500t吊钩桥式起重机主起升机构设计

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500/150t—34mA5级吊钩桥式起重机主起升机构设计单位:设计研究院姓名:曹红波二零零九年十一月二日 目录一、概述...............................................2二、技术参数和设备构成..................................2三、主起升机构的计算....................................3四、起升机构的优化.....................................11五、优缺点分析.........................................13六、主要参考文献.......................................131 一、概述起重机是一种能在一定范围内垂直起升和水平移动物品的机械，动作间歇性和作业循环性是起重机工作的特点。起重机可按主要用途和构造特征分类。按主要用途分通用起重机、建筑起重机、冶金起重机、铁路起重机、港口起重机等。在起重机中，用以提升和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。取物装置有吊钩、抓斗、电磁吸盘等。二、技术参数和设备构成500/150t—34mA5级吊钩桥式起重机安装在二重集团（镇江）重型装备厂有限公司镇江重装基地核电容器厂房二区36米跨上。500/150t—34mA5级吊钩桥式起重机属于通用起重机。该起重机主要由小车、桥架、大车运行机构、司机室、检修室等组成。其中的小车主要由主起升机构、副起升机构、小车运行机构组成。该主起升机构采用二组双联卷筒（每一卷筒由一电机驱动，通过机械同步轴使两卷筒升降同步）、两组动滑轮、两组定滑轮的结构形式，由4根钢丝绳起吊，每根钢丝绳一端2 固定于卷筒的外端，另一端固定于定滑轮旁边的平衡杆上。工作时电机通过联轴器、减速器带动卷筒正反旋转，卷筒通过正反旋转来实现钢丝绳的收放，从而实现吊钩的升降。1、该起升机构的主要技术规格说明1.1起升重量：主钩：500t1.2起升高度：主钩：23m（吊钩应能在±0地面放平）1.3主钩:1.5m/min（5档）1.4跨度：Lk=34m1.5工作级别：起升机构：M52、设备的构成主起升机构主要由500t起升传动机构、500t定滑轮组、500t平衡杆组成,500t主起升传动机构包括卷筒装置（一）、卷筒装置（二）等，详见500t起升机构附图。三、主起升机构的计算在起升机构设计中，恰当地确定滑轮组倍率是非常重要的。选用较大的倍率，可使钢丝绳的拉力减小，从而使钢丝绳的直径、卷筒和滑轮的直径减小。减小卷筒直径使卷筒扭矩减小，也就是使减速器输出轴的扭矩减小，使它的速比减小，这就可以选用较小的减速器，从而使整个起升机构达到尺寸紧凑重量轻的效果。但是，滑轮组倍率过大又使滑轮组本身笨重复杂，同时使效率降低，钢丝绳磨损严重。一般的原则是：大起重量选用较大的倍率，以免采用过粗的钢丝绳；双联滑轮组选用较小的倍率，因为3 这时分支数与滑轮的数目较多。综合考虑滑轮组倍率取8。初算钢丝绳直径：由于采用双联滑轮组，并且起升机构中无导向滑轮，故钢丝绳的最大静拉力：Q5000+340S===358.88KNmax2mh2´8´0.93z式中：Q－起升载荷，Q＝Q0+q，Q0为额定起升载荷，q为取物装置的重力。取物装置为500吨吊钩组，暂定q＝340KN。m－滑轮组倍率m＝8h－滑轮组效率查表得h＝0.93zz钢丝绳破断拉力：S³n´S=5´358.88=1794.4KN破max式中：n－安全系数，根据工作级别Q3-中，n＝5选择钢丝绳型号如下：56NAT6×36SW+FC1770ZS钢丝绳直径d＝φ56mm若钢丝绳取56mm，卷筒钢板厚度达80mm。如此厚的钢板卷曲成形有困难，而且卷筒的重量也重，日后的维修、拆卸不方便。钢丝绳直径越大僵性也大，卷筒、定滑轮、动滑轮的最小直径将达到1000mm，卷筒处由负载产生的扭矩达到369KNm，一个标准起重机减速器无法满足该扭矩要求，再加上厂房高度受限，而且该起重机安装在厂房上跨，下方还有中跨起重机，4 500t动滑轮组在非工作时悬挂高度受限，从而对500t动滑轮组的整体高度尺寸有限制，所以不能采用一组双链卷筒结构形式，而采用二组双链卷筒结构形式。