橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計論文

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1、橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計 目 錄 摘要……………………………………………………………………… 3 引言……………………………………………………………………4 1 起重機(jī)的類型………………………………………………………5 1.1 起重機(jī)的基本型式……………………………………………5 1.2 復(fù)動作的起重機(jī)械分類……………………………………… 5 2橋式起重機(jī)概述……………………………………………………… 6 2.1 橋式起重機(jī)的分類……………………………………………… 6 2．2橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)……………………………………………

2、6 2.2.1起升機(jī)構(gòu)的組成…………………………………………… 6 2.2.2起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖……………………………………… 7 3 副起升機(jī)構(gòu)設(shè)計計算……………………………………………… 9 3．1 起升機(jī)構(gòu)的典型形式………………………………………… 9 3.1.1 起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置的布置方式 ………………………… 9 3.1.2 起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩卷繞系統(tǒng)設(shè)計…………………………… 13 3.1.2.1卷繞系統(tǒng)的典型形式………………………………… 13 3.1.2.2 大起升高度繞系統(tǒng)設(shè)計方案…………………………… 14 3.1.3 滑輪組設(shè)計………………………………

3、………………… 14 3.1.3.1 滑輪組的種類………………………………………………… 14 3.1.3.2滑輪組的倍率…………………………………………………16 3.1.3.3 滑輪組滑輪的配……………………………………………… 16 3.2 副起升機(jī)構(gòu)的計算…………………………………………… 17 3.2.1 鋼絲繩與卷筒的選擇……………………………………… 17 3.2.2 選擇電動機(jī)………………………………………………… 19 3.2.3 設(shè)計減速器………………………………………………… 20 3.2.4 選擇聯(lián)軸器…………………………………………………20

4、3.3卷筒的計算………………………………………… 22 3.3.1 卷筒幾何尺寸的計算…………………………………………… 22 3.3.2 卷筒強(qiáng)度計算……………………………………………… 22 4結(jié)論…………………………………………………………………23 5 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………24 摘 要 起重機(jī)械廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、港口碼頭、車站倉庫、建筑工地、海洋開發(fā)、宇宙航行等各個工業(yè)部門，可以說陸地、海洋、空中、民用、軍用各個方面都有起

5、重機(jī)械在進(jìn)行著有效的工作。 起重機(jī)械與運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為合理組織成批大量生產(chǎn)和機(jī)械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。在我國四個現(xiàn)代化的發(fā)展和各個工業(yè)部門機(jī)械化水平、勞動生產(chǎn)率的提高中，起重機(jī)必將發(fā)揮更大的作用。 本起重機(jī)為250/50/10t水電站橋式起重機(jī)，安裝于豐滿水電站擴(kuò)建工程廠房內(nèi)，用于水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備的安裝和檢修工作。本課題主要對起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行總體設(shè)計，主、副起升機(jī)構(gòu)分別有一臺電動機(jī)，一臺減速器，一臺輪式制動器，一套卷筒裝置和上滑輪裝置構(gòu)成。要求起重設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn), 定位準(zhǔn)確, 安全可靠, 技術(shù)性能先進(jìn)。 關(guān)鍵詞：起重機(jī)，橋式起重機(jī)，起升機(jī)

6、構(gòu)設(shè)計 0 引言 起重機(jī)械的基本任務(wù)是垂直升降重物，并可兼使重物作短距離的水平移動，以滿足重物裝卸、轉(zhuǎn)載、安裝等作業(yè)的要求。起重機(jī)機(jī)械是現(xiàn)代化生產(chǎn)必不可少的重要機(jī)械設(shè)備，它對于減輕繁重的體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率和實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化及改善人民的物質(zhì)、文化生活都具有重大的意義。 起重機(jī)械廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、港口碼頭、車站倉庫、建筑工地、海洋開發(fā)、宇宙航行等各個工業(yè)部門，可以說陸地、海洋、空中、民用、軍用各個方面都有起重機(jī)械在進(jìn)行著有效的工作。 起重機(jī)械不僅可以作為輔助的生產(chǎn)設(shè)備，完成原料、半成品、產(chǎn)品的裝卸、搬運(yùn)，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的安裝

7、、維修，而且它也是一些生產(chǎn)過程工藝操作中的必須設(shè)備，例如鋼鐵冶金生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)，從爐料準(zhǔn)備、加料到煉好的鋼水澆鑄成錠以及脫模取錠等。又例如原子能工業(yè)中的一些工藝操作等人所難達(dá)到之處，沒有起重機(jī)械，簡直無法生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，在我國冶金、煤炭部門的機(jī)械設(shè)備總臺數(shù)或總重中，起重運(yùn)輸機(jī)械約占25％～65％。 起重機(jī)械與運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為合理組織成批大量生產(chǎn)和機(jī)械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。在我國四個現(xiàn)代化的發(fā)展和各個工業(yè)部門機(jī)械化水平、勞動生產(chǎn)率的提高中，起重機(jī)必將發(fā)揮更大的作用。 1起重機(jī)的類型 1.2.1起

8、重機(jī)的基本型式 起重機(jī)械的型式形形色色，五花八門。根據(jù)起重機(jī)械所配備的工作機(jī)構(gòu)數(shù)目的多少或服務(wù)范圍的不同，起重機(jī)械可分為以下兩大類別： 1． 單動作的起重機(jī)械 這種起重機(jī)械只配備一個工作機(jī)構(gòu)（起升機(jī)構(gòu)），只能實現(xiàn)一個方向上的往復(fù)運(yùn)動，因此其服務(wù)范圍是一條直線，如千斤頂、固定滑車、升降機(jī)、電梯等。 2． 復(fù)動作的起重機(jī)械 這種起重機(jī)械配備有兩個以上的工作機(jī)構(gòu)，即除起升機(jī)構(gòu)外還配備有其它輔助機(jī)構(gòu)，可以實現(xiàn)二個方向以上的往復(fù)運(yùn)動，因此其服務(wù)范圍是一個平面或一個立體空間。 1.2.2復(fù)動作的起重機(jī)械分類 （1）橋架型起重機(jī) 構(gòu)造特征：金屬構(gòu)架做成直線形式或門形橋架的形式，構(gòu)造較簡單。

