畢業(yè)設計（論文）-5噸橋式起重機小車及其附屬裝置設計

PAGE1目錄摘要 1ABSTRACT 2第一章緒論 11.1國內外橋式起重機發(fā)展趨勢 11.1.1國內橋式起重機發(fā)展趨勢 11.1.2國外橋式起重機發(fā)展趨勢 31.2橋式起重機的特點和分類 51.2.1橋式起重機的特點 51.2.2橋式起重機的分類 51.3橋式起重機的組成及工作原理 81.3.1工作機構 81.3.2金屬機構 91.3.3動力裝置 91.3.4控制系統 101.4橋式起重機設計目的和要求 111.4.1設計目的 111.4.2設計要求 11第二章小車起升機構的設計 132.1確定傳動方案 132.2鋼絲繩的設計與計算 132.3滑輪組和卷筒的設計與計算 142.4計算起升靜功率 162.5電動機設計與計算 162.6減速器的設計與計算 162.7電機過熱驗算與發(fā)熱驗算 172.8制動器的設計與計算 182.9聯軸器的設計與計算 192.10驗算啟動時間 192.11驗算制動時間 202.12高速軸計算 212.12.1疲勞計算 212.12.2靜強度計算 22第三章小車運行機構設計 233.1確定機構的傳動方案 233.2選擇車輪與軌道并驗算強度 233.3運行阻力的計算 243.4電機選擇及校驗 253.5選擇減速器 273.6驗算速度和實際所需功率 273.7驗算啟動時間 283.8校核減速器功率 293.9驗算啟動不打滑條件 293.10選擇制動器 303.11選擇聯軸器 313.12驗算低速浮動軸強度 32第四章小車導電架概述 34第五章小車主要部件的建模 365.1吊鉤滑輪組部件建模 365.2卷筒組部件建模 375.3車輪組部件建模 385.4起重機小車總體裝配圖 39結論 40參考文獻 41致謝 42摘要此次設計是5T雙梁橋式起重機小車起升機構的設計。首先通過大量的閱讀橋式起重機有關?？臀墨I，大致總結出國內外雙梁橋式起重機的發(fā)展趨勢以及雙梁橋式起重機的特點與分類，并仔細分析了雙梁橋式起重機的組成及其工作原理。根據課題設計參數及設計要求制定出雙梁橋式起重機小車起升機構的總體設計方案和一些主要零部件的初步選擇；其次在小車起升機構的計算中，確定了小車起升機構的傳動方案，并進行了鋼絲繩和吊鉤組的設計與計算以及滑輪組和卷筒的設計與計算，驗算了起升靜功率。通過對電動機及減速器的設計與計算，進行了電動機的過載驗算和發(fā)熱驗算。又根據制動器及聯軸器的設計與計算，驗算了起動時間和制動時間，并進行了高速軸的疲勞計算和靜強度計算；最后在小車及起升機構的機構設計里，分析了小車及起升機構的結構組成，重點完成了卷筒組的機構設計，并完成電氣控制系統的設計。通過一系列的設計，滿足了起重量5t和起升高度為16關鍵詞起重機，橋式，起升機構，小車，卷筒組全套圖紙加V信153893706或扣3346389411ABSTRACTThisdesignis5-tondoublebeambridgecranecarhoistingmechanismdesign.Firstthroughextensivereadingbridgecranespecialanddocuments，roughlyaboutsummarizedthedomesticandforeigndoublebeambridgecranedevelopmenttrendandthecharacteristicsofdoublebeambridgecrane，andcarefulanalysisandclassificationofthedoublebeambridgecranecompositionandworkingprinciple.Accordingtothestudydesignparametersanddesignrequirementsformulatedoublebeambridgecranecarofhoistingmechanismoveralldesignschemeandsomeofthemainpartsofthepreliminaryselection；Secondinthecalculationofhoistingmechanisminthecar，determinethetransmissionschemehoistingmechanism，andthewireropeandhookgroupdesignandcalculationandpulleysanddrumdesignandcalculation，thecheckingthehoistingstaticpower.Basedontheelectricmotorandreducer，thedesignandcalculationoftheelectricmotorandfeercheckingcomputationsoverload.Andaccordingtobrakeandcouplingcalculatingdesignandcalculationofthestarttimeandbrakingtime，andahigh-speedshaftfatiguecalculationandstaticstrengthcalculation；Finallyinthecarandhoistingmechanism，analyzesthemechanismdesigninthecarandhoistingmechanismstructurecomposition，keycompleteddrumgroupofmechanismdesign，andcompletetheelectriccontrolsystemdesign.Throughaseriesofdesign，satisfythe5-tonliftingweightandliftingheightdedicated16KeywordsCrane，Bridgetype，Hoistingmechanism，Cars，Drumgroup第一章緒論橋式起重機是橫架于車間、倉庫和料場上空進行物料吊運的起重設備，由于它的兩端支承在支架上，形狀似橋，并可沿導軌行走，又稱“天車”。