20-5t桥式起重机毕业论文

中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 1 页概述1.1 起重机械的用途及工作特点起重机械主要用于装卸和搬运物料，是现代化生产的重要设备。它不仅广泛应用于工厂、矿山、港口、车站、建筑工地、电站等生产领域，而且也应用到人们的生活领域。使用起重运输机械，能减轻工人劳动强度，降低装卸费用，减少货物的破损，提高劳动生产率，实现生产过程机械化和自动化不可缺少的机械设备。起重机械是以间歇、重复工作方式，通过起重吊钩或其它吊具的起升、下降，或升降与运移重物的机械设备。其工作特点具有周期性。在每一工作循环中，它的主要机构作一次正向及反向运动，每次循环包括物品的装载及卸载，搬运物品的工作行程和卸载后的空钩回程，前后两次装载之间还有包括辅助准备时间在内的短暂停歇。综合起重机械的工作特点，从安全技术角度分析，可概括如下：起重机械通常具有庞大的结构和比较复杂的机构，能完成一个起升运动、一个或几个水平运动。例如，桥式起重机能完成起升、大车运行和小车运行三个运动；门座起重机能完成起升、变幅、回转和大车运行四个运动。作业过程中，常常是几个不同方向的运动同时操作，技术难度较大 。 所吊运的重物多种多样，载荷是变化的。有的重物重达几百吨乃至上千吨，有的物体长达几十米，形状很不规则，还有散粒、热融状态、易燃易爆危险物品等，使吊运过程复杂而危险。大多数起重机械，需要在较大的范围内运行，有的要装设轨道和车轮（如塔吊、桥吊等） ，有的要装设轮胎或履带在地面上行走（如汽车吊、履带吊等） ，还有的需要在钢丝绳上行走（如客运、货运架空索道） ，活动空间较大，一旦造成事故影响的面积也较大。有些起重机械，需要直接载运人员在导轨、平台或钢丝绳上做升降运动（如电梯、升降平台等） ，其可靠性直接影响人身安全。暴露的、活动的零部件较多，且常与吊运作业人员直接接触（如吊钩、钢丝绳等） ，潜在许多偶发的危险因素。作业环境复杂。从大型钢铁联合企业，到现代化港口、建筑工地、铁路枢纽、旅游胜地，都有起重机械在运行；职业场所常常会遇有高温、高压、易燃易爆、输电线路、强磁等危险因素，对设备和作业人员形成威胁。作业中常常需要多人配合，共同进行一个操作，要求指挥、捆扎、 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 2 页驾驶等作业人员配合熟练、动作协调、互相照应，作业人员应有处理现场紧急情况的能力。多个作业人员之间的密切配合，存在较大的难度。上述诸多危险因素的存在，决定了起重伤害事故较多。根据有关资料统计，我国每年起重伤害事故的因工死亡人数，占全部工企业因工死亡总人数的 15%左右。为了保证起重机械的安全运行，国家将它列为特种设备加以特殊管理，许多企业都把管好起重设备作为安全生产工作的关键环节。1.2 起重机械的发展简史随着社会生产力的发展和人民生活水平的提高，起重机械在不断地发展和完善。这是因为，起重机械是物流机械化系统中的重要设备。社会化大生产愈发展，人民生活水平愈提高，物料搬运和人员的输送量就愈大，起重机械的应用范围也就愈广泛。根据人类生产和生活的需要，许多具有特殊用途的新型设备不断出现。简单的起重运输装置的诞生，可以追溯到公元前 50004000 年的新石器时代末期。那时，我国劳动人民已能利用这些简单装置开凿和搬运巨石，砌成石棺、石台，用以埋葬和纪念死者。进入 18 世纪以后，英、法、德、美和匈牙利、意大利等国的机械工业发展较快。特别是 1765 年，瓦特发明了蒸汽机，蒸汽机的应用大大推进了起重机械的发展。19 世纪下半叶，世界上出现了铁路，一些工业比较发达的国家为了满足港口、码头等地吊运物资和其它装备的需要，对起重机械提出了新的要求，以前那些用人力驱动、低效率、固定式的起重机已经达不到要求，取而代之的是轨道式起重机。起重机械的兴盛发展，还是到电动机被应用于工业之后。随着冶金业、煤炭业、采矿业、机械制造业和海港、内河码头装备的发展，起重机械的品种不断完善，其参数也大大扩展。1880 年，美国的奥的斯电梯公司，首先使用电动机作为动力装置安装在客梯上，从而出现了第一台电力驱动的电梯。电力驱动装置的出现，同样是起重机发展史上的转折点。目前，由于高性能金属材料的采用和材料加工能力的提高，起重机零部件的性能和寿命也不断提高，整机使用寿命一般规定在 10 年以上。由于电动机、电气拉制技术和液压技术的发展，近年来起重机电力驱动的品质和自动化水平也大为提高。起重机的发展趋势，将主要体现在如下几个方面：大型化。起重机的起重量将会越来越大，以满足特殊工程的需要。轻量化。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 3 页将广泛采用新材料和采用合理的结构形式，以减轻设备自重。