9、服務(wù)范圍：長方體空間。 機(jī)構(gòu)數(shù)目：一般有起升、大車運(yùn)行和小車運(yùn)行三個工作機(jī)構(gòu)。 吊載能力：較大（一般在支撐平面內(nèi)吊載，穩(wěn)定性好） 典型機(jī)種：橋式起重機(jī)、門式起重機(jī)、纜索起重機(jī)等。 橋式起重機(jī)水 橋架型起重機(jī)中最主要的型式，在數(shù)量上占起重機(jī)總數(shù)的首位，使用范圍極為廣泛，一般用在車間內(nèi)為生產(chǎn)工藝過程服務(wù)。 門式起重機(jī)是橋架型起重機(jī)中另一主要型式，與橋式起重機(jī)相比，它們的主要特征是在橋架的一端或兩端設(shè)有支腿，可直接支承在地基上或沿地面軌道運(yùn)行，一般用在碼頭、堆場、造船臺等露天作業(yè)場地上，為貨物裝卸。堆垛。船體拼接等生產(chǎn)工藝過程服務(wù)。當(dāng)門式起重機(jī)的小車運(yùn)行速度大，運(yùn)行距離長，生產(chǎn)率高，主要吊

10、運(yùn)散料時，常改稱為裝卸橋。 當(dāng)橋架型起重機(jī)的跨度特別大時，為了減輕橋架和整機(jī)的自身質(zhì)量，常常改用纜索來代替橋架，供起重小車支承和運(yùn)行之用，這類起重機(jī)成為纜索起重機(jī)，常用在水電站大壩施工等現(xiàn)場上，為工件吊運(yùn)?；炷翝仓壬a(chǎn)工藝過程服務(wù)。 圖1.1門式起重機(jī) （2）臂架型起重機(jī) 構(gòu)造特征：有固定的或可擺動的臂架，上部結(jié)構(gòu)相對下部結(jié)構(gòu)能夠回轉(zhuǎn)，構(gòu)造較復(fù)雜。 服務(wù)范圍：圓形或腰圓形的柱體空間。 機(jī)構(gòu)數(shù)目：一般有起升、回轉(zhuǎn)、變幅和運(yùn)行四個工作機(jī)構(gòu)、 吊載能力：較?。ㄖС衅矫嫱獾踺d，受限于起重機(jī)的整體穩(wěn)定性） 典型機(jī)種：門座起重機(jī)、塔式起重機(jī)、汽車起重機(jī)等。 2橋式起重機(jī)概述

11、 2.1 橋式起重機(jī)的分類 橋式起重機(jī)架設(shè)在車間或倉庫等建筑物上空，沿建筑物的縱向設(shè)有兩條鋼軌，橋架在鋼軌上運(yùn)行。橋架上面有小車。它有起升，橫行（小車運(yùn)行），走行（大車運(yùn)行）三種運(yùn)動。 2.2橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu) 2.2.1 起升機(jī)構(gòu)的組成 在起重機(jī)中，用以提升或下降貨物的機(jī)構(gòu)稱為起升機(jī)構(gòu)，一般采用卷揚(yáng)式。起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)中最重要、最基本的機(jī)構(gòu)，其工作的好壞直接影響整臺起重機(jī)的工作性能。 起升機(jī)構(gòu)一般由驅(qū)動裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、取物裝置和安全保護(hù)裝置等組成。驅(qū)動裝置包括電動機(jī)、聯(lián)軸器、制動器、減速器、卷筒等部件。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩、卷筒、定滑輪和動滑輪。取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、抓斗

12、、電磁吸盤、吊具、掛梁等多種型式。安全保護(hù)裝置有超負(fù)荷限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保護(hù)開關(guān)等，根據(jù)實際需要配用。 起升機(jī)構(gòu)有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動、電動機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動三種驅(qū)動方式。 內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的起升機(jī)構(gòu)，其動力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動裝置集中傳給包括起升機(jī)構(gòu)在內(nèi)的各個工作機(jī)構(gòu)。這種驅(qū)動方式的優(yōu)點是具有自身獨(dú)立的能源，機(jī)動靈活，適用于流動作業(yè)的流動式起重機(jī)。為保證各機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動，整機(jī)的傳動系統(tǒng)復(fù)雜笨重。由于內(nèi)燃機(jī)不能逆轉(zhuǎn)，不能帶載起動，需依靠傳動環(huán)節(jié)的離合實現(xiàn)起動和換向．這種驅(qū)動方式調(diào)速困難，操縱麻煩．屬于淘汰類型。目前只在現(xiàn)有的少數(shù)履帶起重機(jī)和鐵路起重機(jī)上應(yīng)用。 電動機(jī)驅(qū)動是起升機(jī)構(gòu)主