隨著科學技術的迅速發(fā)展，國內外各種先進的電氣控制和機械技術正逐步應用到起重機上，起重機的自動化程度越來越高，結構日趨簡單，性能愈加可靠，起重越來越大，品種越來越全。對于起重量大、跨距大的起重設備多采用雙梁橋式起重機，它有一個兩根箱型主梁和兩根橫梁構成的雙梁橋架，在橋架上運行小車，可垂直起吊和水平搬運各類物件。橋式起重機的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。它是使用范圍最廣、數量最多的一種起重機械。伴隨著工業(yè)的迅速發(fā)展和科學技術的不斷進步，橋式起重機在結構設計及自動化程度上相繼出現了一些新的變化和新的特點，在結構上國內起重設備已采用計算機優(yōu)化設計，以提高起重機的機械性能，在起重質量方面逐步向大型化發(fā)展，大型橋式起重機正在鋼鐵、水利、發(fā)電等行業(yè)不斷出現，家喻戶曉的三峽發(fā)電廠安裝的兩臺1200/125T的橋式起重機，07年9月起重量達2萬噸的橋式起重機在山東煙臺佛士船廠投入使用，它標志著我國起重行業(yè)已達到世界先進水平。橋式起重機在現代工業(yè)生產和起重運輸中充分應用到生產過程的機械化、自動化等，故橋式起重機在室內外工礦企業(yè)、鋼鐵化工、鐵路交通、港口碼頭以及物流周轉等部門和場所均得到廣泛的運用。所以起重機已是現代工業(yè)生產中不可或缺的一種設備。1.1國內外橋式起重機發(fā)展趨勢1.1.1國內橋式起重機發(fā)展趨勢現如今國內橋式起重機已經發(fā)生了重大的變化，且正向國際化并軌。1.改進起重機械的結構，減輕自重國內起重機多已采用計算機優(yōu)化設計，以此提高整機的技術性能和減輕自重，并在此前提下盡量采用5～50t通用橋式起重機中采用半偏軌的主梁結構，與正軌箱形梁相比，可減少或取消主梁中的小加筋板，取消短加筋板，減少結構重量，節(jié)省加工工時。目前國家星火計劃提出橋架采用四根分體式不等高結構，使它在與普通橋式起重機同樣的起升高度時，廠房的牛腿標高可下降1.5m；兩根主梁的端部置于端梁上，用高強度螺栓連接；車輪踏面高度因此下降，也就使廠房牛腿標高下降。在垂直輪壓的作用下，柱子的計算高度降低，使廠房基建費用減少，廠房壽命增加。2.充分引進利用國外先進技術起重機大小車運行機構采用了德國Demag公司的“三合一”驅動裝置，吊掛于端梁內側，使其不受主梁下撓和振動的影響，提高了運行機構性能與壽命，并使結構緊湊，外形美觀，安裝維修方便。隨著國內機械加工能力的提高，大車端梁和小車架整體鏜孔成為可能，因而45°剖分和車輪組或圓柱形的軸承箱將有可能代替角形軸承箱，裝在車輪軸上的車輪軸孔中心線與端梁中心線構成標準的90°，于是車輪的水平和垂直偏斜即可嚴格控制在規(guī)定范圍內，避免發(fā)生啃軌現象。由于小車架為焊后一次鏜孔成形，使四個車輪孔的中心線在同一平面內，故成功地解決了三點落地的問題。起升機構采用中硬齒面或硬齒面的減速器，齒輪精度達到7級，齒面硬度達到320HB，因而提高了承載能力，延長了使用壽命。電氣控制方面吸收消化了國外的先進技術，采用了新穎的節(jié)能調速系統。如晶閘管串級開環(huán)或閉環(huán)系統，調整比可達1∶30。隨著對調速要求的提高，變頻調速系統也將使用于起重機上。同時，微機控制也將在起重機上得到應用，如三峽工程600t壩頂門式起重機要求采用變頻調速系統，微機自動糾偏，以及大揚程高精度微機監(jiān)測系統。遙控起重機隨著生產發(fā)展需要量也越來越大，寶鋼在考察了國外鋼廠起重機之后，提出了大力發(fā)展遙控起重機的建議，以提高安全性，減少勞動力。3.向大型化發(fā)展由于國家對能源工業(yè)的重視和資助，建造了許多大中型水電站，發(fā)電機組越來越大。特別是長江三峽工程的建設對大型起重機的需要量迅速上升。三峽工程左岸電站主廠房安裝了兩臺1200/125T橋式起重機，配備了2000t大型塔式起重機。目前在建設中的大、中型水電站還有很多，例如廣西巖灘、龍灘、清江隔河巖、福建水口電站等等；還有很多核電站和大、中型火力發(fā)電廠需要建設，可以預計，大噸位高性能起重機的需要量是非常大的?？v觀國內外起重機的動態(tài)與發(fā)展，前景廣闊[3]。1.1.2國外橋式起重機發(fā)展趨勢目前國外橋式起重機的技術已達到成熟階段，隨著科學技術的發(fā)展正逐步走向完善。1.簡化設備結構，減輕自重，降低生產成本芬蘭Kone公司為某火力發(fā)電廠生產的起重機就是一個典型的例子。其中起升機構減速器的外殼與小車架一端梁合二為一，卷筒一端與減速器相連，另一端支撐于小車架的另一端梁上。定滑輪組與卷筒組連成一體，省去了支撐定滑輪組的承梁，簡化了小車架的整體結構。同時，小車運行機構采用三合一驅動裝置，即減輕了小車架和小車的自重。