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完整版桥式起重机设计修改版
1概述
1.1桥式起重机的发展概述
我国起重机最早是通过学习和仿造前苏联的技术制造出来的,因此,我国起重机到现在还残留着前苏联起重机原型的影子。
受到我国国内条件以及传统冶金工艺的制约,国内起重机制造业在改革开放前几乎没有发展,还是50年代前苏联的水平。
改革开放后,国内起重机生产厂家开始对起重机进行各种摸索和改进,来适应日益强大的生产需求,其中既有成功的例子,也有失败的教训。
20世纪90年代以来,以我国起重机龙头企业太原重型机械厂和大连起重机厂为首,一些厂家开始与国外同行接触,进行技术合作,把经过实践检验成熟可靠的技术应用于新的产品中,为我国铸造起重机行业揭开了新的篇章。
为了在国际起重机行业占有一席之地,我们还必须在引进吸收先进技术的同时,举一反三,积极探索铸造起重机的发展方向,以形成自己的特色和优势。
起重机是指能在一定范围内垂直起升和水平移动物品的机械,具有动作间歇性和作业循环性,多用于人力不能完成的任务。
桥式起重机:
横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。
由于它的两端坐落在高大的水泥柱或者金属支架上,形状似桥,所以又称“天车”或者“行车”。
桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行,起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行,构成一矩形的工作范围,就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料,不受地面设备的阻碍。
它是使用范围最广、数量最多的一种起重机械。
所以桥式起重机在室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以及物流周转等部门和场所均得到广泛的运用。
1.2桥式起重机的发展方向概述
随着工业的发展,桥式起重机日常趋向高速化大型化智能化方向发展。
高速化:
大型桥式起重机主起升机构的起升速度已达12m/min,付起升速度15m/min,主副小车运行速度均在40m/min,大车运行80m/min以上。
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大。
如海上采油平台的超大结构件重大3000T。
英国亚当森公司生产的世界上最大的铸造起重机起重量已达550t,目前国内
最大的太原重工股份公司生产的450t起重机。
智能化:
整机电控配置先进,已发展到全部机构变频调速,检测手段先进,运行自动监控、自动跟踪、检测智能化,给维护检修提供了便捷。
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。
因此对于大型化的铸造起重机,主起升机构安全可靠性的设计就显得更尤为重要。
否则一旦发生事故后果是十分严重的。
1.3桥式起重机的特点概述
桥式起重机是桥架型起重机的一种,它依靠起升机构和在水平面内的两个相互垂直方向移动的运行机构,能在矩形场地及其上空作业,是工矿企业广泛使用的一种起重运输机械。
它具有承载能力大,工作可靠性高,制造工艺相对简单等优点。
桥式起重机一般有大车运行机构的桥架、装有起升机构和小车运行机构
的起重小车、电气设备、司机室等几大部分组成。
外形像一个两端支承在平行的两条架空轨道上平移运行的单跨平板桥。
起升机构用来垂直升降物品,起重小车用来带着载荷作横向移动,以达到在跨度内和规定高度内组成的三维空间里做搬运和装卸货物用。
桥式起重机是使用最广泛、拥有量最大的一种轨道运行式起重机,其额定起重量从几吨到几百吨。
最基本的形式是通用吊钩桥式起重机,其他形式的桥式起重机都是在通用吊钩桥式起重机的基础上派生发展出来的。
2桥式起重机的介绍
2.1桥式起重机的分类
可以分为三大类:
1)通用桥式起重机2)专用桥式起重机3)电动葫芦型桥式起重机:
1)通用桥式起重机通用桥式起重机是指在一般环境中工作的普通用途的桥式起重机(见标
准GB/T14405-93)以下类型的起重机都属于通用桥式起重机:
1通用吊钩桥式起重机
4两用桥式起重机
2)专用桥式起重机
1冶金桥式起重机
2抓斗桥式起重机
5三用桥式起重机
2防爆吊钩桥式起重机
3电磁桥式起重机
6双小车桥式起重机
3绝缘吊钩桥式起重机
3)电动葫芦型桥式起重机
其特点是桥式起重机的起重小车用自行式电动葫芦代替,或者用固定式电动葫芦作起重小车的起升机构,小车运行、大车运行等机构的传动装置也尽量与电动葫芦部件通用化。
因此,在中小起重量范围的一般使用场合使用越来越广泛,甚至有替代某些通用桥式起重机的趋势。
①电动梁式起重机②电动葫芦桥式起重机
2.2桥式起重机运行机构设计的目的、内容和要求
1)设计的目的
其目的在于通过桥式起重机设计,使我们在拟订传动结构方案、结构设计和装配、制造工艺以及零件设计计算、机械制图和编写技术文件等方面得到综合训练;并对已经学过的基本知识、基本理论和基本技能进行综合运用。
从而培养具有结构分析和结构设计的初步能力;使学生树立正确的设计思想、理论联系实际和实事求是的工作作风,作为毕业设计的选题不仅可以检验自己的机械专业能力还可以考察创新创造能力。
为以后对起重机的设计与研发做了很好的铺垫。
2)设计的内容
主起升构的计算:
确定机构的起升传动方案、钢丝绳的选择、滑轮和卷筒的计算、根据静功率初选电动机、减速器的选择、制动器的选择、起动时间与起动平均加速度的验算、电动机的发热验算、联轴器的选择等;
副起升机构的计算:
确定机构的起升传动方案、钢丝绳的选择、滑轮和卷筒的计算、根据静功率初选电动机、减速器的选择、制动器的选择、起动时间与起动平均加速度的验算、电动机的发热验算、联轴器的选择等;
小车的运行机构计算:
确定机构的布置简图、轮压的计算、电动机的选择、制动器的选择、减速器强度验算、联轴器的计算、车轮计算、车轮轴的计算等;
大车的运行机构计算:
确定机构的布置简图、轮压的计算、电动机的选择、制动器的选择、减速器强度验算、联轴器的计算、车轮计算、车轮轴的计算;
3)设计的要求
a)完成整个起重机大车机构及桥架的设计计算,合理选择大车机构;大车运行机构的主要元件;合理设计桥架截面尺寸
b)绘出起重机装配图、大车装配图、桥架结构图、大车车轮零件图;
c)设计计算说明书50页左右。
2.3主要技术参数
起升高度:
8m
起升速度:
2.6〜16m/min
小车速度:
30m/min
大车速度:
40m/min
工作级别:
5级
JC值:
25%
跨度:
34m
3主起升机构的计算
3.1主要参数与机构的布置简图:
已知:
起重量:
Q=25t
工作类型:
中级(JC%=25)最大起升高度:
12m
起升速度:
2.6〜16m/min
机构布置简图如图1所示
1•电动机2•联轴器3•传动轴4•制动器5•减速器6•卷筒7•轴承8•平衡滑轮
9•钢丝绳
10.滑轮组11.吊钩
图1主起升机构传动简图
3.2钢丝绳的选择:
4,钢丝绳
根据起重机的额定起重量,选择双联起升机构滑轮组分倍率为
缠绕方式如图2所示:
1)钢丝绳所受的最大静拉力:
S
max
式中Q——额定起重量
Q=25000kg
吊钩组重量
G钩=500kg(吊钩挂架的重量一般约占
额定起重量的2%~4%,这里取勾钩挂架重量为500kg)
M滑轮组倍率,m=4
滑轮组倍率,n组=0.98
25000+500
恥x=2X4X0.98=3252.55N
2)钢丝绳的选择:
所选择钢丝绳的破断拉力满足
n绳
而S绳=aXS丝,n绳钢丝绳的安全糸数,对于高级n绳=6
由上式可得:
S绳=19.51kN
根据刀S丝查钢丝绳产品目录(附录12)可选用:
钢丝绳6X37(B)类,刀S丝=27.70kN
因为刀S丝>19.51kN所以满足要求,钢丝绳直径为d绳=8mm
3.3滑轮和卷筒的计算
1)滑轮和卷筒最小直径的确定:
确保钢丝绳具有一定的使用寿命,滑轮和卷筒直径(自绳槽底部起的直径)应满足:
D》(:
-1)d绳
式中:
---糸数,对中级工作类型的桥式起重机,取:
=25
所以,D>(251)X7=408mm取卷筒和滑轮直径为D=500mm
L双=2(L°+L什L2)+L光
L0=(Hmax/n0+)n)t
式中Hmax最大起升高度,Hmax=12m
n――钢丝绳安全圈数,使钢丝绳尾受减小便于固定,通常n=1.5~3圈;
