起重机起升机构的设计

湖湖 南南 农农 业业 大大 学学 全全日日制制普普通通本本科科生生毕毕业业设设计计 塔式起重机起升机构设计塔式起重机起升机构设计 THE LIFTING MECHEANISM OF CRANE TOWER DESIGN 学生姓名学生姓名 徐徐 浩浩 学学 号 号 201140914121 年级专业及班级 年级专业及班级 2011级机械教 一 班级机械教 一 班 指导老师及职称 指导老师及职称 吴吴 彬彬 讲师讲师 学学 院 院 教育学院教育学院 湖南 长沙 提交日期 2015 年 5 月 湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计 诚 信 声 明 本人郑重声明 所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下 进行研究工 作所取得的成果 成果不存在知识产权争议 除文中已经注明引用的内容外 本论文 不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意 本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担 毕业设计作者签名 年 月 日 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 2 2 总体设计 2 2 1 概述 2 2 2 确定总体设计方案 2 2 2 1 金属结构 2 2 2 2 工作机构 8 2 3 总体设计原则 11 2 3 1 整机工作级别 11 2 3 2 机构工作级别 11 2 3 2 主要技术性能参数 11 3 起升机构的设计和计算 12 3 1 起升机构的形式 12 3 2 确定起升机构滑轮组倍率 13 3 3 钢丝绳的选择 13 3 3 1 钢丝绳的选择包括钢丝绳的结构型式的选择和钢丝绳直径的确定 13 3 4 确定卷筒的尺寸 14 3 4 1 卷筒的名义直径 D 14 3 4 2 多层绕卷筒相关参数计算 15 3 5 选择电动机 15 3 5 1 计算电动机的净功率 15 3 5 2 选择电动机功率 16 3 6 计算传动比 确定卷筒直径 16 3 7 校验卷筒 17 3 8 选择滑轮 17 3 9 选择减速器 制动器 联轴器 18 3 9 1 选择减速器 18 3 9 2 起升机构制动器的选择 18 3 9 3 起升机构联轴器的选择 19 3 10 电动机及起升机构起 制动时间校验 21 3 10 1 电动机校验 21 3 10 2 起升机构起 制动时间验算 22 4 吊钩组的设计 23 4 1 吊钩组的形式 23 4 2 吊钩的形式 24 4 3 吊钩计算 24 4 4 吊钩横梁计算 26 5 总结 27 参考文献 27 致谢 28 0 塔式起重机起升机构设计塔式起重机起升机构设计 学 生 徐 浩 指导老师 吴 彬 湖南农业大学教育学院 长沙 410128 摘摘 要要 塔式起重机作为建筑施工的主要设备 在建筑等行业发挥着极其重要的作用 塔式起 重机属于臂架型起重机 由于其臂架铰接在较高的塔身上 且可回转 臂架长度较大 结构轻巧 安装拆卸运输方便 适于露天作业 因此大多数用于工业与民用建筑施工 QT40 塔式起重机有多种形式 此次设计的形式为上回转液压顶升自动加节 可随着建筑物的 升高而升高 固定式高度为 36 米 在附着状态下可达到 100 米 其工作幅度为 50 米 关键词关键词 QTZ40 塔式起重机 起升机构 吊钩组 The Lifting Mecheanism of qtz40 Crane Tower Design Student Xu Hao Tutor Wu Bin College of Education Hunan Agricultural University Changsha 410128 China Abstract As an important facility the tower crane plays an important role in construction industry The tower crane belongs to the arm rack type crane Its arm is hinged on the high tower body and it may rotate It has longer arm dexterous structure What s more it is easy to be assembled disassembled and transported It is suitable for the open air work and mainly used for industry and civil construction There are many kinds of QTZ40 tower crane The form of this design is as below With an upper rotating hydraulic pressure propping system the machine could add height