毕业设计（论文）-水电站桥式起重机副起升机构设计（全套图纸）.doc

桥式起重机副起升机构设计全套CAD图纸，联系153893706目 录摘要 1ABSTRACT 20 引言 31 起重机介绍 411起重机械的发展动向 4111 发展超大型起重机 4112 “迷你”起重机大量涌现 5113 伸缩臂结构不断改进 5114 数据总线技术得到应用 6115 静液压传动起重机进入市场 6116 混合型起重机得到发展 7117汽车起重机也在不断发展 712 起重机的类型 8121 起重机的基本型式 8122 复动作的起重机械分类 82桥式起重机概述 1121 桥式起重机的分类 1122 小车运行机构 1123 桥架 1224桥式起重机起升机构 13241起升机构的组成 13242起升机构的结构简图 143 副起升机构设计计算 1831 起升机构的典型形式 19311 起升机构驱动装置的布置方式 19312 起升机构钢丝绳卷绕系统设计 23313 滑轮组设计 2532 副起升机构的计算 28321 钢丝绳与卷筒的选择 28322 选择电动机 32323 设计减速器 36324 选择制动器 37323 选择联轴器 3933 副起升机构零部件设计 42331 钢丝绳 42332 卷筒的计算 484 结论 495 参考文献 516 译文 527 原文说明 68摘 要起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门，可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。起重机械与运输机械发展到现在，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、劳动生产率的提高中，起重机必将发挥更大的作用。本起重机为250/50/10t水电站桥式起重机，安装于丰满水电站扩建工程厂房内，用于水轮发电机组及其附属设备的安装和检修工作。本课题主要对起重机的起升机构进行总体设计，主、副起升机构分别有一台电动机，一台减速器，一台轮式制动器，一套卷筒装置和上滑轮装置构成。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The Design of the Hoisting Mechanism of Bridge CraneAbstract The crane is wildly used in industrial and mining enterprises, port ,station warehouse,building site,sea development, space navigation and so on.,it is certain that the crane do a efficient job in the aspects of the land.the sea,the sky,the civil use, and the military use.With development,the crane and transport machines have become the base of the reasonable parts in mass product and mechanical line procdcut areas and now it is one of the important symbols of modern manufacture.The crane will play an important part in development of the four modernizations and promot on mechanical level,produce effieincy in every industry departments.This carne is a kind of 250/50/10t bridge carnes for hydropower station, builded in the workshop of Fengman hydropower station for the extend project. It is used to install, examine and repair of sets of water-turbine generator. This paper