桥式起重机大车运行机构的计算.docx

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桥式起重机大车运行机构的计算

第三章桥式起重机大车运行机构的计算

3.1原始数据

起重机

小车

大车

载重量

（T）

跨度

（m）

起升高度

（m）

起升速度

m/min

重量

（T）

运行速度

mmin

小车重量

（T）

运行速度

mmin

16

16.5

10

7.9

16.8

44.6

4

84.7

大车运行传动方式为分别传动；桥架主梁型式，桁架式。

工作类型为中级

3.2确定机构的传动方案

本次设计采用分别驱动，即两边车轮分别由两套独立的无机械联系的驱动装置驱动，省去了中间传动轴及其附件，自重轻。

机构工作性能好，受机架变形影响小,安装和维修方便。

可以省去长的走台，有利于减轻主梁自重。

图大车运行机构图

1—电动机2—制动器3—咼速浮动轴4—联轴器5—减速器6—联轴器7低速浮动轴8—联轴器9—车轮

3.3车轮与轨道的选择

3.3.1车轮的结构特点

车轮按其轮缘可分为单轮缘形、双轮缘形和无轮缘形三种。

通常起重机大车行走车轮主要采用双轮缘车轮。

对一些在繁重条件下使用的起重机，除采用双轮缘车轮外，在车轮旁往往还加水平轮，这样可避免起重机歪斜运行时轮缘与轨道侧面的接触。

这是，歪斜力由水平轮来承受，使车轮轮缘的磨损减轻。

车轮踏面形状主要有圆柱形、圆锥形以及鼓形三种。

从动轮采用圆柱形，驱动轮可以采用圆柱形，也可以采用圆锥形，单轮缘车轮常为圆锥形。

采用圆锥形踏面车轮时须配用头部带曲率的钢轨。

在工字梁翼缘伤运行的电动葫芦其车轮主要采用鼓形踏面。

332车轮与轨道的初选

选用四车轮，对面布置

桥架自重：

G0.45Q起0.82L20.73t207.3kN

式中Q起一一起升载荷重量，为16000kg

L——起重机的跨度，为16.5m

满载最大轮压:

P二Gq

max4

4

式中q——小车自重，为4t

l――小车运行极限位置距轨道中心线距离，为1.5m

代入数据计算得：

Pmax132.7kN

空载最大轮压：

Pn?

ax=—-

4

代入数据得Pmax=60kN

空载最小轮压：

PminG~

42L

代入数据得Pmin=43.64kN

载荷率：

Q丄S0.772

G207.3

查《机械设计手册第五版起重运输件？

五金件》表8-1-120，当运行速度在

60~90mmin，Q起G0.772，工作类型为中级时，选取车轮直径为600mm时,

型号为P38的轨道的许用轮压为178kN，故可用。

车轮材料为ZG310-570,320HB

3.3.2车轮踏面疲劳强度的校验

代入数据计算得：

Pc103kN

式中k2――与材料有关的许用点接触应力常数，查《起重机械》表7-1取为

0.1

R――曲率半径，取车轮和轨道曲率半径中之大值，取为600mm

m――由轨道顶与车轮曲率半径之比所确定的系数，查表7-4取为0.468

C1――转速系数，查表7-2取为0.96

C2――工作级别系数，查表7-3取为1.00

代入数据计算得

故满足要求

3.4电动机选择

3.4.1选择电动机应综合考虑的问题

（1）根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的启动、制动、反转、调速以及工作环境等要求，选择电动机类型及安装方式。

（2）根据负载转矩、速度变化范围和启动频繁程度等要求，并考虑电动机的温升限制、过载能力和启动转矩，选择电动机功率，并确定冷却通风方式。

所选电动机功率应大于或等于计算所需的功率，按靠近的功率等级选择电动机，负荷率一般选择0.8~0.9。

过大的备用功率会使电动机的效率降低，对于感应电动机，其功率因数将变坏，并使按电动机最大转矩校验强度的生产机械造价提高。

（3）根据使用场所的环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、瓦斯以及腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的保护方式，选择电动机的结构型式。

