桥式起重机设计小车起升机构

1、华东交通大学理工学院毕业设计引 言 桥式起重机是一种桥架型起重机。它的常用类型是箱形双梁桥式起重机，由一个两根箱形主梁和两根横向端梁组合而成的双梁桥架，它是依靠起升机构和在水平面内的两个相互垂直方向移动的机构运行，它广泛用在仓库、现代机械加工车间、装配车间和露天贮料场等生产场所。 桥式起重机一般由大车运行机构的桥架、起升机构和起重小车、电气设备、司机室等组成。起重小车又分为主起升机构、副起升机构和小车架三部分组成。起升机构用来上下升降物料，起重小车用来带着物料作横向移动，以达到在一定空间范围内组成的三维空间里做搬运和装卸物料。桥式起重机是使用较广泛，工作效率高的一种轨道运行式起重机，其额定起重

2、量可以达到上百吨。最原始的形式是通用吊钩桥式起重机，其它种类桥式起重机都是在通用吊钩桥式起重机的形式上研发出来的。其结构具有机械加工零件少、工艺性能好、通用性好及机构安装检修维护方便等众多优点，因此它被广泛用于现代工业中。我国桥式起重机大多采用计算机辅助优化设计，能够极大地提高起重机的技术性能和减轻自身重量，并能开发出新型结构。由于我国对能源工业的重视和资助，建造了很多大中型水电站，发电机组比以前多许多。尤其是长江三峡的建设工程对大型起重机的需求量迅速提高。三峡发电场需要1200t桥式起重机和2000t大型塔式起重机。而小型的遥控起重机的需要量随着国民经济高速发簪也越来越大，它能极大地提高作业

3、安全性，同时减少劳动力。在我国的桥式起重机大、小车运行机构采用的是德国Demang公司研发的“三合一”驱动装置，吊挂于端梁内侧，这样吊挂就不会受主梁下挠和振动的影响，提高了大小运行机构的性能和寿命，并且使其结构紧凑，外观简洁，安装维护方便。 。 而国外桥式起重机发展更注重简化设备结构，减轻自重，降低生产成本。他们不断的更新起重机的零部件，从而提高整机性能。随着世界经济的高速发展，起重机械设备的体积和重量趋于大型化，起重量和吊运幅度也有很大增幅，为节省生产和维修成本，其服务场地和使用范围也随之变大。还有国外某些大型工厂为了提高生产率，降低生产成本，将起重运输机械和起重机很好的结合在一起，构成先进

4、的机械化运输系统。 本设计是32/5t桥式起重机小车起升机构，其技术参数是：主钩起重重量32T，起升高度16m，起升速度是7.51m/s，工作级别是M5；副钩起重重量5T，起升高度18m，起升速度是19.5m/s，工作级别是M5。小车的自重约11.5t.第一章 主起升机构的计算1.1确定起升机构的传动方案起升机构是起重机械中最重要的机构，是桥式起重机缺之部可的组成部分。起升机构的工作好坏对整台起重机的安全稳定有着最直接的影响。起升机构主要有下列部分组成：驱动装置，传动装置，卷筒，滑轮组，吊起装置和制动装置。起升机构总体布置在很大程度上决定于驱动的形式。起重机的驱动形式分为：集中驱动（一台原动机

5、带动多个机构）和分别驱动（每个机构有各自的原动机）。由于分别驱动布置方便，安装和检修容易，因此现代大多数起重机都是采用分别驱动。按照此次设计要求，选择分别驱动。图1-1起升机构驱动装置整体布置简图。主起升机构和副起升机构。图1-1起升机构驱动装置整体布置简图图1-2起升机构简图为了使安装方便，并提高补偿能力，通常如同图1-3那样将齿轮联轴器用一段轴联接起来，该轴称为浮动轴。图1-3主起升机构驱动装置布置简图1.2 选择钢丝绳根据起重机的额定起重量,查起重机设计手册表3-2-8，选择双联起滑轮组，倍率为，承载绳的分支数。若滑轮组采用滚动轴承，当查起重机设计手册表3-2-11，得钢丝绳滑轮组效率。