focuses on design of hoisting mechanism of the carne, including the main and assistant hoisting mechanism with electromotors, reducers, brake staffs, drum devices and pulley gears. The carne is required to be stables, high accuracy, safety, reliability and advanced technology. Key words: carne, Bridge Crane, design of the hoisting mechanism 桥式起重机起升机构设计0 引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。起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门，可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。起重机械不仅可以作为辅助的生产设备，完成原料、半成品、产品的装卸、搬运，进行机电设备的安装、维修，而且它也是一些生产过程工艺操作中的必须设备，例如钢铁冶金生产中的各个环节，从炉料准备、加料到炼好的钢水浇铸成锭以及脱模取锭等。又例如原子能工业中的一些工艺操作等人所难达到之处，没有起重机械，简直无法生产。据统计，在我国冶金、煤炭部门的机械设备总台数或总重中，起重运输机械约占2565。起重机械与运输机械发展到现在，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、劳动生产率的提高中，起重机必将发挥更大的作用。1起重机介绍1.1起重机械的发展动向1.1.1 发展超大型起重机由于各重点工程向大型化发展，所需构件和配套设备重量不断增加，对超大型起重设备的需求日趋增长。1992年200t以上伸缩臂式起重机的世界销量为90台，到1997年增至130台。德国厂商在起重机大型化发展进程中处于领先地位。世界市场中150t以上的大吨位起重机多数是由利勃海尔和德马泰克公司提供的。利渤海尔LTM1800型是目前世界最大的AT产品，起重量800t，安装超起装置后型号变更为LTM11000D型，最大起重量增至1000t。该机售价550万美元。1998年推出的LTM1500型(起重量500t)售价为540万德国马克。上述三种机型在行驶状态需拆下吊臂等装置分别进行运输。 德马泰克公司1997年推出的AC650型安装超起装置后，最大起重量可从650t增至800t。该机售价500万德国马克。AC650是目前世界上起重吨位最大的整装式伸缩臂起重机，行驶状态不需拆下吊臂分别运输。 住友建机、多田野和加藤公司曾于1989年相继推出360t汽车起重机。住友建机在90年代开发出80t250t共4种AT产品。多田野也在90年代相继推出100t550t共6种特大型AT产品。加藤公司则研制成NK5000型500t汽车起重机。目前日本生产的特大型起重机仅在国内销售。1.1.2 “迷你”起重机大量涌现 起重机向微型化发展，是适应现代建设要求而出现的新趋势。10年前开发的神钢RK70(7t)是世界首台装有下俯式吊臂的“迷你”(Mini) RT产品。目前下俯式吊臂已成为“迷你”起重机的重要标志。这种新概念设计已成功移植到德马泰克AC25(25t)和加藤CR-250(25t)等较大吨位起重机上。 小松公司曾在90年代初、中期相继推出了装有下俯式吊臂的 LW80(8t)和LW100-1(10t)“迷你”RT产品。该公司还曾于1993年和1997年分别推出了另外两种别具特色的LT300型(4.9t)和LT500型(12t)“迷你”RT。据资料介绍，LT300型与LT500型是世界首批装有全自动水平伸缩副臂的轮式起重机。它们将轮式起重机公路行驶能力与专用伸缩臂架技术融为一体，且具有塔机功能，可越过屋顶或其他障碍物靠近作业面，能替代小型自行架设塔机或大型折叠臂式随车起重机。 1.1.3 伸缩臂结构不断改进 利渤海尔LTM1090/2(90t)和LTM1160/2型(160t)AT产品，采用了装有“Telematik”单缸自动伸缩系统的卵圆形截面主臂。这种卵圆形截面主臂在减轻结构重量和提高起重性能方面具有良好效果。