2022年桥式起重机设计方案起升机构

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1、1/20 东北林业大学桥式起重机设计课程名称：起重输送机械专业班级：森林工程4 班学生：刘全兴学号：20080578 指导教师：孟春老师2018.7.42018.7.15 精选学习资料 -名师归纳总结-第 1 页，共 20 页2/20 桥式起重机设计起升机构设计说明书设计内容计算与说明结果1）确定起升机 构 传 动 方案，选择滑轮组和吊钩组设计参数:1）起重量:主钩 25t 2）跨度:L=25m 3）最大起升高度:H=10m 4）起升速度 V=0.0411m/s 小车运行速度 V=0.63m/s 大车运行速度 V=0.63m/s 5）工作级别 A4 6）JC值:401.起升机构计算按照布置宜紧

2、凑的原则，决定采用如下图5-1 的方案。按 Q=25t，查1 表 4-2 取滑轮组倍率 m=4，承载绳分支数：Z=2m=8 图 5-1 起升机构计算简图m=4Z=8 选 长 型 吊 钩精选学习资料 -名师归纳总结-第 2 页，共 20 页3/20 设计内容计算与说明结果2）选 择 钢 丝绳3）确定滑轮及滑轮组主要尺寸查起重机设计手册 附表 9 选长型吊钩组，图号为图3-4-22 机构工作级别M5，取 w=0.46,k=0.82,n=5,b=1550MPa则有 C=0.1d=CSmax=0.131250=18.38mm 查起重机设计手册选用纤维芯钢丝绳6w(19-22.5-1550-I-光-SZ

3、 GB 1102-74，钢 丝 公 称 抗 拉 强 度1550MPa，光面钢丝，左右互捻，直径d=22.5mm，钢丝绳最小破断拉力 Sb=328KN，标记如下：钢丝绳 6w(19-22.5-1550-I-光-SZ GB 1102-74 3.滑轮组的选择3.1 滑轮的许用最小直径：Ded=5.2220=450mm 式中系数 e=20 由起重机设计手册 表 3-2-1 查得。由 1附表 2 选用滑轮直径D=600mm。滑轮的绳槽部分尺寸可由1 附表 3 查得。由附表4 选用钢丝绳d=22.5mm，D=600mm，组，图号为图3-4-22-22.5-1550-I-光-SZ GB 1102-74 D=

4、600mm 精选学习资料 -名师归纳总结-第 3 页，共 20 页4/20 设计内容计算与说明结果查 起 重 机 手 册 表3-2-2选 择 滑 轮 绳 槽 断 面 尺 寸R=12.5mm,H=35.0mm,B1=63mm,E1=46mm,C=1.5mm.滑 轮 轴 径 计 算：材 料 采 用45钢，b=600MPa，=0.75b=450MPa。按剪切强度计算滑轮轴半径：2/2Qr=10mm 查表 3-2-4 选择滑轮尺寸，D5=50mm,滚动轴承型号为E1-210 GB 276,轴承宽 B10=20 其标记为：滑轮 E122.5600-50 ZBJ80006.3-87 3.2 吊钩横梁的计算

5、中间截面的最大弯曲应力：=5.2.5Q1WM2shdBl则MPa110.52275106.1MPa6590290244.8925000.512轴孔 d1的平均挤压应力：bssdQ1b2则MPaMPabs7.691.587207028.925000式中：bs=4s=275/3=91.67MPa=20mm,l=244mm,B=290mm,d=90mm,d1=70mm 3.3 拉板的计算拉板上有轴孔的水平截面的内侧孔边最大拉应力为：t=7.12Qjsdb则D=600mmD5=50mm h=65mm=20mm,l=244mm,B=290mm,d=90mm,d1=70mm b=175mm d=70mm=

