工程起重机械 第5章_起升机构

第五章 起升机构2007年11月,主讲教师:楼力律,欢迎对本课程提出宝贵意见,第5章 起升机构,本章我们将要学习的内容 起升机构的组成和典型形式电动起升机构的计算,第5章 起升机构,第一节 起升机构的组成和典型形式,第1节 起升机构的组成和典型形式,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、卷简、定滑轮和动滑轮。取物装得有吊钩、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。,第1节 起升机构的组成和典型形式,1.起升机构的组成,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换向，这种驱动方式调理困难，操纵麻烦，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。,第1节 起升机构的组成和典型形式,1.起升机构的组成,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，调理性能好，但获得直流电源较为困难。在大型的工程超重机上，常采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故广泛采用。,第1节 起升机构的组成和典型形式,1.起升机构的组成,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，运转乎稳操作方便，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。,第1节 起升机构的组成和典型形式,2.设计起升机构的主要参数,设计起升机构时需给定的主要参数育：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。一股情况下当起重量超过10吨，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，明以起吊较轻的货物或作辅助性工作，提高工作效率。,第1节 起升机构的组成和典型形式,2.设计起升机构的主要参数,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、小起重量的起至机选用高速以提高生产幸；大起重量的起重机选用低速以降低驱动功率，提高工作的乎稳性和安全性。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近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牢除适当提高起升速度外。还可备有空载快速升降功能。各类起重机常用起升速度可参见下表。,第1节 起升机构的组成和典型形式,2.设计起升机构的主要参数,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.1驱动装置布置方式,3.1.1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。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.1.1.1吊钩起重机,起升机构的基本驱动型式,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.1.1.1吊钩起重机,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。按图中的点划线选择布置,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.1.1.1吊钩起重机,当需设主、副两个起升机构时，布置方式见图，也有采用电动葫芦作为副起升机构，可使布置更加紧凑。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.1.1.1吊钩起重机,大起重量的起升机构，由于起升速度较慢，减速器传动比较大，也有采用在减速器输出端加一级开式齿轮的方式，见图,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.1.1.1吊钩起重机,起重量超过l00t的大型起重机也可采用图示的布置方式,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.1.1.1吊钩起重机,慢速起升机构采用一台减速器其传动比已不满足要求时，可采用如图的方式,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.1.1.1吊钩起重机,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。为了减轻和简化这佯的小车架，可采用带有制动器的电动机，并将其直接套装在减速器上，通过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，此外还可将定滑轮安装在卷筒上，并是卷筒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，见图示。但这种方案只适用于中小吨位的起重机。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.1.1.1吊钩起重机,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.1.1.2电磁起重机（略）3.1.1.2抓斗起重机（略）3.1.1.3大起重量起升机构如图所示起重量 1400吨浮式起重机的主起升机构，由4个电动机、4个卷筒、两套传动装置组成。图中所示为起升机构的一半。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.1驱动装置布置方式,3.1.2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，如图所示。