工程起重机械 课件 第6章起升机构

COURSEINTRODUCTION起升机构起重机的核心机构——组成、形式与设计计算课程导览01机构组成起升机构的组成与三种驱动方式02典型形式驱动装置布置方式与零部件连接03卷绕系统大起升高度的六种卷绕方案04设计计算电动与液压起升机构的设计计算CHAPTER机构组成认识起重机最核心的机构从组成到驱动方式，建立起升机构整体认知01起升机构的基本组成起升机构是起重机中

最重要、最基本

的机构用以提升或下降货物的机构，又称卷扬式机构组成驱动装置：原动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件钢丝绳卷绕系统：钢丝绳及卷绕部件取物装置：吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘等多种形式安全保护装置：超负荷限制器、起升高度限位器驱动方式内燃机驱动|电动机驱动|液压驱动三种动力方式内燃机驱动的特点内燃机驱动适用于流动作业但操纵麻烦动力传递集中传动通过机械传动装置集中传给包括起升机构在内的各个工作机构优点机动灵活具有自身独立能源，适用于流动作业的流动式起重机缺点操纵不便整机传动系统复杂笨重不能逆转、不能带载起动，须依靠离合器实现起动和换向调速困难且操纵麻烦应用少数机型目前只在少数轮式起重机和履带起重机上应用电动机驱动—主流方式直流电动机优势机械特性适合起升要求、调速性能好获得直流电源较困难，大型工程起重机需内燃机加直流发电机交流电动机推荐直接电网取电、过载能力强、可带载起动调速方便、操纵简单、维护容易、重量轻、工作可靠VS液压驱动的优势与分类原动机驱动液压泵，工作油液输入执行机构，通过控制输入液体流量实现调速工作原理原动机驱动液压泵工作油液输入执行机构控制输入液体流量实现调速优点传动比大实现大范围无级调速结构紧凑、运转平稳操作方便、过载保护性能好缺点液压元件制造精度要求高液体容易泄漏流动式起重机应用广泛应用高速液压马达驱动与电动机驱动相同三种类型高速液压马达驱动与电动机驱动相同低速大扭矩液压马达驱动大扭矩输出液压缸驱动直接顶升，用于电梯和塔式起重机顶升机构CHAPTER典型形式看懂驱动装置的布局电动与液压起升机构的典型布置及零部件连接02电动起升机构的平行轴线布置电动机轴与卷筒轴平行布置，是大多数起重机起升机构采用的方式结构的多种变型吊运液态金属及其他贵重或危险物品时，须采用双制动器须设立主、副两个起升机构时分别布置，副起升机构也可采用电动葫芦，结构紧凑、自重小大起重量起升机构在减速器输出端加一级开式齿轮一台减速器传动比不足时，可采用双减速器布置各部件分别支承固定在小车架上，要求小车架有足够精度和刚度简易型起重小车与双卷筒简易型起重小车电动机直接套装减速器独立整体，降低安装精度要求定滑轮套装卷筒卷筒作小车架主体，两端行走端梁，结构简化仅适合中、小吨位起重机双卷筒布置两套独立起升机构一组开闭抓斗，一组支持抓斗抓斗升降由两组驱动装置协同工作完成关键特征中、小吨位限制与协同工作并行仅适合中、小吨位起重机抓斗升降协同工作完成同轴线布置与电动葫芦电动葫芦是电动机与卷筒同轴线布置的典型实例，在工厂车间、仓库等处广泛应用同轴线布置核心结构：电动机、减速器和卷筒成直线排列电动机和卷筒分别布置在同轴线减速器（行星减速器或少齿差行星减速器）两端或把减速器布置在卷筒内部可采用带制动器的端面安装形式电动机，提高组装性能优点横向尺寸紧凑缺点加工精度和安装精度要求较高维修不太方便高速液压马达驱动的布置液压起升机构主要用于轮式、履带式起重机，高速液压马达驱动在液压起重机中应用最广。