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1、XXXX學院 （2009屆） 本科畢業(yè)設計 題目： 5噸橋式起重機小車設計 專題： 起重機電動機的選擇探討 專 業(yè)： 機械設計制造機器自動化 班 級： 機電BS051 姓 名： 學 號： 0211204331 指導教師： 說明書 43 頁，圖紙 5 張，專題 3 頁，譯文 6 頁 5噸橋式起重機小車設計 摘 要 起重機械用來對物料作起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機械設備，它可以減輕體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率和在生產(chǎn)過程中進行某些特殊的工藝操作，實現(xiàn)機械化和自動化。起重機械運送的物料可以是成件物品，也

2、可以是散料或者是液態(tài)的。起重機受的載荷是變化的，它是一種間歇動作的機械。起重機一般由機械、金屬結構和電氣等三大部分組成，機械方面是指起升、運行、變幅和旋轉等機構，即起重機一般是多動作的。本設計通過對橋式起重機的小車運行機構部分的總體設計計算，以及電動機、聯(lián)軸器、緩沖器、制動器的選用；運行機構的設計計算和零件的校核計算及結構設計，同時完成了橋式起重機的小車起升機構部分的設計。通過一系列的設計，滿足了5t起重量、設計要求，并且整個傳動過程比較平穩(wěn)，且小車運行機構結構簡單，拆裝方便，維修容易，價格低廉。 關鍵詞：橋式起重機，起升機構，減速器 5-ton bridge crane trolley

3、design Abstract Crane is a kind of mechanical equipments used for lifting, moving, loading/unloading, and installing. It can lower the manual workload and upgrade productivity. It can be operated in some special environment, too, and work with high automatic level. Crane can operate whole objects,

4、 disintegrated materials, or liquid substances. The crane loads vary from time to time, so it is a periodic operational machine. A crane contains three major parts, mechanic components, a metal structure, and electrical devices. A crane’s mechanical movements are multi-actions, such as raising, runn

5、ing, and rotating. This paper is main deal with mechanical design for the moving mainframe of bridge crane, including all design calculation selection of electrical motors, clutch, buffer, and brakes, the design and calculation of the mainframe reducer, calibration and verification of the calculati

6、on for the parts, and structure designs. Through a series of work, the design is satisfied with the functional requirments, 5ton lifting power The course of drive is quite smooth. The mechanical structure of the mainframe is simple, easy to install/disassemble, and maintain. And it has low cost. Ke

7、y words:?? bridge crane, hoisting mechanism, Reduction gear 目錄 摘要I 1緒 論1 2 總體方案設計與選擇5 2.1起升機構的傳動方案5 2.2小車運行機構的傳動方案6 2.2.1.主動輪的布置方案6 3 起重機各部件的選擇8 3.1起升機構滑輪組和吊鉤組的選擇8 3.2選擇鋼絲繩`8 3.3確定滑輪主要尺寸9 2.4.確定卷筒尺寸并驗算10 3.4選擇電動機12 3.5選擇減速器13 3.6選擇制動器13 3.7選擇聯(lián)軸器14 3.8.運行機構車輪與軌道的選擇并驗算其強度15 3.9.選擇電動機

8、17 3.10 選擇減速器17 3.10.選擇制動器17 3.11.選擇高速軸聯(lián)軸器及制動輪18 3.12.選擇低速軸聯(lián)軸器19 4.起重機小車的零部件校核與驗算20 4.1.驗算起升機構電動機發(fā)熱條件20 4.2起升機構電動機過載驗算20 4.3校核減速器輸出軸強度20 4.4驗算起升速度21 4.5驗算起升機構制動時間22 4.6起升機構起動時間驗算22 4.7驗算運行機構電動機發(fā)熱條件23 4.8驗算運行機構起動時間23 4.9驗算運行速度和實際所需功率24 4.10運行阻力計算24 4.11驗算不打滑的條件25 4.13高速浮動軸計算26 4.14驗

9、算低速浮動軸強度27 5.可行性與經(jīng)濟性分析29 6 電動機選擇與探討32 結 論35 致 謝36 參考文獻37 附錄38 1緒 論 起重機一般有使 起重機吊物品沿空間的三個方向運動的機構。其中作上下移動的起升機構是不可缺少的。平面運動可以用兩種不同的運動組合來實現(xiàn)。按照這種組合方式不同，起重機可分為兩大類型：橋式起重機和回轉類型起重機。 橋式類型起重機是依靠起重機運行機構和小車運行機構的組合使所搬運的物品在長方形平面內(nèi)運動。驅(qū)動起重機運動的是運行機構，用來起吊貨物的是起升機構。為了實現(xiàn)這些

10、運動、安放這些機構并承受載荷，起重機必須有足夠的強度和剛度的金屬結構，有驅(qū)動機構運動并實現(xiàn)運動控制的動力控制系統(tǒng)；以及，為保證起重機安全并可靠運轉的安全和信號指示裝置。 隨著時代的發(fā)展，制造工廠和裝卸作業(yè)場所逐漸由室外轉為室內(nèi)，這樣橋式起重機逐漸占據(jù)主導地位。 橋式起重機的特點在于：它不占據(jù)建筑物內(nèi)的主要地面，卻能以較少的物資材料和極為穩(wěn)定的形態(tài)把建筑物內(nèi)各處都當作可能的作業(yè)范圍，進行高速、高效的服務。此外，橋式起重機容易以低廉價格實現(xiàn)借助控制盤和操縱盤進行自動控制、或半自動控制、內(nèi)撞電腦的程序控制?？梢哉f，設置在室內(nèi)的起重機中，橋式起重機約占90%。 橋式起重機是橋架在高架軌道上運行的

11、一種橋架型起重機，又稱天車。橋式起重機的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設在橋架上的軌道橫向運行，構成一矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。 ??? 橋式起重機廣泛地應用在室內(nèi)外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。橋式起重機可分為普通橋式起重機、簡易粱橋式起重機和冶金專用橋式起重機三種。 ??? 普通橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機構、橋架金屬結構組成。起重小車又由起升機構、小車運行機構和小車架三部分組成。 ??? 起升機構包括電動機、制動器、減速器、卷筒和滑輪組。電動機通過減速器，帶動卷筒轉動，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升

