第五章 运行机构

1、第五章第五章 运行机构运行机构2009.7大连理工大学机械学院苗明 0411-847098305-1 概述概述一.任务：使起重机或载重小车水平运动，达到扩大工作面积，完成预定吊运和装卸工作。二.分类：1.按工作性质分：v工作性运行机构：(带载运行)如：桥吊（大小车）、塔吊、门式（大小车）、船厂安装用的门座起重机。特点：速度V40 m/min 。v非工作性运行机构：是调整性的，(空载运行)如：港口门座起重机、装卸桥（大车）、汽车起重机。计算时不考虑吊重。特点：V30 m/min 。2.根据运行场所分：v有轨运行：钢轮在专门铺设的钢轨上运行，特点：构造简单，负荷能力大，运行阻力小，但工作范围有局限

2、性。如：门式、桥式、门座起重机等。v无轨运行：轮胎、履带、步行式、浮吊。特点：调度性好，可随时调到需要的工作地方。运行阻力大。步行式的用于沼泽地。3.根据驱动方式分：v自行式：运行机构装在运行部分上。特点：靠轮与轨道间的粘着力运行，若粘着力不够就会打滑。v 牵引式：只能用在小车上，运行机构装在运行部分之外，用钢丝绳牵引着运行。用于小车行走。特点：解决爬坡问题，减轻小车自重。4.根据动力分：v手动：链轮链条。特点：速度小。v电力、内燃、内燃电动、内燃液压三.运行机构组成部分 v支承装置承载重量， 包括车轮、轨道、台车、地基。v驱动装置驱动起重机行走的装置，包括：原动机（电机、内燃机）、传动装置（

3、减速器、联轴器）、制动装置（制动器）。5-2 运行支承装置运行支承装置 一.概述： 有轨支承装置是起重机最常用的，它通过车轮将全部重量传给轨道，轨道又传给地基（包括吊重）并使起重机运行和导行。v优点：承载能力大。阻力小。制造费用低，维护费用也少。v缺点：机动性能受限制。二.轨道 作用：支承起重机重量，并引导它的运动 方向。 轨道支承：1.枕木 与铁路支承一样。 2.混凝土 3.钢结构 (600KN)tP60maxtP1210max 轨道种类： 按轨道断面形状分： 方钢。 铁路轨道 表示方法：P11P50 ； 脚码为单位长度重量Kg/m； 起重机轨道 适用于重型 表示方法：QU70120； 脚码

4、为轨道轨顶宽度。 按轨顶形状分： 平顶：与车轮成线接触，理论上承载能力 大，但很少使用，如方钢和扁钢。 圆顶：如铁路轨道、起重机轨道。承载能 力较平顶的小，车轮与之成点接触， 可适应车轮的倾斜，车轮寿命 长。 压板焊接：可靠，维修麻烦。 轨道选择：根据轮压、轮的直径。三.车轮 作用：起支承和导行作用。（一）构造： 1. 按踏面分： 圆柱面。 圆锥面。（通常锥度为1：10）用于大车轮 集中驱动，有自行走直的作用。大 端在轨道内侧，小端在轨道外侧。 一定用在主动上，不用在从动轮上。 鼓形面（球面）。用于小车回转机构，可避 免附加摩擦与磨损。 2. 按轮缘分： 双轮缘：大小车都用。 单轮缘 3. 按

5、车轮功用分： 主动轮。 从动轮。 4. 按支承分： 滑动。 滚动。（二）材料：1.大车车轮通常用：ZG45，ZG55， ZG50SiMn， ZG55CrMn，ZG50MnMo,， ZG35CrMnSi 表面淬火（工频）（过去火焰：深5mm，易脱皮）HB300350，深20mm以上，而且有硬软过渡缓和区。 2.小车车轮通常用： 45，50Mn，65Mn。（三）车轮计算根据最大轮压值，初定车轮的材料、踏面直径，最后进行踏面疲劳计算。 计算载荷： 1车轮疲劳计算按下式计算： 式中：32minmaxFFFc）小轮压（设备正常工作是的最）轮压（设备正常工作时的最大）荷（车轮路面的疲劳计算载NFNFFcm

