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畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
學(xué) 院
機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)
機(jī)械工程及自動(dòng)化
班級(jí)學(xué)號(hào)
學(xué) 生
指導(dǎo)教師
題 目
橋式起重機(jī)副起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
起重機(jī)械
0 引言
起重機(jī)械的基本任務(wù)是垂直升降重物，并可兼使重物作短距離的水平移動(dòng)，以滿足重物裝卸、轉(zhuǎn)載、安裝等作業(yè)的要求。起重機(jī)機(jī)械是現(xiàn)代化生產(chǎn)必不可少的重要機(jī)械設(shè)備，它對(duì)于減輕繁重的體力勞動(dòng)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化及改善人民的物質(zhì)、文化生活都具有重大的意義。
起重機(jī)械廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、港口碼頭、車(chē)站倉(cāng)庫(kù)、建筑工地、海洋開(kāi)發(fā)、宇宙航行等各個(gè)工業(yè)部門(mén)，可以說(shuō)陸地、海洋、空中、民用、軍用各個(gè)方面都有起重機(jī)械在進(jìn)行著有效的工作。
起重機(jī)械不僅可以作為輔助的生產(chǎn)設(shè)備，完成原料、半成品、產(chǎn)品的裝卸、搬運(yùn)，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的安裝、維修，而且它也是一些生產(chǎn)過(guò)程工藝操作中的必須設(shè)備，例如鋼鐵冶金生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，從爐料準(zhǔn)備、加料到煉好的鋼水澆鑄成錠以及脫模取錠等。又例如原子能工業(yè)中的一些工藝操作等人所難達(dá)到之處，沒(méi)有起重機(jī)械，簡(jiǎn)直無(wú)法生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)冶金、煤炭部門(mén)的機(jī)械設(shè)備總臺(tái)數(shù)或總重中，起重運(yùn)輸機(jī)械約占25％～65％。
起重機(jī)械與運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為合理組織成批大量生產(chǎn)和機(jī)械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。在我國(guó)四個(gè)現(xiàn)代化的發(fā)展和各個(gè)工業(yè)部門(mén)機(jī)械化水平、勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高中，起重機(jī)必將發(fā)揮更大的作用。
1 起重機(jī)械的發(fā)展動(dòng)向
1.1 發(fā)展超大型起重機(jī)
由于各重點(diǎn)工程向大型化發(fā)展，所需構(gòu)件和配套設(shè)備重量不斷增加，對(duì)超大型起重設(shè)備的需求日趨增長(zhǎng)。1992年200t以上伸縮臂式起重機(jī)的世界銷(xiāo)量為90臺(tái)，到1997年增至130臺(tái)。德國(guó)廠商在起重機(jī)大型化發(fā)展進(jìn)程中處于領(lǐng)先地位。世界市場(chǎng)中150t以上的大噸位起重機(jī)多數(shù)是由利勃海爾和德馬泰克公司提供的。利渤海爾LTM1800型是目前世界最大的AT產(chǎn)品，起重量800t，安裝超起裝置后型號(hào)變更為L(zhǎng)TM11000D型，最大起重量增至1000t。該機(jī)售價(jià)550萬(wàn)美元。1998年推出的LTM1500型(起重量500t)售價(jià)為540萬(wàn)德國(guó)馬克。上述三種機(jī)型在行駛狀態(tài)需拆下吊臂等裝置分別進(jìn)行運(yùn)輸。
德馬泰克公司1997年推出的AC650型安裝超起裝置后，最大起重量可從650t增至800t。該機(jī)售價(jià)500萬(wàn)德國(guó)馬克。AC650是目前世界上起重噸位最大的整裝式伸縮臂起重機(jī)，行駛狀態(tài)不需拆下吊臂分別運(yùn)輸。
住友建機(jī)、多田野和加藤公司曾于1989年相繼推出360t汽車(chē)起重機(jī)。住友建機(jī)在90年代開(kāi)發(fā)出80t～250t共4種AT產(chǎn)品。多田野也在90年代相繼推出100t～550t共6種特大型AT產(chǎn)品。加藤公司則研制成NK5000型500t汽車(chē)起重機(jī)。目前日本生產(chǎn)的特大型起重機(jī)僅在國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售。
1.2 “迷你”起重機(jī)大量涌現(xiàn)
起重機(jī)向微型化發(fā)展，是適應(yīng)現(xiàn)代建設(shè)要求而出現(xiàn)的新趨勢(shì)。10年前開(kāi)發(fā)的神鋼RK70(7t)是世界首臺(tái)裝有下俯式吊臂的“迷你”(Mini) RT產(chǎn)品。目前下俯式吊臂已成為“迷你”起重機(jī)的重要標(biāo)志。這種新概念設(shè)計(jì)已成功移植到德馬泰克AC25(25t)和加藤CR-250(25t)等較大噸位起重機(jī)上。
小松公司曾在90年代初、中期相繼推出了裝有下俯式吊臂的 LW80(8t)和LW100-1(10t)“迷你”RT產(chǎn)品。該公司還曾于1993年和1997年分別推出了另外兩種別具特色的LT300型(4.9t)和LT500型(12t)“迷你”RT。據(jù)資料介紹，LT300型與LT500型是世界首批裝有全自動(dòng)水平伸縮副臂的輪式起重機(jī)。它們將輪式起重機(jī)公路行駛能力與專用伸縮臂架技術(shù)融為一體，且具有塔機(jī)功能，可越過(guò)屋頂或其他障礙物靠近作業(yè)面，能替代小型自行架設(shè)塔機(jī)或大型折疊臂式隨車(chē)起重機(jī)。
1.3 伸縮臂結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)
利渤海爾LTM1090/2(90t)和LTM1160/2型(160t)AT產(chǎn)品，采用了裝有“Telematik”單缸自動(dòng)伸縮系統(tǒng)的卵圓形截面主臂。這種卵圓形截面主臂在減輕結(jié)構(gòu)重量和提高起重性能方面具有良好效果。目前卵圓形吊臂已列入利勃海爾新產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)部件，裝有世界最長(zhǎng)的7節(jié)84m卵圓形截面主臂的LTM1500型(500t)AT產(chǎn)品，也采用這種單缸伸縮系統(tǒng)。格魯夫開(kāi)發(fā)的單缸伸縮系統(tǒng)要早于利勃海爾公司，但格魯夫早期采用的單缸伸縮系統(tǒng)伸縮速度較慢。此外，德馬泰克大噸位起重機(jī)主臂也采用卵圓形截面。
格魯夫GMK6250(250t)和GMK5180(180t)兩種AT產(chǎn)品，采用了裝有雙銷(xiāo)雙鎖自動(dòng)伸縮系統(tǒng)的U形截面主臂，伸臂速度較快(平均9m/s左右)。伸縮系統(tǒng)由電子式起重機(jī)操作裝置控制，可將主臂自動(dòng)伸至各種選定臂長(zhǎng)。據(jù)報(bào)道，美國(guó)謝迪．格魯夫工廠將采用德國(guó)工廠的主臂制造技術(shù)，原有梯形主臂將被淘汰，原因是焊接工藝復(fù)雜，制造成本高。
1.4 數(shù)據(jù)總線技術(shù)得到應(yīng)用
利渤海爾LTM1030/2型(30t)是世界首臺(tái)裝有數(shù)據(jù)總線管理系統(tǒng)的高技術(shù)雙軸AT產(chǎn)品。該機(jī)采用CANBUS(控制域網(wǎng)總線)技術(shù)，完成發(fā)動(dòng)機(jī)－傳動(dòng)系統(tǒng)各功能塊之間的數(shù)字式數(shù)據(jù)傳輸和電子控制。CANBUS總線及電氣、液壓、繩長(zhǎng)和風(fēng)力等數(shù)據(jù)又被輸入到LSB控制裝置之中。LSB控制裝置是Liccon起重機(jī)控制系統(tǒng)的組成部分，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流及監(jiān)控特性進(jìn)行編程。采用數(shù)據(jù)總線管理系統(tǒng)，可降低起重機(jī)油耗及排放值，簡(jiǎn)化布線，提高整機(jī)可靠性與維修方便性。目前已有多種新機(jī)型裝有LSB系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線(包括LTM1500)。格魯夫GMK6250和GMK5180也采用了數(shù)據(jù)總線技術(shù)。
1.5 靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)
首臺(tái)靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)是原克虜伯公司1992年研制的雙軸KMK2035型(35t)AT產(chǎn)品。瑞士Compact Truck公司1993年推出的雙軸CT2(35t)AT產(chǎn)品是世界第一臺(tái)投放市場(chǎng)的靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)。意大利Rigo公司在1994年推出了RT200(20t)靜液壓傳動(dòng)RT起重機(jī)。隨后Compact Truck公司在1997年推出了兩種采用靜液壓傳動(dòng)的3軸CT3(70t/80t)全地面起重機(jī)。該機(jī)裝有8節(jié)7.1m～40.5m主臂，最大時(shí)速75km/h。 采用靜液壓傳動(dòng)，上車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)既可驅(qū)動(dòng)起重裝置，還可驅(qū)動(dòng)行走裝置。此外，可將發(fā)動(dòng)機(jī)橫向安裝在上車(chē)回轉(zhuǎn)式操縱室后部，起到整體式配重作用。據(jù)介紹，某些機(jī)型采用靜液壓傳動(dòng)后，可大約減重1/3。
1.6 混合型起重機(jī)得到發(fā)展
過(guò)去10年中日本RT產(chǎn)品居世界領(lǐng)先地位，許多產(chǎn)品裝有傳統(tǒng)型號(hào)不具備的適于公路行駛的驅(qū)動(dòng)裝置，因而可在日本公路合法行駛。這樣就促使用戶對(duì)歐美制造廠商也提出了新要求。據(jù)報(bào)道，1997年世界RT產(chǎn)品總銷(xiāo)量達(dá)5000臺(tái)，其中日本生產(chǎn)了2800臺(tái)，美國(guó)為1250臺(tái)。
起重機(jī)工業(yè)中出現(xiàn)了許多新概念設(shè)計(jì)。Compact Truck公司雙軸CT2型（35t）、三軸CT3型(70/80t)和2000年將推出的4軸/6軸CT4型(110t/150t)AT產(chǎn)品，打破了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式，采用靜液壓傳動(dòng)，裝有下俯式主臂，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。
德馬泰克雙軸AC250型(25t)、加藤雙軸CR－250型(25t)AT產(chǎn)品和格魯夫3軸 ATS40型(36.3t)全地面汽車(chē)起重機(jī)也屬于混合型起重機(jī)，前兩種機(jī)型又稱為城市型起重機(jī)。
1.7 汽車(chē)起重機(jī)也在不斷發(fā)展
為與RT和AT產(chǎn)品抗衡，汽車(chē)起重機(jī)新技術(shù)、新產(chǎn)品也在不斷發(fā)展。近年來(lái)汽車(chē)起重機(jī)在英、美等國(guó)市場(chǎng)的復(fù)興，使人們對(duì)汽車(chē)起重機(jī)產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)。幾年前某些工業(yè)界人士曾預(yù)測(cè)，RT和AT產(chǎn)品的興起將導(dǎo)致汽車(chē)起重機(jī)的衰退。日本汽車(chē)起重機(jī)在世界各地日益流行，以及最近格魯夫、特雷克斯、林克．貝爾特、德馬泰克等公司汽車(chē)起重機(jī)的產(chǎn)品進(jìn)展，已向上述觀念提出挑戰(zhàn)。隨著工程起重機(jī)各機(jī)種間技術(shù)的相互滲透與競(jìng)爭(zhēng)，汽車(chē)起重機(jī)會(huì)在世界市場(chǎng)中繼續(xù)占有一席之地。
