15t橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)及其部件設(shè)計(jì)（含CAD圖紙）
15t橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)及其部件設(shè)計(jì)（含CAD圖紙）,15,橋式起重機(jī),機(jī)構(gòu),小車,運(yùn)行,及其,部件,設(shè)計(jì),CAD,圖紙
湖南科技大學(xué) 2011 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題 目
15t橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)及其部件設(shè)計(jì)
作者姓名
杜澤昊
學(xué)號
1103010521
所學(xué)專業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
1、 研究的意義，同類研究工作國內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問題（列出主要參考文獻(xiàn)）
一?、設(shè)計(jì)依據(jù)及研究意義：?
起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)在實(shí)現(xiàn)出產(chǎn)過程機(jī)械化、自己主動化，改善物料搬運(yùn)前提，提高勞動出產(chǎn)率必不可少的重要機(jī)械設(shè)備。它對于發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)，改善人們的事物、文化生活的需要都起著重要的作用。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，機(jī)械化、自己主動化程度也在不停提高，與此相適應(yīng)的起重機(jī)技能也在高速發(fā)展，產(chǎn)物種類不停增加，使用規(guī)模越來越廣。一些企業(yè)由于沒有起重機(jī)械，不僅工作效率低，勞動強(qiáng)度大，甚至難以工作。高層建筑的施工，上萬噸級或幾十萬噸級的大型船只的建造，火箭和導(dǎo)彈的發(fā)射，大型電站的施工和安裝，大重件的裝卸與搬運(yùn)等，都離不開起重機(jī)的作業(yè)。?
起重機(jī)不僅可以作為輔助的出產(chǎn)設(shè)備，完成原料、半成品、產(chǎn)物的裝卸、搬運(yùn)，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備、船體分段的吊運(yùn)與安裝，而且也是一些出產(chǎn)過程及工藝操作中的必需的裝備。再如冶煉金屬工業(yè)出產(chǎn)中的爐料籌辦、加料、鋼水澆鑄成錠、脫模取錠等，必需依靠起重機(jī)進(jìn)行出產(chǎn)作業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在國內(nèi)的冶煉金屬、煤炭部門的機(jī)械設(shè)備總數(shù)量或總自重中，起重運(yùn)輸機(jī)械約占45%。起重機(jī)是機(jī)械化作業(yè)的重要的事物基礎(chǔ)，是一些工業(yè)企業(yè)中主要的固定資產(chǎn)。對于工礦企業(yè)、港口碼頭、車站庫場、建筑施工工地，和海洋開發(fā)、宇宙航行等部門，起重機(jī)已成為主要的出產(chǎn)力要素，在出產(chǎn)中進(jìn)行著高效的工作，組成合理社團(tuán)批量出產(chǎn)和機(jī)械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化出產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。?
橋式起重機(jī)作為物料搬運(yùn)機(jī)械中的最主要的一種，在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，龍門起重機(jī)起重范圍可以從幾噸到幾十噸甚至幾百噸，在機(jī)械制造、冶金、鋼鐵、碼頭集裝箱裝運(yùn)等行業(yè)都必須有龍門起重機(jī)。而起升機(jī)構(gòu)更是起重機(jī)的咽喉設(shè)備，因此對其進(jìn)行研究，改進(jìn)其結(jié)構(gòu)使其更加合理，使用更加方便，成本更加低廉，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
二?、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：?
在工程機(jī)械行業(yè)中的子行業(yè)--起重機(jī)行業(yè)近期評出的全球十強(qiáng)的企業(yè)名單中，中國占據(jù)了四席，其中全國最大的工程機(jī)械企業(yè)徐工集團(tuán)位列第三，中聯(lián)重科、三一集團(tuán)、撫挖重工分列第五、第七和第十位。盡管中國目前已經(jīng)成為全球最大的起重機(jī)市場，最大的小噸位起重機(jī)產(chǎn)品出口國，但是超大噸位的競爭力仍然不足，發(fā)動機(jī)、液壓件以及電控系統(tǒng)仍是發(fā)展阻礙。有關(guān)超大噸位的技術(shù)突破更多寄望于技術(shù)實(shí)力雄厚的國內(nèi)大型企業(yè)，因?yàn)榇髧嵨坏漠a(chǎn)品是技術(shù)導(dǎo)向，中小型企業(yè)恐缺乏技術(shù)沉淀與資金支持。近年來，隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，許多國外起重機(jī)制造商從應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAD），提高到應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行起重機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)，不僅是一種設(shè)計(jì)方法的改革，而且將影響整個起重機(jī)行業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)和管理水平，老產(chǎn)品的更新?lián)Q代、新產(chǎn)品的研制速度都將大大加快。另外，由于鋼鐵工業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，鋼材質(zhì)量得以提高，如瑞典的SSAB薄鋼板公司，其生產(chǎn)的DOMEX系列高強(qiáng)度及超高強(qiáng)度鋼材，在設(shè)計(jì)起重機(jī)主梁強(qiáng)度時，可使用較高的許用應(yīng)力，而不需要很高的安全系數(shù)，以便減少起重機(jī)材料用量，從而降低設(shè)備的重量和價(jià)格。
參考文獻(xiàn)：
[1] GB3811-83. 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[M]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1984.
[2] 陳道南，盛漢中.起重機(jī)課程設(shè)計(jì)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1983.
[3] 張質(zhì)文. 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京: 中國鐵道出版社，1998.
[4] 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊編寫組. 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，1980.
[5] Purdum.T. Machine Design[M]. Journal of Science & Engineering,1998.
[6] 揚(yáng)長葵. 起重機(jī)械[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1982.
[7] 祝慈壽.中國工業(yè)技術(shù)史[M].重慶:重慶出版社，1995.
[8] 胡宗武，顧迪民.起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京:北京科學(xué)技術(shù)出版社，1989.
2、 研究目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題（根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)一步具體化）
起升機(jī)構(gòu)包括了吊具，卷筒，減速器，制動器，電機(jī)等多方面，在設(shè)計(jì)時，可能難以處理的問題有下面幾個方面：?
1.減速器和電機(jī)，卷筒在起重機(jī)上的布局?
因?yàn)槿咧g距離的改變會影響到聯(lián)軸器選用和制動器選用。
2.卷筒設(shè)計(jì)?
我認(rèn)為卷筒設(shè)計(jì)是起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，卷筒的壁厚取決于最大起升重量，卷筒的長度由鋼絲繩的直徑和卷筒節(jié)距確定。只有卷筒的選擇符合設(shè)計(jì)要求，才能根據(jù)所給的起升速度確定減速器輸出端轉(zhuǎn)速和電動機(jī)的選擇，再由所選電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速和減速器輸出轉(zhuǎn)速確定減速器的傳動比，選擇合適型號的減速器。?
3.制動器的選擇?
制動器必須能在重物上升時及時使電機(jī)輸出停止，在重物水平移動時保持起升機(jī)構(gòu)的停止，還要在卸貨時及時停車，防止貨物受損。?
所以制動器是起升機(jī)構(gòu)里重要的安全保障裝置，選擇是要謹(jǐn)慎。?
4.鋼絲繩，卷筒等強(qiáng)度載荷的校核。
3、 特色與創(chuàng)新之處
開展對起重機(jī)傳動型式創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)構(gòu)造創(chuàng)新和功能原理創(chuàng)新等方面理論及技術(shù)基礎(chǔ)研究，為此著重研究新材料、新工藝、新的傳動裝置，從而通過對不同設(shè)計(jì)方案的優(yōu)選、分解和組合來產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)方案，不斷推出創(chuàng)新設(shè)計(jì)成果。
4、 擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線
1.吊具選擇?
采用單吊鉤形式，吊鉤根據(jù)起重量CP=40t，機(jī)構(gòu)工作級別M5選用吊鉤M32。根據(jù)吊鉤號，選擇下滑輪組，預(yù)估下滑輪組質(zhì)量932KG。?
2.鋼絲繩選擇?
鋼絲繩是有很細(xì)的強(qiáng)度很高的鋼絲，按一定的螺距繞成股，再由股繞成繩。?
鋼絲繩根據(jù)其芯材料不同，分為?