采用新的结构形式，主要是在梁、臂的截面形式上下功夫，如汽车起重机吊臂采用八角形截面或带有变形孔的伸缩臂；采用新的计算方法，如有限单元法与结构力学的有机结合，并配合使用电子计算机，精确计算应力值，避免设计中的“肥梁胖柱” ；采用新材料，起重机结构件将越来越多地采用高强度钢，零部件逐渐采用塑料，现在滑轮已经采用铸尼龙材料，缓冲器采用了聚氨脂材料，国外还有采用碳纤维强化塑料（比重是钢的 1/31/4 ，强度是钢的 35 倍）代替起重机部分结构的趋势。提高作业性能。如提高运行速度，保证运行的准确性和平稳性。多样化。将向同一设备可使用多种工作装置的要求发展，扩大使用范围。最优化。将普遍采用先进的设计计算方法，并配用电子计算机进行优化设计，以选择合理的结构形式。通用化。力求提高系列产品零部件的通用率。液压化。主要体现在轮式起重机向全液压传动发展。安全化。起重机械的可靠性、安全性和舒适性将成为评价设备的重要指标；特别是安全性，将作为评价先进性的头等重要指标。例如，在安全防护装置的配备、司机室的合理布置、以及减少振动和噪音等方面，都将作为制造厂家设计原则的一部分。1.3 起重机械的组成和种类1.3.1 起重机械的组成起重机械一般是由工作结构、金属结构、动力装置与控制系统三部分组成的。工作机构起重机械的工作机构一般可概括为起升、运行、回转和变幅四大机构。起升机构是升降重物的机构。它是起重机械最主要的机构，任何一种起重机械，都有这种机构。有的起重机械不止一套起升机构，升降重物能力最大的起升机构叫主起升机构，除主起升机构以外的其它起升机构叫副 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 4 页起升机构。运行机构是使起重机械或起重小车行走的机构。回转机构是使起重机械的回转部分在水平面，绕回转中心线转动的机构。变副机构是使起重机械臂架倾角变化，改变幅度的机构。所谓幅度是指起重机械置于水平场地时，空载吊具垂直中心线至回转中心线之间的水平距离。金属结构金属结构是指起重机械的骨架，主要用来支承工作结构、承受自身的重力和作业时的外载荷。动力装置和控制系统动力装置是驱动起重机械运动的动力设备。它在很大程度上决定了起重机械的性能和构造特点。起重机械的控制系统包括操纵装置和安全装置。各种机构的起动、调速、改向、制动和停止，都是通过操纵控制系统来实现的。1.3.2 起重机械的种类根据起重机械构造的特点、机构的多少和服务范围的不同，通常分为三类，即轻小起重设备、起重机、升降机。轻小起重设备轻小起重设备是体积小，结构紧凑，动作简单，作业范围投影以点、线为主的轻便起重机械，如千斤顶、手拉葫芦、绞车和电动葫芦等。起重机起重机是具有多种机构的起重机械，挂在它的取物（吊具）上的重物，在空间除了能作升降运动以外，还能作水平移动。取物装置是指吊取、抓取、吸取、夹取、托取或用其它方法吊运货物的装置，如吊钩、抓斗、电磁吸盘（起重电磁铁） 、夹钳等。起重机按构造特点，分为桥架型起重机、臂架型起重机和缆索型起重机。桥架型起重机是取物装置挂在可沿桥架运行的起重小车或运行式葫芦上的起重机。其特点是具有一个桥架式的金属结构。这类起重机依靠起升机构和在水平面内两个相互垂直方向移动的运行机构，能在长方形场地及其上空作业。属于这类的起重机有桥式起重机、门式起重机和半门式起重机。它们适合在车间、仓库、露天堆场等处作货物的装卸运输工作。臂架型起重机是取物装置悬挂在臂架顶端或可沿臂架运行的起重小车上的起重机。其特点是具有一个臂架式的金属结构。这类起重机有起升机 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 5 页构，一般还有回转和变幅机构。依靠这些机构的配合，能在圆形场地及其上空作业。有些还有运行机构，这样就构成了常见的各种可以运行的臂架型起重机。它们具有很好的机动性，特别适合作露天装卸及安装工作。属于这类的起重机如塔式起重机、汽车起重机等。缆索型起重机是挂有取物装置的起重小车沿架空承载索运行的起重机。这类起重机常用于林场、山区、水库、矿山、水电站等处。升降机升降机是重物或取物装置只能沿导轨升降的起重机械，如电梯、高炉上料机、矿井升降机等。1.4 桥式起重机的分类和用途桥式起重机是在固定的跨间内吊装重物的机械设备，被广泛用于车间、仓库或露天场地。桥式起重机的大梁横跨于跨间内一定高度的专用轨道上，可沿轨道在跨间的纵向移动，在外观上布置有起升装置，大多数起升装置采用起重小车，起升装置可沿大梁在跨间横向移动，外观像一条金属的桥梁，所以人们称它为桥式起重机。桥式起重机俗称“天车” 、 “行车” 。1.4.1 桥式起重机的分类桥式起重机的种类较多，可按不同方法分类。根据吊具不同，可分为吊钩式起重机、抓斗式起重机、电磁吸盘式起重机。根据用途不同，可分为通用桥式起重机、专用桥式起重机两大类。专用桥式起重机的形式较多，主要有：锻造桥式起重机、铸造桥式起重机、冶金桥式起重机、电站桥式起重机、防爆桥式起重机、绝缘桥式起重机、挂梁桥式起重机、两用（三用）桥式起重机、大起升高度桥式起重机等。