automatically and thus rise with the building ascension The stationary type is 36meter high it could reach the height of 100meters when it is being adhered Its work scope is 50 meters Key words QTZ40 tower crane lifting mechanism hook group 1 1 前言 塔式起重机是一种塔身竖立起重臂回转的起重机械 在工业与民用建筑施工中是 完成预制构件及其他建筑材料与工具等吊装工作的主要设备 工作机构主要包括 起 升机构 回转机构 小车牵引机构 台车行走驱动机构等 起升机构是塔式起重机中 最重要 最基本的机构 是以间歇 重复工作方式 将重物通过其中吊钩或其他吊具 悬挂在承载构件 如钢丝绳 链条 上进行起升 下降 或起升与运移的机械设备 塔式起重机 简称塔机 采用方钢 起重高度通过增减标准节调节 现在市场上 的塔式起重机品种众多 但是离不开一个规律 其起重量大的起重机 吊臂长 覆盖 范围大 布料半径大 同时标准节相应的强度高 塔身设计高度也高 我所设计的塔 机为 QTZ40 塔机的一种 初步预测标准节的主弦杆和腹杆采用方形钢 由于本人水 平有限 真诚希望各位老师提出修改意见和方案 2 总体 2 1 概述 总体设计是毕业设计中至关重要的一个环节 它是后续设计的基础和框架 只有 在做好总体设计的前提下 才能更好的完成设计 它是对满足塔机技术参数及形式的 总的构想 总体设计的成败关系到塔机的经济技术指标 直接决定了塔机设计的成败 2 2 总体设计方案 QTZ40 塔式起重机是上回转液压自升式起重机 尽管其设计型号有各种各样 但 其基本结构大体相同 整台的上回转塔机主要由金属结构 工作机构 液压顶升系统 电器控制系统及安全保护装置等五大部分组成 2 2 1 金属结构 塔式起重机金属结构部分由塔顶 吊臂 平衡臂 上 下支座 塔身 转台等主 要部件组成 对于特殊的塔式起重机 由于构造上的差异 个别部件也会有所增减 金属结构是塔式起重机的骨架 承受塔机的自重载荷及工作时的各种外载荷 是塔式 起重机的重要组成部分 其重量通常约占整机重量的一半以上 因此金属结构设计合 理与否对减轻起重机自重 提高起重性能 节约钢材以及提高起重机的可靠性等都有 重要意义 1 塔顶 自升塔式起重机塔身向上延伸的顶端是塔顶 又称塔帽或塔尖 其功能是承受臂 架拉绳及平衡臂拉绳传来的上部载荷 并通过回转塔架 转台 承座等的结构部件或 2 直接通过转台传递给塔身结构 本设计采用前倾截锥柱式塔顶 断面尺寸为 1 36m 1 36m 腹杆采用圆钢管 塔 顶高 6 115 米 塔冒用无缝钢管焊接而成 顶部设有连接平衡臂拉杆和吊臂拉杆的铰 销吊耳 以及穿绕起升钢丝绳的定滑轮 顶部应装有安全灯和避雷针 其结构如图 1 所示 图 1 塔顶结构图 Fig1 The tower structure 2 起重臂 1 构造型式 塔式起重机的起重臂简称臂架或吊臂 按构造型式可分为 小车变幅水平臂架 俯仰变幅臂架 简称动臂 伸缩式小车变幅臂架 折曲式臂架 小车变幅水平臂架 简称小车臂架 是一种承受压弯作用的水平臂架 是各式塔 机广泛采用的一种吊臂 其优点是 吊臂可借助变幅小车沿臂架全长进行水平位移 并能平稳准确地进行安装就位 因此此次设计采用小车变幅水平臂架 2 分节问题 臂架型式的选定及构造细部处理取决于塔机作业特点 使用范围以及承载能力等 因素 设计时 应通盘考虑作出最佳选择 首先要解决好分节问题 小车臂架常用的标准节间长度有 6 7 8 10 12m 五种 为便于组合成若干不 同长度的臂架 除标准节间外 一般都配设 1 2 个 3 5m 长的延接节 一个根部节 一个首部节和端头节 此端头节长度不计入臂架总长 但可与任一标准节间配装 形 成一个完整的起重臂 本次设计选用标准节长度为 6m 另加上 2m 长的延接节 其示 意图见图 2 3 图 2 臂架分节 Fig 2 Boom section 3 截面形式及截面尺度 塔机臂架的截面形式有三种 正三角形截面 倒三角形截面和矩形截面 小车变 幅水平臂架大都采用正三角形截面 本次设计的 QTZ40 采用正三角形截面 选用这 种方式的优点是 节省钢材 减轻重量 从而节约成本 其尺寸截面形式如图 3 所示 1 水平腹杆 2 侧腹杆 3 上弦杆 4 下弦杆 臂架一 五节 B 1020mm H 800mm 臂架六 七节 B 1017mm H 800mm 图 3 臂架截面及其腹杆布置 Fig3 Boom section and the arrangement of CHS 臂架截面尺寸与臂架承载能力 臂架构造 塔顶高度及拉杆结构等因素有关 截 面宽度主要与臂架全长有关 设计臂架长度为 40m 共分七节 4 腹杆布置和杆件材料选用 矩形截面臂架的腹杆体系宜采用人字式布置方式 而三角形截面起重臂的腹杆体 系既可采用人字式布置方式 也可采用顺斜置式 此两种布置方式各有特点 4 臂架杆件材料有多种选择可能性 一般情况下 上吊点小车变幅臂架的上弦以选 用 16Mn 实心钢为宜 但造价要高 因此本设计选用 