（1）鋼絲。鋼絲繩起到承受載荷的作用，其性能主要由鋼絲決定。鋼絲是碳素鋼或合金鋼通過冷拉或冷軋而成的圓形（或異形）絲材，具有很高的強(qiáng)度和韌性，并根據(jù)使用環(huán)境條件不同對鋼絲進(jìn)行表面處理。?
（2）纖維芯。它是用來增加鋼絲繩彈性和韌性、潤滑銅絲、減輕摩擦，提高使用壽命的。常用繩芯有機(jī)纖維（如麻、棉）、合成纖維、
石棉芯（高溫條件）或軟金屬等材料。?
在作為中小型起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)使用時，纖維芯鋼絲繩在抗拉強(qiáng)度和破斷力方面可以滿足使用需求，并且起重機(jī)在運(yùn)送物料時需要卷繞，因此選用纖維芯鋼絲繩，以增加使用壽命，減少更換次數(shù)。?
3.卷筒選擇?
起升機(jī)構(gòu)的卷筒是用來卷繞并儲存起升繩的。在批量生產(chǎn)的通用中小型起重機(jī)中多用鑄鐵制造的卷筒，一般采用單層卷繞。?
單層卷繞卷筒表面切有弧形斷面的螺旋槽，以增大鋼絲繩與筒體的接觸面積，并使鋼絲繩在卷筒上纏繞的位置固定，以避免相鄰鋼絲繩互相摩擦影響壽命。根據(jù)任務(wù)設(shè)計(jì)要求采用單層卷繞式的鋼絲繩鑄造卷筒。?
4.電動機(jī)選擇?
我國起重機(jī)采用專用的直流和交流電動機(jī)。直流電動機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍大、過載能力強(qiáng)、平滑的調(diào)速特性和較大的起動、制動轉(zhuǎn)矩。工作電壓為220?V?和440?V。但存在設(shè)備費(fèi)用高、體積大和需要專用的供電電源等缺點(diǎn),?少數(shù)冶金起重機(jī)和要求在較大范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)速的傳動機(jī)構(gòu)采用直流電機(jī)。?
電動機(jī)機(jī)械部分的強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)的足夠大，所以電動機(jī)的選擇主要是電動機(jī)熱容量的選擇。因?yàn)槠鹕龣C(jī)構(gòu)屬于斷續(xù)周期工作，起升機(jī)構(gòu)電機(jī)可認(rèn)為是S3工作制。。在起重機(jī)械中,?一般采用三相交流感應(yīng)電動機(jī)和錐形轉(zhuǎn)子電動機(jī),?其工作電壓為220?V/?380?V?和500V。根據(jù)機(jī)構(gòu)工作級別，一般選擇JZR2?、YZR、JZRH型3相交流電機(jī)。?
籠式感應(yīng)電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單,?操縱方便,?有較高的轉(zhuǎn)差率,?適用于直接啟動,?價(jià)格也便宜,?缺點(diǎn)是啟動電流大(達(dá)額定電流的4～6?倍)和不能承受較多的起動次數(shù)。作為起升機(jī)構(gòu)用電機(jī)，需要頻繁起動，因此籠式電機(jī)不適合選用。?
繞線式感應(yīng)電動機(jī)使用的最多。因?yàn)檫@種電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路可以外接起動電阻實(shí)現(xiàn)起動調(diào)速,?起動平穩(wěn)、起動電流通常不超過額定電流的2～215倍,?且有較高的過載能力。所以這次選用這種電動機(jī)。?
?5.減速器選擇?
減速器是原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。?
在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能選擇由減速器制造廠供貨的標(biāo)準(zhǔn)減速器，起重機(jī)減速器分為
ZQA型和QJ型兩大類，其中QJ型又分為帶底座型和三支點(diǎn)支承型（下圖）兩種。?
QJ系列減速器減速比范圍寬，機(jī)械傳動效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低，使用壽命長，承載能力高，易于拆檢，易于安裝。這里選用QJ系列標(biāo)準(zhǔn)減速器。??
6.制動器選擇??
制動器是起升機(jī)構(gòu)不可缺少的安全裝置，而且要安裝在高速軸與卷筒剛性聯(lián)系的位置。?一般起重機(jī)常用的減速器有盤式和瓦塊式兩種。因?yàn)楸P式制動器是以平面的摩擦塊雙向壓到制動盤上產(chǎn)生制動力，制動摩擦力合摩擦受損均勻，更換也方便，所以這里選用盤式制動器。?
?7.聯(lián)軸器選擇??
聯(lián)軸器是將兩個獨(dú)立的傳動部件聯(lián)系起來，如電動機(jī)輸出軸和減速器輸入軸的連接，減速器輸出軸與卷筒軸的連接等。對這些聯(lián)軸器的要求，除了能有足夠的傳遞轉(zhuǎn)矩能力外，還有兩個重要的附加要求：一是安裝方便，要求不挪動設(shè)備的情況下可以拆卸；二是有一定的徑向、軸向和角度向的補(bǔ)償能力，因?yàn)闄C(jī)構(gòu)的底座制造有誤差，或發(fā)生了變形，使的這種補(bǔ)償非常必要。?
在電動機(jī)輸出軸與減速器高速軸之間，選用梅花形彈性聯(lián)軸器，因?yàn)殡姍C(jī)輸出轉(zhuǎn)速高，具有沖擊和振動，這種類型的聯(lián)軸器有緩沖減振的作用，另外還有轉(zhuǎn)動慣量小，補(bǔ)償能力好的優(yōu)點(diǎn)。?
減速器低速軸有卷筒間有較大的轉(zhuǎn)矩，如使用普通齒輪聯(lián)軸器，尺寸會很大，因此，可以選用近年來設(shè)計(jì)的卷筒專用齒形聯(lián)軸器。
5、 擬使用的主要設(shè)計(jì)、分析軟件及儀器設(shè)備
SolidWorks2014 AutoCAD
6、參考文獻(xiàn)
[1] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊·起重運(yùn)輸機(jī)械零部件、操作件和小五金.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007，3
[2] 嚴(yán)大考、鄭蘭霞主編，起重機(jī)械.鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2003，9
[3] 余維張主編，起重機(jī)械檢修手冊.北京：中國電力出版社，1998，11
[4] 楊長睽，傅東明主編，起重機(jī)械（第2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992，5
[5] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊·聯(lián)軸器、離合器與制動器.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007，2
[6] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊·減速器和變速器.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007，2
[7] 羅宗澤，羅圣國主編，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊（第3版）.北京：高等教育出版社，2006
[8] 張瑩主編，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997，7
[9] 何焯主編，設(shè)備起重吊裝工程便攜手冊（第2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005，2
[10] 黃大巍，李風(fēng)，毛文杰等主編，現(xiàn)代起重運(yùn)輸機(jī)械.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006，3
[11] 北京科技大學(xué)，東北大學(xué)主編，工程力學(xué)（靜力學(xué)）.北京：高等教育出版社，1997
[12] 北京科技大學(xué)，東北大學(xué)主編，工程力學(xué)（材料力學(xué)）.北京：高等教育出版社，1997
[13] 余雷聲主編，電氣控制與PLC應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998，10
[14] 熊幸明主編，工廠電氣控制技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2005，10
[15] 張質(zhì)文等主編，起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊.北京：中國鐵道出版社，1997
[16] 趙秉衡主編，工廠電氣控制設(shè)備.北京：冶金工業(yè)出版社，2001，8
[17] 苑尚尊，程岷沙主編，電工與電子技術(shù).東營：石油大學(xué)出版社，2004，6
[18] 田復(fù)興等主編，起重機(jī)械事故案例分析與預(yù)防.北京：中國水利水電出版社，2005
[19] 李錚主編，起重運(yùn)輸機(jī)械.北京：冶金工業(yè)出版社，1989，10
