吊钩桥式起重机的设计计算

吊钩桥式起重机的设计计算题目：吊钩桥式起重机的课程设计已知数据：起重量G=16 t，跨度 S=16.5 m，工作级别为A7，起升高度H=12m，起升速度Vq=16m/min，机构工作级别为M6，小车运行速度为Vy=45m/min，大车运行速度为Vx=110m/min，大车运行传动方式：分别驱动，桥架主梁型式：箱型梁，估计质量：小车：Gxc=16 t，G1718,R=10,H=30,B1=53,E1=38,R1=18,R2=15,R3=3,R4=5.M=12,C=1.5,S=12选铸造滑轮组，ZG 270-500 铸钢铸造，轧制滑轮：低碳钢Q235 32. 卷筒（1） 采用双联卷筒：卷绕直径：D=hd=2018=360mm查表3-5，M6，h=20适当放大卷筒直径，选卷绕直径D=648mm,卷筒的槽底直径Do=630mm,查表3-10，P49。（2） 卷筒绳槽尺寸。 卷筒选取标准槽d=18mm,p1=20mm,有关尺寸查附表3-1，P237.（3） 卷筒长度采用双联卷筒：L=2(L0+L1+L2)+L3=2(413.86+20+60)+372=1359.7mm （3-12）L滑-2Hmin tanL3L滑+2Hmin tan 查附表4-3，L3=S=372mmL0=(Hmax aD+n0)p1=( 12000 3 3.14648 +3) 20=413.86mm取L=1500mmL1两端空余部分长度，L1=P1=20mm；L2固定钢丝绳所需的长度，L2=3 P1=60mm；L0卷筒卷绕部分长度；H最大起升高度，H=12m,n0安全圈数，n0=3；卷筒：槽底半径R=10,节距P1=20,h1=7,R1=0.8,加深槽形：P2=24,h2=11，R2=0.5，查附表p237（4） 卷筒壁与强度验算卷筒材料：Q235-A3 钢板卷焊=0.02 D0+(610)=20.6mm查附表,P239,D=648mm,模数m=8，齿数z=54，D1=260,D2=432,D3=525,D4=570因为：L=15003D=1944所以：y=A1A2SP =1 0.75 28460.420.620=51.8y=112.5N/mm2式中A1卷绕层数系数，查表3-11，A1=1；A2应力减小系数，A2=0.75；y许用压应力，112.5 N/mm2 s材料屈服极限，s=225 N/mm2（5） 卷筒转速吊钩（16t） nt=60aVqD = 603163.140.64860 = 23.6 (r/min)Vq起升速度，m/s；D卷筒卷绕直径，m；3. 选电动机1） 电动机稳态起升功率PN =PQVq1000=16072016210000.87660 = 24.5 kw 4= z.D. t. ch=0.980.9820.980.95=0.876式中：PQ额定起升载荷，N；Vq起升速度，Vq=16m/min；起升机构总效率；t卷筒效率，t=0.98；ch传动效率，ch=0.95，见表4-3。2） 初选电动机YZR系列异步电动机：PnGPN =G2 PN =0.824.5=19.6 kwPN电动机稳态起升功率；G稳态负载平均系数，见表4-8，G=G2,见表4-4，G2=0.8根据Pn=19.6KW,JC=60%,此时等效接电持续率JC=40%，选YZR 225M-6 电动机两台，工作制度S3应力普系数Ks:0.250.5,查表1-17，P20查附表YZR 225 M 额定功率Pn=22KW,转速n=715r/min,最大转矩为2.9，转子转动惯量J=0.825kg.m2电动机轴径d1=65mm,轴端长l1=1050mm4. 