10吨桥式起重机设计

毕业论文

10t桥式起重机小车起升机构

作者姓名颜景熠

指导导师姓名纪宏

毕业班级冶机072 学科类别工学

学科专业名称冶金机械

论文提交日期2007年6 论文答辩日期2007.06.20

答辩委员会成员

评阅人

辽宁科技学院

2007年6

A Thesis in Metallurgical Machinery

Steel Roll Machinery

by Y an Jingyi

Supervisor：Prelector JiHong

June 2007

毕业设计（论文）任务书

毕业设计论文题目：10t桥式起重机大车运行机构

毕业设计论文内容： 1.传动方案选择

2.起重机力能参数计算

3.常用标准件选择计算

4.主要零件疲劳强度计算

5.编写设计说明书

毕业设计论文专题部分：

指导教师：签字年月日教研室主任：签字年月日系主任：签字年月日

毕业设计论文评语

指导教师评语：

成绩：

指导教师：（签字）

年月日评阅人评语：

成绩：

指导教师：（签字）

年月日

毕业设计论文答辩成绩及总成绩评定

毕业设计论文答辩委员会成员于年月日审查了专业学生的毕业设计论文

论文题目：10t桥式起重机大车运行机构设计

论文专题：起重机大车超载限制器设计

论文说明书共15 页，设计图纸共 2 张

指导教师：纪宏

评阅人：

毕业设计论文答辩委员会意见：

答辩成绩：

总成绩：

答辩委员会主任委员：

年月日

摘要

桥式起重机运行大车中最主要的结构有：电动机，减速器，联轴器，等等。

桥式起重机的大车设有起升机构和小车运行机构，为使小车轮压呈均匀分布，

应对大车的机构布置进行优化设计，以知大车轨迹和轴矩为例，以车轮轮压均匀分配为目标函数，按单钩起重大车的条件提出约束条件，对优化设计的结果进行分析如下：

首先，电动机——起重机械的驱动电动机要根据所需功率、最大转矩、接电持续率、起动等级、控制类型、速度变化范围、供点方式、保护等级、环境温度与使用地区海拔高度等因素进行选择。

其次，减速器——起重机械设计时，根据理论指导和工作经验，对机构形式、中心距、公称传动比及齿轮参数的选择应遵守原则和注意事项。

再次，联轴器——起升机构装有联轴器，其电动机工况驱动力矩，起升过程，减速传动装置的载荷等，与电动机通过减速器直接驱动的起重运行机构有差别，本文根据在MH葫芦桥式起重机系列设计中的应用的经验，提出了把联轴器传动与起重机机构设计相结合的设计计算方法，其设计计算结果在该系列试验中得到证实。

关键词起重大车、机构布置、优化设计、电动机选择、减速器、设计原则、联轴器.

Abstract

The most of structure of conuey uehicle,which of the crane of bridge is this :genertor、cushion、coupting.

Trolley of overhead traveling crane comprises lifting and traversing mechanisms .Optimization method is applied to the layout design of mechanisms on trolley in order to maintain an even distribution of optimization design on an example a trolley with given wheel base and track gauge ,using even distribution of wheel loads as an objective funtion and condition of a signle hook lifting trolley as restrictive condition The driving motor an electric cane has to be selected according to the required power、maximum torque 、dutyfator 、startup frequency 、type of control 、range of speed rariation 、method of power supply 、class of protection 、ambient temperature and elevation oversee level at the vacation of use .

Based on theoretical and practical experience ，this paper presents the principles and attentions for selecting and designing of the structure ,center distance ,nominal transmission ratio and gear parameters when designing the reducers for cranes .

Crane traveling mechanism equipped with hydraulic coupling is quite different from ordinary one so far as the working condition of motor .Driving moment,starting process load applied to reducer etc ,Based upon the experience of application to the series of MH type gantry crane with electric hoist as lifting mechanism ,this paper gives calculation method ,which combines the design of hydraulic transmission with the design of crane traveling mechanism .The calculation result is successfully proved by the test of proto types .