[20] 陳敢澤主編，現(xiàn)代起重機(jī)管理與實(shí)用技術(shù).北京：科學(xué)出版社，2000
[21] 孫桂林主編，起重與機(jī)械安全工程學(xué).北京：北京經(jīng)濟(jì)學(xué)院出版社，1991，9
注：
1、開題報(bào)告是本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的一個重要組成部分。學(xué)生應(yīng)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書的要求和文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)果，在開始撰寫論文之前寫出開題報(bào)告。
2、參考文獻(xiàn)按下列格式（A為期刊，B為專著）
A：[序號]、作者（外文姓前名后，名縮寫，不加縮寫點(diǎn)，3人以上作者只寫前3人，后用“等”代替。）、題名、期刊名（外文可縮寫，不加縮寫點(diǎn)）年份、卷號（期號）：起止頁碼。
B：[序號]、作者、書名、版次、（初版不寫）、出版地、出版單位、出版時間、頁碼。
3、表中各項(xiàng)可加附頁。
4
湖 南 科 技 大 學(xué)
英文文獻(xiàn)翻譯
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 院：
專業(yè)及班級：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
摘 要
橋式起重機(jī)是一種提高勞動生產(chǎn)率重要物品搬運(yùn)設(shè)備，主要適應(yīng)車間物品搬運(yùn)、設(shè)備的安裝與檢修等用途。我國生產(chǎn)的吊鉤電動雙梁橋式起重機(jī)額定起重范圍為5～500t，一般10t以上，起重機(jī)有主、副兩套起升機(jī)構(gòu)；300t以上，起重機(jī)還有三套起升機(jī)構(gòu)。
橋式起重機(jī)由橋架、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和電氣設(shè)備構(gòu)成。在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)中采用傳統(tǒng)布局的典型結(jié)構(gòu)，小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用集中驅(qū)動。起升機(jī)構(gòu)滑輪組采用雙聯(lián)滑輪組，重物在升降過程中沒有水平移動，起升過程平穩(wěn)，且鋼絲繩的安裝和更換容易。相應(yīng)的卷繞裝置采用單層卷筒，有與鋼絲繩接觸面積大，單位壓力低的優(yōu)點(diǎn)。在起升機(jī)構(gòu)中還涉及到鋼絲繩、減速器、聯(lián)軸器、電動機(jī)和制動器的選擇等。小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)中涉及小車輪壓計(jì)算、小車車輪、小車軌道、減速器、聯(lián)軸器、電動機(jī)和制動器的選擇計(jì)算等。
起重機(jī)是用來對物料做起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，它可以減輕體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率和在生產(chǎn)過程中進(jìn)行某些特殊的工藝操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。起升機(jī)構(gòu)包括電動機(jī)、制動器、減速器、卷筒和滑輪組。電動機(jī)通過減速器，帶動卷筒轉(zhuǎn)動，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。
本文就十五噸橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)做設(shè)計(jì)計(jì)算，確定起升機(jī)構(gòu)傳動方案，確定起升機(jī)構(gòu)工作級別，對起升機(jī)構(gòu)的主要部件卷筒、鋼絲繩、滑輪等鋼絲繩卷繞系統(tǒng)，電動機(jī)、聯(lián)軸器、減速器等驅(qū)動裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，驗(yàn)證卷筒壁壓應(yīng)力，卷筒應(yīng)力，確定吊鉤裝置構(gòu)造方案，吊鉤橫梁，滑輪軸的計(jì)算等。對起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行的過程，包括起升速度、起升和制動時間進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)算。
關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)；起升機(jī)構(gòu)；小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)；傳動方案；卷繞系統(tǒng)；驅(qū)動裝置；起升運(yùn)行
Ⅴ
ABSTRACT
Bridge crane is a significant increase labor productivity goods handling equipment, primarily to carry goods workshops, equipment installation and maintenance, and other purposes. China's production of electrical hook rated double-beam bridge crane lifting the range of 5 ~ 500 t, generally more than 10 t, cranes are the main, two sets of lifting300 t above, there are three sets of cranes lifting bodies.
Beam from the bridge crane, the trolley running, and traveling mechanism constituted. The overall design of the system using the traditional layout of the typical structure and operation of institutions used car driven focus. Pulley group or agency from using double-pulley blocks, heavy objects in the process of lifting the level of no movement, or from the process smooth, and the installation and replacement of wire rope easily. Winding installations in the corresponding single reel, a large area of contact with the rope, the advantages of low pressure units. In lifting bodies also involves rope, reducer, couplings, electrical and brake the choice. Vehicles involved in the operation of institutions pressure on the wheels, car wheels, car track, reducer, couplings, electrical and brake the choice of calculation.
Crane is used to start heavy materials, transportation, handling and installation of machinery and equipment and other operations, which can reduce manual labor, improve labor productivity and in the production process for some special process operation, mechanization and automation. Lifting mechanism includes a motor, brake, reducer, drum and pulley. Motor through reducer, driving drum rotation, so that the wire rope around the drum or from a roll down to lift heavy loads.
