50-10t双梁桥式起重机小车副起升机构设计【全套含7张CAD图纸+文档全套资料】
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摘要桥式起重机是应用比较广泛的一种起重机械,也是消耗材料最多的一种起重机。它能驾驶在高空,能横扫整个厂房的建筑面积,因而广受欢迎,得到广泛应用。桥式起重机的起升机构是用来实现货物升降的,它是天车中最基本的机构。起升机构主要由驱动装置、传动装置、卷绕装置、取物装置及制动装置等组成。此外,根据需要还可装设各种辅助装置,如限位器、起重限制器、称重装置等。起升机构的构造是:电动机通过联轴器与减速的高速轴相连,而减速器的低速轴带动卷筒,将钢丝绳卷上或放下,经过吊钩组,使吊钩上升或下降。所以起升机构的设计要通过初选传动方案,滑轮组,吊钩组,卷筒组,钢丝绳,电机,联轴器,制动器,高速轴等部件,然后根据具体参数计算选取具体型号,最后验算无误才可完成。本起重机为50/10t双梁桥式起重机,用于工厂车间吊运物品,本课题主要对50/10t双梁桥式起重机小车副起升机构进行总体设计。要求起重机械运行平稳,定位准确,安全可靠,技术性能先进。本设计采用闭式传动,为安全计,带制动轮的半齿联轴器和制动器应靠近减速器,这样万一浮动轴被扭断,制动器仍可以制动住卷筒。本文简要地介绍了50/10t双梁桥式起重机的性能、结构、发展状况等,并参照起重机设计规范(GB3811-83)及起重机设计手册对起重机起升机构及其零部件进行设计计算,从方案论证到具体设计计算,充分发挥了计算机在整体设计中的作用,从而提高了设计质量、缩短了设计周期,提高了工作效率。关键词 桥式起重机;起升机构;传动方案;部件AbstractThe bridge-type hoist crane is the application quite widespread one kind of hoisting machinery, is also consumable material most one kind of hoist cranes It can drive in the upper air, can sweep away the entire workshop the floor space, thus, obtains the widespread application.The bridge-type hoist cranes hoisting mechanism is uses for to realize the cargo fluctuation, it is in the overhead traveling crane the most basic mechanism.The hoisting mechanism mainly by the drive, the transmission device, the coiling installment, takes the installment and the arresting gear and so on is composed. In addition, according to needs also to be possible to install each kind of auxiliary unit, like the limitator, lifts heavy objects the killer, the weighing installment and so on. Hoisting mechanisms structure is: The electric motor is connected through the shaft coupling and the deceleration high speed axis, but reduction gears slow speed shaft leads the reel, or lays down the steel wire volume, after the lift hook group, causes the lift hook to rise or the drop. Therefore hoisting mechanisms design must through the primary election transmission plan, the block and tackle, the lift hook group, the reel group, the steel wire, the electrical machinery, the shaft coupling, the brake, parts and so on high speed axis, then the basis concrete parameter computation selection concrete model, the checking calculation unmistakable only then be possible to complete finally.This carne is a kind of 50/10t bridge carnes. It uses in the factory workshop