铸造起重机的设计文档格式.docx

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（2）稳定运行。

由于转炉炼钢效率高,周期短,要求起重机频繁作业,所以在正常情况下,应保证平稳运行（由于起重机桥架刚性不好,机械零部件或电气元件的故障造成停车事故而引起转炉停产少出钢的损失,一般要比整台起重机的代价还要大）。

（3）维修方便。

一旦出现故障要求对炼钢车间的生产影响减少到最低限度,并能很容易地进行快速维修。

因此维护检修必须非常方便。

4　铸造起重机的结构形式

目前铸造起重机大部分为双小车（主、副小车）四梁四轨结构。

大型的铸造起重机主小车可由一个上小车和两个下小车组成,并通过四个球铰连在一起,组成了四梁六轨形式的结构,该结构的铸造起重机起重量大、整车外形尺寸较宽,整机较重,投资较大。

副小车从主小车下面通过,具有使用方便等特点。

小型和中型铸造起重机目前发展有双梁双轨单小车,即主副起升结构布置在一个小车上的结构型式。

此结构铸造起重机,整车的宽度尺寸较小,整机重量较轻,投资较小,但主、副之间的间距调整不大,使用受到一定的限制。

4.1　主起升机构的传动形式

目前国内使用的铸造起重机,从主起升机构传动方式的不同,大致可分为三种:

一种是传统用的棘爪减速器传动形式;

一种是行星减速器的传动型式;

一种是硬连接的传动形式。

以上三种均由过去的开式齿轮传动改进为闭式传动。

4.2　电机的布置形式

（1）双电机从两边传动一个长减速器,卷筒布置在中间,两卷筒轴上的齿轮又与中间的两个过轮相啮合,使低速齿轮同步联锁,运行安全可靠。

但长减速器加工制造工艺较为复杂。

（2）双电机在长减速器中间高速轴联接传动,两高速轴同步,卷筒装置布置在两边,这种结构比上述布置安全性差一些。

设计切记将高速轴传动链上的安全系数放大,确保安全使用。

（3）另外一种布置是三减速器呈“品”字形布置。

即双电机或四电机同时传动一减速器,一减速器通过全齿联轴器或浮动轴与另两台减速器相联,两减速器又通过卷筒联轴器传动卷筒。

该布置形式分组性好,加工制造简单,易安装、维护、检

修,但使用的安全可靠性比第一种差一些。

当减速器二轴上设有棘轮棘爪装置时,减速器为棘轮棘爪减速器传动;

无棘轮棘爪时,称为硬连接;

当减速器中设有行星机构时即变成了星形传动。

星形减速器传动的优点为一台电机出故障,另一台电机可以二分之一额定速度继续工作。

4.3　桥架的结构形式

桥架是铸造起重机的主要承载构件,它应具有足够的强度、刚度和稳定性,有相对较长的使用寿命。

主梁的结构形式是偏轨大箱型结构。

梁内有足够的空间,电气设备均布置在主梁内。

端梁分为刚性端梁和铰接端梁。

刚性端梁有“元宝型”梁或水平直梁。

铸造起重机特别是兑铁水铸造起重机的防幅射、防火焰装置要考虑周全,防触电装置和检查平台也不可缺少。

5　铸造起重机的安全保护

铸造起重机的安全性主要反映在主起升机构上。

（1）电动机功率较大,主起升机构多为双电机驱动,正常工作时两电机同时起动和制动。

在工作中若有一台电机发生故障;

另一台电动机能继续短期工作,紧急处理,将负荷吊运到安全地方。

一般单电机的功率是起升机构总功率的0.6～0.65倍。

星形传动时,一台电机功率为总功率的0.5倍。

（2）由减速器中的两个大齿轮通过两个隋轮互相啮合,在工作中,万一某一套卷扬装置高速轴发生故障,另一套仍可将故障侧的卷筒驱动,将悬吊着的钢水包安全地降落至安全位置。