In this paper, fifteen tons crane hoisting mechanism to do the design calculations to determine the transmission scheme lifting mechanism, hoisting mechanism to determine the working level of the main components of the hoisting mechanism drum, wire rope, wire rope winding system pulleys, motors, United coupling, reducer drives the design calculations, validation reel wall stress, stress reel, hook device is configured to determine program, hook beams, pulley shaft calculation. Hoisting mechanism for running processes, including the lifting speed, lifting and braking time calculations and checking.
Keywords: bridge crane；hoisting mechanism；car agencies operating；transmission scheme; winding system; drive; lifting operation
VI
1
目錄
第一章 緒論 1
1.1 橋式起重機(jī)的簡介 1
1.2 起重機(jī)械的發(fā)展 2
1.3 起重機(jī)械的特點(diǎn) 2
1.4 起重機(jī)械的組成 2
第二章 起升機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 4
2.1主要參數(shù) 4
2.2確定起升機(jī)構(gòu)傳動方案 4
2.3 確定吊鉤和滑輪組 6
2.4 鋼絲繩的計(jì)算 7
2.4.1 鋼絲繩所受最大拉力 7
2.4.2 鋼絲繩允許的偏斜角 7
2.5 卷筒的計(jì)算 8
2.5.1 卷筒材料 8
2.5.2 卷筒直徑計(jì)算 8
2.5.3 卷筒長度 8
2.5.4 卷筒壁壓應(yīng)力驗(yàn)算 9
2.5.5 卷筒應(yīng)力驗(yàn)算 10
2.6 繩端固定裝置的計(jì)算 11
2.7 取物裝置 13
2.7.1 確定吊鉤裝置構(gòu)造方案 13
2.7.2 吊鉤主體結(jié)構(gòu)的主要尺寸的計(jì)算 14
2.7.3 吊鉤強(qiáng)度驗(yàn)算 14
2.7.4 吊鉤彎曲部分?jǐn)嗝鍭-A強(qiáng)度驗(yàn)算 15
2.7.5 吊鉤彎曲部分?jǐn)嗝鍮-B強(qiáng)度驗(yàn)算 16
2.7.6 推力球軸承的選擇 17
2.7.7 吊鉤橫梁的計(jì)算 17
2.7.8 滑輪軸的計(jì)算 18
2.7.9 拉板的強(qiáng)度校核 20
第三章 起升運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
3.1 力矩的計(jì)算 23
3.1.1 平穩(wěn)上升階段 23
3.1.2 平穩(wěn)下降階段 24
3.1.3 上升起動階段 25
3.1.4 下降制動階段 26
3.2 電動機(jī)的選擇 26
3.2.1 電動機(jī)的功率確定 27
3.2.2 驗(yàn)算電動機(jī)發(fā)熱條件 27
3.3 減速器的選擇 28
3.3.1 減速器傳動比 28
3.3.2 減速器的選取 28
3.3.3 輸出軸強(qiáng)度校核 28
3.4 起升速度和實(shí)際所需功率 29
3.4.1 實(shí)際速度 29
3.4.2 實(shí)際功率 29
3.5 制動器的選擇 30
3.6 起升和制動時間驗(yàn)算 31
3.6.1 起動時間驗(yàn)算 31
3.6.2 制動時間驗(yàn)算 31
3.7 高速浮動軸的計(jì)算 32
3.7.1 疲勞計(jì)算 32
3.7.2 強(qiáng)度驗(yàn)算 33
第四章 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 36
4.1原始參數(shù) 36
4.2設(shè)計(jì)計(jì)算步驟： 36
4.2.1驅(qū)動方案初步確定 36
4.2.2車輪與軌道的選取 36
4.2.3運(yùn)行阻力計(jì)算 37
4.2.4電動機(jī)的選擇 38
4.2.5減速器選擇 39
4.2.6聯(lián)軸器的選擇 40
4.2.7制動器的選擇 42
4.2.8電機(jī)過載校驗(yàn) 43
4.2.9起動時間與起動平均加速度的校驗(yàn) 44
4.2.10運(yùn)行打滑驗(yàn)算 45
4.2.11小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)布局圖 46
第五章 結(jié)論與展望 47
5.1 結(jié)論 47
5.2 展望 47
參考文獻(xiàn) 48
致 謝 49
IX
湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第一章 緒論
起重機(jī)械的基本任務(wù)是垂直升降重物，并可兼使重物作短距離的水平移動，以滿足重物裝卸、轉(zhuǎn)載、安裝等作業(yè)的要求。起重機(jī)機(jī)械是現(xiàn)代化生產(chǎn)必不可少的重要機(jī)械設(shè)備，它對于減輕繁重的體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化及改善人民的物質(zhì)、文化生活都具有重大的意義。
起重機(jī)械廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、港口碼頭、車站倉庫、建筑工地、海洋開發(fā)、宇宙航行等各個工業(yè)部門，可以說陸地、海洋、空中、民用、軍用各個方面都有起重機(jī)械在進(jìn)行著有效的工作。
起重機(jī)械不僅可以作為輔助的生產(chǎn)設(shè)備，完成原料、半成品、產(chǎn)品的裝卸、搬運(yùn)，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的安裝、維修，而且它也是一些生產(chǎn)過程工藝操作中的必須設(shè)備，例如鋼鐵冶金生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)，從爐料準(zhǔn)備、加料到煉好的鋼水澆鑄成錠以及脫模取錠等。又例如原子能工業(yè)中的一些工藝操作等人所難達(dá)到之處，沒有起重機(jī)械，簡直無法生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國冶金、煤炭部門的機(jī)械設(shè)備總臺數(shù)或總重中，起重運(yùn)輸機(jī)械約占25％～65％。
起重機(jī)械與運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為合理組織成批大量生產(chǎn)和機(jī)械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。在我國四個現(xiàn)代化的發(fā)展和各個工業(yè)部門機(jī)械化水平、勞動生產(chǎn)率的提高中，起重機(jī)必將發(fā)揮更大的作用。
1.1 橋式起重機(jī)的簡介
起重機(jī)械和其它自然科學(xué)一樣，是人類生產(chǎn)斗爭經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，它是隨著人們的生產(chǎn)實(shí)踐逐漸發(fā)展并不斷豐富完善的。橋式起重機(jī)是橋架在高架軌道上運(yùn)行的一種橋架型起重機(jī)，又稱天車。
橋式起重機(jī)是生產(chǎn)車間、料場、電站廠房和倉庫中為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化與自動化，減輕體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率的重要物品搬運(yùn)設(shè)備。橋式起重機(jī)安裝在廠房高處兩側(cè)的吊車梁上，整機(jī)可以沿鋪設(shè)在吊車梁上的軌道縱向行駛。而起重小車又可沿小車軌道橫向行駛，吊鉤則作升降運(yùn)動。
橋式起重機(jī)常見的類型有以下三種形式：
通用橋式起重機(jī)：取物裝置為吊鉤，適用于各種物料的搬運(yùn)，通用性強(qiáng)；抓斗式橋式起重機(jī)：取物裝置是抓斗，用于大批量散粒物料的搬運(yùn)；電磁橋式起重機(jī)：取物裝置為電磁吸盤，為專用起重機(jī)，用于鐵磁性物料的搬運(yùn)。
經(jīng)過比較，選用電動雙梁橋式起重機(jī)。這種起重機(jī)的各個工作機(jī)構(gòu)均為電力驅(qū)動。起重小車在橋架主梁上方鋪設(shè)的軌道上行駛，其橋架是雙主梁結(jié)構(gòu)形式。在橋架兩側(cè)的走臺上，一側(cè)用來安裝大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，另一側(cè)則安裝有電氣設(shè)備和給小車供電的滑線設(shè)施。
