机械毕业设计（论文）-连铸机切头切尾收集运送装置设计【全套图纸】 .pdf

内蒙古科技大学毕业设计说明书 1 摘要 3 abstract 4 第一章 概述 5 1.1 铸钢技术的概述 5 1.1.1 铸钢的分类 5 1.1.2 铸钢的铸造工艺特点 6 1.1.3 铸钢件的热处理 7 1.1.4 铸钢的熔炼. 7 1.2 连铸机的工艺设备及流程 . 8 1.2.1 连铸的主要工艺设备介绍 8 1.2.1.1 钢包回转台 . 8 1.2.1.2 中间包. 8 1.2.1.3 拉矫机. 9 1.2.1.4 电磁搅拌器 10 1.2.2 连铸机工艺流程 . 10 1.3 连铸机切头切尾收集运送装置设计概述 . 11 第二章 方案分析比较及确定. 12 2.1 已知条件 . 12 2.2 运送装置具体部件设计方案的确定 . 13 2.3 方案的选择比较及确定 . 14 2.4 系统工作原理 . 16 第三章 切头切尾收集运送装置运动参数计算 . 17 3.1 对运送小车受力分析 17 3.2 运行阻力计算 18 3.3 电动机的选择 19 3.3.1 选择电动机应考虑的问题 . 19 3.3.2 电动机容量的选择 20 3.3.3 电动机功率的确定 21 3.3.4 电动机转速的选择 . 22 3.3.5 电动机过载能力校验 . 23 3.4 钢丝绳 24 3.4.1 钢丝绳的类型及选择 . 25 3.4.2 钢丝绳的强度和韧性 . 26 3.4.3 钢丝绳的计算. 26 3.4.4 钢丝绳的使用与维护 . 29 3.5 滑轮设计计算 29 3.5.1 滑轮的选择 29 3.5.2 确定滑轮主要尺寸 . 30 3.6 卷筒的设计计算及强度校核 30 3.6.1 卷筒的类型与结构 . 30 3.6.2 卷筒的技术要求 . 31 3.6.3 卷筒的几何尺寸计算 . 31 3.6.4 卷筒强度校核. 34 3.7 减速器的选择 36 内蒙古科技大学毕业设计说明书 2 3.7.1 减速器的概述. 37 3.7.2 减速器的分类 37 3.7.3 减速器选择计算 38 3.8 联轴器的选择 . 39 3.8.1 联轴器的功用 39 3.8.2 联轴器的类型特点 . 39 3.8.3 联轴器选择应考虑的问题 . 40 3.8.4 联轴器选择计算 . 40 3.9 制动器的选择与计算. 41 3.9.1 制动器的概述. 41 3.9.2 制动器的分类. 42 3.9.3 制动器力矩的计算 . 42 第四章 设备操作和安装与维护 . 44 4.1 卷扬机的操作 44 4.2 设备的安装 45 4.3 设备的维护 . 46 结束语 47 参考文献 48 内蒙古科技大学毕业设计说明书 3 摘要摘要 连铸生产是钢坯生产中重要的一种生产工艺， 它具有节省工序， 缩短流程等优点。 在生产过程中，钢坯从连铸机中出来后，由于钢坯的头部和尾部不齐整，需要切 去，切下的那部分废料就需要一个专门的装置来收集，并将废料运走，以免堆积 影响生产。而本设计就是设计这样的一个收集运送装置。虽然作为连铸生产的辅 助装置，但有不可取代的作用，该收集运送装置采用卷扬驱动的方式，小车行驶 总长为 10900mm，选用型电磁动异步电动机，可以准确的使小车运行到 指定的位置。该收集运送装置采用自动控制系统控制，可使收集运送装置按指定 的要求运行。 本设计主要对手机运送装置进行了转动方案的比较、 力能参数计算和运动参 数计算，选择电动机的型号，和对关键部件的强度校核，最后给出该收集运送装 置的操作、安装与维护。 关键词：关键词：收集运送装置；卷扬机驱动方式；转动方式；安装与维护 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 内蒙古科技大学毕业设计说明书 4 abstract continuous casting production is important in billet production a production process, it has save process, shorten the process, etc. in the process of production, from out of billet caster, because after the head and tail billet, need not neat cut cut off, that part of the waste will need a special device to collect, and will waste away, lest accumulation affect production. while this design is a collection of designing such delivery device. although the auxiliary devices as continous casting production, but has irreplaceable function, this collection conveyer driven by volume yang, car driving way for 10900mm, choose general yej electromagnetic