塔式起重機(jī)傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計說明

./塔式起重機(jī)概述在建筑安裝工程中,能同時完成重物的垂直升降和水平移動的起重機(jī)很多,其中應(yīng)用最廣泛的是塔式起重機(jī)。塔式起重機(jī)具有其他起重機(jī)械難以相比的優(yōu)點(diǎn),如塔身高,起重臂長,有效作業(yè)面廣,能同時進(jìn)行起升,回轉(zhuǎn)行走,變幅等動作,生產(chǎn)效率高；采用電力操縱,動作平衡,安全可靠；結(jié)構(gòu)相對較為簡單,運(yùn)轉(zhuǎn)可靠,保養(yǎng)維修業(yè)較為容易。因此,他是起重機(jī)已成為現(xiàn)代工業(yè)與民用建筑不可缺少的主要施工機(jī)械。塔式起重機(jī)工作高度大,一般自升式塔機(jī)工作高度可在100m左右,特殊用途的可在300m以上。因此塔機(jī)的起升機(jī)構(gòu)必須要有較大的容繩量。塔機(jī)起升起升機(jī)構(gòu)的卷筒都采用多層纏繞的方式。塔機(jī)分為上回轉(zhuǎn)塔機(jī)〔本次設(shè)計題目和下回轉(zhuǎn)塔機(jī)兩大類。其中前者的承載力要高于后者,在許多的施工現(xiàn)場我們所見到的就是上回轉(zhuǎn)式上頂升加節(jié)接高的塔機(jī)。按能否移動又分為：行走式和固定式。固定式塔機(jī)塔身固定不轉(zhuǎn),安裝在整塊混凝土基礎(chǔ)上,或裝設(shè)在條形式X形混凝土基礎(chǔ)上。在房屋的施工中一般采用的是固定式的。塔機(jī)機(jī)械通常結(jié)構(gòu)龐大,機(jī)構(gòu)復(fù)雜。塔機(jī)的工作機(jī)構(gòu)有五種：起升機(jī)構(gòu)〔本次設(shè)計題目、變幅機(jī)構(gòu)、小車牽引機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和大車走行機(jī)構(gòu)<行走式的塔機(jī)>。2.專業(yè)課程設(shè)計的題目上回轉(zhuǎn)自升式塔式起重機(jī)起身機(jī)構(gòu)設(shè)計型號：QTZ200起重力矩〔Kn·m：2000最大幅度/起重載荷〔m/KN：40/35最小幅度/起重載荷〔m/KN：10/200起升高度〔m：162〔附著式55〔固定式工作速度〔m/min：6~80〔2繩3~40〔4繩起重臂長〔m：40平衡臂長〔m：203.塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)用來實(shí)現(xiàn)物品的上升與下降。起升機(jī)構(gòu)是任何起重機(jī)必須具備的,使物品獲得升降運(yùn)動的基本組成。起升機(jī)構(gòu)工作的好壞將直接影響整臺起重機(jī)的工作性能。塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)具有一般起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的組成特點(diǎn)。起升機(jī)構(gòu)應(yīng)具備起升高度大、制動平穩(wěn)、慢速就位、就位準(zhǔn)確、起升速度可調(diào)等特點(diǎn)。3.1起升機(jī)構(gòu)的組成和工作原理起身機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動裝置〔原動機(jī)、傳動裝置〔減速器、卷筒、滑輪組、取物裝置〔吊鉤組和制動裝置組成。此外,還可裝設(shè)各種輔助裝置,如起升高度限位器,力矩限制器,三圈保護(hù)等安全裝置,特別是在中、大噸位起重機(jī)上,力矩限制器越來越重要。其工作原理〔如下圖是原動機(jī)經(jīng)過減速器后驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn),使鋼絲繩卷進(jìn)卷筒或由卷筒放下,從而使吊鉤升降。1.電動機(jī)2.制動器3.減速器4.卷筒5.滑輪6.鋼絲7.吊鉤塔式起重機(jī)多采用單卷筒單軌式的起升機(jī)構(gòu),起升機(jī)構(gòu)在工作時起動制動頻繁,并且常帶載起動,多采用專用電動機(jī)。起升機(jī)構(gòu)的制動器必須是常閉式,這有利于塔機(jī)帶載工作時的安全。升降吊鉤時需要打開制動器使電機(jī)輸出的動力經(jīng)聯(lián)軸器和減速器驅(qū)動起升卷筒旋轉(zhuǎn),收放鋼絲繩帶動吊鉤升降；當(dāng)升降到預(yù)定高度后則停止電機(jī),同時制動器制動使傳動軸減速停止,吊鉤及重物就可以停止在空中完成起升運(yùn)功。