新版 300kN桥式起重机大车行走部传动装置设计

齐 齐 哈 尔 工 程 学 院 毕业设计（论文）题 目 300kN桥式起重机大车行走部传动装置设计 院 （系） 专业班级学生姓名指导教师成 绩年 月 日齐齐哈尔工程学院毕业设计（论文）300kN桥式起重机大车行走部传动装置设计摘要桥式起重机由桥架、大车运行机构、小车运行机构和电气设备构成。在系统整体设计中采用传统布局的典型结构，桥式起重机是一种提高劳动生产率重要物品搬运设备，主要适应车间物品搬运、设备的安装与检修等用途。起升机构滑轮组采用双联滑轮组，重物在升降过程中没有水平移动，起升过程平稳，且钢丝绳的安装和更换容易。相应的卷绕装置采用单层卷筒，有与钢丝绳接触面积大，单位压力低的优点。在起升机构中还涉及到钢丝绳、减速器、联轴器、电动机和制动器的选择等。关键词：起升机构；大车运行机构；桥式起重机- 4 -AbstractA bridge from the bridge crane, crane traveling mechanism, the car run institutions and electrical equipment. The traditional layout of the typical structure is adopted in the design of the whole system, bridge crane is a significant increase labor productivity goods handling equipment, primarily to carry goods workshops, equipment installation and maintenance, etc. Hoisting pulley group adopts double pulley block, weight no horizontal movement in the process of lifting, hoisting process is stable, and the steel wire rope installation and easy replacement. Winding installations in the corresponding single reel, a large area of contact with the rope, the advantages of low pressure units. In the lifting mechanism also involves rope, reducer, coupling, motor and brake the choice.Keywords: hoisting mechanism of crane traveling mechanism; bridge crane;- V -目 录摘要IIAbstractIII1引言11.1起重机概念及知识11.2起重机发展及存在问题11.3未来发展趋势21.4桥式起重机的主要结构31.4.1小车31.4.2大车31.4.3动力装置和控制系统31.5 课题的目的、意义41.6 国内外研究现状42大车行走部传动装置总体设计92.1主要技术参数92.2桥式起重机的特点和种类92.3桥式起重机的一般构造102.4设计的基本原则和要求112.5大车机构传动方案112.6大车运行机构具体布置的主要问题123大车行走部传动设计143.1轮压计算143.2车轮选择153.3阻力计算163.4电机的计算与选择173.4.1静功率计算173.4.2电动机过载能力校验183.4.3电动机发热校验183.5减速器的选择193.5.1初选减速器193.5.2验算运行速度和实际所需功率203.6验算启动不打滑条件203.6.1二台电动机空载时间时启动203.6.2事故状态213.7选择制动器214 大车行走部联轴器选型和轴的计算校核234.1 制动器至减速器段联轴器选型234.2 制动器至减速器段轴计算234.3 减速器至大车轮一段联轴器选型254.4减速器至大车轮一段轴的设计及强度校核255 结构设计计算285.1 主梁的设计计算285.2端梁的计算375.2.1端梁总体的尺寸375.2.2 计算载荷的确定376 起重机未来发展趋势426.1 模块化和组合化426.2轻型化和多样化426.3自动化和智能化436.4成套化和系统化446.5新型化和实用化44结论46致 谢47参考文献48齐齐哈尔工程学院毕业设计（论文）1引言1.1起重机概念及知识二十世纪以来，由于钢铁、机械制造业和铁路、港口及交通运输业的的发展，促进了起重运输机械的发展。