lifting the goods, This topic mainly vice-rises the organization to the 50/10t double beam bridge type hoist crane machine car to carry on the system design. The carne is required to be stables, high accuracy, safety, reliability and advanced technology. This design uses the closed transmission. For the sake of safety, the tape stopping round half gear shaft coupling and the brake should approach the reduction gear, floats the moving axis to wrench apart like this accidentally, the brake still might apply the brake to live in the reel.This text briefly introduce the carnes capability, structure, the actuality of development, and so on, referring to “Design criterion of carne” (GB3811-83) and design and calculate of the hoisting mechanism and its accessory in “Design handbook of carne”. From scheme demonstrating to designing and calculating, it takes full advantage of the computer in the whole design to raise the quality of the design, cut the cycle of the design, improve the work efficiencyKeywords Bridge-type hoist crane Hoisting mechanism Transmission plan ComponentsII目 录1 绪论11.1 选题的意义11.2 本课题的研究目的21.3 桥式起重机的研究现状21.3.1 重点产品大型化,高速化和专用化21.3.2 系列产品模块化、组合化和标准化21.3.3 通用产品小型化、轻型化和多样化31.3.4 产品性能自动化、智能化和数字化31.3.5 成套化、集成化和柔性化31.3.6 产品构造新型化、美观化和实用化41.4 桥式起重机的分类51.5 起升机构的介绍61.6 本课题的主要技术参数62 传动方案的确定72.1 传动方案的分类73 起升机构各部件的选择计算93.1 吊钩组的选择93.1.1 吊钩组的组成及分类93.1.2 选择吊钩组103.2 钢丝绳的选择103.2.1 钢丝绳的构造及分类113.2.2 钢丝绳的计算113.3 滑轮组的选用123.3.1 轮组的定义及分类123.3.2 滑轮组的初步选定123.3.3 滑轮组倍率的确定123.3.4 滑轮最小直径的确定133.4 卷筒组的选择133.4.1 卷筒的作用及分类133.4.2 卷筒的参数计算143.5 根据静功率初选电动机153.6 减速器选择153.6.1 减速器概述153.6.2 减速器选型计算153.7 制动器的选择163.7.1 制动器的简介163.7.2 制动器的选型计算183.8 联轴器的选择183.8.1 联轴器的分类及特性183.8.2 联轴器的选型计算183.9 制动时间的验算193.10 起动时间的验算193.11 电动机发热验算203.12 高速浮动轴的验算20结论21致谢23参考文献24附录25附录一25251 绪论1.1 选题的意义起重机械用来对物料作起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备,它可以完成靠人力无法完成的物料搬运工作,减轻人们的体力劳动,提高劳动生产率,在工厂、矿山、车站、港口、建筑工地、仓库、水电站等多个领域部门中得到了广泛的使用,随着生产规模的日益扩大,特别是现代化、专业化的要求,各种专门用途的起重机相继产生,在许多重要的部门中,它不仅是生产过程中的辅助机械,而且已成为生产流水作业线上不可缺少的重要机械设备,它的发展对国民经济建设起着积极的促进作用。起重机械是起升,搬运物料及产品的机械工具。起重机械对于提高工程机械各生产部门的机械化,缩短生产周期和降低生产成本,起着非常重要的作用在高层建筑、冶金、华工及电站等的建设施工中,需要吊装和搬运的工程量日益增多,其中不少组合件的吊装和搬运重量达几百吨。因此必须选用一些大型起重机进行吊装工作。通常采用的大型起重机有龙门起重机、门座式起重机、塔式起重机、履带起重机、轮式起重机以及在厂房内装置的桥式起重机等。图1-1双梁桥式起重机在道路,桥梁和水利电力等建设施工中,起重机的使用范围更是极为广泛。