按主梁结构形式可分为箱行结构桥式起重机、桁架结构桥式起重机、图 1-栏 杆走 台端 梁大 车行 走机 构起 重 小 车大 梁 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 6 页管行结构桥式起重机。还有型钢（工字钢）和钢板制成的简单截面梁的起重机，称为梁式起重机。梁式起重机多采用电动葫芦作为起重小车。1.4.2 桥式起重机的用途桥式起重机被广泛用于各类工业企业、港口车站、仓库、料场、水电站、火电站等场所。不同类型的桥式起重机所适合吊装的重物不同，并根据不同的要求采用不同的吊具。吊钩起重机吊装各种成件重物；抓斗起重机吊装各种散装物品，如煤、焦碳、砂、盐等；电磁起重机吊装导磁的金属材料，如型钢、钢板、废钢铁等。两用起重机是为了提高生产效率，在一台小车上装有可换的吊钩和抓斗或者电磁盘和抓斗，但每一工作循环只能使用其中的一种取物装置；三用起重机即吊钩、抓斗、电磁铁 3 种可以互换的取物装置，可吊装成件、散粒物品或导磁的金属材料，但每次吊装重物时，只能使用其中的一种取物装置。防爆起重机用于在有易爆、易燃介质的房间、库房等场所吊装成件重物，起重机上的电气设备和有关装置具有防爆特性，以免发生火花而爆炸。绝缘起重机用于吊装电解车间的各种成件物品，起重机上有关部分具有可靠的绝缘装置，保证安全操作。双小车起重机是在同一台主梁上设有两台相同的小车，用来搬运长件材料，各小车又可单独使用。挂梁起重机通过两个吊钩上的平衡梁挂钩或平衡梁上的电磁盘吊装和对垛各种长件材料，如木材、钢管、棒材、型材、钢板等。1.4.3 桥式起重机的基本结构尽管桥式起重机的类型繁多，但基本结构是相同的。桥式起重机主要是由大梁、起升装置、端梁、大梁行走机构、起升装置行走机构、轨道和电气动力、控制装置等构成。大梁结构桥式起重机一般采用两根端部连接的大梁组合结构，称为双梁桥式起重机，只有少数轻型桥式起重机采用单梁，称为梁式起重机。桥式起重机大梁的结构形式主要有箱行结构、偏轨箱行结构、偏轨空腹箱行结构、单主梁箱行结构、四桁架式结构、三角形桁架式结构、单腹板梁结构、曲腹板梁结构及预应力箱型梁结构等。最常见的是箱行结构。箱行梁由上盖板、下盖板和两个腹板构成一个箱体，箱内还有纵横长短筋板，见图 1-1。在箱行梁的一侧铺设走台板和栏杆，在上盖板上铺设起升装置的行走轨道。为了检修的方便，在大梁上还布置有供人行走的走台和栏杆。起升机构起升机构用来实现重物的升降，是起重机上最重要和最基本的机构。桥式起重机的起升机构，除了少数梁式起重机采用电动葫芦外，一般均采用起重小车。起重小车由车架、运行机构、起升卷绕机构和电气设备等组 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 7 页成。车架支撑在四个车轮上，车架上的运行机构带动车轮沿轨道运行，以实现在跨间宽度方向不同位置的吊装。起升卷绕机构实际上是一台电动卷扬机和滑轮组的组合。起重量大于150KN 的桥式起重机，一般具有两套起升卷绕机构，既主钩和副钩，主钩的额定载荷较大，但起升速度较慢，副钩的额定载荷小，但起升速度快，用以起吊较轻的物件或作辅助性的工作，以提高工作效率。在桥式起重机的铭牌上对其额定载荷的标注通常将主钩额定载荷标注在前，副钩额定载荷标注在后，中间用“/”隔开，如“1600KN/500KN” 。1.5 桥式起重机的基本参数起重机械的基本参数是用来说明起重机械的性能和规格的一些数据，也是提供设计计算和选择使用起重机械的主要依据。桥式起重机的基本参数主要有额定载荷、跨度、起升高度、工作速度和工作级别等。桥式起重机的额定载荷一般在 505000KN 之间，我国生产的标准桥式起重机系列有 13 种，即50，80，125/30，160/30，200/50，320/80，500/125 ，800/200 ，1000/320，1250/320，1600/500，2000/500，2500/500。桥式起重机的跨度指的是其大梁两轨道中心线的距离，它决定了桥式起重机的工作范围。目前我国生产的标准的跨度最小为 10.5m，最大为31.5m，每隔 3m 一个规格，即 10.5m，13.5 m，16.5 m，19.5 m，22.5 m，25.5 m，28.5 m，31.5 m。起升高度指的是吊钩上升到极限位置时，吊钩中心线至地面的垂直距离，一般标准桥式起重机的起升高度在 1232m 之间。桥式起重机的其他有关参数包括如下几项：额定起重量 （t）Q吊钩所能吊起的最大重量。如使用其它辅助取物装置和吊具（如抓斗、电磁铁、夹钳和盛钢桶等）时，这些装置的自重应包括在额定起重量内。当决定起重机的额定起重量时，应符合标准规定的数值。因为起重量的数值对大多数起重机的自重有决定性的作用，因此在确定时应按照生产实际情况考虑，过小不能满足生产要求，过大会造成基建投资的浪费。