桥式起重机机构计算书示例1

QD10T-20M A5 桥式起重机
设计计算书示例
编制：冰眼
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日期：2009年
目录
已知参数表 (3)
起升机构计算 (4)
钢丝绳选择……………………………………….
滑轮、卷筒选择………………………………….
电机选择………………………………………….
减速机选择………………………………………
制动器选择……………………………………….
联轴器选择…………………………………………
运行机构计算 (14)
小车运行机构计算…………………………………
车轮选择……………………………………..
电机选择………………………………………
减速机选择…………………………………….
大车运行机构计算………………………………..
附表 (25)
10T—20M A5已知参数
小车已知数据:
起重量Q＝10t，
起升高度H＝15m。

起升速度：V＝7.5m/min，
运行速度V xc＝45m/min，
工作级别为M5
机构接电持续率JC＝25％
大车已知数据：
桥架跨度L=20m
大车运行速度V dc=75m/min
工作级别M5
机构接电持续率JC＝25％
起重机估计总重G=240KN（含小车）
起升机构计算
确定起升机构传动方案，选择定滑轮组和动滑轮组。

按照布置紧凑的原则，决定采用下图方案，按Q＝10t，查表取滑轮组倍率i h＝3，承载绳分支数：z＝2×3
选10t钩估计自重为G0=0.2t(附表一)
1.选择钢丝绳
若滑轮组采用滚动轴承，当i h＝3，查表得滑轮组效率
ηn＝0.985（附表二）。

钢丝绳受最大拉力S max
S max＝(Q＋G0)/2aη
=1726 Kg
=17.26 KN
查表，中级工作类型（工作级别M5）时，安全系数n＝5.5。

钢丝绳计算破断拉力S b。

S b＝n×S max＝5.5×17.26＝94.93KN。

钢丝绳直径d
d=C·（S max 1/2）
=0.100×17260 1/2
=13.14mm
C－钢丝绳选择系数，取0.100（附表三）
取d=14mm
查表，选用瓦林吞型钢芯钢丝绳，NA T6×19W＋FC。

钢丝公称抗拉强度1770MPa，钢丝绳直径d＝14mm，钢丝绳最小破断拉力〔S b〕＝108KN。

标记为:钢丝绳14NAT6×19W＋FC1770ZS108 GB8918-88 。

卷筒滑轮选择
1.确定滑轮主要尺寸
滑轮的许用最小直径D h：
D h≥d(e-1)
=14×(25-1)=336 mm
平衡滑轮直径D p
D p≈0.6×D h=213 mm
查表选用滑轮直径D h=355 mm,滑轮轴直径90mm,E1型平衡滑轮直径D p=225 mm,滑轮轴直径45mm,F型标记为:E114×355-90 ZB J80 006.8-87
F14×225-45 ZB J80 006.9-87
滑轮、卷筒系数的值
机构工作级别轻级
中级
重级
特重级
值
设计手册值规范值
～
～16
～18
～20
～22.4
～25
～28
～M3
注:平衡滑轮直径允许取动滑轮直径的0.6倍,推荐取相等值.
2.确定卷筒尺寸
卷筒的许用最小直径D：
D≥d(e-1)
=14×(25-1)=336 mm
查表选D=400 mm,查得槽距t=16 mm,槽底半径r=8 mm
卷筒长L:
L=2×(Ha/πD0＋Z0＋4)t＋L1
=2×【（15000×3)÷（3.14×414）+2+4】16+185
=1484 mm
查表取 L=1500 mm
Z0－附加安全系数，取Z0＝2
D0－卷筒计算直径D0＝D＋d＝414 mm
H－起升高度H=15 m。