无论是装卸设备器材,吊装厂房构件,安装电站设备,吊运浇注混凝土、模板,开挖废渣及其他建筑材料等,均须使用起重机械。尤其是水电工程施工,不但工程规模浩大,而且地理条件特殊,施工季节性强、工程本身又很复杂,需要吊装搬运的设备、建筑材料量大品种多,所需要的起重机数量和种类就更多。在电站厂房及水工建筑物上也安装各种类型的起重机,供检修机组、起闭杂们及起吊拦污栅之用。在这些起重机中,桥式起重机是生产批量最大,材料消耗最多的一种。由于这种起重机行驶在高空,作业范围能扫过整个厂房的建筑面积,因而受到用户的欢迎,得到很大的发展。图1-1是典型的双梁桥式起重机。1.2 本课题的研究目的(1)熟悉桥式起重机的结构和工作原理;(2)掌握桥式起重机的设计方法;(3)将所学的理论知识应用到实际的生产设计中去,培养实际动手能力;(4)了解制造业的发展,为以后工作做准备。1.3 桥式起重机的研究现状1.3.1 重点产品大型化,高速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。起重机不但要容易操作,容易维护,而且安全性要好,可靠性要高,要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。目前世界上最大的履带起重机起重量3000t,最大的桥式起重机起重量1200t,集装箱岸连装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min,堆垛起重机级最大运行速度240mmin,垃圾处理用起重机的起升速度达100mmin。 1.3.2 系列产品模块化、组合化和标准化用模块化设计代替传统的整机设计方法,将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途,有相同联接要素和可互换的标准模块,通过不同模块的相互组合,形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进,只需针对某几个模块。设计新型起重机,只需选用不同模块重新进行组合。可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产,实现高效率的专业化生产,企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理。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。目前,德国、英国、法国、美国和日本的著名起重机公司都已采用起重机模块化设计,并取得了显著的效益。德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化设计后,比单件设计的设计费用下降12,生产成本下降45,经济效益十分可观。德国德马格公司还开发了一种KBK柔性组合式悬挂起重机,起重机的钢结构由冷轧型轨组合而成,起重机运行线路可沿生产工艺流程任意布置,可有叉道、转弯、过跨、变轨距。所有部件都可实现大扎遏生产,再根据用户的不同需求和具体物料搬运路线在短时间内将各种部件组合搭配即成。这种起重机组合性非常好,操作方便,能充分利用空间,运行成本低。有手动、自动多种形式,还能组成悬挂系统、单梁悬挂起重机、双梁悬挂起重机、悬臂起重机、轻型门式起重机及手动堆垛起重机,甚至能组成大型自动化物料搬运系统。1.3.3 通用产品小型化、轻型化和多样化有相当批量的起重机是在通用的场合使用,工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广,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,也可命名整个建筑物高度下降,建筑结构轻型化,降低造价。因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展,并将大部分取代中小吨位的一般用途桥式起重机。德国德马格公司经过几十年的开发和创新,已形成了一个轻型组合式的标准起重机系列。起重量180吨,工作级别A1A7,整个系列由工字形和箱型单梁、悬挂箱形单梁、角形小车箱形单梁和箱形双梁等多个品种组成。主梁与端梁相接以及起重小车的布置有多种型式,可适合不同建筑物及不同起吊高度的要求。根据用户需要每种规格起重机都有三种单速及三种双速供任意选择,还可以选用变频调速。操纵方式有地面手电门自行移动、手电门随小车移动、手电门固定、无线遥控、司机室固定、司机室随小车移动、司机室自行移动等七种选择。大车及小车的供电有电缆小车导电、DVS系统两种方式。如此多的选择项,通过不同的组合,可搭配成百上千种起重机,充分满足用户不同的需求。这种起重机的另一最大优点是轻型化,自重轻、轮压轻、外形尺寸高度小,可大大降低厂房建筑物的建造成本,同时也可减小起重机的运行功率和运行成本。与通用产品相比较,起重量10t,跨度22.5m,通用双梁桥式起重机自重24t,起重机轨面以上高度1876mm,起重机宽度5980mm;德马格起重机的自重只有8.7t,重量轻了176,起重机轨面以上高度920mm,降低了104,起重机宽度2980mm,外形尺寸减少了100%。