桥式起重机机构设计.doc

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1、桥式起重机机构设计2 桥式起重机行走及提升机构传动方案选择2。1 桥式起重机小车行走及提升机构组成部分桥式起重机又称天车,是横架于车间、厂房和货场上空进行物料吊运的起重设备。它主要由电气、起重小车、大车运行机构和桥架四部分组成。其中起重小车又可分为提升机构、小车运行机构和小车架。图21 总体装配效果图2。1.1 起重机主要技术参数及其选择设计参数如下:起重量：30t，提升高度:10m，跨度:20m；提升速度：5m/min；工作级别：M5级;机构接电持续率：25。（1）起重量查起重机设计手册(以下简称手册)表 11-1 起重量系列(GB/T 7831987)可知： 额定起重量为32t一般情况下，

2、当起重量超过10t，常设二个提升机构,即主提升机构和副提升机构,选择主钩起重量32t,副钩起重量5t（2）提升高度 查手册 表112电动桥式起重机提升高度系列(GB/T 790-1995）可知： 当，主钩提升高度：16m 副钩提升高度：18m （3）跨度 查手册 表1-1-6桥式起重机跨度系列（GB/T 790-1995）可知： 当，有通道则起重机跨度选取 22m，厂房跨度选取24m； 无通道则起重机跨度选取 22.5m，厂房跨度选取24m；2。1.2 起重机工作级别（1）起重机的使用等级 按GB/T 38112008起重机设计规范，查手册表121起重机的使用等级（GB/T 3811-2008

3、,ISO 43011986）可知：使用等级为,对应的起重机总工作循环数满足：(2）起重机提升载荷状态级别 载荷状态按设计,即较少吊运额定载荷，经常吊运中重载荷。此时起重机的载荷谱系数为： （3）起重机整机的工作级别查手册表 1-2-4 可知:起重机整机的工作级别为（4）自重载荷的估算 通用双梁桥式起重机自重估算的经验公式如下:起重小车的重量计算公式如下： 2.2 提升机构提升机构是起重机中最重要、最基本的机构，其工作的好坏直接影响整台机器的性能。它主要由钢丝绳、卷筒、滑轮、吊钩、电动机、减速机、制动器和联轴器等部分组成。2。2。1 提升机构的典型形式及比较大多数起重机提升机构的驱动装置都采取电

4、动机轴与卷筒轴平行布置。（1）电动机轴与卷筒轴平行布置的情况对于吊钩起重机，它的提升机构的基本驱动型式见图22：图22 提升机构的驱动装置1-减速器；2制动器；3-浮动轴；4联轴器；5-电动机；6-卷筒；7-卷筒支座利用浮动轴联接比弹性柱销联轴器或全齿式联轴器有二大特点：1）容许较大的安装误差，轴的长度越长，允许的安装误差越大2）有足够的维修操作空间,便于拆卸和更换零件3)使由于小车自重产生的轮压分布均匀当需设主、副二个提升机构时,通常布置方式如图2-3所示:图23 主、副钩提升装置的驱动装置1主提升机构；2副提升机构慢速提升装置可采取图24所示方式：图24 慢速提升的驱动装置（2）电动机轴与

5、卷筒轴同轴线布置的情况图2-5 同轴线提升驱动装置图2.2。2 主、副提升传动方案的确定对于此次设计的30 t桥式起重机提升机构，按照要求需设置主、副提升机构.同轴线布置的提升机构横向尺寸紧凑，但加工精度和安装要求较高，维修也不太方便，所以不选用；慢速提升装置主要用于大吨位起重机，要求减速器有很大传动比，需多台减速器联合使用，经初步计算可知，本课题提升机构使用单台减速器即可满足要求,此外本桥式起重机额定起重量属于中小吨位起重范畴，故不选用;综合分析选用如图2-3提升机构驱动装置最为合理。(1）主提升传动方案传动方式三维图如图2-6所示：图26 主提升机构（2）副起升传动方案传动方式三维图如图2

