10t桥式起重机小车设计(共39页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上第1章 绪论起重机械的基本任务是垂直升降重物,并可兼使重物作短距离的水平移动,以满足重物装卸、转载、安装等作业的要求。起重机机械是现代化生产必不可少的重要机械设备,它对于减轻繁重的体力劳动、提高劳动生产率和实现生产过程的机械化、自动化及改善人民的物质、文化生活都具有重大的意义。起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门,可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。 起重机械不仅可以作为辅助的生产设备,完成原料、半成品、产品的装卸、搬运,进行机电设备的安装、维修,而且它也是一些生产过程工艺操作
2、中的必须设备,例如钢铁冶金生产中的各个环节,从炉料准备、加料到炼好的钢水浇铸成锭以及脱模取锭等。又例如原子能工业中的一些工艺操作等人所难达到之处,没有起重机械,简直无法生产。据统计,在我国冶金、煤炭部门的机械设备总台数或总重中,起重运输机械约占2565。起重机械与运输机械发展到现在,已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础,是现代化生产的重要标志之一。在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、劳动生产率的提高中,起重机必将发挥更大的作用。1.1 桥式起重机的简介起重机械和其它自然科学一样,是人类生产斗争经验的总结,它是随着人们的生产实践逐渐发展并不断丰富完善的。桥式起重机是桥架
3、在高架轨道上运行的一种桥架型起重机,又称天车。桥式起重机是生产车间、料场、电站厂房和仓库中为实现生产过程机械化与自动化,减轻体力劳动,提高劳动生产率的重要物品搬运设备。桥式起重机安装在厂房高处两侧的吊车梁上,整机可以沿铺设在吊车梁上的轨道纵向行驶。而起重小车又可沿小车轨道横向行驶,吊钩则作升降运动。桥式起重机常见的类型有以下三种形式:通用桥式起重机:取物装置为吊钩,适用于各种物料的搬运,通用性强;抓斗式桥式起重机:取物装置是抓斗,用于大批量散粒物料的搬运;电磁桥式起重机:取物装置为电磁吸盘,为专用起重机,用于铁磁性物料的搬运。经过比较,选用电动双梁桥式起重机。这种起重机的各个工作机构均为电力驱
4、动。起重小车在桥架主梁上方铺设的轨道上行驶,其桥架是双主梁结构形式。在桥架两侧的走台上,一侧用来安装大车运行机构,另一侧则安装有电气设备和给小车供电的滑线设施。普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构和桥架金属结构组成。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。1.2 起重机械的发展随着现代科学技术的迅速发展,工业生产规模的扩大和自动化程度的提高,起重机在现代化生产过程中应用越来越广,作用愈来愈大,对起重机的要求也越来越高。尤其是计算机技术的广泛应用,许多跨学科的先进设计方法出现,这些都促使起重机的技术进入崭新的发展阶段。起重机发展趋势轻型化和多样化。有相当批量的起重机是在通用场
5、合使用,工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广,考虑综合效益,要求起重机尽量降低外形高度,简化结构,减小自重和轮压,也可使整个建筑物高度下降,建筑结构轻型化,降低造价。因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更好的发展,并将取代大部分中小吨位的一般用途桥式起重机。1.3 起重机械的特点起重机械是一种间歇动作的机械,它具有重要而短暂的工作特征。起重机械在搬运物料时,通常经历着上料、运送、卸料以及回到原处的过程,各工作机构在工作时作往复周期性的运动,例如经历起升机构的工作由物品的升、降和空载取装置的升、降所组成;运行机构的工作由负载和空载时的往复运动所组成。在起重机械的每一个工作循环,即每搬运一次
6、物品的过程中,其有关的工作机构都要作一次正向和反向的运动。起重机械与连续运输机械的主要区别就在于前者是以周期性的短暂往复工作循环运送物品,而后者是以长期连续单向的工作运送物品。正是由于这一基本差异决定了起重机械和连续运输机械在构造和设计计算方面的许多重要差别。在起重机械中,用来使货物提升或下降的机构称为起升机构。起升机构是起重机械最基本的机构。起升机构通常包括:取物装置、钢丝绳卷绕系统、制动装置、减速装置、驱动装置以及安全装置等部分,其中不少零件采用标准通用零件。起升机构中大多数情况均采用闭式减速器传动,并且以渐开线圆柱齿轮传动为主。一些新颖的齿轮传动如圆弧齿轮,摆线行星齿轮传动,渐开线少齿传
