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遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
前言
隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)高潮的到來，應(yīng)該伴隨出現(xiàn)一個(gè)文化建設(shè)的高潮。在黨的改革開放方針指導(dǎo)下，當(dāng)今國內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)如火如荼，文化建設(shè)也是方興未艾。遺憾的是，起重機(jī)方面的文化建設(shè)卻沉寂已久。
岸邊集裝箱起重機(jī)（簡稱岸橋）是集裝箱碼頭的主力裝卸設(shè)備和標(biāo)志性建筑，其在我國各大港口中的地位和作用，歷來為人們所重視和關(guān)注。岸邊集裝箱起重機(jī)作為港口碼頭重要的技術(shù)物質(zhì)基礎(chǔ)，它體現(xiàn)了港口的生產(chǎn)力水平。在岸邊集裝箱起重機(jī)中，結(jié)構(gòu)件的費(fèi)用要占整機(jī)的很大部分。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，越來越多的岸邊集裝箱起重機(jī)投入使用，同時(shí)也面臨一些問題，由于岸邊集裝箱起重機(jī)價(jià)格昂貴，用戶總是希望盡量延長其使用壽命，制造時(shí)降低成本，提高集裝箱裝卸的工作效率。
1 集裝箱吊具
1.1 集裝箱
集裝箱是一種具有足夠承載強(qiáng)度和剛度，具有一定貯存容積，能重復(fù)使用，適用多種運(yùn)輸方式、便于貨物裝卸和整體快速換裝的運(yùn)輸設(shè)備。由于集裝箱的規(guī)格繁多，為便于統(tǒng)計(jì)計(jì)算船舶的載運(yùn)量、港口碼頭的吞吐量、庫場(chǎng)的通過能力和機(jī)械設(shè)備的裝卸效率等，國際上以20ft(6m)集裝箱作為當(dāng)量箱（TEU-TwentyFeetEquivalentUnit）來進(jìn)行換算，將20ft(6m)集裝箱稱為標(biāo)準(zhǔn)箱。這里設(shè)計(jì)是針對(duì)40ft的集裝箱（40尺柜：內(nèi)容積為11.8x2.13x2.18米，配貨毛重一般為22噸，體積為54立方米）。
1.2 集裝箱吊具的構(gòu)造和特點(diǎn)
集裝箱吊具是一種起吊集裝箱的專用機(jī)具，它具有與集裝箱箱體相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)，通過位于四角的旋鎖與箱體的頂角件連接進(jìn)行起吊作業(yè)。集裝箱吊具具有自動(dòng)伸縮、自動(dòng)開閉鎖、自動(dòng)對(duì)中集裝箱等機(jī)構(gòu)和多種連鎖安全裝置，作業(yè)輔助時(shí)間短，作業(yè)效率高。集裝箱吊架如圖1-1所示。
圖1-1集裝箱吊架
Fig.1-1 Container hanger
集裝箱吊具的額定起重量取決于相應(yīng)的集裝箱，其外形尺寸不應(yīng)超過相應(yīng)集裝箱的最大外部尺寸（導(dǎo)向翼外）。我國集裝箱吊具型號(hào)和尺寸標(biāo)準(zhǔn)（GB 3220-82）.
查 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) 表3-6-3，選取集裝箱吊具型號(hào)JD-30 。
表1-1 我國標(biāo)準(zhǔn)集裝箱吊具的型號(hào)、尺寸和規(guī)格
Tab.1-1 The model, size and specifications of container spreader
型號(hào)
旋鎖中心距的尺寸和極限偏差/mm
A B
對(duì)角旋鎖中心距差值/mm
旋鎖轉(zhuǎn)角a
吊具的額定起重量 /kg
相應(yīng)的集裝箱型號(hào)
JD-30
119856
16
30500
1AA
2 岸橋的通用零部件
鋼絲繩、滑輪、卷筒、聯(lián)軸器等雖是岸橋上的通用標(biāo)準(zhǔn)零部件，但必須進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)榘稑虻母咚僦剌d工作要求高可靠性。
2.1 鋼絲繩
2.1.1 鋼絲繩卷繞系統(tǒng)
鋼絲繩是岸橋使用中的主要撓性構(gòu)件，它具有承載能力大、撓性好、傳動(dòng)平穩(wěn)可靠、高速運(yùn)動(dòng)時(shí)無噪音、極少突然斷裂等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛用于岸橋的起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、牽引機(jī)構(gòu)上；其缺點(diǎn)是長距離的傳動(dòng)由于自重引起下?lián)希谄鹬苿?dòng)瞬時(shí)彈跳幅度大。因此，對(duì)跳槽的防護(hù)、松繩的防護(hù)都有較高的要求。
鋼絲繩由一定數(shù)量的鋼絲繩和繩芯經(jīng)過捻制而成。首先將鋼絲捻成股，然后將若干股圍繞著繩芯制成繩。鋼絲是鋼絲繩的基本強(qiáng)度單元。起重機(jī)用鋼絲繩的 強(qiáng)度一般為1400~1850Mpa之間。繩芯是被繩股所纏繞的撓性芯棒，起到支撐和固定繩股的作用，并可以儲(chǔ)存潤滑油，增加鋼絲繩的撓性。
鋼絲繩的卷繞系統(tǒng)，對(duì)不同類型的起重機(jī)是不同的，在集裝箱起重機(jī)中，鋼絲繩防破斷的安全系數(shù)如表2-1所示
表2-1 鋼絲繩安全系數(shù)
Tab.2-1 The safety factor of rope
機(jī)構(gòu)
載荷組合
系數(shù)
主起升機(jī)構(gòu)
LS+LLE（只考慮縱向方向）
5.0-6.0
俯仰機(jī)構(gòu)
俯仰循環(huán)中最大的線拉力
最大線拉力，包括一套繩故障引起的沖擊
6.0
2.0
小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)
TL+LS+LL+0.50WLO+LATT+張緊裝置的影響
5.0
2.1.2 鋼絲繩的選擇