20 号无缝圆钢管 其特点是 惯性矩 长细比要小 抗失稳能力高 下弦采用等边角钢对焊的箱型截面杆件 经济 实用 具有良好的抗压性能 因此上弦杆选用89 8 89 7 下弦选用的角钢型 号为 75 8 75 5 臂间由销轴连接 3 平衡臂与平衡重 QTZ40 塔式起重机是上回转塔机 上回转塔机均需配设平衡臂 其功能是支撑平 衡重 用以构成设计上所需要的作用方向与起重力矩方向相反的平衡力矩 在小车变 幅水平臂架自升式塔机中 平衡臂也是延伸了的转台 除平衡重外 还常在其尾端装 设起升机构 起升机构之所以同平衡重一起安放在平衡臂尾端 一则可发挥部分配重 作用 二则增大钢丝绳卷筒与塔尖导轮间的距离 以利钢丝绳的排绕并避免发生乱绳 现象 1 平衡臂的结构型式 平衡臂结构选用型式的原则是 自重比较轻 加工制造简单 造型美观与起重臂 匹配得体 故此次设计选用平面框架式平衡臂 它由两根槽钢纵梁或由槽钢焊成的箱 形断面组合梁和系杆构成 在框架的上平面铺有走道板 走道板两旁设有防护栏杆 这种平衡臂的优点是结构简单 加工容易 平衡臂的长度是 10 173m 如图 4 所示 图 4 平衡臂 Fig 4 balance arm 2 平衡重 平衡重属于平衡臂系统的组成部分 它的用量甚是可观 轻型塔机一般至少要用 3 4t 重型自升式塔机要装有近 30t 平衡重 因此在设计平衡重过程中 应对平衡 重的选材 构造以及安装进行认真考虑并作妥善安排 本次设计的塔式起重机采用钢筋混凝土式平衡重 4 拉杆 QTZ40 塔式起重机采用双吊点式拉杆结构 拉杆由焊件组成 其材料为 16Mn 拉 5 杆节之间用过渡节连接 由受力特性计算出其拉杆点作为位置 其中在平衡臂和吊臂 上设有拉板和销轴用来连接用 5 上 下支座 上支座上部分别与塔顶 起重臂 平衡臂连接 下部用高强螺栓与回转支承相连 接在支承座两侧安装有回转机构 它下面的小齿轮准确地与回转支承外齿圈啮合 另 一面设有限位开关 下支座上部用高强螺栓与回转支承连接 支承上部结构 下部四角平面用 4 个销 轴和 8 个 M30 的高强螺栓分别与爬升架和塔身连接 6 塔身 塔身结构也称塔架 是塔机结构的主体 支撑着塔机上部结构的重量和承受载荷 并将这些载荷通过塔身传至底架或直接传递给地基基础 1 塔身结构断面型式 塔身结构断面分为圆形断面 三角形断面及方形断面三类 本设计采用的是方形 断面结构 由型钢或钢管焊成的空间桁架 其成本比较低 且能满足工作需要 此主 弦杆采用由等边角钢拼焊成的方管 此次设计的尺寸为 1 6m 1 6m 主弦杆截面较大 的标准节用于下部塔身 主弦杆截面较小的标准节则用于上部塔身 塔身标准节的长 度有 2 5m 3m 3 33m 4 5m 5m 6m 10m 等多种规格 常用的尺寸是 2 5m 和 3m 选用标准节长度为 2 5m 2 塔身结构腹杆系统 塔身结构的腹杆系统采用角钢制成 腹杆可焊装与角钢主弦杆内侧 斜腹杆和水 平腹杆可采用同一规格 腹杆有三角形 K 字型等多种布置形式 此设计腹杆采用三角形布置 适合于中等起重能力塔身结构采用的腹杆布置方式 3 标准节间的联接方式 塔身标准节的联接方式有 盖板螺栓联接 套柱螺栓联接 承插销轴联接和瓦套 法兰联接 盖板螺栓联接和套柱螺栓联接应用最广 4 塔身结构设计 轻 中型自升塔机和内爬式塔机宜采用整体式塔身标准节 附着式自升式塔机 1 和起升高度大的轨道式以及独立式自升塔机宜采用拼装式塔身标准节 6 QTZ40 属于中型自升式塔机 综合各种型式的特点 塔身结构采用整体式塔身标 准节 如图 5 所示 图 5 塔身结构示意图 Fig5 The tower structure diagram 为减轻塔身的自重 充分发挥钢材的承载能力 并适应发展组合制式塔机的 2 需要 对于达到 40m 起升高度的塔机塔身宜采用两种不同规格的塔身标准节 而起升 高度达到 60m 的塔机塔身宜采用 3 种不同规格的塔身标准节 除伸缩式塔身结构和中 央顶升式自升塔机的内塔外 塔身结构上 下的外形尺寸均保持不变 但下部塔身结 构的主弦杆截面则须予以加大 塔身的主弦杆可以是角钢 角钢拼焊方钢管 无缝钢管式实心圆钢 取决于 3 塔身的起重能力 供货条件 经济效益以及开发系列产品的规划和需要 塔身节内必须设置爬梯 以便司机及机工可以上下 在设计塔身标准节 特 4 别是在设计拼装式塔身标准节时 要处理好爬梯与塔身的关系 以保证使用安全及安 装便利 7 转台装置 转台是一个直接坐在回转支承 转盘 上的承上启下的支撑结构 上回转自升式塔机的转台多采用型钢和钢板组焊成的工字型断面环梁结构 它支 撑着塔顶结构和回转塔架 并通过回转支承及承座将上部载荷下传给塔身结构 8 附着装置 附着装置由一套附着框架 四套顶杆和三根撑杆组成 通过它们将起重机塔身的 7 中间节段锚固在建筑物上 以增加塔身的刚度和整体稳定性 撑杆的长度可以调整 以满足塔身中心线到建筑物的距离限制 塔身附着装置是用角钢对焊组合成的附着框架 由螺栓联接成框形 包箍于塔身 标准的外表面 在附着框架下方的塔身主弦杆上分别固定一个小抱箍 以支持附着框 架的重量 再由三根可伸缩调整的附着撑杆 通过销轴把该框架与建筑物连接 使塔 机在规定高度与建筑物附着 附着装置如图 6 所示 图 6 附着装置 Fig 6 