该起升传动机构中卷筒装置（一）和卷筒装置（二）的主要区别是钢丝绳旋向相反。1.钢丝绳的选择Q5000+340S===179.44KNmax2mh2´2´8´0.93z钢丝绳破断拉力：S³n´S=5´179.44=897.2KN破max选择钢丝绳型号如下：40NAT6×36SW+FC1770ZS钢丝绳直径d＝φ40mm2.卷筒的计算卷筒的名义直径D³e×d＝20´40＝800mm式中：e－筒绳直径比查表得e=20d－钢丝绳直径取卷筒直径D＝1260mm取定滑轮直径D1＝800mm平衡杆直径D2＝1000mmHm根据卷筒采用自由双层缠绕，卷筒卷绕长度maxL＝(+n)t0πD0式中：5 Hmax-最大起升高度n－钢丝绳多层缠绕圈数Hmaxm(23000+1545)´8L＝(+n)t＝(+2)´44＝2204mm0πDπ13000卷筒长度L＝（2L+L+L）+L012g式中：L1-无绳槽卷筒端部尺寸，由结构需要确定；L2-固定钢丝绳所需长度，L»3p；2Lg-中间光滑部分长度，根据钢丝绳允许偏角确定；卷筒长度L＝（2L+L+L）+L＝（22204+140+3´44）+200＝5152mm012g卷筒强度计算：卷筒在钢丝绳拉力的作用下产生压缩、弯曲和扭转剪应力，其中压缩应力最大。当L≤3D时，弯曲和扭转的合成应力不超过压缩应力的10％～15％，只计算压应力即可。对尺寸较大、壁厚较薄的卷筒还须对筒壁进行抗压稳定性验算。由于L＝5152mm〉3D＝3×1260＝3780mm故应验算由弯矩和扭矩产生的换算应力。钢丝绳拉力Smax＝179.44KN取卷筒壁厚δ＝40mm，钢丝绳绳槽节距p＝44mm卷筒筒壁的最大压应力出现在筒壁的内表面，压应力按下式计算：Smaxs＝AA£[s]c12cdp式中：6 A1-应力减小系数。在绳圈拉力的作用下，筒壁产生径向弹性变形，使绳圈紧度降低，钢丝绳拉力减小，一般取A1＝0.75；A2-多层缠绕系数。多层缠绕时，卷筒外层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，查表得A2＝1.4[s]-许用压应力，对钢[s]＝s/2，s-屈服强度ccssSmax179.44´1000s＝AA＝0.75´1.4＝107.1MPac12dp40´44卷筒材料选择Q235-B，s＝235MPas[s]＝s/2＝235/2＝117.5MPacs故s＝109.8MPa<[s]，满足强度要求ccM换s=换W式中22M-换算力矩，M=M+M（公斤×厘米）;换换弯扭L-LM-弯矩，光M=S;弯弯max2M-扭矩，M=SD；扭扭max440.1(D-D)W-卷筒断面抗弯模数，内3W=(厘米)；DD-卷筒绳槽底径（厘米）；D-卷筒内径（厘米）；内[]2s-许用应力（公斤/厘米）s对钢[]ss»2.5L-L光515.2-20M=S=17944´=4442934.4弯max227 M=SD=17944´126=2260944扭max2222M=M+M=4442934.4+2260944=4985131.3换弯扭0.1(D4-D4)44内0.1(126-118)W===49296.3D118M换4985131.322s===101.1Kg/cm〈[s]=940Kg/cm换W49296.3卷筒尺寸较大（D≥1.2m，L＞2D时），需校核稳定性：K＝P/P³1.3～1.5w式中：K-稳定性系数P33w-稳定性临界应力，对钢铁p＝52500×d/Rw2SmaxP-卷筒壁单位压应力，P＝Dt3352500´40/630K＝P/P＝＝2.1＞1.5w2´179.44´1000（/44´1260）故满足稳定性要求。3.卷筒转速计算mv8´1.5卷筒转速n＝＝＝3.03r/min筒πDπ´1260/10004.电动机选择电动机静功率计算Q起v（500+34）´1000´1.5N＝＝＝77KW静6120h2´6120´0.850电动机功率N³KN＝0.9´77＝69.3KWJC电静式中：K电-起升机构按静功率选电机系数，查表得K电＝0.9选择电动机YZR355L1-10，电动机功率100KW，转速n＝586r/min8 5.