1.3.4 产品性能自动化、智能化和数字化起重机的更新和发展,在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合,将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统,实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。使起重机具有更高的柔性,以适合多批次少批量的柔性生产模式,提高单机综合自动化水平。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置,使起重机具有优良的调速和静动特性,可进行操作的自动控制、自动显示与记录,起重机运行的自动保护与自动检测,特殊场合的远距离遥控等,以适应自动化生产的需要。1.3.5 成套化、集成化和柔性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,与生产设备有机结合,与生产系统协调配合。这类起重机自动化程度高,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储、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集成系统中的传输。起重机通过系统集成,能形成不同机种的最佳匹配和组合,取长补短,发挥最佳效用。目前重点发展的有工厂生产搬运自动化系统,柔性加工制造系统,商业货物配送集散系统,集装箱装卸搬运系统,交通运输和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。1.3.6 产品构造新型化、美观化和实用化结构方面采用薄壁型材和异形钢、减少结构的拼接焊缝,提高抗疲劳性能。采用各种启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。桥式起重机的桥架结构型式大多采用箱形四梁结构,主梁与端梁采用高强度螺栓联接,便于运输与安装。在机构方面进一步开发新型传动零部件,简化机构。“三合一”运行机构是当今世界轻、中级起重机运行机构的主流,将电动机、减速器和制动器合为一体,具有结构紧凑、轻巧美观、拆装方便、调整简单、运行平稳、配套范围大等优点,国外已广泛应用到各种起重机运行机构上。为使中小吨位的起重小车结构尽量简化,同时降低起童机的尺寸高度,减少轮压,国外已大量采用电动葫芦作为起升机构。为了减轻自重,提高承载能力,改善加工制造条件,增加产品成品率,零部件尽量采用以焊代铸,如减速器壳体、卷简、滑轮等都用焊接结构。减速器齿轮都采用齿面,以减轻自重、减小体积、提高承载能力、增加使用寿命。液压推杆盘式制动器的应用范围也越来越大。此外,各机构采用的电动机都向高转速发展,从而减小电机基座号,减轻重量与减小外形尺寸,并可配用制动力矩小的制动器目前,在工程起重机械领域,欧洲、美国和日本处于领先地位。欧洲作为工程起重机的发源地,轮式起重机生产技术水平最高。该地区的工程起重机械业主要生产全地面起重机、履带式起重机和紧凑型轮胎起重机,也生产少量汽车起重机。其中,全路面起重机、履带起重机以中大吨位为主;紧凑型轮胎起重机则以小吨位为主;汽车起重机一般为通用底盘组装全地面上车,即以改装为主。其产品技术先进、性能高、可靠性高,产品销往全球。美国工程起重机行业的技术水平相对落后于欧洲。不过近年来,美国工程起重机械业通过收购和合并手段,得以蓬勃发展。目前该地区主要生产轮胎起重机、履带式起重机、全路面起重机和汽车起重机。主要生产企业为马尼托瓦克公司,特点是技术较先进、性能较高、可靠性能高,其中汽车底盘技术和全路面技术领先于欧洲,产品主要销往美洲地区和亚太地区。 日本作为二战后崛起的经济强国,轮式起重机开发生产虽然起步较晚(起步于20世纪70年代),但是发展速度很快,很受亚太市场欢迎。此外,日本还通过收购手段更新生产技术。如日本多田野通过收购德国法恩底盘公司,发展全路面技术。日本工程起重机械业主要生产汽车起重机、履带起重机、越野轮胎起重机和全路面起重机。其中,越野轮胎起重机的产量最大,汽车起重机的产量次之,呈减少趋势,全路面起重机的产量最少,呈上升趋势。主要生产企业包括多田野、加藤、神钢、日立和小松等。产品特点是技术水平和性能较高,但可靠性落后于欧美。随着我国经济建设步伐的加快,生产和生活各个领域的建设规模的逐年扩大,也促进了施工机械化程度的迅速提高。先进的施工机械已成为加快施工速度,保证工程质量和降低成本的物质保证。起重机行业也因此得到了很大的发展。为促进社会主义建设事业的发展,提高劳动生产率,充分发挥其中运输机械的作用是具有重要意义的。1.4 桥式起重机的分类 桥式起重机一般可分为通用桥式起重机和冶金桥式起重机两大类。通用桥式起重机主要用于一般车间的物件装卸、吊运;冶金桥式起重机主要用于冶金生产中某些特殊的工艺操作。各类桥式起重机又由于取物装置、专用功能和构造特点等的不同成分成各种形式。通用桥式起重机一般是电动双梁起重机,按照取物装置和构造可分为:(1)吊钩式桥式起重机 吊钩式桥式起重机是以吊钩作为取物装置的起重机,它是由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构和电气控制设备等几部分组成。(2)抓斗式桥式起动机 抓斗式桥式起动机是以抓斗作为取物装置的起动机,用于抓取碎散物料。其他部分与吊钩式桥式起动机完全相同(3)电磁式桥式起动机 电磁式桥式起动机是用电磁盘作为取物装置的桥式起重机,吊运有导磁性的金属材料,如型钢、钢板和废钢铁等。