毕业设计（论文）-5吨桥式起重机小车及其附属装置设计

PAGE1目录摘要 1ABSTRACT 2第一章绪论 11.1国内外桥式起重机发展趋势 11.1.1国内桥式起重机发展趋势 11.1.2国外桥式起重机发展趋势 31.2桥式起重机的特点和分类 51.2.1桥式起重机的特点 51.2.2桥式起重机的分类 51.3桥式起重机的组成及工作原理 81.3.1工作机构 81.3.2金属机构 91.3.3动力装置 91.3.4控制系统 101.4桥式起重机设计目的和要求 111.4.1设计目的 111.4.2设计要求 11第二章小车起升机构的设计 132.1确定传动方案 132.2钢丝绳的设计与计算 132.3滑轮组和卷筒的设计与计算 142.4计算起升静功率 162.5电动机设计与计算 162.6减速器的设计与计算 162.7电机过热验算与发热验算 172.8制动器的设计与计算 182.9联轴器的设计与计算 192.10验算启动时间 192.11验算制动时间 202.12高速轴计算 212.12.1疲劳计算 212.12.2静强度计算 22第三章小车运行机构设计 233.1确定机构的传动方案 233.2选择车轮与轨道并验算强度 233.3运行阻力的计算 243.4电机选择及校验 253.5选择减速器 273.6验算速度和实际所需功率 273.7验算启动时间 283.8校核减速器功率 293.9验算启动不打滑条件 293.10选择制动器 303.11选择联轴器 313.12验算低速浮动轴强度 32第四章小车导电架概述 34第五章小车主要部件的建模 365.1吊钩滑轮组部件建模 365.2卷筒组部件建模 375.3车轮组部件建模 385.4起重机小车总体装配图 39结论 40参考文献 41致谢 42摘要此次设计是5T双梁桥式起重机小车起升机构的设计。首先通过大量的阅读桥式起重机有关专刊和文献，大致总结出国内外双梁桥式起重机的发展趋势以及双梁桥式起重机的特点与分类，并仔细分析了双梁桥式起重机的组成及其工作原理。根据课题设计参数及设计要求制定出双梁桥式起重机小车起升机构的总体设计方案和一些主要零部件的初步选择；其次在小车起升机构的计算中，确定了小车起升机构的传动方案，并进行了钢丝绳和吊钩组的设计与计算以及滑轮组和卷筒的设计与计算，验算了起升静功率。通过对电动机及减速器的设计与计算，进行了电动机的过载验算和发热验算。又根据制动器及联轴器的设计与计算，验算了起动时间和制动时间，并进行了高速轴的疲劳计算和静强度计算；最后在小车及起升机构的机构设计里，分析了小车及起升机构的结构组成，重点完成了卷筒组的机构设计，并完成电气控制系统的设计。通过一系列的设计，满足了起重量5t和起升高度为16关键词起重机，桥式，起升机构，小车，卷筒组全套图纸加V信153893706或扣3346389411ABSTRACTThisdesignis5-tondoublebeambridgecranecarhoistingmechanismdesign.Firstthroughextensivereadingbridgecranespecialanddocuments，roughlyaboutsummarizedthedomesticandforeigndoublebeambridgecranedevelopmenttrendandthecharacteristicsofdoublebeambridgecrane，andcarefulanalysisandclassificationofthedoublebeambridgecranecompositionandworkingprinciple.Accordingtothestudydesignparametersanddesignrequirementsformulatedoublebeambridgecranecarofhoistingmechanismoveralldesignschemeandsomeofthemainpartsofthepreliminaryselection；Secondinthecalculationofhoistingmechanisminthecar，determinethetransmissionschemehoistingmechanism，andthewireropeandhookgroupdesignandcalculationandpulleysanddrumdesignandcalculation，thecheckingthehoistingstaticpower.Basedontheelectricmotorandreducer，thedesignandcalculationoftheelectricmotorandfeercheckingcomputationsoverload.Andaccordingtobrakeandcouplingcalculatingdesignandcalculationofthestarttimeandbrakingtime，andahigh-speedshaftfatiguecalculationandstaticstrengthcalculation；Finallyinthecarandhoistingmechanism，analyzesthemechanismdesigninthecarandhoistingmechanismstructurecomposition，keycompleteddrumgroupofmechanismdesign，andcompletetheelectriccontrolsystemdesign.Throughaseriesofdesign，satisfythe5-tonliftingweightandliftingheightdedicated16KeywordsCrane，Bridgetype，Hoistingmechanism，Cars，Drumgroup第一章绪论桥式起重机是横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备，由于它的两端支承在支架上，形状似桥，并可沿导轨行走，又称“天车”。随着科学技术的迅速发展，国内外各种先进的电气控制和机械技术正逐步应用到起重机上，起重机的自动化程度越来越高，结构日趋简单，性能愈加可靠，起重越来越大，品种越来越全。对于起重量大、跨距大的起重设备多采用双梁桥式起重机，它有一个两根箱型主梁和两根横梁构成的双梁桥架，在桥架上运行小车，可垂直起吊和水平搬运各类物件。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。它是使用范围最广、数量最多的一种起重机械。伴随着工业的迅速发展和科学技术的不断进步，桥式起重机在结构设计及自动化程度上相继出现了一些新的变化和新的特点，在结构上国内起重设备已采用计算机优化设计，以提高起重机的机械性能，在起重质量方面逐步向大型化发展，大型桥式起重机正在钢铁、水利、发电等行业不断出现，家喻户晓的三峡发电厂安装的两台1200/125T的桥式起重机，07年9月起重量达2万吨的桥式起重机在山东烟台佛士船厂投入使用，它标志着我国起重行业已达到世界先进水平。桥式起重机在现代工业生产和起重运输中充分应用到生产过程的机械化、自动化等，故桥式起重机在室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以及物流周转等部门和场所均得到广泛的运用。所以起重机已是现代工业生产中不可或缺的一种设备。1.1国内外桥式起重机发展趋势1.1.1国内桥式起重机发展趋势现如今国内桥式起重机已经发生了重大的变化，且正向国际化并轨。1.改进起重机械的结构，减轻自重国内起重机多已采用计算机优化设计，以此提高整机的技术性能和减轻自重，并在此前提下尽量采用5～50t通用桥式起重机中采用半偏轨的主梁结构，与正轨箱形梁相比，可减少或取消主梁中的小加筋板，取消短加筋板，减少结构重量，节省加工工时。目前国家星火计划提出桥架采用四根分体式不等高结构，使它在与普通桥式起重机同样的起升高度时，厂房的牛腿标高可下降1.5m；两根主梁的端部置于端梁上，用高强度螺栓连接；车轮踏面高度因此下降，也就使厂房牛腿标高下降。在垂直轮压的作用下，柱子的计算高度降低，使厂房基建费用减少，厂房寿命增加。2.充分引进利用国外先进技术起重机大小车运行机构采用了德国Demag公司的“三合一”驱动装置，吊挂于端梁内侧，使其不受主梁下挠和振动的影响，提高了运行机构性能与寿命，并使结构紧凑，外形美观，安装维修方便。随着国内机械加工能力的提高，大车端梁和小车架整体镗孔成为可能，因而45°剖分和车轮组或圆柱形的轴承箱将有可能代替角形轴承箱，装在车轮轴上的车轮轴孔中心线与端梁中心线构成标准的90°，于是车轮的水平和垂直偏斜即可严格控制在规定范围内，避免发生啃轨现象。由于小车架为焊后一次镗孔成形，使四个车轮孔的中心线在同一平面内，故成功地解决了三点落地的问题。起升机构采用中硬齿面或硬齿面的减速器，齿轮精度达到7级，齿面硬度达到320HB，因而提高了承载能力，延长了使用寿命。电气控制方面吸收消化了国外的先进技术，采用了新颖的节能调速系统。如晶闸管串级开环或闭环系统，调整比可达1∶30。随着对调速要求的提高，变频调速系统也将使用于起重机上。同时，微机控制也将在起重机上得到应用，如三峡工程600t坝顶门式起重机要求采用变频调速系统，微机自动纠偏，以及大扬程高精度微机监测系统。遥控起重机随着生产发展需要量也越来越大，宝钢在考察了国外钢厂起重机之后，提出了大力发展遥控起重机的建议，以提高安全性，减少劳动力。3.向大型化发展由于国家对能源工业的重视和资助，建造了许多大中型水电站，发电机组越来越大。特别是长江三峡工程的建设对大型起重机的需要量迅速上升。三峡工程左岸电站主厂房安装了两台1200/125T桥式起重机，配备了2000t大型塔式起重机。目前在建设中的大、中型水电站还有很多，例如广西岩滩、龙滩、清江隔河岩、福建水口电站等等；还有很多核电站和大、中型火力发电厂需要建设，可以预计，大吨位高性能起重机的需要量是非常大的。纵观国内外起重机的动态与发展，前景广阔[3]。1.1.2国外桥式起重机发展趋势目前国外桥式起重机的技术已达到成熟阶段，随着科学技术的发展正逐步走向完善。1.简化设备结构，减轻自重，降低生产成本芬兰Kone公司为某火力发电厂生产的起重机就是一个典型的例子。其中起升机构减速器的外壳与小车架一端梁合二为一，卷筒一端与减速器相连，另一端支撑于小车架的另一端梁上。定滑轮组与卷筒组连成一体，省去了支撑定滑轮组的承梁，简化了小车架的整体结构。