15t橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)

河南科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文起升機(jī)構(gòu)主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1主要參數(shù)起重機(jī)的基本參數(shù):起升重量Q=15t，起升高度H=10m，起升速度V=5m/min，跨度22.5m,工作制度M6。3.2確定起升機(jī)大車構(gòu)傳動(dòng)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(jiǎn)單，自重輕和維修保養(yǎng)方便等。起升機(jī)構(gòu)的大車傳動(dòng)方案大體可分為齒輪傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)。（1）齒輪傳動(dòng)在電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間采用齒輪使立柱發(fā)生旋轉(zhuǎn)，由于齒輪傳動(dòng)所承受的載荷較低，易磨損，定位精度不高，一般很少使用，故本設(shè)計(jì)不采用。（2）液壓式傳動(dòng)在立柱的和機(jī)座之間采用液壓缸傳動(dòng)，使用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)形式，使立柱發(fā)生旋轉(zhuǎn)一定角度，從而達(dá)到使物體能夠前后移動(dòng)，這種構(gòu)造類型適用于起升載荷較大，速度較低的情況，能保證液壓缸具有較好的壓桿穩(wěn)定性，易于滿足設(shè)計(jì)要求，因此它能節(jié)省工作人員的體力，提高工作人員的工作效率。綜合以上觀點(diǎn)，又考慮到本課題的主要參數(shù)，大車選用液壓傳動(dòng)如圖2.2所示。已知立柱高度OL=12m,取液壓缸連接座到立柱底面距離為AO=4m,液壓缸支座到立柱地面取OB=3m,3.3確定起升機(jī)大車構(gòu)液壓缸行程和缸徑的計(jì)算從圖3-4中根據(jù)幾何關(guān)系可得液壓缸的瞬時(shí)尺寸（即鉸接點(diǎn)AB之間的距離）為液壓缸兩鉸接點(diǎn)之間的最大距離和最小距離分別為取BC=,又聯(lián)立上式解得，有Smin=4600mmSmax=9100mm即液壓缸的最大安裝尺寸為Smax=4600mm最小安裝尺寸為Smin=9100mm設(shè)液壓缸的有效行程為△s，為了使液壓缸兩鉸接點(diǎn)之間的距離為最小值時(shí)，柱塞不抵到液壓缸缸底，并考慮液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸K1和K2(圖3)，一般應(yīng)取Smin≥Kl+K2+△S同樣，為了使液壓缸兩鉸接點(diǎn)之間的距離為最大值時(shí)，柱塞不會(huì)脫離液壓缸中的導(dǎo)向套，一般應(yīng)取Smax≤Kl+K2+2△S6.2液壓缸具體選型液壓缸為二力桿件，根據(jù)圖所式得液壓升降平臺(tái)車平臺(tái)處于最低高度，即=時(shí)，液壓缸受力最大，此時(shí)液壓缸所受的力是=26826N。選擇缸徑為的液壓缸，其所能提供的最大推力為=31420N，由于已計(jì)算出液壓缸的最大安裝尺寸為Smax=9100mm，最小安裝尺寸為Smin=4500mm，則其行程為S=Smax-Smin=4500mm，則可選擇液壓缸的行程S=4500mm。確定起升機(jī)小車構(gòu)傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(chǎng)合采用單鉤，當(dāng)起升重量較大時(shí)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(shí)，重物在垂直位移的同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生水平位移，將對(duì)卷筒支承造成附加載荷，而雙聯(lián)滑輪組在工作時(shí)重物無(wú)水平位移，當(dāng)兩邊鋼絲繩拉力有差別時(shí)，可以自動(dòng)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(jiǎn)圖（一）滑輪組選擇單聯(lián)滑輪組工作時(shí)，重物在垂直位移的同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生水平位移，將對(duì)卷筒支承造成附加載荷，而雙聯(lián)滑輪組在工作時(shí)重物無(wú)水平位移，當(dāng)兩邊鋼絲繩拉力有差別時(shí)，可以自動(dòng)均載負(fù)載。根據(jù)起重量要求，選擇雙聯(lián)滑輪組，滑輪組倍率4。（二）滑輪直徑滑輪直徑大小影響了鋼絲繩得壽命，較大得滑輪直徑可以減小鋼絲得彎曲應(yīng)力與滑輪之間得擠壓應(yīng)力，試驗(yàn)證明，滑輪直徑應(yīng)滿足公式D+d≥h2d可得D≥（h2-1）d查表得，取h2=20得D≥19*18=342mm由JB/T9005.2確定滑輪直徑D=560mm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(hào)為G15吊鉤組，得其質(zhì)量：，兩動(dòng)滑輪間距。