20T吊钩桥式起重机设计

1、 中文摘要摘要 桥式起重机是一种提高劳动生产率重要物品搬运设备，主要适应车间物品搬运、设备的安装与检修等用途。我国生产的吊钩电动双梁桥式起重机额定起重范围为5500t，一般10t以上，起重机有主、副两套起升机构；300t以上，起重机还有三套起升机构。电动双梁起重机由桥架、小车运行机构、大车运行机构和电气设备构成。在系统整体设计中采用传统布局的典型结构，小车运行机构采用集中驱动。起升机构滑轮组采用双联滑轮组，重物在升降过程中没有水平移动，起升过程平稳，且钢丝绳的安装和更换容易。相应的卷绕装置采用单层卷筒，有与钢丝绳接触面积大，单位压力低的优点。在起升机构中还涉及到钢丝绳、减速器、联轴器、电动机和

2、制动器的选择等。小车运行机构中涉及小车轮压计算、小车车轮、小车轨道、减速器、联轴器、电动机和制动器的选择计算等。在起重机控制方面，起升机构用主令控制器和磁力控制屏来实现控制，大、小车运行机构用凸轮控制器直接控制。在控制系统设计中，主要针对起升机构、大车运行机构、小车运行机构电路控制系统的设计及保护电路的设计。利用低压电气元件控制起重机，其使用寿命较长，适合车间恶劣环境。关键词：桥式起重机 起升机构 小车运行机构 电气控制系统ii 英文摘要abstract bridge crane is a significant increase labor productivity goods handli

3、ng equipment, primarily to carry goods workshops, equipment installation and maintenance, and other purposes. chinas production of electrical hook rated double-beam bridge crane lifting the range of 5 500 t, generally more than 10 t, cranes are the main, two sets of lifting300 t above, there are thr

4、ee sets of cranes lifting bodies. two-electric beam from the bridge crane, the trolley running, traveling mechanism and electrical equipment constituted. the overall design of the system using the traditional layout of the typical structure and operation of institutions used car driven focus. pulley

5、 group or agency from using double-pulley blocks, heavy objects in the process of lifting the level of no movement, or from the process smooth, and the installation and replacement of wire rope easily. winding installations in the corresponding single reel, a large area of contact with the rope, the

6、 advantages of low pressure units. in lifting bodies also involves rope, reducer, couplings, electrical and brake the choice. vehicles involved in the operation of institutions pressure on the wheels, car wheels, car track, reducer, couplings, electrical and brake the choice of calculation. in the c

7、rane control, or from the institutions with the main controller and magnetic control of the screen to achieve control, big and small car cam controller running institutions with direct control. in the control system design, mainly for lifting bodies, traveling mechanism, the car run institutions cir

8、cuit design and control system for the protection of the circuit design. use of low-voltage electrical components control crane, a longer service life for workshop harsh environment. key words: bridge crane hoisting mechanism car agencies operating electric control system 目录目录中文摘要 英文摘要 1绪论 11.1桥式起重机

9、简介 11.2普通桥式起重机的主要组成部分 11.2.2大车 11.2.2小车 11.2.3动力装置和控制系统 11.3普通桥式起重机的运行方式 12设计任务及参数 22.1主要技术参数 22.2起重机工作机构的级别 23吊钩组的设计计算 33.1原始参数 33.2设计步骤 34滑轮组的设计计算 85钢丝绳的选择 116卷筒的设计计算 127钢丝绳在卷筒上的固定 168起升机构的设计计算 188.1原始参数 188.2设计计算步骤 189小车运行机构的设计计算 269.1原始参数 269.2设计计算步骤 2610起重机主梁的设计计算 3610.1桥式起重机主梁的设计计算主要涉及内容 3611安

10、全装置的选择说明 3711.1主要安全装置的说明 3711.1.1走台与栏杆 3711.1.2排障板 3711.1.3小车行程限位开关 3711.1.4起升高度限位开关 3711.1.5大车行程限位开关 3711.1.6缓冲器与挡铁 3711.2小车缓冲器选择计算 3811.3大车缓冲器选择计算 3912 20吨桥式起重机的控制系统设计 4012.1控制电路设计分析 4012.1.1控制对象分析及控制元件的确定 4012.1.2控制系统的基本要求 4012.1.3电动机的工作状态分析 4112.1.4起重机的供电 4312.2起升机构控制电路的工作原理 4412.2.1起升机构控制电路的特点

