起升机构设计说明书

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目录1起升机构的总体设计11.1概述11。2起升机构的组成和典型零部件的选型要求21.2。1电机及其选型要求31.2。2制动器及其选型要求31。2.3减速器及其选型要求41.2。4联轴器及其选型要求41.2。5安全限位开关和超负荷限制器51。3起升机构的方案设计51。3.1设计参数51.3。2卷绕系统51.3。3起升机构布置形式61.3.4卷筒组结构形式72起升机构设计计算72.1钢丝绳的选型计算72.2滑轮选型计算102。3卷筒设计的相关参数112.3。1卷筒的几何尺寸112.3。2卷筒钢丝绳的固定132.3。3卷筒强度计算142.4电动机的选型152.5减速器选型计算182.6制动器选型计算202。7联轴器选型212。8启制动时间和启动加速度验算232.9制动时间和制动加速度验算253设计小结26参考资料：27起重机起升机构设计1起升机构的总体设计1。1概述起升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.

1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起升机构，其中起重量最大的为主起升机构，其余为副起升机构。在港口,为满足抓斗和集装箱装卸作业要求，须设置特种起升机构，如抓斗起升机构,集装箱起升机构等。港口门座式起重机的起升机构一般应满足下列要求：1．起升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,当没有明确提出执行标准时，一般采用FEM规范.中国采用《起重机设计规范》（GB3811）。2．起升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。可用定位销或楔形止动块将各部件定位在底架上。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°.当买方文件有明确规定时，应以买方文件为主。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起升机构的组成和典型零部件的选型要求

2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。在港口门座式起重机起升机构上，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。因起升机构接近连续工作，必须强制通风。为控制机房温升，可将电机排风口直接通向机器房外。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。在起重机的各工作机构中，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起重机,制动器还有防止风力吹动或下滑的作用。某些起重机起升机构还利用制动器来使物品按所要求的速度下降。

31．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，因此，选型或计算时，应注意输出轴的外载荷产生的力矩和径向力。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。

41．易于调整其同心度。因为经过一段时间工作后焊接机架会产生变形，需要定期检查调整。2．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，应使由此产生的磨损最小。3．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：Q=5t（吊钩作业）起升高度：H=15m起升速度：V=7.5工作级别：M5，JC=25%本起升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

5起升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是起重机的重要部件之一,它用以收存钢丝绳,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。（短轴式卷筒组采用分开的短轴代替整根卷筒长轴，其结构简单，调整安装比较方便。）图3短轴式卷筒组2起升机构设计计算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:

6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(1）得吊具的重量：（2——1）表（1）吊具自重与起重量的关系该次设计采用双联滑轮组，钢丝绳的最大静拉力为：（2——2）（2——3）式中：—-货物起重量；-—吊具重量；-—滑轮组倍率，为2；——滑轮效率，采用滚动轴承，，查表（2）；——滑轮组效率，也可以通过查表（2);—-导向滑轮效率，，与工作级别有关，此次设计中工作级别为M5,查表（3）和查表（4）可得;表（2）滑轮组效率表（3）轮绳直径比系数表（4）与有关的值所以得:1．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（5），取钢丝绳安全系数为：；破断拉力：选取钢丝绳型号：6X(19）-17。5-1550—1—光—右交GB1120-74其中钢丝绳的公称抗拉强度为1550；钢丝绳破断拉力总和，查草考资料【1】P202可得.2．校核安全系数：实际安全系数：（2——4）所以符合要求.表（5）C和n值2.2滑轮选型计算工作滑轮直径:(2-—5）式中：——按钢丝绳中心计算的滑轮直径（)；——钢丝绳直径（）；——

