1793_橋式起重機總體方案及起升裝置的設計

1793_橋式起重機總體方案及起升裝置的設計,橋式起重機,總體方案,裝置,設計 南昌航空大學科技學院學士學位論文1目 錄1 緒論 .........................................................................................................................................................11.1 課題的研究背景 ..............................................................................................................................11.2 國內(nèi)外橋式起重機發(fā)展概況 ...........................................................................................................11.3 本論文的主要內(nèi)容 ..........................................................................................................................22. 橋式起介紹 .....................................................................................................................................42.1 橋式起重機的特點和分類 ..............................................................................................................42.1.1 通用橋式起重機 ...................................................................................................................42.1.2 專用橋式起重機 ...................................................................................................................52.1.3 電動葫蘆型橋式起重機 .......................................................................................................62.2 橋式起重機的組成和特點 ...............................................................................................................72.2.1 橋式起重機小車 ...................................................................................................................73．總體方案設計 ...............................................................................................................................83.1 引言 ...................................................................................................................................................83.2 起重機設計的總體方案 ...................................................................................................................83.2.1 方案一：選擇箱形雙梁橋式起重機 ...................................................................................83.2.2 方案二：選擇通用吊鉤橋式起重機 ...................................................................................93.3 方案的確定 .....................................................................................................................................103.4 小結(jié) ................................................................................................................................................104 起升機構(gòu)的設計及計算 ...........................................................................................................114．