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机械毕业设计全套
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JX02-158@桥式起重机副起升机构设计,机械毕业设计全套
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1 毕业设计开题报告 学 院 机械工程 学院 专 业 机械工程及自动化 班级学号 学 生 指导教师 题 目 桥式起重机 副 起升机构设计 nts 2 起重机械 0 引言 起重机械的基本任务是垂直升降重物，并可兼使重物作短距离的水平移动，以满足重物装卸、转载、安装等作业的要求。起重机机械是现代化生产必不可少的重要机械设备，它对于减轻繁重的体力劳动、提高劳动生产率和实现生产过程的机械化、自动化及改善人民的物质、文化生活都具有重大的意义。 起重机械广泛应用于工 矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门，可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。 起重机械不仅可以作为辅助的生产设备，完成原料、半成品、产品的装卸、搬运，进行机电设备的安装、维修，而且它也是一些生产过程工艺操作中的必须设备，例如钢铁冶金生产中的各个环节，从炉料准备、加料到炼好的钢水浇铸成锭以及脱模取锭等。又例如原子能工业中的一些工艺操作等人所难达到之处，没有起重机械，简直无法生产。据统计，在我国冶金、煤炭部门的机械设备总台数或总重中，起重运输 机械约占 25 65。 起重机械与运输机械发展到现在，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、劳动生产率的提高中，起重机必将发挥更大的作用。 nts 3 1 起重机械的发展动向 1.1 发展超大型起重机 由于各重点工程向大型化发展，所需构件和配套设备重量不断增加，对超大型起重设备的需求日趋增长。 1992 年 200t 以上伸缩臂式起重机的世界销量为 90 台，到 1997 年增至 130 台。德国厂商在起重机大型化发展进程中处于领先地位。世界市场 中 150t 以上的大吨位起重机多数是由利勃海尔和德马泰克公司提供的。利渤海尔 LTM1800 型是目前世界最大的 AT 产品，起重量 800t，安装超起装置后型号变更为 LTM11000D 型，最大起重量增至 1000t。该机售价 550 万美元。 1998 年推出的 LTM1500 型 (起重量 500t)售价为 540 万德国马克。上述三种机型在行驶状态需拆下吊臂等装置分别进行运输。 德马泰克公司 1997 年推出的 AC650 型安装超起装置后，最大起重量可从 650t 增至 800t。该机售价 500 万德国马克。 AC650 是目前世界上起重吨位最大的整 装式伸缩臂起重机，行驶状态不需拆下吊臂分别运输。 住友建机、多田野和加藤公司曾于 1989 年相继推出 360t 汽车起重机。住友建机在 90 年代开发出 80t 250t 共 4 种 AT 产品。多田野也在 90 年代相继推出 100t 550t 共 6 种特大型 AT 产品。加藤公司则研制成 NK5000 型 500t 汽车起重机。目前日本生产的特大型起重机仅在国内销售。 nts 4 1.2 “迷你 ”起重机大量涌现 起重机向微型化发展，是适应现代建设要求而出现的新趋势。10 年前开发的神钢 RK70(7t)是世界首台装有下俯式吊臂的 “迷你 ”(Mini) RT 产品 。目前下俯式吊臂已成为 “迷你 ”起重机的重要标志。这种新概念设计已成功移植到德马泰克 AC25(25t)和加藤CR-250(25t)等较大吨位起重机上。 小松公司曾在 90 年代初、中期相继推出了装有下俯式吊臂的 LW80(8t)和 LW100-1(10t)“迷你 ”RT 产品。该公司还曾于 1993 年和 1997年分别推出了另外两种别具特色的 LT300型 (4.9t)和 LT500型 (12t)“迷你 ”RT。据资料介绍， LT300 型与 LT500 型是世界首批装有全自动水平伸缩副臂的轮式起重机。它们将轮式起重机公路行驶能力与专用伸 缩臂架技术融为一体，且具有塔机功能，可越过屋顶或其他障碍物靠近作业面，能替代小型自行架设塔机或大型折叠臂式随车起重机。 1.3 伸缩臂结构不断改进 利渤海尔 LTM1090/2(90t)和 LTM1160/2 型 (160t)AT 产品，采用了装有 “Telematik”单缸自动伸缩系统的卵圆形截面主臂。这种卵圆形截面主臂在减轻结构重量和提高起重性能方面具有良好效果。目前卵圆形吊臂已列入利勃海尔新产品标准部件，装有世界最长的7 节 84m 卵圆形截面主臂的 LTM1500 型 (500t)AT 产品，也采用这种单缸伸缩系统。格鲁 夫开发的单缸伸缩系统要早于利勃海尔公nts 5 司，但格鲁夫早期采用的单缸伸缩系统伸缩速度较慢。此外，德马泰克大吨位起重机主臂也采用卵圆形截面。 格鲁夫 GMK6250(250t)和 GMK5180(180t)两种 AT 产品，采用了装有双销双锁自动伸缩系统的 U 形截面主臂，伸臂速度较快 (平均 9m/s 左右 )。伸缩系统由电子式起重机操作装置控制，可将主臂自动伸至各种选定臂长。据报道，美国谢迪格鲁夫工厂将采用德国工厂的主臂制造技术，原有梯形主臂将被淘汰，原因是焊接工艺复杂，制造成本高。 1.4 数据总线技术得到应用 利渤海尔 LTM1030/2 型 (30t)是世界首台装有数据总线管理系统的高技术双轴 AT 产品。该机采用 CANBUS(控制域网总线 )技术，完成发动机传动系统各功能块之间的数字式数据传输和电子控制。 CANBUS 总线及电气、液压、绳长和风力等数据又被输入到LSB 控制装置之中。 LSB 控制装置是 Liccon 起重机控制系统的组成部分，可对整个系统数据流及监控特性进行编程。采用数据总线管理系统，可降低起重机油耗及排放值，简化布线，提高整机可靠性与维修方便性。目前已有多种新机型装有 LSB 系统数据总线 (包括 LTM1500)。格鲁夫 GMK6250 和 GMK5180 也采用了数据总线技术。 1.5 静液压传动起重机进入市场 首台静液压传动起重机是原克虏伯公司 1992 年研制的双轴KMK2035 型 (35t)AT 产品。瑞士 Compact Truck 公司 1993 年推出nts 6 的双轴 CT2(35t)AT 产品是世界第一台投放市场的静液压传动起重机。意大利 Rigo 公司在 1994 年推出了 RT200(20t)静液压传动 RT起重机。随后 Compact Truck 公司在 1997 年推出了两种采用静液压传动的 3 轴 CT3(70t/80t)全地面起重机。该机装有 8 节 7.1m40.5m 主臂，最大时速 75km/h。 采用静液压传动，上车发动机既可驱动起重装置，还可驱动行走装置。此外，可将发动机横向安装在上车回转式操纵室后部，起到整体式配重作用。据介绍，某些机型采用静液压传动后，可大约减重 1/3。 1.6 混合型起重机得到发展 过去 10 年中日本 RT 产品居世界领先地位，许多产品装有传统型号不具备的适于公路行驶的驱动装置，因而可在日本公路合法行驶。这样就促使用户对欧美制造厂商也提出了新要求。据报道，1997 年世界 RT 产品总销量达 5000 台，其中日本生产了 2800 台，美国为 1250 台。 起重机工业中出现了许多新概念设计。 Compact Truck 公司双轴 CT2 型 （ 35t）、三轴 CT3 型 (70/80t)和 2000 年将推出的 4 轴 /6轴 CT4 型 (110t/150t)AT 产品，打破了传统驱动模式，采用静液压传动，装有下俯式主臂，整机结构紧凑。 