7轮绳直径比系数，与机构的工作级别和钢丝绳的结构有关，查表（3）可得。此次设计中采用（泸州工程塑料厂）MC尼龙滑轮一般封密性，其构造如图（4）所示：图(4）尼龙滑轮构造根据所选钢丝绳直径以及查表（7)得：这次设计取:D=500；。表（6)MC尼龙滑轮（一般封密性）系列表（泸州工程塑料厂资料）其滑轮代号为：LGS10。5×500—200—95。2。3卷筒设计的相关参数2.3.1卷筒的几何尺寸1．卷筒形式：单层双联卷筒，见图（5）：图(5）单层双联卷筒2．卷筒基本尺寸:卷筒槽底(名义）直径:（2--6）式中:—-卷筒名义直径；——钢丝绳直径；——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，查表(8）可得。表（7）筒绳直径比所以得：初选D为350mm.采用标准槽形式,槽的关系参数计算如下:绳槽半径:（2—-7)所以绳槽半径取：.绳槽节距：（2——8）所以绳槽节距取：.卷筒上有螺旋部分长：

8(2——9）式中：——卷筒上有旋转部分长；——最大起升高度;——滑轮组倍率，;-—卷筒计算直径,由钢丝绳中心算起的卷筒直径——固定钢绳的安全圈数，取。所以得：单层双联卷筒长度：（2——10）式中:--单层双联卷筒长度；——卷筒上油旋转部分的长度;-—无绳槽卷筒端部尺寸，由结构决定，取300mm；——固定钢绳所需长度，；—-中间光滑部分长度,根据钢绳允许偏角确定，取100mm。所以：采用钢卷筒:所以钢卷筒壁厚：单层双联卷筒可以不设挡边，因为钢丝绳的两头固定在卷筒的两头.2。3.2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绳。最长用得方法是压板固定（如图（6)），它结构简单，检查拆装方便。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【1】P219中选取,一根钢丝绳的绳端压板数量不少于3块.图（6）压板固定表（9)钢丝绳压板GB5975-86所以选用标准槽压板:压板5GB5975—86。

92。3。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，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：（2—-11）式中：——卷筒壁压应力（MPa)；—-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=0.75;——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（10）取，=1.0；——钢丝绳最大静压力（N）；——卷筒壁厚（mm);——绳槽节距（mm）；——许用压应力，对刚卷筒，为钢的屈服极限,查《机械设计基础（第四版）》P82，45号调制钢的屈服极限为373MPa,所以。表（8）多层卷绕系数校核：所以符合,满足要求。2．验算弯矩和扭矩产生的换算应力：（2-—12）式中:——换算力矩,；（2——13）——弯矩，；（2——14）

10——扭矩,;（2-—15）-—卷筒断面抗弯模数，;（2——16）-—卷筒绳槽底径（厘米）;—-卷筒内径（厘米）查起《重机械设计手册》P237,为314mm；——许用应力(），对钢，为屈服极限，查《机械设计基础（第四版）》P82,45号调制钢的屈服极限为373MPa。所以:经验算，符合要求。2。4电动机的选型1．电动机的静功率：(2——17）式中：-—电动机静功率;——物品上升速度,;--机构总效率，。-—滑轮组的效率；-—导向滑轮效率；-—卷筒效率，=0.98；-—传动效率.2．电动机型号的确定：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：(2——18)式中：——作业频繁系数，取1，（见表（11)）；

11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JC％=15％、25%、40％、60％四种）选择电动机型号。机构工作级别以下0.9~1。01.01。21.3注：及以下值可选择1，是因为太小的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。表（9）作业频繁系数针对这次设计要求取JC%=25％,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.总和上述考虑,选择YZR180L-6，其额定功率为15kw,额定转速962.定子电流32.8A，转子电流44.4A，功率因数0.834，效率83。4％，最大转矩倍数3。2倍,定子铜耗1259w。1．电动机过载能力校验起升机构要求电动机再由电压损失(交流电动机15%，直流不考虑）、最大转矩扭差（交流电动机为10％，直流不考虑)时,可吊起1。25倍的额定重量，故电动机的额定功率应符合下式的要求，以便有足够的过载能力。起升机构电动机过载能力按下式进行校验:（2——19）式中:——在基准线持续率时的电动机额定功率（kw）;-—电动机台数；--电动机转矩允许的过载倍数，;—-考虑电压降及转矩允差及静载试验超载的系数，=2.1（绕线电机）；所以：故过载能力校核合格。2．电动机发热校核异步电动机发热校验可采用平均损耗法,也可以根据电动机的类型不同，选用等效转矩法和扭矩法进行精确发热校验。再这里采用GB/T13752—

