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遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第V頁
32/5t電動雙梁橋式起重機小車運行機構設計
摘要
起重機的出現(xiàn)大大提高了人們的勞動效率，以前需要許多人花長時間才能搬動的大型物件現(xiàn)在用起重機就能輕易達到效果，尤其是在小范圍的搬動過程中起重機的作用是相當明顯的。在工廠的廠房內(nèi)搬運大型零件或重型裝置橋式起重機是不可獲缺的。?橋式起重機小車主要包括起升機構、小車架、小車運行機構、吊具等部分。其中的小車運行機構主要由電動機、減速器、主動輪組、從動輪組、傳動軸、制動器和一些連接件組成，一般用來使起重機和小車作水平運動。本文首先論述了起重機的作用及在國內(nèi)外的一些研究成果和發(fā)展動向，提出了本次設計的研究背景及研究的意義，其次，本次設計主要圍繞小車運行機構進行的，對小車運行機構的各個部件進行計算并校核，以確保小車運行機構能正常運行并發(fā)揮作用。
關鍵字：橋式起重機；小車；小車運行機構；車輪組
32/5t electrically operated double beam bridge type hoist crane car movement organization design
Abstract
The hoist crane appearance enhanced people's labor efficiency greatly, before need many people the large-scale thing which spends the long time to be able to move can achieve the effect easily now with the hoist crane, moves in the process in the small scope the hoist crane function is quite obvious in particular.Transports the large-scale components or the heavy installment bridge type hoist crane in the factory workshop may not attain lacks. The bridge type hoist crane car mainly includes lifts the organization, the trolley frame, car parts and so on movement organization, hoisting mechanisms.Car movement organization mainly by the electric motor, the reduction gear, the driving pulley group, the driven wheel group, the drive shaft, the brake and some bridge pieces is composed, uses for to cause the hoist crane and the car generally makes the horizontal motion. This article first elaborated the hoist crane function and in the domestic and foreign some research results and the development trend, proposed this design research background and the research significance, next, this design main encompassment car movement organization carries on, carries on to car movement organization each part calculates and examines, guarantees the car movement organization to be able the normal operation and plays the role.
Key words: Bridge type hoist crane; wheelbarrow; Car movement organization; Wheel group