3.8 隨車(chē)起重機(jī)產(chǎn)銷(xiāo)量不斷增長(zhǎng)
80年代末和90年代，國(guó)外隨車(chē)起重機(jī)發(fā)展極其迅速。世界年總產(chǎn)量已達(dá)10萬(wàn)臺(tái)左右。發(fā)展趨勢(shì)是向多功能、大型化發(fā)展，已開(kāi)發(fā)出裝有6～8節(jié)伸縮臂的產(chǎn)品。液壓系統(tǒng)油缸壓力已達(dá)30～33MPa，比10年前約提高50%，從而導(dǎo)致油缸尺寸的縮小，可在油泵規(guī)格不變或略有減小的情況下，提高油缸工作速度。遙控裝置也有可能獲得更廣泛的使用。隨車(chē)起重機(jī)將在今后一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)一步侵占小噸位流動(dòng)式起重機(jī)的部分市場(chǎng)。
2起重機(jī)的類型
2.1起重機(jī)的基本型式
起重機(jī)械的型式形形色色，五花八門(mén)。根據(jù)起重機(jī)械所配備的工作機(jī)構(gòu)數(shù)目的多少或服務(wù)范圍的不同，起重機(jī)械可分為以下兩大類別：
1． 單動(dòng)作的起重機(jī)械 這種起重機(jī)械只配備一個(gè)工作機(jī)構(gòu)（起升機(jī)構(gòu)），只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此其服務(wù)范圍是一條直線，如千斤頂、固定滑車(chē)、升降機(jī)、電梯等。
2． 復(fù)動(dòng)作的起重機(jī)械 這種起重機(jī)械配備有兩個(gè)以上的工作機(jī)構(gòu)，即除起升機(jī)構(gòu)外還配備有其它輔助機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)二個(gè)方向以上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此其服務(wù)范圍是一個(gè)平面或一個(gè)立體空間。
2.2復(fù)動(dòng)作的起重機(jī)械分類
（1）橋架型起重機(jī)
構(gòu)造特征：金屬構(gòu)架做成直線形式或門(mén)形橋架的形式，構(gòu)造較簡(jiǎn)單。
服務(wù)范圍：長(zhǎng)方體空間。
機(jī)構(gòu)數(shù)目：一般有起升、大車(chē)運(yùn)行和小車(chē)運(yùn)行三個(gè)工作機(jī)構(gòu)。
吊載能力：較大（一般在支撐平面內(nèi)吊載，穩(wěn)定性好）
典型機(jī)種：橋式起重機(jī)、門(mén)式起重機(jī)、纜索起重機(jī)等。
橋式起重機(jī)水 橋架型起重機(jī)中最主要的型式，在數(shù)量上占起重機(jī)總數(shù)的首位，使用范圍極為廣泛，一般用在車(chē)間內(nèi)為生產(chǎn)工藝過(guò)程服務(wù)。
門(mén)式起重機(jī)是橋架型起重機(jī)中另一主要型式，與橋式起重機(jī)相比，它們的主要特征是在橋架的一端或兩端設(shè)有支腿，可直接支承在地基上或沿地面軌道運(yùn)行，一般用在碼頭、堆場(chǎng)、造船臺(tái)等露天作業(yè)場(chǎng)地上，為貨物裝卸。堆垛。船體拼接等生產(chǎn)工藝過(guò)程服務(wù)。當(dāng)門(mén)式起重機(jī)的小車(chē)運(yùn)行速度大，運(yùn)行距離長(zhǎng)，生產(chǎn)率高，主要吊運(yùn)散料時(shí)，常改稱為裝卸橋。
當(dāng)橋架型起重機(jī)的跨度特別大時(shí)，為了減輕橋架和整機(jī)的自身質(zhì)量，常常改用纜索來(lái)代替橋架，供起重小車(chē)支承和運(yùn)行之用，這類起重機(jī)成為纜索起重機(jī)，常用在水電站大壩施工等現(xiàn)場(chǎng)上，為工件吊運(yùn)?；炷翝仓壬a(chǎn)工藝過(guò)程服務(wù)。
2-1門(mén)式起重機(jī)
（2）臂架型起重機(jī)
構(gòu)造特征：有固定的或可擺動(dòng)的臂架，上部結(jié)構(gòu)相對(duì)下部結(jié)構(gòu)能夠回轉(zhuǎn)，構(gòu)造較復(fù)雜。
服務(wù)范圍：圓形或腰圓形的柱體空間。
機(jī)構(gòu)數(shù)目：一般有起升、回轉(zhuǎn)、變幅和運(yùn)行四個(gè)工作機(jī)構(gòu)、
吊載能力：較?。ㄖС衅矫嫱獾踺d，受限于起重機(jī)的整體穩(wěn)定性）
典型機(jī)種：門(mén)座起重機(jī)、塔式起重機(jī)、汽車(chē)起重機(jī)等。
2-2履帶式起重機(jī)
3.0 起升機(jī)構(gòu)
3.1 概述
在起重機(jī)械中，用來(lái)使貨物提升或下降的機(jī)構(gòu)成為起升機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)最基本的機(jī)構(gòu)。
起升機(jī)構(gòu)通常包括：取物裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、制動(dòng)裝置、減速裝置、驅(qū)動(dòng)裝置以及安全裝置等部分，其中不少零件采用標(biāo)準(zhǔn)零件。
典型的起升機(jī)構(gòu)構(gòu)造是：電動(dòng)機(jī)通過(guò)連軸器同傳動(dòng)效率較高的漸開(kāi)線圓柱齒輪減速器相連接，減速器的輸出軸上裝有卷筒，它通過(guò)鋼絲繩和滑輪組與吊鉤相聯(lián)。機(jī)構(gòu)工作時(shí)，卷筒將鋼絲繩卷進(jìn)或放出，從而通過(guò)滑輪組系統(tǒng)使懸掛在吊鉤上的物品起升或下降。機(jī)構(gòu)停止工作時(shí)，懸起的物品依靠制動(dòng)器剎住。吊鉤的起升和下降通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換向開(kāi)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
此外，起升機(jī)構(gòu)還包括有操縱設(shè)備、支承臺(tái)架等。
通常，起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)給定的工作參數(shù)主要有：起重量Q、起升高度H、起升速度v和機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別（工作類型、JC%）等。
起重量超過(guò)10t時(shí)，常設(shè)有兩個(gè)起升機(jī)構(gòu)：主起升機(jī)構(gòu)與副起升機(jī)構(gòu)。這兩個(gè)機(jī)構(gòu)可以分別工作，也可協(xié)同工作。副鉤起重量一般取為主鉤起重量的20％～30％。
橋式和門(mén)式起重機(jī)的起重量常取為12.5/3、16/3, 20/5, 32/8, 50/12.5, 80/20, 100/32, 125/32等。
起升機(jī)構(gòu)的最大起升速度可由起升高度H及最大加速度 αmax=1~1.2/s2來(lái)確定：vmax=(Hαmax)1/2 通常取v＝1～100m/min。
下降速度v降＝（1～1.5）v，對(duì)于大起升高度的起重機(jī)，下降速度還可以取得高些。
3.2 起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置的典型布置方案
起升機(jī)構(gòu)中大多數(shù)情況均采用閉式減速器傳動(dòng)，并且以漸開(kāi)線圓柱齒輪傳動(dòng)為主。一些新穎的齒輪傳動(dòng)如圓弧齒輪、擺線行星齒輪傳動(dòng)、漸開(kāi)線少齒差行星齒輪傳動(dòng)和諧波傳動(dòng)正被逐漸引用到起重機(jī)械上來(lái)。
起升機(jī)構(gòu)的典型布置方案通常分為兩大類：平行線布置和同軸線布置。
一、平行軸線布置
電動(dòng)機(jī)軸與卷筒軸平行布置的方式應(yīng)用最廣泛。在高速軸上，電動(dòng)機(jī)同減速器通過(guò)彈性柱銷(xiāo)連軸器或齒輪連軸器相聯(lián)接。帶制動(dòng)輪的連軸器常用半齒連軸器，出于安全的原因，其制動(dòng)輪必須裝在與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)剛性連接的軸上。
制動(dòng)器一般都裝在高速軸上，高速軸上，高速軸轉(zhuǎn)矩小，制動(dòng)器的尺寸可以小一些。目前也有將盤(pán)式制動(dòng)器裝在電動(dòng)機(jī)尾部殼體內(nèi)的，制成一個(gè)組合部件（帶制動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)），從而使機(jī)構(gòu)外形緊湊、美觀，組裝方便。根據(jù)起重機(jī)械安全規(guī)程的要求，起升機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器應(yīng)是長(zhǎng)臂式的。
在機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)中，連軸器是其中一個(gè)重要的部件。要求它體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、并且最好有彈性，有調(diào)位補(bǔ)償性能。它對(duì)機(jī)構(gòu)的尺寸。傳動(dòng)性能和維修裝拆工藝性能都有一定的影響。
二、同軸線布置
在同軸線布置的起升機(jī)構(gòu)中，電動(dòng)機(jī)、減速器和卷筒成直線排列，電動(dòng)機(jī)和卷筒分別布置在同軸線減速器的兩端，或者把減速器布置在卷筒內(nèi)部。為使機(jī)構(gòu)緊湊和提高組裝性能，可采用附裝有制動(dòng)器的凸緣型電動(dòng)機(jī)。同軸線布置的起升機(jī)構(gòu)橫向尺寸較緊湊，但加工精度和安裝 要求較高，維修稍為不便。
三、調(diào)速裝置的變速方案
常用的變速方法分電氣調(diào)速和機(jī)械調(diào)速兩大類。電氣調(diào)速是目前應(yīng)用最廣泛的調(diào)速方式，它又分為交流調(diào)速和直流調(diào)速兩種。交流調(diào)速主要有變頻、變極和變轉(zhuǎn)差率三種方式。其中有低頻電源調(diào)速，直流能耗制動(dòng)低速下降，變極鼠籠型電機(jī)調(diào)速，可控硅串級(jí)調(diào)速，滑差調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速，改變轉(zhuǎn)子外串電阻，定子調(diào)壓，推桿制動(dòng)器調(diào)速和渦流制動(dòng)器調(diào)速等。直流調(diào)速主要分固定電壓通電和可控硅電壓供電調(diào)調(diào)速兩種。其中有改變外串電阻和接法的直流串激電動(dòng)機(jī)，直流發(fā)電機(jī)－電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，可控硅供電－直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)等。
3.3 卷繞裝置
在起重機(jī)械的起升機(jī)構(gòu)中，卷繞裝置具有重要的作用。卷繞裝置由繞性元件、導(dǎo)向和儲(chǔ)存元件組成。卷筒與物品之間通過(guò)繞性件構(gòu)成聯(lián)系，繞性件依次通過(guò)各卷繞元件，形成卷繞系統(tǒng)。它把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，并且還改變方向和速度。所以卷繞系統(tǒng)實(shí)際上是傳動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它參與著運(yùn)動(dòng)型式的轉(zhuǎn)換和能量的傳遞。
一、鋼絲繩
繞性件常被用作卷繞傳動(dòng)的牽引構(gòu)件，它們應(yīng)具有良好的彎繞特性，易于卷繞和儲(chǔ)存。升起機(jī)構(gòu)主要采用鋼絲繩和鏈條作為提升、牽引物品的繞性件。
在起重機(jī)械中，鋼絲繩是應(yīng)用最廣的牽引構(gòu)件。鋼絲繩的使用性能是：具有良好的各方向相同的繞性，使用可靠，無(wú)突然斷裂的現(xiàn)象，運(yùn)度速度不受限制，平穩(wěn)無(wú)噪音，耐沖擊。
鋼絲繩使用鋼絲編制而成的，先由鋼絲編成繩股，而后再用繩股編繞成繩索。
編鋼絲繩的鋼絲在制造時(shí)，經(jīng)過(guò)冷拉、熱處理和化學(xué)處理等工藝過(guò)程后，鋼絲強(qiáng)度極限可提高至σb=1800~2200N/mm2.