同时，小车运行机构采用三合一驱动装置，即减轻了小车架和小车的自重。副起升机构为电动葫芦置一台车上，由主起升小车牵引。小车自重的减轻使起重机主梁截面亦随之减小，因而整机自重大幅度减轻。国内生产的75/20T、31.5m跨度起重机自重94t，而Kone公司生产的80/20T、29.4m跨度起重机自重只有60t。Patain公司的起重机大小车运行机构采用“三合一”驱动装置，结构较紧凑，自重较轻，简化了总体布置。此外，由于运行机构与起重机走台没有联系，走台的振动也不会影响传动机构。2.更新零部件，提高整机性能法国Patain公司采用窄偏轨箱形梁作主梁，其高、宽比为4～3.5左右，大筋板间距为梁高的2倍，不用小筋板。主梁与端梁的连接采用搭接方式，使垂直力直接作用于端梁上盖板，由此可降低端梁的高度，便于运输。在电控系统上该公司采用涡流联轴器和涡流制动器多电机调速系统，可实现有载及空载的有级或无级调速，其工作原理图如图1-1所示。图1-1涡流离合器调速原理图1-起升电机2-涡流离合器3-减速器4-卷筒5-制动器6-控制屏变频调速在国外起重机上已开始应用，ABB公司、日本富士、奥地利伊林公司已广泛采用。该调速方案具有高调速比，甚至可达到无级调速，并可节能等优点。另外，遥控装置用于起重机在国外也已普遍化，特别是在大型钢铁厂的广泛使用。3.设备大型化随着世界经济的发展，起重机械设备的体积和重量越来越趋于大型化，起重量和吊运幅度也有所增大，为节省生产和使用费用，其服务场地和使用范围也随之增大。例如新加坡裕廊船厂要求岸边的修船门座起重机能为并排的两条大油轮服务，其吊运幅度为105m，且在70m幅度时能起吊100t；我国三峡工程中使用的1200t桥式起重机就对调速要求很高，为三维坐标动态控制。4.机械化运输系统的组合应用国外一些大厂为了提高生产率，降低生产成本，把起重运输机械有机的组合在一起，构成先进的机械化运输系统。日本村田株式会社尤山工厂在车间中部建造了一个存放半成品的立体仓库，巷道式堆垛机按计算机系统规定的程序向生产线上发送工件。堆垛机把要加工的工件送到发货台，然后由单轨起重小车吊起，按计算机的指令发送到指定工位进行加工。被加工好的工件再由单轨起重小车送到成品库。较大型工件由地面无人驾驶车运送，车间内只有几个人管理，生产效率很高。德国Demag公司在飞机制造厂中采用了一套先进的单轨或悬挂式运输系统，大大减化了运输环节。将所运物品装入专用集装箱内(有单轨系统的轨道)由码头运至工厂，厂内的单轨系统与集装箱内的轨道对接，物品进入厂房，并由单轨运输系统按计算机的指令入库或进入工位，实现门对门的运输[3]。1.2桥式起重机的特点和分类1.2.1桥式起重机的特点取物装置悬挂在可沿桥架运行的起重小车或运行式葫芦上的起重机，称为“桥架型起重机”。桥架两端通过运行装置直接支撑在高架轨道上的桥架型起重机，称为“桥式起重机”。桥式起重机一般由装有大车运行机构的桥架、装有起升机构和小车运行机构的起重小车、电气设备、司机室等几个大部分组成。外形像一个两端支撑在平行的两条架空轨道上平移运行的单跨平板桥。起升机构用来垂直升降物品，起重小车用来带着载荷作横向运动；桥架和大车运行机构用来将起重小车和物品作纵向移动，以达到在跨度内和规定高度内组成三维空间里作搬运和装卸货物用。桥式起重机是使用最广泛、拥有量最大的一种轨道运行式起重机，其额定起重量从几吨到几百吨。最基本的形式是通用吊钩桥式起重机，其他形式的桥式起重机基本上都是在通用吊钩桥式的基础上派生发展出来的。1.2.2桥式起重机的分类1.通用桥式起重机通用桥式起重机是指在一般环境中工作的普通用途的桥式起重机(见标准GB/T14405-93)。以下类型的起重机都属于通用桥式起重机。(1)通用吊钩桥式起重机通用吊钩桥式起重机由金属结构、大车运行机构、小车运行机构、起升机构、电器及控制系统及司机室组成。取物装置为吊钩。额定起重量为10t以下的多为1个起升机构；16t以上的则多为主、副两个起升机构。这类起重机能大多种作业环境中装卸和搬运物料及设备。(2)抓斗桥式起重机抓斗桥式起重机的装置为抓斗，以钢丝绳分别联系抓斗起升、起升机构、开闭机构。主要用于散货、废旧钢铁、木材等的装卸、吊运作业。这种起重机除了起升闭合机构以外，其结构部件等与通用吊钩桥式起重机相同。(3)电磁桥式起重机电磁桥式起重机的基本构造与吊钩桥式起重机相同，不同的是吊钩上挂1个直流起重电磁铁(又称为电磁吸盘)，用来吊运具有导磁性的黑色金属及其制品。通常是经过设在桥架走台上电动发电机组或装在司机室内的可控硅直流箱将交流电源变为直流电源，然后再通过设在小车架上的专用电缆卷筒，将直流电源用挠性电缆送到起重电磁铁上。(4)两用桥式起重机两用桥式起重机有3种类型：抓斗吊钩桥式起重机、电磁吊钩桥式起重机和抓斗电磁桥式起重机。其特点是在1台小车上设有两套各处独立的起升机构，一套为抓斗用，一套为吊钩用(或一套为电磁吸盘用一套为吊钩用，或一套为抓斗用一套为电磁吸盘用)。(5)三用桥式起重机三用桥式起重机是一种多用的起重机。其基本构造与电磁桥式起重机相同。根据需要可以用吊钩吊运重物，也可以在吊钩上挂1个马达抓斗装卸物料，还可以把抓斗卸下来再挂上电磁盘吊运黑色金属，故称为三用桥式(可换)起重机。抓斗由交流电源工作，电磁盘由直流电源工作。因此，该机型必须同电磁桥式起重机一样，设置电动发电机组或可控硅直流电源箱。