德马泰克双轴 AC250 型 (25t)、加藤双轴 CR 250 型 (25t)AT产品和格鲁夫 3 轴 ATS40 型 (36.3t)全地面汽车起重机也属于混合型起重机，前两种机型又称为城市型起重机。 1.7 汽车起重机也在不断发展 nts 7 为与 RT 和 AT 产品抗衡，汽车起重机新 技术、新产品也在不断发展。近年来汽车起重机在英、美等国市场的复兴，使人们对汽车起重机产生新的认识。几年前某些工业界人士曾预测， RT 和 AT产品的兴起将导致汽车起重机的衰退。日本汽车起重机在世界各地日益流行，以及最近格鲁夫、特雷克斯、林克贝尔特、德马泰克等公司汽车起重机的产品进展，已向上述观念提出挑战。随着工程起重机各机种间技术的相互渗透与竞争，汽车起重机会在世界市场中继续占有一席之地。 3.8 随车起重机产销量不断增长 80 年代末和 90 年代，国外随车起重机发展极其迅速。世界年总产量已达 10 万台左右。发展 趋势是向多功能、大型化发展，已开发出装有 6 8 节伸缩臂的产品。液压系统油缸压力已达 3033MPa，比 10 年前约提高 50%，从而导致油缸尺寸的缩小，可在油泵规格不变或略有减小的情况下，提高油缸工作速度。遥控装置也有可能获得更广泛的使用。随车起重机将在今后一段时间内进一步侵占小吨位流动式起重机的部分市场。 2 起重机的类型 2.1 起重机的基本型式 起重机械的型式形形色色，五花八门。根据起重机械所配备的工作机构数目的多少或服务范围的不同，起重机械可分为以下两大nts 8 类别： 1 单动作的起重机械 这种起重机械只配备一个工 作机构（起升机构），只能实现一个方向上的往复运动，因此其服务范围是一条直线，如千斤顶、固定滑车、升降机、电梯等。 2 复动作的起重机械 这种起重机械配备有两个以上的工作机构 ，即除起升机构外还配备有其它辅助机构，可以实现二个方向以上的往复运动，因此其服务范围是一个平面或一个立体空间。 2.2 复动作的起重机械分类 （ 1）桥架型起重机 构造特征：金属构架做成直线形式或门形桥架的形式，构造较简单。 服务范围：长方体空间。 机构数目：一般有起升、大车运行和小车运行三个工作机构。 吊载能力：较大（一般在支撑平面内吊载，稳 定性好） 典型机种：桥式起重机、门式起重机、缆索起重机等。 桥式起重机水 桥架型起重机中最主要的型式，在数量上占起重机总数的首位，使用范围极为广泛，一般用在车间内为生产工艺过程服务。 门式起重机是桥架型起重机中另一主要型式，与桥式起重机相比，它们的主要特征是 在桥架的一端或两端设有支腿，可直接支承在地基上或沿地面轨道运行，一般用在码头、堆场、造船台等露天作业场地上，为货物装卸。堆垛。船体拼接等生产工艺过程服务。nts 9 当门式起重机的小车运行速度大，运行距离长，生产率高，主要吊运散料时，常改称为装卸桥。 当桥架型起重机 的跨度特别大时，为了减轻桥架和整机的自身质量，常常改用缆索来代替桥架，供起重小车支承和运行之用，这类起重机成为缆索起重机，常用在水电站大坝施工等现场上，为工件吊运。混凝土浇筑等生产工艺过程服务。 2-1 门 式起重机 （ 2）臂架型起重机 构造特征：有固定的或可摆动的臂架，上部结构相对下部结构能够回转，构造较复杂。 服务范围：圆形或腰圆形的柱体空间。 机构数目：一般有起升、回转、变幅和运行四个工作机构、 吊载能力：较小（支承平面外吊载，受限于起重机的整体稳定性） 典型机种：门座起重机、塔式起重机、汽车起重机等。 nts 10 2-2 履带式起重机 3.0 起升机构 3.1 概述 在起重机械中，用来使货物提升或下降的机构成为起升机构。起升机构 是 起重机最基本的机构。 起升机构通常包括：取物装置、钢丝 绳卷绕系统、制动装置、减速装置、驱动装置以及安全装置等部分，其中 不少零件采用标准零件。 典型的起升机构构造是：电动机通过连轴器同传动效率较高的渐开线圆柱齿轮减速器相连接，减速器的输出轴上装有卷筒，它通过钢丝绳和滑轮组与吊钩相联。机构工作时，卷筒将钢丝绳卷进或放出，从而通过滑轮组系统使悬 挂在吊钩上的物品起升或下降。机构停止工作时，悬起的物品依靠制动器刹住。吊钩的起升和下降通过电动机转换向开动来实现。 此外，起升机构还包括有操纵设备、支承台架等。 nts 11 通常，起升机构设计时给定的工作参数主要有：起重量 Q、起升高度 H、起升速度 v 和机构的工作级别（工作类型、 JC%）等。 起重量超过 10t 时，常设有两个起升机构：主起升机构与副起升机构。这两个机构可以分别工作，也可协同工作。副钩起重量一般取为主钩起重量的 20 30。 桥式和门式起重机的起重量常取为 12.5/3、 16/3, 20/5, 32/8, 50/12.5, 80/20, 100/32, 125/32 等。 起升机构的最大起升速度可由起升高度 H 及最大加速度 max=11.2/s2 来确定： vmax=(H max)1/2 通常取 v 1 100m/min。 下降速度 v 降 （ 1 1.5） v，对于大起升高度的起重机，下降速度还可以取得高些。 3.2 起升机构驱动装置的典型布置方案 起升机构中大多数情况均采用闭式减速器传动，并且以渐开线圆柱齿轮传动为主。一些新颖的齿轮传动如圆弧齿轮、摆线行星齿轮传动、渐开线少齿差行星齿轮传动和谐波传动正被逐渐 引用到起重机械上来。 起升机构的典型布置方案通常分为两大类：平行线布置和同轴线布置。 一、平行轴线布置 电动机轴与卷筒轴平行布置的方式应用最广泛。在高速轴上，电动机同减速器通过弹性柱销连轴器或齿轮连轴器相联接。带制动轮的连轴器常用半齿连轴器，出于安全的原因，其制动轮必须装在nts 12 与传动机构刚性连接的轴上。 制动器一般都装在高速轴上，高速轴上，高速轴转矩小，制动器的尺寸可以小一些。目前也有将盘式制动器装在电动机尾部壳体内的，制成一个组合部件（带制动器的电动机），从而使机构外形紧凑、美观，组装方便。根据起重 机械安全规 程的要求，起升机构的制动器应是长臂式的。 在机构传动系统中，连轴器是其中一个重要的部件。要求它体积小，转动惯量小、并且最好有 弹性，有调位补偿性能。它对机构的尺寸。传动性能和维修装拆工艺性能都有一定的影响。 二、同轴线布置 在同轴线布置的起升机构中，电动机、减速器和卷筒成直线排列，电动机和卷筒分别布置在同轴线减速器的两端，或者把减速器布置在卷筒内部。为使机构紧凑和提高组装性能，可采用附装有制动器的凸缘型电动机。同轴线布置的起升机构横向尺寸较紧凑，但加工精度和安装 要求较高，维修稍为不便。 三、调速装置的变速方 案 常用的变速方法分电气调速和机械调速两大类。电气调速是目前应用最广泛的调速方式，它又分为交流调速和直流调速两种。交流调速主要有变频、变极和变转差率三种方式。其中有低频电源调速，直流能耗制动低速下降，变极 鼠笼型电机调速，可控硅串级调速，滑差调速电动机调速，改变转子外串电阻，定子调压，推杆制动器调速和涡流制动器调速等。直流调速主要分固定电压通电和可nts 13 控硅电压供电调调速两种。其中有改变外串电阻和接法的直流串激电动机，直流发电机电动机系统，可控硅供电直流电动机系统等。 3.3 卷绕装置 在起重机械的起升机构中， 卷绕装置具有重要的作用。卷绕装置由绕性元件、导向和储存元件组成。卷筒与物品之间通过绕性件构成联系，绕性件依次通过各卷绕元件，形成卷绕系统。它把回转运动转换成直线运动，并且还改变方向和速度。所以卷绕系统实际上是传动系统的一个组成部分，它参与着运动型式的转换和能量的传递。 一、 钢丝绳 绕性件常被用作卷绕传动的牵引构件，它们应具有良好的弯绕特性，易于卷绕和储存。升起机构主要采用钢丝绳和链条作为提升、牵引物品的绕性件。 在起重机械中，钢丝绳是应用最广的牵引构件。