起重机小车设计方案说明书[参考样本]

机械课程设计说明书题目： 32/5 吨通用桥式起重机小车设计班级：机自 0218姓名：学号： 200060目 录设计任务书 -1第 1章 概述 -2第 2章 总体设计 -22.1总体设计方案 -72.2四连杆变幅臂架系统运动学设计- -72. 3总体尺寸规划-7第 1章主起升机构计算 -71.1确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组-71. 2 选择钢丝绳-71. 3 确定卷筒尺寸并验算强度-81. 4 初选电动机-101. 5 选用标准减速器 -111.6 校核减速器输出轴强度-111.7 电动机过载验算和发热验算-111. 8 选择制动器-121. 9 选择联轴器-131. 10 验算起动时间 -131. 11 验算制动时间-141.12 高速轴计算-15第 2章副起升机构计算 -172.1确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组-172.2 钢丝绳的选择 -172.3 确定卷筒尺寸并验算强度-182. 4 初选电动机-212. 5 选用标准减速器-212. 6校核减速器输出轴强度-222.7 电动机过载验算和发热验算-222. 8 选择制动器-232. 9 选择联轴器-23-1-/422. 10 验算起动时间 -242. 11 验算制动时间-252. 12高速轴计算-25第 3 章小车运行机构计算 -273.1确定机构传动方案 -273.2选择车轮与轨道并验算其强度-283.3运行阻力计算 -293.4选电动机 -303.5验算电动机发热条件 -303.6选择减速器 -313.7验算运行速度和实际所需功率-313.8验算起动条件 -313.9按起动工况校核减速器功率-323.10验算起动不打滑条件 -333.11选择制动器 -333.12选择联轴器 -343.13验算低速浮动轴的强度 -353.14小车缓冲器 -36设计心得 -37参考文献 -39-2-/42太原科技大学课程设计任务书学院 直属系）：机电工程学院时间： 2009 年 12 月 13 日学生姓名指导教师设计 1 张；6. 机构部件图 2 号 1 张，机构零件图 2 号 1 张搜集查阅与分析研究相关国内外资料，综合所学基础与专业知识，遵循机械零件与起重机行业相关标准，在小组充分讨论基础上，制定合理的具有先进性的设计方案，按时完成本设计提出的全部内容。小车的主 /副起升机构设计参数：起重量 32/5t，起升高度 16/18m，起升速度 7.51/19.5m/min 起升机构工作级别 M5/M5 ，小车运行机构设计参数：工作级别 M5，运行速度 45m/min，轨距 2500mm，参考轮距2800mm，小车参考自重：约11.5t-3-/421 张质文 , 包起帆等 . 起重机设计手册 . 北京中国铁道出版社， 20012 倪庆兴 , 王殿臣 . 起重输送机械图册 (上册 . 北京：机械工业出版社 ,19913 AUTOCAD 实用教程 (2005 中文版 . 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版主要参考 社,文献20054 杨长揆 , 傅东明 . 起重机械 (第二版 . 北京：机械工业出版社 , 19855 陈道南 , 盛汉中 . 起重机设计课程设计指导书. 北京：机械工业出版社 , 19916 孙恒 , 陈作模 . 机械原理 (第六版 . 北京：高等教育出版社 , 20007 编写组编，起重机设计规范GB3811-2008. 北京：标准出版社 , 2008概 述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，设置在小车上的起升机构实现货物垂直升降。三个机构的综合，构成一立方体形的工作范围，这样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。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。各类桥式起重机的特点如下1 普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达 60M。 2 简易梁桥式起重机又称梁式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主梁是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面梁，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字梁的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂梁式起重机。 3 冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。主要有五种类型。 4 铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运-4-/42盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。5 夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。6 脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。 7 加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。8 锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊盛料器高温液态钢包，用以支持和翻转钢包，副小车用来抬起钢包，浇铸液态金属。桥式类型起重机的金属结构一般由主梁和端梁组成，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。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。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。