6、inmaxN在确定 ， 时，起升冲击系数 ，动载系数 ，突然卸载冲击系数 和运行冲击系数 均取为1。maxF 2车轮踏面疲劳计算： 、线接触的计算式： 式中： 与材料有关的许用线接触应力常数 钢制车轮的 值如下：minF1234211CDlCKFc1K2/mmN1K)/(2mmNb1K2K材料抗拉5003.80.0536005.60.16506.00.1327006.60.1818007.20.2401.121.25推荐推荐HB300380淬火深度淬火深度1520mm， 、 仍取未处理的仍取未处理的 。当材料为球墨铸铁时，对当材料为球墨铸铁时，对 ， ， 可按可按 选取选取

7、。 D 车轮踏面直径（mm） L 车轮与轮道的有效接触长度mm 转速系数 查规范 工作级别系数1K1K2Kb2/500mmNb2K2/500mmNb1C2CM2C31 MM4M5M6M87 MM运行机构、 点接触的计算式：式中： 与材料有关的许用点接触应力常数 R 曲率半径（mm）。R取为车轮曲率半径与轨道曲 率半径的大值。 M 由二接触面曲率半径之比r/R确定的系数。 r 两曲率半径中的小值。21322CCmRKFc2K2/mmNr/R1.00.3m0.3880.40.420.440.1680.490.5360.65-3 运行驱动机构的构造运行驱动机构的构

8、造 一. 概述 有轨运行有两种驱动方式：自行式和牵引式；自行式的特点是运行驱动机构在运行部分上，靠主动轮与轨道间的附着力驱动，构造简单，布置方便，应用很广。缺点：自重较大，驱动力有限，不能产生较大的加速度，不能用于坡度较大的场合。 牵引式的特点：运行驱动机构装在运行部分之外，自重小，驱动力不受限制。缺点：牵引钢丝绳寿命短，维修麻烦，运行阻力大。所以用要求自重小或坡度大的场合。 二、自行式主动轮布置方式 1. 布置原则：保证起重机主动轮在任何情况下都有 足够的轮 压足够的附着力（主动 轮与轨道的摩擦力）。 2. 驱动轮数：通常为1/2的总轮数或1/4总轮数。根 据打滑条件确定。 3. 布置方式：

9、v单边布置 v对面布置 v对角布置 v四角布置 v全部驱动 v特点：驱动力不对称，主动轮压随小车运行而变化，用于电葫芦，小起重量，运行速度低的情况。如：小跨度单梁吊。 v特点：驱动力对称，主动轮压之和不随小车运行而变化，桥吊应用最多，不能用于旋转式起重机。v理论上可保证主动轮压之和不随臂架位置变化，但实际由于轨道不平等原因仍有变化，适用中小型旋转类型起重机上。v可保证总主动轮压不变，用于大型起重机上。v启动快，速度大，用于装卸桥的小车。 三、主动轮的驱动方式1集中驱动：50年代广泛采用。 特点：可以节省电机，减速器的数目。 缺点：安装麻烦，主梁下挠度的影响大，而且有 一笨重的低速轴，使起重机自

10、重增大。用 圆柱车轮时，啃道严重，一般用于小车或 跨度较小（L16.5mm）的大车。采用圆 锥车轮可使自行走直。2分别驱动：多用电机、减速器，少于传动轴。现 代起重机大车主要用这种形式。 优点：安装、维修比集中驱动方便，一侧出故障 仍可运行，自重较轻，特别当L增大时更为 明显。 应当注意：桥式、门座吊结构刚性好，因此结 构件强制同步运行。 对于大跨度的门式、装卸桥，桥架 刚性相对较差，要加偏斜指示装置。3单边驱动：适用于起重量小，跨度小的情况， 轻级工作制。说明: 无论那种驱动都有啃道问题，集中最严重， 分别驱动最好。 四、均衡台车5-4 运行阻力运行阻力 自行式起重机或小车在稳定运行时的阻力