钢丝绳的使用性能是：具有良好的各方向相同的绕性，使用可 靠，无突然断裂的现象，运度速度不受限制，平稳无噪音，耐冲击。 钢丝绳使用钢丝编制而成的，先由钢丝编成绳股，而后再用绳股编绕成绳索。 编钢丝绳的钢丝在制造时，经过冷拉、热处理和化学处理等工艺过程后，钢丝强度极限可提高至 b=18002200N/mm2. 在起重机械中，双绕绳应用最广。它由两次旋绕制成，即由钢nts 14 丝围着股芯绕成绳股，然后绳股围着绳芯再一次旋绕支承钢丝绳。 绳芯有纤维织物芯、石棉芯和金属芯等。纤维织物芯使钢丝绳具有较好的绕性，绳芯可以在较长的时间内存储油，受载荷时挤出油脂润滑钢丝。一般都采用麻芯。当 卷筒作多层卷绕时，宜用金属绳芯的钢绳，因为它具有较好的承受横向挤压的承载能力。石棉芯一般用在高温场合。 二、 滑轮与滑轮组 滑轮供钢丝绳导向和 平衡钢丝绳各分支拉力用。滑轮尺寸不大时可做成实体的或锻造的轮子。铸造滑轮有铸铁和铸钢两种。铸铁滑轮加工工艺性好，价格便宜，对钢丝绳寿命有利，但强度低易脆断，多用在轻级和中级工作类型的起重机上。铸钢滑轮强度和冲击韧性都较高，但工艺性稍差，表面坚硬容易使钢丝绳磨损。用在载重和不经常换修的地方，重级和特级工作类型的起重机上经常使用铸钢滑轮。当尺寸较大的采用轮缘。带肋板的轮辐和 轮毂焊接而成的焊接滑轮，这种滑轮重量较轻。铸造滑轮适用用与成批生产；焊接滑轮适用于单件生产。今年来还出现无切削加工压制成型的滑轮，生产效率极高。 钢丝绳卷绕系统中，由绕有钢丝绳的定滑轮与动滑轮组成的系统称为滑轮组。在起升机构中，滑轮组主要用来减轻钢丝绳拉力或者减速，少速场合用于增速。 3.4 取物装置 起重机的取物装置使起升机构的重要部件之一。它对安全生产nts 15 和提高生产效率具有重要意义。由于起升极装卸物品的对象种类繁多，有成件的、散粒的和液态的等等，他们的物理性能和几何形状各具特点。为了适应各类物品的装卸工作， 常用的取物装置有吊钩、吊环、扎具、夹钳、电磁盘、真空吸盘、料斗、盛桶和承重梁等，此外还有集装箱专用吊具和其它专用工具。 3.5 起升机构的计算 起升机构的计算使在给定肋设计参数，并将布置方案确定后进行的，通过计算选用机构中所需要的标准部件，对非标准零部件还需作进一步的强度和刚度等计算。 起升机构的载荷特点： （ 1） 物品起升或下降时，在驱动机构上由钢丝绳拉力产生的扭矩方向不变，即转矩是单向作用的。 （ 2） 物品悬挂系统由挠性钢丝绳组成，物品惯性引起的附加转矩对机构影响不大，一般不超过静转矩的10，使用抓斗时则需要另行考虑。 （ 3） 机构起动或制动时间同稳定运动相比时短暂的。因此，可将稳定运动时的起升载荷作为机构的计算载荷。 起升机构计算步骤如下： 1 钢丝绳计算 2 卷筒基本尺寸及转速 3 电机选择 nts 16 4 减速器选择 5 制动器选择 6 连轴器 7 起动、制动时间的验算 8 电动机验算 9 起升机构主要零部件计算载荷的确定 本次设计 任务介绍 ： 设计重机为 250/50/10t+250/50/10t-20.0M 水电站桥式起重机，安装于丰满水电站扩建工程厂房内，用于水轮发电机组及其附属设备的安装和检修工作。 针 对客户需求开发设计相应的起重机的大车运行机构，要求运用现代设计 方法从方案论证到具体设计计算，以及最后的生产加工，充分发挥计算机在整体设计中的作用，并提高设计质量、缩短设计周期，提高工作效率。 参考文献： nts 17 1 濮良贵 . 机械设计 M.北京 : 高等教育出版社 ， 2001 2 GB3811. 起重机设计规范 S.北京 : 机械工业出版社 ， 1990 3 起重机设计手册编写组 起重机设计手册 M.北京 :机械工业出版社，1980 4 GB/T14405. 太原重型机器有限公司 通用桥式起重机 S.北京 : 机械工业出 1980 5 Purdum.T. Machine DesignM. Journal of Coal Science & Engineering, 1998 6 上海交通大学起重运输机教研组 .起重机传动机构的动载荷和动力系数M.上海：上海科技出版社， 1977 7 扬长葵 .起重机械 M. 北京：机械工业出版社， 1982 8 胡宗武 顾迪民 . 起重机设计计算 M. 北京：北京科学技术出版社， 1989 9 日 坂本种芳 长谷川政弘 .桥式起重机设计计算 M. 北京： 中国铁道出版社 ， 1987 10 陈道南 盛汉中 . 起重机课程设计 M. 北京： 冶金工业出版社 ， 1983 nts目 录 摘要 1 ABSTRACT 2 0 引言 3 1 起重机介绍 4 1 1起重机械的发展动向 4 1 1 1 发展超大型起重机 4 1 1 2 “ 迷你 ” 起重机大量涌现 5 1 1 3 伸缩臂结构不断 改进 5 1 1 4 数据总线技术得到应用 6 1 1 5 静液压传动起重机进入市场 6 1 1 6 混合型起重机得到发展 7 1 1 7 汽车起重机也在不断发展 7 1 2 起重机的类型 8 1 2 1 起重机的基本型式 8 1 2 2 复动作的起重机械分类 8 2桥式起重机概述 11 2 1 桥式起重机的分类 11 2 2 小车运行机构 11 2 3 桥架 12 2 4 桥式起重机起升机构 13 nts2 4 1 起升机构的组成 13 2 4 2 起升机构的结构简图 14 3 副起升机构设计计 算 18 3 1 起升机构的典型形式 19 3 1 1 起升机构驱动装置的布置方式 19 3 1 2 起升机构钢丝绳卷绕系统设计 23 3 1 3 滑轮组设计 25 3 2 副起升机构的计算 28 3 2 1 钢丝绳与卷筒的选择 28 3 2 2 选择电动机 32 3 2 3 设计减速器 36 3 2 4 选择制动器 37 3 2 3 选择联轴器 39 3 3 副起升机构零部件设计 42 3 3 1 钢丝绳 42 3 3 2 卷筒的计算 48 4 结论 49 5 参考文献 51 6 译文 52 7 原文说明 68 nts 摘 要 起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门，可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。 起重机械与运输机械发展到现在，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产 的重要标志之一。在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、劳动生产率的提高中，起重机必将发挥更大的作用。 本起重机为 250/50/10t 水电站桥式起重机，安装于丰满水电站扩建工程厂房内，用于水轮发电机组及其附属设备的安装和检修工作。本课题主要对起重机的起升机构进行总体设计，主、副起升机构分别有一台电动机，一台减速器，一台轮式制动器，一套卷筒装置和上滑轮装置构成。要求起重设备运行平稳 , 定位准确 , 安全可靠 , 技术性能先进。 