毕业设计-桥式起重机小车设计计算.doc

摘 要本次设计课题为32/5t通用桥式起重机机械部分设计，我在参观，实习和借鉴各种文献资料的基础上，同时在老师的精心指导下及本组成员的共同努力下完成的。通用桥式起由于该机械的设计过程中，主要需要设计两大机构：起升机构、运行机构能将我们所学的知识最大限度的贯穿起来，使我们学以至用。因此，以此机型作为研究对象，具有一定的现实意义，又能便于我们理论联系实际。全面考察我们的设计能力及理论联系实际过程中分析问题、解决问题的能力。由于我们的设计是一种初步尝试，而且知识水平有限，在设计中难免会有错误和不足之处，敬请各位老师给予批评指正，在此表示感谢。关键词: 桥式起重机 小车 起升机构。目 录摘 要. - 1 -概 述- 1 -第一章 主起升机构计算- 4 -1.1 确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组- 4 -1.2 选择钢丝绳- 4 -1.3 确定卷筒尺寸,转速及滑轮直径- 4 -1.4 计算起升静功率- 5 -1.5 初选电动机- 6 -1.6 选用减速器- 6 -1.7 电动机过载验算和发热验算- 7 -1.8 选择制动器- 7 -1.9 选择联轴器- 8 -1.10 验算起动时间- 8 -1.11 验算制动时间- 9 -1.12高速轴计算- 10 -第二章 小车副起升机构计算- 12 -2.1 确定传动方案,选择滑轮组和吊钩组- 12 -2.2 选择钢丝绳- 12 -2.3 确定卷筒尺寸并验算强度- 12 -2.4 计算起升静功率- 13 -2.5 初选电动机- 13 -2.6 选用减速器- 14 -2.7 电动机过载验算和发热验算- 14 -2.8 选择制动器- 15 -2.9 选择联轴器- 15 -2.10 验算起动时间- 16 -2.11 验算制动时间- 16 -2.12 高速轴计算- 17 -第三章 小车运行机构计算- 20 -3.1 确定机构传动方案- 20 -3.2 选择车轮与轨道并验算其强度- 20 -3.3 运行阻力计算- 21 -3.4 选电动机- 22 -3.5验算电动机发热条件- 22 -3.6 选择减速器- 23 -3.7 验算运行速度和实际所需功率- 23 -3.8 验算起动条件- 23 -3.9 按起动工况校核减速器功率- 24 -第四章 小车安全装置计算- 28 -设计小结- 30 -致 谢- 31 -参考文献- 32 -概 述桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。桥架的金属结构由主粱和端粱组成，分为单主粱桥架和双粱桥架两类。单主粱桥架由单根主粱和位于跨度两边的端粱组成，双粱桥架由两根主粱和端粱组成。主粱与端粱刚性连接，端粱两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主粱上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主粱的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。箱形结构又可分为正轨箱形双粱、偏轨箱形双粱、偏轨箱形单主粱等几种。正轨箱形双粱是广泛采用的一种基本形式，主粱由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。偏轨箱形双粱和偏轨箱形单主粱的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主粱是由一根宽翼缘箱形主粱代替两根主粱，自重较小，但制造较复杂。四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其它结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。空腹桁架结构类似偏轨箱形主粱，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形粱外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。