橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)--起升機(jī)構(gòu)

1、東北林業(yè)大學(xué)橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)課程名稱(chēng)： 起重輸送機(jī)械專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 森林工程4班學(xué)生： 劉全興學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師： 孟春老師2011.7.42011.7.15橋式起重機(jī)設(shè)計(jì) 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)內(nèi)容 計(jì) 算 與 說(shuō) 明結(jié) 果 1）確定起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案，選擇滑輪組和吊鉤組 2）選擇鋼絲繩3）確定滑輪及滑輪組主要尺寸4）確定卷筒尺寸，并驗(yàn)算強(qiáng)度5）驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)6）驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件7）選擇減速器 8）校核減速器輸出軸強(qiáng)度9）選擇制動(dòng)器10）選擇聯(lián)軸器11）起制動(dòng)時(shí)間驗(yàn)算12）高速浮動(dòng)軸設(shè)計(jì)參數(shù):（1）起重量:主鉤25t （2）跨度:L=25m（3）最大起升高度: H=10m （4）起升速度V=0.04

2、11m/s小車(chē)運(yùn)行速度V=0.63m/s大車(chē)運(yùn)行速度V=0.63m/s（5）工作級(jí)別A4（6） JC值:401.起升機(jī)構(gòu)計(jì)算按照布置宜緊湊的原則，決定采用如下圖5-1的方案。按Q=25t，查1表4-2取滑輪組倍率m=4，承載繩分支數(shù)：Z=2m=8 圖5-1 起升機(jī)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖 查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)附表9選長(zhǎng)型吊鉤組，圖號(hào)為圖3-4-22（b）。得其質(zhì)量：G0=697kg兩端滑輪間距 A=376mm并根據(jù)工作級(jí)別和起重量從表3-4-2中選擇吊鉤LM20-M,材料為DG20。若滑輪組采用滾動(dòng)軸承，當(dāng)m=4，查1表2-1得滑輪組效率h=0.982.鋼絲繩的選擇鋼絲繩所受最大拉力：Smax =Qg/2mh=

3、31.25KN按選擇系數(shù)C確定鋼絲繩直徑d(mm)機(jī)構(gòu)工作級(jí)別M5，取w=0.46,k=0.82,n=5, =1550 MPa則有C=0.1 d=C=0.1=18.38mm查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)選用纖維芯鋼絲繩6w(19)-22.5-1550-I-光-SZ GB 1102-74，鋼絲公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度1550MPa，光面鋼絲，左右互捻，直徑d=22.5mm，鋼絲繩最小破斷拉力Sb=328KN，標(biāo)記如下：鋼絲繩 6w(19)-22.5-1550-I-光-SZ GB 1102-743.滑輪組的選擇3.1滑輪的許用最小直徑：D=450mm式中系數(shù)e=20由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-2-1查得。由1附表2選用滑輪直徑D

4、=600mm。滑輪的繩槽部分尺寸可由1附表3查得。由附表4選用鋼絲繩d=22.5mm，D=600mm， 查起重機(jī)手冊(cè)表3-2-2選擇滑輪繩槽斷面尺寸R=12.5mm,H=35.0mm,B1=63mm,E1=46mm,C=1.5mm.滑輪軸徑計(jì)算：材料采用45鋼，sb=600MPa，t=0.75sb=450MPa。按剪切強(qiáng)度計(jì)算滑輪軸半徑：=10mm查表3-2-4選擇滑輪尺寸，D5=50mm,滾動(dòng)軸承型號(hào)為E1-210 GB 276,軸承寬B10=20其標(biāo)記為： 滑輪E122.5600-50 ZBJ80006.3-873.2吊鉤橫梁的計(jì)算中間截面的最大彎曲應(yīng)力：=則軸孔d1的平均擠壓應(yīng)力：則式中

5、：=275/3=91.67MPa=20mm, =244mm,B=290mm,d=90mm,d1=70mm3.3拉板的計(jì)算拉板上有軸孔的水平截面的內(nèi)側(cè)孔邊最大拉應(yīng)力為：t=則式中：-應(yīng)力集中系數(shù)，取=2.25。垂直截面的內(nèi)側(cè)孔邊最大拉應(yīng)力：=則軸孔處的平均擠壓應(yīng)力：bs=則4.卷筒的選擇4.1卷筒直徑： 由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得。根據(jù)起重量選擇：選擇齒輪聯(lián)接盤(pán)式卷筒組，選用Do=650mm，卷筒繩槽尺寸由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-3-7查得槽距，t=24mm，槽底半徑r=11.5mm 卷筒尺寸：L= =1600mm 取L=2000mm式中 Z0附加安全系數(shù)，取Z0=2； L1無(wú)繩槽卷筒端部尺寸，由結(jié)構(gòu)需

