橋式起重機的起升結(jié)構(gòu)設(shè)計

橋式起重機的起升結(jié)構(gòu)設(shè)計橋式起重機的起升結(jié)構(gòu)設(shè)計27/29橋式起重機的起升結(jié)構(gòu)設(shè)計目錄1緒論 11.1起重機的基本組成 11.2起重機運行機構(gòu)的基本構(gòu)造及其特點 11.3起重機運行機構(gòu)的驅(qū)動方式 21.4起重機設(shè)計參數(shù) 52大車運行機構(gòu)計算 52.1確定傳動方案 52.2選擇車輪與軌道并驗算其強度 62.3運行阻力計算 72.4選電動機 82.5驗算電動機發(fā)熱條件 92.6選擇減速器 92.7驗算運行速度和實際所需功率 102.8啟動時間驗算 102.9起動工況下減速器功率校核 122.10起動不打滑驗算 122.10.1二臺電動機空載時同時起動 122.10.2事故狀態(tài) 132.11選擇制動器 152.12聯(lián)軸器選擇 162.12.1運行機構(gòu)高速軸的扭矩計算 162.12.2低速軸的扭矩計算 172.13浮動軸的驗算 172.13.1疲勞強度驗算 172.13.2靜強度驗算 183回轉(zhuǎn)小車運行機構(gòu)計算 193.1小車運行機構(gòu)計算 193.2選擇車輪與軌道并驗算其強度 193.2.1車輪踏面疲勞計算 203.2.2線接觸局部擠壓強度驗算 213.3運行阻力計算 213.4選電動機 223.5電動機發(fā)熱條件驗算 233.6選擇減速器 233.7驗算運行速度和實際所需功率 233.8啟動時間驗算 243.9起動工況下校核減速器功率 253.10驗算起動不打滑條件 263.11選擇制動器 273.12高速軸聯(lián)軸器及制動輪選擇 283.12.1高速軸聯(lián)軸器計算扭矩 283.12.2高速軸制動輪選擇 293.13低速軸聯(lián)軸器選擇 293.14低速浮動軸強度驗算 303.14.1疲勞驗算 303.14.2強度驗算 314結(jié)束語 31參考文獻 33致謝 34緒論起重機的基本組成[1]橋式起重機是橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機，又稱天車。橋式起重機的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運行，構(gòu)成一矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設(shè)備的阻礙。橋式起重機廣泛地應(yīng)用在室內(nèi)外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。橋式起重機可分為普通橋式起重機、簡易粱橋式起重機和冶金專用橋式起重機三種[13]。普通橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機構(gòu)、橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。起重小車又由起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)和小車架三部分組成。起重機運行機構(gòu)一般只用四個主動和從動車輪，如果起重量很大，常用增加車輪的辦法來降低輪壓。當(dāng)車輪超過四個時，必須采用鉸接均衡車架裝置，使起重機的載荷均勻地分布在各車輪上。橋架的金屬結(jié)構(gòu)由主梁和端梁組成，分為單主梁橋架和雙梁橋架兩類。單主梁橋架由單根主梁和位于跨度兩邊的端梁組成，雙梁橋架由兩根主梁和端梁組成。主梁與端梁剛性連接，端梁兩端裝有車輪，用以支承橋架在高架上運行。主梁上焊有軌道，供起重小車運行。橋架主梁的結(jié)構(gòu)類型較多比較典型的有箱形結(jié)構(gòu)、四桁架結(jié)構(gòu)和空腹桁架結(jié)構(gòu)。起升機構(gòu)包括電動機、制動器、減速器、卷筒和滑輪組。電動機通過減速器，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。小車架是支托和安裝起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)等部件的機架，通常為焊接結(jié)構(gòu)。