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中國礦業(yè)大學(xué)2010屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 68頁
１ 概述
1.1起重機(jī)械的用途、工作特點及其在經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的地位
起重機(jī)械是用來對物料進(jìn)行起重、運輸、裝卸、或安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備。它在國民經(jīng)濟(jì)各部門都有廣泛的應(yīng)用，起著減輕體力勞動、節(jié)省人力、提高勞動生產(chǎn)率和促進(jìn)生產(chǎn)過程機(jī)械化的作用。例如，一個現(xiàn)代化的大型港口，每年的吞吐量有幾千萬噸乃至上億噸，被運送的物料品種繁多，有成件物品，也有散裝材料或液態(tài)材料。為了盡快地完成如此繁重的裝卸任務(wù)，如不采用成套的起重運輸設(shè)備，那是不可想象的。碼頭邊上，吊車林立，成了現(xiàn)代化港口的重要特點。因此說，起重機(jī)械在現(xiàn)代化的生產(chǎn)過程中決不是可有可無的輔助工具，而是合理組織生產(chǎn)的必不可少的生產(chǎn)設(shè)備。
起重機(jī)械在搬運物料時，經(jīng)歷上料、運送、卸料和回到原處的過程，有時運轉(zhuǎn)，有時停轉(zhuǎn)，所以它是一種間歇動作的機(jī)械。一個工作循環(huán)時間一般從幾分鐘到二三十分鐘，其間各機(jī)構(gòu)在不同時刻有短暫的停歇時間。這一特點決定了電動機(jī)的選擇和發(fā)熱計算方法；由于反復(fù)運動和制動，各機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)將承受強(qiáng)烈的振動和沖擊，載荷是正反向交替作用的，許多重要構(gòu)件承受不穩(wěn)定變幅應(yīng)力的作用，這些都將對構(gòu)件的強(qiáng)度計算產(chǎn)生較大的影響。
起重機(jī)屬于有危險性作業(yè)的設(shè)備，它發(fā)生事故造成的損失將是巨大的。所以，起重機(jī)設(shè)計和制造一定要嚴(yán)格按照國家標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。
1.2起重機(jī)械的發(fā)展簡史及發(fā)展動向
簡單的起重運輸裝置的誕生，可以追溯到公元前5000～4000年的新石器時代末期，為埋葬和紀(jì)念死者而修筑石棺和石臺，我國古代勞動人民已能開鑿和搬運巨石。蒸氣機(jī)的出現(xiàn)，推動了第一次工業(yè)革命，起重機(jī)械也因之有了較大發(fā)展。1827年，出現(xiàn)了第一臺用蒸氣機(jī)驅(qū)動的固定式回轉(zhuǎn)起重機(jī)，從此結(jié)束了起重機(jī)采用人力驅(qū)動的歷史。在工業(yè)發(fā)展中，電力驅(qū)動的出現(xiàn)是起重機(jī)械蓬勃發(fā)展的轉(zhuǎn)折點。1880年，出現(xiàn)了第一臺電力驅(qū)動的載客升降機(jī)。1885年，制成了電力驅(qū)動的回轉(zhuǎn)起重機(jī)，從后制成了電力驅(qū)動的橋式起重機(jī)和門座起重機(jī)等。二次世界大戰(zhàn)期間，新產(chǎn)品、新材料、新工藝不斷出現(xiàn)。例如：由于自動焊接新技術(shù)的出現(xiàn)，箱形結(jié)構(gòu)的橋式起重機(jī)越來越受到人們的歡迎；由于計算機(jī)技術(shù)的推廣應(yīng)用，利用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計（CAD）和輔助制造（CAM），使起重機(jī)的整機(jī)布置更趨優(yōu)化，基本零部件更加緊湊耐用；由于自控技術(shù)和數(shù)顯技術(shù)的廣泛普及，使起重機(jī)的控制和安全保護(hù)裝置大為改善，保證了操作的安全性和可靠性。
縱觀世界各國起重機(jī)械發(fā)展的現(xiàn)狀，對今后的動向，可歸納如下：
1、 大型化
由于石油、化工、冶煉、造船以及電站等的工程規(guī)模越來越大，所以吊車起吊物品的重量也越來越大。
2、 重視“三化”，逐步采用國際標(biāo)準(zhǔn)
所謂“三化”，是指起重機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。貫徹“三化”可以縮短設(shè)計周期，保證產(chǎn)品制造質(zhì)量，便于管理和提高經(jīng)濟(jì)效益。
3、 實現(xiàn)產(chǎn)品的機(jī)電一體化
機(jī)械產(chǎn)品需要更新?lián)Q代。在當(dāng)今計算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)及數(shù)顯技術(shù)大發(fā)展的年代里，更新?lián)Q代的重要標(biāo)志是實現(xiàn)產(chǎn)品的機(jī)電一體化。在起重機(jī)械上應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，可以提高作業(yè)性能，增加安全性，以至實現(xiàn)無人自動操作。
4、 人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用
起重機(jī)械一般應(yīng)用在沉重和繁忙的、環(huán)境比較惡劣的場合。為減少司機(jī)的作業(yè)強(qiáng)度，保持旺盛的注意力，應(yīng)根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的理論，設(shè)計駕駛室，改善振動于噪聲的影響，防止廢氣污染，使其符合健康規(guī)范的要求。
1.3起重機(jī)械的組成和類型
1.3.1起重機(jī)械的組成
起重機(jī)由產(chǎn)生運動的機(jī)構(gòu)、承受載荷的金屬機(jī)構(gòu)、提供動力和起控制作用的電氣設(shè)備及各種安全指示裝置等四大部分組成。
起重機(jī)機(jī)構(gòu)有四類，即：使貨物升降的起升機(jī)構(gòu)；作平面運動的運行機(jī)構(gòu)；使起重機(jī)旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；改變回轉(zhuǎn)半徑的變幅機(jī)構(gòu)。每一機(jī)構(gòu)均由電動機(jī)、減速傳動系統(tǒng)及執(zhí)行裝置等組成。設(shè)計時應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)的零部件加以組合，以利于制造和維修。金屬結(jié)構(gòu)則要根據(jù)使用要求進(jìn)行設(shè)計制造。電動機(jī)和控制設(shè)備大多是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，安全指示裝置通常從市場購買，特殊的由制造廠設(shè)計制造。