桥式起重机分类普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达60米。简易梁桥式起重机又称粱式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主粱是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面粱，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字粱的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂粱式起重机。冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。主要有五种类型。 铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。第一章 主起升机构计算1.1 确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组 按照构造宜紧凑的原则,决定采用下图的传动方案。如图1所示，采用了双联滑轮组.按Q=32t，表8-2查取滑轮组倍率=4，因而承载绳分支数为 Z=2=8。吊具自重载荷。得其自重为：G=2.0%=0.02320=6.4kN图1 主起升机构简图1.2 选择钢丝绳若滑轮组采用滚动轴承，=4,查表得滑轮组效率=0.97。钢丝绳所受最大拉力按下式计算钢丝绳直径 d=c=0.096=19.7mmc: 选择系数，单位mm/，用钢丝绳=1850N/mm，据M5及查表得c值为0.096。选不松散瓦林吞型钢丝绳直径d=20mm，其标记为6W(19)-20-185-I-光-右顺(GB1102-74)。1.3 确定卷筒尺寸,转速及滑轮直径卷筒和滑轮的最小卷绕直径： hd式中h表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数；查表得：筒=18;滑轮=20； 筒最小卷绕直径=d=1820=360； 轮最小卷绕直径=d=2020=400。考虑起升机构布置卷筒总长度不宜太长，轮直径和卷筒直径一致取D=650。 卷筒长度 =1946.8mm。式中：筒上有绳槽长度，中安全圈n=2，起升高度H=16m， 槽节矩t=23mm，绕直径=670mm； ：定绳尾所需长度,取=323=69mm； ：筒两端空余长度,取=t=23mm； ：筒中间无槽长度,根据滑轮组中心间距=150，=1761mm。卷筒壁厚=0.02D+(610)=0.02650+(610)mm=1923mm，=20mm，进行卷筒壁的压力计算。卷筒转速=14.3r/min。1.4 计算起升静功率 =47.6kW式中起升时总机械效率=0.858为滑轮组效率取0.97；传动机构机械效率取0.94；卷筒轴承效率取0.99；连轴器效率取0.98。说明书所有公式格式全部应该如下所示: s式中 ：电动机满载下降转速，单位为r/min， r/min ； ：制动力矩，N.m ； ：净阻力矩，N.m ； 1.5 初选电动机 G=0.847.6=38.08kW式中 ：JC值时的功率，位为kW； G：稳态负载平均系数，根据电动机型号和JC值查表得G=0.8。选用电动机型号为YZR280M-10，=55KW，=556r/min，最大转矩允许过载倍数m=2.8；飞轮转矩GD=15.5KN.m。电动机转速=561.92r/min式中 :在起升载荷=326.4kN作用下电动机转速； :电动机同步转速； ,:是电动机在JC值时额定功率和额定转速。1.6 选用减速器减速器总传动比：=39.3，取实际速比=40。起升机构减速器按静功率选取，根据=47.6kW，=561.92r/min，=40，工作级别为M5，选定减速器为ZQH100，减速器许用功率=79KW。低速轴最大扭矩为M=20500N.m减速器在561.92r/min时许用功率为=73.9955kW实际起升速度=7.38m/min实际起升静功率=46.77kW用类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。1.7 电动机过载验算和发热验算过载验算按下式计算：=41.78kW=45KW41.78kW，此题恰好与=的功率相等。