对起重运输机械的性能也提出了更高的要求。现代起重运输机械担当着繁重的物料搬运任务，是工厂、铁路、港口及其他部门实现物料搬运机械化的关键。因而起重机的金属结构都用优质钢材制造，并用焊接代替铆接，不仅简化了结。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。缩短了工期，而且大大地减轻了自重，焊接结构是现代金属结构的特征。我国是应用起重机械最早的国家之一，古代我们祖先采用杠杆及轱辘取水，就是用起重设备节省人力的例子。几千年的封建统治年代，工业得不到发展，我自行设计制造的起重机很少，绝大多。70年代，起重机的类型、规格、性能和技术水准获得了很大的发展，除了满足国内经济建设对起重机日益增长的需要外，还向国外出口各种类型的高性能。1.2起重机发展及存在问题上个世纪70年代以来，随着生产和科学技术的发展，起重机械在品种及质量上都得到了极其迅速的发展。随着国名经济的快速发展，特别是国家加大基础工程建设的结构件和机器设备的重量也越来越大，特别是大型水电站、石油、化工、路桥、冶炼、航天以及公用民用高层建筑的安装作业的迫切需要，极大的促进了起重机、特别是大型起重机的发展，起重机的设计制造技术得到了迅速发展。随着起重机的使用频率、起重量的增大，对其安全性能、经济性能、效率及耐久性性等问题，也越来越引起人们的重视，并对设计理念、方法及手段的探讨也日趋深入。由于在起重机设计中采取常规设计方法时，许多构件存在不合理性，进而影响整个设备性能。计算机技术的应用在很大范围内解决了起重机的设计问题，尤其是有限元分析方法与计算机技术的结合，为起重机结构的准确分析提供了强力的有效手段，在实际工程已日益普及，且今后的结构分析从孤立的单独构件转变到结构系统的整体空间分析。1.3未来发展趋势由于生产发展提出新的使用要求，起重机的种类、形式也需要相应地发展和创新，性能也需要不断变化与究善。由于现代化设计方法的建立和计算机辅助设计等现代设计手段的应用，使起重机设计思维观念和方法有了进一步的更新，其它技术领域和相邻工业部门不断取得的新科技成果在起重机上的渗透、推广应用等，更使起重机的各方面不断地丰富更新。因此，起重机向现代化、智慧化、更安全。今后的发展主要表现在如下几个方面：（1）产品大型化，高速化和专用化。目前，世界上最大的履带起重机起重量3000t，最大的桥式起重机起生日一1200t，集装箱岸连装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min，堆垛起重机级最大运行速度240m/min，垃圾处理用起重机的起升速度达100m/min。（2）产品组合成套化、集成化和柔性化在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合。（3）产品构造新型化、美观化和实用化结构方面采用薄壁型材和异形钢、减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力件，减轻自重和增加外形美观。（4）通用产品小型化、轻型化和多样化有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。（5）产品性能自动化、智能化和数字化起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。机械技术和电子技术相结合，先进的计算机技术，微电子技术，电力电子技术，电缆技术，液压技术，机械传动和控制系统，自动化和模糊控制技术在智能起重机。新一代的大起重机的高效率的电控单元的已发展为完全电子数字控制系统。（6）系列产品模块化、组合化和标准化用模块化设计代替传统的整机设计方法，起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。1.4桥式起重机的主要结构1.4.1小车小车的组件有：起升装置，运行装置，小车架和保护装置等组成。起升装置又含的组件：电动机、减速器、卷筒、制动器以及滑轮组。电动机经由减速器来带动卷筒转动使上卷筒从卷筒放下，以达到起升的目的。小车架要承受起升载荷和各机构自重，应有足够的强度和刚度，同时又要尽量减轻自重，以降低轮压和门架受载。小车的电力则由滑线或软电缆引入。小车的运行机构有两种方式，本设计采用的是集中驱动，用四轮支撑，车轮选圆柱双轮缘车轮。设计时要考虑改善零部件的受力情况、减少外形尺寸和自重、安全可靠、工作平稳、装配维修方便等因素。1.4.2大车大车由桥架和大车运行机构组成。桥架：桥架为起重机的金属结构，一方面支撑小车，允许小车在它上面横向行驶；另一方面又是起重机行走的车体，可沿铺设在厂房上面的轨道行驶。