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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文垃圾运输车抓斗桥式搬运起重机构设计摘要该设计介绍了垃圾搬运起重机的主要组成结构及其各结构的作用主要对小车和大车的驱动系统,起升系统和桥架进行了优化设计为了减轻起重机自重,并且使结构紧凑,本设计针对大车,小车不同的驱动要求分别采用了分别驱动方式和集中驱动方式驱动系统则统一采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动型式设计,其中重点在于选择各成品部件,并根据其特性和技术参数选择匹配的小车架针对起升机构,本设计进行了起升电机,减速器和制动器的选用以及卷筒和钢丝绳的设计和校核,使其满足起重量,起升速度的要求,达到初定的工作级别桥身采用偏轨箱形双梁,这样设计的好处在于不仅有效的减轻了起重机整体自重,更能明显得增强桥身的刚度,使桥身不易变形,延长起重机的使用寿命关键词搬运起重机;驱动系统;起升机构BridgeWasteHandlingGrabCranceLiftingMechanismDesignAbstractThemainstructureanditsactionofbridgewastehandlinggrabcranearedesigned.Trolleyandthebridgetruckdrivingsystemandthebridgewereoptimizedtoalleviatecraneweightandmakecompactstructure.Thedesignadoptsthemethodofbeingseparatelydrivenandbeingdriventogetheraccordingtothedifferentrequirementsoftrolleyandbridgetruck.Drivingsystermismadeupofbrakerreducerandmotorwhichisthetypeofthreeinone.Thedesignfocusesonthechoiceoffinishedpartsandaccordingtoitscharacteristicsandtechnicalparametersthematchingtrolleyframeisselected.Theselectionandcheckofhoistmotorreducerandbrakeraremade.Andthenthedesignandcheckoftheropeanddrumthatmeetwithrequirementsofliftingweightandtherate.Andthenachievetoinitialworkinglevel.Bridgeadoptsbias-railbox-beamsthebenefitsofthisdesignnotonlyiseffectiveinreducingtheoverallcraneweightbutalsocanincreasethestiffnessofbridgewhichmakebrightnottodeformeasilyextendthelifeofthecrane.KeywordsWasteHandlingGrabCrane;TypeDriving;LiftingMechanism不要删除行尾的分节符,此行不会被打印目录摘要IAbstractIITOC\o1-3\h\z\u第1章绪论
11.1课题背景
11.2起重机的发展历史
11.3垃圾搬运起重机的发展背景及现状
11.4起重机的发展趋势
21.
4.1大型化和专用化
21.
4.2模块化和组合化
21.
4.3轻型化和多样化
31.
4.4自动化和智能化
31.
4.5成套化和系统化
41.
4.6新型化和实用化
41.5垃圾搬运起重机设计的主要工作5第2章桥式垃圾搬运起重机的概况
62.1桥式垃圾搬运起重机的功用
62.2桥式垃圾搬运起重机的结构
62.
2.1起升机构
62.
2.2起重机运行机构
62.
2.3桥架的金属结构
62.
2.4垃圾抓斗
72.3垃圾搬运起重机作为非标特种起重机具有的特点
82.4本章小结8第3章起升小车的设计
93.1起升机构计算
93.
1.1钢丝绳
93.
1.2电动机
103.
1.3减速器
123.
1.4制动器
133.
1.5联轴器
153.
1.6起制动时间验算
153.
1.7卷筒
173.
1.8钢丝绳在卷筒上的固定
193.2运行机构计算
203.
2.1运行阻力的计算
203.
2.2电动机的选择
213.
2.3减速器的选择
243.
2.4制动器的选择
253.
2.5联轴器的选择
253.
2.6运行打滑验算
263.3本章小结27第4章大车运行机构的设计
284.1运行阻力的计算
284.
1.1摩擦阻力Fm
284.
1.2坡道阻力Fp
284.
1.3风阻力Fw
294.2电动机的选择
294.
2.1电动机的静功率
294.
2.2电动机初选
294.
2.3电动机的过载校验
294.
2.4电动机的发热校验
304.
2.5起动时间与起动平均加速度验算
314.3减速器的选择
314.
3.1减速器的传动比
314.
3.2标准减速器的选用
324.4制动器的选择
324.5联轴器的选择
334.6运行打滑验算
334.
6.1起动时按下式验算
344.
6.2制动时按下式验算
344.7本章小结35第5章主动轴及车轮的设计计算
365.1轴的概述
365.
1.1轴的用途
365.
1.2轴设计的主要内容
365.
1.3轴的材料
365.2轴的设计及其校核
365.
2.1拟定轴上零件的装配方案
365.
2.2轴的强度计算
375.3小车驱动机构主动轴的设计
385.4车轮的计算
405.
4.1车轮踏面疲劳计算载荷
405.
