5T双梁桥式起重机小车起升机构结构设计毕业设计论文.doc

5T双梁桥式起重机小车起升机构结构设计毕业设计论文第1章 桥式起重机的概述1.1 国内外桥式起重机的发展趋势1.1.1 国内桥式起重机的发展趋势现如今国内桥式起重机已经发生了重大的变化，且正向国际化并轨。1. 改进起重机械的结构，减轻自重国内起重机多已采用计算机优化设计，以此提高整机的技术性能和减轻自重，并在此前提下尽量采用550t 通用桥式起重机中采用半偏轨的主梁结构，与正轨箱形梁相比，可减少或取消主梁中的小加筋板，取消短加筋板， 减少结构重量，节省加工工时。目前国家星火计划提出桥架采用四根分体式不等高结构，使它在与普通桥式起重机同样的起升高度时，厂房的牛腿标高可下降1.5m；两根主梁的端部置于端梁上，用高强度螺栓连接；车轮踏面高度因此下降，也就使厂房牛腿标高下降。在垂直轮压的作用下，柱子的计算高度降低，使厂房基建费用减少，厂房寿命增加。2. 充分引进利用国外先进技术起重机大小车运行机构采用了德国Demag 公司的“三合一”驱动装置， 吊挂于端梁内侧，使其不受主梁下挠和振动的影响，提高了运行机构性能与寿命，并使结构紧凑，外形美观，安装维修方便。随着国内机械加工能力的提高，大车端梁和小车架整体镗孔成为可能，因而45剖分和车轮组或圆柱形的轴承箱将有可能代替角形轴承箱，装在车轮轴上的车轮轴孔中心线与端梁中心线构成标准的90，于是车轮的水平和垂直偏斜即可严格控制在规定范围内，避免发生啃轨现象。由于小车架为焊后一次镗孔成形，使四个车轮孔的中心线在同一平面内，故成功地解决了三点落地的问题。起升机构采用中硬齿面或硬齿面的减速器，齿轮精度达到7 级，齿面硬度达到320HB，因而提高了承载能力，延长了使用寿命。电气控制方面吸收消化了国外的先进技术，采用了新颖的节能调速系统。如晶闸管串级开环或闭环系统，调整比可达130。随着对调速要求的提高，变频调速系统也将使用于起重机上。同时，微机控制也将在起重机上得到应用，如三峡工程600t 坝顶门式起重机要求采用变频调速系统，微机自动纠偏，以及大扬程高精度微机监测系统。遥控起重机随着生产发展需要量也越来越大，宝钢在考察了国外钢厂起重机之后，提出了大力发展遥控起重机的建议，以提高安全性，减少劳动力。3. 向大型化发展由于国家对能源工业的重视和资助，建造了许多大中型水电站，发电机组越来越大。特别是长江三峡工程的建设对大型起重机的需要量迅速上升。三峡工程左岸电站主厂房安装了两台1200/125T桥式起重机，配备了2000t大型塔式起重机。目前在建设中的大、中型水电站还有很多，例如广西岩滩、龙滩、清江隔河岩、福建水口电站等等；还有很多核电站和大、中型火力发电厂需要建设，可以预计，大吨位高性能起重机的需要量是非常大的。纵观国内外起重机的动态与发展，前景广阔3。1.1.2 国外桥式起重机的发展趋势目前国外桥式起重机的技术已达到成熟阶段，随着科学技术的发展正逐步走向完善。1. 简化设备结构，减轻自重，降低生产成本芬兰Kone 公司为某火力发电厂生产的起重机就是一个典型的例子。其中起升机构减速器的外壳与小车架一端梁合二为一，卷筒一端与减速器相连，另一端支撑于小车架的另一端梁上。定滑轮组与卷筒组连成一体，省去了支撑定滑轮组的承梁，简化了小车架的整体结构。同时，小车运行机构采用三合一驱动装置，即减轻了小车架和小车的自重。副起升机构为电动葫芦置一台车上，由主起升小车牵引。小车自重的减轻使起重机主梁截面亦随之减小，因而整机自重大幅度减轻。国内生产的75/20T、31.5m跨度起重机自重94t，而Kone 公司生产的80/20T、29.4m 跨度起重机自重只有60t。Patain 公司的起重机大小车运行机构采用“三合一”驱动装置，结构较紧凑，自重较轻，简化了总体布置。此外，由于运行机构与起重机走台没有联系，走台的振动也不会影响传动机构。2. 更新零部件，提高整机性能法国Patain 公司采用窄偏轨箱形梁作主梁，其高、宽比为43.5左右，大筋板间距为梁高的2倍，不用小筋板。主梁与端梁的连接采用搭接方式，使垂直力直接作用于端梁上盖板，由此可降低端梁的高度，便于运输。在电控系统上该公司采用涡流联轴器和涡流制动器多电机调速系统, 可实现有载及空载的有级或无级调速，其工作原理图如图1-1所示。图1-1 涡流离合器调速原理图1- 起升电机2- 涡流离合器3- 减速器4- 卷筒5- 制动器6- 控制屏变频调速在国外起重机上已开始应用，ABB公司、日本富士、奥地利伊林公司已广泛采用。该调速方案具有高调速比, 甚至可达到无级调速, 并可节能等优点。另外，遥控装置用于起重机在国外也已普遍化，特别是在大型钢铁厂的广泛使用。3. 设备大型化随着世界经济的发展，起重机械设备的体积和重量越来越趋于大型化，起重量和吊运幅度也有所增大，为节省生产和使用费用，其服务场地和使用范围也随之增大。