副起升機構為電動葫蘆置一臺車上，由主起升小車牽引。小車自重的減輕使起重機主梁截面亦隨之減小，因而整機自重大幅度減輕。國內生產的75/20T、31.5m跨度起重機自重94t，而Kone公司生產的80/20T、29.4m跨度起重機自重只有60t。Patain公司的起重機大小車運行機構采用“三合一”驅動裝置，結構較緊湊，自重較輕，簡化了總體布置。此外，由于運行機構與起重機走臺沒有聯系，走臺的振動也不會影響傳動機構。2.更新零部件，提高整機性能法國Patain公司采用窄偏軌箱形梁作主梁，其高、寬比為4～3.5左右，大筋板間距為梁高的2倍，不用小筋板。主梁與端梁的連接采用搭接方式，使垂直力直接作用于端梁上蓋板，由此可降低端梁的高度，便于運輸。在電控系統上該公司采用渦流聯軸器和渦流制動器多電機調速系統，可實現有載及空載的有級或無級調速，其工作原理圖如圖1-1所示。圖1-1渦流離合器調速原理圖1-起升電機2-渦流離合器3-減速器4-卷筒5-制動器6-控制屏變頻調速在國外起重機上已開始應用，ABB公司、日本富士、奧地利伊林公司已廣泛采用。該調速方案具有高調速比，甚至可達到無級調速，并可節(jié)能等優(yōu)點。另外，遙控裝置用于起重機在國外也已普遍化，特別是在大型鋼鐵廠的廣泛使用。3.設備大型化隨著世界經濟的發(fā)展，起重機械設備的體積和重量越來越趨于大型化，起重量和吊運幅度也有所增大，為節(jié)省生產和使用費用，其服務場地和使用范圍也隨之增大。例如新加坡裕廊船廠要求岸邊的修船門座起重機能為并排的兩條大油輪服務，其吊運幅度為105m，且在70m幅度時能起吊100t；我國三峽工程中使用的1200t橋式起重機就對調速要求很高，為三維坐標動態(tài)控制。4.機械化運輸系統的組合應用國外一些大廠為了提高生產率，降低生產成本，把起重運輸機械有機的組合在一起，構成先進的機械化運輸系統。日本村田株式會社尤山工廠在車間中部建造了一個存放半成品的立體倉庫，巷道式堆垛機按計算機系統規(guī)定的程序向生產線上發(fā)送工件。堆垛機把要加工的工件送到發(fā)貨臺，然后由單軌起重小車吊起，按計算機的指令發(fā)送到指定工位進行加工。被加工好的工件再由單軌起重小車送到成品庫。較大型工件由地面無人駕駛車運送，車間內只有幾個人管理，生產效率很高。德國Demag公司在飛機制造廠中采用了一套先進的單軌或懸掛式運輸系統，大大減化了運輸環(huán)節(jié)。將所運物品裝入專用集裝箱內(有單軌系統的軌道)由碼頭運至工廠，廠內的單軌系統與集裝箱內的軌道對接，物品進入廠房，并由單軌運輸系統按計算機的指令入庫或進入工位，實現門對門的運輸[3]。1.2橋式起重機的特點和分類1.2.1橋式起重機的特點取物裝置懸掛在可沿橋架運行的起重小車或運行式葫蘆上的起重機，稱為“橋架型起重機”。橋架兩端通過運行裝置直接支撐在高架軌道上的橋架型起重機，稱為“橋式起重機”。橋式起重機一般由裝有大車運行機構的橋架、裝有起升機構和小車運行機構的起重小車、電氣設備、司機室等幾個大部分組成。外形像一個兩端支撐在平行的兩條架空軌道上平移運行的單跨平板橋。起升機構用來垂直升降物品，起重小車用來帶著載荷作橫向運動；橋架和大車運行機構用來將起重小車和物品作縱向移動，以達到在跨度內和規(guī)定高度內組成三維空間里作搬運和裝卸貨物用。橋式起重機是使用最廣泛、擁有量最大的一種軌道運行式起重機，其額定起重量從幾噸到幾百噸。最基本的形式是通用吊鉤橋式起重機，其他形式的橋式起重機基本上都是在通用吊鉤橋式的基礎上派生發(fā)展出來的。1.2.2橋式起重機的分類1.通用橋式起重機通用橋式起重機是指在一般環(huán)境中工作的普通用途的橋式起重機(見標準GB/T14405-93)。以下類型的起重機都屬于通用橋式起重機。(1)通用吊鉤橋式起重機通用吊鉤橋式起重機由金屬結構、大車運行機構、小車運行機構、起升機構、電器及控制系統及司機室組成。取物裝置為吊鉤。額定起重量為10t以下的多為1個起升機構；16t以上的則多為主、副兩個起升機構。這類起重機能大多種作業(yè)環(huán)境中裝卸和搬運物料及設備。(2)抓斗橋式起重機抓斗橋式起重機的裝置為抓斗，以鋼絲繩分別聯系抓斗起升、起升機構、開閉機構。主要用于散貨、廢舊鋼鐵、木材等的裝卸、吊運作業(yè)。這種起重機除了起升閉合機構以外，其結構部件等與通用吊鉤橋式起重機相同。(3)電磁橋式起重機電磁橋式起重機的基本構造與吊鉤橋式起重機相同，不同的是吊鉤上掛1個直流起重電磁鐵(又稱為電磁吸盤)，用來吊運具有導磁性的黑色金屬及其制品。通常是經過設在橋架走臺上電動發(fā)電機組或裝在司機室內的可控硅直流箱將交流電源變?yōu)橹绷麟娫?，然后再通過設在小車架上的專用電纜卷筒，將直流電源用撓性電纜送到起重電磁鐵上。(4)兩用橋式起重機兩用橋式起重機有3種類型：抓斗吊鉤橋式起重機、電磁吊鉤橋式起重機和抓斗電磁橋式起重機。其特點是在1臺小車上設有兩套各處獨立的起升機構，一套為抓斗用，一套為吊鉤用(或一套為電磁吸盤用一套為吊鉤用，或一套為抓斗用一套為電磁吸盤用)。(5)三用橋式起重機三用橋式起重機是一種多用的起重機。其基本構造與電磁橋式起重機相同。根據需要可以用吊鉤吊運重物，也可以在吊鉤上掛1個馬達抓斗裝卸物料，還可以把抓斗卸下來再掛上電磁盤吊運黑色金屬，故稱為三用橋式(可換)起重機。抓斗由交流電源工作，電磁盤由直流電源工作。因此，該機型必須同電磁橋式起重機一樣，設置電動發(fā)電機組或可控硅直流電源箱。