6、20mm精选学习资料 -名师归纳总结-第 4 页，共 20 页5/20 设计内容计算与说明结果4）确 定 卷筒尺寸，并验算强度MPaMPa35.1327.122561232070175225.28.925000t式中：j-应力集中系数，取j=2.25。垂直截面的内侧孔边最大拉应力：=325.0225.0hQ220220sdhdd则MPa.1527025.010023207027025.01008.9250002222MPa753225轴孔处的平均挤压应力：bs=bsd2Q则MPaMPabs75.68.74023207028.9250004.卷筒的选择4.1 卷筒直径：由起重机设计手册可查得。根

7、据起重量选择：选择齿轮联接盘式卷筒组，选用Do=650mm，卷筒绳槽尺寸由起重机设计手册 表 3-3-7查得槽距，t=24mm，槽底半径 r=11.5mm 卷筒尺寸：L=g2102LLLL=g2100tm2LLLZDH=10024316024265014.34101023=1600mm 取 L=2000mm 式中 Z0附加安全系数，取Z0=2；=23h0=100mm L=2000mm 精选学习资料 -名师归纳总结-第 5 页，共 20 页6/20 设计内容计算与说明结果 L1无绳槽卷筒端部尺寸，由结构需要决定。D0卷筒计算直径D0=650mm L2固定钢绳所需长度，L23tgL中间光滑部分长度

8、，根据钢丝绳允许偏角确定 m 滑轮组倍率4.2 卷筒壁厚：=D02.0+610）=0.02650+610）=1923 取=20mm 4.3 卷筒拉应力验算：由于卷筒长度L3D，故不考虑弯曲和扭转的合成应力，仅考虑压应力对卷筒的影响。卷筒壁压应力验算：maxy=tnaxS=020.0024.031250=65.1MPa 选用灰铸铁 HT350，最小抗拉强度b=340MPa 许用压应力：y=1nb=5340=68MPa maxyY故抗压强度足够4.4 卷筒的抗压稳定性验算PPK/n 式中 n稳定系数，n 取 1.4；P 卷 筒 壁 单 位 面 积 上 所 受 到 的 压 力；其 中P=2Smax/

9、Dt=024.065.0312502=4MPa 对于铸铁卷筒，PK=35/10.622D =6.70 MPa=20mm maxyYPPK/n 精选学习资料 -名师归纳总结-第 6 页，共 20 页7/20 设计内容计算与说明结果则 P=4PK/n=6.70/1.4=4.79MPa 故稳定性满足。故选定卷筒直径D=650mm，长度L=2000mm；卷筒槽形的槽底半径r=11.5mm，槽距 t=24mm；起升高度 H=10m，倍率 m=4 卷筒 A-6502000-11.524-104-左 ZB J80 006.1-87 4.5 钢丝绳在卷筒上的固定固 定 方 法 选 择 用 压 板 固 定，由

10、于 钢 丝 绳 直 径d=22.5mm,从起重机手册表3-3-4 选择序号为 6 的压板，压板螺栓直径为 M20.4.5.1 绳尾固定处的拉力为了减小钢丝绳固定处的拉力，钢丝绳在卷筒上应有1.5-3圈的安全圈。利用钢丝绳与卷筒之间的摩擦，减小绳尾固定处的拉力。根据欧拉公式，绳尾固定处拉力 SG=emaxS=3.1440.162.71831250=4187.5N 式中：Smax-钢丝绳最大静拉力 N）；-钢 丝绳 与卷 筒 表 面 之 间的 摩擦 系数，=0.12 0.16。-安全圈在卷筒上包角 通常取 1.53 圈）；e-自然对数的底数，e2.718.4.5.2 螺栓预紧力 P 1）压板槽为半

11、圆形，考虑钢丝绳与卷筒之间的摩擦力作用：P=)1e(SG=1718.216.05.418714.3216.0=7014N 4.5.3 螺栓强度验算压板螺栓除受预紧力的拉伸作用外，还受垫圈与压板卷筒A-6502000-11.524-104-左ZB J80 006.1-87从起重机手册表 3-3-4 选择序号为6的压板，压板螺 栓 直 径 为M20.SG=4187.5NP=7014N 精选学习资料 -名师归纳总结-第 7 页，共 20 页8/20 设计内容计算与说明结果之间的摩擦力P使螺栓弯曲引起的拉力，故螺栓的最大应力为：=21321/1.04PmmNzdtPdz则=a.9MP18203.10.