1 引言 ..............................................................................................................................................114.2 吊鉤電動起升機構(gòu)的布置方案 ....................................................................................................114.3 主起升機構(gòu)的計算 ........................................................................................................................144.3.1 鋼絲繩直徑的選取 ............................................................................................................144.3.2 滑輪與卷筒的計算 ............................................................................................................154.3.3 選擇電動機 ........................................................................................................................174.3.4 減速器的選擇 ..................................................................................................................184.3.5 選擇制動器 .........................................................................................................................194.3.6 選擇聯(lián)軸器 .........................................................................................................................214.4 副起升機構(gòu)的計算 ........................................................................................................................224.4.1 鋼絲繩直徑的選取 ............................................................................................................224.4.2 滑輪、卷筒的計算 ............................................................................................................234.4.3 電動機的選擇 ....................................................................................................................244.4.4 減速器的選擇 ....................................................................................................................254.4.5 選擇制動器 ........................................................................................................................264.4.6 聯(lián)軸器的選擇 ....................................................................................................................284.5 小結(jié) ................................................................................................................................................295 結(jié)論 .......................................................................................................................................................30南昌航空大學科技學院學士學位論文25.1 全文總結(jié) .........................................................................................................................................305.2 展望 .................................................................................................................................................30參 考 文 獻 .........................................................................................................................................32致 謝 ..........................................................................................................................................................33南昌航空大學科技學院學士學位論文11 緒論1.1 課題的研究背景當今中國工業(yè)經(jīng)濟處于高速發(fā)展時期，建筑工業(yè)化和工業(yè)現(xiàn)代化的進程中起重機的使用是不可缺少的。