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。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-5-/42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。下面具体介绍普通桥式起重机的构造。普通桥式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。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。起重机大车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。本次设计课题为 32/5t 通用桥式起重机小车设计，主要包括起升、运行两大机构及其安全装置的设计计算和装配图与零部件图的绘制。将我们所学的知识最大限度的贯穿起来，使我们学以至用、理论联系实际。培养我们的设计能力及理论联系实际过程中分析问题、解决问题的能力。_说明书所有公式格式全部应该如下所示:t zhnd C GD 2(Q G0)D02 375( M zh M j )i h2 m23756441.15(15.653075.8)(3206.4)1030.67 2( 2000586.4)4024 20.8580.76 s式中， nd 电动机满载下降转速，单位为r/min ，nn2600556644r/min ；d0d2n-6-/42M zh 制动力矩， MM j 净阻力矩， Mzhj2000 N.m ；586.4 N.m ；( 该部分地区只作指导用 , 请删除 _-20-185-I- 光-右顺 (GB1102-74。1.3 确定卷筒尺寸 ,转速及滑轮直径卷筒和滑轮的最小卷绕直径D0 ：D0 min h d式中 h 表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数；查表得：筒 h1 =18。滑轮 h2 =20；筒最小卷绕直径 D0 min = h1d=18 20=360；轮最小卷绕直径 D0 min = h2d=2020=400。考虑起升机构布置卷筒总长度不宜太长，轮直径和卷筒直径一致取D=650 。卷筒长度L2( L0l1l 2 )l32( Hmn)t3ttl3 =1946.8mm。D 0式 中 L0 ： 筒上 有绳 槽长 度， L0( Hmn)t ，中 安全 圈n=2 ， 起升 高度D 0H=16m，槽节矩 t=23mm，绕直径 D0 =670mm；l 1 ：定绳尾所需长度 ,取 l1 =323=69mm；l 2 ：筒两端空余长度 ,取 l 2 =t=23mm；l 3 ：筒中间无槽长度 ,根据滑轮组中心间距 =150， l 3 =1761mm。卷筒壁厚 =0.02D+(610=0.02 650+(610mm=1923mm，=20mm，进行卷筒壁的压力计算。-8-/42卷筒转速 ntmvn=47.51 r/min=14.3r/min。D03.140.671.4 计算起升静功率Pj(QG 0 )vn = (3200006400 ) 7.51 =47.6kW6010006010000.97式中 起升时总机械效率z ch l t0.970.94 0.9820.992 =0.858z 为滑轮组效率取0.97 ；传动机构机械效率取0.94 ；卷筒轴承效率取0.99 ；连轴器效率取 0.98 。1.5 初选电动机PJC G Pj =0.847.6=38.08kW式中PJC ：JC 值时的功率，位为kW ；G：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YZR280M-10 ， PJC =55KW ， nJC =556r/min，最大转矩允许过载倍数 m=2.8；飞轮转矩。电动机转速 nd n0Pj(n0nJC ) 600 47.6(600 556) =561.92r/minPJC55式中nd : 在起升载荷 PQ =326.4kN 作用下电动机转速；n0 : 电动机同步转速；PJC , nJC : 是电动机在 JC 值时额定功率和额定转速。1.6 选用减速器减速器总传动比：nd561.92i=39.3，取实际速比 i =40。ni14.3起升机构减速器按静功率Pj 选取，根据 Pj =47.6kW ， nd =561.92r/min，i=40 ， 工 作 级 别 为M5 ， 选 定 减 速 器 为ZQH100 ， 减 速 器 许用 功 率 Pnj =79KW。低速轴最大扭矩为M=20500N.m-9-/42减速器在 561.92r/min时许用功率 P nj 为 P nj = 79 561.92 =73.9955kW600实际起升速度 v n = 7.5139.30 =7.38m/min40实际起升静功率 Pj =47.6 39.3 =46.77kW40用类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。1.7 电动机过载验算和发热验算过载验算按下式计算：Pn HQ G 02.5(320 6.4) 1037.38=41.78kWm mn =1 3.310000.858601000Pn =45KW41.78kW，此题 Pn 恰好与 Pjc = P25的功率相等。式中Pn ：准接电持续率时，电动机额定功率，单位为kW；H: 系数，绕线式异步电动机，取 H=2.5； m:基准接电持续率时 , 电动机转矩允许过载倍数 , 查表得 m取 1.7 ；m: 电动机个数； : 总机械效率 =0.858 。发热验算按下式计算 :PP式中 P: 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=300，JC 值=25%，查表得 P=43.867kW。G (Q G0)n=0.8 (3206.4)10 37.38P100010.858=38.08kW1000mP=43.867P =38.O8kW过载验算和发热验算通过1.8 选择制动器按下式计算，选制动器：M zh K zh M j式中 M zh : 制动力矩 ,单位为 N.m；-10-/42K zh : 制动安全系数，查表M5 得 K zh =2.0；M j : 下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m。