刘彦威QD型1632T电动桥式双梁起重机的机械设计.docx
《刘彦威QD型1632T电动桥式双梁起重机的机械设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《刘彦威QD型1632T电动桥式双梁起重机的机械设计.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
刘彦威QD型1632T电动桥式双梁起重机的机械设计
河南科技学院
2009届本科毕业论文（设计）
论文题目：
QD型16/3.2T电动桥式双梁起重机的机械设计
学生姓名：
刘彦威
所在院系：
机电学院
所学专业：
机电技术教育
导师姓名：
杜家熙卞平艳
完成时间：
2009年05月19日
摘要
起重机是减轻人们笨重劳动体力劳动，提高作业效率，实现安全生产的起重运输设备。
在国民物资生产中和物资运输中起到关键的基础作用或辅助作用。
本文是为了更好的节省成本，提高材料的利用率，提高起重机的性价比，而设计完成的。
本文主要介绍了QD型16/3.2T，A5级电动桥式双梁起重机的机械设计过程及制造加工图纸。
关键词：
双梁起重机，QD型16/3.2T，电动桥式。
Abstract
Itistoreducetheheavycranemanuallaborandimproveoperationalefficiencyandachievesafeproductionofhoistingandconveyingequipment.。
Materialsintheproductionofnationalgoodstransportandplayakeyroleinthefoundationorasupportingrole。
Thisarticleisbetterinordertosavecostsandimprovematerialutilizationandimprovecost-effectivecrane,designedtobecompleted。
ThispapermainlyintroducestheQDtype16/3.2T,A5-classdouble-beambridgecraneelectricalmechanicaldesignprocessandmanufacturingprocessdrawings。
KeywordsDouble-beamcrane,QD-based16/3.2T,Electricbridge。
1.绪论1
1.1选题的意义：
1
1.2起重机的发展概况:
1
2.16/3.2T电动桥式起重机主起升机构的设计2
2.1钢丝绳的选择2
2.1.1钢丝绳受到静拉力的计算2
2.1.2钢丝绳型号选择2
2.1.3滑轮组选择3
2.2卷筒的选择3
2.2.1卷筒直径选择3
2.2.2卷筒长度3
2.2.3卷筒的转速计算3
2.3选择电动机4
2.3.1电动机静功率的计算4
2.3.2电动机功率4
2.3.3电动机过载能力校验4
2.4减速器的选择4
2.4.1传动比的计算4
2.4.2标准减速器的选择4
2.4.3.验算减速器5
2.5选择制动器5
2.6选择轴及联轴器5
2.6.1轴的选择：
5
2.6.2联轴器的的选择6
2.7起动及制动时间验算6
2.7.1起动时间和起动加速度验算6
2.7.2制动时间和制动平均加速度验算7
3.16/3.2T电动桥式起重机副起升机构的设计7
4电动小车运行机构的设计8
4.1运行阻力的计算8
4.1.1摩擦力Fm的计算8
4.1.2坡道力Fp的计算8
4.1.3运行风阻力Fw8
4.2电动机的选择8
4.2.1电动机的静功率的计算8
4.2.2电动机的初选9
4.3起动时间与起动平均加速度的验算。
10
4.4标准减速器的选择10
4.5制动器的选择11
4.6传动轴和联轴器的选择11
4.7运行打滑验算12
5大车运行机构的设计12
6双梁小车式桥式起重机金属结构设计13
6.1载荷的计算13
计算得：