起升高度 （m）H吊钩最低位置到吊钩最高位置之间的垂直距离，此参数在标准中没有规定，可根据工作需要来定。跨度 （m）和幅度 (m)La都是表示起重机工作范围的参数。跨度是指桥式类型起重机大车运行 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 8 页轨道之间的距离；幅度是指旋转起重机的旋转中心线到吊钩中心线之间的水平距离。轨距 (m)a轨距也称轮距，按下列三种情况定义：对于小车，为小车轨道中心线之间的距离；对于铁路起重机，为运行线路两钢轨头部下内侧 16mm 处的水平距离；对于臂架型起重机，为轨道中心线或起重机行走轮踏面（或履带）中心线之间的距离。基距 B基距也称轴距，是指沿纵向运动方向的起重机或小车支承中心线之间的距离。基距的测定与支承轮的布置有关。起重力矩 M起重力矩是幅度与其相对应的起吊物品重力的乘积。起重倾覆力矩 A起重倾覆力矩，是指起吊物品重力与其至倾覆线距离的乘积。轮压 P轮压是指一个车轮传递到轨道或地面上的最大垂直载荷。按工况不同，分为工作轮压和非工作轮压。工作速度 v(m/min)包括起升、运行、变副和旋转速度，但旋转速度用 n(r/min)表示。起升速度起升机构电动机在额定转速下吊钩上升的速度；运行速度运行机构电动机在额定转速下，大车或小车直线运行的速度；变副速度吊钩从最大幅度到最小幅度的平均线速度；旋转速度旋转机构电动机在额定转速下，起重机的转速。生产率 Q（t/h）说明起重机装载或吊运物品的工作能力的综合指标。起重机工作级别起重机工作级别是考虑起重量和时间的利用程度以及工作循环次数的工作特性。它是按起重机利用等级（整个设计寿命期内，总的工作循环次数）和载荷状态划分的。或者说，起重机工作级别是表明起重机工作繁重程度的参数，即表明起重机工作在时间方面的繁忙程度和在吊重方面满载程度的参数。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 9 页自重及外形尺寸这是任何一种机器都应有的技术经济指标，它不仅是说明起重机械性能优劣的数据，而且直接影响基建费用的投资，因此，应十分重视减轻自重和减小外形尺寸。2 吊钩桥式起重机设计任务书2.1 设计参数主要参数为：起重量（主起升）：20t，起升高度（主起升）： 12m， 起升速度（主起升）：10m/min；起重量（副起升）：5t，起升高度（副起升）：14m， 起升速度（副起升）：20m/min；小车运行速度 ：45m/min；大车运行速度：75m/min，跨度：22.5m；工作级别： A5。2.2 工作条件工作地点为室内，采用交流电。2.3 设计原则为保证起重机安全正常工作，起重机本身应具备三个基本条件：1）金属结构和机械零部件应具有足够的强度、刚度和抗弯曲能力；2）整机具备必要的抗倾覆稳定性；3）原动机具备满足作业性能要求的功率，制动装置提供必要的制动转矩。3 小车起升机构和运行机构的计算已知数据：起重量（主起升）：20t，起升高度（主起升）： 12m， 起升速度（主起升）：10m/min；起重量（副起升）：5t，起升高度（副起升）：14m， 起升速度（副起升）： 20m/min；小车运行速度：45m/min；工作级别：A5；机构接电持续率 JC=25%；小车质量估计 =8t。xcG3.1 起升机构计算3.1.1 确定起升结构传动方案，选择滑轮组和吊钩组注：以下计算为主起升计算，为副起升计算。起升机构的计算 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 10 页按照布置紧凑的原则，决定采用双联滑轮组的方案。按 Q=20t，查 3表 3-2-8 取滑轮组倍率 hi=4，承载绳分支数 Z=2 = 8；hi查2附表 9 选图号为 T1 362.1508 吊钩组，得其质量 =467kg，两滑轮间01G距 =87mm；1A按 Q=5t，查 3表 3-2-8 取滑轮组倍率 hi=2，承载绳分支数 Z=2 = 4；hi查2附表 8 选图号为 G13 吊钩组，得其质量 =99kg，两滑轮间距02图 3-12主 、 副 起 升 机 构 的 驱 动 装 置5t钢 丝 绳 绕 向 示 意 图20t钢 丝 绳 绕 向 示 意 图 图3-1 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 11 页=200mm；2A3.1.2 选择钢丝绳若滑轮组采用滚动轴承，当 hi=4，查3 表 3-2-11 得滑轮组效率 =0.97，1钢丝绳所受最大拉力： 97.042601maxhiGQS= 2637.5 kg = 26.375 kN查3表 3-1-2，工作级别 A5 时，安全系数 n=4.5,钢丝绳计算破断拉力 ：bS=118.69 kN35.61max1Snb查2附表 