（3）钢丝绳的安全系数一般均在7以上。

（4）每一组驱动电机设置两个工作制动器,每个制动器的制动力矩是主起升机构总负载1.1倍以上。

大型铸造起重机一般选用盘式制动器,以便降低主起升机构高速轴上的转动惯量,减少起制动时的能量消耗,以及维护检修方便。

（5）在星形减速器传动的大型起重机的起升机构中应增设安全制动器。

（6）铸造起重机应设有超载限制器或电子秤,以便进行机构的超载保护或称量。

（7）起升限位开关,采用两套起升限位开关。

一套重锤限位,一套旋转限位。

一套安装在上滑轮组旁,一套安装在卷筒轴上。

（8）主起升电动机的安全保护:

在电机轴上安装有超速开关,当起升速度超过额定速度的1.35倍时,超速保护起升电机停止转动。

还有过流保护,过热保护,缺相保护,线路保护,短路保护,接地保护和零位保护,以及失压保护。

（9）对于铸锭起重机应设有三维定位装置或铸锭对准仪,使铸锭对位准确,提高生产效率。

（10）大车运行设有红外线防碰撞装置等。

6　铸造起重机的发展趋势

随着冶金工业的发展,铸造起重机日趋向高速化、大型化、智能化方向发展。

450t、500t铸造起重机主起升机构的起升速度已达12m/min,副起升速度15m/min,主副小车运行速度均在40m/min以上,大车运行速度在80m/min以上。

目前世界上起重量最大的铸造起重机是英国亚当森公司生产的,起重量已达550t。

国内起重能力最大的铸造起重机是太原重工股份公司生产的,起重量已达450t,使用在宝钢、武钢、鞍钢,共有十多台。

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,给维护检修提供便捷

第2章起升机构设计

2.1确定起升机构的传动方案，选择滑轮组和吊钩组

2.1.1主起升机构

225／75/15t铸造起重机主起升设计：

起重机设计主参数：

起重量：

主钩：

225t

副钩：

75t

小副钩：

15t

起重机跨度：

28m

起升高度：

30m

32m

起升速度：

2.77m／min

5.12m／min

16

运行速度：

主小车运行：

30.2m／min

副小车运行：

31m／min

大车运行：

60m／min

重量t：

主小车106.8，副小车30.5，起重机407.1

最大轮压KN：

620

根据设计所给的参数我们可以有如下方案，如图a所示。

显然，a方案结构简单，安装及维修都比较方便，但是由于轴两端的变形较大使得小齿轮沿齿宽方向受力不均匀，易产生磨损。

针对这一缺点b方案都对其进行了完善，使小齿轮的受力均匀，而且从结构上看，该方案不但可以使小齿轮受力均匀，而且结构紧凑简单，又考虑我国现有的生产经验故采用最终采用此方案。

由设计参数知，起升高度H为31m，根据这一参数，我们选择双联滑轮组单层卷绕。

这种绕绳方法构造简单，制造及安装方便，由于该起重机的起重量较大，钢丝绳对卷筒的压力较大，故此采用单层绕。

综上所述，采用开式、双联滑轮组单层绕结构。

按Q=300t，查[1]表4-1取滑轮组的倍率Ih=10，则可知钢丝绳的分支数为Z=4*Ih=40。

查[2]表15-15，知Q=300t的桥式起重机选用叠片式双钩，叠板式双钩是由钢板冲剪成的钢片，用铆钉连接开式传动而成。

为了使负荷均等分布到所有钢片上，在叠板钩开口处，装镶可拆环的钢板。

同时，在钩颈环形孔中装有轴套。

钩片材料用A3钢。

这种结构有很多优点：

（1）制造比较简单，特别是尺寸较大的吊钩

（2）工作可靠，因为破坏开始时，首先在某一片钢片上产生，这样就可以进行维修，从而避免了破坏的进一步发展。

该吊钩的自重为：

G0=14t，两动滑轮间距A=250mm.。

图a第一种传动方案

图b第二种传动方案

2.1.2副起升机构

副起升机构参照主起升机构的原理采用，闭式传动、双连滑轮组、单层绕结构。

根据其要求的起重量为50t，查[1]表4-1可知，取滑轮组倍率Ih=4，则承重绳的分支为：

Z=2Ih=8。

查[2]表15-10选用单钩（梯形截面）A型，其自重为

Gg=326kgf，查[2]表15-15选用5个滑轮，直径采用D=600mm，其自重为Gg=80kgf，两动滑轮间距为A=120mm，估算吊钩组自重为Gg=1t。

