桥式起重机起升机构设计.doc

本 科 生 毕 业 论 文学 院 专 业 届 别 2017届 题 目 100/30t四主梁铸造桥式起重机起升机构设计说明书 姓 名 学 号 指导教师 目 录摘 要1Abstract2第 1 章 绪 论31.1 对起重机研究意义31.2 国内外起重机31.2.1 国外起重机31.2.2 国内起重机发展方向41.3 设计内容4第 2 章 主起升机构的设计52.1 确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组52.2 选择钢丝绳52.3 确定滑轮主要尺寸62.4 确定卷筒尺寸并验算强度72.5 选电动机92.6 验算电动机发热条件102.7 选择减速器102.8 选择制动器122.9 选择联轴器122.9.1 高速轴联轴器12 2.9.2 低速轴联轴器 132.10验算起动时间13 2.10.1 起动时间tq 验算 1 32.10.2 起动平均加速度aq142.11 验算制动时间142.11.1 满载下降制动时间142.11.2 制动平均减速度15第 3 章 小车运行机构183.1 确定机构传动方案183.2 选择车轮与轨道并验算其强度183.3 运行阻力计算193.4 选电动机203.5 验算电动机发热条件213.6 选择减速器213.7 验算运行速度和实际所需功率213.8 验算起动时间213.9 按起动工况校核减速器功率223.10 验算起动不打滑条件233.11 选择制动器23第 4 章 副起升机构设计.274.1确定传动方案,选择滑轮组和吊钩组.274.2选择钢丝绳.274.3确定卷筒尺寸并验算强度.284.4计算起升静功率.284.5初选电动机.294.6选用减速器.294.7电动机过载验算和发热验算.294.8选择制动器.304.9选择联轴器.314.10验算起制动时间.31第 5 章 大车运行机构的设计.355.1确定机构的传动方案.355.2选择车轮与轨道，并验算其强度.35 5.3 选择车轮轨道并验算起强度365.4 运行阻力计算375.5 选择电动机385.6 验算电动机发热条件385.7 选择减速器385.8 验算运行速度和实际所需功率395.9 验算起动时间395.10 起动工况下校核减速器功率405.11 验算起动不打滑条件415.12 选择制动器425.13 选择联轴器435.13.1 机构高速轴上的计算扭矩435.13.2 低速轴的计算扭矩445.13.3 浮动轴的验算44参考文献46致 谢摘要 根据机械设计的标准和起重机设计标准，依据任务书所给参数设计出了桥式起重机起升机构。起升机构采用电机驱动，布置方式为电机轴与卷筒轴平行布置大（小）车的运行机构的主动轮采用对面布置方式，集中驱动。各部件之间采用齿轮联轴器（有补偿性能）连接，安装在减速器高速轴上的联轴器带有制动轮，这样设计，即使联轴器在工作中被损坏，制动器仍可保证卷筒的制动。为使起升机构增大补偿能力并更合理布置，采用浮动轴连接电动机与减速器。带制动轮的半联轴器和制动器在浮动轴被扭断时，仍可以保证制动住卷筒。 本起重机为起重量Q=100/30t，起升高度H=16m，起升速度v=24m/min的桥式四主梁起重机。该起升机构主要有一台电动机，一台减速器，一套卷筒装置，一套滑轮装置和一套吊钩装置构成。关键词：桥式起重机； 起升机构； 小车运行机构.Abstract According to the mechanical design standards and design standards for cranes and other parts of the selection criteria, based on the given parameters and the specific working environment, the design of the bridge crane car agencies. Lifting bodies using motor-driven layout with the use of motor axis equal axis reel layout. Car driving wheel used to run institutions across the layout, concentrated drive. Between the various components of compensation with the performance of the use of the gear coupling to connect with the coupling wheel brake installed on the axis of high-speed reducer, so that even if the coupling has been damaged can be brake drum brake to ensure that security agencies. In order to facilitate the hoisting mechanism and increase the compensation arrangement of capacity between the motor and reducer with floating-axis connection. Semi-round with brake and brake gear coupling near the reducer, if the floating-axis has been broken, brakes can still brake drum live. Keywords: bridge crane；hoisting mechanism；car run institutions；The moving mainframe。