鋼絲繩的主要是在普通捻或稱逆向捻（交捻）鋼絲繩和順向捻鋼絲繩之間進(jìn)行選擇。兩種類型最好都用鋼絲繩芯，應(yīng)當(dāng)采用鍍鋅鋼絲和始終全部潤滑或加油脂潤滑，抗拉強(qiáng)度應(yīng)大約是1770N/mm2。安全系數(shù)，即最小破斷力對(duì)正常工作載荷的比必須根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)。
鋼絲繩工作時(shí)所受的最大拉力
安全系數(shù) S=6
鋼絲繩破斷拉力換算系數(shù)
鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)中給出的鋼絲破斷拉力的總和
（2-1）
查 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) 表3-1-5
選用6x19普通捻鋼絲繩
表2-2 鋼絲繩主要性能
Tab.2-2 The main properties of wire rope
鋼絲繩直徑
鋼絲總截面積/
參考自重kg/100m
鋼絲破斷拉力總和/N（不小于）
鋼絲繩/mm
鋼絲/mm
18.5
1.2
128.87
121.8
219000
2.1.3 鋼絲繩的壽命和維修
影響鋼絲繩壽命、磨損的主要因數(shù)是：繩的卷繞系統(tǒng)，鋼絲繩系統(tǒng)的類型，卷筒和滑輪的直徑，反向彎曲的影響，滑輪之間的距離，鋼絲繩通過滑輪時(shí)的速度，鋼絲繩正常工作載荷和最大載荷之間的比例，安全系數(shù)，即破斷力對(duì)正工作載荷之比值，滑輪繩槽硬度的選擇，鋼絲繩和滑輪之間、鋼絲繩和卷筒之間的偏角，鋼絲繩的加油或潤滑、及加油或潤滑的周期，鋼絲繩可能通過的贓物，磨料等的情況，內(nèi)部和外部的銹蝕。
偶然地，鋼絲繩的壽命特別短是因?yàn)榕龅酱南涓駥?dǎo)向或艙口圍板而發(fā)生機(jī)械的損壞。俯仰鋼絲繩一般是每5年一換1次，有時(shí)甚至每10年換1次。因此，應(yīng)定期檢驗(yàn)鋼絲繩和鋼絲繩滑輪，加油脂是十分重要的。鋼絲繩在制造時(shí)已在其內(nèi)部和外部加過油脂，如果內(nèi)部油脂不是很正確地加好，則鋼絲繩的壽命會(huì)大大地縮短。
2.1.4 鋼絲繩和滑輪或卷筒之間的壓力
雖然機(jī)械的損壞經(jīng)常是造成鋼絲繩要更換的原因，但拉力載荷和彎曲載荷是疲勞的主要原因。
如果假設(shè)，鋼絲繩運(yùn)轉(zhuǎn)在配合很好的繩槽中，則鋼絲繩和繩槽之間的壓力由下式給出。
（2-2）
式中 p——鋼絲繩槽中的壓力,N/mm2；
F——鋼絲繩力，N；
D/2——滑輪或卷筒的半徑，mm；
d——鋼絲繩直徑，mm。
最大允許的壓力是：
——在鋼Fe（S355）上，約7.0N/mm2；
——在錳鋼或合金鋼上，約20.0 N/mm2。
2.2 滑輪
2.2.1 滑輪的構(gòu)造和材料
滑輪用以支撐鋼絲繩，并能改變鋼絲繩的走向，平衡鋼絲繩分支的拉力，組成滑輪組，達(dá)到省力或增速的目的。
承受負(fù)載不大的滑輪，結(jié)構(gòu)尺寸較小，通常作為實(shí)體結(jié)構(gòu)，用強(qiáng)度不低于鑄鐵HT200的材料制造。承受大載荷的滑輪，為了減輕重量，多做成筋板帶孔的結(jié)構(gòu)，用強(qiáng)度不低于鑄鐵HT200、球鐵QT40-17和鑄鋼ZG230-450等材料制造而成。
2.2.2 滑輪的尺寸
滑輪主要尺寸是滑輪直徑D。起重機(jī)常用鑄造滑輪，其結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化（ZBJ80006，1-87）滑輪結(jié)果尺寸可按鋼絲繩直徑進(jìn)行選定。
工作滑輪的直徑
（2-3）
式中 ——按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪直徑（mm）：
——鋼絲繩直徑（mm）；
——滑輪直徑比例系數(shù)，與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)(表2-3)
表2-3 輪繩直徑比系數(shù)e
Tab.2-3 The diameter ratio of rope round e
機(jī)構(gòu)工作級(jí)別
e
M1-M3
16
M4
18
M5
20
M6
22.4
M7
25
M8
28
這里選取M4 e=18
查 起重機(jī)械 安裝使用維修檢驗(yàn)手冊(cè)（上）表2-1-51我們選用基本尺寸為下表的滑輪。
表2-4滑輪參數(shù)
Tab.2-4 Pulley parameters
鋼絲繩直徑d
基本尺寸
參考尺寸
R
C
M
N
S
尺寸
偏差
>18～19
10.5
+0.4
0
32.5
56
41
1.5
18
15
3.0
5.0
12
0
12
2.2.3 滑輪組的倍率
若不考慮滑輪中的摩擦和鋼絲繩的僵性阻力，則單聯(lián)滑輪組鋼絲繩自由端的拉力為：
（2-4）
式中 Q——被提升的物體質(zhì)量（kg）；
S——鋼絲繩自由端拉力（N）；
m——滑輪倍數(shù)率；
g——重力加速度。
滑輪組倍率m是省力滑輪組倍力數(shù)，也是增速滑輪組的增速倍數(shù)。
（2-5）
式中 L——鋼絲繩自由端移動(dòng)距離；
H——物品提升距離；
——鋼絲繩線速度；
——物品的提升速度。
單聯(lián)滑輪組的倍率等于吊起物品鋼絲繩的分支數(shù)。雙聯(lián)滑輪組可以看成是兩個(gè)倍率相同，各起吊的單聯(lián)滑輪組通過平衡滑輪并聯(lián)而成，因此雙聯(lián)滑輪組的倍率等于吊起物品鋼絲繩分支數(shù)的。
滑輪組倍率的選定，對(duì)起升機(jī)構(gòu)的總體尺寸影響較大。倍率增大，則鋼絲繩分支拉力減小，鋼絲繩直徑、滑輪和卷筒直徑也都減小，在起升速度不變時(shí)，需提高卷筒轉(zhuǎn)數(shù)，即減小機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比。但倍率過大，會(huì)使滑輪組本身體積重量增大，同時(shí)也會(huì)降低效率，加速鋼絲繩的磨損。
起重量小時(shí)，選用小的倍率，隨著起我重量增大，倍率相應(yīng)提高，倍率增大，起升速度相應(yīng)減小。