所以轮压分布如图4所示；13
6.2主梁的结构及尺寸选择14
6.2.1按梁的强度条件确定梁高hs14
6.3主梁设计计算。
15
6.3.2主梁的刚度计算16
结束语17
致谢17
主要参考文献与资料18
1.绪论
1.1选题的意义：
在现代工业化的社会里，起重机在我们生活的方方面面都能用到，从港口的装卸港机到建筑上的建筑塔吊，从车间的行车到汽车试吊车。
解决了我们过去的人力抬作，完成着过去所不能完成的任务。
处处为人类的制造的进步作贡献。
最常用的通用起重机承担着生产车间许多，许多方面的基础工作，为工业高效生产提供保证。
在这个全球经济危机的大的背景下，起重行业受到了严峻的挑战，竞争更加激烈。
那么更合理的，更先进的制造起重机，以最优性价比来赢得市场。
那么，为了赢得挑战，选择了起重机的机械部分设计。
1.2起重机的发展概况:
我国的起重机行业是从建国后开始建设，多部分是采用苏联标准。
改革开放以后，随着我国的工业迅速发展，各行工业起重机的要求也随之提高。
作为特种设备，检验也要求相对严格。
国家也逐步形成了一定制造，检验标准。
电气设备也随着不同的要求而改变。
有传统的接触器控制，也逐步向自动化方面发展。
随着变频器，可编程控制器（PLG）的技术成熟，也被广泛应用在起重机当中。
为了起重机方面操作人员的安全，无线远程控制也逐渐普及。
为了，满足高精度，多速度行车的需要，机械部分要求也越来越高，设计更精确，
钢丝绳起重机作为一种大型起重设备，广泛用于国民经济各个领域，而国内钢丝绳起重机近几年的发展却十分缓慢。
上世纪60年代到70年代初，我国从前苏联引进了TV型钢丝绳式起重机。
其间,曾有一些厂家引进国外先进的生产制造技术,但均未获得广泛的推广应用。
桥式起重机的现状：
桥式起重机是作为生产车间最常用的基础设备，也是在各类起重机中，需求量最大的。
一般桥式起重机有以下几部分组成。
有起升机构，小车运行机构，大车运行机构，控制电路，金属框架结构等主要机构组成。
在现在的桥式起重机机械制造中，还是传统的用大的钢构成本，还有沉重的运行机构，来超大的满足需要，在制造工艺中还存在着种种问题，对于材料有很多的浪费情况，为了极大的节省成本，故要精确的计算受力及选择配件。
在原有的基础上进行改进，符合实际工作场合。
2.16/3.2T电动桥式起重机主起升机构的设计
设计要求：
起重量16T,跨度16.5m,起升速度7.9m/min，起升高度为10m。
通常在起重机的设计过程中，在根据实际现场的工作环境，来确定起重机的工作级别。
那么在本设计中，考虑到通常情况，那么选择一般级别A5级。
在我们一般的设计过程中严格执行国家的标准。
不能过擅自进行非标的设计。
必须通过国家特种设备检验中心的许可。
2.1钢丝绳的选择
通常采用省力的机构，一般采用动，静滑轮组的组合，从而减轻对传动机构的要求。
那么，但我们还要考虑到运行速度以及所占得到设备外形尺寸的大小，以及还有运行效率的问题。
这样我就把二者的结合，取中进行优化，在滑轮组的选择手册上选得。
初步选择双联滑轮组，如图1所示。
滑轮组省力倍数m=3,滑轮效率ηz=0.95。
2.1.1钢丝绳受到静拉力的计算
最大静拉力:
式中：
Q是起升量=16t；
ηz=0.95;
m=3.
那么S=16x103x9.8/2x3x0.95
=27.8KN
2.1.2钢丝绳型号选择
钢丝绳是起重机的重要部件，也是安全系数要求较高的部件。
已经形成了国家标准，那么我们要考虑到各种型号的功能，以及材料的利用率，进行有比较的选择。
d=cs其中式中：
d为钢丝绳直径，c钢丝绳选择系数取0.104.
d=17.34mm.
图1钢丝绳绕线图
在起重机设计手册钢丝绳选择列表6w（19）-17.5-1550-I型L=10x103x6+26（额外长度）=86m。
额外长度是包括固定钢丝绳长度以及滑轮缠绕长度。
2.1.3滑轮组选择
经过对钢丝绳的选择，双联滑轮组可以满足该机构的需要。
滑轮组滑轮直径的计算
D>=e.d
式中：
e为滑轮直径选择系数取20.
