32-5t电动双梁桥式起重机小车运行机构设计【9张CAD图纸+PDF图】
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辽宁科技大学本科生毕业设计 第V页32/5t电动双梁桥式起重机小车运行机构设计摘要起重机的出现大大提高了人们的劳动效率，以前需要许多人花长时间才能搬动的大型物件现在用起重机就能轻易达到效果，尤其是在小范围的搬动过程中起重机的作用是相当明显的。在工厂的厂房内搬运大型零件或重型装置桥式起重机是不可获缺的。桥式起重机小车主要包括起升机构、小车架、小车运行机构、吊具等部分。其中的小车运行机构主要由电动机、减速器、主动轮组、从动轮组、传动轴、制动器和一些连接件组成，一般用来使起重机和小车作水平运动。本文首先论述了起重机的作用及在国内外的一些研究成果和发展动向，提出了本次设计的研究背景及研究的意义，其次，本次设计主要围绕小车运行机构进行的，对小车运行机构的各个部件进行计算并校核，以确保小车运行机构能正常运行并发挥作用。关键字：桥式起重机；小车；小车运行机构；车轮组32/5t electrically operated double beam bridge type hoist crane car movement organization designAbstractThe hoist crane appearance enhanced peoples labor efficiency greatly, before need many people the large-scale thing which spends the long time to be able to move can achieve the effect easily now with the hoist crane, moves in the process in the small scope the hoist crane function is quite obvious in particular.Transports the large-scale components or the heavy installment bridge type hoist crane in the factory workshop may not attain lacks. The bridge type hoist crane car mainly includes lifts the organization, the trolley frame, car parts and so on movement organization, hoisting mechanisms.Car movement organization mainly by the electric motor, the reduction gear, the driving pulley group, the driven wheel group, the drive shaft, the brake and some bridge pieces is composed, uses for to cause the hoist crane and the car generally makes the horizontal motion. This article first elaborated the hoist crane function and in the domestic and foreign some research results and the development trend, proposed this design research background and the research significance, next, this design main encompassment car movement organization carries on, carries on to car movement organization each part calculates and examines, guarantees the car movement organization to be able the normal operation and plays the role.Key words: Bridge type hoist crane; wheelbarrow; Car movement organization; Wheel group目录摘要IAbstractII1绪论11.1 选题背景11.2 起重机械的发展概况11.2.1 我国起重机械的发展概况11.2.2 起重机的特征和发展趋向21.3 起重机的概况42 方案设计52.1 起重机小车的构造52.2 设计的基本原则和要求62.3 