机电一体化毕业设计 起重机大车运行机构及桥架计算模版

1、3起重机大车运行机构及桥架计算内容设计内容计算与说明结果设计参数：Q=200kN(1)起重量：主钩201,副钩3.2tG=290kN跨度:L=19.5mGxc=67.3kN(3)最大起升高度:主钩H=12m,副钩H=14mVdc=87.5m/min主起升速度Vq=7.2m/min,5档变速；副起升L=19.5mVq=19.5m/min小车运行速度Vc=44.6m/min,大车运行速度Vd=87.6m/min整机工作级别A5,各机构工作级别M5,整机估计总重不大于29t,小车估计不大于6.731起重机大车运行机构设计1)确定机大车运行机构传动方案,基本分为两类，即分别传动和集构传动方中传动。在桥

2、式起重机常用的跨度(10.532m)范围内，案均可用分别传动的方案。若米用集中传动时，对于大于大跨度(16.5m),宜米用高速集中传动方案，而对小跨度13.5m)，可米用低速集中传动方案。跨度19.5m为中等跨度，为减轻重量，决定米用图2.2示的传动方案。按照图3.1所示的重量分布，计算大车车轮的最大轮压2)选择车轮与轨道，和最小轮压。并验算其强度Gq=C-Gx匚A1/9,75m/L=19,5m图3.1轮压计算图满载时，最大轮压：L2Pmax-L=(GGxc)(GxcQ)(Le23)运行阻力计算CTs=380MPa,由11附表18选择车轮直径Dc=600mm,由12表5-1杳得轨道型号为Qu7

3、0(起重机专用轨道)。按车轮与轨道为点接触和线接触两种情况来验算车轮的接触强度点接触局部压强度验算：p二kfcip(3.5)=0.181X4002/0.433x0.954X1=347.489kN式中K2-许用点接触应力常数(N/mm2),由12表5-2取k2=0.181R-曲率半径，由车轮和轨道两者曲率半径中取大值，取Qu70轨道的曲率半径为R=400mmm-由轨顶和车轮的曲率半径之比(r/R)所确定的系数，由12表5-5查得m=0.43c1-转速系数，由1表5-3,车轮转速VfjcS7.6.r-fnr=-=46.5r/minn-DcnXO.6(3.6)取c1=0.954c2-工作级别系数，由

4、1表5-4,查得当M5级时，c2=1.00PcPc,故验算通过线接触局部挤压强度验算：Pc=k1Dclc1c2(3.7)=6.6X600X70X0.954X1=264.45kN式中，k1-许用线接触应力常数(N/mm2),由12表5-2查得k1=6.6l-车轮与轨道的有效接触长度,Qu70轨道l=70mmDc车轮的直径(mm)C1,c2同前=347.489kNPcPc,故验算通过Pc=264.45kNpQp匸,故验算通过Mm(q=q)=957N4）选择电动机5）验算电动机发热条件pQpj故验算通过摩擦总阻力矩：Mm=P(Q+G)(k+(3.8)查得Dc=600mm车轮的轴承型号为7520,轴承

5、内径和外径的平均值为:(100+180)/2=140mm;由12表7-17-3查得:滚动摩擦系数K=0.0008m;轴承摩擦系数u=0.02;附加阻力系数=1.5,代入上式得：当满载时的运行阻力力矩：Ming=q)=P(Q+G)(k+u|)=1.5X(200+290)(0.0008+0.020.14/2)=1.5X490X0.0022=1617NM运行摩擦阻力：Mm(q=q)1617Pm(q=q)=S390NDc/20.6/2当空载时：Mm(q=0)=1.5X290X(0.0008+0.020.14/2)=1.5X290X0.0022=957kNMm(q=O)957Pm(q=O)=3190ND

6、c/20.6/2电动机静功率：(3.9)PjVdc5390X87.6Ni=4.14kw1000r|m1000X60X0.95X2式中,Pj-Pm(q-q)满载运行时的静阻力；m=2驱动电动机台数；n=0.95机构传动效率初选电动机功率：N=kdNj=1.3X4.14=5.38kw(3.10)式中，kd-电动机功率增大系数，由12中表7-6查得Pm(q=q)=5390NMm(q=0)=957NMPm(q=0)=3190NNj=4.14kw电动机JZR2-31-6两台15%6)选择减速器7)验算运行速度和实际所需功率8)验算起动时间kd=1.3由11附表30选用电动机JZR2-22-6两台Ne=7