在其两侧的走台上，安装有大车运行机构和电器设备，大车运行机构用来驱动大车行走，大车上一般还有驾驶室，用来操纵起重机和安装各机构的控制设备。门架主要由主梁和端梁组成。设计时要考虑其强度，刚度和稳定性要求，也应考虑自重和外形尺寸要小，加工制造简单，运输、存放和使用维修方便，成本低等因素。1.4.3动力装置和控制系统动力装置是驱动起重机运动的动力设备，它在很大程度上决定了起重机的性能和构造特点，桥式起重机的动力装置一般采用电动机。控制系统包括操纵装置和安全装置。各机构的启动、调速、改向、制动和停止，都通过操纵控制系统来实现。1.5 课题的目的、意义 起重机是指能在一定范围内垂直起升和水平移动物品的机械，具有动作间歇性和作业循环性，多用于人力不能完成的任务。本课题是5t单梁桥式大车运行机构设计，由于吨位较小其运用的场所就必须在设计的考虑之内，稳定性与安全操作性也是设计的重要考虑部分。通过学习桥式起重机的设计方法和步骤，提高学生分析问题解决问题的能力，将自己所学的理论知识运用到生产实际当中去，培养动手能力。同时让我们了解制造行业的发展，为以后找工作做准备。 桥式起重机桥是在升高的轨道，也被称为起重机运行桥式起重机。龙门吊桥一起加入上凸起的轨道的纵向延伸的任一侧，解除台车在桥上敷设沿横向形成矩形字段轨道，可利用的空间，他们占用电梯桥材料下，不会妨碍地面设备。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。随着科学技术和生产的发展，起重机在不断的完善和发展中，先进的电气和机械设备逐渐在起重机上运用。其趋向是增加自动化程度，提高工作效率和使用性能，使其操作更加简化和安全可靠，运用更普遍化。1.6 国内外研究现状起重机作为一种古老的机械，时至今日，在其承载结构、驱动机构、取物装置、控制系统及安全装置等各方面都有了很大的发展，其设计理论、制造工艺、检测手段等都逐渐趋于完善和规范化，它已成为一个更完整的机器。由于提出了生产发展的新要求，起重机的类型，形式也需要相应的发展与创新，性能参数需要不断改变和良好的学习。由于计算机辅助设计和现代设计等现代设计方法的建立及应用意味着起重机设计思维理念和方法的进一步更新，新的科技成果和其他技术领域相邻工业部门仍然渗透使起重机，推广应用，也使起重机的各个方面不断充实更新。因此，起重机将向现代化、智慧化、更安全可靠方便的方向发展。1）国内研究现状加入世贸组织后，虽然国内市场(特别是配套件)将受到较大冲击，但同时也给我们带来新技术的应用，使国内主机和配套件企业更清晰认识到差距，更多地了解国产产品存在的致命问题，必将引导主机和配套件企业的技术创新和技术进步。国内工程机械产品近十年来随着技术的引进、消化、吸收，有了长足的进步，产品性能、可靠性、外观都有较大幅度的提高，但同国外工程机械比较来看，还存在较大差距，就工程起重机而言，今后的发展主要表现在如下几个方面：（1）整机性能，由于先进技术和新材料的应用,同种型号的产品，整机重量要轻20%左右。随着结构分析应用和先进设备的使用,结构形式更加合理（2）高性能、高可靠性的配套件,选择余地大、适应性好,性能得到充分发挥（3）电液比例控制系统和智能控制显示系统的推广应用（4）操作更方便、舒适、安全、保护装置更加完善（5）向吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展。几千年的封建统治年代，工业得不到发展，我国自行设计制造的起重机很少，绝大多数起重运输设备主要依靠进口。解放以后，随着冶金、钢铁工业的发展，起重运输机械获得了飞速的发展，全国刚解放就建立了全国最大的大连起重机械厂，1949 年10月，在该厂试制成功我国第一台起重量为50 吨，跨度为22.5m 的桥式起重机。为培养起重运输机械专业的人才，在上海交通大学等多所高等工业学校中，创办了起重运输机械专业。到目前为止，我国通用门式起重机和工程起重机已从过去的仿制渡到恶劣自行设计制造的阶段。有些机种和产品，无论从结构形式，还是性能指针都达到了较高水平。我国起重运输机械行业从上世纪五六十年代开始建立并逐步发展壮大，并已形成了各种门类的产品范围和庞大的企业群体，服务于国民经济各行各业。随着我国经济的快速发展，起重运输机械制造业也取得了长足的进步。2005 年起重运输机械行业销售额达到1272 亿元，“十五”期间平均每年超过30%，2006 年依然保持着持续增长的态势，目前的市场前景非常好。70年代以来，起重机的类型、规格、性能和技术水准获得了很大的发展，除了满足国内经济建设对起重机日益增长的需要外，还向国外出口各种类型的高性能、高水平的起重机。