6、钢丝绳缠绕方式如图2-4所示图1-4主起升机构钢丝绳缠绕简图(1)钢丝绳所受最大静拉力： （1.1）式中 Q 额定起重量，Q =32t； 吊钩组重量，（ 吊钩的重量一般约占额定起重量的2 - 4 % ，这里取吊钩挂架重量为0.96t）； 滑轮组倍率，； 滑轮组效率，。（2）钢丝绳的选择： 由起重运输机械表2-2选择圆股线接触钢丝绳6W19 GB1102-74。选择钢丝绳的破断拉力应满足 式中钢丝绳工作时所受的最大拉力（N）； 钢丝绳规范中钢丝破断拉力的总和（N）； 钢丝绳判断拉力换算系数，对于绳6W(19)的钢丝绳，由起重运输机械表2-3查得； 钢丝绳安全系数，对于工作类型n=5.0，由起重机

7、设计手册表3-1-2。 由上式可得 查起重机设计手册表3-1-6选择钢丝绳6W(19)，公称抗拉强度，直径d=20.0mm，其钢丝破段拉力总和，标记如下： 钢丝绳6W(19)20.01850光右交（GB1102-74）。1.3 滑轮的计算为了确保钢丝绳具有较长的使用寿命，滑轮的直径（子绳槽底部算起的直径）应满足：式中 e- 系数，由起重机设计手册表3-2-1查得，对工作类型M5的起重机，取e=20； d所选择的钢丝绳的直径，20mm。查机械设计手册表8-1-65取滑轮的直径为 =560 mm。平衡滑轮理论直径：查机械设计手册表8-1-66，由钢丝绳直径d=20mm，得绳槽断面尺寸。查机械设计手

8、册表8-1-67c，由绳槽断面尺寸，选择滑轮轴承6224。查机械设计手册表8-1-68，由滑轮轴承尺寸，选择轮毂尺寸。所选滑轮：滑轮 E 20x630 120 JB/T9005.31.4 卷筒的计算 桥式起重机中主要采用铸造圆柱形卷筒。在一般情况下，绳索在卷筒上只绕一层。1)、卷筒的直径： 式中 e- 系数，由起重机设计手册表3-3-2查得，因为起重机的工作类型M5，取e=18； d所选择的钢丝绳的直径，20mm。查机械设计手册表8-1-58取卷筒的直径为D =630mm。 2）卷筒槽计算绳槽半径：R=（0.530.56）d=10.611.2mm=12mm绳槽深度（标准槽）：=（0.250.4

9、）d=58mm=6.0mm绳槽节距：p=d+（24）=22mm卷筒计算直径：3)确定卷筒长度并验算起强度根据需要选择双联卷筒，卷筒的总长度：式中 最大起升高度， 16 m； 钢丝绳安全圈数，Z > 1.5 ，取Z=2；P 绳槽节距，P = 22mm； 无绳槽卷筒端部尺寸，由结构需要确定，= 300； 固定绳尾所需长度，； 中间光滑部分长度， 卷筒的计算直径（按缠绕钢丝绳的中心计算）, Dd=63020 = 650 mm；带入上式得：取=2300mm，卷筒材料初步采用HT200 灰铸铁 GB/T 9439-1988，抗拉强度极限，抗压。其壁厚可按经验公式确定=0.02D+（610）=0.0

10、2630+8=18.622.6mm，取=20mm。卷筒壁的压应力演算： 图1-5卷筒弯矩简图 许用压应力，故强度足够。由于卷筒L>3D，应该计算在弯曲力矩产生的拉应力（因扭转应力甚小，一般忽略不：卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中央时，如图1-5所示：卷筒断面系数：式中：D卷筒外径， D=630mm=0.63m； 卷筒内径，。所以，。合成应力：其中许用拉应力所以，卷筒强度计算通过。故选定卷筒直径D=630mm，长度L=2300mm。卷筒槽形的槽底半径r=12mm，槽矩p=22mm，起升高度H=16m，倍率ih=4；靠近减速器一端的卷筒槽向为左的A型卷筒，标记为：卷筒A4）卷筒转速 =1

