起重小车的计算问题.ppt

起重小车的计算问题 题目 试算某厂加工车间使用的电动双梁吊钩桥式起重机小车的起升机构和运行机构 已知数据 起重量Q 10t 起升高度H 15m 起升速度V 7 5 min 小车运行速度Vc 45m min 工作级别均为M5级 机构接电持续率JC 25 小车质量估计Gxc 4t 步骤 起升机构计算 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 决定采用图示的方案 如图所示 采用了双联滑轮组 按Q 10t 查表4 1取滑轮组倍率ih 3 承载绳分支数 Z 6即 Z 6 ih 3 查附表8选图号为G15吊钩组 得其质量 G0 219kg 两动滑轮间距A 185mm 2 选择钢丝绳若滑轮组采用滚动轴承 当ih 3 查 1 表2 1得滑轮组效率 h 0 985 钢丝绳所受最大拉力 查 1 表2 4 中级工作类型 工作级别M5 时 安全系数 5 5 钢丝绳计算破断拉力Sb 查附表1选用瓦林吞型纤维芯钢丝绳6X19W FC 钢丝公称抗拉强度1670MPa 光面钢丝 右交互捻 直径d 14mm 钢丝绳最小破断拉力 Sb 108kN 标记如下 钢丝绳14NAT6X19W FC1770ZS108GB8918 88 3 确定滑轮主要尺寸滑轮的许用最小直径 D d e 1 14 25 1 336mm 式中系数e 25由 1 表2 4查得 由附表2选用滑轮直径D 355mm 取平衡滑轮直径Dp 0 6D 0 6X355 213mm 由附表2选定Dp 225mm 滑轮的绳槽部分尺寸可由附表3查得 由附表4选用钢绳直径d 14mm D 355mm 滑轮轴直径D5 90mm的E1型滑轮标记为 滑轮E114x355 90ZBJ80006 8 87由附表5 平衡滑轮选用d 14mm D 225mm 滑轮轴直径D5 45mm的F型滑轮标记为 滑轮F14x225 45ZBJ80006 9 87 4 确定卷筒尺寸 并验算强度卷筒直径 D d e 1 14 25 1 336 由附表13选用 400 卷筒绳槽尺寸由 3 附表14 3查得槽距 16mm 槽底半径 8 卷筒尺寸 取 1500 式中Z0 附加安全系数 取Z0 2 L1 卷筒不切槽部分长度 取其等于吊钩组动滑轮的间距 即L1 A 185 图4 23 实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减 D0 卷筒计算直径D0 D d 400 14 414 卷筒壁厚 0 02D 6 10 0 02X400 6 10 14 18 取 卷筒壁压应力验算 选用灰铸铁HT200 最小抗拉强度 b 195MPa 许用压应力 故抗压强度足够卷筒拉应力验算 由于卷筒长度 尚应校验由弯矩产生的拉应力 卷筒弯矩图示于图4 23 卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时 卷筒断面系数 式中D 卷筒外径 D 400 Di 卷筒内径 Di D 2 400 2X15 370 于是 合成应力 式中许用拉应力 卷筒强度验算通过 故选定卷筒直径D 400mm 长度L 1500 卷筒槽行的槽底半径r 16 起升高度H 15 倍率ih 3 靠近减速器一端的卷筒槽向左的A型卷筒 标记为 卷筒A400X1500 8X16 15X3左ZBJ80007 2 87 5 选电动机计算静功率 式中 机构总效率 一般 0 8 0 9 取 0 85电动机计算功率 式中系数Kd由 1 表6 1查得 对于M1 M6级机构 Kd 0 75 0 85 取Kd 0 8 查附表30 选用电动机JZR2 42 8 取其Ne 25 16KW n1 715rpm GD2 d 1 46kg m2 电机质量Gd 260kg 验算电动机发热条件按照等效功率法 求JC 25 时所需的等效功率 式中k25 工作级别系数 查 1 表6 4 对于M5 M6级 K25 0 75 系数 根据机构平均起动时间与平均工作时间的比值 tq tg 查得 由 1 表6 3 一般起升机构tq tg 0 1 0 2 取tq tg 0 1 由 1 图6 6查得 0 87由以上计算结果Nx Ne 故初选电动机能满足发热条件 选择减速器卷筒转速 减速器总传动比 查附表35选ZQ 500 3CA减速器 当工作类型为中级 相当工作级别为M5级 时 许用功率 N 12KW i0 40 17 