这种起重机适用于经常变换取物装置的物料场所。(6)双小车桥式起重机这种起重机与吊钩桥式起重机基本相同，只是在桥架上装有2台起重量相同的小车。这种机型用于吊运与装卸长形物件。2.专用桥式起重机(1)冶金桥式起重机冶金桥式起重机根据用途可以划分为不同的类型，主要结构基本与通用吊钩桥式起重机相同，取物装置多为专用。主要用于冶金车间的吊运作业，其起重量很大，最大的可达到数百吨。(2)防爆吊钩桥式起重机按使用环境，将矿用防爆起重机(煤矿井下除外)规定为I类，将工厂用防爆起重机规定为II类。II类起重机，按电气设备适用于爆炸性气体混合物最大试验案例间隙或最小点燃电流比，分为A、B、C三级，并按其表面最高温度分为T1-T4四组。(3)绝缘吊钩桥式起重机这种起重机结构形式与通用吊钩桥式起重机基本相同。但是为了防止工作过程中带电设备的电流可经过被吊物传到起重机上，危及司机安全，故要求在吊钩组、小车架、小车轮(或小车轨道下方)上设置3道绝缘装置。主要用于冶炼铝、镁的工厂。3.电动葫芦型桥式起重机其特点是桥式起重机的起重小车用自行式电动葫芦代替，或者用固定式电动葫芦作起重小车的起升机构，小车运行、大车运行等机构的传动装置也尽量与电动葫芦部件通用化。因此，与上述通用桥式起重机相比，电动葫芦型桥式起重机虽然一般起重量较小、工作速度较慢、工作级别较低，但其自重轻、能耗较小、易采用标准产品电动葫芦配套，对帮房建筑压力负载较小，建筑和使用经济性都较好。因此在中小起重量范围的一般使用场合使用越来越广泛，甚至有替代某些通用桥式起重机的趋势。(1)电动梁式起重机其特点是用自行式电动葫芦替代通用桥式起重机的起重小车，用电动葫芦的运行小车在单根主梁的工字钢下突缘上运行，跨度小时直接用工字钢作主梁，跨度大时可在主梁工字钢的上面再作水平加强，形成的组合断面主梁。其主梁可以是单根主梁(电动单梁式起重机)，也可以是两根主梁(电动双梁式起重机)，其桥架可以是像通用桥式起重机那样通过运行装置直接支撑在高架轨道上，也可以通过运行装置悬挂在房顶下面的架空轨道上(悬挂式)。(2)电动葫芦桥式起重机其特点是采用固定式电动葫芦装在小车上作起升机构，小车运行机构也多采用电动葫芦零部件做成简单的构造形式，小车也极为简便轻巧，其整体高度小，小车及桥架自重轻、重心低、有很广泛的使用适应性。上述桥式起重机除按起重机的结构及使用特性分类外，有时也按主梁的数目将其分为单主梁桥式起重机、双梁桥式起重机(如图2-2所示)、四梁桥式起重机等。单主梁桥式起重机只有一根主梁，起重小车带有反滚轮，单侧满置，取物装置多为吊钩，也有电磁盘的；双梁桥式起重机具有两根对称配置的桁架型或箱型主梁，是桥式起重机的基本形式；四梁桥式起重机多用于某些冶金桥式起重机中，四根梁以桥架纵向中心线对称布置，外面两根主梁上架设普通的单钩或双钩起重小车，即副小车。主小车可跨在副小车上空运行[13]。图1-25T双梁桥式起重机1.3桥式起重机的组成及工作原理1.3.1工作机构桥式起重机的工作机构一般有起升机构和运行机构组成。1.起升机构可以分为主起升机构和副起升机构。起升机构包括电动电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。2.运行机构又可以分为小车运行机构和大车运行机构。运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。1.3.2金属机构金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。1.箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。2.偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁，自重较小，但制造较复杂。3.四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其它结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。4.空腹桁架结构类似偏轨箱形主梁，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形梁外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。1.3.3动力装置桥式起重机多采用电动机做为动力源。最常用的是三相异步电动机。一台5T桥式起重机，原设备电气驱动系统分为起重机升降、小车、大车三部份。其中起重机吊钩的升降由一台13kW的绕线式异步电动机驱动，大车的横向运行由两台4kW绕线式异步电动机、小车的纵向运行由一台2.5kW绕线式异步电动机驱动。不同型号的起重机用电动机有其各自的特点。YZR、YZ系列冶金及起重机用三相异步电动机是我国20世纪80年代按照国际电工委员会(IEC)标准设计的新系列电动机。它具有高效率、节能、噪音低、振动小、体积小、重量轻、温升低、使用寿命长、性能可靠、安装维护方便等优点。YZRW系列涡流制动绕线转子三相异步电动机(简称YZRW系列电动机)是YZR系列的派生产品，能获得较好的调速性能指标，可用于各种类型起重机械的电力控制。