例如新加坡裕廊船厂要求岸边的修船门座起重机能为并排的两条大油轮服务，其吊运幅度为105m ，且在70m幅度时能起吊100t；我国三峡工程中使用的1200t 桥式起重机就对调速要求很高，为三维坐标动态控制。4. 机械化运输系统的组合应用国外一些大厂为了提高生产率，降低生产成本，把起重运输机械有机的组合在一起，构成先进的机械化运输系统。日本村田株式会社尤山工厂在车间中部建造了一个存放半成品的立体仓库，巷道式堆垛机按计算机系统规定的程序向生产线上发送工件。堆垛机把要加工的工件送到发货台，然后由单轨起重小车吊起，按计算机的指令发送到指定工位进行加工。被加工好的工件再由单轨起重小车送到成品库。较大型工件由地面无人驾驶车运送，车间内只有几个人管理，生产效率很高。德国Demag 公司在飞机制造厂中采用了一套先进的单轨或悬挂式运输系统，大大减化了运输环节。将所运物品装入专用集装箱内(有单轨系统的轨道)由码头运至工厂，厂内的单轨系统与集装箱内的轨道对接，物品进入厂房, 并由单轨运输系统按计算机的指令入库或进入工位，实现门对门的运输3。1.2 桥式起重机的特点和分类1.2.1 桥式起重机的特点取物装置悬挂在可沿桥架运行的起重小车或运行式葫芦上的起重机，称为“桥架型起重机”。桥架两端通过运行装置直接支撑在高架轨道上的桥架型起重机，称为“桥式起重机”。桥式起重机一般由装有大车运行机构的桥架、装有起升机构和小车运行机构的起重小车、电气设备、司机室等几个大部分组成。外形像一个两端支撑在平行的两条架空轨道上平移运行的单跨平板桥。起升机构用来垂直升降物品，起重小车用来带着载荷作横向运动；桥架和大车运行机构用来将起重小车和物品作纵向移动，以达到在跨度内和规定高度内组成三维空间里作搬运和装卸货物用。桥式起重机是使用最广泛、拥有量最大的一种轨道运行式起重机，其额定起重量从几吨到几百吨。最基本的形式是通用吊钩桥式起重机，其他形式的桥式起重机基本上都是在通用吊钩桥式的基础上派生发展出来的。1.2.2 桥式起重机的分类1. 通用桥式起重机通用桥式起重机是指在一般环境中工作的普通用途的桥式起重机(见标准GB/T14405-93)。以下类型的起重机都属于通用桥式起重机。(1) 通用吊钩桥式起重机通用吊钩桥式起重机由金属结构、大车运行机构、小车运行机构、起升机构、电器及控制系统及司机室组成。取物装置为吊钩。额定起重量为10t以下的多为1个起升机构；16t以上的则多为主、副两个起升机构。这类起重机能大多种作业环境中装卸和搬运物料及设备。(2) 抓斗桥式起重机 抓斗桥式起重机的装置为抓斗，以钢丝绳分别联系抓斗起升、起升机构、开闭机构。主要用于散货、废旧钢铁、木材等的装卸、吊运作业。这种起重机除了起升闭合机构以外，其结构部件等与通用吊钩桥式起重机相同。(3) 电磁桥式起重机 电磁桥式起重机的基本构造与吊钩桥式起重机相同，不同的是吊钩上挂1个直流起重电磁铁(又称为电磁吸盘)，用来吊运具有导磁性的黑色金属及其制品。通常是经过设在桥架走台上电动发电机组或装在司机室内的可控硅直流箱将交流电源变为直流电源，然后再通过设在小车架上的专用电缆卷筒，将直流电源用挠性电缆送到起重电磁铁上。 (4) 两用桥式起重机 两用桥式起重机有3种类型：抓斗吊钩桥式起重机、电磁吊钩桥式起重机和抓斗电磁桥式起重机。其特点是在1台小车上设有两套各处独立的起升机构，一套为抓斗用，一套为吊钩用(或一套为电磁吸盘用一套为吊钩用，或一套为抓斗用一套为电磁吸盘用)。 (5) 三用桥式起重机 三用桥式起重机是一种多用的起重机。其基本构造与电磁桥式起重机相同。根据需要可以用吊钩吊运重物，也可以在吊钩上挂1个马达抓斗装卸物料，还可以把抓斗卸下来再挂上电磁盘吊运黑色金属，故称为三用桥式(可换)起重机。 抓斗由交流电源工作，电磁盘由直流电源工作。因此，该机型必须同电磁桥式起重机一样，设置电动发电机组或可控硅直流电源箱。这种起重机适用于经常变换取物装置的物料场所。 (6) 双小车桥式起重机 这种起重机与吊钩桥式起重机基本相同，只是在桥架上装有2台起重量相同的小车。这种机型用于吊运与装卸长形物件。 2. 专用桥式起重机 (1) 冶金桥式起重机 冶金桥式起重机根据用途可以划分为不同的类型，主要结构基本与通用吊钩桥式起重机相同，取物装置多为专用。主要用于冶金车间的吊运作业，其起重量很大，最大的可达到数百吨。(2) 防爆吊钩桥式起重机 按使用环境，将矿用防爆起重机(煤矿井下除外)规定为类，将工厂用防爆起重机规定为类。 类起重机，按电气设备适用于爆炸性气体混合物最大试验案例间隙或最小点燃电流比，分为A、B、C三级，并按其表面最高温度分为T1-T4四组。(3) 绝缘吊钩桥式起重机 这种起重机结构形式与通用吊钩桥式起重机基本相同。