普通橋式起重機(jī)一般由起重小車、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)和橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。起重小車又由起升機(jī)構(gòu)、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車架三部分組成。
1.2 起重機(jī)械的發(fā)展
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和自動化程度的提高，起重機(jī)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機(jī)的要求也越來越高。尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，許多跨學(xué)科的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)，這些都促使起重機(jī)的技術(shù)進(jìn)入嶄新的發(fā)展階段。起重機(jī)發(fā)展趨勢輕型化和多樣化。有相當(dāng)批量的起重機(jī)是在通用場合使用，工作并不很繁重。這類起重機(jī)批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機(jī)盡量降低外形高度，簡化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可使整個建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價(jià)。因此電動葫蘆橋式起重機(jī)和梁式起重機(jī)會有更好的發(fā)展，并將取代大部分中小噸位的一般用途橋式起重機(jī)。
1.3 起重機(jī)械的特點(diǎn)
起重機(jī)械是一種間歇動作的機(jī)械，它具有重要而短暫的工作特征。起重機(jī)械在搬運(yùn)物料時，通常經(jīng)歷著上料、運(yùn)送、卸料以及回到原處的過程，各工作機(jī)構(gòu)在工作時作往復(fù)周期性的運(yùn)動，例如經(jīng)歷起升機(jī)構(gòu)的工作由物品的升、降和空載取裝置的升、降所組成；運(yùn)行機(jī)構(gòu)的工作由負(fù)載和空載時的往復(fù)運(yùn)動所組成。在起重機(jī)械的每一個工作循環(huán)，即每搬運(yùn)一次物品的過程中，其有關(guān)的工作機(jī)構(gòu)都要作一次正向和反向的運(yùn)動。起重機(jī)械與連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械的主要區(qū)別就在于前者是以周期性的短暫往復(fù)工作循環(huán)運(yùn)送物品，而后者是以長期連續(xù)單向的工作運(yùn)送物品。正是由于這一基本差異決定了起重機(jī)械和連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械在構(gòu)造和設(shè)計(jì)計(jì)算方面的許多重要差別。在起重機(jī)械中，用來使貨物提升或下降的機(jī)構(gòu)稱為起升機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)械最基本的機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)通常包括：取物裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、制動裝置、減速裝置、驅(qū)動裝置以及安全裝置等部分，其中不少零件采用標(biāo)準(zhǔn)通用零件。
起升機(jī)構(gòu)中大多數(shù)情況均采用閉式減速器傳動，并且以漸開線圓柱齒輪傳動為主。一些新穎的齒輪傳動如圓弧齒輪，擺線行星齒輪傳動，漸開線少齒傳動和諧傳動正被逐漸應(yīng)用到起重機(jī)械上來。
1.4 起重機(jī)械的組成
工作機(jī)構(gòu)，它是起重機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其作用是使被吊運(yùn)的物品獲得必要的升降和水平位移，從而實(shí)現(xiàn)物品裝卸、轉(zhuǎn)載、安裝等作業(yè)要求。起重機(jī)械上常用的工作機(jī)構(gòu)有起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，即所謂起重機(jī)械的四大構(gòu)件。此外，針對某些特殊的使用要求，有時還設(shè)有伸縮機(jī)構(gòu)，放倒機(jī)構(gòu)，夾鉗機(jī)構(gòu)等，在這些機(jī)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)物品垂直升降的起升結(jié)構(gòu)是起重機(jī)械的基本工作機(jī)構(gòu)，而其它機(jī)構(gòu)則是輔助的工作機(jī)構(gòu)，配合起升機(jī)構(gòu)工作。根據(jù)具體使用要求，輔助的工作機(jī)構(gòu)卻是任何一種起重機(jī)械所必不可少的。金屬結(jié)構(gòu)，它是起重機(jī)械的骨架，決定了起重機(jī)械的結(jié)構(gòu)造型，它用來支撐工作機(jī)構(gòu)、物品的重力以及外部載荷等，并將這些重力和載荷傳遞給起重機(jī)械的支撐基礎(chǔ)。動力設(shè)備，它為起重機(jī)械提供工作動力、控制、照明和聯(lián)絡(luò)等。
- 7 -
第二章 起升機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
引言
起重運(yùn)輸機(jī)械通常用于搬運(yùn)物料，隨著大規(guī)?，F(xiàn)代化生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，對于各種起重機(jī)械的需求也越來越大，尤其是中小型起重機(jī)械以其靈活的高效的特性，在國名經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。本文以十五噸橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)為例，對其主要組成部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
2.1主要參數(shù)
15t橋式起重機(jī)的基本參數(shù):起升重量Q=15t，起升高度H=16m，起升速度V=13.3m/s，跨度22.5m,工作制度M6。
2.2確定起升機(jī)構(gòu)傳動方案
起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該確保滿足起重機(jī)的主要工作性能，要合理選擇機(jī)構(gòu)型式，要使機(jī)構(gòu)工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，自重輕和維修保養(yǎng)方便等。
起升機(jī)構(gòu)的傳動方案大體可分為閉式傳動和開式傳動。
（1）閉式傳動 在電動機(jī)和卷筒之間，大多數(shù)情況采用傳動效率高的圓柱齒輪減速器，而蝸輪減速器由于傳動效率低，除特殊環(huán)境采用外，一般較少應(yīng)用，如圖2.1所示。
圖2.1 開式傳動
（2）開式傳動 在電動機(jī)和減速器之間，除減速器外還有開式齒輪傳動，這種構(gòu)造類型適用于起升速度較低的情況，如我國生產(chǎn)的大型橋式起重機(jī)（Q≥80t）的起升機(jī)構(gòu)多采用這種型式，由于開式齒輪傳動適用于圓周速度較低的情況，因此都將其放在靠近卷筒的最后一級傳動中，以保證正常工作。
綜合以上觀點(diǎn)，又考慮到本課題的主要參數(shù)，選用傳動效率高的閉式傳動，如圖2.2所示。
1-電動機(jī)；2-帶制動輪的全齒聯(lián)軸器；3-制動器；4-減速器；5-全齒聯(lián)軸器；6-軸承座；7-卷筒；8-帶制動輪的半齒聯(lián)軸器；9-浮動軸；10-半齒聯(lián)軸器；11-減速器；12-制動輪
圖2.2 閉式傳動起升方案
起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算主要包括：根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，并確定機(jī)構(gòu)的傳動布置方案；按給定的整機(jī)主要參數(shù)（最大額定起重量、起升高度、起升速度等）確定起升機(jī)構(gòu)參數(shù)，并確定機(jī)構(gòu)各部件的結(jié)構(gòu)類型和尺寸；以及機(jī)構(gòu)動力裝置的選擇計(jì)算等。
起升機(jī)構(gòu)的起重零部件的選擇計(jì)算主要包括：吊鉤、起升機(jī)構(gòu)滑輪組倍率、起重鋼絲繩、滑輪與卷筒。起升機(jī)構(gòu)的布置如圖2.3所示：
圖2.3 起升機(jī)構(gòu)布置方案
2.3 確定吊鉤和滑輪組
吊鉤分單鉤和雙鉤，一般場合采用單鉤，當(dāng)起升重量較大時宜用雙鉤，根據(jù)15t其升重量選擇單鉤。吊鉤材質(zhì)以低碳合金鋼或碳素結(jié)構(gòu)鋼為主。查標(biāo)選用G13，自重99KG.
