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桥机设计书
50/10吨通用桥式起重机小车设计
桥
式
起
重
机
设
计
说
明
书
设计
审核
批准
日期
目 录
设计任务书-------------------------------------------------1
概述-------------------------------------------------------2
第1章 小车主起升机构计算----------------------------------7
1.1确定传动方案,选择滑轮组和吊钩组-----------------------7
1.2选择钢丝绳------------------------------------------- 7
1.3确定卷筒尺寸并验算强度--------------------------------8
1.4初选电动机-------------------------------------------10
1.5选用标准减速器---------------------------------------11
1.6校核减速器输出轴强度----------------------------------11
1.7电动机过载验算和发热验算-----------------------------11
1.8选择制动器--------------------------------------------12
1.9选择联轴器-------------------------------------------13
1.10验算起动时间-----------------------------------------13
1.11验算制动时间-----------------------------------------14
1.12高速轴计算------------------------------------------15
第2章 小车副起升机构计算---------------------------------17
2.1确定传动方案,选择滑轮组和吊钩组----------------------17
2.2钢丝绳的选择------------------------------------------17
2.3确定卷筒尺寸并验算强度--------------------------------18
2.4初选电动机-------------------------------------------21
2.5选用标准减速器---------------------------------------21
2.6校核减速器输出轴强度----------------------------------22
2.7电动机过载验算和发热验算------------------------------22
2.8选择制动器--------------------------------------------23
2.9选择联轴器-------------------------------------------23
2.10验算起动时间-----------------------------------------24
2.11验算制动时间-----------------------------------------25
2.12高速轴计算------------------------------------------25
第3章 小车运行机构计算-----------------------------------27
3.1确定机构传动方案--------------------------------------27
3.2选择车轮与轨道并验算其强度----------------------------28
3.3运行阻力计算-----------------------------------------29
3.4选电动机----------------------------------------------30
3.5验算电动机发热条件------------------------------------30
3.6选择减速器--------------------------------------------31
3.7验算运行速度和实际所需功率----------------------------31
3.8验算起动条件------------------------------------------31
3.9按起动工况校核减速器功率------------------------------32
3.10验算起动不打滑条件-----------------------------------33
3.11选择制动器-------------------------------------------33
3.12选择联轴器-------------------------------------------34
3.13验算低速浮动轴的强度---------------------------------35
3.14小车缓冲器-------------------------------------------36
参考文献--------------------------------------------------39
桥式起重机设计任务书
天宇桥机设计室 时间:
2008年02月25日
设计者
审 核
设计(论文)题目
32/5吨通用双梁桥式起重机小车设计计算
主要研
究内容
1. 小车总体设计;
2. 主/副起升机构设计计算;
3. 小车运行机构设计计算;
4. 小车主要安全装置设计计算;
5. 小车总图绘制(标准0号或1号加长)1张;
6. 机构部件图2号1张,机构零件图2号1张(或机构零件图2号2张)。
研究方法
查阅搜集与分析研究相关国内外资料,综合所学基础与专业知识,遵循机械零件与本专业相关标准,在小组充分讨论基础上,制定合理的具有先进性的设计方案,按时完成本设计提出的全部内容。
主要技术指标(或研究目标)
小车的主/副起升机构设计参数:
起重量32/5t,起升高度16/18m,起升速度7.51/19.5m/min
起升机构工作级别M5/M5,
小车运行机构设计参数:
工作级别M5,运行速度45m/min,轨距2500mm,参考轮距2800mm,
