20T吊钩桥式起重机的设计【说明书+CAD】
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20
吊钩
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重庆科技学院专科生毕业设计 中文摘要 I 摘要 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。我国生产的吊钩电动双梁桥式起重机额定起重范围为 5 500t，一般 10t 以上，起重机有主、副两套起升机构； 300t 以上，起重机还有三套起升机构。 电动双梁起重机由桥架、小车运行机构、大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， 小车运行机构采用集中驱动。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。小车运行机构中涉及小车轮压计算、小车车轮、小车轨道、减速器、联轴器、电动机和制动器的选择计算等。 在起重机控制方面，起升机构用主令控制器和磁力控制屏来实现控制，大、小车运行机构用凸轮控制器直接控制。 在控制系统设计中，主要针对起升机构、大车运 行机构、小车运行机构电路控制系统的设计及保护电路的设计。 利用低压电气元件控制起重机，其使用寿命较长，适合 车间 恶劣环境 。 关键词 ： 桥式起重机 起升机构 小车运行机构 电气控制系统 重庆科技学院专科生毕业设计 英文摘要 is a to s of 500 t, 0 t, of t of of of of or in of of no or of in a of of In in of on of In or of to In of of a 庆科技学院专科生毕业设计 目录 录 中文摘要 英文摘要 1 绪论 1 式起重机简介 1 通桥式起重机的主要组成部分 1 车 1 车 1 力装置和控制系统 1 通桥式起重机的运行方式 1 2 设计任务及参数 2 要技术参数 2 重机工作机构的级别 2 3 吊钩组的设计计算 3 始参数 3 计步骤 3 4 滑轮组的设计计算 8 5 钢丝绳的选择 11 6 卷筒的设计计算 12 7 钢丝绳在卷筒上的固定 16 8 起升机构的设计计算 18 始参数 18 计计算步骤 18 9 小车运行机构的设计计算 26 始参数 26 计计算步骤 26 10 起重机主梁的设计计算 36 式起重机主梁的设计计算主要涉及内容 36 11 安全装置的选择说明 37 要安全装置的说明 37 台与栏杆 37 障板 37 车行程限位开关 37 升高度限位开关 37 车行程限位开关 37 冲器与挡铁 37 车缓冲器选择计算 38 车缓冲器选择计算 39 12 20 吨桥式起重机的控制系统设计 40 制电路设计分析 40 制对象分析及控制元件的确定 40 重庆科技学院专科生毕业设计 目录 制系统的基本要求 40 动机的工作状态分析 41 重机的供电 43 升机构控制电路的工作原理 44 升机构控制电路的特点 44 升机构电路的保护与联锁 44 升机构电气工作控制原理 45 车运行机构电路工作原理 49 车运行机构电路工作特点 49 车运行机构的电气控制原理 50 车运行机构电路工作原理 51 车运行机构电路工作特点 51 车运行机构的电气控制原理 52 护电路的工作原理 53 护电路的组成 53 结束语 55 参考文献 56 附录 1 触点状态表 升机构主令控制器 点状态表 车凸轮控制器 点状态表 车凸轮控制器 点状态表 附录 2 电气原理图 升机构电气原理 图 车运行机构电气原理图 车运行机构电气原理图 护电路电气原理图 0t 桥式起重机总电气原理图 重庆科技学院专科生毕业设计 1 绪论 1 1 绪论 式起重机的简介 桥式起重机是生产车间、料场、 电站厂房和仓库中为实现生产过程机械化和自动化，减轻体力劳动，提高劳动生产率的重要物品搬运设备。它通常用来搬运物品，也可用于设备的安装与检修等用途。 