减速器选择传动机构总传动比i＝586/3.03＝193.4200-193.4=3.4%193.4电动机额定转矩Mn＝9550N/n＝9550×100/586＝1629.7N.m起升载荷系数f＝1+0.17v＝1+0.17（1.5/60）＝1.004252动载系数f＝1/（21+f）＝（1+1.00425）/2＝1.00212562疲劳计算基本载荷Mmax＝fMn＝1.002125´1629.7＝1633.2N.m6功率N＝Mmax·n/9550＝1633.2´586/9550=100.2KWM4选择减速器型号QY34-D800-200ⅧH，传动比200，功率为100KW6.制动器选型制动器制动力矩需满足下面条件：（5000+340）´1300´0.85M³KM＝1.25´＝1192N.m制制制静2´2´8´193.4采用双制动器，故取制动安全系数K＝1.25制M-满载时制动轴上静力矩制静选择制动器USB3-1-EB800/60-630x30，制动力矩0～3810N.m7.起动时间和起动平均加速度计算机构起动和制动时，产生加速度和惯性力。如起动时间和制动时间过长，加速度小，要影响起重机的生产率；如起动和制动时间过短，加速度太大，会给金属结构和传动部件施加很大的动载荷。因此，必须把起动和制动时间控制在一定范围内。起动时间t＝n[J]£[t]qq9.55（T－T）qj式中：9 [J]-机构运动质量换算到电动机轴上的总转动惯量（Kg.m），按下式计算：2Q·D[J]＝1.15（J+J）+＝30.58Kg.mde2240m·i·hJ－电动机转子的转动惯量dJ-制动轮和联轴器的转动惯量eTq-电动机平均起动转矩（N.m）T＝1.5～1.8Tn＝1.7´9550´100/586＝2770.48N.mqTj-电动机静阻力矩（N.m）Q·D（5000+340）´1000´1.26T＝＝＝1359N.mj2mih2´2´8´193.4´0.8tq＝n[J]＝586´30.58＝1.33s＜[tq]＝1.5s9.55（T－T）9.55(2770.18-1359）qjv1.5/6022起动平均加速度a＝＝＝0.019m/s＜[a]＝0.1m/sqqt1.33q可见，起动时间以及起动加速度满足要求。制动时间和制动平均加速度的计算n¢[J¢]制动时间t＝£[t]zz¢9.55（T－T）zj式中：n¢-满载下降时电动机转速，通常取n¢＝1.1n[J¢]-下降时换算到电动机轴上的机构总转动惯量（Kg.m），按下式计算：2Q·D·h[J¢]＝1.15（J+J）+＝30.58Kg.mde2240m·iTz-制动器制动转矩（N.m）10 ¢T-满载下降制动时轴的静转矩（N.m）j2¢Q·D·hT＝＝1520.4N.mj2min¢[J¢]1.1´586´30.58t＝＝＝0.9s＜[t]＝2szz9.55（T－T¢）9.55（3810-1520.4）zjv¢1.1´1.5/6022制动平均减速度a＝＝＝0.03m/s＜[a]＝0.1m/sjjt0.9z通过以上主要部分的计算，该主起升传动机构能够满足使用条件。四、起升机构的优化按照起重机传统结构形式，360t主起升机构采用四卷筒结构形式（见图一），但这种结构形式其中两卷筒的的同步靠减速器低速齿轮来实现，故导致减速器型号和重量大，而且该减速器为非标减速器需要单独订货价钱贵周期长。针对传统结构的不足，经过分析，我们决定采用二组双联卷筒的结构形式(见图二)，这种结构采用高速轴同步，省掉了低速端同步，减少了减速器的重量和高度，从而减少了整个小车的高度。对两种起升机构的减速器进行比较:360t主起升机构的减速器型号QJRS-D-900-160ⅨH,高度1840mm，重量19260Kg，500t主起升机构的减速器型号QY34D-800-200-Ⅷ-H，高度1669mm，重量为12976Kg,虽然不是统一规格，但通过比较可以看出即节约重量又节约高度，为整个起重机减轻重量和降低高度创造了条件。11 图一图二12 五、优缺点分析该主起升机构传动装置采用闭式传动，其布置紧凑、维护方便、安全可靠。但是这种布置方式存在轮压分布不均匀的缺点，适用于对吊钩的上极限和左右极限要求不高的场合。六、主要参考文献1.《起重机设计规范》GB3811-832.《起重机设计手册》张质文王金诺等主编3.《通用桥式起重机》GB/T14405-934.《金属结构》徐克晋编13