4.2车轮踏面疲劳计算
415.5本章小结42第6章主梁的设计计算
436.1作用于主梁上的载荷
436.2计算载荷及其组合
436.3主梁的强度计算
436.4主梁的刚度计算
466.5疲劳计算
476.6本章小结47结论49附录52千万不要删除行尾的分节符,此行不会被打印在目录上点右键“更新域”,然后“更新整个目录”打印前,不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章绪论
1.1课题背景在德国、美国、日本及芬兰等发达国家,半自动和全自动控制的垃圾抓斗起重机已经形成系列产品,广泛应用于垃圾焚烧工程国外提供垃圾搬运起重机的厂商主要有芬兰KONE、德国DEMAG、美国PH、法国REEL等公司,种类分为手动、半自动及全自动控制等3个等级,单机日处理垃圾量从250~3000t而我国在环保产品生产及环保技术开发等领域,仍以常规技术、通用产品占主导地位,与国外技术之间存在的巨大差距,单机处理垃圾量则只有250-1500t/d,在我国坚持走可持续发展道路的方针,越来越注视环境保护的大前提下,已经远远不能满足国内环保产业的发展要求相信在不久的将来,垃圾搬运起重机会随着国内垃圾焚烧发电厂的蓬勃发展而迅速占有广大的环保产业市场
1.2起重机的发展历史中国古代灌溉农田用的桔 是臂架型起重机的雏形14世纪,西欧出现了人力和畜力驱动的转动臂架型起重机19世纪前期,出现了桥式起重机;起重机的重要磨损件如轴、齿轮和吊具等开始采用金属材料制造,并开始采用水力驱动19世纪后期,蒸汽驱动的起重机逐渐取代了水力驱动的起重机20世纪20年代开始,由于电气工业和内燃机工业迅速发展,以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本形成
1.3垃圾搬运起重机的发展背景及现状作为特种专用型起重机的一种,垃圾搬运起重机的产生和发展必定符合其新兴的环境背景由于各国工业的迅猛发展,城市人口剧增,使大量的工业垃圾和生活垃圾成为地球公害面对垃圾滥成灾的现实,世界各国的视线已从如何控制和销毁垃圾转变为着手科学地处理、利用垃圾,将垃圾列为维持经济持续发展的“第二资源”,向垃圾要资源、要能源、要效益从生态环境角度看,垃圾虽然是一种污染源;从资源角度看,它却是地球上唯一在增长的资源,一种潜在的资源经科学家计算,垃圾中的2次能源物质——有机可燃物含热量多、热值高,每燃烧2t垃圾可获得相当于燃烧1t煤的热量而且垃圾焚烧处理后的灰渣呈中性,无气味,不会引发2次污染,且体积减少90%,重量减少75%以上,明显减容减量如果措施得当,利用1t垃圾,可获得约300~400kW的电力生产能力抓斗桥式垃圾搬运起重机作为一种专用型起重机将伴随着全球对环境保护观念的深入和环保产业的迅猛发展而得到广泛的应用,并且正向着半自动化和全自动化的更加先进的方向发展
1.4起重机的发展趋势
1.
4.1大型化和专用化由于工业生产规模的不断扩大,生产效率日益提高,以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加,促使大型或高速起重机的需求量不断增长起重量越来越大,工作速度越来越高,并对能耗和可靠性提出更高的要求起重机已成为自动化生产流程中的重要环节起重机不但要容易操作,容易维护,而且安全性要好,可靠性要高,要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性目前世界上最大的浮游起重机起重量达6500t,最大的履带起重机起重量达3000t,最大的桥式起重机起重量为1200t,集装箱岸边装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min,堆垛起重机最大运行速度是240m/min,垃圾处理用起重机的起升速度达100m/min工业生产方式和用户需求的多样性,使专用起重机的市场不断扩大,品种也不断更新,以特有的功能满足特殊的需要,发挥出最佳的效用例如冶金、核电、造纸、垃圾处理的专用起重机,防爆、防腐、绝缘起重机和铁路、船舶、集装箱专用起重机的功能不断增加,性能不断提高,适应性比以往更强德国德马格公司研制出一种飞机维修保养的专用起重机,在国际市场打开了销路这种起重机安装在房屋结构上,跨度大、起升高度大、可过跨、停车精度高在起重小车下面安装有多节伸缩导管,与飞机维修平台相连,并可作360度旋转通过大车和小车的位移、导管的升降与旋转可使维修平台到达飞机的任一部位,进行飞机的维护和修理,极为快捷方便
1.