在起重機(jī)械中，雙繞繩應(yīng)用最廣。它由兩次旋繞制成，即由鋼絲圍著股芯繞成繩股，然后繩股圍著繩芯再一次旋繞支承鋼絲繩。
繩芯有纖維織物芯、石棉芯和金屬芯等。纖維織物芯使鋼絲繩具有較好的繞性，繩芯可以在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)油，受載荷時(shí)擠出油脂潤(rùn)滑鋼絲。一般都采用麻芯。當(dāng)卷筒作多層卷繞時(shí)，宜用金屬繩芯的鋼繩，因?yàn)樗哂休^好的承受橫向擠壓的承載能力。石棉芯一般用在高溫場(chǎng)合。
二、滑輪與滑輪組
滑輪供鋼絲繩導(dǎo)向和平衡鋼絲繩各分支拉力用?；喅叽绮淮髸r(shí)可做成實(shí)體的或鍛造的輪子。鑄造滑輪有鑄鐵和鑄鋼兩種。鑄鐵滑輪加工工藝性好，價(jià)格便宜，對(duì)鋼絲繩壽命有利，但強(qiáng)度低易脆斷，多用在輕級(jí)和中級(jí)工作類型的起重機(jī)上。鑄鋼滑輪強(qiáng)度和沖擊韌性都較高，但工藝性稍差，表面堅(jiān)硬容易使鋼絲繩磨損。用在載重和不經(jīng)常換修的地方，重級(jí)和特級(jí)工作類型的起重機(jī)上經(jīng)常使用鑄鋼滑輪。當(dāng)尺寸較大的采用輪緣。帶肋板的輪輻和輪轂焊接而成的焊接滑輪，這種滑輪重量較輕。鑄造滑輪適用用與成批生產(chǎn)；焊接滑輪適用于單件生產(chǎn)。今年來(lái)還出現(xiàn)無(wú)切削加工壓制成型的滑輪，生產(chǎn)效率極高。
鋼絲繩卷繞系統(tǒng)中，由繞有鋼絲繩的定滑輪與動(dòng)滑輪組成的系統(tǒng)稱為滑輪組。在起升機(jī)構(gòu)中，滑輪組主要用來(lái)減輕鋼絲繩拉力或者減速，少速場(chǎng)合用于增速。
3.4 取物裝置
起重機(jī)的取物裝置使起升機(jī)構(gòu)的重要部件之一。它對(duì)安全生產(chǎn)和提高生產(chǎn)效率具有重要意義。由于起升極裝卸物品的對(duì)象種類繁多，有成件的、散粒的和液態(tài)的等等，他們的物理性能和幾何形狀各具特點(diǎn)。為了適應(yīng)各類物品的裝卸工作，常用的取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、扎具、夾鉗、電磁盤(pán)、真空吸盤(pán)、料斗、盛桶和承重梁等，此外還有集裝箱專用吊具和其它專用工具。
3.5起升機(jī)構(gòu)的計(jì)算
起升機(jī)構(gòu)的計(jì)算使在給定肋設(shè)計(jì)參數(shù)，并將布置方案確定后進(jìn)行的，通過(guò)計(jì)算選用機(jī)構(gòu)中所需要的標(biāo)準(zhǔn)部件，對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)零部件還需作進(jìn)一步的強(qiáng)度和剛度等計(jì)算。
起升機(jī)構(gòu)的載荷特點(diǎn)：
（1） 物品起升或下降時(shí)，在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上由鋼絲繩拉力產(chǎn)生的扭矩方向不變，即轉(zhuǎn)矩是單向作用的。
（2） 物品懸掛系統(tǒng)由撓性鋼絲繩組成，物品慣性引起的附加轉(zhuǎn)矩對(duì)機(jī)構(gòu)影響不大，一般不超過(guò)靜轉(zhuǎn)矩的10％，使用抓斗時(shí)則需要另行考慮。
（3） 機(jī)構(gòu)起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間同穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)相比時(shí)短暫的。因此，可將穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)的起升載荷作為機(jī)構(gòu)的計(jì)算載荷。
起升機(jī)構(gòu)計(jì)算步驟如下：
1． 鋼絲繩計(jì)算
2． 卷筒基本尺寸及轉(zhuǎn)速
3． 電機(jī)選擇
4． 減速器選擇
5． 制動(dòng)器選擇
6． 連軸器
7． 起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間的驗(yàn)算
8． 電動(dòng)機(jī)驗(yàn)算
9． 起升機(jī)構(gòu)主要零部件計(jì)算載荷的確定
本次設(shè)計(jì)任務(wù)介紹：
設(shè)計(jì)重機(jī)為250/50/10t+250/50/10t-20.0M水電站橋式起重機(jī)，安裝于豐滿水電站擴(kuò)建工程廠房?jī)?nèi)，用于水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備的安裝和檢修工作。針對(duì)客戶需求開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)相應(yīng)的起重機(jī)的大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，要求運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法從方案論證到具體設(shè)計(jì)計(jì)算，以及最后的生產(chǎn)加工，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)在整體設(shè)計(jì)中的作用，并提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)周期，提高工作效率。
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橋式起重機(jī)副起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
目 錄
摘要……………………………………………………………………… 1
ABSTRACT………………………………………………………………… 2
0 引言…………………………………………………………………… 3
1 起重機(jī)介紹…………………………………………………………… 4
1．1起重機(jī)械的發(fā)展動(dòng)向……………………………………………… 4
1．1．1 發(fā)展超大型起重機(jī)…………………………………………… 4
1．1．2 “迷你”起重機(jī)大量涌現(xiàn)…………………………………… 5
1．1．3 伸縮臂結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)………………………………………… 5
1．1．4 數(shù)據(jù)總線技術(shù)得到應(yīng)用……………………………………… 6
1．1．5 靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)………………………………… 6
1．1．6 混合型起重機(jī)得到發(fā)展……………………………………… 7
1．1．7汽車(chē)起重機(jī)也在不斷發(fā)展…………………………………… 7
1．2 起重機(jī)的類型……………………………………………………… 8
1．2．1 起重機(jī)的基本型式…………………………………………… 8
1．2．2 復(fù)動(dòng)作的起重機(jī)械分類……………………………………… 8
2橋式起重機(jī)概述……………………………………………………… 11
2．1 橋式起重機(jī)的分類……………………………………………… 11
2．2 小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)…………………………………………………… 11
2．3 橋架……………………………………………………………… 12
2．4橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)…………………………………………… 13
2．4．1起升機(jī)構(gòu)的組成…………………………………………… 13
2．4．2起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖……………………………………… 14
3 副起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………… 18
3．1 起升機(jī)構(gòu)的典型形式………………………………………… 19
3．1．1 起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置的布置方式 ………………………… 19
3．1．2 起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩卷繞系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………… 23
3．1．3 滑輪組設(shè)計(jì)………………………………………………… 25
3．2 副起升機(jī)構(gòu)的計(jì)算…………………………………………… 28
3．2．1 鋼絲繩與卷筒的選擇……………………………………… 28
3．2．2 選擇電動(dòng)機(jī)………………………………………………… 32
3．2．3 設(shè)計(jì)減速器………………………………………………… 36
3．2．4 選擇制動(dòng)器………………………………………………… 37
3．2．3 選擇聯(lián)軸器………………………………………………… 39
3．3 副起升機(jī)構(gòu)零部件設(shè)計(jì)……………………………………… 42
3．3．1 鋼絲繩……………………………………………………… 42
3．3．2 卷筒的計(jì)算………………………………………………… 48
4 結(jié)論………………………………………………………………… 49
5 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………… 51
6 譯文………………………………………………………………… 52
7 原文說(shuō)明…………………………………………………………… 68
摘 要
起重機(jī)械廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、港口碼頭、車(chē)站倉(cāng)庫(kù)、建筑工地、海洋開(kāi)發(fā)、宇宙航行等各個(gè)工業(yè)部門(mén)，可以說(shuō)陸地、海洋、空中、民用、軍用各個(gè)方面都有起重機(jī)械在進(jìn)行著有效的工作。
起重機(jī)械與運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為合理組織成批大量生產(chǎn)和機(jī)械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。在我國(guó)四個(gè)現(xiàn)代化的發(fā)展和各個(gè)工業(yè)部門(mén)機(jī)械化水平、勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高中，起重機(jī)必將發(fā)揮更大的作用。
本起重機(jī)為250/50/10t水電站橋式起重機(jī)，安裝于豐滿水電站擴(kuò)建工程廠房?jī)?nèi)，用于水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備的安裝和檢修工作。本課題主要對(duì)起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，主、副起升機(jī)構(gòu)分別有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)減速器，一臺(tái)輪式制動(dòng)器，一套卷筒裝置和上滑輪裝置構(gòu)成。要求起重設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn), 定位準(zhǔn)確, 安全可靠, 技術(shù)性能先進(jìn)。
關(guān)鍵詞：起重機(jī)，橋式起重機(jī)，起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
The Design of the Hoisting Mechanism of Bridge Crane
Abstract
The crane is wildly used in industrial and mining enterprises, port ,station warehouse,building site,sea development, space navigation and so on.,it is certain that the crane do a efficient job in the aspects of the land.the sea,the sky,,the civil use, and the military use.
With development,the crane and transport machines have become the base of the reasonable parts in mass product and mechanical line procdcut areas and now it is one of the important symbols of modern manufacture..The crane will play an important part in development of the four modernizations and promot on mechanical level,produce effieincy in every industry departments.
This carne is a kind of 250/50/10t bridge carnes for hydropower station, builded in the workshop of Fengman hydropower station for the extend project. It is used to install, examine and repair of sets of water-turbine generator. This paper focuses on design of hoisting mechanism of the carne, including the main and assistant hoisting mechanism with electromotors, reducers, brake staffs, drum devices and pulley gears. The carne is required to be stables, high accuracy, safety, reliability and advanced technology.