目前卵圆形吊臂已列入利勃海尔新产品标准部件，装有世界最长的7节84m卵圆形截面主臂的LTM1500型(500t)AT产品，也采用这种单缸伸缩系统。格鲁夫开发的单缸伸缩系统要早于利勃海尔公司，但格鲁夫早期采用的单缸伸缩系统伸缩速度较慢。此外，德马泰克大吨位起重机主臂也采用卵圆形截面。 格鲁夫GMK6250(250t)和GMK5180(180t)两种AT产品，采用了装有双销双锁自动伸缩系统的U形截面主臂，伸臂速度较快(平均9m/s左右)。伸缩系统由电子式起重机操作装置控制，可将主臂自动伸至各种选定臂长。据报道，美国谢迪格鲁夫工厂将采用德国工厂的主臂制造技术，原有梯形主臂将被淘汰，原因是焊接工艺复杂，制造成本高。1.1.4 数据总线技术得到应用 利渤海尔LTM1030/2型(30t)是世界首台装有数据总线管理系统的高技术双轴AT产品。该机采用CANBUS(控制域网总线)技术，完成发动机传动系统各功能块之间的数字式数据传输和电子控制。CANBUS总线及电气、液压、绳长和风力等数据又被输入到LSB控制装置之中。LSB控制装置是Liccon起重机控制系统的组成部分，可对整个系统数据流及监控特性进行编程。采用数据总线管理系统，可降低起重机油耗及排放值，简化布线，提高整机可靠性与维修方便性。目前已有多种新机型装有LSB系统数据总线(包括LTM1500)。格鲁夫GMK6250和GMK5180也采用了数据总线技术。1.1.5 静液压传动起重机进入市场 首台静液压传动起重机是原克虏伯公司1992年研制的双轴KMK2035型(35t)AT产品。瑞士Compact Truck公司1993年推出的双轴CT2(35t)AT产品是世界第一台投放市场的静液压传动起重机。意大利Rigo公司在1994年推出了RT200(20t)静液压传动RT起重机。随后Compact Truck公司在1997年推出了两种采用静液压传动的3轴CT3(70t/80t)全地面起重机。该机装有8节7.1m40.5m主臂，最大时速75km/h。 采用静液压传动，上车发动机既可驱动起重装置，还可驱动行走装置。此外，可将发动机横向安装在上车回转式操纵室后部，起到整体式配重作用。据介绍，某些机型采用静液压传动后，可大约减重1/3。 1.1.6 混合型起重机得到发展 过去10年中日本RT产品居世界领先地位，许多产品装有传统型号不具备的适于公路行驶的驱动装置，因而可在日本公路合法行驶。这样就促使用户对欧美制造厂商也提出了新要求。据报道，1997年世界RT产品总销量达5000台，其中日本生产了2800台，美国为1250台。 起重机工业中出现了许多新概念设计。Compact Truck公司双轴CT2型（35t）、三轴CT3型(70/80t)和2000年将推出的4轴/6轴CT4型(110t/150t)AT产品，打破了传统驱动模式，采用静液压传动，装有下俯式主臂，整机结构紧凑。 德马泰克双轴AC250型(25t)、加藤双轴CR250型(25t)AT产品和格鲁夫3轴 ATS40型(36.3t)全地面汽车起重机也属于混合型起重机，前两种机型又称为城市型起重机。 1.1.7 汽车起重机也在不断发展 为与RT和AT产品抗衡，汽车起重机新技术、新产品也在不断发展。近年来汽车起重机在英、美等国市场的复兴，使人们对汽车起重机产生新的认识。几年前某些工业界人士曾预测，RT和AT产品的兴起将导致汽车起重机的衰退。日本汽车起重机在世界各地日益流行，以及最近格鲁夫、特雷克斯、林克贝尔特、德马泰克等公司汽车起重机的产品进展，已向上述观念提出挑战。随着工程起重机各机种间技术的相互渗透与竞争，汽车起重机会在世界市场中继续占有一席之地。 80年代末和90年代，国外随车起重机发展极其迅速。世界年总产量已达10万台左右。发展趋势是向多功能、大型化发展，已开发出装有68节伸缩臂的产品。液压系统油缸压力已达3033MPa，比10年前约提高50%，从而导致油缸尺寸的缩小，可在油泵规格不变或略有减小的情况下，提高油缸工作速度。遥控装置也有可能获得更广泛的使用。随车起重机将在今后一段时间内进一步侵占小吨位流动式起重机的部分市场。1.2起重机的类型1.2.1起重机的基本型式起重机械的型式形形色色，五花八门。根据起重机械所配备的工作机构数目的多少或服务范围的不同，起重机械可分为以下两大类别：1 单动作的起重机械 这种起重机械只配备一个工作机构（起升机构），只能实现一个方向上的往复运动，因此其服务范围是一条直线，如千斤顶、固定滑车、升降机、电梯等。