這種起重機適用于經常變換取物裝置的物料場所。(6)雙小車橋式起重機這種起重機與吊鉤橋式起重機基本相同，只是在橋架上裝有2臺起重量相同的小車。這種機型用于吊運與裝卸長形物件。2.專用橋式起重機(1)冶金橋式起重機冶金橋式起重機根據用途可以劃分為不同的類型，主要結構基本與通用吊鉤橋式起重機相同，取物裝置多為專用。主要用于冶金車間的吊運作業(yè)，其起重量很大，最大的可達到數百噸。(2)防爆吊鉤橋式起重機按使用環(huán)境，將礦用防爆起重機(煤礦井下除外)規(guī)定為I類，將工廠用防爆起重機規(guī)定為II類。II類起重機，按電氣設備適用于爆炸性氣體混合物最大試驗案例間隙或最小點燃電流比，分為A、B、C三級，并按其表面最高溫度分為T1-T4四組。(3)絕緣吊鉤橋式起重機這種起重機結構形式與通用吊鉤橋式起重機基本相同。但是為了防止工作過程中帶電設備的電流可經過被吊物傳到起重機上，危及司機安全，故要求在吊鉤組、小車架、小車輪(或小車軌道下方)上設置3道絕緣裝置。主要用于冶煉鋁、鎂的工廠。3.電動葫蘆型橋式起重機其特點是橋式起重機的起重小車用自行式電動葫蘆代替，或者用固定式電動葫蘆作起重小車的起升機構，小車運行、大車運行等機構的傳動裝置也盡量與電動葫蘆部件通用化。因此，與上述通用橋式起重機相比，電動葫蘆型橋式起重機雖然一般起重量較小、工作速度較慢、工作級別較低，但其自重輕、能耗較小、易采用標準產品電動葫蘆配套，對幫房建筑壓力負載較小，建筑和使用經濟性都較好。因此在中小起重量范圍的一般使用場合使用越來越廣泛，甚至有替代某些通用橋式起重機的趨勢。(1)電動梁式起重機其特點是用自行式電動葫蘆替代通用橋式起重機的起重小車，用電動葫蘆的運行小車在單根主梁的工字鋼下突緣上運行，跨度小時直接用工字鋼作主梁，跨度大時可在主梁工字鋼的上面再作水平加強，形成的組合斷面主梁。其主梁可以是單根主梁(電動單梁式起重機)，也可以是兩根主梁(電動雙梁式起重機)，其橋架可以是像通用橋式起重機那樣通過運行裝置直接支撐在高架軌道上，也可以通過運行裝置懸掛在房頂下面的架空軌道上(懸掛式)。(2)電動葫蘆橋式起重機其特點是采用固定式電動葫蘆裝在小車上作起升機構，小車運行機構也多采用電動葫蘆零部件做成簡單的構造形式，小車也極為簡便輕巧，其整體高度小，小車及橋架自重輕、重心低、有很廣泛的使用適應性。上述橋式起重機除按起重機的結構及使用特性分類外，有時也按主梁的數目將其分為單主梁橋式起重機、雙梁橋式起重機(如圖2-2所示)、四梁橋式起重機等。單主梁橋式起重機只有一根主梁，起重小車帶有反滾輪，單側滿置，取物裝置多為吊鉤，也有電磁盤的；雙梁橋式起重機具有兩根對稱配置的桁架型或箱型主梁，是橋式起重機的基本形式；四梁橋式起重機多用于某些冶金橋式起重機中，四根梁以橋架縱向中心線對稱布置，外面兩根主梁上架設普通的單鉤或雙鉤起重小車，即副小車。主小車可跨在副小車上空運行[13]。圖1-25T雙梁橋式起重機1.3橋式起重機的組成及工作原理1.3.1工作機構橋式起重機的工作機構一般有起升機構和運行機構組成。1.起升機構可以分為主起升機構和副起升機構。起升機構包括電動電動機、制動器、減速器、卷筒和滑輪組。電動機通過減速器，帶動卷筒轉動，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。2.運行機構又可以分為小車運行機構和大車運行機構。運行機構一般只用四個主動和從動車輪，如果起重量很大，常用增加車輪的辦法來降低輪壓。當車輪超過四個時，必須采用鉸接均衡車架裝置，使起重機的載荷均勻地分布在各車輪上。運行機構的驅動方式可分為兩大類：一類為集中驅動，即用一臺電動機帶動長傳動軸驅動兩邊的主動車輪；另一類為分別驅動、即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅動。中、小型橋式起重機較多采用制動器、減速器和電動機組合成一體的“三合一”驅動方式，大起重量的普通橋式起重機為便于安裝和調整，驅動裝置常采用萬向聯軸器。1.3.2金屬機構金屬結構由主梁和端梁組成，分為單主梁橋架和雙梁橋架兩類。單主梁橋架由單根主梁和位于跨度兩邊的端梁組成，雙梁橋架由兩根主梁和端梁組成。主梁與端梁剛性連接，端梁兩端裝有車輪，用以支承橋架在高架上運行。主梁上焊有軌道，供起重小車運行。橋架主梁的結構類型較多比較典型的有箱形結構、四桁架結構和空腹桁架結構。1.箱形結構又可分為正軌箱形雙梁、偏軌箱形雙梁、偏軌箱形單主梁等幾種。正軌箱形雙梁是廣泛采用的一種基本形式，主梁由上、下翼緣板和兩側的垂直腹板組成，小車鋼軌布置在上翼緣板的中心線上，它的結構簡單，制造方便，適于成批生產，但自重較大。2.偏軌箱形雙梁和偏軌箱形單主梁的截面都是由上、下翼緣板和不等厚的主副腹板組成，小車鋼軌布置在主腹板上方，箱體內的短加勁板可以省去，其中偏軌箱形單主梁是由一根寬翼緣箱形主梁代替兩根主梁，自重較小，但制造較復雜。3.四桁架式結構由四片平面桁架組合成封閉型空間結構，在上水平桁架表面一般鋪有走臺板，自重輕，剛度大，但與其它結構相比，外形尺寸大，制造較復雜，疲勞強度較低，已較少生產。4.空腹桁架結構類似偏軌箱形主梁，由四片鋼板組成一封閉結構，除主腹板為實腹工字形梁外，其余三片鋼板上按照設計要求切割成許多窗口，形成一個無斜桿的空腹桁架，在上、下水平桁架表面鋪有走臺板，起重機運行機構及電氣設備裝在橋架內部，自重較輕，整體剛度大，這在中國是較為廣泛采用的一種型式。1.3.3動力裝置橋式起重機多采用電動機做為動力源。