4.2模块化和组合化用模块化设计代替传统的整机设计方法,将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途,有相同联接要素和可互换的标准模块,通过不同模块的相互组合,形成不同类型和规格的起重机对起重机进行改进,只需针对某几个模块设计新型起重机,只需选用不同模块重新进行组合可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产,实现高效率的专业化生产,企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理达到改善整机性能,降低制造成本,提高通用化程度,用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品,充分满足用户需求 目前,德国、英国、法国、美国和日本的著名起重机公司都已采用起重机模块化设计,并取得了显著的效益德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化设计后,比单件设计的设计费用下降12%,生产成本下降45%,经济效益十分可观德国德马格公司还开发了一种KBK柔性组合式悬挂起重机,起重机的钢结构由冷轧型轨组合而成,起重机运行线路可沿生产工艺流程任意布置,可有叉道、转弯、过跨、变轨距所有部件都可实现大批量生产,再根据用户的不同需求和具体物料搬运路线在短时间内将各种部件组合搭配即成这种起重机组合性非常好,操作方便,能充分利用空间,运行成本低有手动、自动多种形式,还能组成悬挂系统、单梁悬挂起重机、双梁悬挂起重机、悬臂起重机、轻型门式起重机及手动堆垛起重机,甚至能组成大型自动化物料搬运系统
1.
4.3轻型化和多样化有相当批量的起重机是在通用的场合使用,工作并不很繁重这类起重机批量大、用途广,考虑综合效益,要求起重机尽量降低外形高度,简化结构,减小自重和轮压,也可使整个建筑物高度下降,建筑结构轻型化,降低造价因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展,并将大部分取代中小吨位的一般用途桥式起重机德国德马格公司经过几十年的开发和创新,已形成了一个轻型组合式的标准起重机系列起重量为1-63吨,工作级别为A1-A7,整个系列由工字形和箱型单梁、悬挂箱形单梁、角形小车箱形单梁和箱形双梁等多个品种组成主梁与端梁相接以及起重小车的布置有多种型式,可适合不同建筑物及不同起吊高度的要求根据用户需要每种规格起重机都有三种单速及三种双速供任意选择,还可以选用变频调速操纵方式有地面手电门自行移动、手电门随小车移动、手电门固定、无线遥控、司机室固定、司机室随小车移动、司机室自行移动等七种选择大车及小车的供电有电缆小车导电、DVS系统两种方式如此多的选择项,通过不同的组合,可搭配成百上千种起重机,充分满足用户不同的需求这种起重机的另一最大优点是轻型化,自重轻、轮压轻、外形尺寸高度小,可大大降低厂房建筑物的建造成本,同时也可减小起重机的运行功率和运行成本与通用产品相比较,起重量为10t,跨度
22.5m,通用双梁桥式起重机自重是24t,起重机轨面以上高度1876mm,起重机宽度5980mm;德马格起重机的自重只有
8.7t,重量轻了176%,起重机轨面以上高度为920mm,降低了104%,起重机宽度为2980mm,外形尺寸减少了100%
1.
4.4自动化和智能化起重机的更新和发展,在很大程度上取决于电气传动与控制的改进将机械技术和电子技术相结合,将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统,实现起重机的自动化和智能化大型高效起重机的新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用使起重机具有更高的柔性,以适合多批次少批量的柔性生产模式,提高单机综合自动化水平重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置,使起重机具有优良的调速和静动特性,可进行操作的自动控制、自动显示与记录,起重机运行的自动保护与自动检测,特殊场合的远距离遥控等,以适应自动化生产的需要例如采用激光装置查找起吊物的重心位置,在取物装置上装有超声波传感器引导取物装置自动抓取货物吊具自动防摇系统能在运行速度200m/min、加速度
0.5m2/s的情况下很快使起吊物摇摆振幅减至几个毫米起重机可通过磁场变换器或激光达到高精度定位起重机上安装近场感应系统,可避免起重机之间的互相碰撞起重机上还安装了微机自诊断监控系统,该系统能提供大部分常规维护检查内容,如齿轮箱油温、油位,车轮轴承温度,起重机的载荷、应力和振动情况,制动器摩擦衬片的寿命及温度状况等
1.
4.5成套化和系统化在起重机单机自动化的基础上,通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统,通过中央控制室的控制,与生产设备有机结合,与生产系统协调配合这类起重机自动化程度高,具有信息处理功能,可将传感器检测出来的各种信息实施存储、运算、逻辑判断、变换等处理加工,进而向执行机构发出控制指令这类起重机还具有较好的信息输入、输出接口,实现信息全部、准确、可靠地在整个物料搬运集成系统中的传输起重机通过系统集成,能形成不同机种的最佳匹配和组合,取长补短,发挥最佳效用目前重点发展的有工厂生产搬运自动化系统,柔性加工制造系统,商业货物配送集散系统,集装箱装卸搬运系统,交通运输和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等例如生产工程机械的美国卡特皮勒公司金属结构厂购置了一条以桥式起重机为主的物料自动搬运系统,用于钢板的喷丸处理、切割和入库的自动装卸搬运作业,比原先采用单机操作工作效率提高了65%日本东芝浜川崎工厂用全自动桥式起重机组成的物料输送系统来搬运柔性加工线上的夹具和工件,为机床运送毛坯或将加工好的零件送到下一工序或仓库这些在空间移动的起重机搬运系统代替了过去通常使用的自动导向搬运车,使车间的地面面积得到充分利用
1.