3.2起升機(jī)構(gòu)的常見驅(qū)動及驅(qū)動方案的選擇 起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)常見的驅(qū)動型式按動力裝置的不同可分為燃機(jī)驅(qū)動、電力驅(qū)動、復(fù)合驅(qū)動。1.燃機(jī)驅(qū)動燃機(jī)經(jīng)由機(jī)械傳動裝置驅(qū)動起升卷筒,屬于集中驅(qū)動。這種驅(qū)動方式的優(yōu)點(diǎn)是具有自身獨(dú)立的能源,機(jī)動靈活,適用于流動作業(yè)的流動式起重機(jī)。為保證各機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動,整機(jī)的傳遞系統(tǒng)復(fù)雜笨重。由于燃機(jī)不能逆轉(zhuǎn),不能帶載啟動,需依靠傳遞環(huán)節(jié)的離合器實(shí)現(xiàn)啟動和換向。這種驅(qū)動方式調(diào)速困難,操作麻煩,屬于淘汰類型。目前只在現(xiàn)有少數(shù)履帶起重機(jī)的鐵路起重機(jī)上應(yīng)用。2.電動機(jī)驅(qū)動電動機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動裝置驅(qū)動起升卷筒,屬于分別驅(qū)動。直流電動機(jī)的機(jī)械特性適合起升機(jī)構(gòu)工作要求,調(diào)速性能好,但獲得直流電源較困難,機(jī)動性較差。在大型的工程起重機(jī)上,常用燃機(jī)和直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)直流傳動。交流電動機(jī)驅(qū)動能直接從電網(wǎng)取得,操縱簡單,維護(hù)容易,機(jī)組重量輕,工作可靠,在電動機(jī)起升機(jī)構(gòu)中被廣泛采用。常用于塔式起重機(jī)、橋式起重機(jī)、龍門起重機(jī)等。3.復(fù)合驅(qū)動常見有燃機(jī)-電力復(fù)合驅(qū)動、燃機(jī)-液壓〔液力復(fù)合驅(qū)動。這種驅(qū)動型式兼有燃機(jī)驅(qū)動和電力驅(qū)動二者的優(yōu)點(diǎn),常用于履帶式和輪胎式起重機(jī)。由于本次課程設(shè)計為上回轉(zhuǎn)自升式塔式起重機(jī)QTZ200需要獲得幾個不同的起升速度,鑒于電動機(jī)驅(qū)動的調(diào)速可調(diào)性且調(diào)速圍大調(diào)速穩(wěn)定等特點(diǎn),且相對與復(fù)合驅(qū)動結(jié)構(gòu)更簡單,價格更低廉,故選用電動機(jī)驅(qū)動即可滿足使用要求。3.3起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的布置方案起重機(jī)常見的布置有展開式布置、同軸線布置、其它布置等。展開式布置電動機(jī)與卷筒并列是大多數(shù)起重機(jī)的展開式布置型式。電動機(jī)通過二級標(biāo)準(zhǔn)齒輪減速器帶動卷筒。同軸線布置電機(jī)與卷筒成同軸線布置,行星減速器安裝于卷筒。這種布置十分緊湊,便于機(jī)構(gòu)的布置,但是維修稍微不便。其它布置型式起重機(jī)還有雙卷筒式,采用液壓油馬達(dá)直聯(lián)卷筒驅(qū)動等型式。但不多見于塔式起重機(jī)。綜合考慮本次課程設(shè)計的的各項參數(shù)需要獲得不同速度且調(diào)速圍比較大且穩(wěn)定故可選用展開式布置。為了獲得較寬的調(diào)速可選用電動機(jī)驅(qū)動。電動機(jī)與減速器之間采用彈性柱銷聯(lián)軸器來補(bǔ)償安裝位置誤差,且能彌補(bǔ)雙電機(jī)排列結(jié)構(gòu)位置過于緊湊的不足,使機(jī)構(gòu)布置均勻美觀。為了使制動器在制動時受到的扭矩比較小,使制動更加準(zhǔn)確快速,故安裝在減速器的高速軸上。同時為了美觀可安裝于減速去高速軸另一端的輸出軸上。同時起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的制動器既是制動裝置又是安全裝置,故應(yīng)選用常閉制動器。3.4鋼絲繩的穿繞采用不同門數(shù)的滑輪組和不同的穿繞方式,可得到不同的起重滑輪組倍率。由于本次課題QTZ200起重機(jī)最大載荷為200kN〔20t故采用兩門滑輪組,倍率為4以獲得較合理的擴(kuò)力比?！蹭摻z繩與滑輪組纏繞如下圖3.5卷筒與減速器的聯(lián)接方式起升卷筒與減速器的聯(lián)結(jié)方式：卷筒軸的右端支承在球面滾動軸承上,其左端與末級開式齒輪傳動的大齒輪通過螺栓和抗剪套筒聯(lián)結(jié)起來。4.起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算,是在根據(jù)總體設(shè)計的要求選擇合理的結(jié)構(gòu)型式和確定機(jī)構(gòu)傳動布置方案后,按給定的整機(jī)參數(shù)確定起升機(jī)構(gòu)的參數(shù)〔最大額定起重量、起升高度、起升速度等,進(jìn)行動力裝置的選擇計算,確定或設(shè)計確定各起重零部件的類型和尺寸。