由此可见，起重机的设计制造，从一个侧面反映恶劣一个国家的工业现代化水平。上个世界70 年代以来，随着生产和科学技术的发展，起重机械无论在品种及质量上都得到了极其迅速的发展。随着国名经济的快速发展，特别是国家加大基础工程建设的结构件和机器设备的重量也越来越大，特别是大型水电站、石油、化工、路桥、冶炼、航天以及公用民用高层建筑的安装作业的迫切需要，极大的促进了起重机、特别是大型起重机的发展，起重机的设计制造技术得到了迅速发展。随着起重机的使用频率、起重量的增大，对其安全性能、经济性能、效率及耐久性性等问题，也越来越引起人们的重视，并对设计理念、方法及手段的探讨也日趋深入。由于在起重机设计中采取常规设计方法时，许多构件存在不合理性，进而影响整个设备性能。计算机技术的应用在很大范围内解决了起重机的设计问题，尤其是有限元分析方法与 计算机技术的结合，为起重机结构的准确分析提供了强力的有效手段，在实际工程已日益普及，且今后的结构分析从孤立的单独构件转变到结构系统的整体空间分析。2）国外研究现状（1）重点产品大型化，高速化和专用化。由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。目前世界上最大的履带起重机起重量3000t，最大的桥式起重机起生日一1200t，集装箱岸连装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min，堆垛起重机级最大运行速度240m/min，垃圾处理用起重机的起升速度达100m/min。（2）系列产品模块化、组合化和标准化用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。（3）通用产品小型化、轻型化和多样化有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。（4）产品性能自动化、智能化和数字化起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。（5）产品组合成套化、集成化和柔性化在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合。（6）产品构造新型化、美观化和实用化结构方面采用薄壁型材和异形钢、减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。目前各行业中使用的桥式起重机数不胜数，普遍采用小型PLC控制和调压调速，基本上没有智能化产品。中小型桥式起重机大多应用16/3.2T,50/10T以及32/16T等类型，在冶金工业的大型起重机，各大钢铁公司基本上采用200t480t起重机，而中小企业绝大多数采用趋于淘汰边缘的75t160t起重机，小吨位的在稳定性上要求越来越高，这些起重机的更新换代和现代化改造项目，形成了巨大的市场需求，也是科研人员进一步研发的动力和机会。随着工业的发展，桥式起重机日常趋向高速化大型化智能化方向发展。高速化：大型桥式起重机主起升机构的起升速度已达12mmin，付起升速度15mmin，主副小车运行速度均在40mmin，大车运行80mmin以上。 大型化，英国亚当森公司生产的世界上最大的铸造起重机起重量已达550t，目前国内最大的太原重工股份公司生产的450t起重机，使用在宝钢、武钢、鞍钢、共有十多台。智能化：整机电控配置先进，已发展到全部机构变频调速，检测手段先进，运行自动监控、自动跟踪、检测智能化，给维护检修提供了便捷。因此对于大型化的铸造起重机，主起升机构安全可靠性的设计就显得更尤为重要。否则一旦发生事故后果是十分严重的。- 47 -2大车行走部传动装置总体设计2.1主要技术参数表2.1主要技术参数Table1Maintechnicalparameters名称数据最大起重量300kN（30t）粱跨度大车速度起重机自重10m（10000mm）3m/s20kN2.2桥式起重机的特点和种类起重机是从事起吊、空中搬运的一种设备。常见的起重机有：桥式起重机、门式起重机、塔式起重机、港口起重机、汽车起重机、履带起重机和铁路起重机等。桥式起重机是机械制造工业和冶金工业用得最广泛的一种起重机机械，桥式起重机又称“行车”或“天车”，是横架在固定跨间上空用来吊运各种物件的设备。桥式起重机的特点是它既不占地面面积，又不妨碍地面上的作业，而且以较少的物资材料和极为稳定的形态把建筑物内各处都当作可能的作业范围，进行高速、高效的服务，可以在起升高度和大、小车轨道所允许的空间内负担任意位置的吊运工作。此外，桥式起重机容易以廉价实现借助控制盘和操纵盘进行自动操纵、或半自动操纵、内装电脑的程序操纵。