Attached Member 2 2 2 工作机构 工作机构是为实现起重机不同的运动要求而设置的 对于自升式塔式起重机 主 要包括起升机构 回转机构 变幅机构和顶升机构 依靠这些机构完成起吊重物 运 送重物到指定地点并安装就位三项运动在内的吊装作业 1 起升机构 起升机构是塔式起重机使用频繁而又最重要的工作机构 它主要由电动机 减速 机 卷筒和制动器 钢丝绳 滑轮组和吊钩等组成 为了提高起重机的工作效率和安 全可靠性 要求起升机构具有适合的调速性能 1 起升机构的驱动方式 本设计选用多速电机起升机构 这种起升机构特点是 结构简单 运行可靠 成 本低 维护工作量小 并且可以带载变速 但在变换极速时 速度冲击和电流冲击都 比较大 故只适用与小容量的电机 2 起升机构的减速器 起升机构采用的减速器通常有以下几种 圆柱齿轮减速器 涡轮减速器 行星齿 轮减速器等 圆柱齿轮减速器效率高 功率范围大 使用普遍 但体积大 蜗轮减速 器的尺寸小 传动比大 重量轻 但效率低 寿命短 行星齿轮减速器包括摆线针轮 8 行星减速器和少齿差行星减速器 具有结构紧凑 传动比大 重量轻等特点 但价格 较贵 比较上述性能 选用圆柱齿轮减速器 3 起升机构的制动器 起升机构的制动器可布置在高速轴上 也可布置在低速轴上 制动器布置在高速 轴上时 所需制动力矩小 但制动时冲击较大 通常采用块式制动器 布置在低速轴 上的制动器 所需制动力矩较大 通常采用带式制动器或点盘式制动器 本设计将制 动器布置在高速轴上 采用块式制动器 4 滑轮组倍率 在起升机构中 滑轮倍率装置是为了使起升机构的起重能力提高一倍 而起升速 度会降低一倍 这样起升机构能够更加灵活地满足施工的需要 塔式起重机一般都为 单联滑轮组 故倍率 a 等于承载分支数 Z 起升速度有 6 种 见表 1 表 1 起升特性参数表 Table 1 Hoisting characteristic parameter table 倍率 a 2a 4 起重量 t 空勾 2 20 188 4 4 速度 m min 92 61 14 30 20 4 5 四倍率与二倍率转化方便 快捷 起升机构钢丝绳缠绕示意图及倍率转换如图 7 所示 1 起升卷筒 2 塔顶滑轮 3 起重量限制器滑轮 4 载重小车 5 臂端固定点 6 上滑轮 7 吊钩滑轮组 图 7 起升机构钢丝绳缠绕示意图 Fig7 Wire rope winding hoist 9 变换倍率的方法如下 将上滑轮 6 用销轴与吊钩滑轮组 7 的两滑轮的杆交点连接 起来 此时即为四倍率状态 拔出销子 上滑轮 6 上升到载重小车 4 处固定后 就变 为二倍率状态 2 变幅机构 变幅机构是实现改变幅度的工作机构 用来扩大起重机的工作范围 提高起重机 的生产率 变幅机构由电动机 减速器 卷筒和制动器组成 功率和外形尺寸较小 变幅机构按其构造和不同的变幅方式分为运行小车式和吊臂俯仰式 此次设计的 QTZ40 型塔式起重机采用水平臂小车变幅 实现小车的水平移动 按 照小车沿吊臂弦杆行走方式 本次设计选用多速电机变幅机构 它是由一台双速电动机 型号为112M8 4 D Y B3 制动器的联轴节至摆线针轮减速机驱动卷筒 卷筒两端都固定有变幅钢丝绳的端 头 无论变幅小车走到最外端或最里端 卷筒的放绳端都应有 3 4 圈的钢丝绳未放 完 在放出和卷回的两根钢丝绳之间的卷筒上 应保留有 3 4 圈钢丝绳的光卷筒 当工作一段时间 钢丝绳被拉长而挠度过大时 可用变幅小车的螺栓将钢丝绳收紧 变幅机构及钢丝绳缠绕方式如图 8 所示 变幅机构简图 1 变幅卷筒 2 摆线针轮减速机 3 制动器 4 电动机 图 8 变幅机构及钢丝绳缠绕简图 Fig8 Luffing mechanism and the steel wire rope winding diagram 10 2 3 总体设计原则 2 3 1 整机工作级别 塔式起重机的工作级别与它的利用等级 工作频繁程度 和载荷状态 受载荷 的轻重和频繁程度 有关 根据使用状态由 GB T 13752 92 塔式起重机设计规范 选取本次设计的 QTZ40 自升式建筑用塔机的利用等级为 U4 载荷状态为 Q2 起升等级为 HC2 工作级别为 A4 名 义载荷谱系数 Kf 0 25 2 3 2 机构工作级别 根据 GB T 13752 92 塔式起重机设计规范 规定 机构的工作级别按机构的利用等级和载荷状态分为六级 M1 M6 机构的利用等级按机构工作总时间分为六级 T1 T6 机构工作总时间规定为机 构在设计寿命期内处于运转的总小时数 它仅作为机构零件的设计基础 而不能视为 保用期 机构的载荷状态表明机构受载的轻重程度 按载荷谱系数分为三级 L1 L3 由塔式起重机使用手册 P31 表 2 3 1 及 GB T 13752 92 塔式起重机设计规范 附录 L 表 L1 取定起升机构 回转机构 变幅机构 顶升机构的工作级别如表 2 所示 表 2 工作机构级别 Table 2 Work organization level 起升机构 回转机构变幅机构 顶升机构 Kf 0 25 Kf 0 50 Kf 0 25 Kf 0 25 T4 L2 M4 T4 L3 M3T3 L2 M3 T1 L2 M1 2 3 2 主要技术性能参数 1 额定起重力矩 