小型建筑工地用0.5t组合式自立悬臂起重机设计

桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文摘 要起重机是在一定范围内实现垂直提升和水平搬运重物的一种循环、间歇运动的机械，包括了起升、行走、旋转、变幅等多个运动机构。随着社会的快速发展，起重机械设备逐渐向着大型化发展，而渐渐无法满足一些小型场合对起重机的需求，本文设计了一种适合在小型建筑工地使用的起重机。本文主要通过分析定柱式悬臂起重机起重机的工作原理，基本结构，系统组成和功能特点，设计了一种小型建筑工地用的 0.5 吨定柱式悬臂组合式自立起重机。根据要求设计了起重机的悬臂梁和回转机构装置，还有对 CDI 型电葫芦的起升机构，运行机构进行设计校核和选择，并且完成了起重机的结构图、装配图、零件图的 CAD 绘画。本次设计的设备具有安装、操作、维修简单，运行灵活，自重轻的特点，是一种适合在室外建筑小型工地使用的起重设备。关键词：起重机；定柱；悬臂；回转机构桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文The design of 0.5 tons of combined revolving pillar jib crane be used in a small building siteStudent：CHEN Qin-zuo Teacher: SUN Jin-rongAbstract：The crane is a vertical lifting and horizontal load in a certain range of a cycle,intermittent motion machine,including hoisting mechanism, walking mechanism, slewing mechanism, luffing mechanism and more other moving links.With the rapid development of society,The crane gradually develops to the large scale,and then it could not meet the needs of the crane in some small places,so,in this paper,i design the crane is suitable used in small outdoor construction site.in this paper,I analysis required the revolving pillar jib crane to achieve the functional requirements and the corresponding structure, and the working principle of the crane, the basic structure, system composition and functions.According to the requirements,i designed the crane of crane stake,slewing cantilever beam,rotary driving device ,and the choice and check of CD type electric hoist main parts,including hoisting mechanism and walking mechanism, last completing the CAD painting,including the equipments structure diagram,assembly drawing,part drawing.The design of this equipment has many characteristics,the installation,operation,repair all simple,and it have light weight,is a suitable lifting equipment used in small outdoor construction site.Key words：Crane；Crane stake ；Cantilever beam；Slewing mechanism桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文目 录摘 要 .IAbstract .II1 绪论 .11.1 设计的背景及意义 .11.2 起重机发展状况 .11.2.1 国内起重机发展状况 .11.2.2 国外起重机发展状况 .11.3 起重机发展趋势 .21.4 起重机的分类 .21.5 悬臂起重机的介绍 .31.5.1 悬臂起重机 .31.5.2 悬臂起重机的机构 .41.5.3 基本参数 .41.6 本次设计参数的选取 .51.7 本章小结 .52 起重机设计 .72.1 悬臂梁的设计计算 .72.1.1 工字梁的选取 .72.1.2 工字钢受力分析计算 .72.1.3 工字梁的弯矩计算 .72.1.4 工字钢刚度计算 .92.1.5 工字梁与回转机构的回转套的连接 .92.2 立柱地脚螺栓组的计算校核 112.3 起升机构设计 122.3.1 起升机构的传动方案 122.3.2 钢丝绳验算 122.3.3 滑轮的主要尺寸的计算 122.3.4 卷筒尺寸并验算其强度 13桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文2.3.5 验算起升电机 142.3.6 减速器选用验算校核 152.3.7 选择制动器 152.3.8 计算验算启动、制动时间 162.4 运行机构设计 172.4.1 运行阻力 172.4.2 运行机构动力装置选择 182.4.3 电机验算校核 182.4.4 验算电机的发热条件 182.4.5 验算启动时间 192.4.6 选择制动器 192.4.7 验算制动时间 192.4.8 选择减速器 202.5 本章小结 203 回转机构设计 213.1 回转机构支承装置 223.1.1 回转机构的组成 223.1.2 回转支承装置 223.1.3 柱式回转支承装置 223.1.4 转盘式回转支承装置 223.2 回转机构设计计算 253.2.1 回转机构方案设计 253.2.2 支承装置的设计计算 263.2.3 轴承的选择 273.2.4 回转装置的驱动装置计算 293.2.5 柱式回转支承装置的计算 343.3 本章小结 354 起重机的维护与保养 364.1 机械设备维护与保养 364.2 金属结构的维护与保养 374.3 电气系统的维护与保养 37桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文4.5 本章小结 385 结论 38致 谢 39参考文献 .40桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文01 绪论1.1 设计的背景及意义起重机就是一种可以在设计的工作范围内完成对重物在水平和垂直方向上完成搬运工作的机械装置。它的工作循环是：吊钩把重物从原始位置经过起升机构的动作带动卷筒再带动钢绳将重物提起来，再由起重机的运行机构完成重物的水平搬运、回转机构进行相应的旋转改向把重物移动到重物所要搬运到的位置；然后卸下重物，吊钩装置回到原来的位置，完成一个循环。我们知道在一个循环当中，起重机会有一定的停止，不可能一次性完成一个循环，所以机械就会有电机或者机构的突然停止和突然启动，还有运动方向的改变，所以机械的强度等各方面都要求比较高。起重机是我们日常生活工作所必须运用到的一种机械设备，它不仅可以将人从繁重的劳动中解脱出来，还可以简单快速完成一个工作环节，使工作的进度得到很大的提高，它对于实现很多工作机械化有很大的提高。本次设计的起重机主要是针对一些比较小型的工程，对于大型工程机械无法进驻的地方也可以实现对人们劳动力的减轻。1.2 起重机发展状况1.2.1 国内起重机发展状况在中国的古代就有臂架型起重机的雏形，如灌溉农田用的桔槔。但是由于国情和制度等问题限制了我国的技术发展，直到新中国的成立，我国的起重机技术水平才慢慢有所发展，但是还是落后于国际水平。直到 1999 年，中国沉寂了几十年的起重机行业就像火山喷发一样，出现了快速发展的势头，连年增长、一浪高过一浪的态势，即使是在被称为宏观调控年的 2004 年也不例外。在起重机领域，1998 年低谷时期年销售额只有 11 多亿元人民币，但是到了 2004 年销售额竟然达了惊人的 70 多亿元人民币，但是 2005 年有所回落，但是也仍然达到 67 亿元左右。起重机械是应用领域最广的设备之一，在各种行业都可以随处见到它的雄姿。水利、水电、能源、矿山建设都要使用到起重机械。最新发布的“十一五”计划给起重机带来了新的发展机遇。2006 年，面对我国电力仍短缺的境地，据国家电网公司和南方电网公司“十一五”电网发展规划，今后 5 年，我国电网建设总投资将超过万亿元，期间，电网建设投资将占到电力行业总投资的 50以上。在这些大型项目对起重机的大量需求下，加速了国内起重机市场向大型化发展的势头。1.2.2 国外起重机发展状况14 世纪，西欧出现人力和畜力驱动的转动臂架型起重机。到 15 世纪，意大利发明了转臂式起重机，才解决这个问题。这种起重机有根倾斜的悬臂，臂顶装有滑轮，既桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文1可升降又可旋转。但直到 18 世纪，人类所使用的各种起重机械还都是以人力、畜力为动力的，在起重量、使用范围和工作效率上很有限。18 世纪中后期，英国瓦特改进和发明蒸汽机之后，为起重机械提供了动力条件。1805 年，格兰工程师伦尼为伦敦船坞建造了第一批蒸汽超重机。1846 年，英国的阿姆斯特朗把新堡船坞的一台蒸汽超重机改为水力起重机。桥式起重机最早出现在 19 世纪前期，它的出现让起重机的发展得到了很大提高；渐渐地人们开始使用金属材料来制造起重机的主要部件，如轴，齿轮，吊具等，因为金属的耐磨性能比较好，很适合制造这样的重要部件。19 世纪后期，就慢慢开始出现了水力为动力源的驱动装置，但是随后发展起来的蒸汽驱动的起重机慢慢代替了水力驱动的起重机。20 世纪初期，欧洲开始使用塔式起重机，20 世纪 20 年代开始，电气工业和内燃机工业迅速发展，电动机和内燃机逐渐成为主要的驱动动力源，也开始使用在起重机行业里。欧洲是起重机的发源地，起重机生产技术水平是世界最高的。