起重機運行機構(gòu)的基本構(gòu)造及其特點大車運行機構(gòu)一般由運行支承裝置（包括均衡梁，車臺架，傳動車輪組等)和運行驅(qū)動裝置(包括電動機、聯(lián)軸器制動器、減速器等)以及運行安全裝置(包括夾軌器、頂軌器、防爬裝置、錨定裝置和緩沖器等)所組成。大車運行機構(gòu)的設(shè)計主要依據(jù)整機的結(jié)構(gòu)型式、機構(gòu)工作級別、運行速度、整機的質(zhì)量以及碼頭、貨場等基礎(chǔ)的承載能力和支承軌道型式等。一般以車輪的許用輪壓和軌道型式作為設(shè)計的基本條件之一。在保證均衡粱、臺車架、車輪和軸等主要受力構(gòu)件安全可靠的條件下，必須保證各傳動部件能正常工作。為了避免車輪在運行過程中的啃軌現(xiàn)象，設(shè)計中必須保證多輪臺車組具有自位適應(yīng)的能力，即使在支承軌道具有少量下沉、微量彎曲等情況下，起重機也要能正常行駛。為此對均衡粱和臺車組應(yīng)設(shè)計自位回轉(zhuǎn)裝置。比較通用的結(jié)構(gòu)形式有以下兩種：即臺車相對于均衡粱自位回轉(zhuǎn)和均衡粱相對于門腿自位回轉(zhuǎn)。作為安全裝置的夾軌器、頂軌器、防爬器、錨定裝置和緩沖器等，主要是為了防止起重機在作業(yè)過程中滑行和起重機受大風(fēng)影響而發(fā)生無控自行，引起機與機相撞重大事故而設(shè)置的，通常都與運行機構(gòu)一同考慮。小車的傳動方式有兩種，即減速器位于小車主動輪中間或減速器位于小車主動輪一側(cè)。減速器位于小車主動輪中間的小車傳動方式，使小車減速器輸出軸及兩側(cè)傳動軸所承受的扭矩比較均勻。減速器位于小車主動輪一側(cè)的傳動方式，安裝和維修比較方便，但起車時小車車體有左右扭擺現(xiàn)象。在運行傳動裝置中，減速器常用的有圓錐圓柱齒輪減速器和蝸輪蝸桿減速器。起重機運行機構(gòu)的驅(qū)動方式[2]起重機運行機構(gòu)的驅(qū)動方式可分為兩大類：一類為集中驅(qū)動，即用一臺電動機帶動長傳動軸驅(qū)動兩邊的主動車輪；另一類為分別驅(qū)動、即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅(qū)動。中、小型橋式起重機較多采用制動器、減速器和電動機組合成一體的“三合一”驅(qū)動方式，大起重量的普通橋式起重機為便于安裝和調(diào)整，驅(qū)動裝置常采用萬向聯(lián)軸器。起重機運行機構(gòu)一般只用四個主動和從動車輪，如果起重量很大，常用增加車輪的辦法來降低輪壓。當(dāng)車輪超過四個時，必須采用鉸接均衡車架裝置，使起重機的載荷均勻地分布在各車輪上。而對于在磁盤環(huán)形橋式起重機運行機構(gòu)設(shè)計中，起重量為15t+15t，所以只用四個主動和從動車輪起重機的運行機構(gòu)分為有軌運行和無軌運行兩類。橋式起重機的運行機構(gòu)基本上都是用軌行式的。因為起重機在專門鋪設(shè)的軌道上運行時，具有負荷能力大，運行阻力小，可以采用電力驅(qū)動等特點。軌行式運行機構(gòu)主要用于水平運移物品，調(diào)整起重機的工作位置以及將作用在起重機上的載荷傳遞給基礎(chǔ)建筑。結(jié)合本次設(shè)計的要求，在畢業(yè)設(shè)計中將使用軌行式的運行機構(gòu)。對于大車運行機構(gòu)，其設(shè)計的基本要求[8]為：a.機構(gòu)要緊湊，重量要輕；b.和橋架配臺要合適；c.盡量減輕主粱的扭轉(zhuǎn)載荷，不影響橋架的剛度；d維護檢修方便，機構(gòu)布置合理。使司機從駕駛室上、下走臺方便。便于裝拆零件和操作。大車運行機構(gòu)的典型形式與選擇[3]。第一種為集中驅(qū)動，即由一臺電動機通過傳動軸驅(qū)動兩邊車輪轉(zhuǎn)動，稱為集中驅(qū)動，如圖1.1。圖1.1集中驅(qū)動布置簡圖（a）低速軸驅(qū)動；（b）高速軸驅(qū)動；（c）中速軸驅(qū)動根據(jù)傳動軸的轉(zhuǎn)速可以分為低速軸驅(qū)動（如圖1.1a），高速軸驅(qū)動（如圖1.1b），中速軸驅(qū)動（圖1.1c）三種。采用集中驅(qū)動對走臺的剛性要求高。低速軸驅(qū)動可靠，由于低速軸傳遞的扭矩大，軸徑粗，自重也大。