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本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 ( (论论 文文) ) 集装箱龙门起重机起升机构传动装置设计集装箱龙门起重机起升机构传动装置设计 Container gantry crane hoisting mechanism gear design 学 院 ： （楷体_GB2312 四号， 下同） 机械工程学院 专 业 班 级 ： 机械设计制造及其自动化 机械 041 学 生 姓 名 ： 海州书院 学 号： 080811116 指 导 教 师 ： 欧阳淮海（职称） 2013 年 5 月 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 毕业设计（论文）中文摘要毕业设计（论文）中文摘要 集装箱龙门起重机起升机构传动装置设计 摘 要： 起重机的出现大大改善了人们的生产和生活， 它能够提高工作的自动化程度， 提高工作效率，有效降低人们的工作强度，完成一些复杂重复性工作。它对于发展国民经 济，改善人们的事物起着重要的作用。以前需要许多人花长时间才能搬动的大型物件现在 用起重机就能轻易达到效果，尤其是在小范围的搬动过程中起重机的作用是相当明显的。 例如在铁路货场装卸火车、汽车，在船厂吊装船舶，在水电站大坝起吊闸门，在港口码头 装卸集装箱，在工厂内部起吊和搬运笨重的成件物品，在建筑安装工地进行施工作业，在 储木场堆积木材等。龙门起重机起重范围可以从几吨到几十吨甚至几百吨，在机械制造、 冶金、钢铁、码头集装箱装运等行业都必须有龙门起重机。而起升机构更是起重机的咽喉 设备，它是小车的的重要部分。此次设计的龙门式起重机小车主要包括起升机构、小车架、 小车运行机构、吊具等部分。其中的小车运行机构主要由减速器、主动轮组、从动轮组、 传动轴和一些连接件组成。 关键词：起升机构；传动装置；减速器 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 毕业设计（论文）外文摘要毕业设计（论文）外文摘要 Container gantry crane hoisting mechanism gear design Abstract: The emergence of the crane has greatly improved the peoples production and life, it can improve the degree of automation of the work, improve work efficiency, reduce the intensity of the work of the people, the completion of some complex repetitive tasks. It plays an important role for the development of the national economy and improving peoples things. Many people spend a long time to carry large objects with a crane can easily achieve the desired effect, especially in the role of small-scale moving process cranes are quite obvious. For example, in the railway yard handling train, automobile, ship in the shipyard lifting, lifting gates of the hydroelectric dam in the port loading and unloading containers, within the factory lifting and carrying bulky items into the building installation site construction work in wood storage ground accumulation timber. Gantry cranes lifting can range from a few tons to hundreds of tons or even hundreds of tons, in the machinery manufacturing, metallurgy, iron and steel, pier container shipping industry must gantry cranes. The sky crane hoisting mechanism is sore equipment, it is an important part of the car. The design of the gantry crane trolley lifting institutions, small frame, trolley traveling mechanism, spreader part. Car run institutions by the reducer, driving wheel units and idler wheel units, drive shafts and some connections. Keywords: Hoisting mechanism；gear reducer； 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 目 录 1 绪论 5 1.1 起重机的定义 . 