Key words ：Trolley of overhead traveling crane

Selection of electric motor for lifting machinery

Redueer Design Principle

Hydraulic coupling

绪论

起重运输机械主要用于装卸和搬运物料。它不仅广泛应用于工厂、矿山、港口、车站、建筑工地、电站等生产领域，而且也应用到人们的生活领域。使用起重运输机械，能减轻工人劳动强度，降低装卸费用〖〗，减少货物的破损，提高劳动生产率，甚至完成人们无法直接完成的某些工作。起重机械和运输机械发展到现在，已成为合理组织大批量生产和流水作业生产的基础。据统计，在我国冶金、煤炭部门的机械设备总台数或总重量中，起重运输机械占25～659f。

我们的祖先在古代，虽然也创造了不少结构简敢适应当时生产需要的起重运输机械设备，但真正形成现代的起重运输机械制造工业，还是在中华人民共和国成立以后。就其发展，主要有以下几个阶段：

1949年到1957年，是我国起重运输机械制造的创业阶段。当时由于缺少设计能力，大部分产品是按国外图纸仿造的。

1958年到1965年，各企业逐渐由仿造走上了自行设计的道路。先后进行了通用桥式起重机、带式输送机、斗式提升机等八种产品系列设计，同时，还逐渐开展了以改进产品结构、性能、提高产品质量和开发新产品为目标的科研工作。

1966年到1978年，起重运输机械行业的生产虽然历经艰难曲折，侣在技术上仍有发展。主要表现在；对一些量大面宽的产品进行了系列设计或系列更新设计，如CD、MD和CD、MD，型电动葫芦，LD型电动单梁桥式起重机，LH型电动葫芦双梁桥式起重机，TD75型带式输送机，DX型钢丝绳芯带式输送机，HS 型手拉葫芦等；发展和制造了一批国家急需的新产品，如450t桥式和门式起重机以及2×300t双小车桥式起重机。

1979年以后，由于实行改革开放政策，我国起重运输机械行业的技术水平有了很大提高。主要是增强了成套设备的供应能力，如国内研制的首都机场行季包装卸袖送系统和旅客登机桥全套设备，与国外合作生产的年产量2000～3000万t 的秦皇岛煤炭出口码头成套装卸设备，宝钢扎40mm无缝钢管厂、1900mm板坯连轧厂、2030mm冷连轧厂与2050mm热连轧厂等冶金专用成套起重设备；引进了一

批起重运输机械产品和通用零部件的设计制造技术，如电动萌芦、带式输送机、液压推杆、液力偶合器、起重电磁铁等；研制了一批新产品；产品的制造工艺水平普遍有了提高。

总的来说，我国起重运输机械行业经过了四十多年的发展，目前已经具有一定的生产和研制能力，一部分产品已达国际水平。但就整个起重运输机械行业而言，有很大一部分产品的性能和质量还有待提高，提供现代化成套设备的能力还不能满足社会发展需要。

我国起重运输机械行业今后几年内的发展趋势，主要是：

1)对近几年来与外国合作生产的成套设备实行国产化；

2)开发—批国家重点项目和国民经济各部门急需的品种：

3)对量大面宽的起重运输机械产品和零部件进行系列更新；

4)采用先进的设计方法和手段，加强对物流(物质资料由供应者向需要者移动)系统的研究；

5)推广产品制造的先进工艺。

2目录

Steel Roll Machinery (1)

摘要··························I Abstract ························II 绪论···························I 目录···························I 第一章起升系统计算···················１

1.1.确定起升机构的传动方案，选择滑轮组和吊钩组............１

1.2.选择钢丝绳............................................２

1.3.确定滑轮主要尺寸......................................３

1.4.确定卷筒尺寸并验算....................................３

1.5.选择电动机............................................７

1.6.验算电动机发热条件................... 错误！未定义书签。

1.7.选择减速器............................................８

1.8.验算起升速度和实际所需要功率..........................９

1.9.校核减速器输出轴强度..................................９

1.10.选择制动器.........................................１０

1.11.选择联轴器.........................................１０

1.1

2.验算起动时间.......................................１１

1.13.验算制动时间.......................................１２

1.14.电动机发热验算.....................................１３

1.15.电动机过载验算.....................................１４

1.16.高速浮动轴计算.....................................１４第二章参考文献············１错误！未定义书签。结束语·················１错误！未定义书签。

设计题目

第一章起升系统计算

1.1.确定起升机构的传动方案，选择滑轮组和吊钩组

1.1 起升机构计算

按照布置宜紧凑的原则，决定采用以下方案，如图1-1所示，采用双联滑轮组，按Q=10t，查文献[1]P21，表(I2-2)，取滑轮组倍率a=3，据文献[1]P20，式(2-7)知：承载绳索分支数Z=2a=6

