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1、第四章 起重机主要机构类型选择与计算4.1 起升机构类型与计算 起升机构通常由原动机、减速器、卷筒、制动器、离合器、钢丝绳、滑轮组和吊钩等部件构成 按机构的传动方式，起升机构分为机械传动、电力传动和液压传动等形式 掌握电力传动和液压传动两种起升机构（1）电动起升机构（2）液压起升机构 液压起升机构主要应用于轮胎起重机和汽车起重机 液压起升机构有高速液压马达传动、低速大扭矩液压马达传动、起升油缸式三种 高速液压马达传动应用于中小型起重机起升机构 低速大扭矩液压马达转速低、输出扭矩大，可直接带动起升卷筒，起动与制动性能好，适用于大中型起重机 起升油缸式起升机构靠油缸的往复运动使货物升降，因油缸行程
2、和钢丝绳分支数的限制，只适用于起升高度低、起重量小的起重机上（3）起升机构计算 起升机构计算，指额定起重量、起升速度、工作类型等参数已知，选择与计算起升机构的专用零部件 选择电动机 首先计算静功率 Qe额定起重量（N）q 吊具自重（N），取q=(0.020.04)Q vq起升速度(m/s)机构总效率，取 =0.850.9)(1000)(kWvqQNqej 根据静功率Nj，由电动机产品目录中选取与机构工作类型JC%相适应的电动机功率，一般是选择电动机功率接近静功率而又偏小的电动机。选择减速器先确定卷筒转速 式中a滑轮组倍率；D卷筒直径（m）min)/(60rDavnqj 令i为起升机构传动比 则
3、 i=nd/nj 式中 nd 电动机转速(r/min)根据机构传动比i，静功率Nj，输入轴转速nd及工作类型，从减速器产品目录中选取减速器的型号与规格减速器选定后，应按工作状态最大载荷校核减速器输出轴最大径向力Pmax和最大扭矩Mmax Tmax卷筒上钢丝绳最大拉力（N）Gj卷筒重量（N）P减速器输出轴允许最大径向力 PTPjG2maxmax 电动机最大力矩倍数 i减速器传动比 减速器传动效率，取值0.9到0.95之间 Mde电动机额定力矩。当JC=25%时 Mde=9550Ne/n(Nm)其中，Ne电动机额定功率(kW)n电动机额定转速(r/min)所选用减速器的传动比应与机构要求的传动比相
4、接近，两者误差应保证起升速度的误差不超过15%MiMMjde)8.07.0(maxj电动机校核 1)起动时间计算 起动时间tq=12s，电动机起动能力适合起升机构在起动时，电动机所发出的平均力矩Mqp，除克服载荷重量所引起的静力矩Mj外，还必须克服载荷及机构的惯性阻力矩Mgz，即 Mqp Mj Mgz惯性阻力矩Mgz由两部分组成 Mgz MxzMzh 式中，Mxz克服传动机构加速度转动的惯性力矩 Mzh克服载荷重量直线运动的惯性力矩 满载起升时，作用于电动机轴上的静力矩Mj，)(2)(mNaiDqQMej起动时期，由传动机构转动质量引起的惯性力矩为满载起升时，由直线运动载荷质量引起的惯性力矩，
5、折算到电动机轴上为式中，)(375)(15.1211mNtnDGMqdxziDatvgqQzhqqeM121)/(60smaiDnvdq 式中，nd电动机转速(r/min)(G1D12)电动机转动零件的飞轮矩(Nm2)D卷筒卷绕直径(m)Qe，q起升载荷及吊具重量(N)a滑轮组倍率 tq机构推荐的起动时间(s)222)(375iaDqQtnMeqdzh qejqpdqtiaDqQDGMMnt222211)()(15.1)(375 前页算式也可写成 式中GD2起升机构电动机轴上的总飞轮矩(Nm2)(3752jqpdqMMnGDt2222112)(15.1iaDqQDGGDe 起升机构的起动时间通