5 1.2 起重机的工作原理 5 1.3 起重机的类型和特点 6 1.4 龙门起重机的分类 6 1.5 龙门起重机的主要组成 . 7 1.6 龙门起重机的选型特点 . 7 1.7 龙门起重机的发展状况 . 7 1.8 龙门起重机的发展趋势 . 7 2 起升机构传动装置参数及方案确定 8 2.1 起升机构的组成 . 8 2.2 起升机构的结构简图 . 8 2.3 龙门起重机参数确定 10 2.3.1 基本设计参数 . 10 2.3.2 主要尺寸的确定 11 2.4 确定起升机构的传动方案 11 2.4.1 方案一 .11 2.4.2 方案二 12 2.4.3 方案三 12 3.主要部件的选择与校核 . 13 3.1 吊钩的选择 13 3.2 钢丝绳的选择 . 14 3.2.1 根据钢丝绳的捻向分类 14 3.2.2 根据绳股的构造分类 14 3.2.3 根据绳芯分类 15 3.2.4 钢丝绳选用注意事项 . 15 3.3 滑轮的选择 . 16 3.4 选定卷筒尺寸并验算强度 17 3.4.1 卷筒直径 . 17 3.4.2 卷筒尺寸 17 3.4.3 卷筒壁厚 18 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3.4.4 卷筒臂的压力验算 18 3.5 电动机的选择 . 18 3.6 制动器的选择 . 19 3.6.1 计算制动力矩 . 19 3.7 联轴器的选择 . 19 4.传动装置-减速器的设计计算 21 4.1 计算传动装置分配各级传动比 . 21 4.1.1 起升机构的总传动比 . 21 4.1.2 分配传动装置各级传动比 . 21 4.2 传动装置的运动和动力参数的计算 21 4.2.1 输入功率、转速和转矩 . 21 4.2.2 输出功率、转速和转矩 . 22 4.3 减速器传动零件设计 22 4.3.1 圆柱齿轮传动的设计计算 22 4.3.2 轴的计算 27 4.3.3 轴承的选择和计算 29 4.3.4 键联接的设计和强度校核 30 4.4 减速器润滑方式、润滑油牌号、密封类型的选择和装油量计算 . 31 4.4.1 轴承润滑方式和润滑油牌号的选择 31 4.4.2 齿轮润滑方式、润滑油牌号的选择和装油量的计算 31 4.4.3 密封类型的选择 31 4.5 减速器箱体设计 . 31 4.5.1 减速器箱体的结构设计 31 4.5.2 油面位置及箱座高度的确定 32 4.5.3 箱体结构的工艺性 32 4.5.4 减速器附件的结构设计 32 结 论 33 致 谢 34 参 考 文 献 35 附录 A：Hoist crane metal structure . 36 附录 B：起重机金属结构 40 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1 绪论 人类生产活动中物料搬运已成为重要组成部分，距今已有几千年的历史。14 世纪， 西欧出现了人力和畜力驱动的转动臂架型起重机。19 世纪前期，出现了桥式起重机；起 重机的重要磨损件如轴、齿轮和吊具等开始采用金属材料制造，并开始采用水力驱动。19 世纪后期，蒸汽驱动的起重机逐渐取代了水力驱动的起重机。20 世纪 20 年代开始，由于 电气工业和内燃机工业迅速发展，以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本形成。 |随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生 产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。起重机正经历着一 场巨大的变革。起重机械是用来对物料作起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备。它 的出现改变了人类几千年来以手工来搬动重物的状况， 现在几个按钮就能完成以前做不到 或很难做到的搬运工作，人得到了休息，效率也提高了。起重机械发展历史悠久，种类日 益繁多，应用极为广泛。当今国民经济的各个部门，如冶金、机械、交通运输、电力、建 筑、采矿、化工、造船、港口、铁路、农场、林区和国防等都离不开起重机械。随着科学 技术的进步和经济建设的发展，日益显现出起重机械作为实现生产过程机械化、自动化、 减轻体力劳动强度， 提高劳动生产率的特种设备的突出地位。 现代起重机械结构已向大型、 精密、高效、多功能、宜人化的机电一体化方向发展。 1.1 起重机的定义 起重机是在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械， 又称吊车。 