起升机构的传动方案72.3.1闭式传动72.3.2开式传动82.4 小车运行机构的传动方案82.4.1、开式齿轮传动的方案82.4.2、闭式齿轮传动的方案93小车运行机构设计计算103.1 确定机构传动方案103.2 选择车轮与轨道并验算其强度103.2.1疲劳计算113.2.2强度校核123.3运行阻力计算123.4零部件选择及校核143.4.1 选择电动机143.4.2 验算电动机发热条件：143.4.3 选择减速器153.4.4 验算运行速度和实际所需功率153.4.5 验算起动条件163.4.6 按起动工况校核减速器功率173.4.7 验算起动不打滑条件183.5 选择制动器193.6 选择联轴器203.7 验算低速浮动轴强度：213.7.1 疲劳验算213.7.2静强度计算224 起升机构设计计算234.1 确定主起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组234.1.1 主起升机构234.1.2选择钢丝绳244.1.3确定滑轮主要尺寸254.1.4 确定卷筒尺寸并验算强度254.2确定副起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组274.2.1 副起升机构274.2.2选择钢丝绳274.2.3 确定滑轮组的主要尺寸284.2.4 确定卷筒尺寸并验算强度285主起升机构卷筒的计算325.1 卷筒心轴的计算325.1.1 支座反力325.1.2疲劳计算325.1.3静强度计算335.2选择轴承345.2.1大端轴承345.2.2右端轴承355.3绳端固定装置计算366 经济可行性分析386.1设备完好率与利用率386.2设备役龄386.3设备经济寿命的确定406.4机械购置成本41结论43致谢44参考资料45 辽宁科技大学本科生毕业设计 第47页1绪论1.1 选题背景起重机械的基本任务是垂直升降重物，并可兼使重物作短距离的水平移动，以满足重物装卸、转载、安装等作业的要求。起重机械是现代化生产必不可少的重要机械设备，它对于减轻繁重的体力劳动、提高劳动生产率和实现生产过程的机械化、自动化以及改善人民的物质、文化生活需要都具有重大的意义。起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门，可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。起重机械与运输机械发展到现在，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、劳动生产率的提高中，起重机械必将发挥更大的作用。1.2 起重机械的发展概况1.2.1 我国起重机械的发展概况起重机械和其它自然科学一样，是人类生产斗争经验的总结，它是随着人们的生产实践逐渐发展并不断丰富完善的。中华民族有着悠久的历史，我国古代人民在起重机械方面也有过伟大的发明和创造。公元前17651760年间，我国还处在奴隶社会的商朝时期，由于农业灌溉的需要，就已发明了桔槔，它就是由杠杆、对重和取物装置组成的简单的起重工具。公元前1100年发明了辘轳。它是由支架、卷筒、曲柄、绳索等组成的人力驱动的原始绞车。辘轳用卷筒的回转运动代替了杠杆的升降，因而加大了物品的起升高度，从而扩大了应用范围。解放前，由于长期受到帝国主义、封建势力和官僚资产阶级的黑暗统治，我国古代的科学技术未能得到继承、发展，不要讲自己设计制造新型的起重机械，就连最简单的起重工具大多也要靠国外进口。解放后，在中国共产党和人民政府的领导下，陆续在大连、上海建立了起重机械的专业工厂。1952年又在上海交通大学成立了我国第一个起重运输机械专业，培养专业技术人才。接着又成立了全国性起重运输机械的科研单位。目前起重运输机械在我国已发展成为包括科学研究、高等教育、设计制造的完整的专业体系；全国有数百家专业工厂生产着各式各样的起重运输机械产品。现在我国已能自行设计制造冶金用的350t铸造起重机、300t锻造起重机、350t液压脱锭起重机、水电站用的400t和500t坝顶门式起重机，造船用的200t门式起重机、160t门座起重机和新型80t圆筒形门座起重机，最大起重量达200t的全回转浮式起重机、起重力矩120tm的高层建筑用自升式塔式起重机和最大起重力矩已达300tm的电站设备安装用运行式塔式起重机等。1.2.2 起重机的特征和发展趋向1重点产品大型化、高速化、耐久化和专用化由于工业生产规模不断扩大，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，并对能耗和可靠性提出更高的要求。起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。起重机不但要好用，容易维护，操作方便，而且安全性要好，故障要少，平均无故障工作时间要长。