最常用的是三相異步電動機。一臺5T橋式起重機，原設備電氣驅動系統分為起重機升降、小車、大車三部份。其中起重機吊鉤的升降由一臺13kW的繞線式異步電動機驅動，大車的橫向運行由兩臺4kW繞線式異步電動機、小車的縱向運行由一臺2.5kW繞線式異步電動機驅動。不同型號的起重機用電動機有其各自的特點。YZR、YZ系列冶金及起重機用三相異步電動機是我國20世紀80年代按照國際電工委員會(IEC)標準設計的新系列電動機。它具有高效率、節(jié)能、噪音低、振動小、體積小、重量輕、溫升低、使用壽命長、性能可靠、安裝維護方便等優(yōu)點。YZRW系列渦流制動繞線轉子三相異步電動機(簡稱YZRW系列電動機)是YZR系列的派生產品，能獲得較好的調速性能指標，可用于各種類型起重機械的電力控制。1.3.4控制系統起重機的控制系統包括操縱裝置和安全裝置。各機構的啟動、調速、改向、制動和停止，都通過操縱控制系統來實現。1.操縱裝置橋式起重機的操縱裝置主要有低壓控制電器和PLC控制變頻調速系統組成。低壓控制電器用于低壓電力傳動，自動控制系統和用電設備中，是其達到預期的工作狀態(tài)。它體積小，重量輕，工作可靠。如：按鈕，行程開關，接觸器，繼電器等。凸輪控制器是一種利用凸輪來操作動觸點動作的控制電器。主要用于小于30kw的中小型繞線或轉子異步電動機的控制電路中，控制電動機的運行，廣泛用于橋式起重機。PLC控制的橋式起重機變頻調速系統起動，制動快速，起動過程平穩(wěn)，運行平穩(wěn)，可靠，操作簡單靈活，生產效率高，系統維護方便，安全性高。2.安全裝置起重機的部分安全裝置也屬于控制系統。(1)超載限制器與力矩限制器超載限制器的綜合誤差不應大于8%。當載荷達到額定載荷的90%時，會發(fā)出報警信號，同時能自動斷起升動力源。力矩限制器的綜合誤差不應大于10%。當載荷達到額定力矩時，能自動切斷起升或變幅的動力源，并發(fā)出禁止性報警信號。(2)上(下)升極限位置限制器在吊具可能運行工作的條件下，當吊具的運行超出安全位置是，會自動切斷動力源，及時進行安全保護。1.4橋式起重機設計目的和要求1.4.1設計目的橋式起重機畢業(yè)設計是在學完全部課程之后的一個重要教學環(huán)節(jié)。其目的在于通過橋式起重機設計，使學生在擬訂傳動結構方案、結構設計和裝配、制造工藝以及零件設計計算、機械制圖和編寫技術文件等方面得到綜合訓練；并對已經學過的基本知識、基本理論和基本技能進行綜合運用。從而培養(yǎng)學生具有結構分析和結構設計的初步能力；使學生樹立正確的設計思想、理論聯系實際和實事求是的工作作風。1.4.2設計要求在設計過程中，結合起重機的實際工作條件，注意了以下幾方面的要求：1）整臺起重機與廠方建筑物的配合，以及小車與橋架的配合要恰當。小車與橋架的相互配合，主要在于：小車軌距（車輪中心線間的水平距離）和橋架上的小車軌距應相同，其次，在于小車的緩沖器與橋架上的擋鐵位置要配合好，小車的撞尺和橋架上的行程限位裝置要配合好。小車的平面布置愈緊湊小車愈能跑到靠近橋架的兩端，起重機工作范圍也就愈大。小車的高度小，相應的可使起重機的高度減小，從而降低了廠房建筑物的高度。2）小車上機構的布置及同一機構中各零件間的配合要求適當。起升機構和小車平面的布置要合理，二者之間的距離不應太小，否則維修不便，或造成小車架難以設計。但也不應太大，否則小車就不緊湊。3）小車車輪的輪壓分布要求均勻。如能滿足這個要求，則可以獲得最小的車輪，輪軸及軸承箱的尺寸，并且使起重機橋架主梁上受到均勻的載荷。一般最大輪壓不應該超過平均輪壓得20%。4）小車架上的機構與小車架配合要適當。為使小車上的起升、運行機構與小車架配合得好，要求二者之間的配合尺寸相符；連接零件選擇適當和安裝方便。在設計原則上，要以機構為主，盡量用小車架去配合機構；同時機構的布置也要盡量使鋼結構的設計制造和運行機構的要求設計，但在不影響機構的工作的條件下，機構的布置也應配合小車架的設計，使其構造簡單，合理和便于制造。盡量選用標準零部件，以提高設計與制造的工作效率，降低生產成本。小車各部分的設計應考慮制造，安裝和維護檢修的方便，盡量保證各部件拆下修理時而不需要移動鄰近的部件?？傊?，要兼顧各個方面的相互關系，做到個部分之間的配合良好。第二章小車起升機構的設計2.1確定傳動方案按照構造宜緊湊的原則，決定采用下圖的傳動方案，如圖3-1所示，采用了雙聯滑輪組.按Q=5t，由表3-2查取滑輪組倍率=2，因而承載繩分支數為Z=2，=4。吊具自重載荷，得其自重為：G=2.0%=0.0250=1.0kN圖2-1起升機構簡圖1-電動機2-聯軸器3-傳動軸4-制動器5-減速器6-平衡滑輪7-卷筒8-鋼絲繩9-滑輪組10-吊鉤11-軸承座表2-2橋式起重機常用雙聯滑輪組倍率額定起重量Q（t）35812.516203212233442.2鋼絲繩的設計與計算如圖2-3為鋼絲繩繞線圖。若滑輪組采用滾動軸承，=2時查表得滑輪組效率=0.99鋼絲繩所受最大拉力：(2-1)按下式計算鋼絲繩直徑：d=c=0.096=10.89mm(2-2)c：選擇系數，單位mm/，用鋼絲繩=1850N/mm2，據M5及查表得c值為0.096選不松散瓦林吞型鋼絲繩直徑d=13.5mm，標記為6W(19)-13.5-1551型L=101036+20(額外長度)=80m。額外長度是包括固定鋼絲繩長度以及滑輪纏繞長度[9]。根據常用起重機吊鉤型號綜合選用LYD5-T型。