1.3.4控制系统起重机的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.操纵装置桥式起重机的操纵装置主要有低压控制电器和PLC控制变频调速系统组成。低压控制电器用于低压电力传动，自动控制系统和用电设备中，是其达到预期的工作状态。它体积小，重量轻，工作可靠。如：按钮，行程开关，接触器，继电器等。凸轮控制器是一种利用凸轮来操作动触点动作的控制电器。主要用于小于30kw的中小型绕线或转子异步电动机的控制电路中，控制电动机的运行，广泛用于桥式起重机。PLC控制的桥式起重机变频调速系统起动，制动快速，起动过程平稳，运行平稳，可靠，操作简单灵活，生产效率高，系统维护方便，安全性高。2.安全装置起重机的部分安全装置也属于控制系统。(1)超载限制器与力矩限制器超载限制器的综合误差不应大于8%。当载荷达到额定载荷的90%时，会发出报警信号，同时能自动断起升动力源。力矩限制器的综合误差不应大于10%。当载荷达到额定力矩时，能自动切断起升或变幅的动力源，并发出禁止性报警信号。(2)上(下)升极限位置限制器在吊具可能运行工作的条件下，当吊具的运行超出安全位置是，会自动切断动力源，及时进行安全保护。1.4桥式起重机设计目的和要求1.4.1设计目的桥式起重机毕业设计是在学完全部课程之后的一个重要教学环节。其目的在于通过桥式起重机设计，使学生在拟订传动结构方案、结构设计和装配、制造工艺以及零件设计计算、机械制图和编写技术文件等方面得到综合训练；并对已经学过的基本知识、基本理论和基本技能进行综合运用。从而培养学生具有结构分析和结构设计的初步能力；使学生树立正确的设计思想、理论联系实际和实事求是的工作作风。1.4.2设计要求在设计过程中，结合起重机的实际工作条件，注意了以下几方面的要求：1）整台起重机与厂方建筑物的配合，以及小车与桥架的配合要恰当。小车与桥架的相互配合，主要在于：小车轨距（车轮中心线间的水平距离）和桥架上的小车轨距应相同，其次，在于小车的缓冲器与桥架上的挡铁位置要配合好，小车的撞尺和桥架上的行程限位装置要配合好。小车的平面布置愈紧凑小车愈能跑到靠近桥架的两端，起重机工作范围也就愈大。小车的高度小，相应的可使起重机的高度减小，从而降低了厂房建筑物的高度。2）小车上机构的布置及同一机构中各零件间的配合要求适当。起升机构和小车平面的布置要合理，二者之间的距离不应太小，否则维修不便，或造成小车架难以设计。但也不应太大，否则小车就不紧凑。3）小车车轮的轮压分布要求均匀。如能满足这个要求，则可以获得最小的车轮，轮轴及轴承箱的尺寸，并且使起重机桥架主梁上受到均匀的载荷。一般最大轮压不应该超过平均轮压得20%。4）小车架上的机构与小车架配合要适当。为使小车上的起升、运行机构与小车架配合得好，要求二者之间的配合尺寸相符；连接零件选择适当和安装方便。在设计原则上，要以机构为主，尽量用小车架去配合机构；同时机构的布置也要尽量使钢结构的设计制造和运行机构的要求设计，但在不影响机构的工作的条件下，机构的布置也应配合小车架的设计，使其构造简单，合理和便于制造。尽量选用标准零部件，以提高设计与制造的工作效率，降低生产成本。小车各部分的设计应考虑制造，安装和维护检修的方便，尽量保证各部件拆下修理时而不需要移动邻近的部件。总之，要兼顾各个方面的相互关系，做到个部分之间的配合良好。第二章小车起升机构的设计2.1确定传动方案按照构造宜紧凑的原则，决定采用下图的传动方案，如图3-1所示，采用了双联滑轮组.按Q=5t，由表3-2查取滑轮组倍率=2，因而承载绳分支数为Z=2，=4。吊具自重载荷，得其自重为：G=2.0%=0.0250=1.0kN图2-1起升机构简图1-电动机2-联轴器3-传动轴4-制动器5-减速器6-平衡滑轮7-卷筒8-钢丝绳9-滑轮组10-吊钩11-轴承座表2-2桥式起重机常用双联滑轮组倍率额定起重量Q（t）35812.516203212233442.2钢丝绳的设计与计算如图2-3为钢丝绳绕线图。若滑轮组采用滚动轴承，=2时查表得滑轮组效率=0.99钢丝绳所受最大拉力：(2-1)按下式计算钢丝绳直径：d=c=0.096=10.89mm(2-2)c：选择系数，单位mm/，用钢丝绳=1850N/mm²，据M5及查表得c值为0.096选不松散瓦林吞型钢丝绳直径d=13.5mm，标记为6W(19)-13.5-1551型L=101036+20(额外长度)=80m。额外长度是包括固定钢丝绳长度以及滑轮缠绕长度[9]。根据常用起重机吊钩型号综合选用LYD5-T型。图2-3钢丝绳绕线图2.3滑轮组和卷筒的设计与计算卷筒和滑轮的最小卷绕直径：≥ed(2-3)式中：e表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数。表2-4系数e的规定值机构工作级别卷筒e滑轮eM41618M51820M62022.4查表2-4得：筒=18，滑轮=20，带入公式(3-3)得：卷筒最小卷绕直径=d=1813.5=243滑轮最小卷绕直径=d=2013.5=270考虑起升机构布置卷筒总长度不宜太长，滑轮直径取=280mm，卷筒直径取=400mm，滑轮组选择型号为LGS7.5280-125-65型。