目錄
摘要 I
Abstract II
1緒論 1
1.1 選題背景 1
1.2 起重機械的發(fā)展概況 1
1.2.1 我國起重機械的發(fā)展概況 1
1.2.2 起重機的特征和發(fā)展趨向 2
1.3 起重機的概況 4
2 方案設計 5
2.1 起重機小車的構造 5
2.2 設計的基本原則和要求 6
2.3 起升機構的傳動方案 7
2.3.1閉式傳動 7
2.3.2開式傳動 8
2.4 小車運行機構的傳動方案 8
2.4.1、開式齒輪傳動的方案 8
2.4.2、閉式齒輪傳動的方案 9
3小車運行機構設計計算 10
3.1 確定機構傳動方案 10
3.2 選擇車輪與軌道并驗算其強度 10
3.2.1疲勞計算 11
3.2.2強度校核 12
3.3運行阻力計算 12
3.4零部件選擇及校核 14
3.4.1 選擇電動機 14
3.4.2 驗算電動機發(fā)熱條件： 14
3.4.3 選擇減速器 15
3.4.4 驗算運行速度和實際所需功率 15
3.4.5 驗算起動條件 16
3.4.6 按起動工況校核減速器功率 17
3.4.7 驗算起動不打滑條件 18
3.5 選擇制動器 19
3.6 選擇聯(lián)軸器 20
3.7 驗算低速浮動軸強度： 21
3.7.1 疲勞驗算 21
3.7.2靜強度計算 22
4 起升機構設計計算 23
4.1 確定主起升機構傳動方案，選擇滑輪組和吊鉤組 23
4.1.1 主起升機構 23
4.1.2選擇鋼絲繩 24
4.1.3確定滑輪主要尺寸 25
4.1.4 確定卷筒尺寸并驗算強度 25
4.2確定副起升機構傳動方案，選擇滑輪組和吊鉤組 27
4.2.1 副起升機構 27
4.2.2選擇鋼絲繩 27
4.2.3 確定滑輪組的主要尺寸 28
4.2.4 確定卷筒尺寸并驗算強度 28
5主起升機構卷筒的計算 32
5.1 卷筒心軸的計算 32
5.1.1 支座反力 32
5.1.2疲勞計算 32
5.1.3靜強度計算 33
5.2選擇軸承 34
5.2.1大端軸承 34
5.2.2右端軸承 35
5.3繩端固定裝置計算 36
6 經(jīng)濟可行性分析 38
6.1設備完好率與利用率 38
6.2設備役齡 38
6.3設備經(jīng)濟壽命的確定 40
6.4機械購置成本 41
結論 43
致謝 44
參考資料 45
遼寧科技大學本科生畢業(yè)設計 第47頁
1緒論
1.1 選題背景
起重機械的基本任務是垂直升降重物，并可兼使重物作短距離的水平移動，以滿足重物裝卸、轉載、安裝等作業(yè)的要求。起重機械是現(xiàn)代化生產(chǎn)必不可少的重要機械設備，它對于減輕繁重的體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率和實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化、自動化以及改善人民的物質、文化生活需要都具有重大的意義。
起重機械廣泛應用于工礦企業(yè)、港口碼頭、車站倉庫、建筑工地、海洋開發(fā)、宇宙航行等各個工業(yè)部門，可以說陸地、海洋、空中、民用、軍用各個方面都有起重機械在進行著有效的工作。
起重機械與運輸機械發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為合理組織成批大量生產(chǎn)和機械化流水作業(yè)的基礎，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標志之一。在我國四個現(xiàn)代化的發(fā)展和各個工業(yè)部門機械化水平、勞動生產(chǎn)率的提高中，起重機械必將發(fā)揮更大的作用。
1.2 起重機械的發(fā)展概況
1.2.1 我國起重機械的發(fā)展概況
起重機械和其它自然科學一樣，是人類生產(chǎn)斗爭經(jīng)驗的總結，它是隨著人們的生產(chǎn)實踐逐漸發(fā)展并不斷豐富完善的。中華民族有著悠久的歷史，我國古代人民在起重機械方面也有過偉大的發(fā)明和創(chuàng)造。
公元前1765～1760年間，我國還處在奴隸社會的商朝時期，由于農(nóng)業(yè)灌溉的需要，就已發(fā)明了桔槔，它就是由杠桿、對重和取物裝置組成的簡單的起重工具。
公元前1100年發(fā)明了轆轤。它是由支架、卷筒、曲柄、繩索等組成的人力驅動的原始絞車。轆轤用卷筒的回轉運動代替了杠桿的升降，因而加大了物品的起升高度，從而擴大了應用范圍。
解放前，由于長期受到帝國主義、封建勢力和官僚資產(chǎn)階級的黑暗統(tǒng)治，我國古代的科學技術未能得到繼承、發(fā)展，不要講自己設計制造新型的起重機械，就連最簡單的起重工具大多也要靠國外進口。