圖2-3鋼絲繩繞線圖2.3滑輪組和卷筒的設計與計算卷筒和滑輪的最小卷繞直徑：≥ed(2-3)式中：e表示與機構工作級別和鋼絲繩結構的有關系數。表2-4系數e的規(guī)定值機構工作級別卷筒e滑輪eM41618M51820M62022.4查表2-4得：筒=18，滑輪=20，帶入公式(3-3)得：卷筒最小卷繞直徑=d=1813.5=243滑輪最小卷繞直徑=d=2013.5=270考慮起升機構布置卷筒總長度不宜太長，滑輪直徑取=280mm，卷筒直徑取=400mm，滑輪組選擇型號為LGS7.5280-125-65型。卷筒長度：=1000mm(2-4)式中：為筒上有繩槽長度，，中安全圈n=2，起升高度H=14m槽節(jié)距t=15mm，繞直徑=400mm為定繩尾所需長度，取=315=45mm為筒兩端空余長度，取=t=15mm為筒中間無槽長度=48mm所以查起起重機設計手冊選卷筒型號取T1541-400-1000-5t-15卷筒壁厚：δ=0.02D+(6~10)=[0.02400+(6~10)]mm=14~18mm，取δ=15mm卷筒轉速：=r/min=17.7r/min(2-5)2.4計算起升靜功率==9.7kW(2-6)式中：η起升時總機械效率=0.894為滑輪組效率取0.99；傳動機構機械效率取0.94；卷筒軸承效率取0.99；聯軸器效率取0.98[1]。2.5電動機設計與計算≥G=0.89.7=7.76kW(2-7)式中：為JC值時的功率，單位為kWG為穩(wěn)態(tài)負載平均系數，根據電動機型號和JC值查表得G=0.8選用電動機型號為YZR180L-8，=13KW，=700r/min，最大轉矩允許過載倍數λm=2.8，飛輪轉矩GD2=15.5KN.m2。電動機轉速：=712.7r/min(2-8)式中：為在起升載荷=56.4kN作用下電動機轉速為電動機同步轉速=750r/min是電動機在JC值時額定功率和額定轉速2.6減速器的設計與計算減速器總傳動比：=40.17，取實際速比=40(2-9)起升機構減速器按靜功率選取，根據=9.7kW，=712.7r/min，=40，工作級別為M5，選定減速器為PJ-500-II-3CA，減速器許用功率[]=45.5KW，低速軸最大扭矩為M=20500N.m減速器在712.7r/min時許用功率：[]==43.24>13kW(2-10)實際起升速度：==15.06m/min(2-11)實際起升靜功率：==9.74kW(2-12)用Ⅱ類載荷校核減速器輸出軸的徑向載荷，最大力矩。最大徑向力Fmax，短暫最大扭矩Tmax：(2-13)式中：起升載荷系數取1.2.S鋼絲繩最大靜拉力為12.7kNGt卷筒的重力3340N[F]是減速器允許的最大徑向載荷：Fmax=2004N≤[F]=20500NTmax=T≤[T]T鋼絲繩產生的最大扭矩：Tmax=1.2×s×0.5=7.62kN.m≤[T]=19kN.m所以減速器符合設計要求。2.7電機過熱驗算與發(fā)熱驗算1.過載驗算按下式計算：≥==11.2kW(2-14)輸出功率P=13kw大于，滿足要求。式中：為準接電持續(xù)率時，電動機額定功率，單位為kWH為系數，繞線式異步電動機，取H=2.5Λm為基準接電持續(xù)率時，電動機轉矩允許過載倍數，λm取2.5M為電動機個數m=1Η為總機械效率η=0.8582.發(fā)熱驗算按下式計算：P≥Pз(2-15)式中：P為電動機在不同接電持續(xù)率JC值和不同CZ值時允許輸出功率，單位為kW，按CZ=150，JC值=25%，輸出P=11.26kW==6.74kW(2-16)P=11.26>=6.74kW由以上計算得過載驗算和發(fā)熱驗算通過。2.8制動器的設計與計算按下式計算，選制動器：≥(2-17)式中：為制動力矩，單位為N.m為制動安全系數，查表3-5中M5得=2.0為下降時作用在電動機軸上的靜力矩，單位為N.m==109.4N.m(2-18)η'為下降時總機械效率，通常取η'≈η≈0.858==2109.4=218.8N.m表2-5制動安全系數工作級別M1-M2M3M4M51.01.41.82.0選用=218.8N.m選用YW200-300-3制動器，其額定制動力矩224N.m，安裝時將制動力矩調整到所需的制動力矩=2000N.m。2.9聯軸器的設計與計算根據電動機和減速器以及浮動軸的軸伸尺寸及形狀選連軸器，使連軸器的許用應力矩[M]>計算的所需力矩M，則滿足要求。電動機的軸伸：d=55mm(柱形)，長度E=110mm減速器的軸伸：d=50mm(錐形)，長度E=87mm選取梅花彈性連軸器：型號為MLL8-I-315，[M]=1800N.m；1.GD2=132.54=530Kg.m(2-19)2.GD2=18.954=75.8Kg.m(2-20)電動機額定力矩：=177.4N.m(2-21)計算所需力矩：M=n=1.21.8177.4=383.1N.m(2-22)式中：n為安全系數取n=1.5為剛性動載系數，?。?.8[M]=1800>M=383.1N.M所選連軸器合格。表2-6工作安全系數工作級別M1-M3M4M5M6n1.01.11.21.32.10驗算啟動時間起動時間：=2.8s(2-23)式中：(2-24)靜阻力矩：==148.6N.m(2-25)電動機啟動力矩：=3.5=3.5177.4=620.9N.m(2-26)平均起動加速度：==0.08m/s2(2-27)=0.08m/s2<[]=0.2m/s2電動機啟動時間合適。