橋式起重機(jī)常用的雙聯(lián)滑輪組倍率數(shù)見表3-3。 這里所設(shè)計(jì)的是針對(duì)40ft的集裝箱（40尺柜：內(nèi)容積為11.8x2.13x2.18米，配貨毛重一般為22噸，體積為54立方米），因此選取滑輪組倍率。
表2-5 橋式起重機(jī)常用雙聯(lián)滑輪組倍率
Tab.3-3 The common double-pulley block ratio of bridge crane
額定起重量Q/t
3
5
8
12.5
16
20
32
50
80
100
m
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
2.3 卷筒
2.3.1 卷筒的類型選擇
卷筒是起升機(jī)構(gòu)和牽引機(jī)構(gòu)中卷繞鋼絲繩的部件。其作用是卷繞儲(chǔ)存和卷放鋼絲繩并施于鋼絲繩一定的拉力和速度。常用卷筒組類型有齒輪聯(lián)接盤式、周邊大齒輪式、短軸式和內(nèi)裝行星齒輪式。
我們選用齒輪聯(lián)接盤式卷筒，是目前橋式起重機(jī)卷筒的典型結(jié)構(gòu)。齒輪聯(lián)接盤式卷筒組為封閉式傳動(dòng)，分組性好，卷筒軸不承受扭矩；缺點(diǎn)是檢修時(shí)需沿軸向外移卷筒。在繩索牽引機(jī)構(gòu)中，鋼絲繩的兩端都在卷筒上固定。鋼絲繩繞進(jìn)或繞出卷筒時(shí)，鋼絲繩偏離螺旋槽兩惻的角度不大于，我們?nèi) ?
2.3.2 卷筒的型式
卷筒由鑄造或焊接經(jīng)機(jī)加工后制成。鑄造卷筒一般采用不低于HT-200的灰鑄鐵，重要的卷筒可采用高強(qiáng)度鑄鐵或球墨鑄鐵。采用鑄鋼時(shí)，應(yīng)不低于ZG230-450。焊接卷筒多采用Q235鋼板彎卷焊接而成，重量輕，適宜于大尺寸卷筒。
2.3.3 卷筒主要幾何尺寸計(jì)算
幾乎每一個(gè)國家都有其自己的關(guān)于鋼絲繩滑輪或卷筒直徑（D）對(duì)鋼絲繩直徑（d）的關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)。
卷筒名義直徑D
（2-6）
式中 D——卷筒名義直徑（卷筒槽底直徑）；
d——鋼絲繩直徑；
e——筒繩直徑比，由表4-1選取。
這里選取M8的工作級(jí)別，e=25。
卷筒名義直徑
卷筒計(jì)算直徑（由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑）
表2-6 筒繩直徑比e
Tab.2-6 The diameter of rope and drum
機(jī)構(gòu)工作級(jí)別
e
M1～M3
14
M4
16
M5
18
M6
20
M7
22.4
M8
25
卷筒上和滑輪內(nèi)的都有繩槽，卷筒上的繩槽必須夠深，以便正確地導(dǎo)向鋼絲繩。繩槽計(jì)算簡圖見圖4-1。
圖2-1卷筒繩槽
Fig.2-1 Roll groove
查 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) 表3-3-3
表2-7 卷筒繩槽尺寸
Tab.2-7 The size of roll groove
鋼絲繩直徑d
繩槽半徑
標(biāo)準(zhǔn)槽形
加深槽形
R
極限偏差
>18～19
10.5
+0.20
21.0
7.5
0.8
25
11.5
0.5
2.3.4 卷筒的安全技術(shù)檢驗(yàn)及報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)
①卷筒上鋼絲繩尾端的固定裝置，應(yīng)有防松或自緊的性能。對(duì)鋼絲繩尾端的固定情況，應(yīng)每月檢驗(yàn)一次。
②纏繞的卷筒，端部應(yīng)有凸緣。凸緣應(yīng)高出量，應(yīng)比最外層高出2倍鋼絲繩直徑或鏈條的寬度。
③用于起升機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)的卷筒，簡體內(nèi)無貫通支承軸的結(jié)構(gòu)時(shí)，宜采用鋼材制造。
④卷筒上的鋼絲繩工作時(shí)放出最多量時(shí)，卷筒的余留部分固定繩尾的圈數(shù)，至少還應(yīng)纏繞2～3圈，以避免繩尾壓板或楔套、楔塊受力。
⑤卷筒出現(xiàn)裂紋或卷筒壁磨損達(dá)原壁厚的20%時(shí)，應(yīng)報(bào)廢。
2.4 聯(lián)軸器
2.4.1 岸橋常用的聯(lián)軸器
聯(lián)軸器主要用來在兩軸這間傳遞扭矩，補(bǔ)償小量的角度與徑向偏移，同時(shí)還能改善傳動(dòng)裝置的動(dòng)態(tài)特性。岸橋常用的聯(lián)軸器有齒式聯(lián)軸器、梅花彈性聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器、蛇型彈簧聯(lián)軸器。
起升、俯仰機(jī)構(gòu)，大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電機(jī)與減速器之間使用的聯(lián)軸器全為高速型，卷筒與減速器之間采用的聯(lián)軸器則為低速型。
岸橋各機(jī)構(gòu)高速軸上使用的聯(lián)軸器，必須鍛鋼制造、能潤滑，并經(jīng)過與其最高轉(zhuǎn)數(shù)相匹配的動(dòng)平衡。在人員通過的地方，聯(lián)軸器裝有可拆式防護(hù)罩。主起升、俯仰及小車的驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器應(yīng)在不拆下各自的電機(jī)和減速器就在以分離。要防止?jié)櫥鸵蚵?lián)軸器的旋轉(zhuǎn)而飛濺到高速軸的制動(dòng)盤上。加油必須適量。近年來，大量推廣不需潤滑的梅花彈性聯(lián)軸器。
2.4.2 聯(lián)軸器使用特性
聯(lián)軸器主要用來聯(lián)接同軸線布置或基本平行的轉(zhuǎn)軸，傳遞扭矩同時(shí)補(bǔ)償少許角度和徑向偏移，還能改善傳遞裝置的動(dòng)態(tài)特性,半聯(lián)軸器有時(shí)可以兼作制動(dòng)輪。起重機(jī)常用齒輪聯(lián)軸器。
表2-8聯(lián)軸器使用特性
Tab.2-8 The use of coupling
聯(lián)軸器名稱
