桥式起重机起升机构设计设计

目录

摘要 (1)

关键词 (1)

1前言 (1)

2起升机构的计算 (3)

2.1确定起升机构传动方案 (3)

2.2选择钢丝绳 (3)

2.3确定滑轮主要尺寸 (4)

2.4确定卷筒尺寸 (5)

2.5选择电动机 (6)

2.6验算电动机发热条件 (7)

2.7选择减速器 (7)

2.8验算起升速度和实际所需功率 (7)

2.9校核减速器输出强度 (7)

2.10选择制动器 (8)

2.11选择联轴器 (8)

2.12验算起动时间 (9)

2.13验算制动时间 (9)

2.14高速浮动轴的计算 (10)

2.14.1疲劳计算 (10)

2.14.2强度验算 (10)

3卷筒部件的设计 (11)

3.1卷筒 (11)

3.2联接盘 (12)

3.3卷筒轮毂 (12)

3.4卷筒轴、轴承及轴承座 (13)

3.5钢丝绳在卷筒上的固定装置 (14)

3.6卷筒部件计算 (14)

3.6.1卷筒心轴计算 (14)

3.6.2轴承 (16)

3.6.3绳端固定装置计算 (17)

4吊钩装置的设计 (18)

4.1吊钩装置的构造 (18)

4.2吊钩装置的计算 (18)

4.2.1确定吊钩装置构造方案 (18)

4.2.2吊钩弯曲部分断面的验算 (19)

5结论 (22)

参考文献 (22)

致谢 (23)

桥式起重机起升机构设计

摘要：本起重机为起重量Q=50t,起升高度H=4.2m,起升速度v=7.5m/min的桥式起重机。本课题主要对起重机的起升机构进行总体设计，该起重机具有一个起升机构，由一台电动机，一台减速器，一台制动器，一套卷筒装置，一套吊钩装置和一套滑轮装置构成。要求起重设备运行平稳, 定位准确, 安全可靠, 技术性能先进。

关键词：起重机，桥式起重机，起升机构设计

Design on gantry crane hoisting mechanism

Abstract：The crane is bridge crane for lifting weight Q = 50 t, hoisting height H = 4.2 m, lifting speed v = 7.5 m/min . This topic is mainly to the overall design of hoisting mechanism of crane, the crane is consisted of a lifting mechanism, an electric motor, a speed reducer, a brake, a set of drum unit, a set of hook device and a pulley. Required lifting equipment running smooth, accurate, safe, reliable and advanced technical performance.

Key word：Crane;bridge crane; hoisting mechanism design;

1 前言

起重机械的基本任务是垂直升降重物，并可兼使重物作短距离的水平移动，以满足重物装卸、转载、安装等作业的要求。起重机机械是现代化生产必不可少的重要机械设备，它对于减轻繁重的体力劳动、提高劳动生产率和实现生产过程的机械化、自动化及改善人民的物质、文化生活都具有重大的意义。

在起重机中，用以提升或下降货物的机构称为起升机构，一般采用卷扬式。起升机构是起重机中最重要、最基本的机构，其工作的好坏直接影响整台起重机的工作性能。

起升机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成。驱动装置包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮[1]。取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电