dynamic asynchronous motors, type can accurately make cars running to the location specified. this collection delivery device adopts automatic control systems and control, can make collect conveyer specified requirements of operation. this design is mainly to the mobile phone on the conveyer scheme of comparison, turning force parameter calculation and motion parameters are calculated, and the choice of motor model, and the strength check on the key component, and finally gives the collection conveyer operation, installation and maintenance. keywords: collect conveyer; hoist drive mode; rotation method; installation and maintenance. 内蒙古科技大学毕业设计说明书 5 第一章第一章 概述概述 1.1 铸钢技术的概述铸钢技术的概述 1.1.1 铸钢的分类铸钢的分类 对于强度、塑性和韧性要求更高的机器零件，需要采用铸钢件，铸钢件的产 量仅次于铸铁， 约占铸件总产量的 15%， 按照化学成分铸钢可分为碳素铸钢和合 金铸钢两大类。其中以碳素铸钢应用最广，占铸钢总产量的 80%以上。 1、碳素铸钢 一般的，低碳钢 zg15 的熔点较高、铸造性能差、仅用于制造电机零件 或渗碳零件； 中碳钢 zg25zg45， 具有高于各类铸铁的综合性能， 既强度高、 有优良的塑性和韧性，因此适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件， 如火车车轮、 、锻锤机架和砧座、轧辊和高压阀门等，是碳素铸钢中应用最多 的一类；高碳钢 zg55 的熔点低，其铸造性能较中碳钢的好，但其塑性和韧 性较差，仅用于制造少数的耐磨件。 2、合金铸钢 合金元素总量的多少，合金铸钢可分为低合金钢和高合金钢两大类。 1）低合金铸钢 我国主要应用锰系、锰硅系及铬系等。如 zg40mn、zg30mnsi1、 内蒙古科技大学毕业设计说明书 6 zg30cr1mnsi1 等。用来制造齿轮、水压机工作缸和水轮机转子等零件，而 zg40cr1 常用来制造高强度齿轮和高强度轴等重要受力零件。 2）高合金铸钢 具有耐磨、 耐热或耐腐蚀等特殊性能。 如高锰钢 zgmn13 是一种抗磨钢， 主要用于制造在干摩擦工作条件下使用的零件，如挖掘机的抓斗前壁和抓斗 齿、拖拉机和坦克的履带等；铬镍不锈钢 zg1cr18ni9 和铬不锈钢 zg1cr13 和 zgcr28 等，对硝酸的耐腐蚀性很高，主要用于制造化工、石油、化纤和 食品等设备上的零件。 1.1.2 铸钢的铸造工艺特点铸钢的铸造工艺特点 铸钢的机械性能比铸铁高，但其铸造性能却比铸铁差，因为铸钢的熔点较 高，钢液品氧化，钢水的流动性差、收缩大，其体收缩率为 1014%，线收缩为 1.82.5%。为防止铸钢件产生浇不足、冷隔、缩孔和缩松、裂纹及粘砂等缺陷， 必须采取比铸铁复杂的工艺措施： 1、由于钢液的流动性差，为防止铸钢件产生冷隔和浇不足，铸钢件的壁厚 不能小于 8mm；浇注统的结构力求简单，且截面尺寸比铸铁的大；采用干铸型 或热铸型；适当提高浇注度，一般为 15201600，因为浇注度高，钢水的过 热度大、保持液态的时间长，流动性可得到改善。但是浇温过高，会引起品粒粗 大、热裂、气孔和粘砂等缺陷。因此一般小型、薄壁及形状复杂的铸件，其浇注 温度约为钢的熔点温度+150；大型、厚壁铸件的浇注温度比其熔点高出 100 左右。 2、由于铸钢的收缩大大超过铸铁，为防止铸件出现缩孔、缩松缺陷，在铸 造工艺上大都采用冒口、冷铁和补缩等措施，以实现顺序凝固。 此外，为防止铸钢件产生缩孔、缩松、气孔和裂纹缺陷，应使其壁厚均匀， 避免尖角和直角结构，在铸型用型砂中加锯末，在型芯中加焦炭，以及采用空心 型芯和油砂芯等来改善砂型或型芯的退让性和透气性。 铸钢的熔点高，相应的其浇铸温度也高。高温下钢水与铸型材料相互作用， 极易产生粘砂缺陷。因此，应采用耐火度较高的人造石英砂做铸型，并在助兴表 内蒙古科技大学毕业设计说明书 7 面刷由石英粉或镐砂粉制得的涂料。为减少气体来源，提高钢水流动性及铸型强 度。 大多铸钢件用干型或快干型来铸造，如采用 co2。 1.1.3 铸钢件的热处理铸钢件的热处理 铸钢件均应在热处理后使用，因为铸态下的铸钢件内部存在气孔、裂纹、缩 孔缩松、品粒粗大、组织不均及残余内应力等铸造缺陷，使铸钢件的强度，由其 是塑性和韧性大大降低。 为细化品粒、均匀组织及消除内应力，铸钢件必须进行正火或退火处理。