32-5t吊钩桥式起重机设计【cad高清图纸和说明书全套】
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中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名: 刘 超 学 号: 21060313 学 院: 应用技术学院 专 业: 机械工程及自动化 设计题目: 32/5t吊钩桥式起重机设计 专 题: 指导教师: 陈 飞 职 称: 副教授 2010年 6 月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 应用技术学院 专业年级 机自064班 学生姓名 刘 超 任务下达日期:2010 年 3 月 9 日毕业设计日期: 2010 年 3 月 15 日至 2010 年 6 月 17 日毕业设计题目:32/5t吊钩桥式起重机设计毕业设计专题题目:毕业设计主要内容和要求: 设计一台吊钩桥式起重机,主要参数为:起重量(主起升):32t,起升高度(主起升):16m,起升速度(主起升):7.5m/min,起重量(副起升):5t,起升高度(副起升):18m,起升速度(副起升):20m/min,小车运行速度:42m/min,大车运行速度:74m/min,跨度:22.5m,工作级别:A5院长签字: 指导教师签字:中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语(基础理论及基本技能的掌握;独立解决实际问题的能力;研究内容的理论依据和技术方法;取得的主要成果及创新点;工作态度及工作量;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等):成 绩: 指导教师签字: 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语(选题的意义;基础理论及基本技能的掌握;综合运用所学知识解决实际问题的能力;工作量的大小;取得的主要成果及创新点;写作的规范程度;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等):成 绩: 评阅教师签字: 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语(选题的意义;基础理论及基本技能的掌握;综合运用所学知识解决实际问题的能力;工作量的大小;取得的主要成果及创新点;写作的规范程度;总体评价及建议成绩;存在问题;是否同意答辩等):成 绩: 评阅教师签字: 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩:答辩委员会主任签字: 年 月 日学院领导小组综合评定成绩:学院领导小组负责人: 年 月 日摘 要随着我国制造业的发展,起重机越来越多的应用到工业生产当中。在工厂中搬运重物,机床上下件,装运工作吊装零部件,流水线上的定点工作等几乎都要用到起重机。起重机中数量最多,在大小工厂之中均有应用的就是桥式起重机。桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机,又称天车,一般由起重小车、架桥运行机构、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。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处,在我国机械工业中占有十分重要的地位。但是,我国现在应用的各大起重机还是仿造国外落后技术制造出来的,而且已经在工厂内应用了多年,无论在质量上还是在功能上都满足不了日益增长的工业需求。如何设计使其成本最低化,布置合理化,功能现代化是我们研究的课题。本次设计就是对桥式起重机进行设计,主要设计内容是32/5t桥式起重机的结构及运行机构,其中包括桥架结构的布置计算及校核,主梁结构的计算及校核,端梁结构的计算及校核,主端梁连接以及大、小车运行机构零部件的选择及校核。关键词:制造业 ;桥式起重机ABSTRACTAs the developing of the manufacturing industry, crane has been applied to the industrial production more and more. Carrying a heavy load in the factory, taking the machine parts, lifting parts of shipment up and down and the work on the assembly line almost connect with the crane. The largest number of cranes which is applied to many kinds of the factories is the bridge crane. Bridge crane is a bridge along the high rail , also known as air crane. Bridge crane consists of trolley,operation mechanism, and metal structure. Trolley is composed of hoist mechanism , operation mechanism and frame of trolley. Bridge crane is widely used in indoor and outdoor storage, plant, port and open storage yard, etc. It has played a vital part in the machinery industry. However, our current crane in application still copy backward technology abroad, and