所以D=350mm.DO在起重机设计手册的滑轮组列表中选择355mm，滑轮组选择代号为LGS58.5x355-169-80型。
2.2卷筒的选择
2.2.1卷筒直径选择
卷筒直径D0=（e1-1）d,
式中e1是卷筒选择系数取26.所以D0=25x17.5=437.5mm.
2.2.2卷筒长度
Ls=（L0+L1+L2）+Lg
式中:
L0是钢丝绳缠绕部分长度，L0=L*p/πD0.其中卷筒的螺距为20mm.L0=86x103x20/437.5x3.14=1095mm.
L1无绳端尺寸取200mm
L2固定钢丝绳用长度取80mm
Lg为中间光滑部分长度取50mm
那么,Ls=1425mm
所以查起重机设计手册表3-3-6.取T1024-500-1500-右-16t-20.
2.2.3卷筒的转速计算
nt=60mv/πD0式中v是起升速度（m/s）.
所以nt=15.09转/min
2.3选择电动机
2.3.1电动机静功率的计算
Pj=Q*V/1000η
式中η机构总功率。
η=ηz*ηd*ηt*ηc
ηz为在表3-2-10中取0.95，
ηd导向轮到效率在表2-2-3中取0.985.
ηc卷筒的效率0.985.
ηt传动效率，在表2-2-4中取0.85。
所以,η=0.783
那么,Pj=26.366kw
2.3.2电动机功率
Pj=GQv/1000η=21.1kw
式中G于表2-2-5取0.8
所以Pj取26kw,初步选择YZR225M8-708型电动机。
2.3.3电动机过载能力校验
Pn
其中式中：
Pn基准通电持续率是电机额定功率（kw）
λm电机转矩允许过载倍数，取2.8.
H超载系数，绕线型电机取2.1
U电机台数，为一台。
所以，Pn
因为YZR225M8-708型电动机在JC25％，CZ=150时，输出P=24.096kw大于Pn故满足要求。
2.4减速器的选择
2.4.1传动比的计算
式中:
n为电动机的额定转速
nt为转筒的转速
2.4.2标准减速器的选择
式中:
K为减速器选择系数取1.1.
故
故在减速器手册上选择ZQ-650-I-3CA型减速机。
传动比48.57。
因为ZQ型制造容易，价格低廉，能够满足设计需要。
2.4.3.验算减速器
最大径向力Fmax，短暂最大扭矩Tmax。
其中：
起升载荷系数取1.2.
S钢丝绳最大静拉力
Gt卷筒的重力7379.4N
[F]是减速器允许的最大径向载荷。
Fmax=37.05kN≤[F]=42000N
Tmax=φ2T≤[T]
T钢丝绳产生的最大扭矩。
Tmax=1.2xsx0.5=16.6kN.m≤[T]=19000
所以减速器符合设计要求。
2.5选择制动器
制动器是保证起重机安全的重要部件，制动器制动力矩必须要大于货物产生力矩。
在货物处于悬吊状态时具有足够的安全裕度。
制动转矩应满足下式要求：
式中：
Tz制动器制动转矩。
Kz制动安全系数，与机构的重要程度和机构的工作等级有关取1.75
Q额定起升载荷
D0卷筒的卷绕直径500
η机构的总效率0.785
M滑轮组的倍率为3
i传动结构的传动比48.57
计算得：
TZ≥737.26N.m
在制动器样本上选取YWZ3-315/90型。
其制动力矩为900N.m直径350mm
2.6选择轴及联轴器
2.6.1轴的选择：
轴所传递力矩T=9550P/n=350.7N.m
其中：
所以:
直径取55mm.