减速器的选择计算传动比：ic=n/nt= n40%/ nt =715/23.59=30.3n电动机额定转速，n=715r/min;nt卷筒转速，nt=23.59r/min2)QJ型减速器的选用P12（1+2）1.12(i-5).PN =12(1+1.095) 1.12(6-5) 24.5=28.74KWP减速器高速轴许用功率，KW；2起升动载系数，见表2-1,2-2；i机构工作级别；吊钩：2=2min + 2.Vq=1.05+0.1716/60=1.095根据P=28.74kw,JC=60%,ic=30.3,n=715r/min,选择减速器QJR-235-31.5传动比：ic=31.5，高速轴圆柱形轴伸d2=55mm,l2=110mm；低速轴带有外齿轮,模数m=8mm,Z=54；当工作级别为M6时，高速轴许用功率P=29kw,输出转矩：Mn=12500N.m3)减速器验算减速器输出轴承受短暂的最大转矩： 5Mnmax=2Mn=1.0959221.2=10097.2 N.mMn=12500 N.mMn=SD/2=28460.360.648/2=9221.2 N.mMn钢丝绳最大静拉力在卷筒上产生的转矩；2起升动载系数；S最大工作静拉力；D卷筒卷绕直径,D=648mm；5. 实际起升速度计算1） 实际起升速度：Vq=nD/60ai=7153.140.648/(60331.5)=0.26 m/s实际起升速度应满足的条件：Vq-VqVq100%15%Vq-VqVq100%=16-0.26x60 16100%=2.5%15%所以验算合格。6选择联轴器采用齿式联轴器：ML=kML=2293.85=587.7 N.mMLML=9550Pn/n=955022/715=293.85 N.mk系数，起升机构k=2,查表可知：k=1.33.1,起升机构和变幅机构取大值；ML-联轴器所连接轴的传递转矩；根据联轴器计算力矩ML=587.7 N.m,减速器高速轴直径d2=55mm,L2=110mm,圆柱形轴端，A型键；电动机轴直径的d1=65mm,L1=1050mm,圆锥形轴端，C型键。电动机与变速器：GCL2齿式联轴器，Mn=710N.m,转动惯量J=0.022kg.m2变速器与减速器：GCL2齿式联轴器，Mn=710N.m,转动惯量J=0.022kg.m22） 低速轴齿轮减速器QJR-D335-31.5 的低速轴轴端是C型，带有齿轮联轴器的外齿轮，与其相啮合的内齿圈和卷筒的轮毂作为一体，模数和齿数相同。7电动机的验算1）起动时间 6 tq=nJ/9.55(Mdq-MN)=7153.41/9.55(440.8-314.5)=2.04 sMdq电动机的平均起动力矩，N.m；n电动机额定转速，r/min；Mdq =ASMn=(1.51.8) Mn=1.5955022/715=440.8N.mMN稳态起升额定起升载荷的转矩，N.m；AS电动机平均起动转矩倍数，见表4-6，AS=(1.51.8)Mn电动机额定转矩，N.m；J-机构总转动惯量，kg.m2J=k(J1+J2)+PQD2/4ga2 i2 =1.15(0.825+0.022+0.022+2)+1607200.6482 / (249.83231.520.876)=3.41 kg.m2J1电动机转子转动惯量，kg.m2 ，J1 =0.825 N.m 查资料：起重机设计计算（胡宗武、顾迪编著，P525）J2电动机轴上制动轮和联轴器的转动惯量，kg.m2 ，联轴器转动惯量J=（0.022+0.022）kg.m2 ，制动轮转动惯量J=2 kg.m2K其他传动件的转动惯量折算到电动机轴上的影响系数，k=1.05-1.8；MN = PQ D/2ia= 160720x0.648/(2x2x3x31.5x0.876)=314.5N.m所以：tq=nJ/9.55(Mdq-MN)=7153.41/9.55(440.8-314.5)=2.04 saq= Vq/ tq =0.26/2.04=0.13 m/s2 查表4-7，P118，通用桥式起重机和通用门式起重机：tq=0.7-0.3 s, aq=0.01-0.15 m/s2 所以起动时间验算合格。2）电动机过载验算PN =22kw Hmm PQVq1000 =(2.5/3.1)x160720x0.26/(2x1000x0.876)=19.2 kw 7PN -电动机的额定功率，kw；m相对于PN时的电动机最大转矩倍数；H-系数：绕线转子异步电动机-10%，H=2.5； m电动机台数；所以，过载验算合格。3） 电动机的发热验算（1） 吊钩桥式起重机参考表4-8，取JC=60%，JC=40%，CZ=300kw,G=G2 =0.8,查表4-4，P114.