11、4.7r/min1.5选电动机起升机构静功率： KW （2.3）式中 起升机构的总效率，一般=0.80.9，取=0.85； =KW电动机计算功率：式中G为稳态负载系数，由起重机设计手册表2-2-5，2-2-6查得G=0.8。由起重机设计手册表5-1-41查得主起升机构JC=25%,CZ=150。由起重机设计手册表5-1-13选用YZR280S-8型电动机，功率,转速由起重机设计手册表5-1-36，由JC=25%,CZ=150得P=45.59KW由起重机设计手册表5-1-3,1.6电动机发热校验和过载校验电动机发热校验：式中 稳态平均功率，KW m电动机台数，m=1由以上计算结果，故所选电动机能

12、满足发热校验电动机过载校验式中 在基准接电持续率的电动机额定功率， H绕线异步电动机，H=2.1 电动机转矩的允许过载倍数，由起重机设计手册表5-1-2，由以上计算结果可知，电动机满足过载校验。综上所述，电动机选择符合要求。1.7选择减速器起升机构总的传动比查起重机设计手册表3-10-2，取i=50查起重机设计手册根据传动比i=50，电动机转速,电动机功率，工作类型M5，表3-10-6，高速轴许用功率,名义中心距，许用输出扭矩，表3-10-3，高速轴伸尺寸，表3-10-4低速轴伸尺寸P型，自重G=5200Kg。型号：QJR-800-3CW1.8 实际起升速度和实际所需功率的验算 实际起升速度为

13、： 并要求起升速度偏差应小于15%. 实际所需等效功率为：因此电动机满足要求。1.9校核减速器输出轴强度输出轴最大扭矩： 式中 电动机的额额定扭矩, i传动比,i=50 电动机至减速器被动轴的传动效率, 电动机最大转矩倍数,； 减速器低速轴上最大短暂准许扭矩, 输出轴最大径向力验算: （2.4）式中 卷筒上钢丝绳最大拉力, =42.5KN 卷筒重量, =15KN(参阅资料) 低速轴端的最大容许径向载荷, =120KN a钢丝绳上的分支数，a=2 ，故所选减速器满足要求。1.10制动器的选择制动器装在高速轴上,所需静制动力矩： 式中 制动安全系数，查起重运输机械得。选择块式制动器，查起重机设计手

14、册表3-7-5：制动轮直径 D=500mm制动块退距 制动片衬片厚度 制动瓦块宽度 摩擦副间设计正压力式中 制动衬片允许比压，查起重机设计手册表3-7-6 包角，我国规定额定制动矩 式中 摩擦系数，查起重机设计手册表3-7-6，根据以上计算的制动力矩，以及其他参数，查起重机设计手册表3-7-15，选择YW500-2000,额定制动转矩T=2800Nm,整机质量m=168Kg。制动轮直径，最大制动力矩为装配时调整到2800Nm.。1.11联轴器的选择带制动轮的联轴器通常采用齿形联轴器，高速轴的计算扭矩：式中 电动机的额定力矩； M 联轴器的许用扭矩； 相应于第类载荷的安全系数, ； 刚性动载系数

15、。 由起重机设计手册查得YZR280S-8表5-1-21电动机轴端为圆锥形，D=85mm。由起重机设计手册查QJR-800-3CW减速器，高速轴端为圆锥形，d=130mm，l=250mm。查表3-12-6（JB/ZQ4218-86）选用CL5的齿轮联轴器，最大允许扭矩，飞轮矩。浮动轴的轴端为圆柱形d=70mm,l=120mm。查表3-12-8，选一个带制动轮的齿轮联轴器，直径D=500mm，最大允许转矩，飞轮矩。浮动轴端直径d=70mm，l=120mm。 1.12起动时间的验算 （2.5）式中 平均起动力矩静阻力矩 因此 一般来说起升机构起动时间为15s，故所选电动机合适。1.13制动时间的验