但是为了防止工作过程中带电设备的电流可经过被吊物传到起重机上，危及司机安全，故要求在吊钩组、小车架、小车轮(或小车轨道下方)上设置3道绝缘装置。主要用于冶炼铝、镁的工厂。3. 电动葫芦型桥式起重机 其特点是桥式起重机的起重小车用自行式电动葫芦代替，或者用固定式电动葫芦作起重小车的起升机构，小车运行、大车运行等机构的传动装置也尽量与电动葫芦部件通用化。因此，与上述通用桥式起重机相比，电动葫芦型桥式起重机虽然一般起重量较小、工作速度较慢、工作级别较低，但其自重轻、能耗较小、易采用标准产品电动葫芦配套，对帮房建筑压力负载较小，建筑和使用经济性都较好。因此在中小起重量范围的一般使用场合使用越来越广泛，甚至有替代某些通用桥式起重机的趋势。(1) 电动梁式起重机 其特点是用自行式电动葫芦替代通用桥式起重机的起重小车，用电动葫芦的运行小车在单根主梁的工字钢下突缘上运行，跨度小时直接用工字钢作主梁，跨度大时可在主梁工字钢的上面再作水平加强，形成的组合断面主梁。其主梁可以是单根主梁(电动单梁式起重机)，也可以是两根主梁(电动双梁式起重机)，其桥架可以是像通用桥式起重机那样通过运行装置直接支撑在高架轨道上，也可以通过运行装置悬挂在房顶下面的架空轨道上(悬挂式)。(2) 电动葫芦桥式起重机 其特点是采用固定式电动葫芦装在小车上作起升机构，小车运行机构也多采用电动葫芦零部件做成简单的构造形式，小车也极为简便轻巧，其整体高度小，小车及桥架自重轻、重心低、有很广泛的使用适应性。上述桥式起重机除按起重机的结构及使用特性分类外，有时也按主梁的数目将其分为单主梁桥式起重机、双梁桥式起重机(如图2-2所示)、四梁桥式起重机等。单主梁桥式起重机只有一根主梁，起重小车带有反滚轮，单侧满置，取物装置多为吊钩，也有电磁盘的；双梁桥式起重机具有两根对称配置的桁架型或箱型主梁，是桥式起重机的基本形式；四梁桥式起重机多用于某些冶金桥式起重机中，四根梁以桥架纵向中心线对称布置，外面两根主梁上架设普通的单钩或双钩起重小车，即副小车。主小车可跨在副小车上空运行13。图1-2 5T双梁桥式起重机1.3 桥式起重机的主要参数桥式起重机的技术参数是桥式起重机工作性能的指标。桥式起重机的主要技术参数包括：起重量、跨度、起升高度、各机构的工作速度以及工作级别等，为了保证桥式起重机的合理使用、安全运行和防止事故的发生，桥式起重机司机必须掌握桥式起重机的技术参数。桥式起重机的主要参数有1：1. 质量和载荷参数：起重量G，有效起重量Gp，额定起重量Gn，总起重量Gt，最大起重量Gmax，起重力矩M，起重倾覆力矩MA，起重机总质量Go ，轮压P；2. 起重机尺寸参数：幅度L，最大幅度Lmax，最小幅度Lmin，悬臂有效伸缩距l，起升高度H，下降深度h，起升范围D，起重臂长度Lb，起重机倾角；3. 运动速度参数：起升(下降)速度Vn，微速下降速度Vm，回转速度，起重机(大车)运行速度Vk，小车运行速度Vt，变幅速度Vr；4. 与起重机运行线路有关的参数：跨度S和轨距t；5. 性能参数：工作级别，机构工作级别。1.4 桥式起重机的组成及其工作原理1.4.1 工作机构桥式起重机的工作机构一般有起升机构和运行机构组成。1. 起升机构可以分为主起升机构和副起升机构。起升机构包括电动电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。2. 运行机构又可以分为小车运行机构和大车运行机构。运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。1.4.2 金属机构金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。1. 箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。2. 偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁，自重较小，但制造较复杂。3. 四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其它结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。4. 空腹桁架结构类似偏轨箱形主梁，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形梁外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。1.4.3 动力装置桥式起重机多采用电动机做为动力源。最常用的是三相异步电动机。一台5T桥式起重机，原设备电气驱动系统分为起重机升降、小车、大车三部份。其中起重机吊钩的升降由一台13kW的绕线式异步电动机驱动，大车的横向运行由两台4 kW绕线式异步电动机、小车的纵向运行由一台2.5 kW绕线式异步电动机驱动。