起重机械机械课程设计.docx
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起重机械机械课程设计
起重机械机械课程设计
xxxxxxxx 机械课程设计 目录
1、概述.......................................................2 课程设计题目............................................2 机械安全课程设计的目的与要求............................2 课程设计设计任务........................................22、机械安全课程设计内容.......................................2
舞台吊杆系统简介.......................................2画出吊杆系统工作原理图及电气控制原理图.................2列出吊杆技术参数.......................................4拟定吊杆主机结构方案...................................4吊杆运动参数及几何参数确定.............................5 吊杆工作过程分析.......................................6 吊杆功率计算及电动机选择...............................8 吊杆制动力矩计算及制动器选择..........................12 吊杆制动时间验算......................................12 吊杆运行的安全规程...................................14 吊杆的安全技术设计...................................183、总结.......................................................31 设计体会及建议.........................................31
xxxxxxxx 机械课程设计 选用4极电机，n1=1500r/min。
最后，将得出的D与n1代入式，计算出减速比i12的最小值，然后取标准值。
至此，吊杆主机的运动参数就确定了。
吊杆工作过程分析
无论吊杆运动是升或降，其工作过程都经历起动加速、稳定运行和制动减速三个过程。
载荷静止状态加速到稳定工作速度所经历的时间称为起动时间；工作在稳定速度的时间称为工作时间；从稳定运动减速到静止状态所经历的时间称为制动时间。
起动时间和制动时间直接影响吊杆机的工作过程和工作性能，设计时可通过计算，选取较为合适的数值。
图4-19吊杆工作过程曲线
卷扬机带载作变速运动时，作用在机构上的载荷除静力外，还有作加速运动质量产生的惯性力1.起升起动过程
卷扬机带载提升时，载荷从静止状态加速到稳定运动状态的瞬时过程称为起升起动过程。
此时，悬挂载荷的钢丝绳拉力［图4-20］为：
SPQPg
式中PQ——起升载荷
Pg——加速运动质量产生的惯性力
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xxxxxxxx 机械课程设计 在起升起动时，此时，惯性力Pg的方向与起升载荷PQ方向相同，使钢丝绳的拉力增加。
图4-20重物升降过程的动力分析
起升起动起升制动下降起动下降制动
1．起升制动过程
卷扬机带载提升时，载荷匀速运动状态制动减速到静止状态的瞬时过程称为起升制动过程。
此时，悬挂载荷的钢丝绳拉力S=PQ–Pg［图4-20］。
于惯性力Pg的方向与起升载荷PQ的方向相反，使钢丝绳的拉力减小。
2．下降起动过程