4.6新型化和实用化结构方面采用薄壁型材和异形钢、减少结构的拼接焊缝,提高抗疲劳性能采用各种高强度低合金钢新材料,提高承载能力,改善受力条件,减轻自重和增加外形美观桥式起重机的桥架结构型式大多采用箱形四梁结构,主梁与端梁采用高强度螺栓联接,便于运输与安装在机构方面进一步开发新型传动零部件,简化机构“三合一”运行机构是当今世界轻、中级起重机运行机构的主流,将电动机、减速器和制动器合为一体,具有结构紧凑、轻巧美观、拆装方便、调整简单、运行平稳、配套范围大等优点,国外已广泛应用到各种起重机运行机构上为使中小吨位的起重小车结构尽量简化,同时降低起重机的尺寸高度,减小轮压,国外已大量采用电动葫芦作为起升机构为了减轻自重,提高承载能力,改善加工制造条件,增加产品成品率,零部件尽量采用以焊代铸,如减速器壳体、卷简、滑轮等都用焊接结构减速器齿轮都采用硬齿面,以减轻自重、减小体积、提高承载能力、增加使用寿命液压推杆盘式制动器的应用范围也越来越大此外,各机构采用的电动机都向高转速发展,从而减小电机基座号,减轻重量与减小外形尺寸,并可配用制动力矩小的制动器在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统,发展半自动和全自动操纵采用机电仪液一体化技术,提高使用性能和可靠性,增加起重机的功能今后会更加注重起重机的安全性,研制新型安全保护装置重视司机的工作条件,应用人体工程学设计司机室,降低司机的劳动强度德国近年为解决起重机吊钩的防摆控制,开发了模糊逻辑电路的控制技术,用神经信息和模糊技术来寻找开始加速的最佳时刻,将有经验司机防摆实际操作的数据输入系统,实现最优控制模糊控制方式能确定实施自动工作的控制指令,将人们主观上的模糊量通过模糊集合进行数字化定量,再利用计算机实现像熟练司机一样的自如操作,取得了更高的效率和安全性模糊控制作为新的控制方法已引人注目
1.5垃圾搬运起重机设计的主要工作本次设计针对小车的起升机构及运行机构,桥架运行机构的部件进行选型,设计校核了小车运行机构的主动车轮组和卷筒,确定选用了主梁截面尺寸通过一系列的设计不仅有效得减轻了起重机的自重,更使起重机的结构简洁可靠,驱动机构达到同步,起升重物高速平稳第2章桥式垃圾搬运起重机的概况
2.1桥式垃圾搬运起重机的功用桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机,又称天车桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行,起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行,构成一矩形的工作范围,就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垃圾搬运起重机是用于城市生活垃圾焚烧发电厂垃圾处理的特种抓斗桥式起重机,是城市生活垃圾焚烧厂垃圾供料系统的核心设备,位于垃圾贮存坑的上方,主要承担垃圾的投料、搬运、搅拌、取物和称量工作
2.2桥式垃圾搬运起重机的结构垃圾搬运起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成
2.
2.1起升机构起升机构包括电动机、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,以升降重物小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架,通常为焊接结构起重机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
2.
2.2起重机运行机构起重机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
2.
2.3桥架的金属结构桥架的金属结构由主粱和端粱组成,分为单主粱桥架和双粱桥架两类单主粱桥架由单根主粱和位于跨度两边的端粱组成,双粱桥架由两根主粱和端粱组成主粱与端粱刚性连接,端粱两端装有车轮,用以支承桥架在高架上运行主粱上焊有轨道,供起重小车运行桥架主粱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箱形结构又可分为正轨箱形双粱、偏轨箱形双粱、偏轨箱形单主粱等几种正轨箱形双粱是广泛采用的一种基本形式,主粱由上、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,但自重较大偏轨箱形双粱和偏轨箱形单主粱的截面都是由上、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,其中偏轨箱形单主粱是由一根宽翼缘箱形主粱代替两根主粱,自重较小,但制造较复杂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,但与其他结构相比,外形尺寸大,制造较复杂,疲劳强度较低,已较少生产空腹桁架结构类似偏轨箱形主粱,由四片钢板组成一封闭结构,除主腹板为实腹工字形粱外,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
2.