属于 物料搬运机械。 起重机是以反复短暂的工作循环方式完成货物装卸或设备安装作业的。 一 个工作循环包括：取物、货物上升、水平运动、下降、卸载，然后空吊具返回原地。一个 工作循环时间一般需要一定时间， 其间各机构在不同时刻有短暂的停息时间。 龙门起重机 是水平桥架设置在两条支腿上构成门架形状的一种桥架型起重机，龙门起重机的起升机 构、小车运行机构和桥架结构，与桥式起重机基本相同。这种起重机在地面轨道上运行， 主要用在露天贮料场、船坞、电站、港口和铁路货站等地进行搬运和安装作业。由于跨度 大，起重机运行机构大多采用分别驱动方式，以防止起重机产生歪斜运行而增加阻力，甚 至发生事故。 1.2 起重机的工作原理 起重机械的主要任务是起重， 而直接承担起重任务的是起升机构， 其他机构都是为了 扩大起重机的使用范围。 最简单的起重机实际上也就仅有一个起升机构。 现代的绝大多数 起重机，不论他们的型式和用途如何，都是根据同一个工作原理构成的。龙门起重机通常 由起升机构(使物品上下运动)、 运行机构(使起重机械移动)、 回转机构(使物品作水平移动)， 再加上金属机构，动力装置，操纵控制及必要的辅助装置组合而成。随着生产的发展，起 重量和起升速度不断提高，因而机构演变日趋完善。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1.3 起重机的类型和特点 起重机根据结构的不同可以分为：桥架型起重机。可在长方形场地及其上空作业， 多用于车间、仓库、露天堆场等处的物品装卸，有梁式起重机、桥式起重机、龙门起重机、 缆索起重机、运载桥等。臂架型起重机。可在圆形场地及其上空作业，多用于露天装卸 及安装等工作，有门座起重机、浮游起重机、桅杆起重机、壁行起重机和甲板起重机等， 这次课题则是龙门式起重机的设计。 1.4 龙门起重机的分类 （1）普通龙门起重机：这种起重机用途最广泛，可以搬运各种成件物品和散状物料， 起重量在 100 吨以下，跨度为 435 米。用抓斗的普通门式起重机工作级别较高。 （2） 水电站龙门起重机:主要用来吊运和启闭闸门,也可进行安装作业。 起重量达 80 500 吨,跨度较小,为 816 米；起升速度较低,为 15 米/分。这种起重机虽然不是经常吊 运，但一旦使用工作却十分繁重，因此要适当提高工作级别。 （3）造船龙门起重机：用于船台拼装船体，常备有两台起重小车：一台有两个主钩， 在桥架上翼缘的轨道上运行； 另一台有一个主钩和一个副钩， 在桥架下翼缘的轨道上运行， 以便翻转和吊装大型的船体分段。起重量一般为 1001500 吨；跨度达 185 米；起升速度 为 215 米/分，还有 0.10.5 米/分的微动速度。 （4）集装箱龙门起重机：用于集装箱码头。拖挂车将岸壁集装箱运载桥从船上卸下 的集装箱运到堆场或后方后,由集装箱龙门起重机堆码起来或直接装车运走,可加快集装箱 运载桥或其他起重机的周转。可堆放高 34 层、宽 6 排的集装箱的堆场，一般用轮胎式, 也有用有轨式的。 集装箱龙门起重机与集装箱跨车相比， 其跨度和门架两侧的高度都较大。 为适应港口码头的运输需要，这种起重机的工作级别较高。起升速度为 810 米/分；跨 度根据需要跨越的集装箱排数来决定,最大为 60 米左右相应于 20 英尺、30 英尺、40 英尺 长集装箱的起重量分别约为 20 吨、25 吨和 30 吨。 （5）运载桥：由龙门起重机加大跨度发展而成的一种桥架型起重机，又称装卸桥。 用于露天贮料场、港口和铁路货站等处。普通运载桥与大型门式起重机的结构相似。特点 是：搬运对象主要是大批量的散状物料；跨度大，一般在 30 米以上，有的达 170 米； 作业频繁，生产率高，一般为 5001500 吨时，工作速度高，起升速度为 6070 米 分，小车运行速度为 100350 米分，工作级别较高；运载桥的运行机构只用以调 整工作位置，是非工作性机构。当跨度较大时，运载桥的桥架支承在一条刚性支腿和一条 柔性支腿上。桥架与两条支腿可采用螺栓联接；与柔性支腿的联接也可通过球铰或柱铰， 使柔性支腿可相对于桥架有一定范围的偏斜。 桥架由桁架梁组成， 起重小车在它的上弦杆 或下弦杆的轨道上运行。 有的小车有回转臂架， 相当于一台在桥架上运行的臂架型起重机。 在港口岸壁运行的集装箱运载桥， 是一种特殊结构的大型起重机， 专用于船舶的集装箱装 卸工作。两侧一般都是刚性支腿，形成坚固的门架，桥架支承在与门架连成一体的上部构 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 架上。 带有集装箱吊具(见跨车)的小车在桥架上运行。 伸向海面的长悬臂通常是可俯仰的。 非作业状态时，悬臂可吊起在 80 85 仰角处，使运载桥让过船舶上的最高点。作业时 悬臂放平。也有些悬臂是固定的。 1.5 龙门起重机的主要组成 龙门起重机通常由起升机构(使物品上下运动)、运行机构(使起重机械移动)、回转机构 (使物品作水平移动)，再加上金属机构，动力装置，操纵控制及必要的辅助装置组合而成。 起升机构是起重机的基本工作机构，它们大多是由吊挂系统和绞车组成。运行机构用以纵 向水平运移重物或调整起重机的工作位置，一般是由电动机、减速器、制动器和车轮组成。 