12、5246.1070144204.133701432式中：z-固定钢丝绳的螺栓数量，取z=3。d1-螺栓螺纹内径 mm）；-垫圈与钢丝绳压板之间的摩擦系数，取=0.16；t-P的作用力臂，t=24.5mm。螺 栓 许 用 拉 应 力，取 =0.8S/1.5=0.8*225/1.5=120MPa,S为 螺 栓 屈 服 强 度 为225MPa.由于,故满足要求。5 驱动装置的设计5.1 卷筒转速的计算单层卷绕卷筒转 NT=0m60Dv=.6504.1314.00460=4.82r/min式中 v起升速度 m/s）；D0卷筒卷绕直径5.2 选择电动机5.2.1 电动机的静功率的计算Pj=1000vQ=

13、78.010000.0419.825000=11.55kw 式中 Qv 起升载荷及起升速度a.9MP18NT=4.82r/minPj=11.55kw精选学习资料 -名师归纳总结-第 8 页，共 20 页9/20 设计内容计算与说明结果5）驱 动 装 置的设计ctdz*机构总效率，z滑轮组效率且取滚动轴承取098；d导向滑轮效率，滚动滑轮取0.987 t卷筒效率，取 0.987 c传动效率，取0.85 5.2.2 电动机功率的计算Pw=1000v*QG=0.8*11.55=9.24kw G 稳态负载平均系数，由起重机设计手册表2-2-6 由工作级别可知取G2=0.8 5.2.3 电动机型号的选择

14、查起重机设计手册表 5-1-3选用电动机基准工作制S3-40%，电动机的额定频率为50Hz,额定电压380V，定子绕组为 Y接，YZR 180L-8 机座 IM1003，故 额 定 功 率 为11kw,额 定 转 速 为 700r/min,轴 孔D=55mm。5.2.4 电动机过载能力校验起升机构电动机过载能力按下式进行校验Pn1000*QvmH=PdPd=5.511*8.2*11.2=8.66MPa 式中 Pn在基准接电持续率时的电动机额定功率；m 电动机台数，暂取一台；m电动机转矩的允许过载倍数，取2.8；Pw=9.24kw 选电动机YZR 180L-8 机座 IM1003 Pd=8.66

15、MPa 故满足电动机精选学习资料 -名师归纳总结-第 9 页，共 20 页10/20 设计内容计算与说明结果6）验算电动机发热条件 H考虑电压降及转矩允差以及静载实验超载的系数。接线异步电动机取2.1，笼型取 2.2。故取 2.1.Pd/Pn=8.66/11=78.7%105%故 满 足 电 动 机 过 载 能力。6.绕线型异步发动机发热校验PSmPVGQ1000q=87.0110008.925000041.08.0kw4.29式中：Ps稳态平均功率 kw）；由于 JC=40，CZ=30 由起重机设计手册表5-1-36 查得 Ps=9.920 G稳态负载平均系数，一般由起重机设计手册表 5-1

16、-37 及表 5-1-41 查得 G=0.8；机构总效率；Vq物品起升速度 m/s）。PQ起升载荷 N）；m 电动机的个数，此处m=1；由于 Ps4.29，故满足要求。该电机基准工作制S3-40%时，额定输出功率：Pn=11kw.7.选择减速器7.1 减速器传动比起升机构传动比 i0=n/nt=700/4.82=145 式中 n电动机额定转速 r/min）；Nt卷筒转速 式中：k选用系数 k=1.1 由于许多标准减速器有自己的标定的选用方法，QJS 型起重机减速器用于起升机构的选用方法为：P1.1*Pn=12.1kw 查起重机设计手册 表 3-10-6选择 QJS 450-160-C-W,当工