桥式起重机安装在厂房高处两侧的吊车梁上，整机可以沿铺设在吊车梁上的轨道纵向行驶，而起重小车又可沿小车轨道（铺设在起重机的桥架上）横向行驶，吊钩则作升降 运动。因此，它的工作范围是其所能行驶地段的长方体空间，正好与一般车间形式相适应 。 通桥式起重机的 主要 组成部分 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。桥架 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 。 车 小车由起升机构，小车运行机构，小车架和保护装置等组成 。 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，以降低轮压和桥架受载。 小车的电力则由滑线或软电缆引入。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。 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。 通桥式起重机的运行方式 桥式起重机是一种 循环的、间隙动作的、短程搬运机械。一个工作循环一般包括上料、运送、卸料及回到原位的过程，即取物装置从取物地点由起升机构把物料提起，由运行机构把物料移位，然后物料在指定地点下放，接着进行相反动作，使取物装置回到原处，以便进行下一次工作循环。在两个工作循环之间一般有短暂的 停歇。起重机工作时，各机构经常处于起动、制动 以及正向、反向等相互交替的运动状态之中。重庆科技学院专科生毕业设计 2 设计任务及技术参数 2 2 设计任务及技术参数 要技术参数： 最大起重量： 20 吨 粱跨度： 31500升速度 : 18 28m/升高度 : 14重机运行速度 : 80 95m/升机构运行速度 : 40 45m/重机 工作机构的级别 : 起重机工作级别 其中载荷状态为 时起升额定载荷 ,一般起升中等载荷 );利用等级 为 工作循环次数 N= 6101 ,不经常繁忙使用 ) 起升机构工作级别 中利用等级为 荷状况为 车运行机构工作级别 中利用等级为 荷状况 车运行机构工作级别 中利用等级为 荷状况 庆科技学院专科生毕业设计 3 吊钩组的选择计算 3 3 吊钩组的选择计算 始参数 机构工作级别 :采用双联滑轮组 ,倍率 : m=4 起升质量 : 20 t 起升载荷 : 00起升速度 : 188m 初取 0 计步骤 计算项目 计算内容 计算结果 吊钩采用倍率 m=4 的双联滑轮组 ,故采用长形吊钩组 吊钩用普通的短吊钩 长形吊钩组 普通短吊钩 构及制造方法的确定 选用吊钩断面为梯形的吊钩 ,其受力情况合理 材料为 20 钢 ,机加工前热处理 ,硬度小于或等于 156形断面吊钩 锻造制造 D=160h=180=14051 1 2 和 3 4 断面为危险断面，通常垂直断面 3 4 取与水平断面 1 2 相同的断面，而最大拉应力约为 1 2 断面的 50% ，故只验算 1 2 面。 重庆科技学院专科生毕业设计 3 吊钩组的选择计算 4 计算项目 计算内容 计算结果 计算 公 式 ： 121 N/ 2 式中 ： A 断面面积， A=15840 21e 断面重心坐标， 1e =65 断面形状系数， B = 起升动力系数， 2 =于 20 钢，查表得 2/220 ； 取安全系数 n=许用应力为： 20 / 21 / 20 /169 1 5 87 7 7 取 h=150 2/h=150拉板结构尺寸如下图所示， 断面 A A 受拉伸应力，计算如下： 232 /)120200(2 2 2/19 50 其中 为拉板厚度 因拉板材料为 ，查表得屈服极限： 2/240 取 安 全 系 数 n=则 许 用 拉 伸 应 力 为 ： 2/ n= 2/141 重庆科技学院专科生毕业设计 3 吊钩组的选择计算 7 计算项目 计算内容 计算结果 因： l141411950 轴孔要受挤压应力，则有： 1 2 0 0 0 0 j 取安全系数 n=则有 2/ 0 由上可得： 取 拉板结 构图如下： 14 mm n= b=200mm d=120mm h=100庆科技学院专科生生业设计 4 滑轮组的设计计算 8 4 