6、7所示:图27 副提升机构三维图2。3 运行机构起重机运行机构分为轨行式和无轨运行两类，这里选择轨行式运行机构,因为它具有负荷能力大、运行阻力小，可以采用电力驱动等特点.小车运行机构具体由车轮、轨道、电动机、减速机、制动器和联轴器等部分组成。大车运行机构与小车运行机构结构类似。2。3。1 运行机构典型布置方式由一台电动机通过传动轴驱动二侧车轮转动的方式，称为集中驱动.根据转速不同可分为以下集中驱动形式：（a) 低速轴驱动（b） 高速轴驱动（c） 中速轴驱动图28 集中分布驱动布置简图双梁小车是指双梁桥式起重机和双梁门式起重机的起重小车，其布置简图如图2-9所示：（a）减速器位于小车架中心线（b

7、）减速器偏向一侧图29 集中驱动小车布置简图图210 “三合一”小车运行机构1-带制动器电机；2-传动轴；3减速器;4弹性支撑；5车轮图211 “三合一大车运行机构2。3.2 大车、小车运行机构传动方式的确定小车的运行机构常采用低速轴集中驱动，布置简图如图2-8（a）所示。电动机通过固定在小车架的立式减速器上,配合联轴器传递扭矩,带动传动轴驱动车轮，制动器放在电动机另一端的外伸轴上，或与高速联轴器合为一体.这种驱动方式的优点是可以采用标准部件，安装和维修方便,故而选择这种驱动方式。 小车运行机构传动方式三维图如图212所示：图2-12 小车运行机构三维图大车运行机构因行走轮之间距离很长故常采用

8、分别驱动的方式,市场上有专门的起重机三合一大车运行机构出售,此种方式安装和维修都十分方便。大车运行机构传动方式三维图如图2-13所示:图2-13 大车运行机构三维图2。4 小车架 小车架是支撑和安装起升机构和小车运行机构的机构，设计时,要求小车架具有足够的强度和一定刚度，重量轻，制造安装方便。小车架的主要受力构件有:二根顺着小车轨道的纵梁，二根或多根与之相垂直的横梁。纵梁支撑在车轮的轴承上；横梁与纵梁焊接在一起形成一刚性整体。有一种适合中、小吨位简化的小车架方案如下：图2-14 简易型起重小车1带制动器的电动机;2-减速器；3卷筒；4-定滑轮；5-端梁；6运行驱动装置2.4 本章小结通过对桥式

9、起重机的行走及提升机构的研究发现，当给定桥式起重机额定起重量等基本参数后，依照手册内相关图表就能够选择出一种适合传动方式，并且为后面的计算与校核工作做好准备。参考的手册都是权威发布的最新版手册,能够很好与实际工程应用接轨。3 提升机构设计3。1 主提升机构设计(1）根据机械设计手册表 1-2 几种起重机工作机构速度范围查得:通用桥式起重机（吊钩式）中级 提升速度：主提升 ，副提升 运行速度：小车 ，起重机运行速度 图3-1 提升卷绕系统 查起重机设计手册取滑轮组倍率，采用如上图所示双联滑轮组连接,选用滚动轴承，则滑轮组的效率查表 4211 可知：双联滑轮组可以看成是二个倍率相同、各自吊起的单联

10、滑轮组通过平衡滑轮并联而成，因此双联滑轮的倍率等于吊起物品钢丝绳分支数的一半. 当时，卷筒单层卷绕即可满足要求3。1.1 钢丝绳的选择（1)钢丝绳的最大静拉力: 式中 提升载荷，为额定提升载荷，为取物装置的重力,采用普通吊钩查手册表 3-1-2 吊钩自重载荷与额定提升载荷的关系可知： （3。2） -滑轮组倍率； -滑轮组效率； 导向滑轮效率，查手册表可知：当选取包角为，轴承为滚动轴承时，导向滑轮效率（2）钢丝绳的选择 采用C系数法,则有: (3。3） 式中 钢丝绳的最小直径 选择系数， 钢丝绳最大工作静拉力选用钢芯钢丝绳，查手册表 4-1-3 可知，查最新机械设计手册表 8115可知，对运动绳