7、动和谐传动正被逐渐应用到起重机械上来。1.4 起重机械的组成工作机构,它是起重机械的执行机构,其作用是使被吊运的物品获得必要的升降和水平位移,从而实现物品装卸、转载、安装等作业要求。起重机械上常用的工作机构有起升机构、运行机构、变幅机构和回转机构,即所谓起重机械的四大构件。此外,针对某些特殊的使用要求,有时还设有伸缩机构,放倒机构,夹钳机构等,在这些机构中,实现物品垂直升降的起升结构是起重机械的基本工作机构,而其它机构则是辅助的工作机构,配合起升机构工作。根据具体使用要求,辅助的工作机构却是任何一种起重机械所必不可少的。金属结构,它是起重机械的骨架,决定了起重机械的结构造型,它用来支撑工作机构
8、、物品的重力、自身重力以及外部载荷等,并将这些重力和载荷传递给起重机械的支撑基础。动力设备,它为起重机械提供工作动力、控制、照明和联络等。第2章 起升机构设计2.1 确定起升机构传动方案起升机构的设计应该确保满足起重机的主要工作性能,要合理选择机构型式,要使机构工作可靠,结构简单,自重轻和维修保养方便等。 起升机构的设计计算主要包括:根据总体设计要求选择合理的结构型式,并确定机构的传动布置方案;按给定的整机主要参数(最大额定起重量、起升高度、起升速度等)确定起升机构参数,并确定机构各部件的结构类型和尺寸;以及机构动力装置的选择计算等。起升机构的起重零部件的选择计算主要包括:吊钩、起升机构滑轮组
9、倍率、起重钢丝绳、滑轮与卷筒。起升机构的布置如图2.1所示:图2.1 起升机构布置方案按照布置宜紧凑的原则,采用双联滑轮组。如下图:图2.2 滑轮组简图按,查文献1表选滑轮组倍率,承载绳分支数:。查文献1附表选图号为G15吊钩组,得其质量:,两动滑轮间距。2.2 钢丝绳的选择(1) 选择钢丝绳钢丝绳是由许多高强钢丝编绕而成。钢丝的材料通常采用优质碳素钢,其含碳量为,根据不同使用目的,其结构和编绕方式各不相同,有单绕,双重绕,三重绕等型式。起重机用钢丝绳采用双绕绳,即先由钢丝绕成股,再由股围绕绳芯绕成绳。绳芯的材料可用有机物芯如麻芯,棉芯,还可用石棉芯或金属芯。有机物芯的钢丝绳具有较大的挠性和弹
10、性,润滑性好,但不能承受横向压力,不耐高温;石棉芯钢丝绳的特性与上述相似,但能在高温条件下工作;金属芯钢丝绳强度高,能承受高温工作和横向力,但润滑性较差。一般情况下常选用有机物芯的钢丝绳,高温时宜用石棉芯或金属芯,在卷筒上多层卷进绕时宜用金属芯的钢丝绳。若滑轮组采用滚动轴承,当,查文献1表得滑轮组效率:钢丝绳所受最大拉力:kN (2-1)查文献1附表选用,中级工作类型(工作级别)时安全系数。钢丝绳计算破断拉力: kN (2-2)查文献1附表选用瓦林型纤维芯钢丝绳,钢丝公称抗拉强度,光面钢丝,右交互捻,直径,钢丝绳最小破断拉力,标记如下:钢丝绳: 14NAT619W+FC1770ZS10867.
11、4GB/T8918-1996(2) 钢丝绳允许的偏斜角1) 钢丝绳进出滑轮时的允许偏角: (2-3)式中由文献2查得: ; ; 。所以 。2) 钢丝绳进出卷筒时允许偏角:,查文献2表,。向空槽方向,向邻槽方向。2.3 滑轮的计算与选择滑轮的许用最小直径: (2-4)式中系数由查文献1表查得; 滑轮直径,取平衡滑轮直径 ,查文献1附表选用。滑轮的绳槽部分尺寸可由查文献2附表查得。由查文献1附表选用钢丝绳直径,滑轮轴直径的型滑轮标记为: 滑轮:E114350-80 JB/T 9005.3-1999由查文献1附表平衡滑轮选用,滑轮直径的型滑轮标记为:滑轮:F14250-80 JB/T 9005.3-
12、19992.4 吊钩的计算(1) 确定吊钩装置构造方案吊钩按制造方法可分为锻造吊钩和片式吊钩;按其结构型式可分为单钩和双钩;长钩和短钩。吊钩装置用于三倍率双联滑轮组,所以必须采用长型的构造方案。吊钩钩身的截面形状有圆形,方形,梯形或字形。从受力情况分析,以字形截面最为合理,但锻造工艺较复杂。梯形截面受力较合理,锻造容易。锻造吊钩的材料一般采用号钢。起重量较小的吊钩也可采用或;片式吊钩由切割成型的多片钢板构成,其厚度不得小于20mm并使板钩在高度方向与钢板轧制方向一致。工程起重机常用T字形或梯形截面的锻造单钩。通过吊钩已经标准化,设计时可查阅有关手册直接选用。采用非标准吊钩或需对所选项吊钩进行强