使用范圍
允許使用偏差
特點(diǎn)及應(yīng)用
許用轉(zhuǎn)矩
/N·m
軸徑
/mm
最高轉(zhuǎn)速r/min
徑向
/mm
偏角
CL型
齒輪
聯(lián)軸器
700~
1000000
18~
560
300~3780
*0.4~
6.3
≤30o
承載能力高，工作可靠。重量較大，成本較高，對(duì)機(jī)器的安裝精度要求不高，需良好的潤滑?？捎糜谡炊嘧?、起動(dòng)頻繁的場(chǎng)合，起升、運(yùn)行、回轉(zhuǎn)和變幅機(jī)構(gòu)均可使用
2.4.3 聯(lián)軸器的性能參數(shù)
表2-9齒輪聯(lián)軸器參數(shù)
Tab.2-9 gear coupling parameters
型號(hào)
許用轉(zhuǎn)矩/N·m
許用轉(zhuǎn)速r/min
軸孔直徑
d1d2dz
軸孔長度L
A
B
D
CL4
5600
2000
50
55
70
112
142
125
200
250
C
e
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
質(zhì)量/kg
175
110
2.5
17
28
36
18
0.21
34.9
3 岸橋的驅(qū)動(dòng)
3.1 岸橋的負(fù)載特點(diǎn)
岸橋在選擇一個(gè)驅(qū)動(dòng)方案時(shí)，首先要考慮的是該驅(qū)動(dòng)對(duì)象的負(fù)載特點(diǎn)。岸橋的負(fù)載有以下特點(diǎn)：
（1）起升機(jī)構(gòu)的負(fù)載是一個(gè)位能性負(fù)載，當(dāng)箱重一定時(shí)，在任何轉(zhuǎn)速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩總是保持恒定，而且負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向也不隨電機(jī)轉(zhuǎn)速方向的改變而改變。
（2）集裝箱岸橋的載荷有效率是50％，即經(jīng)常有一半時(shí)間是空吊具運(yùn)行的。即使是在帶箱的時(shí)候，也不都是滿箱起吊額定負(fù)荷。為了提高生產(chǎn)效率，希望在輕載時(shí)能提高速度。負(fù)載轉(zhuǎn)短與轉(zhuǎn)速成反比，即形成恒功率控制。負(fù)載的恒功率性質(zhì)是就一定的速度范圍而言的，當(dāng)負(fù)載很低時(shí)，受機(jī)械強(qiáng)度和電氣系統(tǒng)特殊性的限制，轉(zhuǎn)速不可能無限增大，一般恒功率調(diào)速范圍為額定速度的2—2.5倍。
（3）起升機(jī)構(gòu)和小車行走機(jī)構(gòu)都是間隔短時(shí)重復(fù)連續(xù)工作制，即對(duì)箱、吊箱、運(yùn)行、對(duì)箱，周期性的起?；蚣訙p速，間隔很短。它要求具有良好的調(diào)速性能，除了要求有足夠的熱功率和起制動(dòng)轉(zhuǎn)矩外，還要考慮過載能力的迅速反應(yīng)和電動(dòng)機(jī)的良好通風(fēng)散熱。
（4）起升機(jī)構(gòu)負(fù)載下降的過程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過程，此時(shí)的電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。如何吸收這部分位能，是岸邊集裝箱岸橋控制必須解決的問題。
3.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
近年來，隨著微處理器和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速理論不斷發(fā)展，大功率變頻器的性能和可靠性的不斷提高，岸橋控制上越來越多地使用了交流變頻技術(shù)。各大電氣剝?cè)焐滔嗬^推出了自己的交流控制系統(tǒng)，使這項(xiàng)控制技術(shù)日趨成熟。實(shí)踐證明這種交流控制系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)：
(1)交流電機(jī)無需整流子和調(diào)換電刷，減少了維護(hù)工作量、防護(hù)等級(jí)高，節(jié)省了大量維修費(fèi)用和維護(hù)時(shí)間。
(2)變頻器加裝直流電抗器以后，整體裝置的功率因素高于0.9；如采用正弦波濾波器，功率因素接近于1。
(3)考慮到維護(hù)的費(fèi)用，交流系統(tǒng)有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，且隨大容量主電路元件的開發(fā)運(yùn)用，變頻驅(qū)動(dòng)的價(jià)格尚有較大的下降空間。
驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成部分如圖所示，A.變頻調(diào)速器B.異步電機(jī)C.編碼器（也可不用）。
圖3-1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示圖
Fig.3-1 Drive systems
這里選用YTSZ系列冶金及起重用變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。
3.3 起升電機(jī)的功率計(jì)算
為了計(jì)算起升電機(jī)功率，必須考慮以下各項(xiàng)：
（a）正常起升時(shí)的阻力；
（b）加速旋轉(zhuǎn)是質(zhì)量的慣性阻力；
（c）加速線形運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量的慣性阻力。
負(fù)荷的質(zhì)量 Q=220kN
負(fù)荷的最大速度 v=60m/min=1m/s
所有齒輪傳動(dòng)和鋼絲繩滑輪組的效率 η=0.90
電機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1000r/min
電機(jī)軸上的電機(jī)、滑輪、齒輪箱轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:
（3-1）
加速時(shí)間
負(fù)荷的加速度 （3-2）
1. 正常起升（滿載最高速度）的阻力：
（3-3）
（3-4）
2．加速旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量的慣性阻力矩：
（3-5）
（3-6）
（3-7）
3. 加速線形運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的阻力：
（3-8）
（3-9）
（3-10）
相加：
1.名義（正常）起升
2.旋轉(zhuǎn)質(zhì)量加速
3.直線運(yùn)動(dòng)質(zhì)量加速
總計(jì)
在加速期間，電機(jī)能在有限的時(shí)間內(nèi)傳遞更大的力矩，這樣可以從約140%變化到250%這樣多。
電機(jī)必須能提供
相應(yīng)地 （3-11）
(小于，于是可用)
選取電機(jī)滿足： ；
；
S-60%額定工作制。
選用2個(gè)提升電機(jī)，則需要2個(gè)為122kW的電機(jī)。
查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 表16-1-74
選用YTSZ315M1-6變頻速三相異步電動(dòng)機(jī)2個(gè)。
表3-1起重電動(dòng)機(jī)參數(shù)
Table 3-1 The parameters lifting motor
型號(hào)
標(biāo)準(zhǔn)
功率
/kW
額定電流/A
額定轉(zhuǎn)矩/N·m
額定轉(zhuǎn)速r/min
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/kg·m
質(zhì)量/kg
YTSZ315M1-6
125
205
1050.3
1000
3
4.7
1025
3.4 小車運(yùn)行電機(jī)功率的計(jì)算
我們選用直接驅(qū)動(dòng)小車，對(duì)于由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的小車，在惡劣的天氣條件下 ，必須考慮驅(qū)動(dòng)車輪和軌道之間打滑的可能性。
要考慮的因素主要是：
1)．正常運(yùn)行的阻力；
2)．供電或拖令系統(tǒng)的阻力；
3)．風(fēng)對(duì)小車負(fù)荷的作用的阻力；
4)．加速旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量的慣性的阻力；
5)．加速線形運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量阻力。
主要性能
小車運(yùn)行速度（m/min） v=150 m/min
（m/s） v=2.5m/s
小車質(zhì)量（t）
總負(fù)荷質(zhì)量（t）
總質(zhì)量（t）
小車車輪阻力（kN/t） f=5kg/t=0.05kN/t
齒輪傳動(dòng)效率（包括鋼絲繩滑輪）
起升絞車在小車的直接驅(qū)動(dòng)小車的起重機(jī),
風(fēng)的作用：
,
加速時(shí)間
加速度
電機(jī)轉(zhuǎn)速
車輪直徑
電機(jī)和車輪之間減速比
（3-12）
旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣性之和（kgm2）
由于供電施令系統(tǒng)的阻力，取3kN
１．正常運(yùn)行的阻力：
（3-13）
（3-14）
２．拖令系統(tǒng)的阻力：
（3-15）
（3-16）
３．風(fēng)的阻力：
（3-17）
（3-18）
４．加速旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量的慣性阻力：
（3-19）
（3-20）
（保留在驅(qū)動(dòng)內(nèi)部）
（3-21）
5．加速線形運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的阻力：
（3-22）
（3-23）
相加：（直接驅(qū)動(dòng)小車）車輪上驅(qū)動(dòng)力（kN） 需要電機(jī)功率(kW)
1.正常運(yùn)行
2.拖令系統(tǒng)
3.風(fēng)載q=150N/m2
正常運(yùn)行+風(fēng)載，總計(jì)
相加：（加速期間） 車輪上驅(qū)動(dòng)力（kN） 需要電機(jī)功率(kW)
1.正常運(yùn)行
2.拖令系統(tǒng)
3.風(fēng)載q=150N/m2
4.加速旋轉(zhuǎn)部分
加速線性運(yùn)動(dòng)質(zhì)量
加速期間，總計(jì)
為控制軌道和車輪之間的打滑，現(xiàn)在需要的電機(jī)功率必須大于和。是電機(jī)的最大力矩系數(shù)，不應(yīng)大于2。所以∑N必須大于65.5kW和必須大于
取。
4個(gè)車輪都是驅(qū)動(dòng)車論，則直接驅(qū)動(dòng)的小車，需要4個(gè)為16.5kW的電機(jī)。
查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 表 16-1-74
選用YTSZ200M1-6變頻速三相異步電動(dòng)機(jī)4個(gè)
表3-2小車電動(dòng)機(jī)參數(shù)
Table 3-2 parameters Motor Vehicles
型號(hào)
標(biāo)準(zhǔn)
功率
/kW
額定電流/A
額定轉(zhuǎn)矩/N·m
額定轉(zhuǎn)速r/min
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/kg·m
質(zhì)量/kg
YTSZ200M1-6
22
45
210
1000
2.9
0.4
300
4 減速器
4.1 減速器的基本型式
減速器是起重機(jī)上的重要傳動(dòng)部件。它的作用是把電機(jī)的高轉(zhuǎn)速，降低到各機(jī)構(gòu)所需要的工作轉(zhuǎn)速。由于封閉齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的減速器，齒輪都裝在密封的外殼內(nèi)，灰塵進(jìn)不去，潤滑良好，維修方便使用耐久，所以在起重機(jī)上絕大多數(shù)都采用封閉式減速器。