驱动特点与并列布置高速液压马达轮式/履带式起重机，应用最广特点工作可靠、成本低、寿命长、效率高并列布置液压马达与普通圆柱齿轮减速器、卷筒并列，中小吨位最常见同轴布置与双卷筒方案同轴布置行星减速器和多片盘式制动器置于卷筒内腔，与液压马达同轴线三合一总成制动器、减速器、卷筒制成，俗称液压卷筒，大吨位广泛应用主副起升机构独立驱动、构造完全相同，仅减小副起升机构滑轮组倍率单马达驱动双卷筒双卷筒同轴或并列布置，可自由下降提高效率低速大扭矩液压马达驱动低速大扭矩液压马达免减速直连卷筒，简化传动构造。驱工作特性4项特点转速低、输出扭矩大，一般不需要减速传动装置直接连接液压马达直接与卷筒连接，简化了机构的传动和构造体积优势体积和重量比同功率普通齿轮减速器小得多，输出扭矩增大时这一优点更加明显适用场合适用于大起重量的起升机构联轴器与制动器的布置传动与制动布置要点减速器与联轴器传动部件选型减速器：电动机与卷筒间通常采用起重用标准两级减速器，低速时采用三级大传动比减速器弹性柱销联轴器：构造简单、能起缓冲作用，但弹性橡胶圈使用寿命不长齿轮联轴器：坚固耐用、应用最广，寿命与安装质量有关，需经常润滑制动器位置与安全设置制动器位置：一般安装在高速轴上，所需制动力矩小、尺寸小、重量轻安全设置：利用联轴器的一半兼作制动轮，装在减速器高速轴上，即使联轴器损坏制动器仍可将卷筒制动，确保安全浮动轴连接电动机与减速器间可采用浮动轴，两端为半齿联轴器，增大补偿能力卷筒与减速器的联接形式（一）全齿轮联轴器连接构造构造简单轴向在卷筒轴线方向所占位置较长自重增加了卷筒轴承部件和联轴器，使机构自重有所增加齿轮接盘连接支承卷筒轴左端用自位轴承支承于减速器输出轴内腔轴承座中啮合低速轴外缘制成外齿轮，与卷筒上带内齿轮的接盘啮合，形成齿轮联轴器，传递扭矩并补偿安装误差密封外侧装剖分式密封盖，防止润滑油流出和灰尘进入优点结构紧凑、轴向尺寸小、安装维修方便、能补偿安装误差缺点低速轴须加工成带齿形的轴端，加工工艺复杂卷筒与减速器的联接形式（二）短轴式连接卷筒左侧法兰盘与减速器输出轴用键或过盈配合连接，右侧采用定轴式或转轴式短轴，省去卷筒长轴减速器支承在纵向柱销上、卷筒轴承采用自定位轴承，使卷筒支承成为静定结构优点：构造简单、调整与安装方便缺点：减速器摆动使联轴器及制动器工作状况不好，一般只用于中小起重量的桥式起重机开式小齿轮连接悬臂安装：构造简单，但轴端变形大使齿宽方向受力不均、轮齿容易磨损对称双支点轴安装：改善轮齿受力状况，可用全齿联轴器或带浮动轴的半齿联轴器连接小齿轮装在减速器低速轴且右端支承在箱体上：受力均匀、结构简单紧凑大起重量桥式起重机常用开式大齿轮联接与减速器选型开式大齿轮与卷筒连接卷筒与大齿轮间用沿圆周均布的螺栓连接，可用精制螺栓或在孔中铰配受剪套筒后用普通螺栓，承受剪切力并传递扭矩。蜗轮减速器结构特别紧凑时采用，缺点是机械效率低；即使有自锁的蜗轮传动也必须装设制动器，因蜗杆自锁性能随磨损增加而下降。行星齿轮减速器如摆线针轮和渐开线少齿差行星减速器，具有传动比大、体积小、重量轻等优点；行星轮系可装入卷筒内部，电动机与卷筒同轴线布置，机构十分紧凑，但安装、维修和调试不够方便。CHAPTER卷绕系统解决大起升高度的难题六种卷绕方案的特点与适用场合03大起升高度问题的提出与对策桥架类型起重机起升高度H≥20m、臂架类型起重机起升高度H≥40m时，卷绕系统须特殊考虑触发条件桥架类型起重机起升高度