磁吸盘、吊具、挂梁等多种型式。安全保护装置有超负荷限制器、起升高度限位

器、下降深度限位器、超速保护开关等，根据实际需要配用。

因起升重量、起升速度和起升高度等设计参数的不同，龙门式小车有多种传

动方案。在这些方案中大体可分为闭式传动和带有开式齿轮传动的两类。

这里采用闭式传动。在电动机与卷筒之间，大多数情况采用传动效率较高的

圆柱齿轮减速器，而蜗轮减速器。由于传动效率低，除受位置限制需用外，一般

较少应用。

电动机与减速器之间采用一带制动轮的弹性柱销联轴器或带制动轮的全齿

联轴器直接联接，电动机与减速器之间采用—中间轴，轴的一端联有半齿联轴器，另一端则联有带制动轮的半齿联轴器[2]。这种在两个半齿联轴器之间没有外支座

的中间轴，除允许径向和角度有微量偏移外，由于可沿轴向稍微串动，因此，称

它为浮动轴。

利用浮动轴联接比只有一个联轴器联接有下列优点：a,容许较大的安装误

差，而轴愈长允许的安装误差愈大。故浮动轴长度一般不宜过短)500(mm 不小于，否则所引起的补偿作用不大；b,由于有足够的维修操作空间，便于拆卸和更换零

件；c,使小车由零件部件自重引起的轮压分布均匀。利用浮动轴的缺点，就是增

加了零件数量和增大了转动惯量，因而在起动和制动时增加了动力矩。

为安全设计，带制动轮的半齿联轴器和制动器应靠近减速器。这样万一浮动

轴被扭断，制动器仍可以制动住卷筒[3]。虚线所示可以将制动器放在减速器的外

侧。这时在浮动轴的两端应采用同型号的两个半齿联轴器，同时还要多安装一个

与制动器相配合的制动轮。

减速器与卷筒的联接型式很多，用全齿联轴器来联接，这种型式构造简单，

分组性好，但在卷筒轴线方向所占的位置较长，且由于增加了卷筒的轴承部件和

联轴器而使机构的自重有所增加。

为了缩短卷筒与减速器联接的轴向尺寸，采用同轴传动的型式，即把卷筒轴

与减速器低速轴合成为一个长轴。从受载情况分析，这根轴是既受弯矩有传递转

矩的转轴。此轴可以是三个轴承做支点的超静定轴，或用两个轴承作支点的静定

轴，它们的共同缺点是装卸不便，轴的构造比较笨重，减速器不能单独进行装配

和试运转。也就是说，这种结构的起升机构的分组性差。

为了改善分组性，在起重机系列的起重机中，减速器低速轴与卷筒部件的联

接这里采用了用齿轮联轴器联接卷筒轴与减速器轴的构造。减速器的低速轴头作

成内有喇叭口，其外铣有外齿轮[4]。喇叭口作为卷筒轴的支承；而外齿轮则作为

齿轮联轴器的一半，另一半齿轮联轴器（内齿圈）与卷筒的左轮毂做成一体。轮

毂与卷筒用铰孔光制螺栓连接，因此减速器轴的转矩通过齿轮联轴器和螺栓直接

传递给卷筒。而卷筒轴是一根不传递转矩而只受弯矩的转动心轴，其右端的双列

自位滚珠轴承放在一个单独的轴承座内，而左端的轴承就支承在减速器低速轴头

的喇叭孔内。

这种联接方式的优点是：结构紧凑和分组性好，安装维修方便。其缺点是构造较复杂，制造费工。

卷筒与减速器的联接是省略卷筒长轴。卷筒的一端通过一圈沿圆周均布的故形滚柱，支承在减速器输出轴的悬臂上，滚柱嵌在轮毂和轮辐内外圈之间的半圆

形凹槽内，沿着圆周能够传递切向力，即传递转矩。同时还能承受很大的径向力，

兼有径向轴承调位的作用，省去了一个径向支承装置。卷筒上的螺旋槽应与滑轮

组的型式相适应，用单螺旋槽或双螺旋槽[5]。通用龙门式起重机多采用双联滑轮

组，其起重量与滑轮组的倍率关系见表1。

表1 桥式起重机起升机构滑轮组倍率

Table1 Bridge crane lifts the organization block and tackle percentage Q 3 5 8（10）12.5 16 20 32 50 80 100 125 160 200 250 起重量)(t

i 1 2 3 3 3 3 4 4 4 6 6 6 8 8 倍率

h

这里选用起重量Q(t)=50；倍率

i=4。

k

2 起升机构的计算

此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零另提供全

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查得选用瓦林吞型纤维芯钢丝绳FC

6，钢丝公称抗拉强度

W+

?19

MPa 1670，光面钢丝，右交互捻[7]，直径mm d 14=，钢丝绳最小破断拉力[]KN S b 108=，标记如下：

钢丝绳888918108177019614-+?GB ZS FC W NAT

结果mm d 14=。

2.3 确定滑轮主要尺寸

滑轮的许用最小直径：

mm e d D 336)125(14)1(=-=-≥

（3）

式中系数25=e 由表查得。选用滑轮直径mm D 355=，取平衡滑轮直径 mm D D p 2133556.06.0=?=≈，选用mm D p 225=。滑轮的绳槽部分尺寸可由表

[5]查得。查表选用钢绳直径mm d 14=，mm D 355=，

滑轮轴直径mm D 905=的1E 型滑轮标记为：

滑轮90355141-?E 878.80006-ZBJ

查得平衡滑轮选用mm d 14=，mm D 225=，滑轮轴直径mm D 455=的F 型滑轮标记为：

滑轮4522514-?F 879.80006-ZBJ

结果mm D p 225=。

2.4 确定卷筒尺寸

卷筒直径：

mm e d D 380)125(14)1(=-=-≥

（4）

由表得选用mm D 400=，卷筒绳槽尺寸由表查得槽距，mm t 16=，槽底半径mm r 8=。

卷筒尺寸：

18516)42414

14.331015(2)4(23+++???=+++=L t Z D Hi L o o h π

（5）

mm 1484= 取mm L 1500=

式中o Z ——附加安全系数，取2=o Z ； 1L ——卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距[8]，即mm A L 1851==，实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；