121992推荐的方法近似计算：(2——20）式中：--在基准线持续率时的电动机额定功率（kw）；——电动机额定转速，962r/min；——机构总传动效率，为0。908;——系数，取0.85；——起升机构最不利工作循环的等效平均阻力矩，N/m，可按下式近似计算:（2——21）其中：——系数,取0。68；——电动机的静阻力矩，N/m，可按下式计算：(2——22）其中：——最大起升载荷,N;—-卷筒计算直径,0.3675m；—-倍率，为2；——机构总传动效率；-—减速器传动比，见式（2——23）；所以:故校验符合要求.2.5减速器选型计算1．传动比计算：（2——23）式中:（2——24)所以：2．减速器型号的选择:减速器高速轴许用功率满足下式要求:(2—-25)式中:

13——在基准线接电持续率时的电动机额定功率；—-起升载荷动载系数;（2-—26）——为工作级别数；-—稳定起升速度()，与起升吊具有关，由空载电动机或发动机的稳定转速导出；-—起升状态级别系数；查得0。4;——起升载荷最小动载荷系数，与起升状态级别有关，查得为1.05;所以：所以根据传动比和高速轴许用功率以及实际安装、使用要求选择减速器的型号,选择型号为:QJR500—80ⅦCW，其相关参数为：名义中心距500mm，允许输出扭矩42500，高速轴许用功率52kw.1．减速器的验算:减速器输出轴通过卷筒联轴器与卷筒相联时输出轴及其轴端承受较大的短暂作用扭矩径向力,一般还需要对此进行验算。a.轴端最大径向力按下式校验：（N）(2——27）式中：--起升载荷动载系数，为1。02；-—钢丝绳最大静拉力；——卷筒重力；粗略估算：（2—-28)-—45号碳钢的密度,;［F]——减速器输出轴端的允许最大径向载荷,查表(12）得［F］=93000N。所以:表（10）减速器输出轴端最大允许径向载荷（N）所以满足要求.b.输出轴的短暂最大扭矩验算：（)（2-—28)式中：--钢丝绳最大静拉力在卷筒上产生的扭矩(2-—29）

14-—卷筒效率;所以:经校核符合要求。2。6制动器选型计算起升机构制动器的制动转矩必须大于由货物产生的静转矩，在货物处于悬吊状态时具有足够的安全裕度,单个制动器制动转矩应满足下式要求：（)(2——30）式中：—-制动器制动转矩（）;——制动安全系数，与机构重要程度和机构工作级别有关，当制动器数目为1时，查表（13）得:；——额定起升载荷,;——机构总效率，为0.908；—-倍率，为2；——减速器传动比，见式(2——23）；——制动器数目表(11）制动安全系数所以:根据计算所得的制转矩，根据参考文献【1】P316，选择YW系列店里液压块式制动器，并考虑安装要求：选择制动器型号为：YWZ5—250/30,其规格以及技术参数如下：制动轮直径250mm，制动转矩180~315，退距1.25mm，匹配推动器型号ED30/5，电机功率200w，每小时动作次数2000，质量43。6kg。2。7联轴器选型起重机上采用的联轴器，通常按其工作条件确定选用何种型式，再按其所承受的力矩、被连接轴的轴颈尺寸和转速,从系列表中选出具体型号，使之满足：（2—-31）式中:

15——联轴器传递的计算力矩(）;——联轴器许用扭矩；1．高速轴联轴器选型：（2——32）式中：—-按第Ⅱ类载荷计算的轴传递最大扭矩，，在此为电动机转矩允许过载倍数，为电动机额定转矩，.（2-—33)则：-—考虑联轴器重要程度的系数，查参考资料【2】P40，为第2类载荷，见表(14），取得=1.3;-—考虑工作级别的系数，见表（15）,取得=1。2；——考虑角度偏差系数，查表（16）得=1。25；故：所以选择：CL1联轴器JB/ZQ4218—86。表(12)系数表（13)系数表（14)系数2．低速轴联轴器选型：卷筒联轴器的可按稳定工作时卷筒连接处承受转矩和最大径向载荷进行计算，需要满足以下要求：(2——34）（2——35）式中：—-卷筒所受钢丝绳拉力之和，＝2＊S=2＊13207N=26414N;—-卷筒重力；—-选用联轴器的许用最大公称转矩,;-—选用联轴器的许用径向载荷；——联轴器的许用最大径向载荷；——径向载荷补偿系数；—-工作级别系数；——动载系数，；选用上海振华港机(集团）有限公司生产的卷筒联轴器:

16型号:DCO8A,=315000,=224000，=2.2，=1.3则：经验算,所以符合要求。2.8启制动时间和启动加速度验算1．启动时间验算，按以下公式来验算：满载起升加速时间：（2—-36）式中：—-电机额定转速（r/min），为962r/min；—-机构运动质量换算到电机轴上的总的转动惯量（），按下式计算:（2——38）其中：——电机转子的转动惯量，在电机样本中查取，如样本中给出的是飞轮矩,则按，换算；—-制动轮和联轴器的转动惯量；——电机平均起动转矩,按参考资料【1】P97选取;——电机静阻力矩，按下式计算：(2—-39）--—推荐起动时间（s）按参考资料【1】P97选取.所以得：(2——40）所以符合要求。2．启动加速度验算：启动时间是否合适,还可以根据启动平均加速度来验算：（2——41）式中:--起动平均加速度,;——起升速度(m／s)；——平均升降加（减）速度推荐值(），查参考资料【1】P98选取。所以:所以符合要求。2.9制动时间和制动加速度验算1．制动时间验算：满载下降制动时间:

17（2-—42）式中:———满载下降时电机的转速（r/min）,通常取n′=1。1n；-—制动器制动转矩（N.m)；——满载下降时制动轴静转矩,（N.m）,按下式计算:（2——43)——下降时换算到电机轴上的机构总转动惯量，按下式计算：（2——44）-—推荐制动时间（s），可取；所以得：r/min所以经验算,符合要求。1．制动加速度的验算起动时间是否合适，还可根据起动平均加速度来验算：（2——45）式中：——满载下载速度，无特殊要求，下降制动时物品减速度不应大于参考资料【1】P97的推荐值,则：经验算符合要求，所以整个设计符合设计要求。3设计小结首先,我得承认我早在这次设计中学到很多东西,这其中的辛酸苦辣只有我自己知道，通过这次设计我对起重机的起升机构有了进一步的了解,在这次设计中我得感谢所有给予我帮助的同学以及老师，忠心的谢谢他们。由最初的茫然，不知道如何下手，到慢慢商讨探究，到最后的加班赶作业，这期间其实心里也承受着蛮多压力的，眼看着时间越来越紧迫，可是我却还不知道从何下手，可能也有一部分心里因素，比如说,别人都没搞，我也不要急，这也算是一种自我的心里安慰吧,到最后加了几个夜班才收工，但是当真正完成了任务时，心里是多么轻松，多么的激动，几天的辛苦劳累，不眠不休,最终换来的成就总是让人那么久久不能释怀。

18同时在这次设计中,也培养了我对事物的探究思考时要时刻保持全面谨慎的态度，我相信在我以后的学习生活中，我会继续发扬我在设计中所表现出得那种坚毅,相信我会在以后人生中更上一层楼.参考资料：【1】《起重机机械手册》，张志文等主编，中国铁道出版社；【2】《起重机设计手册》，机械工业出版社；【3】《机械设计课程设计》第二版,唐增宝等主编,华中科技大学出版社;【4】《机械设计基础》第四版，黄华梁，彭文生主编，高等教育出版社;【5】中华人民共和国国家标准GB3811-83起重机设计规范，北京：中国标准出版社.