模块四起升机构

1、模块四,起升机构,单元一,起升机构概述,一、起升机构的基本原理,尽管起升机有各种各样的型式，但它总是由,起升、,运行、变幅和回转机构,的不同组合，并加上支承金属结,构，动力装置及控制设备等构成。,在起重机的四大机构中，,由于起升机构是用来实现货,物的升降，这是任何起重机,不可缺少的部分，因而是起,重机中最重要、最基本的机,构，它的性能的优劣，将直,接影响整台起重机械的工作,性能。,（一）起升机构的组成,1.,起升机构的工作过程,2.,起升机构的基本组成,驱动装置,电机,传动装置,联轴器、减速器、浮动轴,卷绕系统,卷筒组、滑轮组、钢丝绳,制动装置,制动器,取物装置,吊钩组、抓斗、电磁吸盘、夹钳等

2、,安全指示辅助装置,起升高度限位器（双重保护、,双向保护）、起重量限制器、速度限制器、起重量指,示器、派绳装置等,（二）起升机构的工作速度,1.,起升速度,2.,下降速度,通常采用起升速度来表征机构的起升能力,（三）起升机构的型式,1.,主,/,副起升机构,条件：起重量大于,10t,；,形式：设主副两个起升机构；,特点：主副机构不能,同时工作,；,2,、双,/,多卷扬起升机构,特点：设两个独立并能同时,工作的起升机构；,（三）起升机构的型式,3,、取物装置的变化,种类：吊钩式、抓斗式、电磁吸盘式等；,4,、主传动及卷筒布置方式的变化,按主传动方式分：平行轴线式、垂直轴线式、同轴线式；,按卷筒布

3、置形式分：单卷筒单轴式、双卷筒单轴式、双卷,筒双轴式。,二、起升机构的布置方案,（一）平行轴线布置,1,、吊钩起重机,特点,:,右图减速器与卷筒,之间增加一对开式齿轮；,二、起升机构的布置方案,（一）平行轴线布置,1,、吊钩起重机,特点：双电动机、,两个单联卷筒拖,动同一个负载；,二、起升机构的布置方案,（一）平行轴线布置,1,、吊钩起重机,特点：卷筒支承在两个轴承,座上，即为两个支点；箱体,下方另设一个支承，形成三,点支承结构。,2,、抓斗起重机,特点：两套完全相同的起升机构组成，一套实现抓,斗升降动作，另一套实现抓斗开闭动作。,2.,同轴线布置,2.,同轴线布置,特点：传动比大、效率高、构

4、造紧凑、质量小、易,实现系列模块化；,3.,垂直轴线布置,单元二,起升机构的构造,集中驱动,流动式起重机,动力驱动,按驱动方式,分别驱动,供电方便,人力驱动,少用,起升机构的总体布置在很大程度上取决于,驱动装置,的,型式。集中驱动仅用于以内燃机为原动力的流动式起重机,（如汽车、轮胎等），其,构造特点,是传动装置与操纵系统,复杂，而对分别驱动来说，由于各机构用单独的电动机驱,动，带来的优点是布置方便，安装和检修容易，因而分别,驱动是现代起重机主要采用的型式。,一、电动机与减速器输入轴之间的连接,（一）起升机构高速轴传动连接基本要求,（,1,）转速高；,（,2,）有一定的补偿性能；,（,3,）结构

5、紧凑。,（二）起升驱动装置,1,、电动机,带有低脚的电动机,2,、液压马达,高速液压马达或低速大转矩液压马达,（三）联轴器的种类和特点,为了安装方便与避免高速轴在,小车架受载变形,时受,到弯曲，联轴器应当是带有调位补偿性能的使用：,无浮动轴,时：,全齿联轴器,弹性柱销联轴器,梅花联轴器,有浮动轴,时：,半齿联轴器,梅花联轴器,（四）起升制动系统,制动器一般都装在高速轴上，高速轴转矩小，以减小,其尺寸。经常利用,联轴器的一个半体兼作制动轮,，且带制,动轮的半体应,安装在减速器轴,上，这样，既可以提高安全,度（即使联轴器、浮动轴等出现损坏，制动器仍能起作用，,保证了安全），又可以避免浮动轴和联轴器

