5吨桥式起重机小车设计

精选优质文档-倾情为你奉上XXXX 学 院（2009届）本科毕业设计题目：5吨桥式起重机小车设计专题： 起重机电动机的选择探讨专 业：机械设计制造机器自动化班 级：机电BS051姓 名：学 号：指导教师：说明书 43 页，图纸 5 张，专题 3 页，译文 6 页5吨桥式起重机小车设计摘 要起重机械用来对物料作起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备，它可以减轻体力劳动、提高劳动生产率和在生产过程中进行某些特殊的工艺操作，实现机械化和自动化。起重机械运送的物料可以是成件物品，也可以是散料或者是液态的。起重机受的载荷是变化的，它是一种间歇动作的机械。起重机一般由机械、金属结构和电气等三大部分组成，机械方面是指起升、运行、变幅和旋转等机构，即起重机一般是多动作的。本设计通过对桥式起重机的小车运行机构部分的总体设计计算，以及电动机、联轴器、缓冲器、制动器的选用；运行机构的设计计算和零件的校核计算及结构设计，同时完成了桥式起重机的小车起升机构部分的设计。通过一系列的设计，满足了5t起重量、设计要求，并且整个传动过程比较平稳，且小车运行机构结构简单，拆装方便，维修容易，价格低廉。关键词：桥式起重机，起升机构，减速器 5-ton bridge crane trolley designAbstractCrane is a kind of mechanical equipments used for lifting, moving, loading/unloading, and installing. It can lower the manual workload and upgrade productivity. It can be operated in some special environment, too, and work with high automatic level. Crane can operate whole objects, disintegrated materials, or liquid substances. The crane loads vary from time to time, so it is a periodic operational machine. A crane contains three major parts, mechanic components, a metal structure, and electrical devices. A cranes mechanical movements are multi-actions, such as raising, running, and rotating.This paper is main deal with mechanical design for the moving mainframe of bridge crane, including all design calculation selection of electrical motors, clutch, buffer, and brakes, the design and calculation of the mainframe reducer, calibration and verification of the calculation for the parts, and structure designs. Through a series of work, the design is satisfied with the functional requirments, 5ton lifting power The course of drive is quite smooth. The mechanical structure of the mainframe is simple, easy to install/disassemble, and maintain. And it has low cost.Key words: bridge crane, hoisting mechanism, Reduction gear 目 录 专心-专注-专业1绪 论 起重机一般有使 起重机吊物品沿空间的三个方向运动的机构。