11、4412.2.2起升机构电路的保护与联锁 4412.2.3起升机构电气工作控制原理 4512.3小车运行机构电路工作原理 4912.3.1小车运行机构电路工作特点 4912.3.2小车运行机构的电气控制原理 5012.4大车运行机构电路工作原理 5112.4.1大车运行机构电路工作特点 5112.4.2大车运行机构的电气控制原理 5212.5保护电路的工作原理 5312.5.1保护电路的组成 53结束语 55参考文献 56附录1触点状态表 1.1起升机构主令控制器sa触点状态表1.2小车凸轮控制器sa1触点状态表1.3大车凸轮控制器sa2触点状态表附录2电气原理图 2.1起升机构电气原理图2.

12、2小车运行机构电气原理图2.3大车运行机构电气原理图2.4保护电路电气原理图2.5 20t桥式起重机总电气原理图65重庆科技学院专科生毕业设计 1绪论1 绪论1.1桥式起重机的简介 桥式起重机是生产车间、料场、电站厂房和仓库中为实现生产过程机械化和自动化，减轻体力劳动，提高劳动生产率的重要物品搬运设备。它通常用来搬运物品，也可用于设备的安装与检修等用途。桥式起重机安装在厂房高处两侧的吊车梁上，整机可以沿铺设在吊车梁上的轨道纵向行驶，而起重小车又可沿小车轨道（铺设在起重机的桥架上）横向行驶，吊钩则作升降运动。因此，它的工作范围是其所能行驶地段的长方体空间，正好与一般车间形式相适应。1.2普通桥式

13、起重机的主要组成部分1.2.1大车由桥架和大车运行机构组成。桥架：桥架为起重机的金属结构，一方面支撑小车，允许小车在它上面横向行驶；另一方面又是起重机行走的车体，可沿铺设在厂房上面的轨道行驶。在其两侧的走台上，安装有大车运行机构和电器设备，大车运行机构用来驱动大车行走，大车上一般还有驾驶室，用来操纵起重机和安装各机构的控制设备。桥架主要由主梁和端梁组成。设计时要考虑其强度，刚度和稳定性要求，也应考虑自重和外形尺寸要小，加工制造简单，运输，存放和使用维修方便，成本低等因素。1.2.2小车小车由起升机构，小车运行机构，小车架和保护装置等组成。小车架要承受起升载荷和各机构自重，应有足够的强度和刚度，

14、同时又要尽量减轻自重，以降低轮压和桥架受载。小车的电力则由滑线或软电缆引入。设计时要考虑改善零部件的受力情况、减少外形尺寸和自重、安全可靠、工作平稳、装配维修方便等因素。1.2.3动力装置和控制系统动力装置是驱动起重机运动的动力设备，它在很大程度上决定了起重机的性能和构造特点，桥式起重机的动力装置一般采用电动机。控制系统包括操纵装置和安全装置。各机构的启动、调速、改向、制动和停止，都通过操纵控制系统来实现。1.3普通桥式起重机的运行方式 桥式起重机是一种循环的、间隙动作的、短程搬运机械。一个工作循环一般包括上料、运送、卸料及回到原位的过程，即取物装置从取物地点由起升机构把物料提起，由运行机构把

15、物料移位，然后物料在指定地点下放，接着进行相反动作，使取物装置回到原处，以便进行下一次工作循环。在两个工作循环之间一般有短暂的停歇。起重机工作时，各机构经常处于起动、制动以及正向、反向等相互交替的运动状态之中。重庆科技学院专科生毕业设计 2 设计任务及技术参数2 设计任务及技术参数2.1主要技术参数： 最大起重量： 20吨 粱跨度： 31500mm 起升速度: 18 28m/min 起升高度: 14mm 起重机运行速度: 80 95m/min 起升机构运行速度: 40 45m/min2.2起重机工作机构的级别: 起重机工作级别a6; 其中载荷状态为q2(有时起升额定载荷,一般起升中等载荷);利