6、另一半体长时,间受载，提高其使用寿命。,制动装置的安装位置：,一个制动器时，一般装载减速器端,两个制动器时，另一个制动器的安装位置有三种,a.,减速器的另一端,：安全性高，但需双出轴的减速器，和,一个与制动器相匹配的刚性制动轮，另外，对机构的布置,也有影响。,b.,电动机的另一端,：需双出轴电机和刚性制动轮，一般尽,量避免。目前也有将盘式制动器装载电机尾部壳体内，制,成一个组合部件（带制动器的电动机），从而使机构外形,紧凑、美观，但难于维修。,c.,浮动轴的另一个联轴器上,：简单、部件少、分组性好，,但浮动轴和联轴器全成了受力构件。,二、减速器输出轴与卷筒连接,（一）起升机构低速轴系传动连接基

7、本要求,（,1,）低转速，传动平稳；,（,2,）支承合理，安全可靠；,（,3,）补偿性和分组性好，便于布置安装。,（二）单卷筒单轴式,定义：起升机构低速部分采用单个卷筒装在单一轴上的,布置形式。,1,、两轴端用柔性联轴器直接相连的方案,优点：原理简洁、清晰，,补偿性能和分组性好。,缺点：卷筒轴向尺寸较,长，轴向布置松散、,自重较大。,2,、卷筒联轴器连接方案,（,1,）方案一：专用齿形卷筒联轴器,优点：封闭式传动方案，结构紧凑，连接可靠，补偿性,和分组性好。,缺点：输出端构造复杂，承受径向载荷的能力有限。,（,2,）方案二：专用鼓形齿卷筒联轴器,优点：结构紧凑，工作稳定，传递转矩和承受径向载荷

8、,较大，补偿性和分组性好。,2,、卷筒联轴器连接方案,（,3,）方案三：专用鼓形滚子卷筒联轴器,优点：结构紧凑，支承静定，补偿性和分组性好，传递,转矩和承受径向载荷能力强，便于安装。,（,4,）方案四：球铰式卷筒联轴器,优点：适合于起重量大，卷筒长，补偿性要求高的场合。,2,、卷筒联轴器连接方案,（,5,）卷筒联轴器方案的注意事项,轴向力及轴向固定问题：由于卷筒轴上出现轴向力，从,连接原理方案二和方案三卷筒联轴器都不能承受太大的,轴向载荷，否则可能造成传动连接失败。此类方案改为,由卷筒轴承座独自承受轴向力的形式。,卷筒联轴器安装定位问题：安装时保证轴向定位准确。,3,、输出轴附加开式齿轮传动方

9、案,（,1,）普通低速轴附加开式齿轮传动,连接原理：两轴端用柔性联轴器相连，适合于圆周速度较,低的情况，大齿轮布置在靠近卷筒的最后传动级中。,(a),小齿轮直接悬臂安装；,(b)(c),小齿轮独立轴承座双点支承；,(d),小齿轮支承在减速器箱体上。,3,、输出轴附加开式齿轮传动方案,（,2,）特殊的开式传动,应用：对于大起重量的起升机构，采用特殊布置形式的减,速器附加开式传动的方案，以降低起升速度。,（,3,）串级传动,（,4,）开式大齿轮与卷筒的连接,4,、两轴直接刚性相连的连接方案,卷筒轴与减速器轴直接刚性连接方案,特点：减速器输出轴以平键或花键的形式与卷筒轮辐直接,刚性连接，并支承卷筒一