從古代，人們?yōu)榱私ㄔ齑笮徒ㄖ桶l(fā)明了原始的起重設備，到了今天，起重機設計制造已經(jīng)成為一個專門的產(chǎn)業(yè)。起重設備的應用給人們帶來了很大的便利，小到倉庫里的叉車，大到航天中心的吊裝火箭的起重機械，建筑工地上隨處可見的塔式起重機，港口碼頭的大型龍門吊，起重機的身影無處不在。正是由于起重機使用的普遍性，起重機設計制造具有很強的應用性。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，僅工程起重機一項，全球的年銷售額就有 75 億美元，但是這些大多是由歐美企業(yè)壟斷。近些年來，伴隨著我國固定資產(chǎn)投資的飛速增長、基礎設施建設和大型項目的不斷上馬，使得我國工程機械行業(yè)獲得了空前的發(fā)展，也受到了人們越來越多的關(guān)注。我國的起重機制造商與歐美的競爭對手相比在技術(shù)上還存在著差距，在產(chǎn)業(yè)鏈條，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面也存在著一定的劣勢，但這并非遙不可及。更主要的是，我國在這一領(lǐng)域從未放棄過自主研發(fā)，而且已經(jīng)具備了相當大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，創(chuàng)造了幾個蜚聲全球的知名品牌。起重機屬于典型的機械產(chǎn)品，根據(jù)其使用環(huán)境的不同，起重機的設計又具有不同特性，作為畢業(yè)設計的選題不僅可以檢驗自己的機械專業(yè)能力還可以考察創(chuàng)新創(chuàng)造能力。1.2 國內(nèi)外橋式起重機發(fā)展概況起重機械是用來對物料進行起重、運輸、裝卸或安裝等作業(yè)的機械設備。它在國民經(jīng)濟各部門都有廣泛的應用，起著減輕體力勞動、節(jié)省人力、提高勞動生產(chǎn)率和促進生產(chǎn)過程機械化的作用。起重機械在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中決不是可有可無的輔助工具，而是合理組織生產(chǎn)的必不可少的生產(chǎn)設備。通用橋式起重機是使用最為廣泛的橋架型起重機。目前，國產(chǎn)通用橋式起重機系列尚未采用參數(shù)化設計系統(tǒng)，既不能將設計人員從大量繁瑣的重復勞動中解放出來，南昌航空大學科技學院學士學位論文2也不能發(fā)揮出 CAD/CAM 的有事。為了發(fā)揮設計人員的創(chuàng)造性減少設計、計算、制圖、制表所需的時間，縮短設計周期，新產(chǎn)品，新材料，新工藝的研究，會使得起重機的整機布置更趨優(yōu)化，部件更加緊湊耐用；起重機的控制和安全保護裝置大為改善，保證了操作的安全性和可靠性。我國的起重機械制造行業(yè)起步較晚，原有的基礎比較薄弱，與工業(yè)先進型國家相比，差距不小。但是，經(jīng)過見過 60 年來的不斷發(fā)展，目前的差距明顯縮小，已經(jīng)建立起自己的子終極研究部門、生產(chǎn)廠和專業(yè)人才培養(yǎng)的高等學校，并能夠批量生產(chǎn)各種累心軌道起重機械，不僅滿足了國內(nèi)市場需求，部分也打入了國際市場。目前世界上最大的履帶起重機起重量 3000t，最大的橋式起重機起生日一 1200t，集裝箱岸連裝卸橋小車的最大運行速度已達 350m/min，堆垛起重機級最大運行速度240m／min，垃圾處理用起重機的起升速度達 100m／min。實現(xiàn)了 重點產(chǎn)品大型化，高速化和專用化 德國、英國、法國、美國和日本的著名起重機公司采用起重機模塊化設計，并取得了顯著的效益。德國德馬格公司的標準起重機系列改用模塊化設計后，比單件設計的設計費用下降 12％，生產(chǎn)成本下降 45％，經(jīng)濟效益十分可觀。 起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進的計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應用到機械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。 例如德國采用激光裝置查找起吊物的重心位置，在取物裝置上裝有超聲波傳感器引導取物裝置自動抓取貨物。吊具自動防搖系統(tǒng)能在運行速度 200m/min,加速度 0.5m/s2 情況下很快使起吊物搖擺振幅減至幾個毫米。起重機可通過磁場變換器或激光達到高精度定位。在起重機單機自動化的基礎上，通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，與生產(chǎn)設備有機結(jié)合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。這類起重機自動化程度高，具有信息處理功能，可將傳感器檢測出來的各種信息實施存儲、運算、邏輯判斷、變換等處理加工，進而向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制指令。日本東芝浜川崎工廠用全自動橋式起重機組成的物料輸送系統(tǒng)來搬運柔性加工線上的夾具和工件，為機床運送毛坯或?qū)⒓庸ず玫牧慵偷较乱还ば蚧騻}庫。