起升機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)布置方式要求采用中心高度小、重量輕的臥式平行軸減速器。減速器的輸入軸和輸出軸在箱體的同一側(cè)，為了保證電動(dòng)機(jī)和卷筒這間有一定的間距，減速器的中心距不能太小。由于卷筒的一端直接支承在減速器輸出軸軸端上，要求輸出軸端能承受較大的徑向力。橋式起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)較多采用立式安裝的減速器。
QJ型減速器系列主要用于起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和電機(jī)變幅機(jī)構(gòu)。減速器的箱體為焊接結(jié)構(gòu)，外行美觀，自重輕，單位重量傳遞的扭矩較大，立式和臥式減速器統(tǒng)一于一種結(jié)構(gòu)型式，從而減少了產(chǎn)品的種類，有利于組織生產(chǎn)。QJ型減速器的工作條件為：
1).齒輪圓周速度不大于15m/s；
2).高速軸轉(zhuǎn)速不大于1500r/min；
3).工作環(huán)境溫度為-25～+45oC；
4).可正反兩向旋轉(zhuǎn)；
5).輸出軸瞬時(shí)最大扭矩允許為額定扭矩的2.7倍。
4.2 減速器的選擇
公稱傳動(dòng)比：起重電機(jī)我們選用公稱傳動(dòng)比為10的兩級(jí)QJR200-10ⅡPL型減速器。
表4-1減速器中心距
Tab.4-1 center distance reducer
低速級(jí)中心距
中心距
兩級(jí)總中心距
400
280
680
低速級(jí)中心距為名義中心距
高速軸采用圓柱軸伸，平鍵聯(lián)結(jié)。低速軸為P型圓柱軸伸，平鍵聯(lián)結(jié)。
表4-2高速軸參數(shù)
Tab.4-2 Parameters of axis high-speed
名義中心距/mm
高速軸伸/mm
低速軸伸/mm
N
S型
K
P型
400
285
140
65
18
69
340
130
200
32
137
圖4-1減速器高速軸伸
Fig.4-1 Axis extending high-speed of reducer
表4-3減速器技術(shù)參數(shù)及承載能力
Tab.7-3 The reducer’s technical parameters and carrying capacity
輸入軸轉(zhuǎn)速
名義中心距
許用輸出扭矩
公稱傳動(dòng)比100
最大許用徑向載荷
高速軸許用功率
1000
280
7500
73
21000
4.3 減速器的安全技術(shù)檢驗(yàn)
1）減速器的驗(yàn)收
空負(fù)荷實(shí)驗(yàn)：1000r/min的轉(zhuǎn)速拖動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，正反兩方向各不得少于10min。
負(fù)荷實(shí)驗(yàn)：在實(shí)驗(yàn)時(shí)除應(yīng)達(dá)到所要求的接觸面積之外（沿齒高不少于40%，沿齒長不少于75%），還應(yīng)達(dá)到下列要求：
①開動(dòng)電機(jī)時(shí)，減速器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，不應(yīng)有跳動(dòng)、撞擊和劇烈或斷續(xù)的噪聲，聲響均勻。噪聲不超過85dB0(A)。
②不應(yīng)漏油。
③在緊固處和聯(lián)接處不得松動(dòng)。
④減速器內(nèi)潤滑油溫度不高于周圍溫度70oC，且絕對(duì)值不應(yīng)大于80oC。
2）齒輪的報(bào)廢
出現(xiàn)下列情況之一，應(yīng)報(bào)廢：
①裂紋；
②斷齒；
③齒面點(diǎn)蝕損壞達(dá)嚙合面的30%，且深度達(dá)齒厚的10%時(shí)；
④吊運(yùn)熾熱金屬或易燃易爆等危險(xiǎn)品的提升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、其傳動(dòng)齒輪的磨損限度，達(dá)第②和第③項(xiàng)中數(shù)值的50%時(shí)。
5 岸橋中的制動(dòng)器
5.1 制動(dòng)器
制動(dòng)器是保證岸橋各機(jī)構(gòu)安全正常工作的重要部件，每一套工作機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置中均設(shè)置制動(dòng)器。重要機(jī)構(gòu)（如主起升、俯仰機(jī)構(gòu)）除了在高速軸上裝設(shè)制動(dòng)器外，還應(yīng)設(shè)卷筒制動(dòng)器。
岸橋上使用的制動(dòng)器主要有盤式制動(dòng)器和塊式制動(dòng)器兩種。塊式制動(dòng)器多應(yīng)用于大車行走機(jī)構(gòu)。主起升、小車運(yùn)行、俯仰機(jī)構(gòu)等高速制動(dòng)器一般用盤式制動(dòng)器。卷筒應(yīng)急制動(dòng)器用盤式制動(dòng)器和帶式制動(dòng)器。
盤式制動(dòng)器的工作面為圓盤二側(cè)平面，其摩擦副由制動(dòng)盤和制動(dòng)塊組成，制動(dòng)塊垂直于制動(dòng)盤施加壓力，制動(dòng)性能可靠、穩(wěn)定。
盤式制動(dòng)器與塊式制動(dòng)器比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1） 制動(dòng)力矩大，在相同制動(dòng)力矩情況下飛輪矩小，頻繁制動(dòng)時(shí)沖擊小。
（2） 散熱性好，在緊急制動(dòng)時(shí)制動(dòng)盤的高溫得到良好散熱。
（3） 可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償，自動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償制動(dòng)塊與制動(dòng)盤之間的間隙。