has been applied in the factory for too many years. Both in quality and functionality are not to meet the growing industrial demand. How to design it to realize the lowest cost, reasonable layout, modern function is the subject of our study. My design is a bridge crane design, the main design elements are 32/5t bridge crane structure and operation mechanism, including the calculation and checking of the bridge and the main beams and the end beams, besides , the connection between the main and end beams and the choice about crane parts are also going to be designed and checked.Keywords:manufacturing industry ; bridge crane目 录1 概述 11.1起重机械的用途、工作特点及其在经济建设中的地位1 1.2起重机械的发展简史及发展动向11.3起重机械的组成和类型21.3.1起重机械的组成 21.3.2起重机械的类型 21.4桥式起重机的分类、用途、基本结构、基本参数及工作等级31.4.1桥式起重机的分类 31.4.2桥式起重机的用途 31.4.3桥式起重机的基本结构 41.4.4桥式起重机的基本参数 41.4.5桥式起重机的工作等级 62小车起升机构和运行机构的计算62.1起升机构计算 62.1.1确定起升结构传动方案,选择滑轮组和吊钩组 62.1.2选择钢丝绳 72.1.3确定滑轮主要尺寸 72.1.4确定卷筒及卷筒部件尺寸并验算强度 82.1.5选电动机 162.1.6验算电动机发热条件 172.1.7选择标准减速器 172.1.8验算起升速度和实际所需功率 182.1.9校核减速器输出轴强度 182.1.10选择制动器192.1.11选择联轴器202.1.12验算起动时间212.1.13验算制动时间222.1.14高速浮动轴计算232.2小车运行机构计算 252.2.1确定机构传动方案 252.2.2选择车轮与轨道并验算其强度 262.2.3运行阻力计算 272.2.4选电动机 272.2.5验算电动机发热条件 282.2.6选择减速器 282.2.7验算运行速度和实际所需功率 282.2.8验算起动时间 282.2.9按起动工况校核减速器功率 292.2.10验算起动不打滑条件292.2.11选择制动器302.2.12选择高速轴联轴器及制动轮302.2.13选择低速轴联轴器312.2.14验算低速浮动轴强度313大车运行机构的计算323.1确定传动机构方案 323.2选择车轮与轨道,并验算其强度 323.3运行阻力计算 343.4选择电动机 353.5验算电动机发热条件 353.6选择减速器 353.7验算运行速度和实际所需功率 363.8验算起动时间 363.9起动工况下校核减数器功率 373.10验算起动不打滑条件373.11选择制动器383.12选择联轴器393.13浮动轴高速轴的验算404桥架结构的计算参数414.1主要尺寸的确定 414.1.1 大车轮距 414.1.2 主梁高度 414.1.3 端梁高度 414.1.4 桥架端梁梯形高度 414.1.5主梁腹板高度 414.1.6 确定主梁截面尺寸 414.2主梁的计算 434.2.1计算载荷确定 434.2.2主梁垂直最大弯矩 434.2.3 主梁水平最大弯矩 444.2.4 主梁的强度验算 444.2.5 主梁的垂直刚度验算454.2.6 主梁的水平刚度验算464.3端梁的计算 474.3.1计算载荷的确定474.3.2端梁垂直最大弯矩474.3.3端梁水平最大弯矩474.3.4端梁截面尺寸的确定484.3.5端梁的强度验算484.4主要焊缝的计算 504.4.1端梁端部上翼缘焊缝504.4.2端梁端部下翼缘焊缝504.4.3主梁与端梁的连接焊缝504.4.4主梁上盖板焊缝505桥式起重机维护制度 526桥式起重机的润滑部位及注意事项 547桥式起重机安全检查项目 55参考文献 58翻译部分英文原文 59中文译文 63致谢 67 中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第 68页 概述1.1起重机械的用途、工作特点及其在经济建设中的地位起重机械是用来对物料进行起重、运输、装卸、或安装等作业的机械设备。它在国民经济各部门都有广泛的应用,起着减轻体力劳动、节省人力、提高劳动生产率和促进生产过程机械化的作用。例如,一个现代化的大型港口,每年的吞吐量有几千万吨乃至上亿吨,被运送的物料品种繁多,有成件物品,也有散装材料或液态材料。为了尽快地完成如此繁重的装卸任务,如不采用成套的起重运输设备,那是不可想象的。码头边上,吊车林立,成了现代化港口的重要特点。因此说,起重机械在现代化的生产过程中决不是可有可无的辅助工具,而是合理组织生产的必不可少的生产设备。起重机械在搬运物料时,经历上料、运送、卸料和回到原处的过程,有时运转,有时停转,所以它是一种间歇动作的机械。一个工作循环时间一般从几分钟到二三十分钟,其间各机构在不同时刻有短暂的停歇时间。这一特点决定了电动机的选择和发热计算方法;由于反复运动和制动,各机构和结构将承受强烈的振动和冲击,载荷是正反向交替作用的,许多重要构件承受不稳定变幅应力的作用,这些都将对构件的强度计算产生较大的影响。起重机属于有危险性作业的设备,它发生事故造成的损失将是巨大的。所以,起重机设计和制造一定要严格按照国家标准和有关规定进行。