正 火处理后的钢，其机械性能较退火后的高，成本也较低，所以应用较多，但由于 正火处理会引起较退火大的内应力，只适用于含碳量小于 0.35%的铸钢件，因为 低碳钢钢件的塑性好，冷劫时不易开裂，为减小内应力，铸钢件在正火后，还应 进行高温回火。对于含碳量0.35%的、结构复杂及易产生裂纹的铸钢件，只能 进行退火处理。铸钢件不宜淬火，否则极易开裂。 1.1.4 铸钢的熔炼铸钢的熔炼 铸钢的熔炼一般采用平炉、电弧炉和感应炉等。平炉的特点是容量大、可利 用废钢作原料、能准确控制钢的成分并能熔炼优质钢及低合金钢，多用于熔炼质 量要求高的、大型铸钢件用的钢液。 三相电弧炉的开炉和停炉操作方便，能保证钢液的成分和质量、对炉料的要 求不严格、容易升温，故能炼优质钢、高级合金钢和特殊钢等，是生产成型铸钢 件的常用设备。 此外，采用工频或中频感应炉，能熔炼各种高级合金钢和碳含量极低的钢。 感应炉的熔炼速度快、合金元素烧损小、能源消耗少、且钢液质量高，既杂质含 量少、夹杂少，适于小型铸钢车间采用。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 8 1.2 连铸机的工艺设备及流程连铸机的工艺设备及流程 1.2.1 连铸的主要工艺设备介绍连铸的主要工艺设备介绍 1.2.1.1 钢包回转台钢包回转台 钢包回转台： 设在连铸机浇铸位置上方用于运载钢包过跨和支撑钢包进行浇 铸的设备。有底座、回转臂、驱动装置、回转支承、事故驱动控制系统、润滑系 统和锚固件 6 部分组成。 单臂钢包回转台：由底座、立柱、上转臂、上转臂驱动装置、下转臂、下转 臂驱动装置组成。 蝶形钢包回转台：由底座、升降液压缸、回转架、钢包支座、回转臂、平行 连杆、驱动装置、防护板组成。 钢包回转台好似连铸机的关键设备之一，起着链接上下两道工序的重要作 用。钢包回转台的回转情况基本上包括两侧无钢包、单侧有钢包、两侧有钢包三 种情况，而单个钢包重量已超过 140 吨。三种情况下，钢包回转台受力有很大不 同，但无论在何种情况下，都要保证钢包回转台的旋转平稳，定位准确，起停时 要尽可能减小对机械部分的冲击，为减少中间包液面波动和温度，要缩短旋转时 间。因此，我们在变频器的容量选择上，留有余地，既比电机功率加大一级，同 时利用变频器的 s 曲线减速功能，通过调整 s 曲线保证加、减速曲线平滑快速， 减少对减速机的冲击，再通过 plc 判断变速限位、停止限位实现旋转过程中高、 低速自动变换及到位停车，同时满足了对旋转时间和平稳运行的要求。 1.2.1.2 中间包中间包 中间包是短流程炼钢中用到的一个耐火材料容器， 首先接受从钢包浇下来的 钢水， 然后再由中间包水口分配到各个结晶器中去。连铸机钢水包和结晶器之间 钢水过渡的装置，用来稳定钢流，减小钢流对坯壳的冲刷，以利于非金属夹杂物 上浮，从而提高铸坯质量。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 9 结晶器包括：直型结晶器、弧形结晶器组合式结晶器、多级结晶器、调宽结 晶器。 结晶器是连铸机的核心设备之一，直接关系到连铸坯的质量。结晶器的振动 频率要求准确，并根据拉坯速度自动调整，在高振频时，由于电机负载率上升， 转差率增加，导致振动频率有所降低，而为了保证振动频率的精准，需要打开变 频器的转差补偿控制，在负载增加时，时变频器自动增加输出频率以提供在没有 速度降低情况下所需要的电机转差率，补偿量正比与负载的增加量，并在整个调 速范围内都起作用。 另外，结晶器的振动是由电机带动偏心机构旋转来实现的，因此表现为输出 电流及母线电压呈现周期性震荡， 在振动频率较高时有引起母线过电压故障的可 能， 通过允许变频器的母线调节功能，使变频器会基于直流母线电压自动调整输 出频率， 监测到母线电压瞬时升高时变频器会适当增加输出频率以减小引起母线 电压升高的再生能量，这样做降低了出现变频器过压做障的可能性。 1.2.1.3 拉矫机拉矫机 设置在铸坯导向和二次冷劫装置之后，将铸坯连续拉出并矫直的连铸设备。 拉矫机另一个重要功能是输送引锭杆。对拉矫机的要求是：(1)经拉矫的铸坯无 表面和内部裂纹；(2)可以方便地调整其上下辊的开口度，以适应不同的铸坯断 面尺寸；(3)能灵活地调整，以适应拉速的变化；(4)具有足够的强度和刚度；(5) 机架的布置要保证安装方便，易于检修和对弧准确等。小方坯连铸机通常采用五 辊拉矫机，大方坯连铸机则由 35 对辊子组成。板坯连铸机采用多辊拉矫机。现 代板坯连铸机的拉矫机功能已在铸坯导向装置的弧形导向段和矫直段完成， 不再 专设拉矫机了。拉矫机由传动装置、压下装置、辊子、机架、底座等组成。传动 装置过去采用直流电机，可以无级调速，现代连铸机的拉矫机都改用交流变频调 整。拉矫机压下装置，下方坯连铸机采用气缸或者液压方式，大方坯和板坯连铸 机一般均采用液压压下。 在连铸工艺中，连铸机拉坯辊速度控制是连铸机的三大关键技术之一。拉坯 速度控制水平直接影响连铸坯的产量和质量， 而拉坯辊电机驱动装置的性能又在 内蒙古科技大学毕业设计说明书 10 其中发挥着重要作用。 交流电机变频调速技术日益成熟， 交流变频驱动调速平稳， 调速范围宽， 对机械冲击低， 交流电机维护量低， 交流变频调速已取代直流调速， 安全能够满足拉坯辊速度控制的需要。 1.2.1.4 电磁搅拌器电磁搅拌器 电磁搅拌器：连续铸钢时，利用电磁力控制钢液凝固过程，改善铸坯质量的 工艺，也称 ems 技术。 