（4） 軸向尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，方便布置和方便裝拆。
（5） 夾鉗可對(duì)稱式布置，可用增加夾鉗數(shù)目來增大制動(dòng)力矩。
岸橋的盤式制動(dòng)器一般在電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)速降至5%時(shí)進(jìn)行制動(dòng)。而卷筒制動(dòng)器是在機(jī)構(gòu)完全停止工作后進(jìn)行制動(dòng)，但在發(fā)生意外情況時(shí)，或荷重下降速度達(dá)到額定下降速度1.15倍時(shí)自動(dòng)進(jìn)入制動(dòng)。選擇制動(dòng)器的夾緊力由各機(jī)構(gòu)的額定力矩決定，其安全系數(shù)按相應(yīng)的規(guī)范和買方文件要求選用。
自動(dòng)器的自動(dòng)力矩計(jì)算時(shí)，一般選取摩擦因數(shù)μ=0.4，而且自動(dòng)力矩必須是1.6倍名義電機(jī)力矩直至2.2倍名義電機(jī)力矩。
小車運(yùn)行和起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)時(shí)常使用盤式自動(dòng)器。
5.2 起升制動(dòng)器下降負(fù)荷
5.2.1 緊急停止
當(dāng)可能出現(xiàn)一種危險(xiǎn)的情況時(shí)，需要使起重機(jī)下降的負(fù)荷實(shí)現(xiàn)緊急停止——這時(shí)按下緊急停止按鈕，起升機(jī)構(gòu)沒有電氣方面的制動(dòng)，而是緊急停止。這時(shí)負(fù)荷在重力作用下向下拉，而且在很短的時(shí)間內(nèi)急劇烈地加速，即起動(dòng)自動(dòng)器需要的之間內(nèi)，開始制動(dòng)，但都是比正常下降的速度更高的速度下起動(dòng)自動(dòng)器。這就意味著朝向零速的必要的制動(dòng)時(shí)間比正常情況下要更長。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)如圖8-2-1（簡圖）所示。
圖5-1鋼絲繩卷繞系統(tǒng)簡圖
Fig.5-1 Rope winding system diagram
1．吊具加負(fù)荷的重量Q（kN）：
Q=220kN
2．在卷筒上的鋼絲繩的力L（kN）：
（5-1）
（5-2）
其中n=5
3．電機(jī)軸上的力矩：
（5-3）
卷筒直徑
齒輪箱速比
齒輪箱效率
4．負(fù)荷下降速度v(m/min):
5．卷筒上鋼絲繩速度:
（5-4）
6．卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：
（5-5）
7．電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）：
（5-6）
8．電機(jī)軸上從電機(jī)、制動(dòng)器輪和齒輪箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
（5-7）
9．從吊具加負(fù)荷算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
（5-8）
10．總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
（5-9）
11．在按下緊急停止按鈕之后，負(fù)荷由在之內(nèi)加速（是制動(dòng)器進(jìn)去動(dòng)作的時(shí)間），到增加的角速度：
（5-10）
12．制動(dòng)器在后起動(dòng)機(jī)械制動(dòng)時(shí)電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速度：
（5-11）
（8-12）
13．這時(shí)電機(jī)和制動(dòng)器的轉(zhuǎn)速：
（5-13）
14．卷筒上鋼絲繩這時(shí)的速度：
（5-14）
15．有效的制動(dòng)力矩：
（5-15）
16．有效的制動(dòng)時(shí)間：
（5-16）
17．總的制動(dòng)時(shí)間：
（5-17）
18．制動(dòng)期間鋼絲繩在卷筒上的位移：
（5-18）
——在時(shí)間內(nèi)在卷筒上的位移（m）;
——在內(nèi)制動(dòng)是在減速期間，在卷筒上的位移（m）。
（5-19）
（5-20）
19．在緊急停止期間吊具和負(fù)荷在下降方向的總位移（見圖5-2）：
（5-21）
圖5-2 下降：緊急停止
Fig.5-2 Decline: emergency stop
5.2.2 以電機(jī)全力矩制動(dòng)
起重機(jī)司機(jī)下降負(fù)荷，并通過“電氣制動(dòng)”是鉸車停止并停住負(fù)荷。電氣全力矩將作為制動(dòng)力矩。
1．吊具加負(fù)荷的重量Q（kN）：
Q=220kN
2．在卷筒上的鋼絲繩的力L（kN）：
其中n=5
3．電機(jī)軸上的力矩：
卷筒直徑
齒輪箱速比
齒輪箱效率
4．負(fù)荷下降速度v(m/min):
5．卷筒上鋼絲繩速度:
6．卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：
7．電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）：
8．電機(jī)軸上從電機(jī)、制動(dòng)器輪和齒輪箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
9．從吊具加負(fù)荷算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
10．總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
11．制動(dòng)立即開始，以名義電機(jī)力矩（2個(gè)電機(jī)總計(jì)）
N=240kW 在n=1000r/min時(shí)
（5-22）
（5-23）
12．制動(dòng)器機(jī)械制動(dòng)時(shí)電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速度：