关键词： 起重机，桥式起重机，起升机构设计 nts The Design of the Hoisting Mechanism of Bridge Crane Abstract The crane is wildly used in industrial and mining enterprises, port ,station warehouse,building site,sea development, space navigation and so on.,it is certain that the crane do a efficient job in the aspects of the land.the sea,the sky,the civil use, and the military use. With development,the crane and transport machines have become the base of the reasonable parts in mass product and mechanical line procdcut areas and now it is one of the important symbols of modern manufacture.The crane will play an important part in development of the four modernizations and promot on mechanical level,produce effieincy in every industry departments. This carne is a kind of 250/50/10t bridge carnes for hydropower station, builded in the workshop of Fengman hydropower station for the extend project. It is used to install, examine and repair of sets of water-turbine generator. This paper focuses on design of hoisting mechanism of the carne, including the main and assistant hoisting mechanism with electromotors, reducers, brake staffs, drum devices and pulley gears. The carne is required to be stables, high accuracy, safety, reliability and advanced technology. nts Key words: carne, Bridge Crane, design of the hoisting mechanism nts 桥式起重机 副 起升机构设计 1 目 录 摘要 1 ABSTRACT 2 0 引言 3 1 起重机介绍 4 1 1起重机械的发展动向 4 1 1 1 发展超大型起重机 4 1 1 2 “ 迷你 ” 起重机大量涌现 5 1 1 3 伸 缩臂结构不断改进 5 1 1 4 数据总线技术得到应用 6 1 1 5 静液压传动起重机进入市场 6 1 1 6 混合型起重机得到发展 7 1 1 7汽车起重机也在不断发展 7 1 2 起重机的类型 8 1 2 1 起重机的基本型式 8 1 2 2 复动作的起重机械分类 8 2 桥式起重机概述 11 2 1 桥式起重机的分类 11 2 2 小车运行机构 11 2 3 桥架 12 2 4桥式起重机起升机构 13 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 2 2 4 1起升机构的组成 13 2 4 2起升机构的结构简图 14 3 副起升机构设计计算 18 3 1 起升机构的典型形式 19 3 1 1 起升机构驱动装置的布置方式 19 3 1 2 起升机构钢丝绳卷绕系统设计 23 3 1 3 滑轮组设计 25 3 2 副起升机构的计算 28 3 2 1 钢丝绳与卷筒的选择 28 3 2 2 选择电动 机 32 3 2 3 设计减速器 36 3 2 4 选择制动器 37 3 2 3 选择联轴器 39 3 3 副起升机构零部件设计 42 3 3 1 钢丝绳 42 3 3 2 卷筒的计算 48 4 结论 49 5 参考文献 51 6 译文 52 7 原文说明 68 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 3 摘 要 起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门，可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。 起重机械与运输机械发展到现在，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产 的重要标志之一。在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、劳动生产率的提高中，起重机必将发挥更大的作用。 本起重机为 250/50/10t 水电站桥式起重机，安装于丰满水电站扩建工程厂房内，用于水轮发电机组及其附属设备的安装和检修工作。本课题主要对起重机的起升机构进行总体设计，主、副起升机构分别有一台电动机，一台减速器，一台轮式制动器，一套卷筒装置和上滑轮装置构成。要求起重设备运行平稳 , 定位准确 , 安全可靠 , 技术性能先进。 关键词： 起重机，桥式起重机，起升机构设计 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 4 The Design of the Hoisting Mechanism of Bridge Crane Abstract The crane is wildly used in industrial and mining enterprises, port ,station warehouse,building site,sea development, space navigation and so on.,it is certain that the crane do a efficient job in the aspects of the land.the sea,the sky,the civil use, and the military use. With development,the crane and transport machines have become the base of the reasonable parts in mass product and mechanical line procdcut areas and now it is one of the important symbols of modern manufacture.The crane will play an important part in development of the four modernizations and promot on mechanical level,produce effieincy in every industry departments. This carne is a kind of 250/50/10t bridge carnes for hydropower station, builded in the workshop of Fengman hydropower station for the extend project. It is used to install, examine and repair of sets of water-turbine generator. This paper focuses on design of hoisting mechanism of the carne, including the main and assistant hoisting mechanism with electromotors, reducers, brake staffs, drum devices and pulley gears. The carne is required to be stables, high accuracy, safety, reliability and advanced technology. Key words: carne, Bridge Crane, design of the hoisting mechanism nts 桥式起重机 副 起升机构设计 5 桥式起重机起升机构设计 0 引言 起重机械的基本任务是垂直升降重物，并可兼使重物作短距离的水平移动，以满足重物装卸、转载、安装等作业的要求。