电磁搅拌器的实质是借助在铸坯液相穴中感生的电磁力， 强化钢水的运动。 具体地说，搅拌器激发的交变磁场渗透到铸坯的钢水内，就在其中感应起电流， 该感应电流与当地磁场相互作用产生电磁力，电磁力是体积力，作用在钢水体积 元上，从而能推动钢水运动。 电磁搅拌器的安装位置和搅拌器模式根据电磁搅拌器在铸机冶金长度上的 不同安装位置大致有以下几种模式： 结晶器电磁搅拌：搅拌器安装在结晶器钢管外面。 二冷区电磁搅拌：搅拌器安装在铸坯外面。 凝固末端电磁搅拌：用于方坯连铸搅拌器安装在铸坯外面。 1.2.2 连铸机工艺流程连铸机工艺流程 连铸机的生产工艺流程：将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇 注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。 结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成型并迅速凝固结晶，拉矫机与结晶 振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷劫、电磁搅拌后，切割成一定 长度的板坯。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 11 图 1- 1 1.3 连铸机切头切尾收集运送装置设计概述连铸机切头切尾收集运送装置设计概述 切头切尾收集运送装置是连铸生产中的一个辅助装置， 它主要的任务是把切 下的费料收集起来，且装满后将费料运走，然后还要回到原来的位置，等待继续 收集，下车的设计要有足够的长度，以满足连铸机多流的需要。小车采用两节车 厢，中间用连接片链接。在收集的时候，费料会对小车有一定的冲击。所以小车 上要安装减震装置， 来减少对小车的冲击。 小车的底部和两侧都用角钢焊接而成， 因为角钢比钢板的强度高，并且不易变形，而且还有一定的弹性。该运送装置总 的行程是 10900mm，行驶速度为 0.148m/s，收集箱的容积为 3.8m。该装置采用 卷扬机作驱动，主要是因为卷扬机结构简单，便于操作的优点。由于运送装置要 在指定的位置制动，为了能准确的停车，所以要选用带制动器的 yej 型电动机。 同时还要在轨道上焊上限位块，以防小车制动失灵冲出轨道，造成严重的后果。 该装置的工作环境恶劣，需要定期的维护和润滑，定期的检查更换零件。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 12 图 1- 2 运送小车 第二章第二章 方案分析比较及确定方案分析比较及确定 2.1 已知条件已知条件 主要参数：1、装置驱动方式：卷扬机（可逆移动） 。 2、运送小车移动速度：0.148m/s. 3、小车行程：10900mm 4、收集箱个数：2 个。 5、收集箱容积：3.8m 。 6、收集箱长度：4440mm。 7、收集箱与车体可以分离，当切头切尾费料满时，用吊车吊走。 本设计方案是消化目前包钢炼钢厂使用的切头切尾收集运送装置入手， 筛选出按照设计参数的切头切尾收集运送装置最合理结构。 该设计的重点是切头 内蒙古科技大学毕业设计说明书 13 切尾收集运送装置传动设计；难点是切头切尾收集运送装置传动的运动参数、力 能参数的分析计算。 2.2 运送装置具体部件设计方案的确定运送装置具体部件设计方案的确定 传动装置总体设计的目的是确定传动方案，选择原动机、确定总传动比和合 理分配各级传动比及计算传动装置的运动和动力参数。 机器一般由原动机、传动装置和工作机三部分组成。本运送装置为减速器， 工作机为卷筒，各部分用联轴器链接并安装机架上。 原动机部分是驱动整部机器完成预定功能的动力源。 通常一部机器只用一个 原动机，复杂的机器也可能有好几个动力源。一般地说，它们都是把其他形式的 能量转换为可以利用的机械能。原动机的动力输出绝大多数呈旋转运动的状态， 输出一定的转矩。 在少数情况下也有用直线运动电机或作动筒以直线运动的形式 输出一定的推力或拉力。 执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分。 一部机器可以只有一个执行 部分（例如压路机的压辊） ，也可以把机器的功能分解成好几个执行部分（例如 桥式起重机的卷筒、吊钩部分执行上下吊重物的功能、小车行走部分执行横向运 送重物的功能、大车行走部分执行纵向运送重物的功能） 。 由于机器的功能是各种各样的， 所以要求的运动形式也是各式各样的。 同时， 所要克服的阻力也会随着工作情况而异。但是原动机的运动形式、运动及动力参 数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数的问题，这就要靠传动部分 来完成，也就是说，机器中之所以必须有传动部分，就是为了解决运动形式、运 动及动力参数的转变。例如把旋转运动变为直线运动，高转速变为低转速，小转 矩变为大转矩。 机器的传动部分多数使用机械传动系统。 有时也可以使用液压或电力传动系 统。机械传动是绝大多数机器不可缺少的重要组成部分。 机器的功能分析，就是要对设计任务书提出的机器功能中必须达到的要求、 最低要求及希望达到的要求进行综合分析，既这些功能能否实现，多项功能间有 无矛盾，相互间能否替代等。最后确定出功能参数，作为进一步设计的依据。