2.4垃圾抓斗垃圾抓斗是垃圾焚烧场供料系统核心设备垃圾搬运起重机的辅助设备它负责给垃圾焚烧炉供料,并承担搬运搅拌贮坑中垃圾的作业等其充分利用垃圾贮坑的容量,使坑内垃圾充分发酵且成分均匀抓斗的工作环境恶劣,工作负荷繁重,维护保养困难,易发生故障一旦抓斗出现故障,影响垃圾焚烧炉的供料,将造成垃圾焚烧场的停运,甚至可能造成城市生活垃圾收集、清运系统的混乱正确选择垃圾的抓斗非常重要垃圾抓斗从结构形式上分为蚌壳式和爪瓣式,从驱动方式上分为机械式和液压式爪式液压抓斗为多瓣结构,靠液压缸直接驱动爪瓣实现开闭动作切取容积大,抓取力大,防摆性好对不均匀,斜面垃圾效果好,应用广泛起重机上小车无需增加驱动(抓斗)机构,小车体积小、灵活四吊点六瓣液压抓斗,带有自动开启、闭合及倾斜控制系统;由上海起帆·佩纳公司供货,采用德国PEINER技术制造,液压中心从德国进口,并采用380V交流电压驱动液压缸位于抓斗外侧,便于检修,且每个液压缸上都安装防尘罩抓斗供电采用与起升卷筒同步传动的电缆卷筒,布置在小车上称量系统进行实时的动态称量,具有超载报警、计量和统计打印功能称量传感器安装在小车钢丝绳卷筒轴承底座下方
2.3垃圾搬运起重机作为非标特种起重机具有的特点
1、工作环境恶劣温度高、湿度大、灰尘多、气体腐蚀性强;
2、工作载荷繁重年平均工作时间8000h、满载率高、工作频繁;
3、维护保养困难工作环境恶劣,垃圾腐烂的多种有害气体增加了工作难度;
4、可靠性要求高如起重机出现故障无法及时弥补,将影响焚烧炉进料,造成垃圾焚烧场瘫痪
2.4本章小结本章简要介绍了垃圾搬运起重机的结构形态、功用和特点等概况垃圾搬运起重机作为非标特种桥式起重机具有所有桥式起重机的共性和技术条件要求,同时由于特殊的工作环境和功用需求又决定了垃圾搬运起重机的特殊机构构造,技术参数和工作特点,这正是现代起重机发展专用化的体现,更是现代起重机的发展趋势第3章起升小车的设计
12.5t×
22.8m桥式起重机的设计计算依据文献
[5]和文献
[6]的有关规定和公式计算主要计算公式及计算结果如下技术参数结构形式半自动控制
12.5t×
22.2m垃圾抓斗起重机生产率12000吨/日/台起重量
12.5吨(包括抓斗)工作级别A8跨度
22.8m抓斗容积8m3抓斗自重5380kg起升速度50m/min上升/60m/min下降小车运行速度50m/min起重机供电三相交流380V50HZ大车轮压为145KN单机装机容量150Kw小车轨距
2.5m
3.1起升机构计算按照文献
[6]的有关规定和步骤计算电动机,制动器;钢丝绳,减速器和联轴器等零部件
3.
1.1钢丝绳1钢丝绳的特性钢丝绳是广泛应用于起重机中的挠性构件它具有承载能力大,卷绕性好,运动平稳无噪音、极少突然断裂、工作可靠等优点2钢丝绳的种类和应用起重机使用圆形截面的钢丝绳,绳股截面也多是圆形按钢丝绳股内相邻层钢丝的接触状态,分点接触、线接触和面接触线接触钢丝绳在起重机中应用最广,线接触钢丝绳分三种类型外粗型、粗细型、密集型按钢丝绳捻绕次数,有单捻和双捻之分由若干根圆形钢丝按螺旋状捻绕而成的单绕钢丝绳,刚性大,表面不光滑,在起重机上仅用作固定张紧绳用异形截面钢丝可以捻制成封闭绳,绳的表面光滑,能承受横向载荷,常用作缆式起重机和架空索道的承载绳双绕钢丝绳是先由钢丝绕成股,再由股绕成绳由于强度高,挠性好,在起重机上广泛使用双绕钢丝绳按外层绳股的捻绕方向分为右旋和左旋;按绳股和股中钢丝的捻绕方向相同或相反而分为同向捻(钢丝与股的捻绕方向一致)和交互捻(钢丝与股的捻绕方向相反)交互捻钢丝绳是常用的型式,由于这里绳与股的扭转趋势相反,互相抵消,没有扭转打结的趋势,使用方便同向捻钢丝绳的挠性与寿命较好,但由于有强烈的扭转趋势,容易打结,只能用于经常保持张紧的地方,通常用于牵引式运行小车的牵引绳,不易用于起升绳按绳芯的材料分有机芯、石棉纤维芯和金属芯三种用浸透油脂的麻绳作有机芯,有利于防止钢丝绳锈蚀,减少钢丝绳的磨损,双绕钢丝绳一般采用有机芯石棉纤维芯和金属芯钢丝绳是用于高温车间,金属芯钢丝绳能承受较大的横向挤压力,可在多层绕卷筒上使用按钢丝表面情况分光面和镀锌钢丝绳在室内或一般工作环境中大都使用光面钢丝绳镀锌钢丝绳适于在潮湿环境或有酸性侵蚀的地方工作按照钢丝绳自行扭转的程度分扭转松散钢丝绳(如钢丝绳端不捆扎,或将钢丝绳切断,绳中的股丝会自行松散),轻微扭转钢丝绳(多层多股,相邻层股的捻向相反)和不扭转钢丝绳(在捻制钢丝绳之前,将钢丝预先成型,加工成在绳中的形态,钢丝内应力小,不扭转打结,挠性好,寿命长,较一般钢丝绳可提高寿命50%)在起升高度大、承载分支数少的场合推荐使用轻微扭转或不扭转钢丝绳关于钢丝绳直径的计算3-1式中C—选择系数由文献
[6]表3-1-2查得C=
0.134;S—钢丝绳最大工作静拉力;采用双联卷筒四吊方式,故纤维芯具有较高挠性和弹性,不能耐高温,不能承受横向压力垃圾仓环境恶劣,镀锌钢丝绳抗腐蚀能力强,适于在潮湿环境或有酸性腐蚀的地方工作钢丝绳型号22ZAA6×19W+FC—1770确定钢丝绳最大静拉力S=31250N
3.