11、称为运行静阻力 。由摩擦阻力 、坡度阻力 、风阻力 三项组成。在起动时期除上述阻力外，还有加速度运动时的惯性阻力 。所以静阻为： + + 。静P摩P坡P风P惯P静P摩P坡P风P 一、摩擦阻力：（1）有轨形式摩擦阻力包括：车轮轴承中的摩擦阻力；车轮的滚动摩擦阻力；车轮轮缘与轨道间的附加摩擦阻力。这一项情况较复杂，通常用一个附加摩擦阻力系数 来表示。摩P在车轮轴承中的摩擦阻力矩为 ； 当受轮压P作用的车轮沿轨道滚动时，在接触点处产生弹性变形，使轨道对车轮的支反力向前偏移一距离f，称为滚动摩擦系数，由此而引起滚动摩擦阻力矩Pf，对轴心列力矩平衡方程式，则：GQPPP2dP)2(dPPfM 摩DdfP

12、W2摩12)()(dPPfPPMGQGQ摩即：车轮上的阻力：或2)()(dPPfPPMGQGQ摩)2)(dfPPMGQ摩)2)(2DdfPPDMPGQ摩摩)(GQPPP摩式中： 摩擦阻力矩（N.m） ； 起升载荷（N）； 起重机或起重小车的重力 （N）； D 车轮踏面直径（m） ； d 车轮轴径，对滚动轴承常取内径值计 算 （m） 车轮轴承的摩擦系数 摩MQPGP轴承形式 滑动轴承滚动轴承轴承结构开式用稀油润滑时滚珠式和滚柱式锥形滚子式0.10.080.0150.02 f 车轮沿轨道的滚动摩擦系数 （m） 附加摩擦系数 1.12.0 摩擦阻力系数 滑动轴承 0.015 滚动轴承 0.006 车

13、轮材料钢轨车轮踏面直径 D（mm）1001502003004005006007008009001000钢平顶钢轨0.000250.00030.00050.00060.00070.0008圆顶钢轨0.00030.00040.00060.00080.0010.0012铁平顶0.00040.00060.00080.00090.001圆顶0.00050.00070.00090.00120.0014Ddf2二、坡度阻力 坡度阻力系数 混凝土和金属梁上的轨道取 0.001 碎石基础和枕木上的轨道 =0.002 小车 0.002pP坡坡坡坡坡)(tan)(QPPPPPGQGp 三、风阻力露天工作需考虑 式中

14、： C 风力系数 风压高度变化系数 p 计算风压 N/mm2 p=0.625v2; V - 计算风速 m/s p -分为p、p、p A 起重机或物品垂直于风向的 迎风面积m2 ，由 ； -结构充实率lFFhqACPhffP 综上所述，当起重机或起重小车作稳定直线运 行时，作用在其上的静阻力 ： 风坡摩静PPPP静P（1）换算到电动机轴上的相应静阻转矩 ： 运行机构总传动比 电机与车轮的转速比 运行机构的传动效率jMiDPMjj12i（2） 运行起动阶段的起动转矩 运行机构电动机的起动转矩 （N.m） 换算到电机轴上的稳定运行时的静阻力 (N.m) 运行机构起动时换算到电动机轴上的转矩(N.m)

15、 带载起吊时或起重小车的移动质重在运行起动 时换算在电机轴上的惯性转矩(N.m)惯转惯移惯起MMMMMMjj起MjM惯M移惯 M其中： 起重机或起重小车的质量 (kg) 起升载荷的质量 (kg) D 车轮踏面直径 (m) v 起重机或起重小车的运行速度 (m/min) 车轮转速 运行机构的起动时间 （s） 机构传动效率 n 电机的额定转速 (r/min) i 传动比 运行机构传动零件回转质量在运行起动时换 算到电动机轴上的惯性转矩 (N.m)222 .38)(1260)(itnDMmiDtvMmMqQqQ机机惯移机mgPmG机QmgPmQQ转Dnv轮nqt转nni/惯转M 换算系数 1.11.

