【《某便携式车载起重机的设计计算过程案例》3800字】

某便携式车载起重机的设计计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u6129某便携式车载起重机的设计计算过程案例 1244251.1起重机的基本形式和总体结构组成 1213971.2起重机起升机构方案 2244531.液压马达1.减速机3.棘轮停止器4.卷筒5.钢丝绳 327085图1.2起升机构 319039图1.3常见的前倾式变幅机构 4197971.4起重机回转机构方案 4116811.5起重机液压系统方案 429852便携式车载起重机的设计计算 514032.1起升机构的基本参数计算 5271882.2钢丝绳的选用 8234662.3滑轮及滑轮组设计 896862.4吊钩的设计与选用 10131442.5卷筒设计 11122102.6回转机构支承的选用 1320788式中：Mn=582.12Nm；Msm=15465Nm；M额=11279Nm 1622890式中：ηm:马达容积效率； 1710566q马:马达排量。 17133552.7回转机构减速机的选用 17184922.8起重机支腿反力计算 181.1起重机的基本形式和总体结构组成经过分析设计要求，本设计它属于小型车载起重机，或者叫随车起重机，所以它的主要结构包括：载重汽车、起升机构、起重臂、变幅机构、回转机构、液压系统等组成。如下图1.1所示。载重汽车1.起升机构3.起重臂4.变幅油缸5.回转机构6.液压系统图1.1结构组成1.2起重机起升机构方案在起重机当中起升机构可以说是它的核心组成部分。起升机构用于实现货物的升降，起升机构主要由驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置与制动装置等组成。起升结构采用液压马达一减速机一卷筒的传动方案。卷筒与开式大齿轮用沿满圆周布置的螺栓相连接。减速机的低速轴带动卷筒，使钢丝绳绕进或放出。这种结构紧凑、易于实现。起升时，马达逆时针旋转，摩擦片被松开，卷筒顺时针旋转放下货物；制动时，马达停止旋转，卷筒依靠自重顺时针旋转，使二级齿轮轴顺时针旋转，摩擦片被压紧，棘爪顶住棘轮，卷筒停止转动，重物悬吊不动。吊动的升降靠马达改变转向来达到。起升机构如下图1.2所示。1.液压马达1.减速机3.棘轮停止器4.卷筒5.钢丝绳图1.2起升机构1.3起重机变幅机构方案变幅机构是决定起重机参数的重要因素。变幅机构通过改变动臂的角度和升降重物来增加吊重的范围和高度。变幅机构的三铰点至关重要，分别为吊臂下铰点、变幅上铰点、变幅下铰点。变幅机构的选择设计上要尽量做到在变幅过程中使吊钩的运动轨迹保持在水平线上。本文选用前倾式变幅机构，其优点是动臂上的作用力臂较长，变幅油缸的推力较小，因此油缸直径较小，由于臂的悬臂长度较短，有利于臂的受力。如下图1.3所示图1.3常见的前倾式变幅机构1.4起重机回转机构方案回转机构是起重机的主要工作机构之一，它的作用是使已被升在空间的货物绕起重机的垂直轴线作圆弧运动。回转机构的动力是液压马达通过齿轮齿圈传动来实现回转。回转机构与变幅机构相结合工作，可使服务面积扩大到相当宽的环形面积；与运行机构相结合，可使服务范围扩大到与桥架形起重机一样。如下图1.4所示。1齿圈2齿轮3液压马达图1.4回转机构1.5起重机液压系统方案液压系统是当代起重机普遍采用的动力源，也是目前发展最为完善、可靠的动力源系统。便携式起重机液压系统一般来说，含有：支腿回路、回转回路、起升回路、伸缩回路和变幅回路等。液压系统的工作原理概括来说就是：动力源——控制机构——执行机构三个部分，其中动力源就是我们常说的液压泵，传动控制装置主要是油管和各种阀门之间的连接机构，执行机构就是各种不同功用的液压缸。这三大部分不同的组合也就构成了不同的液压回路，其综合起来便构成便携式起重机的液压系统。如下图1.5所示图1.5简单液压回路示意图2便携式车载起重机的设计计算2.1起升机构的基本参数计算由已知得钢丝绳速度：V绳＝V升×ɑ（3-1）式中：a：滑轮组倍率；V升＝12m/min。V绳＝12×6＝72m/min钢丝绳速度：n卷＝V绳／[（D+4+d）×π]=（3-2）式中：D：卷筒直径；d：钢丝绳直径。n卷=114.6r/min初步选定减速比为i＝26.18，则马达转速：n马＝n卷×i（3-3）n马＝26.18×114.6卷筒扭矩;M卷＝S×[D＋9×d]／[2×η卷]（3-4）式中：n马=3000r/min；S=11052.6N；η卷=0.98。