卷筒长度：=1000mm(2-4)式中：为筒上有绳槽长度，，中安全圈n=2，起升高度H=14m槽节距t=15mm，绕直径=400mm为定绳尾所需长度，取=315=45mm为筒两端空余长度，取=t=15mm为筒中间无槽长度=48mm所以查起起重机设计手册选卷筒型号取T1541-400-1000-5t-15卷筒壁厚：δ=0.02D+(6~10)=[0.02400+(6~10)]mm=14~18mm，取δ=15mm卷筒转速：=r/min=17.7r/min(2-5)2.4计算起升静功率==9.7kW(2-6)式中：η起升时总机械效率=0.894为滑轮组效率取0.99；传动机构机械效率取0.94；卷筒轴承效率取0.99；联轴器效率取0.98[1]。2.5电动机设计与计算≥G=0.89.7=7.76kW(2-7)式中：为JC值时的功率，单位为kWG为稳态负载平均系数，根据电动机型号和JC值查表得G=0.8选用电动机型号为YZR180L-8，=13KW，=700r/min，最大转矩允许过载倍数λm=2.8，飞轮转矩GD²=15.5KN.m²。电动机转速：=712.7r/min(2-8)式中：为在起升载荷=56.4kN作用下电动机转速为电动机同步转速=750r/min是电动机在JC值时额定功率和额定转速2.6减速器的设计与计算减速器总传动比：=40.17，取实际速比=40(2-9)起升机构减速器按静功率选取，根据=9.7kW，=712.7r/min，=40，工作级别为M5，选定减速器为PJ-500-II-3CA，减速器许用功率[]=45.5KW，低速轴最大扭矩为M=20500N.m减速器在712.7r/min时许用功率：[]==43.24>13kW(2-10)实际起升速度：==15.06m/min(2-11)实际起升静功率：==9.74kW(2-12)用Ⅱ类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。最大径向力Fmax，短暂最大扭矩Tmax：(2-13)式中：起升载荷系数取1.2.S钢丝绳最大静拉力为12.7kNGt卷筒的重力3340N[F]是减速器允许的最大径向载荷：Fmax=2004N≤[F]=20500NTmax=T≤[T]T钢丝绳产生的最大扭矩：Tmax=1.2×s×0.5=7.62kN.m≤[T]=19kN.m所以减速器符合设计要求。2.7电机过热验算与发热验算1.过载验算按下式计算：≥==11.2kW(2-14)输出功率P=13kw大于，满足要求。式中：为准接电持续率时，电动机额定功率，单位为kWH为系数，绕线式异步电动机，取H=2.5Λm为基准接电持续率时，电动机转矩允许过载倍数，λm取2.5M为电动机个数m=1Η为总机械效率η=0.8582.发热验算按下式计算：P≥Pз(2-15)式中：P为电动机在不同接电持续率JC值和不同CZ值时允许输出功率，单位为kW，按CZ=150，JC值=25%，输出P=11.26kW==6.74kW(2-16)P=11.26>=6.74kW由以上计算得过载验算和发热验算通过。2.8制动器的设计与计算按下式计算，选制动器：≥(2-17)式中：为制动力矩，单位为N.m为制动安全系数，查表3-5中M5得=2.0为下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m==109.4N.m(2-18)η'为下降时总机械效率，通常取η'≈η≈0.858==2109.4=218.8N.m表2-5制动安全系数工作级别M1-M2M3M4M51.01.41.82.0选用=218.8N.m选用YW200-300-3制动器，其额定制动力矩224N.m，安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩=2000N.m。2.9联轴器的设计与计算根据电动机和减速器以及浮动轴的轴伸尺寸及形状选连轴器，使连轴器的许用应力矩[M]>计算的所需力矩M，则满足要求。电动机的轴伸：d=55mm(柱形)，长度E=110mm减速器的轴伸：d=50mm(锥形)，长度E=87mm选取梅花弹性连轴器：型号为MLL8-I-315，[M]=1800N.m；1.GD²=132.54=530Kg.m(2-19)2.GD²=18.954=75.8Kg.m(2-20)电动机额定力矩：=177.4N.m(2-21)计算所需力矩：M=n=1.21.8177.4=383.1N.m(2-22)式中：n为安全系数取n=1.5为刚性动载系数，取＝1.8[M]=1800>M=383.1N.M所选连轴器合格。表2-6工作安全系数工作级别M1-M3M4M5M6n1.01.11.21.32.10验算启动时间起动时间：=2.8s(2-23)式中：(2-24)静阻力矩：==148.6N.m(2-25)电动机启动力矩：=3.5=3.5177.4=620.9N.m(2-26)平均起动加速度：==0.08m/s²(2-27)=0.08m/s²<[]=0.2m/s²电动机启动时间合适。2.11验算制动时间制动时间：==0.97s(2-28)式中：为电机满载下降转速，单位为r/min==2750-700=800r/min=2000N.m=109.4N.m平均制动减速器速度：==0.19m/s²<[]=0.2m/s²(2-29)所以制动时间也合适。