12、降重物。小車架是支托和安裝起升機構和小車運行機構等部件的機架，通常為焊接結構。 ??? 起重機運行機構的驅(qū)動方式可分為兩大類：一類為集中驅(qū)動，即用一臺電動機帶動長傳動軸驅(qū)動兩邊的主動車輪；另一類為分別驅(qū)動、即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅(qū)動。中、小型橋式起重機較多采用制動器、減速器和電動機組合成一體的“三合一”驅(qū)動方式，大起重量的普通橋式起重機為便于安裝和調(diào)整，驅(qū)動裝置常采用萬向聯(lián)軸器。 ??? 起重機運行機構一般只用四個主動和從動車輪，如果起重量很大，常用增加車輪的辦法來降低輪壓。當車輪超過四個時，必須采用鉸接均衡車架裝置，使起重機的載荷均勻地分布在各車輪上。 ??? 橋架的金屬結構由

13、主粱和端粱組成，分為單主粱橋架和雙粱橋架兩類。單主粱橋架由單根主粱和位于跨度兩邊的端粱組成，雙粱橋架由兩根主粱和端粱組成。主粱與端粱剛性連接，端粱兩端裝有車輪，用以支承橋架在高架上運行。主粱上焊有軌道，供起重小車運行。橋架主粱的結構類型較多比較典型的有箱形結構、四桁架結構和空腹桁架結構。 ?? 箱形結構又可分為正軌箱形雙粱、偏軌箱形雙粱、偏軌箱形單主粱等幾種。正軌箱形雙粱是廣泛采用的一種基本形式，主粱由上、下翼緣板和兩側的垂直腹板組成，小車鋼軌布置在上翼緣板的中心線上，它的結構簡單，制造方便，適于成批生產(chǎn)，但自重較大。 ??? 偏軌箱形雙粱和偏軌箱形單主粱的截面都是由上、下翼緣板和不等厚的

14、主副腹板組成，小車鋼軌布置在主腹板上方，箱體內(nèi)的短加勁板可以省去，其中偏軌箱形單主粱是由一根寬翼緣箱形主粱代替兩根主粱，自重較小，但制造較復雜。 ??? 四桁架式結構由四片平面桁架組合成封閉型空間結構，在上水平桁架表面一般鋪有走臺板，自重輕，剛度大，但與其它結構相比，外形尺寸大，制造較復雜，疲勞強度較低，已較少生產(chǎn)。 ??? 空腹桁架結構類似偏軌箱形主粱，由四片鋼板組成一封閉結構，除主腹板為實腹工字形粱外，其余三片鋼板上按照設計要求切割成許多窗口，形成一個無斜桿的空腹桁架，在上、下水平桁架表面鋪有走臺板，起重機運行機構及電氣設備裝在橋架內(nèi)部， 自重較輕，整體剛度大，這在中國是較為廣泛采用

15、的一種型式。 橋式起重機分類 ??? 1) 普通橋式起重機主要采用電力驅(qū)動，一般是在司機室內(nèi)操縱，也有遠距離控制的。起重量可達五百噸，跨度可達60米。 ??? 2) 簡易梁橋式起重機又稱粱式起重機，其結構組成與普通橋式起重機類似，起重量、跨度和工作速度均較小。橋架主粱是由工字鋼或其它型鋼和板鋼組成的簡單截面粱，用手拉葫蘆或電動葫蘆配上簡易小車作為起重小車，小車一般在工字粱的下翼緣上運行。橋架可以沿高架上的軌道運行，也可沿懸吊在高架下面的軌道運行，這種起重機稱為懸掛粱式起重機。 ??? 3) 冶金專用橋式起重機在鋼鐵生產(chǎn)過程中可參與特定的工藝操作，其基本結構與普通橋式起重機相似，但在起重

16、小車上還裝有特殊的工作機構或裝置。這種起重機的工作特點是使用頻繁、條件惡劣，工作級別較高。主要有五種類型。 ??? 4) 鑄造起重機：供吊運鐵水注入混鐵爐、煉鋼爐和吊運鋼水注入連續(xù)鑄錠設備或鋼錠模等用。主小車吊運盛桶，副小車進行翻轉盛桶等輔助工作。 ??? 5) 夾鉗起重機：利用夾鉗將高溫鋼錠垂直地吊運到深坑均熱爐中，或把它取出放到運錠車上。 ??? 6) 脫錠起重機：用以把鋼錠從鋼錠模中強制脫出。小車上有專門的脫錠裝置，脫錠方式根據(jù)錠模的形狀而定：有的脫錠起重機用項桿壓住鋼錠，用大鉗提起錠模；有的用大鉗壓住錠模，用小鉗提起鋼錠。 ??? 7) 加料起重機：用以將爐料加到平爐中。主小車

17、的立柱下端裝有挑桿，用以挑動料箱并將它送入爐內(nèi)。主柱可繞垂直軸回轉，挑桿可上下擺動和回轉。副小車用于修爐等輔助作業(yè)。 ??? 8) 鍛造起重機：用以與水壓機配合鍛造大型工件。主小車吊鉤上懸掛特殊翻料器，用以支持和翻轉工件；副小車用來抬起工件。 橋式起重機發(fā)展趨勢：對橋式起重機，特別是大功率的橋式起重機的需要量日以增加。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，各種新技術、新材料、新結構、新工藝在橋式起重機上得到廣泛的應用。所有這些因素都有里地促進了工程起重機的發(fā)展。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有橋式起重機產(chǎn)品和技術資料的分析，近年來橋式起重機的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1）通用型起重機以中小型為主，專用起重機向大

18、型大功率發(fā)展 為了提高建設工程的裝卸和安裝作業(yè)的機械化程度，工程起重機的發(fā)展，仍然是以輕便靈活的中小型起重機為主。 2）重視“三化”，逐步過渡采用國際標準 三化是指：標準化、系列化、通用化 3）發(fā)展一機多用產(chǎn)品 為了充分發(fā)揮工程起重機的作用，擴大其使用范圍，有的國家在設計起重機是重視了 產(chǎn)品的多用性。 4）采用新技術、新材料、新結構、新工藝 為了減輕起重機的自重，提高起重機的性能，保證起重機可靠地工作，現(xiàn)在都多采用新技術、新材料、新結構和新工藝。 2 總體方案設計與選擇 2.1起升機構的傳動方案 確定起升機構的傳動方案 橋式起重機小車由2大部分組成：起升機構和運行機構。