解放后，在中國共產(chǎn)黨和人民政府的領導下，陸續(xù)在大連、上海建立了起重機械的專業(yè)工廠。1952年又在上海交通大學成立了我國第一個起重運輸機械專業(yè)，培養(yǎng)專業(yè)技術人才。接著又成立了全國性起重運輸機械的科研單位。目前起重運輸機械在我國已發(fā)展成為包括科學研究、高等教育、設計制造的完整的專業(yè)體系；全國有數(shù)百家專業(yè)工廠生產(chǎn)著各式各樣的起重運輸機械產(chǎn)品。現(xiàn)在我國已能自行設計制造冶金用的350t鑄造起重機、300t鍛造起重機、350t液壓脫錠起重機、水電站用的400t和500t壩頂門式起重機，造船用的200t門式起重機、160t門座起重機和新型80t圓筒形門座起重機，最大起重量達200t的全回轉浮式起重機、起重力矩120tm的高層建筑用自升式塔式起重機和最大起重力矩已達300tm的電站設備安裝用運行式塔式起重機等。
1.2.2 起重機的特征和發(fā)展趨向
1?重點產(chǎn)品大型化、高速化、耐久化和專用化
??由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長。起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。起重機已成為自動化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機不但要好用，容易維護，操作方便，而且安全性要好，故障要少，平均無故障工作時間要長。
2系列產(chǎn)品模塊化、組合化、標準化和實用化
??許多起重機是成系列成批量的產(chǎn)品，采用系統(tǒng)多目標整體優(yōu)化方法進行起重機系列設計已成為發(fā)展重點，通過全面考慮性能、成本、工??藝、生產(chǎn)管理、制造批量和使用維護等多種因素對系列主參數(shù)進行合理匹配，以達到改善整機性能．降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品，充分滿足用戶需求。
3通用產(chǎn)品小型化、輕型化、簡易化和多樣化
有相當批量的起重機是在一般的車間倉庫使用，要求并不很高，工作并不十分繁重。如何提高這些起重機的適用性，降低制造成本，是市場競爭能否獲勝的關鍵。考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結構，減小自重和輪壓，也可使整個建筑物高度下降，建筑結構輕型化，降低造價和使用維護費用。因此電動葫蘆橋式起重機和輕型梁式起重機會有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位一般用途橋式起重機。
4產(chǎn)品性能自動化、智能化、集成化和高效化
??起重機的更新和發(fā)展，很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將自動化技術和機械傳動技術相結合，將先進的微電子技術、電力電子技術、光纜通訊技術、液壓技術、模糊控制技術應用到機械的驅動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)自動化和半自動化。使起重機組成的物料搬運系統(tǒng)具有更高的柔性，以適應未來多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式。
5產(chǎn)品組合成套化、系統(tǒng)化、復合化和信息化
在起重機單機自動化的基礎上，通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，能與生產(chǎn)設備有機結合，能與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。這類起重機自動化程度較高，具有信息處理功能，可將傳感器檢測出來的各種信息實施存貯、運算、邏輯判斷、變換等處理加工，進而向執(zhí)行機構發(fā)出控制指令。這類起重機還具有較好的信息輸入輸出接口，實現(xiàn)信息全部、準確、可靠地在整個物料搬運系統(tǒng)中的傳輸。
6產(chǎn)品設計微機化、精確化、快速化和全面化