确 内蒙古科技大学毕业设计说明书 14 定出功能参数后，即可提出可能的解决办法，亦即提出可能采用的方案。寻求方 案时，可按原动机部分、传动部分及执行部分分别进行讨论。较为常用的办法是 先从执行部分开始讨论。讨论机器的执行部分时，首先是关于工作原理的选择问 题。工作原理不同，当然所设计出的机器就会根本不同。根据不同的工作原理， 可以拟定多种不同的执行机构的具体方案。 这就是说， 即使对于同一种工作原理， 也可能有几种不同的结构方案。 原动机部分的方案当然也可以有多种选择， 由于电力供应的普遍和电力拖动 技术的发展，现在可以说绝大多数的固定机械都优先选择电动机作为原动机部 分。热力原动机主要用于运输机、工程机械或农业机械。即使是用电动机作为原 动机，也还有交流和直流的选择，高速和低速的选择等。 本设计选电机为原动机，卷筒为执行部件，减速器为传动部件，它们都用联 轴器连接。 2.3 方案的选择比较及确定方案的选择比较及确定 方案一：电动机安装在小车上 图 2- 1 第一种方案分析：该方案是将电动机、减速器通过齿轮啮合与运送小车联系 起来。 该方案结构紧凑， 驱动性强， 并且传动效率高， 可使小车有良好的机动性。 但是，这样会增大小车的尺寸，还要特为电源线架一个支架，电机和减速箱的重 量会增加小车的摩擦阻力，降低了效率。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 15 方案二：通过带传动驱动小车 图 2- 2 第二种方案分析：该方案是电动机通过带传动与减速器连接，比方案一的布 置有所改进，优点也比方案一多，普通 v 带传动具有传动平稳，噪声小，能缓 冲，吸震，结构简单。但轴间距大，外廓尺寸大，同时在传动过程中 v 带传动 会产生滑移现象，影响传动比，从而影响小车的速度。 方案三：减速电机驱动小车 图 2- 3 第三种方案分析：该方案是直接由减速电动机通过联轴器与卷扬机相连，从 而由卷扬机牵引小车运行。 该方案结构紧凑， 设备简单， 传动效率高， 容易维护， 可以任何环境下工作。该方案比前两个方案稍好些。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 16 对三个方案进行经济性、稳定性和可靠性的综合评价，第三个方案的各个指 标均满足要求。所以方案三入选。该方案工作稳定、可靠、而且经济性很好。由 于卷扬机本身工作的可靠性，使整个系统的可靠性大大的提高。 2.4 系统工作原理系统工作原理 操作工发出小车运行的指令后，电磁制动器关闭，点击开始运行，当小车运 行到指定的位置时，主令控制器的凸轮碰到触电 1，信号传动控制系统，电磁制 动器开启， 电机停转。 当操作工发出小车反向运行时的指令后， 电磁制动器关闭， 电机开始反向运行。 当小车运行到指定的位置时， 主令控制器的凸轮碰到触点 2， 电磁制动器开启，对电机制动。 图 2- 4 系统工作原理图 内蒙古科技大学毕业设计说明书 17 第三章第三章 切头切尾收集运送装置运动参数计算切头切尾收集运送装置运动参数计算 3.1 对运送小车对运送小车受力受力分析分析 图 3- 1 小车受力分析 由已知得每个收集箱的容积为 3.8 m，小车有两节收集箱，所以容积为 7.6 m， 每节小车的质量大约 7380kg，两节小车自重为 14760kg。因此，小车所受的重力 为 147609.8=144648n。所以小车满载的情况下，小车的总重为 g总=g小车+vg1000 （3- 1） 内蒙古科技大学毕业设计说明书 18 式中 g小车小车的自重 n v 小车的总体积 m 钢铁的密度 t/ m g 重力加速度 g=9.8m/s 将各参数带入式（3- 1）中： g总=144648+7.67.89.81000 =725592 n 3.2 运行阻力计算运行阻力计算 运行静阻力包括摩擦力，坡度阻力和风阻力，摩擦阻力包括车轮沿轨道滚动 的摩擦力，车轮轴承内的摩擦阻力，以及车轮轮缘与轨道侧面的附加摩擦阻力。 （1） 可按运行阻力矩和运行阻力的公式计算。 运行阻力矩公式为： mm=（g+q）（r+ 2 ud ） 根据文献5 p77 （32） pm= d mn2 根据文献5 p78 （33） 式中 q起重量 q= g总g小车 g小车车轮的自重 g小车=144648n d 车轮的直径 d=350mm r滚动摩擦系数 r=0.0006mm u=车轮轴承摩擦系数 u=0.015 d=轴承内径 d=130mm 车轮轮缘与轨道的摩擦，轨道不直等因素引起的附加摩擦系数=1.5 将各个参数代入式（3- 2）中 mn=（144648+580944）（0.0006+ 2 13 . 0 015 . 0 ）1.5 =7255920.0023625 =1714.2n 将 mn 代入式（3- 3）中得 内蒙古科技大学毕业设计说明书 19 pm= d mn2 = 35 . 0 2 . 17142 =9795.4n （2） 道路坡度阻力 根据得公式 pp=（g+q）kp 根据文献5 p79 （3- 4） 式中 kp 坡度阻力系数 kp=0.002 g 小车自重 n q 运送物料的最大重量 n 将各个参数代入式（3- 4）得 pp=（g+q）kp =（144648+580944）0.002 =1451.2 n 由于小车运送装置的行驶速度很慢， 且在室内工作， 所以风压阻力可以忽略不计。 