起升机构设计计算

摘要
随着现代科学技术的迅速发展，工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。

尤其是计算机技术的广泛应用，许多跨学科的先进设计方法出现，这些都促使起重机的技术进入崭新的发展阶段。

本起重机为16t桥式起重机。

本课题主要对起重机的起升机构进行总体设计，起升机构有一台电动机，一台减速器，一台轮式制动器，一套卷筒装置和上滑轮装置构成。

要求起重设备运行平稳,定位准确, 安全可靠, 技术性能先进。

本文简要地介绍了起重机的性能、结构、发展状况等，并参照《起重机设计规》(GB3811-83)及《起重机设计手册》对起重机起升机构及其零部件进行设计计算，从方案论证到具体设计计算，充分发挥了计算机在整体设计中的作用，从而提高了设计质量、缩短了设计周期，提高了工作效率
关键词：起重机，桥式起重机，起升机构设计
Abstract
With fastdevelopments of the modern technology, the expansion of industrialproduction and the growth of the automatic level, applications ofthe carnes in the modern manufacture has been more and moreextensive, the effect has been bigger and bigger. Higher and higherrequirement has been caused. Especially, with the broad applicationof computer technology and the appearance of the advanced designmethod of a lot of interdiscipline, which urge the technology ofthe carne into a brand-new seedtime.
This carne is a kind of 16t bridge carnes for hydropowerstation. This paper focuses on design ofhoisting mechanism of the carne, including the main and assistanthoisting mechanism with electromotors, reducers, brake staffs, drumdevices and pulley gears. The carne is required to be stables, highaccuracy, safety, reliability and advanced technology.
This text briefly introduce the carne’s capability,
structure, theactuality of development, and so on, referring to “Designcriterion of carne”(GB3811-83) and design and calculate of thehoisting mechanism and its accessory in “Design handbook ofcarne”. From scheme demonstrating to designing and calculating, ittakes full advantage of the computer in the whole design to raisethe quality of the design, cut the cycle of the design, improve thework efficiency.
Key words: carne, BridgeCrane, design of the hoistingmechanism
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
第1章绪论 (1)
1.1起重机起升机构设计要求 (1)
1.2起重机工作过程分析 (2)
第2章起升机构的设计 (3)
2.1选择钢丝绳 (3)
2.1.1 钢丝绳最大静拉力 (3)
2.1.2 选择钢丝绳 (3)
2.2卷筒的设计 (4)
2.3 选择电动机 (5)
2.4 选择减速器 (6)
2.5 选择制动器 (6)
2.6选择联轴器 (6)
2.7 起动时间验算 (6)
2.8 制动时间验算 (6)
第3章三维展示 (6)
3.1 总装图 (6)
3.2齿盘连接 (6)
3.3 滑轮组和吊钩 (6)
3.4卷筒 (6)
3.5制动器正视图 (6)
结论 (6)
参考文献 (6)
第1章绪论
1.1起重机起升机构设计要求
桥式起重机由运行机构和起升机构构成，其中起升机构使物品获得升降运动。