13、要的驅(qū)動方式。直流電動機(jī)的機(jī)械特性適合起升機(jī)構(gòu)工作要求，調(diào)速性能好，但獲得直流電源較為困難。在大型的工程起重機(jī)上，常常用內(nèi)燃機(jī)和直流發(fā)電機(jī)實現(xiàn)直流傳動。交流電動機(jī)驅(qū)動能直接從電網(wǎng)取得電能．操縱簡單，維護(hù)容易，機(jī)組重量輕，工作可靠，在電動起升機(jī)構(gòu)中被廣泛采用。本起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)采用的啟動方式也為電動機(jī)驅(qū)動。 液壓驅(qū)動的起升機(jī)構(gòu)，由原動機(jī)帶動液壓泵．將工作油液輸入執(zhí)行構(gòu)件(液壓缸或液壓馬達(dá))使機(jī)構(gòu)動作，通過控制輸入執(zhí)行構(gòu)件的液體流量實現(xiàn)調(diào)速。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是傳動比大，可以實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作方便，過載保護(hù)性能好。缺點是液壓傳動元件的制造精度要求高，液體容易泄漏。目前液壓驅(qū)

14、動在流動式起重機(jī)上獲得日益廣泛的應(yīng)用。 2.2.2 起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖 圖2.1為原動機(jī)驅(qū)動的起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖。電動機(jī)1通過聯(lián)軸器2與減速器4的高速軸相連。機(jī)構(gòu)工作時，減速器的低速軸帶動卷筒7，將鋼絲繩5卷上或放出，經(jīng)過滑輪組系統(tǒng)，使吊鉤6實現(xiàn)上升或下降。機(jī)構(gòu)停止工作時，制動器3使吊鉤連同貨物懸吊在空中。吊鉤的升降靠電動機(jī)改變轉(zhuǎn)向來達(dá)到。 圖2.1 起升機(jī)構(gòu)簡圖 為了安裝方便與避免高速軸在小車架受載變形時發(fā)生彎曲，聯(lián)軸器2應(yīng)是帶有補(bǔ)償性能的，通常采用彈性柱銷聯(lián)軸器或齒輪聯(lián)軸器。前者構(gòu)造簡單并能緩沖，但彈性橡皮圈的壽命不長；后者堅固耐用，應(yīng)用最廣。齒輪聯(lián)軸器的壽命與安裝質(zhì)量

15、有關(guān)，并且需要經(jīng)常潤滑。為使布置更方便并增高補(bǔ)償能力，降低磨損，常將齒輪聯(lián)軸器制成兩個半齒輪聯(lián)軸器，中間用浮動軸或補(bǔ)償軸連起來。 制動器通常裝在高速軸上，以減小其尺寸，如圖2.1所示位置。經(jīng)常利用聯(lián)軸器的一個半體兼作制動輪。帶制動輪的聯(lián)軸器半體應(yīng)當(dāng)安裝在減速器軸上，這樣，即使聯(lián)軸器損壞，制動器仍能起作用，保證了安全。 有時在高速軸上需要裝設(shè)兩個制動器，則第二個制動器可裝在減速器高速軸的另一端，如圖2.1虛線所示，或者裝在浮動軸的另一個聯(lián)軸器上。也可以把制動器裝設(shè)在電動機(jī)的尾部輸出軸上，但這時需要有兩端出軸的電動機(jī)，所以一般盡量避免。目前也有將制動器放在電動機(jī)尾部的殼體內(nèi)，制成一個組合部件，

16、從而使機(jī)構(gòu)簡化緊湊。 起升機(jī)構(gòu)的制動器應(yīng)是常閉式的。采用塊式制動器，裝有電磁鐵或電動推桿作為自動的松閘裝置，與電動機(jī)電氣聯(lián)鎖。制動器的制動力矩應(yīng)保證有足夠的制動安全系數(shù)。在要求緊湊的情況下，也有采用帶式制動器的。 減速器常用封閉式的標(biāo)準(zhǔn)兩級圓柱齒輪減速器。在起重量較大（超過80t)的情況下，為得到低速并增大卷筒與電動機(jī)間的尺寸，常采用標(biāo)準(zhǔn)的封閉式兩級減速器，再增加一對開式齒輪作最后級傳動。 在要求緊湊的起升機(jī)構(gòu)中，也有采用蝸輪減速器的，其缺點是機(jī)械效率低。有時采用蝸輪減速器是為了盡量減少噪聲，例如在載客電梯中。近年來還有采用行星齒輪減速器的，減速器（如3K或擺線、漸開線齒形的少齒差行星減

17、速器）裝在卷筒的內(nèi)腔中，電動機(jī)和卷筒成同軸線布置，其特點是十分緊湊，但維修不太方便。 卷筒通常裝在轉(zhuǎn)軸上，使軸承的檢查與更換都較方便。 卷筒與減速器低速軸可通過特種聯(lián)軸器相連接，卷筒軸用自位軸承支承于減速器軸的內(nèi)腔和軸承座中，扭矩由齒輪連接來傳遞。這種方法緊湊，可靠，分組性好，能補(bǔ)償減速器軸與卷筒軸間的角度偏差，但減速器低速軸需帶特殊齒形軸端，加工時較為復(fù)雜。國外有采用鼓形滾子聯(lián)軸器的，它利用鼓形滾子與兩個半圓凹槽的配合實現(xiàn)補(bǔ)償。由于它不僅能傳遞扭矩，同時還能承受很大的徑向力，故省去了一個徑向支承裝置。這種布置還省去了卷筒長軸，使重量減輕。 當(dāng)卷筒與開式傳動的大齒輪相連接時，卷筒端面與齒

