平台升降机构设计论文

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1.平台升降机构的总体设计1.1 概述平台升降机构是用来实现货物升降的工作机构它是起重机械中不可缺少的部分是起重机最重要的机构其工作性能的优劣将直接影响起重机的技术性能。起升机构一般由驱动装置，传动装置，制动装置，卷绕系统，取物装置以及安全辅助装置等组成。在起重量较大的起重机中，常设有两个或多个不同起重量的升降机构，其中起重量最大的为主起升机构，其余为副起升机构。平台起升降机构一般应满足下列要求: 1.平台升降机构设计和选型应符合买方文件规定的工作级别或规范标准的规定。

2.平台升降机构的驱动装置一般设置在机器房内，各部件安装在具有足够强度和刚性的共用的底架上。底架再与机器房钢结构固定。

3.驱动装置的各传动轴同心度应是可调的，当轴同心度出现很小的偏差时可通过底盘和机座之间的调整垫片进行适当调整。

4.传动装置的支座应有足够的倾向刚度，以承受因钢丝绳偏斜产生的侧向力，保证盘式制动器正常工作。

5.钢丝绳工作时对卷筒绳槽的偏斜角一般不大于 3.5?，对滑轮槽的偏斜角最大不大于 5?。

6.在高速轴(减速器侧)和低速轴(卷筒轴侧)装设有可靠的制动器。

7.配置可靠的安全保护装置，包括高度指示器和限位保护，超载保护，超速保护，挂舱保护架，对转动部件外侧应装设安全防护栏，在卷筒的下方应有接油盘，以防止污染环境。 8.满足标准或买方文件规定的噪声限制要求。 9.便于维修保养，留有足够的维修保养空间和通道。 10.当电气系统发生故障时，应有将货物放置到地面或将吊具自舱内取出的措施。1.2 平台升降机构的组成和典型零部件的选型要求起升机构由驱动机构，钢丝绳卷绕系统，吊具和安全保护装置等组成。驱动机构包括电动机，联轴器，制动器，卷筒，支承等部件。安全保护装置除了高，低速级配备制动器外，还包括有各种行程限位开关，超速开关以及超负荷保护装置等。

1.2.1 电机及其选型要求 1.电机的特点:在平台升降机构上，驱动电机有交流和直

流电机，过去多采用直流电机。随着交流变频调速技术的进步，交流电机也逐步被采用。考虑到起重机起升工况的特点和载荷特点，直流电机的过载能力一般都较大，并配有风机以保证起升电机的连续性的工作要求。 2.对起升机构电机的要求第一，良好的散热性能。第二，如采用直流电机，应有透明板，以方便检查碳刷和整流子。第三，对相对湿度大的场所，内部配加热器，配有过热报警和断电保护装置。第四，对于在高温环境下作业的，应选用F级绝缘。第五，在室内安装的起升电机，其保护等级不低于IP23在室外应达到IP54。第六，配有风机的电机上，应配有空气过滤器。第七，所有电机应在短时间内具有规定力矩过载能力。第八，风机在电机不用时，应有一可调的延时及断电功能。1.2.2 制动器及其选型要求 1.制动器的作用:在平台升降机的各工作机构中，制动器是保证安全正常工作的重要部件。在起升机构中必须装设可靠的制动器，以保证吊重能停止在空中。变幅机构中的制动器使起重机臂架保持在一定位置。运行机构与回转机构也需要用制动器使它们在一定的时间或一定的行程内停下来。对于在露天工作或在斜坡上运行的平台升降机，制动器还有防止风力吹动或下滑的作用。某些平台升降机起升机构还利用制动器来使物品按所要求的速度下降。 2.制动器的选型原则。为了保证门机高速，高效和安全可靠地工作，制动器选择应遵循下列原则; 第一，起升机构应采用常闭式制动器，制动器的安全系数应不小于1.75。若安装两个以上制动器，则每个制动器的安全系数应大于1.25。第二，最大限度减小安装在高速轴上的制动器的飞轮矩，以利起升机构电机能迅速启动达到额定速度运行。第三，高速轴上的制动器应安装在减速器轴端，而不是电机轴上，

保证制动安全可靠。同时为了使机构布置紧凑，应力求轴向尺寸最小。第四，制动器应有磨损自动补偿装置和备有手动释放装置，以作释放松闸用。第五，制动器在振动，噪音，防松，防锈，防潮，防盐雾和不同环境温度等方面均应满足规范和买方文件的要求。1.2.3 减速器及其选型要求 1.起升减速器通常采用