17、作类型为中级*31250+1379*9.8/2 =38913.4N64000N 式中：2起升载荷动载系数，2=1+0.7*v；S钢丝绳的最大静拉力；Gt卷筒重力，查起重机设计手册 表 3-3-6 查选减速器QJS 450-160-C-WFmax=38913.4N Fmax*31250*0.65=20902N30000N式中：2起升载荷动载系数，2=1+0.7*v；T钢丝绳最大静拉力在卷筒上产生的扭矩；T 减速器输出轴允许的最大扭矩，查起重机设计手册 表 3-10-6 查得T=30000N；故减速器满足要求9.制动器的选择9.1 制动器转矩计算起升机构制动器的制动转矩必须大于由货物产生的静转矩，

18、在货物处于悬吊状态时具有足够的安全裕度，制动转矩应满足：TzKmiDQ20N*m）=1604287.065.08.92500075.1 =189.42N*m）式中：Tz制动器制动转矩；Tmax=20902NTmaxT精选学习资料 -名师归纳总结-第 12 页，共 20 页13/20 设计内容计算与说明结果9）选 择 制 动器 K制动安全系数，与机构重要程度和机构工作级别有关，由起重机设计手册表2-2-7查得 K取 1.75；Q额定起重载荷；D0卷筒卷绕直径；机构总效率，0.87；i传动机构传动比，i=160；9.2 制动器型号的选择根据制动器的特点，使用范围以及注意事项，选择 电 力 液 压

19、块 式 制 动 器，由Tz选 择YWZ5-315/23,制动轮直径D=315mm,额定制动转矩为200N?m 质量 44.6kg 10 联轴器型号的选择T=max31kTkT 式中：T所传动扭矩的计算值 N*m）；maxT按第类载荷计算的轴传最大扭矩，故2k=1；k1联轴器重要程度系数，对起升机构，k1=1.8；k3角度偏差系数，选用齿轮联轴器，k3=1.25，取角度偏差系数为0.50.制动器选择YWZ5-315/23精选学习资料 -名师归纳总结-第 13 页，共 20 页14/20 设计内容计算与说明结果10）选择联轴器高速轴:maxT=0.70.8）nmT取=150.1.825.70 =3

20、15.21N*m 式中：m电动转矩允许过载倍数，取2.8；Tn电动机额定转矩，Tn=9550*nP故Tn150.1N*m T=max31kTkT=1.23155.21.81=709.22N*m 由起重机设计手册 表 5-1-9查得 YZR 180L-8 机座IM1003电动机轴端为圆锥形mmd55，mml110。浮动轴的两端为圆柱形mmlmmd82,55从起重机设计手册 表 3-10-9 查得 QJS 450-160-C-W减速器的高速轴为圆锥形mmlmmd110,50。靠电动机轴端联轴器由表 3-12-6选用 CLZ3联轴器864218/JB8455BJ112551ZQ最大容许转矩 Tt=3

21、150N*mCM值,质量lG=26.9kg 靠减速器轴端联轴器由起重机设计手册 表 3-12-8 选用带mm300制动轮的半齿联轴器,序号为4,最大容许转矩 Mt=3150Nm,飞轮力矩8.12lGD kg m2,质量 39 kg.为 与 制 动 器 YWZ5-315/23相 适 应,将 联 轴 器 所 需mm300制动轮,修改为mm315应用.11.起制动时间的验算T=709.22N*m高速轴联轴器选择 CL3 联轴器864218/JB8555BJ110551ZQ精选学习资料 -名师归纳总结-第 14 页，共 20 页15/20 设计内容计算与说明结果11）起制动时间验算11.1 起动时间的

22、验算起动时间：)(55.9sqqTTJnttq =)143255(55.9599.07000.392s1s式中:n 电动机额定转速 r/min）；Tq电动机平均起动转矩，由起重机设计手册 表2-2-8可知三相交流绕线Tq=1.7Tn=150.71255N*m；Tj电动机静阻力距，Tj=miQD20=87.01604265.08.925000143N*m；J 机构运动质量换算到电动机轴上总转动惯量2kmg）；J=2220eim40)(15.1QDJJd =008.00)13.039.0(15.1=0.5992kmg式 中：Jd 电 动 机 转 子 的 转 动 惯 量2kmg），由 起重机设计手册