将载荷从静止状态加速下降到匀速的过程称为下降起动过程［图4-20］。
此时，惯性力Pg的方向与起升载荷PQ方向相反，使钢丝绳的拉力减小，即S=
PQ–Pg。
3．下降制动过程
卷扬机构驱动悬吊载荷匀速下降时，将制动器上闸，使载荷匀速下降减速到静止状态的过程称为下降制动过程［图4-20］。
此时，惯性力Pg的方向与起升载荷PQ方向相同，使钢丝绳的拉力增加，即S=PQ+Pg。
综上所述可得出如下结论：
起升起动和下降制动是卷扬机最不利的两个工作过程。
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xxxxxxxx 机械课程设计 起升起动时，原动机要克服的阻力矩是负载阻力矩和最大惯性阻力力矩之和。
因此，原动机的起动力矩Tst必须满足
Tst≥TLTgmax
下降制动时，制动器处于最不利的工作过程。
所以，制动器的制动力矩Tz
必须满足下面条件，才能将运动的物品在规定的时间内平稳地停住。
Tz≥TLTgmax
式中TL——卷扬机构驱动载荷匀速运行时的负载阻力矩； Tgmax——卷扬机构起动、制动时的最大惯性阻力矩。
显然，上述两种工作过程是决定吊杆机原动机和制动器能力以及对吊机零部件进行强度计算的依据。
吊杆功率计算及电动机选择1．负载转矩计算
卷扬机构驱动载荷匀速运动时，卷筒上产生的负载转矩为：
TLSmaxD02（PQq）D02H
式中PQ——额定起升载荷 q——吊杆杆体自重 D0——卷筒计算直径 ηH——滑轮效率2．负载功率计算
对于电动机驱动的吊杆机，其负载功率按下式计算：
PL（PQq）vq1000
式中PQ——额定起升载荷； q——吊杆杆体自重；
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xxxxxxxx 机械课程设计 vq——重物起升速度；
η
Σ
——卷扬机构总效率。
3．电动机功率初选
电动机功率选择主要考虑电动机的发热、过载能力和起动能力三个因素。
1）发热：
电动机运行时，必须保证电动机的实际最高工作温度不超过电动机绝缘材料允许的最高工作温度。
电动机发热不仅与所带的负载大小有关，还和负载的持续时间有关，也就是与电动机的运行方式有关。
电动机的工作制分为三类：
连续工作制、短时工作制和断续周期工作制。
2）过载能力：
电动机运行时，必须具备一定的过载能力。
即所选电动机的最大转矩必须大于运行过程中可能出现的最大负载转矩。
3）起动能力：
于鼠笼式异步电动机的起动转矩一般较小，为使电动机能可靠起动，必须保证电动机的起动力矩大于起动时的负载转矩。
舞台机械一般属于短时工作制的机械。
短时工作制机械既可选择专用短时工作制电动机，也可选择连续工作制电动机。
1）选用短时工作制的电动机
选择标准运行时间与实际运行时间相接近的短时工作制电动机，将实际负载功率PL换算成标准时间运行的负载功率PLN。
换算公式为
PLNPLtWtWN
式中，tW为实际运行时间，tWN为标准运行时间。
然后选择短时工作制电动机，使其额定功率PN≥PLN，再进行过载能力和起动能力的校验。
2）选用连续工作制的电动机
将实际负载功率PL换算成连续工作的负载功率PLN。
换算公式为
1etWtWPLNPL
1e式中，为电动机的发热时间常数，tW为短时运行时间，α为满载时铁损耗与
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xxxxxxxx 机械课程设计 铜损耗之比。
选择连续工作制电动机，使其额定功率PN≥PLN，再进行过载能力和起动能力的校验。
如果tW＜，则可直接根据过载能力和起动能力来选择电动机的容量，而不必考虑电动机的发热问题。
3．电动机过载能力校验
电动机的额定功率应满足如下条件：
PN≥
HM·
（PQq）q1000
式中PN——电动机额定功率；
PQ——额定起升载荷；
q——吊杆杆体自重；