19、 起升機機構由驅(qū)動裝置、傳動裝置、卷繞系統(tǒng)、取物裝置、制動器及其他安全裝置等組成，不同種類的起重機需配備不同的取物裝置，其驅(qū)動裝置亦有不同，但布置方式基本上相同。此外，根據(jù)需要還裝設各種輔助裝置，如：終點開關（大多用于限制起升高度，也有限制下放行程）、載重量限制器和稱量裝置等。 起升機構的總體布置在很大程度上決定于驅(qū)動的型式。起重機的驅(qū)動型式分為：集中驅(qū)動（一臺原動機帶動多個機構）和分別驅(qū)動（每個機構有各自的原動機）。如圖為帶有中間軸的起升機構布置圖，圖中電動機通過聯(lián)軸器與減速器的高速軸相連，為了安裝方便，并當小車架受載變形時為了避免使高速軸受到彎曲，聯(lián)軸器應當是帶有補償性能的，通常都采用用

20、彈性柱銷聯(lián)軸器或齒輪聯(lián)軸器。為了使安裝方便，并提高補償性能，通常齒輪聯(lián)軸器用一段軸聯(lián)接起來，該軸稱為浮動軸。本設計起升機構采用浮動軸聯(lián)接齒輪聯(lián)軸器。還考慮到了小車布置，宜緊湊原則。 圖2.1 2.2小車運行機構的傳動方案 運行機構由電動機、傳動裝置、聯(lián)軸器、傳動器、車輪組和制動器等部件組成。 運動機構的速度隨起重機的用途而定。運送大量物品的運行機構速度應較高，作裝卸用途的起重機和裝卸橋小車等也應取較高值。此外運行速度還與運行的距離有關，距離長的取高速度，距離短的取低速度。 .主動輪的布置方案 自行式運動機構的驅(qū)動依靠主動輪與軌道間的摩擦力，為了保證足夠的驅(qū)動力，起重機應當有足夠數(shù)目

21、的驅(qū)動輪（主動輪），通常約為總輪數(shù)的一半。速度小的起重機也可采用總輪數(shù)的四分之一作驅(qū)動輪；速度大的，例如裝卸橋的小車，需要全部車輪驅(qū)動。 在部分驅(qū)動的車輪系統(tǒng)中，主動輪的布置應能保證主動輪在任何情況下具有足夠的輪壓，以保證足夠的驅(qū)動附著力。如果布置不當，會使主動輪輪壓不足，產(chǎn)生打滑，使起重機不能及時起動，并加速車輪磨損。主動輪的布置方案，主要有以下幾種： （1）單邊布置（a）只用于跨度很小，輪壓不對稱的起重機。 （2）對面布置（b）起重機的大車，這樣能夠保證主動輪輪壓之和不隨小車的位置而變。這種布置方式不宜用于旋轉類型起重機，因為當臂架轉到從動輪一邊時，主動輪的輪壓很小。 （3）對角布

22、置（c） 用于中小旋轉類型的起重機，如起重機不大的門座其中積極。這種布置方案，理論上能夠保證主動輪之和不隨臂架位置變化，實際上由于軌道不平等原因仍有變化。 （4）四角布置（d） 用于大型起重機中，可以保證主傳動總輪壓不變。 2.主動輪驅(qū)動型式 （1）集中驅(qū)動 它是以一臺電動機通過傳動軸來帶動兩邊主動輪的驅(qū)動型式。這種型式只用一臺電動機與一臺減速器，但傳動系統(tǒng)（包括軸、軸承、聯(lián)軸器）復雜笨重，故目前只用于小車運行機構。 （2）分別驅(qū)動 其特點是電動機分別驅(qū)動主動輪，其優(yōu)點為布置、安裝、維修方便，自重也較輕，但要求兩邊同步。對于橋式起重機與門座起重機，由于有剛性很大的門座與橋架結構聯(lián)系，能

23、夠強制兩側運行同步。而對于大跨度的龍門起重機和裝卸橋，由于金屬結構剛性不足，不能保證兩側同步，有可能出現(xiàn)偏斜，這時應裝設偏斜指示器和偏斜限制裝置。 本設計小車運行機構采用集中驅(qū)動形式，如圖2.2示 圖2.2 3起重機各部件的選擇 3.1起升機構滑輪組和吊鉤組的選擇 按Q=5T，查文獻[2，15]根據(jù)公式： （3.1） 式中：滑輪倍率 滑輪中承載繩索分支數(shù) 滑輪組中繞入卷筒的繩索分支數(shù) 滑輪組的倍率為2倍

24、 吊鉤組：根據(jù)Q=5T，起升機構工作級別為M5，查文獻[1，8-92]表（8-1-81）得，吊鉤為1.強度等級（V），吊鉤樣式為單鉤。據(jù)文[1，8-95]查圖表（8-1-8）得，吊鉤采用模鍛，查表（8-1-83）得，吊鉤材料牌號為DG34CrMo。 查文獻[3，3-259] 表（3-4-11）得，吊鉤型式為長鉤型，自重為82kg。 3.2選擇鋼絲繩 據(jù)文獻[4，22]式(2-12)： （3.2）

25、 式中：鋼絲繩工作拉力 起升載荷,指起升重量與吊鉤組的重量 —滑輪組效率，據(jù)文獻[2，18]表(2-4)，若滑輪組采用滾動軸承，滑輪組倍率a=2，得h=0.985。 起升載荷，指起升質(zhì)量的重力。 得： 據(jù)文獻[4，26]式(2-14) （3.3） 式中：絲鋼絲繩最大靜拉力 n—鋼絲繩安全系數(shù)，據(jù)[2，23]表(2-4)，據(jù)工作級別M5知n=5 K—鋼絲繩捻制折減系數(shù)，據(jù)4，27]表(2-4)，纖維繩芯，K=0.84 得： 據(jù)文