其中作上下移动的起升机构是不可缺少的。平面运动可以用两种不同的运动组合来实现。按照这种组合方式不同，起重机可分为两大类型：桥式起重机和回转类型起重机。桥式类型起重机是依靠起重机运行机构和小车运行机构的组合使所搬运的物品在长方形平面内运动。驱动起重机运动的是运行机构，用来起吊货物的是起升机构。为了实现这些运动、安放这些机构并承受载荷，起重机必须有足够的强度和刚度的金属结构，有驱动机构运动并实现运动控制的动力控制系统；以及，为保证起重机安全并可靠运转的安全和信号指示装置。随着时代的发展，制造工厂和装卸作业场所逐渐由室外转为室内，这样桥式起重机逐渐占据主导地位。桥式起重机的特点在于：它不占据建筑物内的主要地面，却能以较少的物资材料和极为稳定的形态把建筑物内各处都当作可能的作业范围，进行高速、高效的服务。此外，桥式起重机容易以低廉价格实现借助控制盘和操纵盘进行自动控制、或半自动控制、内撞电脑的程序控制。可以说，设置在室内的起重机中，桥式起重机约占90%。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。 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、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。 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。 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。桥式起重机分类 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60米。 2) 简易梁桥式起重机又称粱式起重机，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。桥架主粱是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面粱，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字粱的下翼缘上运行。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粱式起重机。 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翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。桥式起重机发展趋势：对桥式起重机，特别是大功率的桥式起重机的需要量日以增加。随着现代科学技术的发展，各种新技术、新材料、新结构、新工艺在桥式起重机上得到广泛的应用。所有这些因素都有里地促进了工程起重机的发展。根据国内外现有桥式起重机产品和技术资料的分析，近年来桥式起重机的发展趋势主要体现在以下几个方面：1）通用型起重机以中小型为主，专用起重机向大型大功率发展为了提高建设工程的装卸和安装作业的机械化程度，工程起重机的发展，仍然是以轻便灵活的中小型起重机为主。2）重视“三化”，逐步过渡采用国际标准三化是指：标准化、系列化、通用化3）发展一机多用产品为了充分发挥工程起重机的作用，扩大其使用范围，有的国家在设计起重机是重视了 产品的多用性。4）采用新技术、新材料、新结构、新工艺为了减轻起重机的自重，提高起重机的性能，保证起重机可靠地工作，现在都多采用新技术、新材料、新结构和新工艺。2 总体方案设计与选择2.1起升机构的传动方案2.1.1确定起升机构的传动方案桥式起重机小车由2大部分组成：起升机构和运行机构。起升机机构由驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置、制动器及其他安全装置等组成，不同种类的起重机需配备不同的取物装置，其驱动装置亦有不同，但布置方式基本上相同。