vq——重物起升速度；
η
Σ
——卷扬机构总效率。
H——考虑电压损失、电动机转矩允差和超载25%等条件确定的过载系数。
对于绕线型异步电动机，H=
对于笼线型异步电动机，H= 对于直流电动机，H=4．电动机起动能力校验
对于鼠笼式异步电动机，于其起动转矩较小，还须进行起动能力校验。
校验条件为
Tst≥（TLTgmax）
式中，Tst——电动机的起动力矩，TststTN； λ
st——电动机的起动能力系数；
TN——电动机的额定转矩
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xxxxxxxx 机械课程设计 制动力矩计算和初选制动器
电动吊杆的制动器一般安装在机构的高速轴上，则卷扬机构的制动力矩下式求得：
TzhKzTL
式中Kz——制动安全系数，表4-4选取；
TL——起升最大额定载荷时换算到制动器轴上的负载转矩；
TL（PQq）D02i
；PQ——额定起升载荷
q——吊杆杆体自重；
；D0——卷筒计算直径
i——卷扬机构总传动比；
——卷扬机构总效率。
制动器的型号可以按制动力矩值Tzh从标准制动器产品目录中选取。
初选的制动器额定制动力矩Tz应满足条件：
Tz≥Tzh。
表4-4制动安全系数表
机构起升机构 吊运炽热金属或危险品的起升机构装有两支支持制动器时，对每一套制动器彼此有刚性联系的两套驱动装置，每一套装置有两套支持制动使用情况一般的重要的具有液压制动的液压传动的安全系数 11
xxxxxxxx 机械课程设计 器时，对每一套制动器非平衡变幅机构平衡变幅机构 在工作状态时在非工作状态时
吊杆制动力矩计算及制动器选择
电动吊杆的制动器一般安装在机构的高速轴上，则卷扬机构的制动力矩下式求得：
TzhKzTL式中Kz——制动安全系数，表4-4选取；
TL——起升最大额定载荷时换算到制动器轴上的负载转矩；
TL（PQq）D02i
PQ——额定起升载荷；
q——吊杆杆体自重；
；D0——卷筒计算直径
i——卷扬机构总传动比；
——卷扬机构总效率。
制动器的型号可以按制动力矩值Tzh从标准制动器产品目录中选取。
初选的制动器额定制动力矩Tz应满足条件：
Tz≥Tzh。
吊杆制动时间验算
从前面述及的重物升降过程的动力分析中已知，下降制动是制动器最不利的
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xxxxxxxx 机械课程设计 工作过程。
选择的制动器的制动力矩必须能克服机构工作时产生的静力矩和惯性矩，并在规定的时间内将运动的质量减速到静止状态。
制动器的制动性能是影响机构制动时间和安全作业的重要因素。
制动器的制动力矩过小，会使机构的制动时间过长，这时惯性力固然很小，但影响机器效率，甚至产生“滑降”现象，酿成安全事故。
若制动力矩过大，则上闸太猛，使机构的制动时间过短，给整个机构带来很大的动载荷，降低了机构的工作平稳性和安全性。
因此必须合理地选择和调整制动器。
在实际工作中，一般是通过控制制动时间来检验制动器是否满足机构的工作需要。
初选制动器时，制动时间可按下式计算：
2（PQq）D0tz（TZTL）inz
式中tz——制动时间； nz——制动轮转速；
；Tz——初选制动器的额定制动力矩
TL——起升最大额定载荷时作用在制动轮上的静力矩，按式计算；
PQ——额定起升载荷； q——吊杆杆体自重；
；D0——卷筒计算直径
i——卷扬机构总传动比；
——卷扬机构总效率。
Jg——高速轴的转动惯量。
卷扬机构合适的制动时间见表4-1所列。
式得出的制动时间应符合规定值，否则应采取相应的措施达到上述要求。
表4-1卷扬机的制动时间tz值
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xxxxxxxx 机械课程设计 机构的载荷状态L1轻级L2中级L3重级tz L4特重级
吊杆运行的安全规程