起重机机械是现代化生产必不可少的重要机械设备，它对于减轻繁重的体力劳动、提高劳动生产率和实现生产过程的机械化、自动化及改善人民的物质、文化生活都具有重大的意义。 起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门，可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。 起重机械不仅可以作为辅助的生产设备，完 成原料、半成品、产品的装卸、搬运，进行机电设备的安装、维修，而且它也是一些生产过程工艺操作中的必须设备，例如钢铁冶金生产中的各个环节，从炉料准备、加料到炼好的钢水浇铸成锭以及脱模取锭等。又例如原子能工业中的一些工艺操作等人所难达到之处，没有起重机械，简直无法生产。据统计，在我国冶金、煤炭部门的机械设备总台数或总重中，起重运输机械约占 2565。 起重机械与运输机械发展到现在，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、劳 动生产率的提高中，起重机必将nts 桥式起重机 副 起升机构设计 6 发挥更大的作用。 1 起重机介绍 1.1 起重机械的发展动向 1.1.1 发展超大型起重机 由于各重点工程向大型化发展，所需构件和配套设备重量不断增加，对超大型起重设备的需求日趋增长。 1992 年 200t 以上伸缩臂式起重机的世界销量为 90 台，到 1997 年增至 130 台。德国厂商在起重机大型化发展进程中处于领先地位。世界市场中 150t 以上的大吨位起重机多数是由利勃海尔和德马泰克公司提供的。利渤海尔 LTM1800 型是目前世界最大的 AT 产品，起重量 800t，安装超起装置后型号变更为 LTM11000D 型，最大起重量增至 1000t。该机售价 550 万美元。 1998 年推出的 LTM1500型 (起重量 500t)售价为 540 万德国马克。上述三种机型在行驶状态需拆下吊臂等装置分别进行运输。 德马泰克公司 1997 年推出的 AC650 型安装超起装置后，最大起重量可从 650t 增至 800t。该机售价 500 万德国马克。 AC650 是目前世界上起重吨位最大的整装式伸缩臂起重机，行驶状态不需拆下吊臂分别运输。 住友建机、多田野和加藤公司曾于 1989 年相继推出 360t 汽车起重机。住友建机在 90 年代开发出 80t 250t 共 4 种 AT 产品。多田野也在90 年代相继推出 100t 550t 共 6 种特大型 AT 产品。加藤公司则研制成nts 桥式起重机 副 起升机构设计 7 NK5000 型 500t 汽车起重机。目前日本生产的特大型起重机仅在国内销售。 1.1.2 “迷你 ”起重机大量涌现 起重机向微型化发展，是适应现代建设要求而出现的新趋势。 10 年前开发的神钢 RK70(7t)是世界首台装有下俯式吊臂的 “迷你 ”(Mini) RT 产品。目前下俯式吊臂已成为 “迷你 ”起重机的重要标志。这种新概念设计已成功移植到德马泰克 AC25(25t)和加藤 CR-250(25t)等较大吨位起重机上。 小松公司曾 在 90 年代初、中期相继推出了装有下俯式吊臂的 LW80(8t)和 LW100-1(10t)“迷你 ”RT 产品。该公司还曾于 1993 年和 1997年分别推出了另外两种别具特色的 LT300 型 (4.9t)和 LT500 型 (12t)“迷你 ”RT。据资料介绍， LT300 型与 LT500 型是世界首批装有全自动水平伸缩副臂的轮式起重机。它们将轮式起重机公路行驶能力与专用伸缩臂架技术融为一体，且具有塔机功能，可越过屋顶或其他障碍物靠近作业面，能替代小型自行架设塔机或大型折叠臂式随车起重机。 1.1.3 伸缩臂结构不断改进 利渤海 尔 LTM1090/2(90t)和 LTM1160/2 型 (160t)AT 产品，采用了装有 “Telematik”单缸自动伸缩系统的卵圆形截面主臂。这种卵圆形截面主臂在减轻结构重量和提高起重性能方面具有良好效果。目前卵圆形吊臂已列入利勃海尔新产品标准部件，装有世界最长的 7 节 84m 卵圆形截面主臂的 LTM1500 型 (500t)AT 产品，也采用这种单缸伸缩系统。格鲁夫开发的nts 桥式起重机 副 起升机构设计 8 单缸伸缩系统要早于利勃海尔公司，但格鲁夫早期采用的单缸伸缩系统伸缩速度较慢。此外，德马泰克大吨位起重机主臂也采用卵圆形截面。 格鲁夫 GMK6250(250t)和 GMK5180(180t)两种 AT 产品，采用了装有双销双锁自动伸缩系统的 U 形截面主臂，伸臂速度较快 (平均 9m/s 左右 )。伸缩系统由电子式起重机操作装置控制，可将主臂自动伸至各种选定臂长。据报道，美国谢迪格鲁夫工厂将采用德国工厂的主臂制造技术，原有梯形主臂将被淘汰，原因是焊接工艺复杂，制造成本高。 1.1.4 数据总线技术得到应用 利渤海尔 LTM1030/2 型 (30t)是世界首台装有数据总线管理系统的高技术双轴 AT 产品。该机采用 CANBUS(控制域网总线 )技术，完成发动机传动系统各功能块之间 的数字式数据传输和电子控制。 CANBUS 总线及电气、液压、绳长和风力等数据又被输入到 LSB 控制装置之中。 LSB控制装置是 Liccon 起重机控制系统的组成部分，可对整个系统数据流及监控特性进行编程。采用数据总线管理系统，可降低起重机油耗及排放值，简化布线，提高整机可靠性与维修方便性。目前已有多种新机型装有 LSB系统数据总线 (包括 LTM1500)。格鲁夫 GMK6250 和 GMK5180 也采用了数据总线技术。 1.1.5 静液压传动起重机进入市场 首台静液压传动起重机是原克虏伯公司 1992 年研制的双轴KMK2035 型 (35t)AT 产品。瑞士 Compact Truck 公司 1993 年推出的双轴 CT2(35t)AT 产品是世界第一台投放市场的静液压传动起重机。意大利Rigo 公司在 1994 年推出了 RT200(20t)静液压传动 RT 起重机。随后nts 桥式起重机 副 起升机构设计 9 Compact Truck 公司在 1997 年推出了两种采用静液压传动的 3 轴CT3(70t/80t)全地面起重机。该机装有 8 节 7.1m 40.5m 主臂，最大时速 75km/h。 采用静液压传动，上车发动机既可驱动起重装置，还可驱动行走装置。此外，可将发动机横向安装在上车回转式操纵室后部，起到整体式配重作用。据介绍，某些机型采用静液压传动后，可大约减重 1/3。 1.1.6 混合型起重机得到发展 过去 10 年中日本 RT 产品居世界领先地位，许多产品装有传统型号不具备的适于公路行驶的驱动装置，因而可在日本公路合法行驶。这样就促使用户对欧美制造厂商也提出了新要求。据报道， 1997 年世界 RT 产品总销量达 5000 台，其中日本生产了 2800 台，美国为 1250 台。 起重机工业中出现了许多新概念设计。 