取n=2
t绳槽节距,t=d绳+(2~4)=19~21,取t=20mm
Do――卷筒的计算直径(按缠绕钢丝绳的中心计算)
Do=D+d绳=500+17=517mm
L光卷筒左右绳槽之间不刻槽部分长度,根据钢绳允许偏角确定L光
=L3-2Hmin•tga2
其中L3――吊钩组两侧滑轮绳槽中心线之间的距离,L3=415mm
Hmin――当吊钩滑轮组位于上部极限位置时,卷筒轴和滑轮轴之间距
离,Hmin=1300mm
a2卷筒绕出的钢丝绳分支相对于铅垂线的允许偏斜角a2<5~6度,取
tga2=tg6=0.1
L光415—2X1300X).仁155mm
L0――卷筒半边的绳槽部分的长度:
(n取3.14)
L0=(8000H/3.14517+2)>20=434mm
卷筒长度L双=21(434+6>20)+155=1263mm
取L双=1300mm,卷筒材料采用HT200,其壁厚可按经验公式确定
S=0.02D+(6~10=0.02爲00+8=18取S=2mm
卷筒壁压应力验算:
cymax=誅=73.92MPa
由选用HT200,最小抗拉强度c=195MPa;
许用应力[c]=c/n=97.5MPa;
cymax<[ 3)卷筒转速 n卷筒max=Fd=12.32转/分 4副起升机构的计算 4.1主要参数与机构的布置简图 已知: 起重量: Q=8000kg 工作类型: 中级(JC%=25) 最大起升高度: 12m 起升速度: 10m/min 机构布置简图与主起升机构类似,不再画出。 4.2钢丝绳的选择 根据起重机的额定起重量,选择双联起升机构滑轮组倍率为2,钢丝绳缠 绕方式如图4所示: 图4副起升钢丝绳缠绕简图 1)钢丝绳所受的最大静拉力: Smax 式中Q——额定起重量,Q=8000kg 吊钩组重量,G钩=160kg(吊钩挂架的重量一般约占额定起重 量的2%~4%,这里取勾钩挂架重量为160kg) M——滑轮组倍率,m=2 滑轮组倍率,n组=0.99 Smax 8000+160 21莎莎)9=2060%2)钢丝绳的选择: 所选择钢丝绳的破断拉力满足: Sn绳 Smax 而s绳=aXS丝; 式中n绳——钢丝绳的安全糸数对于中级n绳=5.5 刀S丝钢丝破断拉力(kg) a折减糸数,对于绳6X19的钢丝绳a=0.85 n绳——钢丝绳安全糸数,对于中级工作类型门绳=5.5(表2-1) 由上式可得: S绳=13333.33kg 根据刀S丝查钢丝绳产品目录(附录12)可选用: 钢丝绳6x19—12.5—155—1—光一右交(GB1120—74)刀S丝=8870kg因为刀S丝=8870kg>8334kg,所以满足要求,钢丝绳直径为d绳=12.5m 4.3滑轮和卷筒的计算 1)滑轮和卷筒最小直径的确定: 为了确保钢丝绳具有一定的使用寿命,滑轮和卷筒直径(自绳槽底部起的直径)应满足: D>(: -1)d绳 式中: ---糸数,对中级工作类型的桥式起重机,取: =25 所以,D>(251)为2.5=300mm,查标准规格选用滑轮的直径D=350mm和卷筒直径为D=400mm 2)卷筒长度和厚度的计算: (如图5所示) til Li, ■ / /z X / ― — 1? 上Lo一 _L光— L双 图5双联卷筒尺寸简图 L双=2(L°+Li+L2)+L光 而L0=(Hmax•m/n0+Dt 式中Hmax—-一最大起升高度,Hmax=10m N钢丝绳安全圈数,使钢丝绳尾受减小便于固定,通常n=1.5~3圈; 取n=2 t绳槽节距,t=d绳+(2~4)=12.5~16.5,取t=16mm L1、L2――空余部分和固定钢丝绳所需要的长度,取L1=L2=3•t L1=L2=48mm Do――卷筒的计算直径(按缠绕钢丝绳的中心计算) Do=D+d绳=400+12.5=412.5mm L光——卷筒左右绳槽之间不刻槽部分长度,根据钢绳允许偏角确定L光 =L3-2Hmin•tga2 其中L3――吊钩组两侧滑轮绳槽中心线之间的距离,L3=350mm Hmin—当吊钩滑轮组位于上部极限位置时,卷筒轴和滑轮轴之间距 离,Hmin=1350mm a2卷筒绕出的钢丝绳分支相对于铅垂线的允许偏斜角a2<5~6 度,tga2=tg6=0.1 L光——350-2X1350X).