10t-30m浮式起重机计算报告书.doc

1.1整机性能参数
运用级别 U6
载荷级别 Q3
工作级别 A7
船型：长×宽×型深×吃水：65×16×2.8×1.2
电制：380V 50HZ
尾部半径（回转半径）：7m
整机自重：129.1.t
总装机重量：209kW
1.2机构性能参数
起重量： 10t（带抓斗）
起升高度： 水面上：17m（吊钩） 12m（抓斗）
水面下： 6m
工作幅度： 最小幅度9m
最大幅度30m
工作速度： 　起升48m/min
变幅42.6m/min
旋转1.5r/min
工作级别： 起升：M7
变幅：M6
旋转：M6
回转大轴承： 132.45.2800
1.3不水平位移及不平衡力矩
通过上机选点计算，不水平位移及平平衡力矩如下：
N R(m) △Y(m) △M(t.m)
1 30.000 0.000 15.967
2 28.785 0.083 10.656
3 27.447 0.134 5.809
4 25.996 0.157 1.548
5 24.438 0.155 -2.017
6 22.778 0.133 -4.787
7 21.025 0.097 -6.684
8 19.187 0.052 -7.653
9 17.270 -0.003 -7.666
10 15.284 -0.042 -6.732
11 13.238 -0.079 -4.879
12 11.139 -0.102 -2.245
13 9.000 -0.105 1.099
不水平位移及不平衡力矩满足规定，同步其走势较好。
1.4整机重量重心分别，附表1
整机风载荷， qI =100kN/m2 qⅡ=150kN/m2 qⅢ=600N/m2
风垂直臂架吹（高度方向），附表二
风顺臂架吹（旋转方向），附表三
空载时最大幅度整机倾覆力矩M1=-63.66t.m
空载时最小幅度整机倾覆力矩M2=-216.42t.m
空载时，最大幅度旋转力矩阻力T=5.9t.m
1.5动载系数及偏摆角
起升动载系数Ψ2=1+0.53V=1+0.53×=1.424
货品偏摆角αⅡ=artg=artg=11.59°
工作状态下对船体最大载荷M、N、T
取αⅡ=12° αI=0.35αⅡ=4.2°
3.6 齿条传动计算
依照起重机设计规范规定，对本变幅机构中齿轮齿条传动进行弯曲疲劳强度校核与弯曲静强度校核。
开式齿条传动关于设计参数初步拟定为：模数 m＝16[mm]，齿轮齿数 z1＝16，传动精度为 9级，小齿轮材料采用40Cr 调质，齿条材料采用45钢调质。
3.6.1齿轮弯曲疲劳拟定计算
齿轮等效切向力 Fte=knkmFtⅠmax
式中：kn为应力循环次数系数，按T6及nz计算应力循环次数N=7.56×105，从而得kn＝0.80
km为载荷系数，查取km＝0.85
FtⅠmax为齿条上基本切向力，考虑刚性动载系数影响，按Ⅰ类载荷1.5倍计算：
FtⅠmax＝1.5×3.7×104=5.55×104[N]
则： Fte＝0.8×0.85×5.55×104＝3.77×104 [N]
齿轮计算切向力 Ftc=kvkβkFαFte
式中：kv为动载系数，查取kv＝1.02；
kβ为齿向载荷分布系数，查取kβ＝1.15；
kFα为弯曲疲劳计算齿间载荷分派系数，查取kFα＝1.2
则： Ftc＝1.02×1.15×1.2×5.55×104=7.81×104 [N]
齿根弯曲应力 σF＝YFαYSaYεYβYLwFtc / bm
式中：YFα为齿型系数，查取YFα＝2.6；
YSa为应力修正系数，查取YSa＝1.63；
Yε为重叠度系数，查取Yε＝0.7；
Yβ为螺旋角系数，取Yβ＝1；
YLw为磨损系数，查取YLw＝1.4;
b为齿宽值， b＝180[mm].
则： σF＝2.6×1.63×0.7×1.4×7.81×104 / (180×16)
＝112.63[N/mm2]
许用弯曲疲劳应力 σFP＝YSTYxσFlim
式中：YST为实验齿轮应力修正系数，查取YST＝2；
Yx为尺寸系数，查取Yx＝0.62；
σFlim为实验齿轮齿根弯曲疲劳极限应力， σFlim＝240[N/mm2]
则： σFP＝2×0.62×240＝297.6[N/mm2]
弯曲疲劳强度安全系数对双向载荷考虑0.8折减系数：
SF＝0.8σFP /σF＝0.8×297.6 /112.63＝2.11
＞[SF]＝1.0
齿轮弯曲疲劳强度满足规定。
3.6.2 齿根弯曲静强度计算
最大计算切向力 Ftcmax=kβkFαFzⅡ
＝1.15×1.2×13.3×104＝1.835×105 [N]
齿根弯曲最大计算应力
σFmax＝YFαYSaYεYβYLwFtcmax / bm
＝2.6×1.63×0.7×1.4×1.835×105 / (180×16) ＝264.6[N/mm2]
齿根弯曲静强度安全系数：
SFs＝YⅡYSTσFlim / σFmax
式中：YⅡ为齿轮齿弯曲静强度极限应力计算系数，取YⅡ＝2.5