卧式减速器，通常采用为平行轴式，水平剖分，底座安装，箱体为钢板焊接，齿轮全部为渗碳淬火硬齿面并磨齿。 2.箱体应有足够的刚度，以保证受载后产生的变形不影响齿轮啮合。 3.良好的润滑和散热条件，保证在持续工作下的温升不超过规定的温度，一般不超过 70?。 4.便于维修保养，如放油彻底，加油方便，有检查探视孔和长时间不工作时放出积水的设施，带过滤器以及与大气想通的呼吸器。

5.减速器的配置，一般按照起升机构布置型式可采用一台或两台减速器。1.2.4 联轴器及其选型要求 1.高可靠性。普遍采用齿形联轴器或梅花型联轴器。蛇形联轴器因疲劳被剪断后将会产生危险后果，在起升机构中已不采用。 2.易于调整其同心度。 3. 工作过程中，在外载荷作用下由于机架的变形使联轴器产生径向平面角度偏差，应使由此产生的磨

安装时保证足够的精度，其静态的同心度偏差不能超过规定要求。1.2.5 损最小。 4.

安全限位开关和超负荷限制器 1.凸轮式行程限位开关或脉冲编码器和离心式超速开关，一般直接连接到卷筒输出轴上，或安装在减速器低速轴端，以提供起升卷筒速度控制，减速和停止信号，以及行程的上限和下限保护和超速保护，并连续提供起升高度位置信号。 2.为防止货物落地后起升绳过度松弛，必须设有起升松绳限位设置。该限位开关一般设置在起升卷筒钢丝绳出绳下端，有时设置在吊具上架的滑轮轴下部。1.3 起升机构的方案设计1.3.1 设计参数根据此次的设计要求，设计参数如下:起重量:Q4000kg吊钩 ;作业) 起升高度:H15m; V1 起升速度: m min ; M5，工作级别: JC20。本平台升降机构使用变频电机在不同频率下的两种电机额定转速，来实现不同工况下的两种起升速度。因此，对整个起升机构而言，只需要选用一套驱动机构和一套卷绕系统。1.3.2 卷绕系统平台升降机构的卷绕系统的设计主要与起升倍率有关。起升机构滑轮组倍率的选定，对起升机构的总体尺寸影响较大。倍率增大，则钢丝绳分支拉力减小，在起升速度不变时，需提

高卷筒转速，即减小机构传动比。但倍率过大，会使滑轮组本身体积和重量增大，同时也会降低效率，加速钢丝绳的磨损。起重量小时，选用小的倍率，随着起重量增大，倍率相应提高。倍率增大，起升速度相应减小。本起升机构采用倍率m,2，钢丝绳缠绕情况如图 1 所示。图 1 起升钢丝绳卷绕1.3.3 起升机构布置形式该起升机构由一组驱动装置和一组制动装置(两套)组成，在卷筒端部装有卷筒行程开关和超载限制器。其起升机构传动如图 2 所示。图2 起升机构传动简图1.3.4 卷筒组结构形式卷筒组用以收存钢丝绳，把电机的回转运动变为钢丝绳的直线运动，同时把驱动装置的驱动力传递给钢丝绳。起重机上常用的卷筒组类型有齿轮连接盘式，周边大齿轮式，短轴式和内装行星齿轮式。本起升机构采用短轴式卷筒组，其结构形式如图 3 所示。图3 短轴式卷筒组2 平台升降机构设计计算2.1 钢丝绳的选型计算钢丝绳是广泛应用于起重机的挠性构件，它具有承载能力大卷绕性好，运动无噪音，极少出现断裂，工作可靠等优点。 1.钢丝绳最大静拉力计算: 因为吊具的选择与工作时的货物重有很大关系，根据设计要求以及查表得吊具的重量: Q 0 2.0Q1 2.0 4000

80kg (2—1) 该次设计采用双联滑轮组，钢丝绳的最大静拉力为: 1 0 2 z (2—2) m1 Q1 Q 0 1 Smax (2—3) 2m z 1 2 3式中: Q1 —货物起重量; Q 0 —吊具重

量; m —滑轮组倍率，为 2;—滑轮效率，采用滚动轴承， 0.98 ，查表

1;z —滑轮组效率，也可以通过查表 1; 1 2 3 —导向滑轮效率， 2 3 0.985 ，与工作级别有关，此次设计中工作级别为 M5，是由查表 2 和查表 3 得。表 1 滑轮组效率滑轮组效率z 滑轮效率滑轮组倍率 m 2 3 4 5 6 8 10滚动轴 0.98 0.99 0.98 0.97 0.96