18、輪間用沿圓周布置的螺釘聯(lián)接。為承受剪切力和傳遞扭矩，可以用精制的鉸制孔用螺栓，也可以在螺孔中配一個受剪套筒而采用普通螺栓。 在某些需要能進(jìn)行貨物自由下降的起升機(jī)構(gòu)中，卷筒與減速傳動裝置間裝有摩擦離合器。這時，制動器應(yīng)裝在卷筒上，用來控制自由下降的速度，它應(yīng)當(dāng)是可操縱的。 卷筒的直徑一般盡量選用許用的最小值，因為隨著卷筒直徑的增加，轉(zhuǎn)矩與減速器的傳動比也增大了，會引起整個機(jī)構(gòu)的體積過大。但在起升高度較大時，往往增加卷筒直徑以求限制其長度。 滑輪組型式（單式或雙聯(lián)的）和它的倍率對起升機(jī)構(gòu)的尺寸也有很大的影響。在橋式起重機(jī)中采用雙聯(lián)滑輪組，單式滑輪組只宜用于有導(dǎo)向滑輪的臂架式起重機(jī)。 滑輪組

19、倍率的選定對鋼絲繩中的拉力、卷筒直徑與長度、減速器的傳動比及總體尺寸都有關(guān)系。大起重量采用較大的倍率，可以避免采用過粗的鋼絲繩。有時采用增大滑輪組倍率同時相應(yīng)地降低起升速度的方式來提高起重量，可以使起升機(jī)構(gòu)達(dá)到通用性，即將同一起升機(jī)構(gòu)用于不同的起重量，這是在系列設(shè)計時常采用的方法。在某些情況下，還可能出于其它原因而適當(dāng)?shù)剡x用較小的倍率，如在臂架式起重機(jī)中選用較小的倍率可以減少臂架端部的定滑輪數(shù)目。在設(shè)計大起升高度的起升機(jī)構(gòu)時，也可以采用減小滑輪組倍率的方法來減少卷筒繞繩量，從而避免多層卷繞或過長的卷筒。 3 副起升機(jī)構(gòu)設(shè)計計算 設(shè)計起升機(jī)構(gòu)時需給定的主要參數(shù)有：起重量、工作級別、起升高度和

20、起升速度。 起重量對起升機(jī)構(gòu)的組成型式、傳動部件的型號尺寸和電動機(jī)的驅(qū)動功率都有重要的影響。在起重機(jī)系列設(shè)計時，合理選擇起重量系列是重要的環(huán)節(jié)。一般情況下，當(dāng)起重量超過10 t時，常設(shè)兩個起升機(jī)構(gòu)，即主起升機(jī)構(gòu)和副起升機(jī)構(gòu)。主起升機(jī)構(gòu)的起重量大，用以起吊重的貨物。副起升機(jī)構(gòu)的起重量小，但速度較快，用以起吊較輕的貨物或作輔助性工作，提高工作效率。 起升速度的選擇與起重量、起升高度、工作級別和使用要求有關(guān)．中、小起重量的起重機(jī)選用高速以提高生產(chǎn)率：大起重量的起重機(jī)選用低速以降低驅(qū)動功率，提高工作的平穩(wěn)性和安全性。工作級別高、經(jīng)常使用、要求生產(chǎn)率高的起重機(jī)宜選用高速；反之．工作級別低、用于輔助性

21、工作的起重機(jī)可選用低速。用于安裝與設(shè)備維修的起重機(jī)除應(yīng)選用低速外，還可備有微速或調(diào)速功能。大起升高度的起重機(jī)為了提高工作效率．除適當(dāng)提高起升速度外，還可備有空載快速升降功能。表3.1為本起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)主要參數(shù) 表3.1本起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)主要參數(shù) 參數(shù) 主起升機(jī)構(gòu) 副起升機(jī)構(gòu) 額定起重量（t） 250 50 工作級別 M3 M5 起升高度（m） 26 32 起升速度（m/min） 1 4 3.1 起升機(jī)構(gòu)的典型形式 3.1.1 起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置的布置方式 （1）平行軸線布置 大多數(shù)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置都采取電動機(jī)軸與卷筒軸平行布置。 起升機(jī)構(gòu)的基本

22、驅(qū)動型式見圖3.1。當(dāng)起升機(jī)構(gòu)用于吊運(yùn)液態(tài)金屬及其他危險物品時．需采用雙制動器．按圖3.1中的點劃線選擇布置。當(dāng)需設(shè)主、副兩個起升機(jī)構(gòu)時，布置方式見圖3.2。也有用電動葫蘆作為副起升機(jī)構(gòu)，可使布置更加緊湊。 圖3.1 起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置 圖3.2 主、副鉤起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置 大起重量的起升機(jī)構(gòu)，由于起升速度相對較慢，減速器傳動比增大，也有采用在減速器輸出端加一級開式齒輪的方式，見圖3.3。起重量超過100t的大型起重機(jī)也可采用圖3.4的布置方式。慢速起升機(jī)構(gòu)采用一臺減速器其傳動比已不能滿足要求時，可采用圖3.5的布置方式。 圖3.3 帶開式齒輪的驅(qū)動裝置

23、圖3.4 大起重量起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置 圖3.5 慢速起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置 上述起升機(jī)構(gòu)方案中，各部件都是分別支承、固定在小車架上。要求小車架有足夠的精度和剛度，從而使小車架的自重增大，加工制造及安裝調(diào)整也很麻煩。為了減輕和簡化這樣的小車架，可采用帶有制動器的電動機(jī)，并將其直接套裝在減速器上，使整個傳動機(jī)構(gòu)形成一個獨(dú)立的整體。通過減速器的兩個支承點和卷筒支承座的一個支承點形成穩(wěn)定支承，可降低對小車架安裝精度的要求。此外還可將定滑輪直接套裝在卷筒上，并使卷簡直接作為小車架的主體，在兩端安裝行走端梁構(gòu)成整個起重小車，使結(jié)構(gòu)大為簡化，見圖3.6。但這種方案只適合于中、小噸位的起重機(jī)