?隨著電子計算機技術的廣泛應用和系統(tǒng)工程、優(yōu)化工程、價值工程、可靠性工程、創(chuàng)造工程和人機工程等現(xiàn)代設計理論的不斷發(fā)展，促使許多跨學科的現(xiàn)代設計方法出現(xiàn)，使起重機的設計進入創(chuàng)新、高質量、高效率的新階段。目前，計算機輔助設計(CAD)已逐步深入到設計的各個階段和設計工作所涉及的各個領域。不僅能利用計算機運算速度快、計算精度高、存儲信息量大和邏輯推理能力強等優(yōu)點代替人工進行方案選擇、計算分析與繪圖，而且還能通過人機??交互，最大限度地發(fā)揮設計人員的創(chuàng)造力和經(jīng)驗。
7產(chǎn)品構造新型化、美觀化、宜人化和綜合化
?結構方面采用薄壁型材和異型鋼，減少結構的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種高強度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力條件，減輕自重和增加外形美觀。橋式類型起重機橋架大多采用箱形四梁結構，主梁與端梁采用高強度螺栓聯(lián)接，便于加工、運輸與安裝。
?8?產(chǎn)品制造柔性化、靈捷化、精益化和規(guī)?；?
?在激烈的市場競爭條件下，要提高起重機的市場占有率，確保起重機的高性能高質量，并不斷推出新產(chǎn)品，生產(chǎn)企業(yè)必須具備市場變化的適應能力和快速反應能力。包括提高生產(chǎn)效率，提高和保持產(chǎn)品質量的一致性，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代等。
1.3 起重機的概況
橋式起重機是橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機，又稱天車。橋式起重機的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設在橋架上的軌道橫向運行，構成一矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。
橋式起重機廣泛地應用在室內(nèi)外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。橋式起重機可分為普通橋式起重機、簡易梁橋式起重機和冶金專用橋式起重機三種。
普通橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機構、橋架金屬結構組成。起重小車又由起升機構、小車運行機構和小車架三部分組成。
起升機構包括電動機、制動器、減速器、卷筒組和滑輪組。電動機通過減速器，帶動卷筒轉動，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。小車架是支托和安裝起升機構和小車運行機構等部件的機架，通常為焊接結構。
起重機運行機構的驅動方式可分為兩大類：一類為集中驅動，即用一臺電動機帶動長傳動軸驅動兩邊的主動車輪組；另一類為分別驅動、即兩邊的主動車輪組各用一臺電動機驅動。中、小型橋式起重機較多采用制動器、減速器和電動機組合成一體的“三合一”驅動方式，大起重量的普通橋式起重機為便于安裝和調(diào)整，驅動裝置常采用萬向聯(lián)軸器。
2 方案設計
2.1 起重機小車的構造
橋式起重機小車主要由起升機構、小車運行機構和小車架三部分所組成；另外，還有一些安全防護裝置。
我國制造的橋式起重機的小車（下圖）具有下列特征：
（1） 起升和運行機構由獨立的部件構成。這些部件間采用補償聯(lián)軸器聯(lián)系起來。齒輪聯(lián)軸器補償了轉軸中心線的偏差和歪斜，這些偏差和歪斜因制造與安裝不精確，以及小車架變形而發(fā)生部件間彼此位移所引起的。由于采用了分組的獨立部件，因此使機構的裝拆方便。
（2） 在設計機構和小車架的時候，遵循“三化”（標準化、通用化和系列化的原則。這使得零部件的互換性得到了保證，大大地降低了制造維護起重機的費用，并使所需零部件和部件的備品量縮減到最少。）
（3） 小車的車架用鋼板焊接而成。在車架上焊有底板（墊板），電動機，減速器，制動器和可拆卸的軸承座等均安裝在這種底板上。為了簡化車架的加工，底板的加工面應盡量布置在同一水平面或垂直面上。
（4） 起升機構和運行機構采用減速器式傳動裝置，僅在起重量較大，傳動比高時，低速級才采用一級開式齒輪，而高速級仍采用減速器傳動。
（5） 所有機構中都采用滾動軸承。卷筒和車輪安裝在轉軸上和轉動的心軸上。通常，從動車輪安裝在帶有兩個角形軸承箱的轉動心軸上。而主動車輪安裝在帶有兩個角形軸承箱的獨立轉軸上，它與減速器的輸出軸端用聯(lián)軸器相連接。因此，拆卸聯(lián)軸器后車輪可與其軸承箱一起從軌道上推出。減速器也可以單獨地拆裝。