（4）根据企业的电网电压标准，确定电动机的电压等级和类型。

（5）根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要求，以及机械减速机构的复杂程度，选择电动机额定转速。

（6）选择电动机还必须符合节能要求，考虑运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品价格、建设费用、运行和维修费用、生产过程中前期与后期电动机功率变化关系等各种因素。

图三相异步电动机

342运行阻力

P&^坡p^

式中P静——起重机大车运行静阻力

P摩—起重机大车运行摩擦阻力

P坡――起重机大车在有坡度轨道上运行时须克服由起重机

重量分力引起的阻力

P风——室外起重机大车运行时由风载荷引起的阻力

3.4.2.1运行摩擦阻力

起重机大车满载运行时的最大摩擦阻力:

式中

Go――起重机大车自重，估计为2500kg

K――滚动摩擦系数，查表取0.06

d——轴承内径，取为10cm

卩一一轴承摩擦系数，查表9-3取为0.015

K附――附加摩擦阻力系数，查表9-4取为1.5

D轮车轮直径，取为60cm

fo摩擦阻力系数

故计算得：

P摩124.9kg

满载运行时最小摩擦阻力:

Go

2Kd

D轮

代入数据得：

P摩满min83.25kg

空载运行时最小摩擦阻力：

2Kd

^摩空minG0-

D轮

代入数据得：

P摩空min11.25kg

3.4.2.2满载运行时最大坡度阻力

起重机大车满载运行时的最大坡度阻力：

P坡K坡Q起G0

式中K坡一一坡度阻力系数，查表9-5取为0.001

故计算得：

P坡=18.5kg

3.4.2.3满载运行时最大风阻力

P风=0

本次设计的桥式起重机是在理想条件下运作的，故不考虑风的因素，即:

故综上所述，起重机大车运行静阻力PbP摩P坡P风143.4kg

3.4.3初选电动机

3.4.3.1满载运行时的电动机的静功率

6120m

式中P静起重机大车满载运行时的静阻力

v起重机大车运行速度为84.7mmin

——机构传动效率取为0.9

m电动机个数，本次设计采取分别传动的方案，故取2

故计算得：

N静=1.1kw

343.2电动机的初选

对于吊钩桥式起重机的大车运行机构，可按下式初选电动机：

NK电N静

式中K电一一电动机启动时为克服惯性的功率增大系数，查表9-6,取为1.87

故：

NK电N静1.87X1.1kw=2.057kw

冶金及起重用三相异步电动机是用于驱动各种型式的起重机械和冶金设备中的辅助机械的专用系列产品。

它具有较大的过载能力和较高的机械强度，特别适用

于短时或断续周期运行、频繁启动和制动、有时过负荷及有显著的振动与冲击的设备。

故查询《机械设计课程设计手册》表12-7,选取电动机额定功率为2.5kw,

故初选电动机型号为YZR132M1-6，其额定转速为892rmin。

3.4.3.3初选电动机后确定减速器的传动比和车轮的转速

车轮的转动速度为84.7mmin，即为1.41ms

代入数据得：

n轮44.9匚min故减速器的传动比：

i—=-892=19.85

n轮44.9

3.4.3.4满载运行时电动机的静力矩

P静D轮

2i

式中i减速器的传动比

代入数据计算得：

M静2.41kgm

343.5电动机的过载能力校验

运行机构的电动机必须进行过载校验。

2

P1P静VJn

nmas10009128%

式中Pn――基准接电持续率时电动机额定功率

as

平均启动转矩表示值（相对于基准接电持续率时的额定转矩）

对绕线型异步电动机取1.7,笼型异步电动机取转矩允许过载倍数的9000

P静――运行静阻力为1405.32N

v运行速度，即为车轮的转速1.41ms

机构传动效率，取为0.9

J机构总转动惯量，即折算到电动机轴上的机构旋转运动质量与

直线运动质量转动惯量之和；按下式计算得:

2

1.90kgm2

,,9.3QGv

kJ1J2m—

n

J1电动机转子转动惯量

J2电动机轴上制动轮和联轴器的转动惯量

k考虑其他传动件飞轮矩影响的系数，一般取k=1.1~1.2，取1.1

n电动机额定转速

ta机构初选启动时间，桥式起重机大车运行机构ta=8~10s，取10S。

故计算得：

Pd2.3kw

已知Pn=2.5kw>Fd，故满足要求。

3.4.4起动时间与起动平均加速度验算

3.4.4.1起动时间的验算

M静一一满载、上坡、迎风时作用于电动机轴上的静阻力矩

m电动机个数，m=2

n电动机转速，为892rmin

查《起重机设计手册》表8-11得：

M平起0.7~0.8Mmax0.752.51.875kgm

代入数据计算得：

t起满2.71s

对起重机的起重时间一般要求t8~10s，故满足要求。

344.2平均加速度的验算

查表9-7得知起重机大车运行机构的平均加速度需在0.4~0.7ms2之间即为合理,

故满足要求。

3.4.5电动机的发热校验

对工作频繁的工作性运行机构，为避免电动机过热损坏，需进行发热校验。

P静v

PPsG静—

1000m

式中P――电动机工作的接电持续率JC值、CZ值时的允许输出容量

ps――工作循环中负载的稳态功率

G——稳态负载平均系数，查《起重机械》表7-11取G0.9代入数据计算得：

Ps0.99kwP，即满足不发热条件。

3.4.6起动打滑验算

为了使起重机运行时可靠的启动，应对驱动轮作启动时的打滑验算。

大车空载时更易发生打滑现象，故校验空载时大车是否打滑。

22

d厂2i一kGD电GD联i-

RWmin—M平起a平

KD轮D轮2gD轮

式中一一粘着系数，对室内工作的起重机取0.15

K――粘着安全系数，上式中取平均起动力矩，故取K=1.12

——机构在起动时的传动效率

GD电一一电动机转子飞轮矩之和

GD联一一电动机轴上带制动轮联轴器的飞轮矩

k计及其他传动件飞轮矩影响的系数，换算到电动机轴上取1.1

M平起一一验算打滑一侧电动机的平均起动力矩

a平起重机大车起动时的平均加速度

大车空载起动时，驱动轮最小轮压为空载最大轮压与最小轮压之和，即:

R驱minPmaxPmin=60+43.64=103.64kN=10.364kg

22

2i「kGD电GD联i

M平起a平

D轮2gD轮

=1.1093v1.414

.22.