2系列产品模块化、组合化、标准化和实用化许多起重机是成系列成批量的产品，采用系统多目标整体优化方法进行起重机系列设计已成为发展重点，通过全面考虑性能、成本、工艺、生产管理、制造批量和使用维护等多种因素对系列主参数进行合理匹配，以达到改善整机性能降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。3通用产品小型化、轻型化、简易化和多样化有相当批量的起重机是在一般的车间仓库使用，要求并不很高，工作并不十分繁重。如何提高这些起重机的适用性，降低制造成本，是市场竞争能否获胜的关键。考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，也可使整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价和使用维护费用。因此电动葫芦桥式起重机和轻型梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位一般用途桥式起重机。4产品性能自动化、智能化、集成化和高效化起重机的更新和发展，很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将自动化技术和机械传动技术相结合，将先进的微电子技术、电力电子技术、光缆通讯技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现自动化和半自动化。使起重机组成的物料搬运系统具有更高的柔性，以适应未来多批次少批量的柔性生产模式。5产品组合成套化、系统化、复合化和信息化在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，能与生产设备有机结合，能与生产系统协调配合。这类起重机自动化程度较高，具有信息处理功能，可将传感器检测出来的各种信息实施存贮、运算、逻辑判断、变换等处理加工，进而向执行机构发出控制指令。这类起重机还具有较好的信息输入输出接口，实现信息全部、准确、可靠地在整个物料搬运系统中的传输。6产品设计微机化、精确化、快速化和全面化随着电子计算机技术的广泛应用和系统工程、优化工程、价值工程、可靠性工程、创造工程和人机工程等现代设计理论的不断发展，促使许多跨学科的现代设计方法出现，使起重机的设计进入创新、高质量、高效率的新阶段。目前，计算机辅助设计(CAD)已逐步深入到设计的各个阶段和设计工作所涉及的各个领域。不仅能利用计算机运算速度快、计算精度高、存储信息量大和逻辑推理能力强等优点代替人工进行方案选择、计算分析与绘图，而且还能通过人机交互，最大限度地发挥设计人员的创造力和经验。7产品构造新型化、美观化、宜人化和综合化结构方面采用薄壁型材和异型钢，减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。桥式类型起重机桥架大多采用箱形四梁结构，主梁与端梁采用高强度螺栓联接，便于加工、运输与安装。8产品制造柔性化、灵捷化、精益化和规模化在激烈的市场竞争条件下，要提高起重机的市场占有率，确保起重机的高性能高质量，并不断推出新产品，生产企业必须具备市场变化的适应能力和快速反应能力。包括提高生产效率，提高和保持产品质量的一致性，降低生产成本，缩短生产周期，加速产品的更新换代等。1.3 起重机的概况桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒组和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮组；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮组各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。2 方案设计2.1 起重机小车的构造桥式起重机小车主要由起升机构、小车运行机构和小车架三部分所组成；另外，还有一些安全防护装置。我国制造的桥式起重机的小车（下图）具有下列特征：（1） 起升和运行机构由独立的部件构成。这些部件间采用补偿联轴器联系起来。齿轮联轴器补偿了转轴中心线的偏差和歪斜，这些偏差和歪斜因制造与安装不精确，以及小车架变形而发生部件间彼此位移所引起的。由于采用了分组的独立部件，因此使机构的装拆方便。（2） 在设计机构和小车架的时候，遵循“三化”（标准化、通用化和系列化的原则。这使得零部件的互换性得到了保证，大大地降低了制造维护起重机的费用，并使所需零部件和部件的备品量缩减到最少。）（3） 小车的车架用钢板焊接而成。在车架上焊有底板（垫板），电动机，减速器，制动器和可拆卸的轴承座等均安装在这种底板上。为了简化车架的加工，底板的加工面应尽量布置在同一水平面或垂直面上。（4） 起升机构和运行机构采用减速器式传动装置，仅在起重量较大，传动比高时，低速级才采用一级开式齿轮，而高速级仍采用减速器传动。