最负盛名的起重机生产企业有：德国格鲁夫丶森内博根、利勃海尔、德马克等；美国不仅是生产起重机的主要国家之一，也是世界上最大的市场之一，每年市场需求量高达 600 亿美元，主要生产企业为马尼托瓦克公司，其特点是性能较好、技术较先进、可靠性较高，产品主要销往美洲地区和亚太地区；日本从 20 世纪 70 年代开始就成为了工程起重机生产强国，其产品特点是技术水平高、性能好、可靠性高，仅次于欧美的产品，40%左右的产品主要用于出口到欧美市场，成为了国际上起重机生产、制造的主要国家之一，其代表企业有神钢、多田野、加藤、日立等。1.3 起重机发展趋势自有人类文明以来，物料搬运便成了人类活动的重要组成部分，距今已有五千多年的发展历史。这些都促使起重机的技术性能进入崭新的发展阶段，起重机正经历着一场巨大的变革。今天，起重机行业现状日渐繁盛，逐渐被越来越多的人士关注，发展也越来越好，现在中国是世界上最大的起重机市场。现在的整个世界的机械工业都处于一个上升的势头中，汽车工业，机动车行业，的快速发展和大型民生工程的建设，在整体的发展过程中，一些起重设备在辅助生产中会起到一个不可或缺的作用，而悬臂起重机因有在其工作范围内，能灵活运作，结构简单，操作方便，直观感觉好，效率高，制造、维修、安装都很方便，是一种不可或缺的起重设备之一，在未来有很大的发展前景。1.4 起重机的分类起重机可以按多种方式分类，可以按起重机的主要用途和结构特征来分类。桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文2按起重机的主要用途分类：一般通用的起重机、建筑类起重机、冶金起重机、铁路起重机、港口起重机、造船起重机等等。按构造特征分为桥式和臂架式；旋转式和非旋转式；固定式和移动式；移动式又分为轨道移动式和无轨移动式（如一般的汽车式吊车）。起重机的样式多种多样，门类相当多，如桥式类型的起重机的冶金专用的起重机就有十几种，而缆索起重机也有几种，但是起重机的主要机构的差不多的，这里就不一一介绍了，主要就介绍一下涉及本次设计的起重机。1.5 悬臂起重机的介绍1.5.1 悬臂起重机悬 臂 起 重 机 的 额 定 起 重 量 是 比 较 小 的 ， 工 作 的 强 度 不 大 ， 适 合 起 吊 比 质 量 较 小的 一 些 重 物 。 悬 臂 起 重 机 的 构 造 有 立 柱 ， 回 转 臂 回 转 驱 动 装 置 及 电 动 葫 芦 ， 立 柱 的固 定 主 要 通 过 地 脚 螺 栓 ， 而 地 脚 螺 栓 一 般 都 是 预 埋 在 混 凝 土 当 中 的 。 而 一 般 的 回 转机 构 则 是 由 摆 线 针 轮 减 速 装 置 来 驱 动 旋 臂 回 转 来 完 成 回 转 动 作 的 ， 一 般 的 悬 臂 梁 为工 字 钢 ， 工 字 钢 就 是 一 个 导 轨 ， 引 导 电 动 小 车 运 动 方 向 ， 而 电 葫 芦 通 过 电 动 小 车 的运 动 而 运 动 ， 达 到 带 动 重 物 完 成 水 平 方 向 的 运 动 。 旋 臂 是 空 心 的 钢 结 构 ， 重 量 比 较轻 ， 跨 度 大 ， 能 起 重 的 重 量 大 ， 经 济 耐 用 。 起 重 设 备 。 具 有 新 颖 、 合 理 、 简 单 的结 构 ， 使 用 操 作 方 便 、 回 转 比 较 灵 活 、 作 业 空 间 比 较 大 等 优 点 ， 是 高 效 的 、 节 能的 物 料 吊 运 装 备 。 可 广 泛 应 用 运 用 在 各 种 场 合 的 重 物 吊 运 。 本 机 由 立 柱 、 回 转 旋臂 和 电 动 葫 芦 等 组 成 。悬臂起重机（旋臂起重机）有立柱式、壁挂式、平衡起重机三种形式.柱式悬臂起重机是工字梁悬臂绕着固定的定柱进行回转，又或是悬臂梁与转柱刚性连接，立柱和悬臂组成的悬臂梁整体与基座支承形成相对于垂直中心线转动的回转机构。它比较适用在起重量小，它的工作范围为设计时所确定，可分为扇形和圆形两种，比较适于一些在加工重量大的零件时的机床设备，或者重型零部件的组装流水线上的搬运工作。壁挂起重机是指固定在墙上的悬臂起设备，又或者沿着其他支承结构上的导轨轨道工作的悬臂起重机。壁行起重机的工作场合一般为跨度较大、建筑高度比较高的车间或者仓库。平衡起重机又称为平衡吊，它运用四连杆机构原理，把载荷与一个平衡配重形成一个平衡系统，平衡吊使得装配方便快捷，定位精确，物料在额定行程内处于三维空间悬浮状态，物料上下左右旋转可任意手动完成。桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文31.5.2 悬臂起重机的机构起重机根据其机构所能实现起重机各种不同功能的性质来进行分类的，可分起升机构、运行机构、变幅机构、旋转机构等机构。起升机构包括:取物装置（吊钩）、钢丝绳和卷筒、减速器、制动器以及驱动系统等部分，用来实现对物品进行上升和下降搬运。根据所要起升的不同物品，我们就会选择不同样的取物装置，这样会减少在固定取物装置与重物时所需要的时间，增加工作效率，同时可能起升机构的动力装置也有可能不同，但它们的不同都是为了增加工作效率，同时它们的布置方式不会有很大的改变。如果设计的起重机的起重量超过了10 吨，那么就要设计的起升机构就必须需要有两个了，一个主要的起升机构，另一个就是辅助起升称为副起升机构。这两个起升机构不仅可以分别工作，同时也可以协同一起工作，而副起升机构的起重量一般设计为主起升机构起重量的 20%到 30%之间。