起升机构的计算

第二节起升机构的计算
例1．滑轮组、钢丝绳、卷筒和滑轮直径的选择。

所设
计的龙门起重机起升机构的布置系统如图18所示。

钢丝绳直接绕到卷筒上的起升机构一般采用复滑轮
组以保证吊重在各种高度位置时能垂直运动，同时使卷筒
两端的轴承负荷和小车两侧的轮压一致。

起重量为12.5
吨的起重机采用倍率U＝2的复滑轮组（a=2）（算近似按
表10选取倍率）。

1、按求钢丝绳的直径：
dmin>C*(Smax)0. 5
1)提升吊重时绕上卷筒的钢绳最大张力按下式求得：
Smax=Q/Zη滑=12500/4/0.985=3172kg
式中:Z——悬挂吊重的钢绳分支数, Z＝u*a=2=2*2=4
η滑——滑轮组效率。

2)确定C值：
（1）龙门起重机起升机构由表2-4，确定工作级别为M6，
（2）按钢丝的抗拉强度为1850Mpa（106N/m2=N/mm2）,查表2-11得C=0.106
dmin>C*(Smax)0. 5=0.106*31720. 5=6.00mm
2、按破断力选择钢丝绳
S破≥Smax*n绳=3170*6＝19000公斤
式中: n--绳钢丝绳安全系数，龙门起重机起升机构由表2-4得工作级别为M6，按表2-11选取n=6。

选择结构为6*25（1＋6; 6＋12）＋1，的交捻有机芯线接触钢绳；钢丝计算强度极限σb=1850Mpa(185公斤／毫米2)时，取钢绳直径d绳=19.5毫米，有效面积（所有钢丝的截面积和）F绳=141.16毫米2；取钢绳直径d=17.5mm, 钢丝绳的截面积和F绳=111.53毫米2。

取钢绳直径d绳=19.5毫米，
破断拉力S破=σb* F绳=1850*141.16=21146公斤≥Smax*n。

取钢绳直径d绳=17.5毫米，
破断拉力S破=σb* F绳=185*111.53=20633公斤≥Smax*n。

故：择钢丝绳为6*25（1＋6; 6＋12）＋1，d绳=17. 5mm的交捻有机芯线接触钢绳
3）滑轮和卷筒的直径
D滑＞e d绳=25 * 17．5=437．5毫米
滑轮和卷筒的底径（自绳槽底部算起的直径）
D滑＞（e-1）d绳=（25-1）*17.5=420mm
例题2. 钢丝绳的选择
选择钢丝绳时，首先应根据钢丝绳的具体工作条件、各型钢丝绳的结构特点来选定合理的结构形式，如在起升机构、绳索小车牵引机构和变幅机构应优先采用线接触钢丝绳，在腐蚀性较大的环境中使用直采用镀锌钢丝绳。

然后按下面（l）或（2）计算确定钢丝绳的直径并按（3）确定卷绕该钢丝绳的滑轮卷筒直径。

（1）由钢丝绳在工作中所受的最大静拉力按下式确定钢丝绳直径：
dmin＝C√Smax （mm）
式中：dmin——钢丝绳最小直径,（mm）；
C——选择系数，与机构工作级别有关，按表2－11选取；
Smax ——钢丝绳最大工作静拉力（N）。

（2）按钢丝绳所处机构的工作级别之安全系数选择钢丝绳直径，所选钢丝绳的破断拉力应满足下式：
S破＞Smax ·n（N）
式中；S破——所选用钢丝绳的破断拉力（N）；
n——钢丝绳最小安全系数，按表2－11
现计算一台转柱旋臂起重机其原始资料
如下：露天场地作业的一般用途起重机，起重量Q＝10000公斤，吊钩幅度A=8米，起升高度18米，起升速度v＝0.25米／秒，旋转部分的转速n=1转/份，中级工作类型，(工作级别M5)Jc=25％。

1．起升机构的计算。

采用倍率为4的简单滑轮组（图76）
2．滑轮组效率, η＝0．985
一、钢绳的选择：
1)绕到卷筒上的钢绳分支最大张力
Smax=Q/Z/η=10000*10/4/0.975=25640N
式中Z＝4——悬挂吊重的钢绳分支总数。