2.4鋼絲繩的計(jì)算（一）鋼絲繩直徑起升載荷：Q=15000*9.8=147000=1.47*10＾5取滑輪組倍率a=4則鋼絲繩靜拉力S=Q/a=3.675*10＾4根據(jù)機(jī)構(gòu)工作級(jí)別M5，取安全系數(shù)n=4.5則鋼絲繩最小破斷拉力應(yīng)滿足F0≥S*n=4.5*3.675*10＾4=1.65375*10＾5N=165.375kN由于該設(shè)備最終存在旋轉(zhuǎn)傾倒得情況，選擇能承受橫向載荷得金屬芯(IWR)更好由于起重機(jī)空載時(shí)間較多，不采用順繞根據(jù)《GB8918-2006重要用途鋼絲繩》可知：18mm直徑，6*36WS+IWR鋼絲繩（鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度1770Pa）最小破斷拉力204kN滿足條件確定鋼絲繩直徑：d=18mm（1）鋼絲繩進(jìn)出滑輪時(shí)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(shí)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?。重要卷筒可用采用球墨鑄鐵。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。（一）卷筒直徑D≥（e-1）d，d為鋼繩的直徑，查表GB/T3811-2008起重設(shè)計(jì)規(guī)范工作級(jí)別為M5得筒繩直徑比為e=18D≥17*18=306深槽h=0.6d=根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)尺寸GB2822-81，取卷筒直徑D=320mm（二）單層繞線卷筒長(zhǎng)度倍率a=4，安全圈Zo=3，節(jié)距t=18+3=21L0=<（H*a/兀*D1）+Zo>t=<(4*10*10＾3/3.14*338)+3>*（18+3）=854.47取Lo=900mm，L1=3t=3*21=63mm，L2=2t=2*21=42mm則卷筒長(zhǎng)度L=Lo+L1+2*L2=1047mm2.5.4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(shí)對(duì)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(duì)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(zhǎng)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(jiǎn)圖卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒是中間時(shí):(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(guò)。故選定卷筒直徑，長(zhǎng)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/T9006.2—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)算鋼絲繩直徑18mm，根據(jù)《鋼絲繩用壓板（GB/T5975-2006）》，選擇壓板固定裝置，標(biāo)準(zhǔn)槽查表得A=65mm，B=60mm，C=20mm，D=22mm，E=3mm，F(xiàn)=5mm，G=21mm，K=1.0mm，R=10.0mm（基本尺寸）、+0.2（極限偏差），壓板螺栓直徑M20，單件質(zhì)量0.48kg2.7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(gè)機(jī)械零件，通常都與動(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(hào)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(guò)吊鉤已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可查閱有關(guān)手冊(cè)直接選用。采用非標(biāo)準(zhǔn)吊鉤或需對(duì)所選項(xiàng)吊鉤進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，可按下述方法進(jìn)行。由文獻(xiàn)[3]選擇一個(gè)鍛造單面吊鉤,鉤號(hào)為，材料采用號(hào),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(hào)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，；——?jiǎng)恿ο禂?shù)，由文獻(xiàn)[4]查得。由文獻(xiàn)[6]查得等級(jí)，安全系數(shù)，材料號(hào)鋼，由文獻(xiàn)[6]查得，故，故滿足強(qiáng)度要求。2.7.6推力球軸承的選擇由于軸承在工作過(guò)程中很少轉(zhuǎn)動(dòng)，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。河南科技大學(xué)畢業(yè)論文6PAGE32第三章起升運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2電動(dòng)機(jī)的選擇（一）電動(dòng)機(jī)功率已知v=5m/min，a=4查表得η=0.97（滾動(dòng)軸承）穩(wěn)態(tài)功率Pn=Qv/1000η=（5/60）*（1.47*10＾5）/1000*0.97=12.63kN電動(dòng)機(jī)的額定功率Pn應(yīng)大于穩(wěn)態(tài)平均功率Ps查表得穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)G=0.8穩(wěn)態(tài)平均功率Ps=G*Pn=10.104kN查表得YEZ160M-4額定功率Pn=13kW滿足條件（二）電動(dòng)機(jī)過(guò)載校驗(yàn)根據(jù)教員給予，對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)和籠型異步電動(dòng)機(jī)取系數(shù)H=2.5Pn≥（H/λu）Qv/1000η=（H/λu）*Pn=（2.