2.6.2联轴器的的选择
依据所传递的扭矩，转速和被连接的轴径等参数选择。
起升机构联轴器应满足下式的要求：
式中：
T所传扭矩的计算值
按第
类载荷计算的轴最大扭矩。
对于高速轴
s所以，
=617.24N.m
联轴器的许用扭矩。
K1联轴器的重要程度系数，起升机构取1.8
K3角度偏差系数，从表3-12-4中选1.25
所以：
T=1388N.m
故选用CL3型。
2.7起动及制动时间验算
2.7.1起动时间和起动加速度验算
起动时间
式中:
n电动机的额定转速
Tq电动机平均起动转矩，查表2-2-8，Tq=1.5Tn
Tn=350N.m
式中:
Jd电动机转子转动惯量。
查表0.82
Je为制动轮和联轴器转动惯量/。
在表3-7-4和3-12-7中选择0.6，0.12
[J]=1.771+0.059=1.83
所以，Tq=0.475s
查表2-2-9[Tq]一般小于1.5s.所以合适
起动时间还要验算平均加速度来验证。
aq=v/tq≤[a]
式中：
aq是起动平均加速度。
V起升速度
[a]推荐值为0.2.
所以aq=0.177≤[a]
符合起重机设计标准。
2.7.2制动时间和制动平均加速度验算
满载下降制动时间
式中:
nˋ满载下降时电动机的转速，通常取1.1n
Tz制动器的制动转矩为900N.m
Tj满载下降时制动轴静转矩。
所以，Tj`=Mj`=210.6N.m
[J`]是满载下降时换算到机构总的转动惯量，按下式计算
那么，Tz=0.6942s
[tz]推荐时间可取[tz]≈[tq]=1.5s
制动平均减速度
Vˋ是满载下降速度m/s可取vˋ=1.1v
aj无特殊要求不的大于表2-2-10中0.2
计算得aj=0.1901<[a]=0.2
符合设计规范的要求。
限位开关取Lx36-84型。
3.16/3.2T电动桥式起重机副起升机构的设计
设计要求起重量16T,起升速度16.5m/min，起升高度为12m。
由于主副起升的机构选择基本上相同，设计过程不在叙述。
钢丝绳选择6W（19）-11-1551型。
工作拉力8.26KN
滑轮组选择如图
（2）：
卷筒选择直径300mm型号为T1020-300-1500-右-5T-20
电动机选YZR180L-8，功率13Kw，转速为700转/分。
减速器的型号为ZQ-400-v-3CA传动比20.47
制动器型号YWZ3-250/45型。
限位开关选择Lx10-11型
图2钢丝绳绕线图
4电动小车运行机构的设计
设计要求：
运行速度45m/s
4.1运行阻力的计算
双梁起重机小车在平直的轨道上运行静阻力Fj包括有摩擦力Fm的作用
有坡道阻力Fp的作用，还用风阻力Fw的作用。
这里所设计的起重机是在室内使用，故风阻力Fw=0.
4.1.1摩擦力Fm的计算
小车满载运行的最大摩擦阻力
式中：
Q是起升载荷。
G是小车自重约为6200kg.f滚动摩擦系数，差表2-3-2取0.3.