滑輪組分為單聯(lián)滑輪組和雙聯(lián)滑輪組。單聯(lián)滑輪組工作時，重物在垂直位移的同時，還會產(chǎn)生水平位移，將對卷筒支承造成附加載荷，而雙聯(lián)滑輪組在工作時重物無水平位移，當(dāng)兩邊鋼絲繩拉力有差別時，可以自動均載負(fù)載。故根據(jù)起升重量要求，選用雙聯(lián)滑輪組。如下圖所示：
2.4.1雙滑輪組 2.4.2單滑輪組
圖2.4 滑輪組簡圖
按Q=15t，查文獻(xiàn)[8]表（2-1）選滑輪組倍率，承載繩分支數(shù)：。查文獻(xiàn)[2]選圖號為G15吊鉤組，得其質(zhì)量：，兩動滑輪間距。
2.4 鋼絲繩的計(jì)算
2.4.1 鋼絲繩所受最大拉力
鋼絲繩是由0.2~0.4mm的優(yōu)秀碳素鋼光鋼絲捻制而成，具有強(qiáng)度高，耐磨性好，撓性好，無方向性，彈性大，能承受沖擊。
根據(jù)靜載荷使用計(jì)算法選擇鋼絲繩。
若滑輪組采用滾動軸承，當(dāng)滑輪組倍率時，查文獻(xiàn)[8]表(2-1)得滑輪組效率。
剛絲繩所受最大拉力 (2-1)
式中 ——取物裝置重量（kgf）；
a——滑輪組形勢的系數(shù)，當(dāng)為單滑輪組時 a=1；
雙滑輪組時 a=2；
——滑輪組的效率，可查表可得為 0.985
查文獻(xiàn)[8]表（2-2）得為中級工作類型，中級工作類型（工作級別）時安全系數(shù)。
鋼絲繩的破斷拉力總和
(2-2)
式中 為鋼絲繩所受最大拉力；
查文獻(xiàn)[1]選用瓦林型纖維芯鋼絲繩，鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度，光面鋼絲，右交互捻，直徑，鋼絲繩最小破斷拉力，標(biāo)記如下：
鋼絲繩: 14NAT6×19W+FC1770ZS10867.4GB/T8918-1996
2.4.2 鋼絲繩允許的偏斜角
（1）鋼絲繩進(jìn)出滑輪時的允許偏角:
(2-3)
式中 由文獻(xiàn)[2]查得: ；
；
。
所以 。
（2）鋼絲繩進(jìn)出卷筒時允許偏角：
，
查文獻(xiàn)[2]。向空槽方向，向鄰槽方向。
2.5 卷筒的計(jì)算
2.5.1 卷筒材料
一般用不低于HT20-40的鑄鐵，特殊需要的可用ZG25Ⅱ，ZG35Ⅱ鑄鐵。鑄鋼卷筒由于成本高，并且限于鑄造工藝，壁厚并不能減少很多，因?yàn)楹苌俨捎谩Ｖ匾硗部捎貌捎们蚰T鐵。大型卷筒多用A3，16Mn鋼板卷成筒形焊接而成，焊接卷筒特別適宜用于單件生產(chǎn)，可以降低自重。
2.5.2 卷筒直徑計(jì)算
(2-4)
式中 ——為卷筒和滑輪的名義直徑，即槽底直徑（mm）；
——為鋼絲繩直徑，即外接圓直徑（mm）；
—— 輪繩直徑比，由表 （起重運(yùn)輸機(jī)械 表2-4）中查出為25；
——卷筒的計(jì)算直徑（鋼絲繩纏繞圈截面中心直徑）
取，卷筒繩槽尺寸由文獻(xiàn)[2]查得槽距，，槽底半徑。
2.5.3 卷筒長度
(2-5)
式中——起重機(jī)最大高度： ；
——卷筒的計(jì)算直徑：；
——附加安全圈數(shù)，一般取圈：??；
——繩槽節(jié)距：查文獻(xiàn)[2]，??；
——卷筒不切槽部分長度：取其等于吊鉤滑輪的間距；
取 。
卷筒的壁厚：
(2-6)
取。
2.5.4 卷筒壁壓應(yīng)力驗(yàn)算
(2-7)
式中——多層卷繞系數(shù)， 取單層則；
——應(yīng)力減小系數(shù)，考慮繩圈繞入時對筒壁應(yīng)力有減小作用，一般可??；
———鋼絲繩最大靜拉力，；
——卷筒壁厚，；
——繩槽節(jié)距，；
將數(shù)值代入上式，得：。
對鑄鐵卷筒HT20-40，則文獻(xiàn)[6]查得其最小抗拉強(qiáng)度。
許用壓應(yīng)力：
(2-8)
，故卷筒壓縮強(qiáng)度足夠。
2.5.5 卷筒應(yīng)力驗(yàn)算
由于卷筒長度，尚應(yīng)校驗(yàn)由彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒彎矩圖如圖2.5。
圖2.5 卷筒受力簡圖
卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒是中間時:
(2-9)
卷筒斷面系數(shù):
(2-10)
式中——卷筒外徑,；
——卷筒內(nèi)徑,
于是
(2-11)
合成應(yīng)力:
(2-12)
式中許用應(yīng)力
由文獻(xiàn)[6]查，。
所以 ，卷筒強(qiáng)度驗(yàn)算通過。故選定卷筒直徑，長度，卷筒槽的槽底半徑，槽距；起升高度H=16m，倍率a=3靠近減速器一端的卷筒槽為向左的A型卷筒，標(biāo)記為：
卷筒：—左 JB/T 9006.2—1999
卷筒如圖2.6所示：
圖2.6 卷筒圖
2.6 繩端固定裝置的計(jì)算
根據(jù)鋼繩直徑為，由文獻(xiàn)[2]選擇壓板固定裝置（圖2.7）并將壓板的繩槽改用梯形槽。雙頭螺柱的直徑M24。
圖2.7 鋼繩固定端簡圖
用壓板固定鋼絲繩,已知卷筒長度計(jì)算采用的附加圈數(shù)，繩索與卷筒繩槽間的摩擦系數(shù)。則在繩端固處的作用力：
(2-13)
壓板螺栓所受之拉力：
(2-14)
式中 ——壓板梯形槽與鋼繩的換算摩擦系數(shù)。當(dāng)時：
(2-15)
螺柱由拉力和彎矩作用的合成應(yīng)力：
(2-16)
式中（螺栓數(shù)）；
（螺紋內(nèi)徑）；
（彎矩）。
螺栓材料為，由文獻(xiàn)[6]查取屈服極限，則許用拉伸應(yīng)力為：（由文獻(xiàn)[6]取安全系數(shù)）。
， 因?yàn)椋释ㄟ^強(qiáng)度驗(yàn)算。
2.7 取物裝置
2.7.1 確定吊鉤裝置構(gòu)造方案
吊鉤本身就是一個機(jī)械零件，通常都與動滑輪組合成吊鉤組進(jìn)行工作。吊鉤組有兩種形式；一種是長型吊鉤組；另一種是短型吊鉤組。
吊鉤裝置用于三倍率雙聯(lián)滑輪組，所以必須采用長型的構(gòu)造方案。吊鉤鉤身的截面形狀有圓形，方形，梯形或字形。從受力情況分析，以字形截面最為合理，但鍛造工藝較復(fù)雜。梯形截面受力較合理，鍛造容易。
鍛造吊鉤的材料一般采用號鋼。起重量較小的吊鉤也可采用或；片式吊鉤由切割成型的多片鋼板構(gòu)成，其厚度不得小于20mm并使板鉤在高度方向與鋼板軋制方向一致。
工程起重機(jī)常用T字形或梯形截面的鍛造單鉤。通過吊鉤已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時可查閱有關(guān)手冊直接選用。采用非標(biāo)準(zhǔn)吊鉤或需對所選項(xiàng)吊鉤進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算時，可按下述方法進(jìn)行。
由文獻(xiàn)[3]選擇一個鍛造單面吊鉤,鉤號為，材料采用號,吊鉤如2.8圖所示：
圖2.8吊鉤
2.7.2 吊鉤主體結(jié)構(gòu)的主要尺寸的計(jì)算
根據(jù)文獻(xiàn)[3]當(dāng)選擇吊鉤類型為直柄號吊鉤，由文獻(xiàn)[5]表所得。
吊鉤螺母最小工作高度查文獻(xiàn)[4]選M56螺母：
mm (2-17)
考慮設(shè)置防松螺栓，實(shí)際取螺紋高度：。
螺母外徑：
mm (2-18)
取。
2.7.3 吊鉤強(qiáng)度驗(yàn)算
吊鉤軸的頸部螺紋M56處拉伸應(yīng)力：
(2-19) 式中——螺紋內(nèi)徑，由文獻(xiàn)[4]查得，；
——動力系數(shù)，由文獻(xiàn)[4]查得。
由文獻(xiàn)[6]查得等級，安全系數(shù)，材料號鋼，由文獻(xiàn)[6]查得，故，故滿足強(qiáng)度要求。
2.7.4 吊鉤彎曲部分?jǐn)嗝鍭-A強(qiáng)度驗(yàn)算
其受拉力，偏心力距，由
(2-20)
式中
得出：。
MPa (2-21)
MPa (2-22)
因?yàn)?故滿足強(qiáng)度要求。其應(yīng)力分布如圖2.9所示。
圖2.9 吊鉤彎曲處應(yīng)力分布
2.7.5 吊鉤彎曲部分?jǐn)嗝鍮-B強(qiáng)度驗(yàn)算
系物繩張力一側(cè)：
kg (2-23)
圖2.10 鋼絲繩一側(cè)受力
由上圖2.10鋼絲繩受力圖可得：
kg (2-24)
MPa (2-25)
(2-26)
故滿足強(qiáng)度要求。
因?yàn)锽-B斷面尺寸按理當(dāng)比斷面小，但由于斷面有強(qiáng)烈的磨損，一般取與斷面相同的尺寸。
2.7.6 推力球軸承的選擇
由于軸承在工作過程中很少轉(zhuǎn)動，故可根據(jù)額定靜負(fù)荷選擇。由文獻(xiàn)[3]選51211(GB/T301-1995)推力球軸承，由文獻(xiàn)[3]查得其額定靜負(fù)荷，由文獻(xiàn)[7]查得載荷系數(shù)。
軸承當(dāng)量靜負(fù)荷：
(2-27)所以安全。
式中——安全系數(shù)由文獻(xiàn)[3]選用。
2.7.7 吊鉤橫梁的計(jì)算
由文獻(xiàn)[1]可知，橫梁兩側(cè)拉板的間距是由滑輪之間尺寸所決定。橫軸可做為一簡支梁來進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。
橫梁的計(jì)算載荷如圖2.11(a)：
(2-28)
式中由文獻(xiàn)[1]查取動載系數(shù)。
橫梁的最大彎矩：
(2-29)
中間斷面的截面模數(shù)如圖2.11b：