因此，起升机构是起重机械中最主要和最基本的机构，是起重机不可缺少的部分。

它的工作好坏对整台起重机的性能有着最直接的影响。

起升机构主要由下列部分组成：驱动装置、传动装置、卷筒、滑轮组、取物装置和制动装置。

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，也用于限制下放行程的）、载重量限制器和称量装置等。

起升机构的总布置在很大程度上决定于驱动的形式。

起重机的驱动形式分为：集中驱动（一台驱动机带动多个机构）和分别驱动（每个机构有各自的原动机）。

目前集中驱动只用于以燃机为原动机的流动式无轨运动起重机，它的缺点是传动装置复杂，操纵装置也复杂。

在使用电源方便的地方，起重机的每个机构宜采用分别驱动的型式。

这种型式布置方便、安装和检修容易，因此现代各类起重机主要采用分别驱动的型式。

我们采用了分别驱动型式。

图为电动驱动的起升机构简图。

电动机1通过联轴器2与减速器3的高速轴相联。

为了安装方便，并当小车架受载变形时为了避免高速轴受到弯曲，联轴器2应当是带有补偿性能的，通常都采用弹性柱销联轴器或齿轮联轴器。

为了安装方便，并提高补偿能力，通常如图那样将齿轮联轴器用一段轴连接，该轴称谓浮动轴。

制动器通常采用装在如图所示的2位置，这时联轴器的一半是带制动轮的。

有时在高速轴上装两个制动器，另一个制动器可以装在减速器的外侧或装在电动机轴上。

通常制动器采用常闭式的瓦块式制动器，装有电磁铁、或电动液压推动器或液压电磁铁作为松闸器，并与电动机连锁。

制动器的制动力矩保证
有足够的制动安全系数。

制动器通常装在高速轴上，因为高速轴的力矩小，从而可采用较小尺寸的制动器。

在要求紧凑的情况下，也可采用带式制动器。

传动装置常采用二级圆柱齿轮减速器。

如起升速度很慢，传动比较大，也可采用三级圆柱齿轮减速器。

在要求紧凑的起升机构中，也可采用涡轮减速器，缺点是机构效率低。

有时采用涡轮减速器是为了减少噪音，例如在载人电梯中。

由于起升机构是起重机械中最主要的机构，所以在设计起升机构时，在满足起升机构的使用性能要求的情况下，要合理选用零部件，尽量使机构布置的紧凑可靠、外形尺寸小，还要考虑安装和维修。

1.2起重机工作过程分析
起重机械的工作过程是：1、在装载地点起升物品；2.、在负载情况下水平移动物品；3.、在卸载地点下降并卸去物品；4、在无载情况下起升并水平移动返回到装载地点。

如此重复循环的工作，每运送一次物品的时间称为一个周期
于起升机构，在一个工作周期，有两段工作时期和两段停歇时期。

工作时期即起升物品和下降物品时期；停歇时期既起升机构不工作二运行机构往返或旋转机构往返工作的时期。

每一个工作周期又分为起动、等速运转和制动三个阶段。

起升机构设计计算
一、确定机构工作级别：M4
二、选择钩号：钩号12号，起重量16t
第二章起升机构的设计
2.1选择钢丝绳
钢丝绳是有很细的强度很高的钢丝，按一定的螺距绕成股，再由股绕成绳。

钢丝绳根据其芯材料不同，分为
（1）钢丝。

钢丝绳起到承受载荷的作用，其性能主要由钢丝决定。

钢丝是碳素钢或合金钢通过冷拉或冷轧而成的圆形（或异形）丝材，具有很高的强度和韧性，并根据使用环境条件不同对钢丝进行表面处理。

（2）纤维芯。

它是用来增加钢丝绳弹性和韧性、润滑铜丝、减轻摩擦，提高使用寿命的。

常用绳芯有机纤维（如麻、棉）、合成纤维、石棉芯（高温条件）或软金属等材料。

在作为中小型起重机起升机构使用时，纤维芯钢丝绳在抗拉强度和破断力方面可以满足使用需求，并且起重机在运送物料时需要卷绕，因此选用
纤维芯钢丝绳，以增加使用寿命，减少更换次数。