1.2起重机械的发展简史及发展动向简单的起重运输装置的诞生,可以追溯到公元前50004000年的新石器时代末期,为埋葬和纪念死者而修筑石棺和石台,我国古代劳动人民已能开凿和搬运巨石。蒸气机的出现,推动了第一次工业革命,起重机械也因之有了较大发展。1827年,出现了第一台用蒸气机驱动的固定式回转起重机,从此结束了起重机采用人力驱动的历史。在工业发展中,电力驱动的出现是起重机械蓬勃发展的转折点。1880年,出现了第一台电力驱动的载客升降机。1885年,制成了电力驱动的回转起重机,从后制成了电力驱动的桥式起重机和门座起重机等。二次世界大战期间,新产品、新材料、新工艺不断出现。例如:由于自动焊接新技术的出现,箱形结构的桥式起重机越来越受到人们的欢迎;由于计算机技术的推广应用,利用计算机进行辅助设计(CAD)和辅助制造(CAM),使起重机的整机布置更趋优化,基本零部件更加紧凑耐用;由于自控技术和数显技术的广泛普及,使起重机的控制和安全保护装置大为改善,保证了操作的安全性和可靠性。纵观世界各国起重机械发展的现状,对今后的动向,可归纳如下:1、 大型化由于石油、化工、冶炼、造船以及电站等的工程规模越来越大,所以吊车起吊物品的重量也越来越大。2、 重视“三化”,逐步采用国际标准所谓“三化”,是指起重机械的标准化、系列化和通用化。贯彻“三化”可以缩短设计周期,保证产品制造质量,便于管理和提高经济效益。3、 实现产品的机电一体化机械产品需要更新换代。在当今计算机技术、数控技术及数显技术大发展的年代里,更新换代的重要标志是实现产品的机电一体化。在起重机械上应用计算机技术,可以提高作业性能,增加安全性,以至实现无人自动操作。4、 人机工程学的应用起重机械一般应用在沉重和繁忙的、环境比较恶劣的场合。为减少司机的作业强度,保持旺盛的注意力,应根据人机工程学的理论,设计驾驶室,改善振动于噪声的影响,防止废气污染,使其符合健康规范的要求。1.3起重机械的组成和类型1.3.1起重机械的组成起重机由产生运动的机构、承受载荷的金属机构、提供动力和起控制作用的电气设备及各种安全指示装置等四大部分组成。 起重机机构有四类,即:使货物升降的起升机构;作平面运动的运行机构;使起重机旋转的回转机构;改变回转半径的变幅机构。每一机构均由电动机、减速传动系统及执行装置等组成。设计时应尽可能采用标准的零部件加以组合,以利于制造和维修。金属结构则要根据使用要求进行设计制造。电动机和控制设备大多是标准产品,安全指示装置通常从市场购买,特殊的由制造厂设计制造。1.3.2起重机械的类型 根据使用要求,设计任何合适的起重机形式。但从构造特征看,种类繁多的起重设备可归纳为三大类。1、 单动作起重设备这类起重设备是使货物作升降运动的起升机构。常见的下列几种:(1) 千斤顶 一种升降行程很小,举升能力较大的小型起重设备。螺旋千斤顶或齿条千斤顶可用于汽车维修;液压千斤顶可将大型起重机顶起以更换车轮。(2) 滑车(俗称葫芦) 一种用链条或钢丝绳与滑轮构成的省力滑轮组,结构紧凑,质量轻,是一种可携带的起重工具,有手动和电动两种。电动葫芦则是一种电动起升机构,配有运行小车后可在空间布置的工字钢轨上运行,构成单轨架空道,是一种生产流水线上空的自动运货车。电动葫芦亦可作为梁式起重机的起升机构。(3) 绞车 由电动机经减速器、卷筒、驱动钢丝绳滑轮组成的起重设备,用以起吊重物或产生牵引力。在矿山、建筑工地及舰船等处应用。各类起重机的起升机构都是一种绞车。(4) 升降机 一种由绞车拖动吊厢,吊厢沿刚性轨道升降的起重设备。在建筑工地上应用的建筑升降机是一种最典型的形式。在高层建筑物中应用的电梯是供人员上下楼使用的。矿山使用的矿井提升机与电梯类似,但更加大型化。2、 桥式类型起重机依靠起重机运行机构和小车运行机构组合,使起吊的货物作平面运动,再加上置与小车上的起升机构,作业的范围是长方形空间。根据结构形式不同有下列几种:(1) 桥式起重机(2) 门式起重机,包括装卸桥,岸边集装箱起重机等。(3) 缆索起重机3、 回转类型起重机依靠起重机的回转和变幅机构运动的组合,使起吊的货物作水平运动,作业范围是圆柱形空间,由于起重机整体还可以沿一定的轨道运行,所以,这类起重机的作业范围是比较大的,它又可分为如下几种:(1) 塔式起重机(2) 门座起重机(3) 流动起重机(4) 浮式起重机1.4桥式起重机的分类、用途、基本结构、基本参数及工作等级 桥式起重机有通用和专用两类。通用桥式起重机俗称行车,通常装在车间的顶上,用来为车间装卸货物。通用桥式起重机是标准产品,可从市场购买。专用桥式起重机主要为冶金企业各车间服务的,通常要专门设计。桥式起重机由桥架和运行小车组成,桥架由两根主梁和两根端梁构成,在端梁上安装有钢制车轮,使得整个桥架可以沿车间顶上的轨道运行。小车也有车轮,可以沿桥架运行。在小车上还装有起升机构,大中型的桥式起重机设有两个起升机构,大起重量的起升机构用来装卸大件货物,起升速度较低,小起重量的起升机构用来装卸小件货物,起升速度较高。桥式起重机的大梁横跨于跨间内一定高度的专用轨道上,可沿轨道在跨间的纵向移动,在外观上布置有起升装置,大多数起升装置采用起重小车,起升装置可沿大梁在跨间横向移动,外观像一条金属的桥梁,所以人们称它为桥式起重机。桥式起重机俗称“天车”、“行车”。桥式起重机由电缆供电,用电动机分别驱动各机构。1.4.1桥式起重机的分类桥式起重机的种类较多,可按不同方法分类。根据吊具不同,可分为吊钩式起重机、抓斗式起重机、电磁吸盘式起重机。根据用途不同,可分为通用桥式起重机、专用桥式起重机两大类。专用桥式起重机的形式较多,主要有:锻造桥式起重机、铸造桥式起重机、冶金桥式起重机、电站桥式起重机、防爆桥式起重机、绝缘桥式起重机、挂梁桥式起重机、两用(三用)桥式起重机、大起升高度桥式起重机等。 按主梁结构形式可分为箱行结构桥式起重机、桁架结构桥式起重机、管行结构桥式起重机。还有型钢(工字钢)和钢板制成的简单截面梁的起重机,称为梁式起重机。1.4.2桥式起重机的用途桥式起重机被广泛用于各类工业企业、港口车站、仓库、料场、水电站、火电站等场所。不同类型的桥式起重机所适合吊装的重物不同,并根据不同的要求采用不同的吊具。