(2-30)
- 38 -
圖2.11 吊鉤橫梁和滑輪軸的計(jì)算簡圖
彎曲應(yīng)力：
(2-31)
橫梁材料由文獻(xiàn)[6]查取，許用應(yīng)力。故橫軸強(qiáng)度足夠。其中式中為安全系數(shù)見文獻(xiàn)[6]。
2.7.8 滑輪軸的計(jì)算
滑輪軸是一個簡支梁，支點(diǎn)距離。它的作用是承受滑輪的三個壓力，為計(jì)算簡便起見，把三個力看作集中力如圖2.11c。
滑輪的作用力：
(2-32)
軸上的彎矩（和斷面）
(2-33)
和斷面模數(shù)：
(2-34)
彎曲應(yīng)力：
(2-35)
滑輪軸的材料與吊鉤橫軸相同，亦為號鋼，許用應(yīng)力也相同。，故強(qiáng)度足夠。
2.7.9 拉板的強(qiáng)度校核
圖2.12 拉板簡圖
拉板的尺寸如圖2.12所示，斷面a-a的拉伸應(yīng)力：
(2-36)
式中—應(yīng)力集中系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]查得。
拉板材料為Q-235號鋼，由文獻(xiàn)[6]得了屈服極限和安全系數(shù)，許用拉伸應(yīng)力：
(2-37)
垂直斷面內(nèi)側(cè)拉應(yīng)力最大，其為：
(2-38)
又因?yàn)榈蹉^橫梁的軸頸，材料鑄鋼ZG340-640，由文獻(xiàn)[6]查出，由文獻(xiàn)[6]查得安全系數(shù)為。
第三章 起升運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
起升機(jī)構(gòu)的工作過程：1、在裝載地點(diǎn)起升物品；2、在負(fù)載情況下水平移動物品；3、在卸載地點(diǎn)下降并卸去物品；4、在五載情況下起升并水平移動返回到裝載地點(diǎn)。如此重復(fù)循環(huán)地工作，每運(yùn)送一次物品的時間稱為一個周期。
對于起升機(jī)構(gòu)，在一個工作周期內(nèi)，有兩段工作時期和兩段停歇時期。工作時期即起升物品和瞎講物品時期；停歇時期即起升機(jī)構(gòu)不工作而運(yùn)行機(jī)構(gòu)往返或旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)往返工作的時期。每一工作時期又分為起動，等速運(yùn)轉(zhuǎn)和制動三個階段。圖3.1 所示的是起升機(jī)構(gòu)工作過程的速度-時間圖解。速度的正值表示起升物品；速度的負(fù)值表示下降物品。機(jī)構(gòu)計(jì)算主要就是計(jì)算上面所說的起動、平穩(wěn)運(yùn)動和制動三個階段的力矩，以及在這些力矩的基礎(chǔ)上進(jìn)而選擇電動機(jī)、減速器和制動器三種主要部件。以下結(jié)合典型起升機(jī)構(gòu)簡圖講訴計(jì)算方法。
圖3.1 起升機(jī)構(gòu)工作過程速度-時間圖解
3.1 力矩的計(jì)算
零部件的計(jì)算與選擇和力矩有關(guān)。如平穩(wěn)上升階段和上升起動階段的力矩與選擇電動機(jī)有關(guān)；而平穩(wěn)下降和下降制動階段的力矩又將決定制動器的選擇。故以下著重討論這四個階段的作用力矩。
3.1.1 平穩(wěn)上升階段
平穩(wěn)上升就是等速起升載荷，這時卷筒上的載荷力矩為： (3-1)
折算到電動機(jī)軸上的靜阻力矩則為:
(3-2)
式中 、分別為額定起重量（N）和取物裝置（N）；
——卷筒計(jì)算直徑；
、——滑輪組的倍率和效率；
、——減速器的傳動比和效率；
——箭筒的效率，當(dāng)用滾動軸承時，；
當(dāng)用滑動軸承時，；
——起升機(jī)構(gòu)總傳動比，其值 ；
——起升機(jī)構(gòu)總效率，其值。對于齒輪傳動，當(dāng)用滾動軸承時，。
3.1.2 平穩(wěn)下降階段
平穩(wěn)下降就是等速下降載荷，這時為了防止載荷自由下落，通常采用電動機(jī)的反接制動法，使載荷在控制速度狀態(tài)下降。也就是用電動機(jī)產(chǎn)生的制動力矩（并考慮機(jī)構(gòu)摩擦力矩的影響）來平衡有載荷所產(chǎn)生的的力矩。這時電動機(jī)所產(chǎn)生的制動力矩，也就等于當(dāng)載荷下降時的靜阻力矩，即
(3-3)
因機(jī)構(gòu)摩擦力矩?zé)o法詳細(xì)計(jì)算，只能按來考慮。上述與公式（3-2）的區(qū)別僅為所在位置不同，因?yàn)榕恫晾锓较蛴肋h(yuǎn)與運(yùn)動放心相反，這時他幫助制動，所以房子公式中的分子位置。
在起升機(jī)構(gòu)的停歇階段，電動機(jī)已停止轉(zhuǎn)動，而制動器則同時合閘。這時制動器所產(chǎn)生的制動力矩是用來克服起升機(jī)構(gòu)的再喝自行下降的靜阻力矩，故其值亦為。
3.1.3 上升起動階段
在上升起動時，載荷由靜止達(dá)到額定起升速度，其中必然要經(jīng)過一加速過程。這時電動機(jī)除了要克服靜阻力矩之外，還要發(fā)出額外的力矩以克服慣性力所產(chǎn)生的慣性力矩。故起動力矩應(yīng)為：
（3-4）
式中——起動時克服慣性力的總動力矩
——使機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動零件加速時（換算到第一軸上）的動力矩
——使載重等直線移動的質(zhì)量加速時（換算到第一軸）的動力矩 。
計(jì)算：
（3-5）
一般計(jì)算時，令
式中 ——電動機(jī)轉(zhuǎn)子的飛輪矩；
——聯(lián)軸器的飛輪矩。
一般情況下，可取。
計(jì)算：假定機(jī)構(gòu)等加速度起動，則起動時平均加速度于是物品的慣性力應(yīng)為：
在計(jì)算過程中，起升速度V的單位應(yīng)用m/s；而的方向應(yīng)與加速度的方向相反，亦即與重力的方向一致。因此，電動機(jī)在起動時為平衡物品慣性力所需的動力矩，可按與計(jì)算相似的方法進(jìn)行計(jì)算，即
（3-6）
因
式中為卷筒轉(zhuǎn)速（rpm）。
故 （3-7）
將公式（3-3）、（3-5）、（3-7）代入公式（3-4）并加以整理，得
（3-8）
上式中的值就是欲使載荷在秒內(nèi)啟東而夾在電動機(jī)軸上的起動力矩。但因電動機(jī)的起動力矩并非常量，故實(shí)際上是代表由上升起動到等速上升這段起動過程中的平均起動力矩。
3.1.4 下降制動階段
如前所述，起升機(jī)構(gòu)在上升制動階段，因載荷力矩是幫助制動的，所需要的制動力矩不打，故一般可不計(jì)算。但在下降制動階段則不然，慣性力矩與載荷力矩的方向是一致的，所需要的制動力矩最大，必須加以計(jì)算。這時，家在制動器軸上的力矩，除了要克服載荷的靜阻力矩外，還要克服由運(yùn)動質(zhì)量的慣性力所產(chǎn)生的力矩。因此，所需要的制動應(yīng)為：
= （3-9）
式中 ——制動時間
3.2 電動機(jī)的選擇
3.2.1 電動機(jī)的功率確定
起升機(jī)構(gòu)靜功率：
(3-10)
式中機(jī)構(gòu)總效率是由三部分組成：滑輪組效率 、卷筒效率和減速器效率，由文獻(xiàn)[3]查得一般，取。
電動機(jī)的計(jì)算功率：
(3-11)
式中 系數(shù)由文獻(xiàn)[1]表3-1查得，對于級機(jī)構(gòu)，。
查文獻(xiàn)[1]選用電機(jī)，其，，，電機(jī)質(zhì)量。
表3-1 起升機(jī)構(gòu)值
電動機(jī)形式
起重機(jī)工作特性及機(jī)構(gòu)工作級別
JZR2、YZR、JZRH
M1~M6級
M7級
M8級
慢速（1~3m/min），經(jīng)常滿載的起重機(jī)
0.75~0.85
0.85~0.95
1.0~1.1
0.9~1.0
JZ、YZ
M1~M6級及防爆起重機(jī)
0.9
JO
M1~M4級及某些特殊機(jī)構(gòu)
1.9
3.2.2 驗(yàn)算電動機(jī)發(fā)熱條件
電動機(jī)的發(fā)熱驗(yàn)算
(3-12)
其中
由此，初選電動機(jī)能滿足不過熱條件。
3.3 減速器的選擇
3.3.1 減速器傳動比
卷筒轉(zhuǎn)速：
(3-13)
減速器總傳動比：
(3-14)
式中 ——電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速；
——卷筒轉(zhuǎn)速；
3.3.2 減速器的選取
查文獻(xiàn)[1]選用ZQ-60減速器，當(dāng)工作類型為中級時，許用功率，，質(zhì)量，輸入軸直徑，軸端長度（錐形）。
3.3.3 輸出軸強(qiáng)度校核
輸出軸最大徑向力Rmax
(3-15)
式中: 卷筒上卷引起的載荷；
卷筒及軸自重，由文獻(xiàn)[1]估算；
減速器輸出軸端最大允許向載荷，由[1]查得。
輸出最大扭矩：
(3-16)
式中:電機(jī)軸額定力矩；
當(dāng)時電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，由文獻(xiàn)[1]查出；
減速器傳動效率；
減速器輸出軸最大容許轉(zhuǎn)矩；
所以：
由上計(jì)算，所選取減速器能滿足要求。
3.4 起升速度和實(shí)際所需功率
3.4.1 實(shí)際速度
驗(yàn)算貨物實(shí)際速度：
(3-17)
誤差：
(3-18)
3.4.2 實(shí)際功率
實(shí)際所需等效功率：