2) 由钢丝绳受的最大静拉力确定钢丝绳直径：
由M5查表2-11得C=0.1、n=5.5
dmin＝C√Smax =0.1* √25640=16.012 mm
3)钢绳破断力校核
S破>Smax*n绳=25640*5.5=141020 N
式中: n绳=5.5——钢绳安全系数
4）选定钢丝绳和直径
绳型：6W(19)(0股（1+6+6+/6）
绳径：d绳=17.5mm；ΣS丝=250000（N）> Smax*n绳
二、卷筒与滑轮直径：
1）最小卷筒直径（自缠绕钢绳的中心起算）
表2-13，由M5得h=18,则
D卷＞h*d绳=18 *17．5=315毫米
2）滑轮直径
D滑=1.2D卷=1.2 *315=378毫米
取D滑=400毫米（自缠绕钢绳的中心起算）。

三、钢绳长度和卷筒长度：
1）起升时绕到卷筒上的钢绳工作长度
L工=H*u＝18*4＝72米
2）钢绳工作圈数
Z工= L工/π/D卷=72/3.14/0.4=58(圈)
总圈数
Z总=Z工十Z安十Z固=58＋1.5＋2＝61.5
式中: Z安=1.5——钢绳在卷筒上的最小安全圈数；
Z固=2——钢绳固定圈数。

3）卷筒长度
L卷=*Z总t＋4*d绳=61.5*20＋4 *17.5二1300毫米
式中: t——绳槽节距，对于螺旋槽卷筒t-d绳+(2~3)毫米，光面卷筒t＝d绳；
4d绳——自最后一圈钢绳到卷筒端部的安全距离。

计算方法2
L单=L1＋2L2 ＋L0 mm
式中：
L1=2*d绳=2*14.5=mm
L2(一般取l－2圈)= 2*d绳=29（mrn）；
L0(卷筒螺旋部分长度)＝(Hmax/D筒/π＋n)t
n-- 附加安全圈数, l.5－3圈
t--绳槽节距，对于螺旋槽卷筒t-d绳+(2~3)毫米，光面卷筒t＝d 绳；
L单=2*14.5＋2*2*14.5 ＋(18000* 4/3.14/260+2)*16
= 1530 mm
故：
L1=29mm；L2=29mm；L0=1443mm
L单= 1530 mm
四、制动力矩
根据：M制＝KM静=KQD/(2 m升i)*η总（Nm）
由：起升速度v＝0.25米／秒，电机转速n=1200转/分，
K=1.75；Q=10000kg；D=0.32m；m升=4；η总=9.8
i=1200/(0.25m/s*60s*4/0.32/3.14)=1200/59.7=20.1
KM静=1.75*10000*0.32/2/4/20.1*0.985
=34.3kg.m
根据：KM静=34.3kg.选择制动器的大小。

1.某简单带式制动器（图2-50）的制动带一端固定在机架上，另一端绕过制动轮后固定在制动杠杆上。

其中D=0.30m ，L=0.5m ，a=0.2m ，α=250°，P=100N 。

求制动器的动器力矩。

M 制正=(T-t)D/2 =(t (eu α -t)D/2 =t(eua-1) D/2 =PL/a (eu α-1) D/2
T t a L
解：t=100N*0.5/0.2=250 N
T=t*eu α=250*e0.2*250/360*2π=598 N
M 制正=(T-t)D/2=（598-250）*0.3/2=52.2 N.m
KM 静= 34.3 kg.m< M 制=52.2 N.m
设计制动器合格
2.如图所示的倾斜带式输送机，输送量Q=300吨/时。

输送物料为煤块， 其中最大块度在90mm 以下，容重ρ=0.8t/m3 ，采用20o 的三辊式托辊。

带速为2.0 m/s 。

Sn= 15580N ，S1=6090N 。

试选择输送带的宽度、确定电机的功率、滚筒直径与皮带不打滑的包角。

解：
一。

宽度确定
1)根据Q求带宽B，C取0.072，试取带速为2.0 m/s
Q=3600*C*B2*V
B =(Q/P容/ 3600/ C/V )1/2
=(300/0.8 /3600/ 0.072/2.0)1/2=0.85 m
2）按粒度确定B，未分选的物料
要求B＞2*90＋200=380mm
故：由教材表4-3，取B =1000mm
3）确定带速：
V=Q/(3600ρF)=Q/3600/ ρ/C/B2
=300/ 3600/ 0.8/0.072/1.02=1.45m/s
二。

驱动功率
1）驱动滚筒功率N0
N0=（S入-S出）V/1000 (kw)
=(15580-6090)*1.45/1000
=13.7kw
2) 电机功率N
N=K* N0/η
式中：K----功率安全系数，一般K=1、JO2电机K=1.4
η----滚筒效率与减速机效率。

