【铸造起重机小车架对起升机构影响分析综述4800字】

铸造起重机小车架对起升机构影响分析综述目录TOC\o"1-3"\h\u19940铸造起重机小车架对起升机构影响分析综述 1145561.1起升机构组成及典型形式 1267901.1.1起升机构组成 1169321.1.2起升机构典型型式 126361.2联轴器类型与功能 2180121.1.1联轴器类型介绍 2238701.1.2联轴器角向补偿量 4238951.3轴线偏斜角定义及计算 4238101.3.1轴线偏斜角定义 4131951.3.2轴线偏斜角计算模型建立 5284121.4小车架结构设计准则探讨 101.1起升机构组成及典型形式1.1.1起升机构组成起升机构是用来实现物品的垂直升降的机构，是起重机械不可或缺的部分。起升机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成ADDINNE.Ref.{E2B9F74D-B556-484E-9294-A4E1C7DF64E5}[35]。工作时，由电动机通过联轴器、减速器驱动卷筒组做正、反向旋转，卷筒组缠绕、释放穿过定滑轮组和龙门吊具的钢丝绳，从而驱动载荷完成上升、下降运动，实现物品的提升与降落。《起重机设计手册》中提到起重机的起重量超过10t时，常设两个起升机构：主起升机构和副起升机构。主起升机构的起重量大，是起吊重物的主要机构，在起吊重物中发挥着重要作用，副起升机构的起重量小，但运动速度快，常用来辅助主起升机构工作或起吊一些较轻的物品。针对主、副起升机构的特点，本课题以主起升机构（以下简称为起升机构）为研究重点。1.1.2起升机构典型型式目前，国内主要使用的铸造起重机起升机构有：独立大减速器机型、整体大减速器机型、三减速器机型、双减速器双卷筒机型、双减速器单卷筒机型、单减速器机型、行星三减速器机型、行星大减速器机型、双行星四卷筒机型，根据起重机的起重量灵活选择起升机构机型。本课题研究的铸造起重机采用的是双减速器双卷筒机型的起升机构，如图1.1所示，低速轴的两卷筒处于同一轴线上，通过联轴器将两卷筒组刚性连接以实现同步转动的目的。双减速器双卷筒机型的设置为起升机构的正常运行提供了保障，电动机通过减速器实现变速，带动卷筒转动，实现物品的升降活动。一旦其中一台电动机发生故障，另一台电动机能够通过低速轴联轴器驱动整个起升机构，使起升机构在额定起重量下能够完成一个工作循环。这种机型的起升机构布置紧凑、外形尺寸小有利于小车架的优化设计，为减轻小车架自重提供了便利条件。1.电动机；1.卷筒；3.定滑轮组；4.减速器；5.联轴器；6.制动器；7.安全检测装置图1.1双减速器双卷筒机型起升机构Fig.1.1Doublereducerdoubledrumhoistingmechanism1.2联轴器类型与功能1.1.1联轴器类型介绍传动系统在起升机构正常工作中起重要作用，传动系统由减速器、传动轴和联轴器组成。联轴器一般情况下安装在动力机构与工作装置之间，将电动机的动力源输出传递到卷筒上，实现卷筒的转动。联轴器不仅能弥补连接构件之间因制造、安装、变形产生的相对位移，还能改善传动装置的动态特性。联轴器按作用不同分为刚性联轴器、挠性联轴器和安全联轴器三大类，如表1.1所示。起重机常用的联轴器有齿轮联轴器、梅花联轴器、弹性柱销联轴器、尼龙柱销联轴器、万向联轴器、耦合器（液态联轴器）等。铸造起重机的起升机构一般使用鼓形齿式联轴器和卷筒联轴器。鼓形齿联轴器是齿式联轴器的一种，由普通直齿联轴器发展而来ADDINNE.Ref.{EC648C24-2439-4374-AC21-D64D05CF5F68}[36]。鼓形齿式联轴器属于刚挠性联轴器，由于外齿是鼓形齿，所以具有径向、轴向、角向等轴线偏差补偿能力，与CL型直齿联轴器相比，具有结构紧凑、回转半径小、承载能力大、传动效率高及维修周期长等优点ADDINNE.Ref.{CC3463A3-0D2C-4261-C16}[37]。根据鼓形齿式联轴器的结构形式、使用环境、性能特点等不同，常用的鼓形齿联轴器有以下类型：GIICL、GIICLZ型鼓形齿联轴器，WGT型接中间套鼓形齿联轴器，NGCLZ型带制动轮型鼓形齿式联轴器等。GIICL型鼓形齿联轴器外形尺寸较小，重量较轻，转动惯量小，传递转矩大，适宜于转速较高，要求结构紧凑的场合ADDINNE.Ref.{136CEF63-7062-4D9C-AD40-EF9A32A150AD}[38]，具体结构如图1.2所示。