高速軸驅(qū)動的傳遞軸細而輕，但振動較大，安裝精度要求較高，需要兩套減速器成本也高。中速軸驅(qū)動機構(gòu)復(fù)雜，分組性差。集中驅(qū)動的大車運行機構(gòu)主要用于早期生產(chǎn)的一些橋式起重機。由于集中驅(qū)動的驅(qū)動零部件多，自重大，安裝復(fù)雜，成本高，維修不便。分別驅(qū)動就是第二中驅(qū)動方式，這種驅(qū)動方式兩邊車輪分別由兩套獨力的無機械聯(lián)系的驅(qū)動裝置驅(qū)動如圖圖1.2分別驅(qū)動布置簡圖橋式起重機大車運行機構(gòu)裝在走臺上，采用帶浮動軸的分別驅(qū)動裝置[4]（如圖1.3）。使安裝和維修更加方便。大噸位橋式起重機的分別驅(qū)動一般在低速軸端增設(shè)浮動軸，如圖1.4。圖1.3橋式起重機分別驅(qū)動布置簡圖(a)(b)圖1.4低速軸帶浮動軸布置簡圖浮動軸兩端可用齒輪聯(lián)軸器或采用萬向聯(lián)軸器。其中臥式減速器也可改用立式減速器，連同電動機，制動器固定于焊接在主梁上的支撐上。這種方案除安裝檢修稍差外，它的整體結(jié)構(gòu)緊湊，對走臺剛度要求不高，使用效果良好。在中小起重機的橋式起重機中，采用“三合一”傳動裝置的傳動機構(gòu)分別驅(qū)動方案已日益廣泛，如圖1.5，減速器可直接套裝在車輪軸上。這種形式結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，組裝性好，機構(gòu)安裝與走臺無關(guān)，不受走臺變形的影響，是一種有發(fā)展前途的驅(qū)動方式。圖1.5“三合一”大車運行機構(gòu)起重機設(shè)計參數(shù)起重量15t+15t；起升高度5m；跨度22.5m；起升速度13.6m/min；旋轉(zhuǎn)速度4r/min；大車運行速度88m/min；小車運行速度43m/min。起重機運行機構(gòu)的驅(qū)動方式大車運行機構(gòu)計算確定傳動方案跨度22.5m為中等跨度，為減輕總量，決定采用如圖2.1所示方案。圖2.1傳動方案選擇車輪與軌道并驗算其強度 按圖2.2所示的質(zhì)量分布，計算大車車輪的最大輪壓和最小輪壓。圖2.2輪壓計算圖 滿載時，最大輪壓：(2.1) 空載時，最小輪壓：(2.2) 車輪踏面疲勞計算載荷：(2.3)車輪材料：選擇車輪直徑Dc=700mm,按車輪與軌道為點接觸和線接觸兩種情況來驗算車輪的接觸強度。點接觸局部擠壓強度驗算：（2.4）式中： k2——許用點接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm2），R——曲率半徑m——由軌頂和車輪的曲率半徑之比（r/R）所確定的系數(shù)，得m=0.405; c1——轉(zhuǎn)速系數(shù)，車輪轉(zhuǎn)速 時，c1=0.99； c2——工作級別系數(shù)，當(dāng)M6級時c2=0.9;>，故驗算通過。線接觸局部擠壓強度驗算： 式中： k1——許用線接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm2） l——車輪與軌道的有效接觸長度，而Qu70的l=70mm; Dc——車輪直徑（mm）； c1；c2——同前； >，故驗算通過。運行阻力計算摩擦總阻力矩：運行摩擦阻力：（2.5）當(dāng)無載時：（2.6）（2.7）選電動機按運行靜阻力、運行速度及機構(gòu)效率計算機構(gòu)運行的靜功率，根據(jù)運行機構(gòu)靜功率和接電持續(xù)率初選電動機。然后校驗電動機過載和發(fā)熱，并控制加速度值。電動機靜功率：（2.8）式中：——滿載時靜阻力；=0.9——機構(gòu)傳動效率；m=2——驅(qū)動電動機臺數(shù)。初選電動機功率：（2.9）式中：kd——電動機功率增大系數(shù)，由[5]中表7-6查得，kd=2；由附表30選用電動機YZR2-22電機質(zhì)量Gd=115kg驗算電動機發(fā)熱條件等效功率：（2.10）式中：k25——工作級別系數(shù)，由[5]表6-4當(dāng)JC=25%時，k25=0.75；——按期中集的工作場所得tq/tg=0.25，查得=1.3由此可知，，故選初電動機發(fā)熱條件通過。