26、獻[1，8-10]表(8-1-7)知：瓦標吞式斷面充填嚴密，承載能力大，撓性好，是起重機常用的鋼絲繩類型，選瓦林吞式，據(jù)文獻[1，8-15]表(8-1-10)，據(jù)絲公斤，選鋼絲繩直徑d=11mm，鋼絲繩公稱抗拉強度為1870, 繩6W(19)股(1+6+6/6)，繩纖維芯，鋼絲繩最小破斷拉力為Sb=80.50kN公斤，鋼絲繩標注如下： 11NAT619W+IWR1870 ZS 8049 GB T8918 3.3確定滑輪主要尺寸 據(jù)文獻[2，23]式（2-11） 得： 工作滑輪槽底的直徑D≥(e-1)d 式中：D工作滑輪槽底直徑 e—與機構工作級別和鋼絲

27、繩結構有關的系數(shù)，據(jù)文獻[2，23]表(2-4)，據(jù)工作級別為M5，固定場合使用取e=20； 得： (e-1)d=(20-1)×11=209mm （3.4） 據(jù)文獻[1，8-73表(8-1-65)，據(jù)D≥209 mm，取D=260mm， 據(jù)文獻4，206]式（13-2） 平衡滑輪： D平=(0.6～0.8)D=0.7×260=182mm， 此取mm 2.4.確定卷筒尺寸并驗算 據(jù)文獻[2，23]知，卷筒的槽底直徑 式中卷筒的計算直徑 —滑輪直徑 鋼絲繩直徑

28、得： 260+11271mm 據(jù)文獻[1，8-86]表(8-1-60)， 取290 mm 據(jù)文獻[2，30]式（2-13） 卷筒長度： （3.5） H—起升高度，16m=16×103mm —滑輪組倍率 a=2 Z0—附加圈數(shù)，一般取Z0=1.5～3，此取Z0=2 t—繩圈節(jié)距(mm)，采用帶螺旋槽卷筒,據(jù)文獻［5,23］表(2-7)，據(jù)d=11mm，得: t=14mm。 L1—雙聯(lián)卷筒中間不切槽部分的長度，據(jù)文獻［4，213］表(14-2)，據(jù)起重量Q=5t， 得: L1=A=100

29、mm D0—卷筒直徑，滑輪直徑加上鋼絲繩直徑，D0=D+d=290+11=301mm。 得： 取L=1250mm； 卷筒壁厚： 據(jù)文獻［2，31］知：鋼卷筒 δ=dmm 取δ=11mm 卷筒墻壁壓應力驗算 據(jù)文獻［2，31］式 (Mpa) （3.6） 式中： Smax —鋼絲繩最大靜拉力 Smax=13030N； δ—卷筒壁厚 δ=11mm=11×10-3m； t—卷筒繩槽節(jié)距 t=14mm=14×10-3m； 得

30、 ————許用壓應力 (Mpa) 鋼卷筒 得： （3.7） 故抗壓強度足夠； 3D=3×290=870mm L=1250mm L>3D 據(jù)文獻［1，35］知，當驗算由彎曲和扭轉產(chǎn)生的復合應力，卷筒受力如圖 圖3.1 3.4選擇電動機 據(jù)文獻［4，103］式（6-1） （3.8） 式中： PQ—升載荷，是抬起升重物的重力 PQ=Q+G0=(5000+82)×9.8=4.98×104(N) Vn—升速度 Vn=11.7m/min —升機構的總效率，（包括減速器、卷筒和滑輪組的效率）采用齒輪減速

31、器，一般取=0.90 得: （3.9） 橋式起重機的使用工況較接近S3—S5，根據(jù)Nj和JC=25%，查文獻［1，22-4］表(22-1-14)，初選電動機為三相異步籠型電動機，為使工作平穩(wěn),高效,安全,實現(xiàn)無級變速,采用變頻調(diào)速三相異步電動機。 據(jù)文獻［1，22-105］表(22-1-74)，電動機型號為YTSZ180L-8，功率為11KW，轉數(shù)為735，額定轉矩140，轉動慣量為0.285，輸出軸頭直徑為48mm 長度為110mm 3.5選擇減速器 卷筒的轉速: （3.10

32、） 減速器的總傳動比: 據(jù)文獻［1，16-56］表(16-2-21)，據(jù)nd=735r/min i'=28.6, Nm5=11 KW,初選減速器為QJR—D263—31.5， 得：允許輸入轉速為950，允許輸入功率為13.9KW，公稱中心距為236mm，輸出轉矩為4500。 根據(jù)文獻[1，16-55]表（16-2-17）得：減速器輸入端軸直徑為38mm，長度為80mm，公稱傳動比31.5。根據(jù)表（16-2-20）減速器輸出端直徑，采用H型 。 3.6選擇制動器 首先，選擇制動器時要注意，制動器的夠選和性能必須滿足以下要求：1、能產(chǎn)生足夠的制動力矩。2、松閘、合閘要迅

33、速，制動平穩(wěn)。3、構造簡單、維修方便。4、制動器的零件要有足夠的強度和剛度、摩擦零件要有較高的耐抹性和耐熱性。5、制動器的結構要緊湊。6、對于起重機的起升機構，必須采用常閉式制動器。 據(jù)文獻［2，80］式（6-3） （3.11） 式中:—最大靜阻力矩 —額定起重量（N） —取物裝置自重（N） —卷筒計算直徑（m） i —起升機構總傳動比 —起升機構總效率，對于齒輪傳動，用滾動軸承時0.80-0.90，此取0.85 得： 由文獻[2，87]式（6-22） （3.12） 式中：—選擇制動器的額定力矩（N.m） —制動安全系數(shù)，一般起升

34、機構去1.5 根據(jù)工況采用電力液下推桿盤式制動器，根據(jù)文獻[1，6-330]表（6-4-37）知制動器型號為： —315 I 380Ed30/5 式中：315—制動盤直徑 I— 中心高代號 380—制動力矩 Ed30/5—推動器型號 3.7選擇聯(lián)軸器 聯(lián)軸器由文獻［1，6-71)， 式(6-2-2) （3.13） 式中： —計算轉矩 —理論轉矩 —驅(qū)動功率KW —工作轉速 —工況系數(shù)，據(jù)文獻[1，6-71]表（6-2-11）起升機構取1.4 —公稱轉矩