吊钩起重机吊装各种成件重物;抓斗起重机吊装各种散装物品,如煤、焦碳、砂、盐等;电磁起重机吊装导磁的金属材料,如型钢、钢板、废钢铁等。两用起重机是为了提高生产效率,在一台小车上装有可换的吊钩和抓斗或者电磁盘和抓斗,但每一工作循环只能使用其中的一种取物装置;三用起重机即吊钩、抓斗、电磁铁3种可以互换的取物装置,可吊装成件、散粒物品或导磁的金属材料,但每次吊装重物时,只能使用其中的一种取物装置。防爆起重机用于在有易爆、易燃介质的房间、库房等场所吊装成件重物,起重机上的电气设备和有关装置具有防爆特性,以免发生火花而爆炸。绝缘起重机用于吊装电解车间的各种成件物品,起重机上有关部分具有可靠的绝缘装置,保证安全操作。双小车起重机是在同一台主梁上设有两台相同的小车,用来搬运长件材料,各小车又可单独使用。挂梁起重机通过两个吊钩上的平衡梁挂钩或平衡梁上的电磁盘吊装和对垛各种长件材料,如木材、钢管、棒材、型材、钢板等。1.4.3桥式起重机的基本结构 尽管桥式起重机的类型繁多,但基本结构是相同的。桥式起重机主要是由大梁、起升装置、端梁、大梁行走机构、起升装置行走机构、轨道和电气动力、控制装置等构成。大梁结构桥式起重机一般采用两根端部连接的大梁组合结构,称为双梁桥式起重机,只有少数轻型桥式起重机采用单梁,称为梁式起重机。桥式起重机大梁的结构形式主要有箱行结构、偏轨箱行结构、偏轨空腹箱行结构、单主梁箱行结构、四桁架式结构、三角形桁架式结构、单腹板梁结构、曲腹板梁结构及预应力箱型梁结构等。最常见的是箱行结构。箱行梁由上盖板、下盖板和两个腹板构成一个箱体,箱内还有纵横长短筋板,见图1-1。在箱行梁的一侧铺设走台板和栏杆,在上盖板上铺设起升装置的行走轨道。为了检修的方便,在大梁上还布置有供人行走的走台和栏杆。起升机构起升机构用来实现重物的升降,是起重机上最重要和最基本的机构。桥式起重机的起升机构,除了少数梁式起重机采用电动葫芦外,一般均采用起重小车。起重小车由车架、运行机构、起升卷绕机构和电气设备等组成。车架支撑在四个车轮上,车架上的运行机构带动车轮沿轨道运行,以实现在跨间宽度方向不同位置的吊装。起升卷绕机构实际上是一台电动卷扬机和滑轮组的组合。起重量大于150KN的桥式起重机,一般具有两套起升卷绕机构,既主钩和副钩,主钩的额定载荷较大,但起升速度较慢,副钩的额定载荷小,但起升速度快,用以起吊较轻的物件或作辅助性的工作,以提高工作效率。在桥式起重机的铭牌上对其额定载荷的标注通常将主钩额定载荷标注在前,副钩额定载荷标注在后,中间用“/”隔开,如“1600KN/500KN”。1.4.4桥式起重机的基本参数起重机械的基本参数是用来说明起重机械的性能和规格的一些数据,也是提供设计计算和选择使用起重机械的主要依据。桥式起重机的基本参数主要有额定载荷、跨度、起升高度、工作速度和工作级别等。桥式起重机的额定载荷一般在505000KN之间,我国生产的标准桥式起重机系列有13种,即50,80,125/30,160/30,200/50,320/80,500/125,800/200,1000/320,1250/320,1600/500,2000/500,2500/500。桥式起重机的跨度指的是其大梁两轨道中心线的距离,它决定了桥式起重机的工作范围。目前我国生产的标准的跨度最小为10.5m,最大为31.5m,每隔3m一个规格,即10.5m,13.5 m,16.5 m,19.5 m,22.5 m,25.5 m,28.5 m,31.5 m。起升高度指的是吊钩上升到极限位置时,吊钩中心线至地面的垂直距离,一般标准桥式起重机的起升高度在1232m之间。桥式起重机的其他有关参数包括如下几项:额定起重量(t)吊钩所能吊起的最大重量。如使用其它辅助取物装置和吊具(如抓斗、电磁铁、夹钳和盛钢桶等)时,这些装置的自重应包括在额定起重量内。当决定起重机的额定起重量时,应符合标准规定的数值。因为起重量的数值对大多数起重机的自重有决定性的作用,因此在确定时应按照生产实际情况考虑,过小不能满足生产要求,过大会造成基建投资的浪费。起升高度(m)吊钩最低位置到吊钩最高位置之间的垂直距离,此参数在标准中没有规定,可根据工作需要来定。跨度(m)和幅度(m)都是表示起重机工作范围的参数。跨度是指桥式类型起重机大车运行轨道之间的距离;幅度是指旋转起重机的旋转中心线到吊钩中心线之间的水平距离。轨距(m)轨距也称轮距,按下列三种情况定义:对于小车,为小车轨道中心线之间的距离;对于铁路起重机,为运行线路两钢轨头部下内侧16mm处的水平距离;对于臂架型起重机,为轨道中心线或起重机行走轮踏面(或履带)中心线之间的距离。基距基距也称轴距,是指沿纵向运动方向的起重机或小车支承中心线之间的距离。基距的测定与支承轮的布置有关。起重力矩起重力矩是幅度与其相对应的起吊物品重力的乘积。起重倾覆力矩起重倾覆力矩,是指起吊物品重力与其至倾覆线距离的乘积。轮压轮压是指一个车轮传递到轨道或地面上的最大垂直载荷。按工况不同,分为工作轮压和非工作轮压。工作速度v(m/min)包括起升、运行、变副和旋转速度,但旋转速度用n(r/min)表示。起升速度起升机构电动机在额定转速下吊钩上升的速度;运行速度运行机构电动机在额定转速下,大车或小车直线运行的速度;变副速度吊钩从最大幅度到最小幅度的平均线速度;旋转速度旋转机构电动机在额定转速下,起重机的转速。生产率Q(t/h)说明起重机装载或吊运物品的工作能力的综合指标。起重机工作级别起重机工作级别是考虑起重量和时间的利用程度以及工作循环次数的工作特性。它是按起重机利用等级(整个设计寿命期内,总的工作循环次数)和载荷状态划分的。或者说,起重机工作级别是表明起重机工作繁重程度的参数,即表明起重机工作在时间方面的繁忙程度和在吊重方面满载程度的参数。自重及外形尺寸这是任何一种机器都应有的技术经济指标,它不仅是说明起重机械性能优劣的数据,而且直接影响基建费用的投资,因此,应十分重视减轻自重和减小外形尺寸。1.4.5桥式起重机的工作等级相同起重量的同一种起重机,如果它们使用的频繁程度不同,所起吊货物的质量接近额定起重量的程度不同,那么它们构件的尺寸和电动机的功率就应有较大的差别。为了在设计上给予区分,应将起重机分为不同的使用等级。