小车参考自重:
约11.5t
主要参考文献
1张质文,包起帆等.起重机设计手册.北京中国铁道出版社,2001
2倪庆兴,王殿臣.起重输送机械图册(上册).北京:
机械工业出版社,
1991
3AUTOCAD实用教程(2005中文版).哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,
2005
4杨长揆,傅东明.起重机械(第二版).北京:
机械工业出版社,1985
5陈道南,盛汉中.起重机设计课程设计指导书.北京:
机械工业出版
社,1991
6孙恒,陈作模.机械原理(第六版).北京:
高等教育出版社,2000
说明:
一式两份,一份装订入设计室档案内,一份交客户。
概 述
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,构成一矩形的工作范围,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、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。
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。
桥架的金属结构由主粱和端粱组成,分为单主粱桥架和双粱桥架两类。
单主粱桥架由单根主粱和位于跨度两边的端粱组成,双粱桥架由两根主粱和端粱组成。
主粱与端粱刚性连接,端粱两端装有车轮,用以支承桥架在高架上运行。
主粱上焊有轨道,供起重小车运行。
桥架主粱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粱、偏轨箱形双粱、偏轨箱形单主粱等几种。
正轨箱形双粱是广泛采用的一种基本形式,主粱由上、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。
偏轨箱形双粱和偏轨箱形单主粱的截面都是由上、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,其中偏轨箱形单主粱是由一根宽翼缘箱形主粱代替两根主粱,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粱,由四片钢板组成一封闭结构,除主腹板为实腹工字形粱外,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。
桥式起重机分类
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粱式起重机,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。
桥架主粱是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面粱,用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车,小车一般在工字粱的下翼缘上运行。
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粱式起重机。
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。
8)锻造起重机:
用以与水压机配合锻造大型工件。
主小车吊钩上悬挂特殊翻料器,用以支持和翻转工件;副小车用来抬起工件。
第1章 主起升机构计算
1.1确定传动方案,选择滑轮组和吊钩组
按照构造宜紧凑的原则,决定采用下图的传动方案。
如图1所示,采用了双联滑轮组.按Q=32t,表8-2查取滑轮组倍率=4,因而承载绳分支数为Z=2=8。
吊具自重载荷。
得其自重为:
G=2.0%=0.02320=6.4kN
图1 主起升机构简图
1.2选择钢丝绳
若滑轮组采用滚动轴承,=4,查表得滑轮组效率=0.97。
钢丝绳所受最大拉力
按下式计算钢丝绳直径
d=c=0.096=19.7mm
c:
选择系数,单位mm/,用钢丝绳=1850N/mm²,据M5及查表得c值为0.096。
选不松散瓦林吞型钢丝绳直径d=20mm,
其标记为6W(19)-20-185-I-光-右顺(GB1102-74)。
1.3确定卷筒尺寸,转速及滑轮直径
卷筒和滑轮的最小卷绕直径:
≥hd
式中h表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数;
查表得:
筒=18;滑轮=20;
筒最小卷绕直径=d=1820=360;
轮最小卷绕直径=d=2020=400。
考虑起升机构布置卷筒总长度不宜太长,轮直径和卷筒直径一致取D=650㎜。
卷筒长度
=1946.8mm。
式中:
筒上有绳槽长度,,中安全圈n=2,起升高度H=16m,
槽节矩t=23mm,绕直径=670mm;
:
定绳尾所需长度,取=323=69mm;
:
筒两端空余长度,取=t=23mm;
:
筒中间无槽长度,根据滑轮组中心间距=150,=1761mm。
卷筒壁厚δ=0.02D+(6~10)=[0.02650+(6~10)]mm=19~23mm,δ=20mm,进行卷筒壁的压力计算。
卷筒转速==14.3r/min。
1.4计算起升静功率
==47.6kW
式中η起升时总机械效率=0.858
为滑轮组效率取0.97;传动机构机械效率取0.94;卷筒轴承效率取0.99;连轴器效率取0.98。
________________________________________________________
说明书所有公式格式全部应该如下所示:
s
式中:
电动机满载下降转速,单位为r/min,
r/min;
:
制动力矩,N.m;
:
净阻力矩,N.m;
……
_______________________________________________________________
1.5初选电动机
≥G=0.847.6=38.08kW
式中 :
JC值时的功率,位为kW;
G:
稳态负载平均系数,根据电动机型号和JC值查表得G=0.8。
选用电动机型号为YZR280M-10,=55KW,=556r/min,最大转矩允许过载倍数λm=2.8;飞轮转矩GD²=15.5KN.m²。
电动机转速=561.92r/min
式中 :
在起升载荷=326.4kN作用下电动机转速;
:
电动机同步转速;
,:
是电动机在JC值时额定功率和额定转速。
1.6选用减速器
减速器总传动比:
=39.3,取实际速比=40。