35、得： 由此，選擇一個聯(lián)軸器為梅花形彈性聯(lián)軸器。由文獻[1，6-95]表（6-2-26）知選擇聯(lián)軸器的型號為：LMS6。軸孔直徑48mm，軸孔長度為112mm與電機相連。選擇聯(lián)軸器，據(jù)文獻[1，6-66]表（6-2-9），選一個帶制動輪的鼓形齒式聯(lián)軸器，連接減速器與浮動軸，其型號為CLZ3。 浮動軸的直徑d=48m,L=110mm 3.8.運行機構車輪與軌道的選擇并驗算其強度 車輪最大輪壓：小車質(zhì)量后計取G= 2500kg 輪壓均布： Pmax=1/4(Q+G)=1/4(5000+2500)=1875kg=18375N 車輪最小輪壓： Pmin=1/4G=1/4×250

36、0=625kg=6125N 由文獻［1，8-105］表（8-1-101）得知： 運行速度45.6m/min<60m/min,Q/G=5000/2500=2>1.6 工作級別為中級時，車輪直徑取D=250mm，軌道型號為，()的許用輪壓W為26.7KN。根據(jù)GB4628-84規(guī)定， 強度驗算：按車輪與軌道為線接觸及點接觸兩種情況，驗算車輪接觸強度，車輪疲勞計算載荷 （3.14） 式中： —車輪踏面疲勞計算載荷（N） —設備工作的最大輪壓（N） —設備工作的最小輪壓（N） 據(jù)文獻[1，8-109]表（8-1-105）知，車輪型號為DL—25085 JB

37、/T6392.1。材料ZG340—640鋼 =340 =640 為單輪緣車輪 。 由文獻[1，8-104]表（8-1-96）知：線接觸疲勞強度公式 式中：—轉速系數(shù) —運行機構工作級別系數(shù)M5，由文獻[1，8-105]表（8-1-99）知=1 —與車輪材料有關的許用線接觸應力常數(shù)，由=640文獻[1，8-104]表（8-1-97） 取=6.0 —車輪與軌道有效接觸長度=450 D—車輪直徑 D=250mm （3.15） 因為 所以，線接觸時疲勞強度合適。 點接觸疲勞強

38、度計算： 由文獻[1，8-104]表（8-1-96）知： （3.16） 式中：—與車輪有關的點接觸應力常數(shù)，由文獻[1，8-104]表（8-1-97） 取0.132 —曲率半徑，為車輪曲率半徑與軌道曲率半徑中之大值。 車輪半徑 ，軌道 所以取 —由軌道頂向曲率半徑與車輪半徑之比（）85/1250.68 由文獻[1，8-105]表（8-1-100）取m0.440 （3.17） 因為 所以點接觸強度驗算通過。 3.9.選擇電動機 由文獻[2，97]式（7-9） （3.18） 式（7-9）得 —為克服起動時的慣性，電動

39、機功率的增大系數(shù) 由文獻[2，97]表（7-6）取=1.4 初選電動機 此取N=2KW。 由運行速度為40.18m/min 滾動軸承取=1.4，又由文獻[1，22-113]表（22-1-82）得 電動機型號為YZ112M—6（）級，額定功率為2.2KW，轉速為810r/min =15% ，重量為58kg ，輸出端軸頭直徑32mm。 3.10 選擇減速器 車輪轉速: （3.19） 機構傳動比： （3.20） 由文獻[1，16-56]表（16-2-21）知： 減速器型號QJR—D—140—10IPW 輸入軸轉

40、速為950r/min [N]=9.7KW 輸出轉矩820N.m 輸入端軸頭直徑 3.10.選擇制動器 由［4］查知：對小車，3～4秒，取，因此，所需制動力矩: （3.21） 式中： m—電動機個數(shù)，m=1 c.［GD2］.k.u.d.β——同前面計算中的取值， 由文獻[1，6-30]表（6-4-37）選擇制動器型號為，考慮所去制動時間與其制動時間3.78相差不大，故略去制動器不打滑條件的驗算。 3.11.選擇高速軸聯(lián)軸器及制動輪 高速軸聯(lián)器計算轉矩： （3.22） 式中:n—聯(lián)軸器安全系數(shù)，n=1.35

41、 剛性動載系數(shù)，由文獻［1，110］可知： 由文獻［8，276］附表41，送出GICL鼓型齒式聯(lián)軸器，主動端d1=30㎜, L=55㎜，公稱轉矩，Tn=630N.m>Mc=56.1N.m，飛輪矩， (GD2)2=0.09kg.㎡, 質(zhì)量GL=5.9Kg 高速軸端制動輪：根據(jù)制動器為—315 I 380Ed30/5 由文獻［3，238］附表16 選制功能直徑Dz=200㎜ ，圓柱形軸孔d=35㎜, L=80㎜，飛輪矩(GD2) =0.2kg, 質(zhì)量GD=10 kg 以一聯(lián)軸器為制動輪飛輪矩之和：(GD2)2+(GD2)z=0.209 kg.㎡ 3.12.選擇低速軸聯(lián)軸器 低速軸聯(lián)軸

42、器計算轉矩：可由前節(jié)的計算轉矩Me，求出: （3.23） 由附表42，選用兩個GICLZ5鼓形齒輪聯(lián)軸器，主動端 d1=45㎜, L=65㎜，從動端d1=60㎜, L=70㎜ 由前節(jié)已選定車輪直徑Dc=215㎜ ，由文獻［8，242］附表19，ф250車輪組，取車輪安裝聯(lián)軸器處直徑d=45㎜, L=65㎜，同樣選兩個GICLZ5鼓形齒輪聯(lián)軸器，主動端：d1=50㎜, L=75㎜。 4起重機小車的零部件校核與驗算 4.1.驗算起升機構電動機發(fā)熱條件 據(jù)文獻［8，105］式(6-5)，得穩(wěn)態(tài)平均功率： KW （4.1） 式中： 穩(wěn)態(tài)