故R驱minM平起a平成立，即满足启动不打滑条

KD轮D轮2gD轮

件。

3.5减速器

3.5.1减速器的介绍

齿轮减速器在原动机和工作机之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中

应用极为广泛。

减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。

20世纪70-80年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。

减速器主要分为齿轮减速器、蜗杆减速器、齿轮一蜗杆减速器和行星齿轮减速器。

常见的减速器种类有以下几种：

（1）涡轮蜗杆减速器

涡轮蜗杆减速器的主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。

但是一般体积较大，传动效率不咼，精度不咼。

（2）谐波减速器

谐波减速器的谐波传动是利用柔性元件可控的弹性变形来传递运动和动力的，体

积不大、精度很高，但缺点是柔轮寿命有限、不耐冲击，刚性与金属件相比较差。

输入转速不能太高。

（3）行星减速器

行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。

但价格略贵。

减速器：

简言之，一般机器的功率在

设计并制造出来后，其额定功率就不在改变，这时，速度越大，则扭矩（或扭力）越小；速度越小，则扭力越大。

图涡轮蜗杆减速器图齿轮减速器

3.5.2初选减速器

对于运行机构，其计算载荷按起动工况确定：

P算昭P惯

式中P静——起重机大车运行时的静阻力

P惯起重机大车运行时的惯性力

Q起Go-P惯a平

g

代入数据计算得：

P惯981.6kg

即F算P静P惯981.6+143.4kg=1125kg

故减速器的计算输入功率为：

N=112584-7=8.65kw

6120m0.961202

根据计算输入功率，可从标准减速器的承载能力表中选择使用的减速器。

查《机

械设计手册新版第三卷》表18.1-50,选取两台QJR-236-20-I-P-L减速器。

此减速器公称传动比i额=20，N13.3kW，当输入轴的转速为600r：

min时，输入轴直径为38mm，长为80mm，减速器总长为828mm，总宽为450mm，总高为518mm，其许用功率为13.3kw，自重为240kg。

3.5.3验算运行速度和实际所需功率

车轮转速：

n轮—=84.744.9rmin

轮D轮0.6

机构传动比：

i丄

门轮

式中n电动机转速，为892rmin

代入数据计算得：

i19.85

大车的实际运行速度：

v实"丄84.719.8584.06mmin

i额20

故误差：

山T84.784.060.756%V15%

v实84.06

实际所需电动机静功率：

v实

N实N静二

v

式中N实一一大车运行需要的实际电动机静功率

N静一一满载运行时电动机的静功率，为1.1kW

代入数据计算得：

N实1.092kWV2.5kW

故选取的电动机和减速器满足要求。

3.5.4减速器的使用与维护

减速器的使用与维护有以下几点：

1、减速器运转正常时，应运转平稳，声响均匀。

振动和温度都在正常的范围之内。

如发现突然变化，应停止检查故障及时排除。

对于重要大型减速器建议简历测试数据档案或电脑监制。

2、润滑充分是减速器正常运转的必要条件，而润滑充分的必要条件是：

油品，

特别是油的粘度合格；油量足够，但也不应过多。

对于油池润滑，齿轮浸油太深，会增加搅油功率损耗，发热升温，同时增大噪声。

3、减速器首次使用运转300~600h后，应更换润滑油。

在停车油未冷时，排放旧油，此后每当运转4000~5000h更换一次油。

如果每次运转时间较少，更滑油的间隔期也不应超过18个月。

更换油时，应清楚减速器油池内的杂物，清洗油路系统。

4、减速器大修或更换损坏零件，重新组装时，应参照减速器装配图及有关标准进行。

应注意结合面涂匀密封胶，不可堵塞油路，骨架油封的唇口不可损伤。

安装、使用、维护越认真，合理，则运转越可靠，寿命越长。

3.6制动器

3.6.1制动器的介绍

为了满足起重机械的工作需要和保证工作安全，在起重机械上，都装设有制动装

置，它是保重起重机械安全正常工作的重要部件。

起重机的起升、运行、回转和变幅机构一般都装有制动装置。

制动装置的主要作用是：

“停止”一一能使运动的机构停止运动；“支持”一一保持停止的状态，使被吊物品或悬臂悬吊在一定的位置上，防止机构在起升重量、吊臂自重以及风力等外载荷作用下，或在斜坡上工作时产生回转和下滑等运动，保证机构有确定的工作位置；“落重”一一根据工作需要减小或者调节机构的运行速度。