d是与轴承相配合出轴的直径65mm。
μ为车轮轴承摩擦系数，差表2-3-3取0.015
D是车轮的踏面直径是350mm
4.1.2坡道力Fp的计算
Fp=（Q+G）sinα
式中：
α为坡度角。
因为一般坡度角很小，计算中可用轨道坡度i来替代sinα，一般桥式起重机i值取０.００１。
那么Fp=217.8N
4.1.3运行风阻力Fw
由于所设计的桥式起重机是在室内运作，不考虑风的因素。
故取０。
所以，Fj=3483.8N
4.2电动机的选择
4.2.1电动机的静功率的计算
V0是初选运行速度为４４.６m/min
η机构运行效率。
取０.９。
m电动机个数为１个。
那么，Pj=2.88Kw
4.2.2电动机的初选
由于运行机构的静功率载荷变化小，动载的变化大，因此电动机的额定功率应大于静功率，以满足要求。
桥式起重机一般按以下公式选择。
Kd是考虑到电动机起动时惯性影响的功率增大系数，室内的可取１.３
所以，Pj＝３.７７４Kw
故在样本中选取４kw,根据工作情况，该电动机的通电持续率Jc=25℅,CZ=300.转速选择１０００转/分。
故选取YZR132M2-6型。
4.２.３电动机的过载能力校验。
Pn是基准通电持续率的电动机功率。
M电动机个数。
Λas是相对于基准通电持续率的平均起动转矩的表厶值。
一般饶线型异步电动机取１.７。
Fj
运行静阻力为３４８３.８N
V运行速度，
根据与初选的电动机转速确定传动比。
所以v=0.743,
∑J机构的总的转动惯量，即折算到电动机轴上的转动惯量,按照下式计算
J1是电动机转子的转动惯量
J2电动机轴上制动轮上和联轴器的转动惯量。
K计及到其他传动件飞轮矩的影响系数可取１.１。
Ta机构的初选起动时间，一般情况下桥架类的小车运行机构去５s,
n电动机的额定转速。
那么，Pd=2.9kw
4.3起动时间与起动平均加速度的验算。
4.3.１满载。
上坡，迎风的起动时间
式中：
n电动机的额定转速
∑J机构的总的转动惯量，在上边已经求的为１.９０Kg.m2
Tmq电动机的平均起动转矩，计算的９２.５N.m
Tj满载，上，迎风时作用在电动机轴上的静阻力矩，按下式计算：
其中Fj1是运行阻力３４８３.８N
所以，t=5.19s
4.3.2起动平均加速度计算
为了避免过大的冲击及物品摆动，应验算起动时间的平均加速度，一般应在允许范围内，参考表2-3-6。
a=v/t=0.13,故在允许范围内。
4.4标准减速器的选择
4.4.1减速器传动比
机构的计算传动比
D车轮的踏面直径，为350mm
n电动机的额定转速
v0初选电动机的运行速度45m/min
4.4.2标准减速器的选用
减速机的设计寿命该与机构的总的寿命相符合。
由于运行机构的动载荷较大所以应该以实际载荷来选择。
由于起动和制动时的惯性载荷几乎全部传给传动零件，那么我们就要根据起动是的工况来确定。
减速机的计算输入功率为：
m减速机的个数，这里为1个
V运行速度0.730
Η运行机构的效率0.9
Fg运行起动是的惯性力，按下式计算：
=3467.4N
其中λ是考虑到机构中旋转质量的惯性力的增大系数。
取1.2。
那么Pj=2.86Kw
4.5制动器的选择
制动器是根据起重机满载时，且顺风情况，下坡运行制动时进行选择，应在规定时间内停车，制动转距按下式计算；
Fp坡道阻力，为217.8N
Fw
风阻力，在室内为0。
Fm1满载是的最小摩擦力。
m`制动器的个数1
tz制动时间在表2-3-6中选择为4.0s.
