5吨通用桥式起重机双梁小车设计.docx
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5吨通用桥式起重机双梁小车设计
5吨通用桥式起重机双梁小车设计
绪论
桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机,又称天车。
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,设置在小车上的起升机构实现货物垂直升降。
三个机构的综合,
构成一立方体形的工作范围,这样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。
桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。
桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。
各类桥式起重机的特点如下
1.普通桥式起重机主要采用电力驱动,一般是在司机室内操纵,也有远距离控制的。
起重量可达五百吨,跨度可达60米。
2.简易梁桥式起重机又称梁式起重机,其结构组成与普通桥式起重机类似,起重量、跨度和工作速度均较小。
桥架主梁是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面梁,用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车,小车一般在工字梁的下翼缘上运行。
桥架可以沿高架上的轨道运行,也可沿悬吊在高架下面的轨道运行,这种起重机称为悬挂梁式起重机。
3.冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作,其基本
结构与普通桥式起重机相似,但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。
这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣,工作级别较高。
主要有五种类型。
4.铸造起重机:
供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。
主小车吊运盛桶,副小车进行翻转盛桶等辅助工作。
5.夹钳起重机:
利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中,或把它取
出放到运锭车上。
6.脱锭起重机:
用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。
小车上有专门的脱锭装置,
脱锭方式根据锭模的形状而定:
有的脱锭起重机用项杆压住钢锭,用大钳提起锭
模;有的用大钳压住锭模,用小钳提起钢锭。
7.加料起重机:
用以将炉料加到平炉中。
主小车的立柱下端装有挑杆,用
以挑动料箱并将它送入炉内。
主柱可绕垂直轴回转,挑杆可上下摆动和回转。
副小车用于修炉等辅助作业。
1
桥式类型起重机的金属结构一般由主梁和端梁组成,分为单主梁桥架和双梁桥架两类。
单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成,双梁桥架由两根主梁和端梁组成。
主梁与端梁刚性连接,端梁两端装有车轮,用以支承桥架在高架上运行。
主梁上焊有轨道,供起重小车运行。
桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。
箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。
正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式,主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成,小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上,它的结构简单,制造方便,适于成批生产,但自重较大。
偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成,小车钢轨布置在主腹板上方,箱体内的短加劲板可以省去,其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁,自重较小,但制造较复杂。
四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构,在上水平桁架表面一般铺有走台板,自重轻,刚度大,但与其它结构相比,外形尺寸大,制造较复杂,疲劳强度较低,已较少生产。
空腹桁架结构类似偏轨箱形主梁,由四片钢板组成一封闭结构,除主腹板为实腹工字形梁外,其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口,形成一个无斜杆的空腹桁架,在上、下水平桁架表面铺有走台板,起重机运行机构及电气设备装在桥架内部,自重较轻,整体刚度大,这在中国是较为广泛采用的一种型式。
下面具体介绍普通桥式起重机的构造。
普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。
起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。
起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。