金属结构是起重机的骨架，主要承载件，门架可为箱形结构或桁架结构，也可为腹板结构， 有的可用型钢作为支承梁。 1.6 龙门起重机的选型特点 龙门式起重机的起重小车若采用电葫芦， 称为单梁电葫芦式门式起重机。 货运量较小 的铁路货场可以采用单梁电葫芦门式起重机。它具有构造简单，上马快等优点。它的缺点 是速度低，起重量小(一般在 10 吨以下)。单主梁门式起重机若采用专制小车则称为单主 梁小车门式起重机。由于其支腿的形式不同，可分为单主梁 L 形和单主梁 C 形门式起重 机。L 形单主梁门式起重机的起重小车多采用垂直反滚轮式(两支点)小车；C 形单主梁门 式起重机的起重小车多采用水平反滚轮式(三支点)小车。垂直反滚轮小车构造简单，维修 方便， 但其声机构启动和制动是垂直方向跳动比较大 水平反滚轮小车工作过程中比较平 稳，但维修不太方便。双箱形主梁门式起重机按照支腿的形式又分为 0 型、U 型、A 型和 八字腿带马鞍型等几种。 1.7 龙门起重机的发展状况 龙门式起重机的市场份额越来越大，使用非常广泛，这是产品本身、龙门式起重机厂 家以及国家政策等多种因素共同作用下的结果，随着经济的不断发展，国家“一揽子计划” 的推动，跟促进了相关行业的发展。起重机的市场需求一年年的上涨，需求量超出了很多 起重机生产厂家的预期。虽然起重机市场需求增大，但我们应该清楚地认识到，世界上工 业发达国家的技术比我们领先很多。我们在机械设计方面与他们还有很大的差距，我们国 家的起重机设计制造行业起点低、设备差，相对发达国家落后几十年。所以我们应该借鉴 消化国外技术，完善自己，加快我国起重机械工业的发展。 1.8 龙门起重机的发展趋势 随着社会的发展，对龙门起重机要求越来越高，需要速度更快，装载量更大，操作更 方便，更安全可靠性更强的起重机，另外，新材料的研发及应用也至关重要。起重机部件 甚至整体有条件的采用强度更高，重量更轻的材料有利于降低自重，增加载重量。所以其 会趋向高速化大型化智能化及新材料的方向发展。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2 起升机构传动装置参数及方案确定 2.1 起升机构的组成 在起重机中，用以提升或下降货物的机构称为起升机构，一般采用卷扬式。起升机构 是起重机机中最重要、最基本的机构，其工作的好坏直接影响到整台起重机的工作性能。 起升机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。 钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电 磁吸盘、吊具等多种形式。安全保护装置有超负荷限制器、起升高度限制器、下降深度限 制器、超速保护开关等，根据实际情况配用。 起升机构有内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动三种驱动方式。 内燃机驱动的起升机构， 其驱动力有内燃机经机械传动装置传给包括起升机构在内的 各个工作机构。这种驱动方式的优点是具有自身独立的能源，机动灵活，适用于流动作业 的流动式起重机。为保证各个机构的独立运动，整机的传动系统复杂笨重。由于内燃机不 能逆转， 不能带载启动， 需依靠传动环节的离合实现启动和换向。 这种驱动方式调速困难， 操纵麻烦。属于淘汰类型。目前只在现有少数履带起重机和铁路起重机上应用。 电动机驱动是起升机构主要的驱动方式。 直流电动机的机械特性适合起升机构工作要 求，调速性能好，但获得直流电源较为困难。在大型的工程机械上，常常使用内燃机和直 流发电机实现直流传动。交流电动机驱动能直接从电网取得电能，操作简单，维护容易， 机组重量轻，工作可靠，在电动机起升结构中被广泛采用。本起升结构采用的启动方式也 为电动机驱动。 液压驱动的起升结构，由原动机带动液压泵。将工作油液输入执行构件（液压缸或液 压马达）使机构动作，通过控制输入执行构件的液体流量实现调速。液压驱动的优点是传 动比大， 可以实现大范围的无级调速，结构紧凑，运转平稳，操作方便，过载保护性能好。 缺点是液压传动元件的制造精度要求高， 液体容易泄漏。 目前液压驱动在流动式起重机获 得广泛的应用。 2.2 起升机构的结构简图 图（1）为原动机驱动的起升机构的结构件图。电动机 1 通过联轴器 2 与减速器 4 的 高速轴相连。机构工作时，减速器的低速轴带动卷筒 7，将钢丝绳 5 卷上或放出，经过滑 轮组系统，使吊钩 6 实现上升或下降。机构停止工作时，制动器 3 使吊钩连同货物悬吊在 空中。吊钩的升降靠电动机改变转向来实现。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 图 2-1 起升结构件图 为了安装方便与避免高速轴在小车架受载变形时发生弯曲， 联轴器 2 应是带有补偿性 能的，通常采用弹性柱销联轴器或齿轮联轴器。前者简单并能缓冲，但弹性橡皮圈的寿命 不长；后者坚固耐用，应用最广。齿轮联轴器的寿命安装质量有关，并且需要经常润滑。 为使布置更方便并增高补偿能力，降低磨损，常将齿轮联轴器制成两个半齿轮联轴器，中 间浮动轴或补偿轴连起来。 制动器通常装在高速轴上，以减小尺寸，如图（1）所示位置。