设置在室内的起重机中，桥式起重机约占90%。桥式起重机有很多类型。一般按以下方法进行分类：根据桥架的结构不同，分为箱式结构，四珩架结构和腹板梁结构等，其中箱式结构用得最广泛。根据起吊装置不同，分为吊钩桥式起重机、电磁盘桥式起重机、抓斗桥式起重机。为了使吊钩桥式起重机使用场合更广泛，在吊钩上附以可更换的电磁盘或马达抓斗，以便作两种或三种用途。图2.1桥式起重机示意图2.3桥式起重机的一般构造桥式起重机构造：沿建筑物较长方向的两壁设置的承轨梁，在梁上铺设大车运行轨道，将装有4个车轮（载荷大时装有6个或8个车轮）的桥架跨在轨道上；装有起升机构和运行机构的电动小车（cab）在桥架上运行。大车轨道中心间的距离称为跨度（span），在该轨道上运行的动作称为大车运行。在桥架的中心或两端装有大车运行电动机，从电动机的水平轴引出动力，驱动半数的车轮。起升、小车运行及大车运行的速度，按工况和起重量的大小适当选定。一般来说，在起重量小和使用频繁时，速度较高。小车运行速度同大车运行的速度相比低得多，原因是小车运行距离接近建筑物的宽度，它不会太长，一般小于40m，而大车沿建筑物的长度方向运行，所以多数运行距离都是相当长的。小型和低速的起重机，多数在地面上用按钮进行操纵，而大型的高速的起重机，几乎都坐在驾驶室内进行操作。起重机5t以下的起重机，多半用带有电动运行机构的电葫芦代替电动小车。最近已有30t级的电葫芦作为标准产品在市场上销售。当起重量超过20t时，一般起升速度比较低。只用单一的起升机构长时间处理小件货物效率很低。因此在这种起重机上，一般并设一个副起升机构。副起升也设在该小车上，但不用主起升电动机，而大型起重机的主梁，多数都采用单腹板梁、箱形梁等焊接结构。在主梁两侧设有轻型水平梁，称为副梁。它通过水平构件同主梁一起构成一个水平框架，这对因主梁在大车运行时产生的惯性力所引起的水平载荷，是一个十分坚固的结构。此外，主副梁之间布置大车运行驱动电动机，与其相联的减速机构、传动轴、轴承等。在它们的上方铺设走台板，设立栏杆，以便检修人员行走。对箱形结构或壳体结构的主梁来说，因为其水平抗弯刚度大，所以多数都不带副梁。小车是用型钢和钢板制成一个构架，在上面设有主副起升用电动机、支持货物用制动器及和它们相联的减速齿轮机构，通过该机构驱动卷筒旋转。必要时，在该机构上还设速度制动器，供调节下降速度用，在小车外侧设有运行电动机，它经过齿轮减速减低速度并驱动车轮旋转，使小车运行。2.4设计的基本原则和要求对大车运行机构设计的基本要求是：1）和桥架配合要合适，这样桥架设计容易，机构好布置2）机构要紧凑，重量要轻3）维修检修方便，机构布置合理4）尽量减轻主梁的扭转载荷，不影响桥架刚度2.5大车机构传动方案大车机构传动方案，基本分为两类：分别传动和集中传动，桥式起重机常用的跨度（10.5-32M）范围均可用分别传动的方案本设计采用分别传动的方案。起重机采用分别传动的方案如图2-1;图2.2大车运行机构图1电动机2制动器3高速浮动轴4减速器5联轴器6低速浮动轴7车轮2.6大车运行机构具体布置的主要问题这三着是互相联系的。在具体布置大车运行机构的零部件时应该注意以几点：（1）如果单从保持机构的运动性能和补偿安装的不准确性着眼，凡是靠近电动机、减速器和车轮的轴，最好都用浮动轴。（2）制动器要安装在靠近电动机，使浮动轴可以在运行机构制动时发挥吸收冲击动能的作用。（3）对于分别传动的大车运行机构应该参考现有的资料，在浮动轴有足够的长度的条件下，使安装运行机构的平台减小，占用桥架的一个节间到两个节间的长度，总之考虑到桥架的设计和制造方便。（4）为了减少主梁的扭转载荷，应该使机构零件尽量靠近主梁而远离走台栏杆；尽量靠近端梁，使端梁能直接支撑一部分零部件的重量。3大车行走部传动设计大车运行机构：采用分别传动的方案方案：采用4车轮、对面布置、分别驱动。部件：电机、减速器、联轴器、车轮、轨道。桥架自重G=0.45Q+0.82L=21.7t=217kN，小车自重q=0.4Q=12t=120kN3.1轮压计算按照图3.1所示的重量分布,计算大车车轮的最大轮压和最小轮压，小车运行极限位置距轨道中心线距离l=2m。图3.1轮压重量分布满载最大轮压：=159.05kN空载最大轮压：=72.25kN空载最小轮压：=36.25kN式中：起重机自重；q小车自重；起升载荷；桥架跨度；3.2车轮选择使用双轮缘车轮，轮缘高为25mm30mm。选择的工作级别M4，=0.72，大车运行速度3m/s，初选车轮踏面直径，车轮材料，轨道及其材料。根据表3-8-12查得：车轮直径700mm，轨道型号QU70，许用轮压30.7t，车轮材料ZG310-570、HB320。