电动机通过减速器,带动卷筒转动,使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下,以升降重物。
小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架,通常为焊接结构。
起重机运行机构的驱动方式可分为两大类:
一类为集中驱动,即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮;另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。
中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式,大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整,驱动装置常采用万向联轴器。
起重机大车运行机构一般只用四个主动和从动车轮,如果起重量很大,常用增加车轮的办法来降低轮压。
当车轮超过四个时,必须采用铰接均衡车架装置,
使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。
本次设计课题为5t通用桥式起重机小车设计,主要包括起升、运行两大机构及其安全装置的设计计算和装配图与零部件图的绘制。
将我们所学的知识最大
2
限度的贯穿起来,使我们学以至用、理论联系实际。
培养我们的设计能力及理论联系实际过程中分析问题、解决问题的能力。
1.小车设计方案的确定
2.1.1本设计原始数据:
1、起重量5吨;
2、起重机结构采用箱型结构;
3、工作级别M5;
4、起升高度16米;
5、起重小车起升速度11.3m/min;
6、环境温度:
-200C~400C;
7、起重小车运行速度37.4m/min;
8、海拔高度:
1000m以下;
9、湿度:
40%;
10、起重机轨道:
P18;
11、室内使用;
12、颜色:
橘红。
1.2设计要求:
1、依据GB3811-83《起重机设计规范》进行。
2、图纸:
2.1、小车总装配图(不考虑电气部分)
2.2、卷筒结构图
2.3、滑轮组结构图
2.4、吊钩组结构图
2.5、主动车轮组结构图
2.6、被动车轮组结构图
3、计算书内容:
小车的概述、结构组成、机构计算(卷筒计算、电机计算、减速机选型、制动器计算、联轴器计算)(包括电机发热)、轴承的选择计算(减速机内部的齿轮可以不计算)。
3
4、小车运行部分计算(包括电机发热)、车轮计算、车轮轴计算、轴承的选择计算(减速机内部的齿轮可以不计算)。
5、自己认为需要增加的计算内容。
1.3简图:
主起升机构简图
吊钩组机构简图
4
高速浮动轴构造
小车运行机构传动简图
5
2.主起升机构的设计计算
2.1确定起升机构传动方案,选择滑轮组和吊钩组
按照布置宜紧凑的原则,决定采用如下图5-1的方案。
按Q=5t,查[1]表4-2取滑轮组倍率ih=2,承载绳分支数:
Z=2ih=4
查[1]附表9选短型吊钩组,得其质量:
G0=99kg两端滑轮间距A=162mm。
所以ih=2Z=4
2.2选择钢丝绳
若滑轮组采用滚动轴承,当ih=2,
查[1]表2-1得滑轮组效率ηh=0.985
钢丝绳所受最大拉力:
Q
G0
=
5000
99
=8.62KN
Smax=
22
0.985
2ih
查[2]表,中级工作类型(工作级别M5)时,安全系数n=5。
钢丝绳计算破断拉力Sb:
Sb=n×Smax=5×8.62=43.1KN
查[1]附表1选用纤维芯钢丝绳6W(19)-13.5-155I,钢丝公称抗拉强度1670MPa,光面钢丝,左右互捻,直径d=11mm,钢丝绳最小破断拉
6
力[Sb]=66.68KN,标记如下:
钢丝绳6W(19)-13.5-155I
2.3确定滑轮主要尺寸
滑轮的许用最小直径:
D≥de1=20251=480mm
式中系数e=25由[2]表2-4查得。
由[1]附表2选用滑轮直径D=280mm,取平衡滑轮的直径Dp=0.6*264=158.4由表的Dp=225mm。
滑轮的绳槽部分尺寸可由[1]附表3查得。
由附表4选用钢丝绳d=11mm,D=280mm,滑轮轴直径D5=90mm的E1型滑轮,其标记为:
滑轮E111×280-90ZBJ80006.8-87
所以D=400mm
2.4确定卷筒尺寸,并验算强度
卷筒直径:
D≥de1=11251=264mm
由[1]附表13选用,A型卷筒绳槽尺寸D=315mm由[3]附表14-3查得槽距,t=14mm,槽底半径r=7mm
卷筒尺寸:
H
ih
Z0
4tL1=2
181033
L=2
D0
2413162
3.14326
=1089.1mm取L=1100mm
式中Z0——附加安全系数,取Z0=2;
L1——卷槽不切槽部分长度,取其等于吊钩组动滑轮的间距,即
L1=A=162mm,实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减;
D0——卷筒计算直径D0=D+d=315+11=326mm
卷筒壁厚:
=0.02D+(6~10)=0.02×315+(6~10)=12.3~16.3
取=13mm
卷筒壁压应力验算:
卷筒的长度L=946,而3倍D为945
7
卷筒拉应力验算:
卷筒长度L>3D,尚应校验由弯矩产生的拉应力,
卷筒弯矩图示与图5-2
卷筒弯矩图
卷筒最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时:
Mw=Smaxl=Smax