1.3.2起重機(jī)械的類型
根據(jù)使用要求，設(shè)計任何合適的起重機(jī)形式。但從構(gòu)造特征看，種類繁多的起重設(shè)備可歸納為三大類。
1、 單動作起重設(shè)備
這類起重設(shè)備是使貨物作升降運動的起升機(jī)構(gòu)。常見的下列幾種：
（1） 千斤頂 一種升降行程很小，舉升能力較大的小型起重設(shè)備。螺旋千斤頂或齒條千斤頂可用于汽車維修；液壓千斤頂可將大型起重機(jī)頂起以更換車輪。
（2） 滑車（俗稱葫蘆） 一種用鏈條或鋼絲繩與滑輪構(gòu)成的省力滑輪組，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，是一種可攜帶的起重工具，有手動和電動兩種。電動葫蘆則是一種電動起升機(jī)構(gòu)，配有運行小車后可在空間布置的工字鋼軌上運行，構(gòu)成單軌架空道，是一種生產(chǎn)流水線上空的自動運貨車。電動葫蘆亦可作為梁式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)。
（3） 絞車 由電動機(jī)經(jīng)減速器、卷筒、驅(qū)動鋼絲繩滑輪組成的起重設(shè)備，用以起吊重物或產(chǎn)生牽引力。在礦山、建筑工地及艦船等處應(yīng)用。各類起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)都是一種絞車。
（4） 升降機(jī) 一種由絞車拖動吊廂，吊廂沿剛性軌道升降的起重設(shè)備。在建筑工地上應(yīng)用的建筑升降機(jī)是一種最典型的形式。在高層建筑物中應(yīng)用的電梯是供人員上下樓使用的。礦山使用的礦井提升機(jī)與電梯類似，但更加大型化。
2、 橋式類型起重機(jī)
依靠起重機(jī)運行機(jī)構(gòu)和小車運行機(jī)構(gòu)組合，使起吊的貨物作平面運動，再加上置與小車上的起升機(jī)構(gòu)，作業(yè)的范圍是長方形空間。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同有下列幾種：
（1） 橋式起重機(jī)
（2） 門式起重機(jī)，包括裝卸橋，岸邊集裝箱起重機(jī)等。
（3） 纜索起重機(jī)
3、 回轉(zhuǎn)類型起重機(jī)
依靠起重機(jī)的回轉(zhuǎn)和變幅機(jī)構(gòu)運動的組合，使起吊的貨物作水平運動，作業(yè)范圍是圓柱形空間，由于起重機(jī)整體還可以沿一定的軌道運行，所以，這類起重機(jī)的作業(yè)范圍是比較大的，它又可分為如下幾種：
（1） 塔式起重機(jī)
（2） 門座起重機(jī)
（3） 流動起重機(jī)
（4） 浮式起重機(jī)
1.4橋式起重機(jī)的分類、用途、基本結(jié)構(gòu)、基本參數(shù)及工作等級
橋式起重機(jī)有通用和專用兩類。通用橋式起重機(jī)俗稱行車，通常裝在車間的頂上，用來為車間裝卸貨物。通用橋式起重機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，可從市場購買。專用橋式起重機(jī)主要為冶金企業(yè)各車間服務(wù)的，通常要專門設(shè)計。橋式起重機(jī)由橋架和運行小車組成，橋架由兩根主梁和兩根端梁構(gòu)成，在端梁上安裝有鋼制車輪，使得整個橋架可以沿車間頂上的軌道運行。小車也有車輪，可以沿橋架運行。在小車上還裝有起升機(jī)構(gòu)，大中型的橋式起重機(jī)設(shè)有兩個起升機(jī)構(gòu)，大起重量的起升機(jī)構(gòu)用來裝卸大件貨物，起升速度較低，小起重量的起升機(jī)構(gòu)用來裝卸小件貨物，起升速度較高。
橋式起重機(jī)的大梁橫跨于跨間內(nèi)一定高度的專用軌道上，可沿軌道在跨間的縱向移動，在外觀上布置有起升裝置，大多數(shù)起升裝置采用起重小車，起升裝置可沿大梁在跨間橫向移動，外觀像一條金屬的橋梁，所以人們稱它為橋式起重機(jī)。橋式起重機(jī)俗稱“天車”、“行車”。
橋式起重機(jī)由電纜供電，用電動機(jī)分別驅(qū)動各機(jī)構(gòu)。
1.4.1橋式起重機(jī)的分類
橋式起重機(jī)的種類較多，可按不同方法分類。
根據(jù)吊具不同，可分為吊鉤式起重機(jī)、抓斗式起重機(jī)、電磁吸盤式起重機(jī)。
根據(jù)用途不同，可分為通用橋式起重機(jī)、專用橋式起重機(jī)兩大類。專用橋式起重機(jī)的形式較多，主要有：鍛造橋式起重機(jī)、鑄造橋式起重機(jī)、冶金橋式起重機(jī)、電站橋式起重機(jī)、防爆橋式起重機(jī)、絕緣橋式起重機(jī)、掛梁橋式起重機(jī)、兩用（三用）橋式起重機(jī)、大起升高度橋式起重機(jī)等。
按主梁結(jié)構(gòu)形式可分為箱行結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)、桁架結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)、管行結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)。還有型鋼（工字鋼）和鋼板制成的簡單截面梁的起重機(jī)，稱為梁式起重機(jī)。
1.4.2橋式起重機(jī)的用途
橋式起重機(jī)被廣泛用于各類工業(yè)企業(yè)、港口車站、倉庫、料場、水電站、火電站等場所。不同類型的橋式起重機(jī)所適合吊裝的重物不同，并根據(jù)不同的要求采用不同的吊具。吊鉤起重機(jī)吊裝各種成件重物；抓斗起重機(jī)吊裝各種散裝物品，如煤、焦碳、砂、鹽等；電磁起重機(jī)吊裝導(dǎo)磁的金屬材料，如型鋼、鋼板、廢鋼鐵等。
兩用起重機(jī)是為了提高生產(chǎn)效率，在一臺小車上裝有可換的吊鉤和抓斗或者電磁盤和抓斗，但每一工作循環(huán)只能使用其中的一種取物裝置；三用起重機(jī)即吊鉤、抓斗、電磁鐵3種可以互換的取物裝置，可吊裝成件、散粒物品或?qū)Т诺慕饘俨牧?，但每次吊裝重物時，只能使用其中的一種取物裝置。
防爆起重機(jī)用于在有易爆、易燃介質(zhì)的房間、庫房等場所吊裝成件重物，起重機(jī)上的電氣設(shè)備和有關(guān)裝置具有防爆特性，以免發(fā)生火花而爆炸。絕緣起重機(jī)用于吊裝電解車間的各種成件物品，起重機(jī)上有關(guān)部分具有可靠的絕緣裝置，保證安全操作。