6、要決定。 D0卷筒計(jì)算直徑D0 =650mm L2固定鋼繩所需長(zhǎng)度，L23t 中間光滑部分長(zhǎng)度，根據(jù)鋼絲繩允許偏角確定 m滑輪組倍率4.2卷筒壁厚： =+（610）=0.02650+（610）=1923取=20mm4.3卷筒拉應(yīng)力驗(yàn)算：由于卷筒長(zhǎng)度L3D，故不考慮彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應(yīng)力，僅考慮壓應(yīng)力對(duì)卷筒的影響。卷筒壁壓應(yīng)力驗(yàn)算：= =65.1MPa選用灰鑄鐵HT350，最小抗拉強(qiáng)度=340MPa許用壓應(yīng)力：=68MPa 故抗壓強(qiáng)度足夠4.4卷筒的抗壓穩(wěn)定性驗(yàn)算PPK/n式中n穩(wěn)定系數(shù)，n取1.4； P卷筒壁單位面積上所受到的壓力；其中P=2Smax/Dt=4MPa 對(duì)于鑄鐵卷筒，PK= =6.

7、70 MPa則P=4PK/n=6.70/1.4=4.79MPa故穩(wěn)定性滿(mǎn)足。故選定卷筒直徑=650mm，長(zhǎng)度L=2000mm；卷筒槽形的槽底半徑=11.5mm，槽距=24mm；起升高度=10m，倍率m=4 卷筒 A-11.524-104-左ZB J80 006.1-874.5鋼絲繩在卷筒上的固定 固定方法選擇用壓板固定，由于鋼絲繩直徑d=22.5mm,從起重機(jī)手冊(cè)表3-3-4選擇序號(hào)為6的壓板，壓板螺栓直徑為M20. 4.5.1繩尾固定處的拉力 為了減小鋼絲繩固定處的拉力，鋼絲繩在卷筒上應(yīng)有1.5-3圈的安全圈。利用鋼絲繩與卷筒之間的摩擦，減小繩尾固定處的拉力。根據(jù)歐拉公式，繩尾固定處拉力 S

8、G=4187.5N式中：Smax-鋼絲繩最大靜拉力（N）； -鋼絲繩與卷筒表面之間的摩擦系數(shù)，=0.12 0.16; -安全圈在卷筒上包角（通常取1.53圈）； e-自然對(duì)數(shù)的底數(shù)，e2.718. 4.5.2螺栓預(yù)緊力P （1）壓板槽為半圓形， 考慮鋼絲繩與卷筒之間的摩擦力作用： P= =7014N 4.5.3螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算 壓板螺栓除受預(yù)緊力的拉伸作用外，還受墊圈與壓板之間的摩擦力P使螺栓彎曲引起的拉力，故螺栓的最大應(yīng)力為： =則 =式中：z-固定鋼絲繩的螺栓數(shù)量，取z=3; d1-螺栓螺紋內(nèi)徑（mm）； -墊圈與鋼絲繩壓板之間的摩擦系數(shù)，取=0.16； t-P 的作用力臂，t=24.5mm;

9、螺栓許用拉應(yīng)力，取=0.8S/1.5=0.8*225/1.5=120MPa, S為螺栓屈服強(qiáng)度為225MPa.由于,故滿(mǎn)足要求。5驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)5.1卷筒轉(zhuǎn)速的計(jì)算單層卷繞卷筒轉(zhuǎn)NT=4.82r/min式中v起升速度（m/s）； D0卷筒卷繞直徑5.2選擇電動(dòng)機(jī)5.2.1電動(dòng)機(jī)的靜功率的計(jì)算Pj=11.55kw式中Qv起升載荷及起升速度 滑輪組效率且取滾動(dòng)軸承取098；導(dǎo)向滑輪效率，滾動(dòng)滑輪取0.987 卷筒效率，取0.987 傳動(dòng)效率，取0.855.2.2電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算Pw= =0.8*11.55 =9.24kwG穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)，由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表2-2-6由工作級(jí)別可知取G2=0.85

10、.2.3電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇 查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表5-1-3選用電動(dòng)機(jī)基準(zhǔn)工作制S3-40%，電動(dòng)機(jī)的額定頻率為50Hz,額定電壓380V，定子繞組為Y接， YZR 180L-8 機(jī)座IM1003，故額定功率為11kw,額定轉(zhuǎn)速為700r/min,軸孔D=55mm。5.2.4電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力校驗(yàn)起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力按下式進(jìn)行校驗(yàn)Pn=PdPd=8.66MPa式中Pn在基準(zhǔn)接電持續(xù)率時(shí)的電動(dòng)機(jī)額定功率；m電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)，暫取一臺(tái)；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的允許過(guò)載倍數(shù)，取2.8； H考慮電壓降及轉(zhuǎn)矩允差以及靜載試驗(yàn)超載的系數(shù)。接線異步電動(dòng)機(jī)取2.1，籠型取2.2。故取2.1.Pd/Pn=8.66/11=78.7%105