40tm 2 最大起重力矩 45 4tm 3 最大起重量 4t 4 起升高度 固定式 30m 附着式 100m 5 工作幅度 Rmax 42m Rmin 2 5m 6 小车运行速度 38m min 19m min 7 顶升速度 0 63 m min 11 3 起升机构的设计和计算 3 1 起升机构的形式 从起升机构的组成布置形式来看 大体可分为 形布置 L 形布置 U 形布置 一 字布置 各种形式的示意图如图 12 所示 1 形布置 2 L 形布置 3 U 形布置 4 一字布置 图 9 起升机构的形式示意图 Fig9 Schematic diagram in the form of lifting mechanism 1 形布置 形布置是最传统的布置 也是使用最多的布置形式 其优点是可以使用普通的 5 轴承座 4 卷筒 3 电机2 制动器1 减速器 5 电机 4 制动器 3 减速器 2 卷筒 1 轴承座 4 锥齿减速机 2 锥齿减速机 3 差动卷筒 5 带制动器电机1 带制动器电机 4 轴承座 3 卷筒 2 嵌套轴式减速器1 制动器 12 圆柱齿轮减速器 有大批量生产供货来源 成本低 但其最大的缺点是电机与卷筒平 行 减速机的中心距限制了卷筒的直径 局部改进的办法是增加中间轴 2 L 形布置 L 形布置的传动路线必须有 90 度的折转 也就是卷筒轴线与电机轴线成 90 度 这样就避免了电机与卷筒的干涉 卷筒直径可以加大 做成大而短的卷筒 可以克服 形布置的缺点 这是 L 形布置的主要优点 但电动机 制动器 减速机都在卷筒的同 一侧 如要卷筒对中 单边受载比较严重 对平衡臂受载不利 3 U 形布置 U 形布置指的是两台立式电机的轴线沿铅直方向 经过两对螺旋伞齿轮 带动水 平轴旋转 该两水平轴从卷筒两端插入到卷筒内 带动行星差动减速器运动 最后由 行星减速器的内齿轮带动卷筒旋转 这种起升机构的优点是结构比较对称 卷筒可以 做大 变速较平稳 可靠性好 但制造要求高 装配复杂 成本高 适合于功率比较 大的塔式起重机 4 一字布置 一字布置是由一根输入轴和输出轴相嵌套的特种减速机 电机和减速机 制动器 分别布置在卷筒两端 电机的输出轴通过传动套和联接轴带动输入轴 减速后输出轴 直接带动卷筒旋转 这种布置形式 重量比较对称 卷筒不受干涉 可以作的大而短 但其总长度较长 底架长度超出平衡臂宽度 综合考虑 本设计采用 形布置 3 2 确定起升机构滑轮组倍率 起升机构滑轮组倍率的选择直接影响整个机构的设计 起升机构中常采用省力滑 轮组 起升钢丝绳的拉力与倍率直接有关 当起重量一定时 选择大的倍率可降低钢 丝绳中拉力 从而使滑轮和卷筒尺寸减小 获得较紧凑的机构尺寸 此外 倍率的增 大将降低整个滑轮组的效率 并使起升机构的空钩难于下降 通常起升机构的倍率与 额定起重量有一定关系 当 Q 3t 时 选 a 2 当 Q 6t 时 选 a 4 3 3 钢丝绳的选择 3 3 1 钢丝绳的选择包括钢丝绳的结构型式的选择和钢丝绳直径的确定 1 根据钢丝绳中钢丝与钢丝的接触状态不同可分为 1 点接触绳 其特点是接触应力高 表面粗糙 易破断 使用寿命低 但制造工 13 艺简单 价格低 2 线接触绳 其特点是钢丝绳挠性好 承载能力大 磨性好 使用寿命长 在起 重机中应当予以优先选用 3 点线接触绳 这是一种混合结构的钢丝绳 4 面接触绳 多用于缆绳起重机与架空索道 不宜用作起重绳 综合各种类型钢丝绳的优缺点 选择线接触绳 2 确定钢丝绳的直径 用选择系数 C 来确定钢丝绳的直径 D mm 1 7 10 5 114181 0 SCd 式中 C 选择系数 由 起重机设计手册 表 3 1 2 取 C 0 1 S 钢丝绳最大工作静拉力 N 按下式计算 钢丝绳的最大静拉力 s 式中 Q 起升载荷 Q Q0 q 由 起重机设计手册 表 2 2 2 取 0 q 2 Q 21 QNQ399848 94000 102 0 其中 a 滑轮组的倍率 a 4 滑轮效率 由 起重机设计手册 表 3 2 11 选取 当 a 4 时 z 97 0 z 导向滑轮效率 由 起重机设计手册 表 2 2 3 选取 12 95 0 21 n n 由 起重机设计手册 表 3 1 1 选取钢丝绳型号为 6x 19 10 102 右交 3 校验 破坏力 NFF b 9690085 0114000 破断拉力 NsnF5 57092 5 114185 0 可得 即校验通过 F F 0 3 4 确定卷筒的尺寸 3 4 1 卷筒的名义直径 D 3 18711 118 1 ded 式中 D 卷筒名义直径 d 钢丝绳直径 d 11 mm 5 11418 95 0 95 0 1 97 04 399841 21 nnnz a Q s 2 14 e 筒绳直径比 由 起重机设计手册 表 3 3 2 选取 取 e 18 为了避免卷筒的长度太长 初取 D 250mm 绳槽半径 mmdR05 6 1155 0 56 0 53 0 绳槽深度 mmdh3 3113 0 4 0 25 0 绳槽节距 mmmmdp14311 4 2 卷筒计算直径 mmdDD26111250 0 铸造卷筒壁厚 mmd11 3 4 2 多层绕卷筒相关参数计算 1 卷筒面上钢丝绳卷绕圈数 取 Z 55 圈 式中 n 卷绕层数 