则： SFs＝2.5×2×240 /264.6＝4.54
＞[SFs]＝1.0
齿根弯曲静强度满足规定。
4、10t-30m回转计算
参数： 工作级别：M6
回转速度：n=1.50r/min
起重量： Q＝10t 最大幅度Rmax=30m 最小幅度Rmin=9m
旋转某些重量重心(带载)：Rmax：G＝112t　　x=1.69m
Rmin：G＝112t　　x=-0.19m
旋转部最大幅度时，迎风面积（含货品）：
　 顺臂架方向：CA=88㎡ 形心高： Z=4.72m
形心到回转中心： x=1.69m
各类风压：
qⅠ=250N/㎡ qⅡ=385N/㎡ qⅢ=1850N/㎡
4.1回转支承装置计算：
考虑最大倾覆力矩工况 幅度30m 起重量10t
a. 计Ⅱ类风最大工作载荷：
回转某些总重(满载)：Fa=G+Q=122×104N
倾覆力矩：M=QRmax+GL+C×qⅡ×A×h
=202×104 N·m
b. 不计风力考虑，125%实验载荷时最大工作载荷：
回转某些总量：Fa=G+1.25Q=125×104N
倾覆力矩：M=1.25QRmax+GL=277×104 N·m
以工况(一)作为动态工况计算载荷，工况(二)作为静态工况计算载荷，回转支承构造型式采用三排滚柱式回转支承(13系列)。
对抓斗起重机，fs=1.45,fd=1.7
动态：Fa′=1.7×Fa=207×104N
M′=1.7×M=343×104 N·m
静态：Fa′=1.45×Fa=181×104N
M′=1.45×M=401×104 N·m
螺栓计算载荷：Fa=125×104N
M=277×104 N·m
依照上述成果，对照承载能力曲线，可拟定选用132、45、2800型回转支承，螺栓采用8.8级强度螺栓。
4.2 驱动机构计算：
4.2.1电动机选取
依照机构稳定运营时等效静阻力矩、回转速度和机构效率，计算机构等效功率：Pe=
a.回转等效静阻力矩：
T=Tm+Tp+Tw+TαⅠ
Tm=ωD∑N ω取0.012，D=2800mm,T=202×104 N·m
∑N=(1-)++
Ψ=arccos= arcos =67.9°
Fr=CqⅠA=1.4×250×116=4.06×104N
∑N=（1-）+ +
=29.95×104+191.5×104+5.2×104=226.7×104N
Tm=1/2×0.012×2.8×226.7×104=3.8×104 N·m
b.坡道阻力矩Tp =G2B2/(2γ)(1/(J1-Vh)- 1/(J2-Vh))=13.8×104 N·m
c.风阻力矩Tw
Tw max=FwQR+Fw Gl
Ⅰ类风载荷 TwⅠmax= FwⅠQR+FwⅠGL=C(qⅠA货R+qⅠA迎L)=3.9×104 N·m
Ⅱ类风载荷 TwⅡmax= FwⅡQR+FwⅡGL=C(qⅡA货R+qⅡA迎L)=6.3×104 N·m
d. 偏摆阻力矩TαⅠ
有风起动时间10秒,得F=V/t=4712 N，得αⅠ =2.69°
TαⅠ=PH Q R=PQ R tgαⅠ=10×104×30×tan2.69°=14×104 N·m
4.2.2 计算功率，选取电机：
Pe==(3.8+19.7709+3.9+0.8769) ×104 ×1.5/9550
/0.85/1.4=37 Kw
本机采用两套回转驱动，选用两台YTSZ立式电动机，每台容量：Pd=Pe/2 ,则Pd= Pe/218.5Kw
选用YZSZ225S-8型立式电机两台，参数如下：
S3=40% Pd=22Kw ne=735r/min λm=2.8 G=360kg
校核电动机过载能力：
Pn≧=× =41.2Kw
4.2.3减速器选型：
采用硬齿面立式行星齿轮减速器，
开式齿轮传动 ik=153/19=8.052
传动扭矩为：T减=T/2ik=2.13×104 N·m
总体规定回转速度为：n=1.5r/min
减速器传动比：ij===60.85
选用减速型号：M710202B
参数如下：许用 17300 N·m
ij=59.14
实际回转速度：n===1.54r/min
4.3制动力矩计算：
本机采用脚控式液压制动器，其最大制动力矩应能在顺风顺坡条件下，将机构在一定期间内5～8秒制动停止。
N=T/2i =344000/476.195/2=361 N·m
选用TYWZ-400型脚踏式液压制动器，最大制动力矩为784 N·m
8、转盘计算
8.1 概述
本转盘构造依照规格书规定，所有都采用箱型构造，工艺简朴，制作以便。本构造计算采用Ansys计算分析软件计算，采用其Shell 63单元有限元分析其计算成果，满足本设计强度、刚度、精度分析规定。
8.2建模
采用Ansys自带建模方式建立模型，为了更加直观地体现转盘受力状况，特将人字架铰座加入其中，见图一。
图一 转盘模型
8.3模型力加载
a．臂架下铰点：
臂架下铰点受力大小由臂架系记录算得出；
b．人字架铰点力：
人字架铰点受力由人字架构造计算提供；
c．起升卷筒拉力：