因此，满载时小车运送装置的静阻力： pj=pm+pp =9795.4+1451.2 =11246.7 n 所以，小车所需的最大静拉力为 11246.7 n 3.3 电动机的选择电动机的选择 3.3.1 选择电动机选择电动机应考虑应考虑的的问题问题 （1）根据载荷负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速等要 求，选择电动机类型。 （2）根据负载转矩，速度变化范围和启动频繁程度等要求。考虑电动机的温 升限制，过载能力和启动转矩，选择电动机的功率并确定冷劫通风方式，所选电 动机应留有余地， 负荷率一般取 0.80.9,， 过大的被用功率会使电动机效率降低。 对于感应电动机其功率因数将变坏， 并使按电动机最大转矩校验强度的生产机械 内蒙古科技大学毕业设计说明书 20 造价提高。 （3）根据使用场所的环境条件，如温度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃、 易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构形式。 （4）根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级 和类型。 （5） 根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过滤过程性能的要求， 以及机械减速机的复杂程度，选择电动机额定转速。 （6）由于目前已有相当多的派生和专用产品系列，对各自相应的行业生产特 殊要求能较好地适应与满足，可优先考虑选用专用系列产品。 除此之外，选择电动机还必须符合节能要求，考虑运行可靠性，设备的供货 情况，备品备件的通用性。安装检修的难易，以及产品价格，建设费用，运输和 维修费用，生产过程中前后期电动机功率变化关系等各种因素。 3.3.2 电动机容量的选择电动机容量的选择 1、常值负载下电动机容量的选择 常值负载下电动机容量的选择比较简单，只需按照负载功率选择即可，即因 为一般电机是按常值负载连续工作设计的，如负载功率不超过电机的额定功率， 则电机的温升就不会超过允许值。 如实际环境温度与标准环境温度（40）相差较大时，为了安全和充分利用 电动机， 其输出功率可以与 ped 不同。 从发热的观点来看， 当环境温度低于 40 时，电机可以提高功率使用；当环境温度高于 40时，电机应降低功率使用， 这时应对电动机的输出功率进行修正。修正方法有以下两种： 1） 计算法； 2）估算法； 2、变值负载下电动机容量的选择 考虑到在过度过程中电机的电流较正常工作时大， 而可变损耗与电流平方成 正比，故电机发热较严重，但平均功率 pzd 和平均转矩 mzd 中没有反映过渡过 程中电机发热加剧的情况，因此，电机额定功率按下式预选： ped=（1.11.6）pzd 内蒙古科技大学毕业设计说明书 21 在上式中，如果过渡过程在整个工作中占较大比重时，则悉数（1.11.6）应选偏 大的数值。 对于短时工作制和重复短时工作制电动机容量的选择比较复杂， 对于长时工 作制，其校验也是比较复杂，在此就不一一介绍。但人们在工程实践中，总结出 了某些生产机械选择电动机功率的使用方法。这些方法比较简单，但有一定的局 限性。如：统计分析法，这种方法是将同类型生产机械所选用的电动机功率进行 统计分析，找出电动机功率和该类生产机械主要参数之间的关系，再根据实际情 况，定出相应的指数。 3.3.3 电动机功率的确定电动机功率的确定 电动机额定功率选择是根据生产机械工作时负载（转矩、功率、电流）大、 小变化特点，预选电动机的额定功率，再根据所选电动机额定功率校验过载能力 和启动能力。 同时还要根据电动机工作发热时其温升不超过绝缘材料的允许温升 来确定的，其温升变化规律是与工作特点有关的，同一台电动机在不同工作状态 时的额定功率大小也是不相同的。 由于运送装置一般为稳定载荷下连续运转的机械，而且传动功率较小，故只 需使电动机的额定功率 ped稍大于电动机实际输出功率 pd 即 pedpd 根据文献6得电动机的输出功率： pd= pw 根据文献6p229 (35) 式中 pw 工作机所需输入功率，kw 传动装置的总效率 工作机所需功率： pw= w 1000 fv 根据文献6p229 (36) 式中 f工作机所受的最大阻力，n v工作机卷筒的线速度。m/s 内蒙古科技大学毕业设计说明书 22 w工作机卷筒的效率 取卷筒的效率w=0.93 pw= w 1000 fv = 93 . 0 1000 148 . 0 7 . 11246 1.8 kw 传动装置的总效率 =12 3 （37） 式中 1齿轮传动的效率 1取 0.92 2轴承的效率 2 取 0.95 3 联轴器的效率 3 取 0.96 将各个参数代入（37）中得 =0.920.950.96 =0.765 所以 pd= w p = 765 . 0 8 . 1 =2.35kw 3.3.4 电动机转电动机转速速的选择的选择 电动机的额定转速是根据生产机械的要求而定的。但是，通常转速不低于 500rmin，因为当功率一定时，电动机的转速越低，则其尺寸越大，价格越贵， 而且效率也较低。 异步电动机通常采用 4 个级的， 即同步转速na=1500rmin 的。 