一般取 n 3 6 取 n 4 安全圈数 取 0 Z 0 3 Z 2 卷筒长度 mmzdL66611551 11 1 3 绕绳量 4321 DDDDzl 327305283261 14 360 117614 360 mm360222 4 卷筒转速 D van 中 min r3 120 36014 3 1000344 3 5 选择电动机 3 5 1 计算电动机的净功率 式中 Q V 起升载荷及起升速度 V 20m min NqQQ39984 0 机构总效率 按下式计算 cdtz 其中 滑轮总效率 见 3 表 3 2 10 取 z 圈8 54 114250 414 3 26114 3341050 3 00 ndDn DZHm z 93 0 95 0 95 0 97 0 100060 2039984 100060 n vQ p j 16 37KW 4 5 15 97 0 z 导向滑轮效率 见表 2 2 3 取 d 95 0 d 卷筒效率 t 95 0 dz 传动效率 见表 2 2 4 取 c 93 0 z 3 5 2 选择电动机功率 根据机构级别工作级别 作业特点以及电动机的工作特性 同时为了满足电动机 起动和不过热要求 所选电动 机的额定功应满足下式 式中 G 稳态负载平均系数 见 起重机设 计手册 表 2 2 5 取 G 0 8 Q V 同上 故选择多速三相异步电动机 根据 3 表 5 1 13 选取型号为 YZR200L 6 964r min 22KW 3 6 计算传动比 确定卷筒直径 圆整得 i 9 由公式 得 601000 vQ GPJG 03 8 120 964 n 筒 电 n i n n i 筒 电 D va n 0 mmD3 404 9 964 14 3 1000344 0 kwG p j 096 1337 168 0 6 7 16 即卷筒实际直径 mmdDD371334043 0 卷筒的实际转速 Dvan 37114 3 1000344 116 7r min 3 7 校验卷筒 根据 5 P55 式 3 18 验算 由于 这时弯曲和扭转应力很小 其合成应力 3LD 一般不超过压应力的 10 15 一般忽略不计 因此只计算压应力 压应力 压 式中 A 多层卷绕系数 根据 5 P56 表 3 4 来选取 n 4 所以取 A 2 25 p 绳槽节距 p 14mm 卷筒壁厚 mmd11 抗压强度极限 为抗压强度极限 压 bc 总上计算可得 所以卷筒满足条件 压压 3 8 选择滑轮 滑轮可以支撑钢丝绳 并能改变钢丝绳的走向 平衡钢丝绳分支的拉力 组成滑 轮组 达到省力或增速的目的 滑轮的最小直径据 5 P43 式 3 1 来计算 mmdhD2201120 min 式中 按钢丝绳中心计算的的滑轮直径 min D d 钢丝绳的直径 h 轮绳直径比系数 与机构工作级别和 钢丝绳结构有关 按 3 表 3 2 1 取 h 20 根据 起重机设计手册 表 3 2 6 选 MC 尼龙滑轮 型号是 LGS6 0 225 100 60 绳槽测标的倾斜角 取为 20 度 C MP p S A 8 166 1411 5 11418 25 2 max 压 8 17 滑轮工作直径为 mmdDD23611225 1 滑轮槽深为 允许偏角 符合要求 满足得 00 6 43 5 3 9 选择减速器 制动器 联轴器 3 9 1 选择减速器 选用标准型号的减速器时 其总设计寿命一般应与它所在机构的利用等级相符合 一般情况下 可根据传动比 输入轴的转速 工作级别和电动机的额定功率来选择减 速器的具体型号并使减速器的许用功率 P 满足下式 11 KWPKP n 33225 1 式中 在基准接电持续率时的电动机额定功率 KW Pn K 选用系数 根据减速器的型号和使用场合确定 取 K 1 5 根据起升机构的传动比 再综合考虑布置限制 选择 QJR 236 9 CW 型减速7 i 器 图形参考 6 P18 25 3 9 2 起升机构制动器的选择 起升机构的制动器要求可靠耐用 因为制动性能的好坏直接影响安全和就位准确 性 大体有以下几种形式 1 电磁抱闸 是由弹簧力紧锁闸瓦 抱住制动轮 电 1 磁线圈通电 弹簧压缩 松开闸瓦 让电机旋转 这种制动器用途最广 但是随着起重量的增加 已经适应不 了要求 可靠性降低 2 电力液压推杆制动器 是用一个很小的电液泵带动一推杆来压缩弹簧 代替 上面所述电磁铁的作用 以松开闸瓦 其它部分还是抱闸结构 但是它的力量和行程 比电磁铁大 所以使用范围大 工作可靠 3 盘式制动器 是一种由电磁铁控制的圆盘形端面摩擦制动器 常常装在电动 机尾部 不再要制动轮 它结构紧凑 但是制动轮力矩小 而且易磨损 在垂直提升 0927 0 38 16 236 1 20tan 1 tan tan 0 1 K D mms20 2 225265 9 38 16 20sin1 5 520 20sin1 2 00 dSK 10 18 的起升机构上往往不适应 容易打滑 4 锥形转子电机制动器 它是锥形转子的电机特有的功能 其尾部带有一个梯 形截面的制动盘 当断电时 靠弹簧力推动转子轴向移动 梯形盘斜边锥面产生制动 当通电时电机电磁力自动压缩弹簧 使制动盘离开制动面 解除制动 它不需要另加 电磁线圈 而且制动力矩比平面的盘式制动器好 