Key words: carne, Bridge Crane, design of the hoisting mechanism
橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
0 引言
起重機(jī)械的基本任務(wù)是垂直升降重物，并可兼使重物作短距離的水平移動(dòng)，以滿足重物裝卸、轉(zhuǎn)載、安裝等作業(yè)的要求。起重機(jī)機(jī)械是現(xiàn)代化生產(chǎn)必不可少的重要機(jī)械設(shè)備，它對(duì)于減輕繁重的體力勞動(dòng)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化及改善人民的物質(zhì)、文化生活都具有重大的意義。
起重機(jī)械廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、港口碼頭、車(chē)站倉(cāng)庫(kù)、建筑工地、海洋開(kāi)發(fā)、宇宙航行等各個(gè)工業(yè)部門(mén)，可以說(shuō)陸地、海洋、空中、民用、軍用各個(gè)方面都有起重機(jī)械在進(jìn)行著有效的工作。
起重機(jī)械不僅可以作為輔助的生產(chǎn)設(shè)備，完成原料、半成品、產(chǎn)品的裝卸、搬運(yùn)，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的安裝、維修，而且它也是一些生產(chǎn)過(guò)程工藝操作中的必須設(shè)備，例如鋼鐵冶金生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，從爐料準(zhǔn)備、加料到煉好的鋼水澆鑄成錠以及脫模取錠等。又例如原子能工業(yè)中的一些工藝操作等人所難達(dá)到之處，沒(méi)有起重機(jī)械，簡(jiǎn)直無(wú)法生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)冶金、煤炭部門(mén)的機(jī)械設(shè)備總臺(tái)數(shù)或總重中，起重運(yùn)輸機(jī)械約占25％～65％。
起重機(jī)械與運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為合理組織成批大量生產(chǎn)和機(jī)械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。在我國(guó)四個(gè)現(xiàn)代化的發(fā)展和各個(gè)工業(yè)部門(mén)機(jī)械化水平、勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高中，起重機(jī)必將發(fā)揮更大的作用。
1起重機(jī)介紹
1.1起重機(jī)械的發(fā)展動(dòng)向
1.1.1 發(fā)展超大型起重機(jī)
由于各重點(diǎn)工程向大型化發(fā)展，所需構(gòu)件和配套設(shè)備重量不斷增加，對(duì)超大型起重設(shè)備的需求日趨增長(zhǎng)。1992年200t以上伸縮臂式起重機(jī)的世界銷(xiāo)量為90臺(tái)，到1997年增至130臺(tái)。德國(guó)廠商在起重機(jī)大型化發(fā)展進(jìn)程中處于領(lǐng)先地位。世界市場(chǎng)中150t以上的大噸位起重機(jī)多數(shù)是由利勃海爾和德馬泰克公司提供的。利渤海爾LTM1800型是目前世界最大的AT產(chǎn)品，起重量800t，安裝超起裝置后型號(hào)變更為L(zhǎng)TM11000D型，最大起重量增至1000t。該機(jī)售價(jià)550萬(wàn)美元。1998年推出的LTM1500型(起重量500t)售價(jià)為540萬(wàn)德國(guó)馬克。上述三種機(jī)型在行駛狀態(tài)需拆下吊臂等裝置分別進(jìn)行運(yùn)輸。
德馬泰克公司1997年推出的AC650型安裝超起裝置后，最大起重量可從650t增至800t。該機(jī)售價(jià)500萬(wàn)德國(guó)馬克。AC650是目前世界上起重噸位最大的整裝式伸縮臂起重機(jī)，行駛狀態(tài)不需拆下吊臂分別運(yùn)輸。
住友建機(jī)、多田野和加藤公司曾于1989年相繼推出360t汽車(chē)起重機(jī)。住友建機(jī)在90年代開(kāi)發(fā)出80t～250t共4種AT產(chǎn)品。多田野也在90年代相繼推出100t～550t共6種特大型AT產(chǎn)品。加藤公司則研制成NK5000型500t汽車(chē)起重機(jī)。目前日本生產(chǎn)的特大型起重機(jī)僅在國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售。
1.1.2 “迷你”起重機(jī)大量涌現(xiàn)
起重機(jī)向微型化發(fā)展，是適應(yīng)現(xiàn)代建設(shè)要求而出現(xiàn)的新趨勢(shì)。10年前開(kāi)發(fā)的神鋼RK70(7t)是世界首臺(tái)裝有下俯式吊臂的“迷你”(Mini) RT產(chǎn)品。目前下俯式吊臂已成為“迷你”起重機(jī)的重要標(biāo)志。這種新概念設(shè)計(jì)已成功移植到德馬泰克AC25(25t)和加藤CR-250(25t)等較大噸位起重機(jī)上。
小松公司曾在90年代初、中期相繼推出了裝有下俯式吊臂的 LW80(8t)和LW100-1(10t)“迷你”RT產(chǎn)品。該公司還曾于1993年和1997年分別推出了另外兩種別具特色的LT300型(4.9t)和LT500型(12t)“迷你”RT。據(jù)資料介紹，LT300型與LT500型是世界首批裝有全自動(dòng)水平伸縮副臂的輪式起重機(jī)。它們將輪式起重機(jī)公路行駛能力與專用伸縮臂架技術(shù)融為一體，且具有塔機(jī)功能，可越過(guò)屋頂或其他障礙物靠近作業(yè)面，能替代小型自行架設(shè)塔機(jī)或大型折疊臂式隨車(chē)起重機(jī)。
1.1.3 伸縮臂結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)
利渤海爾LTM1090/2(90t)和LTM1160/2型(160t)AT產(chǎn)品，采用了裝有“Telematik”單缸自動(dòng)伸縮系統(tǒng)的卵圓形截面主臂。這種卵圓形截面主臂在減輕結(jié)構(gòu)重量和提高起重性能方面具有良好效果。目前卵圓形吊臂已列入利勃海爾新產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)部件，裝有世界最長(zhǎng)的7節(jié)84m卵圓形截面主臂的LTM1500型(500t)AT產(chǎn)品，也采用這種單缸伸縮系統(tǒng)。格魯夫開(kāi)發(fā)的單缸伸縮系統(tǒng)要早于利勃海爾公司，但格魯夫早期采用的單缸伸縮系統(tǒng)伸縮速度較慢。此外，德馬泰克大噸位起重機(jī)主臂也采用卵圓形截面。
格魯夫GMK6250(250t)和GMK5180(180t)兩種AT產(chǎn)品，采用了裝有雙銷(xiāo)雙鎖自動(dòng)伸縮系統(tǒng)的U形截面主臂，伸臂速度較快(平均9m/s左右)。伸縮系統(tǒng)由電子式起重機(jī)操作裝置控制，可將主臂自動(dòng)伸至各種選定臂長(zhǎng)。據(jù)報(bào)道，美國(guó)謝迪．格魯夫工廠將采用德國(guó)工廠的主臂制造技術(shù)，原有梯形主臂將被淘汰，原因是焊接工藝復(fù)雜，制造成本高。
1.1.4 數(shù)據(jù)總線技術(shù)得到應(yīng)用
利渤海爾LTM1030/2型(30t)是世界首臺(tái)裝有數(shù)據(jù)總線管理系統(tǒng)的高技術(shù)雙軸AT產(chǎn)品。該機(jī)采用CANBUS(控制域網(wǎng)總線)技術(shù)，完成發(fā)動(dòng)機(jī)－傳動(dòng)系統(tǒng)各功能塊之間的數(shù)字式數(shù)據(jù)傳輸和電子控制。CANBUS總線及電氣、液壓、繩長(zhǎng)和風(fēng)力等數(shù)據(jù)又被輸入到LSB控制裝置之中。LSB控制裝置是Liccon起重機(jī)控制系統(tǒng)的組成部分，可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流及監(jiān)控特性進(jìn)行編程。采用數(shù)據(jù)總線管理系統(tǒng)，可降低起重機(jī)油耗及排放值，簡(jiǎn)化布線，提高整機(jī)可靠性與維修方便性。目前已有多種新機(jī)型裝有LSB系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線(包括LTM1500)。格魯夫GMK6250和GMK5180也采用了數(shù)據(jù)總線技術(shù)。
1.1.5 靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)
首臺(tái)靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)是原克虜伯公司1992年研制的雙軸KMK2035型(35t)AT產(chǎn)品。瑞士Compact Truck公司1993年推出的雙軸CT2(35t)AT產(chǎn)品是世界第一臺(tái)投放市場(chǎng)的靜液壓傳動(dòng)起重機(jī)。意大利Rigo公司在1994年推出了RT200(20t)靜液壓傳動(dòng)RT起重機(jī)。隨后Compact Truck公司在1997年推出了兩種采用靜液壓傳動(dòng)的3軸CT3(70t/80t)全地面起重機(jī)。該機(jī)裝有8節(jié)7.1m～40.5m主臂，最大時(shí)速75km/h。 采用靜液壓傳動(dòng)，上車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)既可驅(qū)動(dòng)起重裝置，還可驅(qū)動(dòng)行走裝置。此外，可將發(fā)動(dòng)機(jī)橫向安裝在上車(chē)回轉(zhuǎn)式操縱室后部，起到整體式配重作用。據(jù)介紹，某些機(jī)型采用靜液壓傳動(dòng)后，可大約減重1/3。
1.1.6 混合型起重機(jī)得到發(fā)展
過(guò)去10年中日本RT產(chǎn)品居世界領(lǐng)先地位，許多產(chǎn)品裝有傳統(tǒng)型號(hào)不具備的適于公路行駛的驅(qū)動(dòng)裝置，因而可在日本公路合法行駛。這樣就促使用戶對(duì)歐美制造廠商也提出了新要求。據(jù)報(bào)道，1997年世界RT產(chǎn)品總銷(xiāo)量達(dá)5000臺(tái)，其中日本生產(chǎn)了2800臺(tái)，美國(guó)為1250臺(tái)。
起重機(jī)工業(yè)中出現(xiàn)了許多新概念設(shè)計(jì)。Compact Truck公司雙軸CT2型（35t）、三軸CT3型(70/80t)和2000年將推出的4軸/6軸CT4型(110t/150t)AT產(chǎn)品，打破了傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)模式，采用靜液壓傳動(dòng)，裝有下俯式主臂，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊。
德馬泰克雙軸AC250型(25t)、加藤雙軸CR－250型(25t)AT產(chǎn)品和格魯夫3軸 ATS40型(36.3t)全地面汽車(chē)起重機(jī)也屬于混合型起重機(jī)，前兩種機(jī)型又稱為城市型起重機(jī)。
1.1.7 汽車(chē)起重機(jī)也在不斷發(fā)展