雙小車起重機(jī)是在同一臺主梁上設(shè)有兩臺相同的小車，用來搬運長件材料，各小車又可單獨使用。
掛梁起重機(jī)通過兩個吊鉤上的平衡梁掛鉤或平衡梁上的電磁盤吊裝和對垛各種長件材料，如木材、鋼管、棒材、型材、鋼板等。
1.4.3橋式起重機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
盡管橋式起重機(jī)的類型繁多，但基本結(jié)構(gòu)是相同的。橋式起重機(jī)主要是由大梁、起升裝置、端梁、大梁行走機(jī)構(gòu)、起升裝置行走機(jī)構(gòu)、軌道和電氣動力、控制裝置等構(gòu)成。
⑴大梁結(jié)構(gòu)
橋式起重機(jī)一般采用兩根端部連接的大梁組合結(jié)構(gòu)，稱為雙梁橋式起重機(jī)，只有少數(shù)輕型橋式起重機(jī)采用單梁，稱為梁式起重機(jī)。
橋式起重機(jī)大梁的結(jié)構(gòu)形式主要有箱行結(jié)構(gòu)、偏軌箱行結(jié)構(gòu)、偏軌空腹箱行結(jié)構(gòu)、單主梁箱行結(jié)構(gòu)、四桁架式結(jié)構(gòu)、三角形桁架式結(jié)構(gòu)、單腹板梁結(jié)構(gòu)、曲腹板梁結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力箱型梁結(jié)構(gòu)等。最常見的是箱行結(jié)構(gòu)。箱行梁由上蓋板、下蓋板和兩個腹板構(gòu)成一個箱體，箱內(nèi)還有縱橫長短筋板，見圖1-1。在箱行梁的一側(cè)鋪設(shè)走臺板和欄桿，在上蓋板上鋪設(shè)起升裝置的行走軌道。為了檢修的方便，在大梁上還布置有供人行走的走臺和欄桿。
⑵起升機(jī)構(gòu)
起升機(jī)構(gòu)用來實現(xiàn)重物的升降，是起重機(jī)上最重要和最基本的機(jī)構(gòu)。橋式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，除了少數(shù)梁式起重機(jī)采用電動葫蘆外，一般均采用起重小車。起重小車由車架、運行機(jī)構(gòu)、起升卷繞機(jī)構(gòu)和電氣設(shè)備等組成。
車架支撐在四個車輪上，車架上的運行機(jī)構(gòu)帶動車輪沿軌道運行，以實現(xiàn)在跨間寬度方向不同位置的吊裝。
起升卷繞機(jī)構(gòu)實際上是一臺電動卷揚機(jī)和滑輪組的組合。起重量大于150KN的橋式起重機(jī)，一般具有兩套起升卷繞機(jī)構(gòu)，既主鉤和副鉤，主鉤的額定載荷較大，但起升速度較慢，副鉤的額定載荷小，但起升速度快，用以起吊較輕的物件或作輔助性的工作，以提高工作效率。在橋式起重機(jī)的銘牌上對其額定載荷的標(biāo)注通常將主鉤額定載荷標(biāo)注在前，副鉤額定載荷標(biāo)注在后，中間用“/”隔開，如“1600KN/500KN”。
1.4.4橋式起重機(jī)的基本參數(shù)
起重機(jī)械的基本參數(shù)是用來說明起重機(jī)械的性能和規(guī)格的一些數(shù)據(jù)，也是提供設(shè)計計算和選擇使用起重機(jī)械的主要依據(jù)。
橋式起重機(jī)的基本參數(shù)主要有額定載荷、跨度、起升高度、工作速度和工作級別等。橋式起重機(jī)的額定載荷一般在50~5000KN之間，我國生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)橋式起重機(jī)系列有13種，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。
橋式起重機(jī)的跨度指的是其大梁兩軌道中心線的距離，它決定了橋式起重機(jī)的工作范圍。目前我國生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)的跨度最小為10.5m，最大為31.5m，每隔3m一個規(guī)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。
起升高度指的是吊鉤上升到極限位置時，吊鉤中心線至地面的垂直距離，一般標(biāo)準(zhǔn)橋式起重機(jī)的起升高度在12~32m之間。
橋式起重機(jī)的其他有關(guān)參數(shù)包括如下幾項：
⑴額定起重量（t）
吊鉤所能吊起的最大重量。如使用其它輔助取物裝置和吊具（如抓斗、電磁鐵、夾鉗和盛鋼桶等）時，這些裝置的自重應(yīng)包括在額定起重量內(nèi)。當(dāng)決定起重機(jī)的額定起重量時，應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。因為起重量的數(shù)值對大多數(shù)起重機(jī)的自重有決定性的作用，因此在確定時應(yīng)按照生產(chǎn)實際情況考慮，過小不能滿足生產(chǎn)要求，過大會造成基建投資的浪費。
⑵起升高度（m）
吊鉤最低位置到吊鉤最高位置之間的垂直距離，此參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定，可根據(jù)工作需要來定。
⑶跨度（m）和幅度(m)
都是表示起重機(jī)工作范圍的參數(shù)?？缍仁侵笜蚴筋愋推鹬貦C(jī)大車運行軌道之間的距離；幅度是指旋轉(zhuǎn)起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)中心線到吊鉤中心線之間的水平距離。
⑷軌距(m)
軌距也稱輪距，按下列三種情況定義：
①對于小車，為小車軌道中心線之間的距離；
②對于鐵路起重機(jī)，為運行線路兩鋼軌頭部下內(nèi)側(cè)16mm處的水平距離；
③對于臂架型起重機(jī)，為軌道中心線或起重機(jī)行走輪踏面（或履帶）中心線之間的距離。
⑸基距
基距也稱軸距，是指沿縱向運動方向的起重機(jī)或小車支承中心線之間的距離?；嗟臏y定與支承輪的布置有關(guān)。
⑹起重力矩
起重力矩是幅度與其相對應(yīng)的起吊物品重力的乘積。
⑺起重傾覆力矩
起重傾覆力矩，是指起吊物品重力與其至傾覆線距離的乘積。
⑻輪壓
輪壓是指一個車輪傳遞到軌道或地面上的最大垂直載荷。按工況不同，分為工作輪壓和非工作輪壓。
⑼工作速度v(m/min)
包括起升、運行、變副和旋轉(zhuǎn)速度，但旋轉(zhuǎn)速度用n(r/min)表示。
①起升速度——起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下吊鉤上升的速度；
②運行速度——運行機(jī)構(gòu)電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，大車或小車直線運行的速度；
③變副速度——吊鉤從最大幅度到最小幅度的平均線速度；