（2） 查电动机目录，选用的电机为：YZR 225M-6电动机，在JC=60%，CZ=300时，允许的输出功率Pn=23.1kw（3） 电动机的稳态平均功率Ps=GPQ Vq/1000 =0.81607200.26/(210000.876)=19.08KW=1.75,取Kz=1.753)选制动器：根据制动力矩Mz,查制动器产品目录，选择电力液压块式制动器YWZ9-250/50两台，制动器YWZ9-250/T500,配液压推杆YTD5-500/60，制动力矩Mz=315-500N.m4)制动时间验算 tz=nJ/9.55(Mz-Mj)=1.17153.5/9.55(422-241.4)= 1.6 S式中：n-满载下降且制动器投入有效转矩时的电动机转速，r/min；取n=1.1；Mz机械式制动器的制动转矩，N.m； 8Mj-稳态下降额定载荷时作用在制动轴上的转矩N.mJ-机械总转动惯量，kg.mJ=K(J1+J2)i2d-z d-Z +PQD2Q-Z4ga2i2t-z =1.15(0.825+0.0222+2)+1607200.6482 0.876/(249.8931.52)=3.5 kg.m2 K其他传动件的转动惯量折算到电动机轴上的影响系数，K=1.05-1.2；id-z电动机轴至制动轮轴的传动比；d-Z电动机轴到制动轮轴的传动效率；it-z卷筒轴到制动轮轴的传动比；Q-Z额定起升载荷至制动轮轴的传动效率；平均制动加速度：az = Vq/tz = 1.10.26/1.6=0.15 m/s2 az制动平均减速度，m/s2 ；Vq-满载下降且制动器开始有效制动时的下降速度，Vq=1.1 Vq，查表4-7，通用桥式起重机az=0.01-0.15 m/s2 ，tz=0.7-3s.所以，制动时间验算基本合格。 二 小车运行机构的计算经比较过后，确定采用如图所示的传动方案1） 选择车轮及轨道并验算其强度车轮最大轮压：小车估计质量取GXC =6t=6000kg,假定轮压均布图二 9Pmax=14(Q+GXC)= 14(16000+6000)=5500kg=347900N车轮最小轮压Pmin=14 GXC =146000=15000kg=14700N初选车轮，有附表17可知（陈道南设计手册），当运行速度1.6,工作级别为中级时，车轮直径Dc=350mm,轨道型号为18kg/m(p18)的许用轮压为3.49tPmax=3.5t.直径系列为Dc=250、315、400、500、620mm,故初选车轮直径Dc=315mm,根据以上结果，选定直径Dc=315mm的单轮缘车轮，标记为：车轮 DYL-315 GB4628-84 材料：ZG340-6402)运行阻力计算（1）摩擦阻力矩Mm=(Q+GXC)(k+d/2)查表19，由Dc=350mm车轮组的轴承型号为7518，据此选Dc=315mm,车轮组轴承亦为7518。轴承内径和外径的平均值d=(90+160)/2=125mm,由1表7-1表7-3查得滚动摩擦系数k=0.005,轴承摩擦系数=0.02，附加阻力系数=2.0，代入上式得满载时运行阻力矩:Mm(Q=Q)=(16000+6000)(0.0005+0.020.125/2) 2=77kg.m=770N运行摩擦阻力：Pm(Q=Q)= Mm(Q=Q)/(Dc/2)=7702/0.315=4888.9N当无载时：Mm(Q=0)=Gx(k+d/2) =6000(0.0005+0.020.125/2) 2=21kg.m=210NPm(Q=0)= Mm(Q=0)/(Dc/2)=2102/0.315=1333.3N3)选电动机电动机静功率 ：Nj =PjVc/1000 m= Pm(Q=Q)Vc/1000 m=4888.9 45/(1000600.91)=4.1kw式中：Pj= Pm(Q=Q)满载时静阻力； =0.9机构传动效率；m=1驱动电动机台数4）验算电动机发热条件初选电动机功率： 10N=kd Nj=1.154.1=4.7kw式中：kd 电动机功率增大系数，由1中表7-6查得，kd=1.15由附表10-1，P277，选用YZR 160 