经常利用联轴器的一 个半体兼作制动轮。 带制动轮的联轴器半体应当安装在减速轴上， 这样， 即使联轴器损坏， 制动器仍能起作用，保证了安全。 有时在高速轴上需要装设两个制动器，则第二个制动器可安装在减速器高速轴另一 端，如图（1）虚线所示，或者装在浮动轴的另一个联轴器上。也可以把制动器装设在电 动机尾部输出轴上，但这时需要有两端出轴的电动机，所以一般尽量避免。目前也有将制 动器放在电动机尾部的壳体内，制成一个组合部件，从而使机构简化紧凑。 起升机构的制动器应该是常闭式的。 采用块式制动器， 装有电磁铁或电动推杆作为自 动的松闸装置，与电动机电气联锁。制动器的制动力矩应保证有足够的制动安全系数。在 要求紧凑的情况下，也有采用带式制动器的。 减速器常用封闭式的标准两级圆柱减速器。在起重较大（超过 80t）的情况下，为得 到低速并增大卷筒与电动机间的尺寸， 常采用标准的封闭式两级减速器， 再增加一对开式 齿轮作最后级传动。 在要求紧凑的起升机构中，也有采用涡轮减速器的，其缺点是机械效率低。有时采用 涡轮减速器是为了尽量减少噪音， 例如在载客电梯中。 近年来还有采用行星齿轮减速器的， 减速器（如 3K 或摆线、渐开线齿形的少齿差行星减速器）装在卷筒的内腔中，电动机和 卷筒成同轴线布置，其特点是十分紧凑，但维修不太方便。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 卷筒通常装在转轴上，使轴承的检查与更换都较方便。 卷筒与减速器低速轴可通过特种联轴器相连接， 卷筒轴用自位轴承支承于减速器轴的 内腔和轴承座中，扭矩由齿轮连接来传递。这种方法紧凑，可靠，分组性好，能补偿减速 器轴与卷筒轴间的角度偏差，但减速器低速轴需要带特殊齿形轴端，加工较为复杂。国外 有采用鼓形滚子联轴器的， 它利用鼓形滚子与两个半圆凹槽的配合实现补偿。 由于它不仅 能够传递扭矩，同时还能承受很大的径向支承装置。这种布置还省去了卷筒长轴，使重量 减轻。当卷筒与开式传动的大齿轮连接时，卷筒端面与齿轮间用沿圆周布置的螺钉联接。 在某些需要货物自由下降的起升机构中，卷筒与减速器传动装置间装有摩擦离合器。 这时，制动器应装在卷筒上，用来控制自由下降的速度，它应当是可操纵的。 卷筒直径一般尽量选用最小值， 因为随着卷筒直径的增加， 转矩与减速器的传动比也 增大了，会引起整个机构的体积过大。但在起升高度较大时，往往增加卷筒直径以求限制 其长度。 滑轮组型式（单式或双联的）和它的倍率对起升机构的尺寸也有很大的影响。在龙门 起重机中采用双联滑轮组。滑轮组倍率的选定对钢丝绳的拉力、卷筒直径与长度、减速器 的传动比及总体尺寸都有关系。大起重量采用较大倍率，可以避免采用过粗的钢丝绳。当 起重量较小时不宜采用大倍率，因为起重量较小，钢丝绳磨损较大。有时采用增大滑轮组 倍率同时相应降低起升速度的方式来提高起重量， 可以使起升机构达到通用性， 即将同一 起升机构用于不同的起重量，这是在系列设计时常采用的方法。在某些情况下，还可能出 于其它原因选用较小倍率， 如在臂架式起重机中选用较小的倍率可以减少臂架端部的定滑 轮的数目。 在设计大起升高度的起升机构时， 也可以采用减小滑轮组倍率的方法来减小卷 筒绕绳量，从而避免多层卷绕或过长的卷筒。 2.3 龙门起重机参数确定 2.3.1 基本设计参数 设计起重机起升机构时需给定的参数有：起重量、工作级别、起升高度和起升速度。 起重量对起升机构的组成型式、 传动部件的型号尺寸和电动机的驱动功率都有重要影 响。在起重机系列设计时，合理选择起重机系列是重要的环节。一般情况下，当起重量超 过 10t 时，常设两个起升机构，即主起升机构和副起升机构。主起升机构的起重量大，用 以起吊重的货物。副起升机构的起重量小，但速度较快，用以起吊较轻的货物或作辅助性 的工作，提高工作效率。此次毕业设计的起重机为 10t,故设一个起升机构。 起升速度的选择与起重量、起升高度、工作级别和使用要求有关。中、小起重量的起 重机选用高速以提高生产率； 大起重量的起重机选用低速以降低驱动功率， 提高工作的平 稳性和安全性；工作级别高、经常使用、要求生产率高的起重机宜选用高速。反之，工作 级别低、用于辅助性工作的起重机可选用低速。用于安装和维修的起重机除低速外，还可 备有微速或调速功能。表 2-1 为本起重机起升机构主要参数。 表 2-1 本起重机起升结构的主要 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 1 起重量 10t 工作幅 度 6.521M 2 起升机 构 起升速度 电动机 15m min 型号 功率 转速 YZR250M1-8 30 720 3 变幅机 构 变幅机构 电动机 14m min 型号 功率 转速 YZR180L-8 11 700 4 旋转机 构 旋转机构 电动机 0.98rpm 型号 功率 转速 YZR160M2-6 7.5 940 5 运行机 构 运行速度 电动机 28m/min 型号 功率 转速 YZR160M2-6 7.5 940 2.3.2 主要尺寸的确定 根据起重机设计计算表 1.6、表 1.7、表 1.8 和工作级别 A5 可确定以下参数： 载荷状态 Q2（有时起升额定载荷，大部分时间起升中等载荷） 名义载荷系数 Kp=0.25 利用等级 U5 总的工作循环次数 N=5 105 起重机起升高度为 6.521m. 