起重机运输安全技术第四章起重机主要机构类型选择与计算

高速液压马达传动应用于中小型起重机起升机构
低速大扭矩液压马达转速低、输出扭矩大，可直接带动 起升卷筒，起动与制动性能好，适用于大中型起重机
起升油缸式起升机构靠油缸的往复运动使货物升降，因 油缸行程和钢丝绳分支数的限制，只适用于起升高度低、起 重量小的起重机上
（3）起升机构计算
起升机构计算，指额定起重量、起升速度、工作类型等 参数已知，选择与计算起升机构的专用零部件
Qe，q——起升载荷及吊具重量(N) a——滑轮组倍率
[tq]——机构推荐的起动时间(s)
前页算式也可写成
tq

[GD2 ]nd 375(M qp M
j)
[GD
2
]

1.15[G1D12
]

(Qe q)D2
a 2i 2
式中[GD2]——起升机构电动机轴上的总飞轮矩(N·m2)
起升机构的起动时间通常在一到两秒之间，当起重量 大和起升速度高时，也可稍长
mMqp＝Mj＋mMxz＋Mzh
其中，
M
j

(Wm
Wp
Wf
)
D
2i
(N
m)
M
xz

1.15 (G1D12 )nd 375tq
(N

m)
M
zh
Q
g
G

vy tq

D 2

1
i
另有
vy

Dnd
60i
再令
GD 2

1.15m(G1D12
)

(Q
G)D2
i 2
(N

m2
Mde——电动机额定力矩。当JC=25%时
Mde=9550Ne/n(N·m)
其中， Ne——电动机额定功率(kW) n——电动机额定转速(r/min)
所选用减速器的传动比应与机构要求的传动比相接近， 两者误差应保证起升速度的误差不超过15%
③电动机校核
1)起动时间计算 起动时间tq=1~2s，电动机起动能力适合 起升机构在起动时，电动机所发出的平均力矩Mqp，除
1000m
(kW)
Nq N
M qmax (0.7 ~ 0.8)Mei jn j M
——电动机的最大过载系数
Me——电动机额定力矩(N·m)
[N]——减速器允许的输入功率(kW)
[M]——减速器输出轴许用扭矩(N·m)
④校核电动机
1）起动力矩计算
电动机起动力矩包括满载、爬坡和迎风时的静力矩 Mj、有传动机构转动质量所引起的惯性力矩Mxz和直线运 动质量所引起的惯性力矩Mzh。将这些力矩转化到电动机 轴上，有
前页算式中
Ⅱ ——第Ⅱ类载荷动力系数
KⅠ ，K Ⅱ ——相应于第Ⅰ、Ⅱ类载荷的安全系数 Mdx——联轴器传递的等效力矩
作业
某起重机额定起重量12.5t，起升高度6m，起 升速度0.18m/s，工作类型中级，试对起升机构进 行总体计算。有关起重机性能参数均通过《起重机 设计手册》查取。
4.2 运行机构类型与计算
①选择电动机 首先计算静功率
N
j

(Qe q)vq
1000
(kW)
Qe——额定起重量（N） q ——吊具自重（ N ），取q=(0.02~0.04)Q
vq——起升速度(m/s) ——机构总效率，取 =0.85~0.9
根据静功率Nj，由电动机产品目录中选取与机构工作类 型JC%相适应的电动机功率，一般是选择电动机功率接近静 功率而又偏小的电动机。
Pmax

Tmax

Gj 2

P
Tmax——卷筒上钢丝绳最大拉力（N） Gj——卷筒重量（N）
［P］——减速器输出轴允许最大径向力
M max (0.7 ~ 0.8)M dei j M
——电动机最大力矩倍数
i——减速器传动比
j ——减速器传动效率，取值0.9到0.95之间
M mz

(Q

G)
d 2
Q——起升载荷（N） G——起重机或小车重力（N）
——车轮轴承摩擦系数，滚珠与滚柱轴承为0.015
圆锥滚柱轴承0.02 滑动轴承0.08~0.10 d——车轮轴直径（mm）
将前页算式中的摩擦阻力矩转化到车轮上的运行阻力
Wmz

(Q
G)d
D
(N)
D——车轮直径（mm）
克服载荷重量所引起的静力矩Mj外，还必须克服载荷及机构 的惯性阻力矩Mgz，即 Mqp－ Mj＝ Mgz
惯性阻力矩Mgz由两部分组成 Mgz＝ Mxz＋Mzh 式中，Mxz——克服传动机构加速度转动作用于电动机轴上的静力矩Mj，
Mj