2 复动作的起重机械 这种起重机械配备有两个以上的工作机构，即除起升机构外还配备有其它辅助机构，可以实现二个方向以上的往复运动，因此其服务范围是一个平面或一个立体空间。1.2.2复动作的起重机械分类（1）桥架型起重机构造特征：金属构架做成直线形式或门形桥架的形式，构造较简单。服务范围：长方体空间。机构数目：一般有起升、大车运行和小车运行三个工作机构。吊载能力：较大（一般在支撑平面内吊载，稳定性好）典型机种：桥式起重机、门式起重机、缆索起重机等。桥式起重机水 桥架型起重机中最主要的型式，在数量上占起重机总数的首位，使用范围极为广泛，一般用在车间内为生产工艺过程服务。门式起重机是桥架型起重机中另一主要型式，与桥式起重机相比，它们的主要特征是在桥架的一端或两端设有支腿，可直接支承在地基上或沿地面轨道运行，一般用在码头、堆场、造船台等露天作业场地上，为货物装卸。堆垛。船体拼接等生产工艺过程服务。当门式起重机的小车运行速度大，运行距离长，生产率高，主要吊运散料时，常改称为装卸桥。当桥架型起重机的跨度特别大时，为了减轻桥架和整机的自身质量，常常改用缆索来代替桥架，供起重小车支承和运行之用，这类起重机成为缆索起重机，常用在水电站大坝施工等现场上，为工件吊运。混凝土浇筑等生产工艺过程服务。图1.1门式起重机（2）臂架型起重机构造特征：有固定的或可摆动的臂架，上部结构相对下部结构能够回转，构造较复杂。服务范围：圆形或腰圆形的柱体空间。机构数目：一般有起升、回转、变幅和运行四个工作机构、吊载能力：较小（支承平面外吊载，受限于起重机的整体稳定性）典型机种：门座起重机、塔式起重机、汽车起重机等。图1.2门式起重机2桥式起重机概述2.1 桥式起重机的分类桥式起重机架设在车间或仓库等建筑物上空，沿建筑物的纵向设有两条钢轨，桥架在钢轨上运行。桥架上面有小车。它有起升，横行（小车运行），走行（大车运行）三种运动。根据作业条件分为高速型、普通型及低速型三类，以普通型的使用量为最多。至于桥式起重机的名称，将根据其构造特征取名如下：s 梁式起重机s 通用桥式起重机s 龙门起重机s 装卸桥s 冶金桥式起重机s 缆索起重机2.2 小车运行机构在桥式起重机里，小车承担主要任务。因此小车的设计决定整个起重机的好坏，为了起吊一定的载荷，小车必须利用许多机械部件承受起重机起升额定载荷时所需的各种作用力。小车以小车架为基础其上有起升电动机、起升减速机、卷筒、小车运行机构的运行电动机、运行减速机等。小车利用小车架下面的小车轮在起重机桥架上的轨道上运行。桥式起重机所采用的小车，起重量小的为3吨，大的已做到200吨，小车以往称作“起重小车”，小车的设计应该把起升机构和运行机构合理而有效的布置在小车架上，维护检修应该方便。2.3 桥架桥式起重机的钢结构部分是由起重机的主要部分如大梁，横梁装置所构成。这一部分占有起重机百分之八十左右的重量，应按起重机结构标准及起重机钢结构计算规程进行设计。桥式起重机的大梁是由用角钢等型钢组成的平面结构的主粱与副梁构成的。主梁承受垂直载荷、自重及水平载荷，副梁承受自重和水平载荷。主梁由上弦杆、下弦杆、斜杆、竖杆等组成。连接主粱与副梁的杆件是水平杆、斜杆等。各杆件用铆钉或电焊相连接，也可以考虑螺栓连接。各杆件上作用有轴向应力，即拉应力和压应力。主粱的形状有鱼腹型和直线型。对于承受自重、动载荷及弯曲力矩等外力，前者是最理想的结构形式。但这种形式对于材料利用和组装存在有困难。后者是通常采用的形式，目前几乎都采用后一种形式。桥式起重机除承受因垂直载荷产生的弯矩外，还承受因风载及行走运动的水平载荷所产生的弯矩。因此在主粱的侧面设置与主粱形状相同的副桁架。副桁架与主梁的结合是用水平杆、斜杆构成框形，以防受载变形。在水平杆上装设着走台、电动机、行走机构的长轴、轴承。横梁与主桁架和副桁架装在一起，把两根主桁架连接起来。它与主桁架是用坚固的连接板，以精制螺栓装在一起。桥式起重机上的载荷和冲击较大，行走驱动装置的车轮装在横粱上。由轮距为l单位的横梁来承受最大载荷，由小车产生的载荷作用在小车横行轨道上。对普通桥式起重机轮距l取为跨度的1/51/7较好。小重量起重机的横梁通常采用槽钢，大起重量起重机的横梁通常用钢板作成槽形或箱形。2.4桥式起重机起升机构2.4.1 起升机构的组成在起重机中，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。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。起升机构有内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动三种驱动方式。