所以,起重机工作级别是起重机设计的最基本出发点,主要有两个特征决定:起重机使用的忙闲程度(起重机的使用等级);起重机经常吊运货物的质量接近额定起重量的程度(起重机载荷状态等级)。2 小车起升机构和运行机构的计算已知数据:起重量(主起升):32t,起升高度(主起升):16m, 起升速度(主起升):7.5m/min;起重量(副起升):5t,起升高度(副起升):18m, 起升速度(副起升):20m/min;工作级别:A5;机构接电持续率JC=25%。2.1起升机构计算2.1.1确定起升结构传动方案,选择滑轮组和吊钩组按照布置紧凑的原则,决定采用双联滑轮组的方案。 主、副起升运行机构布置图按Q=32t,查1表4-1取滑轮组倍率=4,承载绳分支数Z=2= 8;查1附表9选图号为T1 362.1509吊钩组,得其质量=847kg,两滑轮间距=102+2165=432mm;按Q=5t,查1表4-1取滑轮组倍率=2,承载绳分支数Z=2= 4;查1附表8选图号为G13吊钩组,得其质量=99kg,两滑轮间距=200mm;2.1.2选择钢丝绳主起升机构中,若滑轮组采用滚动轴承,当=4,查2表2-1得滑轮组效率=0.975,钢丝绳所受最大拉力: = 4211.15 kg = 41.27 kN查2表2-4,工作级别A5时,安全系数n=5.5,钢丝绳计算破断拉力: =226.99 kN查1附表1所选瓦林吞式纤维芯钢丝绳619W+FC,钢丝公称抗拉强度1770MPa,光面钢丝,右交互捻,直径d1=20mm,钢丝绳最小破断拉力=233.6 kN标记如下: 钢丝绳1:20NAT 619W+FC 1770 ZS 233.6 GB8918-88副起升机构中,若滑轮组采用滚动轴承,当=2,查2表2-1得滑轮组效率=0.99,钢丝绳所受最大拉力: = 1287.63 kg = 12.62 kN查2表2-4,工作级别A5时,安全系数n=5.5,钢丝绳计算破断拉力: =69.41 kN查1附表1所选瓦林吞式纤维芯钢丝绳619W+FC,钢丝公称抗拉强度1770MPa,光面钢丝,右交互捻,直径d2=11mm,钢丝绳最小破断拉力=70.68 kN,标记如下: 钢丝绳2:11NAT 619W+FC 1770 ZS 70.68 GB8918-882.1.3确定滑轮主要尺寸主起升滑轮的许用最小直径: D1mind1(e-1)=20(25-1)=480 mm式中:由2表2-4查得轮绳直径比e=25,由1附表9表选用滑轮直径D1=610 mm,由1附表4选用钢丝绳直径=20 mm,滑轮直径=610 mm,滑轮轴直径D=130mm的E型滑轮标记为滑轮E 20610130 ZB J80 006.887;副起升滑轮的许用最小直径: D2mind2(e-1)=11(25-1)=264 mm式中:系数e=25由1表2-4查得,由1附表8表选用滑轮直径D2=400 mm,由1附表4选用钢丝绳直径=11 mm,滑轮直径=400 mm,滑轮轴直径D=45mm的E型滑轮标记为滑轮E 1140045 ZB J80 006.8-872.1.4确定卷筒及卷筒部件尺寸并验算强度1)主起升卷筒尺寸:卷筒直径:Dd1(e-1)=20(18-1)=340 mm其中系数筒绳直径比e=18由4表3-3-2查得,由1附表13选用=630 mm,卷筒绳槽尺寸由4表3-3-3得槽距=22 mm,槽底半径=11 mm卷筒长度: = = 2099.7 mm取 =2100 mm式中:附加安全系数,取= 2;L1无绳槽卷筒端部尺寸,根据结构取10mmL2固定钢绳所需长度,L23t=66mm,根据情况取L2=80mm卷筒不切槽部分长度,取其等于吊钩组动滑轮的间距,即=A1=432 mm,实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减;卷筒计算直径=D+d=630+20=650 mm卷筒壁厚: =0.02D+(610)=0.02630 +(610)=18.622.6 mm取=20 mm卷筒壁压应力计算: N/m=117.24 MP选用灰铸铁HT200,最小抗拉强度=195 MPa,许用压应力: = 130 MPa因 ,故抗拉强度是足够的。卷筒拉应力验算:由于卷筒长度L3D,尚应校验由弯曲应力产生的拉应力,卷筒弯矩图示于图:卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时: = 34419180 Nmm卷筒断面系数: = 5770793.65 Nmm式中: D 卷筒外径,D=630 mm; D卷筒内径,D= D-2=630-220=590 mm于是: =5.96 MPa 合成应力: = = 41.13 MPa式中许用拉应力: MPa故 卷筒强度验算通过,故选定卷筒直径=630 mm,长度=2100 mm,卷筒槽形的槽底半径=11 mm,槽矩=22 mm,起升高度=16 m,倍率=4,靠近减速器一端的卷筒槽向为右的A型卷筒,标记为:卷筒A 63021001122164 右ZB J80 007.2-872)卷筒心轴计算: 通过做草图得到卷筒心轴的支点位置,并参考有关资料,决定心轴的各段直径,轴的材料用45钢。.支座反力 N24127065823.18=16716.82 N心轴右轮毂支承处最大弯矩: =16716.8214.78=247074.6.疲劳计算: 对于疲劳计算采用等效弯矩,由1表26查得等效系数=1.1,等效弯矩:弯曲应力:心轴的载荷变化为对称循环。由1211,213式知许用弯曲应力:轴材料为45钢,其 式中 n1.6安全系数;(见1表218) K应力集中系数,K; Kx1.4与零件几何形状有关的应力集中系数; Km1.15与零件表面加工光洁度有关的应力集中系数;故 通过.静强度计算:卷筒轴属于起升机构低速轴零件,其动力系数可由125查得,; 许用应力: 通过故卷筒轴的疲劳和静强度计算通过。3)选择轴承由于卷筒心轴上的左轴承的内,外座圈以同样转速转动,故无相对运动,可按照额定静载荷来选择。右轴承的外座圈固定,内座圈与心轴一同旋转,应按照额定动负荷来选择。.