轴承型号为7524车轮踏面疲劳验算：按照点接触验算疲劳计算载荷：118.116kN535.4kN式中。与材料有关的许用点接触应力常数（N/mm2）；根据表3-8-6选取，K2=0.1；R曲率半径，取车轮曲率半径与轨面曲率半径中之大值（mm），R=700mm；m有轨道顶面与车轮的曲率半径之比（r/R）所确定的系数，根据表3-8-9选取，m=0.468。转速系数，根据表3-8-7选取，C1=1；工作级别系数，根据表3-8-8选取，C2=1.12。故车轮的踏面的疲劳强度满足要求。图3.2车轮结构图3.3阻力计算只考虑摩擦阻力。（300+217+120）*0.08=4969N式中G桥架自重载荷；Q起升载荷；q小车自重载荷；摩擦阻力系数，初步计算时按表3.1选取，=0.08。表3.1摩擦系数选取表车轮直径mm500600700800900滚动摩擦系数0.060.080.080.100.123.4电机的计算与选择3.4.1静功率计算M静=W静（kgm）（4）电动机轴到车轮中间的传动比i电动机轴到车轮中间的传动比机构效率 取=0.9N静=（kw） （5）n电预选电动机的额定转数或N静=（kw）（6）V起重机移动速度（m/min）空载时的W摩及M静对室内工作的起重机取满载时的倍根据N静的计算值，取其2倍左右，初步选择电动机功率。静功率：=6.37kWm驱动电动机总数，m=2；v初选运行速度，3m/s；运行机构传动的总机械效率，=0.9Fj起重机（小车）只考虑摩擦阻力运行时的静阻力，Fj=3822N初选：=12.74kW室内工作及装卸桥小车运行机构的，取1.22.6（对应速度30180m/min）采用YZR系列电机。JC%=40%。选取机座号为180L-6电机，额定功15kW，额定转速n=970r/min，最大转矩倍数2.03.4.2电动机过载能力校验式中：m电动机个数，m=2；平均启动转矩标准值，=1.7；Fj只考虑摩擦阻力运行时的静阻力，Fj=3822NV运行速度，m/s机构传动效率；n电动机额定转速r/min机构总传动惯量：电动机初选启动时间，可根据运行速度确定，=8s；式中k：考虑其他传动件飞轮矩影响的系数，折算到电动机轴上可取1.11.2；J1：电动机转子转动惯量kg.m2;J2:电动机轴上制动轮和联轴器的转动惯量；0.05kgm23.4.3电动机发热校验对于运行机构绕线式电动机的发热验算，按稳态平均功率校核，即式中。G稳态负载平均系数，见表8-15.取G=0.95。故初选电动机发热条件满足要求3.5减速器的选择3.5.1初选减速器减速机传动比i=（7）V预预定的起重机额定速度m/minn电n车轮电动机、车轮的转速n转/分D车轮的直径m根据算得的传动比，再取定实际的传动比i实实际移动速度V实=（m/min）（8）传动比：=11.85式中。电动机的额定转速，970r/minD车轮踏面直径，700mmV初选运行速度，3m/s；减速器输入功率按起动工况计算。=3.08kW=6.162kN=6162N式中。m运行机构减速器的个数，m=2；V运行速度，0.5m/s；运行机构的传动效率；0.9只考虑摩擦阻力运行时的静阻力，4930N；运行起动时的惯性力。，考虑机构中旋转质量的惯性力增大系数。t机构初选启动时间，大车运行机构一般去810。根据计算输入功率，可从标准减速器的承载能力表中选择适用的减速器。选用两台QJS-280-80-I-P-L减速器i=80；N=9.1kW，当输入转速为1000r/min，输入轴直径55mm、长为80mm，输出轴直径65mm、长为130mm，减速器总长为1024mm，宽450mm，高为584mm，许用功率为9.1kW，其自重为350kg。3.5.2验算运行速度和实际所需功率实际运行的速度：=误差：，合适实际所需的电动机功率：，合适3.6验算启动不打滑条件由于起重机在室内使用，故坡度阻力及风阻力均不予考虑。以下三种工况进行验算。3.6.1二台电动机空载时间时启动式中：N主动轮轮压从动轮轮压和f=0.2室内工作的粘着系数n=1.051.2防止打滑的安全系数=3.14因，故两台电动机空载启动不会打滑。3.6.2事故状态当只有一个驱动装置工作，而五载小车位于工作着的驱动装置这一边时，则：式中-非主动轮轮压之和工作的主动轮轮压；一台电动机工作时的空载启动时间因，故不打滑。事故状态。当只有一个驱动装置工作，而无载小车远离工作着的驱动装置这一边时，则：与第2种工况相同故不打滑。3.7选择制动器由起重机设计手册中所述,取制动时间按空载计算制动力矩，即Q=0代入式中：-坡度阻力m=2-制动器台数，两套驱动装置工作现选用两台YWZ电力液压块式制动器，得其额定制动力矩N为避免打滑，使用时需将制动力矩调至28以下，考虑到所取的制动时间，在验算启动不打滑条件时已知是足够安全的，故制动不答话验算从略。