7、.5kw,nl=930r/min,(GD2)d=0.419kgm2;电动机质量115kg等效功率：Nx=k25vNj=0.75X1.3X4.14=4.04kw(3.11)式中，k25-工作级别系数，由1查得，当JC%=25%时，k25=0.75;V-由1按起重机工作场所得tq/tg=0.25,查得V=1.3,由此可知,NxVNe,故初选电动机发热通过车轮转速：nc(3.12)机构传动ti0=n1/nc=930/46.47=20.01查起重机设计手册附表，选用两台ZQ-400-V减速器i0=20.49;N=11.7kw(当输入转速为1000r/min)可见NjVN实际运行速度:Vdc=Vdc=y

8、dc=87=4647r/minttDctt-0.6i0/i0=87.620.012/20.49电动机发热验算通过ZQ-400-V减速器两台合格(3.13)=85.55m/min误差：Vdc-Vdcf_37-4S5Vdc37.6=11.5%Nd,所以合适由于起重机是在室内使用，故坡度阻力及风阻力均不予以考虑。以下按三种工况进行验算1)二台电动机空载时同时起动：G%|P2(k+if)P+P3ksotq(Q=o)Dc/Z(3.20)式中Px=Fin+Fax=57.401+87.599=145kN-主动轮轮压和巳二Pi二145kN-从动轮轮压和f=0.2-室内工作的粘着系数nz=1.051,2-防止打

9、滑的安全系数1.3N11)选择制动器145DQDXD.2D-a5EE414ED00I0OOOS-I-OD211.5-120000X0OCOS_29x0阴冋叫就需L卜：礙=2.25710.933+1,915nnz,故两台电动机空载起动不会打滑2)事故状态：当只有一个驱动装置工作,而无载小车位于工作着的驱动装置这一边时，则：n=7nzG%P讹+咼B+吋忖q(QB%(3.21)式中Pi=瑤弧=87.599kN工作的主动轮轮压P2=2爲也+Fax=2X57.401+182.471=-非主动轮轮压之和q(Q=。-一台电动机工作时的空载起动时间r930G(QF-38.2(115.524-49.164)卩*

10、9nz,故不会打滑3)事故状态:当只有一个驱动装置工作,而无载小车远离工作着的驱动装置之一边时，则：=Ein=57401N.907+3503.600-亠一円=2瑞叢+P爲=2X87599+57401=23与第二种工况相同57401X0.217r-85.554,232599X0.0022X1.5+57401一2yUUUX60 x9.986十匹石2snnz,故也不会打滑由12取制动时间=壬按空载计算制动力矩，即Q=0代入1的(7-16)式:mc(GE)2)i+警耳(3.22)式中Mf=风PmmQD胡(580-2126.7)X0.6X2X20.49二=二二二=5E：工-一坡度阻力空=21.513Nm

11、12)选择联轴器G(k-咼290000(0.0008-0.022-2=212%6.667NM=2-制动器台数,两套驱动装置工作193029000凶叫飞曲一哑一0.62X0.95=51.B27N-M2D.492现选用两台YWZ5200/23制动器，查附表15得其额定制动力矩Mez=112NM,为避免打滑，使用时需将其制动力矩调至51.8NM以下，考虑到所取的制动时间tz咕:片炉验算起动不打滑条件时书籍是足够安全的，故制动不打滑打滑验算从略。根据机构传动方案,每套机构的高速轴和低速轴都采用浮动轴1.机构高速轴上的计算扭矩:1.4X154.032=215.645NM式中叫一-联轴器的等效力矩M=甲%

12、=154.032NM乌一-等效系数，见11表2-6取5=2TOC o 1-5 h z775Mp,=9550X土=9550X=77.016NMsln.93113)浮动轴_的验算由11附表31查得，电动机JZR2-22-6,轴端为圆柱形,d1=40m,l=110m,由2附表34查ZQ-400-V减速器高速轴端为圆锥形d=40m,l=85m,故在靠电动机端从附表44中选两个带0200制动轮的半齿联轴器S119(靠电动机一侧为圆柱形孔，浮动轴端d=40m);M=71DN-M;(GD2)e1=0.38kg/Tn,重量G=17kg。在靠减速器一端，由2附表43选两个半齿联轴器S193(靠减速器端为圆锥形，