此外，根据需要还装设各种辅助装置，如：终点开关（大多用于限制起升高度，也有限制下放行程）、载重量限制器和称量装置等。起升机构的总体布置在很大程度上决定于驱动的型式。起重机的驱动型式分为：集中驱动（一台原动机带动多个机构）和分别驱动（每个机构有各自的原动机）。如图为带有中间轴的起升机构布置图，图中电动机通过联轴器与减速器的高速轴相连，为了安装方便，并当小车架受载变形时为了避免使高速轴受到弯曲，联轴器应当是带有补偿性能的，通常都采用用弹性柱销联轴器或齿轮联轴器。为了使安装方便，并提高补偿性能，通常齿轮联轴器用一段轴联接起来，该轴称为浮动轴。本设计起升机构采用浮动轴联接齿轮联轴器。还考虑到了小车布置，宜紧凑原则。 图2.12.2小车运行机构的传动方案运行机构由电动机、传动装置、联轴器、传动器、车轮组和制动器等部件组成。运动机构的速度随起重机的用途而定。运送大量物品的运行机构速度应较高，作装卸用途的起重机和装卸桥小车等也应取较高值。此外运行速度还与运行的距离有关，距离长的取高速度，距离短的取低速度。2.2.1.主动轮的布置方案自行式运动机构的驱动依靠主动轮与轨道间的摩擦力，为了保证足够的驱动力，起重机应当有足够数目的驱动轮（主动轮），通常约为总轮数的一半。速度小的起重机也可采用总轮数的四分之一作驱动轮；速度大的，例如装卸桥的小车，需要全部车轮驱动。在部分驱动的车轮系统中，主动轮的布置应能保证主动轮在任何情况下具有足够的轮压，以保证足够的驱动附着力。如果布置不当，会使主动轮轮压不足，产生打滑，使起重机不能及时起动，并加速车轮磨损。主动轮的布置方案，主要有以下几种：（1）单边布置（a）只用于跨度很小，轮压不对称的起重机。（2）对面布置（b）起重机的大车，这样能够保证主动轮轮压之和不随小车的位置而变。这种布置方式不宜用于旋转类型起重机，因为当臂架转到从动轮一边时，主动轮的轮压很小。（3）对角布置（c） 用于中小旋转类型的起重机，如起重机不大的门座其中积极。这种布置方案，理论上能够保证主动轮之和不随臂架位置变化，实际上由于轨道不平等原因仍有变化。（4）四角布置（d） 用于大型起重机中，可以保证主传动总轮压不变。2.主动轮驱动型式（1）集中驱动 它是以一台电动机通过传动轴来带动两边主动轮的驱动型式。这种型式只用一台电动机与一台减速器，但传动系统（包括轴、轴承、联轴器）复杂笨重，故目前只用于小车运行机构。（2）分别驱动 其特点是电动机分别驱动主动轮，其优点为布置、安装、维修方便，自重也较轻，但要求两边同步。对于桥式起重机与门座起重机，由于有刚性很大的门座与桥架结构联系，能够强制两侧运行同步。而对于大跨度的龙门起重机和装卸桥，由于金属结构刚性不足，不能保证两侧同步，有可能出现偏斜，这时应装设偏斜指示器和偏斜限制装置。 本设计小车运行机构采用集中驱动形式，如图2.2示 图2.23 起重机各部件的选择3.1起升机构滑轮组和吊钩组的选择 按Q=5T，查文献2，15根据公式： （3.1）式中：滑轮倍率 滑轮中承载绳索分支数 滑轮组中绕入卷筒的绳索分支数 滑轮组的倍率为2倍吊钩组：根据Q=5T，起升机构工作级别为M5，查文献1，8-92表（8-1-81）得，吊钩为1.强度等级（V），吊钩样式为单钩。据文1，8-95查图表（8-1-8）得，吊钩采用模锻，查表（8-1-83）得，吊钩材料牌号为DG34CrMo。查文献3，3-259 表（3-4-11）得，吊钩型式为长钩型，自重为82kg。 3.2选择钢丝绳据文献4，22式(2-12)： （3.2） 式中：钢丝绳工作拉力 起升载荷,指起升重量与吊钩组的重量滑轮组效率，据文献2，18表(2-4)，若滑轮组采用滚动轴承，滑轮组倍率a=2，得h=0.985。起升载荷，指起升质量的重力。