不同型号的起重机用电动机有其各自的特点。YZR、YZ系列冶金及起重机用三相异步电动机是我国20世纪80年代按照国际电工委员会(IEC)标准设计的新系列电动机。它具有高效率、节能、噪音低、振动小、体积小、重量轻、温升低、使用寿命长、性能可靠、安装维护方便等优点。YZRW系列涡流制动绕线转子三相异步电动机(简称YZRW系列电动机)是YZR系列的派生产品，能获得较好的调速性能指标，可用于各种类型起重机械的电力控制。1.4.4 控制系统起重机的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. 操纵装置桥式起重机的操纵装置主要有低压控制电器和PLC控制变频调速系统组成。低压控制电器用于低压电力传动，自动控制系统和用电设备中，是其达到预期的工作状态。它体积小，重量轻，工作可靠。如：按钮，行程开关，接触器，继电器等。凸轮控制器是一种利用凸轮来操作动触点动作的控制电器。主要用于小于30kw的中小型绕线或转子异步电动机的控制电路中，控制电动机的运行，广泛用于桥式起重机。PLC控制的桥式起重机变频调速系统起动，制动快速，起动过程平稳，运行平稳，可靠，操作简单灵活，生产效率高，系统维护方便，安全性高。2. 安全装置起重机的部分安全装置也属于控制系统。(1) 超载限制器与力矩限制器超载限制器的综合误差不应大于8%。当载荷达到额定载荷的90%时，会发出报警信号，同时能自动断起升动力源。力矩限制器的综合误差不应大于10%。当载荷达到额定力矩时，能自动切断起升或变幅的动力源，并发出禁止性报警信号。(2) 上(下)升极限位置限制器在吊具可能运行工作的条件下，当吊具的运行超出安全位置是，会自动切断动力源，及时进行安全保护。第2章 桥式起重机小车的总体方案设计2.1 本次设计起重机的主要参数起重机小车设计参数：起重量5t，跨度16.5m，起升最大高度为16m，起升速度11.3m/min，小车运行速度v=37.2m/min，轨距1.4m，小车估计重量2.5t，起重机参考自量约16.1t ，机构工作级别M5。2.2 小车的总体设计小车主要有起升机构、运行机构和小车架组成。起升机构采用闭式传动方案，电动机轴与二级圆柱齿轮减速器的高速轴之间采用两个半齿联轴器和一中间浮动轴联系起来，减速器的低速轴鱼卷筒之间采用圆柱齿轮传动。运行机构采用全部为闭式齿轮传动，小车的四个车轮固定在小车架的四周，车轮采用带有角形轴承箱的成组部件，电动机装在小车架的台面上，由于电动机轴和车轮轴不在同一个平面上，所以运行机构采用立式三级圆柱齿轮减速器，在减速器的输入轴与电动机轴之间以及减速器的两个输出轴端与车轮轴之间均采用带浮动轴的半齿联轴器的连接方式。小车架的设计，采用粗略的计算方法，靠现有资料和经验来进行，采用钢板冲压成型的型钢来代替原来的焊接横梁。2.3 主要零部件的选择2.3.1 吊钩组吊钩组是吊装作业中最常用的取物装置，它有吊钩、吊钩螺母、推力轴承、吊钩横梁、滑轮、滑轮轴承、吊钩拉板等零件组成。其中吊钩是各类起重机，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，吊钩可以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，经过锻造和冲压、退火处理，在进行机械加工而成。热处理后要求表面硬度为95-135HB。锻造可以制成单钩和双钩，单钩主要用在70吨以下的起重机上。板式钩一般用在起重量较大的起重机上，板式钩有厚度为30 mm成型板片重叠铆合而成。板式钩上有护板，板式钩一般应用GB700-1988普通碳素钢结构技术条例中规定的Q235A、Q235B或GB1519-1988低合金结构钢技术条例中规定的16Mn钢，轨制钢制成。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。但是板式钩的断面形状只能制成矩形，因此钩体的材料不能充分利用。板式钩也分单钩和双钩两种。单钩多用于铸造起重机上1。图2-1 锻造式吊钩简图由以上对比，初选本次起重机的吊钩为锻造式单钩。如右图2-1所示为锻造式吊钩简图。2.3.2 钢丝绳钢丝绳是有高强度碳素钢丝围绕绳芯绕捻而成的，广泛应用于起重作业。其中吊运用钢丝绳通常指起重滑车组使用的起重或牵引绳、立扒杆用的绑扎绳和缆风绳及吊具索具用的钢丝绳。其优点是重量轻、强度高、承载能力大；挠性较高，使用灵活；钢丝绳极少突然断裂，易于检查；运动平稳无噪音，工作可靠成本低等。根据绳股的构造分类，可分为点接触绳、线接触绳和面接触绳。1. 点接触钢丝绳有单股钢丝绳和多股钢丝绳，单股绳在起重机中极少应用，多股绳过去应用较多，由于钢丝绳接触应力大，磨损快，现已逐渐被线接触钢丝绳取代。