13、浮动轴端直径d=40mm);其M=710NM;(GD2)i=0.；L07kg重量G=8.36kg高速轴上转动零件的飞轮矩之和为：(GD2)+(GD2)=0.487kgm2与原估计相等，故有关计算则不重复2低速轴的计算扭矩：叫；=M；et-n=215.645X20.49X0.95=4197.64NM(3.23)由11附表34查是ZQ-400减速器低速轴端为圆柱形，d=80mm,l=115mm由2附表19查得Dc=600mm的主动轮的伸出轴为圆柱形d=85mm,l=115mm故从2中附表42选用2个联轴节两个为GICLZ5黯所有的Ml=5000NMGD2=0.0149kg-tti重量G=36.2k

14、g疲劳强度验算低速浮动轴的等效转矩Mi=他何=1.4X77.016X20.49X0.95=2O98.(3.24)式中仙一-等效系数，由表2-6查得叭=1-4由上节已取浮动轴端直径d=70mm,故其扭转应力为=辿=盹斑眈=30.595MPanW0.2xl07a(3.25)由于浮动轴载荷变化为对称循环(因为浮动轴在运行过程中正反转之所知相同)，所以许用扭转应力为：k-iJ=千丄=49.1MPal止kntL92L4(3.26)式中，材料用45号钢，取=比=SOOMPa所以丫一訂=0.22ab=0.22X600=132MPat3=0.6cte=0.6X3000=ISOOMPak=k.Ekni=1.6X

15、1.6=1.92-考虑零件几何形状，表面情况的应力集中系数,查得眼=1.6,km二1.211一1.4安全系数5VJik故疲劳强度验算通过静强度验算S2N-MK=3.9m何g=ipcIMeL=2.5K77.02X20.49X0.95=3747.(3.27)式中1）大车轮距2）主梁高度3）端梁高度4）桥架端梁梯形高度5）主梁腹板高度6）确定主梁截面尺寸“二-动力系数，查表22-5得=二5扭转应力3747.89w牛二社冷二S463MPa（3.28）许用扭转剪应力(3.29)-二二,故静强度验算通过高速轴所爱所知虽比低速轴小，二者相差I、倍，但强度还是足够的，故此处高速轴的强度验算从略。桥架结构的计算

16、1.主要尺寸的确定K=Q-1)19.5=2.44-3.90m(3.30)取K=3.9mH=*=詈=1.08m(理论值)(3.31)Hc.=(O.4-O.6)H=0.43-0.65m(3.32)任吩)“仕咗)19.5=1.95-3.80nri(3.33)H=1.08m(理论值)Hc.=0.6mC=2mh=l.lmS=6mmSt=10mmb=450mmB=500mmH=1120mm(理论值)取C=2m根据主梁计算高度H=1.08m,最后选定腹板高度h=1.1m主梁中间截面各构件板厚根据2表7-1推荐确定如下:腹板厚，八二:一;上下盖板厚二二二、二、二7)加劲板的布置尺寸主梁两腹板内壁间距根据下面的

17、关系式来决定：H1080b=308.6mm3.53.5L1950b=390mm5050因此取b=450mm盖板宽度：a1=0.5ma=2mB=b-2S-40=450-2*6-40=502mm(3.34)取B=500mm主梁的实际高度：H=h2=1100-2*10=1120mm(3.35)a1=lm同理,主梁支承截面的腹板高度取二：=:：，这时支承截面的实际高度儿=二：-2主梁中间截面和支承截面的尺寸简图分别示于图1)计算载荷确定为了保证主梁截面中爱压构件的局部稳定性，需要设置一些加劲构件主梁端部大加劲板的间距：云：:二二1二二，取J二、二2）主梁垂直最大弯矩3）主梁水平最大弯矩主梁端部（梯形部

18、分）小加劲板的间距：a.,=0.5m12主梁中部（矩形部分）大加劲板的间距：a=（1.52）h=1.65取a=2m主梁中部小加劲板的间距:若小车钢轨采用P24轻轨，其对水平重心轴线X-X的最小抗截面模数Wwin=90.12cm3,则根据连续梁由钢轨的弯曲强度条件求得加劲板间距（此时连续梁的支点即加劲板所在位置;使一个车轮轮压作用在两加劲板间距的中央）：36X90.12X17001牡卩i.o0 x673OOVOOOOf（3.36）式中,P-小车的轮压，取平均值,并取小车自重为Gxc=67200Nl;也一动力系数，由2图2-2曲线查得仇=1.084；9-钢轨的许用应力，=170MPa因此,根据布置