得： 据文献4，26式(2-14) （3.3）式中：丝钢丝绳最大静拉力n钢丝绳安全系数，据2，23表(2-4)，据工作级别M5知n=5K钢丝绳捻制折减系数，据4，27表(2-4)，纤维绳芯，K=0.84得： 据文献1，8-10表(8-1-7)知：瓦标吞式断面充填严密，承载能力大，挠性好，是起重机常用的钢丝绳类型，选瓦林吞式，据文献1，8-15表(8-1-10)，据丝公斤，选钢丝绳直径d=11mm，钢丝绳公称抗拉强度为1870, 绳6W(19)股(1+6+6/6)，绳纤维芯，钢丝绳最小破断拉力为Sb=80.50kN公斤，钢丝绳标注如下：11NAT619W+IWR1870 ZS 8049 GB T89183.3确定滑轮主要尺寸据文献2，23式（2-11）得： 工作滑轮槽底的直径D(e-1)d式中：D工作滑轮槽底直径e与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，据文献2，23表(2-4)，据工作级别为M5，固定场合使用取e=20；得： (e-1)d=(20-1)11=209mm （3.4）据文献1，8-73表(8-1-65)，据D209 mm，取D=260mm，据文献4，206式（13-2）平衡滑轮： D平=(0.60.8)D=0.7260=182mm，此取mm2.4.确定卷筒尺寸并验算据文献2，23知，卷筒的槽底直径式中卷筒的计算直径滑轮直径 钢丝绳直径得： 260+11271mm据文献1，8-86表(8-1-60)，取290 mm据文献2，30式（2-13）卷筒长度： （3.5）H起升高度，16m=16103mm滑轮组倍率 a=2Z0附加圈数，一般取Z0=1.53，此取Z0=2t绳圈节距(mm)，采用带螺旋槽卷筒,据文献5,23表(2-7)，据d=11mm，得: t=14mm。L1双联卷筒中间不切槽部分的长度，据文献4，213表(14-2)，据起重量Q=5t，得: L1=A=100mmD0卷筒直径，滑轮直径加上钢丝绳直径，D0=D+d=290+11=301mm。 得：取L=1250mm；卷筒壁厚：据文献2，31知：钢卷筒 =dmm取=11mm卷筒墙壁压应力验算据文献2，31式 (Mpa) （3.6）式中： Smax 钢丝绳最大静拉力 Smax=13030N； 卷筒壁厚=11mm=1110-3m； t卷筒绳槽节距t=14mm=1410-3m；得 许用压应力 (Mpa) 钢卷筒得： （3.7） 故抗压强度足够；3D=3290=870mmL=1250mmL3D据文献1，35知，当验算由弯曲和扭转产生的复合应力，卷筒受力如图 图3.13.4选择电动机据文献4，103式（6-1） （3.8）式中： PQ升载荷，是抬起升重物的重力PQ=Q+G0=(5000+82)9.8=4.98104(N) Vn升速度 Vn=11.7m/min升机构的总效率，（包括减速器、卷筒和滑轮组的效率）采用齿轮减速器，一般取=0.90得: （3.9）桥式起重机的使用工况较接近S3S5，根据Nj和JC=25%，查文献1，22-4表(22-1-14)，初选电动机为三相异步笼型电动机，为使工作平稳,高效,安全,实现无级变速,采用变频调速三相异步电动机。据文献1，22-105表(22-1-74)，电动机型号为YTSZ180L-8，功率为11KW，转数为735，额定转矩140，转动惯量为0.285，输出轴头直径为48mm 长度为110mm3.5选择减速器卷筒的转速: （3.10）减速器的总传动比: 据文献1，16-56表(16-2-21)，据nd=735r/min i=28.6, Nm5=11 KW,初选减速器为QJRD26331.5，得：允许输入转速为950，允许输入功率为13.9KW，公称中心距为236mm，输出转矩为4500。根据文献1，16-55表（16-2-17）得：减速器输入端轴直径为38mm，长度为80mm，公称传动比31.5。根据表（16-2-20）减速器输出端直径，采用H型 。3.6选择制动器 首先，选择制动器时要注意，制动器的够选和性能必须满足以下要求：1、能产生足够的制动力矩。2、松闸、合闸要迅速，制动平稳。3、构造简单、维修方便。4、制动器的零件要有足够的强度和刚度、摩擦零件要有较高的耐抹性和耐热性。5、制动器的结构要紧凑。6、对于起重机的起升机构，必须采用常闭式制动器。