滑轮组的 设计计算 计算项目 计算内容 计算结果 定 采用铸钢滑轮，因为其强度和冲击韧性好，材料选： 2450 材料 2450 A=63=45=14=37=12=14mm 01 62 r=3m 1 (1) 普通滑轮直径的选择： 2820)1( 查表选取 D=630中： h 与机构工作级别和 钢丝绳结构有关的系数，查表取 h=22.4 d 钢丝绳直径， d=202) 平衡轮直径的选择： 4 4 a D=630mm 448 （ 1）吊钩装置简图如下； L=4751=782=1123=95庆科技学院专科生生业设计 4 滑轮组的设计计算 9 计算项目 计算内容 计算结果 （ 2） 为作用四个集中载荷受力情况图如下： 弯矩图受力图 4 =78 1 5 6220 31m a x 1078268268 =20904 弯曲应力为：3m a x 滑轮轴材料为 45 钢， 2/290 则有：W 查手册选取 d=130560 20904m a 45 钢 2/290 d=130庆科技学院专科生生业设计 4 滑轮组的设计计算 10 计算项目 计算内容 计算结果 轴承的圆周速度： m 0m 04 n 工作转数 ： m 4 0 0 每个滑轮中均采用两个径向滚动轴承，根据滑轮组的选择，查表 选用 6226 型轴承。 查表得，额定静载荷： 480 额定动载荷： 650 所选轴承的验算： a x 校核通过 式中 n 为钢丝绳折减系数，取 n=钢丝绳最小破断拉力， 查手册选取20KN d=20核通过 n=20. 钢丝绳的标记 选取钢丝绳为：直径 20面钢丝，结构形式为 6 19 西鲁式，纤维芯，抗拉强度为 1670 2/右交互捻，最小破断拉力为 220位长度重量 147 00/ 标记： 2019S+ 8918 1996 标记： 2019616708918 1996 重庆科技学院专 科生毕业设计 6 卷筒的设计计算 12 6 卷筒的设计计 算 计算项目 计算内容 计算结果 由于起升高度比较高， 根据滑轮倍率和起升速度， 采用双联卷筒，标准槽形，用铸造方式制造，材料为灰铸铁 双联卷筒，标准槽，灰铸铁铸造 （ 1） 直径确定： D 8020)120(1 ）（ 查手册选用 A 型卷筒，直径 D=400中 ： h 与机构级别有关的系数，取 h=20 d 钢丝绳的直径， d=20 2）卷筒的槽形的选择： 查手册，选标准槽形，其尺寸如下： 槽底 半径 R=11距 21 ，表面精度为 1 级， 标记为：槽形 12211 1999 A 型卷筒 D=400=11mm 21 表面精度为 1 级 槽形 12211 1999 壁厚 的确定 （ 1）卷筒上有螺旋槽部分长0a （ = 14000( 式中 ： a 滑轮组倍率， 4a 0D 卷筒计算直径 2 0204 0 00 最大起升高度， 4000m a x 1Z 固定钢丝绳安全圈数， 31 Z 1P 绳槽槽距， 1P =22 2）双联卷筒长度 L： 32102 ）（ ）（ 取 L=2500mm 200 4000m a x 31 Z 1P =22=2500庆科技学院专 科生毕业设计 6 卷筒的设计计算 13 计算项目 计算内容 计算结果 壁厚 的确定 式中： 1L 卷筒 两端的边缘长度 根据结构取 1L =70L 固定钢丝绳所需长度 622332 3L 中间光滑部分长度 根据钢丝绳允许偏角 3 左右，则有： m 1 5 0 91 5 0 9 3 L 取物装置处于上极限时，动滑轮 轴线与卷筒轴线的间距，取 1500l 由卷筒出来的两根钢丝绳引入悬挂装置的两动滑轮的间距 : 4l =319选卷筒标记为： 卷筒 41422112 5 0 0 左 1999 （ 3）卷筒壁厚 确定 对铸铁卷筒，按经验公式初选 ： （ 610） =400+（ 610） =1418 1L =70L =663L=180筒 250011 22 14 4 左1999 因卷筒长度 L=2500D=1200计算压应力和弯曲应力。 （ 1） 压应力的计算 卷筒最大压应力在筒壁的内表面， M P 2 8 81m a x 压 0 重庆科技学院专 科生毕业设计 6 卷筒的设计计算 14 计算项目 计算内容 计算结果 5 ; 满足要求。 （ 3）减速器的验算 最大径向力的验算 2 8 a a x 许用径向力： 5600 V=20m/ 48 P 满足要求 5600 计算项目 计算内容 计算结果 算通过 式中：电机额定功率； 5u 电动机台数； u=1 M 电动机过载倍数； M = 电机有关系数； 绕线型 H= 实际起升速度 m ma i d 算通过 5 u=1 M =算项目 计算内容 计算结果 3. 校验电机的过载和发热 机构的效率；取 = 起升机构的总载荷； Q=0（ 2）电机发热校核 = 核通过 式中： P 电机允许输出功率，查表取 P=S 稳态平均功率 =205 校核通过 P =庆科技学院专科生毕业设计 8 起升机构的设计 22 0 0 03S =. 制动器的选择 制动转矩满足下式要求： = 310 根据 310 ；查表得 选 取 500/121 型电力液压块式制动器 ；额定 制动 转矩1202240 ； 制动轮直径 ： D=500 转动惯量 ： 20.2 式中 ： 制动器制动转矩 制动安全系数；取 Z 1205.4 选取 00/121 型电力液压块式制动器 1202240 D=5000.2 . 联轴器的选择 计算项目 （ 1）电机与浮动轴连接处联轴器 电机轴端尺寸： d=95锥 ); L=170 浮动轴 尺寸 ： d=95算内容 d=95锥 ) L=170mm d=95算结果 重庆科技学院专科生毕业设计 8 起升机构的设计 23 5. 联轴器的选择 选取联轴器应满足下式要求： a 328 式中 ： T 所传递扭矩计算值 1K 联轴器重要程度系数； 1K =K 角度偏差系数；3K=1 传动轴最大扭矩； = 72 48595 T 联轴器许用扭矩 根据以上要求，查手册，选用 梅花弹性联轴器；其 300m ；转动惯量： 28205.0 T ; 选用合理 联轴器标注为： 轴器11595 11595 5272 2002 （ 2）减速器与浮动轴的连接处联轴 器 浮动轴端尺寸： d=95速器输入轴： d=90L=170动轮直径 ： D=500 据以上结构尺寸和 T=5328 N m;选取 I 500 型带制动轮的梅花型联轴器；2715.3 Z 许用转矩： 000 N m T =5328 N m 选用合理 T= 5328 1K =K=1 960 选用 n 6300 28205.0 T 选用合理 标注 ： 轴器11595 11590 5272 2002 d=95mm d=90=170=500 取 I500 型带制动轮的梅花型联轴器 2715.3 Z 9000 N m T 选用合理 重庆科技学院专科生毕业设计 8 起升机构的设计 24 计算项目 计算内容 计算结果 5. 联轴器的选择 标注为： I 500 联轴器 10090 10095B/T 5272 2002 I 500 联轴器 6. 起动时间验算 计算项目 （ 1）起重时间计算 查表 验通过 式 中： 电机允许输出容量； S 工作循环中，负载稳态功率 G 稳态平均系数；取 G=用 6型电动机 n 21 rn d c 21175.0 d C 校验通过 =计算项目 （ 1）减速器传动比确定 取 i =25 上式： 电机额定转速； 21r/ 车轮转速； m 2 l （ 2）减速器选择 计算输入功率： 10001 ）（ = =中： Z 运行机构减速器个数； Z=1 因工作级别为 按下式选择： 2 计算内容 i 取 i =25 921r/J =1 P =算结果 重庆科技学院专科生毕业设计 9 小车运行机构的设计计算 31 式 中： K 放大系数；取 K=2 根据 i =25 ， P=电机输入转速921r/ 查手册 ，选用 236 25 P ， L， 1999 减速器高速轴许用功率 ： 动比： i =25，中心距： 36 K=2 i =25 选用 236 25 C L 999 n 36 （ 1）高速轴联轴器 选择联轴器公式： 中： n 联轴器安全系数； 取 n= 刚性动载系数；取 =n 电机额定转矩 n 509 5 50 电机与浮动轴连接处联轴器选择： 电机轴端尺寸， d=48形） ; L=110动轴尺寸， d=50 根据结构尺寸和 