2. 线接触钢丝绳(如图2-2所示)又分为外粗型、粗细型、密集型钢丝绳。线接触钢丝绳承载能力大，耐磨性好，使用寿命长，在相同使用条件下，比点接触钢丝绳寿命高50%100%。在起重机中，凡是绕过滑轮和绕入卷筒的钢丝绳，都应选用线接触钢丝绳。3. 面接触钢丝绳按钢丝绳捻绕次数，有单绕和双绕之分。单绕钢丝绳，刚性大，表面不光滑，在起重机上仅用作固定张紧绳。双绕钢丝绳是由钢丝绕成股，再由股绕成绳。由于强度高，挠性好，在起重机上广泛使用。双绕钢丝绳根据绳的捻向分为交互捻钢丝绳，具有无扭转打结的趋势、使用方便的特点；同向捻钢丝绳，挠性较好，成绳后消除了自行松散扭转的现象故称为不松散绳；混合捻钢丝绳，此种绳实际中应用较少。钢丝绳按绳芯的不同有麻芯、棉纱芯、石棉芯和软钢芯，其中带浸油麻芯及棉纱芯的钢丝绳比较湿软，容易弯曲，芯中含油可经常润滑钢丝，但不宜耐高温高压；带软钢芯的钢丝绳能耐高温高压，但芯硬不易弯曲。图2-2 线接触钢丝绳钢丝绳的选择包括钢丝绳结构型式的选择和钢丝绳直径的确定。绕经滑轮和卷筒的机构工作钢丝绳应优先选用线接触钢丝绳。在腐蚀性环境中应采用镀锌钢丝绳。钢丝绳的性能和强度应满足机构安全正常工作的要求。钢丝绳是起重机的重要部件，也是安全系数要求较高的部件。本次起重机设计的钢丝绳初选择线接触粗细型钢丝绳，直径由后面计算确定。2.3.3 滑轮和滑轮组1. 滑轮的简介起重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。实际应用中，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，是重要的吊装、搬运工具。承受负载不大的滑轮，结构尺寸较小(直径D800mm)有轮缘、带筋板的轮辐和轮毂焊接而成，单件生产时也宜采用焊接滑轮。铸铁滑轮适用于工作级别M4以下的机构，钢制滑轮用于工作级别M4以上的机构。滑轮按用途可分为定滑轮、动滑轮、均衡滑轮和导向滑轮，导向滑轮又称开门滑轮，通常用在起重栀杆低脚处。2. 滑轮组和滑轮组倍率由钢丝绳依次绕过若干动滑轮和定滑轮而成组成的装置称为滑轮组。根据滑轮组的功能分为省力滑轮组和增速滑轮组。省力滑轮组广泛用于起重机的起升机构和普通臂架变幅机构，它能用较小的钢丝绳拉力吊起数倍于绳拉力的重物。增速滑轮组主要用于液压或气力驱动的机构中，利用油缸或气缸使工作装置获得数倍于活塞行程和速度，如叉车的门架货叉升降机构和轮式起重机的吊臂伸缩机构。滑轮组按构造特点分单联滑轮组和双联滑轮组。双联滑轮组在桥式、门式和们座起重机中普遍应用。单联滑轮组多用于汽车、轮胎、履带、铁路、塔式和缆式起重机。双联滑轮组多与单层绕双联卷筒并用，与单联滑轮组配合使用的多为多层绕卷筒。图2-3 双联滑轮组示意图m-滑轮组倍率 S-钢丝绳自由端拉力 Q-物品重量滑轮组省力(增速)的倍数称为滑轮组的倍率，用m表示。单联滑轮组的倍率等于钢丝绳分支的一半。双联滑轮组是由两个倍率相同的单联滑轮组并联而成的。滑轮组倍率的选定，对起升机构的总体尺寸影响较大。倍率增大，则钢丝绳分支拉力减小，钢丝绳直径、滑轮和卷筒直径也都减小，在起升速度不变时，需提高卷筒转数，即减小机构传动比。但倍率过大，会使滑轮组本身体积和重量增大，同时也会降低倍率，加速钢丝绳的磨损。所以起重量小时，选用小的倍率，随着起重量增大，倍率相应提高。倍率增大，起升速度相应减小1。根据上面的对比分析以及对钢丝绳的选择，初选双联滑轮组即可满足起升机构的需求，图2-3所示为双联滑轮组示意图。2.3.4 卷筒组卷同组是起升机构和牵引机构中卷绕钢丝绳的部件。卷筒组件有卷筒、连接盘以及轴承支架组成。常用卷同组类型有齿轮联接盘式、周边大齿轮式、短轴式和内装行星齿轮式2。1. 齿轮联接盘式卷筒组为封闭式传动，分组性好，卷筒轴不承受扭矩，是目前桥式起重机卷同组的典型结构。缺点是检修时需沿轴向外移卷筒。2. 周边大齿轮式卷筒组多用于传动速度比大、转速低的场合，一般为开式传动，卷筒轴只承受弯矩。3. 短轴式卷筒组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。4. 内装行星齿轮式卷筒组输入轴与卷筒同轴线布置，行星减速器置于卷筒内腔，结构紧凑，重量较轻，但制造与装配精度要求较高，维修不便，常用于结构要求紧凑、工作级别为M5以下的机构中。图2-4 齿轮联接盘式卷筒组卷筒有铸造或焊接经机加工后制成。铸造卷筒一般采用不低于HT-200的灰铸铁，焊接卷筒多采用Q235钢板弯卷焊接而成，质量轻，适宜于单件生产和大尺寸卷筒。综合考虑使用经济与寿命，初选铸造的齿轮联接盘式卷筒组作为此次设计的卷筒组，如图2-4所示。2.3.5 制动器制动器是保证起重机安全正常工作的重要部件。机械制动器利用固体摩擦，吸收运动质量的位能，是物件限速下降。