16、算 式中 查起重机设计手册当v<12m/min时，故所选的电动机合适。1.14高速浮动轴计算 1）疲劳计算轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩为：式中等效系数，由起重机课程设计表2-7查得；由上节选择联轴器中，已确定浮动轴的直径d=70mm因此扭转应力：许用扭转应力由起重机课程设计（2-11）、（2-14）式得：轴的材料为45号钢，；，。考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数; 与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡和开有键槽及紧配合区段，； 与零件表面加工光洁度有关，取；此处取；考虑材料对应力循环不对称的敏感系数，对于碳钢，低合金钢；安全系数，查起重机课程设计表2-21得；因此： 故

17、，通过。2）静强度计算轴的最大扭矩：式中 动力系数，由起重机课程设计表2-5查得。最大扭转力矩：许用扭转应力，式中 安全系数，由起重机课程设计表2-21查得。，故合适。第二章 副起升机构的计算2.1确定起升机构的传动方案副起升机构的传动方案参照前面所述主起升机构的传动方案，还是选择分别驱动。驱动装置布置按照图1-3。2.2选择钢丝绳根据起重机的额定起重量,查起重机设计手册表3-2-8，选择双联起滑轮组，倍率为，承载绳的分支数。若滑轮组采用滚动轴承，当查起重机设计手册表3-2-11，得钢丝绳滑轮组效率。钢丝绳缠绕方式如图图2-1副起升机构钢丝绳缠绕简图( 1 )钢丝绳所受最大静拉力：式中 Q 额

18、定起重量，Q =5t； 吊钩组重量，（吊钩挂架的重量约占额定起重量的24%，我们这里取吊钩挂架重量为0.15t） 滑轮组倍率，； 滑轮组效率，。（2）钢丝绳的选择： 由起重运输机械表2-2选择圆股线接触钢丝绳6W19 GB1102-74。选择钢丝绳的破断拉力应满足 式中钢丝绳工作时所受的最大拉力（N）； 钢丝绳规范中钢丝破断拉力的总和（N）； 钢丝绳判断拉力换算系数，对于绳6W(19)的钢丝绳，由起重运输机械表2-3查得； n钢丝绳安全系数，对于工作类型n=5.0，由起重机设计手册表3-1-2。 由上式可得 查起重机设计手册表3-1-6选择钢丝绳6W(19)，公称抗拉强度，直径d=12.5mm

19、，其钢丝破段拉力总和，标记如下： 钢丝绳6W(19)12.51550光右交（GB1102-74）。2.3滑轮的计算为了确保钢丝绳具有一定的使用寿命，滑轮的直径（子绳槽底部算起的直径）应满足：式中 e- 系数，由起重机设计手册表3-2-1查得，对工作类型M5的起重机，取e=20； d所选择的钢丝绳的直径，12.5mm。查机械设计手册表8-1-65取滑轮的直径为=315 mm。平衡滑轮名义直径：查机械设计手册表8-1-66，由钢丝绳直径d=12.5mm，得绳槽断面尺寸。查机械设计手册表8-1-67c，由绳槽断面尺寸，选择滑轮轴承6224。查机械设计手册表8-1-68，由滑轮轴承尺寸，选择轮毂尺寸。

20、所选滑轮：滑轮 E 12.5x315 120 JB/T9005.32.4卷筒的计算 起重机中主要采用铸造圆柱形卷筒。在大多数情况下，绳索在卷筒上只绕一层。1)、卷筒的直径： 式中 e- 系数，由起重机设计手册表3-3-2查得，对工作类型M5的起重机，取e=18； d所选择的钢丝绳的直径12.5mm。查机械设计手册表8-1-58取卷筒的直径为D =400mm。 2）卷筒槽计算绳槽半径：R=（0.530.56）d=6.6257mm=7mm绳槽深度（标准槽）：=（0.250.4）d=3.1255mm=4mm绳槽节距：p=d+（24）=15mm卷筒计算直径：3)确定卷筒长度并验算起强度根据需要选择双联