制动装置不仅能保证起重机工作的安全可靠，还能使起重机的各种动作具有一定的准确性，有利于提高作业效率。

3.6.2制动机选用计算

对于室外工作的起重机，其制动器的制动力矩应满足在满载、顺风及下坡的情况下，使起重机停住，即：

22

kGD电GD联nm

375

2

1Q起G0v

M制M静—0.975」

t制

式中M静——电动机的静力矩

t制——制动时间，取为2s

k计及其他传动件飞轮矩影响的系数，取为1.1

G电——电动机转子飞轮矩

G联――电动机轴上带制动轮联轴器的飞轮矩m――制动器的个数，取为2

电动机的静力矩的计算公式如下：

式中P风一一满载运行时最大风阻力，取为0

P坡――满载运行时最大坡度阻力，为18.5kg

P摩满min满载运行时最小摩擦阻力，为83.25kg

代入数据计算得：

M静0.874kgm

因为驱动方式为分别驱动，故每个制动器的制动力矩为：

M制24.4

M制分12.2kgm=122Nm

m2

查《机械设计手册第三版》表22.13-22得制动器的型号为YWZ200/25，其额定制动力矩为200Nm。

为避免打滑，使用时需将其制动力矩调至122Nm以下＜

3.6.4制动器的维护

制动器的维护有以下几点：

1、正常使用的机器，应视工作情况定期对制动器进行检查。

（1）、检查推动器推杆有无弯曲，工作是否正常，有无漏油情况。

（2）、检查拉杆、销子、弹簧以及其他构件有无裂纹及明显磨损。

（3））检查制动轮与制动瓦间隙是否合适，衬垫摩擦表面有无油腻脏物及衬垫磨损情况。

2、制动器的零件出现下列情况时应报废：

（1）、裂纹。

（2）、制动摩擦垫片的磨损量达其厚度的一半。

（3）、弹簧出现塑性变形。

（4）、销轴或轴孔直径的磨损量为原尺寸的5%

3、由于各制动衬片以及各铰轴或孔的磨损，造成制动力矩下降，应及时调整弹簧。

4、由于各制动衬片以及各铰轴或孔的磨损，造成电磁铁或推动器的补偿行程消失，进而使制动力矩消失，制动器失灵，因此，在使用中应随时调整，保证有足够的补偿行程。

5、当推动器中油液渗漏达到一定程度时，推动器会出现推力不足的现象，应及时补充油液。

3.7联轴器

根据传动方案，每套机构的高速轴和低速轴都采用浮动轴。

3.7.1联轴器的分类与应用

联轴器是机械产品中，轴系传动最常用的联接部件，现已发展成为三大类别，多品种系列。

联轴器在传递转矩和运动过程中，与被联接件共同回转而不脱开，且不改变转矩的大小，这是各类别联轴器共性的功能；挠性联轴器有补偿两轴相对偏移的功能；弹性联轴器还有不同程度的减震的缓冲的功能；安全联轴器还有过载安全保护的功能。

因此，不同类型的联轴器具有不同的功能。

联轴器的分类见GBT124582003

图弹性套柱销联轴器

3.7.2高速轴联轴器

计算出高速轴的扭矩：

Tcini8Tn

式中ni——联轴器安全系数，取1.35

Tn――电动机额定扭矩

代入数据计算：

Tc11.351.695502.249.89Nm

908

查《机械设计课程设计手册》表12-9,电动机YZR132M1-6，其高速轴端为圆柱形，D38mm，L80mm。

查《机械设计手册第三版》表18.1-45,减速器QJR-236-20-I-P-L，其输入端（高速端）为圆柱形，d38mm，l80mm。

故查《机械设计课程设计手册》表8-5，在两个电动机的高速轴端以及两个减速器的输入轴端均采用型号为LT6的弹性套柱销联轴器，浮动轴端d38mm，许用转矩为250Nm。

3.7.3低速轴联轴器

计算出低速轴的扭矩：

Tc2口8Tni

式中i――电动机至低速联轴器的传动比

――电动机至低速联轴器的传动效率

代入数据计算：

Tc21.351.695502.2200.9899.6Nm

908

查《机械设计手册第三版》表18.1-44，减速器QJR-236-20-I-P-L，其低速轴端为圆柱形，D80mm，L130mm。

查《机械设计手册第五版单行本起重运输件？

五金件》表8-1-121，直径为600mm

的主动车轮的伸出轴为圆柱形，d85mm，l115mm。

故在靠近减速器低速轴端，查《机械设计课程设计手册》表8-5,选用两个型号

为LT10的弹性套柱销联轴器，浮动轴端d80mm，许用转矩为2000Nm；在靠近主动车轮的伸出轴端，查《机械设计课程设计手册》表8-5，选用两个型号为LT10的弹性套柱销联轴器，其浮动轴端直径为d85mm，许用转矩为2000Nm。