M j = (QG0 ) D 0(3206.4)1030.670.858 2mi2440 : 下降时总机械效率，通常取 0.858M zh = M zh M j选 用 K zh选 用YWZ5-400/121制动 器， 其 额定 制动 力 矩1250N.m；安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩K zh =2000N.m。1.9 选择联轴器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=85mm(锥形 ，长度 E=170 0.5mm；减速器轴伸 :d=90mm(柱形 ，长度 E=135mm；浮动轴的轴头： d=60mm， 长度 E=107mm。选 取 梅 花 弹 性 连 轴 器 ： 型 号 为MLL9-I-400M=2800N.m ； GD2=132.54=530Kg.m；型号为 MLL9， M=2800N.m；GD2=18.95。电动机额定力矩 M nPjc55 =944.69N.m95509550n jc556计算所需力矩 M=n8 M n =1.5 1.8944.69=2550.69N.M式中 n：安全系数取 n=1.5 ；8 ：刚性动载系数，取8 1.8 。所选连轴器合格。1.10 验算起动时间起动时间：-11-/42tqndc(GD 2 )(QG0 )103D02375(M q M j )i 2 m2=561.921.15(15.6530(3206.4)1030.67 2375(1605.9775.8)24 20.858796.5)40=1.3s式中： (GD 2 )1 = (GD 2 )d + (GD 2 )l + (GD 2 )z静阻力矩：M j(QG0)D0= (3206.4)10 30.67 =796.5N.m2mi24040.858电动机启动力矩：M q =1.7M n =1.7944.69=1605.97N.m平均起动加速度：= 7.38aqt qn=0.095m/s 2601.360aq =0.095 m/s 2 a =0.2 m/s 2电动机启动时间合适。1.11 验算制动时间制动时间：t zhnd C GD2(Q G0)D02375( M zhM j )i h2 m2=6441.15(15.653075.8)(3206.4)1030.672375 ( 2000 586.4)402420.858=0.76snd ：电机满载下降转速，单位为 r/min；nd = 2n0nd =2600-556=644r/minM zh =2000N.m-12-/42M j =586.4N.m平均制动减速器速度azhVn7.83=0.17m/s 2a，所t zh 60=0.2m/s 20.7660以制动时间也合适。1.12 高速轴计算疲劳计算轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩：M 11M e271.72143.43kgf .m式中：12 等效系数，由表查得；M e 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。M eN e(25%)9754297571.72kgf .mn1( 25%)571由上节选择联轴器中 ,已确定浮动轴端直径d=55 .因此扭转应力为 :M 114343nd 3238.0kgf .mW32许用扭转应力 : oh 211kn1轴材料用 45 钢,b6000kgf / cm2 ，s 3550kgf / cm210.22b1320kgf / cm2； s 0.6 s 2130kgf / cm2K kx k m - 考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数。kx- 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 , kx =1.52.5；km - 与零 件 表 面 加工 光洁 度有 关 , 对于5,k m 1.15 1.2; 对于3, km 1.25 1.35;此处取 K=21.25=2.5-13-/42h - 考虑材料对应力循环不对称的敏感系数, 对碳钢 ,低合金刚，取h =0.2.nI 安全系数 ,查表得 nI =1.6.因此 t ok 21320611.1kgf / cm2 ，故 t n t ok 通过。(2.50.2)1.6静强度计算轴的最大扭矩： :M 2c2 M j279.65 159.3kgf .m式中 : c2 - 动力系数 ,由表查得 ,因轴的工作速度较高 ,取 c2；=2M j按照额定起重量计算轴受静力矩 , M J 79.65kgf .m 。最大扭转应力 : maxM 2159.30264kgf / cm2W8.5332许用扭转应力 : 2s2130 1331.25kgf / cm2n21.6式中 : n2- 安全系数，由表查得 n2 =1.6。t max 图所示 ,中间轴径 d1d(5 10)75(5 10)80 85mm,取d185mm。浮动轴 2）-14-/42第 2 章 副起升机构计算2.1 确定传动方案 ,选择滑轮组和吊钩组按照构造宜紧凑的原则，决定采用下图的传动方案。如图3）所示，采用了单联滑轮组 .按 Q=5t，取滑轮组倍率 ih =2，因而承载绳分支数为Z=4。副起升机构简图 -10-185-I- 光-右顺 (GB1102-74。2.3 确定卷筒尺寸并验算强度卷筒直径：卷筒和滑轮的最小卷绕直径D0 ：D0 min h d式中 h 表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数；查表得：卷筒 h1 =18；滑轮 h2 =20卷筒最小卷绕直径D0 min = h1d=18 10=180滑轮最小卷绕直径D0 min = h2d=2018 =200考虑起升机构布置及卷筒总长度不宜太长，滑轮直径和卷筒直径一致取D=400 。卷筒长度： L=1500mm卷筒壁厚 =0.02D+(610=0.02400+(610mm=1418mm，取 =18mm，应进行卷筒壁的压力计算。