21、卷筒，卷筒的总长度：式中 最大起升高度， 18 m； 钢丝绳安全圈数，Z > 1.5 ，取Z=2；P 绳槽节距，P = 15mm； 无绳槽卷筒端部尺寸，由结构需要确定，= 80； 固定绳尾所需长度，；中间光滑部分长度， 卷筒的计算直径（按缠绕钢丝绳的中心计算）, Dd=40012.5=412.5 mm；带入上式得：取=1300mm，卷筒材料初步采用HT200 灰铸铁 GB/T 9439-1988，抗拉强度极限，抗压。其壁厚可按经验公式确定=0.02D+（610）=1418mm，取=18mm。卷筒壁的压应力演算，参照图(2-5)： 许用压应力，故强度足够。由于卷筒L>3D，尚应计算由

22、弯曲力矩产生的拉应力（因扭转应力甚小，一般忽略不计）：卷筒的最大弯矩在钢丝绳位于卷筒中央时，如图1-3所示：卷筒断面系数：式中：D卷筒外径， D=400mm=0.4m；卷筒内径，。所以，。合成应力：其中许用拉应力所以，卷筒强度演算通过。故选定卷筒直径D=400mm，长度L=1300mm。卷筒槽形的槽底半径r=7mm，槽矩p=15mm，起升高度H=18m，倍率ih=2；靠近减速器一端的卷筒槽向为左的A型卷筒，标记为：卷筒A4）卷筒转速 =30.11r/min2.5选电动机起升机构静功率： KW式中 起升机构的总效率，一般=0.80.9，取=0.85； =KW电动机计算功率：式中G为稳态负载系数，

23、由起重机设计手册表2-2-5，2-2-6查得G=0.8。由起重机设计手册表5-1-41查得主起升机构JC=25%,CZ150。由起重机设计手册表5-1-13选用YZR180L-6型电动机，功率,转速由起重机设计手册表5-1-36，由JC=25%,CZ=150得P=15.393KW由起重机设计手册表5-1-3,2.6电动机发热校验和过载校验电动机发热校验：式中 稳态平均功率，KW m电动机台数，m=1由以上计算结果，故所选电动机能满足发热校验电动机过载校验式中 在基准接电持续率的电动机额定功率， H绕线异步电动机，H=2.1 电动机转矩的允许过载倍数，由起重机设计手册表5-1-2，由上结果可知，

24、电动机满足过载校验。因此，电动机选择符合要求。2.7选择减速器起升机构总的传动比查起重机设计手册表3-10-2，取i=31.5查起重机设计手册，根据传动比i=31.5，电动机转速,电动机功率，工作类型M5，表3-10-6，高速轴许用功率,名义中心距，许用输出扭矩，表3-10-3，高速轴伸尺寸，表3-10-4低速轴伸尺寸P型，自重G=3500Kg。型号：QJR-560-3CW2.8实际起升速度和实际所需功率的验算 实际起升速度为： 并要求起升速度偏差应小于15%. 实际所需等效功率为：满足要求。2.9校核减速器输出轴强度输出轴最大扭矩： 式中 电动机的额额定扭矩, i 传动比,i=31.5 电动

25、机至减速器被动轴的传动效率, 电动机最大转矩倍数,； 减速器低速轴上最大短暂准许扭矩, 输出轴最大径向力验算:式中 卷筒上钢丝绳最大拉力, =13KN 卷筒重量, =10KN(参阅资料) 低速轴端的最大容许径向载荷, =75KN a钢丝绳上的分支数，a=2 ，故所选减速器满足要求。2.10制动器的选择制动器装在高速轴上,所需静制动力矩： 式中 制动安全系数，查起重运输机械得。选择块式制动器，查起重机设计手册表3-7-5：制动轮直径 D=400mm制动块退距 制动片衬片厚度 制动瓦块宽度 摩擦副间设计正压力式中 制动衬片允许比压，查起重机设计手册表3-7-6 包角，我国规定额定制动矩 式中 摩擦