仁80mm L0——卷筒半边的绳槽部分的长度 L0=(10000X/3.14X5+2)X6 =279mm 卷筒长度L双=2X(279+48+48)+80=830mm 取L双=850mm,卷筒材料采用HT200,其壁厚可按经验公式确定 S=0.02D+(6~10)=0.02X500+8=取S=2mm 卷筒壁压应力验算: ymax Smax 83340 0.020.22 =18.94MPa 由选用HT200最小抗拉强度cb=195MPa许用应力[切=a/n=130MPa ®maxV[几故强度满足要求足够 3)卷筒转速 n卷筒 Vm D0 202 3.140.4125 30.88转/分 5小车运行机构的运算 5.1主要参数和机构布置简图 起重量在5T至50T范围内的双梁桥式起重机的小车,一般采用四个车轮风支承的小车,其中两个车轮为主动轮,主动轮由小车运行机构集中驱动。 主要参数: 起重量: 主起重Q=20吨,副起重Q=5吨 工作制度: 中级JC%=25 小车运行速度: 30m/min 车轮数: 4个(对面布置) 驱动形式: 集中驱动 运行简图如图6下: 1.电动机2.制动器3.减速器4.传动轴5.联轴器6.角轴承箱7.车轮图6小车运行机构简图 5.2轮压的计算 参考同类型规格相近的起重机,估计小车总重为7.5吨,近似认为由四 个车轮平均承受。 吊钩位于小车轨道的纵向对称轴线上,根据小车架布置图偏离,主、从动轮之间的中心线为80mm。 根据起重小车架的平衡方程式,可分别求出主动轮和从动轮的轮压(如 图7所示): 图7计算简图 主动轮: 2R Q1280G1200 Kt 式中Pi——主动轮轮压 Kt小车轮压,KT=2400mm p205000128075001200imax 24002 Pimin=20080N(空载) 73420N(满载) 同理,可得从动轮轮压P2为: p205000112075001200 2max 24002 Pimin=19920N(空载) 60580N(满载) 5.3电动机的选择 1)运行阻力的计算 1•小车满载运行时的最大摩擦阻力: 式中(Q+G)——额定起重量加吊钩重量(Q+G)=N G架——小车自重,G架=75000N K——滚动摩擦糸数,K=0.05 卩一一轴承摩擦阻力糸数,尸0.015 K附一一附加摩擦阻力糸数,K附=1.5 D轮车轮直径,D轮=350mm d轴承内径,d=90mm 20.050.01590”F摩满=(20500075000)1.5=2820N 350 (空载运行时P摩空=810N) 2.小车满载运行时的最大坡度阻力: P坡满=(G+Q+G架)XK坡 式中K坡一一坡度糸数,K坡=0.002 P坡满=(+7500)X).002=560N (空载运行时P坡空二160N) 3.小车满载运行时的最大静阻力 P静满=P摩满+P坡满=2820+560=3380N (P静空=810+160=970N) 2)选择电动机,确定减速器 1.满载运行时电动机的静功率: 式中: P 静满 小车 P静满 V小车 6120m (kw) 小车满载运行时的静阻力, 小车运行速度, 小车 小车运行机构传动效率, 电动机个数, P静满=3380N 30m/min 0.9 338030 612010.9 1.84(kw) 2.选择电动机 N=K电*N静 式中: K 电动机起动时为克服惯性的功率增大糸数, 1.2(起重 机设计手册表9-6) N=1.2X1.84=2.20kw 查电动机产品目录(附录28) 选择JZR211-6电动机,功率N=2.2kw 转速n=900r/min,转子飞轮矩, GD 2=0.1kg/m2最大扭矩倍数9=3.05. 3•确定减速器 减速器的传动比: Don n小轮 V小车 式中: V 小车 小车运行速度, 小车 30m/min 电动机转速, N=900r/min 小车车轮直径, 0.35m 3.140.35 =27.3r/min 所以, 27.3 =32.97 起动时的惯性力: a平满 28000 9.81 0.1=2850N 式中: a平满—— 小车满载起动时的平均加速度,取 a平满 机运输机械计算》表32,中国铁道出版社,1982出版) 起动时期减速器输入功率: V小车 33825830 6120 61200.9 3.25kw ZQH35-n-3CA, 根据减速器的传动, 计算实际的运行速度: V小车 3.140.36900 33 29.97m/min 根据起动时-期输入功率,减速比,输入转速及工作类型产品目录,选取 i=33,n=6.5kw(n=1000r/min); 速度偏差: V要求V实际 30-29.97 V要求 30 0.110% V 所以,满足要求通过 4.