起重机起升速度为 v=15m/min；小车速度 V=28m/min。 2.4 确定起升机构的传动方案 大多数起重机起升机构的驱动装置都采用电动机轴与卷筒平行布置。 初步拟定下列三 种方案。 2.4.1 方案一 当起升机构吊运液态金属及其它危险物品时，需采用双制动器。 图 2-2 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 2.4.2 方案二 图 2-3 2.4.3 方案三 图 2-4 1电动机 2联轴器 3传动轴 4制动器 5减速器 6卷筒 7轴承座 8平衡滑轮 9钢丝绳 10滑轮组 11吊钩 方案一采用双制动器， 当起升机构吊运液态金属及其它危险物品时用这种方案的比较 多，而我们所设计的起重机为露天场合常用轻型起重机。 方案二在减速器输出端增加了一级开式齿轮传动， 减速器传动比较大， 此机构起升速 度相对较慢，一般用于起重量较大的起重机。我们本次设计课题的起重机起重量为 10t, 属于较轻的起重量，要求起升速度和小车行走速度较快。 方案三起升机构结构紧凑、简单，安装维修方便，而且变速范围符合设计要求。综合 方案一和方案二，最终确定选用方案三。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 3.主要部件的选择与校核 3.1 吊钩的选择 吊钩是吊装作业中最常用的取物装置，是各类起重机，也是常用吊索、起重工具、专 用吊具上的重要组成部分。根据制造方式，吊钩可分为锻造钩和板式钩，锻造钩一般应用 GB699-1988 中规定的 20 号钢，经锻造和冲压、退火处理，再进行机械加工而成。热处理 后要求表面硬度为 95-135HB。 锻造可以制成单钩或双钩， 单钩主要用在 70 吨以下的起重 机上，双钩用在 50-100 吨的起重机上。板式钩一般用在起升重量较大的起重机上，板式 钩由厚度为 30mm 成型板片重叠铆合而成。板式钩上有护板，一般用轧制钢制成。板式 钩由于其板片不可能同时断裂，所以可靠性好，修理方便。但是板式钩的断面积只能制成 矩形，因此钩体的材料不能充分利用。板钩也分为单钩和双钩两种。单钩多用于铸造起重 机上。吊钩断面形状有圆形、矩形、梯形和 T 字形等。 长钩 短钩 吊钩的安全使用规范： （1）新吊钩在使用前，应进行检查，应有制造厂的制造合格证，否则不准投入使用， 新吊钩的开口度要进行测量并符合规定。 （2）新吊钩应做负荷试验，其检验载荷按起重量的不同而不同，并且测量沟口开口 不应超过原开度的 0.25%。 （3）对吊钩三个危险断面应用油清洗，用放大镜看有无裂痕；对板式钩应检查其衬 套、销子磨损情况。 （4）在起重吊装作业中使用吊钩，其表面要光滑，不能有剥裂、刻痕、锐角、接缝 和裂纹等确缺陷。 （5）吊钩在使用过程中，应进行定期检查，主要检查是否有变形、裂纹、磨损、腐 蚀等现象，并做好记录。 （6）吊钩不准超负荷作业，吊钩不得补焊。 （7）吊钩停止使用时，应对其进行仔细清洗、除锈，上好防锈油放在通风干燥的地 方。 根据要求查龙门起重机（上） 知锻造单钩适用于起重量为 3-75 吨的起重机， 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 故选择锻单钩，由本次设计起重量 10t 可由表 9-1 查知： D=120mm, O=90mm, B=74, h=115, d=75, d1=70, d0=64, L180, L170, L2=90, m=60, R=14, R1=84, R2=62, R3=155, R4=36, R5=120, R6=125, R7=20, R8=2,重量为 29.5Kg。 3.2 钢丝绳的选择 钢丝绳是由高强度碳素钢丝围绕绳芯绕捻而成的， 被广泛应用于起重作业。 其中吊用 钢丝绳通常指起重滑轮组使用的起重或牵引绳。具有以下优点： （1）重量轻、强度高、能承受冲击载荷。 （2）挠性较高，使用灵活。 （3）钢丝绳磨损后，表面会产生许多毛刺，易于检查。破段前有丝断预兆，其整根 钢丝绳不会立即断裂。 （4）其中作业用钢丝绳成本低。 主要缺点刚性大，不易弯曲。起重作业选用的钢丝绳一般为点接触类型，如果配用的 滑轮组直径过小或直角弯折，钢丝绳易受损坏且影响安全使用和缩短使用寿命。 钢丝绳种类 3.2.1 根据钢丝绳的捻向分类 （1）交互捻钢丝绳 绳与股的捻向相反，这是常用的钢丝绳，由于绳与股的自行松 捻趋势相反，相互抵消，没有扭转打结的趋势，使用方便。根据绳的捻向，又分别有右捻 和左捻绳。起重机常用右捻钢丝绳。 （2）同向捻钢丝绳 绳与股的捻向相同，有自行松捻和扭转的趋势，容易打结。由 于挠性较好。通常用于具有刚性的导轨的牵引。进来在制造工艺中采用预变形的方法，成 绳后消除了自行松散扭转的现象。这种绳又称为不松散绳。 （3）混合捻钢丝绳 有半数股左旋，另外半数股右旋。这种钢丝绳应用较少。 3.2.2 根据绳股的构造分类 （1）点接触绳 绳股中各层钢丝绳直径相同， 股中相邻各层钢丝绳捻距不等， 相互 交叉，在交叉点上接触，因此，点接触绳易于磨损，寿命低。