d．起升机构重量载荷：
两套起升机构重量载荷分别在起升轴线上取点加载。
e．配重载荷：
配重采用平均加载，受力点为各角点。
f．自重：采用惯性负荷方式，由程序自动加入。加速度g＝10 m/s2。
８.４工况
工况一：臂架位于最大幅度30m、额定起重量10.5t、风沿X方向、外摆10°与船外摆5°结合工况下，分析转盘得受力与变形。
工况二：臂架位于最大幅度30m、额定起重量10.5t、风沿Y方向、侧摆12°与船外摆3.5°结合工况下，分析转盘得受力与变形。
工况三：臂架位于最大幅度30m、额定起重量10.5t、外摆10.6°与侧摆11°结合工况下，分析转盘得受力与变形。
工况四：臂架位于最小幅度9m、额定起重量10.5t、风沿-X方向、内摆6°与船内摆3°结合工况下，分析转盘得受力与变形。
工况五：臂架位于最小幅度9m、额定起重量10.5t、风沿Y方向、侧摆7.2°与船侧摆1.5°结合工况下，分析转盘得受力与变形。
工况六：臂架位于最小幅度9m、额定起重量10.5t、外摆7.8°与侧摆6.15°结合工况下，分析转盘得受力与变形。
各点载荷如下：单位(N)
工况一：
序号
名 称
节点号
Fx
Fy
Fz
备注
1
臂架下
铰点
（左）610
-111579.8
3121.4
-41571.0