吊杆舞台上空运行，吊杆杆体及其悬挂物的下面就是演员，安全问题十分突出。
出现事故，轻则毁物，重则伤人，甚至死亡。
必须在吊杆装置的各个环节上采取可靠措施，确保吊杆安全。
目前，应用较多的还是电动卷扬吊杆。
电动吊杆的制动器、行程开关要经常检查，定期维护。
易损零部件也要定期检查维护。
尤其要定期检查钢丝绳的损伤情况，发现断丝、磨损、打结、锈蚀并达到钢丝绳规定的报废标准，应及时更换。
吊杆的数量众多，又经常使用，危险性也较大，必须建立完善的设备管理制度和操作者岗位责任制度。
为确保演出的顺利进行，保证舞台的设备、设施及人员的安全，可制定如下管理规定。
一、入场前准备
1.舞台技术部向演出团体或使用单位提供剧场技术手册和舞台使用管理规定；演出团体所有人员应严格遵守舞台使用管理规定，演出团体的技术部门应仔细阅读剧场技术手册。
2.演出团体应与剧场签订消防安全协议书后，方可进场；当发生违反消防安全协议书的规定时，舞台技术部有权进行制止。
3.演出团体应向舞台技术部提供所有进场布景、道具和其他器材的包装形状、规格尺寸、重量等资料。
4.演出团体向舞台技术部提出演出所需的设备，包括演出当中所有动作的舞台机械设备情况、灯光、音响及其他所有要求使用的设备设施，并填写舞台设备需求
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xxxxxxxx 机械课程设计 表以及根据剧场技术手册向舞台技术部提出演出所需的台上布景位置图、起吊物体的重量，台下机械运行图、布景尺寸和重量；灯位布置图、灯具种类、电源容量等文字、图片资料。
5.演出团体应明确舞台协调及安全负责人，协调所有进场布景道具和其他器材的存放位置，对剧场设备设施可能构成损坏的，应采取防护措施。
二、人员管理
1.演出和装台人员进入舞台区域时，应佩戴工作证并且遵守相应的规章和条例；严格按照事先的装台时间、程序和进场人员数量工作。
2.除指定吸烟区外，严禁在剧场建筑物内吸烟，违者予以重罚。
3.严禁演职人员将饮料及食物带入舞台工作区域，保持现场卫生清洁。
4.未经舞台技术部项目负责人同意，演出团体人员不能进入天桥、栅顶、设备机房、设备基坑等区域。
5.禁止与演出无关人员进入舞台区域，一经发现立即清退。
6.演出中候场演员和换景人员应在指定区域等候，不得进入主舞台区域和舞台监督台附近。
三、安全消防消防安全
1.装台、演出期间，严禁在防火幕、防火卷帘门下、消防通道和消防设施前堆放布景、道具。
2.舞台工作区域严禁动用明火，若因特殊情况需动用明火，应报剧场安保部批准，并办理动火证，采取相应预防措施后，经舞台技术部同意方可实施。
3.演出中需采用烟火效果时，应报剧场安保部批准，采取相应预防措施后，经舞台技术部同意方可实施。
4.舞台上使用的布景、道具，应尽量使用非燃或难燃材料，易燃材料应做阻燃处理，耐火等级检测报告应报剧场安保部批准、备案。
5.舞台工作区域严禁使用油漆、稀料、自喷漆等易燃易爆溶剂，对修补布景使用的少量涂料，应采取消防和防护措施。
6.装台期间，舞台禁止使用电焊、电锯等电气设备或修补布景、道具，若确因特殊情况需使用，应报舞台技术部并经剧场安保部批准，在保证安全卫生的情况下
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xxxxxxxx 机械课程设计 在进景铁门外进行。
7.严禁在舞台工作区域各类电气箱、插座箱、控制台上放置物品。
8.舞台上禁止使用不符合电气安全规程的产品或不适宜在舞台使用的设备或线缆。
9.安装的灯具与布景、幕布之间要保持不少于50厘米的安全距离，特殊情况要减小间距时，在采取可靠的防火隔热防护措施并经舞台技术部项目负责人确认后方可实施。
10.禁止直接在舞台面上使用灯具及其他设备，如需在舞台面上使用灯具及其他设备，必须采取可靠的防火隔热防护措施。