LL1=8620
1100162
2
2
=4042780N·mm
卷筒断面系数:
W=0.1
D4
Di
4
=0.1×3154
2894
=921729.67mm3
D
315
式中D——卷筒外径,D=315mm;
Di——卷筒内径,Di=D-2
=315-2×13=289mm
于是
Mw
=
4042780
=4.39MPa
l=
921729.67
W
合成应力:
l'=
l+
l
ymax=4.39+39
51=19.7MPa
y
130
式中许用拉应力
l=b=195=39MPa
n2
5
8
∴l'<l
卷筒强度验算通过。
故选定卷筒直径D=315mm,长度L=1100mm;卷
筒槽形的槽底半径r=7mm,槽距t=13mm,倍率ih=3
卷筒A315×1100-7×13-20×3左ZBJ80007.2-87
所以Ds=90mm
L=1100mm
=13mm
通过校核计算l'<l强度验算通过。
2.5选电动机
计算静功率:
Nj=Q
G0v=
5000
99
8=14KW
102
60
102
60
0.85
式中——机构总效率,一般
=0.8~0.9,取=0.85
电动机计算功率:
Ne≥kdNj=0.814=11.2KW
式中系数kd由[2]表6-1
查得,对于M1~Me级机构,
kd=0.75~0.85,取kd=0.8
查[1]附表
30选用电动机
JZR
-41-8,其
,
,
2
Ne=11KW
n1=710rpm
[GD2]d=1.06kg·m2,电动机质量Gd=210kg
Ne=11.2KW
选电动机YZR180L-8
2.6验算电动机发热条件
按照等效功率法,求JC=25%时所需的等效功率:
Nx≥k25··Nj=0.75×0.87×7.84=5.1KW
9
式中k25——工作级别系数,查[2]表6-4,对于M5~M6级,
k25=0.75;
——系数,根据机构平均起动时间与平均工作时间的比重
(tq/tg)查得。
由[2]表6-3,一般起升机构tq/tg=0.1~0.2,取
tq/tg=0.1,由[2]图6-6查得=0.87。
由以上计算结果Nx<Ne,故初选电动机能满足发热条件
Nx=5.1KW
Nx<Ne电动机发热验算通过
2.7选择减速器
卷筒转速:
Vih
=
13.3*2
=26r/min
Nj=
3.14
0.326
D0
减速器总传动比:
、
i0
=n1=710=27.3
nj
26
查[1]附表35选PJ-500Ⅱ-3CA-左减速器,当工作类型为中级(相当工作级别为M5级)时,许用功率[N]=31.5KW,i'0=40.17,质量Gg=878
㎏,主轴直径d1=60mm,轴端长l1=110mm(锥形)
选减速器PJ-500Ⅱ-3CA
2.8验算起升速度
实际起升速度:
v'=26*0.326=8.476m/min
10
2.9校核减速器输出轴强度
由2-2-10得输出轴最大径向力Fmax:
Fmax=2S+G/2[F]
∴Fmax=1.05*8.624.56/2=11.3KN<[F]=26.5KN
由2-2-11得输出轴最大扭矩:
Mmax=2MM
∴Mmax=1.05*40=42KNm<[M]=96500Nm
由以上计算,所选减速器能满足要求
Mmax<[M]减速器输出轴强度足够
2.10选择制动器
所需静制动力矩:
MzKz·M'
j=Kz·QG0D0
2ihi'
0
=1.75
×5000
3
990.3150.85
2
27.3
=14.5㎏·m
式中Kz=1.75——制动安全系数,由[2]第六章查得。
由[1]附表15选用YWZ5-250/23制动器,其制动转矩Mez=140^225Nm,
制动轮直径Dz=250mm,制动器质量Gz=37.6㎏
选用YWZ5-250/23制动器
2.11选择联轴器
高速联轴器计算转矩,由[2](6-26)式:
Mcn8Me1.51.8151408Nm
11
式中Me
151——电动机额定转矩(前节求出);
n=1.5——联轴器安全系数;
8=1.8——刚性动载系数,一般
8=1.5~2.0。
由[1]附表29查得JZR2-41-轴端d
65mm,l
105mm。
从[1]附表
34查得减速器的高速轴为圆锥形d42mm,l
85mm。
靠电动机轴端联轴器
由[1]附表43选用CLZ3-S139半联轴器,最大容
许转矩[M
]=3150Nm>
MC
值,飞轮力矩
GD
2
·
2,质量
t
l
0.403kg
m
Gl=23.6kg
浮动轴的两端为圆柱形d55mm,l
85mm
靠减速器轴端联轴器由[1]附表45选用带300mm制动轮的半齿联
轴器,其图号为S385,最大容许转矩[Mt]=1400Nm,飞轮力矩
GD2l0.33kg·m2,质量18.4kg为与制动器Y相适应,将S385联轴
器所需制动轮,修改为250mm应用
半齿联轴器;CLZ3,图号S139MC<[Mt]
带250mm制动轮半齿联轴器,图号S385
2.12验算起动时间
起动时间:
tq
n1
CGD2
1
QG0
2
D
0
38.2MqMj
i2
式中GD2
1
GD2
dGD2
Z=1.0632+0.4032+0.332=1.40kg·m2
静阻力矩:
QG0D0
5000990.315
kg·m
Mj
2
27.3
30.61
2i
0.85
12
=306.1Nm
平均起动转矩:
Mq
1.5Me1.5220
330
Nm
∴tq
710
5000
990.3152
38.2330
306.1
1.151.40
27.32
0.85
3
=0.68s
查[2]对于3~80t通用桥式起重机起升机构的[tq]1~5sec,此时tq>1s.