图3.3YWZ电力液压块式制动器4 大车行走部联轴器选型和轴的计算校核4.1 制动器至减速器段联轴器选型查得电动机两端伸出轴各为圆柱形，。由表37查ZSC-600减速器高速轴端为圆柱形。故此附表41选GICL鼓形齿式联轴器，主动端A型键槽；从动端A型键槽。标记为GICL1联轴器 J19013-89其公称转矩，。4.2 制动器至减速器段轴计算P=9.1kW，当输入转速为1000r/min，式中 电动机额定转矩； 联轴器的安全系数，运行机构； 机构刚性动载系数，取。（1）扭矩计算 由扭矩计算基本载荷式中 动载系数, ；起升载荷动载系数，（物品起升或下降制动的动载效应），由前节已选定轴径，因此扭转应力：轴材料用45号钢,，弯曲： 扭转: ,轴受脉动循环的许用扭转应力：考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数； 与零件几何形状有关,对于零件表面有急剧过渡和开有键槽及紧配合区段, ； 与零件表面加工光洁度有关，对于5，=；对于10，=；此处 考虑材料对应力不对称的敏感系数，对碳钢，低合金钢=0.2 安全系数，查表2-21得=1.25。因此 故 通过 （2）强度验算 轴所受最大转距：最大扭转应力：许用扭转应力：式中 安全系数， =1.5 故通过浮动轴的构造如图所示，中间轴径，取4.3 减速器至大车轮一段联轴器选型查得，电动机，轴端为圆柱形，；在考减速器端，由附表43选用两个半齿联轴器（靠减速器端为圆锥形，浮动轴端直径）；其，；重量与原估计基本相符，故有关计算则不需要重复4.4减速器至大车轮一段轴的设计及强度校核选择的减速器传动比i=11.85 减速器的机械效率取96%1）疲劳强度验算：低速浮动轴的等效扭矩：式中 等效系数，由表2-6查得由上节已选定浮动轴端直径，故其扭转应力为：由于浮动轴载荷变化为对称循环（因为浮动轴在运行过程中正反转之扭矩相同），所以许用扭转应力为式中 材料用45号钢，取，。所以， 考虑零件几何形状，表面状况的应力集中系数。由第二章第五节及2第四章查得：；安全系数（由表2-18查得） 故疲劳强度验算通过图4.1疲劳强度验算图 2）静强度验算：计算静强度扭矩：式中 动力系数，查表2-5得扭转应力： 许用扭转应力 ，故静强度验算通过高速轴所受扭矩虽比低速轴小（二者相差倍），但强度还是足够的。图4.2高速轴图5 结构设计计算5.1 主梁的设计计算1）主梁材料的选择：选用Q235，其力学性能好。2）桥式起重机主梁结构形式及截面尺寸的确定：根据标准选用后，验算是否符合要求。本设计选用箱形结构主梁，其组成由上下盖板及左右腹板焊接而成，断面为封闭的箱形，小车轨道安装在上盖板上。本设计选用了轨道安装在主梁的正中形式。为了防止上盖板变形，在箱形主梁内部，每隔一定间隔加焊了“长加劲板”和“短加劲板”。门架的刚度由两主梁保证，两主梁外侧，一侧走台上安放大车运行机构，另一侧安放电气设备，走台增加了门架的整体刚度，便于起重机的维修，但也增大了门架的自重和对主梁的附加扭矩。在设计中应尽量减少走台的宽度。从主梁受力来考虑，主梁纵向外形以抛物线为优，但制造费时，故一般将两端做成斜线段式。1主梁危险载面的强度验算1）正应力的验算根据公式计算的垂直弯矩同时作用在主梁上，并考虑约束弯曲和约束扭转的影响，主梁再面上的正应力可按下式叠加：主梁跨中：主梁支承载面：式中、主梁跨中的最大垂直弯矩和水平弯矩；、主梁支承载面的最大垂直弯矩和水平弯矩；、主梁跨中和支承载面对轴的载面摸数；主梁对轴的载面摸数。强度许用应力为：1）确定应力循环特性钢的强度许用应力为：式中为载荷组合的安全系数。2）剪应力的验算箱形载面主梁支承载面处的剪力在腹板上引起的剪应力按下式计算：式中主梁载面的一部分对中性轴的静矩；主梁载面对轴的惯性矩；、主梁的主、副腹板的厚度。在水平载荷作用下，盖板上的剪应力：式中支承处的水平剪力；主梁载面的一部分对轴的静矩；主梁载面对轴的惯性矩；上、下盖板厚度。主梁受扭的影响。则按纯扭转计算，计算式为：主腹板上=副腹板上=盖板上=式中作用与主梁支承载面的扭矩；主梁封闭载面的轮廓面积，。在主梁载面上，各种载荷在同一点引起的剪应力予叠加。2、支腿危险载面的强度验算对于单主梁箱形结构门架的支腿应分别选取几个载面进行强度计算。强度验算式为：式中门架平面，支腿验算载面的最大弯矩；支腿平面，支腿验算载面的最大弯矩；支腿平面，支腿验算载面的轴向力；、验算载面对轴和轴的载面模数；验算载面的面积。根据静强度和疲劳强度条件计算截面需要的面积：由计算结构知，杆件应根据疲劳强度条件确定截面积。杆件需要的最小截面积为20732.55。