据文献2，80式（6-3） （3.11）式中: 最大静阻力矩额定起重量（N）取物装置自重（N）卷筒计算直径（m）i 起升机构总传动比 起升机构总效率，对于齿轮传动，用滚动轴承时0.80-0.90，此取0.85得： 由文献2，87式（6-22） （3.12） 式中：选择制动器的额定力矩（N.m） 制动安全系数，一般起升机构去1.5 根据工况采用电力液下推杆盘式制动器，根据文献1，6-330表（6-4-37）知制动器型号为：315 I 380Ed30/5式中：315制动盘直径I 中心高代号 380制动力矩 Ed30/5推动器型号3.7选择联轴器联轴器由文献1，6-71)， 式(6-2-2) （3.13）式中： 计算转矩 理论转矩 驱动功率KW 工作转速 工况系数，据文献1，6-71表（6-2-11）起升机构取1.4 公称转矩得： 由此，选择一个联轴器为梅花形弹性联轴器。由文献1，6-95表（6-2-26）知选择联轴器的型号为：LMS6。轴孔直径48mm，轴孔长度为112mm与电机相连。选择联轴器，据文献1，6-66表（6-2-9），选一个带制动轮的鼓形齿式联轴器，连接减速器与浮动轴，其型号为CLZ3。浮动轴的直径d=48m,L=110mm 3.8.运行机构车轮与轨道的选择并验算其强度车轮最大轮压：小车质量后计取G= 2500kg轮压均布： Pmax=1/4(Q+G)=1/4(5000+2500)=1875kg=18375N车轮最小轮压： Pmin=1/4G=1/42500=625kg=6125N由文献1，8-105表（8-1-101）得知：运行速度45.6m/min1.6工作级别为中级时，车轮直径取D=250mm，轨道型号为，()的许用轮压W为26.7KN。根据GB4628-84规定，强度验算：按车轮与轨道为线接触及点接触两种情况，验算车轮接触强度，车轮疲劳计算载荷 （3.14）式中： 车轮踏面疲劳计算载荷（N） 设备工作的最大轮压（N） 设备工作的最小轮压（N） 据文献1，8-109表（8-1-105）知，车轮型号为DL25085 JB/T6392.1。材料ZG340640钢 =340 =640 为单轮缘车轮 。由文献1，8-104表（8-1-96）知：线接触疲劳强度公式 式中：转速系数 运行机构工作级别系数M5，由文献1，8-105表（8-1-99）知=1 与车轮材料有关的许用线接触应力常数，由=640文献1，8-104表（8-1-97） 取=6.0 车轮与轨道有效接触长度=450 D车轮直径 D=250mm （3.15）因为 所以，线接触时疲劳强度合适。 点接触疲劳强度计算： 由文献1，8-104表（8-1-96）知： （3.16） 式中：与车轮有关的点接触应力常数，由文献1，8-104表（8-1-97）取0.132曲率半径，为车轮曲率半径与轨道曲率半径中之大值。 车轮半径 ，轨道 所以取由轨道顶向曲率半径与车轮半径之比（）85/1250.68 由文献1，8-105表（8-1-100）取m0.440 （3.17）因为 所以点接触强度验算通过。 3.9.选择电动机由文献2，97式（7-9） （3.18） 式（7-9）得 为克服起动时的惯性，电动机功率的增大系数 由文献2，97表（7-6）取=1.4 初选电动机 此取N=2KW。 由运行速度为40.18m/min 滚动轴承取=1.4，又由文献1，22-113表（22-1-82）得电动机型号为YZ112M6（）级，额定功率为2.2KW，转速为810r/min =15% ，重量为58kg ，输出端轴头直径32mm。3.10 选择减速器车轮转速: （3.19）机构传动比： （3.20）由文献1，16-56表（16-2-21）知：减速器型号QJRD14010IPW输入轴转速为950r/min N=9.7KW 输出转矩820N.m 输入端轴头直径3.10.选择制动器由4查知：对小车，34秒，取，因此，所需制动力矩: （3.21）式中： m电动机个数，m=1c.GD2.k.u.d.同前面计算中的取值，由文献1，6-30表（6-4-37）选择制动器型号为，考虑所去制动时间与其制动时间3.78相差不大，故略去制动器不打滑条件的验算。3.11.