為與RT和AT產(chǎn)品抗衡，汽車(chē)起重機(jī)新技術(shù)、新產(chǎn)品也在不斷發(fā)展。近年來(lái)汽車(chē)起重機(jī)在英、美等國(guó)市場(chǎng)的復(fù)興，使人們對(duì)汽車(chē)起重機(jī)產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)。幾年前某些工業(yè)界人士曾預(yù)測(cè)，RT和AT產(chǎn)品的興起將導(dǎo)致汽車(chē)起重機(jī)的衰退。日本汽車(chē)起重機(jī)在世界各地日益流行，以及最近格魯夫、特雷克斯、林克．貝爾特、德馬泰克等公司汽車(chē)起重機(jī)的產(chǎn)品進(jìn)展，已向上述觀念提出挑戰(zhàn)。隨著工程起重機(jī)各機(jī)種間技術(shù)的相互滲透與競(jìng)爭(zhēng)，汽車(chē)起重機(jī)會(huì)在世界市場(chǎng)中繼續(xù)占有一席之地。 80年代末和90年代，國(guó)外隨車(chē)起重機(jī)發(fā)展極其迅速。世界年總產(chǎn)量已達(dá)10萬(wàn)臺(tái)左右。發(fā)展趨勢(shì)是向多功能、大型化發(fā)展，已開(kāi)發(fā)出裝有6～8節(jié)伸縮臂的產(chǎn)品。液壓系統(tǒng)油缸壓力已達(dá)30～33MPa，比10年前約提高50%，從而導(dǎo)致油缸尺寸的縮小，可在油泵規(guī)格不變或略有減小的情況下，提高油缸工作速度。遙控裝置也有可能獲得更廣泛的使用。隨車(chē)起重機(jī)將在今后一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)一步侵占小噸位流動(dòng)式起重機(jī)的部分市場(chǎng)。
1.2起重機(jī)的類型
1.2.1起重機(jī)的基本型式
起重機(jī)械的型式形形色色，五花八門(mén)。根據(jù)起重機(jī)械所配備的工作機(jī)構(gòu)數(shù)目的多少或服務(wù)范圍的不同，起重機(jī)械可分為以下兩大類別：
1． 單動(dòng)作的起重機(jī)械 這種起重機(jī)械只配備一個(gè)工作機(jī)構(gòu)（起升機(jī)構(gòu)），只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此其服務(wù)范圍是一條直線，如千斤頂、固定滑車(chē)、升降機(jī)、電梯等。
2． 復(fù)動(dòng)作的起重機(jī)械 這種起重機(jī)械配備有兩個(gè)以上的工作機(jī)構(gòu)，即除起升機(jī)構(gòu)外還配備有其它輔助機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)二個(gè)方向以上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此其服務(wù)范圍是一個(gè)平面或一個(gè)立體空間。
1.2.2復(fù)動(dòng)作的起重機(jī)械分類
（1）橋架型起重機(jī)
構(gòu)造特征：金屬構(gòu)架做成直線形式或門(mén)形橋架的形式，構(gòu)造較簡(jiǎn)單。
服務(wù)范圍：長(zhǎng)方體空間。
機(jī)構(gòu)數(shù)目：一般有起升、大車(chē)運(yùn)行和小車(chē)運(yùn)行三個(gè)工作機(jī)構(gòu)。
吊載能力：較大（一般在支撐平面內(nèi)吊載，穩(wěn)定性好）
典型機(jī)種：橋式起重機(jī)、門(mén)式起重機(jī)、纜索起重機(jī)等。
橋式起重機(jī)水 橋架型起重機(jī)中最主要的型式，在數(shù)量上占起重機(jī)總數(shù)的首位，使用范圍極為廣泛，一般用在車(chē)間內(nèi)為生產(chǎn)工藝過(guò)程服務(wù)。
門(mén)式起重機(jī)是橋架型起重機(jī)中另一主要型式，與橋式起重機(jī)相比，它們的主要特征是在橋架的一端或兩端設(shè)有支腿，可直接支承在地基上或沿地面軌道運(yùn)行，一般用在碼頭、堆場(chǎng)、造船臺(tái)等露天作業(yè)場(chǎng)地上，為貨物裝卸。堆垛。船體拼接等生產(chǎn)工藝過(guò)程服務(wù)。當(dāng)門(mén)式起重機(jī)的小車(chē)運(yùn)行速度大，運(yùn)行距離長(zhǎng)，生產(chǎn)率高，主要吊運(yùn)散料時(shí)，常改稱為裝卸橋。
當(dāng)橋架型起重機(jī)的跨度特別大時(shí)，為了減輕橋架和整機(jī)的自身質(zhì)量，常常改用纜索來(lái)代替橋架，供起重小車(chē)支承和運(yùn)行之用，這類起重機(jī)成為纜索起重機(jī)，常用在水電站大壩施工等現(xiàn)場(chǎng)上，為工件吊運(yùn)?；炷翝仓壬a(chǎn)工藝過(guò)程服務(wù)。
圖1.1門(mén)式起重機(jī)
（2）臂架型起重機(jī)
構(gòu)造特征：有固定的或可擺動(dòng)的臂架，上部結(jié)構(gòu)相對(duì)下部結(jié)構(gòu)能夠回轉(zhuǎn)，構(gòu)造較復(fù)雜。
服務(wù)范圍：圓形或腰圓形的柱體空間。
機(jī)構(gòu)數(shù)目：一般有起升、回轉(zhuǎn)、變幅和運(yùn)行四個(gè)工作機(jī)構(gòu)、
吊載能力：較?。ㄖС衅矫嫱獾踺d，受限于起重機(jī)的整體穩(wěn)定性）
典型機(jī)種：門(mén)座起重機(jī)、塔式起重機(jī)、汽車(chē)起重機(jī)等。
圖1.2門(mén)式起重機(jī)
2橋式起重機(jī)概述
2.1 橋式起重機(jī)的分類
橋式起重機(jī)架設(shè)在車(chē)間或倉(cāng)庫(kù)等建筑物上空，沿建筑物的縱向設(shè)有兩條鋼軌，橋架在鋼軌上運(yùn)行。橋架上面有小車(chē)。它有起升，橫行（小車(chē)運(yùn)行），走行（大車(chē)運(yùn)行）三種運(yùn)動(dòng)。根據(jù)作業(yè)條件分為高速型、普通型及低速型三類，以普通型的使用量為最多。至于橋式起重機(jī)的名稱，將根據(jù)其構(gòu)造特征取名如下：
s 梁式起重機(jī)
s 通用橋式起重機(jī)
s 龍門(mén)起重機(jī)
s 裝卸橋
s 冶金橋式起重機(jī)
s 纜索起重機(jī)
2.2 小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)
在橋式起重機(jī)里，小車(chē)承擔(dān)主要任務(wù)。因此小車(chē)的設(shè)計(jì)決定整個(gè)起重機(jī)的好壞，為了起吊一定的載荷，小車(chē)必須利用許多機(jī)械部件承受起重機(jī)起升額定載荷時(shí)所需的各種作用力。
小車(chē)以小車(chē)架為基礎(chǔ)其上有起升電動(dòng)機(jī)、起升減速機(jī)、卷筒、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行電動(dòng)機(jī)、運(yùn)行減速機(jī)等。小車(chē)?yán)眯≤?chē)架下面的小車(chē)輪在起重機(jī)橋架上的軌道上運(yùn)行。
橋式起重機(jī)所采用的小車(chē)，起重量小的為3噸，大的已做到200噸，小車(chē)以往稱作“起重小車(chē)”，小車(chē)的設(shè)計(jì)應(yīng)該把起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)合理而有效的布置在小車(chē)架上，維護(hù)檢修應(yīng)該方便。
2.3 橋架
橋式起重機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)部分是由起重機(jī)的主要部分如大梁，橫梁裝置所構(gòu)成。這一部分占有起重機(jī)百分之八十左右的重量，應(yīng)按起重機(jī)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)及起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算規(guī)程進(jìn)行設(shè)計(jì)。
橋式起重機(jī)的大梁是由用角鋼等型鋼組成的平面結(jié)構(gòu)的主粱與副梁構(gòu)成的。主梁承受垂直載荷、自重及水平載荷，副梁承受自重和水平載荷。主梁由上弦桿、下弦桿、斜桿、豎桿等組成。連接主粱與副梁的桿件是水平桿、斜桿等。各桿件用鉚釘或電焊相連接，也可以考慮螺栓連接。各桿件上作用有軸向應(yīng)力，即拉應(yīng)力和壓應(yīng)力。
主粱的形狀有魚(yú)腹型和直線型。對(duì)于承受自重、動(dòng)載荷及彎曲力矩等外力，前者是最理想的結(jié)構(gòu)形式。但這種形式對(duì)于材料利用和組裝存在有困難。后者是通常采用的形式，目前幾乎都采用后一種形式。
橋式起重機(jī)除承受因垂直載荷產(chǎn)生的彎矩外，還承受因風(fēng)載及行走運(yùn)動(dòng)的水平載荷所產(chǎn)生的彎矩。因此在主粱的側(cè)面設(shè)置與主粱形狀相同的副桁架。
副桁架與主梁的結(jié)合是用水平桿、斜桿構(gòu)成框形，以防受載變形。在水平桿上裝設(shè)著走臺(tái)、電動(dòng)機(jī)、行走機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)軸、軸承。
橫梁與主桁架和副桁架裝在一起，把兩根主桁架連接起來(lái)。它與主桁架是用堅(jiān)固的連接板，以精制螺栓裝在一起。橋式起重機(jī)上的載荷和沖擊較大，行走驅(qū)動(dòng)裝置的車(chē)輪裝在橫粱上。由輪距為l單位的橫梁來(lái)承受最大載荷，由小車(chē)產(chǎn)生的載荷作用在小車(chē)橫行軌道上。對(duì)普通橋式起重機(jī)輪距l(xiāng)取為跨度的1/5～1/7較好。小重量起重機(jī)的橫梁通常采用槽鋼，大起重量起重機(jī)的橫梁通常用鋼板作成槽形或箱形。
2.4橋式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)
2.4.1 起升機(jī)構(gòu)的組成
在起重機(jī)中，用以提升或下降貨物的機(jī)構(gòu)稱為起升機(jī)構(gòu)，一般采用卷?yè)P(yáng)式。起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)中最重要、最基本的機(jī)構(gòu)，其工作的好壞直接影響整臺(tái)起重機(jī)的工作性能。
起升機(jī)構(gòu)一般由驅(qū)動(dòng)裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、取物裝置和安全保護(hù)裝置等組成。驅(qū)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、減速器、卷筒等部件。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩、卷筒、定滑輪和動(dòng)滑輪。取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、抓斗、電磁吸盤(pán)、吊具、掛梁等多種型式。安全保護(hù)裝置有超負(fù)荷限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保護(hù)開(kāi)關(guān)等，根據(jù)實(shí)際需要配用。
起升機(jī)構(gòu)有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)三種驅(qū)動(dòng)方式。
內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)，其動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置集中傳給包括起升機(jī)構(gòu)在內(nèi)的各個(gè)工作機(jī)構(gòu)。這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是具有自身獨(dú)立的能源，機(jī)動(dòng)靈活，適用于流動(dòng)作業(yè)的流動(dòng)式起重機(jī)。為保證各機(jī)構(gòu)的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，整機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜笨重。由于內(nèi)燃機(jī)不能逆轉(zhuǎn)，不能帶載起動(dòng)，需依靠傳動(dòng)環(huán)節(jié)的離合實(shí)現(xiàn)起動(dòng)和換向．這種驅(qū)動(dòng)方式調(diào)速困難，操縱麻煩．屬于淘汰類型。目前只在現(xiàn)有的少數(shù)履帶起重機(jī)和鐵路起重機(jī)上應(yīng)用。