11、而言，工作级别为，安全系数，则当钢丝绳公称抗拉强度为时，代入得:圆整为：（3)钢丝绳最小破断拉力为: （3。4）查起重机常用钢丝绳的主要性能（GB/T 201182006）可选用瓦林吞型钢芯钢丝绳,钢丝绳公称抗拉强度，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3。1.2 确定滑轮的主要尺寸滑轮的许用最小直径: (3.5）查机械设计手册轮直径比系数：滑轮，卷筒。根据直径选用系列与匹配，选用滑轮直径，选取平衡滑轮直径，取 .滑轮选用，滑轮轴直径的A型滑轮标记为：滑轮平衡滑轮选用，,滑轮轴直径的F型滑轮标记为：滑轮3.1.3 卷筒尺寸确定当时，卷筒单层卷绕即可满足要求。卷绕方式有

12、如下几种方式：单层绕单联卷筒 单层绕双联卷筒 多层绕卷筒图3-3 卷筒卷绕方式选用双联卷筒即可.（1）卷筒名义直径： （3。6）选用，长度,槽底半径,标准槽型槽距；提升高度，滑轮倍率；靠近减速器一端的卷筒槽向为左的型卷筒。标记为：卷筒 （2）单层绕卷筒长度： 式中 钢丝绳安全系数取2 绳槽节距取20，由 铸铁卷筒壁厚则取卷筒安装样式如图3-4所示：图3-4 卷筒安装样式3。1。4 卷筒强度验算（1)卷筒壁压应力验算：式中 与卷绕层数有关的系数取1 应力减小系数,一般取故选用灰铸铁,最小抗拉强度，许用压应力因为，故抗压强度足够(2）卷筒拉应力验算：式中 由钢丝绳最大拉力引起卷筒的最大弯矩，卷筒的

13、弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时: 抗弯截面模数， 卷筒内径，则许用拉应力:则卷筒强度验算满足3。1。5 卷筒稳定性验算对于,的大尺寸钢卷筒，必须对卷筒壁进行稳定性验算。(1)失去稳定时的临界压力(2）卷筒壁单位压应力（3)稳定性系数验算则卷筒稳定性验算满足。3.1.6 吊钩的选择根据手册表4-4-2可知,选择钩号为20的直柄单钩，采用锻造成形.(1） 孔钩直径：单钩 圆整为(2） 其他尺寸:柄部直径为，所选材料为吊钩装配示意图如下:图35吊钩装配示意图3.1.7 电动机选型按手册公式 3-1-4 计算电动机的稳态提升功率为:式中 机构的总效率，,在此为滑轮组效率；为导向滑轮效率;为卷筒效率；为

14、传动效率。采用闭式圆柱齿轮则表31 提升机构的值、值和值起重机型式用途提升机构副提升机构吊钩式桥式起重机电站安装及检修用15251501525150车间及仓库用2515025150繁重的车间、仓库用4030025150则使用绕线转子异步电动机功率应满足下式要求:式中 取，查手册表 3-1-5 稳态负载平均系数得(1）卷筒转速：(2）提升机构传动比：查附表选用电动机，其中额定功率为,额定转速为3.1.8 验算电动机发热条件（1）电动机轴上所需的转矩：（2）电动机过载校验：式中 电动机的额定功率最大转矩与额定转矩之比,当时，为2.8 系数，对于绕线转子异电动机取2.5（3）电动机发热校核:式中 稳

15、态平均功率 稳态负载平均系数,查手册表 51-77 可知， 额定提升载荷 额定提升速度 提升机构总效率查表 51-80 可知 ，故所选电动机能满足发热条件。3.1.9 选择减速器（1)卷筒转速:（2）减速器总传动比：（3）减速器的名义功率：QJ型起重机减速器用于提升机构的选用方法如下：式中 提升动载系数,车间起重机提升状态级别为，查手册表 1-35 可知，。根据式3.26得 (3.26）选用中心距 ，输出转矩,公称传动比标记为：减速器 图36 减速器平面图（4）减速器验算：轴端最大径向力按下式校验：式中 卷筒自重约，取最大计算表32 减速器输出轴端最大允许径向载荷名义中心距/mm4004505