（左）620
-136434.2
-1931.5
-117975

（右）579
-164760.4
1932.7
-71279.7

（右）580
-113676.0
-3122.6
-38350.6

2
人字架
前铰点
（左）607
26248
-3199.5
-0.47462E+06

（左）615
30615
4000.8
-0.46282E+06

（右）582
30610
-4008.7
-0.46299E+06

（右）581
26252
3227.9
-0.47431E+06

3
人字架
后铰点
（左）593
94256
2411.5
0.36041E+06

（左）596
93381
-2774.1
0.35469E+06

（右）533
93058
2762.8
0.35487E+06

（右）531
94531
-2420.7
0.36010E+06

工况二：
序号
名 称
节点号
Fx
Fy
Fz
备注
1
臂架下
铰点
（左）610
-244167.0
15196
-132868.8

（左）620
-300772.6
4311.6
-161900.7

（右）579
-11355.8
8050
11329.4

（右）580
35826.2
9173.2
41605.1

2
人字架
前铰点
（左）607
22681
-4041.3
-0.41466E+06

（左）615
25250
2580.1
-0.44739E+06

（右）582
25390
-4293.6
-0.41449E+06

（右）581
22524
2409.6
-0.45352E+06

3
人字架
后铰点
（左）593
89048
1683.1
0.34472E+06

（左）596
82775
-3110.9
0.31655E+06

（右）533
87058
2046.9
0.33739E+06

（右）531
83970
-2721.2
0.32055E+06

工况三：
序号
名 称
节点号
Fx
Fy
Fz
备注
1
臂架下
铰点
（左）610
-232556.3
14246
-126861.2

（左）620
-288606.0
3838.2
-155690.5

（右）579
-22411.9
7610.2
3279.4

（右）580
25080.2
8250.8
34036.3

2
人字架
前铰点
（左）607
22521
-4229.8
-0.39909E+06

（左）615
25014
2213.9
-0.43975E+06

（右）582
25164
-3926.8
-0.40685E+06

（右）581
22354
2597.4
-0.43795E+06

3
人字架
后铰点
（左）593
89955
1576.6
034747E+06

（左）596
82264
-3234.4
0.31604E+06

（右）533
86547
2169.4
0.33688E+06

（右）531
84877
-2613.5
0.32331E+06

工况四：
序号
名 称
节点号
Fx
Fy
Fz
备注
1
臂架下
铰点
（左）610
-12700.8
3006.9
-92852.2

（左）620
-24946.3
-944.7
-139464

（右）579
-22142.2
953.9
-139900.4

（右）580
-15599.7
-3016.1
-92811.6

2
人字架
前铰点
（左）607
9322.3
-2193.7
-0.19806E+06

（左）615
9347.4
986.18
-0.21525E+06

（右）582
9374.5
-990.53
-0.21531E+06

（右）581
9294.3
2207.8
-0.19793E+06

3
人字架
后铰点
（左）593
38497
717.36
0.14634E+06

（左）596
35484
-1338.3
0.13739E+06

（右）533
35359
1330.9
0.13747E+06

（右）531
38600
-719.75
0.14620E+06

工况五：
序号
名 称
节点号
Fx
Fy
Fz
备注
1
臂架下
铰点
（左）610
-69231.5
15536
-266207.6

（左）620
-87112.6
4831.3
-324697.7

（右）579
7909.1
7553.9
3813.5

（右）580
3047.6
8883.7
56414.7

2
人字架
前铰点
（左）607
15336
-2854.4
-0.26174E+06

（左）615
18065
1419.3
-0.29406E+06

（右）582
18202
-3129.1
-0.26108E+06

（右）581
15182
1213.0
-0.30069E+06

3
人字架
后铰点
（左）593
53816
659.84
0.20406E+06

（左）596
47749
-2098.4
0.17573E+06

（右）533
52152
1038.0
0.19651E+06

（右）531
48633
-1695.5
0.18000E+06

工况六：
序号
名 称
节点号
Fx
Fy
Fz
备注
1
臂架下
铰点
（左）610
-52385.8
10011
190967.8

（左）620
-69882.0
2141.3
-245738.4

（右）579
-26696.7
4832
-74652.5

（右）580
-15643.23
3316.1
19020.3

2
人字架
前铰点
（左）607
449.39
-113.07
-21853

（左）615
419.53
221.94
-20294

（右）582
416.99
-222.88
-20292

（右）581
451.88
114.10
-21850

3
人字架
后铰点
（左）593
-1548.0
-32.357
-8887.7

（左）596
-1152.3
92.144
-8044.0

（右）533
-1147.8
-91.858
-8045.1

（右）531
-1552.4
31.976
-8885.2

８.５约束
转盘下法兰与大轴承连接，因而将圆筒下法兰面进行全约束方式计算，见如下模型图：

８.６计算成果分析:
工况一应力云图:

工况一应变云图:

工况二应力云图：

工况二应变云图：

工况三应力云图：

工况三应变云图：

工况四应力云图：

工况四应变云图：

工况五应力云图：

工况五应变云图：

工况六应力云图：

工况六应变云图：

总结：转盘构造采用是Q345-B材料，Q345-B材料许用应力为259Mpa，转盘最大应力出当前工况一中，为144Mpa，不大于构造许用应力；转盘起升卷筒许用变形量为4400(起升卷筒离回转中心距离)1/500，即为8mm，而工况中实际变形最大变形量为4.07mm在允许范畴内因此构造强度和挠度可以满足设计规定。