(3-19)
3.5 制動器的選擇
根據(jù)物體下降時的扭矩
由文獻(xiàn)[3]查得選用：電力液壓推桿制動器。
參數(shù)： 制動直徑；
制動力矩；
配用推動器型號：；
電機(jī)功率；
配用制動架型號：ZDJ-300/25Z。
制動轉(zhuǎn)矩：
(3-20)
制動器如圖3.2所示：
圖3.2 YWZ-300/25制動器
3.6 起升和制動時間驗(yàn)算
3.6.1 起動時間驗(yàn)算
機(jī)構(gòu)起動和制動時，產(chǎn)生加速度和慣性力。如起動和制動時間過長，加速度小，要影響起重機(jī)的生產(chǎn)率；如起動和制動時間過短,加速度太大，會給金屬結(jié)構(gòu)和傳動部件施加很大的動載荷。因此,必須把起動和制動時間(或起動加速度與制動減速度)控制在一定的范圍內(nèi)。
起動時間：
(3-21)
式中 —電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速，
(3-22)
靜阻力矩：
(3-23)
平均起動轉(zhuǎn)矩：
(3-24)
所以
(3-25)
通常起升機(jī)構(gòu)起動時間為，此處小于，可在電氣設(shè)計(jì)時，增加起動電阻，延長起動時間，故所選電動機(jī)合適。
3.6.2 制動時間驗(yàn)算
制動時間:
(3-26)
式中
(3-27)
由文獻(xiàn)[1]查得許用加速度，，，故：
，，符合要求。
3.7 高速浮動軸的計(jì)算
3.7.1 疲勞計(jì)算
由文獻(xiàn)[2]查的起升機(jī)構(gòu)疲勞計(jì)算基本載荷
(3-28)
式中 —動載系數(shù)，；
—起升載荷動載系數(shù)（物品起升或下降制動的動載效應(yīng)），
由前節(jié)選定軸徑，因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
(3-29)
軸材料用號鋼，，，
彎曲：，
扭矩：；
軸受脈動循環(huán)的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
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)，對于零件表面有急過渡和開有鍵槽及緊配合區(qū)段，；
——與零件表面加工光潔度有關(guān)，對于粗糙度為3.2, ；
對于粗糙度為12.5；,此處??；
——考慮材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，對碳鋼及低合金鋼；
——安全系數(shù)，。
所以 。故 通過。
3.7.2 強(qiáng)度驗(yàn)算
軸所受最大轉(zhuǎn)矩：
(3-30)
最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
(3-31)
許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
(3-32)
式中 ——安全系數(shù)，。
因?yàn)? ，故通過。
浮動軸的構(gòu)造如圖3.3所示，中間軸徑：
，取。
圖3.3 高速浮動軸構(gòu)造圖
3.8 聯(lián)軸器的計(jì)算與選用
高速軸聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩：
(3-33)
式中 電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩；
聯(lián)軸器安全系數(shù)；
剛性動載系數(shù)，一般。
由文獻(xiàn)[1]查得電動機(jī)軸端為圓錐形,軸端，。
從文獻(xiàn)[1]查得減速器的高速軸端為圓錐形，?？侩妱訖C(jī)軸端聯(lián)軸器由文獻(xiàn)[1]查得選用半聯(lián)軸器，最大容許轉(zhuǎn)矩值，飛輪矩，質(zhì)量 。浮動軸的兩端為圓柱形，?？繙p速器端聯(lián)軸器 由文獻(xiàn)[1]查得選用帶制動輪的半齒聯(lián)軸器最大容許轉(zhuǎn)矩值，飛輪矩，質(zhì)量。為與制動器YWZ-200/25相適應(yīng)，將聯(lián)軸器所帶制動輪。
第四章 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1原始參數(shù)
小車運(yùn)行速度：V=40~45m/min; 選取V=42m/min
起升載荷：Q=150KN；
小車自重： =0.35Q=70KN
JC=25% ； CZ=600； G=0.8
4.2設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：
4.2.1驅(qū)動方案初步確定
根據(jù)原始參數(shù)，采用集中驅(qū)動，用四輪支撐，車輪選圓柱雙輪緣車輪。
4.2.2車輪與軌道的選取
（1）車輪輪壓計(jì)算
小車正常工作時最大輪壓（滿載時）：
小車正常工作時最小輪壓（空載時）：
車輪的疲勞計(jì)算載荷：
（2）選車輪與軌道
根據(jù)；
查手冊，選車輪直徑D=350mm;軌道型號：P24 ； 軌道凸頂半徑r=300mm；車輪材料：ZG310—570；表面淬硬度為300~380HBS；
（3）車輪踏面疲勞強(qiáng)度校核
=101180N=101.18KN
< 101.18KN 校核通過
式中：—與材料有關(guān)應(yīng)力常數(shù)；
查表=0.132
—轉(zhuǎn)速系數(shù)；=0.97
—工作級別系數(shù)；=0.9
R—曲率半徑；R=300mm
m—軌道頂與車輪曲率半徑之比有關(guān)系數(shù)；m=0.468
4.2.3運(yùn)行阻力計(jì)算
（1）摩擦阻力
小車滿載運(yùn)行時最大摩擦阻力
=270=3.472KN
滿載運(yùn)行時最小摩擦阻力
=270=2.315KN
空載運(yùn)行時最大摩擦阻力
= 701.5=0.9KN
空載運(yùn)行時最小摩擦阻力
f=70=0.6KN
上式中：Q—起升載荷；Q=200KN
—小車自重載荷；=70KN
f—滾動摩擦系數(shù); f=0.6
—車輪軸承摩擦系數(shù)；=0.02
d—與軸承相配合處車輪直徑；d=90mm
D—車輪踏面直徑; D=350mm
—附加摩擦阻力系數(shù)；=1.5
(2)坡道阻力
i=270=540N
式中：i—橋式起重機(jī)坡度數(shù)；i=0.002
(3)風(fēng)阻力
因橋式起重機(jī)用于車間的吊運(yùn)，不在露天工作，故風(fēng)阻力忽略不計(jì)
（4）特殊運(yùn)行阻力
主要為慣性阻力：
=8100N
（5）總靜阻力
工作最大靜阻力（小車滿載時）：
工作時最小靜阻力（小車空載時）：
4.2.4電動機(jī)的選擇
（1）電動機(jī)靜功率的計(jì)算
式中：—工作最大靜阻力；=4.012KN
—初選運(yùn)行速度；取=0.7m/s
—機(jī)構(gòu)傳動效率；=0.88
m—電動機(jī)個數(shù)；m=1
（2）初選電動機(jī)
橋式起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)按下選電機(jī)：
式中：—功率增大系數(shù)；取=1.6
根據(jù)P=5.12KW，JC=25%，CZ=600，查手冊，選用YZR160M1—6型電動機(jī)；電機(jī)額定功率，轉(zhuǎn)速
容許輸出功率：；
轉(zhuǎn)動慣量 ：
（3）電機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)
校驗(yàn)公式：
=2.44KW
=4.629KW > =2.44KW
校驗(yàn)通過
式中：—電機(jī)允許輸出容量；=4.629KW
—工作循環(huán)中，負(fù)載穩(wěn)態(tài)功率
G—穩(wěn)態(tài)平均系數(shù)；取G=0.8
4.2.5減速器選擇
（1）減速器傳動比確定
根據(jù)減速器手冊，選取 =25
上式：—電機(jī)額定轉(zhuǎn)速；=921r/min
—車輪轉(zhuǎn)速；
（2）減速器選擇
計(jì)算輸入功率：
=
=7.7KW
式中：Z—運(yùn)行機(jī)構(gòu)減速器個數(shù)；Z=1
因工作級別為M6，則按下式選擇：
計(jì)算內(nèi)容
式中：K—放大系數(shù)；取K=2
根據(jù)=25，P=15.4KW，電機(jī)輸入轉(zhuǎn)速=921r/min ；查手冊，選用QJR—236—25 VI P ， L， JB/T8905.1—1999
減速器高速軸許用功率 ：
傳動比：=25，中心距：
4.2.6聯(lián)軸器的選擇
（1）高速軸聯(lián)軸器
選擇聯(lián)軸器公式：
式中：n—聯(lián)軸器安全系數(shù)； 取n=1.35
—剛性動載系數(shù)；取=1.8
—電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩
電機(jī)與浮動軸連接處聯(lián)軸器選擇：
電機(jī)軸端尺寸，d=48mm（錐形）; L=110mm
浮動軸尺寸，d=50mm ;
根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸和
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