2.11驗算制動時間制動時間：==0.97s(2-28)式中：為電機滿載下降轉速，單位為r/min==2750-700=800r/min=2000N.m=109.4N.m平均制動減速器速度：==0.19m/s2<[]=0.2m/s2(2-29)所以制動時間也合適。2.12高速軸計算2.12.1疲勞計算軸受脈動扭轉載荷，其等效扭矩：(2-30)式中：等效系數相應于季候工作類型的電動機額定力矩傳至計算軸的力矩。(2-31)由上節(jié)選擇聯軸器中，確定浮動軸端直徑d=50mm因此扭轉應力為：(2-32)許用扭轉應力：(2-33)軸材料用45鋼：，；式中：考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應力集中系數與零件幾何形狀有關，對于零件表面有急劇過度和開鍵槽及緊配合區(qū)段=1.5~2.5與零件表面的加工光潔度有關，對于，對于此處取K=21.25=2.5考慮材料對應力循環(huán)不對稱的敏感系數，對碳鋼、合金剛，取=0.2為安全系數，取=1.6因此故疲勞通過。2.12.2靜強度計算軸的最大扭矩：(2-34)式中：為動力系數，因軸的工作速度較高，取=2按照額定起重量計算軸受靜力矩最大扭轉應力：(2-35)許用扭轉應力：(2-36)式中：為安全系數，取=1.6因靜強度足夠故選擇合適。第三章小車運行機構設計3.1確定機構的傳動方案小車主要有起升機構、運行機構和小車架組成。起升機構采用閉式傳動方案，電動機軸與二級圓柱齒輪減速器的高速軸之間采用兩個半齒聯軸器和一中間浮動軸聯系起來，減速器的低速軸魚卷筒之間采用圓柱齒輪傳動。運行機構采用全部為閉式齒輪傳動，小車的四個車輪固定在小車架的四周，車輪采用帶有角形軸承箱的成組部件，電動機裝在小車架的臺面上，由于電動機軸和車輪軸不在同一個平面上，所以運行機構采用立式三級圓柱齒輪減速器，在減速器的輸入軸與電動機軸之間以及減速器的兩個輸出軸端與車輪軸之間均采用帶浮動軸的半齒聯軸器的連接方式。小車架的設計，采用粗略的計算方法，靠現有資料和經驗來進行，采用鋼板沖壓成型的型鋼來代替原來的焊接橫梁。起重量5噸至50噸范圍內的雙粱橋式起重機的小車，一般采用四個車輪支承的小車，其中兩個車輪為主動車輪。主動車輪由小車運行機構集中驅動。圖3-1為小車運行機構簡圖：圖3-1小車運行機構簡圖3.2選擇車輪與軌道并驗算強度參考同類型規(guī)格相近的起重機，估計小車總重為，近似認為由四個車輪平均承受，吊鉤位于小車軌道的縱向對稱軸線上。車輪的最大輪壓為：車輪的最小輪壓為：載荷率：由《起重機設計手冊》表3-8-12選擇車輪，當運行速度v<60m/min，，工作類型為M5，車輪直徑，軌道為P24的許用輪壓為11.8t，故初步選擇車輪直徑，而后校核強度。車輪計算載荷：車輪踏面疲勞接觸應力計算：車輪與軌道線接觸，這時軌道的曲率半徑為∞，車輪半徑壓應力為：式中——許用線接觸應力常數，車輪材料選用球墨鑄鐵，按，《起重機設計手冊》表3-8-6，L——車輪與軌道有效接觸長度，《起重機設計手冊》表3-8-10，L=B=81mm——轉述系數，《起重機設計手冊》表3-8-7，——工作級別系數，《起重機設計手冊》表3-8-8，綜上所述符合要求。3.3運行阻力的計算摩擦總阻力矩：（3.1）式中——車輪輪緣與軌道的摩擦、軌道的彎曲與不平行性、軌道不直以及運轉時車輪的擺動等因素有關，查《起重運輸機械》表7-3得；、——分別為起重機小車重量和起重量；k——滾動摩擦系數（m），它與車輪和軌道的材料性質、幾何尺寸及接觸表面情況有關，查《起重運輸機械》表7-1得k=0.0005；——車輪軸承摩擦系數，查《起重運輸機械》表7-2得；d——軸承內徑（m），d=90mm，選用調心滾子軸承22218C/W33GB/T288-1984。把以上數據帶入（3-1）式得當滿載時的運行阻力矩：相應的運行摩擦阻力為：式中：為車輪直徑當無載時：3.4電機選擇及校驗電動機的靜功率式中——小車滿載運行時的靜阻力，——小車運行速度，；η——小車運行機構傳動效率，η=0.9；m——驅動電動機臺數，m=1.初選電動機功率：式中——電動機起動時為克服慣性的功率增大系數，查《起重運輸機械》表7-6取=1.4。由《起重機設計手冊》表5-1-41查得小車運行機構JC=25%，CZ=300。由《起重機設計手冊》表5-1-13選用YZR160M2-6型電動機，功率，轉速由《起重機設計手冊》表5-1-36，由JC=25%，CZ=300得P=7.5KW由《起重機設計手冊》表5-1-3，發(fā)熱校驗：（3.2）式中——風阻力，室內w——摩擦阻力系數，查《起重機設計手冊》表2-3-5，w=0.015——坡道阻力系數，電動機發(fā)熱校驗符合。過載校驗：式中——起動時間在4～6s，取電動機的過載校驗符合。綜上所述所選電動機符合要求。3.5選擇減速器車輪轉速：機構總的傳動比：查《起重機設計手冊》表3-10-2，取i=25查《起重機設計手冊》根據傳動比i=25，電動機轉速，電動機功率，工作類型M5，表3-10-5，高速軸許用功率，名義中心距，許用輸出扭矩，表3-10-3，高速軸伸尺寸，，表3-10-4低速軸伸尺寸P型，，自重G=4000Kg。型號：QJR-630-2CW3.6驗算速度和實際所需功率根據減速器的傳動比，計算出實際的運行速度：速度偏差合適。實際所需電動機靜功率為：所選電動機與減速器均適合。3.7驗算啟動時間啟動時間：式中；m=1——驅動電動機臺數；平均起動力矩當滿載時靜阻力矩：當無載時運行靜阻力矩：初步估算制動輪和聯軸器的飛輪矩：機構總的飛輪矩：滿載啟動時間：無載啟動時間：查《起重運輸機械》第98頁可知通常起升機構起動時間為<4～6s，故所選電動機合適。