10t-32m回转计算书
参数：1、工作级别：M6
2、回转速度：n=1.50r/min
3、起重量： Q＝10t 最大幅度Rmax=30m 最小幅度Rmin=9m
4、旋转某些重量重心(带载)：Rmax：G＝112t　　x=1.69m
Rmin：G＝112t　　x=-0.19m
5、旋转部最大幅度时，迎风面积（含货品）：
　 顺臂架方向：CA=88㎡ 形心高： Z=4.72m
形心到回转中心： x=1.69m
6、各类风压：
qⅠ=250N/㎡ qⅡ=385N/㎡ qⅢ=1850N/㎡
一、 回转支承装置计算：
考虑最大倾覆力矩工况 幅度30m 起重量10t
1)、计Ⅱ类风最大工作载荷：
回转某些总重(满载)：Fa=G+Q=122×104N
倾覆力矩：M=QRmax+GL+C×qⅡ×A×h
=202×104 N·m
2）、不计风力考虑，125%实验载荷时最大工作载荷：
回转某些总量：Fa=G+1.25Q=125×104N
倾覆力矩：M=1.25QRmax+GL=277×104 N·m
以工况(一)作为动态工况计算载荷，工况(二)作为静态工况计算载荷，回转支承构造型式采用三排滚柱式回转支承(13系列)。
对抓斗起重机，fs=1.45,fd=1.7
动态：Fa′=1.7×Fa=207×104N
M′=1.7×M=343×104 N·m
静态：Fa′=1.45×Fa=181×104N
M′=1.45×M=401×104 N·m
螺栓计算载荷：Fa=125×104N
M=277×104 N·m
依照上述成果，对照承载能力曲线，可拟定选用132、45、2800型回转支承，螺栓采用10.9级强度螺栓。
二、 驱动机构计算：
(一)电动机选取
依照机构稳定运营时等效静阻力矩、回转速度和机构效率，计算机构等效功率：Pe=
1) 回转等效静阻力矩：
T=Tm+Tp+Tw+TαⅠ
Tm=ωD∑N ω取0.012，D=2800mm,T=202×104 N·m
∑N=(1-)++
Ψ=arccos= arcos =67.9°
Fr=CqⅠA=1.4×250×116=4.06×104N
∑N=（1-）+ +
=29.95×104+191.5×104+5.2×104=226.7×104N
Tm=1/2×0.012×2.8×226.7×104=3.8×104 N·m
2) 坡道阻力矩Tp =G2B2/(2γ)(1/(J1-Vh)- 1/(J2-Vh))
=13.8×104 N·m
3) 风阻力矩Tw
Tw max=FwQR+Fw Gl
Ⅰ类风载荷 TwⅠmax= FwⅠQR+FwⅠGL=C(qⅠA货R+qⅠA迎L)
=3.9×104 N·m
Ⅱ类风载荷 TwⅡmax= FwⅡQR+FwⅡGL=C(qⅡA货R+qⅡA迎L)
=6.3×104 N·m
4）偏摆阻力矩TαⅠ
有风起动时间10秒,得F=V/t=4712 N，得αⅠ =2.69°
TαⅠ=PH Q R=PQ R tgαⅠ=10×104×30×tan2.69°=14×104 N·m
（二）计算功率，选取电机：
Pe==(3.8+19.7709+3.9+0.8769) ×104 ×1.5/9550
/0.85/1.4=37 Kw
本机采用两套回转驱动，选用两台YTSZ立式电动机，每台容量：Pd=Pe/2 ,则Pd= Pe/218.5Kw
选用YZSZ225S-8型立式电机两台，参数如下：
S3=40% Pd=22Kw ne=735r/min λm=2.8 G=360kg
校核电动机过载能力：
Pn≧=× =41.2Kw
（三）减速器选型：
采用硬齿面立式行星齿轮减速器，
开式齿轮传动 ik=153/19=8.052
传动扭矩为：T减=T/2ik=2.13×104 N·m
总体规定回转速度为：n=1.5r/min
减速器传动比：ij===60.85
选用减速型号：M710202B
参数如下：许用 17300 N·m
ij=59.14
实际回转速度：n===1.54r/min
（四）制动力矩计算：
本机采用脚控式液压制动器，其最大制动力矩应能在顺风顺坡条件下，将机构在一定期间内5～8秒制动停止。
N=T/2i =344000/476.195/2=361 N·m
选用TYWZ-400型脚踏式液压制动器，最大制动力矩为784 N·m