13、度验算时,可按下述方法进行。由文献3表选择一个锻造单面吊钩,钩号为,材料采用号钢。(2) 吊钩主体结构的主要尺寸1) 根据文献3当选择吊钩类型为直柄号吊钩,由文献5表所得。2) 吊钩螺母最小工作高度查文献4选M56螺母:mm (2-5)考虑设置防松螺栓,实际取螺纹高度:。3) 螺母外径:mm (2-6)取。(3) 吊钩强度验算1) 吊钩轴的颈部螺纹M56处拉伸应力: (2-7)式中螺纹内径,由文献4表6-3查得,;动力系数,由文献4图查得。由文献6表查得等级,安全系数,材料号钢,由文献6表查得,故,故满足强度要求。2) 吊钩弯曲部分断面强度验算:其受拉力,偏心力距,由 (2-8)式中 得出:。
14、MPa (2-9)MPa (2-10)因为,故满足强度要求。其应力分布如图2.3所示。 图2.3 吊钩弯曲处应力分布3) 吊钩弯曲部分断面B-B强度验算:系物绳张力一侧:kg (2-11)图2.4 钢丝绳一侧受力由上图2.4钢丝绳受力图可得:kg (2-12)MPa (2-13) (2-14)故满足强度要求。因为B-B断面尺寸按理当比断面小,但由于断面有强烈的磨损,一般取与断面相同的尺寸。(4) 推力球轴承的选择由于轴承在工作过程中很少转动,故可根据额定静负荷选择。由文献3表选51211(GB/T301-1995)推力球轴承,由文献表查得其额定静负荷,由文献7表13-6查得载荷系数。轴承当量静
15、负荷: (2-15) 所以 安全。式中 安全系数由文献3表选用。(5) 吊钩组轴及拉板的强度验算1) 吊钩横梁的计算由文献1附图可知,横梁两侧拉板的间距是由滑轮之间尺寸所决定。横轴可做为一简支梁来进行强度计算。横梁的计算载荷如图2.5(a): (2-16)式中由文献1图查取动载系数。 横梁的最大弯矩: (2-17)中间断面的截面模数如图2.5b: (2-18)图2.5 吊钩横梁和滑轮轴的计算简图弯曲应力: (2-19)横梁材料由文献6表查取,许用应力。故横轴强度足够。其中式中为安全系数见文献6表5-10。2) 滑轮轴的计算滑轮轴是一个简支梁,支点距离。它的作用是承受滑轮的三个压力,为计算简便起
16、见,把三个力看作集中力如图2.5c。滑轮的作用力: (2-20)轴上的弯矩(和断面): (2-21)和断面模数: (2-21)弯曲应力: (2-21)滑轮轴的材料与吊钩横轴相同,亦为号钢,许用应力也相同。,故强度足够。3) 拉板的强度校核图2.6 拉板简图拉板的尺寸如图2.6所示,断面a-a的拉伸应力: (2-24)式中应力集中系数,由文献1图5-13查得。拉板材料为Q-235号钢,由文献6表和表得了屈服极限和安全系数,许用拉伸应力: (2-25)垂直断面内侧拉应力最大,其为: (2-26)又因为吊钩横梁的轴颈,材料铸钢ZG340-640,由文献6表查出,由文献6表查得安全系数为。2.5 卷筒
17、的计算(1) 卷筒尺寸1) 卷筒直径: (2-27)取,卷筒绳槽尺寸由文献2表14-3查得槽距, 槽底半径。2) 卷筒长度 (2-28)式中 起重机最大高度: ; 卷筒的计算直径:; 附加安全圈数,一般取圈:取; 绳槽节距:查文献2表,取; 卷筒不切槽部分长度:取其等于吊钩滑轮的间距;取 。 卷筒的壁厚: (2-29)取。(2) 卷筒强度验算1) 卷筒壁压应力验算 (2-30)式中 多层卷绕系数, 取单层则; 应力减小系数,考虑绳圈绕入时对筒壁应力有减小作用,一般可取; 钢丝绳最大静拉力,; 卷筒壁厚,; 绳槽节距,;将数值代入上式,得:。对铸铁卷筒HT20-40,则文献6表10-1查得其最小
18、抗拉强度。许用压应力: (2-31),故卷筒压缩强度足够。 2) 卷筒应力验算由于卷筒长度,尚应校验由弯矩产生的拉应力,卷筒弯矩图如图2.7。图2.7 卷筒受力简图卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒是中间时: (2-32)卷筒断面系数: (2-33)式中 卷筒外径,; 卷筒内径,于是 (2-34)合成应力: (2-35)式中 许用应力 由文献6表和查,。 所以 ,卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径,长度,卷筒槽的槽底半径,槽距;起升高度H=15m,倍率a=3靠近减速器一端的卷筒槽为向左的A型卷筒,标记为:卷筒:左 JB/T 9006.21999 2.6 绳端固定装置的计算根据钢绳直径为,由文献2
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