（5） 所有机构中都采用滚动轴承。卷筒和车轮安装在转轴上和转动的心轴上。通常，从动车轮安装在带有两个角形轴承箱的转动心轴上。而主动车轮安装在带有两个角形轴承箱的独立转轴上，它与减速器的输出轴端用联轴器相连接。因此，拆卸联轴器后车轮可与其轴承箱一起从轨道上推出。减速器也可以单独地拆装。（6） 过去都采用短行程或长行程交流电磁铁，弹簧上闸的瓦块式制动器，而重坠上闸的长行程电磁铁制动器已经很少使用。近年来趋向用制动性能良好的电动液压推杆和电磁液压推杆式制动器来取代上述几种制动器。要求制动平稳和容易得到直流电源的地方，还可应用直流电磁铁制动器。为使部件容易装拆，通常，将制动器与齿轮联轴器做成一个部件。但根据机构布置需要，也可以将制动轮作成独立的零件来安装。（7） 在制造起重机时，由于零件的热处理的到了广泛的应用，从而大大地提高了零件表面的耐磨性，延长了它们的使用寿命。（8） 为简化起重机机构的维护工作，轴承的润滑最好采用集中润滑系统。起重小车除有起升，运行机构和小车架外，还必须有必要的安全保护装置：如栏杆，排障板，限位开关，撞尺和缓冲器等。其具体要求分述如下：（1） 栏杆和排障板：栏杆用于保护维修人员的操作安全。它设置在与小车轨道相垂直的小车台面边缘上。为便于小车维修人员上下，在小车的另外两边则不设栏杆。栏杆可用角钢（L50）或钢管制作，高度不低于800mm。排障板装在小车架端梁两端的车轮外边，用于推开小车轨道上可能有的障碍物，以利于小车运行。（2） 限位开关：用于限制吊钩和小车架极限位置。在起升机构中，坠重式限位开关装在小车平台上卷筒的旁边，用于限制吊钩向上运行位置，使其不能碰到小车架上。小车运行机构的行程限位开关一共有两个，它们安装在起重机桥梁主梁的两端，位于小车一根轨道外侧的主梁上盖板上。小车行程限位开关的位置要安装适当，应考虑到小车撞尺触及限位开关使电机断电并制动后，小车还要走一段制动行程。因此，开关要安装在与小车缓冲器相碰的挡铁前边一段距离。（3） 缓冲器与挡铁：用于阻止小车越轨和减少冲击，吸收小车与挡铁相撞时的动能。常用的小车缓冲器安装在小车架上，而挡铁则装在桥架两根主梁的两端；也有将缓冲器和挡铁的位置反过来安装的。常用的缓冲器有用橡胶制成的，它的缓冲性能差些，吸收的能力仅为0.09kgfm/cm3,适用于运行速度不大于50m/min的情况。此外橡胶缓冲器不宜用于环境温度过高过低的场合，适用的温度范围为3050。另一种较常用的弹簧缓冲器，它吸收的能量较大，约为1025kgfm/cm3,在一般工作温度下，对其性能没有什么影响，弹簧缓冲器可用于运行速度为50120m/min。2.2 设计的基本原则和要求 在设计桥式起重机小车时，必须力求满足以下几方面的要求：（1）整台起重机与厂方建筑物的配合，以及小车与桥架的配合要恰当。小车与桥架的相互配合，主要在于：小车轨距（车轮中心线间的水平距离）和桥架上的小车轨距应相同，其次，在于小车的缓冲器与桥架上的挡铁位置要配合好，小车的撞尺和桥架上的行程限位装置要配合好。小车的平面布置愈紧凑小车愈能跑到靠近桥架的两端，起重机工作范围也就愈大。小车的高度小，相应的可使起重机的高度减小，从而降低了厂房建筑物的高度。（2）小车上机构的布置及同一机构中各零件间的配合要求适当。起升机构和小车平面的布置要合理，二者之间的距离不应太小，否则维修不便，或造成小车架难以设计。但也不应太大，否则小车就不紧凑。（3）小车车轮的轮压分布要求均匀。如能满足这个要求，则可以获得最小的车轮，轮轴及轴承箱的尺寸，并且使起重机桥架主梁上受到均匀的载荷。一般最大轮压不应该超过平均轮压得20%。（4）小车架上的机构与小车架配合要适当。为使小车上的起升、运行机构与小车架配合得好，要求二者之间的配合尺寸相符；连接零件选择适当和安装方便。在设计原则上，要以机构为主，尽量用小车架去配合机构；同时机构的布置也要尽量使钢结构的设计制造和运行机构的要求设计，但在不影响机构的工作的条件下，机构的布置也应配合小车架的设计，使其构造简单，合理和便于制造。（5）尽量选用标准零部件，以提高设计与制造的工作效率，降低生产成本。（6）小车各部分的设计应考虑制造，安装和维护检修的方便，尽量保证各部件拆下修理时而不需要移动邻近的部件。以上所述，机械与建筑物的配合、机构与小车架的配合、机构的布置以及制造安装与维修等方面的要求，不仅时设计小车的基本要求，也是设计其它机械的基本要求。至于轮压分布要求均匀，则是设计起重机小车的特殊要求，应予以充分注意。2.3 起升机构的传动方案桥式起重机小车，因起重量、起升速度和起升高度等设计参数的不同，而有多种传动方案。在这些方案中大体分为闭式传动与开式传动两类。2.3.1闭式传动在电机与卷筒之间，大多数采用传动效率较高的圆柱齿轮减速器。电动机与减速器之间采用一带制动轮的弹性柱销联轴器或带制动轮的全齿联轴器直接相连接；或电动机与减速器之间采用一中间轴，轴的一端联有半齿联轴器，另一端联有带制动轮的半齿联轴器。在两个半齿联轴器之间没有外支座的中间轴叫浮动轴，它除允许径向和角度有微量偏移外，可沿轴向稍微串动。