L,nx=9.0kw,n1=694r/min等效功率：Nx=kNj=0.751.124.1=3.44kw式中：k工作级别系数，由表1查得，当JC=25%时，k=0.75；由1表6-5查得tq/t0=0.2,查图6-6得=1.12NxNc,故所选电动机发热条件通过5)选择减速器（1）车轮转速：Nc=Vc/Dc=45/3.14/0.315=45.5r/min（2）机构传动比：i0 =nx /nc=694/45.5=15.3(3)减速器输入功率减速器的计算输入功率：PN=1m Pj+PgVy1000 = 11 4888.9+6160x451000x0.9x60=9.2kw式中：m运行机构中减速器台数，m=1； Pj稳态运行阻力； Pg运行起动时的惯性阻力，NPg= (PQ+PG)ay/g=1.1x(160720+58800)x0.25/9.8=6160N-机构中旋转质量的惯性力增大系数，=1.1-1.3；ay运行机构平均加速度，见表5-10，t=4s, ay=0.25m/s2 (4)选减速器：根据减速器的输入功率PN=9.2kw,传动比为16，减速器高速轴的转速为694r/min,JC=25%,选择减速器为 QJR-D 200，输出转矩为2650N.m,ic=16,PN=9.7kw,d2=32mm,l2=80mm 11 图 三 a)采用齿式联轴器连接的卷筒部件1 卷筒；2连接盘；3卷筒轴；4-轴承 图 四 图 五课本图10-13 d)卷筒轮毂 绳端固定装置 17设计小结此设计方案用于中小型起重量的桥式起重机，单吊钩，设计内容较详细，规划基本合理，数据经过查相关资料的表格得到。步骤完整有序。此方案的优点是：结构简单，安装和拆卸方便，工作可靠，便于检查，所画图易懂，方案内容详细，规划合理，完整有序。缺点是：所占的空间位置较大，尺寸选择上有些偏差，标注不够完整，卷筒装置不能用于多层卷绕。由于时间紧迫，编写的说明书一部分为打印，一部分手写，欠美观。设计心得体会：该设计工作量很大，时间紧迫，计算量多，绘图较多，有一定的难度和挑战性。本次设计过程是艰辛的，但结果是甜蜜的，大有收获，让我受益匪浅，通过本次的学习和亲自体验做设计，我学到了很多东西，熟悉和掌握了做设计的方法和步骤，同时还体会到做设计的艰辛和收获的快乐！也学到了做事要认真，严谨。更重要的是是我更进一步认识了桥式起重机的结构和工作原理，熟悉了CAD绘图，掌握更多的技巧和方法，更加喜欢本专业。我们应该更加努力学习，掌握更多的设计和专业理论与实践知识，强化专业知识，不断提升自己的综合能力。参考资料1.港口起重机械（第二版），李谷音 主编，常红 主审，人民交通出版社；2.起重机课程设计（修订版），北京科技大学 陈道南 盛汉中 主编，冶金工业出版社；3.起重机设计计算遵循国际起重机设计规范的计算法，胡宗武 顾迪民 编著，北京科学技术出版社； 23桥式起重机械课程设计指导教师：汤 文 生 班级： 2007级机械设计1班 学生：周 凤 玲 学号： 07740170 2010年7月14号 241、课程设计目的和要求1.1设计的目的：起重机课程设计是现代港口设备与自动化计算机科学与技术专业一个重要的实践教学环节，是对学生进行的全面的技术设计训练。1.2课程设计的要求：通过起重机课程设计，使学生掌握桥式起重机起重小车机构的设计计算方法和步骤；使学生对起升机构及小车运行机构的结构、工作原理、安装要求等有进一步地了解；培养学生综合运用基础知识和专业理论知识分析和解决工程实际问题的能力；培养学生具有熟练地查阅各种技术标准与规范、使用设计手册和设计资料等的能力。2、设计题目起重量：16t 跨度：13.5 工作级别A7 起升高度12m 起升速度16m/min 机构工作级别为M6小车运行速度45m/min 大车运行速度：110m/min大车运行传动方式：分别传动 桥架主梁型式:箱型梁 估计质量：小车：6t 起重机：23.7t 25目录一、起升机构的计算1、确定起升机构的布置方案和传动方案12、钢丝绳选择确定起升滑轮倍率1钢丝绳最大工作静力1传动方案简图2钢丝绳33、滑轮和卷筒尺寸、卷筒转速计算滑轮3卷筒绳槽尺寸4卷筒同长度4卷筒壁厚与强度计算4卷筒转速