卷筒轴工作转速为 n= d v100060 （38） 式中 v卷筒工作的线速度 d卷筒直径 将各个参数代入式（38）中得 n= d 148 . 0 100060 =10.6rmin 按推荐的传动比合理的范围。行星轮减速器传动比的合理范围是 14160， 故电动机转速可选范围为： d n =in（14160）10.6=（148.41696）rmin 内蒙古科技大学毕业设计说明书 23 根据功率和转速的范围，从机械设计手册中查出一种适用的电动机型号，选 用系列，这种型号的电动机附带一个电磁制动器，可准确、快速定位。其 基本参数如下表： 表 基本参数 其安装尺寸和外形尺寸如下表： 表 32 表 33 3.3.5 电动机过载能力校验电动机过载能力校验 为适应负载的波动，电动机必须要具有一定的过载能力。在承受短时大负载 冲击时，由于热惯性，温升增大并不多，能否稳定运行就取决于过载能力，只要 内蒙古科技大学毕业设计说明书 24 预选电动机的最大转矩 m t 大于组在图上的最大负载转矩 lm t ,即 m t lm t ，则过载 能力满足要求。 在选择异步电动机时，考虑到电网电压下降时会使转矩成平方的下降，应对 异步电动机的最大转矩进行修正，既最大转矩 m t 乘以系数后在进行过载校验， 即 m t = t k n t lm t 800）一般用型钢和钢板焊接结构。 受力不大的滑轮直接安装在心轴上使用， 受有较大载荷的滑轮则装在滑动轴 承（轴套材料采用青铜或粉末冶金等）或滚动轴承上，后者一般用在转速较高、 内蒙古科技大学毕业设计说明书 30 载荷大的情况下，轮辐或轴套长度与直径比一般为 1.51.8. 3.5.2 确定滑轮主要尺寸确定滑轮主要尺寸 滑轮的需用最小直径：dd（e-1） 根据文献3871 （313） 式中 d滑轮需用最小直径 d钢丝绳直径 e轮绳直径比值 e 取 20 将各个参数代入公式（313）得 d=14（20-1）=266 mm 所以取 d=266 mm 查表由 d=14，d=266 得滑轮轴直径 5 d =60 mm 的 f 型滑轮。 滑轮绳槽底半径： r（0.530.6）d = （0.530.6）14 = （7.428.4）mm 取 r=8 mm 绳槽两侧面夹角 2=35 最后选用 滑轮 f 14266-60 jbt9005.3 3.6 卷筒卷筒的设计计算及的设计计算及强度校核强度校核 3.6.1 卷筒的类型与结构卷筒的类型与结构 1、卷筒的类型 （1） 按筒体形状，可分为长轴卷筒和短轴卷筒。 （2） 按制造方式， 可分为铸造卷筒和焊接卷筒。 按卷筒的筒体表面是否有绳槽， 可分为光面和螺旋槽面卷筒。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 31 （3）按钢丝绳在卷筒上卷绕的层数，可分为单层缠绕卷筒和多层缠绕卷筒。一 般起重机大多采用单层缠绕卷筒，多层缠绕卷筒用于起升高度特大，或要求机构 紧凑的起重机（例如汽车起重机） 。 2、卷筒的结构 卷筒是由筒体、连接盘、轴以及轴承支架等构成的。单层缠绕卷筒的筒体表 面切有弧形断面的螺旋槽，以增大钢丝绳与筒体的接触面积，并使钢丝绳在卷筒 上的缠绕位置固定，以避免相邻钢丝绳互相摩擦而影响寿命。多层缠绕卷筒的筒 体表面通常采用不带螺旋槽的光面，筒体两端部有凸缘，以防止钢丝绳滑出。其 缺点是钢丝绳排列紧密，各层互相叠压、摩擦，对钢丝绳的寿命影响很大。 3.6.2 卷筒的技术要求卷筒的技术要求 （1）材料 铸造卷筒的材料应采用不低于 gbt270-500 铸钢，铸铁件需经时 效处理以消除内应力，铸钢件应进行退火处理。 （2） 表面质量 卷筒不得有裂纹。成品卷筒的表面上不得有影响使用性能和有 损外观的显著缺陷（如气孔、疏松、夹渣等） 。 （3）尺寸公差和表面粗糙度 同一卷筒上左右螺旋槽的底径（即卷筒直径） 差，不得超过 gbt1801 和 gbt1802 中规定的 h12。加工表面未注公差尺寸的 公差等级应按 gbt1031 中的 12.5 m。 （4）压板用螺孔 钢丝绳压板用的螺孔必须完整，螺纹不得有破碎、断裂等缺 陷。 （5） 焊缝 对于必须施焊的铸钢卷筒，其重要焊缝不得有裂纹和未熔合等缺陷。 其焊缝质量应符合 gbt3323 中的级质量要求。 本卷筒采用 ht200 材料。 3.6.3 卷筒的几何尺寸计算卷筒的几何尺寸计算 （1） 卷筒的名义直径 内蒙古科技大学毕业设计说明书 32 d=hd 根据文献3表 8-1-53 （314） 式中 d卷筒名义直径（卷筒槽底直径） d钢丝绳直径 h与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，查文献3862 表 8154 取 h=18 因此，卷筒的名义直径：d=hd=252 mm （2） 绳槽深度 h 由于采用标准槽，故 h=（0.250.4）d = （0.250.4）14 =（3.55.6） mm 取绳槽深度 h=5 mm， （3） 绳槽半径 r r=(0.530.56)d =(0.530.56)14 =(7.427.84) mm 取绳槽半径 r=7.5mm， （4） 绳槽节距 t 标准槽 t=d（24） =14（24） =（1618）mm 取节距 t=18 mm， （5） 卷筒上有螺旋槽部分长 0 l 内蒙古科技大学毕业设计说明书 33 0 l =（ 1 0 max z d ah + ）t 根据文献3表 8153 （315） 式中 max h最大起升高度，此处为最大行程 a滑轮组倍率，滑轮组效率为 0.985 a 取 1 0 d =d+d卷筒计算直径，由钢丝绳中心算起的卷筒直径 1 z =钢丝绳的安全圈数 1 z 1.53 取 1 z =2 t绳槽节距 将各参数代入式（315） 则 0 l =（ 1 0 max z d ah + ）t = （2 28 . 