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是起升機(jī)構(gòu)主要的驅(qū)動(dòng)方式。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性適合起升機(jī)構(gòu)工作要求，調(diào)速性能好，但獲得直流電源較為困難。在大型的工程起重機(jī)上，常常用內(nèi)燃機(jī)和直流發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)直流傳動(dòng)。交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)能直接從電網(wǎng)取得電能．操縱簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，機(jī)組重量輕，工作可靠，在電動(dòng)起升機(jī)構(gòu)中被廣泛采用。本起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)采用的啟動(dòng)方式也為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
液壓驅(qū)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)，由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵．將工作油液輸入執(zhí)行構(gòu)件(液壓缸或液壓馬達(dá))使機(jī)構(gòu)動(dòng)作，通過(guò)控制輸入執(zhí)行構(gòu)件的液體流量實(shí)現(xiàn)調(diào)速。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)比大，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作方便，過(guò)載保護(hù)性能好。缺點(diǎn)是液壓傳動(dòng)元件的制造精度要求高，液體容易泄漏。目前液壓驅(qū)動(dòng)在流動(dòng)式起重機(jī)上獲得日益廣泛的應(yīng)用。
2.4.2 起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圖2.1為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。電動(dòng)機(jī)1通過(guò)聯(lián)軸器2與減速器4的高速軸相連。機(jī)構(gòu)工作時(shí)，減速器的低速軸帶動(dòng)卷筒7，將鋼絲繩5卷上或放出，經(jīng)過(guò)滑輪組系統(tǒng)，使吊鉤6實(shí)現(xiàn)上升或下降。機(jī)構(gòu)停止工作時(shí)，制動(dòng)器3使吊鉤連同貨物懸吊在空中。吊鉤的升降靠電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向來(lái)達(dá)到。
圖2.1 起升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
為了安裝方便與避免高速軸在小車(chē)架受載變形時(shí)發(fā)生彎曲，聯(lián)軸器2應(yīng)是帶有補(bǔ)償性能的，通常采用彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器或齒輪聯(lián)軸器。前者構(gòu)造簡(jiǎn)單并能緩沖，但彈性橡皮圈的壽命不長(zhǎng)；后者堅(jiān)固耐用，應(yīng)用最廣。齒輪聯(lián)軸器的壽命與安裝質(zhì)量有關(guān)，并且需要經(jīng)常潤(rùn)滑。為使布置更方便并增高補(bǔ)償能力，降低磨損，常將齒輪聯(lián)軸器制成兩個(gè)半齒輪聯(lián)軸器，中間用浮動(dòng)軸或補(bǔ)償軸連起來(lái)。
制動(dòng)器通常裝在高速軸上，以減小其尺寸，如圖2.1所示位置。經(jīng)常利用聯(lián)軸器的一個(gè)半體兼作制動(dòng)輪。帶制動(dòng)輪的聯(lián)軸器半體應(yīng)當(dāng)安裝在減速器軸上，這樣，即使聯(lián)軸器損壞，制動(dòng)器仍能起作用，保證了安全。
有時(shí)在高速軸上需要裝設(shè)兩個(gè)制動(dòng)器，則第二個(gè)制動(dòng)器可裝在減速器高速軸的另一端，如圖2.1虛線所示，或者裝在浮動(dòng)軸的另一個(gè)聯(lián)軸器上。也可以把制動(dòng)器裝設(shè)在電動(dòng)機(jī)的尾部輸出軸上，但這時(shí)需要有兩端出軸的電動(dòng)機(jī)，所以一般盡量避免。目前也有將制動(dòng)器放在電動(dòng)機(jī)尾部的殼體內(nèi)，制成一個(gè)組合部件，從而使機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化緊湊。
起升機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器應(yīng)是常閉式的。采用塊式制動(dòng)器，裝有電磁鐵或電動(dòng)推桿作為自動(dòng)的松閘裝置，與電動(dòng)機(jī)電氣聯(lián)鎖。制動(dòng)器的制動(dòng)力矩應(yīng)保證有足夠的制動(dòng)安全系數(shù)。在要求緊湊的情況下，也有采用帶式制動(dòng)器的。
減速器常用封閉式的標(biāo)準(zhǔn)兩級(jí)圓柱齒輪減速器。在起重量較大（超過(guò)80t)的情況下，為得到低速并增大卷筒與電動(dòng)機(jī)間的尺寸，常采用標(biāo)準(zhǔn)的封閉式兩級(jí)減速器，再增加一對(duì)開(kāi)式齒輪作最后級(jí)傳動(dòng)。
在要求緊湊的起升機(jī)構(gòu)中，也有采用蝸輪減速器的，其缺點(diǎn)是機(jī)械效率低。有時(shí)采用蝸輪減速器是為了盡量減少噪聲，例如在載客電梯中。近年來(lái)還有采用行星齒輪減速器的，減速器（如3K或擺線、漸開(kāi)線齒形的少齒差行星減速器）裝在卷筒的內(nèi)腔中，電動(dòng)機(jī)和卷筒成同軸線布置，其特點(diǎn)是十分緊湊，但維修不太方便。
卷筒通常裝在轉(zhuǎn)軸上，使軸承的檢查與更換都較方便。
卷筒與減速器低速軸可通過(guò)特種聯(lián)軸器相連接，卷筒軸用自位軸承支承于減速器軸的內(nèi)腔和軸承座中，扭矩由齒輪連接來(lái)傳遞。這種方法緊湊，可靠，分組性好，能補(bǔ)償減速器軸與卷筒軸間的角度偏差，但減速器低速軸需帶特殊齒形軸端，加工時(shí)較為復(fù)雜。國(guó)外有采用鼓形滾子聯(lián)軸器的，它利用鼓形滾子與兩個(gè)半圓凹槽的配合實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。由于它不僅能傳遞扭矩，同時(shí)還能承受很大的徑向力，故省去了一個(gè)徑向支承裝置。這種布置還省去了卷筒長(zhǎng)軸，使重量減輕。
當(dāng)卷筒與開(kāi)式傳動(dòng)的大齒輪相連接時(shí)，卷筒端面與齒輪間用沿圓周布置的螺釘聯(lián)接。為承受剪切力和傳遞扭矩，可以用精制的鉸制孔用螺栓，也可以在螺孔中配一個(gè)受剪套筒而采用普通螺栓。
在某些需要能進(jìn)行貨物自由下降的起升機(jī)構(gòu)中，卷筒與減速傳動(dòng)裝置間裝有摩擦離合器。這時(shí)，制動(dòng)器應(yīng)裝在卷筒上，用來(lái)控制自由下降的速度，它應(yīng)當(dāng)是可操縱的。
卷筒的直徑一般盡量選用許用的最小值，因?yàn)殡S著卷筒直徑的增加，轉(zhuǎn)矩與減速器的傳動(dòng)比也增大了，會(huì)引起整個(gè)機(jī)構(gòu)的體積過(guò)大。但在起升高度較大時(shí)，往往增加卷筒直徑以求限制其長(zhǎng)度。
滑輪組型式（單式或雙聯(lián)的）和它的倍率對(duì)起升機(jī)構(gòu)的尺寸也有很大的影響。在橋式起重機(jī)中采用雙聯(lián)滑輪組，單式滑輪組只宜用于有導(dǎo)向滑輪的臂架式起重機(jī)。
滑輪組倍率的選定對(duì)鋼絲繩中的拉力、卷筒直徑與長(zhǎng)度、減速器的傳動(dòng)比及總體尺寸都有關(guān)系。大起重量采用較大的倍率，可以避免采用過(guò)粗的鋼絲繩。有時(shí)采用增大滑輪組倍率同時(shí)相應(yīng)地降低起升速度的方式來(lái)提高起重量，可以使起升機(jī)構(gòu)達(dá)到通用性，即將同一起升機(jī)構(gòu)用于不同的起重量，這是在系列設(shè)計(jì)時(shí)常采用的方法。在某些情況下，還可能出于其它原因而適當(dāng)?shù)剡x用較小的倍率，如在臂架式起重機(jī)中選用較小的倍率可以減少臂架端部的定滑輪數(shù)目。在設(shè)計(jì)大起升高度的起升機(jī)構(gòu)時(shí)，也可以采用減小滑輪組倍率的方法來(lái)減少卷筒繞繩量，從而避免多層卷繞或過(guò)長(zhǎng)的卷筒。
3 副起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
設(shè)計(jì)起升機(jī)構(gòu)時(shí)需給定的主要參數(shù)有：起重量、工作級(jí)別、起升高度和起升速度。
起重量對(duì)起升機(jī)構(gòu)的組成型式、傳動(dòng)部件的型號(hào)尺寸和電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率都有重要的影響。在起重機(jī)系列設(shè)計(jì)時(shí)，合理選擇起重量系列是重要的環(huán)節(jié)。一般情況下，當(dāng)起重量超過(guò)10 t時(shí)，常設(shè)兩個(gè)起升機(jī)構(gòu)，即主起升機(jī)構(gòu)和副起升機(jī)構(gòu)。主起升機(jī)構(gòu)的起重量大，用以起吊重的貨物。副起升機(jī)構(gòu)的起重量小，但速度較快，用以起吊較輕的貨物或作輔助性工作，提高工作效率。
起升速度的選擇與起重量、起升高度、工作級(jí)別和使用要求有關(guān)．中、小起重量的起重機(jī)選用高速以提高生產(chǎn)率：大起重量的起重機(jī)選用低速以降低驅(qū)動(dòng)功率，提高工作的平穩(wěn)性和安全性。工作級(jí)別高、經(jīng)常使用、要求生產(chǎn)率高的起重機(jī)宜選用高速；反之．工作級(jí)別低、用于輔助性工作的起重機(jī)可選用低速。用于安裝與設(shè)備維修的起重機(jī)除應(yīng)選用低速外，還可備有微速或調(diào)速功能。大起升高度的起重機(jī)為了提高工作效率．除適當(dāng)提高起升速度外，還可備有空載快速升降功能。表3.1為本起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)主要參數(shù)
表3.1本起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)主要參數(shù)
參數(shù)
主起升機(jī)構(gòu)
副起升機(jī)構(gòu)
額定起重量（t）
250
50
工作級(jí)別
M3
M5
起升高度（m）
26
32
起升速度（m/min）
1
4
3.1 起升機(jī)構(gòu)的典型形式
3.1.1 起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置的布置方式
（1）平行軸線布置
大多數(shù)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置都采取電動(dòng)機(jī)軸與卷筒軸平行布置。