目前各行業(yè)中使用的橋式起重機數(shù)不勝數(shù)，普遍采用小型 PLC 控制和調(diào)壓調(diào)速，基本上沒有智能化產(chǎn)品。中小型橋式起重機大多應用 16/3.2T,50/10T 以及 32/16T 等類型，在冶金工業(yè)的大型起重機，各大鋼鐵公司基本上采用 200t～480t 起重機，而中小企業(yè)絕大多數(shù)采用趨于淘汰邊緣的 75t～160t 起重機，這些起重機的更新?lián)Q代和現(xiàn)代化改造項目，形成了巨大的市場需求，也是科研人員進一步研發(fā)的動力和機會。南昌航空大學科技學院學士學位論文31.3 本論文的主要內(nèi)容橋式起重機主要由金屬結(jié)構(gòu)、機械部分（機構(gòu)）和電氣設備三大部分組成。金屬結(jié)構(gòu)部分的設計主要是指橋架的結(jié)構(gòu)設計，比較復雜，而電氣設備是用來控制起重機的運轉(zhuǎn)，在本次設計中沒有對它們進行設計計算，機械部分（機構(gòu)）主要包括起升機構(gòu)和運行機構(gòu)等，這是本設計的重點。本論文的主要設計內(nèi)容如下：1) 根據(jù)已知的數(shù)據(jù)參數(shù)和起重機的工作等級，首先確定此次設計的總體方案，根據(jù)所確定的方案，進行設計計算。2) 起升機構(gòu)用來實現(xiàn)貨物的升降，是任何起重機不可缺少的部分，是起重機中最重要與基本的機構(gòu)。50/10t 橋式起重機，有主、副兩套起升裝置，首先應確定好兩套裝置的合理布置方案，兩套裝置的原理相類似，只是額定起重量不同，布置方案確定好后，就可以開始進行計算了。起升機構(gòu)主要由驅(qū)動裝置、卷繞系統(tǒng)、取物裝置與制動裝置等組成。完成了對其組成部分的數(shù)據(jù)計算后，利用 AutoCAD 把它們裝配在一起，可以直觀的檢查設計是否合理，提前發(fā)現(xiàn)問題。南昌航空大學科技學院學士學位論文42. 橋式起介紹2.1 橋式起重機的特點和分類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(gòu)的橋架、裝有起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)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(gòu)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(gòu)用來將起重小車和物品作縱向移動，以達到在跨度內(nèi)和規(guī)定高度內(nèi)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。 2、橋式起重機的分類 （ 1） 通用橋式起重機 （2）專用橋式起重機 （3）電動葫蘆型橋式起重機2.1.1 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(jié)構(gòu)、大車運行機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、起升機構(gòu)、電器及控制系統(tǒng)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(gòu)；16T 以上的則多為主、副兩個起升機構(gòu)。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(lián)系抓斗起升、起升機構(gòu)、開閉機南昌航空大學科技學院學士學位論文5構(gòu)。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(gòu)以外，其結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jīng)過設在橋架走臺上電動發(fā)電機組或裝在司機室內(nèi)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(gòu)，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(gòu)造與電磁橋式起重機相同。根據(jù)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。 抓斗交流電源工作，電磁盤直流電源工作。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(jīng)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。2.1.2 專用橋式起重機①冶金橋式起重機 冶金橋式起重機根據(jù)用途可以劃分為不同的類型，主要結(jié)構(gòu)基本與通用吊鉤機型用于吊運與裝卸長形物件。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(shù)百噸。 南昌航空大學科技學院學士學位論文6②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。 起重機所用防爆電氣設備及機械設備，其允許的表面最高溫度，對Ⅰ類起重機可能堆積煤塵時為 150℃，采取措施防止堆積時，則為 450℃。對Ⅱ類起重機須符合表 1-2-15 的規(guī)定。 表 1-2-15 允許的表面最高溫度 溫度組別 允許表面最高溫度℃T1 450T2 300T3 200T4 135這種起重機的結(jié)構(gòu)形式與通用吊鉤橋式起重機基本相同。但是所用的整套電氣設置具有防爆性能。與鋼軌接觸的運行車輪要采用不易產(chǎn)生摩擦火花的材料制作，以防止在起重機使用中產(chǎn)生火花引起爆炸或燃燒事故。主要用于具有易燃易爆物的車間、庫房或其他場所。目前產(chǎn)品規(guī)格較多。 ③絕緣吊鉤橋式起重機 這種起重機結(jié)構(gòu)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(jīng)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。 上述橋式起重機除按起重機的結(jié)構(gòu)及使用特性分類外，有時也按主梁的數(shù)目將其分為單主梁橋式起重機、雙梁橋式起重機、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(cè)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。南昌航空大學科技學院學士學位論文72.1.3 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(gòu)，小車運行、大車運行等機構(gòu)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(chǎn)品電動葫蘆配套，對幫房建筑壓力負載較小，建筑和使用經(jīng)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(gòu)，小車運行機構(gòu)也多采用電動葫蘆零部件作成簡單的構(gòu)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。2.2 橋式起重機的組成和特點2.2.1 橋式起重機小車橋式起重機小車主要由起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)和小車架三部分組成，另外，還有一些安全防護裝置。我國制造的橋式起重機的小車有下列特征（1） 起升和運行機構(gòu)由獨立的部件構(gòu)成。（2） 在設計機構(gòu)和小車架試，遵循了“三化”(標準化 、通用化和系列化)的原則。（3） 小車架用鋼板焊接而成。（4） 起升機構(gòu)和運行機構(gòu)采用減速器式傳動。（5） 所有季后中都采用滾動軸承。南昌航空大學科技學院學士學位論文8（6） 過去都采用短行程或長行程交流電磁鐵，彈簧上閘的瓦塊式制動器，而重錘上閘的長行程電磁鐵制動器已不采用（7） 在制造起重機時，由于對零件進行熱處理，從而提高了零件表面的耐磨性，延長了使用壽命為簡化起重機機構(gòu)的維護工作是軸承的潤滑最好采用集中潤滑系統(tǒng)3．總體方案設計3.1 引言起重機(Crane)屬于起重機械的一種，是一種作循環(huán)、間歇運動的機械。一個工作循環(huán)包括：取物裝置從取物地把物品提起，然后水平移動到指定地點降下物品，接著進行反向運動，使取物裝置返回原位，以便進行下一次循環(huán)。通常起重機械由起升機構(gòu)(使物品上下運動)、運行機構(gòu)(使起重機械移動)、變幅機構(gòu)和回轉(zhuǎn)機構(gòu)(使物品作水平移動)，再加上金屬機構(gòu)，動力裝置，操縱控制及必要的輔助裝置組合而成。3.2 起重機設計的總體方案 本次起重機設計的主要參數(shù)如下:1)起 升 機 構(gòu) ： 1.起重機的最大起重量為 50T，副起重量為 10T；2.主起升，起升高度為 12m，工作級別為 M6，起升速度為 7.8m/min；3.副起升，起升高度 16m，工作級別為 M6，起升速度為 13.2m/min；2)運 行 機 構(gòu) ： 運 行 速 度 ： 小 車 38.5m/min ，工作級別為 M5；3)起重機的跨度： 22.5m，工作級別為 M6。根據(jù)上述參數(shù)確定的總體方案如下：3.2.1 方案一：選擇箱形雙梁橋式起重機箱形雙梁橋式起重機具有加工零件少，工藝性好、通用性好及機構(gòu)安裝檢修方便等一系列的優(yōu)點，因而在生產(chǎn)中得到廣泛采用。我國在 5 噸到 10 噸的中、小起重量系列產(chǎn)品中主要采用這種形式，但這種結(jié)構(gòu)形式也存在一些缺點：自重大、易下?lián)系取?南昌航空大學科技學院學士學位論文9圖 3-1 為箱形雙梁橋式起重機3.2.2 方案二：選擇通用吊鉤橋式起重機圖 3-2 為通用吊鉤橋式起重機通用吊鉤橋式起重機適用于機械加工與裝配車間、金屬結(jié)構(gòu)車間、機械維修車間、各類倉庫、冶金和鑄造車間的輔助吊運工作等可以承載較強的工作級別，可以在較復雜和工況較惡劣的情況下使用。檢修方便。但是價格高，輪壓大，自重量大。?南昌航空大學科技學院學士學位論文103.3 方案的確定根據(jù)上述兩種方案中的優(yōu)缺點的比較并查找相關(guān)的資料最終確定選取方案二選用通用吊鉤起重機。3.4 小結(jié)通過課題的設計參數(shù)去選取起重機是非常重要的，通常要考慮實用性，方便等特點。對于起重機有所更深刻的了解，也確定了設計的方向。南昌航空大學科技學院學士學位論文114 起升機構(gòu)的設計及計算4．1 引言起升機構(gòu)是起升貨物并使它產(chǎn)生升降運動的機構(gòu)，它是起重機最重要和最基本的機構(gòu)，沒有起升機構(gòu)就不能稱其為起重機，其工作的好壞直接影響整臺起重機的工作性能。起升機構(gòu)一般由驅(qū)動裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、取物裝置和安全保護裝置等組成。驅(qū)動裝置包括電動機、聯(lián)軸器、制動器、減速器、卷筒等部件。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩、卷筒、定滑輪和動滑輪。取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、抓斗、電磁吸盤、吊具、掛梁等多種型式/安全保護裝置有超負荷限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保護開關(guān)等，根據(jù)實際需要配用。起升機構(gòu)依動力裝置的不同可分為三種：（1）內(nèi)燃機經(jīng)機械傳動裝置帶動起升卷筒轉(zhuǎn)動，這種驅(qū)動方式的優(yōu)點是具有獨立的能源，就整機而言它屬于集中驅(qū)動。