43、負載平均系數(shù)，由文獻[8，103]表（6-1）得。G=0.8 Z—電動機個數(shù) Z=1 =N 驗算通過，電動機的發(fā)熱利用率 4.2起升機構電動機過載驗算 由文獻［3，96］式(2-2-6)得：起升機構電動機過載能力 （4.2） 式中： —在基準接點持續(xù)十的電動機額定功率11KW —電動機臺數(shù) —電動機轉矩的允許過載倍數(shù)，由以前計算知=2.2 —考慮電壓降及轉矩勻差以及靜載試驗超載（試驗載荷為額定載荷的1.25倍的系數(shù)，繞線異步電動機取2.1，）H=3.15。

44、 所以電動機過載能力校驗通過。 4.3校核減速器輸出軸強度 據(jù)文獻［5，100］式（8-35） 最大徑向力： （4.3） 式中:G筒—卷筒重量，文獻［6，236］表14，估計為G＝3.1KN ［R］—減速器輸出軸容評最大徑向載荷，根據(jù)文獻［1，6-61］表（16-2-26）得[R]=15000N Pmax=14580N<[R] 由文獻［5，100］式8-36： 最大力矩： —據(jù)文獻[5，94] 電動機額定力矩 =（4.4） 據(jù)文獻[5，92]表（8-9）對圓柱齒輪減速器傳動比=0.95 據(jù)文獻[1，16-95]表（16-

45、2-11）得： [M] =4500 [M] 綜上所述，所選減速器能滿足工求。 4.4驗算起升速度 實際起升速度 （4.5） 起升速度誤差： （4.6） 根據(jù)文獻[2，83] 如果與很近似，值與原定的值相差值在允許范圍以內(nèi)（一般不超過15%），則所選的減速器可認為合用。 所以減速器速度誤差驗算通過。 由文獻［1，16-56］表(16-2-20)，知減速器高速軸輸出端直徑d=38mm L=80mm 4.5驗算起升機構制動時間 由文獻[3，98]式（2-2-18）得； 滿載下降制動時間

46、：（4.7） 式中：—滿載 下降時電動機轉速，通常區(qū)=1.1n=808.5 —制動器制動轉矩380N.m —滿載下降時制動軸靜轉矩（N.m） （4.8） —下降時換算到電動機軸上的機構總轉動慣量 （4.9） = —推薦制動時間（S）可取 時間與推薦制動時間相差不大 制動時間合適。 4.6起升機構起動時間驗算 由文獻[3，97]式（2-2-14）得： 起動時間（4.10） 式中：n—電動機額定轉數(shù)（r/min） —電動機平均運動轉矩（N.m） —電動機靜阻力矩

47、 —機構運動質(zhì)量換算到電動機軸上的總轉動慣量 [（4.11） = 其中 —電動機轉子的轉動慣量 —制動輪和聯(lián)軸器的轉動慣量 （4.12） 由文獻[3，97]表（2-2-9）得， 所以起動時間合適，驗算通過。 4.7驗算運行機構電動機發(fā)熱條件 由文獻［4，95］式8-26a： （4.13） —由文獻［8，96］表（8-14）知機構t起/ t2值大約為0.3-0.

48、4，據(jù)文獻［3，97］P97圖（8-36），求出V25=0.88，N25=0.75×1.12×1.37=1.15KW N25=1.15KW

49、=45.6m/min=0.75m/s時，[]推薦值為5.5s <[] 故所選電動機能滿足快速起動的要求。 4.9驗算運行速度和實際所需功率 運行速度誤差： 合適。 （4.19） 實際所需電動機等效功率： （4.20） 4.10運行阻力計算 起重機運行時，其主要摩擦力矩有1、車輪踏面在軌道上的滾動摩擦力矩；2、車輪軸承的摩擦阻力矩；3、附摩擦阻力矩（包括車輪緣與軌道的摩擦阻力矩和軌道的彎曲及不平坦處的阻力矩等）由于此設計的起重機在室內(nèi)工作，所以不對風阻力局進行計算。 由文獻[2，93]式（7-1）知： （4.21） 式中：、—分別為起重機小車重量和起重量（N）

50、 —滾動摩擦系數(shù)，由文獻[2，94]表（7-1）區(qū)k=0.0004 —車輪軸承摩擦系數(shù)，采用錐形滾子式軸承取=0.02 —附加摩擦阻力矩系數(shù)，由文獻[2，94]表（7-3）區(qū)=2 —由文獻[1，8-107]表（8-1-102）知小車車輪組中=250 軸承型號為7512，由文獻[4，209]得內(nèi)徑d=60mm 外徑D=110mm 平均值d= （4.22） 運行摩擦阻力：（4.23） 點無載時： （4.24） （4.25） 4.11驗算不打滑的條件 因室內(nèi)使用，故不計

51、風阻力及坡度阻力矩，只驗算空載及滿載運動時兩種工況，空載起時主動車輪與軌道接觸處的圓周切向力： （4.26） 式中：P1—所有主動車輪輪壓之和 —所有從動車輪輪壓之和 k、u、d、β—同運行阻力計算中取值一樣 車輪與軌道的摩擦力： F(Q=0) =P1f =24500×0.2=4900NT,不打滑 所以空載不打滑條件驗算通過。 滿載起動時，主動車輪與軌道接觸處的周向切力： （4.27） 車輪與軌道的粘著力： 所以不會打滑，所以電動機合適。 4.13高速浮動軸計算 1)疲勞驗算 由前面電動機計算中知疲勞基本載荷為： Mmax=240N.m

52、 d=48mm 由文獻［2，79］ 知: 扭轉應力：（4.28） 軸材料用45號鋼，b=600Mpa s=300Mpa 彎曲應力： -1=0.27×(b+s)=243Mpa 扭轉應力： 軸受脈動值環(huán)的許用扭轉應力： （4.29） 式中： （4.30） Kx—與零件幾何形狀有關，Kx=1.75 Km—與零件表面加工光潔度有關，Km=2.5 —考慮材料對應力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，取y=0.2 n1—安全系數(shù)

53、，n1=1.25 （4.31） ； 2)強度計算，軸所受最大轉矩 （4.32） 最大扭轉應為 （4.33） 許用扭轉應為 （4.34） ∵ ∴強度計算通過 浮動軸的構造如圖（1-16.1）中間軸徑: d1=d+(5～10)=48+(5～10)=50～55mm，取d1=55mm。 4.14驗算低速浮動軸強度 (1)疲勞驗算：由文獻［4］運行機構疲勞計算其中載荷： 式中： （4.35） 由