Compact Truck 公司双轴 CT2型 （ 35t）、三轴 CT3 型 (70/80t)和 2000 年将推出的 4 轴 /6 轴 CT4 型(110t/150t)AT 产品，打破了传统驱动模式，采用静液压传动，装有下俯式主臂，整机结构紧凑。 德马泰克双轴 AC250 型 (25t)、加藤双轴 CR 250 型 (25t)AT 产品和格鲁夫 3 轴 ATS40 型 (36.3t)全地面汽车起重机也属于混合型起重机，前两种机型又称为城市型起重机。 1.1.7 汽车起重机也在不断发展 为与 RT 和 AT 产品抗衡，汽车起重机新技术、新产品也在不断发展。近年来汽车起重机在英、美等国市场的复兴，使人们对汽车起重机产生新的认识。几年前某些工业界人士曾预测， RT 和 AT 产品的 兴起将导致汽车起重机的衰退。日本汽车起重机在世界各地日益流行，以及最近格鲁夫、nts 桥式起重机 副 起升机构设计 10 特雷克斯、林克贝尔特、德马泰克等公司汽车起重机的产品进展，已向上述观念提出挑战。随着工程起重机各机种间技术的相互渗透与竞争，汽车起重机会在世界市场中继续占有一席之地。 80 年代末和 90 年代，国外随车起重机发展极其迅速。世界年总产量已达 10 万台左右。发展趋势是向多功能、大型化发展，已开发出装有 6 8 节伸缩臂的产品。液压系统油缸压力已达 30 33MPa，比 10 年前约提高 50%，从而导致油缸尺寸的缩小，可在油泵规格不变或略有减小的情况 下，提高油缸工作速度。遥控装置也有可能获得更广泛的使用。随车起重机将在今后一段时间内进一步侵占小吨位流动式起重机的部分市场。 1.2 起重机的类型 1.2.1 起重机的基本型式 起重机械的型式形形色色，五花八门。根据起重机械所配备的工作机构数目的多少或服务范围的不同，起重机械可分为以下两大类别： 1 单动作的起重机械 这种起重机械只配备一个工作机构（起升机构），只能实现一个方向上的往复运动，因此其服务范围是一条直线，如千斤顶、固定滑车、升降机、电梯等。 2 复动作的起重机械 这种起重机械配备有两个以上的工作机构，即除起升机构外还配备有其它辅助机构，可以实现二个方向以上的往复运动，因此其服务范围是一个平面或一个立体空间。 1.2.2 复动作的起重机械分类 （ 1）桥架型起重机 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 11 构造特征：金属构架做成直线形式或门形桥架的形式，构造较简单。 服务范围：长方体空间。 机构数目：一般有起升、大车运行和小车运行三个工作机构。 吊载能力：较大（一般在支撑平面内吊载，稳定性好） 典型机种：桥式起重机、门式起重机、缆索起重机等。 桥式起重机水 桥架型起重机中最主要的型式，在数量上占起重机总数的首位，使用范围极为广泛，一般用在车间内为生产工 艺过程服务。 门式起重机是桥架型起重机中另一主要型式，与桥式起重机相比，它们的主要特征是在桥架的一端或两端设有支腿，可直接支承在地基上或沿地面轨道运行，一般用在码头、堆场、造船台等露天作业场地上，为货物装卸。堆垛。船体拼接等生产工艺过程服务。当门式起重机的小车运行速度大，运行距离长，生产率高，主要吊运散料时，常改称为装卸桥。 当桥架型起重机的跨度特别大时，为了减轻桥架和整机的自身质量，常常改用缆索来代替桥架，供起重小车支承和运行之用，这类起重机成为缆索起重机，常用在水电站大坝施工等现场上，为工件吊运。混凝土 浇筑等生产工艺过程服务。 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 12 图 1.1 门式起重机 （ 2）臂架型起重机 构造特征：有固定的或可摆动的臂架，上部结构相对下部结构能够回转，构造较复杂。 服务范围：圆形或腰圆形的柱体空间。 机构数目：一般有起升、回转、变幅和运行四个工作机构、 吊载能力：较小（支承平面外吊载，受限于起重机的整体稳定性） 典型机种：门座起重机、塔式起重机、汽车起重机等。 图 1.2 门式起重机 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 13 2 桥式起重机概述 2.1 桥式起重机的分类 桥式起重机架设在车间或仓库等建筑物上空，沿建筑物的纵向设有两条钢轨，桥架在钢轨上运行。桥架上 面有小车。它有起升，横行（小车运行），走行（大车运行）三种运动。根据作业条件分为高速型、普通型及低速型三类，以普通型的使用量为最多。至于桥式起重机的名称，将根据其构造特征取名如下： 梁式起重机 通用桥式起重机 龙门起重机 装卸桥 冶金桥式起重机 缆索起重机 2.2 小车运行机构 在桥式起重机里，小车承担主要任务。因此小车的设计决定整个起重机的好坏，为了起吊一定的载荷，小车必须利用许多机械部件承受起重机起升额定载荷时所需的各种作用力。 小车以小车架为基础其上有起升电动机、起升减速机、卷筒、小车运行机构的运行 电动机、运行减速机等。小车利用小车架下面的小车轮在起重机桥架上的轨道上运行。 桥式起重机所采用的小车，起重量小的为 3 吨，大的已做到 200吨，nts 桥式起重机 副 起升机构设计 14 小车以往称作“起重小车”，小车的设计应该把起升机构和运行机构合理而有效的布置在小车架上，维护检修应该方便。 2.3 桥架 桥式起重机的钢结构部分是由起重机的主要部分如大梁，横梁装置所构成。这一部分占有起重机百分之八十左右的重量，应按起重机结构标准及起重机钢结构计算规程进行设计。 桥式起重机的大梁是由用角钢等型钢组成的平面结构的主粱与副梁构成的。主梁承受垂直载荷、自重及 水平载荷，副梁承受自重和水平载荷。主梁由上弦杆、下弦杆、斜杆、竖杆等组成。连接主粱与副梁的杆件是水平杆、斜杆等。各杆件用铆钉或电焊相连接，也可以考虑螺栓连接。各杆件上作用有轴向应力，即拉应力和压应力。 主粱的形状有鱼腹型和直线型。对于承受自重、动载荷及弯曲力矩等外力，前者是最理想的结构形式。但这种形式对于材料利用和组装存在有困难。后者是通常采用的形式，目前几乎都采用后一种形式。 桥式起重机除承受因垂直载荷产生的弯矩外，还承受因风载及行走运动的水平载荷所产生的弯矩。因此在主粱的侧面设置与主粱形状相同的副桁架。 副桁架与主梁的结合是用水平杆、斜杆构成框形，以防受载变形。在水平杆上装设着走台、电动机、行走机构的长轴、轴承。 横梁与主桁架和副桁架装在一起，把两根主桁架连接起来。它与主桁架是用坚固的连接板，以精制螺栓装在一起。桥式起重机上的载荷和冲击nts 桥式起重机 副 起升机构设计 15 较大，行走驱动装置的车轮装在横粱上。由轮距为 l单位的横梁来承受最大载荷，由小车产生的载荷作用在小车横行轨道上。对普通桥式起重机轮距 l 取为跨度的 1/5 1/7 较好。小重量起重机的横梁通常采用槽钢，大起重量起重机的横梁通常用钢板作成槽形或箱形。 2.4桥式起重机起升机构 2.4.1 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。起升机构是起重机中最重要、最基本的机构，其工作的好坏直接影响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、取物装置和安全保护装置等组成。驱动装置包括电动机、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、挂梁等多种型式。安全保护装置有超负荷限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保护开关等，根据实际需要配用。 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，其动力由内燃机经机械传动装置集中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，不能带载起动，需依靠传动环节的离合实现起动和换向这种驱动方式调速困难，操纵麻nts 桥式起重机 副 起升机构设计 16 烦属于淘汰类型。