运行机构：通过小车运动改变起升机构在导轨上的位置来带动重物在水平方向上的位置完成水平搬运。运行机构一般由动力装置电动机、传动装置（传动轴、联轴器和减速器等），制动器和车轮组等组成。变幅机构：臂架式起重机的变幅机构按作业要求可分为非工作性变幅和工作性变幅两种，按性能要求又分为非平衡变幅和平衡变幅两种。1.5.3 基本参数额定起重量是指起重机在正常工作范围内所允许吊起的物品重量，吊钩起重机不将吊钩与滑轮组的重量计算在内，额定起重量以经列为国家标准，以 Q 表示。在这里，Q=0.5 吨。起升高度是指起重机所能将重物升起的最大高度，以 H 表示，起升高度的常用单位为米。在这里，H=18m。幅度，旋转臂架式起重机的幅度是指起重机在水平位置时，回转中心线与取物装置中心铅垂线之间的距离 2。非旋转臂架式起重机常用有效幅度表示，有效幅度是指臂架所在平面内的起重机内侧轮廓线与取物装置铅垂线之间的距离，以 R 表示。幅度的常用单位为米。在这里，R=3m。额定工作速度：额定起升速度是指起升机构电动机在额定转速下取物装置的上升速度，这里的起升速度由电葫芦参数决定。额定运行速度:运行机构电动机在额定转速下起重机或小车的运行速度，这里的运行速度由电葫芦参数决定。变幅速度：指臂架式起重机的取物装置从最大幅度到最小幅度的平均线速度，在桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文4这里没有变幅机构。额定旋转速度：指旋转机构电动机在额定转速下起重机绕其旋转中心的旋转速度，在这里取 1r/min。2.6 本次设计参数的选取本次设计是设计 0.5 吨悬臂 3 米的组合式定柱悬臂起重机，其选取的参数为：额定起重量为 0.5 吨，悬臂梁长为 3 米，起升高度为 18m，整机高度为 2.5 米，回转速度1r/min,回转度为 360 度。设计该起重的机械结构包括定柱和悬臂梁和起升、运行、回转机构装置的一些主要部件，以达到预定的功能效果。电动葫芦的选择：由额定起重量为 0.5 吨，起升高度为 18 米，通过查阅金牛起重表 4 选择电动葫芦的型号为 CDI，其技术性能为表 1-1 所示：1.6 本章小结了解起重机的历史和发展，主要了解了起重机结构原理和参数，对于起重机有了一个很好地了解，为后面设计打定了一个比较好的基础。表 1-1 CDI 型电动葫芦参数技术性能桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文5型号规格 CDI0.5-18 型号 ZD121-4起重量 吨 0.5 额定功率 千瓦 0.8起升高度 米 18 额定转速 转/分 1380起重速度 米/分 8起重电机 额定电流 安 2.4运行速度 米/分 20 型号 ZDY111-4绳径 毫米 5.1 额定功率 千瓦 0.2规格(GB1102-74)6x19-5.1(YB261-73)额定转速 转/分 1380钢丝绳长度 米 40运行电机额定电流 安 0.72工字钢型号(GB706-88) 16-28b结合次数 次/时 120运行轨道 运行轨道半径 米 1.5 机构工作级别 M3额定电压 伏 380 电动小车（D 型）总重 公斤 175额定频率 赫兹 50电源相数 3桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文62 起重机设计2.1 悬臂梁的设计计算2.1.1 工字梁的选取由本次的设计参数所知，工字梁的长度为 3000mm，起升重量为 500kg，电动葫芦重量为 175kg，工字钢规格为 GB706-88，查文献 1316 页表 4 热轧工字钢。2.1.2 工字钢受力分析计算工字钢的受力情况为悬臂梁，工字梁受下拉力为 500kg，以及电葫芦的重量为 175kg，总受力为 675kg。受力分析图为：图 2-1 工字梁受力图工字梁的许用应力 工字梁的材料为低碳钢塑性材料 Q235，参考文献 1公式：(2-1)sn式中： 屈服极限； 安全系数，一般选（1.52.5）ssn安全系数的选取，关系到安全和经济问题，显然安全系数越大，强度储备越大，综合考虑安全性与经济性，由于起吊时有冲击载荷存在，上述选取一般是在静载荷状态下，本次由于冲击载荷的存在所以选取 =2.0。sn参考文献 10109 页表 6-4，Q235 的屈服强度 =235MPa。s所以可以知道 =snMPa5.170.232.1.3 工字梁的弯矩计算由于电葫芦是在工字梁上来回运行的，所以工字梁受力有两个极限即一个在工字梁的最外边与受力在梁的最里边。桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文71.首先计算电葫芦在工字梁靠近立柱的地方1）求支反力：由工字梁的整体静力平衡方程，可得其支反力大小为： KNRA0FB75.62) 列弯矩方程。取工字梁的左端为 A 坐标原点，工字梁中心轴 AB 为 X 轴，则弯矩方程为： LXMBX3) 绘制弯矩图：根据弯矩方程画出此梁的弯矩图。如图 2-2 所示：图 2-2 弯矩图则最小弯矩为： mKNLFMB75.61.max2.求电葫芦在工字梁最外边的时候的弯矩1）求支反力：由梁的整体静力平衡方程，可求其支反力为： RA0FB75.62）列弯矩方程。取梁的左端为 A 坐标原点，梁轴 AB 为 X 轴，则弯矩方程为：LXMX3）绘制弯矩图：根据弯矩方程不难绘出此梁的弯矩图。