式中 ：准接电持续率时，电动机额定功率，单位为kW； H:系数，绕线式异步电动机，取H=2.5； m:基准接电持续率时,电动机转矩允许过载倍数,查表得m取1.7； m:电动机个数； :总机械效率=0.858。发热验算按下式计算： PP式中 P:电动机在不同接电持续率JC值和不同CZ值时允许输出功率，单位为kW,按CZ=300，JC值=25%，查表得P=43.867kW。=38.08kW P=43.867=38.O8kW 过载验算和发热验算通过1.8 选择制动器按下式计算，选制动器： 式中:制动力矩,单位为N.m； :制动安全系数，查表M5得=2.0； :下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m。=586.4N.m :下降时总机械效率，通常取0.858 =2586.4=1172.N.m选用=1172.8N.m选用YWZ5-400/121制动器，其额定制动力矩1250N.m；安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩=2000N.m。1.9 选择联轴器根据电动机和减速器以及浮动轴的轴伸尺寸及形状选连轴器，使连轴器的许用应力矩M计算的所需力矩M,则满足要求。电动机的轴伸：d=85mm(锥形)，长度E=1700.5mm；减速器轴伸:d=90mm(柱形)，长度E=135mm；浮动轴的轴头：d=60mm， 长度E=107mm。 选取梅花弹性连轴器：型号为MLL9-I-400M=2800N.m；GD=132.54=530Kg.m；型号为MLL9，M=2800N.m；GD=18.954=75.8Kg.m。电动机额定力矩=944.69N.m计算所需力矩M=n=1.51.8944.69=2550.69N.M式中n：安全系数取n=1.5； ：刚性动载系数，取1.8。 M=2800M=2550.69N.M 所选连轴器合格。1.10 验算起动时间起动时间： =1.3s式中： =15.6+530+75.8=621.4kN.m静阻力矩：=796.5N.m电动机启动力矩：=1.7=1.7944.69=1605.97N.m平均起动加速度：=0.095m/s=0.095 m/s=0.2 m/s电动机启动时间合适。1.11 验算制动时间制动时间： = =0.76s：电机满载下降转速，单位为r/min；=2600-556=644r/min=2000N.m=586.4N.m平均制动减速器速度=0.17m/s17kW实际起升速度=19.334m/min；实际起升静功率=18.02kW。用类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。2.7 电动机过载验算和发热验算过载验算按下式计算：=15.136kW=17KW15.136kW，此题恰好与=的功率相等。式中:基准接电持续率时，电动机额定功率，单位为kW； H:系数，绕线式异步电动机，取H=2.1； m:基准接电持续率时，电动机转矩允许过载倍数，查表得m取2.5； m:电动机个数； :总机械效率=0.894。发热验算按下式计算: PP式中 P:电动机在不同接电持续率JC值和不同CZ值时允许输出功率，单位为kW，按CZ=150，JC值=25%，查表得P=15.393kW；=14.42kW P=15.363=14.42kW过载验算和发热验算通过。2.8 选择制动器按下式计算，选制动器 式中：制动力矩，单位为N.m； ：制动安全系数，查表M5得=2.0； ：下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m；=143.12N.m ：下降时总机械效率，通常取0.894 =2143.12=286.24N.m根据选用=286.24N.m选用YWZ315/30制动器，其额定制动力矩400N.m；安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩=290N.m。2.9 选择联轴器根据电动机和减速器以及浮动轴的轴伸尺寸及形状选连轴器，使连轴器的许用应力矩M计算的所需力矩M,则满足要求。