目前只在现有的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。在大型的工程起重机上，常常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纵简单，维护容易，机组重量轻，工作可靠，在电动起升机构中被广泛采用。本起重机起升机构采用的启动方式也为电动机驱动。 液压驱动的起升机构，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上获得日益广泛的应用。 2.4.2 起升机构的结构简图 图 2.1 为原动机驱动的起升机构的结构简图。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达到。 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 17 图 2.1 起升机构简图 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。前者构造简单并能缓冲，但弹性橡皮圈的寿命不长；后者坚固耐用，应用最广。齿轮联轴器的寿命与安装质量有关，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，中间用浮动轴或补偿轴连起来。 制动器通常装在高速轴上，以减小其尺寸，如图 2.1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器轴上，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，则第二个制动器可装在减速器nts 桥式起重机 副 起升机构设计 18 高速轴的另一端，如图 2.1 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的尾部输出轴上，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齿轮减速器。在起重量较大（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，也有采用蜗轮减速器的，其缺点是机械效率低。有时采用蜗轮减速器是为了尽量减少噪声，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。 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，但减速器低速轴需带特殊齿形轴端，加工时较为复杂。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。由于它不仅能传递扭矩，同时还能承受很大的径向力，故省去了一个径向支承装置。这种布置nts 桥式起重机 副 起升机构设计 19 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相连接时，卷筒端面与齿轮间用沿圆周布置的螺钉联接。为承受剪切力和传递扭矩，可以用精制的铰制孔用螺栓，也可以在螺孔中配一个受剪套筒而采用普通螺栓。 在某些需要能进行货物自由下降的起升机 构中，卷筒与减速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。 卷筒的直径一般尽量选用许用的最小值，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。在桥式起重机中采用双联滑轮组，单式滑轮组只宜用于有导向滑轮的臂架式起重机。 滑轮组倍率的选定对钢丝绳中的拉力、卷筒直径与长度、减速器的传动比及总体尺寸都有关系。大 起重量采用较大的倍率，可以避免采用过粗的钢丝绳。有时采用增大滑轮组倍率同时相应地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而适当地选用较小的倍率，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少卷筒绕绳量，从而避免多层卷绕或过长的卷筒。 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 20 3 副 起升机构设计计算 设计起升机构时需给定的主要参数有：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的影响。在起重机系列设计时，合理选择起重量系列是重要的环节。一般情况下，当起重量超过 10 t 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工作，提高工作效率。 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。用于安装与设备维修的起重机除应选用低速外，还可备有微速或调速功能。大起升高度的起重机为了提高工作效率除适当提高起升速度外，还可备有空载快速升降功能。 表 3.1为本起重机起升机构主要参数 表 3.1本起重机起升机构主要参数 参数 主起升机构 副起升机构 额定起重量（ t） 250 50 工作级别 M3 M5 起升高度（ m） 26 32 起升速度（ m/min） 1 4 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 21 3.1 起升机构的典 型形式 3.1.1 起升机构驱动装置的布置方式 （ 1）平行轴线布置 大多数起重机起升机构的驱动装置都采取电动机轴与卷筒轴平行布置。 起升机构的基本驱动型式见图 3.1。当起升机构用于吊运液态金属及其他危险物品时需采用双制动器按图 3.1中的点划线选择布置。当需设主、副两个起升机构时，布置方式见图 3.2。也有用电动葫芦作为副起升机构，可使布置更加紧凑。 图 3.1 起升机构的驱动装置 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 22 图 3.2 主、副钩起升机构的驱动装置 大起重量的起升机构，由于起升速度相对较慢，减速器传动比增大，也有采用在减速器输 出端加一级开式齿轮的方式，见图 3.3。起重量超过100t 的大型起重机也可采用图 3.4 的布置方式。慢速起升机构采用一台减速器其传动比已不能满足要求时，可采用图 3.5 的布置方式。 图 3.3 带开式齿轮的驱动装置 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 23 图 3.4 大起重量起重机起升机构的驱动装置 图 3.5 慢速起升机构的驱动装置 上述起升机构方案中，各部件都是分别支承、固定在小车架上。要求小车架有足够的精度和刚度，从而使小车架的自重增大，加工制造及安装调整也很麻烦。为了减轻和简化这样的小车架，可采用带有制动器的电动机，并将其直接套装在 减速器上，使整个传动机构形成一个独立的整体。通过减速器的两个支承点和卷筒支承座的一个支承点形成稳定支承，可降低对小车架安装精度的要求。此外还可将定滑轮直接套装在卷筒上，并使卷简直接作为小车架的主体，在两端安装行走端梁构成整个起重小车，使结构大为简化，见图 3.6。但这种方案只适合于中、小吨位的起重机。 