如图 2-3 所示：图 2-3 弯矩图桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文8则最大弯矩为： mKNLFMB25.037.6max不难看出 外里 所以最大内应力为 M25.0ax外参考文献 1表 16.11，计算所需的抗弯截面模量得： 363.1720.17cmWZ参考文献 1附录表 4，选用 20a 工字钢，比较合适，其 。37Wz本次设计选用 20a 工字钢。2.1.4 工字钢刚度计算工字钢在工程设计中，一般按照其强度条件来选择它的横截面积的，然后按工字梁的刚度进行校核，对工字梁的校核的目的就是为了能控制工字梁弯度在规定的范围内，使梁的最大绕度和最大转角在规定的许可范围之内，故工字梁刚度条件，由参考文献 2得： m602.3f式中： 许可挠度，起重机大梁：0.001L0.002L.(L 梁的跨度)f EIPLf3a式中：f a最大挠度；P工字梁所受的拉力；L悬臂梁长度；E工字钢弹性模量；I工字钢截面惯性矩；根据文献 1表 4 可知道 GB 706-88 20a 型号的工字梁数据,带入计算得：mEIPLf 6f1.28m06.12370365-9a 故工字梁满足刚度要求。2.1.5 工字梁与回转机构的回转套的连接工字梁与回转机构的回转套的连接我们采用的是焊接方式，因为焊接的地方所需求的强度要求很高，要承受较大的力矩，所以要对其焊接的焊缝进行校核，验算其是否满足设计要求。根据工字梁的选择我们知道工字梁的高度为 200mm，其最上面的焊接缝所受的最大桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文9拉力约为 8KN， 图 2-4 中工字梁与旋转套的焊接图。在工字梁与旋转套一边加焊三个肋板加强连接的强度，并且上下端均加焊肋板。图 2-4 工字梁与旋转套的焊接拉应力校核： 拉拉 LP式中：P 焊缝所受拉力（ Kg）P=8 KN=800Kg；钢板厚度， =16.5mm；L焊缝长度，L= =456mm；5602703所以工字梁与旋转套连接的焊缝的拉应力为：=1.06MPa456.1g80K拉桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文10而焊缝的许用拉应力为：（2-2）sn拉式中： 安全系数，塑性材料安全系数一般取 1.52.5，取： =2.5；sn sn材料屈服强度，Q235 =235Mpa；s所以 a945.23nsMP拉 拉拉 故焊接能满足设计要求。 2.2 立柱地脚螺栓组的计算校核地脚螺栓一般预埋在混泥土中，整个起重机和起重机工作时所产生的力都经立柱传到螺栓上，螺栓所受到的力矩将会是非常大的。在本设计中螺栓承受由起重量 Q，悬臂自重和电葫芦重量所产生的倾覆力矩的作用。Nm215370285302 LGQLM葫 芦臂式中：Q起重重量；G 臂 臂悬臂重量；L悬臂长度 m；G 葫芦 电葫芦重量； 立柱的底座是一个大圆形截面，螺栓则按圆周布置，数目选八个，则螺栓组受到的最大工作载荷为：KNRM937.15.08212z1imaxax 式中：R 为螺栓圆周布置的半径；z螺栓个数；参考文献 1公式:（2-3）43.12dFa桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文11式中：螺栓的总拉伸载荷 N； 螺栓小径 M30 螺栓 =24mm；aF1d1d螺栓许用应力 Mpa。 a83.9224.30978.3MP因为起重机承受冲击载荷比较大，为保证悬臂起重机的安全，螺栓选用 4.6 级强度螺栓，不要求严格预紧力。参考文献 1表 5-8 MPas240参考文献 1表 5-10 螺栓的安全系数 S=2MPas83.921因 ，所以满足强度要求。2.3 起升机构设计2.3.1 起升机构的传动方案起升机构主要有：取物装置吊钩，钢绳，卷筒，驱动电机，减速器，制动器等。本设计的一些主要的参表 2-1 起重机主要技术参数表起重量 Q 起升高度 H 跨度 L 起升速度 V0.5t 18m 3m 8m/min2.3.2 钢丝绳验算根据 GB/T20118-2006 文献可知：钢丝绳破断拉力计算：（2-4）102maxRKDs式中： 钢丝绳的破断拉力（KN）；maxs钢丝绳的公称直径（mm）；D0R钢丝绳的公称抗拉强度（MPa）；K 某一类别钢丝绳的最小破断拉力系数。查文献可知道 619 型钢丝绳的最小破断拉力系数 K=0.33，钢丝绳的公称抗拉强度 R0=1570，故破断拉力为：桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文125.13107.531022max RKDs而最小钢丝绳破断拉力总和=钢丝绳最小破断力1.226（纤维芯）或 1.321（钢芯）则：纤维芯： 6.N=.2SFax钢 芯： 1783m因为起重的重量为 Q=500kg，则重物的拉力为 ，且 F5KN。5KN=10F本设计选用 619 纤维芯型钢丝绳与以同直径者 619 钢芯型相比较，纤维芯钢丝绳的挠性好，经济性好，故选用 5.1mm 的 619 纤维芯型钢丝绳。2.3.3 滑轮的主要尺寸的计算滑轮许用最小直径：（2-5）)1(min0edD式中： 最小卷绕直径 mmminod钢丝绳的直径 mm；e滑轮直径与钢丝绳直径之间的比值。