24、。 圖3.6 簡易起重小車 （2）同軸線布置 將電動機(jī)、減速器和卷筒成直線排列，電動機(jī)和卷筒分別布置在同軸線減速器（常為普通行星減速器或少齒差行星減速器）的兩端，或者把減速器布置在卷筒內(nèi)部。為使機(jī)構(gòu)緊湊和提高組裝性能．可采用帶制動器的端面安裝型式的電動機(jī)。同軸線布置的起升機(jī)構(gòu)橫向尺寸緊湊，但加工精度和安裝要求較高．維修不太方便。 本起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)主、副兩個起升機(jī)構(gòu)，起升重量分別為250t和50t。驅(qū)動裝置采用平行軸線布置，布置方式見圖3.7。 圖3.7本起重機(jī)驅(qū)動裝置布置方式 3.1.2 起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩卷繞系統(tǒng)設(shè)計 3.1.2.1 卷繞系統(tǒng)的典型形式 卷繞系統(tǒng)

25、是傳動系統(tǒng)的組成部分，起著運(yùn)動形式的轉(zhuǎn)換作用。圖3.8是橋式起重機(jī)廣泛采用的起升卷繞系統(tǒng)。 圖3.8 橋式起重機(jī)起身卷繞系統(tǒng) 在卷繞系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)盡量避免鋼絲繩反向彎折，或盡可能減少反向彎折的次數(shù)。出現(xiàn)反向彎折時，可用增大滑輪直徑、提高滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值來減緩鋼絲繩的疲勞損傷。 3.1.2.2 大起升高度卷繞系統(tǒng)方案設(shè)計 當(dāng)橋架類型起重機(jī)起升高度超過20 m時，鋼絲繩卷繞系統(tǒng)一般要特殊考慮．采取合適的方案， （1）加大卷筒直徑或長度 此方案簡單易行。但過分加大卷筒直徑會帶來起升機(jī)構(gòu)高度尺寸的增加；過度增加卷筒長度會導(dǎo)致鋼絲繩對滑輪和卷筒繩槽偏斜角的增大，加劇磨損，甚

26、至引起滑輪繩槽的破壞或鋼絲繩跳槽，這種方案局限性較大。 （2）減小滑輪組倍率 此方案簡單可行。適當(dāng)減小倍率能減少鋼絲繩在卷簡上的繞繩量，并不增加機(jī)構(gòu)外形尺寸，在對起升機(jī)構(gòu)外形尺寸有限制的場合更為有利。但卷筒受力增加，鋼絲繩直徑增大，減速器傳動比也要增加，有一定的使用局限性。 （3）普通雙層卷繞 將鋼絲繩端固定于卷筒中部，起升時鋼絲繩從中間向兩頭繞于卷筒繩槽中，繞滿碰到端壁時，由于鋼絲繩拉力的水平分力指向當(dāng)中，鋼絲繩向當(dāng)中返回繞第二層。這種方案構(gòu)造簡單，但鋼絲繩的偏斜角不能大于3°，否則第二層鋼絲繩排列不整齊，磨損也厲害，適用于不頻繁使用的場合。 （4）雙卷筒卷繞 由兩個卷筒同時卷繞

27、，可使起升高度增加一倍，但是機(jī)構(gòu)的外形尺寸較大。 （5）多層卷繞 多層卷繞時為使鋼絲繩在卷筒上排列整齊，通常采取以下措施：卷筒壁開螺旋繩槽，保證第一層鋼絲繩整齊排列，同時需要采用壓繩器和排繩器。 本起重機(jī)安裝于水電站工程廠房內(nèi)，用于設(shè)備安裝及檢修工作，不頻繁使用，廠房也有足夠大的空間，為了簡化設(shè)計，便于安裝和維修保養(yǎng)，本起重機(jī)采用加大卷筒直徑的方案。 3.1.3 滑輪組設(shè)計 3.1.3.1 滑輪組的種類 滑輪組由若干動滑輪和定滑輪組成。根據(jù)滑輪組的功用分為：省力滑輪組和增速滑輪組。 省力滑輪組廣泛用于起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)和普通臂架變幅機(jī)構(gòu)，它能用較小的鋼絲繩拉力吊起數(shù)倍于鋼繩拉力的重

28、物。增速滑輪組主要用于液壓或氣壓驅(qū)動的機(jī)構(gòu)中，利用液壓缸或氣缸使工作裝置獲得數(shù)倍于活塞行程和速度，如叉車的門架貨叉升降機(jī)構(gòu)和輪式起重機(jī)的吊臂伸縮機(jī)構(gòu)。 滑輪組又有單式滑輪組與雙聯(lián)滑輪組之分。單式滑輪組用于門座起重機(jī)、汽車起重機(jī)、塔式起重機(jī)等臂架類型的起重機(jī)。由于有端部滑輪導(dǎo)向，當(dāng)卷筒收入放出鋼絲繩時，雖然鋼絲繩沿卷筒移動，吊鉤并不隨著作水平位移。但是，對于橋式類型起重機(jī)，如果采用單式滑輪組，在吊鉤升降時就會引起水平方向的位移(圖3.9)，這不僅對于操作引起不便，同時使吊重重量在兩根主梁上的分配不等。采用如圖3.10所示的雙聯(lián)滑輪組就可以免除這種缺點。 圖3.9 單式滑輪組起升時的水平位