1 所选瓦林吞型纤维芯钢丝绳 619W+FC，钢丝公称抗拉强度1770MPa，光面钢丝，右交互捻，直径 d=18mm，钢丝绳最小破断拉力=149.5kN,1bS标记如下：钢丝绳 1：18NAT 619W+FC 1770 ZS 149.5 GB8918-88若滑轮组采用滚动轴承，当 hi=2，查3 表 3-2-11 得滑轮组效率 =0.99，2钢丝绳所受最大拉力： 9.02502maxhiGQS= 1287.63 kg = 12.876 kN查3表 3-1-2，工作级别 A5 时，安全系数 n=4.5,钢丝绳计算破断拉力 ：bS=57.942 kN876.1542max12Snb查2附表 1 所选瓦林吞型纤维芯钢丝绳 619W+FC，钢丝公称抗拉强度1570MPa，光面钢丝，右交互捻，直径 d=11mm，钢丝绳最小破断拉力=62.69kN,2bS标记如下：钢丝绳 2：11NAT 619W+FC 1570 ZS 62.69 GB8918-883.1.3 确定滑轮主要尺寸滑轮的许用最小直径：Dd（e-1）=18 （25-1）=432 mm式中:系数 e=25 由1表 2-4 查得，由2附表 2 表选用滑轮直径 D=450 mm， 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 12 页取平衡滑轮直径 0.6D=0.6 450=270 mm，由 2附表 2 选用 = 280 1pD1pDmm。滑轮的绳槽部分尺寸由2附表 3 查得，由2附表 4 选用钢丝绳直径=18 mm， =450 mm。1d滑轮的许用最小直径：Dd（e-1）=11 （25-1）=264 mm式中:系数 e=25 由1表 2-4 查得，由2附表 2 表选用滑轮直径 D=280 mm，取平衡滑轮直径 0.6D=0.6 280=168 mm，由 2附表 2 选用 = 225 2pD2pDmm。滑轮的绳槽部分尺寸由2附表 3 查得，由2附表 4 选用钢丝绳直径=11 mm， =280 mm。1d13.1.4 确定卷筒尺寸并验算强度卷筒直径：Dd（e-1 ）=18（25-1 ）=432 mm由2附表 13 选用 =500 mm，卷筒绳槽尺寸由3表 3-3-3 得槽距， =19 1D1tmm，槽底半径 =9.5 mmr卷筒尺寸：10)4(2LtZHiLh= 879)2561.3(= 1440 mm取 =1500 mmL式中：附加安全系数，取 = 2；0Z0Z卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距，即1=A=87 mm，实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；L卷筒计算直径 =D+d=500+16=516 mm0D0D卷筒壁厚：=0.02D+（610）=0.02500 +（610）=1620 mm取 =18 mm卷筒壁压应力计算： 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 13 页N/m =77.12 MP61maxax 102.709.8.2635tyS 2a选用灰铸铁 HT200，最小抗拉强度 =195 MPa，许用压应力：b= 130 MPa5.1nb因 ，故抗拉强度是足够的。maxyy卷筒拉应力验算：由于卷筒长度 L3D，尚应校验由弯曲应力产生的拉应力，卷筒弯矩图示于图：卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时：28715063)2(1max1ax1 LSlMw= 18633937.5 Nmm卷筒断面系数：50461.1.04DWi= 3229526.5 Nmm式中：D 卷筒外径，D=500 mm；图 -卷 筒 弯 矩 图 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 14 页D 卷筒内径，D = D-2=500-218=464 mmi i于是：=5.8 MPa5.32961871WMwl合成应力：1max1 ylll = 2.73098.5= 28.94 MPa式中许用拉应力：MPa951l故 ll卷筒强度验算通过，故选定卷筒直径 =500 mm，长度 =1500 mm，卷筒1D1L槽形的槽底半径 =9.5 mm，槽矩 =19 mm，起升高度 =12 m，倍率1rt Hhi=4，靠近减速器一端的卷筒槽向为右的 A 型卷筒，标记为：卷筒 A 50015009.519124 右 ZB J80 007.2-872卷筒直径：Dd（e-1 ）=11（25-1 ）=264 mm由2附表 13 选用 =300 mm，卷筒绳槽尺寸由3表 3-3-3 得槽距， =13 2D2tmm，槽底半径 =6 mmr卷筒尺寸：10)4(LtZHiLh= 