查参考文献 2表 3-2-1 可以知道，轮绳直径比为：e=16D5.761.5min0查文献 2表 3-2-4 选用滑轮直径 D=165mm，滑轮的绳槽部分尺寸可由附表 3-2-6 查得。由附表 4 选用钢丝绳直径 d=5.1mm，滑轮轴直径 D=165mm，滑轮宽度 B=36mm，将 E 型滑轮标记为：JB/T9005.1165-36-55。2.3.4 卷筒尺寸并验算其强度卷筒名义直径 D： ；)1(ed式中: d钢丝绳直径；e筒绳直径比（由文献 2表 3-3-2 选取）。绳槽半径 R：R= （0.530.56）d绳槽深度 h：h=(0.250.4)d绳槽节距 p：p=d+（24 ） mm卷筒上有螺旋槽部分长度 L0： pzm10axDH式中：H max最大起升高度；m滑轮组倍率（在这里取 2）。D0=D+d 卷筒计算直径， z11.5 固定钢绳安全圈数（在这里取 2），桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文13卷筒长度 L： 式中 L1 无绳槽卷筒部分（由结构决定），L 2 固定210+=钢绳所需长度，一般为 m3p钢 卷筒壁厚 ：钢卷筒 =d，铸铁卷筒 =0.02D+(610)mm根据文献2表 3-3-2 可知 e=16，则有 76.5=-5.D）（为了适当的缩短卷筒的长度，所以我们选取较大直径的卷筒，选用卷筒直径由文献 2表 3-3-11 选用 D=100mm，卷筒绳槽尺寸结合计算和附表 3-3-3 查得，绳槽深度h=2.3mm,绳槽半径 r=3.3mm，节距 p=7.0mm。则 mm，取整数 550mm。2.571.3054.26pzmL10ax0 DH在这里我们使用铸铁卷筒，则其卷筒壁厚 ： 13m=0)(6+0.D=卷筒长度 L： ，取整数 L=650mm63m+= L+2=10卷筒壁的压应力验算：由文献 2公式 3-3-1 可知压应力：（2-6） cmax21cpSA式中： c卷筒壁压应力（Pa）；Smax钢丝绳的最大静拉力（ N）；卷筒壁厚；A1应力减小系数，在绳圈拉力作用下，筒壁产生径向弹性变形，使绳圈紧度降低。钢丝绳拉力减小一般取 A1=0.75；A2多层卷绕系数，这里为一层的卷绕数，故 A2=1.0；许用压应力，对铸铁=c1/5，式中 c1 为铸铁的抗压强度。所以有：卷筒壁压应力：MPa64.130765175.0pmax21c SA所选用的灰铸铁卷筒材料为 HT200，其最小抗压强度为 c=200MPa，则可以算出来它的许用应力为=200/5=40MPa。由此可以得出： c，故所选的卷筒符合，其尺寸：卷筒直 D=300mm,卷筒长度L=560mm。2.3.5 验算起升电机计算静功率：桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文14KW89.0.61250)(0）（VGQ式中: 0机构总功率，一般: 0=0.8 0.9，取: 0=0.8电动机计算功率: jdeNk式 中 ： K 对 于 M3 机 构 系 数 ，有 文 献 2查 表 可 知 ： Kd=0.850.95,取 kd=0.85 763.jeNk由文献 2表 5-3-1 可知，所需的基准工作制时选用的电 动 机 为 ZD121-4， 其 中N （ 25 ） =1.5kW ， 其 额 定 的 转 速 为 n=1000r/min,Jm=0.03kg.m ， m=55kg。e其发热条件：按 照 等 效 功 率 法 ， 求 JC=25 时 所 需 的 等 效 功 率 ：N k r =0.800.870.898=0.625KWx25j式 中 ： 工 作 级 别 系 数 。 对 于 M3 级 ， k =0.80；25k 25r系 数 ， 是 其 平 均 起 动 时 间 与 平 均 工 作 时 间 的 比 值 （ t /t ） ， 一 般 的 起qg升 机 构 其 值 为 ： t /t =0.1。 文 献 2查 得 r=0.87qg由以上计算结果 N ，故电动机能满足。ex2.3.6 减速器选用验算校核由设计参数可以知道，设计的起升速度为 V=8m/min，又知道其卷筒的直径D=300mm。故其卷筒的转速则有： min/98.163.0428m0rDVnj 式中：m 滑 轮 组 倍 率 ；V起 升 速 度 。则 驱 动 装 置 传 动 比 ： 27.819.6300jin根据所设计的起重机要求减速器体积小，重量轻的特点，我们选择 QS 型减速器，根据文献 2表 3-10-14，选择的公称传动比为 i=80，则有： %158.027.1-8i0 桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文15所以传动比符合要求。则实践转速为：n j=18.068 r/min实际起升速度：V 1=8.56m/min则实际功率：N x1=Nx（8.56/8）=0.669 KWQS06 减速器型号参数：许用功率 P 许 =0.76 KW，许用扭矩 T 许 =426 Nm2.3.7 选择制动器所需静制动力矩： mNiDGQkMhzjz 903.85.6320157. 0式中：k z制动安全系数，取 1.75。由文献 6表 5-1-20 可知 ZD121-4 电机的制动的制动力矩为 8.34Nm，故合适。