10、侧，卷筒另一侧采用短轴形式,支承在轴承座上。,5,、两轴合二为一的连接方案,（,1,）减速器通轴的连接方案,特点：输出轴延长为通轴，连接卷筒，单侧轴承座支承，,形成图,a,的超静定支承结构；去掉减速器输出侧中间轴承,只保留密封，则为图,b,的静定简支结构。,5,、两轴合二为一的连接方案,（,2,）卷筒轴的连接方案,特点：卷筒轴且卷筒两侧采用轴承支承，减速器通过内花,键与卷筒长轴连接固定，并形成悬臂悬挂形式。,单元三,特殊的起升机构构造,一、带变幅补偿装置的起升机构,中小臂架型起重机：绳索补偿法，实现变幅过程吊重的,水平移动。,方法：滑轮组补偿法和圆锥卷筒补偿法。,二、采用牵引小车式的起升卷绕系

11、统,（一）桥式抓斗卸船机的起升卷绕系统,组成：一个主小车、一个,中间辅助小车。,过程：当主小车移动一段,距离,S,后，辅助小车向主,小车的方向移动,S/2,的距,离，保证抓斗起升机构,不动作时，抓斗在小车,水平运行过程中高度保,持不变。,二、采用牵引小车式的起升卷绕系统,（二）岸边集装箱起重机起升卷绕系统,组成：一组钢丝绳既起升,集装箱，又牵引小车运,行。两组钢丝绳分别从,卷筒引出，经过滑轮，,绕过小车滑轮和吊具上,架滑轮后，再回到小车,并固定系结。,三、双,/,多层卷绕系统,（一）绳端固定于卷筒中部的双联双层卷绕系统,过程：钢丝绳绳端固定于,卷筒中部并向两侧沿绳,槽缠绕第一层，第一层,缠绕后

12、，钢丝绳开始向,卷筒中部反向缠绕第二,层。,三、双,/,多层卷绕系统,（二）绳端固定于卷筒端部的同向四联双层卷绕系统,过程：两个双联滑轮组的两个绳头用压板分别固定在卷筒,两侧，则有四个分支；用,A1,、,A2,的第一个分支分别卷绕,在卷筒的左右两端并形成第一层绳，同时用,A2,、,A1,的另,一分支分别卷绕在卷筒左右两端，形成第二层绳。,三、双,/,多层卷绕系统,（三）采用排绳装置的多层卷绕系统,措施：,(1),卷筒开螺旋绳槽，保证第一层钢丝有序排列；,（,2,）采用一般或特殊绳槽装置；,（,3,）采用压绳器；,（四）大起升高度的卷绕系统,起升高度超过,20,米，卷绕系统方案：,（,1,）加大

13、卷筒直径、长度或数量；,（,2,）减小滑轮组倍率。,单元四,起升机构的设计,一、已知条件和任务,1.,已知条件,设计参数,m,Q,(,P,Q,),，,v,n,，,H,，工作级别、,JC,等；,起重机的使用场合、具体工作条件,是否有特殊要求（如高空作业、防爆、防水）,2.,任务,初步确定起升机构的布置方案，确定起升倍率,m,；,通过计算，选用机构中所需要的标准零部件（电机、,制动器、联轴器、钢丝绳、吊钩组等），设计非,标,件并对其进一步的强度、刚度计算,。,二、起升机构的载荷特点和计算工况,1.,载荷特点,单向作用载荷（位能性载荷）,起、制动时间较短（动载荷作用时间较短）,惯量主要集中在高速部分

14、（系统总惯量较小，动载荷较小）,2.,计算工况,根据起升机构的载荷特点，可将,稳定运动时的额定,起升载荷作为机构的计算载荷,。,满负荷正常工作时期（不考虑起动动载荷影响）,二、起升机构的载荷特点和计算工况,3.,从,卷筒到制动轮间的大部分传动件,要按第类载荷进,行疲劳计算，即,高速轴,M,?,(1.3,:,-,1.4),M,n,?,除电机轴以外的低速轴,M,?,?,6,M,Q,1,?,6,?,(1,?,?,2,),2,M,Q,额定起升载荷换算到计算轴上的力矩。,二、起升机构的载荷特点和计算工况,4.,制动轮至电机间的传动件,经常承受电机起动力矩的作,用，需要适当考虑相应的动载系数，按类载荷计算