内燃机驱动的起升机构，其动力由内燃机经机械传动装置集中传给包括起升机构在内的各个工作机构。这种驱动方式的优点是具有自身独立的能源，机动灵活，适用于流动作业的流动式起重机。为保证各机构的独立运动，整机的传动系统复杂笨重。由于内燃机不能逆转，不能带载起动，需依靠传动环节的离合实现起动和换向这种驱动方式调速困难，操纵麻烦属于淘汰类型。目前只在现有的少数履带起重机和铁路起重机上应用。电动机驱动是起升机构主要的驱动方式。直流电动机的机械特性适合起升机构工作要求，调速性能好，但获得直流电源较为困难。在大型的工程起重机上，常常用内燃机和直流发电机实现直流传动。交流电动机驱动能直接从电网取得电能操纵简单，维护容易，机组重量轻，工作可靠，在电动起升机构中被广泛采用。本起重机起升机构采用的启动方式也为电动机驱动。液压驱动的起升机构，由原动机带动液压泵将工作油液输入执行构件(液压缸或液压马达)使机构动作，通过控制输入执行构件的液体流量实现调速。液压驱动的优点是传动比大，可以实现大范围的无级调速，结构紧凑，运转平稳，操作方便，过载保护性能好。缺点是液压传动元件的制造精度要求高，液体容易泄漏。目前液压驱动在流动式起重机上获得日益广泛的应用。2.4.2 起升机构的结构简图图2.1为原动机驱动的起升机构的结构简图。电动机1通过联轴器2与减速器4的高速轴相连。机构工作时，减速器的低速轴带动卷筒7，将钢丝绳5卷上或放出，经过滑轮组系统，使吊钩6实现上升或下降。机构停止工作时，制动器3使吊钩连同货物悬吊在空中。吊钩的升降靠电动机改变转向来达到。图2.1 起升机构简图为了安装方便与避免高速轴在小车架受载变形时发生弯曲，联轴器2应是带有补偿性能的，通常采用弹性柱销联轴器或齿轮联轴器。前者构造简单并能缓冲，但弹性橡皮圈的寿命不长；后者坚固耐用，应用最广。齿轮联轴器的寿命与安装质量有关，并且需要经常润滑。为使布置更方便并增高补偿能力，降低磨损，常将齿轮联轴器制成两个半齿轮联轴器，中间用浮动轴或补偿轴连起来。制动器通常装在高速轴上，以减小其尺寸，如图2.1所示位置。经常利用联轴器的一个半体兼作制动轮。带制动轮的联轴器半体应当安装在减速器轴上，这样，即使联轴器损坏，制动器仍能起作用，保证了安全。有时在高速轴上需要装设两个制动器，则第二个制动器可装在减速器高速轴的另一端，如图2.1虚线所示，或者装在浮动轴的另一个联轴器上。也可以把制动器装设在电动机的尾部输出轴上，但这时需要有两端出轴的电动机，所以一般尽量避免。目前也有将制动器放在电动机尾部的壳体内，制成一个组合部件，从而使机构简化紧凑。起升机构的制动器应是常闭式的。采用块式制动器，装有电磁铁或电动推杆作为自动的松闸装置，与电动机电气联锁。制动器的制动力矩应保证有足够的制动安全系数。在要求紧凑的情况下，也有采用带式制动器的。减速器常用封闭式的标准两级圆柱齿轮减速器。在起重量较大（超过80t)的情况下，为得到低速并增大卷筒与电动机间的尺寸，常采用标准的封闭式两级减速器，再增加一对开式齿轮作最后级传动。在要求紧凑的起升机构中，也有采用蜗轮减速器的，其缺点是机械效率低。有时采用蜗轮减速器是为了尽量减少噪声，例如在载客电梯中。近年来还有采用行星齿轮减速器的，减速器（如3K或摆线、渐开线齿形的少齿差行星减速器）装在卷筒的内腔中，电动机和卷筒成同轴线布置，其特点是十分紧凑，但维修不太方便。卷筒通常装在转轴上，使轴承的检查与更换都较方便。卷筒与减速器低速轴可通过特种联轴器相连接，卷筒轴用自位轴承支承于减速器轴的内腔和轴承座中，扭矩由齿轮连接来传递。这种方法紧凑，可靠，分组性好，能补偿减速器轴与卷筒轴间的角度偏差，但减速器低速轴需带特殊齿形轴端，加工时较为复杂。国外有采用鼓形滚子联轴器的，它利用鼓形滚子与两个半圆凹槽的配合实现补偿。由于它不仅能传递扭矩，同时还能承受很大的径向力，故省去了一个径向支承装置。这种布置还省去了卷筒长轴，使重量减轻。当卷筒与开式传动的大齿轮相连接时，卷筒端面与齿轮间用沿圆周布置的螺钉联接。为承受剪切力和传递扭矩，可以用精制的铰制孔用螺栓，也可以在螺孔中配一个受剪套筒而采用普通螺栓。在某些需要能进行货物自由下降的起升机构中，卷筒与减速传动装置间装有摩擦离合器。这时，制动器应装在卷筒上，用来控制自由下降的速度，它应当是可操纵的。卷筒的直径一般尽量选用许用的最小值，因为随着卷筒直径的增加，转矩与减速器的传动比也增大了，会引起整个机构的体积过大。但在起升高度较大时，往往增加卷筒直径以求限制其长度。