2.3.8 计算验算启动、制动时间起升机构升起和放下重物的工作为周期性的，工作有三个状态，分别为：启动状态，平稳运行状态，制动状态。我们知道起升机构在启动和制动状态时会产生惯性的加速度和力，如果启动和制动的时间比较长或较短的话都会产生影响设备和工作效率的不利因素，如启动、制动时间过长会影响生产效率，启动、制动时间过短会产生过大的动载荷，对设备的零部件产生不必要的损坏，缩短设备的寿命，所以我们必须要把启动和制动时间控制在一定的范围内。1.启动时间的验算起升机构在启动阶段，启动的电机产生的启动力矩 Tq除了克服静阻力矩 Tj外，还要克服运动的重物的惯性力矩 Tg，所以有： Tq=Tj+Tg (Nm) （2-7）静阻力距计算：（Nm）mi2jDFQ式中：F Q额定的起升载荷， FQ=500；D卷筒直径，D=300mm；m滑轮组倍率，m=2；i卷筒与电机的传动比，i=63；桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文16起升机构传动的总效率，=0.8。带入数据算得：Nm761.08632150mi2j ）（）（ DGFTQ转动惯量：J=0.30+20.025+0.1 kgm2=0.45 kgm2Tq=（1.61.8）9550（P m/nm）=1.8 9550（1.5/1000）=26.78 N m则有s18.)76.082(5.9145.9ntjqmq ）（ J通常起升机构启动时间为 1s5s，此处 tq5s，且在电气设计时，有时候因为启动电阻，延长了启动时间，故所选电动机合适。2.制动时间的验算在满载情况下制动时间为：siDGQcJTntjezz965.0 63285.01504.176.08231. 20m 起升速度12m/min 时， 11.25，因 ，所以满足要求。ztZtz2.4 运行机构设计2.4.1 运行阻力运行机构在运行时所受到的阻力分别有：滚轮与导轨的摩擦力，坡道阻力，风吹阻力等，则运行机构所受力为: 坡坡F+=F因为设备所在的环境风力小，且悬臂为水平杆，故：F 风 =0N。所以有： （2-8）轮Dd)K(2G+Q=F坡式中：K系数，K=1.2；摩擦系数，=0.015；d滚轮宽度，d=35mm；桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文17D 轮 滚轮直径，D 轮= 60mm。由公式（2-8）代入数据算得 F 静 =648.53N计算静功率： 0.12kw坡VPN式中：运行机构传动功率，取 =0.9根据选择的 CD 型电动葫芦技术参数小车式配用的电机功率满足，所以可以直接选用，其型号为 ZDY111-4。根据等效功率法，求 JC=25%时所需的等效功率：KW0.592=.870.85=NrKxj25式中：K 25-工作级别系数，M3 级，K 25=0.85；r系数，根据运行机构的平均启动时间与工作时间相比得到，一般为 0.1查得 r=0.87。由以上结果可知初选电机满足设计要求。2.4.2 运行机构动力装置选择本设计的运行机构主要是指电动葫芦在工字梁上的水平运动，运行机构由电动机、联轴器、减速器、制动器和车轮组等组成。本设计的运行机构的运行速度为 20m/min，轮子直径 d=60mm 则轮子的转速 n=106r/min。由表 2-1 可以知道 CD 型电动葫芦的运行机构的驱动电机参数，额定功率0.2KW，额定转速：1380r/min ， 型号为：ZD 11-4。1Y2.4.3 电机验算校核运行机构所受的阻力： （P 风 忽略不计）风坡摩阻P式中： P 摩 运行机构的摩擦阻力；P 坡 运行机构因工字梁在水平方向上不平所受的阻力，倾斜角度 =1；P 风 风对载物的阻力；其中： 电 葫 芦摩 FQ式中：运行机构滚轮与工字梁的摩擦系数，取 0.015；所以：P 摩 =0.015（5000+1750）=101.25Nsin）（ 电 葫 芦坡 Q所以： N80.171750）（坡综合以上数据得： N5.29.阻P桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文18则轮子的转矩： Nm14.306.5219d阻轮 PT则静功率为： KWV057.82.阻静因为电机的额定功率大于静功率，所以可直接选用 ZD 11-4 型号电机。1Y2.4.4 验算电机的发热条件电动机计算功率:（2-9）静PkNde式 中 ： K 对 于 M3 机 构 系 数 ， 有 文 献 2查 表 可 知 ： Kd=0.850.95,取 kd=0.85 d 4.057.8jde按照等效功率法,求 JC=25%时所需的等效功率： .r25静式 中 ： 工 作 级 别 系 数 。 对 于 M3 级 ， k =0.80；25k 25r系 数 ， 是 其 平 均 起 动 时 间 与 平 均 工 作 时 间 的 比 值 （ t /t ） ， 一 般 的qg起 升 机 构 其 值 为 ： t /t =0.1。qg文 献 2查 得 r=0.87由以上计算结果 N ，故所选的电动机能满足。ex2.4.5 验算启动时间满载运行时电机的静力矩：i2dj阻PM式中：i 传 动 比 ， 取 13068传 动 机 械 效 率 ， 取 0.8；所 以 ： Nm32.124jM启 动 时 间 ：（2-10）20jqmd2.38iGQcJntz其中 Nm50.e.1qM桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文19综 合 数 据 计 算 得 ： tz=0.895s2.4.6 选择制动器由文献 2可得： mNMkjz 106.32.751式中：k z制动安全系数，取 1.75根据文献 6表 5-1-20 的 ZD 11-4 电机的制动力矩为 1.86Nm， 故 符 合 。