15、,高速轴,M,max,?,(2.0,:,-,2.5),M,n,?,除电机轴以外的低速轴,M,max,?,?,2,M,Q,5.,电机至制动器间的轴，由于起、制动的影响，扭转应,力大体按,对称循环变化,的。其余,大部分传动轴和轮齿上,的弯曲应力按脉动循环变化,的。,三、起升机构的设计步骤,1.,钢丝绳,的选定,根据使用要求选好钢丝绳的,结构型式,钢丝绳,最大静拉力,计算,式中：,S,max,?,P,Q,?,P,0,xm,?,z,?,d,N,(,),kN,P,0,吊具的自重；,对抓斗，电磁铁等的重力应计入,P,Q,内；,当,H,50m,时，起升钢丝绳的重力亦应考虑。,x,绕上卷筒的钢丝绳分支数。,z

16、,、,d,滑轮组（,z,）、导向滑轮（,d,）的效率。,三、起升机构的设计步骤,1.,钢丝绳的选定,绳径,的计算和选定,a. C,值法,（选择系数法）,d,?,C,S,max,F,o,?,S,max,n,b.,安全系数法（破断拉力法）,说明：,两种方法实质一样,三、起升机构的设计步骤,2.,卷筒及卷筒组的设计,卷筒,尺寸,的计算,卷筒,强度、稳定性,计算,钢丝,绳压板的固定,计算,卷筒组,零部件,的设计计算,卷筒的,转速,式中：,v,n,起升速度（,m,min,）；,D,0,卷筒的卷（缠）绕直径（,m,）,。,D,0,?,D,?,d,?,hd,mv,n,n,t,?,?,D,0,三、起升机构的设

17、计步骤,3.,滑轮及滑轮组的设计,滑轮,直径,的确定（包括均衡轮）,滑轮,构造,的设计,滑轮组和定滑轮组零部件,的设计计算,钢丝绳偏角,的计算及钢丝绳缠绕图,三、起升机构的设计步骤,4.,初选电动机,起升静功率的计算,式中：,P,j,?,(,P,Q,?,P,0,),v,n,60,?,1000,?,起升时的总机械效率；,t,卷筒的机械效率，采用滚动轴承,时,t,=,0.99,（,要注意和卷筒的联接,型式有关系，此处,0.99,是指齿轮接,手式的联接,）；,ch,传动机构的效率，与传动的型式有关。,（,要注意考虑全部传动链中的影响，如减速器、联,轴器、开式传动等,）,三、起升机构的设计步骤,4.,

18、初选电动机,稳态功率,的计算,电动机的初步选用,P,JC,?,GP,j,P,JC,在,JC,值（机构）时的功率（,kW,）；,G,稳态负载平均系数，据电机类型和机构和机构,JC,值按表选用。,三、起升机构的设计步骤,5.,减速装置,减速传动比的计算与分配,n,d,i,?,n,t,式中：,i,?,i,j,或,i,?,i,j,?,i,k,n,d,在,额定起升载荷,作用下的电机转速，即相当,于,P,j,（,静功率）时的电机转速；,n,d,?,n,0,?,P,j,P,n,(,n,0,?,n,n,),?,n,0,?,P,j,P,JC,(,n,0,?,n,JC,),n,0,电机同步转速,，,YZR,系列有

19、,1000rpm,、,750rpm,和,600rpm,三种；,三、起升机构的设计步骤,5.,减速装置,减速传动比的计算,n,d,i,?,n,t,i,?,i,j,或,i,?,i,j,?,i,k,P,n,、,n,n,电机在,JC,%,值（机构或电机）时的额定功率和,额定转速；,i,j,减速器的速比,，各种型号的减速器有其规定的速,比系列数；,i,k,开式齿轮的速比,，,i,?,Z,1,D,2,k,Z,2,Z,2,?,m,三、起升机构的设计步骤,5.,减速装置,减速器的选用与校核,一般根据起升机构的,传动比,i,或,i,j,、,输入功率,P,j,、,输入,转速,n,d,及,机构的,JC,值,，从各标