（参阅[2]表13-2）。

2.2选择钢丝绳

2.2.1主起升机构

主起升卷筒的钢丝绳的卷绕

在双联滑轮组中，可以采用平衡滑轮结构，但也可以采用平衡杠杆来满足使用及装配的要求。

采用平衡杠杆的优点是能用两根长度相等的短绳来代替平衡滑轮中所用的一根长绳，这样可以更加方便的进行更换及安装，特别是在大起重量的起重机当中，绳索的分支数比较多，采用这种结构的又有点就更加明显。

其具体结构如上图所示。

因为在起升过程中，钢丝绳的安全性至关重要，所以要保证钢丝绳的使用寿命，为此，我们可以采取以下措施：

（1）高安全系数，也就是降低钢丝绳的应力。

（2）选用较大的滑轮与卷筒直径。

（3）滑轮槽的尺寸与材料对于钢丝绳的寿命有很大的关系，其太大会使钢丝绳与滑轮槽接触面积减小，太小会使钢丝绳与槽壁间的摩擦剧烈，甚至会卡死。

（4）尽量减少钢丝绳的弯曲次数。

滑轮组采用滚动轴承，当ih=12时，查[3]表2-1，知滑轮组的效率是：

ηh=0.915。

钢丝绳受到的最大的拉力为：

查[3]表2-4知在中级工作类型时，安全系数K=5.5，钢丝绳选用线接触6w（19）型钢丝绳，查[2]表12-3可知，其破断拉力换算系数Φ=0.85，则钢丝绳的计算钢丝绳破断拉力总和为：

查[2]表12-10知，钢丝绳6w（19），公称抗拉强度185kgf直径d=35mm，其钢丝破断拉力总和为：

[Sb]=92750kgf，

标记如下：

钢丝绳6w（19）-35-185-I-光-右交（1102-74）

2.2.2副起升机构

副卷筒的钢丝卷绕

根据其倍率为Ih=4，如上主起升机构的计算，查[3]表2-1知滑轮组效率为ηh=0.975，钢丝绳所受的最大拉力：

查[3]表2-4知在中级工作类型时，安全系数K=5.5，钢丝绳采用线接触6w（19）型钢丝绳，查[2]表12-3可知，其破断拉力换算系数Φ=0.85，则钢丝绳的计算钢丝绳破断拉力总和为：

查[2]表12-10知，钢丝绳6w（19），公称抗拉强度200kgf，直径d=22.5mm，其钢丝破断拉力总和为：

[Sb]=42350kgf，

其标记如下：

钢丝绳6w（19）-22.5-200-I-光-右交（1102-74）

2.3确定滑轮组的主要尺寸

滑轮许用最小直径：

D≥d（e-1），查[3]表2-4查知，其中轮绳直径比e=25。

2.3.1主起升机构

有：

D≥35*（25-1）=840mm，参考[2]表13-2，初步选用滑轮D=1000mm，由[1]中附表2知取平衡滑轮直径Dp=0.6D=0.6*1000=600mm，取Dp=600mm，其具体尺寸参照[2]表13-2。

2.3.2副起升机构

D≥22.5*（25-1）=540mm，

参考[2]表13-2，初步选用滑轮D=600mm，由[1]中附表2知取平衡滑轮直径Dp=0.6D=0.6*600=360mm，取Dp=400mm，其具体尺寸参照[2]表13-2。

2.4确定卷筒尺寸并验算其强度

卷筒直径：

D≥d（e-1）

2.4.1主起升机构

D≥d（e-1）=35*24=840mm

为了适当的减少卷筒的长度，故此选用较大直径的卷筒，选用卷筒直径D=2100mm，参照[2]表14-3，选用标准槽卷筒，其绳槽螺距。

②卷筒长度：

即

则卷筒的长度为：

L=4600mm

如上公式，其中Z0为附加安全圈数，取Z0=2。

L1为卷筒中央无槽的光面部分，取其L1=A=160mm，D0为卷筒计算直径D0=D+d=2138mm。

1卷筒的壁厚：

mm

取

=50mm。

卷筒壁压力验算：

kgf/cm2

卷筒设计采用20Mn钢焊接而成，查[4]表4-9知，其抗压强度极限

=4500kgf/cm2,抗拉强度极限σb=2750kgf/cm2,故其许用压应力[σ]y=σby/4.25=4500/4.25=1059kgf/cm2,因此可以看出强度足够可以满足使用要求。