23、表 5-1-13查得 Jd=0.392kmg；Je制动轮和联轴器的转动惯量2kmg），由 起重机设计手册表 3-12-6查得 Je=0.132kmg；t推荐起动时间s），因为v=0.041m/s,由 起 重机 设 计 册带mm315制动轮齿轮联轴器,序号 4 qt=0.392s1s 精选学习资料 -名师归纳总结-第 15 页，共 20 页16/20 设计内容计算与说明结果表 2-2-9 查得t=1s；因为qqtt，故合适。11.2起动平均加速度：aq=aqtvaq=92.3041.00=0.105,a=0.2 aqa 满足要求11.2 制动时间的验算满载下降制动时间：)(55.9jTTJntz

24、ztz =）（108-2005.59603.07700.528 s1s 式中:n满载下降时电动机额定转速r/min）通常n=1.1n=min/770700.11r；Tz制动器制动转矩，由起重机设计手册 表 3-7-15 Tz=200N*m；TJ满载下降时电动机静阻力距，TJ=miQD20=16042.87065.08.900025108N*m；J 机构运动质量换算到电动机轴上总转动惯量 2kmg）；J=2220eim40)(15.1QDJJd =05.00)3.1039.0(15.1=0.6032kmg因 为qqtt，故合适。aqa tz0.528s1s 精选学习资料 -名师归纳总结-第 16

25、 页，共 20 页17/20 设计内容计算与说明结果式 中：Jd 电 动 机 转 子 的 转 动 惯 量2kmg），由 起重机设计手册表 5-1-13查得 Jd=0.392kmg；Je制动轮和联轴器的转动惯量2kmg），由 起重机设计手册表 3-12-6查得 Je=0.132kmg；tz 推荐制动时间 s），可取 tz tq；因为zztt，故合适。制动平均减速度：aj=ztva v=1.1v=0.0451m/s tz=0.528s,a=0.2 aj=0.0451/0.528=0.085a符合要求12.高速浮动轴的计算1）疲劳计算轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩：mNMMeax.4152150.10

26、15.16Im式中6动载系数6=0.51+2）=1.015 2起升动载系数，2=1.03 由上节选择联轴器中，已经确定浮动轴端直径d=55mm,因此扭转应力MPamNWMaxn8.54/108.54055.02.0.4152263Im轴材料用 45 号钢，由起重机设计手册表3-11-1可查得因 为zztt，故合适。aja精选学习资料 -名师归纳总结-第 17 页，共 20 页18/20 设计内容计算与说明结果12）高速浮动轴MPaMPasb300,600，弯 曲：1=240MPa扭转：1=1/3=243/3=140MPa s=0.6s=0.6300=180MPa 许用扭转应力：由 1 中式2-

27、11），2-14）Ioknk121式中mxkkk考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数；xk与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡和开有键槽及紧配合区段，xk=1.52.5 mk 与零件表面加工光洁度有关，此处取k=21.25=2.5 考虑材料对应力循环对称的敏感系数，对碳钢，2.0低合金钢3.0，取2.0；In 安全 系数，由 起 重 机 设 计 手 册 表 3-11-5得8.1In因此,MPaok3118.12.05.21402故,okn通过.2）强度计算轴所受的最大转矩m.6N154.115003.12ImeaxIMM最大扭转应力：MPaWMaxI646.4055.02.06.

28、1543Immax许用扭转应力：MPanIIsII1008.1180axMIm=152.4N*m MPa8.54n精选学习资料 -名师归纳总结-第 18 页，共 20 页19/20 设计内容计算与说明结果式中：IIn安全系数，由 1 表 2-21 查得8.1IInIImax故合适。浮动轴的构造如图所示，中间轴径高 速 浮 动 轴 构 造 如 图 所 示，中 间 轴 径mmdd6560)105(1，取mmd651图 5-3 高速浮动轴构造故,okn通过.max=4.646 MPa IImax故合适。精选学习资料 -名师归纳总结-第 19 页，共 20 页20/20 设计内容计算与说明结果精选学习资料 -名师归纳总结-第 20 页，共 20 页