质量Gg 345kg 入轴直径d1 50mm 轴端长L1 85mm 锥行 8 验算起升速度和实际所需功率实际起升速度 误差 实际所需等效功率 9 校核减速器输出强度由 1 公式 6 16 得输出轴最大径向力 卷筒上卷绕钢丝绳引起的载荷 Gj 4 56kN 卷筒及轴自重 参考附表14估计 ZQ500减速器输出轴端最大允许径向载荷 由附表40查得 由 1 公式 6 17 得输出轴最大扭矩 式中 Nm 电动机轴额定力矩 max 2 8 当JC 25 时电动机最大力矩倍数 由附表33查出 0 0 95 减速器传动效率 M 26500N 减速器输出轴最大容许转矩 由附表36查得 由上计算 所选减速器能满足要求 10 选择制动器所需静制动力矩 式中 Kz 1 75 制动安全系数 由 1 第六章查得 由附表15选用YWZ5 315 23制动器 其制动转矩 ez 180 280 制动轮直径 z 315 制动器质量 z 44 6kg 11 选择联轴器高速轴联轴器计算转矩 由 1 6 26 式 式中 Me 218 电机额定转矩 前节求出 n 1 5 联轴器安全系数 由附表31查得JZR2 42 8电动机轴端为圆锥形d 65mm L 105 从附表34查得ZQ 500减速器的高速轴端为圆锥形d 50mm L 85mm 靠电动机轴端联轴器 由附表43选用CLZ3半齿联轴器 其图号为 139 最大容许转矩 j 3150 c值 飞轮力矩 GD2 L 0 403kg m2 质量 L 23 6kg 浮动轴的两轴端为圆柱形d 45 l 85 靠减速器轴端联轴器由附表45选用带 300mm制动轮的半齿联轴器 其图号S124 最大容许转矩 Mt 3150Nm 飞轮矩 GD2 L 1 8kg m2 质量 z 38 5kg 为与制动器YWZ5 315 23相适应 将S124联轴器所带 300 制动轮 修改为 315mm应用 结果 电动机侧选用CLZ3半联轴器 减速器侧选用S124半联轴器其均满足 j c 12 验算起动时间起动时间 式中 静阻力矩 平均起动转矩 据教材表6 3 平均起动力矩 通常起升机构启动时间为1 5s 此处tq 1s 可在电气设计时 增加起动电阻 延长启动时间 故所选电动机合适 13 验算制动时间制动时间 式中 由 1 表6 6查得许用减速度 0 2 故 所选制动器合适14 高速浮动轴计算 1 疲劳计算由 2 起升机构疲劳计算基本载荷 式中 物品起升或下降制动的载 荷动载系数 动载系数 由前节已选定轴径d 45mm 因此扭转应力 轴材料用45号钢 b 600MPa s 300MPa 弯曲 扭转 剪切 轴受脉动循环的许用扭转应力 式中 考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数Kx 与零件几何形状有关 对于零件表面有急剧过渡和开有键槽及紧配合区段 Kx 1 5 2 5Km 与零件表面加工光洁度有关 光洁度为3 2时 Km 1 15 1 2 光洁度为12 5时 Km 1 25 1 35 此处取 K 2X1 25 2 5 考虑材料对应力循环不对称的敏感系数 对碳钢及低合金钢 0 2 1 安全系数 1 1 25 由 2 表30查得 2 强度验算轴所受最大转矩 最大扭转应力 许用扭转应力 浮动轴的构造如图4 24所示 中间轴径d1 d 5 10 50 55mm 取d1 55mm 式中 安全系数 故通过 小车运行机构计算1 确定机构传动方案经比较后 确定采用如图4 25所示的传动方案 2 选择车轮与轨道并验算其强度车轮最大轮压 小车质量估计取Gxc 4000kg 假定轮压均匀 车轮最小轮压 初选车轮 由附表17可知 当运行速度 60m min时 工作级别为中级时 车轮直径Dc 350mm 轨道型号为18kg m P18 的许用轮压为3 49t Pmax 3 5t 根据GB4628 84规定 直径系列为Dc 250 315 400 500 630mm 故初选车轮直径Dc 315mm 而后校核强度 强度验算 按车轮与轨道为线性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 车轮材料 取ZG340 640 s 340MPa b 640MPa线接触局部挤压强度 式中 K1 许用线接触应力常数 N mm2 由 1 表5 2查得K1 6 L 车轮与轨道有效接触长度 对于轨道P18 由附表22 查得 L b 28 2mm C1 转速系数 