20、准减速器的承载能力表上,已列出的,允许输入功率,来选定合适的减速器型号，其它,如减速器的,中心距、轴端型式、装配型式,等还应从机构,的具体布置要求出发予以仔细地考虑。,n,d,?,P,?,P,?,?,P,j,减速器时的许用功率,nj,n,0,选定减速器后，还应用类载荷校核减速器输出轴,的径向载荷和最大力矩是否符合要求。,三、起升机构的设计步骤,5.,减速装置,减速器的选用与校核,M,?,M,max,?,M,d,max,?,i,?,?,ch,G,卷,b.,输出轴最大允许径向力,R,?,R,max,?,S,max,?,2,a.,输出轴最大允许扭矩,G,卷,/2,（一端支撑在减速器上）,注意：对臂架

21、类型起重机，如没有采用卷筒独立支承的,方案，则作用在减速器输出轴上的径向力可能很大，这,不仅影响该输出轴的强度和寿命，而且对,减速器的地脚,螺栓、箱盖螺栓,以至箱盖均有不利影响，因此，门座起,重机起升机构用减速器有时需要专门制作。,三、起升机构的设计步骤,5.,减速装置,选定,减速器的标注,减速器型号,总中心矩,传动比,(,代号,),装配种类和输出轴型式,三、起升机构的设计步骤,6.,验算起升速度和实际所需的功率,v,n,?,?,v,n,i,?,?,?,100%,?,?,?,10,:,-,15%,实际起升速度,v,n,?,?,v,n,i,?,v,n,?,v,i,n,实际所需功率,P,j,?,?

22、,P,j,?,P,j,v,n,i,?,三、起升机构的设计步骤,7.,静力矩的计算,起吊额定起升载荷时作用在卷筒轴山的静力矩为,(,P,Q,?,P,0,),D,0,M,jt,?,（,N,m,）,2,m,?,z,?,d,?,t,M,jt,(,P,Q,?,P,0,),D,0,换算到电机轴上的静力矩为,M,j,?,?,（,N,m,）,i,?,ch,2,mi,?,下降时作用在电机轴上的静力矩为,M,j,?,?,(,P,Q,?,P,0,),D,0,2,mi,?,?,（,N,m,）,下降时总机械效率，无蜗轮传动时，可认为,?,?,?,?,?,?,有蜗轮传动时，,?,?,?,?,z,?,?,d,?,?,t,?

23、,?,ch,?,三、起升机构的设计步骤,8.,制动力矩和制动器的确定,说明：,支持制动,安全系数,减速制动,制动性能,起升机构制动器根据将起吊的货物维持在悬吊状,态并具有一定的安全裕度来选择，即,M,zh,?,k,zh,M,j,?,k,zh,制动安全系数；,注意：上式中取（下降静力矩）是因为制动时（,支持时,）,货物是动力，货重用于卷筒上的力矩通过传动机构驱动,制动轮转动，其,功率流是由低速轴指向高速轴,，效率是,考虑传动机构的摩擦损失，起减小制动力的作用。,三、起升机构的设计步骤,8.,制动力矩和制动器的确定,制动安全系数规定如下：,一般起升机构,(,通常为,M5,级及其以下级别,),不应低

24、于,1.5,；,重要起升机构,(,通常为,M6,级及其以上级别,),不应低于,1.75,；,吊运液态金属和易燃易爆的化学品及危险品的起升机构：,每套驱动装置应装有两个支持制动器，,每一个制动器的制,动安全系数,不低于,1.25,；对于两套彼此有,刚性联系,的驱动装,置，每套装置应装有两个支持制动器，每一个制动器的制,动安全系数,不应低于,1.1,；对于采用,行星差动减速器,传动，,每套驱动装置也应装有两个支持制动器，每一个制动器的,制动安全系数,不应低于,1.75,；,具有液压制动作用的液压传动起升机构：制动安全系数,不应低于,1.25,。,三、起升机构的设计步骤,9.,联轴器的选用和计算,起