M卷＝11052.6×[(160+6×10)×10-3]／2×0.98M卷=1410Nm马达扭矩：M马=M卷／(i×η)（3-5）η=η卷×η轴承3×η开齿×η闭齿（3-6）式中：η卷:卷筒效率;η轴承:轴承传动效率;η开齿:开式齿轮传动效率；η闭齿：闭式齿轮传动效率。η=0.98×0.993×0.94×0.99η=0.89M马=M马=60.5Nm故马达M-MFB20-US；排量：qm=21.10ml/r；转速100r/min~3200r/min，最大输出扭矩64N/min；由马达转速，得出油泵的容量：Q=（3-7）式中：马达容积效率：n马=3000r/min；qm=21.10ml/r；η马容=0.96。Q==65937.5ml/min重物提升功率：N重=V升×Q起（3-8）N重=12×6300×6.8／60=12.348kw油泵驱动功率：N泵=N重／η（3-9）式中：η=η卷×η轮组×η减×η马总×η泵总；其中：η卷：卷筒效率；η轮组：滑轮组效率;η轮：导向轮效率;η减：减速机效率;η马总：马达总效率；η泵总：油泵总效率;η卷=0.98;η轮组=0.95;η轮=0.96;η减=0.94;η马总=0.87;η泵总=0.8η=0.98×0.95×0.96×0.94×0.87×0.8=0.585N泵=EQ\F(12.348,0.585)=21.12kw发动机转速：n发=2600r/min泵的排量：q=（3-10）q==22.63ml/r式中:：Q：油泵容量=65937.5ml/min;η容：容积效率=0.93。q=EQ\F(65937.5,2600×0.93)故选用泵CB-B-32;排量qm=32ml/r2.2钢丝绳的选用钢丝绳在工作状态下的最大静拉力计算：d=c（3-11）式中：d：钢丝绳最小直径mm;c：选择系数；其值与机构工作级别和钢丝绳抗拉强度有关。c=（3-12）式中：绳断面积与毛面积之比n=4.5;k=0.82;σb=1850N/mm2；w=0.46。c==0.0906最大单绳拉力（N）：s=EQ\F(Q,α×η)（3-13）式中：Q：起升重量；Q=63000N；α：滑轮组倍率；a=6;η：滑轮组效率；。s=11052.6Nd=0.0906×≈9.53查标准圆整选取：钢丝绳69370-10-1850-特-光-右交GB1102-74。2.3滑轮及滑轮组设计考虑到滑轮组的效率：S=（3-14）式中：S：单绳拉力；a：滑轮组倍率6；：滑轮组的效率。=（3-15）式中：：采用滚动轴承时为0.98=S=EQ\F(63000,6×0.95)=11052.6N滑轮直径D为了提高绳的寿命。D（h－1）×d（3-16）式中：d：钢丝绳直径；h：与机构工作级别和钢丝绳有关的系数D（18－1）×10d=10mm；h=18；D=170mm采用绳槽断面5.5－2ZBJ80006.1-87，本设计取绳槽两侧面夹角2β=35~45平衡滑轮直径。滑轮轴设计采用45钢，是心轴。γ0=5；2β=45；Dp=170mmRA=EQ\F(2×S×116×2×S×74+2×S×32,148)=EQ\F(2×11052.6×(116+74+32),148)（3-17）RB=6×S－RA（3-18）MC=RA×74－2×S×42式中：RA=33158N；RB=33158N；MC=1525Nm；[σ]对固定心轴，载荷无变化时D=21.68=21.68圆整（3-19）==95N/mm2滑轮轴承的设计与校核各轴承受力相同均匀为2S=22105.2N，选用轴承圆柱滚子32511E，校核：L=（3-20）L==73392.4吊钩的设计与选用目前起重机的吊钩已经实现了标准化，经过分析选用吊钩型号：LYD6-MGB10051.5强度等级M6。选配推力球轴承：GB301-84.8310校核：C0=S0×P0﹤C0a式中：P0：对a=90°的推力轴承P0a=Fa；C0a=126KN；S0=2；P0a=6300N；C0=2×6300。C0=126KN﹤Coa合格横梁只受弯矩，不受转矩的心轴，采用45钢R=Mc=Ra×EQ\F(l,2)=31500×EQ\F(148,2)W=（3-21）式中：a为：EQ\F(d,D)=EQ\F(50,120)=0.4167W=(1－0.41674)（3-22）σ=EQ\F(M,W)=EQ\F(2331000,164533)（3-23）由公式可知：b==45mm（3-24）2.5卷筒设计名义直径：D1=hd（3-25）式中：d：钢丝绳直径；d=10mm；h：与机构工作级别和钢丝绳结构有关；h=16。