由 1 表5 3 车轮转速 C2 工作级别系数 由 1 表5 4 当M 级时C2 1 故通过 点接触局部挤压强度 式中 K2 许用点接触应力常数 N mm2 由 1 表5 2查得K2 0 181 R 曲率半径 车轮与轨道曲率半径中的大值 车轮 轨道曲率半径 由 r为r1 r2中的小值 所确定的系数 由 1 表5 5查得 0 47 故通过 根据以上计算结果 选定直径Dc 315的单轮缘车轮 标记为 车轮DYL 315GB4626 84 运行阻力计算摩擦阻力矩 查附表19 由Dc 350mm车轮组的轴承型号为7518 据此选Dc 315mm车轮组轴承亦为7518 轴承内径和外径的平均值d 125mm 由 1 表7 1 表7 3查得滚动摩擦系数k 0 0005 轴承摩擦系数 0 02 附加阻力系数 2 0 代入上式得满载时运行阻力矩 运行摩擦阻力 当无载时 4 选电动机电动机静功率 驱动电动机台数 机构传动效率 满载时静阻力 初选电动机功率 电机功率增大系数 查 1 表7 6 由附表30 选用电动机 JZR2 12 6Ne 3 5kwn1 910r min GD2 d 0 142kg m2电机质量 Gd 80kg5 验算电动机发热条件等效功率 工作级别系数 由 1 JC 25 查表 故电动机发热条件通过 由 1 查表6 5得 0 2 再查图6 6得出 6 选择减速器 车轮转速 机构传动比 查附表40选用ZSC 400 2减速器 当输入转速为1000r min时 7 验算运行速度和实际所需功率实际运行速度 误差 合适 实际所需电动机等效功率 故合适 8 验算起动时间起动时间 式中 满载运行时折算到电动机轴上的运行静阻力矩 空载运行时折算到电动机上的运行静阻力矩 初步估算制动轮和联轴器的飞轮矩 机构总飞轮矩 无载起动时间 满载起动时间 由 1 表7 6查得 当 c 45 min 0 75 s时 tq 推荐值为5 5s 故所选电动机能满足快速起动要求 9 按启动工况校核减速器功率起动工况减速器传递的功率 式中 运行机构中同一级传动的减速器个数 所用减速器的 N 中级 2 8kw N 如改选大一号 则中心矩将由400增至600 其 N 中级 23 8kw i0 21 15 相距太大 考虑到减速器有一定过载能力 如 N 轻级 6kw 故不再变动 10 验算起动不打滑条件因室内使用 故不记风阻及坡度阻力据 只验算空载及满载起动时两种工况 1 空载起动时主动车轮与轨道接触处的圆周切向力 车轮与轨道的粘着力 故可能打滑 解决办法是在空载起动时增大起动电阻 延长起动时间 2 满载起动时主动车轮与轨道接触处的圆周切向力 车轮与轨道的粘着力 故满载起动时不会打滑 因此所选电动机合适 11 选择制动器由 1 查得 对于小车运行机构制动时间tz 3 4s 取tz 3s 因此 所需制动转矩 由附表15选用YWZ5200 23制动器 其制动转矩Mez 112Nm 考虑到所取制动时间tz 3s与启动时间tq 2 64s很接近 故略去制动不打滑条件验算 12 选择高速轴联轴器及制动轮高速轴联轴器计算转轴 由 1 6 26 式 式中 电动机额定转矩 机构刚性动载系数 取 联轴器安全系数 运行机构 由附表31查得电动机JZR2 12 6两端伸出轴各为圆柱形d 35 80 由附表37查得ZSC 400减速器高速轴端为圆柱形d1 30 L 55 故从附表41选 鼓型齿式联轴器 主动端 型键槽d1 35 80 从动端 型键槽d2 30 55 标记为 GICL1联轴器 其公称转矩 高速轴端制动轮 根据制动器已选定为YWZ5200 23 由附表16选制动轮直径Dz 200 圆柱形轴孔d 35 80 标记为 制动轮200 Y35JB ZQ4389 86其飞轮矩 GD2 z 0 2kg m2 质量Gz 10kg以上联轴器与制动轮飞轮矩之和 与原估计0 26kg m2基本相符 故以上计算不需修改 飞轮矩 质量 13 选择低速轴联轴器低速轴联轴器计算转矩 可由前节的计算转矩Mc求出 由附表37查得ZSC 400减速器低速轴端为圆柱形d 65 L 85 取浮动轴装联轴器轴径d 60 L 85 由附表42选用两个GICLZ3鼓型齿式联轴器 其主动端 Y型轴孔A型键槽 d1 65 从动端 Y型轴孔 A型键槽 d2 60 L 85 标记为 由前节已选定车轮直径Dc 315 由表19参考 350车轮组 取车轮轴安装联轴器处直径d 65 L 85 同样选用两个GICLZ3鼓型齿式