16、00560630710最大允许径向载荷/NQJR型35000550006000075000100000107000QJS型QJRS型550006400093000120000150000170000由表可知,因为 ，故减速器输出轴的强度满足。3.1.10 选择制动器对于中小功率的驱动机构(驱动功率在以下）的制动装置，仍然以鼓式制动器为主。提升机构的制动转矩应满足下式要求：式中 制动器制动转矩 制动安全系数，查手册表 3-1-9 可知，取 按最外层钢丝绳中心计算的卷筒卷绕直径 传动装置和滑轮组的总效率河南某企业制动器生产产品图片如下：图37 YWZ电力液压鼓式制动器查该企业产品参数表选用电力液压

17、鼓式制动器，标记为：3。1。11 选择联轴器提升机构中的联轴器应满足下式要求：式中 所传扭矩的计算值 按第类载荷计算的轴传最大扭矩,对高速轴,对低速轴 电动机的额定转矩 联轴器许用转矩 联轴器重要程度系数,对提升机构 角度偏差系数，选用非齿轮联轴器选用 型带制动轮弹性柱销齿式联轴器，标记为:3。1。12 起、制动时间验算起动时间和起动平均加速度验算，根据起重机不同的使用要求,对提升机构起（制)动时间或平均加(减）速度只选其中一项校核计算即可起动时间按下式计算:式中 电动机额定转速 其他传动件的转动惯量折算到电动机轴上的影响系数，取 电动机转子的转动惯量，查手册可知 电动机轴上制动轮和联轴器的转

18、动惯量，查机械设计手册可知: 作提升运动的物品的惯量折算到电动机轴上的转动惯量，按下式计算： 电动机平均起动转矩，按下式计算 电动机平均起动转矩倍数，查手册表 135 可知取 稳态提升额定载荷时电动机轴上的转矩 推荐起动时间，查手册表 31-11 可知则起、制动时间验算满足要求。3。2 副提升机构设计由于副提升机构的设计与提升机构的设计有很大相似之处，几乎可以说只是变换了一组参数，为了使计算篇幅凝练简洁，更加凸显设计的思路与方法,故在此不对副提升机构的各个零部件作详细计算与校核，只在下列表格中列出对应数据，相关公式的选择请参照主提升机构设计计算部分。3.3 主、副提升机构设计参数对比 机构名称

19、主要参数起升机构副起升机构起重量t325起升速度m/min515起升高度m1012钢丝绳直径mm1810结构最大静拉力N43177。213220。3破断拉力kN19959。49卷筒型号单层卷绕双联卷筒单层卷绕双联卷筒尺寸A 4001500-1020-104左A 3151000-5。511.5122-左滑轮型号AA尺寸吊钩钩号202.5电动机型号功率3517转速957955减速器型号传动比i62.3432.48联轴器型号型带制动轮弹性柱销齿式联轴器型带制动轮弹性柱销齿式联轴器转矩1263.5613.7制动器型号电力液压鼓式制动器电力液压鼓式制动器标记个数单双单双制动力矩386.222386。22

20、18021803.4 本章小结设计提升机构时,综合参考了起重机设计手册、机械设计手册和相关论文文献关于提升机构的设计计算部分,发现了大部分仍然采用的是传统设计方法，在选择零部件具体型号时还是需要依据工程人员的经验。所以本次设计是在无任何工程背景下偏安全的设计，与实际工程应用有一定差距。4 运行机构设计4.1 小车运行机构设计4。1.1 选择车轮与轨道国内外起重机设计规范中关于车轮直径的设计计算普遍采用的是按车轮与轨道接触疲劳强度确定车轮直径的设计方法，主要理论源自赫兹线弹性接触理论。有轨式运行机构设计中,车轮与轨道的选择和验算至关重要.(1）车轮分类按有无轮缘可分为三种，即双轮缘车轮、单轮缘车