一般用于小的起升机构 起升机构制动器的制动转矩必须大于由货物产生的静转矩 在货物处于悬吊状态 时具有足够的安全裕度 制动转矩应满足下式要求 mn ai nQD KTZZ 293 742 83 0 28239984 75 1 2 0 式中 制动器制动转矩 N m z T 制动安全系数 与机构重要程度和机构工作级别有关 由 起重机设计 z K 手册 表 2 2 7 取 1 75 z K Q 额定起升载荷 N D0 卷筒卷绕直径 mm a 滑轮组倍率 机构总效率 i 传动机构传动比 综上所述 选择电力液压块式制动器 根据 3 P316 表 3 7 16 和表 3 7 17 选择 型号 YWZ 300 45 16 制动力矩是 制动瓦退距是 1 25mm 制动轮直mN 630 400 径是 315mm 3 9 3 起升机构联轴器的选择 在起升机构上 有输入联轴器和输出联轴器两种不同形式 分别接在减速器的输 入轴和输出轴上 1 输入联轴器 输入联轴器转速高 传递的力矩较小 但起动时常受冲击 所以也必须 有足够 的强度 通常用的有弹性柱销式联轴器 这种联轴器简单 用的也多 但毛病也多 主要是弹性橡胶圈很容易损坏 在起升机构中用的较多是梅花形联轴器 它是由两个 联轴节里嵌入尼龙作的一个梅花形传动块 即能受冲击 也没有多大的声响 综上所述 选择弹性柱销式联轴器 2 输出联轴器 输出轴联轴器转速低 传动的力矩大 在起升机构中常用的有齿轮联轴器 它是 由内外齿轮它的应用较普遍 另一种是十字滑块联轴器 它是在两个联轴相嵌套来传 12 19 递力矩 又能略微调节轴线方位角 节之间加一个盘式十字滑块 既传递力矩 又吸 收微小的不同心 综上所述 选择齿轮联轴器 依据所传递的扭矩 转速和被联接的轴径等参数选择联轴器规格 起升机构中的 联轴器应满足下式要求 式中 T 所传扭矩的计算值 N m Tmax 按载荷计算的轴传最大扭矩 对高速轴 mNTT nM 442 1 21063 2 8 0 8 07 0 max 在此 为电动机转矩允许过载倍数 Tn 为电动机额定转矩 M 其中 P 为电动机额定功率 kw n 为转速 r min 对低速轴 mNTT j 6 26971575 0 5 114185 1 2max 在此为起升载荷动载荷系数 取 Tj 为钢丝绳最大静拉力作用于卷筒 2 2 1 5 的扭矩 N m T 联轴器许用扭矩 N m 由 手册 或产品目录中查得 K1 联轴器重要程度系数 对起升机构 K1 1 8 由 手册 表 3 12 2 选取 K3 角度偏差系数 选用齿轮联轴器时其值见 手册 表 3 12 4 低速 轴 K3 1 25 对于高速轴取 K3 1 对于高速轴 max31 TkkT mN 6 79544218 1 查 3 P450 表 3 12 9 选用弹性套柱销联轴器 型号 TL9 许用扭矩是 mN 1000 对于低速轴 max31 TkkT mN 6 6069 6 269725 18 1 查 3 表 3 12 7 选用齿轮销联轴器 型号 CLZ6 许用扭矩是 11200 max31 TT Tkk mNmN n p Tn 1 210 1000 22 9550 9550 13 20 N m 3 10 电动机及起升机构起 制动时间校验 3 10 1 电动机校验 1 电动机过载能力校验 起升机构要求电动机有电压损失 最大转矩允差时 可起吊 1 25 倍的额定起重 量 故电动机的额定功率应符合下式要求 以便保证足够的过载能 式中 PJC 在基准接电持续率时电动机额定功率 KW 电机台数 取 1 电动机的允许过载倍数 由 手册 表 5 1 2 选取 取 2 63 M M H 考虑电压降低及转矩允差以及静载试验超载系数 绕线异步电动机取 H 2 1 因为 PJC 22 KW 故 22KW 11 11KW 校验通过 2 电动机发热验算 根据 GB T13752 92 推荐方法进行计算 式中 电动机额定功率 其工作制为 S3 接电持续率 JC 与实际机构的值 JC P 相同 KW 由前面可知 PJC 22KW 电动机额定转速 r min m n 传动机构总效率 一般取 0 820 85 0 83故取 KZ 系数 取 KZ 0 85 Tre 起升机构最不利工作循环的等效平均阻力矩 Nm 可按下式计算 mNKTT Gjre 8 1456 0243 kw071 13 37 1663 2 1 2 KW9 20 1000 vQH P M jc z mre jc K nT P 9550 85 083 09550 9648 145 14 21 其中 起升机构静阻力矩 可按下式计算 j T 式中 Q 额定起升载荷 N D0 卷筒计算直径 m a 滑轮倍率 卷筒至电动机轴传动比 i 机构总效率 取 0 83 系数 起升 变幅 运行机构一般 G K 总上可知 22KW 20 9KW 故验算通过 3 10 2 起升机构起 制动时间验算 起升机构起动和制动时 会产生加速度和惯性力 如起动和制动时间过长 加速 度小 会影响起重机的生产率 如起动和制动时间过短 加速度太大 会给金属结构 和传动部件施加很大的动载荷 因此 必须把起动与制动时间控制在一定范围内 1 起动时间验算 16 S TT Jn t jq q 88 1 243348 55 9 953 