(4)两用桥式起动机 两用桥式起重机是装有两种取物装置的桥式起重机,分为吊钩抓斗和抓斗电磁两种。两种取物装置均在一台小车上,同时装有两套各自独立的起升机构。第一种中一套起升机构用于吊钩,另一套起升机构用于抓斗;第二种中一套起升机构用于抓斗,另一套起升机构用于电磁盘。根据装卸和搬运物料的需要,可以随时更换其中的一种吊具。(5)三用桥式起重机 三用桥式起重机装有吊钩、电磁盘和电动抓斗三种取物装置。根据不同的工作性质,可以变换其中任意一种吊具。电动抓斗使用交流电,而电磁盘使用直流电,使用时要通过转换开关来变更电源。这种桥式起动机适用于各种物料种类经常改变的情况。(6)双小车桥式起动机 双小车桥式起动机具有两台起重小车,两台小车的起重重量相同,可以单独作业也可以联合作业。在某些双小车桥式起动机的两个小车上,装有可变速的起升机构,轻载时可以高速运行,重载时可以低速运行;在吊运较重物件时,两台小车可以并行吊运。这种起重机的有效工作范围广,适用于吊运横放在跨度方向上的长形工件。1.5 起升机构的介绍起升机构是用来实现货物升降的,它是天车中最基本的机构.起升机构主要有驱动装置、传动装置、卷绕装置、取物装置及制动装置等组成。此外,根据需要还可装设各种辅助装置,如限位器、起重限制器、称重装置等。 起升机构的构造是:电动机通过联轴器与减速的高速轴相连,而减速器的低速轴带动卷筒,将钢丝绳卷上或放下,经过吊钩组,是吊钩上升或下降 其中联轴器为齿轮联轴器,通常将齿轮联轴器制成两个半齿轮联轴器,中间用一段轴连起来,这根轴称为浮动轴或补偿轴。制动器一般为常闭式的,它装有电磁铁或电动推杆作为自动的松闸装置与电动机电气连锁。减速器一般采用半封闭式的标准两级圆柱齿轮减速器。 卷筒安装在转轴上,卷筒轴一端支撑在双列调心球轴承上,另一端与减速器低速轴通过特种联轴器连接,支撑在减速器轴的内腔和轴承座中。 卷筒安装的另一种形式:将卷筒直接刚性地装在减速器轴上,为了消除小车架受载变形的影响,减速器被支撑在铰轴上,卷筒的轴承采用自位轴承,允许轴向游动,这种结构简单,维修方便,具有自动调整减速器低速轴与卷筒同心的作用。起重量在10T以下的天车,采用一套起升机构,即一个吊钩;在15T以上的天车采用主、副两套起升机构,即两个吊钩。其中起重较大的称为主起升机构或主钩,较小的称为副起升机构或副钩,副钩的起重量约为主钩的1/61/4。副钩的起升速度较快,可以提高货吊运的效率。主副钩的起重量用分数表示,分子表示主钩的起重量,分母表示副钩的起重量,例如20/5,表示主钩的重量为20T,副钩的起重量为5T。1.6 本课题的主要技术参数 主钩 副钩 起重机工作级别M5 起重量 50t 10t 小车自重15.5t18.5t 起升高度 12m 16m 运行机构工作级别M5 起升速度 9m/min 16m/min 小车运行速度4045m/min 轮距 3400mm 轨距 2500mm 2 传动方案的确定2.1 传动方案的分类因起重量、起升速度和起升高度设计参数的不同,桥式起重机小车有多种传动方案。大致可分为闭式传动和带有开式齿轮传动的两类。2.2 传动方案的选择通过查阅起重机设计手册得知:电动起重机的所有机构都采用闭式齿轮传动(减速器)。而通过查阅起重机课程设计得知,带有开式齿轮的传动结构型式适用于起升速度较低的情况,如我国生产的大起重量的桥式起重机(起重量大于等于80吨)的起升机构多采用这种型式。综合以上观点,又考虑到本课题的主要参数,选取闭式传动。如图2-1;闭式传动在电动机与卷筒之间大多数情况采用传动效率较高的圆柱齿轮减速器,而涡轮减速器(图2-1d)由于传动效率低,除受位置限制需要用外,一般很少应用。在图2-1a和b中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一带制动轮的全齿联轴器直接连接,而图c中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。这种在两个联轴器之间没有外支座的中间轴,除允许径向和角度有一定偏移外,由于可沿轴向稍微串动,因此称它为浮动轴。利用浮动轴比只用一个联轴器连接有下列优点:(1)容许较大的安装误差,而轴越长容许的安装误差越大。故浮动轴长度一般不易过短(不小于500mm)否则所起的补偿作用不大:(2)由于有足够的维修操作空间,便于拆卸和更换零件;(3)是小车由零部件自重引起的轮压分布均匀。利用浮动轴的缺点就是增加了零件数量和转动惯量,因而在起动和制动时增加了动力矩。综合考虑,选用c方案。为安全计,带制动轮的半齿联轴器和制动器应靠近减速器,这样万一浮动轴被扭断,制动器仍可以制动住卷筒。如图c虚线所示,也可以将制动器放在减速器的外侧,这时候在浮动轴的两端应该采用同型号的两个半齿联轴器,同时还要安装一个与制动器相配合的制动轮。3 起升机构各部件的选择计算3.1 吊钩组的选择3.1.1 吊钩组的组成及分类 吊钩组式起重机上应用的最广泛的一种取物装置,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。图3-1 短型吊钩组短型吊钩组(图3-1)吊钩横梁位于滑轮轴下方,吊钩直杆部分较短,滑轮组轴向尺寸较小,钢丝绳偏角较小,钢丝绳分支数偶奇不受限制,应用较多,缺点是整体尺寸较大。