吸收动能，是机构减速，运动停止。制动器的主要是由制动器基架或壳体、上闸装置、驱动装置、制动副组成的。此外，还有制动器间隙调整装置，衬垫磨损后的补偿装置，制动瓦块的复位装置等。起重机常用的制动器按构造形式可分为块式制动器、蹄式制动器、带式制动器以及盘式制动器。1. 块式制动器常用的有电力液压块式制动器和电磁块式制动器。块式制动器构造简单，工作可靠，动作平稳，噪音小，寿命长，维修方便，在起重机上使用广泛。2. 蹄式制动器又称内张蹄式制动器，它主要由制动鼓、制动蹄、传力杠杆、紧闸装置以及辅件等组成。由于结构紧凑，密封容易，可用于安装空间受限制的场合，曾广泛用于各种车辆。但因构造复杂、散热性差、调整不方便等缺点，在某些车辆上逐渐被盘式制动器所代替。3. 带式制动器由制动轮、制动钢带、操纵系统等组成。带式制动器与块式、蹄式制动器相比较，优点是构造简单、尺寸紧凑、包角大、制动转矩大。制动轮直径相同时，带式制动器的制动转矩为块式的22.5倍。缺点是对制动轮轴有较大的径向力，制动钢带上的比压力不均匀，衬片磨损不均匀，散热性能不好。带式制动器常用于尺寸紧凑的地方，中、小负载的机械、车辆及人力操纵的场合，如汽车起重机、建筑用卷扬机等。履带起重机和铲土运输机械用它作为转向制动器，在高炉升降机的低速轴或卷筒上作为安全制动器。4. 盘式制动器的工作表面为圆盘的两侧平面，少数为圆锥面。其摩擦副由制动盘和制动块组成，沿制动盘轴向施加压力，制动盘不受弯曲，制动性能稳定。盘式制动器与轮式制动器(块式、带式、蹄式)比较，优点是：制动转矩大且可调范围大，制动平稳可靠，动作灵敏，保养维修方便；频繁制动时，无冲击；防尘和防水性能好，制动盘上的灰尘和水等污物易被甩掉；制动盘沿厚度方向变形量比制动轮径向变形量小得多，易实现小间隙和磨损后的自动补偿，脚踏式的踏板行程变化也较小；转动惯量小，体积小，重量轻。按用途可分为停止式和限速式，按工作状态分为常闭式和常开式，按动作方式又可分为自动作用式、操纵式和综合式三种。选用制动器的一般原则如下4：1. 根据国内现有系列产品选择制动器。块式制动器技术成熟，使用可靠，价格适中，维护方便，在起重机上应用最广，在同等条件下可优先选用。在外形尺寸受限、制动转矩要求很大的场合，可考虑选用带式制动器，汽车、轮胎、履带起重机较多使用带式制动器。盘式制动器制动转矩大，外形尺寸小，摩擦面积大于块式制动器，磨损小，应用日益广泛。2. 制动器一般装在机构的高速轴上，以减小制动转矩。起升和变幅机构必须使用自动或操纵的常闭式制动器。必须使用常开式操纵制动器时，应加装停止器。运行和回转机构推荐使用操纵式制动器。在电动桥、门式起重机的运行机构上多采用综合式制动器。3. 在起升、变幅机构中用于支持物件和吊臂的制动器，制动转矩必须有足够的储备，制动安全系数和制动装置的性能必须达到安全要求。4. 选制动器应注意经济性、维修性和使用可靠性。制动器选定后，应根据起重机的工作条件和具体要求验算制动时间或制动距离或制动减速度，必要时应作发热验算。图2-5 电力液压块式制动器综上比较以及根据制动器选用原则，初选择电力液压块式制动器，如图2-5所示。2.3.6 缓冲器缓冲器的作用是吸收起重机与终端挡板相撞时或起重间相撞产生的动能，要求它能在最小的外廓尺寸下吸收最多的能量，并且反座力尽量小，以保证起重机平移定车。根据产生缓冲力的变形体的不同，起重机的缓冲器可分为木材、橡胶、聚氨酯泡沫塑料、弹簧和液压缓冲器。1. 木材缓冲构造简单，取材方便，但缓冲能力很小，实际上只起阻挡作用，一般用于低速轻载的起重机，主要是手动起重设备。2. 橡胶缓冲器具有结构简单、制造方便、可以用于防爆场所等优点，但是缓冲能力小，它所吸收的能量比较小，最大也不过215kg.m，主要起阻力作用，因此，一般只用于运行速度不大于50m/min的起重机上，不宜用于环境温度过高或过低的场所，适用温度在-30-50范围内。3. 聚氨酯泡沫塑料缓冲器重量轻，价格便宜，在缓冲过程中可消耗40%的能量，反弹小且可压缩性能和回弹性好。与橡胶缓冲器一样，构造简单，工作中是软碰撞，无噪音，无火花，特别适于防爆场合。4. 弹簧缓冲器具有结构简单、维修方便和不受环境温度影响等优点，因此目前应用较为广泛，但是由于它的缓冲过程中，撞击的动能大部分转化为弹簧的压缩势能，储存在弹簧内部，因此在缓冲完毕后，会产生反弹力作用在起重机上，式起重机向相反方向运动。5. 液压缓冲器与弹簧缓冲器比较，具有无反弹作用、缓冲力恒定、吸收能力大、缓冲行程短、外形尺寸小的优点，因此适用于碰撞速度大于2m/min的起重机上，它的缺点是构造复杂，维修不便，油缸密封要求较高和受环境温度影响等。常用的橡胶缓冲器、聚氨酯泡沫塑料缓冲器、弹簧缓冲器、液压缓冲器均有配套产品供应，由于小车质量和运行速度都不大，故初选用橡胶缓冲器，如图2-6所示。 