那么Tz=68.825N.m
故在制动器样本当中选择YW160-220-2型电力液压块式制动器。
4.6传动轴和联轴器的选择
4.6.１轴的直径选择
由于轴只是受到扭矩作用，强度计算公式是
所以
=61.25
其中
Wz传动轴计算截面的截面模量，Wz=0.2
那么，取65mm
4.6.2高速轴联轴器
计算扭矩Tc1应满足
式中：
n1联轴器的安全系数取2.5。
φ8刚性动载系数取1.1
Tn电动机的额定扭矩42N.m
Tt联轴器的许用扭矩
那么Tc1=157.7N.m,故选择CL1型
4.6.３低速轴的联轴器
计算扭矩Tc2应满足:
η减速器效率取0.9
所以Tc2=2304.57N.m选择CL3型。
4.7运行打滑验算
为了使起重机在运行时可靠的起动或制动，防止出现驱动轮在轨道上打滑现象，避免车轮打滑影响起重机正常工作和加剧车轮的磨损，应分别对起制动进行验算。
4.7.1起动时按下式进行验算：
4.7.2制动时按下式进行验算；
以上两式中：
φ粘者系数，室内的起重机取0.15
K粘着安全系数，取1.1
µ轴承的摩擦系数，根据表2-3-3取0.08
d是轴承内径65mm
D车轮踏面直径350mm
Rmin驱动轮的最小轮压，112KN
Tmq打滑时电动机的平均起动转距，计算出的为92.5N.m
K计及其他传动件飞轮矩影响的系数。
折算到电动机轴上可取1.1。
J1电动机转子转动惯量0.062
J2电动机轴上带制动轮联轴器的转动惯量0.451
a起动平均加速度0.13
Tz打滑一侧的制动转距取68.8
az制动平均减速度。
0.13,一般对于桥式起重机的减加速度相同计算。
经过验算合格。
5大车运行机构的设计
大车运行机构与小车运行机构的运行方式相同，大车的运行速度84.7m/min，估计自重2500Kg。
那么同理，可得出以下选材，设计过程略。
电动机选择YZR160M1-6,功率2个6.3kw.转速为921转，工作制同小车相同。
减速机型号为PJ-350-V-Z（Ф65）,传动比为20.49
制动器型号为YW200-300-2型，制动力矩为2x180N.m
缓冲行程为140mm，车轮直径600mm,
机构的布置情况，在附图，大车运行图
6双梁小车式桥式起重机金属结构设计
6.1载荷的计算
作用在桥架上的载荷有自重载荷，起升载荷，活动载荷，水平惯性载荷，等。
6.1.１自重载荷
自重载荷可以分为均布载荷和集中载荷两种。
均布载荷有：
主梁，走台栏杆，配电管道等的重力。
。
集中载荷有：
司机室，大车运行机构，，布置在走台上的气设备的重力。
在普通设计当中只是以照经验图４-３-３6选择载荷。
那么本车的一根主梁的半个桥架即G桥为４T.
6.1.2移动载荷
移动载荷为小车的自重载荷和起升载荷，以小车轮压方式作用在主梁上。
轮压图如图
图3轮压计算图
小车各支撑；轮压的计算：
R1=（G2+Q）（1-t/b）（1-e/L）
R2=（G2+Q）（1-t/b）e/L
R3=（G2+Q）（1-e/L）t/b
R4=（G2+Q）et/bL
G2是小车的自重
Q是货物的重力。
t,e是小车及货物的重心在支撑平面内的投影。
t=1040mm,e=1000mm.
计算得：
所以轮压分布如图4所示；
图4轮压分布图
6.2主梁的结构及尺寸选择
6.2.1按梁的强度条件确定梁高hs
式中：
其中：
c1将小车轮压转化为跨中集中载荷时小车的换算系数，
C1=1-b/2L
b小车的轴距，
[δ]腹板的饿总厚度，为20mm[б]材料的许用应力取120Mp
α=腹板加劲板的重量/腹板的重量︽1/3
6.2.2按刚度条件确定梁高
，
E=200Gpa
计算得：
hr≈672.6mm
6.2.3梁的截面参数取值
一般的设计中按照表4-3-12选择：
梁高h选择,h/L=1/14~1/20那么在以上几个条件都允许的情况下，结合表选择h=850mm
腹板，翼缘板的厚度。
因为起重量是16t所以腹板的厚度取10mm，受压翼板的厚度，有局部稳定性条件，一般为δ≥b/60,所以取10mm..
翼缘板宽度b，对于正规箱型取b=（0.33!
~0.55）h,所以取450mm。
两腹板的间距b0=b-（40~60）,所以选
升级会员 