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 点接触型钢丝绳 线接触型钢丝绳 （2）线接触绳 绳股中各层钢丝绳的捻距相等， 外层钢丝绳位于里层钢丝之间的沟 槽里，内外层钢丝相互接触在一条螺旋线上，改变了接触，增长了寿命，增加了挠性。相 同直径的钢丝绳，线接触型比点接触型的金属断面面积大，因而承载能力大。 （3）面接触绳 股与股之间形成面接触， 制作工艺复杂， 多用于缆索起重机和架空 索道的支撑缆索。 3.2.3 根据绳芯分类 按绳芯的不同有麻芯、棉纱芯、石棉芯和软钢心，其中带浸油麻芯及棉纱芯的钢丝绳 比较软，容易弯曲，芯中含油可经常润滑钢丝，但不耐高温高压；带石棉芯的钢丝绳耐高 温；带软钢芯的钢丝绳能耐高温高压，但芯硬不易弯曲。使用要根据具体条件选用。 根据绳股数和每股中钢丝绳数量分类 按绳股数和每股中钢丝绳数量的不同表示，例如常用普通结构钢钢丝绳中分为 6 7、 7 7、6 19、6 37、6 61 等种类（前者数字表示股数，后者数字表示每股丝数） 。钢丝绳 中钢丝越细越不耐磨，但比较柔软，弹性较好，钢丝绳越粗越耐磨，但比较不易弯曲，故 应视不同用途而选用。在卷筒直径较大且磨损厉害处，如索道牵引、斜井卷扬可用较粗的 6 7、 6 19 钢丝绳； 弯曲较多， 滚筒直径较小如悬挂构件、 滑轮组等应用钢丝绳较细的 6 37 以及 6 61 钢丝绳。 3.2.4 钢丝绳选用注意事项 （1）钢丝绳的规格，应根据不同的用途来选择。如作起吊重物或绕滑轮组用的钢丝 绳，可选 6 37 或者 6 61 规格的钢丝绳；作缆车绳或牵引绳，可选 6 19 规格的钢丝绳。 （2）钢丝绳应优先选用 6 股线接触，且钢丝绳的直径应根据所要承受的载荷的大小 及钢丝绳的许用拉力来选择，在有腐蚀性的环境中工作时，应选用镀锌钢丝绳。 （3）起重机用张紧绳、牵引绳应选用顺绕绳，在需要有耐酸要求的场合应选用镀铅 钢丝绳， 在高温环境中工作的起重机应选用具有特级韧性石棉芯钢丝绳或具有钢芯的钢丝 绳。 因为在起升过程中， 钢丝绳的安全性至关重要， 所以要保证钢丝绳的高安全和使 用寿命。为此，我们可以采取以下措施： （1） 高的安全系数，也就是降低钢丝绳的应力 （2） 选用较大的滑轮与卷筒直径 （3） 滑轮槽的尺寸与材料对于钢丝绳的寿命有很大的关系， 其太大会使钢丝绳与滑 轮接触面积减少，太小会使钢丝绳与槽臂间的摩擦剧烈，甚至会卡死。 （4） 尽量减少钢丝绳的弯曲次数。 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 根据钢丝绳的额定起重量 Q=10t，查龙门起重机（上） ，选倍率 a=2。钢丝绳的最 大拉力： Smax=(Q+G)/2a 式中 Q额定起重量，Q=100000N。 G吊钩组重量，G=295N。 a滑轮组倍率，a=2。 滑轮组效率,=0.99。 所以 Smax=(100000+295)/(2 2 0.99)=25327N。 根据起重机设计计算P439 知： 钢丝绳直径不小于 dmin=C 根号下 S 式中 S钢丝绳的最大静拉力。 C为钢丝的选择系数。 根据起重机设计计算P441，起重机工作级别 M5,查表 14-7 选择 C=0.095，钢丝 的平均抗拉强度为 1770N/mm2的纤维芯钢丝绳,所以： mm12.1525327095. 0dmin 查龙门起重机（上） 表 7-8 钢丝绳标准 GB1102-74，选用单股钢丝绳直径 15.5mm, 钢丝绳断面 108.28mm2。 3.3 滑轮的选择 起重机滑轮是利用杠杆原理制成的一种简单机械， 它能借助起重机绳索的作用产生旋 转运动，以改变作用力的方向。在实际中，为了扩大滑轮的效用，往往把一定数量的动滑 轮和一定数量的定滑轮组合起来使用，组成滑轮组，它经常配合卷扬机进行吊装、搬运等 工作，是重要的工具。 滑轮有轮毂、轮辐、加强筋、绳槽和轮缘组成，滑轮的材料一般为 HT150 铸铁或者 ZG230-450、ZG270-500 铸钢。大尺寸滑轮为了减轻自重也有钢板焊制而成。 本次设计为轻型起重机所以选用 HT150 作为滑轮材料。 根据起重机设计手册知，为了保证钢丝绳有足够的寿命，滑轮直径不能过小，须 与钢丝绳直径 d 之间保持一定的比例关系，即 D0mined 式中 D0min按钢丝绳中心计算的滑轮允许的最小卷绕直径 mm d钢丝直径 mm e系数 由起重机设计手册表 3-2-1 查知 e=20,所以 D0min15.520=310mm 根据起重机设计手册表 3-2-2 和表 3-2-4 选取铸造的 E1型滑轮，铸造滑轮绳槽断 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 面及尺寸如下：R=9.0, H=25, B1=50, E1=35, C=1.5, R1=16, R2=13, R3=3.0, R4=4.0, M=10, N=0, S=12。 选择 E 型滑轮的主要尺寸如下： D5=90, D6=110, D7=160, D17=190, B=80, B3=90, B4=74, B9=70, S2=10,滚动轴承 E1 型按国标 276 选 218，B10=30。 