满载运行时电动机轴上的静力矩 制满 P静满 33800.35 233 0.9 =19.9N/m 式中i 小车运行机构减速器的公称传动比, 33 5.空载运行时电动机轴上的静力矩 M静空 P静空 970 0.35 2330.9 =5.7N/m 3)起动时间与起动平均加速度的验算 t起满 M平起 M静满 0.975 G小车 V小车 GD GD联 375 (s) 式中M 平起 电动机的平均起动力矩 平起 1.5~1.8M额=1.65 9750 2.2 900 =39.3N 小车 小车运行速度 V小车 29.97 60 =0.5m/s 电动机转速, n=900r/min 考虑其他传动飞轮矩影响的糸数, 换算到电动机轴上时,取K=1.15 GD2电 电动机转子飞轮矩, GD2 0.1kg-m2 GD2联 电动机轴上制动轮联轴器飞轮矩GD2 0.38kg-m2(附录20) t起满 0.975 2 2800000.5 9000.9 39.319.91.159000.10.38 5(秒) 375 小车起动时间一般取t起满W4~6秒,算得t起满=5秒,合格 平均加速度验算: 为了避免过大的冲击及物品摆动, 应使起动加速度a 平满 <0.2m/S(见起重运输 机械计算表29): a平满 V小车 29.97 t起满60605 0.01m/s2<0.2m/s2 所以,符合要求。 4)电动机发热验算 电动机过热的条件: N25>KXy> 式中N25——电动机在JC%=25条件下发出的额定功率N25%=2.2kw N静满载静功率,N静=1.84kw K——机构工作类型糸数,=0.75 Y——糸数,根据t起/tx查起重机设计手册,当t起/tx=0.35时查知尸1.25 K•丫・N静=0.75•1.84•1.25=1.725kw 因为,2.2>1.725kw,从计算可知,电动机满足不发热条件。 5)起动时的打滑验算 小车运行机构只作空载情况的打滑验算: de2in”KGD电GD联i R驱minM平起a平空 KD轮D轮2gD轮 式中9粘着糸数,对室内作业的超重机取缸0.15 K――粘差安全糸数,取K=1.05 卩一一轴承摩擦糸数,取尸0.015 d轴承内径,d=90mm D轮车径直径,D轮=35mm M平起一一电动机的平均起动动力矩(N•m) M平起=1.65X9750X2.2-900=39.3N-m GD2电——电动机转子的飞轮矩,GD2电=0.1kg/m2 GD2联一一电动机轴上带制动轮联轴器的飞轮矩,GD2联=0.38kg/m2 K考虑其它传动飞轮矩影响的糸数,换算到电动机轴上时 取K=1.15 a平空——小车空载起动时的平均加速度,取A平空=0.54m/s2(参见起重机 运输机械计算表32) R驱min——空载时的驱动轮轮压之和,按空载平均轮压计算 2Pmin 5001280 75001200 2400 40167N 公式左边: R驱min 0.15 0.0150.09 1.05 0.35 401675910N 公式右边: 平起 GD电 2 GD联i a平空 233 0.9 0.35 3.93 1.150.10.3833 29.810.35 0.54 4240N 由上结果可知,满足要求,所以空载起动时不会出现打滑现象。 5.4制动器的选择 为了避免制动时行轮在钢轨上的滑移现象,必须控制适当的减速度,并按空载情况进行制动力矩的计算和选择制动器,最后进行满载制动验算 1)容许制动减速度a制空的确定: 对粘着糸数A0.15的情况下,推荐用a制空二0.55m/s 2)空载制动不打滑时,制动轴上所需的总制动力矩 M总制动 总制动 KGD电 GD联 60 V小车 375 a制动 式中符号意义同前; M总制动 500075000。 350.9 2
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