11、% 故滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力。6.繞線型異步發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)PS =式中：Ps穩(wěn)態(tài)平均功率（kw）；由于JC=40，CZ=30由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表5-1-36查得Ps=9.920 G穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)，一般由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表5-1-37及表5-1-41查得G=0.8； 機(jī)構(gòu)總效率； Vq物品起升速度（m/s）; PQ起升載荷（N）； m電動(dòng)機(jī)的個(gè)數(shù)，此處m=1；由于Ps ，故滿(mǎn)足要求。該電機(jī)基準(zhǔn)工作制S3-40%時(shí)，額定輸出功率：Pn=11kw.7. 選擇減速器7.1減速器傳動(dòng)比起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比i0=n/nt=700/4.82=145式中n電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）；Nt卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）；故為三級(jí)

12、傳動(dòng)。7.2標(biāo)準(zhǔn)減速器的選用根據(jù)傳動(dòng)比，輸入軸的轉(zhuǎn)速，工作級(jí)別和電動(dòng)機(jī)的額定功率來(lái)選擇減速器的具體型號(hào)，并使減速器的許用功率P滿(mǎn)足下式：Pk*Pn(kw)式中：k選用系數(shù)k=1.1由于許多標(biāo)準(zhǔn)減速器有自己的標(biāo)定的選用方法，QJS型起重機(jī)減速器用于起升機(jī)構(gòu)的選用方法為：P1.1*Pn =12.1kw查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-10-6選擇QJS 450-160-C-W,當(dāng)工作類(lèi)型為中級(jí)（相當(dāng)工作級(jí)別為M5級(jí)）時(shí)，許用功率P=13.7KW，i =160，質(zhì)量=1400，名義中心距 ，故傳動(dòng)比i=160.7.3減速器的驗(yàn)算減速器輸出軸通過(guò)齒輪連接盤(pán)與卷筒相連時(shí)，輸出軸及其軸端承受較大的短暫作用的扭矩和徑向

13、力，一般還需要對(duì)進(jìn)行驗(yàn)算。軸端最大徑向力Fmax=S+Gt/2F =(1+0.7*0.041)*31250+1379*9.8/2 =38913.4N64000N式中：起升載荷動(dòng)載系數(shù)，=1+0.7*v；S鋼絲繩的最大靜拉力；Gt卷筒重力，查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-3-6查得所選卷筒重力為Gt =1379*9.8N；F減速器允許得最大徑向載荷，查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-10-7查得F=64000N；減速器輸出軸承受的最大扭矩應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：Tmax=TTTmax=(1+0.7*0.041)*31250*0.65=20902N30000N式中：起升載荷動(dòng)載系數(shù)，=1+0.7*v； T鋼絲繩最大靜拉力在卷筒

14、上產(chǎn)生的扭矩； T 減速器輸出軸允許的最大扭矩，查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-10-6查得T=30000N；故減速器滿(mǎn)足要求9.制動(dòng)器的選擇9.1制動(dòng)器轉(zhuǎn)矩計(jì)算起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于由貨物產(chǎn)生的靜轉(zhuǎn)矩，在貨物處于懸吊狀態(tài)時(shí)具有足夠的安全裕度，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿(mǎn)足：TzK（N*m） = =189.42（N*m） 式中：Tz制動(dòng)器制動(dòng)轉(zhuǎn)矩； K制動(dòng)安全系數(shù)，與機(jī)構(gòu)重要程度和機(jī)構(gòu)工作級(jí)別有關(guān)，由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表2-2-7查得K取1.75； Q額定起重載荷； D0卷筒卷繞直徑； 機(jī)構(gòu)總效率，0.87； i傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比，i=160；9.2制動(dòng)器型號(hào)的選擇根據(jù)制動(dòng)器的特點(diǎn)，使用范圍以及注意事項(xiàng)，選擇電力液壓