光面滚筒η=8.8、胶面滚筒η=9.0。

N=K* N0/η=1*13.7/0.9
=15.2kw
三。

强度校核
根据：B Smax≤[Smax]=BZδ带/n
由：B=800mm=80cm；δ带=1400N/cm2 (合成纤维维尼龙衬)；n=10(机械接头)
得：Z≥Smax*n/ B/δ带=56340*10/80/1400=6.7层
由表4-3宽带800mm仅为6层,故不满足要求，改1000mm。

校核：Z≥Smax*n/ B/δ带=56340*10/100/1400=5.4≈6层
4、驱动滚筒直径：
D=（100~125）Z (mm)
=125*6=750mm
5、皮带不打滑的包角
Sn<S1*eua 得；Sn/S1 < eua
15580 / 6090 =2.26 < eua，
由表4-5得，驱动滚筒，光面干燥u=0.25，a>190 o
3.计算具有下述原始数据的气力输送装置：运输物料水泥（γ=2.6t／m3)，生产率Q料=100 t/h或V料=38.5 m3/h；管道线路包括水平段L水=200m，垂直段H垂=18m，三个90o的弯管和两个双通阀门。

空气比重γ气=1.2kg/m3。

取混合物料的浓度系数μ=25；若μ=60，求
1）计算风量Q计与鼓风机的风量Q机;
2)输料管内径D料;
3)鼓风机所需的功率
(在吸气系统中μ＜1，在高真空的系统中1＜μ＜5；压气式系统μ= 8～25。

用充气流运输物料时，μ=60～150)
1）计算风量Q计与风机的风量Q机
(1)计算风量Q计
Q计=Q/μρ0 （4-24）
已知：Q=100t/h；空气密度ρ0=1.2*10－3t／m3。

μ混合比μ=25
Q计=100/25/1.2* 10－3
=3333(m3/h)
(2)鼓风机的风量Q机
Q机=Q计γ0/[（1-K漏）γ进]
已知：γ0 ---标准状态下的空气重度（N/ m3）；
K漏---漏气系数，通常取0.l－0.2；
γ进---鼓风机进口处空气的重度（N／m3）。

γ进=(P进/P0)* γ0 =0.85 γ0
Q机=Q计γ0/[（1-K漏）γ进]
=3333/((1-0.15)*0.85)=4613(m3/h)
2)输料管内径D料
D料＝0.018√( Q计／nV气) （4－28）
(1) 输送物料的气流速度V气:
V气≥CV悬（m3/h）（4-23）
式中：C经验系数，在垂直管中输送松散物料取1.3－1.7；在水平管中输送松散物料取1.8－2.0；管路中有二个弯头或布置较复杂时C>2.4。

物料悬浮速度V悬（小麦9.5~10 m/s、谷8~9 m/s、玉米11~12m/s、水泥14~18 m/s)
V气≥CV悬=2.4*16=38.4 m/s
(2) D料＝0.018√( Q计／nV 气)
=0.018*(3333/38.4)1/2=0.167 m
3)鼓风机所需的功率
鼓风机所需的功率：
N＝Q机P机/3.6*106η机η传（kw）（4-29）
式中：η机——鼓风机的效率，一般为0.6－0.8；
η传机械传动效率0.95
Q机= 4613(m3/h) ;
P机—风机的压缩最终压力，P机＝101325Pa +15000Pa(风机压力）=116325Pa
N＝Q机P机/3.6*106η机η传
=4613*86325 /3.6/0.8/0.95 /106=185kw
4设计螺旋输送机，要求生产率Q=60 t/h，长度=20m，倾角β=0 0，输送物料为铅烧结矿密度ρ=2t/m3，求
1)由螺旋输送机输送量：
Q=3600F ρν=3600(ψπD2/4) ρ(nt/60)
式中：D----螺旋直径，m；取D=600mm。

Ψ----填充系数，取0.2~0.3。

t---螺距，t=0.5D=0.5*0.6=0.3m。

n-----螺旋转速，20~190 r/min，取30 r/min。

Q=15ψπD2ρnt
=15*0.2*3.14*0.62*2*30*0.3 =61.04t/h满足生产率的要求，通过。

2）驱动功率
驱动功率：N=KQ（Lω0+H）/367η
式中：K----功率备用系数，JO2取1.4，其它取1.0。

Q----生产率，
L----螺旋输送机水平投影长度，m；
ω0----物料阻力系数，查表4-9；
H----螺旋输送机垂直投影长度，m；
η----总传动效率，0.9~0.94。

N=1.0*61.04*20*4/369/0.92=14.38kw。