16、2 电动机轴上回转质量（电动机转子和联轴器）的转动惯量Kg.m2qgtnJM55.9惯转gJ（3） 运行制动阶段的制动转矩； 惯制MMMjiDWWWMj2)(摩坡风惯转移惯惯MMM222.38)(itnDQmM制机惯移制惯转tnJMg55.9五、运行阻力组合 1组合的必要性：由于坡度阻力由上坡、下坡;风阻力:风正面吹有时反面吹。 所以要组合。 2组合与工况有关：验算电机发热 齿轮接触疲劳强度 用I类载荷 计算强度时用类载荷 。考虑电机发热时4)()()()(2222pfmpfmpfmpfmPPPPPPPPPPPPP22)()(1mpmfmPPPPP验算接触疲劳强度时 333334)()()()

17、(pfmpfmpfmpfmPPPPPPPPPPPPP33)( 3)( 31mpmfmPPPPP验算机构部件强度时： pfmPPPP 5-5 运行机构计算运行机构计算 v出发点：运行阻力，运行速度1. 确定电动机容量v原则：根据静功率和接电持续率初选电机v 惯性力较大时应考虑惯性力的影响 一台电机的静功率 ；式中： m 驱动电机的总数 Vy 运行速度 m/s 运行机构传动的总机械效率 1000mVPyjNP初选电机容量 式中：K电 考虑起动时惯性影响的功率增大系数 对于室外工作的门式起重机的大、小车运 行机构和装卸桥的大车运行机构， K电=1.11.3 对于室内工作的起重机及装卸桥的小车运 行机

18、构 K电=1.22.6 （速度高者取大值）NPKP电2. 传动比 式中： 电机转速 注意：1. 当i不太大时，选一台减速器， 2. 当i较大时，选一台减速器加一对开式齿 轮， 3. 若i 很大时，可选两台减速器， 这时，第一台应选小一点，而第二台应选 大点。轮电nni 电n减ii 开减iii21iii3. 验算起动时间 （满载、上坡、迎风） （s） 式中： 电机平均起动力矩 作用于电机轴上的静阻力矩 qt)MM(9.55ntjqdqmJqMzhqqMMjMiDPMjj12 折合转动惯量（Kg/m2） 高速轴的转动惯量； 电机转子转动惯量 连轴器及制动器的转动惯量J22lQGg4iD)mm(mJ

19、k JgJ)JJ (JldgdJlJ对大车： 对小车：可根据平均加速度来判断 一般运行加速度： 全部驱动（高速） )(86tqmax秒)(43tqmax秒q60tva )s/m(2qt2s/05m. 0a 2s/4m. 1a 4. 电动机的发热验算 式中：P-电动机允许的输出功率值（KW) 该值可根据惯量增加率C和折合的每小时的全起动次数Z的乘积CZ值由GB3811-83查得 PS-运行的稳态功率 sP P1000mV)Pm(PiicGGPs式中： m 驱动电机的总数 Vi 运行速度 m/s 运行机构传动的总机械效率 摩擦阻力系数 坡度阻力系数 小车 =0.002 大车 =0.001 风阻力 按正常工作状态的计算风压 计算。 室内 =0cmcmcmipiPiP G -稳态负载平均系数 运行机构 室内起重机室外起重机小 车 大 车G10.70.850.75GG30.90.950.85G4110.9v5、电动机过载能力验算 （短期过载能力） 能否在工作状态的最大载荷作用下正常运转（满载、上坡、迎风） 式中：Pn-基准接电持续率时电动机的额定功率（kw) m-电动机的个数 PG-运行部分所有质量的重力 （N) as - 系数 对绕线型异步电动机 取1.7 qfcGasntnJVWmPmP912001000126. 制动器