4.1設(shè)計技術(shù)參數(shù)型號：QTZ200起重力矩〔Kn·m：2000最大幅度/起重載荷〔m/KN：40/35最小幅度/起重載荷〔m/KN：10/200起升高度〔m：162〔附著式55〔固定式工作速度〔m/min：6~80〔2繩3~40〔4繩起重臂長〔m：40平衡臂長〔m：204.2機(jī)構(gòu)工作級別塔式起重機(jī)的工作級別是設(shè)計人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)設(shè)計計算的依據(jù)。一臺好的塔式起重機(jī)設(shè)計應(yīng)充分考慮機(jī)器的使用條件,這樣設(shè)計出來的機(jī)器在安全和壽命方面才有可能較為接近實(shí)際的要求。列出了我國《塔式起重機(jī)設(shè)計規(guī)》〔GB/T13752――1992規(guī)定的塔式起重機(jī)工作級別的劃分標(biāo)準(zhǔn)。從表中可以看出根據(jù)其使用條件中的兩個最主要特征因素"載荷狀態(tài)"〔以名義載荷譜系數(shù)表征和"利用級別"〔以塔式起重機(jī)總的工作循環(huán)數(shù)表征分為A1~A6共六個工作等級,目的是為了合理設(shè)計、制造和使用；塔式起重機(jī),提高零部件的三化"水平",以取得較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。4.2.1利用等級塔式起重機(jī)的"利用等級U"用來表明在其有效壽命期間使用的頻繁程度。表2－1塔式起重機(jī)工作級別的分類載荷情況名義載荷譜系數(shù)Km利用等級U0U1U2U3U4U5Q1――輕Q2――中Q3――重0.1250.2500.500A1A1A2A1A2A3A2A3A4A3A4A5A4A5A6表2－2塔式起重機(jī)的利用等級利用等級工作循環(huán)數(shù)Nt說明U1U2U33.2X100006.3X100001.25X10000不經(jīng)意地使用U42.5X100000經(jīng)常清閑地使用U55X10000經(jīng)常中等地使用型號QTZ200塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)一般可視為經(jīng)常中等地使用,利用等級按表2-2可取為U5.4.2.2載荷狀態(tài)塔式起重機(jī)的"載荷狀態(tài)"是表示塔式起重機(jī)受載的輕重繁忙程可憑經(jīng)驗按表2－3中的說明選擇一種合適的載荷狀態(tài)級別。表2－3塔式起重機(jī)的載荷狀態(tài)載荷狀態(tài)名義載荷譜系數(shù)Km說明Q1――輕0.125很少承受額定載荷,一般承受輕微載荷Q2――中0.250有時承受額定載荷,一般承受中等載荷Q3――重0.500經(jīng)常承受額定載荷,一般承受較重載荷 型號QTZ200塔式起重機(jī)有時起升額定載荷,一般起升中等載荷,因此載荷狀態(tài)取為：Q2-中,名義載荷譜系數(shù)取為：Km=0.250.機(jī)構(gòu)的工作級別取為M5?！?吊具自重表3-1吊具自重與起重量的關(guān)系起重量〔104N吊具重q3~82%12.5~202.5%22~503%型號QTZ200塔式起重機(jī)起升載荷在125~200Kn之間,故吊具重〔2電機(jī)接電持續(xù)率塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)電機(jī)接電持續(xù)率一般可取為JC%=50,每小時起動次數(shù)可取為Z=150次。4.3起升機(jī)構(gòu)零部件的設(shè)計計算4.3.1吊鉤的選擇起升吊鉤的生產(chǎn)已標(biāo)準(zhǔn)化,塔式起重機(jī)吊鉤規(guī)定采用20號鉤,根據(jù)本次設(shè)計的用途和最大額定起重20000Kg,選擇吊鉤的形式和規(guī)格為鍛造長柱單鉤。4.3.2起升機(jī)構(gòu)滑輪組倍率及效率的確定塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)滑輪組倍率一般取為ａ=2起升機(jī)構(gòu)的倍率與額定起重量有一定的關(guān)系,參考下表起重量與滑輪組倍率關(guān)系表額定起重量Q/t3581216254065100倍率ａ234~666~88~101012~1617~20QTZ200型起重機(jī)最大額定起升重量為20t,根據(jù)實(shí)際情況取ａ=4。4.3.3鋼絲繩的選擇按正常工作狀態(tài)選鋼絲繩。