故所选电动机合适。
tq0.68sec
2.13验算制动时间
由[2]式(6-24)得,制动时间:
tz
n1
C(GD2)1
(Q
G0)D0
2
38.2(Me2
Mj')
i2
710
38.2(2800
455.26)
1.15
1.40
2
455.26
0.65
502
0.46sec
式中
Mj'
(Q
G0)D
2ihi0
'
(5000
99)
0.315
84.2N
m
2
3
27.3
0.85
查[1]
表6-6
查得许用减速度
a
0.2,a=v
'/tz,[tz]
0.67sec,因为
t[tz],故合适。
tz=0.46sec[tz]0.67sect[tz]
13
2.14高速浮动轴
(1)疲劳计算轴受脉动扭转载荷,其等效扭矩:
MImax6Me2146292Nm
式中6——动载系数6=2
由上节选择联轴器中,已经确定浮动轴端直径d=42mm,因此扭转应力
轴材料用45号钢,b650MPa,s360MPa
许用扭转应力:
由[1]中式(2-11),(2-14)
[
2
1
1
ok]
nI
k
式中kkxkm——考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系
数;
kx——与零件几何形状有关,对于零件表面有急剧过渡和开有键槽及
紧配合区段,kx=1.5—2.5
km——与零件表面加工光洁度有关,此处取k=2×1.25=2.5
——考虑材料对应力循环对称的敏感系数,对碳钢,低合金钢0.2
nI——安全系数,查[1]表30得nI1.25
因此,
2
143
[ok]
66.2MPa
(2.5
0.2)1.6
故,
n[ok]通过.
(2)强度计算轴所受的最大转矩
MIImax2Me
1.68
146
245.28MPa
最大扭转应力:
max
MIImax
245.28
26.68MPa
W
3.14
0.0423
/16
许用扭转应力:
14
[
]II
s
216
nII
135MPa
1.6
式中:
nII
——安全系数,由[1]表2-21查得nII1.6
max[
]II
故合适。
浮动轴的构造如图所示,中间轴径
高速浮动轴构造如图所示,中间轴径d1d(5~10)50^55mm,取
d155mm
高速浮动轴构造
15
3.小车运行机构的设计计算
3.1确定传动方案
经比较后,确定采用下图所示传动方案:
小车运行机构传动简图
3.2选择车轮及轨道并验算其强度
车轮最大轮压:
小车质量估计取Gxc=2560kg
轮压,则Pmax=(5000+2560)/4=1890kg
车轮最小轮压:
Pmin=Gxc/4=5000/4=1250kg
初选车轮:
由[1]表3-8-15P360,当运行速度40m/min<60m/min,
Q/Gxc=5000/2560=1.9>1.6,工作级别为M5时,车轮直径Dc=250mm,许
用轮压为11.8t>Pmax。
GB4628—84规定,直径系为
Dc=250,315,400,500,630mm,故初步选定车轮直径Dc=250mm,而后校
核强度。
强度验算:
按车轮与轨道为线接触及点接触两种情况验算
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- 通用 桥式起重机 小车 设计