11.舞台上接用临时用电，必须报请工程部核准，并持证电工造作并符合用电规范，不得超负荷使用舞台部分的电源箱，并随时包吃电源箱门的关闭。
设备使用安全
1.在使用升降台、车台、车载转台、筒型转台等台下机械设备时，演出单位要指定专人负责组织实施，并负责演职人员的安全，机械设备在运行过程中严禁设备上人员移动，并防止人员与机械、布景及其他物体发生刮碰；为确保安全，车台、车载转台运行中，基坑内严禁站人，升降台边缘应设置警戒线或警戒标志。
2.严禁在车台、升降台运行时使用烟雾、干冰等影响视线的特殊效果。
3.舞台布景吊装时，演出单位应指定专人负责配合舞台机械的运行。
4.用钢丝绳、麻绳、尼龙绳等悬吊布景、道具时，应安装国家规定的最大载荷要求和安全的系结方式。
5.悬吊的布景安装要牢固可靠，重量不得超过吊杆的额定载荷；相邻布景之间应保证足够的安全距离，硬景片和硬景片之间的最小间距不小于30cm，硬景片和穿管软景最小间距不小于40cm，纱幕和不穿软管景与其他布景间距不小于50cm；特殊情况下，应采取有效的安全措施，可减少间距10cm。
6.安装的灯具和连接导线要牢固可靠，所有吊装的灯具和效果器具都必须加装保险装置；吊装重量不得超过灯架或吊杆的额定载荷；临时灯光连接线的安装位置严禁与设备运行发生冲突。
7.严禁沿舞台纵深方向前后牵引和斜拉飞行器，飞行器使用应与其他设备保持不小于2米的安全距离，安全带等设备必须安全可靠并有专人看护。
16
xxxxxxxx 机械课程设计 8.高空作业人员必须加系保险带，并防止手中和衣袋中的物品落下伤人。
9.禁止直接在栅顶、天桥、马道上吊挂布景、道具，如因演出确实需要，须经舞台技术部同意，在保证安全的情况下方可进行；在栅顶、天桥、马道上作业时物品安放要安全，防止从高空下落物品对人员的伤害。
10.演出期间如演出单位因剧情需要，要求关闭工作蓝灯时，相关的安全工作演出单位自行负责。
四、舞台设施管理
演出部和舞台技术部与演出单位双方现场负责人对舞台工作区域和舞台相关的设施以及事先商定需要使用的设备进行共同检查，确定设备设施是否完好、正常、清洁，并进行书面确认。
1.演出单位进入舞台区域后，应保护好所有舞台设备和设施，禁止直接在舞台台面上拖拉会损伤台面的布景、道具及其他设备；防止在搬运、安装布景道具时碰撞、刮蹭舞台设备和设施。
2.舞台区域不得使用双面胶、封箱带、各种彩带、彩花喷管等物品，以免造成危险和舞台设施的污损。
3.禁止在舞台木地板上使用钉子、螺丝钉、铁丝等固定布景、道具及其他设备。
4.禁止在舞台边檐幕和假台口装饰面上用钉子、码钉枪、胶带等进行遮盖装饰。
5.舞台上的各种线缆要尽可能绕开人员通道，如无法绕开，则需采取足够的防护措施。
6.观众席内不许安装设备及布景，如特别需要，须在征得舞台技术部和场务部的同意后，在保证安全、卫生的情况下方可安装，不应影响观众正常观看演出。
7.如果需要调整边檐幕，一定要确保边檐幕的安全、卫生，如果确需将边檐幕摘下，要包好收藏，演出结束后恢复原状。
8.如演出需要使用水及干冰机、烟雾机、泡沫机等设备，应做好防渗漏措施，使用时有专人看管，以防止其倾翻、渗漏和外溢。
五、演出管理
1.演出单位的舞台监督应在彩排以前与剧场的舞台监督协商演出流程。
2.演出前的工作流程要遵守舞台技术部的工作流程，如因演出需要有特殊处理，必须与剧场舞台监督协商确认后，方可执行。
17
xxxxxxxx 机械课程设计 3.演出开始时间应该安装演出规定的时间严格执行，如因特殊情况需要推迟开演时间，双方舞台监督应协商后，协调剧场有关部门后方可执行。
4.如演出中使用大幕，观众进场前10分钟大幕必须关闭；如不使用大幕，观众进场前10分钟必须停止主舞台区域的工作。
5.舞台设备演出程序在开场前60分钟加以确认，不再改动。
6.演出过程中如出现意外情况，双方舞台监督应协商采取应急措施解决，如果确实无法解决，需要暂停或者取消演出，应在与有关部门协商后方可宣布执行。
7.拆台时，演出单位应安装舞台技术部协调人员的指挥进行工作。