54、前節(jié)已選定浮動軸直徑d=45㎜,其扭轉應力， （4.36） 式中：.i.— 同前取值一樣 浮動軸的載荷變化時稱循環(huán)，材料仍選用45鋼，由起升機構高速浮動軸計算：得： （4.37） 式中: 與起升機構取值相同。 ，通過 (2)驗算強度：由文獻［2］運行機構工作最大載荷 （4.38） 式中: —與 彈性振動力矩勁大系數(shù)，對突然起動機構：=1.5～1.7，取=1.6，—同前 最大扭轉應力： （4.39） 許用扭轉應力： （4.40） 式中：同前面計算中取值一樣浮動軸直

55、徑： d1=d+(5～10)=45+(5～10)=50～55 取d=55㎜ 5.可行性與經(jīng)濟性分析 5.經(jīng)濟性與可行性分析 5.1設備的經(jīng)濟性 設備的經(jīng)濟性主要以兩個方面論述，一個是從設備是否可靠，需要分析機械設備的有效度；另一個是從投資回收期來分析，綜合以下兩個方面可得出本設計粗軋機的經(jīng)濟性。 （1）機械設備的有效度 對于可修復設備，由于發(fā)生故障以后，可以修理恢復到正常工作狀態(tài)，從開始工作到發(fā)生故障階段，即可靠度。從發(fā)生故障后進行維修恢復到正常工作階段，即維修度。 把兩者結合起來，就是機械設備的有效度又稱機械設備的有效利用度。 MTBF－平均故障間隔期，( h )； M

56、TTR－平均維修時間，( h )。 起重機設備工作時間10000h可能發(fā)生 10 次故障每次處理故障時間平均9h，檢修時間300h。 （2）投資回收期 設備投資的評估方法分為靜態(tài)計算法和動態(tài)計算法。而靜態(tài)投資又以回收期尤為重要?；厥掌谟址Q返本期，在此期間，設備開始投入生產(chǎn)，一切與設備使用有關的支出費用，都從產(chǎn)品銷售的稅后純利潤中得到補償。 投資回收期也就是凈現(xiàn)金流量的累積總額與總投資相抵時的時間間隔。當凈現(xiàn)金流量的累積值等于零或出現(xiàn)正值時的年份，便是設備投資項目回收期的最終年份。不足一整年的部分，可以用上年累積凈現(xiàn)金流量的絕對值除以當年的現(xiàn)金流量求出。 （5.1） Pt-投資回收期

57、； Pc-行業(yè)投資回收期。 查文獻[6]得， 重型機械Pc ＝17 年。 Pt < Pc ，∴可以。 5.2設備的可行性 可行性分析是進行任何重大決策前必要做的一項工作。隨著具體設備的不同，可行性分析的廣度和深度也不同。通常可行性分析分為以下幾個方面： （1）設備與產(chǎn)品的關系 設備方案的可行性首先在于它對產(chǎn)品的品種、數(shù)量、質(zhì)量在市場上的適應性行分析，而本設備能夠滿足生產(chǎn)批量安排方案對設備類型、生產(chǎn)率、設備的數(shù)量的需要。 （2）設備與所需原料、原材料的關系 本設備能滿足所需原料、原材料的可靠供應。 （3）設備設置的工作環(huán)境條件 本設備在設計上考慮到環(huán)境的惡劣程度，能適

58、應惡劣的工作環(huán)境。 （4）設備的技術方案 通過上面的對設備的設計主要零部件的校核，能夠滿足技術方面的要求。 （5）設備投資方案的經(jīng)濟性評價 由于上面以對本設備的經(jīng)濟性進行了分析，以滿足設備投資方案的經(jīng)濟性。 （6）不確定性分析 在設備方案的實施過程中，以及在設備使用和維修的漫長過程中，許多因素的波動對設備會造成影響。如人員組織和工資的變化、原材料品質(zhì)發(fā)生改變、流動資金和折舊率的調(diào)整、產(chǎn)品的轉向等，對設備的影響至關重大。這些因素的變化，有些可以預測其變化的幅度，有些則有很大的隨機性。所以本設計已經(jīng)考慮到了以上的不確定性。 （7）設備方案實施的計劃和策略 本設計在規(guī)劃、試制、批

59、量生產(chǎn)、制造、安裝、投產(chǎn)上做了精心安排，所以能予以實現(xiàn)。 6電動機選擇與探討 隨著我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展，建筑施工機械化水平的不斷提高，對塔機的制造質(zhì)量和整機技術水平的要求也越來越高。塔機的各個傳動機構所采用的方式、控制系統(tǒng)的技術水平、用戶的可操作性和可維護性基本上就體現(xiàn)了整個塔機的技術水平和檔次。而在這幾個機構中，最為重要也是最具有技術代表性的是起升機構，它控制功率最大、調(diào)速范圍最寬、出故障后的維修難度也最大。而且該系統(tǒng)在變速過程所產(chǎn)生的機械沖擊的大小將直接影響塔機結構件的疲勞損傷程度。 為了改進其性能，國內(nèi)各主機生產(chǎn)商在起升機構的調(diào)速控制技術上以及降低耗能問題已花了許多工夫，得到了長

60、足的進步。從整體上看，絕大多數(shù)采用的是傳統(tǒng)的單電機傳動，以帶渦流制動器的繞線式電機和多極電機調(diào)速的方案為主。這些傳統(tǒng)的調(diào)速方案，要想達到較寬的調(diào)速范圍，其途徑不外乎設計制造大功率、寬調(diào)速范圍的非標電機，如：采用帶渦流制動器的多極繞線式電機或制作大極差的多速電機等。由于塔機起升機構所需要的較高調(diào)速要求不但給電機生產(chǎn)廠商帶來了較多的質(zhì)量控制難題，而且也增加了控制回路和電機的制造成本，降低了系統(tǒng)可靠性。更有甚者，隨著用戶對塔機的起吊能力要求越來越大，傳統(tǒng)控制方式已經(jīng)越來越感覺到力不從心，不論是上述技術的可實現(xiàn)性，其制造成本以及使用性能等方面也存在一些問題。所以，我們不得不尋求更理想的新的調(diào)速控制技術