203)31.2(2= 1101 mm取 =1500 mmL式中：附加安全系数，取 = 2；0Z0Z卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距，即1=A=200 mm，实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；L 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 15 页卷筒计算直径 =D+d=300+11=311 mm0D0D卷筒壁厚：=0.02D+（610）=0.02300 +（610）=1216 mm取 =14 mm卷筒壁压应力计算：N/m =70.75 MP62maxax 1075.03.14.86tyS 2a选用灰铸铁 HT200，最小抗拉强度 =195 MPa，许用压应力：b= 130 MPa5.19nb因 ，故抗拉强度是足够的。maxyy卷筒拉应力验算：由于卷筒长度 L3D，尚应校验由弯曲应力产生的拉应力，卷筒弯矩图示于图： 图 3-2卷 筒 弯 矩 图卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时：2015876)(12max12ax LSlMw= 8369400 Nmm卷筒断面系数： 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 16 页30271.1.0442 DWi= 875455.9 Nmm式中：D 卷筒外径，D=300 mm；D 卷筒内径，D = D-2=300-214=272 mmi i于是：=9.6 MPa9.87543602WMwl合成应力：2max2 ylll = 75.01396.= 30.83 MPa式中许用拉应力：MPa951l故 ll卷筒强度验算通过，故选定卷筒直径 =300 mm，长度 =1500 mm，卷2D2L筒槽形的槽底半径 =6 mm，槽矩 =13 mm，起升高度 =14 m，倍率2rt Hhi=2，靠近减速器一端的卷筒槽向为右的 A 型卷筒，标记为：卷筒 A 3001500613142 右 ZB J80 007.2-8723.1.5 选电动机计算静功率： 6012)(GQNj= 85.147= 39.3 kW式中:：机构总效率，一般=0.80.9，取 =0.85； 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 17 页电动机计算功率： =0.839.3=31.445 kW1eN1jdK式中系数 由1表 6-1 查得，中级起重机 =0.850.95 ， d dK取 =0.8查3附表 5-1-35 选用电动机 YZR225M-6，其 （25%）1eN=34kW， =957r/min， =3.3 kgm ，电机质量 =398 1n12)(dGD21dGkg。计算静功率： 6012)(QNj= 85.9= 19.6 kW式中：机构总效率，一般=0.80.9，取 =0.85；电动机计算功率： =0.819.6=15.68 kW2eN2jdK式中系数 由1表 6-1 查得，中级起重机 =0.850.95 ， d dK取 =0.8查2附表 30 选用电动机 JZR -42-8，其 （25%）=16 22eNkW， =715r/min， =1.46kgm ，电机质量 =260 kg。1n)(dGD2dG3.1.6 验算电动机发热条件按照等效功率法，求 JC=25%时所需要的等效功率： =0.750.9839.3=28.89 kW 1xNjK25式中：工作级别系数，查1表 6-4 ，工作类型为中级时 =0.75；25 25K系数，根据机构平均启动时间与平均工作时间的比值（ / ） ，r qtg由1 表 6-5，一般起升机构 / =0.10.2，取 / =0.2，由1 图 6-6 查qtgqtg 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 18 页=0.98；r由以上计算结果， ，故初选电动机能满足发热条件。xNe按照等效功率法，求 JC=25%时所需要的等效功率： =0.750.8519.6=12.5 kW 2xjK5式中：工作级别系数，查1表 6-4 ，工作类型为中级时 =0.75；25 25K系数，根据机构平均启动时间与平均工作时间的比值（ / ） ，r qtg由1 表 6-5，一般起升机构 / =0.10.2，取 / =0.1，由1 图 6-6 查qtgqtg=0.85；r由以上计算结果， ，故初选电动机能满足发热条件。xNe3.1.7 选择标准减速器卷筒转速：= 1jn516.0430Dvih= 24.69 r/min减速器总传动比：= = 38.7601i69.247jn查2附表 35，选 ZQ-650-3CA 减速器，当工作类型为中级时，许用功率N=31.5 kW ， =40.17，质量 =878 kg。