图2-6 橡胶缓冲器2.3.7 减速器起重机的起升、运行、回转和电动臂架变幅机构中都要使用减速器。目前，国内起重机使用较多的ZQ型(ZQA型、PJ型)和ZSC型(JSC型)减速器，但多数都是仿照前苏联的产品。ZQ型减速器主要用于起升机构、电动变幅机构、大车运行机构和绳索牵行的小车运行机构。ZSC型立式平行轴减速器主要用于起重大、小车运行机构。这类减速器结构简单，齿轮相对于两侧的轴承为非对称布置，载荷沿齿宽分布不均匀，两边的轴承受力不等。其材质较差，承载能力低，技术水平落后，但因成本低，价格便宜，目前使用仍旧广泛。随着对起重机性能要求的不断提高，这类减速器正逐渐被各种新型减速器所替代。1. QJ型减速器系列QJ型减速器系列主要用于起重机的起升机构，、运行机构和电动变幅机构。减速器的箱体为焊接结构，外形美观，自重轻，单位重量传递的扭矩较大，立式和卧式减速器统一于一种结构型式，利于组织生产。2. QS型加速器此种减速器与制动电机组装成“三合一”运行机构。减速器的输出轴孔套在车轮轴上，箱体上支点吊挂在起重机端梁上。整个机构体积小、重量轻、组装性好，在中、小型起重机运行机构中得到广泛应用。3. SHQ三环减速器这种减速器采用独特的平行轴一动轴三环传动形式，兼有同轴行星传动和平行轴定轴传动的特点，承载能力大，过载性好，传动比大，运转平稳且结构紧凑。4. 行星齿轮减速器GJW型和JQ型行星齿轮减速器用于高速液压马达驱动的起升机构。减速器作为独立部件装在卷筒的内腔，减速器的输入轴经多片盘式制动器于高速液压马达相连。减速器的输出轴与卷筒固接。减速器用于各种液压驱动的臂架起重机的起升机构和钢丝绳滑轮组变幅的蝙蝠机构，在其它各种提升、牵引的卷扬机设备中，也获得广泛应用。桥式起重机的起升机构较多采用卧式减速器，运行机构较多采用立式安装的减速器。考虑经济实用、安装与维修方便，初选择PJ型或JSC型减速器作为此次起重机设计的减速器，具体参数后面计算确定。2.3.8 联轴器起重机联轴器主要用来联接两根同轴线布置或基本平行的转轴，传递扭矩同时补偿少许角度和径向偏移。起重机常用的联轴器有齿轮联轴器、梅花弹性联轴器、弹性柱销联轴器、尼龙柱销联轴器、万向联轴器等。1. 齿轮联轴器特性：承载能力高，工作可靠，补偿两轴相对偏移量较大。可用于正反转多变、起动频繁的场合。但重量大，成本高，对机器的安装精度要求不高，需良好润滑。2. 弹性柱销联轴器特性：结构紧凑，装配方便，不需润滑，弹性较好，能缓冲减震，补偿量不大，传动扭矩小，弹性件易损坏，使用寿命低。3. 梅花弹性联轴器特性：结构简单，维修方便，耐冲击，有缓冲性能，补偿两轴相对偏移量较大，加工精度要求不高，可用于工作级别M5以下的起升、运行、回转、变幅机构，如图2-7所示。4. 万向联轴器特性：径向尺寸小，经凑，工作可靠，允许被联接的两轴有较大的折角，润滑维护简便，安装精度要求低，可用于起重机大车和小车运行机构的低速轴上。综上比较，初选择性能相对较好的梅花弹性联轴器。图2-7 梅花弹性联轴器20洛阳理工学院毕业设计（论文）第3章 小车起升机构的计算3.1 确定传动方案按照构造宜紧凑的原则,决定采用下图的传动方案，如图3-1所示，采用了双联滑轮组.按Q=5t，由表3-2查取滑轮组倍率=2，因而承载绳分支数为 Z=2，=4。吊具自重载荷,得其自重为：G=2.0%=0.0250=1.0kN图3-1 起升机构简图1-电动机 2-联轴器 3-传动轴 4-制动器 5-减速器 6-平衡滑轮7-卷筒8-钢丝绳 9-滑轮组 10-吊钩 11-轴承座表3-2 桥式起重机常用双联滑轮组倍率额定起重量Q（t）35812.516203212233443.2 钢丝绳和吊钩组的设计与计算如图3-3为钢丝绳绕线图。若滑轮组采用滚动轴承，=2时查表得滑轮组效率=0.99钢丝绳所受最大拉力： (3-1)按下式计算钢丝绳直径：d=c=0.096=10.89mm (3-2)c：选择系数，单位mm/，用钢丝绳=1850N/mm，据M5及查表得c值为0.096选不松散瓦林吞型钢丝绳直径d=13.5mm，标记为6W(19)-13.5-1551型L=101036+20(额外长度)=80m。额外长度是包括固定钢丝绳长度以及滑轮缠绕长度9。根据常用起重机吊钩型号综合选用LYD5-T型。图3-3 钢丝绳绕线图3.3 滑轮组和卷筒的设计与计算卷筒和滑轮的最小卷绕直径：ed (3-3)式中：e表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数。表3-4 系数e的规定值机构工作级别卷筒e滑轮eM41618M51820M62022.4查表3-4得：筒=18，滑轮=20，带入公式(3-3)得：卷筒最小卷绕直径=d=1813.5=243滑轮最小卷绕直径=d=2013.5=270考虑起升机构布置卷筒总长度不宜太长，滑轮直径取=280mm，卷筒直径取=400mm，滑轮组选择型号为LGS7.5280-125-65型。