起升机构减速器按静功率选取,根据=47.6kW,=561.92r/min,=40,工作级别为M5,选定减速器为ZQH100,减速器许用功率[]=79KW。
低速轴最大扭矩为M=20500N.m
减速器在561.92r/min时许用功率[]为[]==73.99>55kW
实际起升速度==7.38m/min
实际起升静功率==46.77kW
用Ⅱ类载荷校核减速器输出轴的径向载荷,最大力矩。
1.7电动机过载验算和发热验算
过载验算按下式计算:
≥==41.78kW
=45KW>41.78kW,此题恰好与=的功率相等。
式中 :
准接电持续率时,电动机额定功率,单位为kW;
H:
系数,绕线式异步电动机,取H=2.5;
λm:
基准接电持续率时,电动机转矩允许过载倍数,查表得λm取1.7;
m:
电动机个数;
η:
总机械效率η=0.858。
发热验算按下式计算:
P≥Pз
式中P:
电动机在不同接电持续率JC值和不同CZ值时允许输出功率,单位为kW,按CZ=300,JC值=25%,查表得P=43.867kW。
==38.08kW
P=43.867>=38.O8kW
过载验算和发热验算通过
1.8选择制动器
按下式计算,选制动器:
≥
式中:
制动力矩,单位为N.m;
:
制动安全系数,查表M5得=2.0;
:
下降时作用在电动机轴上的静力矩,单位为N.m。
==586.4N.m
η':
下降时总机械效率,通常取η'≈η≈0.858
==2586.4=1172.N.m
选用=1172.8N.m选用YWZ5-400/121制动器,其额定制动力矩1250N.m;
安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩=2000N.m。
1.9选择联轴器
根据电动机和减速器以及浮动轴的轴伸尺寸及形状选连轴器,使连轴器的许用应力矩[M]>计算的所需力矩M,则满足要求。
电动机的轴伸:
d=85mm(锥形),长度E=170±0.5mm;
减速器轴伸:
d=90mm(柱形),长度E=135mm;
浮动轴的轴头:
d=60mm,长度E=107mm。
选取梅花弹性连轴器:
型号为MLL9-I-400[M]=2800N.m;GD²=132.54=530Kg.m;型号为MLL9,[M]=2800N.m;GD²=18.954=75.8Kg.m²。
电动机额定力矩=944.69N.m
计算所需力矩M=n=1.51.8944.69=2550.69N.M
式中n:
安全系数取n=1.5;
:
刚性动载系数,取=1.8。
[M]=2800>M=2550.69N.M
所选连轴器合格。
1.10验算起动时间
起动时间:
=
=1.3s
式中:
=15.6+530+75.8=621.4kN.m
静阻力矩:
==796.5N.m
电动机启动力矩:
=1.7=1.7944.69=1605.97N.m
平均起动加速度:
==0.095m/s²
=0.095m/s²<[]=0.2m/s²
电动机启动时间合适。
1.11验算制动时间
制动时间:
=
=0.76s
:
电机满载下降转速,单位为r/min;
==2600-556=644r/min
=2000N.m
=586.4N.m
平均制动减速器速度==0.17m/s²<[]=0.2m/s²,所以制动时间也合适。
1.12高速轴计算
1.12.1疲劳计算
轴受脉动扭转载荷,其等效扭矩:
式中:
等效系数,由表查得;相应于季候工作类型的电动机额定力矩传至计算轴的力矩。
由上节选择联轴器中,已确定浮动轴端直径d=55㎜.
因此扭转应力为:
许用扭转应力:
轴材料用45钢,,
;
-----考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数;
-----与零件几何形状有关,对于零件表面有急剧过度和开键槽及紧配合区段,=1.5~2.5;
-----与零件表面加工光洁度有关,对于对于
此处取K=21.25=2.5
-----考虑材料对应力循环不对称的敏感系数,对碳钢,低合金刚,取=0.2.
安全系数,查表得=1.6.
因此,故 通过。
1.12.2静强度计算
轴的最大扭矩:
:
式中:
-----动力系数,由表查得,因轴的工作速度较高,取=2;
按照额定起重量计算轴受静力矩,。
最大扭转应力:
许用扭转应力:
式中:
-----安全系数,由表查得=1.6。
故合适.
浮动轴的构造如
(2)图所示,
中间轴径。
浮动轴
(2)
(未完,侍续)
第二章 小车副起升机构计算
2.1确定传动方案,选择滑轮组和吊钩组
按照构造宜紧凑的原则,决定采用下图的传动方案。
如图(3)所示,采用了单联滑轮组.按Q=5t,取滑轮组倍率=2,因而承载绳分支数为Z=4。
副起升机构简图(3)
吊具自重载荷,其自重为:
G=2.0%=0.0249kN=0.98kN
2.2选择钢丝绳
若滑轮组采用滚动轴承,当=2,查表得滑轮组效率=0.97,钢丝绳所受最大拉力:
按下式计算钢丝绳直径d:
d=c=0.096=10.895mm
c:
选择系数,单位mm/,选用钢丝绳=1850N/mm²,根据M5及查表得c值为0.096。
选不松散瓦林吞型钢丝绳直径d=10mm,
其标记为6W(19)-10-185-I-光-右顺(GB1102-74)。
2.3确定卷筒尺寸并验算强度
卷筒直径:
卷筒和滑轮的最小卷绕直径:
≥hd
式中h表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数;
查表得:
卷筒=18;滑轮=20
卷筒最小卷绕直径=d=1810=180
滑轮最小卷绕直径=d=2010=200
考虑起升机构布置及卷筒总长度不宜太长,滑轮直径和卷筒直径一致取D=400㎜。
卷筒长度:
L=1500mm
卷筒壁厚δ=0.02D+(6~10)=[0.02400+(6~10)]mm=14~18mm,取δ=18mm,应进行卷筒壁的压力计算。
卷筒转速=r/min=60r/min。
2.4计算起升静功率
==18.17kW
式中η起升时总机械效率=0.894
为滑轮组效率取0.97;为传动机构机械效率取0.94;为卷筒轴承效率取0.99;连轴器效率取0.99。
2.5初选电动机
≥G=0.818.17=14.536kW
式中:
在JC值时的功率,单位为kW;
G:
稳态负载平均系数,根据电动机型号和JC值查表得G=0.8。
选用电动机型号为YZR180L-6,=17KW,=955r/min,最大转矩允许过载倍数λm=2.5;飞轮转矩G
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