起升机构的设计解析

第2章起升机构的设计 52.1主起升机构的计算 (5)2.1.1 确定起升机构的传动方案 (5)2.1.2 选择钢丝绳 (5)2.1.3 滑轮的计算 (6)2.1.4 卷筒的计算 (7)2.1.5 选电动机 (8)2.1.6 验算电动机发热条件 (8)2.1.7 选择减速器 (9)2.1.8 实际起升速度和实际所需功率的验算 (9)2.1.9 校核减速器输出轴强度 (9)2.1.10制动器的选择 (10)2.1.11联轴器的选择2.1.12起动时间的验算 (11)2.1.13制动时间的验算 (11)2.1.14高速浮动轴计算 (12)2.2副起升机构的计算 (13)2.2.1 确定起升机构的传动方案 (13)2.2.2 选择钢丝绳 (13)2.2.3 滑轮的计算 (14)2.2.4卷筒的计算 (14)2.2.5 选电动机 (16)2.2.6 验算电动机发热条件 (16)2.2.7 选择减速器 (17)2.2.8 实际起升速度和实际所需功率的验算 (17)2.2.9 校核减速器输出轴强度 (17)2.2.10制动器的选择 (18)2.2.11联轴器的选择 (18)2.2.12起动时间的验算 (19)2.2.13制动时间的验算 (19)2.2.14高速浮动轴计算 (20)第2章 起升机构的设计2.1主起升机构的计算2.1.1 确定起升机构的传动方案起升机构是起重机械中最主要和最基本的机构，是起重机不可缺少的组成部分。

它的工作好坏对整台起重机的性能有着最直接的影响。

因起重量、起升速度和起升高度等设计参数的不同，桥式起重机小车有多种传动方案。

在这些方案中大体上可分为闭式传功和带有开式齿轮传动的两类：闭式传动和带有开式齿轮的传动。

由于开式齿轮易于磨损，因此现代起重机已很少采用，并且按照布置宜紧凑的原则，决定采用图2-1的传动方案。

2.1.2 选择钢丝绳根据起重机的额定起重量,查《起重机设计手册》（大连起重机厂）[1]图2.3.21，选择双联起升机构滑轮组倍率为h5i= ，因而承载绳的分支数210hz i==。

查《起重机设计手册》[1]表8-5，查得吊具自重3.5% 2.45Q t G==；若滑轮组采用滚动轴承，当h 4i =查《起重运输机械》[2]表2-1，得钢丝绳滑轮组效率0.97hη=。

钢丝绳缠绕方式如图2-2所示。

( 1 )钢丝绳所受最大静拉力：0max 42(70 2.45)250.977.4710h hQ G t NS i η+=⋅⋅+=⨯⨯=⨯ （2-1）式中 Q ―— 额定起重量，Q =70t ；0G —— 吊钩组重量，0 2.45G t =（吊钩挂架的重量一般约占额定起重量的2 -- 4 % ，这里取吊钩挂架重量为2.45t ）；hi——滑轮组倍率，h5i=；图2-1 闭式传动起升机构构造型式图2-2 起升机构计算简图h η——滑轮组效率，0.97hη=。

（2）钢丝绳的选择：选择钢丝绳的破断拉力应满足maxbkS Sϕ≤(2-2)式中 maxS ——钢丝绳工作时所受的最大拉力（N ）；bS——钢丝绳规范中钢丝破断拉力的总和（N ）；ϕ ——钢丝绳判断拉力换算系数，对于绳6W(19)的钢丝绳，由《起重运输机械》[2]表2-3查得0.85ϕ=；n ——钢丝绳安全系数，对于中级工作类型n =5.5；由《起重运输机械》[2]表2-4可查。

由上式可得44max 5.57.471048.33100.85b kS S ϕ≥=⨯⨯=⨯⋅ (2-3) 查《起重机设计手册》[1]表12-9选择钢丝绳6W(19)，公称抗拉强度2185/kg mm ，直径d=25.5.mm ，其钢丝破段拉力总和449.210b N S ⎡⎤=⨯⎣⎦，标记如下： 钢丝绳6W(19)—25.5.—185—Ⅰ—光—右交（GB1102--74）。

2.1.3 滑轮的计算为了确保钢丝绳具有一定的使用寿命，滑轮的直径（子绳槽底部算起的直径）应满足：612125.5(251())h D d e mm-≥-== (2-4)式中 e---- 系数，由《起重运输机械》[2]表2-4查得，对中级工作类型的起重机，取e=25；d ——所选择的钢丝绳的直径，d=25.5mm 。

取滑轮的直径为Dh=700 mm 。

平衡滑轮名义直径：0.6400K D mm d≈=平取平衡滑轮名义直径400mm d=平滑轮的主要尺寸可由《起重机设计手册》[1]表13-2查得。

2.1.4 卷筒的计算1)、卷筒的直径：(1)25.5(251)612D d e mm≥-=-= (2-5)式中 e--- 系数，由《起重运输机械》[2]表2-4查得，对中级工作类型的起重机，取e=25；d ——所选择的钢丝绳的直径，d=25.5mm 。