1Y2.4.7 验算制动时间制动时间：（2-11）20jqd2.38iGQcJMntz带入数据算得：zt=0.795s2.4.8 选择减速器减速器总传动比：13068nim查询文献 2表 3 10-15 选择 QS06 型减速器，其公称减速比为 14，许用功率为4.473KW，许用扭矩为 418Nm，安装尺寸参数如表 2-5 所示下：图 2-5 运行电机减速器外形尺寸桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文20表 2-2 运行机构减速器安装尺寸参数型号单位 b u H d1 L k 联轴器型号 e1 cQS06 168 148 175 M10 215 161 ML2e2 q b1 a a1 r d2 n D80 70 175 80 125 25 20 50 148输出轴孔的直径为 d=30mm，轴孔长为 66mm。2.5 本章小结本小结主要对起重机的主要部件机构进行了设计，所涉及的内容比较多，运用到了材料力学，工程材料，机械原理，机械设计等许多我们大学专业所需要学习过的知识。桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文213 回转机构设计3.1 回转机构支承装置3.1.1 回转机构的组成回转式起重机的回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两大部分组成，前者用来将起重机回转部分支持在固定部分上，后者用来驱动起重机回转部分相对于固定部分的回转。3.1.2 回转支承装置回转支承装置简称为回转支承。其主要有两大类，分别是柱式和转盘式，其根据不同的起重机使用要求、制造厂的加工条件、回转支承的特点和经济条件合理性来选择。回转支承要保证起重机有确定的回转运动，且能承受起重机回转部分作用于它的垂直力、水平力和倾覆力矩。3.1.3 柱式回转支承装置柱式回转支承装置，它是由一个推力轴承和一个自位径向轴承组成的，这两个轴承的滚珠的球心必须重合。如图 3-1 所示，由于定柱的下部直径比上部大，所以下部的回转体上通常会制成滚轮型式，滚轮装在回转部分上。图上有四个支点，每个点上有两个滚轮。图 3-1 柱式回转支承装置3.1.4 转盘式回转支承装置桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文22现代的转盘式回转支承装置主要分为两种，一种是滚子夹套式，另一种是滚动轴承式，这里就主要介绍一下滚动轴承式回转支承装置。滚动轴承式回转支承装置的尺寸紧凑，性能优异完善，可以同时承受水平力，垂直力和倾覆力矩，是应用最为广泛的回转装置。以下是常用的四种滚动轴承式回转支承装置结构。（1）单排四点接触球式回转支承：如图 3-2a 所示，它由两个座圈组成，结构紧凑，重量较轻。其内外圈上的滚道是对称的圆弧面，滚动体为圆球形，每个滚动体与滚道间呈四点接触，能同时承受轴向，径向力和倾覆力矩。适用于中小形塔式起重机。图 3-2 a 单排四点接触球式回转支承（2）双排球式回转支承：如图 3-2b 所示，它有三个座圈，采用开式装配，上下两排钢球采用不同直径以适应受力状况的差异。因为滚道接触压力角很大（6090），所以能承受较大轴向和倾覆力矩。适用于中型塔式起重机。桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文23图 3-2 b 双排球式回转支承装置（3）单排交叉滚柱式回转支承：如图 3-2c 所示，它由两个座圈组成，其滚动体为圆柱形，相邻两滚动体的轴线呈交叉 1：l 地排列，接触压力角为 45 度。由于滚道与滚动体是线接触，故承载能力比单排钢球式高很多。这种回转支承装置在制造方面要求精度很高，安装精度要求较高，适用于中小型塔式起重机。图 3-2c 单排交叉滚柱式回转支承装置桂 林 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计 论 文24（4）三排滚柱式回转支承：如图 3-2d 所示，它由三个座圈组成，上下及径向的滚道相互分开。一上一下的滚柱要水平排列，这样的轴承不仅可以承受轴向载荷，还可以承受倾覆力矩，中间的滚柱是竖直排列，这样的滚柱承受径向载荷，这是常用四种形式的滚动轴承式回转支承中承载能力最大的一种，适用于回转支承直径很大的大吨位级别的起重机。图 3-2d 排滚柱式回转支承装置3.2 回转机构设计计算3.2.1 回转机构方案设计本设计以为所起升的重量为 0.5kg，重量轻，载荷不大，结构要紧凑简单，所以才用一大一小圆锥滚子轴承的支承方式，大轴承在下部，小轴承在上面，其大致安装图为图 3-3 所示：3.2.2 支承装置的设计计算支承载荷的计算作用在回转支承机构上的载荷有：回转部分的自重,起升载荷的重量和载荷影响，还要载荷在水平方向的摆动影响，制动机构在制动时的惯性载荷等。回转机构的转动零件（齿轮）的设计由电机的工作转矩决定。 可以将所有的的载荷总得来划分为四个力：一个沿着回转中心向下的垂直力 V，