2.12高速轴计算2.12.1疲劳计算轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩：(2-30)式中：等效系数相应于季候工作类型的电动机额定力矩传至计算轴的力矩。(2-31)由上节选择联轴器中，确定浮动轴端直径d=50mm因此扭转应力为：(2-32)许用扭转应力：(2-33)轴材料用45钢：，；式中：考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过度和开键槽及紧配合区段=1.5~2.5与零件表面的加工光洁度有关，对于，对于此处取K=21.25=2.5考虑材料对应力循环不对称的敏感系数，对碳钢、合金刚，取=0.2为安全系数，取=1.6因此故疲劳通过。2.12.2静强度计算轴的最大扭矩：(2-34)式中：为动力系数，因轴的工作速度较高，取=2按照额定起重量计算轴受静力矩最大扭转应力：(2-35)许用扭转应力：(2-36)式中：为安全系数，取=1.6因静强度足够故选择合适。第三章小车运行机构设计3.1确定机构的传动方案小车主要有起升机构、运行机构和小车架组成。起升机构采用闭式传动方案，电动机轴与二级圆柱齿轮减速器的高速轴之间采用两个半齿联轴器和一中间浮动轴联系起来，减速器的低速轴鱼卷筒之间采用圆柱齿轮传动。运行机构采用全部为闭式齿轮传动，小车的四个车轮固定在小车架的四周，车轮采用带有角形轴承箱的成组部件，电动机装在小车架的台面上，由于电动机轴和车轮轴不在同一个平面上，所以运行机构采用立式三级圆柱齿轮减速器，在减速器的输入轴与电动机轴之间以及减速器的两个输出轴端与车轮轴之间均采用带浮动轴的半齿联轴器的连接方式。小车架的设计，采用粗略的计算方法，靠现有资料和经验来进行，采用钢板冲压成型的型钢来代替原来的焊接横梁。起重量5吨至50吨范围内的双粱桥式起重机的小车，一般采用四个车轮支承的小车，其中两个车轮为主动车轮。主动车轮由小车运行机构集中驱动。图3-1为小车运行机构简图：图3-1小车运行机构简图3.2选择车轮与轨道并验算强度参考同类型规格相近的起重机，估计小车总重为，近似认为由四个车轮平均承受，吊钩位于小车轨道的纵向对称轴线上。车轮的最大轮压为：车轮的最小轮压为：载荷率：由《起重机设计手册》表3-8-12选择车轮，当运行速度v<60m/min，，工作类型为M5，车轮直径，轨道为P24的许用轮压为11.8t，故初步选择车轮直径，而后校核强度。车轮计算载荷：车轮踏面疲劳接触应力计算：车轮与轨道线接触，这时轨道的曲率半径为∞，车轮半径压应力为：式中——许用线接触应力常数，车轮材料选用球墨铸铁，按，《起重机设计手册》表3-8-6，L——车轮与轨道有效接触长度，《起重机设计手册》表3-8-10，L=B=81mm——转述系数，《起重机设计手册》表3-8-7，——工作级别系数，《起重机设计手册》表3-8-8，综上所述符合要求。3.3运行阻力的计算摩擦总阻力矩：（3.1）式中——车轮轮缘与轨道的摩擦、轨道的弯曲与不平行性、轨道不直以及运转时车轮的摆动等因素有关，查《起重运输机械》表7-3得；、——分别为起重机小车重量和起重量；k——滚动摩擦系数（m），它与车轮和轨道的材料性质、几何尺寸及接触表面情况有关，查《起重运输机械》表7-1得k=0.0005；——车轮轴承摩擦系数，查《起重运输机械》表7-2得；d——轴承内径（m），d=90mm，选用调心滚子轴承22218C/W33GB/T288-1984。把以上数据带入（3-1）式得当满载时的运行阻力矩：相应的运行摩擦阻力为：式中：为车轮直径当无载时：3.4电机选择及校验电动机的静功率式中——小车满载运行时的静阻力，——小车运行速度，；η——小车运行机构传动效率，η=0.9；m——驱动电动机台数，m=1.初选电动机功率：式中——电动机起动时为克服惯性的功率增大系数，查《起重运输机械》表7-6取=1.4。由《起重机设计手册》表5-1-41查得小车运行机构JC=25%，CZ=300。由《起重机设计手册》表5-1-13选用YZR160M2-6型电动机，功率，转速由《起重机设计手册》表5-1-36，由JC=25%，CZ=300得P=7.5KW由《起重机设计手册》表5-1-3，发热校验：（3.2）式中——风阻力，室内w——摩擦阻力系数，查《起重机设计手册》表2-3-5，w=0.015——坡道阻力系数，电动机发热校验符合。过载校验：式中——起动时间在4～6s，取电动机的过载校验符合。综上所述所选电动机符合要求。3.5选择减速器车轮转速：机构总的传动比：查《起重机设计手册》表3-10-2，取i=25查《起重机设计手册》根据传动比i=25，电动机转速，电动机功率，工作类型M5，表3-10-5，高速轴许用功率，名义中心距，许用输出扭矩，表3-10-3，高速轴伸尺寸，，表3-10-4低速轴伸尺寸P型，，自重G=4000Kg。型号：QJR-630-2CW3.6验算速度和实际所需功率根据减速器的传动比，计算出实际的运行速度：速度偏差合适。实际所需电动机静功率为：所选电动机与减速器均适合。3.7验算启动时间启动时间：式中；m=1——驱动电动机台数；平均起动力矩当满载时静阻力矩：当无载时运行静阻力矩：初步估算制动轮和联轴器的飞轮矩：机构总的飞轮矩：满载启动时间：无载启动时间：查《起重运输机械》第98页可知通常起升机构起动时间为<4～6s，故所选电动机合适。