鋼絲繩的最大靜拉力:S=為額定起重量：=200Knq為吊具重,由于最大起升高度為162m,故鋼絲繩的重量也應(yīng)該計入,為簡便計算故q=5Kn滑輪組倍率ａ=4滑輪組效率=0.97所以S=根據(jù)最大靜拉力選擇鋼絲繩,則有：計算鋼絲繩徑：drmin=C為鋼絲繩選擇系數(shù),按M5的工作級別查《機(jī)械設(shè)計手冊》有：機(jī)構(gòu)工作級別:M5所以drmin=故選用鋼絲繩徑不得小于上述計算值,所以選擇鋼絲繩規(guī)格為：鋼絲繩公稱直徑|d/mm:24型號為：6W19-24-175-I滑輪組選擇滑輪組的倍率ａ=4選用的滑輪計算直徑為D1min=h2d繩輪比系數(shù)h2查表4-1表4-1繩輪比系數(shù)機(jī)構(gòu)工作級別卷筒滑輪M1～M31416M41618M51820M62022.4M722.425M82528由起升機(jī)構(gòu)工作級別為M5,查表得h2=18鋼絲繩直徑d=16mmD1min=h2d=對滑輪組做適當(dāng)?shù)姆糯?查表取D1=500mm4.3.5卷筒的主要尺寸選擇計算〔a卷筒的最小直徑為：D1min=h1d繩輪比系數(shù)h1查表4-1得h1=18鋼絲繩直徑d=24mm卷筒的最小直徑為：D1min=h1d=由于塔式起重機(jī)起升高度大,于是將D1min放大到D1min=500mm,目的是為了減少卷筒長度。〔b卷筒長度計算卷筒長度L按多層繞卷筒計算起重機(jī)起升高度H=162m滑輪組倍率ａ=4附加安全圈數(shù)Z0=1.5卷筒的計算直徑D1=0.5m鋼絲繩在卷筒上的卷繞層數(shù)m=7鋼絲繩直徑d=0.024m卷筒至吊臂端的距離s=60m則〔c卷筒的強(qiáng)度校核卷筒的壁厚可取為：由于卷筒的長度和直徑比,故為短卷筒,按短卷筒只校核壓應(yīng)力：多層卷繞系數(shù)A1當(dāng)卷繞層數(shù)為是4層或4層以上時A1=2.0應(yīng)力減少系數(shù)一般取為0.75,即=0.75=24mmSmax=56.1Kn故卷筒的材料為ZGD270-500,所以=滿足,故校核合格。4.4起升機(jī)構(gòu)傳動裝置的設(shè)計計4.4.1起升機(jī)構(gòu)功率計算塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)滿載穩(wěn)定工作的靜功率：鋼絲繩的卷繞層數(shù)m=7取1.7卷筒槽底直徑D=0.476m鋼絲繩直徑d=0.024m機(jī)構(gòu)總效率計算得到=59〔KW根據(jù)相對結(jié)合律JC%=40選擇電機(jī)：K電是考慮起重機(jī)并不總是按最低載荷情況工作的折減系數(shù),對于中級工作的塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu),K電=0.8~0.9,這里我們?nèi)?.8故初選電機(jī)型號為：YZRDW280M其參數(shù)如下：極數(shù)：4/8額定功率〔Kw55/55額定電流〔A108/725轉(zhuǎn)速〔r/min1415/725最大轉(zhuǎn)矩位數(shù)2.5/2.8起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)的過載校核對于起升機(jī)構(gòu)的電動機(jī),要求能在有電壓損失,最大轉(zhuǎn)差率時能起吊125%的額定起重量,因此應(yīng)按下式進(jìn)行過載校核：最大起升載荷PQ=205000N物品的起升速度v=24m/min機(jī)構(gòu)的總效率基準(zhǔn)接電持續(xù)率時,電機(jī)的允許過載倍數(shù),按下表選擇額定功率〔KW最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩〔2.3-112.52.8由于電機(jī)功率為55KW,故選擇=2.8考慮電壓損失,最大轉(zhuǎn)差率時的系數(shù)H=2.1〔異步電動機(jī)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動電機(jī)數(shù)目Z=1故：滿足。起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)的發(fā)熱校核電動機(jī)的容量選擇要求在額定工況工作時,電動機(jī)不出現(xiàn)過熱,按下式計算平均功率,校核:靜態(tài)負(fù)載平均系數(shù)G對于工程起重機(jī)常取G=0.8其余系數(shù)同〔2中數(shù)值=46.30〔KW滿足,故校核合格。傳動裝置的傳動比計算起升機(jī)構(gòu)的傳動比按電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n1和卷筒的轉(zhuǎn)速n2確定。卷筒轉(zhuǎn)速為：額定起升速度v0=24m/min卷筒的計算直徑D1=0