左端轴承: 由6(1916)式轴承的额定静负荷 C0式中 C0额定静负荷; P0当量静负荷; n0安全系数,由6表197取n01.04因此选用调心球轴承,型号2318,其额定静载荷C077.2 kN,左轴承的当量静负荷为:式中 fd1.1动负荷系数,由6表196选取, 故安全.右端轴承:令右端轴承也采用2318,其额定动负荷C=142 kN右轴承的径向负荷 轴向负荷 设M5级工作类型的轴承工作时数Lh4000h,查得2318轴承的e0.39,令,故 x=1,y=2.7,当量动负荷:由6(192)式:所以 动负荷 安全4)绳端固定装置计算根据钢绳直径为20mm,卷筒长度计算中采用的附加圈数Z02,绳索与卷筒绳槽间的摩擦系数f0.15。则在绳端固定处的作用力:压板螺栓所受之拉力: 式中 压板与钢绳的换算摩擦系数螺柱由拉力和弯矩作用的合成应力: 式中 Z2(螺柱数) d122mm(螺纹内径) (弯矩) 螺柱材料为Q235,屈服极限240MPa,则许用拉伸应力为:(取安全系数n1.6)因为 ,故通过1)副起升卷筒尺寸:卷筒直径:Dd(e-1)=11(18-1)=187 mm由1附表13选用=300 mm,卷筒绳槽尺寸由4表3-3-3得 槽距=13 mm,槽底半径=6 mm卷筒长度: = = 1370 mm取 =1500 mm式中:附加安全系数,取= 2;L1无绳槽卷筒端部尺寸,根据结构取30mmL2固定钢绳所需长度,L23t=39mm,根据情况取L2=50mm卷槽不切槽部分长度,取其等于吊钩组动滑轮的间距,即=A=200 mm,实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减;卷筒计算直径=D+d=300+11=311 mm卷筒壁厚: =0.02D+(610)=0.02300 +(610)=1216 mm取=14 mm卷筒壁压应力计算:N/m=69.34 MP选用灰铸铁HT200,最小抗拉强度=195 MPa,许用压应力: = 130 MPa因 ,故抗拉强度是足够的。卷筒拉应力验算:由于卷筒长度L3D,尚应校验由弯曲应力产生的拉应力,卷筒弯矩图示于图:卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时: = 8203000 Nmm卷筒断面系数: = 875455.9 Nmm式中: D 卷筒外径,D=300 mm; D卷筒内径,D= D-2=300-214=272 mm 于是: =9.37 MPa 合成应力: = = 30.17 MPa式中许用拉应力: MPa故 卷筒强度验算通过,故选定卷筒直径=300 mm,长度=1500 mm,卷筒槽形的槽底半径=6 mm,槽矩=13 mm,起升高度=18 m,倍率=2,靠近减速器一端的卷筒槽向为右的A型卷筒,标记为:卷筒A 3001500613182 右ZB J80 007.2-872)卷筒心轴计算: 通过做草图得到卷筒心轴的支点位置,并参考有关资料,决定心轴的各段直径,轴的材料用45钢。.支座反力 N21262016186=9054 N心轴右轮毂支承处最大弯矩: =905414.78=133818.12.疲劳计算: 对于疲劳计算采用等效弯矩,由1表26查得等效系数=1.1,等效弯矩:弯曲应力:心轴的载荷变化为对称循环。由1211,213式知许用弯曲应力:轴材料为45钢,其 式中 n1.6安全系数;(见1表218) K应力集中系数,K; Kx1.4与零件几何形状有关的应力集中系数; Km1.15与零件表面加工光洁度有关的应力集中系数;故 通过.静强度计算:卷筒轴属于起升机构低速轴零件,其动力系数可由125查得,; 许用应力: 通过故卷筒轴的疲劳和静强度计算通过。3)选择轴承由于卷筒心轴上的左轴承的内,外座圈以同样转速转动,故无相对运动,可按照额定静载荷来选择。右轴承的外座圈固定,内座圈与心轴一同旋转,应按照额定动负荷来选择。.左端轴承: 由6(1916)式轴承的额定静负荷 C0式中 C0额定静负荷; P0当量静负荷; n0安全系数,由6表197取n01.04因此选用调心球轴承,型号2314,其额定静载荷C037.5 kN,左轴承的当量静负荷为:式中 fd1.1动负荷系数,由6表196选取, 故安全.右端轴承:令右端轴承也采用2314,其额定动负荷C=110 kN右轴承的径向负荷 轴向负荷 设M5级工作类型的轴承工作时数Lh4000h,查得2314轴承的e0.38,令,故 x=1,y=2.7,当量动负荷:由6(192)式:所以 动负荷 安全4)绳端固定装置计算根据钢绳直径为11mm,卷筒长度计算中采用的附加圈数Z02,绳索与卷筒绳槽间的摩擦系数f0.15。则在绳端固定处的作用力:压板螺栓所受之拉力: 式中 压板与钢绳的换算摩擦系数螺柱由拉力和弯矩作用的合成应力: 式中 Z2(螺柱数) d116mm(螺纹内径) (弯矩) 螺柱材料为Q235,屈服极限240MPa,则许用拉伸应力为:(取安全系数n1.6)因为 ,故通过2.1.5选电动机主起升电动机静功率: = = 47.3 kW式中::机构总效率,一般=0.80.9,取 =0.85; 电动机计算功率: =0.847.3=37.84 kW式中系数由2表6-1查得,对于M1M6级机构,=0.750.85 , 故取=0.8查1附表28选用电动机YZR280M,其额定功率(25%)=52kw,额定转速=727r/min,飞轮矩=11.2 kgm,质量=848kg副起升电动机静功率: = = 19.6 kW式中:机构总效率,一般=0.80.9,取=0.85; 电动机计算功率: =0.819.6=15.68 kW式中系数由2表6-1查得,对于M1M6级机构,=0.750.85 , 故取=0.8查1附表28选用电动机YZR225M,其额定功率(25%)=21kw,额定转速=718r/min,飞轮矩=3.2 kgm,质量=390kg 2.1.6验算电动机发热条件主起升机构中,按照等效功率法,求JC=25%时所需要的等效功率: =0.750.8747.3=30.86 kW 式中:工作级别系数,查2表6-4 ,工作类型为中级时=0.75; 系数,根据机构平均启动时间与平均工作时间的比值(/),由2表6-5,一般起升机构 / =0.10.2,取/=0.1,由2图6-6查=0.87;由以上计算结果, ,故初选电动机能满足发热条件。