滑轮组型式（单式或双联的）和它的倍率对起升机构的尺寸也有很大的影响。在桥式起重机中采用双联滑轮组，单式滑轮组只宜用于有导向滑轮的臂架式起重机。滑轮组倍率的选定对钢丝绳中的拉力、卷筒直径与长度、减速器的传动比及总体尺寸都有关系。大起重量采用较大的倍率，可以避免采用过粗的钢丝绳。有时采用增大滑轮组倍率同时相应地降低起升速度的方式来提高起重量，可以使起升机构达到通用性，即将同一起升机构用于不同的起重量，这是在系列设计时常采用的方法。在某些情况下，还可能出于其它原因而适当地选用较小的倍率，如在臂架式起重机中选用较小的倍率可以减少臂架端部的定滑轮数目。在设计大起升高度的起升机构时，也可以采用减小滑轮组倍率的方法来减少卷筒绕绳量，从而避免多层卷绕或过长的卷筒。3 副起升机构设计计算设计起升机构时需给定的主要参数有：起重量、工作级别、起升高度和起升速度。起重量对起升机构的组成型式、传动部件的型号尺寸和电动机的驱动功率都有重要的影响。在起重机系列设计时，合理选择起重量系列是重要的环节。一般情况下，当起重量超过10 t时，常设两个起升机构，即主起升机构和副起升机构。主起升机构的起重量大，用以起吊重的货物。副起升机构的起重量小，但速度较快，用以起吊较轻的货物或作辅助性工作，提高工作效率。起升速度的选择与起重量、起升高度、工作级别和使用要求有关中、小起重量的起重机选用高速以提高生产率：大起重量的起重机选用低速以降低驱动功率，提高工作的平稳性和安全性。工作级别高、经常使用、要求生产率高的起重机宜选用高速；反之工作级别低、用于辅助性工作的起重机可选用低速。用于安装与设备维修的起重机除应选用低速外，还可备有微速或调速功能。大起升高度的起重机为了提高工作效率除适当提高起升速度外，还可备有空载快速升降功能。表3.1为本起重机起升机构主要参数表3.1本起重机起升机构主要参数参数主起升机构副起升机构额定起重量（t）25050工作级别M3M5起升高度（m）2632起升速度（m/min）143.1 起升机构的典型形式3.1.1 起升机构驱动装置的布置方式（1）平行轴线布置大多数起重机起升机构的驱动装置都采取电动机轴与卷筒轴平行布置。起升机构的基本驱动型式见图3.1。当起升机构用于吊运液态金属及其他危险物品时需采用双制动器按图3.1中的点划线选择布置。当需设主、副两个起升机构时，布置方式见图3.2。也有用电动葫芦作为副起升机构，可使布置更加紧凑。图3.1 起升机构的驱动装置图3.2 主、副钩起升机构的驱动装置大起重量的起升机构，由于起升速度相对较慢，减速器传动比增大，也有采用在减速器输出端加一级开式齿轮的方式，见图3.3。起重量超过100t的大型起重机也可采用图3.4的布置方式。慢速起升机构采用一台减速器其传动比已不能满足要求时，可采用图3.5的布置方式。图3.3 带开式齿轮的驱动装置图3.4 大起重量起重机起升机构的驱动装置图3.5 慢速起升机构的驱动装置上述起升机构方案中，各部件都是分别支承、固定在小车架上。要求小车架有足够的精度和刚度，从而使小车架的自重增大，加工制造及安装调整也很麻烦。为了减轻和简化这样的小车架，可采用带有制动器的电动机，并将其直接套装在减速器上，使整个传动机构形成一个独立的整体。通过减速器的两个支承点和卷筒支承座的一个支承点形成稳定支承，可降低对小车架安装精度的要求。此外还可将定滑轮直接套装在卷筒上，并使卷简直接作为小车架的主体，在两端安装行走端梁构成整个起重小车，使结构大为简化，见图3.6。但这种方案只适合于中、小吨位的起重机。图3.6 简易起重小车（2）同轴线布置将电动机、减速器和卷筒成直线排列，电动机和卷筒分别布置在同轴线减速器（常为普通行星减速器或少齿差行星减速器）的两端，或者把减速器布置在卷筒内部。为使机构紧凑和提高组装性能可采用带制动器的端面安装型式的电动机。同轴线布置的起升机构横向尺寸紧凑，但加工精度和安装要求较高维修不太方便。本起重机起升机构设主、副两个起升机构，起升重量分别为250t和50t。驱动装置采用平行轴线布置，布置方式见图3.7。图3.7本起重机驱动装置布置方式3.1.2 起升机构钢丝绳卷绕系统设计3.1.2.1 卷绕系统的典型形式卷绕系统是传动系统的组成部分，起着运动形式的转换作用。图3.8是桥式起重机广泛采用的起升卷绕系统。图3.8 桥式起重机起身卷绕系统在卷绕系统设计时，应尽量避免钢丝绳反向弯折，或尽可能减少反向弯折的次数。出现反向弯折时，可用增大滑轮直径、提高滑轮直径与钢丝绳直径的比值来减缓钢丝绳的疲劳损伤。