29、移 圖3.10 雙聯(lián)滑輪組 3.1.3.2 滑輪組的倍率 滑輪組倍率的選定對起升機(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、滑輪和卷簡直徑也隨之減小，在起升速度不變時，需提高卷筒轉(zhuǎn)數(shù)，即減小機(jī)構(gòu)傳動比。但倍率過大，會使滑輪組本身體積和重量增大，同時也會降低效率，加速鋼絲繩的磨損。 起重量小時，選用小的倍率，隨著起重量增大，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)常用雙聯(lián)滑輪組倍率見表3.2。 表3.2 橋式起重機(jī)常用雙聯(lián)滑輪組倍率 額定起重量(t) 3 5 8 12.5 16 20 32 50 80 100

30、120 160 200 250 倍率m 1 2 2 3 3 4 4 4 5 6 6 6 8 8 本起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)額定起重量為250t，故選擇倍率m＝8的雙聯(lián)滑輪組；副起升機(jī)構(gòu)額定起重量為50t，選擇m＝4的雙聯(lián)滑輪組。 3.1.3.3 滑輪組滑輪的配置 滑輪組中的滑輪按所需倍率和結(jié)構(gòu)要求配置。橋式起重機(jī)的滑輪組配置見圖3.11。 圖3.11 省力滑輪組 雙聯(lián)滑輪組倍率m≤4時．從卷筒引出的鋼絲繩兩根分支．一般通向吊鉤架最外邊的兩個動滑輪，平衡滑輪位于中間位置。當(dāng)m>4時．為了不使卷筒中間的光面部分過長．應(yīng)將兩根鋼絲繩分支引向吊鉤組

31、中間兩個動滑輪，用平衡梁代替平衡滑輪。為避免鋼繩分支在運(yùn)動中相碰．中間兩個動滑輪的直徑應(yīng)稍微加大（圖3.12）。 圖3.12 使用平衡梁的雙聯(lián)滑輪組 3.2 副起升機(jī)構(gòu)的計算 根據(jù)任務(wù)書，已知本起重機(jī)主副升機(jī)構(gòu)主要參數(shù)：額定起重量Q0=50t；工作級別M5；副鉤起升高度H=32m；副鉤起升下降速度V=4m/min。 3.2.1 鋼絲繩與卷筒的選擇 1．鋼絲繩計算 1）鋼絲繩的最大工作靜拉力 當(dāng)滑輪組形式和倍率確定之后，繞入卷筒鋼絲繩端頭的最大工作靜拉力，用總起重量Gt按公式（3.1）計算。 Smax＝1000 ×Gt×g/(m×a×ηd×ηp)…………………………（3.

32、1） 式中： Smax－鋼絲繩最大工作拉力，N； Gt－總起重量，Gt= Gn(t)＋Gd(t)，Gn(t)為額定起重量，Gd(t)為取物裝置的重量（初選吊鉤 滑輪組TZB7147.15 50單鉤 TZQ7176.17.00） 共2.255t m－滑輪組倍率； a－滑輪組上鋼絲繩繞入卷筒上的根數(shù)； g－重力加速度，g取9.81m/s2； ηd－卷筒裝置的傳動效率，見表3.3； ηp－滑輪組的傳動效率，見表3.4。 表3.3筒裝置傳動效率ηd 軸承形式 傳動效率 滾動軸承 0.98 滑動軸承 0.96 表3.4滑輪組的傳動效率ηp 軸承形式 軸承鋼絲繩

33、支數(shù) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 滑動 0.98 0.96 0.96 0.92 0.91 0.89 0.87 0.85 0.84 0.82 0.81 0.79 0.78 滾動 0.99 0.98 0.97 0.98 0.95 0.94 0.93 0.92 0.91 0.91 0.9 0.89 0.88 根據(jù)表3.3，Gt=50+2.255=52.255t； 滑輪組采用雙聯(lián)滑輪組（a=2），倍率m=4； 根據(jù)表3.1，ηd=0.98； 根據(jù)表3.2，ηq=0.93。 則S

34、max＝1000 ×Gt×g/(m×a×ηd×ηp)= 68109.794N 2）鋼絲繩直徑的選擇 鋼絲繩直徑不應(yīng)小于按公式（3.2）計算的最小直徑： dgmin =C×(Smax)(1/2)…………………………………………（3.2） 式中： dgmin－計算的鋼絲繩最小直徑，mm； C－鋼絲繩的選擇系數(shù)； 則dgmin＝0.0925×（68109.79）1/2=24.14，取鋼絲繩直徑d＝24mm。 2．卷筒計算 1）卷筒直徑選擇 鋼絲繩繞入卷筒或繞過滑輪時，鋼絲繩中的鋼絲產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力大小與卷繞直徑對繩徑之比D/d有關(guān)，鋼絲繩使用壽命隨D/d的增大而增大。試驗還表明

35、鋼絲繩的使用壽命與在一次升降中通過的彎曲次數(shù)，形式和次序有關(guān)。為使機(jī)構(gòu)設(shè)計得緊湊，忽略彎曲次數(shù)和方向?qū)勖糜绊懞?，鋼絲繩得卷繞直徑不應(yīng)小于按公式（3.3）計算的最小直徑： Dcp≥h×d………………………………………………………（3.3） 式中： Dcp－以鋼絲繩中心線計算的鋼絲繩卷繞直徑，mm。卷筒標(biāo)準(zhǔn)直徑見表3.7； h－與機(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式有關(guān)的系數(shù)，見表3.6； d－機(jī)構(gòu)中實際選用的鋼絲繩直徑，mm。 2）卷筒轉(zhuǎn)速計算 單層卷繞卷筒轉(zhuǎn)速為： nt＝60.m.v/π.D0………………………………………（3.4） 式中： nt－卷筒轉(zhuǎn)速，min-1；