副起升机构中,按照等效功率法,求JC=25%时所需要的等效功率: =0.750.8719.6=12.79 kW 式中:工作级别系数,查1表6-4 ,工作类型为中级时=0.75; 系数,根据机构平均启动时间与平均工作时间的比值(/),由2表6-5,一般起升机构 / =0.10.2,取/=0.1,由2图6-6查=0.87;由以上计算结果, ,故初选电动机能满足发热条件。2.1.7选择标准减速器主起升卷筒转速: = = 14.7 r/min减速器总传动比: = = 49.46查1附表35,选ZQ-850-3CA减速器,当工作类型为中级时,许用功率N=57 kW ,=48.57副起升卷筒转速: = 40.96 r/min减速器总传动比: = = 17.53查1附表35,选ZQ-500-3CA减速器,当工作类型为中级时,许用功率N=27.0 kW ,=15.752.1.8验算起升速度和实际所需功率主起升实际起升速度: =7.64 m/min 误差: = 100% = = 1.87% = 15% 实际所需等效功率: = 31.44 kW (25%)=52 kW副起升实际起升速度: =22.26 m/min 误差: = 100% = = 11.3% = 15% 实际所需等效功率: = 14.24 kW (25%)=21 kW2.1.9校核减速器输出轴强度主起升机构中,由2公式(6-16)得输出轴最大径向力:式中:=241270=82540 N=82.54 kN 卷筒上钢丝绳引起的载荷; =13.5 kN 卷筒及轴自重,参考1附表14; R=137009.8=134.26 kN ZQ-850-3CA减速器输出轴端最大容许径向载荷,参考1附表36可得;因此 = (82.54+13.5)=48.02 kN R ,故通过。 由2中公式(6-17)得输出轴最大扭矩: =(0.70.8) 式中: =9550=683.1 Nm 电动机轴额定力矩; =2.85 当JC=25%时电动机最大力矩倍数,由1附表28查出; =0.95 减速器传动功率; =121800 Nm减速器输出轴最大容许转矩,由1附表36查出; =0.82.85683.148.570.95=71863.9 Nm =121800 Nm 由上计算,所选减速器能满足要求。副起升机构中,由2公式(6-16)得输出轴最大径向力:式中:=212620=25240 N=25.24 kN 卷筒上钢丝绳引起的载荷; =3.37 kN 卷筒及轴自重,参考1附表14; R=15509.8 = 15.19 kN ZQ-500-3CA减速器输出轴端最大容许径向载荷,参考1附表36可得。因此 = (25.24+3.37)=14.3 kN R ,通过。 由2中公式(6-17)得输出轴最大扭矩: =(0.70.8) 式中: =9550=279.32 Nm 电动机轴额定力矩; =2.96 当JC=25%时电动机最大力矩倍数,由1附表28查出; =0.95 减速器传动功率; =23500 Nm减速器输出轴最大容许转矩,由1附表36查出; =0.82.96279.3215.750.95=10873 Nm =23500 Nm 由上计算,所选减速器能满足要求。2.1.10选择制动器主起升制动器所需静制动力矩: = =81.73 kgm =801 Nm 式中:=1.75制动安全系数,由2表6-6查取 由5中表5-4-28选用TJ2A-200,其制动力矩 =1600 Nm ,制动轮直径 =200 mm ;副起升制动器所需静制动力矩: = =37.44 kgm =366.91 Nm 式中:=1.75制动安全系数,由2表6-6查取 由5中表5-4-28选用TJ2A-200/100,其制动力矩 =400 Nm ,制动轮直径=200 mm ;2.1.11选择联轴器主起升高速轴联轴器计算转矩,由2(6-26)式 =1.51.8683.08=1844.32 Nm 式中:=683.08 电动机额定转矩 =9550p/n=955052/727=683.08 Nm =1.5 联轴器安全系数; =1.8 刚性动载系数,一般=1.5 2.0;由1附表29查得YZR280M电动机轴端为圆柱形,d=85mm,=170mm; 由1附34查得ZQ-850-3CA减速器的高速轴端为圆锥形主动轴端, d=90mm,=135mm;靠近电动机轴端联轴器:由5表5-2-9选用GCLZ6型齿式联轴器,最大容许转矩=5000 Nm,质量G=31.2 kg ;浮动轴的靠近电动机的轴端为圆柱形d=90mm,=130mm; 靠近减速器高速轴的联轴器 ,由1附表46选用带mm制动轮的NGCLZ6型鼓形齿式联轴器,最大容许转矩=4500 Nm,质量=53.2 kg ;浮动轴的靠近减速器的轴端为圆柱形d=90mm,=130mm;根据实际机构布置情况及作图可得浮动轴结构尺寸如下:副起升高速轴联轴器计算转矩,由2(6-26)式 =1.51.8279.32=754.16 Nm =279.32 电动机额定转矩 =9550p/n=955021/718=279.32 Nm =1.5 联轴器安全系数; =1.8 刚性动载系数,一般=1.5 2.0;由1附表29查得YZR225M电动机轴端为圆柱形d=65mm,=140mm; 由1附34查得ZQ-500-3CA减速器的高速轴端为圆锥形d=50mm,=85mm;靠近电动机轴端联轴器:由5表5-2-9选用GCLZ5齿式联轴器,最大容许转矩=3150 Nm,质量G=19.6 kg ; 浮动轴的靠近电动机的轴端为圆柱形d=65mm,=105mm; 靠近减速器高速轴的联轴器,由1附表46选用带mm制动轮的NGCLZ4型鼓形齿式联轴器,最大容许转矩=1400 Nm,质量=26.8 kg ;浮动轴的靠近减速器的轴端为圆柱形d=65mm,=105mm;2.1.12验算起动时间主起升起动时间: 式中: =11.2+20 =31.2 kgm 静阻力矩: = =64.64 Nm 平均起动力矩: =1.5=1.5683.1=1024.65 Nm = =0.98 s通常起升机构起升时间为15 s ,此处1 s ,可在电气设计时,增加起动电阻,延长起动时间,故所选电动机合适。