0 14 . 3 1 9 . 10 + ）0.018 = 260 mm （6） 卷筒长度 由于卷筒为单层双联卷筒，使用卷筒长度为 d l =2( 0 l 1 l 2 l )lx 根据文献3表 8153 （316） 式中 1 l 无绳槽的卷筒段部尺寸，按需要 1 l 取 15 mm 2 l 固定绳尾所需长度， 2 l 3p lx中间光滑部分长度，根据钢丝绳允许偏斜角确定lx取 100mm 将各个参数代入式（316）中 d l =2（2601555）100=760mm （7） 卷筒壁厚 因卷筒材料用铸铁，所以用公式（317） =0.02p（610）12mm 根据文献3表 8153 （317） =0.02266+（610） =(11.3215.32)mm 内蒙古科技大学毕业设计说明书 34 为安全起见 取=20mm 3.6.4 卷筒强度校核卷筒强度校核 （1）卷筒壁压应力验算 maxy =a t f max 根据文献3表 8155 （318） 式中 max f 钢丝绳所受最大静拉力 卷筒壁厚 t 绳槽节距 a与卷筒层数有关的系数 取 a=1 将各个参数代入式（318）中得 maxy =a t f max = 1820 7 . 11246 =31.24mpa 因选用灰铸铁 ht200，最小抗拉强度 b =195mpa， 需用应压力： y = 25 . 4 b = 25 . 4 195 =46mpa maxy y 因此，卷筒满足压应力强度。 （2）卷筒拉应力验算 由于卷筒长度 l 接近 3d， 且是铸铁材料， 尚应检验由弯矩产生的拉应力。 由卷筒弯矩图知卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间。 内蒙古科技大学毕业设计说明书 35 图 32 w m = max fl= max f（ 2 g ll ） （319） 式中 max f钢丝绳所受的最大拉力 l卷筒长度 g l卷筒中间光滑部分长度 将各个参数代入式（319）中得 w m = max fl= max f（ 2 g ll ） =11246.7（ 2 100760 ） =3711.4nm 卷筒抗弯载面系数： w= d dd)( 1 . 0 44 根据文献4p143 （320） 式中 d 卷筒外径，d=266mm d 卷筒内径，d=226mm 内蒙古科技大学毕业设计说明书 36 将参数代入式（315）中得 w= 266 . 0 )226 . 0 266 . 0 ( 1 . 0 44 =0.000901373m 于是 1 = w mw = 000901373 . 0 4 . 3711 =4.12 mpa 合成应力： 1 = 1 1 y maxy 根据文献3表 8155 （321） 式中 1 卷筒所受合成应力： mpa 1 卷筒所受弯曲拉应力： mpa 1 许用拉应力： mpa 1 = 5 b =39 mpa y 许用压应力： mpa maxy 卷筒所受压应力： mpa 将各个参数代入式（321）中 得 1 = 1 1 y maxy =4.12 46 39 31.24 =30.6mpa 1 1 因此，卷筒强度验算通过。故选择卷筒直径 d=266mm，长度 l=760mm，卷筒槽的 槽底半径 r=7.5mm，标准槽形槽距 t=18mm，运行长度 h=10.9m，滑轮倍率 a=1， 靠近减速器一端的卷筒槽向为左的 a 型卷筒。 标记为：卷筒 a266730-7.518-10.91 左 zb j 80 007.2-87 。 3.7 减速减速器的选择器的选择 内蒙古科技大学毕业设计说明书 37 3.7.1 减速器的概述减速器的概述 20 世纪 60 年代的减速器大多是参照苏联 20 世纪 40-50 年代的技术制造， 后来虽有所发展，但限于当时的设计、工艺水平及装备条件，其总体水平与国际 水平有较大差距。 改革开放以来，我国引进一批先进加工装备，通过引进、消化、吸收国外先 进技术和科研攻关，逐步掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。 材料和热处理质量及齿轮加工精度均有较大提高， 通用圆柱齿轮的制造精度可从 jb17960 的 89 级提高到 gb1009588 的 6 级，高速齿轮的制造精度可稳定 在 45 级。部分减速器采用硬齿面后，体积和质量明显减小，承载能力、使用 寿命、 传动效率有了较大的提高， 对节能和提高铸机的总体水平起到很大的作用。 我国自行设计制造的高速齿轮减（增）速器功率已达 42000kw，齿轮圆周速 度达 150ms 以上。但是，我国大多数减速器的技术水平还不高，老产品不可能 立即被取代，新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。 摆线针轮减速机采用摆线针齿轮啮合、行星式