（5-24）
13．有效的制動(dòng)時(shí)間：
（5-25）
14．在制動(dòng)期間卷筒上鋼絲繩的位移：
（5-26）
15．在電氣制動(dòng)期間，吊具和負(fù)荷在起升方向的總位移（見圖5-3）：
（5-27）
圖5-3 下降：由全電機(jī)力矩進(jìn)行的電氣制動(dòng)
Fig.5-3 Decline: full motor torque from the electric braking
5.3 起升制動(dòng)器起升負(fù)荷
5.3.1 緊急停止
這種情況不像在下降時(shí)那么危險(xiǎn)。起重機(jī)正在起升負(fù)荷，而發(fā)生意外的情況，這時(shí)起重機(jī)司機(jī)必須起動(dòng)急停按鈕。這種情況下起升機(jī)構(gòu)不是電氣制動(dòng)的，而是緊急停止。負(fù)荷首先是靠重力減速，在很短的時(shí)間內(nèi)，即制動(dòng)器起動(dòng)的時(shí)間內(nèi)，起動(dòng)的制動(dòng)器比正常起升速度低的速度開始制動(dòng)負(fù)荷。
1．吊具加負(fù)荷的重量Q（kN）：
Q=220kN
2．在卷筒上的鋼絲繩的力L（kN）：
其中n=5
3．電機(jī)軸上的力矩：
卷筒直徑
齒輪箱速比
齒輪箱效率
4．負(fù)荷下降速度v(m/min):
5．卷筒上鋼絲繩速度:
6．卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：
7．電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）：
8．電機(jī)軸上從電機(jī)、制動(dòng)器輪和齒輪箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
9．從吊具加負(fù)荷算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
10．總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
11．在按下緊急停止按鈕之后，在（是制動(dòng)器進(jìn)去動(dòng)作的時(shí)間）之內(nèi)由使負(fù)荷減速：
在這里是負(fù)值
12．在后，起動(dòng)的制動(dòng)器在電機(jī)軸如下的轉(zhuǎn)速下開始機(jī)械制動(dòng)：
13．這時(shí)電機(jī)和制動(dòng)器的轉(zhuǎn)速：
14．卷筒上鋼絲繩這時(shí)的速度：
15．有效的制動(dòng)力矩：
16．有效的制動(dòng)時(shí)間：
（8-28）
17．總的制動(dòng)時(shí)間：
18．制動(dòng)期間鋼絲繩在卷筒上的位移：
——在時(shí)間內(nèi)在卷筒上的位移（m）;
——在s內(nèi)制動(dòng)是在減速期間，在卷筒上的位移（m）。
19．在緊急停止期間吊具和負(fù)荷在起升方向的總位移（見圖5-4）：
圖5-4 起升：緊急停止
Fig.5-4 Lifting: emergency stop
5.3.2 以電機(jī)全力矩制動(dòng)
起重機(jī)司機(jī)起升負(fù)荷通過“電氣制動(dòng)”使鉸車停止來停止負(fù)荷。電氣全力矩將作為制動(dòng)力矩。
1．吊具加負(fù)荷的重量Q（kN）：
Q=220kN
2．在卷筒上的鋼絲繩的力L（kN）：
其中n=5
3．電機(jī)軸上的力矩：
卷筒直徑
齒輪箱速比
齒輪箱效率
4．負(fù)荷下降速度v(m/min):
5．卷筒上鋼絲繩速度:
6．卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）：
7．電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）：
8．電機(jī)軸上從電機(jī)、制動(dòng)器輪和齒輪箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
9．從吊具加負(fù)荷算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
10．總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
11．制動(dòng)立即開始，以名義電機(jī)力矩（2個(gè)電機(jī)總計(jì)）
N=240kW 在n=1000r/min時(shí)
12．制動(dòng)器機(jī)械制動(dòng)時(shí)電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速度：
13．有效的制動(dòng)時(shí)間：
14．在制動(dòng)期間卷筒上鋼絲繩的位移：
15．在電氣制動(dòng)期間，吊具和負(fù)荷在起升方向的總位移（見圖5-5）：
圖5-5 起升：全電機(jī)力矩電氣制動(dòng)
Fig.5-5 Lifting: full motor torque from the electric braking
5.4 在起重設(shè)備上制動(dòng)器的安全檢驗(yàn)
1）動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)，其起升、變幅、回轉(zhuǎn)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)都必須裝設(shè)制動(dòng)器。人力驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)，其起升和變幅機(jī)構(gòu)必須設(shè)制動(dòng)器或停止器。
2）起升、變幅機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器必須是常閉式的。
3）新安裝的起重設(shè)備，必須按設(shè)計(jì)要求測(cè)試制動(dòng)器的性能。
4）對(duì)分別驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)器，其制動(dòng)器