The crane is bridge crane for lifting weight Q=100t,hoisting height H=26m,lifting speed v=24m/min. The crane is consisted of a lifting mechanism,an electric motor, a brake,a speed reducer,a set of drum unit,a pulley and a set of hook device.Required lifting equipment running smooth,accurate,safe,reliable and advanced technical performance.Keyword: bridge crane；hoisting mechanism；car run institutions第 1 章 绪 论1.1 对起重机研究意义起重机械是用来对物料进行起重、运输、装卸和安装作业的机械。 它可以完成靠人力无法完成的物料搬运工作，减轻人们的体力劳动，提高劳动生产率，在工厂、矿山、车站、港口、建筑工地、仓库、水电站等多个领域和部门中得到了广泛的应用。随着生产规模日益扩大，特别是现代化、专业化生产的要求，各种专门用途的起重机相继产生，在许多重要的部门中，它不仅是生产过程中的辅助机械，而且已成为生产流水作业线上不可缺少的重要机械设备，它的发展对国民经济建设起着积极的促进作用。桥式起重机不但要容易操作，容易维护，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。加强对桥式起重机的研究和改进，促进其不断发展，必将对整个起重运输行业产生深远的影响。1.2 国内外起重机随着现代工业的迅速发展，新技术、新工艺的充分应用，社会生产力又跃上了一个新水平。一些大型、重型机构、设备、塔器的运输等工作，没有起重机是很难完成的。由于市场竞争的需要，起重机生产方式也由单件小批量向着多品种的变批量方向发展。由于工业生产规模的不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长。起重量越来越大，工作速度越来越高，对能耗和可靠性要求也越来越高。起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。1.2.1 国外起重机目前世界销售市场对起重机械的需量正在不断增加，根据公布的财务统计数据，2007 年世界最大的 20 家起重机制造商一个主要特点就是销售增长超过 40%。随着国际市场竞争的加剧，起重机械的科技含量要求明显提高，从而使国外各种制造起重机企业在生产中更多地采用优化设计、机械自动化和自动化设备去提高劳动生产率，这对世界销售市场、制造商和用户都产生了巨大的影响。有关调查资料表明，65%的起重机械用户主要是为了提高生产率、减少劳动工资，因而要求采用先进的起重机设备的用户便越来越多。近年来，国外起重运输机械主本科毕业设计要发展趋势如下：(1)采用新理论、新技术和新手段。推广采用优化设计、可靠性概率设计、极限状态设计、虚拟样机设计、CAD/CAE 设计等现代设计方法。(2)向自动、智能和信息化，向成套、系统和规模化发展。(3)向大型、高效和节能化发展。(4)向模块、通用化，向简易、多样化发展。(5)重视产品的合理人机关系、外观造型与表面涂装，有利于提高作业效率和操作安全舒适。1.2.2 国内起重机发展方向目前国内销售市场对起重机械的需求量正在不断增加，据分析，目前全国的桥式、门式起重机的市场份额每年大约有200多亿。而其中桥式类型起重机就广泛应用于大型的生产车间、装配车间、以及冶金车间等等,是现代化生产中合理组织生产必不可少的生产设备。我国起重机应从以下几方面进行起重机的研究与改进：(1)改进起重机械的结构，减轻自重。(2)充分吸收利用国外先进技术。(3)向大型化发展。1.3 设计内容设计参数如下：起重量（t）起升高度（m）速度（m/min）跨度(m)主起升副起升主起升副起升主起升副起升小车大车10030321416142450/7080根据所给参数设计完成桥式起重机的起升及运行机构的设计。本科毕业设计第 2 章 主起升机构的设计2.1 确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组按照布置宜紧凑的原则，采用闭式传动起升机构构造型式，采用了双联滑轮组，按Q = 100t ，滑轮组倍率i h = 6，承载绳分支数：Z = 2ih = 122.2 选择钢丝绳初步选择双联滑轮组，滑轮组采用滚动轴承， 100t 钢丝绳缠绕图滑轮组倍率i h =6时，查起重机设计手册得滑轮组效率hz = 0.95 钢丝绳所受最大拉力：滑轮效率 滑 轮 组 效 率 滑 轮 组 倍 率23456810滚动轴承0.980.990.980.970.960.950.930.92滑动轴承0.960.980.950.930.900.880.84表（1) 吊具自重与起重量的关系S m ax=Q + G0=(100000+3500 )*9 .8= 88973 N2 i h h h2*6* 0 .9 5Q -额定起重量，Q=100t;G0 -吊钩组重量，G0 = 3500kg查起重机设计手册，工作级别M8 时，安全系数 n=9，钢丝绳破断拉力sb 。