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。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.1.2同轴线布置,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.1.2同轴线布置,电动葫芦是一种常见的轻小型起重设备在工厂车间、仓库等处广泛应用。电动葫芦是电动机与卷筒同轴线布置的又一典型实例见图。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.2 钢丝绳卷筒系统,卷绕系统是传动系统的一部分，由挠性元件(钢丝绳或链条)、导向和贮存元件(滑轮和卷筒)组成。它将旋转运动改变成直线运动，起着运动形式的转换和能量的传递作用。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.2.1 卷绕系统典型型式,图示是臂架类型起重机上采用的起升钢丝绳特殊卷绕系统，用来补偿门座起重机臂架变幅时起吊物品高度位置的变化。在图(a)所示方案中，变幅时因臂架头部滑轮组的轴线A-A与立柱头部滑轮组轴线B-B的距离变化使钢丝绳放出或收进，由此使物品作近似水平移动，在(b)所示方案中，起升钢丝绳由起升卷筒1引出，经过吊钩滑轮组后其末端引向与变幅卷筒2一起旋转的起升绳锥形补偿卷筒3上。变幅时物品高度保持不变是由锥形卷筒来实现的。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.2.1 卷绕系统典型型式,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.2.1 卷绕系统典型型式,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。出现反向弯折时可加大滑轮直径、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。设计起升机构时，应根据具体情况合理选择滑轮组的倍率。倍率大，则钢丝绳的拉力减小，钢丝绳直径、滑轮和卷筒曲直径减小减速器的减速比也相应减小,但钢丝绳长度和卷简长度增加，钢丝绳的磨损增加。一般情况下，小起重量的起重机选用较小倍率，以与较高的起升速度相匹配；大起重量的起重机选用较大的倍率减小重物的升降速度同时避免采用过粗的钢丝绳，起升高度很大时，宜选较小的倍率，以免卷筒过长。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.2.2 大起升高度卷绕系统,当桥架类型起重机起升高度超过20m、臂架类型起重机起升高度超过40m时钢丝绳卷绕系统一股要特殊考虑采取合适的方案。,3.2.2.1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。,3.2.2.2 减小滑轮组倍率此方案简单可行。适当减小倍率能减小钢丝绳在卷筒上的绕绳量，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，有定的使用局限性。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.2.2.3 普通双层卷绕,如图所示，将钢丝绳端固定于卷筒中部起升即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度，否则第二层钢丝绳排列不整齐，磨损也厉害，适用于不顾繁使用的场合。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.2.2.4双卷筒卷绕如图所示，由两个卷筒同时卷绕，可使起升高度增加一倍，但机构的外形尺寸较大。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.2.2.5同向双层卷绕如图所示，卷绕在卷筒上的内层钢丝绳作为外层钢丝绳的导槽，内外层钢丝纪同时卷绕(图a)。这种方案钢丝绳排列整齐，磨损慢，效果较好。为避免钢丝绳相碰，两固定滑轮需错开一个距离(图b)。这种方案内于滑轮倍率减小，使卷筒受力增加减速器速比也要增大。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.3 机械变速方案,有些场合要求起重机构有一定的调速范围如安装作业中遇到安装精度较高的重要部件，要求有微动升降和准确定位的挡位；铸造工序要求微动下降便于抬箱。大起升高度的装卸、安装用起重机常要求空钩能快速下降，以提高工作效率。热处理车间的淬火工序要求能快速地把加热过的工件投入油池等等。上述各种工作场合都对起重机起升机构的驱动装置提出变速要求。,第1节 起升机构的组成和典型形式,3.电动起升机构的典型形式,3.3 机械变速方案,常用的变速方法分电气调速和机械变速两类。机械变速方法主要有以下几种方案变速齿轮箱方案；双电动机行星减速器方案；双电动机一行星联轴器方案；淬火起重机快速下降方案。以上部分略。,第1节 起升机构的组成和典型形式,4.液压起升机构的典型形式,液压起升机构主要用于汽车式、轮胎大、履带式和铁路起重机。某些液压传动的物料搬运机械(叉车、集装箱吊运机、升降台、液压电梯等)也使用液压起开机构、按照液压驱动装置的类型、液压起升机构分为高速液压马达驱动、低速大扭矩液压马达驱动和液压缸驱动三种型式。,第1节 起升机构的组成和典型形式,4.液压起升机构的典型形式,4.1高速液压马达驱动,这种型式的起升机构在液压起重机中应用最广这是因为高速液压马达多数能与液压泵互换工作可靠，成本低、寿命长,效率高，可以采用批量生产的减速器与其配套。 高速液压马达与普通圆柱齿轮减速器和卷筒成的起升机构液压马达和卷筒并列布置是中小吨位液压起重机最常见的机构型式。 行星齿轮减速器是近些年来国内外大吨位汽车和铁路起重机广泛应用的机构型式。行星齿轮减速器和多片盘式制动器置于卷筒内腔，卷筒与液压马达同轴线布置，结构紧凑。制动器、行星齿轮藏速器和台筒制成三合一总成，习称液压卷筒。使用时，只需配装液压马达即组成所需的起升机构。在我国，液压卷筒已有专业厂生产。