（6） 過去都采用短行程或長行程交流電磁鐵，彈簧上閘的瓦塊式制動器，而重墜上閘的長行程電磁鐵制動器已經(jīng)很少使用。近年來趨向用制動性能良好的電動液壓推桿和電磁液壓推桿式制動器來取代上述幾種制動器。要求制動平穩(wěn)和容易得到直流電源的地方，還可應用直流電磁鐵制動器。為使部件容易裝拆，通常，將制動器與齒輪聯(lián)軸器做成一個部件。但根據(jù)機構布置需要，也可以將制動輪作成獨立的零件來安裝。
（7） 在制造起重機時，由于零件的熱處理的到了廣泛的應用，從而大大地提高了零件表面的耐磨性，延長了它們的使用壽命。
（8） 為簡化起重機機構的維護工作，軸承的潤滑最好采用集中潤滑系統(tǒng)。
起重小車除有起升，運行機構和小車架外，還必須有必要的安全保護裝置：如欄桿，排障板，限位開關，撞尺和緩沖器等。其具體要求分述如下：
（1） 欄桿和排障板：欄桿用于保護維修人員的操作安全。它設置在與小車軌道相垂直的小車臺面邊緣上。為便于小車維修人員上下，在小車的另外兩邊則不設欄桿。欄桿可用角鋼（L50）或鋼管制作，高度不低于800mm。排障板裝在小車架端梁兩端的車輪外邊，用于推開小車軌道上可能有的障礙物，以利于小車運行。
（2） 限位開關：用于限制吊鉤和小車架極限位置。在起升機構中，墜重式限位開關裝在小車平臺上卷筒的旁邊，用于限制吊鉤向上運行位置，使其不能碰到小車架上。小車運行機構的行程限位開關一共有兩個，它們安裝在起重機橋梁主梁的兩端，位于小車一根軌道外側的主梁上蓋板上。小車行程限位開關的位置要安裝適當，應考慮到小車撞尺觸及限位開關使電機斷電并制動后，小車還要走一段制動行程。因此，開關要安裝在與小車緩沖器相碰的擋鐵前邊一段距離。
（3） 緩沖器與擋鐵：用于阻止小車越軌和減少沖擊，吸收小車與擋鐵相撞時的動能。常用的小車緩沖器安裝在小車架上，而擋鐵則裝在橋架兩根主梁的兩端；也有將緩沖器和擋鐵的位置反過來安裝的。常用的緩沖器有用橡膠制成的，它的緩沖性能差些，吸收的能力僅為0.09kgf·m/cm3,適用于運行速度不大于50m/min的情況。此外橡膠緩沖器不宜用于環(huán)境溫度過高過低的場合，適用的溫度范圍為－30°～50℃。另一種較常用的彈簧緩沖器，它吸收的能量較大，約為10～25kgf·m/cm3,在一般工作溫度下，對其性能沒有什么影響，彈簧緩沖器可用于運行速度為50～120m/min。
2.2 設計的基本原則和要求
在設計橋式起重機小車時，必須力求滿足以下幾方面的要求：
（1）整臺起重機與廠方建筑物的配合，以及小車與橋架的配合要恰當。小車與橋架的相互配合，主要在于：小車軌距（車輪中心線間的水平距離）和橋架上的小車軌距應相同，其次，在于小車的緩沖器與橋架上的擋鐵位置要配合好，小車的撞尺和橋架上的行程限位裝置要配合好。小車的平面布置愈緊湊小車愈能跑到靠近橋架的兩端，起重機工作范圍也就愈大。小車的高度小，相應的可使起重機的高度減小，從而降低了廠房建筑物的高度。
（2）小車上機構的布置及同一機構中各零件間的配合要求適當。起升機構和小車平面的布置要合理，二者之間的距離不應太小，否則維修不便，或造成小車架難以設計。但也不應太大，否則小車就不緊湊。
（3）小車車輪的輪壓分布要求均勻。如能滿足這個要求，則可以獲得最小的車輪，輪軸及軸承箱的尺寸，并且使起重機橋架主梁上受到均勻的載荷。一般最大輪壓不應該超過平均輪壓得20%。
（4）小車架上的機構與小車架配合要適當。為使小車上的起升、運行機構與小車架配合得好，要求二者之間的配合尺寸相符；連接零件選擇適當和安裝方便。在設計原則上，要以機構為主，盡量用小車架去配合機構；同時機構的布置也要盡量使鋼結構的設計制造和運行機構的要求設計，但在不影響機構的工作的條件下，機構的布置也應配合小車架的設計，使其構造簡單，合理和便于制造。
（5）盡量選用標準零部件，以提高設計與制造的工作效率，降低生產(chǎn)成本。
（6）小車各部分的設計應考慮制造，安裝和維護檢修的方便，盡量保證各部件拆下修理時而不需要移動鄰近的部件。
以上所述，機械與建筑物的配合、機構與小車架的配合、機構的布置以及制造安裝與維修等方面的要求，不僅時設計小車的基本要求，也是設計其它機械的基本要求。至于輪壓分布要求均勻，則是設計起重機小車的特殊要求，應予以充分注意。
2.3 起升機構的傳動方案
橋式起重機小車，因起重量、起升速度和起升高度等設計參數(shù)的不同，而有多種傳動方案。在這些方案中大體分為閉式傳動與開式傳動兩類。
2.3.1閉式傳動
在電機與卷筒之間，大多數(shù)采用傳動效率較高的圓柱齒輪減速器。電動機與減速器之間采用一帶制動輪的彈性柱銷聯(lián)軸器或帶制動輪的全齒聯(lián)軸器直接相連接；或電動機與減速器之間采用一中間軸，軸的一端聯(lián)有半齒聯(lián)軸器，另一端聯(lián)有帶制動輪的半齒聯(lián)軸器。在兩個半齒聯(lián)軸器之間沒有外支座的中間軸叫浮動軸，它除允許徑向和角度有微量偏移外，可沿軸向稍微串動。