减速器与卷筒之间的连接形式很多，采用全齿联轴器连接，或同轴传动，或整体连接。2.3.2开式传动在电动机和减速器之间，除减速器外还有开式齿轮传动。适用于起升速度较低的情况。起升机构各种方案的组成虽然不同，但所用的另部件基本上是相同的。各方案之间的区别主要在于：（1）在电动机与减速器高速轴之间，可以用浮动轴或直接用联轴器连接。（2）在电动机与卷筒轴之间的传动方式可直接用减速器减速，或另有开式齿轮。（3）减速器低速轴与卷筒轴可以通过联轴器或直接相连；减速器低速轴与卷筒轴可合二为一，也可分为两段。在确定起升机构方案时，要按起重量、起升速度、起升高度、安装位置和小车轨距等具体研究。在上述起升机构传动方案中，所用的制动器均应采用常闭式的。制动器的位置通常都装在高速轴上，因为高速轴的力矩小，从而采用较小尺寸的制动器。对于吊运炽热火苗融化金、毒品以及易燃易暴等危险品的起升机构，每套驱动装置应装有两个制动器。对于Q50吨的桥式起重机，当欺起升高度18米时，卷筒用单层绕即可满足。起升高度超过不大时可采用加大卷筒直径的单层卷绕方法；对于室内用桥式起重机，不能单纯用加大卷筒的方法，因为小车高度尺寸的增加受到厂房的限制。2.4 小车运行机构的传动方案对于具有四个车轮其中半数为主动轮的小车运行机构，其传动方案可分为两类：即带有开式齿轮传动的和全部为闭式齿轮传动的。2.4.1、开式齿轮传动的方案在这种方案的运行机构中，传动的高速级封闭在箱体内用油浴润滑，而低速级采用的是开式齿轮。这种结构由于开式齿轮、轮齿磨损严重，一般用途的桥式起重机小车运行机构大多采用闭式齿轮传动。2.4.2、闭式齿轮传动的方案全部是闭式齿轮传动的方案的运行机构由电动机、制动器、立式减速器、车轮、半联轴器、浮动轴和全齿联轴器等组成。由于齿轮的维护保养条件好，齿轮传动构成独立的减速器部件，因此机构的拆装分组性能好。3小车运行机构设计计算3.1 确定机构传动方案经比较后，决定采用下图所示的小车运行机构简图图3小车运行机构简图3.2 选择车轮与轨道并验算其强度车轮的最大轮压：小车自重估算取为，假定轮压均布：N （3.1）载荷率 ： （3.2）由文献4，303-312表19-6选择车轮：当运行速度，,工作类型为中级时，车轮直径，轨道为的许用轮压为MPa。因此可用。3.2.1疲劳计算 疲劳计算时的等效载荷： N （3.3）式中等效系数，由文献1，13-15表2-7查得。车轮的计算轮压：N （3.4）式中： NN小车车轮的等效轮压；k1冲击系数，由文献3，58-62表5-2查知；r1载荷变化系数，查文献3，58-62表5-3可知，当时，取r=0.83。根据点接触情况计算接触疲劳应力： Pa （3.5）式中r30轨顶弧形半径，由文献4，313-314表19-9查得。对于车轮材料42CrMo，由文献3，58-62表5-4查的接触许用应力为：=1600020000Pa,则有，因而满足要求。3.2.2强度校核 最大计算轮压：Pjmax=K2Pmax 113153.513153.5 N （3.6）式中K2冲击系数，由文献3，58-62表5-2查知，K2=1点接触时进行强度校核的接触应力： Pa车轮材料用42CrMo由文献3，58-62表5-4查得：dmax2400030000 Pa有：,强度校核满足要求图3.2运行车轮的分布3.3运行阻力计算摩擦总阻力矩： （3.7）式中G、Q分别为起重机（或小车）重量和起重量；k滚动摩擦系数，它与车轮和轨道的机械性质、几何尺寸及接触表面情况有关；车轮轴承摩擦系数； d轴承内径；车轮轮缘与轨道的摩擦、轨道的弯曲与不平衡性、轨道不直以及运转时车轮的摆动等因素有关。由文献4，303-314可知，D400mm 车轮的轴承型号为7520,轴承内径和外径的平均值d=140mm,由文献3，77-86表7-1查得滚动摩擦系数k=0.0005,由文献3，77-86表7-2查知轴承的摩擦系数为u=0.02,由文献3，77-86表7-3知,附加阻力系数=2.0,则有: Nm运行摩擦阻力: NNm当无载时, Nm 3.4 零部件选择及校核3.4.1 选择电动机电动机静功率： （3.8）式中Pj=Pm(Q=Q)满载运行时静功率。m=1驱动电动机台数，运行机构的效率，对于大车=0.95 对于小车=0.9运行速度。则有：Kw初选电动机功率：Kw式中kd电动机功率增大系数由文献3，77-86表7-6可知,取kd=1.15由2，709-714表16-1-83选用电动机YZR180L-6Ne=15.0kw,n1=960r/min,(GD2)d=0.39Nm,电动机重量G=208kg。3.4.2 验算电动机发热条件：等效功率：Kw式中k25工作类型系数，由文献3，71-73表6-4可知，取k25=0.75；r按起重机的工作类型，取r=1.12由以上计算可以看出，NxNe，因而电动机Nx=9.30Kw满足设计要求。