1.2电动机1计算电动机的静功率Kw3-2式中Pj—稳态平均功率;Qv—起升负载及起升速度;η—机构总效率,对于抓斗式η=
0.92选择电动机功率3-3式中G—稳态负载平均系数按此功率选择JC值和CZ值一致的电动机功率起重机起升机构的接电持续率JC值和稳态负载平均系数G,可查文献
[6]表2-2-5和表2-2-6选取JC=40%,G=
0.8,CZ=450起升电动机当机构工作级别低、JC值小、CZ值小,电机容量由过载能力决定;反之,取决于发热校验3电动机过载能力校验3-4式中Pn―在基准接电持续率时的电动机额定功率;u―电动机台数;λm―电动机转矩的允许过载倍数;H―考虑电压降及转矩允差以及静载试验超载(试验载荷为额定载荷的
1.25倍)的系数,绕线异步电动机取
2.1;笼型异步电动机取
2.2;直流电动机取
1.4Kw4电动机的发热验算起重机设计规范中列出了绕线型异步电动机的发热校验方法,没有涉及直流电动机、笼型异步电动机的发热校验这主要由于电机厂已提供计算YZR系列绕线型异步电动机S
4、S5工作方式下输出容量的全套原始数据,进而以计算出S
4、S5时,电机额定输出功率,因而可用相应的发热校验方法3-5式中―稳态平均功率(Kw);G―稳态负载平均系数,一般取文献
[6]表5-1-37所列值;其余符号同式(
3.4)5变频调速三相异步电动机特点YZPF型电动机能与国内外各种变频装置相配套,构成交流变频调速系统,电动机安装尺寸与同机座号的YZR2系列三相异步电动机一致,互换性强具有较大的过载能力和较高的机械强度,特别适合那些短时断续运转,频繁起动和制动及正反转,用过负荷及显著震动与冲击的起重机械与冶金辅助机械设备的变频调速传动系统中电动机选用YZPF315M2—
63.
1.3减速器QY型系列减速器包括QYS型(三支点)和QYD型(底座式)两个系列起重机用硬齿面减速器他有三级,四级和三四级结合型三种此减速器主要用于起重机各有关机构,也可用于运输,冶金,矿山,化工及轻工等机械设备的传动中,其工作条件为1)齿轮圆周速度不大于20m/s;2)高速轴转速不大于1500r/min;3)工作环境温度为-40℃~+40℃;4)可正反两向运转1减速器传动比起升机构传动比i0按公式计算3-6式中n—电动机额定转速;nt—卷筒转速;;—减速器的个数;—卷筒初选直径根据i0确定出公称传动比iN0依据文献
[6]表3-10-2查得iN0=40,三级传动2确定减速器的公称输入功率Pn减速器的计算功率Ps=P2×f1×f23-7式中P2—起重机机构的功率;f1—工作机系数,根据起重机机构的载荷状况和利用等级按表选取;f2—原动机系数,对电动机和液压马达取f2=1根据n1i和Ps查文献
[6]表3-10-10表3-10-11选取减速器的型号,使Pn≥Ps根据连续装卸用抓斗桥式起重机,工作级别M8,查文献
[6]GB/T3811附录N可知,主起升机构载荷状况为L3,利用等级为T6,查文献
[6]表3-10-13,f1=
1.2减速器的计算功率Ps=110×
1.2×1=132Kw当n1=990r/min,iN0=40查文献
[6]表3-10-10,a1=355mm减速器公称输入功率PN=138KW,满足要求3校核减速器的最大转矩3-8式中Mn—电动机的额定转矩;f3—峰值转矩系数,根据机构的载荷状况和利用等级由文献
[6]表3-10-13选取电动机的额定转矩由L3-T6-M7查文献
[6]表3-10-13,f3=
1.03-9减速器公称输入功率PN=138Kw110Kw,满足要求最后选定减速器为QY3D355-40VII(IX)H减速器装配型式减速器的高速轴要与电机和制动器配合4起重机用硬齿面减速器特点1承载能力高2体积小,重量轻3效率高,噪声低,震动小4采用多级数,减少单级速比,可拉开中心距,降低减速器整机高度,满足起重机各机构的要求5三支点减速器,可立式,卧式,甚至偏转一定角度安装,方便灵活6本系列减速器有三四级结合型为慢速起重机的通用化提供了前提
3.