選擇減速器[11]車輪轉(zhuǎn)速：（2.11）機構(gòu)傳動比：（2.12）驗算運行速度和實際所需功率實際運行速度：（2.13）誤差：（2.14）實際所需電動機靜功率：（2.15）故所選的電動機和減速器合適。啟動時間驗算啟動時間：（2.16）式中：n1=930r/min；m=2(驅(qū)動電動機臺數(shù))；——時電動機額定扭矩滿載運行時的靜阻力矩：（2.17）空載運行時的靜阻力矩：（2.18）初步估算制動輪和聯(lián)軸器的飛輪矩：機構(gòu)總飛輪矩：滿載起動時間：（2.19）空載起動時間：（2.20）起動時間在允許范圍（8~10s）之內(nèi)，故合適。起動工況下減速器功率校核起動工況下減速器傳遞功率：式中：（2.21）——運行機構(gòu)中同一級傳動減速器的個數(shù)，=2；因此，（2.22）所選用減速器的[N]JC25%=20.5kW>Nd，所以合適。起動不打滑驗算打滑或使主動輪空轉(zhuǎn)動，起重機運行不起來；或主動輪邊走邊滑，達不到額定速度。這樣，不僅影響起重機正常工作，造成車輪的磨損，還會出現(xiàn)制動時溜車，引發(fā)事故。運行機構(gòu)正常工作的條件是，運行機構(gòu)啟動或制動時，主動輪不應(yīng)打滑，即主動輪與軌道之間驅(qū)動力小于它們之間的最大摩擦力（也稱附著力或粘著力）。由于起重機是在室內(nèi)使用，故坡度阻力及風(fēng)阻力均不予考慮。以下按三種工況進行驗算：n>nz，故兩臺電動機空載起動不會打滑。事故狀態(tài)當(dāng)只有一個驅(qū)動裝置工作，而無載小車位于工作中的驅(qū)動裝置這一邊時，則：（2.23）n>nz，故不會打滑。當(dāng)只有一個驅(qū)動裝置工作，而無載小車遠離工作中的驅(qū)動裝置這一邊時，則：；與第二中工況相同n>nz，故也不會打滑。選擇制動器選擇制動器：由[5]取大車運行機構(gòu)制動時間tz＝５，按空載計算制動力矩：即Q=0代入［１］的（７－１６）式；2.24） 選用兩臺YWZ5－315/50制動器，其制動轉(zhuǎn)矩，為了避免打滑，使用時需將制動力矩調(diào)至以下?？紤]制動時間，在驗算起動不打滑條件時已知是足夠安全的，故制動不打滑驗算從略。聯(lián)軸器選擇根據(jù)機構(gòu)傳動效率，每套機構(gòu)的高速軸和抵速軸都采用浮動軸。運行機構(gòu)高速軸的扭矩計算（2.25）查電動機YZR2-22-6兩端伸出軸各為圓柱形d1=4mm，l=110mm。由附表34查ZQ-500減速器高速軸端為圓錐形d=50mm，l=85mm。故在靠近電動機端從附表44中選兩個帶制動輪的半齒聯(lián)軸器S251(靠近電動機一側(cè)為圓柱形孔，浮動軸端d=50mm);[Ml]=3150;(GD2)zl=1.8；質(zhì)量G=38.5kg。在靠減速器端，由附表41選兩個鼓型齒式聯(lián)軸器（靠減速器端為圓錐形，浮動軸直徑d=50mm）;其[Ml]=3150;(GD2)l=0.035；質(zhì)量G=6.2kg。高速軸上轉(zhuǎn)動零件的飛輪矩之和為：(GD2)zl+(GD2)l=1.8+0.035=1.835與原估計基本相符，故有關(guān)計算則不需要重復(fù)。低速軸的扭矩計算（2.26）浮動軸的驗算疲勞強度驗算低速浮動軸的等效扭矩：（2.27）由于浮動載荷變化為對稱循環(huán)（因為浮動軸在運行過程中正反轉(zhuǎn)的扭矩相同），所以許用扭矩應(yīng)力為：（2.28）k——考慮零件幾何形狀，表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)。由表2-18查得安全系數(shù)nI=1.4,，故疲勞強度驗算通過。靜強度驗算計算靜強度扭矩：（2.29）許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：（2.30），故靜強度驗算通過。高速軸所受扭矩比低速軸?。ǘ呦嗖畋叮珡姸仁亲銐虻?，故此處高速軸的強度驗算從略?；剞D(zhuǎn)小車運行機構(gòu)計算小車運行機構(gòu)計算確定機構(gòu)傳動方案，經(jīng)比較后確定采用如圖3.1所示的傳動方案。