21、轮和无轮缘车轮，其中双轮缘车轮用于桥、门式起重机大车走行轮，轮缘高为 25mm30mm，单轮缘车轮常用于桥、门式起重机的小车走行轮，轮缘高为 20mm25mm。这三种车轮已经标准化，标准号为 ,基本尺寸见下图：双轮缘车轮 单轮缘车轮 图41 车轮分类（2)线接触的允许轮压式中 与材料有关的许用线接触应力常数 车轮直径 车轮与轨道有效接触长度 对具有平坦承压面的轨道，轨顶总宽度为,每边倒圆角半径为，则 转速系数，按手册表 48-7 取 工作级别系数，按手册表 4-8-8 取图4-2 车轮与轨道接触方式 表41 系数车轮材料的抗拉强度3。80。0535.60.16.00.1326.80.18180

22、07.20.245起重机钢轨截面 p型铁路钢轨截面图4-3起重机常用钢轨截面图特征轮压:则允许轮压：（3）车轮与钢轨的匹配见表42表42 车轮与轨道D轻轨9 12 15 22kg/m kg/m kg/m kg/m热轧钢轨38 kg/m 43kg/m起重机钢轨QU70 QU80 QU100B2B2B220032.125032.138。142.8650。831532.138。142.8650。86870708040068707080500687070801006306870708010071068707080100800687070801006.356。357。947.941313688B9095

23、95100100105110110135145135145135145155160185190注:1)轻轨按照GB/T 11264选取2)热轧钢轨按照GB/T 25852007选取3）起重机钢轨按照YB/T 5055-1993选取4）表中B值上方用于小车车轮，下方用于大车车轮5)优先选用黑体的匹配组合（4)车轮的疲劳计算载荷式中 起重机正常工作下时的最大轮压，取 起重机正常工作下时的最小轮压,取 1。15是考虑轮压分布不均引起的车轮轮压增大系数(5)选择车轮与轨道车轮材料选用65 Mn，其抗拉强度为，查表可知根据特征轮压表,初选车轮直径为，热轧钢轨43 kg/m，对于桥式起重机常选用单轮缘车轮

24、，小车架跨度小，刚度好，不易脱轨。选用直径，轮宽标记如下:车轮 轨道为选用43 kg/m的p型铁路钢轨（6）车轮强度校核车轮允许轮压：等效工作轮压即车轮疲劳计算载荷 ,故车轮疲劳强度满足要求。对于小车而言,车轮的最大静轮压应该是静载试验时的最大轮压,即,因此最大轮压 ，车轮静强度满足要求。综上，该小车运行机构的车轮直径为，轨道为43 kg/m4.1。2 运行阻力计算稳定运行的静阻力由摩擦阻力、坡道阻力和风阻力三项组成（1)最大摩擦阻力:主要包括车轮踏面的滚动摩擦阻力、车轮轴承的摩擦阻力以及附加摩擦阻力三部分：式中 起升载荷； 运行小车的自重载荷； 车轮沿轨道的滚动摩擦力臂； 车轮轴承的摩擦阻力

25、系数; 与轴承相配合处车轮轴的直径； 车轮踏面直径； 考虑车轮轮缘与轨顶侧面摩擦或牵引供电电缆及集电器摩擦等的附加摩擦阻力系数； 摩擦阻力系数,初步计算车轮为滚动轴承时可取.(2）坡道阻力：式中 -坡度角，当坡度很小时，在计算中可用轨道坡度代替，对于桥式起重机取，即（3）风阻力：因为考虑到是在车间内使用，故此部分可忽略不计。4。1.3 电动机选择与验算电动机的稳态运行功率式中 起重机或小车的稳态运行阻力； 运行速度； 机构传动效率，取 电动机台数对于桥架类型起重机的大、小车运行机构电动机：式中 考虑到电动机起动时惯性影响的功率增大系数.对于室内作业的起重机 可取1.2，对应小车运行机构速度为3

26、0 m/min（1)电动机初选选用绕线转子异步电动机，其所选电动机功率应满足下式要求：式中 所选电动机在相应的值和实际接电持续率值下的功率 稳态负载平均系数，见表43表43 稳态负载平均系数稳态负载平均系数运行机构室内起重小车室内起重大车室外起重大、小车0。70.850。750。80。900.80。90.950.851.01.00。9查附表选用电动机型号，其中额定功率为，额定转速（2）电动机的过载校验式中 基准接电持续率时电动机额定功率 相对于的平均起动转矩倍数，对绕线转子异步电动机取1。7 运行静阻力 运行速度,根据式4.8计算: 机构初选起动时间,一般情况下对桥架类型起重机大车运行机构，小