26、系数，查起重机设计手册表3-7-6，根据以上计算的制动力矩，以及其他参数，查起重机设计手册表3-7-15，选择YW400-1250(JB6406-92),额定制动转矩T=1120Nm,整机质量m=98Kg。制动轮直径，最大制动力矩为装配时调整到1120Nm。2.11联轴器的选择带制动轮的联轴器通常采用齿形联轴器，高速轴的计算扭矩：式中 电动机的额定力矩； M 联轴器的许用扭矩； 相应于第类载荷的安全系数, ； 刚性动载系数。 由起重机设计手册查得YZR180L-6表5-1-21电动机轴端为圆锥形，D=85mm。由起重机设计手册查QJR-560-3CW减速器，高速轴端为圆锥形，d=100mm，l

27、=210mm。查表3-12-6（JB/ZQ4218-86）选用CL3的齿轮联轴器，最大允许扭矩，飞轮矩。浮动轴的轴端为圆柱形d=70mm,l=120mm。查表3-12-8，选一个带制动轮的齿轮联轴器，直径D=400mm，最大允许转矩，飞轮矩。浮动轴端直径d=70mm，l=120mm。 2.12起动时间的验算式中 平均起动力矩静阻力矩 因此 通常起升机构起动时间为15s，故所选电动机合适。2.13制动时间的验算 式中 查起重机设计手册当v<12m/min时，故合适。2.14高速浮动轴计算 1）疲劳计算轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩为：式中等效系数，由起重机课程设计表2-7查得；由上节选择联轴

28、器中，已确定浮动轴的直径d=70mm因此扭转应力：许用扭转应力由起重机课程设计（2-11）、（2-14）式得：轴的材料为45号钢，；，。考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数;与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡和开有键槽及紧配合区段，； 与零件表面加工光洁度有关，取；此处取；考虑材料对应力循环不对称的敏感系数，对于碳钢，低合金钢；安全系数，查起重机课程设计表2-21得；因此：故，通过。2）静强度计算轴的最大扭矩：式中 动力系数，由起重机课程设计表2-5查得。最大扭转力矩：许用扭转应力，式中 安全系数，由起重机课程设计表2-21查得。，故合适。结 论大学的毕业设计是我们学生生涯的最

29、后一次考验，对我们的专业知识起到很好的巩固。不仅要求我们要对知识熟练掌握，还要具有创新能力。在原有设计的基础上，进一步完善。我的课题是起重机的起升机构，刚开始对起重机还不是很了解，只是有些模糊的概念，而这次设计还是起重机的主副起升机构，在通过查验大量资料后，并对其总结归纳。通过一段时间的了解，对自己的要设计的机构有了清晰的认识。在做毕业设计的过程中，我碰到最大的困难就是总装图的绘制，图纸的要求又高，所以自己一点都不敢马虎。只有一步一步的的绘制，正好自己cad能够熟练使用，在设计当中，cad的作用非常大，不仅绘图精确，还大大的提高了我的工作效率。在零件的选用问题上，要通过大量的计算，比如电动机，

30、首先得计算起降功率，在和机构JC%值的电动机功率比较，再初选电动机。这还没有选完，还得对电动的发热和过载验算。只有通过这样严谨的计算，才能最终确定电动机。刚开始的幸苦，并不算什么。当看到自己最终设计出来的产品时，所有的当初的苦恼立刻被抛到脑后。有的只是高兴，还有持续前进的动力。在此向我的导师庄文玮教授表示深深地感谢。有很多专业性的难题，老师会对我详细的讲解。当我还有模糊时，老师还不耐其烦的向我解释，直至我理解通透。毕业设计过程中，老师对我们要求严格，他时常告诫我们，作为机械专业的学生，必须要严格要求自己，做事严谨。遇到困难要敢于前进，不能退缩。谢谢老师对我的教诲，同时对老师的知识和人格钦佩。本