19、方便，取日1=|=Im由于腹板的高厚比=183160,所以要设置水平加劲杆，以保证腹板局部稳定性。采用Z45X45X5角钢作水平加劲杆2.主梁的计算查图27-11曲线得半个桥架（不包括端梁）的自重，G%=眈000N,则主梁由于桥架自重引起的均布载荷：82000!=42N/cmLL1950（3.37）Pi=79132NP2=72628N主梁的总均布载荷：q*=qj=42N/cin(3.38)主梁的总计算载荷：,46.2Nq=tp4q=1.1X42=CUI(3.39)式中，仙=1.1-冲击系数由2表7-3查得运行机构集中载荷为：6=5kN=l.Sm作用在一根主梁上的小车两个车轮的轮压值可根据2表7

20、-4中所列数据选用：Pi=73000=67000N考虑动力系数中2的小车车轮的计算轮压值为：Pi=甲比=1084X73000=79132N巴=仇&=1034X67000=72628N式中，他=1.0呂4,-动力系数，由2图2-2中曲线查得.由公式计算主梁垂直最大弯矩：Pi+P,(卡)十写咿叫二亠pip口仇G山(3.40)设敞开式司机操纵至的重量为Go-10000N,其重心距支点的距离为=280cin将各已知数值代入上式计算可得：盈R=8.60X:79132-7262B主梁水平最大弯矩最大弯矩，由下式算得73000-6700073000-67000(3.42)4）主梁强度验算贝抵4(=0.183

21、-0.243m/s1950=8.60X107Ncm叫z=0册处旳|匕87.660 x(6-S)79132-72628-1.1X5000；汽；厂-不计反冲系数二和动载系数“时主梁垂直(3.41)式中g重力加速度,g=9.81m/s;?=亍大车起动制动加速度平均值,:=-=-L1950=7.89X10因此得主梁水平最大弯矩：强度足够f=0.223cm=79132-726281.1X10000(19.5-2.819.5截面模数，其近似值:(3.44)(3.45)因此可得：86X107920由11表2-19查得Q235钢的许用应力为=165.4-MPaCF回主梁支承截面的最大剪应力根据2公式计算(3.

22、46)式计算:(G-P)x=202737N(3.47)x0其近似值:主梁支承截面对水平重心轴线x-x的惯性矩,5)主梁的垂直刚度验算(h80I3+B8h1丿fVf-50X1)X60X=126480cm4(3.48)x-x的静S主梁支承截面半面积对水平重心轴线矩：=2X三二X-50X1X=2065cm4(3.49)因此可得:202787X2065_126480X2X0.6_27,6MPaPg=4.08X103N6)主梁的水平刚度验算(3.50)由2表2-19查得A3(即Q)钢的许用剪应力235t=95.6MPa,故IIv3tVmaxq_123N/cmg(3.51)由上面的计算可知，强度足够f=0

23、.347cmg主梁在满载小车轮压作用下，在跨中所产生的最大垂直挠度可按照2公式进行计算：PL31+a1-6p2+4p48EI(3.52)式中6700073000=0.9180=Bxc=竺=0.123L19.5H112I沁W-二7920X二4.44x105xx22因此可得:7300 x195031+0.918(-6x0.1232+4x0.123348x21x106x4.44x105=0.223cm(3.53)允许的挠度值由2公式得:f=2.79cm(A5级)700因此fVfVfgg1）计算载荷的确定主梁在大车运行机构起、制动惯性载荷作用下，产生的水平最大挠度可按2公式计算（略去第三项，简化成简支

24、梁）：PLqLf=g+g48EI384EIyy（3.54）式中Pg-作用在主梁上的集中惯性载荷,+P)12=(0.010.02)95(110000+107000)=2.04P=(0.010.02)vg604.08x103Nqg-作用在主梁上的均布惯性载荷95q=(0.010.02)vq=(0.010.02)x54.9g60M=1.87Zmaxx107Ncm2)端梁垂直最大弯矩=0.6131.23N/cmI=W-=5940 x=93000cm4yy22由此可得：/4083.3x195031.23x19504f=Hg48x21x106x93000384x21x106x93000MPmaxNcm=3