3.4.3 选择减速器车轮转速： （3.9）机构传动比： 由2，709-714表15-2-21选用QJL280减速器：i0=20，N=37.3kw，（输入轴转速为1000r/min）由此可见NjN减速器满足要求。3.4.7 验算起动不打滑条件由于起重机系室内使用的，故坡度及风阻力矩均不计。故在无载荷起动时，主动车轮上与轨道接触处的圆周切向力： （3.12） N车轮与轨道粘着力： NT(Q=0)因而不可能打滑，满足要求。满载起动时，主动车轮与轨道接触处的圆周切向力： N车轮与轨道粘着力：NT(Q=Q)因而满载时不可能打滑，因此所选电动机合适。3.5 选择制动器由文献3，82-86查得，对于小车运行机构的制动时间tz34 s。取tz=3 s，因此所需制动力矩： （3.13）Nm由文献2，286-292表29137选用YWZ5200/23制动器：制动力矩Mez=20Nm。由于所取制动时间tz=3s，且已经验算了起动不打滑条件，因此略去制动不打滑验算。3.6 选择联轴器（1）机构高速轴上全齿联轴器的计算扭矩： （3.14 ） Nm 式中=2等效系数，由文献1，13-16表2-7可知， n1=1.4安全系数，由文献1，13-16表2-21可知，Mel相应于机构JC%值得电动机额定力矩折算到高速轴上的力矩由文献2，286-292图16184可知，电动机YZR180L6（H）的参数为d=55mm,l=110mm,d=55mm,l=110mm由文献4，281-285表17-6选用clz3型联轴器，最大允许扭矩为：M=315Nm,飞轮矩（GD2）z=0.435 Nm,重量为：Gz=21.7kg(2)低速轴的计算扭矩： Nm由文献2，286-292表15217可知，QJL280型减速器的低速轴为：d=90mm l=130mm由文献4，302-314表19-7可知，P43型车轮伸出轴端：d=80mm,l=115mm.由文献4，281-285表17-6可知，选用连轴器clz5型，最大允许扭矩为：Mmax=800Nm3.7 验算低速浮动轴强度：3.7.1 疲劳验算 低速浮动轴的等速扭矩： （3.15）Nm 式中 =1.4，由文献1，13-15表2-7可知因浮动轴d=70mm,则有： Nm则其许用扭转应力为： Pa其中，材料用45钢，取s=6000Pa,s=3000Pa,-1 =0.22s =0.226000=1320Pa,s =0.6s =0.63000=1800Pak=kxkm考虑零件的几何形状及表面状况的应力集中系数，取k=2.5,I=1.4，安全系数由文献1，24-27表2-21可知，有n-1n因此满足要求。3.7.2静强度计算 静强度计算扭矩： （3.16）Nm 式中 动力系数，由文献1，11-15表2-5可知=2.25。扭转应力：max =M2/W=308.41(0.273) =449.57Pa许用扭转应力为：= s/n2=1800/1.4=1286Pa，因此 静强度验算满足要求。浮动轴径：取=85mm。4 起升机构设计计算4.1 确定主起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组图4.1起升机构计算简图 4.1.1 主起升机构根据设计要求的参数，起重量Q=32t，按照构造宜紧凑的原则，采用如下图所示的传动方案。如下图所示，采用双联滑轮组，按Q=32t，由文献1，59-69表41可知取滑轮组倍率：Ih=4因而承载绳分支数为：Z=2Ih=8，由文献4，237-245表15-10可知选用单钩（梯形截面）A型，其自重为Gg=157kg，由文献4，237-245表15-15可知选用4个滑轮，直径采用D=600mm，两动滑轮间距为A=170mm，估算吊钩组自重为Gg=697。图4.2传动方案4.1.2选择钢丝绳若滑轮组采用滚动轴承，当Ih =4,由文献3，9-18表21可知滑轮组效率h =0.975钢丝绳所受的最大拉力： （4.1）N由文献3，9-18表23可得工作类型为M7时，安全系数k=6。钢丝绳选用线接触6W(19)型钢丝绳，其破断拉力换算系数=0.85。钢丝绳的计算钢丝破断拉力总和为： （4.2）N由文献4，表1210可知选择绳6W(19)公称抗拉强度170 N，直径d=21.5，其钢丝破断拉力总和为Sb=32050N，标记如下：6W(19)-21.5-170-I-光-右交(GB1102-74)。4.1.3确定滑轮主要尺寸滑轮的许用最小直径：式中e25由文献3，13-18表23查得。由文献1，223-224附表1可知选用标准滑轮D610；由文献1，223-224附表2可知取平衡滑轮直径Dp0.6D400；由文献2，183-203表31139查得两种滑轮的绳槽部分尺寸。4.1.4 确定卷筒尺寸并验算强度卷筒直径：为了适当的减少卷筒的长度，故此选用较大直径的卷筒，选用卷筒直径D=850mm，由文献4，209-223表14-3可知，选用标准槽卷筒，其绳槽螺距 t=25mm。卷筒长度： （4.3）即： 则卷筒的长度为：L=2000mm如公式（4.3），式中Z0附加安全圈数，取Z0=2。