為保證各機構(gòu)的獨立運動，傳動系統(tǒng)比較復雜，操縱也不方便；（2）電動機經(jīng)機械傳動裝置帶動起升卷筒轉(zhuǎn)動，簡稱電動起升機構(gòu)，它屬于分別驅(qū)動，傳動裝置簡單，可以采用標準件，在橋式起重機、龍門起重機和門座起重機上廣泛應用；（3）由油馬達經(jīng)機械傳動裝置或直接驅(qū)動起升卷筒，簡稱夜壓起升機構(gòu)，它屬于分別驅(qū)動，具有結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸緊湊，重量輕等優(yōu)點，在汽車起重機和輪胎起重機上得到廣泛應用。根據(jù)以上分析，在本課題的設計中選擇電動起升機構(gòu)，它的動力裝置是電動機，直流電動機電動機的機械特性適合起升機構(gòu)工作要求，調(diào)速性能好，但獲得直流電源較為困難，通常采用交流電動機，交流電源能直接從電網(wǎng)取得，操作簡單，維護容易，機組重量輕，工作可靠，在電動起升機構(gòu)中被廣泛應用。起重機必須通過取物裝置將起吊物品與起升機構(gòu)聯(lián)系起來，從而進行這些物品的裝卸、吊運以及安裝等作業(yè)。按照取物裝置的不同可分為吊鉤起升機構(gòu)、電磁吸盤起升機構(gòu)和抓斗起升機構(gòu)。吊鉤和吊環(huán)是起重機中應用最廣泛的取物裝置，在本課題中選用的是吊鉤起升機構(gòu)。4.2 吊鉤電動起升機構(gòu)的布置方案吊鉤電動起升機構(gòu)，它由電動機、制動器、減速器、卷筒、滑輪、鋼絲繩和吊鉤等組成。電動機經(jīng)過減速器減速后驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)，使鋼絲繩繞進卷筒或由放出，從而南昌航空大學科技學院學士學位論文12使吊鉤升降。卷筒的正反向轉(zhuǎn)動是通過改變電動機的轉(zhuǎn)向來達到的；而機構(gòu)運動的停止或使貨物保持在懸吊狀態(tài)是依靠制動器抱住制動輪來實現(xiàn)的。制動器通常裝在高速軸上，這樣所需要的制動力矩小，因而制動器的尺寸小、重量輕。根據(jù)上述的描述，可以對下列方案進行選擇。方案一： 電動機與卷筒并列布置的起升機構(gòu)電動機與卷筒并列布置是大多數(shù)吊鉤起重機常用的起升機構(gòu)的形式，電動機通過三級標準減速器帶動卷筒轉(zhuǎn)動如圖 4-1 所示。并列式起升機構(gòu)分組性好，宜選用標準件，機構(gòu)布置勻稱，安裝維修方便，因而得到廣泛應用。圖 4-1 平行軸線布置的起升裝置1—減速器；2—制動器；3—帶制動輪的聯(lián)軸器；4—浮動軸；5—聯(lián)軸器；6—電動機；7—卷筒；8—卷筒支座方案二： 電動機與卷筒同軸布置的起升機構(gòu)采用行星傳動可以實現(xiàn)電動機與卷筒同軸線布置如圖 4-2 所示。由于行星傳動的齒輪是圍繞著中心軸線布置的，形成圓筒形，因此可以將它置于卷筒內(nèi)部，使機構(gòu)布置十分緊湊，同時可以提高組裝性能，但加工精度和安裝要求較高，維修不太方便。由于行星傳動具有傳動比大，體積小、重量輕等優(yōu)點，在起重運輸機械上的應用日益廣泛。南昌航空大學科技學院學士學位論文13圖 4-2 同軸線布置的起升裝置綜合比較以上兩種布置方案，選擇方案一。50t/10t 橋式起重機是設有主副兩套起升機構(gòu)，一般當起升重量超過 12.5 噸時除主起升機構(gòu)（主鉤）外，通常還設有副起升機構(gòu)（副鉤） 。副起升機構(gòu)的構(gòu)造與主起升機構(gòu)相同，只有規(guī)格小一些，通常起重機起吊額定起重量的情況（用主鉤起吊）是比較少的，多數(shù)情況下是起吊一些比額定起重量小得多的貨物，這時用起升速度較高的副鉤起吊是比較經(jīng)濟的。所以這臺起重機的起升機構(gòu)布置如圖 4-3 所示。圖 4-3 主、副起升機構(gòu)布置1—主起升機構(gòu) 2—副起升機構(gòu)南昌航空大學科技學院學士學位論文144.3 主起升機構(gòu)的計算4.3.1 鋼絲繩直徑的選取 吊取額定起升載荷的貨物時繞上卷筒的鋼絲繩分支的最大靜拉力 maxS（4-1）dzOQxmS????a式中 ——額定起升載荷 ——吊具的自重載荷Q?o——繞上卷筒的鋼絲繩分支數(shù) ——滑輪組倍率X——滑輪組效率 ——導向滑輪效率z?d由 kNgtQ490/8.50????? kNPQO7.14%3?2?x5m96.z(4-2)xmSdzO83.569.052)71(3a ????圖 4-4 主起升鋼絲繩纏繞簡圖 按選擇系數(shù) C 確定鋼絲繩直徑 （4-3）maxScd?其中 C=0.114，則（4-4）d4.2683.514.0??南昌航空大學科技學院學士學位論文15根據(jù)參考文獻 [1]選擇鋼絲繩型號 6X19-26-155-I，則鋼絲繩直徑 d=26mm，其破斷拉力 必須滿足PS（4-5）][maxnSP??（其中鋼絲繩的破斷拉力 則 6][,3402585.0?????nNktP滿足 （4-6）???6][3.8.56402nn4.3.2 滑輪與卷筒的計算 1）滑輪、卷筒最小直徑的確定為了確保鋼絲繩具有一定的使用壽命，滑輪、卷筒的直徑（自繩槽底部算起的直徑）應滿足（4-7）dhD)1(??式中 h——與機構(gòu)工作級別和鋼絲繩有關(guān)的系數(shù) h=25，則（4-8 ）m624)25(??取卷筒直徑 D=800mm，滑輪直徑 D=710mm。 從有利于傳動機構(gòu)方面看，卷筒直徑愈小愈有利，因為卷筒直徑小可以降低減速機構(gòu)的速比，可以選用較小的減速器，使機構(gòu)緊湊。但是在起升高度很大時，常常為了不使卷筒太長，選用教大的卷筒直徑。圖 4-5 卷筒2）卷筒的長度和厚度計算（圖 4-5）南昌航空大學科技學院學士學位論文16Ⅰ.卷筒長度卷筒長度主要取決于起升高度和滑輪組倍率 （4-9）3210)(llL??其中 （4-10）pNDHm0?式中 H——起升高度——卷筒卷繞直徑（鋼絲繩中心直徑） ，0 82600???dDN——附加安全圈數(shù)，使鋼絲繩繩尾受力減小便于固定，通常 n=1.5～3 圈——螺旋槽節(jié)距，? md29)4~(?則 取 (4-11)mL9.752)38614.3502(0 ????L7830?長度 為固定繩尾所需長度，依固定方式而言，一般 為卷1l 21,87lpl???