2.1.1 钢丝绳最大静拉力
双联，分支数8，滑轮组倍率5.4=m
钢丝绳的最大静拉力
N am G G Q S 2081297
.0428.948016000max =⨯⨯⨯+=++=）（滑轮钩η 确定钢丝绳直径：查表3-1-2得5.4=n
.0946545.420812F N Sn ≤=⨯=,查表得N F 973000=
2.1.2 选择钢丝绳
选取钢丝绳直径mm d 5.12=，自重m Kg 100/12.54,公称抗拉强度2/1700mm N
钢丝绳型号为：74110217005.12)19(6------⨯GB I 右交光
2.2卷筒的设计
卷筒直径的确定
0(1)D e d ≥-,查表得钢丝绳安全系数 5.5n =，轮绳直
径比25e = 0(251)12.5300D mm ≥-⨯=，取400D mm =（名义直径） 卷筒计算直径0412.5D D d mm =+=
双联滑轮组的卷筒总长度
01010
2(4)2(
4)1292h
Hi L L t L Z t L mm D π=++=+++= 取总长1500L mm =
其中H ——起升高度12m
h i ——倍率 4 0Z —— 附加圈数 1.5~3
4t ——绳圈的节距（两端绳索的固定和边缘所占的长度）15t mm =
1L ——双联桶不切槽部分长度
1max min min 1min min min 20.220.2L A h tg A h L A h tg A h αα=+≤+=-≥-
A ——吊钩组滑轮间距离
α——绳索允许的最大偏角110
tg α≤
min h ——吊钩处于最高位置时，滑轮轴线距卷筒轴线的距离
取1308L mm =
卷筒壁厚初步确定：0.02(6~10)16D mm mm δ=+=
2.3 选择电动机
我国起重机采用专用的直流和交流电动机。

直流电动机的主要优点是调速围大、过载能力强、平滑的调速特性和较大的起动、制动转矩。

工作电压为220 V 和440 V 。

但存在设备费用高、体积大和需要专用的供电电源等缺点, 少数冶金起重机和要求在较大围平稳调速的传动机构采用直流电机。

电动机机械部分的强度和刚度设计的足够大，所以电动机的选择主要是电动机热容量的选择。

因为起升机构属于断续周期工作，起升机构电机可认为是S3工作制。

在起重机械中, 一般采用三相交流感应电动机和锥形转子电动机, 其工作电压为220 V/ 380 V 和500V 。

根据机构工作级别，一般选择JZR2 、YZR 、JZRH 型3相交流电机。

构总效率ηηηη=导滑轮传，查表得=0.97=0.98=0.94ηηη滑导传，， 确定 =0.9η
电动机静功率0.828.09822.5e j N G N Kw ==⨯= 取30e N Kw =
选取电机型号2528JZR -,电机功率30Kw ，转速726/min r ，功
率因素cos 0.75ϕ= ，最大转矩倍数2.8，重量390Kg ，转子转
动惯量2
3.8d J Kg m =
2.4 选择减速器
1 卷筒转速3
9.34
29.6/min 3.1440010
j vm n r D π⨯===⨯⨯ 传动比726
24.5329.6
i =
=，取25i =（公称传动比） 查表3-10-5查得[]22.5e P N Kw ≥=，取[]29.0P Kw =，名义中
心距1335mm α=
许用输出转矩212500T N m =，入轴转速600/min r 选取减速器型号33525QJR C W --∏-- 2 轴端最大径向力[]max
max 1
22
j G F aS F =+≤，查表得[]28000F N =
计算后max 21792F N = 符合要求
2.5 选择制动器
查表2-2-7取 1.5Z K =,0450.232Z Z
QD T K N m mi
η
== 查表后取制动器型号为：8300/80YWZ E -,制动力矩
350~850N m
转动惯量2
0.6Kg m ，制动器质量92Kg ，制动轮直径300mm
2.6选择联轴器
[]
13max M K K M M ∏=≤,
高
速
轴
max (0.7~0.8)m n M T λ∏=
查表得13301.8,1, 2.8,9550726
m n K K T λ====⨯
[]30
1.810.75
2.895501492726
M N m M =⨯⨯⨯⨯
⨯=≤ 计算后选择联轴器型号3CL 联轴器型号
14582
/4128865584
JB ZQ J B ⨯-⨯
转动惯量2
0.05Kg m ，质量12.5Kg
2.7 起动时间验算
3
0(16000480)9.8412.510370224250.9j QD T N m mj η-+⨯⨯⨯=
==⨯⨯⨯ []2
0221.15() 4.8240d e QD J J J m i η
=++
=⨯ (1.5~1.8) 1.6631.4q n n T T T N m === 则起动时间[]726 4.82
1.49.55()
9.55(631.4370)
q q j n J t s T T ⨯==
=-⨯⨯
符合要求
2.8 制动时间验算
3
0(16000480)9.8412.5100.9299.7922425j QD T N m mi η-+⨯⨯⨯==⨯=⨯⨯
[]2022
1.15() 4.6965 4.740d e QD J J J m i η
=++
=≈ [][]1.1 1.319.55()
9.55()
z Z J Z j n J n J t s T T T T ⨯=
=
=-⨯-，符合要求
第3章三维展示3.1 起升机构总体装配图
图号：QZJ-01-00-000 3.2齿盘连接图
图号：QZJ-00-01-01-000
3.3 滑轮组和吊钩
未画二维图
3.4卷筒
图号：QZJ-00-01-01-003 3.5制动器正视图
图号：QZJ-01-00-001
结论
此次起重机项目，我们组负责起重机起升机构的设计计算。