副起升起动时间: 式中: =3.2+6 =9.2 kgm 静阻力矩: = =29.6 Nm 平均起动力矩: =1.5=1.5279.32=418.98 Nm = =0.77 s通常起升机构起升时间为15 s ,此处1 s ,可在电气设计时,增加起动电阻,延长起动时间,故所选电动机合适。2.1.13验算制动时间主起升制动时间: = 0.56 s式中: = = = 46.7 Nm 查2表6-7 ,当12 m/min 时,=1.01.25 s ,因为,故合适。副起升制动时间: = 0.72 s式中: = = = 21.4 Nm 查2表6-7 ,当12 m/min 时,=1.52.0 s ,因为,故合适。2.1.14高速浮动轴计算主起升高速浮动轴疲劳计算:由3中起升机构疲劳计算基本载荷: =1.045683.1=713.84 Nm式中:动载系数 ,=(1+)=(1+1.09)=1.045 起升载荷动载系数(物品升降或下降制动的动载效应)=1+0.71=1+0.71=1.09由前节已选定轴径d=90 mm,因此扭转应力: =4.99 MPa轴材料用45号钢, =600 MPa =300 MPa ,弯曲应力:=0.27()=0.27(600+300)=243 MPa扭转应力: =140 MPa =0.6=0.6300=180 MPa轴受脉动循环的许用扭转应力: = 式中:= 考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数;与零件几何形状有关,对于零件表面有急剧过度和开有键槽及紧密配合区段, =1.52.5,此处取=2与零件表面加工光洁度有关.,此处取=1.25 考虑材料对应力循环不对称的敏感系数,对碳钢及低合金钢=0.2 取安全系数 =1.25 MPa 故 强度验算: 轴所受最大转矩: =1.09683.1=744.58 MPa最大扭转应力: =5.2 MPa许用扭转应力: =120 MPa式中: 安全系数,=1.5 故通过。副起升高速浮动轴疲劳计算:由3中起升机构疲劳计算基本载荷: =1.13279.32=315.63Nm式中:动载系数 ,=(1+)=(1+1.26)=1.13 起升载荷动载系数(物品升降或下降制动的动载效应)=1+0.71=1+0.71=1.26由前节已选定轴径d=65 mm,因此扭转应力: =5.86 MPa轴材料用45#钢, =600 MPa =300 MPa ,弯曲应力:=0.27()=0.27(600+300)=243 MPa扭转应力: =140 MPa =0.6=0.6300=180 MPa轴受脉动循环的许用扭转应力: = 式中:= 考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数;与零件几何形状有关,对于零件表面有急剧过度和开有键槽及紧密配合区段, =1.52.5,此处取=2与零件表面加工光洁度有关.,此处取=1.25 考虑材料对应力循环不对称的敏感系数,对碳钢及低合金钢=0.2 安全系数 =1.25,由3表1-4-10查得; MPa 故 强度验算: 轴所受最大转矩: =1.26279.32=351.94 MPa最大扭转应力: =6.53 MPa许用扭转应力: =120 MPa式中: 安全系数,=1.5 故通过。2.2小车运行机构计算2.2.1确定机构传动方案经比较后,决定采用下图所示的传动方案: 2.2.2选择车轮与轨道并验算其强度车轮最大轮压:小车质量估计G1=11t,假定轮压均布: P =(Q+ G1)=(32000+11000)=10750 Kg=105350 N 车轮最小轮压: P=G1 =11000=2750Kg=26950 N 初选车轮: 由1附表17可知,当运行速度60 m/min 时,载荷率=2.91.6 ,工作级别为中级时,选轨道类型为铁路轨道38 kg/m(P38),许用轮压为13.4 t ,车轮直径为=400mm 强度验算: 按照车轮和轨道为线接触及点接触两种情况验算车轮接触强度,车轮踏面疲劳计算载荷: P=79216.67 N 车轮材料,取ZG340-640,=640 MPa , =340 MPa 线接触局部挤压强度: P=6.040043.90.991.00=104306.4 N 式中: 许用线接触应力常数(N/mm) ,由4表3-8-6查得=6.0; 车轮与轨道有效接触长度,对于轨道P24由1附表22查得=b=43.9 mm; 转速系数,由4表3-8-7中查得,车轮=33.44 r/min 时,=0.99; 工作级别数,由4表3-8-8中查得,当为M5级时=1.00; P P ,故通过。 点接触局部挤压强度: P=0.1320.991.00=138068.18 N 式中: 许用点接触应力常数(N/mm) ,由4表3-8-6查得=0.132; 曲率半径 ,车轮与轨道曲率半径中的大值,车轮=200 ;轨道曲率半径由1附表22查得=300,故取=300; m 由比值(为、中的小值)所确定的系数,=0.67,查4表3-8-9取 m=0.44 ; P P ,故通过。 根据以上计算结果,选定直径D=400mm 的双轮缘车轮,标记为 :车轮 SYL-400120 GB4628-842.2.3运行阻力计算摩擦阻力矩: =(Q+ G)(+)由1附表19查得,由D=400 mm 车轮组的轴承型号为23120C/W33,轴承内径和外径的平均值=132.5 mm ,由2表7-1表7-3查得滚动摩擦系数=0.0005,轴承摩擦系数=0.02,附加阻力系数=2.0 ,带入上式得:当满载(Q=Q)时运行阻力矩: =2.0(32000+11000)(0.0005+) =163.4 kgm=1601.32 Nm 运行摩擦阻力: =8006.6 N 当无载(Q=0)时运行阻力矩: =G(+) =2.011000(0.0005+) =41.8 kg
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