筒兩端空余部分的長度，根據(jù)需要決定，取 l2由鋼絲繩允許的偏斜角度 和卷筒軸到動滑輪軸的最小距離 決定，鋼絲繩允3l ?minh許偏斜度通常約為 根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸決定； min0),6~4(1:h??（4-12）imin43 2.LtghLl ?????式中 ——吊鉤最高位置時滑輪線與卷筒軸線間的距離i通常在初步設計時，取 =120mm3l所以 L=2×（783+87+120）+120=2100mm (4-13)Ⅱ.卷筒厚度 卷筒厚度可先按經(jīng)驗公式確定：對于焊接鋼卷筒： =26mm， 然后進行強度校核。d??3）卷筒強度計算卷筒在鋼絲繩拉力作用下，產(chǎn)生壓縮，彎曲和扭轉(zhuǎn)剪應力，其中壓縮應力最大。當 L≤3D 時，彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應力不超過壓縮應力的 10%～15%，只計算壓應力即可。南昌航空大學科技學院學士學位論文17卷筒筒壁的最大壓應力出現(xiàn)在筒壁的內(nèi)表面，壓應力 按下式計算c?（4-14）][max1ccpSA????式中 ——卷筒壁厚（mm） P——繩槽節(jié)距（mm） ——應力減小系數(shù)，在繩圈拉力作用下，筒壁產(chǎn)生徑向彈性變形，使繩圈緊度1降低，鋼絲繩拉力減小，一般取 =0.75。1A——許用壓應力，鋼 ， 為鋼的屈服極限。鋼材選用 Q235-B，][c?2][sc??s=225N/mm2，則 =112.5 N/mm2。sc則 =0.75× =53.36 ＜ =112.5 N/mm2 （4-15）c5364.89?/Nm][c能夠滿足條件。 4）卷筒的轉(zhuǎn)速（4-16）057.81in3426tvrnD????式中 ——轉(zhuǎn)速，單位 r/min； ——起升速度，單位為 m/min；t v4.3.3 選擇電動機1）計算電動機的靜功率 jp（4-17）wvpQj ??2.785.016)7.49(06)( 3????????式中 ——機構(gòu)總效率， =0.96×0.98×0.99×0.93=0.87， 為卷ctdz??? t?筒效率 =0.99， 為傳動效率， =0.92～0.94。采用閉式齒輪減速箱傳動作初步計tcc算時，機構(gòu)總效率 0.8～0.85。??2）選擇電動機功率考慮起重機的類型、用途、機構(gòu)工作級別和作業(yè)特點，以及電動機的工作特性，同時為了滿足電動機起動和不過熱要求。按滿載起升計算所得的靜功率 應乘以穩(wěn)態(tài)jp負載平均系數(shù) G，由此得到穩(wěn)態(tài)平均功率。根據(jù)參考文獻 [1]一般車間及倉庫用吊鉤式橋式起重機，起升機構(gòu) JC%取 25%，機構(gòu) CZ 值宜取 150；穩(wěn)態(tài)負荷平均系數(shù) G 取 0.8。南昌航空大學科技學院學士學位論文18除電動葫蘆外，起重機的起升機構(gòu)一般使用繞線異步電動機。繞線型異步電動機的穩(wěn)態(tài)平均功率：（4-18）0.87261.jJCGkwpP???由上計算，根據(jù)參考文獻 [16]初選電動機型號 YZR315S-8，該電機在JC25%，CZ=150 時，輸出功率 P=68.385kw[1]，基準工作制 S3-40%時額定輸出功率=75kw，同步轉(zhuǎn)速 =725r/min。e en3)電動機的過載校驗起動過載功率 為dp（4-19）kwQvZHpmd 6.587.016).49(8.210 ?????????式中 H——系數(shù)，繞線型異步電動機取 H=2.1 ——電動機個數(shù)Z——電動機轉(zhuǎn)矩允許過載倍數(shù)， =2.8 M M?電機過載利用率 =56.6/75=75.5%，一般不超過 105%則該電機通過過載試驗。dep故選擇電動機型號為：YZR315S-8。4.3.4 減速器的選擇1）計算傳動比 0i（4-20）072548.31etn?選 =50，三級傳動。Ni2）確定減速器的公稱輸入功率 ， npns?（4-21）1275.145.se kwf????式中 ——計算功率 ——修正系數(shù)，一般 =1.4sp2f2f南昌航空大學科技學院學士學位論文19——工作機系數(shù)，根據(jù)工作機的載荷狀況和利用等級參照參考文獻 [15] 選取1f當 =750r/min， =50，根據(jù)參考文獻 [14]查得 =1000mm， =83.9kw， 與0nNi 1anpn相近，校核后再確定。由參考文獻 [14] 初選 ZQA1000-50ⅢC。sp3）校核減速器的最大負荷 maxp電動機的額定轉(zhuǎn)矩 （4-759509098.32eN NmnT???22）由表查得，起升機構(gòu) =0.93f（4-3max987.250.967.50NeTnf kwp????23）=83.9kw＞ =67.5kw，滿足要求，nmax故選型 ZQA1000-50ⅢCA。4.3.5 選擇制動器1）制動器的選擇制動器是保證起重機安全的重要部件，起升機構(gòu)的每一套獨立的驅(qū)動裝置至少要裝設一個支持制動器。支持制動器應是常閉式的，制動輪必須裝在與傳動機構(gòu)鋼性聯(lián)結(jié)的軸上。起升機構(gòu)制動器的制動轉(zhuǎn)矩必須大于由貨物產(chǎn)生的靜轉(zhuǎn)矩，在貨物處于懸吊狀態(tài)時具有足夠的安全裕度，制動轉(zhuǎn)矩應滿足下式要求：（4-24）mNimDPKTNQz ?????? 43.1250287.64975.120?根據(jù)參考文獻 [13]選取電力液壓塊式制動器，型號為 YW（B）400-1250。2)起動、制動時間驗算Ⅰ、起動時間和起動平均加速度驗算起動時間：（4-25）][)(5.9][pjqptTJnt????南昌航空大學科技學院學士學位論文20式中 n——電動機額定轉(zhuǎn)速（r/min） ——電動機平均起動轉(zhuǎn)矩（ ） ，qTmN?參照參考文獻 [1]表 2-2-8 選取，=（1.5～1.8） =（1.5～1.8）×987.93=1481.9～1778.3 （4-26）qTn ?