8.拆台接触后，演出单位需将设备、设施恢复到进场时情况。
双方现场负责人共同依据进场时的确认文件对现场进行检查，并书面确认。
演出道具应严格安装规定组织装台、演出，如果因违规操作造成财产损失及人身伤害，剧场有权追究演出单位及负责人的责任，根据所造成后果的情况基于处罚。
吊杆的安全技术设计一、构造要求
1.主要承载结构的构造设计应力求简单，受力明确，传力直接，尽量降低应力集中的影响。
2.结构设计必须考虑到制造、检查、运输、安装和维护等的方便和可能性，露天工作的结构应避免积水。
3.主要承载结构件在不同连接处允许采用不同连接方式，但同一连接处不允许将不同的连接方式混合使用。
所有连接必须牢固。
4.对于需要在使用现场整段用螺栓拼接的大型承载构件，宜采用8．8级及以上的螺栓连接。
5.承载构件必须使用不燃性材料，并符合GB8624—1988建筑材料燃烧性能分级方法的要求。
6.其他结构件的构造应符合机械设计的一般要求。
二、材料选用
1.主要承载结构件宜采用符合GB/T700-1988碳素结构钢规定的Q235-A及Q235-B和符合GB/T1591-l994低合金结构钢规定的Q345等钢材，采用铝合金
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xxxxxxxx 机械课程设计 时宜采用符合GB/T4436-1995铝及铝合金管材外形尺寸及允许偏差规定的型材。
2.重要构件所用的钢管宜采用符合GB/T8162-l999结构用无缝钢管规定的2O及Q345无缝钢管，并符合GB/T17395-1998无缝钢管尺寸、重量的规定。
三、焊接连接
1.手工焊接采用的焊条应符合GB/T5117-1995碳钢焊条DGB/T51l8-l995低合金钢焊条的规定，选择的焊条型号应与主体金属力学性能相适应。
2.自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和相应的焊剂应与主体金属力学性能相适应。
3.焊接接头及坡口形式与尺寸应符合GB/T985-l988碳钢、低合金钢焊缝坡口的基本型式与尺寸的规定。
4.焊接工作必须考试合格的焊工担任。
持证焊工必须在其考试合格项目及其认可范围内施焊。
5.焊接件涂装前应进行表面除锈处理，其质量等级应符合JB/T5000．12-1998涂装通用技术条件的规定。
6.用常规型钢和冷弯薄壁型钢组焊的构件可不进行消除应力的处理。
四、紧固件
1.设备零、部件之间的连接、设备与基础、墙壁及其他土建构件的连接，应采用符合GB/T的紧固件。
2.设备零、部件之间的可拆卸连接，不应采用化学紧固法连接。
3.用于次要构件或工艺性连接的螺栓，一般采用级，用于主要受力构件或零件的连接，必须采用级及以上的性能等级。
4.采用高强度螺栓连接必须按设计技术要求处理结合面，并用专用工具紧固。
5.紧固件必须采取有效的防松措施，螺母拧紧后，螺栓头部应露出螺母端面2～3个螺距。
五、吊杆杆体
1.吊杆杆体一般采用圆管或矩形管以及组合桁架结构，主管壁厚不应小于mm，杆体应平直、无扭曲变形。
2.确定杆体结构时应注意，分配到的有效载荷导致的两个吊点之间的挠度应小于两吊点间距的1/200。
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xxxxxxxx 机械课程设计 3.杆体的接头应尽量少，接头处应采用芯轴与管子配合并焊接牢固。
4.使用伸缩管时，应有措施防止伸缩部分完全拔出，留在管内的长度不应少于伸出长度的1/3。
六、钢丝绳
1.钢丝绳宜选用符合GB/T8918-20XX重要用途钢丝绳规定的无油镀锌钢丝绳，钢丝绳必须有试验报告及产品检验合格证书。
2.钢丝绳的安全系数必须等于或大于10，其中单点吊机、载人飞行
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