,第1节 起升机构的组成和典型形式,4.液压起升机构的典型形式,4.1高速液压马达驱动,第1节 起升机构的组成和典型形式,4.液压起升机构的典型形式,4.1高速液压马达驱动,同一个液压马达驱动两个卷筒的起升机构见图。图(a)是双卷筒同轴布置，轴向尺寸长；图(b)是双卷筒并列布置增加了开式齿轮传动。由于卷筒通过操纵式离合器与传动轴联接，因此制动器必须装在卷筒上。操纵制动器松开离合器可以实现物品自由下降，提高作业效率。,第1节 起升机构的组成和典型形式,4.液压起升机构的典型形式,4.2 低速大扭矩液压马达驱动,低速大扭矩液压马达转速低输出扭矩大一般不需要减速传动装置。液压马达直接与卷筒联接，简化了机构传动和构造(图 a)。低速大扭矩液压马达的体积和重量比同功率的普通齿轮减速器小得多，当输出扭矩增大时，这一优点更加明显。因此，低速大扭矩液压马达适用于大起重量的起升机构。为了满足输出扭矩和转速的要求有时在液压马达和卷筒之间增加一级开式齿轮传动(图b)。,第1节 起升机构的组成和典型形式,4.液压起升机构的典型形式,4.2 低速大扭矩液压马达驱动,第1节 起升机构的组成和典型形式,4.液压起升机构的典型形式,4.3 液压缸驱动,液压缸作直线往复运动。液压缸驱动的起升机构有多种型式。最简单的是液压缸直立。直接顶升物品如液压电梯和培式起重机中的顶升机构液压缸行程和推力与被顶物品的重量和起升高度相等(不计摩擦阻力)。 图示是起升液压缸配增速滑轮组构成的起升机构。如活塞杆的行程为s，速度为v、则物品的起升高度和起升速度分别为as和av。在此a为滑轮组倍率。这种起升机构受液压缸行程限制、只用于起重量和起升高度都不大的场合。,第1节 起升机构的组成和典型形式,4.液压起升机构的典型形式,4.3 液压缸驱动,第1节 起升机构的组成和典型形式,4.液压起升机构的典型形式,4.3 液压缸驱动,图示是起升液压随和剪叉机构构成的起升机构升降台、它用于设备安装、房屋都电气检修、起重量可以从几十公斤至十余吨起升高度可超过10M。,第1节 起升机构的组成和典型形式,4.液压起升机构的典型形式,4.3 液压缸驱动,图2232是伸缩臂架变幅机构起着物品起升机构的作用，变幅液压缸驱使臂架摆动，物品随同臂架升降，物品运动轨迹为圆弧。臀架伸缩液压缸运动用以调整物品的工作幅度和起升高度。集装箱吊运机是采用这种型式的起升机构的代表。,第5章 起升机构,第二节 电动起升机构计算,第2节 电动及液压起升机构计算,起升机构的计算是在给定了设计参数，并将机构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(如电动机、减速器、制动器、联轴器钢丝绳等) ，非标准零部件根据需要作进一步的强度与刚度计算。起升机构的载荷特点是；(1)物品起升或下降时在驱动机构中由钢丝绳拉力产生的扭矩力向不变，即扭矩是单向作用的。(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，一船不超过静转矩的10。(3)机构起动或制动时，只有电动机输出轴到制动器之间的零件受较大的动载荷，齿轮传动相其他低速轴零件所受的动载荷不大。,第2节 电动及液压起升机构计算,1.电动起升机构运算,1.1钢丝绳与卷筒的选择1.1.1 钢丝绳计算采用单联滑轮组，钢丝绳的最大静拉力,采用双联滑轮组，钢丝绳的最大静拉力,钢丝绳直径按最大静拉力确定。,第2节 电动及液压起升机构计算,1.电动起升机构运算,1.1钢丝绳与卷筒的选择1.1.2 卷筒转速的计算单层卷绕卷筒转速nt 为,第2节 电动及液压起升机构计算,1.电动起升机构运算,1.2 选择电动机1.2.1计算电动机的静功率,Q 额定起升载荷(N）Q0 吊具自重(N）v 起升速度(m/s)h 机构传动效率,第2节 电动及液压起升机构计算,1.电动起升机构运算,1.2 选择电动机1.2.2计算电动机的功率 考虑超重机的类型、用途、机构工作级别和作业特点，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按满载起升计算所得的静功率Pj 应乘以稳态负载平均系数G，由此得到稳态平均功率按此功率选择JC值相一致的电动机功率。 除电动葫芦外。起重视的起升机构一般使用绕线型异步电动机。绕线型异步电动机的稳态平均功率为：,G 稳态负载平均系数,第2节 电动及液压起升机构计算,1.电动起升机构运算,1.2 选择电动机1.2.2计算电动机的功率,第2节 电动及液压起升机构计算,1.电动起升机构运算,1.2 选择电动机1.2.3 电动机过载能力校核起升机构电动机过载能力按下式进行校验：,P 在基准接电持续率时的电动机额定功率 （kW）；n 电动机台数；lM 电动机转矩的允许过载倍数；H 靠虑电压降及转矩允差以及静载试验的系数。,第2节 电动及液压起升机构计算,1.电动起升机构运算,1.3 选择减速器1.3.1减速器的传动比,起升机构的总传动比为,nd 电动机的额定转速 rpm 由产品目录中查得；n0 卷筒的转速 rpm,m 起升滑轮组的倍率；D0 卷筒的计算直径；(mm)v 起升速度；(m/min),第2节 电动及液压起升机构计算,1.电动起升机构运算,1.3 选择减速器1.3.2 标准减速器的选用,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。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：,第2节 电动及液压起升机构计算,1.电动起升机构运算,1.3 选择减速器1.3.3减速器的验算,减速器输出轴通过齿轮联结盘与卷筒相连时，输出轴及其轴端承受较大的短暂作用的扭矩和径向力，一般还需对此进行验算。,轴端最大径向力Fmax，按下式校验,第2节 电动及液压起升机构计算,1.电动起升机构运算,1.3 选择减速器 1.3.3减速器的验算,j2 起升载荷动载系数；S - 钢丝绳最大静拉力；(N)Gt 卷筒重量；(N)F 减速器输出端轴的允许最大径向载荷；(N),第2节 电动及液压起升机构计算,1.电动起升机构运算,1.3 选择减速器 1.3.3减速器的验算,基于起升机构载荷的特点，减速器输出轴承受的短暂最大扭矩应满足以下条件：,T : 钢丝绳最大