sb = n smax = 9 88973 = 800.75kN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，已经形成了国家标准，那么我们要考虑到各种型号的功能，以及材料的利用率，进行有比较的选择。d = css 为单根钢丝破断拉力s = S max / z其中式中：c 为选择系数，s 为钢丝绳最大工作静压力，d 为钢丝绳最小直径根据起重机械选择 c=0.134,公称抗拉强度为sb = 1770N mm-1机构工作级别 选择系数C值安全系数n 钢丝绳公称抗拉强度 155017701850M1M30.0930.0890.0854 M4 0.0990.0950.0914.5 M50.1040.1000.0965 M60.1140.1090.1066 M70.1230.1180.1137 M80.1400.1340.1289d = 0.134 * 800750 / 12 = 34mm钢丝绳型号W6 19 - 34.0 - 177 - I - 镀-右图GB1102 - 742.3 确定滑轮主要尺寸滑轮的许用最小直径：D h 2 d查表根据工作级别查起重机械h2 = 25 卷筒h1 = 20 机构工作级别 e M1M3 14 M4 16 M5 18 M6 20 M7 22.4 M8 25D h 2 d=25*34=850查起重机课程设计手册，取滑轮直径 D=850mm;取平衡滑轮直径约为0.6d=0.6*850=510，选用钢绳直径 d=34mm，D=850mm。记为E118 850 -120 ZBJ80006.8-872.4 确定卷筒尺寸并验算强度1.卷筒直径：D = h1d=25 34=8502.卷筒绳槽尺寸：由起重机械查得槽距 t=26mm,槽底半径 r=11mm。3.确定卷筒长度并验算起强度：如下图 2-3 所示2-3 卷筒尺寸简图L = （2L 0 + l1 + l 2）+ l3L 0=（H ih+ n）t=(14 *6*103+2)26=839mmp D 0p *886D 0= D + d = 850 + 34 = 884mmLo螺旋绳槽部分长度；H起升高度；Do卷绕直径； n附加安全圈数，取 2；l1 绳尾固定部分长度，按固定方法确定，一般取l1 =3t=78l 2 卷筒两端空余部分长度，取50mml3 卷筒中央不切槽部分长度，取其等于吊钩组两工作动滑轮的间距，即 L3 =A= 87mm,实际长度在绳偏斜角允许范围类可以适当增减。经计算:L = （2L 0 + l1 + l 2）+ l 3 1893mm 取 L=2000mm.卷筒壁厚：d = 0.02 D + (6 10) = 0.02 850 + (6 10) = 23 27mm，取d =25mm 卷筒壁压应力验算：dy max =Smax=88973=296.58 10 6 N / m 2 = 296.58 MPad t0.015 0.02由起重机械选用灰铸铁Q460C ，最小抗拉强度db= 460MPa,许用压应力：d y =db=4605/1.5= 306MPa db 故强度足够n1卷筒拉应力验算：由于卷筒长度 L3D ,尚应校验由弯矩产生的拉应力，卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时：S max (L - L3) = 88793 2000 - 87 = 84930504N mm22卷筒断面系数：W = 0.1 D 4- D40.85 4 -0.84= 0.0132mm3i= 0.1 0.85D式中：D卷筒外径， D=850mm=0.85m；Di 卷筒内径，Di = D - 2d = 800 mm 。则d1=Mv=84930504=6.434 MPa0.00132W合成应力：d 1 = d 1 +d1d y max = 6.434 +92 296.58 =96.485MPa303Sy式中许用拉应力：d l = d /n=460/5=92 d l d l 卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径 D=850mm，长度 L=2000mm,卷筒槽形的槽底半径 r=11mm，槽矩t=26mm；靠近减速器一端的卷筒槽向为左的 A 型卷筒。卷筒A850 2000-11 26-14 3左ZBJ80-007.2-872.5 选电动机起升机构静功率：Pj=(Q + G0 ) * 9.8v=(Q + G 0 ) v1000 60h102 60h式中： h 起升机构的总效率，一般=0.80.9，取=0.85；P =(Q + G0 )v= (100 +3.5 ) 1000 14 = 326.29KWj102 60h102 60 0.85电动机计算功率：Pe GPj = 0.8 326.29 = 261.033KWG 为稳态负载系数。由起重机械设计手册根据 G 值，查手册选取 JC%=15，CZ=6。查起重机械设计手册表，根据PG ，JC%，CZ 的值，选择绕线型异步电动机 YZR400L210，其额定功率为 270kW,同步转数 600r/min，额定转速为 579 r/min，最大转矩倍数为 3.4，转动惯量为 8.68kg m2，质量为 1156kg，输出端轴径为 95mm。