i0gG卷筒转速：= 2jn31.420Dvih= 40.96 r/min减速器总传动比：= = 17.4602i96.4751jn查2附表 35，选 ZQ-400-3CA 减速器，当工作类型为中级时，许用功率N=10.4 kW ， =20.49，质量 =253 kg。i0gG3.1.8 验算起升速度和实际所需功率实际起升速度： 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 19 页=9.65 m/min17.406381v误差： = 100% = v1 %1065.9= 3.5% = 15%实际所需等效功率：1065.98211vNx= 27.88 kW （25%）=34 kWe实际起升速度：=17.04 m/min49.206172v误差： = 100% = v2 %1024.7= 13.5% = 15%实际所需等效功率：204.17522vNxx= 10.65 kW （25%）=16 kWe3.1.9 校核减速器输出轴强度由1公式（ 6-16）得输出轴最大径向力：)(211maxaxjGSRR式中：=226375=52750 N=52.75 kN 卷筒上钢丝绳引起的载荷；1ax=9.81 kN 卷筒及轴自重，参考 4附表 8；jGR=89.5 kN ZQ650 减速器输出轴端最大容许径向载荷，参考2附得。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 20 页因此 = （52.75+9.81）=31.28 kN R ，通过。1maxR2由1中公式（ 6-17）得输出轴最大扭矩：=（ 0.70.8） axMmaxeMi0式中：=9550 = =346.4 Nm 电动机轴额定力矩；e1%)25(nNe9734 =3.3 当 JC=25%时电动机最大力矩倍数，由 2附表 28 查max出； =0.95 减速器传动功率；0 =60500 Nm减速器输出轴最大容许转矩，由 2附表 36 查M出； =0.83.3346.440.170.95=34898 Nm max =55000 Nm由上计算，所选减速器能满足要求。由1公式（ 6-16）得输出轴最大径向力：Rmax)(212maxaxjGSRR式中：=212876=25752 N=25.52 kN 卷筒上钢丝绳引起的载荷；a=3.44 kN 卷筒及轴自重，参考 4附表 8；jGR=18.5 kN ZQ650 减速器输出轴端最大容许径向载荷，参考2附得。因此 = （25.752+3.44） =14.596 kN R ，通过。2maxS1由1中公式（ 6-17）得输出轴最大扭矩：=（ 0.70.8） aMmaxeMi0式中：=9550 = =218.2 Nm 电动机轴额定力矩；e1%)25(nNe769 =3.2 当 JC=25%时电动机最大力矩倍数，由 2附表 28 查max出； =0.95 减速器传动功率；0 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 21 页 =12900 Nm减速器输出轴最大容许转矩，由 2附表 36 查M出； =0.83.2218.220.490.95=10873 Nm max =12900 Nm由上计算，所选减速器能满足要求。3.1.10 选择制动器所需静制动力矩：1ZM0 2)(iDGQKhZJ= 85.17.4675. =48.9 kgm 式中：=1.75 制动安全系数，由1 表 6-6 查取ZK由2中附表 15 选用 YWZ 315/50，其制动力矩 =360710 5 zeMNm ，制动轮直径 =315 mm ，制动器质量 =61.4 Kg。ZDZG所需静制动力矩：2ZM0 2)(iGQKhZJ= 85.34.1957.1=28.8 kgm 式中：=1.75 制动安全系数，由1 表 6-6 查取ZK由2中附表 15 选用 YWZ 250/30，其制动力矩 =225360 5 zeMNm ，制动轮直径 =250 mm ，制动器质量 =43.6 Kg。ZDZG3.1.11 选择联轴器高速轴联轴器计算转矩，由1（6-26）式=1.51.8346.4=935.28 Nm 11escMn式中：=346.4 电动机额定转矩；1eM=1.5 联轴器安全系数；n=1.8 刚性动载系数，一般 =1.5 2.0；ss由2附表 29 查得 YZR225M-6 电动机轴端为圆锥形 d=65mm， =105mm； l 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 22 页由2附 34 查得 ZQ-650 减速器的高速轴端为圆锥形 d=60mm， =110mm；l靠电动机轴端联轴器：由2附表 43 选用 CLZ 半联轴器，其图号为 s353，3最大容许转矩 =3150 Nm 值，飞轮转矩 =0.403 kg m ，质量tMc 12)(lGD2G =23.2 kg 。 