16、用等级为t6(总工作循环次数n=,不经常繁忙使用) 起升机构工作级别m6;其中利用等级为t6,载荷状况为l2小车运行机构工作级别m4;其中利用等级为t4,载荷状况l3 大车运行机构工作级别m4;其中利用等级为t4,载荷状况l2重庆科技学院专科生毕业设计 3 吊钩组的选择计算3 吊钩组的选择计算3.1原始参数 机构工作级别:m6, 采用双联滑轮组,倍率: m=4起升质量: = 20 t 起升载荷: 起升速度: 初取3.2设计步骤计算项目计算内容计算结果1.吊钩形式选择吊钩采用倍率m=4的双联滑轮组,故采用长形吊钩组吊钩用普通的短吊钩长形吊钩组 普通短吊钩2.吊钩结构及制造方法的确定选用吊钩断面为

17、梯形的吊钩,其受力情况合理.用锻造方式制造,材料为20钢,机加工前热处理,硬度小于或等于156hbs梯形断面吊钩锻造制造3.吊钩主要尺寸的确定d=160h=180mmb=140mm4.钩身强度计算计算项目12和34断面为危险断面，通常垂直断面34取与水平断面12相同的断面，而最大拉应力约为12断面的50% ，故只验算12面。计算内容 计算结果4.钩身强度计算计算公式： n/ 式中：a断面面积，a=15840断面重心坐标，=65mm断面形状系数，=0.096起升动力系数，=1.56对于20钢，查表得；取安全系数n=1.3，则许用应力为： 钩身验算通过 5.吊钩尾部螺纹直径的确定即=85mm式中：

18、 同上螺纹根部直径材料许用应力查表取梯形圆螺纹：6.确定吊钩螺母尺寸计算项目螺母最小工作高度：h=0.8d=72mm根据实际结构，需设防松螺栓，故取螺母高度为：90mm 螺栓外径d=（1.72）d=153180mm选取d=160mm上式中d为螺纹公称直径，d=90mm计算内容 h=90mmd=160mm计算结果7.选择推力轴承根据所选吊钩螺母尺寸，查表初选推力轴承型号：81124 其额定静载荷=660kn，因轴承在工作时很少转动，只需校验额定静载荷即可。当量静负荷：安全系数，取=1.25 校验通过选择 81124型推力轴承8.吊钩横梁的计算根据滑轮尺寸，吊钩组装置示意图为吊钩梁可看作简支梁，受

19、力图如下：横梁中间断面尺寸如下示： 集中载荷：=l=475mm p1=p2=l=475mm=237.5mmd=106mmb=160mmp=312kn计算项目计算内容 计算结果8.吊钩横梁的计算最大弯矩计算如下： knm =18.529knm中间断面的弯曲系数：最大弯曲应力为： 横梁材料为45钢，查表得屈服极限：取安全系数n=3，则许用强度：由 取h=150mmh=150mm9.吊钩拉板强度计算拉板结构尺寸如下图所示，断面aa受拉伸应力，计算如下： 其中 为拉板厚度因拉板材料为a3钢，查表得屈服极限： 取安全系数n=1.7,则许用拉伸应力为：n=1.7计算项目计算内容计算结果9.吊钩拉板强度计算

20、因： mm因轴孔要受挤压应力，则有：取安全系数 n=3.5, 则有 由上可得：取 拉板结构图如下： 14 mmn=3.56.0376mmb=200mmd=120mmh=100mm重庆科技学院专科生生业设计 4 滑轮组的设计计算4 滑轮组的设计计算计算项目计算内容计算结果1.滑轮结构形式及相关尺寸的确定采用铸钢滑轮，因为其强度和冲击韧性好，材料选：2g230450材料2g230450a=63mmb=45mms=14mmc=37mmr=12mmm=14mm r=3m2.滑轮直径的确定(1) 普通滑轮直径的选择：查表选取d=630mm式中：h与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，查表取h=22.4

21、d钢丝绳直径，d=20mm(2) 平衡轮直径的选择：d=630mm3.吊钩组上滑轮轴的计算计算项目 （1）吊钩装置简图如下；计算内容l=475mml1=78mml2=112mml3=95mm计算结果3.吊钩组上滑轮轴的计算计算项目（2）.滑轮轴可简化为简支梁，认为作用四个集中载荷受力情况图如下： =78kn =20904弯曲应力为：滑轮轴材料为45钢， 则有： 查手册选取 d=130mm计算内容材料：45钢d=130mm计算结果4.滑轮轴承的选择计算轴承的圆周速度：工作转数：每个滑轮中均采用两个径向滚动轴承，根据滑轮组的选择，查表选用6226型轴承。查表得，额定静载荷： 额定动载荷： 所选轴承