1964 55 9 式中 n 电动机额定转速 r min Tq 电动机平均起动转矩 N m 由 起重 机设计手册 表 2 2 8 选取 取 Tq 1 5 1 8 Tn 其中 mN n p Tn 218 964 22 9550 可得mNTq 8 3482186 1 Tj 电动机静阻力矩 按下式计算 mN mi DQ T o j 243 2 J 机构运动质量换算到电动机轴上的总转动惯量 kg m2 按下 式计算 22 2 0 40 15 1 im DQ JJJ ed mN ain QD TJ 243 83 0 742 39984282 2 0 15 22 其中 Jd 电动机转子的转动惯量 kg m2 在电动 机样本中查取 取 2 352 0mkgJd Je 制动轮 0 6 和联轴器 0 64 的转动惯量 kg m2 2 mKg 2 mKg tq 推荐起动时间 由 3 表 2 2 9 选取 tq 1 2 5S 总上可得 1 88S 1 2 5S 故符合要求 2 制动时间验算 制动时间长短与起重机作业条件有关 满载下降制动时 243400 55 9 953 1 4 1060 55 9 jz z TT Jn t 5 2 1 38 1 StS q 式中 满载下降时电动机转速 r min n 通常取mNnn 4 10609641 11 1 Tz 制动器制动转矩 N m 满载下降时制动轴静转矩 N m 按下式计算 j T mN mi DQ T o j 243 2 下降时换算到电动机轴上的机构总传动惯量 kg m2 按下式计算 J 2 22 2 0 953 1 40 15 1 mkg im DQ JJJ ed tz 推荐制动时间 S 可取 tz tq 1 3S 总上可见 制动器制动时间符合要求 4 吊钩组的设计 4 1 吊钩组的形式 吊钩组是起重机上应用最广的一种取物装置 它由吊钩 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 短钩型吊钩组吊钩横梁位于滑轮轴下方 吊钩自杆部分较短 滑轮组轴轴向尺寸 2 953 1 122 0 831 1mkg 23 较小 钢丝绳分支数的偶奇不受限制 应用最多 缺点是整体高度尺寸较大 长钩型吊钩组吊钩直杆部分较长 滑轮轴和吊钩横梁成为一体 整体高度尺寸较 小 但滑轮组轴向尺寸较大 钢丝绳分支数限为偶数 还有一种通过部分滑轮轴心的固定 倍率可变的吊钩组 综合考虑 选用倍率可变的吊钩组 4 2 吊钩的形式 吊钩有单钩 C 型钩 双钩 片式钩等类型 单钩多用于中小型起重机 双钩受力条件较好 钩体料能充分利用 用于起重量 较大的起重机 C 型钩常用于船舶装卸 上部突出可防止起升时挂住舱口 吊钩钩身的截面形状有圆形 矩形 梯形 T 字形等 其中 T 字型截面最合理 但工艺复杂 圆型截面用于小型吊钩 一般吊钩均为带圆弧角的梯形截面 吊钩常用模锻制造 钩的头部具有直柄开有螺纹 在大起重量或吊运高温物料的 冶金起重机上采用由多片钢板铆合 并在钩口上设置护垫的片式吊钩 它不会整体断 裂 工作安全 可靠性较好 个别板片可以更换 片式钩只能制成截面 钩体材料不 能充分利用 自重较大 片式吊钩的头部长制有环眼 为防止系物绳自动脱钩 可在 吊钩上加装安全闭锁装置 综上所述 吊钩采用单钩形式 钩身的截面形状为带有圆弧角的梯形截面 吊钩 采用模锻制造 材料为 20Mn 4 3 吊钩计算 1 吊钩主要尺寸 1 钩孔直径 17 mmQD6502 23208 4 32 50 30 式中 Q 额定起重量 t 08 4 02 1 4 Q 图 14 吊钩钩身简图 l2 h h l2 D S 24 Fig14 Hook hook body diagram 2 其它尺寸 mm 5 32655 05 0 mm 143652 2h5 22 mm 75 486575 0 SD75 0 S mm70h2 1 0 1h D 22 11 lhl ll 得由 得 由 得由 得由 2 锻造吊钩的强度计算 根据起重量和起升机构工作级别从 起重机设计手册 表 3 4 2 中选择 LMD5 M 型吊钩 参考 3 P248 图 3 4 7 钩身主弯曲截面 水平截面 A A 最危险 截面 A A 中 内外 侧边界最大应力应满足以下条件 18 MPaMPa eRKF Qe AA 82 201152 3065 1 02298 3008 4 10 1 内 19 MPaMPa eRKF e AA 82 20164 67 4065 1 02298 4008 4 Q 20 2 外 其中 e1 截面 A A 形心至截面内边的距离 mm e2 截面 A A 形心至截面外边的距离 mm R0 截面形心轴线至曲率中心点距离 mm FA 截面 A A 的面积 KA 截面 A A 的形状系数 由于吊钩截面形状是带圆弧的梯形截面 故由 起重机设计手册 表 3 4 6 可得 70mmDh 9 4667 0 1 mmhb 76 184 0 12 mmbb 30 3 70 76 18 9 46 76 182 9 46 3 2 21 21 1 mm h bb bb e 403070 12 mmehe 25 10 0 A K MPa mm D eR mm hbb F s A 82 201 65 1 333 65 1 743