L1卷筒中央无槽的光面部分，取其L1=A=170mm，D0卷筒计算直径D0=D+d=871.5mm。卷筒的壁厚： 取=25mm。卷筒壁压力验算： （4.4）Pa卷筒设计采用HT200铸铁材料，查表得知，其抗压强度极限by=24500 Pa,抗拉强度极限b=20000Pa,故其许用压应力：Pa因此可以看出强度足够可以满足使用要求。由于卷筒长度L3D故此略去有弯矩产生的拉应力计算。4.2确定副起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组4.2.1 副起升机构副起升机构参照主起升机构的原理采用，闭式传动、双联滑轮组、单层绕结构。根据其要求的起重量为5t，查文献1，59-70表4-1 可知，取滑轮组倍率Ih=2，则承重绳的分支为：Z=2 Ih=4。查文献4，225-237表15-10选用单钩（梯形截面）A型，其自重为Gg=12kg，查文献4，225-237表15-15选用2个滑轮，直径采用D=350mm两动滑轮间距为A=70mm，估算吊钩组自重为Gg=82。4.2.2选择钢丝绳根据其倍率为Ih=2，如上主起升机构的计算，查文献3，9-12表21得知滑轮组效率为h=0.99，根据公式（4.1）钢丝绳所受的最大拉力： N查文献3，13-18表2-4可知，在M6工作类型时，安全系数K=5.5，钢丝绳采用线接触6w（19）型钢丝绳，查文献3，13-18表2-3可知，其破断拉力换算系数=0.85，则钢丝绳的计算钢丝绳破断拉力总和为： N查文献4，183-203表12-10可知，钢丝绳6w（19），公称抗拉强度170N，直径d=13.5mm，其钢丝破断拉力总和为：Sb=12600N，其标记如下： 钢丝绳6w（19）-13.5-170-I-光-右交（GB1102-74）4.2.3 确定滑轮组的主要尺寸滑轮组的许用最小直径： 查文献1，223-224附表1可知，初步选用滑轮D=400mm，由文献1，223-224中附表2可知，取平衡滑轮直径，取，其具体尺寸参照文献2，3-26表31-1-39。4.2.4 确定卷筒尺寸并验算强度卷筒直径：同主起升机构类似，为了减少卷筒的长度，故此选用较大直径的卷筒，选用卷筒直径D=400mm，参照文献4，209-223表14-3可知，选用标准槽卷筒，绳槽螺距t=16mm。根据公式（4.3）可知卷筒长度：即： 则卷筒的长度为：L=1500mm式中Z0附加安全圈数，取Z0=2。L1卷筒中央无槽的光面部分，取其L1=A=70mmD0卷筒计算直径。卷筒的壁厚： 取=16mm。卷筒壁压力验算： Pa同主卷筒起升机构类似，对其进行强度验算。对于HT15查表得知，其抗压强度极限by=6500 Pa,抗拉强度极限b=1500 Pa,故其许用压应力Pa因此可以看出其强度足够，可满足使用要求由于卷筒长度L3D尚应计算由弯矩而产生的拉应力校核。如下图：图4.3：卷筒弯矩图 （4.5）卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中央时： （4.6）Nm卷筒断面系数： cm3式中 D卷筒外径，取D=40； Di卷筒内径，Di=D24021.636.8.由此可得： Pa合成应力： Pa式中许用拉应力： Pa 因此可以看出强度合适，可满足使用要求。5主起升机构卷筒的计算 5.1 卷筒心轴的计算由前述可以得知，卷筒的名义直径D=850mm,螺旋节距为：t=25mm,卷筒长度为：L=2000mm,壁厚为：= 25mm.钢丝绳受到的最大拉力为： Smax=4191.9N 5.1.1 支座反力图5：卷筒心轴计算简图 NRB=4191.92-4533.2=3850.6N心轴右侧支撑最大弯矩： Nm5.1.2疲劳计算对疲劳计算采用等效弯矩，查文献1，14-27表2-7可知，其等效系数为： =1.1，等效弯矩： Nm弯曲应力：Pa轴材料采用45钢，其中b=6000Pa, s=3000Pa,-1w=0.43, b=2580Pa， -1 （5.1）式中 n=1.6安全系数，查文献1，23-27表2-21可知。K应力集中系数，；kx=1.4零件几何形状有关的应力集中系数；km=1.15与零件表面加工光洁度有关的应力集中系数上述数据由文献4，29-39表4-2可知；代入数据可得： Pa因此： 可知设计满足要求。5.1.3静强度计算卷筒轴属于起升机构低速轴零件，其动力系数可由文献1，9-12表25查得，1.2， Nm Pa许用应力： Pa因,因此设计满足要求。5.2选择轴承 由于卷筒心轴上的左轴承的内、外座圈以同样转速转动，故无相对运动，可按照额定静载荷来选择。右轴承的外座圈固定，内座圈与心轴一同旋转，应按照额定动负荷来选择。5.2.1大端轴承轴承的额定静负荷： （5.2）式中 ： C0额定静负荷； P0当量静负荷； n0安全系数，查得n0=1.04。 参考文献1，229-231附表8，选用调心球轴承，型号为SKF2222，查得轴承的额定静负荷C05200N左轴承的当量静负荷： N式中： fd1.1动负荷系数。