④旋轉(zhuǎn)速度——旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，起重機(jī)的轉(zhuǎn)速。
⑽生產(chǎn)率Q（t/h）
說明起重機(jī)裝載或吊運物品的工作能力的綜合指標(biāo)。
⑾起重機(jī)工作級別
起重機(jī)工作級別是考慮起重量和時間的利用程度以及工作循環(huán)次數(shù)的工作特性。它是按起重機(jī)利用等級（整個設(shè)計壽命期內(nèi)，總的工作循環(huán)次數(shù)）和載荷狀態(tài)劃分的?；蛘哒f，起重機(jī)工作級別是表明起重機(jī)工作繁重程度的參數(shù)，即表明起重機(jī)工作在時間方面的繁忙程度和在吊重方面滿載程度的參數(shù)。
⑿自重及外形尺寸
這是任何一種機(jī)器都應(yīng)有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它不僅是說明起重機(jī)械性能優(yōu)劣的數(shù)據(jù)，而且直接影響基建費用的投資，因此，應(yīng)十分重視減輕自重和減小外形尺寸。
1.4.5橋式起重機(jī)的工作等級
相同起重量的同一種起重機(jī)，如果它們使用的頻繁程度不同，所起吊貨物的質(zhì)量接近額定起重量的程度不同，那么它們構(gòu)件的尺寸和電動機(jī)的功率就應(yīng)有較大的差別。為了在設(shè)計上給予區(qū)分，應(yīng)將起重機(jī)分為不同的使用等級。所以，起重機(jī)工作級別是起重機(jī)設(shè)計的最基本出發(fā)點，主要有兩個特征決定：①起重機(jī)使用的忙閑程度（起重機(jī)的使用等級）；②起重機(jī)經(jīng)常吊運貨物的質(zhì)量接近額定起重量的程度（起重機(jī)載荷狀態(tài)等級）。
2 小車起升機(jī)構(gòu)和運行機(jī)構(gòu)的計算
已知數(shù)據(jù)：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；工作級別：A5；機(jī)構(gòu)接電持續(xù)率JC=25%。
2.1起升機(jī)構(gòu)計算
2.1.1確定起升結(jié)構(gòu)傳動方案，選擇滑輪組和吊鉤組
按照布置緊湊的原則，決定采用雙聯(lián)滑輪組的方案。
主、副起升運行機(jī)構(gòu)布置圖
①按Q=32t，查[1]表4-1取滑輪組倍率=4，承載繩分支數(shù)Z=2= 8；
查[1]附表9選圖號為T1 362.1509吊鉤組，得其質(zhì)量=847kg，兩滑輪間距=102+2×165=432mm；
②按Q=5t，查[1]表4-1取滑輪組倍率=2，承載繩分支數(shù)Z=2= 4；
查[1]附表8選圖號為G13吊鉤組，得其質(zhì)量=99kg，兩滑輪間距=200mm；
2.1.2選擇鋼絲繩
①主起升機(jī)構(gòu)中，若滑輪組采用滾動軸承，當(dāng)=4，查[2]表2-1得滑輪組效率=0.975，鋼絲繩所受最大拉力：
= 4211.15 kg = 41.27 kN
查[2]表2-4，工作級別A5時，安全系數(shù)n=5.5,鋼絲繩計算破斷拉力：
=226.99 kN
查[1]附表1所選瓦林吞式纖維芯鋼絲繩6×19W+FC，鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度1770MPa，光面鋼絲，右交互捻，直徑d1=20mm，鋼絲繩最小破斷拉力=233.6 kN
標(biāo)記如下：
鋼絲繩1：20NAT 6×19W+FC 1770 ZS 233.6 GB8918-88
②副起升機(jī)構(gòu)中，若滑輪組采用滾動軸承，當(dāng)=2，查[2]表2-1得滑輪組效率=0.99，鋼絲繩所受最大拉力：
= 1287.63 kg = 12.62 kN
查[2]表2-4，工作級別A5時，安全系數(shù)n=5.5,鋼絲繩計算破斷拉力：
=69.41 kN
查[1]附表1所選瓦林吞式纖維芯鋼絲繩6×19W+FC，鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度1770MPa，光面鋼絲，右交互捻，直徑d2=11mm，鋼絲繩最小破斷拉力=70.68 kN,
標(biāo)記如下：
鋼絲繩2：11NAT 6×19W+FC 1770 ZS 70.68 GB8918-88
2.1.3確定滑輪主要尺寸
①主起升滑輪的許用最小直徑：
D1min≥d1（e-1）=20×（25-1）=480 mm
式中:
由[2]表2-4查得輪繩直徑比e=25，由[1]附表9表選用滑輪直徑D1=610 mm，由[1]附表4選用鋼絲繩直徑=20 mm，滑輪直徑=610 mm，滑輪軸直徑D=130mm的E型滑輪標(biāo)記為
滑輪E 20×610－130 ZB J80 006.8－87；
②副起升滑輪的許用最小直徑：
D2min≥d2（e-1）=11×（25-1）=264 mm
式中:
系數(shù)e=25由[1]表2-4查得，由[1]附表8表選用滑輪直徑D2=400 mm，由[1]附表4選用鋼絲繩直徑=11 mm，滑輪直徑=400 mm，滑輪軸直徑D=45mm的E型滑輪標(biāo)記為
滑輪E 11×400－45 ZB J80 006.8-87
2.1.4確定卷筒及卷筒部件尺寸并驗算強(qiáng)度
①1）主起升卷筒尺寸：
卷筒直徑：D≥d1（e-1）=20×（18-1）=340 mm
其中系數(shù)筒繩直徑比e=18由[4]表3-3-2查得，由[1]附表13選用=630 mm，卷筒繩槽尺寸由[4]表3-3-3得槽距=22 mm，槽底半徑=11 mm
卷筒長度：
=
= 2099.7 mm
取 =2100 mm
式中：
——附加安全系數(shù)，取= 2；
L1——無繩槽卷筒端部尺寸，根據(jù)結(jié)構(gòu)取10mm
L2——固定鋼繩所需長度，L2≈3t=66mm，根據(jù)情況取L2=80mm
——卷筒不切槽部分長度，取其等于吊鉤組動滑輪的間距，即=A1=432 mm，實際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減；
——卷筒計算直徑=D+d=630+20=650 mm
卷筒壁厚：
δ=0.02D+（6～10）=0.02×630 +（6～10）
=18.6～22.6 mm
取δ=20 mm
卷筒壁壓應(yīng)力計算：
N/m=117.24 MP
選用灰鑄鐵HT200，最小抗拉強(qiáng)度σ=195 MPa，許用壓應(yīng)力：
= 130 MPa
因﹤ ，故抗拉強(qiáng)度是足夠的。
卷筒拉應(yīng)力驗算：
由于卷筒長度L≥3D，尚應(yīng)校驗由彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒彎矩圖示于圖：
卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時：