36、v－起升速度，m/s； D0－卷筒卷繞直徑D0=D+d＝0.690＋0.24＝0.714m。 則nt＝60.m.v/π.D0＝7.137 min-1 3.2.2 選擇電動機(jī) 起升機(jī)構(gòu)的負(fù)載特點是啟動時間較短（約1秒左右），只占勻速運(yùn)動時間的很小比例，起動時慣性載荷也很小，只占起升載荷的10～20％。 根據(jù)起升機(jī)構(gòu)的負(fù)荷特點和電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩特性，電動機(jī)功率可以從按吊起的總起重量Gt算得的靜功率進(jìn)行選擇。 1）計算電動機(jī)靜功率 所需電動機(jī)的靜功率按公式（3.5）計算： Pj=Gt×Vn×Ks×Kn×Kt/(6.12×ηg×ηd×ηp)……………（3.5） 式中： Pj－計算

37、的電動機(jī)功率，kW； Kn－海拔高度系數(shù)，于起重機(jī)所在地的海拔高度有關(guān)，見表3.8； Kt－環(huán)境溫度系數(shù)，與起重機(jī)的工作環(huán)境溫度和所采用電動機(jī)的絕緣等級有關(guān)，見表3.9； Ks－機(jī)構(gòu)的操作頻繁程度系數(shù)，見表3.10； ηg－減速裝置（含減速器和開式齒輪）的傳動效率。 則Pj=Gt×Vn×Ks×Kn×Kt/(6.12×ηg×ηd×ηp)＝38.936 kw 當(dāng)前在起重機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計中，驅(qū)動電機(jī)趨向于選用高速電機(jī)，這是因為其輸出功率相同，而售價低，經(jīng)綜合比較后，選用8級電機(jī)，經(jīng)查表3.12，初選YZP250M-8，該電機(jī)在工作方式為S3，接電持續(xù)率為40％時，功率Pn=37kw。

38、 2）電動機(jī)過載能力校驗 起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)過載能力按下式進(jìn)行校驗： Pn ≥H×Gt×V/(u×λm×6.12×ηg×ηd×ηp)……………（3.6） 式中： Pn－在基準(zhǔn)接電持續(xù)時間時的電動機(jī)額定功率，kW； u－電動機(jī)臺數(shù)； λm－電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的允許過載倍數(shù)，見表3.10； H－考慮電壓降及轉(zhuǎn)矩允差以及靜載試驗超載的系數(shù)，繞線異步電動機(jī)取2.1；籠型異步電動機(jī)取2.2；直流電動機(jī)取1.4。 Vn－機(jī)構(gòu)穩(wěn)態(tài)運(yùn)動時的額定轉(zhuǎn)速，m/min；當(dāng)電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n(r/min)和減速器的實際速度比i確定后，起升機(jī)構(gòu)的實際速度將按下列速度計算： Vs=0.9×π×Dcp×N/(i×m)

39、 則Pn ≥H×Gt×V/(u×λm×6.12×ηg×ηd×ηp)=30.441 3.2.3 設(shè)計減速器 1）減速器傳動比 i=N×π×D0/(q×Vn)………………………………………（3.7） i=N×π×D0/(q×Vn)＝103.042 2）減速器功率 Pg≥Gt×Vn(6.12×ηg×ηd×ηp×Zg×Kg) ……………（3.8） Zg－減速器數(shù)量 1； Kg－等效系數(shù) 1.25 見表3.13 則Pg≥Gt×Vn(6.12×ηg×ηd×ηp×Zg×Kg)＝31.487 表3.13減速器的等效功率系數(shù) 工作級別 ～M3 M4 M5

40、 M6 M7 M8 3.2.4 選擇聯(lián)軸器 依據(jù)所傳遞的扭矩、轉(zhuǎn)速和被聯(lián)接的軸徑等參數(shù)選擇聯(lián)軸器的具體規(guī)矩，起升機(jī)構(gòu)中的聯(lián)軸器應(yīng)滿足下式要求： Mt≥9550×nt×∮8g×Pn×ηg/N………………………………（3.9） 式中： nt－聯(lián)軸器的選用安全系數(shù)，對起升機(jī)構(gòu)取nt＝1.5； ∮8g－剛性震動系數(shù)，其值于機(jī)構(gòu)的工作級別或電動機(jī)的接電持續(xù)率有關(guān)，見表3.16。 1）高速軸聯(lián)軸器的選擇 Mt≥9550×nt×∮8g×Pn×ηg/N=1396.795 齒輪聯(lián)軸器能補(bǔ)償兩軸的綜合位移。能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造較困難，在重型機(jī)器和起重設(shè)備中應(yīng)用較廣，但不適

41、用于立軸。選用Q/ZB104.5.00A 2）卷筒聯(lián)軸器的選擇 Mc =k×9550×Pn×is/N =96841.937 此處聯(lián)軸器用于聯(lián)接卷筒法蘭和減速器低速軸，采用WJ型漸開線花鍵聯(lián)接齒輪聯(lián)軸器（圖3.17），卷筒用齒輪聯(lián)軸器由內(nèi)齒圈、外齒軸套及兩側(cè)端蓋等件組成。 圖3.14 WJ型漸開線花鍵聯(lián)接齒輪聯(lián)軸器 該聯(lián)軸器具有補(bǔ)償兩軸相對位移的性能，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，可靠性高、安裝方便。適用于起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的減速機(jī)與卷筒的聯(lián)接及其他類似機(jī)構(gòu)的聯(lián)接?？勺鳛閭鬟f轉(zhuǎn)矩及支承徑向載荷之用。工作溫度范圍為-25-80℃；傳遞公稱轉(zhuǎn)矩4000-800000N.m；許用徑向力14500-45