电动机的轴伸：d=55mm(锥形)，长度E=820.5mm；减速器轴伸：d=50mm(柱形)，长度E=85mm；浮动轴的轴头：d=45mm， 长度E=84mm。选取梅花弹性连轴器：型号为MLL6-I-200，M=630N.m；GD=6.74=26.8Kg.m；型号为MLL6，M=630N.m；GD=1.854=7.4Kg.m。电动机额定力矩=170N.m计算所需力矩M=n=1.52.0170=510N.m式中 n：安全系数取n=1.5； ：刚性动载系数，取2.0； M=630M=510N.M 所选连轴器合格。2.10 验算起动时间起动时间： =1.0s式中： =1.5+26.8+7.4=35.7kN.m静阻力矩：=179.07N.m电动机启动力矩：=1.7=1.7170=289N.m平均起动加速度：=0.32m/s=0.32 m/s=0.4 m/s 电动机启动时间合适。2.11 验算制动时间制动时间： = =0.85s：电机满载下降转速，单位为r/min；=21000-951.9=1048.1r/min=290N.m=143N.m平均制动减速器速度=0.37m/s1.6由表选择车轮：当运行速度60m/min， 工作级别M5时，车轮直径D=400，轨道为38kgf/m 轻轨的许用轮压为13.4t，故可用。3.2.1疲劳计算：疲劳计算时的等效载荷： 式中 ：效系数，由表查得1.1。车轮的计算轮压： 根据点接触情况计算接触疲劳应力：=27442.5式中：r=9cm-轨顶弧形半径，由表查得。对于车轮材料，由表查得接触许用应力，因此，故疲劳计算通过。3.2.2强度校核 最大计算轮压：。式中：冲击系数,由表第类载荷当运行速度时，。点接触时进行强度校核的接触应力：=车轮材料用ZG55-，由表查得：，强度校合通过。3.3 运行阻力计算摩擦力矩： 由表知=400mm车轮的轴承型号为22213c调心滚子轴承，轴承内径和外径的平均值d=92.5mm；由表查得：滚动轴承摩擦系数k=0.0006；轴承摩擦系数 ，附加阻力系数。代入上式得：当满载时运行阻力矩：=84运行摩擦阻力：当无载时运行阻力矩： =22运行摩擦阻力：=1103.4 选电动机电动机静功率:：=3.23kw式中：-满载运行时静阻力；m=1-驱动电动机台数。初选电动机功率： kw式中 ：电动机功率增大系数，表查得=0.9。查表选用电动机YZR-160M-6,=5.5kw ；=；=；电动机重量=153.5kg。3.5验算电动机发热条件等效功率： kw式中：-工作类型系数,由表查得0.75； -根据值查得=1.12。由此可知， 故初选电动机发热条件通过。3.6 选择减速器车轮转速： 机构传动比： 查表选用ZSC600-V-1减速器： ；kw，可见，故初选电动机发热条件通过。3.7 验算运行速度和实际所需功率实际运行速度： 误差：，合适。实际所需电动机静功率： 。 故所选电动机和减速器均合适。3.8 验算起动条件起动时间：式中：=1000r.p.m；m=1(驱动电机台数) 当满载时运行静阻力矩： 当无载时运行静阻力矩： 初步估算制动轮和联轴器的飞轮矩： 机构总飞轮矩： 满载起动时间： =4.59无载起动时间： =由表查得，当=30-60m/min时，起动时间推荐值为56sec，故所选电动机满足季候快速起动要求。3.9 按起动工况校核减速器功率起动状况减速器传递的功率：式中： =计算载荷： -运行机构中同一级传动减速器的个数： =1，因此kw 所选用减速器的kwN=7.9kw，如改大一号，则中心距将增大，相差太大，考虑到减速器有定的过载能力，故不再改动。3.10 验算起动不打滑条件由于起重机系室内使用的，故坡度及风阻力矩均不计，故在无载起动时，主动车轮上与轨道接触处的圆周切向力：= =886.1kgf车轮与轨道粘着力： =931.5kfg车轮与轨道粘着力： ， 故满载起动时不会打滑，因此所选电动机合适。3.11 选择制动器查得小车运行机构的制动时间，取=4sec，因此所需的制动力矩： = =2.96kgf由表选用制动器，额定制动力矩=4kgf.m，考虑到所取制动时间=4s与起动实际=4.42s比较接近，并验算了起动不打滑条件，故略去制动不打滑条件的验算。3.12选择联轴器3.12.1机构高速轴上全齿联轴器的计算扭矩: 式中： =2等效系数，由表查得； =1.4安全系数，由表查得；相应于机构值的电动机额定力矩换算到高速轴上的力矩=5.36kgf由表查电动机两端伸出轴为圆柱形d=，l=及=40，=49.5；由附表查ZSC600减速器高速轴端为圆柱形d=30，l=89.5。