a－滑轮倍率3
t－槽距16mm (注:一般槽距等于钢丝绳的直径加2～4mm) L1－卷槽不切槽部分长度。

卷筒壁厚δ：
δ＝0.02D+（6-10）＝14～18mm
取δ=15 mm
卷筒壁压应力验算：
δymax＝S max/δt
=17260÷（0.015×0.016）
=71.9×106N/㎡
=71.9 MPa
选用灰铸铁HT200，最小抗拉强度δb ＝195MPa ，许用压应力 〔δy 〕＝δb /n 1＝195÷1.5=130MPa 〔δymax 〕＜〔δy 〕，故抗压强度足够 卷筒拉应力验算：
由于卷筒长度L ＞3D ，尚应校核由弯矩产生的拉应力，卷筒弯矩图示于：
卷筒弯矩
图
卷筒的最大弯矩M w 发生在钢丝绳位于卷筒中间时： M w ＝S max L x ＝S max （L －L 1/2）
＝17260×[(1500-185)÷2] =1.1368175×108N.mm
卷筒断面系数W ： W ＝0.1×（D 4-D i 4/）D
＝0.1×[(400^4-370^4)÷400] ＝1.714597×107 mm 3
D－卷筒外径D＝400 mm
D i－卷筒内径D i＝D－2δ＝370 mm
于是
σL＝M w/W＝6.63MPa
合成应力：
δL/＝δL+(〔σL〕/〔δ〕yi) ×〔δ〕ymax
＝6.63＋39÷130×71.9
=28.2 MPa
式中许用拉应力〔δL〕＝δb/n2＝195÷5=39MPa
所以δL/＜〔δL〕
卷筒强度验算通过，故选定卷筒直径D＝400mm，长度L＝1500mm。

卷筒槽形的槽底半径r＝8mm，槽距t＝16mm，起升高度H＝15m，倍率i h＝3，靠近减速器一端的卷筒槽向为左旋卷筒，
标记为：卷筒：φ400×1500-8×16-15×3，左ZBJ80007－2－87
4.小车起升电动机的选择
起升电机静功率：Nj
Nj＝[（Q＋G0）V /6120. η]
=（10000＋200）×7.5÷（6120×0.85）
=14.3 KW
η为起升机构的总效率，一般0.8~0.90之间，取η＝0.85
电动机的计算功率Ne：
Ne≥K d Nj
=0.8×14.3=11.78KW
K d为初选电机系数，M1～M6级机构K d＝0.75～0.85，这里取0.8查表选用JZR2-42-8,其Ne（25%）=16KW，n1=715r/min [GD2]d=1.46K g·㎡，电机质量Gd=260Kg
验算电机的发热条件：
按照等效功率法，求JC=25%时所需的等效功率Nx：
Nx≥K25γNj.
=0.75×0.87×14.73
=9.6 KW
K25－工作级别系数，查附表四，M5～M6本机M5工作制取0.75
γ－系数，根据平均启动时间tq与平均工作时间tg的比值查附表五得，一斑起升机构tq/tg=0.1，查图1得γ＝0.87
由以上计算结果得：Nx﹤Ne，初选电机满足发热条件。

5.起升减速机的选择
卷筒转速n j：
Nj=V i h/πD0
=(7.5×3)÷(3.14×0.414)
=17.3r/min
减速机总传动比i0：
i0=n1/n j
=715÷17.3=41.3
查表选ZQ-500-И-3CA 减速机，当工作类型为中级（M5）时，许用功率[N]=12KW，i=40.17，质量Gg=345Kg，入轴直径d1=50mm，轴端长l1=85mm（锥型）
验算起升速度和实际所需功率：
V/=V i0 / i
=7.5×（41.3÷40.17）=7.7m/min
或用V＝πD0n1/ i h i
=3.14×0.414×715÷（3×40.17）
=7.7 m/min
D0＝卷筒直径＋绳直径＝414 mm
i h－滑轮倍率i h＝3
i－减速机速比i＝40.17
n1－电机转速n1＝715r/min
误差ε：
ε= V/- V/V
=（7.71-7.5）÷7.5
=2.8%﹤[ε]=15%
实际所需等效功率N x/：
N x/=N x V//V
=9.6×7.71÷7.5
=9.87 kw≤Ne（25%）=16KW
符合要求
6.选择制动器
所需静制动力矩Mz：
Mz≥K z·（Q＋G0）D0/2 i h i
=1.75×（10000＋200）×0.414÷（2×3×40.17）
K z－制动安全系数，起升机构M5时K z =1.5，M6时K z =1.75
单制动时K z =1.5 双制动时K z =1.75
查表选用：制动器YWZ5—315/23, 制动转矩Mez =180～280 Nm 制动轮直径Dz=315 mm，制动器质量Gz=44.6 Kg
7.选择联轴器
高速轴联轴器计算转矩Mc：
Mc=nΨ8Me
=1.5×1.8×218=588.6 Nm
Me－电机额定转矩：Me=9750Ne/n1
=9750×16÷715=218 Nm
Ψ8－刚性动载系数，一般为1.5～2.0，取1.8
n－联轴器安全系数，一般起升取1.5，运行取1.35
联轴器安全系数n值表
查表：JZR2-42-8电机的轴端为圆锥形d=65mm，l=105mm
ZQ-500-И-3CA减速机的高速轴端为圆锥形d=50mm，l=85mm
浮动轴两端为圆柱形d=45mm，l=85mm
靠电动机轴端联轴器：查表选用CLZ3半齿联轴器，最大允许转矩[Mt]=3150 Nm﹥Mc值，飞轮力矩（G D2）L=0.403 k g·㎡，质量G L=23.6kg
靠减速机轴端联轴器：查表选用带Φ300mm制动轮的半齿联轴器，最大允许转矩[Mt]=3150 Nm﹥Mc值，飞轮力矩（G D2）z =1.8 k g·㎡，质量G z=38.5kg，为与制动器YWZ5—315/23配合，将Φ300mm制动轮修改为Φ315mm应用
验算启动时间（略）
验算制动时间（略）
高速浮动轴计算（略）
运行机构计算
一.小车运行机构
采用集中驱动如下图：
1.小车轮选择
小车估计质量G xc =4t（小车重量约为起重量的40%），假定轮压均匀分布
车轮最大轮压：
Pmax=1/4（Q＋G xc）
=0.25×14000=35000 N
P min=1/4 Gxc=10000 N
初选车轮：
查表，当运行速度﹤60m/min时，Q/ G xc =2.5﹥1.6，工作级别为中级时，车轮直径Dc=350mm，轨道型号18kg/m（P18）的许用轮压为3.49t≈3.5t。