= 34419180 N·mm
卷筒斷面系數(shù)：
= 5770793.65 N·mm
式中：
D ——卷筒外徑，D=630 mm；
D——卷筒內(nèi)徑，D= D-2δ=630-2×20=590 mm
于是：
=5.96 MPa
合成應(yīng)力：
=
= 41.13 MPa
式中許用拉應(yīng)力：
MPa
故＜
卷筒強(qiáng)度驗算通過，故選定卷筒直徑=630 mm，長度=2100 mm，卷筒槽形的槽底半徑=11 mm，槽矩=22 mm，起升高度=16 m，倍率=4，靠近減速器一端的卷筒槽向為右的A型卷筒，標(biāo)記為：
卷筒A 630×2100—11×22—16×4 右ZB J80 007.2-87
2）卷筒心軸計算：
通過做草圖得到卷筒心軸的支點位置，并參考有關(guān)資料，決定心軸的各段直徑，軸的材料用45鋼。
ⅰ.支座反力
＝N
＝2×41270－65823.18=16716.82 N
心軸右輪轂支承處最大彎矩:
=16716.82×14.78=247074.6
ⅱ.疲勞計算：
對于疲勞計算采用等效彎矩，由[1]表2－6查得等效系數(shù)=1.1，等效彎矩:
彎曲應(yīng)力：
心軸的載荷變化為對稱循環(huán)。由[1]2－11，2－13式知許用彎曲應(yīng)力：
軸材料為45鋼，其
式中 n＝1.6——安全系數(shù)；（見[1]表2－18）
K——應(yīng)力集中系數(shù)，K＝；
Kx＝1.4——與零件幾何形狀有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)；
Km＝1.15——與零件表面加工光潔度有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)；
故
< 通過
ⅲ.靜強(qiáng)度計算：
卷筒軸屬于起升機(jī)構(gòu)低速軸零件，其動力系數(shù)可由[1]2－5查得，；
許用應(yīng)力：
< 通過
故卷筒軸的疲勞和靜強(qiáng)度計算通過。
3）選擇軸承
由于卷筒心軸上的左軸承的內(nèi)，外座圈以同樣轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，故無相對運動，可按照額定靜載荷來選擇。右軸承的外座圈固定，內(nèi)座圈與心軸一同旋轉(zhuǎn)，應(yīng)按照額定動負(fù)荷來選擇。
ⅰ.左端軸承：
由[6]（19－16）式軸承的額定靜負(fù)荷
C0≧
式中 C0——額定靜負(fù)荷；
P0——當(dāng)量靜負(fù)荷；
n0——安全系數(shù)，由[6]表19－7取n0＝1.04
因此選用調(diào)心球軸承，型號2318，其額定靜載荷C0＝77.2 kN，左軸承的當(dāng)量靜負(fù)荷為：
式中 fd＝1.1——動負(fù)荷系數(shù)，由[6]表19－6選取， 故安全
ⅱ.右端軸承：
令右端軸承也采用2318，其額定動負(fù)荷[C]=142 kN
右軸承的徑向負(fù)荷
軸向負(fù)荷
設(shè)M5級工作類型的軸承工作時數(shù)Lh＝4000h，查得2318軸承的e＝0.39，令，故 x=1,y=2.7，當(dāng)量動負(fù)荷：
由[6]（19－2）式：
所以
動負(fù)荷 安全
4）繩端固定裝置計算
根據(jù)鋼繩直徑為20mm，卷筒長度計算中采用的附加圈數(shù)Z0＝2，繩索與卷筒繩槽間的摩擦系數(shù)f＝0.15。則在繩端固定處的作用力：
壓板螺栓所受之拉力：
式中 ——壓板與鋼繩的換算摩擦系數(shù)
螺柱由拉力和彎矩作用的合成應(yīng)力：
式中 Z＝2（螺柱數(shù)）
d1＝22mm（螺紋內(nèi)徑）
（彎矩）
螺柱材料為Q－235，屈服極限＝240MPa，則許用拉伸應(yīng)力為：（取安全系數(shù)n＝1.6）
[σ]＝
因為 <[σ] ，故通過
②1）副起升卷筒尺寸：
卷筒直徑：D≥d（e-1）=11×（18-1）=187 mm
由[1]附表13選用=300 mm，卷筒繩槽尺寸由[4]表3-3-3得 槽距=13 mm，槽底半徑=6 mm
卷筒長度：
=
= 1370 mm
取 =1500 mm
式中：
——附加安全系數(shù)，取= 2；
L1——無繩槽卷筒端部尺寸，根據(jù)結(jié)構(gòu)取30mm
L2——固定鋼繩所需長度，L2≈3t=39mm，根據(jù)情況取L2=50mm
——卷槽不切槽部分長度，取其等于吊鉤組動滑輪的間距，即=A=200 mm，實際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減；
——卷筒計算直徑=D+d=300+11=311 mm
卷筒壁厚：
δ=0.02D+（6～10）=0.02×300 +（6～10）
=12～16 mm
取δ=14 mm
卷筒壁壓應(yīng)力計算：
N/m=69.34 MP
選用灰鑄鐵HT200，最小抗拉強(qiáng)度σ=195 MPa，許用壓應(yīng)力：
= 130 MPa
因﹤ ，故抗拉強(qiáng)度是足夠的。
卷筒拉應(yīng)力驗算：
由于卷筒長度L≥3D，尚應(yīng)校驗由彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒彎矩圖示于圖：
卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時：
= 8203000 N·mm
卷筒斷面系數(shù)：
= 875455.9 N·mm
式中：
D ——卷筒外徑，D=300 mm；
D——卷筒內(nèi)徑，D= D-2δ=300-2×14=272 mm
于是：
=9.37 MPa
合成應(yīng)力：
=
= 30.17 MPa
式中許用拉應(yīng)力：
MPa
故＜
卷筒強(qiáng)度驗算通過，故選定卷筒直徑=300 mm，長度=1500 mm，卷筒槽形的槽底半徑=6 mm，槽矩=13 mm，起升高度=18 m，倍率=2，靠近減速器一端的卷筒槽向為右的A型卷筒，標(biāo)記為：
卷筒A 300×1500—6×13—18×2 右ZB J80 007.2-87
2）卷筒心軸計算：
通過做草圖得到卷筒心軸的支點位置，并參考有關(guān)資料，決定心軸的各段直徑，軸的材料用45鋼。
ⅰ.支座反力
＝N
＝2×12620－16186=9054 N
心軸右輪轂支承處最大彎矩:
=9054×14.78=133818.12
ⅱ.疲勞計算：
對于疲勞計算采用等效彎矩，由[1]表2－6查得等效系數(shù)=1.1，等效彎矩:
彎曲應(yīng)力：
心軸的載荷變化為對稱循環(huán)。由[1]2－11，2－13式知許用彎曲應(yīng)力：
軸材料為45鋼，其
式中 n＝1.6——安全系數(shù)；（見[1]表2－18）
K——應(yīng)力集中系數(shù)，K＝；