25、重机用联轴器，首先根据工作条件确定选用的型式，,再按其所承受的扭矩，被联接轴的轴颈尺寸和转速，从系,列表中选定具体型号，使之满足,式中：,M,联轴器的许用扭矩；,M,if,联轴器传递的计算扭矩；,M,if,?,M,?,对于齿轮联轴器和梅花联轴器，受疲劳寿命控制,M,if,?,nM,max,?,n,?,8,M,n,?,?,对于柱销联轴器，主要受强度控制,M,if,?,nM,max,?,n,?,5,?,8,M,n,?,n,联轴器的安全系数，,n,= 1.5,。,三、起升机构的设计步骤,10.,起、制动时间的计算,起动时间,（起动加速度）的验算,机构起动时，电机发出的起动力矩,M,q,除了克服静阻力

26、,矩,M,j,以外，还应有一部分使运动质量加速的加速力矩,M,J,，,M,J,愈大，加速的时间愈短。,电机轴上力矩平衡方程式：,M,q,?,M,j,?,M,J,惯性力矩：,起动时间：,J,n,d,M,j,?,J,?,?,J,?,J,?,t,q,30,t,q,9.55,t,q,J,?,n,d,t,q,?,9.55(,M,q,-,M,j,),?,?,n,d,起动力矩，对电阻器起动，起动力矩是,式中：,M,q,变化的，取其平均值；,三、起升机构的设计步骤,10.,起、制动时间的计算,起动时间,（起动加速度）的验算,J,起升时换算到电机轴上的总转动惯量；,J,?,1,.15,J,g,?,(,P,Q,?

27、,P,0,),D,0,2,9.55(,M,q,-,M,j,),(,kg,m,2,),J,g,高速轴上旋转质量的转动惯量，包括电机转子的,转动惯量,J,d,与联轴器（制动轮）的转动惯量,J,L,，,J,g,?,J,d,?,J,L,系数,1.15,用以考虑高速轴以外其它回转质量的转动惯量；,起动时间应满足,t,q,?,t,q,一般,t,q,=0.5,2s,装卸生产,t,q,=3,4s,v,n,a,qp,?,?,a,qp,60,t,q,三、起升机构的设计步骤,10.,起、制动时间的计算,制动时间,的验算,制动时，制动器的制动转矩使运动,质量减速，由于下降制动时制动时间较,长，故通常计算下降时的制动时

28、间。,t,zh,?,J,?,n,d,?,9.55(,M,zh,?,M,j,?,),（,s,）,n,d,?,额定起升载荷下降时电机转速,，通常,n,d,?,?,2,n,0,?,n,d,J,?,1,.15,J,g,?,(,P,Q,?,P,0,),D,0,2,4,gm,i,2,2,?,?,8-2,起升机构的计算,三、起升机构的设计步骤,10.,起、制动时间的计算,制动时间的验算,通常，制动时间长短与,起重机作业条件有关,。做,精密,安装,用的起重机，若制动力矩大，会引起物品,上下跳动,，,制动时间过长，则会产生“,溜钩,”,现象，影响吊装工作的正,常运转。故若无特殊要求时，应满足,t,zh,?,t,zh,a,zhp,v,n,?,?,?,a,zhp,60,t,zh,t,zh,?,t,q,三、起升机构的设计步骤,等值损耗法：据电机的负荷图，找出一,个不变的等效负载，使它与实际变化的,负载在使电机发热上等效。如所选电机,的热容量大于由这个等效负载产生的容,量，则电机就不会过热。但如缺乏运转,资料就不能绘制出电机的负荷图，该方,法虽比较精确，但不便使用。,11.,电动机的校核验算,发热校核,a.,简易发热检验法（,等值损耗法,）,设,k,= 1.7,平均起动电流倍数,满足,