5/3）*Pn=10.5315≥10.53，上述額定功率滿足要求3.3減速器的選擇3.3.1減速器傳動(dòng)比卷筒轉(zhuǎn)速：(3-13)減速器總傳動(dòng)比：(3-14)式中——電動(dòng)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(jí)時(shí)，許用功率，，質(zhì)量，輸入軸直徑，軸端長(zhǎng)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(shí)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，由文獻(xiàn)[1]查出；減速器傳動(dòng)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(dòng)器的選擇（一）制動(dòng)力矩計(jì)算制動(dòng)器力矩應(yīng)滿足Tz≥Kz*Q*Do*η/2a*i已知Q=1.47*10＾5，η=0.97，a=4，i=80，卷繞直徑Do=0.338m查表得Kz=1.75解得Tz≥131.78N*m（二）帶式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)尺寸由制動(dòng)帶式制動(dòng)器比壓條件：Pmax=2Smax/D*B≤［P］其中：Smax=2Tz*e＾μα/D（e＾μα-1），B=ΨD代入化簡(jiǎn)得：制動(dòng)輪直徑D應(yīng)滿足如下條件D≥<4Tz*e＾μα/Ψ*［ｐ］*（e＾μα-1）>＾1/3取μ=0.3，α=250°=4.36rad，e＾μα=e＾0.3*4.36=3.699［P］=0.6MPa=6*10＾5Pa，Ψ=0.3帶入計(jì)算得D≥0.15891789801375m=158.92mm按GB2822標(biāo)準(zhǔn)尺寸圓整，取制動(dòng)輪直徑D=160mm制動(dòng)帶寬度B=ΨD=0.3*160=48mm（三）制動(dòng)器選擇滿足制動(dòng)帶寬度，制動(dòng)輪直徑的制式減速器即可，制動(dòng)輪直徑和制動(dòng)帶寬度可調(diào)整圖3.2YWZ-300/25制動(dòng)器第四章小車運(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=70KNJC=25%；CZ=600；G=0.84.2設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：4.2.1驅(qū)動(dòng)方案初步確定根據(jù)原始參數(shù)，采用集中驅(qū)動(dòng)，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?。?）車輪輪壓計(jì)算小車正常工作時(shí)最大輪壓（滿載時(shí)）：小車正常工作時(shí)最小輪壓（空載時(shí)）：車輪的疲勞計(jì)算載荷：（2）選車輪與軌道根據(jù)；查手冊(cè)，選車輪直徑D=350mm;軌道型號(hào)：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(guò)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(jí)別系數(shù)；=0.9R—曲率半徑；R=300mmm—軌道頂與車輪曲率半徑之比有關(guān)系數(shù)；m=0.4684.2.3運(yùn)行阻力計(jì)算（1）摩擦阻力小車滿載運(yùn)行時(shí)最大摩擦阻力=270=3.472KN滿載運(yùn)行時(shí)最小摩擦阻力=270=2.315KN空載運(yùn)行時(shí)最大摩擦阻力=701.5=0.9KN空載運(yùn)行時(shí)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；=70KNf—滾動(dòng)摩擦系數(shù);f=0.6—車輪軸承摩擦系數(shù)；=0.02d—與軸承相配合處車輪直徑；d=90mmD—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(shí)）：工作時(shí)最小靜阻力（小車空載時(shí)）：4.2.4電動(dòng)機(jī)的選擇（1）電動(dòng)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(dòng)效率；=0.88m—電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)；m=1（2）初選電動(dòng)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(cè)，選用YZR160M1—6型電動(dòng)機(jī)；電機(jī)額定功率，轉(zhuǎn)速容許輸出功率：；轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)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=減速器選擇（1）減速器傳動(dòng)比確定根據(jù)減速器手冊(cè)，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(gè)數(shù)；Z=1因工作級(jí)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(cè)，選用QJR—236—25VIP，L，JB/T8905.1—1999減速器高速軸許用功率：傳動(dòng)比：=25，中心距：根滿足要求車輪軸尺寸：d=65mm；L=85mm根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸和；選取LM9計(jì)算內(nèi)容4.2.7制動(dòng)器的選擇制動(dòng)器安裝在電動(dòng)機(jī)軸端，因制