查文献[2] P243，表(15-15)，根据Q=10t，取吊钩组为短钩型，重量G0=219

公斤。

1.2.选择钢丝绳

据文献[1] P22式(2-12)：

h

Q a P S η2max =

式中：h η——滑轮组效率，据文献[1]P21表(2-3)，若滑轮组采用滚动轴承，滑轮组采用滚动轴承，滑轮组倍率a=3，得ηh =0.985。

P Q ——起升载荷，指起升质量的重力。

得： kN

S N 29.17985

.03221910000max =??+=

据文献[1]P26，式(2-14)

∑

?≥

k

s n F m

a x

丝

n ——钢丝绳安全系数，据[1]P27，表(2-5)，据工作级别M 5知n=5.5。 K ——钢丝绳捻制折减系数，据[1]P27，表(2-4)，纤维绳芯，K=0.85 得：

)(1051.418

.9406824068285

.029.1723

max

公斤?==

=?=

?k

s n

据文献[1]P24知：瓦标吞式断面充填严密，承载能力大，挠性好，是起重机常用的钢丝绳类型，选瓦林吞式，据文献[2]P195，表(12-10)，据∑≥30770丝F 公斤，选钢丝绳直径d=14mm ，钢丝绳公称抗拉强度为108公斤/mm 2,绳6W(19)股(1+6+6/6)，绳纤维芯，钢丝绳最小破断拉力为S b =108kN 公斤，钢丝绳标注如下：

14NA T6?19W+F C1700 ZS 108 GB 8918-88

1.3.确定滑轮主要尺寸

据文献[1]16 式（12-1）

得： 工作滑轮槽底的直径D ≥(e-1)d

e ——与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，据文献[1]P17表(2-1)，据工作级别为M 0，取h 2=25

得： (e-1)d=(25-1)×14=336mm

据文献[2]P207表(13-2)，据D ≥336mm ，取D=355mm ， 据文献[2]P206式（13-2） 平衡滑轮：

D 平=(0.6～0.8)D=0.7×355=249mm

1.4.确定卷筒尺寸并验算

据文献[1]P31知，卷筒的槽底直径D ≥(e-1)d

e ——与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，据文献[1]P17表(2-1)，据工作级别为M 5，取h 1=25

得： (e-1)d=(25-1)×14=336mm

据文献[2]P213表(14-2)，根据Q=10t,D ≥336mm ，取D=400mm ， 据文献[1]P33式（2-20） 卷筒长度：

100

)4(

2L t Z D Ha

L +++=π

H ——起升高度，15m=15×103mm a ——滑轮组倍率 a=3

Z 0——附加圈数，一般取Z 0=1.5～3，此取Z 0=2

t ——绳圈节距(mm)，光面卷筒t=d ，据文献［2］P223 表(14-5)，据d=14mm ，得: t=16mm 。

L 1——双联卷筒中间不切槽部分的长度，据文献［2］P213 表(14-2)，据起重量Q=10t ， 得: L 1=A=185mm

D 0——卷筒直径，卷筒直径加上钢丝绳直径，D 0=D+d=400+14=414mm 。 得：

mm

L t Z D Ha

L 148418516)42414

3

1015(

2)4(

23

1

00

=+?++???=+++=ππ

取L=1500mm 卷筒壁厚:

据文献［1］P34，知：

钢卷筒 δ=0.02D +（6~10）=0.02×400+（6～10）=14～18mm 取δ=15mm 卷筒墙壁压应力验算 据文献［1］P 34 式(2-22) []y

y

t

S σ

δσ

≤=

m a x

(Mpa)

式中： Smax ——钢丝绳最大静拉力

Smax=17290N δ——卷筒壁厚

δ=15mm=15×10

-3

m

t ——卷筒绳槽节距

t=16mm=16×10

-3

m

得 M p a

t

S y 04.72016.0015.017290max =?=

=δσ

[]y

σ————许用压应力 (Mpa)

钢卷筒[]5

.1s

y

σσ

=

得：

[]M p a

s

y

1305

.11955

.1==

=

σσ

[]y

y

σ

σ

<

故抗压强度足够

3D=3×400=1200mm

L=1500mm L>3D

据文献［1］P35知，当验算由弯曲和扭转产生的复合应力，卷筒受力如图

卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时

[])(10

6

Mpa W

M F

F

σσ

≤?=

-

式中：

M F ——卷筒受到的最大弯矩(N.m)

).(13681752

10

)1851500(172902

3

1

max m N L L S M

F

=?-?