42、0000N。 根據(jù)表3.17，選用WJ15聯(lián)軸器INT38ZX8m 表3.17 WJ聯(lián)軸器基本參數(shù) 型號 公稱扭矩Tn kN·m 許用徑向力kN d內(nèi)花鍵 轉(zhuǎn)動慣量kg.㎡ 重量kg WJ11 112 125 INT34Z×5m 4.08 136 INT38Z×5m 132 WJ12 180 150 INT38Z×5m 7.23 190 INT26Z×8m 187 WJ13 315 250 INT26Z×8m 9.66 228 INT30Z×8m 220 WJ14 400 300 INT30Z×8m 14.5 29

43、0 INT34Z×8m 285 WJ15 500 340 INT34Z×8m 23.9 390 INT38Z×8m 382 WJ16 630 380 INT38Z×8m 34.2 476 INT44Z×8m 466 WJ17 800 450 INT44Z×8m 73.3 766 INT50Z×8m 716 3.3.2. 卷筒的計算 3.3.2.1 卷筒幾何尺寸的計算 卷筒工作圈數(shù)按式（3.11）計算： ηg=H×m/( Dcp×π)+Z1……………………………………（3.11） 式中： Z1－固定鋼絲繩的安全圈數(shù)（≥2.5）

44、則ηg=H×m/( Dcp×π)+Z1=59 t－卷筒繩槽節(jié)距 (mm）,t=27 卷筒上有螺旋槽的部分長度為：L0=ng×t=593 3.3.2.2 卷筒強(qiáng)度計算 卷筒在鋼絲繩拉力作用下，產(chǎn)生壓縮，彎曲和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，其中壓縮應(yīng)力最大。當(dāng)L≤3D時，彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應(yīng)力不超過壓縮應(yīng)力的10%～15%，只計算壓應(yīng)力即可。 卷筒筒壁的最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在筒壁的內(nèi)表面，壓應(yīng)力按下式計算： σc= f1×f2×f3×Smax /(δ×t+0.112×t 2)…………………（3-12） 式中： －卷筒壁壓應(yīng)力，Mpa； δ－卷筒壁厚； t－卷筒繩槽節(jié)距； f1－對筒壁應(yīng)力的減小系數(shù)

45、 0.75 f2－對鋼絲繩拉力系數(shù) 1 f3－鋼絲繩卷繞層數(shù)系數(shù) 1.2 －許用壓應(yīng)力，對鋼。 卷筒材料采用Q345，[σc]=σs/2=162.5，卷筒壁厚為21mm。 σc= f1×f2×f3×Smax /(δ×t+0.112×t 2)=94.502≤[σc] 4 結(jié)論 起重機(jī)械運(yùn)用廣泛，在現(xiàn)代工業(yè)中現(xiàn)代工業(yè)不僅對起重機(jī)的安全和高效提出越來越多的要求，而且隨著自動化控制以及計算機(jī)管理系統(tǒng)的日益廣泛，起重機(jī)從單一的搬運(yùn)工具逐步演變成自動化、柔性化生產(chǎn)中的重要組成部分?，F(xiàn)今電子技術(shù)以及先進(jìn)加工技術(shù)運(yùn)用廣泛，計算機(jī)輔助設(shè)計更是的提

46、高了設(shè)計師們的工作效率。如何結(jié)合新技術(shù)并運(yùn)用到起重機(jī)中，讓整個起重系統(tǒng)更安全、更高效、應(yīng)用更廣泛將是設(shè)計師的工作重點。 本次設(shè)計中通過對橋式起重機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)及發(fā)展?fàn)顩r的了解。進(jìn)行了橋式起重機(jī)副起升機(jī)構(gòu)以及其零部件的設(shè)計計算、校驗等。設(shè)計過程中，首先確定了驅(qū)動裝置采用電動機(jī)驅(qū)動的布置方式；卷繞系統(tǒng)為大起升高度卷繞系統(tǒng)，采用增大卷筒直徑的方案；滑輪組采用雙聯(lián)省力滑輪組。然后按照設(shè)計要求，選用機(jī)構(gòu)中的標(biāo)準(zhǔn)部件，如電動機(jī)采用YZP系列變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)；制動器采用YWZ5電力液壓塊式制動器；聯(lián)軸器采用齒輪聯(lián)軸器及WJ型漸開線花鍵連接齒輪聯(lián)軸器；鋼絲繩采用6X(19)型線接觸鋼絲繩。同時對非標(biāo)準(zhǔn)

47、部件根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計和計算，本起重機(jī)投入實際生產(chǎn)以后系統(tǒng)工作穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，同步精度符合要求，完全滿足水電站安裝的所有要求。 參考文獻(xiàn) [1] 趙家英，劉成鈞. 橋式起重機(jī)工作原理與操作[M]. 北京: 科學(xué)普及出版社，1982. [2] 張質(zhì)文. 起重機(jī)設(shè)計手冊[M]. 北京: 中國鐵道出版社，1998. [3] 須雷. 起重機(jī)的現(xiàn)代設(shè)計方法[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械，1996(8)：3～8. [4] 趙磊. 1200/125t橋式起重機(jī)的主起升機(jī)構(gòu)[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械，2003(10): 37～39. [5] 濮良貴. 機(jī)械設(shè)計[M]. 北京: 高等教育出版社，2001. [6] 上海交通大學(xué)起重運(yùn)輸機(jī)教研組. 起重機(jī)傳動機(jī)構(gòu)的動載荷和動力系數(shù)[M].上海：上?？萍汲霭嫔?，1977.