则： NC0满足要求，安全。5.2.2右端轴承今右端轴承也采用SKF2222，其额定动负荷C12400 N右轴承的径向负荷：N轴向负荷为：Fd=0由文献3，1-8表14可得，M7工作类型时的轴承工作时数为：Lh=8000h并查得SKF2222轴承的e =0.28，今故有： x=1,y=2.2，当量动负荷： N由公式: （5.3）所以： 故动负荷： N由于 CC,因此设计满足要求。5.3绳端固定装置计算绳索卷筒的表面有光面和螺旋槽的两种。光面的多用于多层卷绕钢丝绳的卷筒，其构造比较简单，绳索按螺旋形紧密的排列在卷筒表面，绳圈依次卷绕在槽内，使绳索与卷筒接触面积增大，单层卷绕钢丝绳卷筒上车有螺旋槽，绳圈依次卷绕在槽内，使绳索与卷筒接触面积增大，从而降低单位压力；此外，绳索节距大于绳索直径。绳之间有一定间隙，工作时不会彼此摩擦，可以延长钢丝绳的使用寿命。螺旋槽有浅槽（标准草）和深槽两种。一般情况下，多采用标准槽，因此其节距比深槽的短，所以绳槽圈数相同时，标准槽的卷筒工作长度比深槽的短。但是，如果，钢丝绳绕入卷筒的偏角较大，或对于在使用过程中钢丝绳又脱槽的危险时，为避免钢丝绳脱槽或乱绕。可以用深槽的卷筒。据钢丝绳直径为21.5mm，选用压板固定装置，双头螺栓直径M20.已知，卷筒长度计算中采用的附加圈数Z=2，绳索与卷筒绳槽间的摩擦系数f =0.15，则在绳端固定处的作用力为： N压板螺栓所受拉力： Nf1压板梯形槽与钢丝绳的换算摩擦系数，有： 螺栓有拉力及弯矩作用的合成应力为: Pa式中：z =6螺旋数; d=17.3内径Nm螺栓材料为 As 屈服极限为s=2400Pa则需用拉伸应力为: = s/ n=2400/1.6=1560Pa, 由文献1，23-25表2-21可得，取安全系数n1.6。因为,因此满足要求。6 经济可行性分析影响起重机小车的经济因素主要包括设备的完好率，利用率，设备役龄，成本费用等因素。各种影响因素之间相互作用，互为因果。6.1设备完好率与利用率 设备完好率和利用率是评价工业机械技术管理水平的两项重要指标，它们在一定程度上反映了企业的设备管理水平和技术装备素质。 设备完好率是设备管理一个重要的考核指标，它反映工业企业机械设备管理，使用，保养，维修工作的情况，对促进企业的设备管理发挥重要作用。完好率是具有横向联系的一种指标，它既能反映设备的技术状态水平，又能反映设备点检工作的状况和生产维修的工作效果。考核完好率的最终目的是保证装卸设备始终处于良好的技术状态。完好率的公式为： 设备利用率是一种纵向延伸的指标，考核它不仅可以反映设备的投资效果，设备的转运率和作业效率，而且可以反映设备系统功能的投入及性能发挥的状况。考核的最终目的在于提高设备打得利用效果，充分发挥设备的能力和潜力。利用率的公式是： 6.2设备役龄 机械设备的役龄影响到机械的完好率，台时产量，维修费用等一系列指标，是确定设备合理配置，更新改造等决策的重要影响因素。图6.1概念性地表示了机械的故障率与时间相对应的寿命特性曲线。该曲线分为三段：早期故障期A；偶发故障期B；耗损故障期C。 第一阶段为早期故障期A。机械设备从投入使用到时刻为止，这个阶段的特点是开始时故障率很高，但随着运转时间的增加，故障率很快又减小下来，进入故障率恒定阶段。 第二阶段为偶发故障期B。这一阶段的故障率最低，而且故障率恒定。一般情况下这一阶段不应该发生故障，属机械设备的最佳工作时期。 第三阶段为耗损故障期C。在这一时期因为设备内部的零件接近“额定”寿命，而出现零件的正常磨损，化学腐蚀，物理性质变化以及材料的疲劳等老化过程，因此设备开始出现退化现象，故障率开始重新升高。 图6.1机械设备寿命曲线 上述的浴盆曲线表达了机械设备整个寿命周期特性。但对于实行大修制度的设备来说，用浴盆曲线来表示机械的一个大修周期更为确切。图6.2为用几个浴盆曲线来表达机械的全寿命特性。历次大修后 ，浴盆曲线的各种参数会有一定变化：1，最高故障率可能逐次增大，即2，偶发故障期逐次缩短，即3，大修周期逐次缩短，即 图6.2大修后浴盆曲线 复杂设备由大量的零部件组成，在运行中究竟哪个零件，何时会发生故障是随机的，零件数目越多，这种随机性就越强。6.3设备经济寿命的确定 设备老化引发的问题是设备更新。合理确定冶金机械设备的使用年限是影响机械设备合理拥有量以及设备更新的重要因素。设备的寿命是指设备从交付生产开始使用，直到不能使用以至报废所经过的时间。设备的寿命可分为以下三种：1，自然寿命，指设备经使用后的有形磨损而丧失技术性能和使用性能，又无修复价值的时间。2，技术寿命，指设备由于无形磨损而产生的效能和效益低劣，继续使用在经济上不合算而又无改造价值的时间。3，经济寿命，指设备经过一段时间的使用后，综合有形磨损和无形磨损造成的经济效益低劣，继续使用在经济上不合算，又无大修
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