Kx＝1.4——與零件幾何形狀有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)；
Km＝1.15——與零件表面加工光潔度有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)；
故
< 通過
ⅲ.靜強(qiáng)度計算：
卷筒軸屬于起升機(jī)構(gòu)低速軸零件，其動力系數(shù)可由[1]2－5查得，；
許用應(yīng)力：
< 通過
故卷筒軸的疲勞和靜強(qiáng)度計算通過。
3）選擇軸承
由于卷筒心軸上的左軸承的內(nèi)，外座圈以同樣轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，故無相對運動，可按照額定靜載荷來選擇。右軸承的外座圈固定，內(nèi)座圈與心軸一同旋轉(zhuǎn)，應(yīng)按照額定動負(fù)荷來選擇。
ⅰ.左端軸承：
由[6]（19－16）式軸承的額定靜負(fù)荷
C0≧
式中 C0——額定靜負(fù)荷；
P0——當(dāng)量靜負(fù)荷；
n0——安全系數(shù)，由[6]表19－7取n0＝1.04
因此選用調(diào)心球軸承，型號2314，其額定靜載荷C0＝37.5 kN，左軸承的當(dāng)量靜負(fù)荷為：
式中 fd＝1.1——動負(fù)荷系數(shù)，由[6]表19－6選取， 故安全
ⅱ.右端軸承：
令右端軸承也采用2314，其額定動負(fù)荷[C]=110 kN
右軸承的徑向負(fù)荷
軸向負(fù)荷
設(shè)M5級工作類型的軸承工作時數(shù)Lh＝4000h，查得2314軸承的e＝0.38，令，故 x=1,y=2.7，當(dāng)量動負(fù)荷：
由[6]（19－2）式：
所以
動負(fù)荷 安全
4）繩端固定裝置計算
根據(jù)鋼繩直徑為11mm，卷筒長度計算中采用的附加圈數(shù)Z0＝2，繩索與卷筒繩槽間的摩擦系數(shù)f＝0.15。則在繩端固定處的作用力：
壓板螺栓所受之拉力：
式中 ——壓板與鋼繩的換算摩擦系數(shù)
螺柱由拉力和彎矩作用的合成應(yīng)力：
式中 Z＝2（螺柱數(shù)）
d1＝16mm（螺紋內(nèi)徑）
（彎矩）
螺柱材料為Q－235，屈服極限＝240MPa，則許用拉伸應(yīng)力為：（取安全系數(shù)n＝1.6）
[σ]＝
因為 <[σ] ，故通過
2.1.5選電動機(jī)
①主起升電動機(jī)靜功率：
=
= 47.3 kW
式中:：
——機(jī)構(gòu)總效率，一般=0.8～0.9，取 =0.85；
電動機(jī)計算功率：
≥=0.8×47.3=37.84 kW
式中系數(shù)由[2]表6-1查得，對于M1—M6級機(jī)構(gòu)，=0.75～0.85 ，
故取=0.8
查[1]附表28選用電動機(jī)YZR280M，其額定功率（25%）=52kw，額定轉(zhuǎn)速=727r/min，飛輪矩=11.2 kg·m，質(zhì)量=848kg
②副起升電動機(jī)靜功率：
=
= 19.6 kW
式中：
——機(jī)構(gòu)總效率，一般=0.8～0.9，取=0.85；
電動機(jī)計算功率：
≥=0.8×19.6=15.68 kW
式中系數(shù)由[2]表6-1查得，對于M1—M6級機(jī)構(gòu)，=0.75～0.85 ，
故取=0.8
查[1]附表28選用電動機(jī)YZR225M，其額定功率（25%）=21kw，額定轉(zhuǎn)速=718r/min，飛輪矩=3.2 kg·m，質(zhì)量=390kg
2.1.6驗算電動機(jī)發(fā)熱條件
①主起升機(jī)構(gòu)中，按照等效功率法，求JC=25%時所需要的等效功率：
≥ =0.75×0.87×47.3=30.86 kW
式中：
——工作級別系數(shù)，查[2]表6-4 ，工作類型為中級時=0.75；
——系數(shù)，根據(jù)機(jī)構(gòu)平均啟動時間與平均工作時間的比值（/），由[2]表6-5，一般起升機(jī)構(gòu) / =0.1～0.2，取/=0.1，由[2]圖6-6查=0.87；
由以上計算結(jié)果，＜ ，故初選電動機(jī)能滿足發(fā)熱條件。
②副起升機(jī)構(gòu)中，按照等效功率法，求JC=25%時所需要的等效功率：
≥ =0.75×0.87×19.6=12.79 kW
式中：
——工作級別系數(shù)，查[1]表6-4 ，工作類型為中級時=0.75；
——系數(shù)，根據(jù)機(jī)構(gòu)平均啟動時間與平均工作時間的比值（/），由[2]表6-5，一般起升機(jī)構(gòu) / =0.1～0.2，取/=0.1，由[2]圖6-6查=0.87；
由以上計算結(jié)果，＜ ，故初選電動機(jī)能滿足發(fā)熱條件。
2.1.7選擇標(biāo)準(zhǔn)減速器
①主起升卷筒轉(zhuǎn)速：
=
= 14.7 r/min
減速器總傳動比：
= = 49.46
查[1]附表35，選ZQ-850-Ⅰ-3CA減速器，當(dāng)工作類型為中級時，許用功率[N]=57 kW ，=48.57
②副起升卷筒轉(zhuǎn)速：
=
= 40.96 r/min
減速器總傳動比：
= = 17.53
查[1]附表35，選ZQ-500-Ⅵ-3CA減速器，當(dāng)工作類型為中級時，許用功率[N]=27.0 kW ，=15.75
2.1.8驗算起升速度和實際所需功率
①主起升實際起升速度：
=7.64 m/min
誤差：
︱ ︳= ︱×100% ︳= ︳ ︳
= 1.87% ＜ = 15%
實際所需等效功率：
= 31.44 kW ＜（25%）=52 kW
②副起升實際起升速度：
=22.26 m/min
誤差：
︱ ︳= ︱×100% ︳= ︳ ︳
= 11.3% ＜= 15%
實際所需等效功率：
= 14.24 kW ＜（25%）=21 kW
2.1.9校核減速器輸出軸強(qiáng)度
①主起升機(jī)構(gòu)中，由[2]公式（6-16）得輸出軸最大徑向力：
≤
式中：
=2×41270=82540 N=82.54 kN —— 卷筒上鋼絲繩引起的載荷；
=13.5 kN ——卷筒及軸自重，參考[1]附表14；
[R]=13700×9.8=134.26 kN ——ZQ-850-Ⅰ-3CA減速器輸出軸端最大容許徑向載荷，參考[1]附表36可得；
因此
= （82.54+13.5）=48.02 kN ＜[R] ，故通過。
由[2]中公式（6-17）得輸出軸最大扭矩：
=（0.7～0.8）ψη≤[]
式中：
=9550==683.1 Nm—— 電動機(jī)軸額定力矩；
ψ=2.85—— 當(dāng)JC=25%時電動機(jī)最大力矩倍數(shù)，由[1]附表28查出；
η=0.95—— 減速器傳動功率；
[]=121800 Nm——減速器輸出軸最大容許轉(zhuǎn)矩，由[1]附表36查
出；