25、.4x106=0.347cm3)端梁水平最大弯矩水平挠度的许用值：fL_二0.975cm2000(3.55)fVfgg因此由上面计算可知，主梁的垂直和水平刚度均满足要求。当起重机工作无特殊要求时，可以不必进行主梁的动刚度验算。3.端梁的计算设两根主梁对主梁的作用力Q(G+p)相等，则端梁的最大max支反力由公式计算：Q(G+p)(L+2a)RmaxXC2ak(3.56)式中，K-大车轮距,K=390cmLxc一小车轨距，Lxc=200cmA2-传动侧车轮轴线至主梁中心线的距离，取a2=100cm因此可得：R=2.03x105(200+2x100)=2.08x105Na390端梁在主梁支反力Q(

26、G+P)作用下而产生的垂直最大弯maxMPmaxNcm=96X104端梁截面尺寸的确定端梁的强度验算矩由【2】中7-27计算：M=Ra=2.08x105x90=1.87x107NcmZmaxA1(3.57)式中a一导电侧车轮轴线至主梁中心线距离a=90cm11端梁因车轮在侧向载荷作用下而产生的最大水平弯矩由公式计算：fM=SaPmax1(3.58)式中s车轮侧向载何，由公式计算：S=XP；九一侧压系数，由图【2】中图2-3查得，九=0.183；P车轮轮压，即端梁压的支反力P=R。A因此：fM=0.183x2.08x105x90=3.4x106NcmPmax端梁因小车在起、制动惯性载荷作用下而产

27、生的最大水平弯矩由【2】公式计算：P(L+2a)M=xcaPmaxK1P小车惯性载荷，由【2】中公式计算：xg11P=-P=-x110000=10428.57Nxg717(3.59)中山”10428.57x(200+2x100)“因此M=)x90Pmax390=960000Ncmf比较M和M两值可知应取其中较大值进行强PmaxPmax度计算。Wx=3387.2cm3fI=10Xx410cm4W=1421cm3ySx=1889.6CITL3根据【2】中7-2推荐，选定端梁各构件的板厚如下：上盖板8=12mm1中部下盖板8=12mm1头部下盖板8=16mm2腹板8=8mm按照【4】查得Q600车轮

28、组的尺寸，确定端梁盖板宽度和腹板咼度时，首先应配置好支承车轮的截面，其次再决定端梁中间截面尺寸。如图配置结果：400-400一二W-J111S._詈齐mJSol111押缺I一1端梁中间截面对水平重心线X-X的截面模数：Wxf=(竺+B8)h31/58X0.6“TC、LC=(+39x1.2)x583=3387.2cm3(3.60)端梁中间的截面对水平重心线x-x的惯性矩：认=79.1MPt=31.22MP(11L丄1J(口=8181.66cmJh604I=W=3387.2x=102293.4cm4xx22(3.61)端梁中间截面对垂直重心线y-y的截面模数：W=(生+)by3(3.62)39x1

29、2-(+58x0.6)x28.2二1421.26cm33S端梁中间截面对水平重心线x-x的面积矩x乂2412(3.63)-2x58X0.6x58x2+39x1.2x58+1.2242-1889.9cm3端梁中间截面的最大弯曲应力由公式计算得：rMMpRasabzmax+mpx=A-_1+maxWWWWxyxy(3.64)1.87x1073.4x106门=+=79.1MP3387.21424.26端梁中间剪应力：Q(g+p)s2.03x105x1889.9Tmaxx102293.4x2x0.6x=31.22MP(3.65)端梁支撑截面对水平重心线x-x的惯性矩、截面模数及面积矩的计算如下：首先求

30、水平重心线的位置水平重心线距上盖板中线的距离：WD=683.51citle瞌=400.45cm3=42.6MPa十=63.62MPact=118.14MPa端梁强度满足需求C=12x18.2x0.8(-x18.2+0.6)+2x10 x1.6(0.6+18.2+0.8)39x1.2+2x18.2x0.8+2x10 x1.68.43cm(3.66)水平重心线距下腹盖板中线的距离：1c=8.43-0.6-18.2x=-1.27cm22(3.67)水平重心线距下盖板中线的距离：C3二182+6+08-843二1117Cm(3.68)端梁支承面对水平重心线x-x惯性矩:1)端梁端部上翼缘焊缝屯七朴灯E12*S.432-2XX1訪汇0.8-2X18.2X0.8X1.273-2XX10X1.63-2X10X1.6X11.172=81E；1.66cm4(3.69)端梁支承面水平重心线x-x的最小截面模数：/11W二Ix二8181.66xxoxo01.6c+11.17x322=683.51cm32)端梁支承部下翼缘焊缝(3.70)端梁支承面水平重心x-x下部半面积矩：f1117_08S=2x10