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 24 图 3.6 简易起重小车 （ 2）同轴线布置 将电动机、减速器和卷筒成直线排列，电动机和卷筒分别布置在同轴线减速器（常为普通行星减速器或少齿差行星减速器）的两端，或者把减速器布置在卷筒内部。为使机构紧凑和提高 组装性能可采用带制动器的端面安装型式的电动机。同轴线布置的起升机构横向尺寸紧凑，但加工精度和安装要求较高维修不太方便。 本起重机起升机构设主、副两个起升机构，起升重量分别为 250t 和50t。驱动装置采用平行轴线布置，布置方式见图 3.7。 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 25 图 3.7本起重机驱动装置布置方式 3.1.2 起升机构钢丝绳卷绕系统设计 3.1.2.1 卷绕系统的典型形式 卷绕系统是传动系统的组成部分，起着运动形式的转换作用。图 3.8是桥式起重机广泛采用的起升卷绕系统。 图 3.8 桥式起重机起身卷绕系统 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 26 在卷绕系统设计 时，应尽量避免钢丝绳反向弯折，或尽可能减少反向弯折的次数。出现反向弯折时，可用增大滑轮直径、提高滑轮直径与钢丝绳直径的比值来减缓钢丝绳的疲劳损伤。 3.1.2.2 大起升高度卷绕系统方案设计 当桥架类型起重机起升高度超过 20 m 时，钢丝绳卷绕系统一般要特殊考虑采取合适的方案， （ 1）加大卷筒直径或长度 此方案简单易行。但过分加大卷筒直径会带来起升机构高度尺寸的增加；过度增加卷筒长度会导致钢丝绳对滑轮和卷筒绳槽偏斜角的增大，加剧磨损，甚至引起滑轮绳槽的破坏或钢丝绳跳槽，这种方案局限性较大。 （ 2）减小滑轮组 倍率 此方案简单可行。适当减小倍率能减少钢丝绳在卷简上的绕绳量，并不增加机构外形尺寸，在对起升机构外形尺寸有限制的场合更为有利。但卷筒受力增加，钢丝绳直径增大，减速器传动比也要增加，有一定的使用局限性。 （ 3）普通双层卷绕 将钢丝绳端固定于卷筒中部，起升时钢丝绳从中间向两头绕于卷筒绳槽中，绕满碰到端壁时，由于钢丝绳拉力的水平分力指向当中，钢丝绳向当中返回绕第二层。这种方案构造简单，但钢丝绳的偏斜角不能大于 3，否则第二层钢丝绳排列不整齐，磨损也厉害，适用于不频繁使用的场合。 （ 4）双卷筒卷绕 由两个卷筒同时 卷绕，可使起升高度增加一倍，但是机构的外形尺寸nts 桥式起重机 副 起升机构设计 27 较大。 （ 5）多层卷绕 多层卷绕时为使钢丝绳在卷筒上排列整齐，通常采取以下措施：卷筒壁开螺旋绳槽，保证第一层钢丝绳整齐排列，同时需要采用压绳器和排绳器。 本起重机安装于水电站工程厂房内，用于设备安装及检修工作，不频繁使用，厂房也有足够大的空间，为了简化设计，便于安装和维修保养，本起重机采用加大卷筒直径的方案。 3.1.3 滑轮组设计 3.1.3.1 滑轮组的种类 滑轮组由若干动滑轮和定滑轮组成。根据滑轮组的功用分为：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钢绳拉力的重物。增速滑轮组主要用于液压或气压驱动的机构中，利用液压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。 滑轮组又有单式滑轮组与双联滑轮组之分。单式滑轮组用于门座起重机、汽车起重机、塔式起重机等臂架类型的起重机。由于有端部滑轮导向，当卷筒收入放出钢丝绳时，虽然钢丝绳沿卷筒移动，吊钩并不随着作水平位移。但是，对于桥式类型起重机，如果采用单式滑轮组，在吊钩升降时就会引起水平方向的位移 (图 3.9)，这不仅对于操作引起不便，同时使吊重重量在两根主梁上的分配不等。采用如图 3.10 所示的双联滑轮组就可nts 桥式起重机 副 起升机构设计 28 以免除这种缺点。 图 3.9 单式滑轮组起升时的水平位移 图 3.10 双联滑轮组 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 29 3.1.3.2 滑轮组的倍率 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、滑轮和卷简直径也随之减小，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，同时也会降低效率，加速钢丝绳的磨损。 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。桥式起重机常用双联滑轮组倍率见表 3.2。 表 3.2 桥式起重机常用双联滑轮组倍率 额定起重量 (t) 3 5 8 12.5 16 20 32 50 80 100 120 160 200 250 倍率 m 1 2 2 3 3 4 4 4 5 6 6 6 8 8 本起重机主起升机构额定起重量为 250t，故选择倍率 m 8 的双联滑轮组；副起升机构额定起重量为 50t，选择 m 4 的双联滑轮组。 3.1.3.3 滑轮组滑轮的配置 滑轮组中的滑轮按所需倍率和结构要求配置 。桥式起重机的滑轮组配置见图 3.11。 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 30 图 3.11 省力滑轮组 双联滑轮组倍率 m 4 时从卷筒引出的钢丝绳两根分支一般通向吊钩架最外边的两个动滑轮，平衡滑轮位于中间位置。当 m4 时为了不使卷筒中间的光面部分过长应将两根钢丝绳分支引向吊钩组中间两个动滑轮，用平衡梁代替平衡滑轮。为避免钢绳分支在运动中相碰中间两个动滑轮的直径应稍微加大（图 3.12）。 图 3.12 使用平衡梁的双联滑轮组 3.2 副起升机构的计算 根据任务书，已知本起重机主副升机构主要参数：额定起重量 Q0=50t；工作级别 M5；副钩起升高度 H=32m；副钩起升下降速度 V=4m/min。 3.2.1 钢丝绳与卷筒的选择 1钢丝绳计算 1）钢丝绳的最大工作静拉力 当滑轮组形式和倍率确定之后，绕入卷筒钢丝绳端头的最大工作静拉力，用总起重量 Gt按公式（ 3.1）计算。 nts 桥式起重机 副 起升机构设计 31 Smax 1000 Gt g/(m a d p) （ 3.1） 式中： Smax钢丝绳最大工作拉力， N； Gt总起重量， Gt= Gn(t) Gd(t)， Gn(t)为额定起重量， Gd(t)为取物装置的重量（初选吊钩 滑轮组 TZB7147.15 50 单钩 TZQ7176.17.00） 共 2.255t m滑轮组倍率； a滑轮组上钢丝绳绕入卷筒上的根数； g重力加速度， g取 9.81m/s2； d卷筒装置的传动效率，见表 3.3； p滑轮组的传动效率，见表 3.4。 表 3.3筒装置传动效率 d 轴承形式 传动效率 滚动轴承 0.98 滑动轴承 0.96 表 3.4滑轮组的传动效率 p 轴承形式 轴承钢丝绳支数 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 滑动 0.98 0.96 0.96 0.92 0.91 0.89 0.87 0.85 0.84 0.82 0.81 0.79 0.78 滚动 0.99 0.98 0.97 0.98 0.95 0.94 0.93 0.92 0.91 0.91 0.9 0.89 0.88 根据表 3.3， Gt=50+2.255=52.255t； 滑轮组采用双联滑轮组（ a=2），倍率 m=4； nts 桥式起重机 副 起升机构设计 32 根据表 3.1， d=0.98； 根据表 3.2， q=0.93。 则 Smax 1000 Gt g/(m a d p)= 6810
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