∴ =0.8×2.85×683.1×48.57×0.95=71863.9 Nm
＜[]=121800 Nm
由上計算，所選減速器能滿足要求。
②副起升機(jī)構(gòu)中，由[2]公式（6-16）得輸出軸最大徑向力：
≤
式中：
=2×12620=25240 N=25.24 kN —— 卷筒上鋼絲繩引起的載荷；
=3.37 kN ——卷筒及軸自重，參考[1]附表14；
[R]=1550×9.8 = 15.19 kN ——ZQ-500-Ⅵ-3CA減速器輸出軸端最大容許徑向載荷，參考[1]附表36可得。
因此
= （25.24+3.37）=14.3 kN ＜[R] ，通過。
由[2]中公式（6-17）得輸出軸最大扭矩：
=（0.7～0.8）ψη≤[]
式中：
=9550==279.32 Nm—— 電動機(jī)軸額定力矩；
ψ=2.96—— 當(dāng)JC=25%時電動機(jī)最大力矩倍數(shù)，由[1]附表28查出；
η=0.95—— 減速器傳動功率；
[]=23500 Nm——減速器輸出軸最大容許轉(zhuǎn)矩，由[1]附表36查出；
∴ =0.8×2.96×279.32×15.75×0.95=10873 Nm
＜[]=23500 N·m
由上計算，所選減速器能滿足要求。
2.1.10選擇制動器
①主起升制動器所需靜制動力矩：
≥
=
=81.73 kg·m =801 N·m
式中：
=1.75——制動安全系數(shù)，由[2]表6-6查取
由[5]中表5-4-28選用TJ2A-200，其制動力矩 =1600 N·m ，制動輪直徑 =200 mm ；
②副起升制動器所需靜制動力矩：
≥
=
=37.44 kg·m =366.91 N·m
式中：
=1.75——制動安全系數(shù)，由[2]表6-6查取
由[5]中表5-4-28選用TJ2A-200/100，其制動力矩 =400 N·m ，制動輪直徑=200 mm ;
2.1.11選擇聯(lián)軸器
①主起升高速軸聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩，由[2]（6-26）式
=1.5×1.8×683.08=1844.32 Nm
式中：
=683.08 —— 電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 =9550p/n=9550×52/727=683.08 N·m
=1.5 —— 聯(lián)軸器安全系數(shù)；
=1.8 —— 剛性動載系數(shù)，一般=1.5 ～ 2.0；
由[1]附表29查得YZR280M電動機(jī)軸端為圓柱形，d=85mm，=170mm；
由[1]附34查得ZQ-850-Ⅰ-3CA減速器的高速軸端為圓錐形主動軸端， d=90mm，=135mm；
靠近電動機(jī)軸端聯(lián)軸器：由[5]表5-2-9選用GⅡCLZ6型齒式聯(lián)軸器，最大容許轉(zhuǎn)矩[]=5000 N·m，質(zhì)量G=31.2 kg ;
浮動軸的靠近電動機(jī)的軸端為圓柱形d=90mm，=130mm；
靠近減速器高速軸的聯(lián)軸器 ，由[1]附表46選用帶mm制動輪的NGCLZ6型鼓形齒式聯(lián)軸器，最大容許轉(zhuǎn)矩[]=4500 N·m，質(zhì)量=53.2 kg ；
浮動軸的靠近減速器的軸端為圓柱形d=90mm，=130mm；
根據(jù)實際機(jī)構(gòu)布置情況及作圖可得浮動軸結(jié)構(gòu)尺寸如下：
②副起升高速軸聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩，由[2]（6-26）式
=1.5×1.8×279.32=754.16 N·m
=279.32 —— 電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 =9550p/n=9550×21/718=279.32 N·m
=1.5 —— 聯(lián)軸器安全系數(shù)；
=1.8 —— 剛性動載系數(shù)，一般=1.5 ～ 2.0；
由[1]附表29查得YZR225M電動機(jī)軸端為圓柱形d=65mm，=140mm；
由[1]附34查得ZQ-500-Ⅵ-3CA減速器的高速軸端為圓錐形d=50mm，=85mm；
靠近電動機(jī)軸端聯(lián)軸器：由[5]表5-2-9選用GⅡCLZ5齒式聯(lián)軸器，最大容許轉(zhuǎn)矩[]=3150 N·m，質(zhì)量G=19.6 kg ；
浮動軸的靠近電動機(jī)的軸端為圓柱形d=65mm，=105mm；
靠近減速器高速軸的聯(lián)軸器，由[1]附表46選用帶mm制動輪的NGCLZ4型鼓形齒式聯(lián)軸器，最大容許轉(zhuǎn)矩[]=1400 N·m，質(zhì)量=26.8 kg ；
浮動軸的靠近減速器的軸端為圓柱形d=65mm，=105mm；
2.1.12驗算起動時間
①主起升起動時間：
式中：
=11.2+20
=31.2 kgm
靜阻力矩：
=
=64.64 Nm
平均起動力矩：
=1.5=1.5×683.1=1024.65 Nm
∴ =
=0.98 s
通常起升機(jī)構(gòu)起升時間為1～5 s ，此處＜1 s ，可在電氣設(shè)計時，增加起動電阻，延長起動時間，故所選電動機(jī)合適。
②副起升起動時間：
式中：
=3.2+6
=9.2 kgm
靜阻力矩：
=
=29.6 Nm
平均起動力矩：
=1.5=1.5×279.32=418.98 Nm
∴ =
=0.77 s
通常起升機(jī)構(gòu)起升時間為1～5 s ，此處＜1 s ，可在電氣設(shè)計時，增加起動電阻，延長起動時間，故所選電動機(jī)合適。
2.1.13驗算制動時間
①主起升制動時間：
=
= 0.56 s
式中：
=
=
= 46.7 Nm
查[2]表6-7 ，當(dāng)≤12 m/min 時，[]=1.0～1.25 s ，因為＜[] ，故合適。
②副起升制動時間：
=
= 0.72 s
式中：
=
=
= 21.4 Nm
查[2]表6-7 ，當(dāng)＞12 m/min 時，[]=1.5～2.0 s ，因為＜[] ，故合適。
2.1.14高速浮動軸計算
①主起升高速浮動軸疲勞計算：
由[3]中起升機(jī)構(gòu)疲勞計算基本載荷：
=1.045×683.1=713.84 Nm
式中：
——動載系數(shù) ，=（1+）=（1+1.09）=1.045
——起升載荷動載系數(shù)（物品升降或下降制動的動載效應(yīng)）=1+0.71=1+0.71×=1.09
由前節(jié)已選定軸徑d=90 mm，因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
=4.99 MPa
軸材料用45號鋼, =600 MPa =300 MPa ,
彎曲應(yīng)力：
=0.27()=0.27(600+300)=243 MPa