61、。? 鑒于以上的原因，國內(nèi)外的專業(yè)生產(chǎn)商在塔機的起升調(diào)速方式上進行了較多的新技術應用嘗試，比如：采用多極電機的調(diào)壓調(diào)速，引進變頻調(diào)速等。逐漸地，隨著變頻技術的不斷發(fā)展，不斷地被人們認識，它以絕對的優(yōu)勢超越了其他的任何調(diào)速方案，其優(yōu)點數(shù)不勝數(shù)，如：零速抱閘，對制動器無磨損；任意低的就位速度，可用于精確吊裝；速度的平滑過渡，對機構和結構件無沖擊，提高了塔機的運行安全性；極低的起動電流，減輕了用戶電網(wǎng)擴容的負擔；幾乎任意寬的調(diào)速范圍，提高了塔機的工作效率；節(jié)能的調(diào)速方式，減少了系統(tǒng)運行能耗；單速的鼠籠電動機保證了機構的運行可靠性厖。正是因為這些明顯的特點和優(yōu)勢，國外的塔機制造商所推出的新一代塔機

62、的起升機構也大多采用變頻調(diào)速方案，如POTAIN，LIEBHERR等世界著名公司。同時我們認為，隨著變頻器價格的不斷降低，可靠性不斷提高，變頻技術一定能在塔機上得到廣泛應用，這將對產(chǎn)品的安全運行和減少運行能耗都有重要的意義。為了普及變頻技術，加深對變頻調(diào)速方案的了解，本文將對變頻技術在塔機起升機構上的應用作一探討。? 二、常規(guī)變頻起升機構? 1．結構介紹? 變頻調(diào)速技術在塔機各傳動機構的應用在我國已經(jīng)有近10年的時間，雖然取得了一些成功的應用經(jīng)驗，并且也有不少的變頻起升機構現(xiàn)在正在工地正常運行，但與其他行業(yè)相比，變頻調(diào)速技術在塔機上的應用還遠遠未達到應有的程度，其中有成

63、本的原因，也有技術的原因。? 國內(nèi)和國外目前所采用的典型方案，從技術上來講，大同小異，不同點在于： （1）變頻器的品牌不同，其采用的控制回路不同； （2）系統(tǒng)是開環(huán)（不帶PG）或者是閉環(huán)（帶PG） （3）機械結構的形式的不一樣：L型布置、п型布置或一字型布置等； （4）減速機的類型不一樣，如：圓柱齒輪減速機或行星減速機；是定速比或可變速比等。? 就傳動控制技術而言，以上所述差異并未涉及控制方式的改變，均為采用一臺變頻器控制一臺電動機進行調(diào)速的典型模式，也可稱其為常規(guī)變頻起升機構。在所有的這些常規(guī)變頻機構中，?LIEBHERR公司在EC-H型塔機上裝配的變頻起升機構的特點最

64、為突出，它采用250V電動機和與之匹配的變頻器，配置可變速比的減速機，L型布置。該方案具備較好的起升速度特性，其缺點是系統(tǒng)成本高，而且部件通用性差。? 2．常規(guī)變頻起升機構的設計要點? （1）電動機極數(shù)和功率的校核? 當起升機構的基本參數(shù)（如：最大起重量、最高工作速度等）給定后，就要對電動機的極數(shù)和功率進行確定和計算，其設計要點是：? a）電動機輸出轉速應小于3000轉/分（由減速機輸入級的工作轉速限制）；? b）系統(tǒng)最高工作頻率應小于100Hz（頻率越高，電動機的損耗功率就越大，將破壞恒功率特性，起吊能力大幅度降低而無實際應用價值）；? c）電動機額定轉矩用于校核最大

65、起重量（考慮總傳動比、效率、倍率等）； d）電動機的額定功率用于校核高速時的起重量（考慮總傳動比、效率、倍率等，如果頻率接近100Hz，應考慮有效功率降低10～15%）。? 在選擇電機功率時，根據(jù)以上的條件就能基本確定減速機的減速比與電動機功率和極數(shù)。? （2）電控系統(tǒng)的設計? a）變頻器的選取? 當系統(tǒng)的電動機確定后，就可著手進行控制系統(tǒng)的設計。首先是變頻器的選型?，F(xiàn)在市場上的國內(nèi)外變頻器品牌不少，控制水平和可靠性差別較大，技術上大體可分為V/F控制、矢量控制和DTC直接轉矩控制三種。用于塔機的起升機構，建議最好選用具有矢量控制功能或者是具有DTC直接轉矩控制功能的變頻器

66、，這樣的變頻器品牌較多，設計者可根據(jù)自己的熟悉程度、技術支持力度、其他行業(yè)廠的使用情況等因素來選擇。 由于變頻器品牌的不同，相同功率下變頻器的過載能力和額定電流值也不完全一致。所以，選擇變頻器容量時，不單要看額定功率的大小，還要校核額定工作電流是否大于或者等于電動機的額定電流，一般的經(jīng)驗是選擇變頻器的功率大于電動機功率10～30%左右。 b）能耗電阻的選取? 作為起重用變頻系統(tǒng)，其設計的重點在于電動機處于回饋制動狀態(tài)下的系統(tǒng)可靠性，因為這種系統(tǒng)出故障往往都發(fā)生在重物下降時的工況，如溜鉤、超速、過壓等。也就是說重物下降工況時變頻系統(tǒng)的性能好壞將直接影響整個起升機構能否安全運行。這就要求設計人員清楚地了解變頻傳動系統(tǒng)的回饋工作過程，才能做到心中有數(shù)。 大部分變頻器的產(chǎn)品說明中，對如何選擇能耗電阻的電阻值和功率并沒有非常清楚的描述，而且往往按其推薦的標準配置并不能完全滿足起重工況的要求，同時有關這方面論述的文章也不多見，所以在變頻起重控制系統(tǒng)的設計中，電阻參數(shù)選擇顯得有些混亂。但現(xiàn)在一種新型的能量回饋單元實現(xiàn)了電動機在制動和下放時候所產(chǎn)生能量帶來的消耗問題，徹底取締過去老式電