D1=16×10=160mm卷筒的长度：L=1.1（3-26）式中：n：卷绕层数n=5；a：滑轮组倍率a=6；D：卷筒直径160mm；H：起升高度10mm；d：钢丝绳直径10mm。L=1.1×EQ\F(6×10000×10,π×5×（160×5×10）)=200.08mm卷筒厚度本卷筒为钢卷筒ZG230-450，可由经验取=15mm卷筒强度校核：=A（3-27）式中：S：钢丝绳最大拉力；P：卷筒节距；δ：卷筒厚度；A：原与卷筒层数有关的系数。A=2；Smax=11052N；P=11.5mm；δ=15mm；[σy]：许用压应力=；；σs=230N/mm2=128N/mm<合格图2.1设计完成的卷筒图2.2设计完成的起重机起吊部分传动系统2.6回转机构支承的选用垂直载荷Gp=K×Q+Gb+G1（3-28）式中：K:超载系数；Q:起重量取起重力矩最大时；Gb:主起重臂重量；G1:上车不回转其他部分的重量算得：GP=1.1×2500+410+290=3450kg水平载荷H:按H=10%GP=345kg计算弯矩M（倾覆力矩）：M=1.2Q·R+Gb·Lb－G1·G1（3-29）=1.2×2.5×5.48+0.41×1.2－0.29×0.08式中：Lb：主臂重心到回转中心线距离Lb=Lw－C1=1.4－0.2（3-30）式中：Lw:主臂重心到主臂后铰点距离；C1：回转中心到吊臂后铰点的距离；Lb=1.2mLw=1.4m偏心距为：e=M/GP=EQ\F(16.91,3.45)（3-31）e=4.9m考虑风力时最大工作载荷：GP=Q+Gb+G1=2500+410+290（3-32）M=Q×r+Gb×Lb+H×h－G1×L1（3-33）静态：Fa’=1.2×52.45M’=1.25×16.91动态：Fa’=1.55×2.2M’=1.55×16.41M’=21.14NmFa’=4.96tM’=25.43Nm由手册图查得型号为Z=94，m=8,调质后齿轮圆周力；回转支承装置的摩擦阻力矩力计算Mf：Mf=ΣN·U·Do/Z（3-34）式中：Do为回转支承装置轨道中心直径。ΣN=2.828×GP×e×Ke/Do（3-35）=2.828×3450×4.9×1.2/0.631Mf=90917.3×0.01×0.631/2Mf=2868.4Nm回转平台倾斜引起的阻力矩：Ms=Q×r×sina=2.5×5.48×sin3=0.717tm（3-36）惯性回转阻力矩：Mp=EQ\F(n,93.5t)[Gb·R2/3g+4·(G1·L12/3g)]（3-37）=EQ\F(3,93.5×5)×[0.41×5.482/(3×9.8)+4×0.29×0.182(3×9.8)]式中：t:起动时间5sMp=4844.7Nm风压引起的回转阻力矩：Mn=qu(1.2AbR－1.2A1L1)（3-38）Mn=15×(1.2×0.6×5.48－1.2×0.3×0.18)式中：Qu:风压值；Ab:吊臂迎风面积；A1：回转部分迎风面积；L1：回转部分形心离回转中心的距离。回转时最大阻力矩：MSW=Mf+Ms+Mp+Mn（3-39）=2868.4+7170+4844.7+582.12额定工况F惯性阻力矩和倾斜力矩按70%计算：M额=Mf+(Ms+Mp)×70%=2868.4+(7170+4844.7)×70%（3-40）式中：Mn=582.12Nm；Msm=15465Nm；M额=11279Nm校核回转支承调质后齿轮所受圆周力为8.3×104N。F=EQ\F(M,2×d)=11279×103/(2×9×48)（3-41）选用回转减速机速比：i=40输出小齿轮：Z=17回转支承齿数：Z=94F=0.75×104<8.3×104合格回转机构输出扭矩：M回=M额/（Z1/Z2）=11279/（94/17）（3-42）回转马达的输出扭矩M马=M回/i=2039.8/40（3-43）回转马达的输出转速n马=n转×Z1/Z2×40=3×94/17×40（3-44）选择马达：MFB10最高工作压力：20.7Mpa最大输出扭矩：64Nm工作压力：P=22M马/（ηmq马）（3-45）式中：ηm:马达容积效率；q