(Qe q)D
通用桥式起重机
0.2 安装起重机 0.15
吊运液态金属的起重机 0.1
装卸桥 0.05
3）电动机超载计算
M max [ ]
Mj
Mmax——电动机的实际最大力矩（N·m） [ ] ——电动机的过载系数，查表获得
4）电动机发热计算 计算方法与起升机构相同，计算阻力时应包括摩擦阻
力、坡度阻力和风阻力
2ai
(N
m)
起动时期，由传动机构转动质量引起的惯性力矩为
M xz
1.15 (G1D12 )nd 375tq
(N
m)
满载起升时，由直线运动载荷质量引起的惯性力矩， 折算到电动机轴上为
M zh

Qe q g

vq tq

1 a

D 2

1
i
式中，
vq

Dnd
60ai
(m / s)
②选择减速器 先确定卷筒转速
nj

60avq
D
(r / min)
式中 a——滑轮组倍率； D——卷筒直径（m）
令i为起升机构传动比
则 i=nd/nj
式中 nd ——电动机转速(r/min)
从减根速据器机产构品传目动录比中i选，取静减功速率器Nj的，型输号入与轴规转格速nd及工作类型，
减速器选定后，应按工作状态最大载荷校核减速器输出 轴最大径向力Pmax和最大扭矩Mmax
起动时间过长，降低生产率
起动时间过短，起动力矩增加，冲击大，会损坏起升 机构零部件
因此，用起动平均加速度进行校核
j

vq tq
[
j](m / s2 )
对于吊运液态金属和加工车间的起重机j=0.1~0.2m/s2
对吊钩起重机j=0.5~0.8m/s2，对于抓斗起重机j=0.8m/s2
2) 电动机发热计算 通常采用等效功率法
当运行速度较大时，选择电动机的功率要比静功率大
③选择减速器 根据机构运行速度计算车轮转速
nL

60v y
D
(r / min)
根据电动机转速和车轮转速，确定机构传动比
i nd nL
因运行机构起动时间长，惯性阻力相对较大，起动力
矩较大，运行机构减速器应按起动功率及最大起动力矩选
择
Nq

(Wj Wg )vy
起重机运行机构 作用：
驱动机体沿轨道行使，借助其他机构完成水平、垂直 运输货物的工作 构成：
驱动装置和支承装置 具体包括电动机、减速器、制动器、车轮或台车等
桥架类型起重机还分为大车运行机构和小车运行机构
（1）运行机构类型
①大车运行机构 1）集中驱动 2）分别驱动
3）支承装置
受路基承载能力限制，单轮轮压不能超过允许值 枕木轨道，许用轮压为100~120kN 混凝土和钢结构轨道，许用轮压为600kN
2）制动时间计算
制动时间tr计算，只需将起动时间tq计算式中的Mqp用
MZ代替，并将分母上的传动效率 移到分子上，即可求得 满载下降时的制动时间tr的计算式
tr

nd 375(M z
M j )
1.15(G1D12 )

(Qe q)D2 a2i2



tr
n 式中， M
轻级 0.5 0.35
中级 0.75 0.5
重级 1.0 0.75
特重级 1.5 1.0
④选择制动器 1）制动力矩计算
M z KM j
K——制动安全系数
M j——满载时制动轴上的静力矩
M j

(Qe q)D
2ai
根据制动力矩MZ和JC%值，由产品目录中选择与MZ相 近的制动器。
⑤选择制动器
1)制动力矩计算 根据起重机满载、顺风和下坡（露天作业）时工况
Mqp——电动机的平均起动矩(N·m)
2）起动时间计算
tq

[GD2 ]nd 375(mMqp
M
j)
(s)
起动时间tq应满足 大车运行机构不大于8~10秒
小车运行机构不大于4~6秒
为避免冲击过大，用平均加速度来限制起动时间
j vy (m / s2 ) tq
平均加速度参考值
运行机构
j(m/s2) 运行机构 j(m/s2)
②小车运行机构
小车运行机构可以分为双梁小车和单梁小车 双梁小车运行机构将立式减速器布置在小车轴线上或偏 向一侧。结构紧凑，传动性能良好，安装和维修方便。
（2）运行机构计算
①运行阻力 运行静阻力Wj包括摩擦阻力Wm、坡度阻力Wp和风阻
力Wf 在起 动时期还会产生惯性阻力Wg
1）摩擦阻力
车轮轴承间的摩擦阻力
tr