选择高速轴联轴器及制动轮高速轴联器计算转矩： （3.22）式中:n联轴器安全系数，n=1.35刚性动载系数，由文献1，110可知：由文献8，276附表41，送出GICL鼓型齿式联轴器，主动端d1=30, L=55，公称转矩，Tn=630N.mMc=56.1N.m，飞轮矩，(GD2)2=0.09kg., 质量GL=5.9Kg高速轴端制动轮：根据制动器为315 I 380Ed30/5由文献3，238附表16 选制功能直径Dz=200 ，圆柱形轴孔d=35, L=80，飞轮矩(GD2) =0.2kg, 质量GD=10 kg以一联轴器为制动轮飞轮矩之和：(GD2)2+(GD2)z=0.209 kg.3.12.选择低速轴联轴器低速轴联轴器计算转矩：可由前节的计算转矩Me，求出: （3.23）由附表42，选用两个GICLZ5鼓形齿轮联轴器，主动端d1=45, L=65，从动端d1=60, L=70由前节已选定车轮直径Dc=215 ，由文献8，242附表19，250车轮组，取车轮安装联轴器处直径d=45, L=65，同样选两个GICLZ5鼓形齿轮联轴器，主动端：d1=50, L=75。4 起重机小车的零部件校核与验算4.1.验算起升机构电动机发热条件据文献8，105式(6-5)，得稳态平均功率：KW （4.1）式中： 稳态负载平均系数，由文献8，103表（6-1）得。G=0.8 Z电动机个数 Z=1 =N 验算通过，电动机的发热利用率4.2起升机构电动机过载验算由文献3，96式(2-2-6)得：起升机构电动机过载能力 （4.2）式中： 在基准接点持续十的电动机额定功率11KW 电动机台数 电动机转矩的允许过载倍数，由以前计算知=2.2 考虑电压降及转矩匀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，）H=3.15。 所以电动机过载能力校验通过。4.3校核减速器输出轴强度据文献5，100式（8-35）最大径向力： （4.3）式中:G筒卷筒重量，文献6，236表14，估计为G3.1KNR减速器输出轴容评最大径向载荷，根据文献1，6-61表（16-2-26）得R=15000NPmax=14580NR 由文献5，100式8-36：最大力矩： 据文献5，94 电动机额定力矩= （4.4） 据文献5，92表（8-9）对圆柱齿轮减速器传动比 =0.95 据文献1，16-95表（16-2-11）得： M =4500 M综上所述，所选减速器能满足工求。4.4验算起升速度实际起升速度 （4.5）起升速度误差： （4.6）根据文献2，83 如果与很近似，值与原定的值相差值在允许范围以内（一般不超过15%），则所选的减速器可认为合用。所以减速器速度误差验算通过。由文献1，16-56表(16-2-20)，知减速器高速轴输出端直径d=38mm L=80mm4.5验算起升机构制动时间由文献3，98式（2-2-18）得；满载下降制动时间： （4.7）式中：满载 下降时电动机转速，通常区=1.1n=808.5 制动器制动转矩380N.m 满载下降时制动轴静转矩（N.m） （4.8） 下降时换算到电动机轴上的机构总转动惯量 （4.9）=推荐制动时间（S）可取时间与推荐制动时间相差不大制动时间合适。4.6起升机构起动时间验算 由文献3，97式（2-2-14）得： 起动时间 （4.10） 式中：n电动机额定转数（r/min） 电动机平均运动转矩（N.m） 电动机静阻力矩 机构运动质量换算到电动机轴上的总转动惯量 （4.11） = 其中 电动机转子的转动惯量 制动轮和联轴器的转动惯量 （4.12） 由文献3，97表（2-2-9）得， 所以起动时间合适，验算通过。4.7验算运行机构电动机发热条件由文献4，95式8-26a： （4.13）由文献8，96表（8-14）知机构t起/ t2值大约为0.3-0.4，据文献3，97P97图（8-36），求出V25=0.88，N25=0.751.121.37=1.15KWN25=1.15KWNe=2KW所以电动机发热校核通过。4.8验算运行机构起动时间由文献3，98式（7-13） （4.14）式中：m当运行机构集中驱动m=1C由文献1，107可知：C=0.105满载运行时折算到电动机上的运行静阻力矩（4.15）空载时折算到电动机上的运行静阻力矩 （4.16）制动轮和联轴器的飞轮矩为机构总飞轮矩满载起动时间： （4.17）空载起动时间： （4.18）由文献4表（7-6）查得，当=45.6m/min=0.75m/s时，推荐值为5.5s 故所选电动机能满足快速起动的要求。