159查手册，选用 梅花弹性联轴器， 其 1120； 500 转动惯量 21 0 4 6 8.0 c 159 c 159 满足要求 标注： 轴器 6038 6050 52722002 （ 2）低速轴联轴器选择 选用联轴器公式： 式中： i 减速器传动比； i =25 机构传动效率； =它同上 减速器输出端与浮动轴联轴器选用： 减速器低速端尺寸： d=80=130动轴尺寸： d=80据结构尺寸， 梅花弹性联轴器； 其中： t 5600 转动 惯量 23 2105.0 t 5600 满足要求 标注： 轴器 09080 9080 5272 2002 浮动轴与车轮轴的联轴器选用： 浮动轴尺寸： d=80轮轴尺寸： d=65 L=85 据结构尺寸和 取 梅 花 弹 性 联 轴 器 ； 其 中 转 动 惯 量 ： 24 1 0 4 1.0 计算内容 选 梅花弹性联轴器 t 630 满足要求 =d=80L=130动轴尺寸： d=80取两个梅花弹性联轴器 t 5600 满足要求 车轮轴尺寸：d=65L=85 取 梅花弹性联轴器 t 3550 计算结果 重庆科技学院专科生毕业设计 9 小车运行机构的设计计算 33 t 3550 满足要求 标注： 轴器 8065 8080 52722002 满足要求 制动器安装在电动机轴端，因制动时高速轴能起一部分缓冲作用，以减少制动时冲击 制动转矩计算： 12 0 0 0）（ ()( （ 540+2315 ） 1252000 （ =25.4 选用 8 型电力液压制动器；其制动转矩： n 40 ；制动轮直径 D=100 转动惯量： 20 0 7 5.0 因： 过载校验通过 式中： 电机额定功率； m 平均起动转矩系数；取m=1.7 m 电机个数； m=1 运行静阻力；012 运行速度 ； 2560000 =s 机构传动效率； =J 机构总转动惯量；计算公式为： )0 1 8 7 2 2 n 3 1 电机转动惯量； 电机轴上制动轮和联轴器的转动惯量； k 其它传动件飞轮矩影响系数； k=1.1 n 电机额定转速； n=921r/机构初选起动时间；S 过载校验通过 m=1.7 m=1 012=s =J = 266.1 k=1.1 n=921r/S 计算项目 计算内容 计算结果 重庆科技学院专科生毕业设计 9 小车运行机构的设计计算 35 （ 1）满载上坡时的起动时间 t= 右边 =动打滑验算通过 上式中： 附着系数；取 = 附着安全系数；取 K= 轴承摩擦系数； =d 轴承内径； d=90mm 驱动轮最小轮压； 17500N 打滑侧电机起动转矩； 80k 飞轮矩影响系数； k=1.2 a 起动平均加速度； 2/33.0 制动平均加速度； 2/2.0 z 打滑侧制动转矩； 25.4 左边 =4305N 右边 =边 右边 制 动打滑验算通过 = =d=90mm 17500N 80k= 2/2.0 z 25.4 11. 小车运行机构布局图 重庆科技学院专科生毕业设计 10 起重机主梁的设计计算 37 10 起重机主梁的设计计算 式起重机主梁的设计计算主要涉及 内容 主梁材料的选择：选用 力学性能好。 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”。桥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，走台增加了桥架的整体刚度，便于起重机的维修，但也增大了桥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。 主梁桥架载荷的组合情况：由于起重机桥架受力情况复杂，在分析计算过程中，应合理处理。 主梁强度的计算：主要验证危险截面的强度是否满足要求。 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。 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，桥架的
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