图3-2 长型吊钩组长型吊钩组(图3-2),吊钩直杆部分较长,滑轮轴和吊钩横梁部分成为一体,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。图3-3 倍率可变的吊钩组图3-3是一种通过部分滑轮轴心的固定,倍率可变的吊钩组。吊钩有单钩、C型钩、双钩、片式钩等类型。单钩多用于中小起重量的起重机。双钩受力条件较好,钩体材料能充分利用,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(图3-4)图3-4 C型钩吊钩钩身的形状有圆形、矩形、梯形、T字型等,其中T字型结构最合理,但工艺复杂。圆形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。(悬挂在单支钢绳上的吊钩头部设有环眼)在大起重量或者吊运高温物料的大型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吊钩(板钩),它不会整体突然断裂,工作安全,可靠性较好,个别板片可以更换。片式钩只能制成矩形截面,够体材料不能充分利用,自重较大,片式吊钩的头部常制有环眼。为防止系物绳自动脱钩,可在吊钩上加装安全闭锁装置(图3-5)。图3-5 装有安全闭锁装置的吊钩3.1.2 选择吊钩组因为本课题为小起重量,大多用单钩,为安全考虑,选用装有安全闭锁装置的吊钩,所以,初选吊钩组为段性吊钩组,吊钩为装有安全闭锁装置的单钩。3.2 钢丝绳的选择3.2.1 钢丝绳的构造及分类钢丝绳是用多根或多股细钢丝拧成的挠性绳索,钢丝绳是由多层钢丝捻成股,再以绳芯为中心,由一定数量股捻绕成螺旋状的绳。在物料搬运机械中,供提升、牵引、拉紧和承载之用。钢丝绳的强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断,工作可靠。它由钢丝和绳芯构成。钢丝绳按拧绕的层次可分为单绕绳、双绕绳和三绕绳。钢丝绳也可按股中每层钢丝之间的接触状态分为点接触、线接触或面接触3种。钢丝绳的截面除了圆股外,还有三角股、椭圆股和扁股等异型股。与圆股的相比,它们有较高的强度,与卷筒或滑轮绳槽的接触性能好,使用寿命长,但制造较复杂。起重机使用圆形截面的钢丝绳,绳股截面也多是圆形。钢丝绳的选择包括钢丝绳结构形式的选择和钢丝绳直径的确定。绕经滑轮跟卷筒的工作机构应该优先选用线接触的钢丝绳结构。3.2.2 钢丝绳的计算3.2.2.1 钢丝绳静拉力计算 式(3.1)式中 Q额定起重量,Q=10t;吊钩组自重,=0.2t(吊钩组自重通常取额定起重量的2%);m滑轮组倍率,由前面内容得知,m=3;滑轮组效率。所以3.2.2.2 钢丝绳的选型计算所选择的钢丝绳破断拉力应满足 , 式(3.2)式中钢丝绳破断拉力; 钢丝绳破断拉力总和; 折减系数,对于的钢丝绳,=0.85;钢丝绳安全系数,对于中级工作类型,n=5.5。由上式可得即11226.47公斤根据查钢丝绳产品目录,可选钢丝绳(GB1102-74)=11450公斤11226.47公斤,所以符合要求。3.3 滑轮组的选用3.3.1 轮组的定义及分类由钢丝绳绕过若干动滑轮和定滑轮所组成的装置称为滑轮组。根据滑轮组的功能分为省力滑轮组和增速滑轮组。按构造特点又可以分为单联滑轮组和双联滑轮组。3.3.2 滑轮组的初步选定省力滑轮组广泛应用于起重机的起升机构和普通臂架变幅机构,它能用较小的钢丝绳拉力吊起数倍于钢丝绳拉力的重物。而增速滑轮组主要用于液压或气力驱动的机构中。双联滑轮组在桥式、门式和门座式起重机中普遍应用。单联滑轮组多用于汽车、轮胎、履带、铁路、塔式和缆式起重机。双联滑轮组多与单层绕卷筒并用,与单联滑轮组配合使用的多为多层绕卷筒。综上所述,滑轮组初步选定为双联省力型滑轮组。3.3.3 滑轮组倍率的确定滑轮组倍率m是省力滑轮组的省力倍数,也是增速滑轮组的增速倍数, 式(3.3)式中 L钢丝绳自由端移动距离; H物品提升距离; 钢丝绳线速度;物品提升速度;S钢丝绳自由端拉力。单联滑轮组的倍率等于吊起物品钢丝绳的分支数,双联滑轮组可以看成是两个倍率相同,各起吊Q/2的单联滑轮组通过平衡滑轮并联而成,因此双联滑轮组的倍率等于吊起物品钢丝绳 分支数的1/2。滑轮组倍率的选定对起升机构的总体尺寸影响较大,倍率增大,则钢丝绳分支拉力减小,钢丝绳直径、滑轮和卷筒直径也都在减小,在起升高度不变时,需提高卷筒转数,即减小机构传动比,但倍率过大会使滑轮组本身体积和重量增大,同时会降低效率,增大钢丝绳的磨损。起重量小时,选用小的倍率,随着起重量增大,倍率相应提高,倍率增大,起升速度相应减小。门、桥式起重机常用的双联滑轮组倍率见表3-1:表3-1 门、桥式起重机常用的双联滑轮组倍率表额定起重量Q(t)35812.51620325080100125160200250m12233445566688则选定滑轮组的倍率为3,即m=3 。图3-6和3-7。 图3-6倍率为3的滑轮组图3-6适用于重量起升速度低的起重机,考虑到本课题的参数,选用图3-7所示方案。图3-7倍率为3的滑轮组3.3.4 滑轮最小直径的确定滑轮的最小直径指自绳槽底部算起的直径 式(3.4)式中e系数,对中级工作类型的桥式起重机e=25。所以。查标准规格使用的滑轮直径D=350毫米。3.4 卷筒组的选择3.4.1 卷筒的作用及分类卷筒组是起升机构和牵引机构中缠绕钢丝绳的部件,常用卷筒组有齿轮链接盘式、周边大齿轮式、短轴式和内装行星齿轮式。