4.9验算运行速度和实际所需功率运行速度误差：合适。 （4.19）实际所需电动机等效功率： （4.20）4.10运行阻力计算起重机运行时，其主要摩擦力矩有1、车轮踏面在轨道上的滚动摩擦力矩；2、车轮轴承的摩擦阻力矩；3、附摩擦阻力矩（包括车轮缘与轨道的摩擦阻力矩和轨道的弯曲及不平坦处的阻力矩等）由于此设计的起重机在室内工作，所以不对风阻力局进行计算。由文献2，93式（7-1）知： （4.21） 式中：、分别为起重机小车重量和起重量（N） 滚动摩擦系数，由文献2，94表（7-1）区k=0.0004 车轮轴承摩擦系数，采用锥形滚子式轴承取=0.02 附加摩擦阻力矩系数，由文献2，94表（7-3）区=2 由文献1，8-107表（8-1-102）知小车车轮组中=250 轴承型号为7512，由文献4，209得内径d=60mm 外径D=110mm 平均值d= （4.22）运行摩擦阻力： （4.23）点无载时： （4.24） （4.25）4.11验算不打滑的条件因室内使用，故不计风阻力及坡度阻力矩，只验算空载及满载运动时两种工况，空载起时主动车轮与轨道接触处的圆周切向力： （4.26）式中：P1所有主动车轮轮压之和所有从动车轮轮压之和k、u、d、同运行阻力计算中取值一样车轮与轨道的摩擦力： F(Q=0) =P1f =245000.2=4900NT,不打滑 所以空载不打滑条件验算通过。满载起动时，主动车轮与轨道接触处的周向切力：（4.27） 车轮与轨道的粘着力： 所以不会打滑，所以电动机合适。4.13高速浮动轴计算1)疲劳验算 由前面电动机计算中知疲劳基本载荷为：Mmax=240N.m d=48mm由文献2，79知: 扭转应力： （4.28）轴材料用45号钢，b=600Mpa s=300Mpa弯曲应力： -1=0.27(b+s)=243Mpa扭转应力： 轴受脉动值环的许用扭转应力： （4.29）式中： （4.30）Kx与零件几何形状有关，Kx=1.75Km与零件表面加工光洁度有关，Km=2.5考虑材料对应力循环不对称的敏感系数，取y=0.2n1安全系数，n1=1.25 （4.31）；2)强度计算，轴所受最大转矩 （4.32） 最大扭转应为 （4.33）许用扭转应为 （4.34）强度计算通过浮动轴的构造如图（1-16.1）中间轴径:d1=d+(510)=48+(510)=5055mm，取d1=55mm。4.14验算低速浮动轴强度(1)疲劳验算：由文献4运行机构疲劳计算其中载荷：式中： （4.35）由前节已选定浮动轴直径d=45,其扭转应力， （4.36）式中：.i. 同前取值一样浮动轴的载荷变化时称循环，材料仍选用45钢，由起升机构高速浮动轴计算：得： （4.37） 式中: 与起升机构取值相同。，通过(2)验算强度：由文献2运行机构工作最大载荷 （4.38）式中: 与 弹性振动力矩劲大系数，对突然起动机构：=1.51.7，取=1.6，同前最大扭转应力： （4.39）许用扭转应力： （4.40）式中：同前面计算中取值一样浮动轴直径：d1=d+(510)=45+(510)=5055 取d=555.可行性与经济性分析5.经济性与可行性分析5.1设备的经济性设备的经济性主要以两个方面论述，一个是从设备是否可靠，需要分析机械设备的有效度；另一个是从投资回收期来分析，综合以下两个方面可得出本设计粗轧机的经济性。（1）机械设备的有效度对于可修复设备，由于发生故障以后，可以修理恢复到正常工作状态，从开始工作到发生故障阶段，即可靠度。从发生故障后进行维修恢复到正常工作阶段，即维修度。 把两者结合起来，就是机械设备的有效度又称机械设备的有效利用度。 MTBF平均故障间隔期，( h )；MTTR平均维修时间，( h )。起重机设备工作时间10000h可能发生 10 次故障每次处理故障时间平均9h，检修时间300h。 （2）投资回收期设备投资的评估方法分为静态计算法和动态计算法。而静态投资又以回收期尤为重要。回收期又称返本期，在此期间，设备开始投入生产，一切与设备使用有关的支出费用，都从产品销售的税后纯利润中得到补偿。