o D ——卷筒计算直径mm d D D o 41414400=+=+=

卷筒壁厚： mm D 18~14)10~6(40002.0)10~6(02.0=+?=+=δ 卷筒壁压力验算：

M P a m N t S y 04.72/1004.72016.0015.01729026max max =?=?==

δσ （6）

选用灰铸铁200HT ，最小抗拉强度MPa b 195=σ，许用压应力： []M P a n b

y 1305

.11951m a x ===σσ []y y σσ

卷筒拉应力验算：由于卷筒长度D L 3>，尚应校验由弯矩产生拉应力，卷筒弯矩图2：

卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时：

mm N L L S l S M w ?=-?=-==113681752

185150017290)2(

1max max （7）

卷筒断面系数：

34

4445.17145974003704001.01.0mm D D D W i =-?=-=

图2 卷筒弯矩图

Fig.2 Reel bending-moment diagram

式中D ——卷筒外径，mm D 400=；i D ——卷筒内径， mm D D i 3701524002=?-=-=δ

M P a W M w 63.65

.1714597113681751===

σ （8） 合成应力：

[][]M P a y y l l l 2.2804.72130

393.6max `=?+=?+=σσσσσ 式中许用拉应力 []MPa n b

l 3951952===

σσ ∴[]t l σσ<`

卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径mm D 400=，长度mm L 1500=，卷筒槽形的槽底半径mm r 8=，槽距mm t 16=；起升高度m H 2.4=，倍率4=h i ；靠近减速器一端的卷筒槽向为左的A 型卷筒，标记为：

卷筒 3151681500400?-?-?A 左 872.80007-ZBJ

2.5 选择电动机

计算静功率：

KW v G Q N o j 3.1485

.0601025.7)21910000(60102)(=??+=?+=η 式中η——机构总效率，一般9.0~8.0=η，取85.0=η电动机计算功率： KW N k N j d e 78.1173.148.0=?=≥

（9）

KW N e 78.11=

式中系数d k 由表查得，对于61~M M 级机构，

85.0~75.0=d k ，取8.0=d k

选用电动机8422--JZR ，其KW N c 16%)25(=，rpm n 7151= []2246.1m kg GD d ?=，电机质量kg G d 260=。

2.6 验算电动机发热条件

按照等效率法，求%25=JC 时所需的等效功率：

kW N k N x x 6.973.1487.075.025=??+??≥γ

式中25k ——工作级别系数，查表对于65~M M 级，75.025=k ； γ——系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比值)/(g q t t 查得[9]。

一般起升机构2.0~1.0/=g q t t ，取1.0/=g q t t ，查表得出87.0=γ。 以上计算结果e x N N <，故初选电动机能满足发热条件。

2.7 选择减速器

卷筒转速：

mi n /3.17414

.014.335.7r D Vi n o h j =??==π （10）

减速器总传动比：

3.413

.177151===

j o n n i （11）

选CA ZQ 3500-I I --减速器，当工作类型为中级（相当工作级别为5M 级）

时[10]，许用功率[]kW N 12=，17.40`=o i ，质量kg G g 345=，入轴直径mm d 501=，轴端长mm l 851=（锥形）。

2.8 验算起升速度和实际所需功率

实际起升速度：

mi n /7.717

.403.415.7``m i i v

v o o === （12）

误差：

[]%15%8.2%1005

.75.771.7%100`=<=?-=?-=εεv v v （13）

实际所需要等效功率：

87.95.771.76.9``===v v N N x x kW N KW e 16%)25(=≤ 2.9 校核减速器输出强度

由公式得输出轴最大径向力：

[]R G aS R i ≤+=)(2

1max max （14）

式中34580172902max =?=aS KN N 58.34=——卷筒上卷绕钢丝绳引起的载荷；

kN G j 56.4=——卷筒及轴自重，参考附表估计； []kN R 5.20=——500ZQ 减速器输出轴端最大允许径向载荷。

∴[]kN R kN R 5.2057.19)56.458.34(2

1max =<=+= 由公式得出轴最大扭矩：

[]M i M M o o e ≤=η?`

)8.0~7.0(m a x m a x （15）

式中218715

16975097501%)

25(===n N M e e Nm ——电动机轴额定力矩； 8.2m a x =?——当%25=JC 时电动机最大力矩倍数； 95.0=o η——减速器传动效率；

[]26500=M

Nm ——减速器输出轴最大容许转矩。 ∴1863595.017.402188.0max =???=M []Nm M Nm 26500=< 由上计算，所选减速器能满足要求。

2.10 选择制动器

所需静制动力矩：

η``

2)(o

h o o z j z z i i D G Q K M K M ?+?=?≥ （16）

Nm m kg 1.26111.2685.017

.1032414.0)21910000(75.1=?=???+?= 式中75.1=z K ——制动安全系数。

选用5YWZ ——315/23制动器[11]，其制动转矩Nm M ez 280~180=，制动轮直径mm D z 315=，制动器质量kg G z 6.44=。

2.11 选择联轴器

高速轴联轴计算转矩：

Nm M n M e c 6.5882188.15.18=??==?

（17）

式中218=e M ——电机额定转矩；5.1=n ——联轴器安全系数；8.18=?——刚性动载系数[12]，一般0.2~5.1=k ?。