卷筒长度：=1000mm (3-4)式中：为筒上有绳槽长度，中安全圈n=2，起升高度H=16m槽节距t=15mm，绕直径=400mm为定绳尾所需长度,取=315=45mm为筒两端空余长度,取=t=15mm为筒中间无槽长度=48mm所以查起起重机设计手册选卷筒型号取T1541-400-1000-5t-15卷筒壁厚：=0.02D+(610)=0.02400+(610)mm=1418mm，取=15mm卷筒转速：=r/min=17.7r/min (3-5)3.4 计算起升静功率=9.7kW (3-6)式中：起升时总机械效率=0.894为滑轮组效率取0.99；传动机构机械效率取0.94；卷筒轴承效率取0.99；联轴器效率取0.981。3.5 电动机的设计与计算G=0.89.7=7.76kW (3-7)式中：为JC值时的功率，单位为kW G为稳态负载平均系数，根据电动机型号和JC值查表得G=0.8选用电动机型号为YZR180L-8，=13KW，=700r/min，最大转矩允许过载倍数m=2.8，飞轮转矩GD=15.5KN.m。电动机转速：=712.7r/min (3-8)式中：为在起升载荷=56.4kN作用下电动机转速 为电动机同步转速=750 r/min 是电动机在JC值时额定功率和额定转速3.6 减速器的设计与计算减速器总传动比：=40.17，取实际速比=40 (3-9)起升机构减速器按静功率选取，根据=9.7kW，=712.7r/min，=40，工作级别为M5，选定减速器为PJ-500-3CA，减速器许用功率=45.5KW,低速轴最大扭矩为M=20500N.m减速器在712.7r/min时许用功率：=43.2413kW (3-10)实际起升速度：=11.34m/min (3-11)实际起升静功率：=9.74kW (3-12)用类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。最大径向力Fmax，短暂最大扭矩Tmax： (3-13)式中：起升载荷系数取1.2.S钢丝绳最大静拉力为12.7kNGt卷筒的重力3340NF是减速器允许的最大径向载荷：Fmax=2004NF=20500NTmax=TTT钢丝绳产生的最大扭矩：Tmax=1.2s0.5=7.62kN.mT=19 kN.m所以减速器符合设计要求。3.7 电动机过载验算和发热验算1. 过载验算按下式计算：=11.2kW (3-14)输出功率P=13kw大于，满足要求。式中：为准接电持续率时，电动机额定功率，单位为kW H为系数，绕线式异步电动机，取H=2.5 m为基准接电持续率时,电动机转矩允许过载倍数,m取2.5 M为电动机个数m=1 为总机械效率=0.8582. 发热验算按下式计算:PP (3-15)式中：P为电动机在不同接电持续率JC值和不同CZ值时允许输出功率，单位为kW,按CZ=150，JC值=25%，输出P=11.26kW=6.74kW (3-16)P=11.26=6.74kW由以上计算得过载验算和发热验算通过。3.8 制动器的设计与计算按下式计算，选制动器： (3-17)式中：为制动力矩,单位为N.m 为制动安全系数，查表3-5中M5得=2.0 为下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m=109.4N.m (3-18) 为下降时总机械效率，通常取0.858=2109.4=218.8N.m表3-5 制动安全系数工作级别M1-M2M3M4M51.01.41.82.0选用=218.8N.m选用YW200-300-3制动器，其额定制动力矩224N.m，安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩=2000N.m。3.9 联轴器的设与计算根据电动机和减速器以及浮动轴的轴伸尺寸及形状选连轴器，使连轴器的许用应力矩M计算的所需力矩M,则满足要求。电动机的轴伸：d=55mm(柱形)，长度E=110mm减速器的轴伸: d=50mm(锥形)，长度E=87mm选取梅花弹性连轴器：型号为MLL8-I-315，M=1800N.m；1. GD=132.54=530Kg.m (3-19)2. GD=18.954=75.8Kg.m (3-20)电动机额定力矩：=177.4N.m (3-21)计算所需力矩：M=n=1.21.8177.4=383.1N.m (3-22)式中：n为安全系数取n=1.5 为刚性动载系数，取1.8 M=1800M=383.1N.M所选连轴器合格。表3-6 工作安全系数工作级别M1-M3M4M5M6