2.6 验算电动机发热条件Ps = GPJ = 0.8 326.29= 261.03KW式中 Ps 稳态平均功率，kwm电动机台数，m=1由以上计算结果Ps 1.6 ，Gxc6.3工作级别为高级时，车轮直径D c = 400mm ，轨道型号为 P38强度验算：按车轮与轨道为线接触及点接触两种情况验算车轮接触强度。车轮踏面疲劳计算载荷：17Pc =2 P max + P min =2 90750+15750= 65750N33车轮材料,取 ZG340-640，s s = 340MPa,s b = 640MPa线接触局部挤压强度： pc = K 1 DcLC 1C 2 = 6.0 400 46 0.94 0.8 = 830208NK1许用线接触应力常数（N/mm），由起重机运输机械查得K1 =6L 车轮与轨道有效接触强度，对于轨道 P38起重机课程设计，L=46mmC1转速系数，由起重机运输机械，时，C1=0.94；C2工作级别系数，由起重机运输机械，当工作级别为 M8时，C2=0.8；PC PC ,故通过点接触局部挤压强度：Pc = K 2R2C 1C 2 = 0.181 2002 0.94 0.8 = 140321Nm330.388式中：K2许用点接触应力常数（N/mm），由起重机运输机械查得，K2=0.181R 曲率半径，车轮与轨道曲率半径的大值，车轮r 1r=D/2=200mm轨道曲率半径 r2 =200 由起重机课程设计，故取 R=400mm；m 由 r/R比值（r 为 r1,r2 中小值）所确定的系数，由起重机运输机械，并利用内插值法得 m=0.388Pc Pc ，故通过根据以上计算结果，选定直径 Dc=400 的双轮缘车轮，标记为：车轮 DYL-400 GB4628-843.3 运行阻力计算摩擦阻力矩：M m = (Q + Gxc)(K + m d2 )b查起重机课程设计得，由 Dc=400mm 车轮组的轴承型号为 7524，据此选出Dc=400 车轮组轴承亦为 7524.轴承内径和外径的平均值d = 120 + 215 = 167.5mm ，由2起重机运输机械查得滚动摩擦系数 K=0.0009，轴承摩擦系数=0.02，附加阻力系数=2.0（采用导轮式电缆装置导电），代入上式得：满载时运行阻力矩Mm = ( Q = Q ) = (Q + Gxc )( K + m d ) b = (30000 + 6300) (0.0009 + 0.02 0.1675) 222=127.077kg m = 1270.77N m运行摩擦阻力：Pm ( Q = Q) = Mm ( Q = Q) =1270.77= 6353.85NDc20.42无载时运行阻力矩：Mm ( Q = 0) = Gxc ( K + m d ) b = 6300 (0.0009 + 0.02 0.1675) 22= 32.445kg m = 324.45N m运行摩擦阻力：Pm ( Q = 0) =324.54/0.2=1622.7N 3.4 选电动机电动机静功率：N j =Pj Vc/1000m=6353.850/1000*0.9*60=5.88KW式中 Pj = Pm(Q=Q) 满载时静阻力； =0.9 机构传动效率：m=1驱动电机台数初选电动机功率： N = K dN j = 1.15 3.71 = 4.267KW式中Kd 电动机功率增大系数，由起重机运输机械得，Kd =1.15 由起重机课程设计选用电动机 JZR2-42-8，Ne=16kw，n1=715r/min,(GD 2 ) d = 1.456kg m2 ,电机质量 Gd=260kg。3.5 验算电动机发热条件等效功率：Nx = K 25g N j = 0.75 1.12 5.88 = 3.187KW式中K25 工作级别系数，由起重机运输机械查得，当 Jc=25%时，K25 =0.75；g 由起重机运输机械查得， tq tg = 0.2 ，查起重机运输机械得g =1.12NxNe,故所选电动机发热条件通过3.6 验算运行速度和实际所需功率实际运行速度：Vci025.69= Vc i0 = 43.8 27.3 = 41.21 m min误差：e = Vc - Vc =43.8 - 41.21 100% = 5.91% 15% ，故合适。Vc43.8实际所需电动机等效功率：N x = N x Vc= 3.187 41.21= 2.998KW Ne ，故合适Vc43.83.8 验算起动时间起动时间：tq =n1mc(GD2 ) +Q + Gxc38.2(mM q- M j )i0 h式中 n1=715r/min；m=1驱动电动机台数；Mq = 1.5Me = 1.5 9550Ne( JC 25%)= 1.5 955016= 320.56N m715n1满载运行时折算到电动机轴上的运行静阻力矩：Mj ( Q = Q) =Mm ( Q = Q)=1148.45= 46.74N mi027.3 0.9h空载运行时折算到电动机轴上的运行静阻力矩：Mj ( Q = 0) =Mm ( Q = 0)=324.45= 13.2N mi027.3 0.9h初步估算制动轮和联轴器的飞轮矩：(GD 2 )z + (GD 2 )c = 0.6kg m2本机构总飞轮矩：C (GD 2 )1 = C (GD 2 ) d + C (GD 2 ) z + C (GD 2 ) l = 1.15 (1.465 + 0.6) = 2.3747kg m2式中 C 由起重机运输机械得