3.1.2.2 大起升高度卷绕系统方案设计当桥架类型起重机起升高度超过20 m时，钢丝绳卷绕系统一般要特殊考虑采取合适的方案，（1）加大卷筒直径或长度此方案简单易行。但过分加大卷筒直径会带来起升机构高度尺寸的增加；过度增加卷筒长度会导致钢丝绳对滑轮和卷筒绳槽偏斜角的增大，加剧磨损，甚至引起滑轮绳槽的破坏或钢丝绳跳槽，这种方案局限性较大。（2）减小滑轮组倍率此方案简单可行。适当减小倍率能减少钢丝绳在卷简上的绕绳量，并不增加机构外形尺寸，在对起升机构外形尺寸有限制的场合更为有利。但卷筒受力增加，钢丝绳直径增大，减速器传动比也要增加，有一定的使用局限性。（3）普通双层卷绕将钢丝绳端固定于卷筒中部，起升时钢丝绳从中间向两头绕于卷筒绳槽中，绕满碰到端壁时，由于钢丝绳拉力的水平分力指向当中，钢丝绳向当中返回绕第二层。这种方案构造简单，但钢丝绳的偏斜角不能大于3，否则第二层钢丝绳排列不整齐，磨损也厉害，适用于不频繁使用的场合。（4）双卷筒卷绕由两个卷筒同时卷绕，可使起升高度增加一倍，但是机构的外形尺寸较大。（5）多层卷绕多层卷绕时为使钢丝绳在卷筒上排列整齐，通常采取以下措施：卷筒壁开螺旋绳槽，保证第一层钢丝绳整齐排列，同时需要采用压绳器和排绳器。本起重机安装于水电站工程厂房内，用于设备安装及检修工作，不频繁使用，厂房也有足够大的空间，为了简化设计，便于安装和维修保养，本起重机采用加大卷筒直径的方案。3.1.3 滑轮组设计3.1.3.1 滑轮组的种类滑轮组由若干动滑轮和定滑轮组成。根据滑轮组的功用分为：省力滑轮组和增速滑轮组。省力滑轮组广泛用于起重机的起升机构和普通臂架变幅机构，它能用较小的钢丝绳拉力吊起数倍于钢绳拉力的重物。增速滑轮组主要用于液压或气压驱动的机构中，利用液压缸或气缸使工作装置获得数倍于活塞行程和速度，如叉车的门架货叉升降机构和轮式起重机的吊臂伸缩机构。滑轮组又有单式滑轮组与双联滑轮组之分。单式滑轮组用于门座起重机、汽车起重机、塔式起重机等臂架类型的起重机。由于有端部滑轮导向，当卷筒收入放出钢丝绳时，虽然钢丝绳沿卷筒移动，吊钩并不随着作水平位移。但是，对于桥式类型起重机，如果采用单式滑轮组，在吊钩升降时就会引起水平方向的位移(图3.9)，这不仅对于操作引起不便，同时使吊重重量在两根主梁上的分配不等。采用如图3.10所示的双联滑轮组就可以免除这种缺点。图3.9 单式滑轮组起升时的水平位移图3.10 双联滑轮组3.1.3.2 滑轮组的倍率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，钢丝绳直径、滑轮和卷简直径也随之减小，在起升速度不变时，需提高卷筒转数，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。桥式起重机常用双联滑轮组倍率见表3.2。表3.2 桥式起重机常用双联滑轮组倍率额定起重量(t)35812.51620325080100120160200250倍率m12233444566688本起重机主起升机构额定起重量为250t，故选择倍率m8的双联滑轮组；副起升机构额定起重量为50t，选择m4的双联滑轮组。3.1.3.3 滑轮组滑轮的配置滑轮组中的滑轮按所需倍率和结构要求配置。桥式起重机的滑轮组配置见图3.11。图3.11 省力滑轮组双联滑轮组倍率m4时从卷筒引出的钢丝绳两根分支一般通向吊钩架最外边的两个动滑轮，平衡滑轮位于中间位置。当m4时为了不使卷筒中间的光面部分过长应将两根钢丝绳分支引向吊钩组中间两个动滑轮，用平衡梁代替平衡滑轮。为避免钢绳分支在运动中相碰中间两个动滑轮的直径应稍微加大（图3.12）。图3.12 使用平衡梁的双联滑轮组3.2 副起升机构的计算根据任务书，已知本起重机主副升机构主要参数：额定起重量Q0=50t；工作级别M5；副钩起升高度H=32m；副钩起升下降速度V=4m/min。3.2.1 钢丝绳与卷筒的选择1钢丝绳计算1）钢丝绳的最大工作静拉力当滑轮组形式和倍率确定之后，绕入卷筒钢丝绳端头的最大工作静拉力，用总起重量Gt按公式（3.1）计算。Smax1000 Gtg/(madp)（3.1）式中：Smax钢丝绳最大工作拉力，N；Gt总起重量，Gt= Gn(t)Gd(t)，Gn(t)为额定起重量，Gd(t)为取物装置的重量（初选吊钩 滑轮组TZB7147.15 50单钩 TZQ7176.17.00） 共2.255tm滑轮组倍率；a滑轮组上钢丝绳绕入卷筒上的根数；g重力加速度，g取9.81m/s2；d卷筒装置的传动效率，见表3.3；p滑轮组的传动效率，见表3.4。