起升機(jī)構(gòu)的基本驅(qū)動(dòng)型式見(jiàn)圖3.1。當(dāng)起升機(jī)構(gòu)用于吊運(yùn)液態(tài)金屬及其他危險(xiǎn)物品時(shí)．需采用雙制動(dòng)器．按圖3.1中的點(diǎn)劃線選擇布置。當(dāng)需設(shè)主、副兩個(gè)起升機(jī)構(gòu)時(shí)，布置方式見(jiàn)圖3.2。也有用電動(dòng)葫蘆作為副起升機(jī)構(gòu)，可使布置更加緊湊。
圖3.1 起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置
圖3.2 主、副鉤起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置
大起重量的起升機(jī)構(gòu)，由于起升速度相對(duì)較慢，減速器傳動(dòng)比增大，也有采用在減速器輸出端加一級(jí)開(kāi)式齒輪的方式，見(jiàn)圖3.3。起重量超過(guò)100t的大型起重機(jī)也可采用圖3.4的布置方式。慢速起升機(jī)構(gòu)采用一臺(tái)減速器其傳動(dòng)比已不能滿足要求時(shí)，可采用圖3.5的布置方式。
圖3.3 帶開(kāi)式齒輪的驅(qū)動(dòng)裝置
圖3.4 大起重量起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置
圖3.5 慢速起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置
上述起升機(jī)構(gòu)方案中，各部件都是分別支承、固定在小車(chē)架上。要求小車(chē)架有足夠的精度和剛度，從而使小車(chē)架的自重增大，加工制造及安裝調(diào)整也很麻煩。為了減輕和簡(jiǎn)化這樣的小車(chē)架，可采用帶有制動(dòng)器的電動(dòng)機(jī)，并將其直接套裝在減速器上，使整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形成一個(gè)獨(dú)立的整體。通過(guò)減速器的兩個(gè)支承點(diǎn)和卷筒支承座的一個(gè)支承點(diǎn)形成穩(wěn)定支承，可降低對(duì)小車(chē)架安裝精度的要求。此外還可將定滑輪直接套裝在卷筒上，并使卷簡(jiǎn)直接作為小車(chē)架的主體，在兩端安裝行走端梁構(gòu)成整個(gè)起重小車(chē)，使結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，見(jiàn)圖3.6。但這種方案只適合于中、小噸位的起重機(jī)。
圖3.6 簡(jiǎn)易起重小車(chē)
（2）同軸線布置
將電動(dòng)機(jī)、減速器和卷筒成直線排列，電動(dòng)機(jī)和卷筒分別布置在同軸線減速器（常為普通行星減速器或少齒差行星減速器）的兩端，或者把減速器布置在卷筒內(nèi)部。為使機(jī)構(gòu)緊湊和提高組裝性能．可采用帶制動(dòng)器的端面安裝型式的電動(dòng)機(jī)。同軸線布置的起升機(jī)構(gòu)橫向尺寸緊湊，但加工精度和安裝要求較高．維修不太方便。
本起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)設(shè)主、副兩個(gè)起升機(jī)構(gòu)，起升重量分別為250t和50t。驅(qū)動(dòng)裝置采用平行軸線布置，布置方式見(jiàn)圖3.7。
圖3.7本起重機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置布置方式
3.1.2 起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩卷繞系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1.2.1 卷繞系統(tǒng)的典型形式
卷繞系統(tǒng)是傳動(dòng)系統(tǒng)的組成部分，起著運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換作用。圖3.8是橋式起重機(jī)廣泛采用的起升卷繞系統(tǒng)。
圖3.8 橋式起重機(jī)起身卷繞系統(tǒng)
在卷繞系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免鋼絲繩反向彎折，或盡可能減少反向彎折的次數(shù)。出現(xiàn)反向彎折時(shí)，可用增大滑輪直徑、提高滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值來(lái)減緩鋼絲繩的疲勞損傷。
3.1.2.2 大起升高度卷繞系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
當(dāng)橋架類型起重機(jī)起升高度超過(guò)20 m時(shí)，鋼絲繩卷繞系統(tǒng)一般要特殊考慮．采取合適的方案，
（1）加大卷筒直徑或長(zhǎng)度
此方案簡(jiǎn)單易行。但過(guò)分加大卷筒直徑會(huì)帶來(lái)起升機(jī)構(gòu)高度尺寸的增加；過(guò)度增加卷筒長(zhǎng)度會(huì)導(dǎo)致鋼絲繩對(duì)滑輪和卷筒繩槽偏斜角的增大，加劇磨損，甚至引起滑輪繩槽的破壞或鋼絲繩跳槽，這種方案局限性較大。
（2）減小滑輪組倍率
此方案簡(jiǎn)單可行。適當(dāng)減小倍率能減少鋼絲繩在卷簡(jiǎn)上的繞繩量，并不增加機(jī)構(gòu)外形尺寸，在對(duì)起升機(jī)構(gòu)外形尺寸有限制的場(chǎng)合更為有利。但卷筒受力增加，鋼絲繩直徑增大，減速器傳動(dòng)比也要增加，有一定的使用局限性。
（3）普通雙層卷繞
將鋼絲繩端固定于卷筒中部，起升時(shí)鋼絲繩從中間向兩頭繞于卷筒繩槽中，繞滿碰到端壁時(shí)，由于鋼絲繩拉力的水平分力指向當(dāng)中，鋼絲繩向當(dāng)中返回繞第二層。這種方案構(gòu)造簡(jiǎn)單，但鋼絲繩的偏斜角不能大于3°，否則第二層鋼絲繩排列不整齊，磨損也厲害，適用于不頻繁使用的場(chǎng)合。
（4）雙卷筒卷繞
由兩個(gè)卷筒同時(shí)卷繞，可使起升高度增加一倍，但是機(jī)構(gòu)的外形尺寸較大。
（5）多層卷繞
多層卷繞時(shí)為使鋼絲繩在卷筒上排列整齊，通常采取以下措施：卷筒壁開(kāi)螺旋繩槽，保證第一層鋼絲繩整齊排列，同時(shí)需要采用壓繩器和排繩器。
本起重機(jī)安裝于水電站工程廠房?jī)?nèi)，用于設(shè)備安裝及檢修工作，不頻繁使用，廠房也有足夠大的空間，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，便于安裝和維修保養(yǎng)，本起重機(jī)采用加大卷筒直徑的方案。
3.1.3 滑輪組設(shè)計(jì)
3.1.3.1 滑輪組的種類
滑輪組由若干動(dòng)滑輪和定滑輪組成。根據(jù)滑輪組的功用分為：省力滑輪組和增速滑輪組。
省力滑輪組廣泛用于起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)和普通臂架變幅機(jī)構(gòu)，它能用較小的鋼絲繩拉力吊起數(shù)倍于鋼繩拉力的重物。增速滑輪組主要用于液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，利用液壓缸或氣缸使工作裝置獲得數(shù)倍于活塞行程和速度，如叉車(chē)的門(mén)架貨叉升降機(jī)構(gòu)和輪式起重機(jī)的吊臂伸縮機(jī)構(gòu)。
滑輪組又有單式滑輪組與雙聯(lián)滑輪組之分。單式滑輪組用于門(mén)座起重機(jī)、汽車(chē)起重機(jī)、塔式起重機(jī)等臂架類型的起重機(jī)。由于有端部滑輪導(dǎo)向，當(dāng)卷筒收入放出鋼絲繩時(shí)，雖然鋼絲繩沿卷筒移動(dòng)，吊鉤并不隨著作水平位移。但是，對(duì)于橋式類型起重機(jī)，如果采用單式滑輪組，在吊鉤升降時(shí)就會(huì)引起水平方向的位移(圖3.9)，這不僅對(duì)于操作引起不便，同時(shí)使吊重重量在兩根主梁上的分配不等。采用如圖3.10所示的雙聯(lián)滑輪組就可以免除這種缺點(diǎn)。
圖3.9 單式滑輪組起升時(shí)的水平位移
圖3.10 雙聯(lián)滑輪組
3.1.3.2 滑輪組的倍率
滑輪組倍率的選定對(duì)起升機(jī)構(gòu)的總體尺寸影響較大。倍率增大，則鋼絲繩分支拉力減小，鋼絲繩直徑、滑輪和卷簡(jiǎn)直徑也隨之減小，在起升速度不變時(shí)，需提高卷筒轉(zhuǎn)數(shù)，即減小機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比。但倍率過(guò)大，會(huì)使滑輪組本身體積和重量增大，同時(shí)也會(huì)降低效率，加速鋼絲繩的磨損。
起重量小時(shí)，選用小的倍率，隨著起重量增大，倍率相應(yīng)提高。倍率增大，起升速度相應(yīng)減小。橋式起重機(jī)常用雙聯(lián)滑輪組倍率見(jiàn)表3.2。
表3.2 橋式起重機(jī)常用雙聯(lián)滑輪組倍率
額定起重量(t)
3
5
8
12.5
16
20
32
50
80
100
120
160
200
250
倍率m
1
2
2
3
3
4
4
4
5
6
6
6
8
8
本起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)額定起重量為250t，故選擇倍率m＝8的雙聯(lián)滑輪組；副起升機(jī)構(gòu)額定起重量為50t，選擇m＝4的雙聯(lián)滑輪組。
3.1.3.3 滑輪組滑輪的配置
滑輪組中的滑輪按所需倍率和結(jié)構(gòu)要求配置。橋式起重機(jī)的滑輪組配置見(jiàn)圖3.11。
圖3.11 省力滑輪組
雙聯(lián)滑輪組倍率m≤4時(shí)．從卷筒引出的鋼絲繩兩根分支．一般通向吊鉤架最外邊的兩個(gè)動(dòng)滑輪，平衡滑輪位于中間位置。當(dāng)m>4時(shí)．為了不使卷筒中間的光面部分過(guò)長(zhǎng)．應(yīng)將兩根鋼絲繩分支引向吊鉤組中間兩個(gè)動(dòng)滑輪，用平衡梁代替平衡滑輪。為避免鋼繩分支在運(yùn)動(dòng)中相碰．中間兩個(gè)動(dòng)滑輪的直徑應(yīng)稍微加大（圖3.12）。
圖3.12 使用平衡梁的雙聯(lián)滑輪組
3.2 副起升機(jī)構(gòu)的計(jì)算
根據(jù)任務(wù)書(shū)，已知本起重機(jī)主副升機(jī)構(gòu)主要參數(shù)：額定起重量Q0=50t；工作級(jí)別M5；副鉤起升高度H=32m；副鉤起升下降速度V=4m/min。
3.2.1 鋼絲繩與卷筒的選擇
1．鋼絲繩計(jì)算
1）鋼絲繩的最大工作靜拉力
當(dāng)滑輪組形式和倍率確定之后，繞入卷筒鋼絲繩端頭的最大工作靜拉力，用總起重量Gt按公式（3.1）計(jì)算。
Smax＝1000 ×Gt×g/(m×a×ηd×ηp)…………………………（3.1）
式中：
Smax－鋼絲繩最大工作拉力，N；
Gt－總起重量，Gt= Gn(t)＋Gd(t)，Gn(t)為額定起重量，Gd(t)為取物裝置的重量（初選吊鉤 滑輪組TZB7147.15 50單鉤 TZQ7176.17.00） 共2.255t
m－滑輪組倍率；
a－滑輪組上鋼絲繩繞入卷筒上的根數(shù)；
g－重力加速度，g取9.81m/s2；
ηd－卷筒裝置的傳動(dòng)效率，見(jiàn)表3.3；
ηp－滑輪組的傳動(dòng)效率，見(jiàn)表3.4。
表3.3筒裝置傳動(dòng)效率ηd
軸承形式
傳動(dòng)效率
滾動(dòng)軸承
0.98
滑動(dòng)軸承
0.96
表3.4滑輪組的傳動(dòng)效率ηp
軸承形式
軸承鋼絲繩支數(shù)
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
滑動(dòng)
0.98
0.96
0.96
0.92
0.91
0.89
0.87
0.85
0.84
0.82
0.81
0.79
0.78
滾動(dòng)
0.99
0.98
0.97
0.98
0.95
0.94
0.93
0.92
0.91
0.91
0.9
0.89
0.88
根據(jù)表3.3，Gt=50+2.255=52.255t；
滑輪組采用雙聯(lián)滑輪組（a=2），倍率m=4；
根據(jù)表3.1，ηd=0.98；
根據(jù)表3.2，ηq=0.93。