H≥20m臂架类型起重机起升高度

H≥40m卷绕系统须特殊考虑方案一：加大卷筒直径或长度·简单易行·直径过大→起升机构高度尺寸增加·长度过度增加→钢丝绳偏斜角增大、加剧磨损，甚至引起滑轮绳槽破坏或钢丝绳跳槽，局限性较大方案二：减小滑轮组倍率·减少绕绳量，不增加机构外形尺寸，对外形尺寸受限的场合有利·但卷筒受力增加、钢丝绳直径增大、减速器传动比也要增加，有一定局限性普通双层卷绕与双卷筒卷绕普通双层卷绕钢丝绳绳端固定于卷筒中部，起升时钢丝绳从中间向两头绕入卷筒绳槽构造简单钢丝绳偏斜角不能大于3°，否则第二层排列不整齐、磨损严重适用于不太频繁使用的场合双卷筒卷绕由两个卷筒同时卷绕，可使起升高度增加一倍缺点是机构的外形尺寸较大VS同向双层与多层卷绕卷绕结构与排绳同向双层内外层同时卷绕内层钢丝绳作为外层导向槽，排列整齐、磨损较小、效果较好；两固定滑轮须错开距离避免钢丝绳相碰因滑轮倍率减小→卷筒受力增加、减速器速比增大三项措施多层卷绕保障螺旋绳槽—卷筒壁开槽，保证第一层整齐排列压绳器—压滚圆柱形或中间粗两头细的圆锥形排绳器—采用排绳器双向螺杆排绳机构导向滚轮经螺母月牙板嵌入螺杆螺纹凹槽，左右螺纹衔接成封闭回路；卷筒经链条链轮带动螺杆，卷筒转一周钢丝绳沿轴向移动一个绳圈节距可实现反复多层卷绕；缺点：月牙板等零件磨损较快，适用于使用不太频繁的起重机CHAPTER设计计算从原理走向设计电动与液压起升机构的计算流程与关键公式04起升机构设计计算总流程在设计参数给定并确定机构布置方案后，即可开展起升机构的计算工作计算前提给定设计参数，并确定机构布置方案后进行。计算目标选择机构所需的标准部件：电动机、减速器、制动器、联轴器、钢丝绳等；对非标准零部件作进一步的强度与刚度计算。计算对象钢丝绳、滑轮、卷筒和取物装置的选择计算（详见前面章节）。电动起升机构计算电动机选择减速器选择制动器选择联轴器选择起动制动时间验算液压起升机构计算液压马达选择液压泵选择钢丝绳滑轮卷筒取物装置选择计算电动机静功率的计算满载起升时，电动机静功率由起升载荷、起升速度与机构总效率确定。导向滑轮效率轴承类型15°45°90°180°滑动轴承0.9850.9750.960.95滚动轴承0.990.9870.9850.98包角增大时效率递减；滚动轴承效率高于滑动轴承静功率计算要点静功率计算式(6-1)：Q、v为起升载荷(N)及起升速度(m/s)，η为机构总效率。机构总效率：由滑轮组效率、导向滑轮效率、卷筒效率与传动效率相乘得到。传动效率：采用闭式圆柱齿轮传动作初步计算时按规定取值。常用传动形式的效率取值常用传动形式与传动效率取值机构总效率中的传动效率按

传动形式

与

轴承形式

查表取值常用传动形式轴承形式传动效率闭式双级圆柱齿轮传动滚动0.94～0.96闭式三级圆柱齿轮传动滚动0.92～0.94开式一级圆柱齿轮传动滚动0.92～0.94开式一级圆柱齿轮传动滑动0.90～0.92闭式双级圆锥齿轮传动滚动0.88～0.92闭式双级圆锥齿轮传动滑动0.85～0.90开式一级圆锥齿轮传动滚动0.90～0.92开式一级圆锥齿轮传动滑动0.88～0.90一级行星摆线针轮传动滚动0.85～0.90蜗轮传动（单头）—0.70～0.75蜗轮传动（双头）—0.75～0.80蜗轮传动（三头）—0.80～0.85电动机功率的选择按满载起升静功率乘以稳态负载平均系数G得到稳态平均功率，据此选择电动机。不同用途的JC值与CZ值要点选型要点选型原则满载静功率乘稳态负载平均系数G得稳态平均功率，据此选JC值与CZ值相吻合的电动机功率。电机类型起升机构一般使用绕线型异步电动机（电动葫芦除外）。计算式(6-2)稳态平均功率由静功率乘G值得到（kW）。G值随机构工作繁忙程度在0.7～1.0之间取值。JC/CZ参考取值电动机过载与发热校验系数H考虑电压降、转矩允差及静载试验超载，试验载荷为额定载荷的1.25倍稳态平均功率（式6-5）按工作循环中各载荷阶段功率与相应工作时间确定过载能力与发热校验是保证电动机在不同工况下可靠运行的双重保障过载能力校验（式6-3）校验对象按基准接电持续率时电动机额定功率校验涉及因素电动机台数、转矩允许过载倍数发热校验（式6-4）校验条件在工作接电持续率JC值、CZ值时的允许输出功率判定标准须不小于工作循环中的稳态平均功率减速器的选择传动比由电动机转速与卷筒转速之比确定，标准减速器须满足许用功率条件传动计算传动比计算（式6-6）由电动机额定转速与卷筒转速之比确定单层卷绕卷筒转速（式6-7）与滑轮组倍率、起升速度、卷筒卷绕直径有关卷绕直径=D+d（D为卷筒槽底直径，d为钢丝绳直径）标准减速器选用与验算4项利用等级总设计寿命应与所在机构的利用等级相符合型号选择根据传动比、输入轴转速、工作级别和电动机额定功率选择型号许用功率须满足使用条件；QJ型按起升载荷动载系数与工作级别（1～8级）选用验算输出轴经齿轮连接盘与卷筒连接时，须验算轴端最大径向力与短暂最大扭矩制动器的选择制动器配备与安全系数的规范要求数量要求每一套独立驱动装置至少要装一个制动器；吊运液态金属及其他危险物品的每套独立驱动装置至少应有两个制动器安全原则制动转矩必须大于由货物产生的静转矩，货物悬吊时具有足够安全裕度制动安全系数Kz与机构重要程度和工作级别有关，系数取值见右侧表格制动安全系数Kz对照表工作级别与使用场合制动安全系数M1～M4和一般起升机构1.5M5、M6和重要起升机构1.75M7起升机构2M8起升机构2.5吊运液态金属（一台装两个制动器）1.25吊运液态金属（两套刚性相连各装一个）1.25吊运液态金属（两套以上各装两个）1.1液压起升机构1.25低高联轴器的选择高速轴与低速轴扭矩计算要点选型依据依据所传递的扭矩、转速和被连接的轴径等参数选择具体规格扭矩条件（式6-13）所传递扭矩的计算值不得超过联轴器许用扭矩重要程度系数对起升机构取