表3.3筒装置传动效率d轴承形式传动效率滚动轴承0.98滑动轴承0.96表3.4滑轮组的传动效率p轴承形式轴承钢丝绳支数234567891011121314滑动0.980.960.960.920.910.890.870.850.840.820.810.790.78滚动0.990.980.970.980.950.940.930.920.910.910.90.890.88根据表3.3，Gt=50+2.255=52.255t；滑轮组采用双联滑轮组（a=2），倍率m=4；根据表3.1，d=0.98；根据表3.2，q=0.93。则Smax1000 Gtg/(madp)= 68109.794N2）钢丝绳直径的选择钢丝绳直径不应小于按公式（3.2）计算的最小直径：dgmin =C(Smax)(1/2)（3.2）式中：dgmin计算的钢丝绳最小直径，mm；C钢丝绳的选择系数，见表3.5。表3.5 钢丝绳选择系数C及许用安全系数n机构工作级别旋转或轻微旋转的钢丝绳不旋转的钢丝绳安全系数n纤维芯钢丝芯纤维芯或者钢丝芯钢丝绳公称抗拉强度N/mm2157016701770157016701770157016701770M1M30.0879 0.0852 0.0828 0.0846 0.0820 0.0797 0.0895 0.0868 0.0843 4.0M40.0932 0.0904 0.0878 0.0897 0.0870 0.0845 0.0949 0.0921 0.0894 4.5M50.0982 0.0953 0.0925 0.0946 0.0946 0.0891 0.1001 0.0970 0.0943 5.0M60.1076 0.1043 0.1014 0.1036 0.1005 0.0976 0.1096 0.1063 0.1032 6.0M70.1162 0.1127 0.1095 0.1119 0.1085 0.1054 0.1184 0.1148 0.1115 7.0M80.1318 0.1278 0.1241 0.1269 0.1230 0.1195 0.1343 0.1343 0.1268 9.0选用钢丝绳公称抗拉强度为1770 N/mm2的纤维芯钢丝绳，工作级别为M5，故C取0.0925。则dgmin0.0925（68109.79）1/2=24.14，取钢丝绳直径d24mm。2卷筒计算1）卷筒直径选择钢丝绳绕入卷筒或绕过滑轮时，钢丝绳中的钢丝产生的附加弯曲应力大小与卷绕直径对绳径之比D/d有关，钢丝绳使用寿命随D/d的增大而增大。试验还表明钢丝绳的使用寿命与在一次升降中通过的弯曲次数，形式和次序有关。为使机构设计得紧凑，忽略弯曲次数和方向对寿命得影响后，钢丝绳得卷绕直径不应小于按公式（3.3）计算的最小直径：Dcphd（3.3）式中：Dcp以钢丝绳中心线计算的钢丝绳卷绕直径，mm。卷筒标准直径见表3.7；h与机构工作级别和钢丝绳结构形式有关的系数，见表3.6；d机构中实际选用的钢丝绳直径，mm。表3.6 系数h值工作级别卷筒滑轮旋转钢丝绳不旋转钢丝绳旋转钢丝绳不旋转钢丝绳M111.212.512.514M212.5141416M314161618M416181820M518202022.4M62022.422.425M722.4252528M825282831.5根据工作级别M5，钢丝绳为旋转钢丝绳，选取h18；则Dcphd1824432。因为副起升机构起升高度32m，为大起升高度卷绕系统，采用增大卷筒直径的方案，根据表3.8，选取卷筒直径D=690mm。表3.7 卷筒直径系列D(mm)355400450500560630690800900100011201250132014001500160017001800190020002120224023602500注：1.卷筒直径D指卷筒绳槽底处的直径；2.本系列试用于铸造卷筒和焊接卷筒。2）卷筒转速计算单层卷绕卷筒转速为：nt60.m.v/.D0（3.4）式中：nt卷筒转速，min-1；v起升速度，m/s； D0卷筒卷绕直径D0=D+d0.6900.240.714m。则nt60.m.v/.D07.137 min-13.2.2 选择电动机起升机构的负载特点是启动时间较短（约1秒左右），只占匀速运动时间的很小比例，起动时惯性载荷也很小，只占起升载荷的1020。根据起升机构的负荷特点和电动机的起动转矩特性，电动机功率可以从按吊起的总起重量Gt算得的静功率进行选择。1）计算电动机静功率所需电动机