由于卷筒长度L<

3D故此略去有弯矩产生的拉应力计算。

2.4.2副起升机构

D≥d（e-1）=22.5*24=540mm

同主起升机构类似，为了减少卷筒的长度，故此选用较大直径的卷筒，选用卷筒直径D=1000mm，参照[2]表14-3，选用标准槽卷筒，绳槽螺距t=25mm。

即：

L=2500mm其中Z0为附加安全圈数，取Z0=2。

L1为卷筒中央无槽的光面部分，取其L1=A=120mm，D0为卷筒计算直径D0=D+d=1022.5mm。

③卷筒的壁厚：

=28mm。

同主卷筒起升机构类似，对其进行强度验算。

对于20Mn，查[4]表4-9知，其抗压强度极限

=4500kgf/cm2,抗拉强度极限σb=2750kgf/cm2,故其许用压应力[σ]y=σby/4.25=4500/4.25=1059kgf/cm2,因此可以看出其强度足够，可满足使用要求。

由于卷筒长度L<

3D故此略去因弯矩而产生的拉应力校核。

2.5选电动机

计算静功率：

2.5.1主起升机构

Nj=（300+14）*103*1.1/（102*60*0.8）

=70.5kw

其中，由于机构采用开式传动，故存在开式齿轮传动效率，

因此，机构的总效率η取为0.8。

电动机的计算功率：

Ne≥kd*Nj=0.8*66.4=56.4kw

其中，系数kd据[3]表6-1查得，取kd=0.8

查[2]取电动机型号为JZR263-10,其参数分别为：

Ne（25%）=60kw,n1=580rpm,[GD]d=13.58kgfּm2。

2.5.2副起升机构

Nj=（50+1）*103*7.0/（102*60*0.85）

=68.6kw

其中，由于机构采用闭式传动，无开式齿轮传动效率，因此，

机构的总效率η取为0.85。

Ne≥kd*Nj=0.8*68.6=54.9kw

其中，系数kd据[3]表6-1查得，取kd=0.8，查[2]，本着满足要求，又能减少成本，便于安装维修的目的，选用电动机型号为JZR263-10型,其参数分别为：

2.6验算电动机发热条件

2.6.1主起升机构

按照等效功率法得，当JC%=25%时，所需的等效功率是：

Nx=47.6kw

其中，k25为工作类型系数，由[3]表6-4查得，取k25=0.75；

r为考虑其动机工作时间对发动机影响的系数，查[3]图6-8取r=0.9，由上述计算可知Nx：

<

Ne，故电动机满足要求。

2.6.2副起升机构

Nx=46.3kw

r为考虑其动机工作时间对发动机影响的系数，查[3]图6-8取r=0.9，由上述计算可知：

Nx<

Ne，故副起升机构的电动机也满足要求。

2.7选择减速器

2.7.1主起升机构

卷筒转速为：

减速机构的总传动比为：

i0=580/1.966=295查[1]附表13选用传动比为40.17的ZQ-1000-Ⅱ的减速器，当中级工作类型时，许用功率为[N]=79kw，i0，=40.17，自重Gg=2140kgf，输入轴直径为d1=90mm，轴端长l1=135mm。

2.7.2副起升机构

即，nj=7.0*4/（3.14*1.0225）=8.72rpm

i0=580/8.72=66.5

查[2]表21-12选用ZQ-1000+250型的减速器，当中级工作类型时，许用功率为[N]=68.5kw，i0，=65.54，自重Gg=2189kgf，输入轴直径为d1=70mm，轴端长l1=110mm。