1.4制动器
1、制动器的制动转矩制动器时保证起重机安全的重要部件,起升机构的每一套独立的驱动装置至少要装设一个支持制动器支持制动器应是常闭式的,制动轮必须装在与传动机构刚性联结的轴上,起升机构制动器的制动转矩必须大于由货物产生的静转矩,在货物处于悬吊状态时具有足够的安全裕度,制动转矩应满足下是要求3-10式中:Tz—制动器制动转矩;Kz—制动安全系数,见文献
[6]表2-2-7,Kz=
2.5;Q—额定起升载荷;D0—卷筒卷绕直径;η—机构总效率;m—滑轮组倍率m=1;i—传动机构传动比i=402电动液压块式制动器的特点动作平稳,噪音小,寿命长,尺寸小,重量轻,不易渗漏省电,交流供电方便3根据起重机机构的工作要求和工作条件,选择制动器的一般原则1根据国内现有系列产品选择制动器块式制动器技术成熟,使用可靠,价格适中,维修方便,在起重机上应用最广泛,在同等条件下可优先选用在外形尺寸受限,制动转矩要求很大的场合,可考虑选用带式制动器,轮胎,汽车,履带起重机较多使用带式制动器2制动器一般装在机构的高速轴上,以减小制动转矩如果在起升和变幅机构的传动系中有离合器或挠性传动件,制动器必须装在卷筒上,以确保安全起升机构必须使用自动作用或操纵的常闭式制动器必须使用常开式操纵制动器时,应加装停止器运行和回转机构推荐使用操纵式制动器为了兼有自动作用常闭式制动器安全可靠和常开操纵式制动器制动平稳的优点,在电动桥式、门式起重机的运行机构上可采用综合式制动器3在起升、变幅机构中用于支持物品和吊臂的制动器,制动转矩必须有足够的储备,运行回转机构采用自动作用常闭式制动器时,应满足制动时间或制动减速度的要求门式、门座起重机和装卸桥运行机构制动器,应保证起重机具有工作状态下的防风抗滑安全性4选制动器应注意经济性,维修性,和使用可靠性选用电力液压块式制动器标准产品时,制动转矩只能在(
1.0~
0.7)额定制动转矩范围内调整,以保证制动转矩的稳定,制动可靠5制动器选定后,因根据起重机的工作条件和具体要求验算制动时间或制动距离或制动减速度,必要时应作发热验算由文献
[6]表3-7-15,选择YW400—800—3型由表知配用推动器型号为YTD800—60YW系列制动器外形及安装尺寸见文献
[6]表3—7—164单推杆电力液压制动器特点动作平稳,无噪声,交流供电方便,工作可靠,耗电量少,结构比液压电磁铁简单,松闸性能稳定,动作时间能调节,寿命长,体积小,重量轻,价格较便宜单推杆动作灵敏,可靠,寿命长,价格稍贵
3.
1.5联轴器1销联轴器满足的要求依据所传递的扭矩,转速和被连接的轴径等参数选择联轴器的具体规格,起升机构的联轴器应满足下式要求3-11式中T—所传扭矩的计算值;TⅡmax—按第Ⅱ类载荷计算的轴传最大扭矩,对高速轴TⅡmax=(
0.7-
0.8)λmTn,在此λm为电动机转矩允许过载倍数,Tn为电动机额定转矩,,P为电动机额定功率,n为转速,对低速轴,TⅡmax=φ2Tj,在此φ2为起升载荷动载系数,Tj为钢丝绳最大静拉力作用于卷筒的扭矩;[T]—联轴器许用扭矩,由手册或产品目录中查得;k1—联轴器重要程度系数,对起升机构,k1=
1.8见文献
[6]表3-12-2;k3—角度偏差系数,选用齿轮联轴器时,k3值见文献
[6]表3-12-4,对其他类型联轴器k3=1依据HL型弹性柱销式联轴器基本性能参数和主要尺寸,选择公称转矩为6300Nm的HL7规格的联轴器2HL性弹性柱销联轴器特点适用于各种同轴线的传动系统,利用尼龙棒横断面剪切强度传递转矩,工程转矩160~160000Nm,工作温度-20℃~80℃结构简单,维修方便,具有缓冲减震性能和一定的轴偏移补偿能力,适于在不控制噪音环境的场合使用结构紧凑,装配方便,不需润滑,弹性较好,能缓冲减震,补偿两轴偏移量不大,传递扭矩较小,弹性件易损坏,使用寿命低可用于运行机构高速轴
3.