根据GB4628-84规定，直径系为Dc=250、315、400、500、630mm，故初选为Dc=315 mm
车轮踏面疲劳强度验算（略）
线接触局部挤压强度（略）
点接触局部挤压强度（略）
单轮缘，材料：ZG340-640，即σs =340MPa，σb=640MPa
标记为：车轮DYL-315 GB4628-84
2.小车运行电机选择
（1）.运行阻力计算
运行时摩擦阻力矩M m：
M m=（Q+ G xc）（k +dμ/2）β
=(10000+4000)(0.0005+0.02×0.125÷2)×2
=49kg·m=490 Nm
Q q－起升载荷（kg）
G－起重机（或小车）自重（kg）。

k－滚动摩擦力臂，查附表七取k=0.0005 m,
μ－滚动轴承摩擦系数，推荐取μ＝0.02
d－车轮轴承内径（m）查表350车轮轴承型号为7518，d=（轴承内径+轴承外径）/2=（90+160）/2=125 mm β－阻力系数，考虑车轮轮缘与轨道或轮毂摩擦的系数β=2.0
系数β值表（滚动轴承）
运行时摩擦阻力计算：
P m= M m /（Dc/2）
=490÷（0.315÷2）=3111 N 坡度阻力P p：
P p＝（Q+ G xc）K p
=(100000+40000)×0.002
=280 N
Kp－坡度阻力系数
自然坡度阻力系数Kp值表
总阻力为P总= P m +P p
=3391 N
（2）.电机静功率Nj：
N j＝P总×V xc /1000ηm
=3391×45÷（60×1000×0.9×1）
=2.82 KW
V xc－小车运行速度45m/min
η－机构传动效率0.9
m－驱动电机台数1
初选电机功率：
N=K d N j
=1.15×2.82=3.24 KW
K d－起动加速过程惯性力影响系数；
查附表六取K d =1.15
查表选用，电动机JZR2-12-6,Ne=3.5kw，n1=910r/min
[GD2]d=0.142K g·㎡，电机质量Gd=80Kg
验算电机的发热条件：
按照等效功率法，求JC=25%时所需的等效功率Nx：
Nx≥K25γNj.
=0.75×1.12×2.82
=2.36KW
K25－工作级别系数，查表，M5～M6本机M5工作制取0.75
γ－系数，根据平均启动时间tq与平均工作时间tg的比值查得，一斑起升机构tq/tg=0.2，查图1得γ＝1.12
由以上计算结果得：Nx﹤Ne，初选电机满足发热条件。