3.4 选定卷筒尺寸并验算强度 卷筒组件有卷筒、连接盘以及轴承支架组成，卷筒有长轴卷筒和短轴卷筒，长轴 卷筒有齿轮连接盘和带大齿轮的卷筒组， 这是一种应用较多的一种形式， 短轴卷筒是一种 新的结构形式。 卷筒与减速器输出轴用法兰盘刚性连接， 减速器底座通过钢球或者圆柱销 与小车架连接。这种结构形式的优点是，结构简单调整与安装方便，此外还有采用行星减 速器放在卷筒内部的形式，优点是驱动结构紧凑、质量轻。铸造卷筒材料一般采用不低于 HT20-40 的铸铁，重要卷筒可采用高强度铸铁或球墨铸铁，焊接滚筒采用 A3 钢制造。 3.4.1 卷筒直径 根据起重机设计手册知卷筒直径： Dd(e-1)=15.5 （18-1）=263.5mm D卷筒名义直径（卷筒槽底直径） d钢丝绳直径 e筒绳直径比（由表 3-3-2 选 e=18） 双联卷筒 为了适当的减少卷筒长度，保证钢丝绳具有一定的使用寿命，取 D=300mm。由起 重机设计手册表 3-3-1 知： 3.4.2 卷筒尺寸 卷筒长度： L=2(L0+L1+L2)+L光 式中 L1固定钢绳所需的长度，L23p，取 60mm L2卷筒两端空余部分长度，由结构需要决定，取 60mm 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 L光中间光滑部分长度，根据钢丝绳允许偏角确定,取 170mm L0卷筒上有螺旋槽部分长度 L0=（Hmax m）/D0+Z1 t1，式中 Hmax最大起升高 度，Hmax=21-6.5=14.5m Z1为固定钢绳的安全圈数，Z11.5，取 Z1=2 t1绳槽节距(标准槽)，t1=d+(24)=15.5+2.5=18mm m滑轮组倍率 D0=D+d卷筒计算直径，由钢丝绳中间算起的卷筒直径 所以：L0=562.9,取 L0=600mm 所以：L=2 (L0+L1+L2)+L光=2 （600+60+60）+170=1610mm 取整 L=1700mm 根据龙门起重机（上） 表 7-7 知卷筒绳槽尺寸：R=10，t1=18,r1=1.5,c1=6 3.4.3 卷筒壁厚 根据龙门起重机（上） 知卷筒壁厚： =0.02D+（610）=0.02 300+（610）=1216 取 =15mm 3.4.4 卷筒臂的压力验算 根据龙门起重机（上） 知： ymax=Smax/（t1）=25327/(15 18)=93.8MPa 本设计采用 ZG270-500，根据工程材料及成型技术知 s=270MPa,由龙门起重 机（上） 知： 压= s/2=270/2=135 式中 Smax钢绳的最大拉力 卷筒的壁厚 t绳槽的节距 s铸钢的屈服极限 因为：yma=93.8MPa压 =135，所以抗压强度足够。 卷筒上的扭矩： M=(SmaxD)/=(253270.3)/0.99=7674.85Nm 卷筒速度 N卷=mv/D=(215)/(3.140.3)=31.83n/min 3.5 电动机的选择 根据龙门起重机（上） 知起重机静功率为： P静=Qv/(6120)=(10000+29.5)15/（6120 0.85）=28.92KW 电动机按重复短时运行方式制造，不同的负载持续值（JC 值） ，电动机具有不同的功 率，而负载持续率分为 JC=15%,JC=25%,JC=40%,JC=60%,JC=100%(即连续工作)五种。根 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763 据起重机工作级别， 取 JC%=40； 电动机功率 28.92KW， 根据 起重机设计手册 表 5-1-12 查电动机型号 YZR250M1-8,功率 30KW，转速 720r/min，重 280Kg。 3.6 制动器的选择 起升机构每一套独立的驱动装置至少要安装一个支持制动器；吊运液态金属以 及其它的危险品的起升机构， 每一套独立的驱动装置要装设两个支持制动器。 本起重机用 于露天吊装设备及材料，故只安装一个制动器。 支持制动器通常是闭式的， 制动轮必须安装在与传动机构刚性连接的轴上。 制动器的 制动力矩应保证在规定的制动时间内将机构制动住。 块式制动器的构造简单，制造与安装都很方便，成对的瓦块压力相互平衡，使制动轴 不受弯曲载荷。因此，在起重机上广泛应用。而其中电力液压块制动器（代号 YWZ）有 动作平稳，噪音小，寿命长，尺寸小，重量轻，不易漏电，省电，交流供电方便等特点。 3.6.1 计算制动力矩 制动器按一个计，计算机动力矩，根据龙门起重机（上） ，P=67 知： 2 .378 74.3222 89. 0318. 010000075. 1 ai2 QD KM 制 Nm 其中 ：K起升机构的制动安全系数，根据起重机工作类型选 K=1.75 制动时的机构效率，0.89 i实际传动比 a倍率 D卷筒直径 查起重机设计手册P318,表 3-7-19，选择制动器 YWZ2300/50，额定制动力矩 为 630N m ,自重 65Kg。 3.7 联轴器的选择 无论是齿轮联轴器还是弹性销联轴器，都是标准产品。选用时首先根据连接轴（如电 动机出轴，减速器的输入、输出等）的直径，从联轴器的规格表中选择一种合适尺寸的联 轴器，然后验算所传递的扭矩是否足够，即 TTt。 根据起重机设计手册知 T=k1k2k3Tt=1.3 1.2 1.25 302.3=589.45N m 式中 T所传递扭矩的计算值