則Smax＝1000 ×Gt×g/(m×a×ηd×ηp)= 68109.794N
2）鋼絲繩直徑的選擇
鋼絲繩直徑不應(yīng)小于按公式（3.2）計(jì)算的最小直徑：
dgmin =C×(Smax)(1/2)…………………………………………（3.2）
式中：
dgmin－計(jì)算的鋼絲繩最小直徑，mm；
C－鋼絲繩的選擇系數(shù)，見(jiàn)表3.5。
表3.5 鋼絲繩選擇系數(shù)C及許用安全系數(shù)n
機(jī)構(gòu)工作級(jí)別
旋轉(zhuǎn)或輕微旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩
不旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩
安全系數(shù)n
纖維芯
鋼絲芯
纖維芯或者鋼絲芯
鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度N/mm2
1570
1670
1770
1570
1670
1770
1570
1670
1770
M1～M3
0.0879
0.0852
0.0828
0.0846
0.0820
0.0797
0.0895
0.0868
0.0843
≥4.0
M4
0.0932
0.0904
0.0878
0.0897
0.0870
0.0845
0.0949
0.0921
0.0894
≥4.5
M5
0.0982
0.0953
0.0925
0.0946
0.0946
0.0891
0.1001
0.0970
0.0943
≥5.0
M6
0.1076
0.1043
0.1014
0.1036
0.1005
0.0976
0.1096
0.1063
0.1032
≥6.0
M7
0.1162
0.1127
0.1095
0.1119
0.1085
0.1054
0.1184
0.1148
0.1115
≥7.0
M8
0.1318
0.1278
0.1241
0.1269
0.1230
0.1195
0.1343
0.1343
0.1268
≥9.0
選用鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度為1770 N/mm2的纖維芯鋼絲繩，工作級(jí)別為M5，故C取0.0925。
則dgmin＝0.0925×（68109.79）1/2=24.14，取鋼絲繩直徑d＝24mm。
2．卷筒計(jì)算
1）卷筒直徑選擇
鋼絲繩繞入卷筒或繞過(guò)滑輪時(shí)，鋼絲繩中的鋼絲產(chǎn)生的附加彎曲應(yīng)力大小與卷繞直徑對(duì)繩徑之比D/d有關(guān)，鋼絲繩使用壽命隨D/d的增大而增大。試驗(yàn)還表明鋼絲繩的使用壽命與在一次升降中通過(guò)的彎曲次數(shù)，形式和次序有關(guān)。為使機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)得緊湊，忽略彎曲次數(shù)和方向?qū)勖糜绊懞?，鋼絲繩得卷繞直徑不應(yīng)小于按公式（3.3）計(jì)算的最小直徑：
Dcp≥h×d………………………………………………………（3.3）
式中：
Dcp－以鋼絲繩中心線計(jì)算的鋼絲繩卷繞直徑，mm。卷筒標(biāo)準(zhǔn)直徑見(jiàn)表3.7；
h－與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式有關(guān)的系數(shù)，見(jiàn)表3.6；
d－機(jī)構(gòu)中實(shí)際選用的鋼絲繩直徑，mm。
表3.6 系數(shù)h值
工作級(jí)別
卷筒
滑輪
旋轉(zhuǎn)鋼絲繩
不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩
旋轉(zhuǎn)鋼絲繩
不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩
M1
11.2
12.5
12.5
14
M2
12.5
14
14
16
M3
14
16
16
18
M4
16
18
18
20
M5
18
20
20
22.4
M6
20
22.4
22.4
25
M7
22.4
25
25
28
M8
25
28
28
31.5
根據(jù)工作級(jí)別M5，鋼絲繩為旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，選取h＝18；
則Dcp≥h×d＝18×24＝432。
因?yàn)楦逼鹕龣C(jī)構(gòu)起升高度32m，為大起升高度卷繞系統(tǒng)，采用增大卷筒直徑的方案，根據(jù)表3.8，選取卷筒直徑D=690mm。
表3.7 卷筒直徑系列
D(mm)
355
400
450
500
560
630
690
800
900
1000
1120
1250
1320
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2120
2240
2360
2500
注：1.卷筒直徑D指卷筒繩槽底處的直徑；
2.本系列試用于鑄造卷筒和焊接卷筒。
2）卷筒轉(zhuǎn)速計(jì)算
單層卷繞卷筒轉(zhuǎn)速為：
nt＝60.m.v/π.D0………………………………………（3.4）
式中：
nt－卷筒轉(zhuǎn)速，min-1；
v－起升速度，m/s；
D0－卷筒卷繞直徑D0=D+d＝0.690＋0.24＝0.714m。
則nt＝60.m.v/π.D0＝7.137 min-1
3.2.2 選擇電動(dòng)機(jī)
起升機(jī)構(gòu)的負(fù)載特點(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間較短（約1秒左右），只占勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)間的很小比例，起動(dòng)時(shí)慣性載荷也很小，只占起升載荷的10～20％。
根據(jù)起升機(jī)構(gòu)的負(fù)荷特點(diǎn)和電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性，電動(dòng)機(jī)功率可以從按吊起的總起重量Gt算得的靜功率進(jìn)行選擇。
1）計(jì)算電動(dòng)機(jī)靜功率
所需電動(dòng)機(jī)的靜功率按公式（3.5）計(jì)算：
Pj=Gt×Vn×Ks×Kn×Kt/(6.12×ηg×ηd×ηp)……………（3.5）
式中：
Pj－計(jì)算的電動(dòng)機(jī)功率，kW；
Kn－海拔高度系數(shù)，于起重機(jī)所在地的海拔高度有關(guān)，見(jiàn)表3.8；
Kt－環(huán)境溫度系數(shù)，與起重機(jī)的工作環(huán)境溫度和所采用電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)有關(guān)，見(jiàn)表3.9；
Ks－機(jī)構(gòu)的操作頻繁程度系數(shù)，見(jiàn)表3.10；
ηg－減速裝置（含減速器和開(kāi)式齒輪）的傳動(dòng)效率。
表3.8 海拔高度系數(shù)Kn
海拔高度（m）
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Kn
1.00
1.03
1.06
1.11
1.16
1.22
1.30
表3.9 環(huán)境溫度系數(shù)Kt
電動(dòng)機(jī)絕緣等級(jí)
E . B . F
H
工作環(huán)境溫度（℃）
<40
>40～50
>50～60
>40～50
>50～60
系數(shù)Kt
1.00
1.12
1.25
0.90
1.00
表3.10操作頻繁程度系數(shù)Ks
機(jī)構(gòu)工作級(jí)別
機(jī)構(gòu)作業(yè)持續(xù)率JC
電動(dòng)機(jī)接電持續(xù)率FC
15%
25%
40%
60%
100%
～M3
15%
1.00
0.85
0.74
0.62
0.52
M4～M5
25%
1.18
1.00
0.87
0.73
0.61
M6
40%
1.35
1.15
1.00
0.83
0.70
M7～M8
60%
1.62
1.38
1.20
1.00
0.84
100%
1.93
1.64
1.43
1.19
1.00
表3.11一對(duì)嚙合齒輪的傳動(dòng)效率 ε
效率計(jì)算式
ηg＝εn n為嚙合齒輪對(duì)數(shù)
減速器型式
軸承型式
ε
開(kāi)式齒輪
滑動(dòng)軸承
0.93～0.94
滾動(dòng)軸承
0.96～0.97
油浴齒輪
滑動(dòng)軸承
0.94～0.95
滾動(dòng)軸承
0.97～0.98
根據(jù)表3.8，取Kn＝1.00；
根據(jù)表3.9，取Kt＝1.00；
根據(jù)表3.10，取Ks＝1.00；
根據(jù)表3.11，取ε＝0.98
ηg=ε4=0.984=0.922；
則Pj=Gt×Vn×Ks×Kn×Kt/(6.12×ηg×ηd×ηp)＝38.936 kw
當(dāng)前在起重機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)趨向于選用高速電機(jī)，這是因?yàn)槠漭敵龉β氏嗤?，而售價(jià)低，經(jīng)綜合比較后，選用8級(jí)電機(jī)，經(jīng)查表3.12，初選YZP250M-8，該電機(jī)在工作方式為S3，接電持續(xù)率為40％時(shí)，功率Pn=37kw。
表3.12YZP電機(jī)技術(shù)參數(shù)（8級(jí)）
型號(hào)
標(biāo)稱功率(kw)
額定電流(A)
額定轉(zhuǎn)矩(N.m)
額定轉(zhuǎn)速( r/min)
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)(3Hz)
最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（50Hz)
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.m2
重量(kg)
過(guò)載倍數(shù)
YZP132S-8
2.2
6.4
29
725
1.25
2.6
0.0525
80
≥2.5
YZP132M-8
3
8.5
39.5
725
1.25
2.6
0.0562
92
YZP160M1-8
4
10.8
52.3
730
1.35
2.8
0.0575
110
YZP160M2-8
5.5
14.5
72
730
1.35
2.8
0.1325
125
YZP160L-8
7.5
19
97
730
1.25
2.8
0.1775
152
YZP180L-8
11
26
141
735
1.39
2.8
0.325
220
YZP200L-8
15
35
192
735
1.50
2.8
0.339
260
YZP225S-8
22
48
282
735
1.46
2.9
0.491
270
YZP225M-8
30
68
386
735
1.47
2.9
0.547
292
YZP250M-8
37
76
473
735
1.28
2.8
0.834
405
YZP280S-8
45
93
575
735
1.39
3.0
1.39
520
YZP280M-8
55
121
703
735
1.27
2.9
1.65
592
YZP315S-8
75
154
960
735
1.70
3.1
4.79
1000
YZP315M1-8
90
182
1152
735
2.0
3.1
5.58
1100
YZP315M2-8
110
220
1416
735
2.0
3.0
6.37
1160
YZP315L2-8
132
269
1692
735
1.98
2.9
7.32
1230
YZP355M1-8
160
320
2038
735
2.1
2.9
9.4
1690
YZP355M2-8
200
393
2548
735
2.1
2.9
11.38
1790
YZP355L-8
220
425
2803
735
2.1
2.9
13.8
1990
YZP400L1-8
250
435
3183
735
2.2
3.0
22.9
2500
YZP450L1-8
355
650
4520
746
2.5
3.6
46.5
3400
YZP450L2-