6、常在一到两秒之间，当起重量大和起升速度高时，也可稍长起动时间过长，降低生产率起动时间过短，起动力矩增加，冲击大，会损坏起升机构零部件因此，用起动平均加速度进行校核对于吊运液态金属和加工车间的起重机j=0.10.2m/s2 对吊钩起重机j=0.50.8m/s2，对于抓斗起重机j=0.8m/s2)/(2smjjqqtv2)电动机发热计算 通常采用等效功率法 式中，NJC电动机在JC（工作类型）时的额定功率 Nj电动机静功率KJC工作类型系数，按下页表查出 系数，与tq/tw的比值有关，由下页图查出其中，tw机构在一个工作循环中的工作时间 tq机构的起动时间jJCJCNKN工作类型系数KJC值工作类
7、型轻级中级重级特重级K250.50.751.01.5K400.350.50.751.0选择制动器1）制动力矩计算 K制动安全系数 满载时制动轴上的静力矩jzMKMaiDqQMej2)(jM 根据制动力矩MZ和JC%值，由产品目录中选择与MZ相近的制动器。2）制动时间计算 制动时间tr计算，只需将起动时间tq计算式中的Mqp用MZ代替，并将分母上的传动效率 移到分子上，即可求得满载下降时的制动时间tr的计算式 式中，满载下降时制动轴转速，取1.1倍电动机转速(r/min)满载下降时制动轴静力矩(Nm)tr推荐的制动时间(s)，通常取trtq rejzdrtiaDqQDGMMnt222211)()
8、(15.1)(375dnjM3）制动距离计算式中，v升降速度(m/min)Lmax制动最大距离(m)根据制动最大距离，可得制动时间tr为对于起升机构，在满载全速下降时，制动距离不应大于起升速度的2%)(6021maxmtLrv)(602maxsvLtr选择联轴器应根据联轴器尺寸、承受力矩、转速等查阅有关手册选择，其强度应满足对于柱销联轴器，主要受强度控制，则对于齿轮联轴器，主要受磨损控制，则MdemaxMKMKMMdxmax前页算式中 第类载荷动力系数 K，K 相应于第、类载荷的安全系数 Mdx联轴器传递的等效力矩 作业 某起重机额定起重量12.5t，起升高度6m，起升速度0.18m/s，工作
9、类型中级，试对起升机构进行总体计算。有关起重机性能参数均通过起重机设计手册查取。4.2 运行机构类型与计算 起重机运行机构作用：作用：驱动机体沿轨道行使，借助其他机构完成水平、垂直运输货物的工作构成：构成：驱动装置和支承装置 具体包括电动机、减速器、制动器、车轮或台车等 桥架类型起重机还分为大车运行机构和小车运行机构（1）运行机构类型 大车运行机构 1）集中驱动 2）分别驱动 3）支承装置 受路基承载能力限制，单轮轮压不能超过允许值 枕木轨道，许用轮压为100120kN 混凝土和钢结构轨道，许用轮压为600kN 小车运行机构 小车运行机构可以分为双梁小车和单梁小车 双梁小车运行机构将立式减速器
10、布置在小车轴线上或偏向一侧。结构紧凑，传动性能良好，安装和维修方便。（2）运行机构计算 运行阻力 运行静阻力Wj包括摩擦阻力Wm、坡度阻力Wp和风阻力Wf 在起 动时期还会产生惯性阻力Wg 1）摩擦阻力车轮轴承间的摩擦阻力车轮轴承间的摩擦阻力 Q起升载荷（N）G起重机或小车重力（N）车轮轴承摩擦系数，滚珠与滚柱轴承为0.015圆锥滚柱轴承0.02滑动轴承0.080.10 d车轮轴直径（mm）2)(dGQMmz 将前页算式中的摩擦阻力矩转化到车轮上的运行阻力 D车轮直径（mm）)()(NDdGQWmz 车轮与轨道间的滚动摩擦阻力MgdNf（QG）f （Nm）将Mgd 转化为滚动阻力 Wgd2f（
11、QG）/D（N）f滚动摩擦系数（mm）N轨道对车轮的支反力（N）附加摩擦阻力用附加摩擦阻力系数来考虑因此，总的摩擦阻力车轮轴心上的摩擦阻力矩为DfdGQWWWgdmzm)2()()(2)2)(2fdGQDWMmm 将摩擦阻力矩转化到电动机轴上，电动机轴上摩擦静阻力矩为 i运行机构传动比 运行机构传动效率ifdGQMmj2)2)(2）坡度阻力因轨道倾角很小，所以，近似地sin）（GQWptan）（GQWp 3）风阻力 WfpAC（N）p工作状态时的计算风压(N/m2)内地100 沿海150 A吊运的货物和起重机的迎风面积(m2)C风载体形系数，桁架结构型式1.21.6，箱形结构梁1.31.9 4