2.7.3关于开式齿轮的计算

开始齿轮的传动比是i=i0/i0，=295/40.17=7.34，取i=7.4参考小车布置及各部件的安装位置，我们应用的开始齿轮尺寸为：

D1=300mm,D2=2220mm,齿轮宽度为B=100mm

2.8验算起升速度和实际所需功率

2.8.1主起升机构

实际起升速度：

误差为：

ε=（v，-v）/v*100%

=（1.1-1.09）/1.1*100%=0.9%

因ε<

[ε]，故此设计满足设计要求。

实际所需功率为：

Nx，=Nx*v，/v=47.6*1.09/1.1=47.2kw

因Nx，<

Ne（25%），故满足要求。

2.8.2副起升机构

v，=v*i0/i0，=7.0*66.5/65.54

=7.1m/min

=（7.1-7）/7*100%=1.4%

Nx，=Nx*v，/v=46.3*7.1/7=46.96kw因Nx，<

Ne（25%），故功率设计满足要求。

2.9校核减速器输出轴强度

输出轴最大径向力为：

输出轴最大扭矩为：

2.9.1主起升机构

Rmax=1/2*（2*14298*+3*103）

=15798kgf

Gj为卷筒及轴自重，参照[1]附表8估算Gj=3t，查[1]14可知ZQ-1000型减速器输出轴端最大容许径向载荷[R]=16700kgf。

因Rmax<

[R]，故设计满足要求。

电动机的额定力矩M=975*60/580=100.86kgf，则输出轴最大扭矩为：

其中，φmax取2.8（当Jc=25%时，电动机最大力矩倍数）η0=0.95

（减速器传动效率），则有：

Mmax=（0.7~0.8）*2.8*100.86*0.95*40.17

=7543.9~8620.5kgfm

查[1]附表14知，ZQ-1000-Ⅱ型减速器的输出轴最大容许扭矩是：

[M]=20500kgfm

因Mmax<

[M]，故计算满足要求。

2.9.2副起升机构

Rmax=1/2*（2*6538.5*+2500）

=7788.3kgf

其中，Gj为卷筒及轴自重，参照[1]附表8估算Gj=2.5t，查[1]附表14可知ZQ-1000-Ⅱ型减速器输出轴端最大容许径向载荷为[R]=16700kgf。

[R]，故满足要求。

其中，φm同主起升机构类似，取2.8（当Jc=25%时，电动机最大力矩倍数）。

减速器传动效率η0=0.95，则有：

Mmax=（0.7~0.8）*2.8*975*60/580*0.95*65.54

=17583.9~20095.8kgfm

查[1]附表13知，ZQ-1000-Ⅱ型减速器的输出轴最大容许扭矩是：

[M]>

20000kgfm，即：

有Mmax<

[M]，故减速器满足扭矩要求。

2.10选择制动器

选用电力液压块式制动器，其设计上具有明显的优点，主要是：

连锁式退距均等装置，在使用过程中可始终保持两侧瓦块退距均等并且无需调整，可完全避免因退距不均是一侧制动衬垫浮贴在制动轮的现象；

并设有瓦块自动随位装置。

主要摆动交点均设有自动润滑轴承，传动效率较高，寿命长，在使用过程中无须润滑。

制动弹簧在方管内布置在一侧设有标尺，使用过程中可以方便的读出制动力矩的值，免去了测量和计算的麻烦。

只动衬垫为卡装式整体成型结构，更换十分方便，快捷，备有半金属（无石棉）硬质和半硬质，软质（含石棉）等不同材料的制动衬垫供选择。

所需制动力矩为：

2.10.1主起升机构

Mz≥1.75*（300+14）*103*2.138*0.85/（2*12*40.17*7.4）

=131kgfm

其中，kz为制动安全系数，据[3]表6-6查得，据[2]表18-10选用制动器型号为：

YDWZ-400/100，其额定制动力矩为：

Mez=160kgfm，制动轮直径为：

Dz=400mm，制动器重量Gz=155kgf。

2.10.2副起升机构

Mz≥1.75*（50+1）*103*1.0225*0.85/（2*4*65.54）=147.9kgfm

其中，kz为制动安全系数，如主起升机构据[3]表6-6查得制动器型号

据[2]表18-10选用制动器型号为：

Mez=160kgfm，制动轮直径为：

Dz=400mm，制动器重量Gz=155kgf。

其与主起升机构相同。

2.11选择联轴器

2.11.1主起升机构

其中，φ=2，等效系数由[1]表2-7查得，

nI=1.6为安全系数，据[1]表2-21查得，

Mel为响应与机构Jc%值得电动机额定力矩换算到高速轴上的力矩：

Mel=975*Ne（25%）/nI（25%），

据[2]图33-1可知，电动机JZR263-10型的轴端圆锥形，d=90mm,l=130mm。

有[1]附表1