t浮动轴的两轴端为圆柱形 d=55mm， =85mm； l靠减速器的联轴器 ，由2附表 45 选用带 mm 制动轮的联轴器，图号30为 s198，最大容许转矩 =3150 Nm，飞轮转矩 =1.8 kgm ，质量t 12)(Z2=37.5 kg ，与制动器 YWZ 315/50 相适应，将 s198 联轴器所带Z 5mm 制动轮，修改为 mm 应用。3031高速轴联轴器计算转矩，由1（6-26）式=1.51.8218.2=589.14 Nm 22escMn式中：=218.2 电动机额定转矩；1eM=1.5 联轴器安全系数；n=1.8 刚性动载系数，一般 =1.5 2.0；ss由2附表 29 查得 YZR 42-8 电动机轴端为圆锥形 d=65mm， =105mm； 2 l由2附 34 查得 ZQ-400 减速器的高速轴端为圆锥形 d=40mm， =85mm；靠电动机轴端联轴器：由2附表 43 选用 CLZ 半联轴器，其图号为 s139，3最大容许转矩 =3150 Nm 值，飞轮转矩（GD ） =0.403 kg m ，质量tMc 2l 2G =23.6 kg 。 t浮动轴的两轴端为圆柱形 d=45mm， =85mm； l靠减速器的联轴器 ，由2附表 45 选用带 mm 制动轮的联轴器，图号30为 s216，最大容许转矩 =1400 Nm，飞轮转矩 =1.28 kgm ，质t 2)(ZGD2量 =27.6 kg ，与制动器 YWZ 250/30 相适应，将 s216 联轴器所带Z 5mm 制动轮，修改为 mm 应用。30313.1.12 验算起动时间起动时间：)()()(2.38201211 iQGDCMntjqq 式中：ZldGD)()()()( 22212 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 23 页=3.3+0.403+1.8=5.503 kgm 2静阻力矩：iDGQMj)(01= 85.17426=38.66 Nm 平均起动力矩：=1.5 =1.5346.4=519.6 Nm1q1e =qt 85.0)17.4(62053.1)6.3859(2.722=0.34 s通常起升机构起升时间为 15 s ，此处 1 s ，可在电气设计时，qt增加起动电阻，延长起动时间，故所选电动机合适。起动时间：)()()(2.38201221 iDGQCMntjqq 式中：ZldGDGD)()()()( 22212=1.46+0.403+1.28=3.143 kgm 2静阻力矩：iQMj)(02= 85.49315=22.76 Nm 平均起动力矩：=1.5 =1.5218.2=327.3 Nm2q2e =qt 85.0)49.2(31513.)76.3(.815 2 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 24 页=0.24 s通常起升机构起升时间为 15 s ，此处 1 s ，可在电气设计时，qt增加起动电阻，延长起动时间，故所选电动机合适。3.1.13 验算制动时间制动时间：)()()(2.38201211 iDGQCMntjezZ = )17.40(85.6503.)9.710(2.385 2= 0.239 s式中：=jM 02)(iDGQh= 17.485.06= 27.93 Nm查1表 6-7 ，当 12 m/min 时， =1.01.25 s ，因为 ，vzt zt故合适。制动时间：)()()(2.3820121 iDGQCMntjezZ = )49.(85.0316543.)45.60(.7 2= 0.167 s式中：=jM 02)(iDGQh= 49.850315= 16.45 Nm查1表 6-7 ，当 12 m/min 时， =1.52.0 s ，因为 ，故vzt zt 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 25 页合适。3.1.14 高速浮动轴计算疲劳计算：由5中起升机构疲劳计算基本载荷：=1.06346.4=367.2 NmeaxM61Im式中：动载系数 ， = （1+ ）= （1+1.12） =1.0666221起升载荷动载系数（物品升降或下降制动的动载效应）2=1+0.71 =1+0.71 =1.122v609.由前节已选定轴径 d=55 mm，因此扭转应力：=11.03 MPa31max)5.0(67WMn轴材料用 45#钢, =600 MPa =300 MPa ,bs弯曲：=0.27( )=0.27(600+300)=243