22、的验算： ()验算通过式中：寿命系数，取=2负荷系数，=1.5速度系数，=0.95温度系数，=1轴承径向负荷： =39kn由于， e 因此有当量动负荷：选用6226型轴承=123.2kn 校核通过式中n 为钢丝绳折减系数，取n=0.85钢丝绳最小破断拉力，查手册选取=220knd=20mm校核通过n=0.85=220kn重庆科技学院专科生毕业设计 6 卷筒的设计计算3.钢丝绳的标记选取钢丝绳为：直径20mm，光面钢丝，结构形式为6西鲁式，纤维芯，抗拉强度为1670，右交互捻，最小破断拉力为220kn，单位长度重量147标记：20nat619s+fc1670zs220147gb/t8918199

23、6标记：20nat1670zs220147gb/t89181996 6 卷筒的设计计算计算项目计算内容计算结果1.卷筒类型的初步选择由于起升高度比较高，根据滑轮倍率和起升速度，采用双联卷筒，标准槽形，用铸造方式制造，材料为灰铸铁 双联卷筒，标准槽，灰铸铁铸造2.卷筒直径的定（1）直径确定：d查手册选用a型卷筒，直径d=400mm式中： h与机构级别有关的系数，取h=20 d钢丝绳的直径，d=20mm（2）卷筒的槽形的选择：查手册，选标准槽形，其尺寸如下：槽底半径r=11mm,槽距，表面精度为1级，标记为：槽形 jb/t9006.11999a型卷筒d=400mmr=11mm表面精度为1级槽形 j

24、b/t9006.119993.双联卷筒长度及壁厚的确定计算项目（1）卷筒上有螺旋槽部分长 =式中：滑轮组倍率， 卷筒计算直径最大起升高度，固定钢丝绳安全圈数，绳槽槽距，=22mm（2）双联卷筒长度l：取l=2500mm计算内容=22mml=2500mm计算结果3.双联卷筒长度及壁厚的确定式中：卷筒两端的边缘长度根据结构取=70mm固定钢丝绳所需长度中间光滑部分长度根据钢丝绳允许偏角左右，则有：取物装置处于上极限时，动滑轮轴线与卷筒轴线的间距，取=1500mm由卷筒出来的两根钢丝绳引入悬挂装置的两动滑轮的间距: =319mm所选卷筒标记为：卷筒a400左 jb/t9006.21999（3）卷筒壁

25、厚确定 对铸铁卷筒，按经验公式初选：（610）=0.02400+（610） =1418mm取=70mm=66mm取=180mm卷筒a40025001122144左jb/t9006.219994.卷筒强度的计算计算项目因卷筒长度l=2500mm3d=1200mm需计算压应力和弯曲应力。（1）压应力的计算卷筒最大压应力在筒壁的内表面，计算内容计算结果4.卷筒强度的计算计算项目较核通过上式中：钢丝绳最大静拉力 =26288.7n许用压应力抗压强度，查手册=750mpan安全系数，取n=4.25钢丝绳卷绕节距，=22mm(2) 弯曲应力的计算受力和弯曲简图：因扭转应力很小，故忽略不计。式中：弯矩；=2

26、6288.7956.5 =25145141.55nw卷筒断面抗弯模量； =2159690计算内容 校验通过=26288.7n=750mpan=4.25=22mm=25145141.55 nw=2159690计算结果4.卷筒强度的计算卷筒所受合应力： =35.8mpampa 校核通过式中：材料的抗拉强度，=320mpan安全系数；取n=5=35.8mpa 校核通过=320mpan=55.卷筒的抗压稳定性验算验算公式： 式中：n稳定系数；取n=1.5p卷筒壁单位面积受的外压力；受压失稳临界压力；（22.6）=（22.6）2532.5=5.97 满足稳定性要求 满足稳定性要求重庆科技学院专科生毕业设

27、计 7 钢丝绳在卷筒上的固定计算7 钢丝绳在卷筒上的固定计算计算项目计算内容计算结果1固定方法的选择采用压板固定；因其构造简单，装拆方便，便于观察和检查，并安全可靠。其固定形式如下图示：压板固定2绳尾固定处拉力计算计算式如下：式中：钢丝绳最大静拉力钢丝绳与卷筒的摩擦系数，取安全圈在卷筒上的包角；取e自然对数的底数; e=2.718e=2.7183螺栓预紧力计算因选压板槽为半圆形，故：p=4756.4n4螺栓强度验算计算项目= =110mpa校验通过计算内容 ; 满足要求。（3）减速器的验算 最大径向力的验算 许用径向力： 实际传动比=724 r/min a=4=420mmv=20m/min 满