根据钢丝绳在卷筒上卷绕的层数分单层绕卷筒和多层绕卷筒。根据钢丝绳卷入卷筒的情况分单联卷筒(一根钢丝绳分支绕入卷筒)和双联卷筒(两根钢丝绳分支同时绕入卷筒)单联卷筒可以单层绕或多层绕。起升高度大时,为了减小双联卷筒长度,由将两个多层饶卷筒通州不知,或平行布置外加同步装置的实例。多层绕卷筒可以减小卷筒长度,十机构紧凑,但钢丝绳磨损加快,工作级别M5以上的机构不宜使用。卷筒由铸造或焊接经机加工后制成。铸造卷筒一般采用不低于HT-200的灰铸铁,重要卷筒可采用高强度铸铁或球墨铸铁,必须采用铸钢时应不低于ZG230-450。焊接卷筒多采用Q235钢板弯曲焊接支撑,重量轻,适宜于单件生产和大尺寸卷筒。国外有用带绳槽的热轧成型钢板制造的焊接卷筒。3.4.2 卷筒的参数计算3.4.2.1 卷筒的最小直径的确定卷筒的最小直径指自绳槽底部算起的直径 式(3.4)式中e系数,对中级工作类型的桥式起重机e=25。所以。查标准规格使用的卷筒的直径D=400毫米。3.4.2.2 卷筒长度和厚度的计算 式(3.5) 而 式(3.6)式中 最大起升高度,H=16m;n钢丝绳安全圈数,n1.5取2;t绳槽节距,t=d+(24)取t=16mm;空余部分和固定钢丝绳所需长度,取;卷筒左右绳槽之间不刻槽部分长度,根据钢绳允许偏斜角度确定,;其中 吊钩两侧滑轮绳槽中心线之间距离L3=350mm;当吊钩滑轮组位于上部极限位置时,卷筒轴和滑轮轴之间的距离,;卷筒上绕出的钢丝绳分支相对于铅垂线的允许偏斜角,取tan6=0.1;L0卷筒半边绳槽部分长度。卷筒长度L双=2(624.64+48+48)+80=1521.28mm取L双=1550mm卷筒材料采用HT20-40其壁厚可按经验公式确定取16mm卷筒转速n=vm/( D0)=37.06转/分。3.5 根据静功率初选电动机起升机构功率计算 式(3.7)式中 0起升机构总效率。0=组筒传=0.980.980.94=0.903按下式初选相应于起升机构JC%值的电动机功率查电动机产品目录,选择接近的电动机JZR252-8,功率N=30KW,转速n=720转/分,最大转矩倍率,电动机转子转动惯量GD2电=3.38公斤米2,电动机轴上额定扭矩。3.6 减速器选择3.6.1 减速器概述减速器是一种动力传达机构,利用齿轮的速度转换器,将马达的回转数减速到所要的回转数,并得到较大转矩的机构。一般的减速器有斜齿轮减速器(包括平行轴斜齿轮减速器、蜗轮减速器、锥齿轮减速器等等)、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星摩擦式机械无级变速机等等。减速器的作用 (1) 降速同时提高输出扭矩,扭矩输出比例按电机输出乘减速比,但要注意不能通过减速器额定扭矩。(2) 速同时降低了负载的惯量,惯量的减少为减速比的平方。大家可以看一下一般电机都有一个惯量数值。3.6.2 减速器选型计算3.6.2.1 起升机构传动比 式(3.8)根据传动比I=22.9电动机功率N=30KW,电动机转速n=720转/分,工作类型,从减速器产品目录可选ZQH65-V-3CA型减速器,传动比i=20,输入功率N=47.5KW,转速n=750转/分。3.6.2.2 验算减速器被动轴的最大扭矩及最大径向力(1)最大扭矩的验算 式(3.9)式中 M额电动机额定扭矩。M额=40.625公斤米; i传动比,i=20; 电动机至减速器被动轴的效率=0.94;电机最大转矩倍数,。查ZQ系列减速器端暂容扭矩M=2500Kgm,所以。(2)最大径向力的验算 式(3.10)式中 卷筒上钢丝绳最大拉力,即1735公斤; G卷卷筒重量G卷=800公斤(参照大厂数据)。 查得减速器低速轴上最大短暂容许扭矩为5250公斤米,低速轴端最大容许径向载荷 P=9940公斤。满足要求。(3)起升速度验算即V实=0.25905m/s。速度偏差应小于15%即,满足要求。3.7 制动器的选择3.7.1 制动器的简介制动器是保证起重机安全正常工作的重要部件。制动装置用以防止悬吊的物体或吊臂下落,防止转台或起重机在风力或坡道分离作用下流动,使起重机机构减速停车,在特殊情况下调节或限制机构的运动速度。制动器主要由制动架、制动件和操纵装置等组成。有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置。为了减小制动力矩和结构尺寸,制动器通常装在设备的高速轴上,但对安全性要求较高的大型设备(如矿井提升机、电梯等)则应装在靠近设备工作部分的低速轴上。有些制动器已标准化和系列化,并由专业工厂制造以供选用制动系可分为如下几类:制动器可以分为摩擦式和非摩擦式两大类。(1)摩擦式制动器。靠制动件与运动件之间的摩擦力制动。(2)非摩擦式制动器。制动器的结构形式主要有磁粉制动器(利用磁粉磁化所产生的剪力来制动)、磁涡流制动器(通过调节励磁电流来调节制动力矩的大小)以及水涡流制动器等。按制动件的结构形式又可分为外抱块式制动器、内张蹄式制动器、带式制动器、盘式制动器等;按制动件所处工作状态还可分为常闭式制动器(常处于紧闸状态,需施加外力方可解除制动)和常开式制动器(常处于松闸状态,需施加外力方可制动);按操纵方式也可分为人力、液压、气压和电磁力操纵的制动器。按制动系统的作用 制动系统可分为行车制动系统、驻车制动系统、应急制动系统及辅助制动系统等。