12、）惯性阻力 （起重机在起动时，因加速度引起）tq为起动时间，起重机大车810秒，小车46秒qygtvgGQW)(选择电动机稳定运动时期，根据运行的静阻力和运行速度来选配运行机构的电动机，电动机静功率按下式计算m驱动电动机的数目 运行机构的传动效率，取值0.850.9 当机构运行速度不大时，可根据运行的静阻力和机构工作类型值初选电动机 当运行速度较大时，选择电动机的功率要比静功率大)(1000kWmvWNyjj 选择减速器 根据机构运行速度计算车轮转速 根据电动机转速和车轮转速，确定机构传动比 min)/(60rDvnyLLdnni 因运行机构起动时间长，惯性阻力相对较大，起动力矩较大，运行机构
13、减速器应按起动功率及最大起动力矩选择 电动机的最大过载系数Me电动机额定力矩(Nm)N减速器允许的输入功率(kW)M减速器输出轴许用扭矩(Nm)MniMMNNkWmvWWNjjeqqygjq)8.07.0()(1000)(max 校核电动机 1）起动力矩计算 电动机起动力矩包括满载、爬坡和迎风时的静力矩Mj、有传动机构转动质量所引起的惯性力矩Mxz和直线运动质量所引起的惯性力矩Mzh。将这些力矩转化到电动机轴上，有 mMqpMjmMxzMzh 其中，iDtvgGQMmNtnDGMmNiDWWWMqyzhqdxzfpmj12)(375)(15.1)(2)(211另有再令iDnvdy60)()()
14、(15.12222112mNiDGQDGmGD最后得式中，Q起升载荷(N)G起重机或小车重量(N)nd电动机转速(r/min)m电动机台数 G1D12电动机轴上转动零件的飞轮矩(Nm2)D车轮直径(m)GD2运行机构转化到电动机轴上的飞轮矩 运行机构的传动效率 Mqp电动机的平均起动矩(Nm)qdjqptnGDMmM3752 2）起动时间计算 起动时间tq应满足 大车运行机构不大于810秒 小车运行机构不大于46秒)()(3752sMmMnGDtjqpdq为避免冲击过大，用平均加速度来限制起动时间 平均加速度参考值)/(2smtvjqy运行机构j(m/s2)运行机构j(m/s2)通用桥式起重机
15、0.2安装起重机0.15吊运液态金属的起重机0.1装卸桥0.05 3）电动机超载计算 Mmax电动机的实际最大力矩（Nm）电动机的过载系数，查表获得 4）电动机发热计算计算方法与起升机构相同，计算阻力时应包括摩擦阻力、坡度阻力和风阻力maxjMM 选择制动器 1)制动力矩计算根据起重机满载、顺风和下坡（露天作业）时工况确定，在规定的时间内能及时制动住起重机。制动器通常安装在电动机轴上，制动力矩包括制动静力矩和惯性力矩MzMzjMzg分别驱动时，每个制动器的制动力矩为mMMzz前页算式中的制动静力矩和制动惯性力矩，与起升机构的计算方法相似。但因机构运行的静阻力有利于制动，Wm不计轮缘与轨道间附加
16、摩擦时的静摩擦阻力 机构传动效率，由于运行机构的静阻力有利于制动，所以效率移到分子上制动惯性力矩为iDWWWMmfpzj2)(rdrdzgtnDGmitnDGQM375)(15.1375)(21122 2)制动时间计算 制动时间应满足 大车运行机构不大于68秒 小车运行机构不大于34秒)(15.1)()()(3752112222DGmiDGQGDsMMnGDtzjzdr 打滑验算对于桥式起重机大车运行机构应验算空载小车位于一端时轮压最小的驱动轮（主动轮）1)起动时期打滑计算除克服传动机构回转质量的惯性力矩外，其余转化到主动轮轴上的驱动力矩为对于主动轮轴心取矩，则主动轮不打滑条件为iMMMxzqpLz)(minmin22zzDLzPDdfPMminmin22)(zzxzqpPDdfPDiMM令K为粘着安全系数，则 Pzmin主动车轮最小轮压(N)车轮与轨道间的粘着系数(室内0.2，室外0.12)K 粘着安全系数，取值1.11.2 Mxz 一套传动机构的旋转质量惯性矩)(15.1)()(221112min2minGDDGmMMMKPMMPKjmqpxzDdfzDixzqpz 2)制动时期打