2 60Lm ax ( s) v
对于起升机构，在满载全速下降时，制动距离不应大于 起升速度的2%
⑤选择联轴器 应根据联轴器尺寸、承受力矩、转速等查阅有关手册
选择，其强度应满足 对于柱销联轴器，主要受强度控制，则
M max ⅡMdeKⅡ [M ]
对于齿轮联轴器，主要受磨损控制，则
M m ax M dx KⅠ
g
tq
tq为起动时间，起重机大车8~10秒，小车4~6秒
②选择电动机
稳定运动时期，根据运行的静阻力和运行速度来选配运 行机构的电动机，电动机静功率按下式计算
Nj

Wjvy
1000m
(kW)
m——驱动电动机的数目
——运行机构的传动效率，取值0.85~0.9
当机构运行速度不大时，可根据运行的静阻力和机构 工作类型值初选电动机
车轮与轨道间的滚动摩擦阻力
Mgd＝N·f＝（Q＋G）f （N·m）
将Mgd 转化为滚动阻力 Wgd＝2f（Q＋G）/D （N）
f——滚动摩擦系数（mm） N——轨道对车轮的支反力（N）
附加摩擦阻力
用附加摩擦阻力系数 来考虑
因此，总的摩擦阻力
Wm

(Wmz
Wgd )

(Q
G) (d
2 D
N JC K JCN j
式中，NJC——电动机在JC（工作类型）时的额定功率 Nj——电动机静功率
KJC——工作类型系数，按下页表查出
——系数，与tq/tw的比值有关，由下页图查出
其中， tw——机构在一个工作循环中的工作时间 tq——机构的起动时间
工作类型系数KJC值
工作类型 K25 K40
)
最后得
mM qp

M
j

[GD2 ]nd 375tq
式中，Q——起升载荷(N) G——起重机或小车重量(N)
nd——电动机转速(r/min) m——电动机台数
[G1D12]——电动机轴上转动零件的飞轮矩(N·m2) D——车轮直径(m)
[GD2]——运行机构转化到电动机轴上的飞轮矩
——运行机构的传动效率
第四章 起重机主要机构类型选择与计算
4.1 起升机构类型与计算
起升机构通常由原动机、减速器、卷筒、制动器、离合 器、钢丝绳、滑轮组和吊钩等部件构成
按机构的传动方式，起升机构分为机械传动、电力传动 和液压传动等形式
掌握电力传动和液压传动两种起升机构
（1）电动起升机构
（2）液压起升机构
液压起升机构主要应用于轮胎起重机和汽车起重机 液压起升机构有高速液压马达传动、低速大扭矩液压马 达传动、起升油缸式三种
Wp （Q G）tan
3）风阻力
Wf＝pAC（N） p——工作状态时的计算风压(N/m2) 内地100 沿海150
A——吊运的货物和起重机的迎风面积(m2)
C——风载体形系数，桁架结构型式1.2~1.6，箱形结构 梁1.3~1.9
4）惯性阻力 （起重机在起动时，因加速度引起）
Wg

(Q G) v y
j
d——满载下降时制动轴转速，取1.1倍电动机转速(r/min)
——满载下降时制动轴静力矩(N·m)
[tr]——推荐的制动时间(s)，通常取[tr]≈[tq]
3）制动距离计算
Lm ax

1 2

v 60
tr
(m)
式中，v——升降速度(m/min)
Lmax——制动最大距离(m)
根据制动最大距离，可得制动时间tr为
M zh

nd 375tq

(Qe q)D2
a2i2
tq

nd 375(M qp

M
j
)
1.15(G1D12
)

(Qe q)
a 2i 2
D
2


tq
式中，nd——电动机转速(r/min)
(G1D12)——电动机转动零件的飞轮矩(N·m2)
D——卷筒卷绕直径(m)
f
)

车轮轴心上的摩擦阻力矩为
Mm
Wm

D 2

(Q

G)(d
2

2
f
)

将摩擦阻力矩转化到电动机轴上，电动机轴上摩擦 静阻力矩为
M mj

(Q

G)( d 2i

2
f
)

i——运行机构传动比
——运行机构传动效率
2）坡度阻力
Wp （Q G）sin
因轨道倾角很小，所以，近似地