2.小车运行减速机选择
车轮转速n c：
n c= V xc /πD c
=45÷（3.14×0.315）=45.5r/min
机构传动比:
i0=n1/n c
=910÷45.5=20
查表选，减速机ZSC-400-І-2，i=22.4，[N]中级=2.8KW（当输出轴转速为1000r/min时），Nx﹤[N]中级
验算起升速度和实际所需功率：
V/=V i0 / i
=45×（20÷22.4）=40.18m/min
误差ε：
ε= Vxc -V/ /Vxc
=（45-40.18）÷45
=10.7%﹤[ε]=15%
实际所需等效功率N x/：
N x/=N x Vxc//Vxc
=2.18×40.18÷45
=1.95 kw≤Ne（25%）=3.5KW
符合要求
验算启动时间（略）
按起动工况校核减速机功率（略）验算起动不打滑条件（略）
选择制动器（略）
选择高速轴联轴器及制动轮（略）选择低速轴联轴器（略）
验算低速浮动轴强度（略）
二.大车运行机构
传动方式采用如下图：
1.大车轮选择
大车质量G=240KN，如下图
满载车轮最大轮压：
Pmax=1/4（G-G xc）+1/2（Q＋G xc）·（L-e）/L
=（240-40）×0.25+0.5×（100+40）×【（20-1）÷20】
=116.5 KN
空载时最小轮压：
P min=1/4（G-G xc）+1/2G xc/L
=51 KN
初选车轮：
查表，车轮直径Dc=350mm，轨道型号P38或QU70的许用轮压为，Dc=500mm
车轮踏面疲劳强度验算（略）
线接触局部挤压强度验算（略）
点接触局部挤压强度验算（略）
单轮缘，材料：ZG340-640（调质），即σs =380MPa，σb=700MPa 2.运行电机选择
（1）.运行阻力计算
运行时摩擦阻力矩M m：
M m=β（Q+ G）（k +dμ/2）
=(100000+240000)(0.0005+0.02×0.125÷2)×2
=49kg·m=490 Nm
Q q－起升载荷（kg）
G－起重机（或小车）自重（kg）。

k－滚动摩擦力臂，k=0.0006,
μ－滚动轴承摩擦系数，推荐取μ＝0.02
d－车轮轴承内径（m）查表500车轮轴承型号为7520，d=（轴承内径+轴承外径）/2=（100+180）/2=140 mm β－阻力系数，考虑车轮轮缘与轨道或轮毂摩擦的系数β=1.5 运行时摩擦阻力计算：
P m= M m /（Dc/2）
=1020÷（0.5÷2）=4048 N
坡度阻力P p：
P p＝（Q+ G）K p
=(100000+240000)×0.001
=340 N
总阻力为P总= P m +P p
=4388 N
（2）.电机静功率Nj：
N j＝P总×V dc /1000ηm
=4328×75÷（60×1000×0.95×2）
=2.85 KW
V dc－大车运行速度75m/min
η－机构传动效率0.95
m－驱动电机台数2
初选电机功率：
N=K d N j
=1.2×2.85=3.4KW
K d－起动加速过程惯性力影响的电机功；
查表取K d =1.2
查表选用，电动机JZR2-12-6,Ne=3.5kw，n1=910r/min
[GD2]d=0.142K g·㎡，电机质量Gd=80Kg
验算电机的发热条件：
按照等效功率法，求JC=25%时所需的等效功率Nx：
Nx≥K25γNj.
=0.75×1.3×3.4
=3.315KW
K25－工作级别系数，查表，M5～M6本机M5工作制取0.75
γ－系数，根据平均启动时间tq与平均工作时间tg的比值查得，一斑起升机构tq/tg=0.25，查图得γ＝1.3
由以上计算结果得：Nx﹤Ne，初选电机满足发热条件。

2.运行减速机选择
车轮转速n c：
n c= V dc /πD c
=75÷（3.14×0.5）=47.8r/min
机构传动比:
i0=n1/n c
=910÷47.8=19.04
查表选，减速机ZQ-350-V-1Z，i=20.49，[N] =9.2KW（当输出轴转速为1000r/min时），Nx﹤[N]
验算起升速度和实际所需功率：
V/=V dc i0 / i
=75×（19.04÷20.49）=69.7m/min
误差ε：
ε= Vdc -V/ /Vdc
=（75-69.7）÷45
=7.1%﹤[ε]=15%
实际所需等效功率N x/：
N x/=N x Vdc//Vdc
=3.4×69.7÷75
=3.15 kw≤Ne（25%）=3.5KW
符合要求
验算启动时间（略）
按起动工况校核减速机功率（略）验算起动不打滑条件（略）
选择制动器（略）
选择高速轴联轴器及制动轮（略）选择低速轴联轴器（略）
验算低速浮动轴强度（略）
附表一：吊具的自重与额定起重量的关系
附表二：滑轮倍率与滑轮效率
附表三：钢丝绳选择系数C值
附表四：系数K25的推荐值
注：1.Ne25为电机在JC=25%的额定功率，Ndx为机构在一个循环的工作部分的等效功率；
2.对于具有耐热绝缘的电机系数可以稍低一些
附图1
附表五：tq/tg的平均值
附表六：惯性力影响系数K d值及起动时间
附表七：滚动摩擦力臂k值（单位：cm）。