28、足要求=42010.4n计算项目计算内容计算结果2.减速器的选择 满足要求钢丝绳最大静拉力卷筒重力；起升载荷动载系数，取=1.56减速器输出轴端的最大允许径向载荷，取=45600n最大扭矩验算： = 8612.2 =42500 验算通过式中：t钢丝绳最大静拉力在卷筒上产生的力矩减速器输出轴允许的短暂最大扭矩，查手册：=42500 满足要求=1.56=8612.2 54.4kw验算通过式中：电机额定功率； u电动机台数；u=1电动机过载倍数；=3.3h电机有关系数；绕线型h=2.1v实际起升速度 54.4kw验算通过u=1=3.3h=2.1v=19.1m/min计算项目计算内容计算结果3.校验电

29、机的过载和发热机构的效率；取=0.8q起升机构的总载荷；q=（2）电机发热校核 =68.385kw =65.26kw校核通过 式中：电机允许输出功率，查表取 p=68.385kw 稳态平均功率 =65.26kw=0.8q=205kn 校核通过=68.385kw=65.26kw4.制动器的选择制动转矩满足下式要求： =1.2054根据=1.2054；查表得选取yw500/121型电力液压块式制动器；额定制动转矩=11202240；制动轮直径：d=500mm; 转动惯量：式中：制动器制动转矩 制动安全系数；取=1.75 1205.4选取yw500/121型电力液压块式制动器=11202240d=5

30、00mm=1.755.联轴器的选择计算项目（1）电机与浮动轴连接处联轴器 电机轴端尺寸：d=95mm(圆锥); l=170mm ; 浮动轴尺寸 ：d=95mm计算内容d=95mm(圆锥)l=170mmd=95mm计算结果5.联轴器的选择选取联轴器应满足下式要求： =5328式中：所传递扭矩计算值 联轴器重要程度系数；=1.8角度偏差系数；=1传动轴最大扭矩；（0.70.8） =联轴器许用扭矩根据以上要求，查手册，选用lm12型梅花弹性联轴器；其m ；转动惯量： ; 选用合理联轴器标注为：lm12联轴器mt12agb/t 5272 2002（2）减速器与浮动轴的连接处联轴器 浮动轴端尺寸：d=9

31、5mm减速器输入轴：d=90mm l=170mm制动轮直径：d=500 mm根据以上结构尺寸和t=5328m;选取lmz11i500型带制动轮的梅花型联轴器；许用转矩：=9000m =5328m选用合理t=1.8=12960选用lm12型 选用合理标注：lm12联轴器mt12a gb/t 5272 2002d=95mmd=90mm l=170mmd=500 mm选取lmz11i500型带制动轮的梅花型联轴器=9000m 选用合理计算项目计算内容计算结果5.联轴器的选择标注为：lmz11i500联轴器mt11b gb/t 52722002lmz11i500联轴器6.起动时间验算计算项目（1）起重

32、时间计算查表 推荐起动时间，=11.5s ; 满足要求式中：电机起动转矩；=1.6 电机静阻力矩 机构运动质量换算到电机轴上的总转动惯量=1.15（7.05+3.715）+=12.749电机转动惯量；=7.05制动轮联轴器转动惯量；=3.715（2）起重加速度计算内容=1.1s=11.5s 满足要求=12.749 =7.05=3.715计算结果7.制动时间验算计算项目（1）满载下降制动时间 = =1.4s 查表取 =11.5s=1.4s =11.5s满足要求式中：满载下降电机转速；取制动器制动转矩；=1500n满载下降时制动轴静转矩； =731.85换算到电机轴上的机构总转动惯量；=12.734 电机转动惯量；=7.05制动轮联轴器转动惯量；=3.715（2）制动平均减速度计算内容=1.4s=11.5s 满足要求=1500n=731.85=12.734=7.05=3.715计算结果8.起升机构的布局1.电动机2.联轴器3.浮动轴4.带制动轮联轴器5.制动器6.减速器7.卷筒8.卷筒支座重庆科技学院专科生毕业设计 9 小车运行机构的设计计算9 小车运行机构的设计计算 9.1原始参数 小车运行速度：v=4045m/min; 选取v=42m/min 起升载荷：q=200kn；小车自重： =0.35