上述各制动系统中,行车制动系统和驻车制动系统是每一辆汽车都必须具备的。 制动操纵能源 制动系统可分为人力制动系统、动力制动系统和伺服制动系统等。以驾驶员的肌体作为唯一制动能源的制动系统称为人力制动系统;完全靠由发动机的动力转化而成的气压或液压形式的势能进行制动的系统称为动力制动系统;兼用人力和发动机动力进行制动的制动系统称为伺服制动系统或助力制动系统。 按制动能量的传输方式 制动系统可分为机械式、液压式、气压式、电磁式等。同时采用两种以上传能方式的制动系称为组合式制动系统。起重机的工作机构必须安装可靠的制动器。只有在一下情况下可以不装制动器:(1) 机构由作直线运动的油缸驱动,锁闭油路能可靠的止动机构。(2) 桥式起重机的手动运行机构,且不受风力或坡道分力作用。起重机的制动器应满足以下要求:(1) 具有机构所要求的制动转矩;(2) 制动平稳;(3) 上闸和松闸动作迅速;(4) 制动器受力构件具有足够的强度和刚度;(5) 检查、维修、调整方便;(6) 摩擦副的磨损小,使用寿命长;(7) 制动力矩稳定,工作可靠;(8) 摩擦面温度不超过允许值;(9) 外形尺寸和重量小。3.7.2 制动器的选型计算制动器装在高速轴上其制动力矩应满足下式 式(3.11)式中 K制制动安全系数,对于中级工作类型K制=1.75;M制静满载时制动轴上的静力矩 式(3.12)式中 机构总效率,所以,M制=。查产品目录,选择YDWZ-300/50制动器,M制=63公斤米,制动轮直径D=300mm,飞轮矩GD联2=0.60Kgm2。 所以,满足要求。3.8 联轴器的选择3.8.1 联轴器的分类及特性起重机使用的联轴器主要用来连接两根同轴线布置或基本平行的转轴,传递扭矩同时补偿少许角度和轴向偏移,有的还能改善传动装置的动态特性。半联轴器有时可以兼做制动轮。起重机常用的联轴器有齿轮联轴器、梅花弹性联轴器、弹性柱销联轴器、尼龙柱销联轴器、万向联轴器、耦合器(液体联轴器)等。3.8.2 联轴器的选型计算电动机轴上采用CL型联轴器(双锥型轴端)对于CL型齿形联轴器根据下式选择式中 M计联轴器传递的计算力矩(公斤米);M联轴器许用扭矩(公斤米); 式(3.13)其中 nI相应于第I类载荷的安全系数,nI=1.8;计及实际起重量变动影响的等效静载荷系数,;计及机构启动、制动时动载荷对传动零件影响的等效动载荷系;M零额相应于机构JC%值的电动机额定力矩传至计算零件的力矩M零额=M额=40.625公斤米。所以。根据结构型式连接尺寸和查联轴器产品目录,又考虑到电机轴径为70mm,所以选择CL4联轴器,允许最大扭矩M=560 kgm,GD联2=0.85kgm2.因为,所以满足要求。同样的方法选择连接减速器跟浮动轴的联轴器,又考虑到制动轮的直径为300mm,查联轴器系列表,选择带制动轮的联轴器,允许最大扭矩315kgm。因为MM计,符合要求。3.9 制动时间的验算 式(3.14)式中 制动器制动力矩;满载时制动轴上的静力矩,=31.66kgm;n电动机转速,n=720转/分;V起升速度,V=15.543米/分=0.259米/秒;起升机构效率=0.903;K考虑其他传动件飞轮矩的影响系数,换算到电动机轴上时取K=1.2;电动机转子飞轮矩,=3.38公斤米2;电动机轴上联轴器飞轮矩,=0.42公斤米2,GD2联制=10公斤米2t制12秒,制动时间较短,制动力矩较大为了防止冲击,在使用时可调节制动力矩,式制动时间在1.25秒左右。3.10 起动时间的验算 式(3.15)式中 电动机平均启动力矩;,取65公斤米;电动机上静力矩; V起升速度,V=15.543米/分=0.259米/秒。,符合起动时间在2秒以内的要求。3.11 电动机发热验算 式(3.16)式中 N静满载静功率, K机构工作系数,K=0.75 系数,根据t起/t工查起重机手册第97页图8-37曲线,对起升机构一般情况t起/t工=0.05到0.1,查得0.875。所以,满足要求。3.12 高速浮动轴的验算许用应力计算法: 式(3.17)式中 P传动的功率(KW); n轴的转速,r/min r= d0/d轴内径d0与外径之比,对实心轴r=0; 许用应力,对Q235取11.519.5MPa。所以取d=80mm符合要求。结论我认为我的这次起重机设计是我大学里专业学习收获最多的一次。在设计中我系统得复习了许多以前的知识。对我知识体系的巩固和升华有很大的作用。在这里,我将自己的一些设计心得写出来与大家分享。1)现在的机械设计可以说是一种组合与筛选。由于世界范围的工业大生产,专业化,标准化成为一种必然。社会的飞速进度也要求我们提高生产效率。这就要求现代企业必须能够满足大规模的生产要求。而标准化是这一趋势的必然出路。标准化是有利也有弊的,它的主要弊端就是使许多企业单纯依靠标准,失去了创新的能力。标准是一个最底的要求,是社会技术成熟的结果,它并不代表行业最先进的技术和设计方法。所以我们要在满足标准化的同时进行技术创新。才能不断地进步。只有这样,设计才不会是一种纯粹的数学游戏,而成为一种神圣的职业。2)国内的技术创新主要集中在零件上,这些年来,许多企业也加大了对控制方面的重视。但是我认为机器整体的机型变化也很重要。现在的起重机械,尤其是港口机械的机型虽然是许多辈前人的辛苦努力的结果,但是这并不意味着这些机型就是完美的,其实我们也可以
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