0.95 0.93 0.92 承滑动轴 0.96 0.98 0.95 0.93 0.9 0.88 0.84 0.86 承表2 轮绳直径比系数机构工作级别轮绳直径比例系数 e M4 18 M5 20 M6 22.4 M7

25 M8 28 表 3 与e D 有关的值 d D/d 12 14 16 18 20 30 0.96 0.97 0.975

0.98 0.985 0.99所以得: 1 0 2 1 - 0.982 z 0.99 m1 2 1 - 0.98 Q1 Q 0 1 10 0.25 9800 1 Smax 26.543KN 2 m z 1 2 3

2 2 0.99 0.985 0.985 0.985 2.按安全系数选择钢丝绳直径: 根据设计要求

工作级别为 M5，查表 4，取钢丝绳安全系数为:n 5 ;破断拉力: F 0 S n 26.543

5 132.715 KN ; D6×19-18.5-18000 一特右交选取钢丝绳型号: GB1102—74 其

中钢丝绳的公称抗拉强度为 1550 N ;钢丝绳破断拉力总和 mm 2 S 189.5KN ，查

参考资料1P202 可得。 3.校核安全系数: 实际安全系数: n 7.1 。所以符合要

求。 S S max 表4 C和n值选择系数 C 值机构工作级别钢丝公称抗拉强度

MPa 安全系数 n 1550 1700 1850 M4 0.099 0.095 0.091 4.5 M5 0.104 0.1

0.096 5 M6 0.114 0.109 0.106 6 M7

0.123 0.118 0.113 7 M8 0.14 0.134 0.128 92.2 卷筒设计的相关参数2.2.1 卷筒的几何尺寸 1.卷筒形式:单层双联卷筒，见图 4: 图4 单层双联卷筒 2.卷筒

基本尺寸: 卷筒槽底(名义)直径 D : D e 1d (2—5)式中: D —卷筒名义直径;

d —钢丝绳直径;

e —筒绳直径比，与工作级别有关，此次设计中工作级别要求是M5，查

e 18 。所以得: D 18 1 17.5 297.5mm 。初选 D 为 350mm。采用标表 2 可

得

准槽形式，槽的关系参数计算如下: 绳槽半径:R 0.53 0.56d 9.275 9.8mm (2—6) 所以绳槽半径取: R 9.5mm 绳槽节距: P d 2 4mm 19.5 21.5mm (2—7) 所以绳槽节距取: P 20mm H max m 卷筒上有螺旋部分长: 0 L Z 1 P (2—8) D 0式中: L0 —卷筒上有旋转部分长; H max —最大起升高度; m —滑轮组倍率， m 2 ;

D 0 D d 350 17.5 367.5mm —卷筒计算直径，由钢丝绳中心算起的卷筒直径: Z 1

1.5 —固定钢绳的安全圈数，取 Z 1 2 。 H max m 15000 2所以得: L0 Z 1 P 2

20 580mm D 0 3.14 367.5 单层双联卷筒长度: S 2 L 0 L1 L 2 Lg L (2—9)式中:LS —单层双联卷筒长度;L0 —卷筒上油旋转部分的长度;L1 —无绳槽卷筒端部尺寸，由结构决定，取 300mm; L 2 —固定钢绳所需长度， L 2 3 P 60mm ;

Lg —中间光滑部分长度，根据钢绳允许偏角确定，取 100mm。所以: LS 2 L0 L1 L 2 Lg 2 580 300 60 100 1980mm 。采用钢卷筒，其壁厚: d mm 。单层双联卷筒可不设挡边，因为钢丝绳两头固定在卷筒两头。2.2.2 卷筒钢丝绳的固定钢丝绳端在卷筒上的固定必须安全可靠，便于检查和更换钢丝，它结构简单，检查拆装方绳。最长用得方法是压板固定(如图 5)便。为减少钢丝绳对固定装置的作用力，在固定装置前必须在卷筒上留有 1.5,3 圈的安全圈。钢丝绳压板已经标准化，根据钢丝绳直径从参考资料1P219 中选取，一根钢丝绳的绳端压板数量不少于 3 块。图5 压板固定所以选用标准槽压板:压板 GB5975—86。2.2.3 卷筒强度计算卷筒在钢丝绳拉力作用下，产生压缩，弯曲和扭转剪切力，其中压缩应力最大，当 LS 3D 0 时，弯曲和扭转的合成应力不超过压缩应力的 10到 15，只计算压应力即可，当 L 3D 0 时，要考虑弯曲应力，对尺寸较大，壁厚较薄的卷筒还需要进行抗压稳定性验算。在这次设计中 L 3D 0 ，所以在验算压应力的同时还应验算由弯曲和扭矩产生的换算