3、下横梁的强度验算将各种载荷作用在门架上引起的下横梁的弯矩叠加，然后按下式验算其强度，即弯曲应力：式中作用在下横梁载面的总弯矩；验算载面对轴的载面模数。近年来，桥式起重机有采用宽翼缘箱形梁，这时薄壁箱形梁受弯曲时，在剪应力作用下，翼缘板和腹板产生了翘曲，梁的截面不在保持平面，而有翘曲（图b中虚线所示）。由于这种翘曲受到了约束，因而破坏了正应力按平面分布的规律，这时正应力沿梁宽的分布不再是一个常数，沿着梁高的分布也不再符合线性分布规律（图），其中虚线表示自由弯曲应力。根据理论分析和实验验证，在薄壁箱型梁的角点上，最大约束弯曲正应力可近似取为：式中自由弯曲正应力；考虑约束弯曲而使应力增大的系数；B翼缘板宽度。初选箱形截面腹板厚度8.82刚度是控制条件。3）主梁载荷的组合情况：由于起重机主梁受力情况复杂，在分析计算过程中，应合理处理。4）主梁强度以及刚度的计算：主梁中间截面的最大弯曲应力：式中：主梁中间截面对水平重心轴线x-x的抗弯截面模数，其近似值：主梁中间截面对垂直重心轴线y-y的抗弯截面模数，其近似值：cm3因此可得：由资料查得16Mn钢的许用应力为，故主梁支承截面的最大剪应力：式中：主梁支承截面所受的最大剪力。KN主梁支承截面对水平重心轴线x-x的惯性矩，其近似值为：cm4S主梁水平截面半面积对水平重心轴线x-x的静矩。cm3因此可得：因故知强度足够。主梁的垂直刚度计算:主梁在满载小车轮压的作用下，在跨中所产生的最大垂直挠度为：cm式中：允许的挠度值为:cm因此，材料的弹性模量，GP。主梁的水平刚度计算:主梁在大车运行机构起、制动惯性载荷作用下，产生的水平最大挠度为：cm式中：KN；KN/m；cm4水平挠度的许用值。cm因此,由上计算可知，主梁的垂直和水平刚度均满足要求。当起重机工作无特殊要求时，可以不必进行主梁的动刚度验算。5）端梁的计算：端梁采用压制成型，再焊接成箱形结构，有焊缝和加工工时少，端梁变形小，重量轻，外形美观等优点。选用后进行强度较核。6）主梁与端梁的连接形式的选择：采用加连接扳用焊接的形式连接，门架的运输分割位置在端梁的中间区段，接头处的下盖板用连接板螺栓联接，侧面与顶面用角钢法兰联接。有制造简单、装拆方便、成本低等优点。7）司机室的选用：司机室的构造与安装位置，应保证司机有良好的视野，司机室一般与门架固定，并应安装在无滑线一侧。司机室的结构有敞开式和封闭式两种，若无特殊要求，室温在1040摄氏度的厂房内工作的一般制成敞开式，在多灰尘和有害气体的场合，露天及高温车间工作的司机室，一般制成封闭式。司机室的内部尺寸一般以满足视线要求为条件，宽度不宜过大，一般取1.3m1.6m，长度不小于2m，高度不低于1.9m，司机室内部具体尺寸根据电器设备和工作要求确定.司机室的骨架应有足够的强度和刚度，一般有轧制的型钢和冲压的薄板焊成。地板应用厚20mm的木板制成，地板离骨架100mm，人形过道处铺以45mm厚的橡胶板，地板和墙壁内用留有电缆线槽，玻璃窗的玻璃厚度应不小于5mm玻璃窗的尺寸和位置应保证司机坐着能看见起重机的取物装置在任何位置的工作情况，根据需要可设置上视窗和下视窗。当起重机小车的轮压直接作用在梁的腹板上时（图），腹板边缘产生的局部压应力为：=式中局部压应力；P集中载荷（N）；板厚（mm）；集中载荷分布长度，可按下式计算：式中集中载荷作用长度，对车轮取；-自构件顶面（无轨时）或轨顶（有轨时）至板计算高度上边缘的距离（mm）.2）当起重机小车的轮压直接作用在梁的上盖板时，局部弯曲应力为：普通正轨或半偏轨道布置在两腹板中间的上盖板上，由轮压作用而使上盖板产生局部弯曲，此时上盖板应按被两腹板和相邻两筋板分隔成的矩形板计算，如图所示。箱型梁上盖板是超静定薄板。它支承在梁的腹板和横向加筋板上。这种薄板的计算简图较复杂，再加上在小车轮压作用下，起重机箱型梁的盖板连同轨道一起承受局部弯曲，使其计算简图更加复杂。为了简化计算，特作如下假设：（1）把上盖板看作为是腹板和横向加筋板约束的自由支承的薄板；（2）轨道视为一根中部受集中载荷的梁；（3）根据薄板受集中载荷作用来计算盖板挠度；（4）计算应力时，假设轨道和盖板间仅在边长为a和b矩形面积上接触。此时，(cm),为轨道宽度，为轨道高度。对于正轨和半偏轨箱型梁，由于集中载荷的作用点在板的中心或偏一距离，故应采用板壳理论计算。根据板壳理论，作用在受载面积中心（图）弯距：式中在此处I-轨道的惯性矩；上盖板的厚度；系数，取决于之间值，见表。.图5.1表系数1.01.11.21.41.61.82.00.1270.1380.1480.1620.1710.1770.180轨道中心线至腹板的距离，正轨时，；v_波桑比；，系数，其值取决于和的值（参见表）；上盖板上的折