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:
=140 MPa
=0.6=0.6×300=180 MPa
軸受脈動循環(huán)的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:
[]=
式中：
= —— 考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)；
——與零件幾何形狀有關(guān),對于零件表面有急劇過度和開有鍵槽及緊密配合區(qū)段, =1.5～2.5，此處取=2
——與零件表面加工光潔度有關(guān).，此處取=1.25
η —— 考慮材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，對碳鋼及低合金鋼η=0.2
—— 取安全系數(shù) =1.25
∴MPa
故 ＜
強(qiáng)度驗算：
軸所受最大轉(zhuǎn)矩：
==1.09×683.1=744.58 MPa
最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
==5.2 MPa
許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
[]===120 MPa
式中：
—— 安全系數(shù)，=1.5
∴ ＜ [] 故通過。
②副起升高速浮動軸疲勞計算：
由[3]中起升機(jī)構(gòu)疲勞計算基本載荷：
=1.13×279.32=315.63Nm
式中：
——動載系數(shù) ，=（1+）=（1+1.26）=1.13
——起升載荷動載系數(shù)（物品升降或下降制動的動載效應(yīng)）=1+0.71=1+0.71×=1.26
由前節(jié)已選定軸徑d=65 mm，因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
=5.86 MPa
軸材料用45#鋼, =600 MPa =300 MPa ,
彎曲應(yīng)力：
=0.27()=0.27(600+300)=243 MPa
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:
=140 MPa
=0.6=0.6×300=180 MPa
軸受脈動循環(huán)的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:
[]=
式中：
= —— 考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)；
——與零件幾何形狀有關(guān),對于零件表面有急劇過度和開有鍵槽及緊密配合區(qū)段, =1.5～2.5，此處取=2
——與零件表面加工光潔度有關(guān).，此處取=1.25
η —— 考慮材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，對碳鋼及低合金鋼η=0.2
—— 安全系數(shù) =1.25，由[3]表1-4-10查得；
∴ MPa
故 ＜
強(qiáng)度驗算：
軸所受最大轉(zhuǎn)矩：
==1.26×279.32=351.94 MPa
最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
==6.53 MPa
許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
[]===120 MPa
式中：
—— 安全系數(shù)，=1.5
∴ ＜ [] 故通過。
2.2小車運行機(jī)構(gòu)計算
2.2.1確定機(jī)構(gòu)傳動方案
經(jīng)比較后，決定采用下圖所示的傳動方案：
2.2.2選擇車輪與軌道并驗算其強(qiáng)度
車輪最大輪壓：
小車質(zhì)量估計G1=11t，假定輪壓均布：
P =（Q+ G1）=（32000+11000）=10750 Kg=105350 N
車輪最小輪壓：
P=G1 =×11000=2750Kg=26950 N
初選車輪：
由[1]附表17可知，當(dāng)運行速度＜60 m/min 時，載荷率==2.9＞1.6 ，工作級別為中級時，選軌道類型為鐵路軌道38 kg/m（P38），許用輪壓為13.4 t ，車輪直徑為=400mm
強(qiáng)度驗算：
按照車輪和軌道為線接觸及點接觸兩種情況驗算車輪接觸強(qiáng)度，車輪踏面疲勞計算載荷：
P=
=79216.67 N
車輪材料，取ZG340-640，σ=640 MPa , σ=340 MPa
線接觸局部擠壓強(qiáng)度：
P==6.0×400×43.9×0.99×1.00=104306.4 N
式中：
——許用線接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm） ，由[4]表3-8-6查得=6.0；
—— 車輪與軌道有效接觸長度，對于軌道P24由[1]附表22查得=b=43.9 mm；
——轉(zhuǎn)速系數(shù)，由[4]表3-8-7中查得，車輪==33.44 r/min 時，=0.99；
——工作級別數(shù)，由[4]表3-8-8中查得，當(dāng)為M5級時=1.00；
∴ P ＞ P ，故通過。
點接觸局部擠壓強(qiáng)度：
P==0.132××0.99×1.00
=138068.18 N
式中：
——許用點接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm） ，由[4]表3-8-6查得=0.132；
——曲率半徑 ，車輪與軌道曲率半徑中的大值，車輪===200 ；軌道曲率半徑由[1]附表22查得=300，故取=300；
m—— 由比值（為、中的小值）所確定的系數(shù)，==0.67，查[4]表3-8-9取 m=0.44 ；
∴ P ＞ P ，故通過。
根據(jù)以上計算結(jié)果，選定直徑D=400mm 的雙輪緣車輪，標(biāo)記為 ：
車輪 SYL-400×120 GB4628-84
2.2.3運行阻力計算
摩擦阻力矩：
=（Q+ G）（+μ）β
由[1]附表19查得，由D=400 mm 車輪組的軸承型號為23120C/W33，軸承內(nèi)徑和外徑的平均值==132.5 mm ，由[2]表7-1~表7-3查得滾動摩擦系數(shù)=0.0005，軸承摩擦系數(shù)μ=0.02，附加阻力系數(shù)β=2.0 ，帶入上式得：
當(dāng)滿載（Q=Q）時運行阻力矩：
=2.0×（32000+11000）（0.0005+）
=163.4 kg·m=1601.32 N·m
運行摩擦阻力：
=
=8006.6 N
當(dāng)無載（Q=0）時運行阻力矩：
=βG（+μ）
=2.0×11000×（0.0005+）
=41.8 kg