27、车运行机构 机构对电动机轴的总惯量，可由式4.9计算而得：式中 电动机转子转动惯量 电动机轴上制动器和联轴器的转动惯量 计及其他传动件飞轮矩影响的系数,折算到电动机轴上可取 电动机额定转速综上，电动机满足过载条件。（3）电动机发热校核式中 稳态平均功率； 运动部分所有质量的重力,包括吊运物品和起重小车质量的重力; 坡道阻力系数，取0.001； 按起重机正常工作状态的计算风压计算，对于室内； 小车的运行速度。查表5180 可知，故所选电动机能满足发热条件。4.1.4 选择减速器（1）机构的计算传动比，按式4.8计算如下：式中 车轮踏面直径 初选运行速度 计算传动比(2）减速器的计算输入功率为：式

28、中 运行机构减速器的个数 运行速度 运行机构的传动效率 运行静阻力 运行起动时的惯性力：其中 加速动载系数取2.0选用减速器 ，实际传动比 4。1.5 选择联轴器（1）高速轴联轴器的计算扭矩应满足：式中 联轴器安全系数,取 刚性动载系数，取 电动机的额定转矩 联轴器许用扭矩，查手册取（2）低速轴联轴器的计算扭矩应满足:经计算，选用型带制动轮弹性柱销齿式联轴器,标记为:4.1。6 选择制动器运行机构装设制动器的作用一般是为了实现减速制动,并使停下来的起重机在作业时运行机构能保持不动。制动转矩按式4。14计算:式中 坡道阻力 风阻力，不计 满载运行时最小摩擦阻力，按式4。15计算如下： 制动器的个

29、数 电动机台数，取 制动时间，根据表3-28取选用电力液压鼓式制动器，标记为：4.1.7 验算起动时间（1）满载、上坡、迎风时的起动时间式中 电动机的平均起动转矩 满载、上坡、迎风时作用于电动机轴上的静阻力矩，按下式计算：其中 运行静阻力 车轮踏面直径起动时间一般应满足下列要求：对起重机 ；对小车 则起动时间验算满足。（2）起动平均加速度式中 起动平均加速度 运行机构的稳定运行速度 起动时间经验算起动平均加速度在允许的范围内。4.1。8 验算不打滑条件为了使起重机运行时可靠地起动或制动,防止出现驱动轮在轨道上的打滑现象,应分别对驱动轮作起动和制动时的打滑验算.(1）起动时按下式验算:（2）制动

30、时按下式验算:式中 钢制车轮与钢轨的黏着系数，对室内工作的起重机取0。14 黏着安全系数,取 轴承摩擦系数，选用锥形滚子式轴承取 轴承内径 驱动轮最小轮（集中驱动时为全部驱动轮压) 打滑一侧电动机的平均起动转矩 计及其他传动件飞轮矩影响的系数,折算到电动机轴上可取 打滑一侧的制动器的制动转矩 制动平均减速度，其中计算表明，为了使工作繁忙的起重机工作时车轮不打滑，应合理选择电动机，并尽可能降低加速度或减速度,同时应选取合适的驱动轮数。4.2 大车运行机构设计大车运行机构同样采用“三合一”减速器装置,不同的是驱动方式有别于小车运行机构的集中驱动，而是选用分别驱动的方式，在设计步骤和零部件选择上同小车运行机构类似，因此这里为简化篇幅,不再赘述。4。3 小车、大车运行机构设计参数对比 机构名称主要参数小车运行机构大车运行机构轨道型号p型铁路钢轨起重机钢轨规格43 kg/mQU120运行速度0。51车轮直径mm315710标记车轮 车轮 S最大轮压kN112000532400最小轮压kN32000113100电动机型号功率1.76。3转速881928减速器型号传动比i31。540联轴器转矩127。94型号制动器型号电力液压鼓式制动器电力液压鼓式制动器标记32