卷筒转速 ntmvn419 .5r/min=60r/min 。D0=0.413.142.4 计算起升静功率Pj (QG 0 )vn = (490.98)19 .5103=18.17kW6010006010000.894式中 起升时总机械效率z chl t0.97 0.940.99 2 =0.894z 为滑轮组效率取0.97 ； ch 为传动机构机械效率取0.94 ； t 为卷筒轴承效率-16-/42取 0.99 ； l 连轴器效率取 0.99 。2.5 初选电动机PJC G Pj =0.818.17=14.536kW式中 PJC ：在 JC 值时的功率 ,单位为 kW 。G：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-6 ， PJC =17KW ， nJC =955r/min，最大转矩允许过载倍数 m=2.5；飞轮转矩。电动机转速 ndn0Pj (n0 nJC ) 1000 18.17 (1000 955) =951.9r/minPJC17式中 nd : 在起升载荷 PQ =49.98kN 作用下电动机转速；n0 : 电动机同步转速；PJC , nJC : 是电动机在 JC 值时额定功率和额定转速。2.6 选用减速器减速器总传动比：nd951.9i=15.865，取实际速比 i =16ni60起升机构减速器按静功率Pj 选取，根据 Pj =18.17kW ， nd =951.9r/min，i =16，工作级别为 M5 ，选定减速器为 ZQH50，减速器许用功率 Pnj =31KW。低速轴最大扭矩为M=21000N.m。减速器在 951.9r/min时许用功率 P nj 为 P nj = 31 951.9 =29.5kW17kW1000实际起升速度 v n =19.515.865 =19.334m/min；16实际起升静功率 Pj =18.17 15.865 =18.02kW。16用 类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。2.7 电动机过载验算和发热验算过载验算按下式计算：-17-/42PnHQ G 0=2.1( 49 0.98) 10319.34=15.136kWm mn1 2.510000.894601000Pn =17KW15.136kW，此题 Pn 恰好与 Pjc = P25的功率相等。式中 Pn : 基准接电持续率时，电动机额定功率，单位为kW；H: 系数，绕线式异步电动机，取 H=2.1； m:基准接电持续率时，电动机转矩允许过载倍数，查表得 m取 2.5 ；m: 电动机个数； : 总机械效率 =0.894 。发热验算按下式计算 :P P 【特别注意：这些公式上下文中都用 Word2003以前的低版本的“公式”格式打印】式中 P: 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%，查表得 P=15.393kW；G (QG 0 ) n=0.8(49 0.98)10 319.34P1000 10.894=14.42kW1000 mP=15.363P =14.42kW过载验算和发热验算通过。2.8 选择制动器按下式计算，选制动器M zh K zh M j式中 M zh ： 制动力矩，单位为N.m；K zh ：制动安全系数，查表M5 得 K zh =2.0；M j ：下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m；(Q G0 )D0 (49 0.98)1030.41 0.894=143.12N.mM j =2mi2416 ：下降时总机械效率，通常取 0.894M zh = M zhM j =2143.12=286.24N.m-18-/42根据选用M zh选用YWZ 5 315/30 制动器，其额定制动力矩400N.m；安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩K zh =290N.m。2.9 选择联轴器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(锥形 ，长度 E=820.5mm；减速器轴伸： d=50mm(柱形 ，长度 E=85mm；浮动轴的轴头： d=45mm，长度 E=84mm。选 取 梅 花 弹 性 连 轴 器 ： 型 号 为MLL6-I-200 ， M=630N.m ； GD2；型号为 MLL6， M=630N.m；GD2=1.85。电动机额定力矩 M nPjc1795509550=170N.mn jc955计算所需力矩 M=n8 M n =1.5 2.0170=510N.m式中n：安全系数取 n=1.5 ；8 ：刚性动载系数，取 8 2.0 ；M=630M=510N.M所选连轴器合格。2.10 验算起动时间起动时间：t qnd c(GD 2 )(QG0 )103D02375(M qM j )i 2 m2=951.9(1.526.87.4)( 49 0.98)1030.412(2891.1516 2420.894375179.07)=1.0s式中： (GD 2 )1 = (GD 2 )d + (GD 2 )l+ (GD 2 )z静阻力矩：-19-/42M j(QG0)D0= (490.98)10 30.41 =179.07N.m2mi216 40.894电动机启动力矩：M q =1.7M n =1.7170=289N.m平均起动加速度：19.34aqn=0.32m/s 2t q601.060aq =0.32 m/s 2 a =0.4 m/s 2电动机启动时间合适。2.11 验算制动时间制动时间：t zhnd M j )C GD2(Q G0 )D02 375(M zhi h2 m2=951.91.15(1.526.87.4)(490.98)1030.412375( 290143)1624 20.894=0.85snd ：电机满载下降转速，单位为r/min ；nd = 2nn=21000-951.9=1048.1r/min0dM zh =290N.mM j =143N.m平均制动减速器速度a zhVn=19.34t zh 600.85=0.37m/s 2 a =0.4m/s 260