3.8校核减速器功率启动状况减速器传递的功率：式中——计算载荷——运行机构中同一级传动减速器的个数=1.因此所用减速器N＜[N]，合适。3.9验算启动不打滑条件因起重机系室内使用桥式起重机，故不计风阻及坡度阻力矩，只验算空载及满载起动时两种工况。在空载起动时，主动车轮与轨道接触处的圆周切向力：（3.3）式中车轮与轨道黏着力：式中f——查《起重运输机械》第99页得f=0.15故空载起动时不会打滑。当满载启动时，主动车轮与轨道接触处的圆周切向力：式中车轮与轨道黏着力：所以，满载起动时不会打滑，因此所选电动机合适。3.10选择制动器由《起重机设计手册》可查得，对于小车运行机构制动时间，取。因此，所需制动力矩：（3.4）式中——由《起重运输机械》表7-4查得代入上式得：由《起重机设计手册》表3-7-15选用YW315-300，其制动转矩，为了避免打滑，使用时将其制动力矩调到61.77Nm以下，制动轮直径D=315mm考虑到所取制动时间与启动时间很接近，故略去制动不打滑条件验算。3.11选择联轴器(1)机构高速轴上全齿联轴器的计算扭矩：式中——机构刚性动载系数，；——联轴器的安全系数，；——相应于机构JC%值的电动机额定力矩折算到高速轴上的力矩，由《起重机设计手册》表5-1-21，电动机YZR160M1-6伸出轴为圆柱形d=48mm，=110mm；查表3-10-3，QJR-630-2CW减速器，高速轴端为圆柱形，。选择全齿联轴器CL3(JB/ZQ4218-86)联轴器，，飞轮矩高速轴端制动轮：根据制动器已经选定为YW-315-500，由《起重机设计手册》制动轮直径D=400mm，飞轮矩，重量。（2）低速轴的计算扭矩由《起重机设计手册》表3-10-4，QJR-630-2CW减速器低速轴端为圆柱形d=220mm，=280mm。由《起重机设计手册》表3-8-10，查得主动车轮的伸出轴端为圆柱形d=65mm，=85mm。选择全齿联轴器CL5，，d=50～90mm，=84～172mm。取浮动轴端直径d=60mm3.12验算低速浮动轴强度1）疲劳计算低速浮动轴的等效扭矩为：式中——等效系数，由《起重机课程设计》表2-7查得=1.4；——考虑材料对应力循环不对称的敏感系数，对于45号钢；由上节选择联轴器中，已确定浮动轴的直径d=60因此扭转应力：浮动轴的载荷变化为对称循环（因运行机构正反转扭矩值相同），许用扭转应力：轴的材料为45号钢，，；，。——考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数；——与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡和开有键槽及紧配合区段，；——与零件表面加工光洁度有关，取；此处取；——安全系数，查《起重机课程设计》表2-21得；因此，疲劳验算通过。2）静强度计算静强度计算扭矩：式中——动力系数，由《起重机课程设计》表2-5查得。最大扭转力矩：许用扭转应力，式中——安全系数，由《起重机课程设计》表2-21查得。，故静强度计算通过。浮动轴颈：，取。第四章小车导电架概述目前我国制造的电动双梁桥式起重机小车供电均采用的是角钢导电方式。经过长期使用发现，小车采用角钢导电存在以下问题，急待改进。(1)导电角钢是靠大量的瓷瓶、电木管和紧固件与电柱连接在一起的，因此安装，维修工作量大。(2)导电角钢，瓷瓶，紧固件的数量大，增大了起重机的自重。(3)所有导电角钢都是裸露在外，没有防护措施，检修人员稍有不慎，就会造成触电事故，故很不安全。(4)角钢与滑块的接触面容易积灰，特别是粉尘大的工作环境积灰更为严重。由于积灰造成接触不良，至使电动机单相运行而烧毁电动机的现象也时有发生。因此，起重机司机或维修人员必须经常清扫灰尘，以保证起重机的正常工作。(5)角钢导电性能差，电压降大，这就势必增大起重机内部的电压损失。尤其是大跨度的起重机，在电源电压偏低的情况下，甚至会影响到整个起重机的性能，使起重机不能正常工作。(6)耐腐蚀性差。当起重机用于有腐蚀气体或露天环境中时，角钢腐蚀很快，寿命很短。甚至因腐蚀严重而使滑块与导电角钢接触不良，增大了起重机内部的电压降而使起重机不能起动。特别是重庆地区酸雨严重，对露天使用的起重机小车导电角钢的腐蚀更为突出。因此小车供电采用角钢导电的起重机不能满足在露天或腐蚀严重环境中使用的要求。(7)由于导电角钢是由大量的瓷瓶，螺栓，螺母固定在电住上的，加之起重机运行时振动较大，因而必须经常检查紧固件是否松动，瓷瓶是否开裂脱落；必须经常清扫灰尘；露天或腐蚀严重的环境中必须经常除锈和作防腐防锈处理等。这就增加了起重机的维护保养工作，给正常生产带来极大的不便。针对以上采用角钢导电所存在的问题，本着安全、可靠、经济、好修、好用、便于制造和安装的原则，经过对目前国内外有关起重机上采用的电缆导电装置的分析对比，我们认为采用悬挂软电缆方式较为适宜。我们在电动双梁桥式起重机中设计了悬挂软电缆导电方式。该导电装置主要由支座、电缆夹板、携带杆等部份组成(如图所示)。图4-1小车导电架电缆滑车是影响整个导电装置能否正常使用的关键。故要求电缆滑车坚固耐用，安装拆卸方便，运行平稳灵活，同时要满足电缆线的最小弯曲半径，以保证电缘线的使用寿命。所以该滑车采用四个走轮，走轮与墙板用螺栓，螺母连接，更换走轮时只需卸去螺母，便可将走轮卸下。墙板与吊挂间，吊挂与电缆夹间均采用螺栓连接。整个