应力。 1.验算压应力: 卷筒内表面上的最大压应力计算为: S A1 A2 max P r (2—10)式中: —卷筒壁压应力(MPa; A1 —应力减少系数，在绳圈拉力作用下，筒壁产生径向变形，使绳圈紧度降低，钢丝绳拉力减小，一般A1 0.75; A2 —多层卷绕系数。多层卷绕时，卷筒外层的绳圈的箍紧力压缩下层钢丝绳，使各层绳圈的紧度降低，钢丝绳拉力减小，筒壁压应力不与卷绕层数成正比，按表 5 取， A2 1.0; S max —钢丝绳最大静压力(N; —卷筒壁厚(mm; P —绳槽节距(mm; r —许用压应力，对刚卷筒 r b 2 ，s 为钢的屈服极限，查《机械设计基础(第》P82，45 号调制钢的屈服极限为 373MPa所以四版)r b 186.5MPa 。 2 表 5 多层卷绕

系数卷绕层数 1 2 3 ?4 A2 1 1.4 1.8 2 S校核: A1 A2 max 57 MPa r 所以符合，满足要求。 P 2.验算弯矩和扭矩产生的换算应力: M换换 N ) (2—11) W cm 2 ;式中: M换—换算力矩， M 换 M 弯 M 扭 N cm) M弯—弯矩， 2 ( 2 Ls Lg 198 - 10 M 弯 S max 26543 2495042 N cm ; M扭—扭矩， ( 2 2 M S max D 929005 N cm ; W —卷筒断面抗弯模数， ( 0.1 D 4 D内) 0.1 35.0 4 31.4

W ; 1510.0225cm 3) D —卷筒绳 D 35槽底径 ; (厘米) D内—卷4 4 (

筒内径查起 (厘米) 《重机械设计手册》P237，公斤 bD内为 314mm; —许用应力( )，对钢， b 为屈服厘米 2 2 .5极限查《机械设计基础(第四版)》

P82，45 号调制钢的屈服极限为373MPa。 M换 2662851.8所以: 换 1763.(N cm 18650 N 5 )。经验算， W 1510.0225 cm 2符合要求。2.3 电动机的选型 1.电动机

0.25) 7.5 9800 10 Pj 13.83kw (2—12 1000 1000 60 0.908的静功率: Q 0 Q1v (

式中: Pj —电动机静功率; v —物品上升速度， v 1 m min ; —机构总效率， z d t c 0.99 0.985 0.98 0.95 0.908 ; z —滑轮组的效率; d —导向滑轮效率;t —卷筒效率，t 0.98;c —传动效率。 2.型号的确定: 考虑起重机的类型、用途、机构工作级别和作业特点，以及电动机的工作特性，同时为了满足电动机启动时间与不过热要求，对起升机构，可按下式初选相应于机构的 JC值的电动机功率: N JC K电 N 静 kw) ( 2—13)式中: K电—作业频繁系数，取 1， ; (见表 6) 大多数起重机的工作循环周期小于 10 分钟，而起重机机构每次运转时间又往往在 1,2 分钟钟内。在这种工况下使用的起升机构电动机，按上式求出静功率以后，即可按重复短时间工作制(产品目录中有 JC15、25、40、60四种)选择电动机型号。表6 作业频繁系数机构工作级别 M 5 以下 M6 M7 M8 K电 0.91.0 1.0 1.2 1.3注: M 5 及以下 K电值可选择 1，是因为太小的 K电值会在负荷

试车的静载试验时，机构不能吊起 1.25 倍额定载荷。针对这次设计要求取

JC20，同时考虑抓斗起重机，满载抓斗由(即起升绳)与闭开绳同时提升，由于司机操作时有差别，起升绳与闭开绳受力可能很不均匀，但因不均匀受力时间很短，其均匀性也不大。综合上述考虑，选择 Y—802，其额定功率为 1.1kw额定转速1500 r .