取卷筒的直径为D =900mm 。

2）卷筒槽计算绳槽半径：R=（0.54~0.6）d=13.77~15.3mm=14mm 绳槽深度（标准槽）：C=（0.25~0.4）d=6.375~10.2mm=8.0mm绳槽节距：t=d+（2~4）=30mm 卷筒名义直径：925.5ed D d mm D==+=3)确定卷筒长度并验算起强度 卷筒的总长度：L Z Di L L t H t L h10010)4(2)4(2+++=++=π(2-6)式中 H —— 最大起升高度，H ＝16 m ；Z—— 附加安全圈数，n > 1.5 ，取n=2；t ——绳槽节距，t = 30mm ；1L —— 双联卷筒中间不切槽部分的长度，1L = 460；0D —— 卷筒的计算直径（按缠绕钢丝绳的中心计算）,0D ＝D ＋绳d =900＋25.5 = 925.5 mm ；带入上式得：16100052(24)304603.14925.52472L mm⨯⨯=++⨯+⨯= 取L =2500mm ，卷筒材料初步采用HT250 灰铸铁 GB/T 9439-1988，抗拉强度极限240LMP σ=，抗压3720yb MP σσ==其壁厚可按经验公式确定δ=0.02D+（6~10）=24~28mm ，取δ=25mm 。

卷筒壁的压应力演算：图2-3 卷筒弯矩图maxmax47.471099.62530y tMPSδσ=⋅⨯==⨯许用压应力[]720169.44.254.25byy MP σσ===，[]y y σσ<max，故强度足够。

所以，[]LLσσ<'，卷筒强度演算通过。

故选定卷筒直径D=900mm ，长度L=2500mm 。

卷筒槽形的槽底半径r=14mm ，槽矩t=30mm ，起升高度H=16m ，倍率ih=5；靠近减速器一端的卷筒槽向为左的A 型卷筒，标记为：卷筒A9002500143016480007.287ZBJ ⨯-⨯-⨯⋅-左 4）卷筒转速hi D V n j ⋅⋅=π=6.8753.140.9255⨯⨯=11.83 r/min (2-7)2.1.5 选电动机起升机构静功率：()η601020⨯⋅+=VQ N G jKW (2-8) 式中 η——起升机构的总效率，一般η=0.8～0.9，取η=0.85； ()3(70 2.45)10 6.8795.6810260102600.85jQ V N G η+⋅+⨯⨯===⨯⨯⨯KW电动机计算功率：0.895.6876.54dejKW N NK ≥⋅=⨯=式中Kd由《起重机设计手册》[1]表8-10查得8.0=Kd由《机械设计课程设计手册》[3]表12-7选用较接近的电动机YZR315S-10， 在JC % = 25 时，功率()25%85KW Ne =，转速n= 576 r/min ，()22340.26DN m GD =⋅，G=1026kg 。

2.1.6 验算电动机发热条件按等效功率法求得，当JC%=25时，所需等效功率为：250.750.8795.6862.43xj KW NN K γ=⋅⋅=⨯⨯= (2-9)式中K25——由《起重机设计手册》[1]表8-16查得75.025=K；γ——由《起重机设计手册》[1]图8-37查得87.0=γ。

由以上计算结果NN ex<，故所选电动机能满足发热条件。

2.1.7 选择减速器起升机构总的传动比 0n 57648.7i 48.57n 11.83j i ====取 (2-10) 根据传动比i=48.57，电动机转速n=576 r/min ，电动机功率N = 85 KW ，工作类型中级，从《起重机课程设计》[4]附表13减速器产品目录 中选用ZQ-1000-Ⅰ-3CA 型减速器，传动比57.48'0=i，许用功率为[]65N KW =，自重2140g kg G =，输入轴端直径d=90mm ，轴端长l =135mm （锥形）。

2.1.8 实际起升速度和实际所需功率的验算实际起升速度为：'0'48.76.87 6.89/min 48.57i V v m i=⋅=⨯= (2-11) 并要求起升速度偏差应小于15%.∴ ' 6.87 6.890.3%15%6.87V V V V --∆===<实际所需等效功率为：''25%6.8962.4362.61856.87e x xN KW v v N N =⋅=⨯=<= (2-12) 满足要求。

2.1.9 校核减速器输出轴强度输出轴最大扭矩：[]M M ～M e ≤⋅⋅=⋅0'0max max i 8.07.0ηψ）（ (2-13)式中 e M ——电动机的额额定扭矩,25%25%85954995491409.2576e ei M N m M n ==⋅=⋅ i ——传动比,i=48.57；η——电动机至减速器被动轴的传动效率,η=0.95；ψ —— 电动机最大转矩倍数, ψ=2.8；[]M —— 减速器低速轴上最大短暂准许扭矩. []M =206000 N ⋅mmax M =）（8.07.0～ ⨯2.8⨯1409.2⨯48.57⨯0.95 =127445～145710 N m∴ max M ≤ []M . 输出轴最大径向力验算:[]R R JG≤+=⋅2S 2a m ax m a x (2-14)式中 max S ——卷筒上钢丝绳最大拉力, max S =74.7KN j G —— 卷筒重量, j G =2610Kg(参阅大起厂资料) []R ——低速轴端的最大容许径向载荷, []R =164KN[]444max 22.6110274.7108.8102R N R ⨯⨯⨯=+=⨯≤ ∴[]R M<max，故所选减速器满足要求。

2.1.10制动器的选择制动器装在高速轴上,所需静制动力矩：'00'04()2(70 2.45)100.92551.752053.52548.57ZzjhQ z N mG D M K MKi iη+⋅⋅=⋅⋅+⨯⨯=⨯=⋅⨯⨯≥ (2-15)式中KZ——制动安全系数，查《起重机设计手册》[1]表8-17得75.1=KZ。