3.8校核減速器功率啟動狀況減速器傳遞的功率：式中——計算載荷——運行機構中同一級傳動減速器的個數=1.因此所用減速器N＜[N]，合適。3.9驗算啟動不打滑條件因起重機系室內使用橋式起重機，故不計風阻及坡度阻力矩，只驗算空載及滿載起動時兩種工況。在空載起動時，主動車輪與軌道接觸處的圓周切向力：（3.3）式中車輪與軌道黏著力：式中f——查《起重運輸機械》第99頁得f=0.15故空載起動時不會打滑。當滿載啟動時，主動車輪與軌道接觸處的圓周切向力：式中車輪與軌道黏著力：所以，滿載起動時不會打滑，因此所選電動機合適。3.10選擇制動器由《起重機設計手冊》可查得，對于小車運行機構制動時間，取。因此，所需制動力矩：（3.4）式中——由《起重運輸機械》表7-4查得代入上式得：由《起重機設計手冊》表3-7-15選用YW315-300，其制動轉矩，為了避免打滑，使用時將其制動力矩調到61.77Nm以下，制動輪直徑D=315mm考慮到所取制動時間與啟動時間很接近，故略去制動不打滑條件驗算。3.11選擇聯軸器(1)機構高速軸上全齒聯軸器的計算扭矩：式中——機構剛性動載系數，；——聯軸器的安全系數，；——相應于機構JC%值的電動機額定力矩折算到高速軸上的力矩，由《起重機設計手冊》表5-1-21，電動機YZR160M1-6伸出軸為圓柱形d=48mm，=110mm；查表3-10-3，QJR-630-2CW減速器，高速軸端為圓柱形，。選擇全齒聯軸器CL3(JB/ZQ4218-86)聯軸器，，飛輪矩高速軸端制動輪：根據制動器已經選定為YW-315-500，由《起重機設計手冊》制動輪直徑D=400mm，飛輪矩，重量。（2）低速軸的計算扭矩由《起重機設計手冊》表3-10-4，QJR-630-2CW減速器低速軸端為圓柱形d=220mm，=280mm。由《起重機設計手冊》表3-8-10，查得主動車輪的伸出軸端為圓柱形d=65mm，=85mm。選擇全齒聯軸器CL5，，d=50～90mm，=84～172mm。取浮動軸端直徑d=60mm3.12驗算低速浮動軸強度1）疲勞計算低速浮動軸的等效扭矩為：式中——等效系數，由《起重機課程設計》表2-7查得=1.4；——考慮材料對應力循環(huán)不對稱的敏感系數，對于45號鋼；由上節(jié)選擇聯軸器中，已確定浮動軸的直徑d=60因此扭轉應力：浮動軸的載荷變化為對稱循環(huán)（因運行機構正反轉扭矩值相同），許用扭轉應力：軸的材料為45號鋼，，；，?！紤]零件幾何形狀和零件表面狀況的應力集中系數；——與零件幾何形狀有關，對于零件表面有急劇過渡和開有鍵槽及緊配合區(qū)段，；——與零件表面加工光潔度有關，??；此處??；——安全系數，查《起重機課程設計》表2-21得；因此，疲勞驗算通過。2）靜強度計算靜強度計算扭矩：式中——動力系數，由《起重機課程設計》表2-5查得。最大扭轉力矩：許用扭轉應力，式中——安全系數，由《起重機課程設計》表2-21查得。，故靜強度計算通過。浮動軸頸：，取。第四章小車導電架概述目前我國制造的電動雙梁橋式起重機小車供電均采用的是角鋼導電方式。經過長期使用發(fā)現，小車采用角鋼導電存在以下問題，急待改進。(1)導電角鋼是靠大量的瓷瓶、電木管和緊固件與電柱連接在一起的，因此安裝，維修工作量大。(2)導電角鋼，瓷瓶，緊固件的數量大，增大了起重機的自重。(3)所有導電角鋼都是裸露在外，沒有防護措施，檢修人員稍有不慎，就會造成觸電事故，故很不安全。(4)角鋼與滑塊的接觸面容易積灰，特別是粉塵大的工作環(huán)境積灰更為嚴重。由于積灰造成接觸不良，至使電動機單相運行而燒毀電動機的現象也時有發(fā)生。因此，起重機司機或維修人員必須經常清掃灰塵，以保證起重機的正常工作。(5)角鋼導電性能差，電壓降大，這就勢必增大起重機內部的電壓損失。尤其是大跨度的起重機，在電源電壓偏低的情況下，甚至會影響到整個起重機的性能，使起重機不能正常工作。(6)耐腐蝕性差。當起重機用于有腐蝕氣體或露天環(huán)境中時，角鋼腐蝕很快，壽命很短。甚至因腐蝕嚴重而使滑塊與導電角鋼接觸不良，增大了起重機內部的電壓降而使起重機不能起動。特別是重慶地區(qū)酸雨嚴重，對露天使用的起重機小車導電角鋼的腐蝕更為突出。因此小車供電采用角鋼導電的起重機不能滿足在露天或腐蝕嚴重環(huán)境中使用的要求。(7)由于導電角鋼是由大量的瓷瓶，螺栓，螺母固定在電住上的，加之起重機運行時振動較大，因而必須經常檢查緊固件是否松動，瓷瓶是否開裂脫落；必須經常清掃灰塵；露天或腐蝕嚴重的環(huán)境中必須經常除銹和作防腐防銹處理等。這就增加了起重機的維護保養(yǎng)工作，給正常生產帶來極大的不便。針對以上采用角鋼導電所存在的問題，本著安全、可靠、經濟、好修、好用、便于制造和安裝的原則，經過對目前國內外有關起重機上采用的電纜導電裝置的分析對比，我們認為采用懸掛軟電纜方式較為適宜。我們在電動雙梁橋式起重機中設計了懸掛軟電纜導電方式。該導電裝置主要由支座、電纜夾板、攜帶桿等部份組成(如圖所示)。圖4-1小車導電架電纜滑車是影響整個導電裝置能否正常使用的關鍵。故要求電纜滑車堅固耐用，安裝拆卸方便，運行平穩(wěn)靈活，同時要滿足電纜線的最小彎曲半徑，以保證電緣線的使用壽命。所以該滑車采用四個走輪，走輪與墻板用螺栓，螺母連接，更換走輪時只需卸去螺母，便可將走輪卸下。墻板與吊掛間，吊掛與電纜夾間均采用螺栓連接。整個