1.8扭矩计算要点高速轴按第Ⅱ类载荷计算的最大扭矩，与电动机转矩允许过载倍数及额定转矩有关低速轴与起升载荷动载系数及钢丝绳最大静拉力作用于卷筒的扭矩有关齿轮联轴器角度偏差系数轴的角度偏差0.25°0.5°1°1.5°系数k31.01.251.51.75起动时间与加速度验算起动太慢影响生产率，太快产生大动载荷，须按推荐时间验算起动时间（式6-14）与电动机平均起动转矩、静阻力矩、换算到电动机轴上的总转动惯量有关总转动惯量（式6-16）包括电动机转子转动惯量与制动轮联轴器转动惯量等平均起动转矩（表6-7）5类绕线式取

1.5～1.8

倍额定转矩鼠笼式取

0.7～0.8

倍并激直流取

1.7～1.8

倍串激直流取

1.8～2.0

倍复激直流取

1.8～1.9

倍起升机构工作特性推荐起动时间（s）安装用起重机（v＜5m/min）1中小起重量通用（v=10～30m/min）1～1.5大起重量桥式、门式（v＜6～8m/min）4～6装卸桥（v=30～60m/min）1～1.5港口门座起重机（v=30～80m/min）1～2.5平均加速度与制动验算验算要点（式6-17）：起动时间是否合适，可根据起动平均加速度验算，须不大于推荐值起重机用途及种类推荐加减速度（m/s²）精密安装用、吊运液态金属和危险品0.1一般车间、仓库及堆场用吊钩、电磁、抓斗0.2港口用吊钩门座起重机0.4～0.6港口用抓斗门座起重机0.5～0.7冶金工厂中生产率高的起重机0.6～0.8港口用吊钩门式起重机0.6～0.8港口用装卸桥0.8～1.2制动时间与减速度验算满载下降制动时间（式6-18），关联制动转矩、静转矩、总转动惯量与1.1倍额定转速，制动时间可取推荐起动时间相应倍数工程影响2项制动时间过短精密安装用起重机易引起物件上下跳动、难以准确定位制动时间过长产生溜钩现象，影响吊装工作制动平均减速度（式6-21）2项制动平均减速度与满载下降速度及制动时间有关无特殊要求下降制动减速度不应大于平均升降加减速度推荐值液压马达的选择（一）说明液压起升机构计算的特点及液压马达输出功率、卷筒转速、输出扭矩的确定特点在于液压马达和液压泵的选择计算特点特点高速液压马达驱动液压起升机构大多采用高速液压马达驱动零部件计算同电动机构钢丝绳、滑轮组、卷筒、减速器、制动器等计算方法与电动起升机构相同关键在选择特点在于液压马达和液压泵的选择满载起升输出功率（式6-22）参数起升载荷动载系数液压马达无电动机过载能力，工作压力受系统压