卷筒联轴器是专门用于起升机构减速器输出轴与卷筒连接的联轴器。卷筒联轴器工作稳定可靠，能承受很大的径向载荷，不能承受轴向载荷，能传递较大的转矩，过载能力大。卷筒联轴器主要通过连接法兰与卷筒NE.Cms_Insert连接，联轴器内套直接套装在减速器的低速轴上，采用平键或花键传递扭矩和承受起升载荷ADDINNE.Ref.{063ED820-25F1-4BE4-9A2C-054E96A1D272}[39]。WZL卷筒联轴器是一种新型卷筒联轴器，它能承受很大的径向载荷和传递较大的扭矩ADDINNE.Ref.{59BF7AF1-B327-4458-8BF5-C169899C835A}[40]，转动灵活，便于起升机构的安装，最大偏差可达3°，是目前国内外常用的齿轮卷筒联轴器和鼓形滚柱联轴器的理想换代产品，具体结构如图1.3所示NE.Cms_InsertNE.Cms_InsertNE.Cms_Insert。NE.Cms_Insert表1.1联轴器的分类及作用Tab.1.1Theclassificationandfunctionofthecoupling类别作用实例刚性联轴器起连接作用，传递运动和转矩凸缘联轴器、夹壳联轴器挠性联轴器无弹性元件挠性联轴器传递运动和转矩，补偿位移和偏斜鼓形齿式联轴器、滑块联轴器有弹性元件挠性联轴器传递运动和转矩，补偿位移和偏斜，有减震、缓冲作用膜片联轴器、梅花形弹性联轴器、弹性柱销联轴器、安全联轴器传递运动和转矩，过载安全保护，挠性安全联轴器还有补偿功能液压安全联轴器、蛇形弹簧安全联轴器图1.2GIICL型鼓形齿式联轴器结构图Fig.1.2GIICLtypecrowngearcouplingstructurediagram图1.3WZL型卷筒联轴器结构图Fig.1.3WZLtypedrumcouplingstructurediagram1.1.2联轴器角向补偿量联轴器在使用过程中，由于制造精度、安装误差、工作时轴的变形、轴承的磨损以及支座的沉降等原因，被联轴器联接的两轴常不可避免地出现一定的不同轴，即两轴轴线产生偏移ADDINNE.Ref.{91EB3EA0-8E8F-42AE-AC9C-5031AC470106}[41]，如图1.4所示。两轴轴线偏移会使轴、轴承、联轴器产生附加动载荷，引起振动，使机器零件工作情况恶化ADDINNE.Ref.{1E50CF5F-93E7-4E8B-85BA-9F159361BE73}[42]。联轴器有一定的角向位移补偿能力，能消除或降低被联两轴相对偏移引起的附加载荷，改善传动性能，延长起升机构的使用寿命。联轴器的角向补偿量是定值，并不能无限补偿因轴线偏斜造成的附加载荷。卷筒联轴器轴线偏角超出限定值可能会造成卷筒尾部机械限位齿轮脱节而使限位失效，甚至发生吊钩组冲顶的恶性事故，或引起卷筒齿轮盘脱节，起升卷筒机构脱落事故ADDINNE.Ref.{1F0C48CC-4CB9-459D-BC5E-157E4F33B55D}[43]。图1.4两轴轴线角向位移Fig1.4Angulardisplacementoftwoaxes1.3轴线偏斜角定义及计算1.3.1轴线偏斜角定义起升机构各部件通过底座与小车架连接，起升载荷及部件自重通过底座传递给小车架。当小车架受载变形，其上的底座发生沉降，联接部件的两轴轴线形成偏角，由于制造和安装引起的两轴轴线发生偏角无法避免，因此本课题假设由小车架变形导致偏角成为轴线偏斜角，其初始值为0°，即小车架不发生变形时，默认联接的两轴轴线不发生偏斜。1.3.2轴线偏斜角计算模型建立本文以双卷筒双减速器机型的起升机构为例，建立轴线偏斜角的计算模型。双减速器双卷筒机型的起升机构使用到联轴器的地方有三处，电动机轴与传动轴连接处使用GIICLZ型鼓形齿式联轴器，传动轴与减速器输入轴连接处使用NGCLZ型带制动轮鼓形齿式联轴器，减速器输出轴与卷筒轴连接处使用WZL型卷筒联轴器。《鼓形齿式联轴器的选用及计算》ADDINNE.Ref.{DC6F488D-99A9-4270-A090-1E9D47D8E992}[44]中规定了联轴器的许用角向补偿量，WZL型卷筒联轴器的许用角向补偿量为3°，GIICLZ型鼓形齿式联轴器的许用角向补偿量为1°30′。联轴器在装配时，两轴线倾斜度规范允差为0.2/1000ADDINNE.Ref.{86A34D1B-F7EA-456C-AA1A-FCE7A7EB4B2F}[45]，即每1000mm的长度偏差值应在0.2mm内，换算成角度为0.011°。