所谓起升机构是每个起重机必备的，它使物品获得升降。

它本身主要有驱动装置、传动装置、卷筒、滑轮组、取物装置和制动装置组成，此外还包括各种辅助装置，例如起升高度限位器、力矩限制器、三圈保护等安全装置。

应该说起升机构式起重机的核心，我们在设计计算过程中遇到了很多问题但收获也很多。

首先刚开始的时候，总以为时间还很多就放松下来。

当开始后才发现SolidWorks ＣＡＸＡ很久没碰了，疏了很多。

其次，二维图再交给老师看后，发现问题很多，尺寸标注、配合标注标题栏的填写该用细实线的地方没有用细实线，粗实线该加的地方也没有加。

最大的问题是在所有部件组装完之后，在总装做动画的时候发现制动器动不了了而在子装配体里面是可以动的，又着手反复装了几次才装配完毕。

接下来就是做动画。

这次的收获也是很丰厚，小组成员之间相互密切合作查资料计算，不会的地方大家讨论。

很多的部件都没有标准化，只能自己定尺寸。

还有就
是以往的时候就知道用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ装换三维实体软件成ＤＷＧ格式的文件，再入到ＣＡＸＡ里面完成二维图，没有尝试用ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ本身生成二维图。

一教教室是很冷的，但我们坚持了下来。

其实真的很感老师们能给我们此次机会，同时感觉自己在机械设计制造方方面面欠缺很多，完成一项设计任务不是一蹴而就的，会遇到方方面面的问题。

参考文献
[1] GB3811-83. 起重机设计规[S]. :中国标准，1984.
[2] GB/T14405.重型机器―通用桥式起重机[s]. :机械工业，1980.
[3] 质文. 起重机设计手册[M]. :中国铁道，1998.
[4] 起重机设计手册编写组. 起重机设计手册[M].: 机械工业，1980.
[5] Purdum.T. Machine Design[M]. Journal of Science& Engineering,1998.
[6] 扬长葵. 起重机械[M].:机械工业，1982.
[7]祝慈寿.中国工业技术史[M].:，1995.
[8]胡宗武，顾迪民.起重机设计计算[M].:科学技术，1989.
[9] 道南，盛.起重机课程设计[ 1a6fM].:冶金工业，1983.
[10] 须雷. 起重机的现代设计方法[J].起重运输机械，1996(8)：3～8.
[11] 磊. 1200/125t桥式起重机的主起升机构[J].起重运输机械，2003(10): 37～39.
[12] [日]坂本种芳，长谷川政弘.桥式起重机设计计算[M]. ：中国铁道，1987.
[13] GB/T14405.重型机器―通用桥式起重机[S].:机械工业出1980.
[14] 濮良贵. 机械设计[M]. :高等教育，2001.。