——電動機靜阻力矩，j=930.44 （4-27）87.0526490????imDPQj mN?——機構(gòu)運動質(zhì)量換算到電動機軸上的總轉(zhuǎn)動慣量（ ） ， ??J 2kg?（4-28）?????204)(1.][ iDPJQd——電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，在電動機樣本中查取， =7.22d dJ2mkg?——制動輪和聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量， =1.675+0.70=2.375eJe則 =1.15×（7.22+2.375）+ =11.2 （4-29）?? ??2324901.8657?2kg?——推薦起動時間（s ） ，見參考文獻 [1]表 2-2-9， =1.5sqt???? qt????s （4-30 ）??71.1.069.5(48.3)93.4P????::當取 =1.4s 時， ＜ ，可以滿足。 qtqt????合適的起動時間 依起升速度而定。對于一般起升速度不太大的起重機，≈0.5～2s。qt起動時間是否合適，可根據(jù)起動平均加速度來判斷：（4-31）??pat???式中 ——起升速度（ ） ——平均升降加（減）速度推薦值（ ） ，?/ms 2/ms見參考文獻 [1]表 2-2-10， =0.2 。??a2/南昌航空大學科技學院學士學位論文21＜ =0.2 （4-32）7.80.164pa??2/ms??a2/sⅡ、制動時間和制動平均減速度驗算滿載下降制動時間： （4-33）][)'(5.9'zjzz tTntJ???式中 ——滿載下降時電動機轉(zhuǎn)速，通常取 =1.1 =797.5n? n?/minr——制動器制動轉(zhuǎn)矩（ ） ，根據(jù)已選擇制動器的參考文獻 [13]可查出zTmN?——滿載下降時制動軸靜轉(zhuǎn)矩（ ） ，按下式計算：j? ? ???iDPMQj20'=704.25 （4-34 ）490826.75??——下降時換算到電動機軸上的機構(gòu)總轉(zhuǎn)動慣量，按下式計算：??J?（4-35）204)(1.]'[ imDPJQd?????=1.15×（7.22+2.375）+ =11.15??2391.860.75??2mkg?——推薦制動時間（s） ， ≈ 。zt???? zt????q=1.8s＜ （4-36）79.51.(2340.)z???zt????制動時間長短與起重機作業(yè)條件有關(guān)。通?？稍谝欢ǚ秶鷥?nèi)對制動器調(diào)整，確定合適的制動力矩。最好的措施是電氣控制制動與機械支持制動合并使用。制動平均減速度：（4-37）??jzat????式中 ——滿載下降速度（ ） ，可取 =1.1?? /ms??無特殊要求時，下降制動時物品減速度不應大于參考文獻 [1]表 2-2-10 的推薦值。＜ =0.2 滿足 （4-38 ）1.780.6ja??2/s??a2/ms南昌航空大學科技學院學士學位論文224.3.6 選擇聯(lián)軸器選擇的聯(lián)軸器安裝在高速軸上，依據(jù)所傳遞的扭矩、轉(zhuǎn)速和被聯(lián)接的軸徑等參數(shù)選擇聯(lián)軸器的具體規(guī)格，起升機構(gòu)中的聯(lián)軸器應滿足下式要求：（4-39）][max13TkT???式中 ——按正常工作下的正常載荷計算的軸傳最大扭矩，1maxNnpM?? ??2.39~8.7 725908.2)0~7.(50)0(??（4-40 ）（其中 為電動機轉(zhuǎn)矩允許過載倍數(shù)， =2.8）MM?——聯(lián)軸器度系數(shù)重要程，對起升機構(gòu) =1.81k1k——選用齒輪聯(lián)軸器 =1.253 3k則 T=1.8×1.25×（1871.8～2139.2）=4211.55～4813.2N?m （4-41）1、一端與電動機軸相連的聯(lián)軸器根據(jù)上面計算的數(shù)據(jù)，從參考文獻 [1]選擇聯(lián)軸器的型號為：16542(/42186)93CLJBZQZ??2、一端與減速器高速軸相連的聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩與上相同，根據(jù)參考文獻 [1]，選擇的是帶制動輪的聯(lián)軸器，則聯(lián)軸器的型號為：大連起重機廠序號 7 ，其中 D=400 ，最大質(zhì)量 =72651093J?mkg南昌航空大學科技學院學士學位論文234.4 副起升機構(gòu)的計算4.4.1 鋼絲繩直徑的選取根據(jù)起重量 10t，選擇雙聯(lián)齊升機構(gòu)滑輪組倍率為 3。鋼絲繩纏繞方式如圖 4-6。（4-42）0max982.4517.2430QzdpkNS?????根據(jù)參考文獻 [1]，=10t×9.8=98kN， =2.5% =2.5%×98=2.45kN， =3，x=2， =0.98， =0.98Q0PQmz?d。（4-max.147321.dcs???43）根據(jù)計算出的數(shù)值，由參考文獻 [1]初選取鋼絲繩型號為：6X19-14-155-I，則鋼絲繩直徑 =14 。其破斷拉力必須滿足：d（其中 ，查表得 ） （4-??maxpns??0.8512950tpkNs??????5n?44）所以 ＞ 鋼絲繩滿足 （4-9520.46173n???5n?45）南昌航空大學科技學院學士學位論文24圖 4-6 副起升鋼絲繩纏繞簡圖4.4.2 滑輪、卷筒的計算1）滑輪、卷筒最小直徑（自繩槽底部算起）的確定D≥（h-1）d=（25-1）×14=336 (4-46)m查標準規(guī)格選用滑輪的直徑 D=400mm,卷筒的直徑 D=400mm2) 卷筒長度和厚度的計算Ⅰ.卷筒的長度 (4-47) ??0123Ll??= =670 取 =680 (4-48)PDHm???????5.20?6.517.4????????m0L長度 為固定繩尾所需長度，依固定方式而言，一般 。 為1l 13751pml???2l卷筒兩端空余部分的長度，根據(jù)需要決定，取 =70