1.6起制动时间验算机构起动和制动时,产生加速度和惯性力如起动和制动时间过长,加速度小,要影响起重机的生产率,如起动和制动时间过短,加速度太大,会给金属结构和传动部件施加很大的动载荷因此,必须把起动与制动时间(或起动加速度与制动减速度)控制在一定的范围内1起动时间和起动平均加速度验算起动时间3-12式中n—电动机额定转速;Tq—电动机平均起动转矩,参照文献
[6]表2-2-8选取;Tj—电动机静阻力矩,按下式计算;3-13[J]—机构运动质量换算到电动机轴上的总转动惯量,按下式计算;3-14式中Jd—电动机转子的转动惯量(kgm2),在电动机样本中查取;Je—制动轮和联轴器的转动惯量;[tq]—推荐起动时间,参见文献
[6]表2-2-9;[tq]=
1.5s中小起重量的起重机,起动时间可短些;大起重量或速度高的起重机,起动时间可稍长些起动时间是否合适,还可根据起动平均加速度来验算3-15式中aq—起升平均加速度;v—起升速度;[a]—平均升降加(减)速度推荐值,参见文献
[6]表2-2-102制动时间和制动平均减速度验算满载下降制动时间3-16式中:n’—满载下降时电动机转速,通常取n’=
1.1,n=1089r/min;Tz—制动器制动转矩;Tj’—满载下降时制动轴静转矩,按下式计算Nm;[J’]—下降时换算到电动机轴上的机构总转动惯量,按下式计算[tz]—推荐制动时间,可取[tz]≈[tq]Nm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,制动时间短,会引起物件上下跳动,难于准确对位制动时间过长,会产生“溜钩”现象,影响吊装工作用于港口装卸货物的起重机,因速度高,若制动过猛会引起整机震动,影响起重机连续,高效的作业通常可在一定范围内对制动器调整,确定合适的制动力矩最好的措施是电气控制制动与机械支持制动合并使用制动平均减速度3-17式中v’—满载下降速度,可取v’=
1.1v=
71.5m/min无特殊要求时,下降制动时物品减速度不应大于文献
[6]表2-2-10的推荐值
3.
1.7卷筒1卷筒卷筒组是起升机构和牵引机构中卷绕钢丝绳的部件常用卷筒组类型有齿轮联接盘式,周边大齿轮式,短轴式和内装行星齿轮式齿轮联接盘式卷筒组为封闭式传动,分组性好,卷筒轴不承受扭矩,是目前桥式起重机卷筒组的典型结构缺点是检修时需沿轴向外移卷筒周边大齿轮式卷筒组多用于传动速比大,转速低的场合,一般为开式传动,卷筒轴只承受弯矩短轴式卷筒组采用分开的短轴代替整根卷筒长轴减速器侧短轴采用键与过盈配合与卷筒法兰盘刚性联接,减速器通过钢球或圆柱销与底架铰接;支座侧采用定轴式或转轴式短轴,其优点是构造简单,调整安装比较方便内装行星齿轮式卷筒组输入轴与卷筒同轴线布置,行星减速器置于卷筒内腔,结构紧凑,重量较轻,但制造与装配精度要求较高,维修不便,常用于结构要求紧凑、工作级别为M5以下的机构中根据钢丝绳在卷筒上卷绕的层数分单层绕卷筒和多层绕卷筒根据钢丝绳卷入卷筒的情况分单联卷筒(一根钢丝绳分支绕入卷筒)和双联卷筒(两根钢丝绳分支同时卷入卷筒)双联卷筒可以单层绕或多层绕,双联卷筒一般为单层绕起升高度大时,为了减小双联卷筒长度,有将两个多层卷筒同轴布置,或平行布置外加同步装置的实例卷筒由铸造或焊接经机加工后制成铸造卷筒一般采用不低于HT-200的灰铸铁,重要卷筒可采用高强度铸铁或球墨铸铁必须采用铸钢时,应不低于ZG230-450焊接卷筒多采用Q235钢板弯卷焊接而成,重量轻,适宜于单件生产和大尺寸卷筒2卷筒主要几何尺寸确定卷筒名义直径D3-18绳槽半径R3-19绳槽深度h(深槽)3-20绳槽节距p(深槽)3-21卷筒上有螺旋槽部分长L03-22卷筒长度(单层双联卷筒)3-23-II--II-。