由于在安装后使用检测设备对安装误差进行检查，使安装误差尽可能小，且安装误差产生的轴线偏角较小，因此可忽略安装误差对轴线偏斜角的影响。因此，将小车架变形引起的卷筒联轴器的轴线偏斜角的许用值为3°，鼓形齿式联轴器的轴线偏斜角的许用值定为1°30′。为了便于描述，本节对三个位置的轴线偏斜角进行了区分：卷筒轴与减速器输出轴之间的联轴器轴线偏斜角、传动轴与减速器输入轴之间的联轴器轴线偏斜角、电机轴与传动轴之间的联轴器轴线偏斜角，如表1.2所示。表1.2轴线偏斜角符号及许用值Tab.1.2Axisdeflectionanglesymbolandallowablevalue对象卷筒轴与减速器输出轴的轴线偏斜角传动轴与减速器输入轴的轴线偏斜角电机轴与传动轴的轴线偏斜角符号许用值3°1°30′1°30′在实际工程中，联轴器的轴线偏斜角无法直接测得。为了使小车架变形量与轴线偏斜角建立联系，作出如下假设：起升机构的电机、减速器、卷筒等均为刚体。因此可根据安装在小车架的各部件底座的变形值，推导出底座上各轴的空间位置。因此，通过提取小车架变形前各部件底座的空间坐标值和小车架变形后底座各点的变形量，推出小车架变形后各部件底座的空间坐标值，轴线偏斜角的大小便能通过向量求夹角公式计算得出。表1.3中的数据是各部件底座的变形前坐标值、随小车架变形的位置变化量以及根据各底座的变形后坐标值。表1.3起升机构各部件坐标值Tab.1.3Coordinatevalueofeachpartofhoistingmechanism编号名称XYZA变形前卷筒座坐标值xa0ya0za0卷筒座空间变化值△xa△ya△za变形后卷筒座坐标值xayazaB变形前减速器B坐标值xb0yb0zb0减速器B空间变化值△xb△yb△zb变形后减速器B坐标值xbybzbC变形前减速器C坐标值xc0yc0zc0减速器C空间变化值△xc△yc△zc变形后减速器C坐标值xcyczcD变形前电机座D坐标值xd0yd0zd0电机座D空间变化值△xd△yd△zd变形后电机座D坐标值xdydzdE变形前电机座E坐标值xe0ye0ze0电机座E空间变化值△xe△ye△ze变形后电机座E坐标值xeyezeM变形前减速器M坐标值xm0ym0zm0减速器M空间变化值△xm△ym△zm变形后减速器M坐标值xmymzm起升机构安装在小车架上的各部件底座，卷筒座A、减速器左侧B、减速器右侧C、电机座左侧D、电机座右侧E、减速器单支点M，如图1.5所示。根据各点的坐标值得到相连两轴的向量，利用向量求夹角公式求出两轴的夹角，即联轴器的轴线偏斜角。图1.5轴线偏斜角计算模型Fig.1.5Calculationmodelofaxisdeflectionangle（1）卷筒轴与减速器输出轴之间的轴线偏斜角（1.1）其中，为卷筒轴向量，为减速器输出轴向量。（2）传动轴与减速器输入轴之间的轴线偏斜角传动轴与电机轴连接，因为传动轴不是直接固定在小车架上的，求传动轴左端端点坐标可转化为求电机轴右端端点坐标。由于电机轴相对电机伸出一段距离，因此，需要根据电机座两端坐标和伸出轴长度确定电机轴右端坐标。令电机轴右端端点为E`，电机轴伸出长度为L，如图1.6所示。图1.6电机轴右端端点坐标计算图Fig.1.6Thecoordinatecalculationdiagramoftherightendofthemotorshaft、的正弦、余弦计算式为：（1.2）（1.3）（1.4）（1.5）电机轴右端端点E`坐标：（1.6）如图1.7所示，由于M点是三支点减速器的单支点，且输入轴与M点不在一条直线上，因此仅通过M点坐标无法得到减速器输入轴左右端端点坐标。令输出轴中点为G，输入轴中点为H，输入轴左右端端点分别为HL、HR，输入轴轴长为S。通过式（1.7）-（1.12）推导得出减速器输入轴的向量。图1.7三支点减速器示意图Fig.1.7Schematicdiagramofthree-fulcrumreducer减速器输出轴中点G坐标：（1.7）减速器输入轴中点H坐标：（1.8）减速器输入轴左端HL坐标：（1.9）减速器输入轴右端HR坐标：（1.10）传动轴向量：（1.11）减速器输入轴向量：（1.12）（1.13）（3）电机轴与传动轴之间的轴线偏斜角（1.14）其中，为电机轴向量。通过建立双卷筒双减速器机型的起升机构的轴线偏斜角计算公式，可通过小车架变量快速计算出轴线偏斜角的大小，为下文的小