故从附表中选一个全齿联轴器：S391联轴器，其最大允许扭矩；飞轮矩，重量。高速轴端制动轮，根据制动器YWZ-200/100由表选用制动轮200-Z48，飞轮矩，重量。以上两部分飞轮矩之和与原估计相符，故有关计算不需要重新计算。3.12.2低速轴的计算扭矩： 由附表查得减速器低速轴端为圆柱形d=65；由附表查得主动车轮的伸出轴端为圆柱形d=65mm，故从附表中选四个半齿联轴器:联轴器。3.13 疲劳强度3.13.1疲劳计算低速浮动轴的等效扭矩：式中： 等效系数，由表查得；由上节已取浮动轴端直径d=65mm，其扭转应力浮动轴的载荷变化为对称循环(因运行机构正反转扭矩值相同)，许用扭转应力：式中:材料用45钢，取； ；考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数，参考起升季候计算，取K=2.5。 安全系数，由表查得。因此故疲劳验算通过。3.13.3静强度计算静强度计算扭矩： 式中： 动力系数,查表得；扭转应力： 许用扭转应力 因此， 静强度验算通过。第四章 小车安全装置计算4.1 小车缓冲器小车质量和运行速度都不大，故采用橡胶缓冲器，初定缓冲器数目n=2。4.1.1 缓冲行程式中 ：小车碰撞速度，有限位开关，故取=；：容许的最大减速度，为4m/s。 所以4.1.2 缓冲能量4.1.3 最大缓冲力4.1.4 橡胶缓冲器的主要尺寸 橡胶断面积A式中 ：橡胶的许用应力，采用中等硬度，中等强度的橡胶，弹性模数； n:缓冲器个数，取n=2 选用圆形断面，则其直径D为 ，考有关标准，取D=100mm橡胶缓冲器的长度L ，取L=110mm4.1.5 缓冲器的额定缓冲行程,额定缓冲容量和极限缓冲力F： 4.1.6 实际的缓冲行程，最大缓冲力和最大减速度 设计小结 在余柬浩老师的指导下，我顺利的完成了此次桥式起重机小车设计计算的毕业设计，我认为这次设计是我大学里专业学习收获最多的一次。在设计中我系统得复习了许多以前的知识。对我知识体系的巩固和升华有很大的作用。在这里，我将自己的一些设计心得写出来与大家分享。现在的机械设计可以说是一种组合与筛选。由于世界范围的工业大生产，专业化，标准化成为一种必然。社会的飞速进度也要求我们提高生产效率。这就要求现代企业必须能够满足大规模的生产要求。而标准化是这一趋势的必然出路。标准化是有利也有弊的，它的主要弊端就是使许多企业单纯依靠标准，失去了创新的能力。标准是一个最底的要求，是社会技术成熟的结果，它并不代表行业最先进的技术和设计方法。所以我们要在满足标准化的同时进行技术创新。才能不断地进步。只有这样，设计才不会是一种纯粹的数学游戏，而成为一种神圣的职业。国内的技术创新主要集中在零件上，这些年来，许多企业也加大了对控制方面的重视。但是我认为机器整体的机型变化也很重要。现在的起重机械，尤其是港口机械的机型虽然是许多辈前人的辛苦努力的结果，但是这并不意味着这些机型就是完美的，其实我们也可以进行改进。比如利渤海尔的新型的港口移动式起重机，这种机型是一种多功能的机型，具有以往许多机型的优点，同时也舍弃了其不合理的地方。这次毕业前的设计我收获颇多。在这里我感谢余柬浩老师给与的帮助。也感谢无锡工艺学院培养我三年的时间。在即将踏上社会之际，我对你们说声谢谢。谢谢你们。致 谢 参考文献1张质文.包起帆等.起重机设计手册M. 中国铁道出版社. 2001 2倪庆兴.王殿臣. 起重输送机械图册（上册）M. 机械工业出版社. 1991.3周明衡. 减速器选用手册M. 化学工业出版社. 20004AUTOCAD实用教程（2005中文版）M. 哈尔滨工业大学出版社. 2005.5成大先. 机械设计手册第五版M. 化学工业出版社. 20006王云、黄国兵. 机械设计基础案例教程M. 北京航空航天大学出版社. 20017张锦明. 机械设计基础 课程设计指导用书M. 东南大学出版社. 20008西南交通大学等. 起重机设计手册M. 机械工业出版社. 20019张质文.包起帆等.起重机设计手册M. 中国铁道出版社. 2001.10周明衡. 减速器选用手册M. 化学工业出版社. 1997- 33 -