圖3.1回轉(zhuǎn)小車傳動方案選擇車輪與軌道并驗算其強度小車質(zhì)量估計取Gxc=7000kg，假定輪壓均布車輪最大輪壓：（3.1）車輪最小輪壓：（3.2）初選車輪：由附表17可知：由回轉(zhuǎn)速度為4r/min，Q/Gxc=30000/7000=4.286，工作級別為重級時，車輪直徑Dc=500mm，軌道型號為P38，它的許用輪壓為14.15t故初步選定車輪直徑Dc=500mm強度驗算：按車輪與軌道為線接觸及點接觸兩種情況驗算車輪接觸強度：車輪踏面疲勞計算（3.3）車輪材料：采用ZG340-640 （調(diào)質(zhì)），線接觸局部擠壓強度：（3.4） >，故驗算通過。線接觸局部擠壓強度驗算[7] （3.5）式中：k1——許用線接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm2），l——車輪與軌道的有效接觸長度，而P38的l=35.5mmDc——車輪直徑（mm）；c1；c2——同前；>，故驗算通過。根據(jù)以上計算結(jié)果，選定直徑Dc=500mm的雙輪緣車輪，標(biāo)記為：車輪SYL-500。運行阻力計算摩擦阻力矩：選電動機電動機靜功率：（3.6）式中：——滿載時靜阻力；=0.9——機構(gòu)傳動效率；m=1——驅(qū)動電動機臺數(shù)。初選電動機功率：（3.7）式中：kd——電動機功率增大系數(shù)，kd=1.2；由附表30選用電動機YZR2-31-8： 電機質(zhì)量Gd=155kg。電動機發(fā)熱條件驗算等效功率：（3.8）由此可知，，故選初電動機發(fā)熱條件通過。選擇減速器[10]車輪轉(zhuǎn)速：（3.9）機構(gòu)傳動比：（3.10）查附表40選用ZSC-750—IV減速器：（當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速為1000r/min時），可見。驗算運行速度和實際所需功率實際運行速度：（3.11）誤差：（3.12）滿足不大于的誤差范圍。實際所需電動機等效功率：（3.13）故所選的電動機和減速器均合適。啟動時間驗算啟動時間：（3.14）式中：n1=695r/min；m=1(驅(qū)動電動機臺數(shù))；——時電動機額定扭矩滿載運行時折算到電動機軸上的運行靜阻力矩：（3.15）空載運行時折算到電動機軸上的運行靜阻力矩：（3.16）初步估算制動輪和聯(lián)軸器的飛輪矩：機構(gòu)總飛輪矩：滿載起動時間：（3.17）空載起動時間：（3.18）由[5]表7-6，當(dāng)vc=37.68時[tq]推薦值為5.3s，，故所選電動機能滿足快速起動要求。起動工況下校核減速器功率起動工況下減速器傳遞功率：（3.19）式中：——運行機構(gòu)中同一級傳動減速器的個數(shù)，=1；因此，（3.20）所選用減速器的[N]JC25%<Nd。故合適。驗算起動不打滑條件打滑或使主動輪空轉(zhuǎn)動，起重機運行不起來；或主動輪邊走邊滑，達不到額定速度。這樣，不僅影響起重機正常工作，造成車輪的磨損，還會出現(xiàn)制動時溜車，引發(fā)事故。運行機構(gòu)正常工作的條件是，運行機構(gòu)啟動或制動時，主動輪不應(yīng)打滑，即主動輪與軌道之間驅(qū)動力小于它們之間的最大摩擦力[9]（也稱附著力或粘著力）。由于起重機是在室內(nèi)使用，故坡度阻力及風(fēng)阻力均不予考慮。以下按空載起動時進行驗算：（3.21）式中： P1——主動輪壓之和；P2——從動輪壓之和；由[5]得f=0.2f——室內(nèi)工作的粘著系數(shù)，nz=1.05~1.2nz——防止打滑安全系數(shù)。故沒有超過nz的范圍，故不會打滑。選擇制動器選擇制動器由[5]查得，對于小車運行機構(gòu)制動時間，取=3s按空載計算制動力矩，即Q=0代入［１］的（７－１６）式；（3.22）式中：M=1——制動器臺數(shù)，一套驅(qū)動裝置工作。由附表15選用兩臺YWZ5－200/23制動器，其制動轉(zhuǎn)矩，為了避免打滑，使用時需將制動力矩調(diào)至以下?？紤]制動時間，在驗算起動不打滑條件時已知是足夠安全的，故制動不打滑驗算從略。高速軸聯(lián)軸器及制動輪選擇高速軸聯(lián)軸器計算扭矩（3.23）式中：（3.24）N——聯(lián)軸器的安全系數(shù)，運行機構(gòu)n=1.35;——機構(gòu)剛性動載系數(shù)，=1.2~2.0，取=1.8。由附表31查電動機JZR2-31-8兩端伸出軸各為圓柱形d=50mm，l=110mm。由附表34查ZS