投资回收期也就是净现金流量的累积总额与总投资相抵时的时间间隔。当净现金流量的累积值等于零或出现正值时的年份，便是设备投资项目回收期的最终年份。不足一整年的部分，可以用上年累积净现金流量的绝对值除以当年的现金流量求出。 （5.1） Pt-投资回收期；Pc-行业投资回收期。查文献6得，重型机械Pc 17 年。 Pt Pc ，可以。5.2设备的可行性可行性分析是进行任何重大决策前必要做的一项工作。随着具体设备的不同，可行性分析的广度和深度也不同。通常可行性分析分为以下几个方面：（1）设备与产品的关系设备方案的可行性首先在于它对产品的品种、数量、质量在市场上的适应性行分析，而本设备能够满足生产批量安排方案对设备类型、生产率、设备的数量的需要。（2）设备与所需原料、原材料的关系 本设备能满足所需原料、原材料的可靠供应。（3）设备设置的工作环境条件 本设备在设计上考虑到环境的恶劣程度，能适应恶劣的工作环境。（4）设备的技术方案 通过上面的对设备的设计主要零部件的校核，能够满足技术方面的要求。（5）设备投资方案的经济性评价由于上面以对本设备的经济性进行了分析，以满足设备投资方案的经济性。（6）不确定性分析在设备方案的实施过程中，以及在设备使用和维修的漫长过程中，许多因素的波动对设备会造成影响。如人员组织和工资的变化、原材料品质发生改变、流动资金和折旧率的调整、产品的转向等，对设备的影响至关重大。这些因素的变化，有些可以预测其变化的幅度，有些则有很大的随机性。所以本设计已经考虑到了以上的不确定性。（7）设备方案实施的计划和策略 本设计在规划、试制、批量生产、制造、安装、投产上做了精心安排，所以能予以实现。6 电动机选择与探讨随着我国建筑业的不断发展，建筑施工机械化水平的不断提高，对塔机的制造质量和整机技术水平的要求也越来越高。塔机的各个传动机构所采用的方式、控制系统的技术水平、用户的可操作性和可维护性基本上就体现了整个塔机的技术水平和档次。而在这几个机构中，最为重要也是最具有技术代表性的是起升机构，它控制功率最大、调速范围最宽、出故障后的维修难度也最大。而且该系统在变速过程所产生的机械冲击的大小将直接影响塔机结构件的疲劳损伤程度。 为了改进其性能，国内各主机生产商在起升机构的调速控制技术上以及降低耗能问题已花了许多工夫，得到了长足的进步。从整体上看，绝大多数采用的是传统的单电机传动，以带涡流制动器的绕线式电机和多极电机调速的方案为主。这些传统的调速方案，要想达到较宽的调速范围，其途径不外乎设计制造大功率、宽调速范围的非标电机，如：采用带涡流制动器的多极绕线式电机或制作大极差的多速电机等。由于塔机起升机构所需要的较高调速要求不但给电机生产厂商带来了较多的质量控制难题，而且也增加了控制回路和电机的制造成本，降低了系统可靠性。更有甚者，随着用户对塔机的起吊能力要求越来越大，传统控制方式已经越来越感觉到力不从心，不论是上述技术的可实现性，其制造成本以及使用性能等方面也存在一些问题。所以，我们不得不寻求更理想的新的调速控制技术。 鉴于以上的原因，国内外的专业生产商在塔机的起升调速方式上进行了较多的新技术应用尝试，比如：采用多极电机的调压调速，引进变频调速等。逐渐地，随着变频技术的不断发展，不断地被人们认识，它以绝对的优势超越了其他的任何调速方案，其优点数不胜数，如：零速抱闸，对制动器无磨损；任意低的就位速度，可用于精确吊装；速度的平滑过渡，对机构和结构件无冲击，提高了塔机的运行安全性；极低的起动电流，减轻了用户电网扩容的负担；几乎任意宽的调速范围，提高了塔机的工作效率；节能的调速方式，减少了系统运行能耗；单速的鼠笼电动机保证了机构的运行可靠性厖。正是因为这些明显的特点和优势，国外的塔机制造商所推出的新一代塔机的起升机构也大多采用变频调速方案，如POTAIN，LIEBHERR等世界著名公司。同时我们认为，随着变频器价格的不断降低，可靠性不断提高，变频技术一定能在塔机上得到广泛应用，这将对产品的安全运行和减少运行能耗都有重要的意义。为了普及变频技术，加深对变频调速方案的了解，本文将对变频技术在塔机起升机构上的应用作一探讨。 二、常规变频起升机构 1结构介绍 变频调速技术在塔机各