15、塊式制動(dòng)器，由Tz選擇YWZ5-315/23 ,制動(dòng)輪直徑D=315mm,額定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為200Nm質(zhì)量44.6kg10聯(lián)軸器型號(hào)的選擇T=T式中：T所傳動(dòng)扭矩的計(jì)算值（N*m）； 按第類(lèi)載荷計(jì)算的軸傳最大扭矩，故=1； k1聯(lián)軸器重要程度系數(shù)，對(duì)起升機(jī)構(gòu)，k1=1.8； k3角度偏差系數(shù)，選用齒輪聯(lián)軸器，k3=1.25，取角度偏差系數(shù)為0.50.高速軸: =（0.70.8） 取= =315.21N*m式中：電動(dòng)轉(zhuǎn)矩允許過(guò)載倍數(shù)，取2.8； Tn電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，Tn=9550* 故Tn150.1N*mT=T =709.22N*m 由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表5-1-9查得YZR 180L-8機(jī)座IM100

16、3電動(dòng)機(jī)軸端為圓錐形，。浮動(dòng)軸的兩端為圓柱形從起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-10-9查得QJS 450-160-C-W減速器的高速軸為圓錐形。 靠電動(dòng)機(jī)軸端聯(lián)軸器 由表3-12-6選用CLZ聯(lián)軸器 最大容許轉(zhuǎn)矩Tt=3150N*m值,質(zhì)量=26.9kg 靠減速器軸端聯(lián)軸器 由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-12-8選用帶制動(dòng)輪的半齒聯(lián)軸器,序號(hào)為4,最大容許轉(zhuǎn)矩=3150Nm, 飛輪力矩 kgm,質(zhì)量39kg.為與制動(dòng)器YWZ5-315/23相適應(yīng),將聯(lián)軸器所需制動(dòng)輪,修改為應(yīng)用. 11.起制動(dòng)時(shí)間的驗(yàn)算11.1起動(dòng)時(shí)間的驗(yàn)算起動(dòng)時(shí)間：tq =0.392s1s式中:n電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）； Tq電動(dòng)機(jī)平均起

17、動(dòng)轉(zhuǎn)矩，由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表2-2-8可知三相交流繞線Tq=1.7Tn=255N*m； Tj電動(dòng)機(jī)靜阻力距，Tj= 143N*m； J機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量換算到電動(dòng)機(jī)軸上 總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；J= =0.599 式中：Jd電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（），由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表5-1-13查得Jd=0.39；Je制動(dòng)輪和聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（），由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-12-6查得Je=0.13； t推薦起動(dòng)時(shí)間（s），因?yàn)関=0.041m/s,由起重機(jī)設(shè)計(jì)冊(cè)表2-2-9查得t=1s；因?yàn)?，故合適。11.2起動(dòng)平均加速度：aq=aq=0.105,a=0.2aqa滿(mǎn)足要求11.2制動(dòng)時(shí)間的驗(yàn)算滿(mǎn)載下降制動(dòng)時(shí)間：tz =0.52

18、8 s1s式中:n滿(mǎn)載下降時(shí)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）通常 n=1.1n=； Tz制動(dòng)器制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-7-15 Tz =200N*m； TJ滿(mǎn)載下降時(shí)電動(dòng)機(jī)靜阻力距，TJ=108N*m； J機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量換算到電動(dòng)機(jī)軸上 總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（）；J= =0.603 式中：Jd電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（），由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表5-1-13查得Jd=0.39；Je制動(dòng)輪和聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（），由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-12-6查得Je=0.13； tz推薦制動(dòng)時(shí)間（s），可取tztq；因?yàn)?，故合適。制動(dòng)平均減速度：aj=a=1.1v=0.0451m/stz=0.528s,a=0.2aj=0.045

19、1/0.528=0.085a符合要求12.高速浮動(dòng)軸的計(jì)算（1）疲勞計(jì)算 軸受脈動(dòng)扭轉(zhuǎn)載荷，其等效扭矩：式中動(dòng)載系數(shù)=0.5（1+）=1.015 起升動(dòng)載系數(shù)，=1.03由上節(jié)選擇聯(lián)軸器中，已經(jīng)確定浮動(dòng)軸端直徑d=55mm,因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力軸材料用45號(hào)鋼，由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-11-1可查得，彎曲： =240MPa 扭轉(zhuǎn)： = /=243/=140MPa =0.6=0.6300=180MPa許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：由1中式（2-11），（2-14）式中考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)；與零件幾何形狀有關(guān)，對(duì)于零件表面有急劇過(guò)渡和開(kāi)有鍵槽及緊配合區(qū)段，=1.52.5與零件表面加工光潔度有關(guān)，此處取k=21.25=2.5考慮材料對(duì)應(yīng)力循環(huán)對(duì)稱(chēng)的敏感系數(shù)，對(duì)碳鋼，低合金鋼，??；安全系數(shù)，由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-11-5得因此, 故, 通過(guò).（2）強(qiáng)度計(jì)算 軸所受的最大轉(zhuǎn)矩最大扭