=-?

=-

ω——卷筒抗弯截面系数

D

D D )

(1.04

14

-=

ω

D ——卷筒槽底直径D=400mm

D 1——卷筒内径，查文献［2］P213， 表(14-2) 根据Q=100t 知D 1=370mm

[

]33

4

3

43

11368175

10

400)

10

370()10

400(1.0m =??-?=

---ω

)(63.65..171459711368175MPa M

F

F ==

=

ω

σ

Mpa l 2.2804.72130

3963.6'

=?+

=σ

［σ］许用应力，对于钢卷筒[]Mpa

s

395

1955

==

=σσ

`

综上所知：卷筒合适，验算通过

1.5.选择电动机

据文献［1］P103 式（6-1）

η

60000n Q j

V P =

N

式中：

P Q ——起升载荷，是抬起升重物的重力

P Q =Q+G 0=(10000+219)×9.8=10.0146×104(N)

V n ——起升速度 V n =7.5m/min

η——起升机构的总效率，（包括减速器、卷筒和滑轮组的效率）采用齿轮减速器，一般取η=0.90 得: )(3.149

.06000010

100146.10600004

KW V P N n Q j =???=

=

η

桥式起重机的使用工况较接近S 3、S 4、S 5，根据N j 和J C =25%，查文献［1］P225附表4，初选电动机为三相异步电动机，型号为JZR2-42-8，J C =25%，CZ=5J

允许输出功率N=16KW

据文献［2］，P711，查表(33-1)，据N=16KW ，选电动机型号为82号，转速n d =715r/min ，据文献［2］P92，式(8-21)

电动机额定输出功率Ne

Ne ≥K 电N j (KW) 式中：

K 电——系数，据文献［2］P93，表(8-10)，根据电动机型号为JZR ，起重机工作特性为中级起重机，取K 电=0.8-0.9，K 电=0.8 得： Ne ≥K 电N j

≥0.8×0.87×14.73

≥9.6KW

取: Ne=9.6KW

据文献［1］P248,附表3，据功率N=14.3KW ，N>11KW ，取力矩过载系数λ=2.8。据文献［1］P249，附表4，电动机型号为YZR315M-8知飞轮矩

［GD 2］=1.46 (kg ·m 2)

据文献［1］P104，式(6-3)和式(6-4)， 得：

a

Q n D n n i n d t

d ..0\

π=

=

式中： d n ————电动机的转速（r/min ）

t n ————卷筒的转速 0

D ——-——卷筒的卷绕直径

D =414mm=4.14?310-mm

29

.96

10715

10

4143

0'

=????=

=

-ππa

V n D i n d

1.7.选择减速器

卷筒的转速

n=

min

3.17414

.014.335.7r

=??

减速器的总传动比

3.413

.17715'

===

i

据文献［2］P349，表(21-6)，据n d =715r/min

i '=41.3, N m6=11.78 KW,初选减速器为ZQ —500—II —3CA ， 得：高速轴许用功率为12KW ，公称传动比i=40.17

1.8.验算起升速度和实际所需要功率

实际起升速度

min

7.717

.403.415.7'0

0m

i

i V

V

=?

==‘

起升速度误差： %8.25

.75

.771.7%100'

=-=

?-=i

i i ε

速度误差一般不超过±4%

因为 ε=2.8% 所以 在范围之内 所以减速器速度误差验算通过

由文献［2］P347表(21-5)，知减速器高速轴输出端直径d=50mm L=85mm

1.9.校核减速器输出轴强度

据文献［2］P100，式（8-35） 最大径向力：

[]

N

195702456017290R 2max max ＝　＝筒+

≤+=G S P

式中:G 筒——卷筒重量，文献［3］P236表14，估计为G ＝4.56KN

［R ］——减速器输出轴容评最大径向载荷，根据文献［2］P353，据减速器型号为ZQ —500—II —3CA ，n d =715r/min

取 [R]=20500公斤=20500N 所以：P max =19570N<[R]=20500N 由文献［2］P100，式8-36：

最大力矩： m a z M 电=(0.7～0.8)

.[M]y .i .M ≤额

? ——电动机最大力矩倍数，?=λ=2.8

额M ——文献［2］P94，电动机额定力矩