減速器與卷筒之間的連接形式很多，采用全齒聯(lián)軸器連接，或同軸傳動，或整體連接。
2.3.2開式傳動
在電動機和減速器之間，除減速器外還有開式齒輪傳動。適用于起升速度較低的情況。
起升機構各種方案的組成雖然不同，但所用的另部件基本上是相同的。各方案之間的區(qū)別主要在于：
（1）在電動機與減速器高速軸之間，可以用浮動軸或直接用聯(lián)軸器連接。
（2）在電動機與卷筒軸之間的傳動方式可直接用減速器減速，或另有開式齒輪。
（3）減速器低速軸與卷筒軸可以通過聯(lián)軸器或直接相連；減速器低速軸與卷筒軸可合二為一，也可分為兩段。
在確定起升機構方案時，要按起重量、起升速度、起升高度、安裝位置和小車軌距等具體研究。
在上述起升機構傳動方案中，所用的制動器均應采用常閉式的。制動器的位置通常都裝在高速軸上，因為高速軸的力矩小，從而采用較小尺寸的制動器。對于吊運熾熱火苗融化金、毒品以及易燃易暴等危險品的起升機構，每套驅動裝置應裝有兩個制動器。
對于Q≤50噸的橋式起重機，當欺起升高度≤18米時，卷筒用單層繞即可滿足。起升高度超過不大時可采用加大卷筒直徑的單層卷繞方法；對于室內(nèi)用橋式起重機，不能單純用加大卷筒的方法，因為小車高度尺寸的增加受到廠房的限制。
2.4 小車運行機構的傳動方案
對于具有四個車輪其中半數(shù)為主動輪的小車運行機構，其傳動方案可分為兩類：即帶有開式齒輪傳動的和全部為閉式齒輪傳動的。
2.4.1、開式齒輪傳動的方案
在這種方案的運行機構中，傳動的高速級封閉在箱體內(nèi)用油浴潤滑，而低速級采用的是開式齒輪。這種結構由于開式齒輪、輪齒磨損嚴重，一般用途的橋式起重機小車運行機構大多采用閉式齒輪傳動。
2.4.2、閉式齒輪傳動的方案
全部是閉式齒輪傳動的方案的運行機構由電動機、制動器、立式減速器、車輪、半聯(lián)軸器、浮動軸和全齒聯(lián)軸器等組成。由于齒輪的維護保養(yǎng)條件好，齒輪傳動構成獨立的減速器部件，因此機構的拆裝分組性能好。
3小車運行機構設計計算
3.1 確定機構傳動方案
經(jīng)比較后，決定采用下圖所示的小車運行機構簡圖
圖3小車運行機構簡圖
3.2 選擇車輪與軌道并驗算其強度
車輪的最大輪壓：小車自重估算取為，假定輪壓均布：
N （3.1）
載荷率 ：
（3.2）
由文獻[4，303-312]表19-6選擇車輪：
當運行速度，,
工作類型為中級時，
車輪直徑，軌道為的許用輪壓為
MPa。
因此可用。
3.2.1疲勞計算
疲勞計算時的等效載荷：
N （3.3）
式中——等效系數(shù)，由文獻[1，13-15]表2-7查得。
車輪的計算輪壓：
N （3.4）
式中：
N
N—小車車輪的等效輪壓；
k1—沖擊系數(shù)，由文獻[3，58-62]表5-2查知；
r1—載荷變化系數(shù)，查文獻[3，58-62]表5-3可知，
當時，
取r=0.83。
根據(jù)點接觸情況計算接觸疲勞應力：
Pa （3.5）
式中r＝30㎝—軌頂弧形半徑，由文獻[4，313-314]表19-9查得。
對于車輪材料42CrMo，由文獻[3，58-62]表5-4查的接觸許用應力為：
[σ]=16000—20000Pa,則有
，
因而滿足要求。
3.2.2強度校核
最大計算輪壓：
Pjmax=K2Pmax ＝1×13153.5＝13153.5 N （3.6）
式中
K2——沖擊系數(shù)，由文獻[3，58-62]表5-2查知，K2=1
點接觸時進行強度校核的接觸應力：
Pa
車輪材料用42CrMo
由文獻[3，58-62]表5-4查得：
[σdmax]＝24000—30000 Pa
有：,強度校核滿足要求
圖3.2運行車輪的分布
3.3運行阻力計算
摩擦總阻力矩：
（3.7）
式中
G、Q——分別為起重機（或小車）重量和起重量；
k——滾動摩擦系數(shù)，它與車輪和軌道的機械性質、幾何尺寸及接觸表面情況有關；
——車輪軸承摩擦系數(shù)；
d——軸承內(nèi)徑；
——車輪輪緣與軌道的摩擦、軌道的彎曲與不平衡性、軌道不直以及運轉時車輪的擺動等因素有關。
由文獻[4，303-314]可知，D400mm 車輪的軸承型號為7520,軸承內(nèi)徑和
外徑的平均值d=140mm,
由文獻[3，77-86]表7-1查得滾動摩擦系數(shù)k=0.0005,
由文獻[3，77-86]表7-2查知軸承的摩擦系數(shù)為u=0.02,
由文獻[3，77-86]表7-3知,附加阻力系數(shù)β=2.0,
則有:
Nm
運行摩擦阻力:
N
Nm
當無載時,
Nm
3.4 零部件選擇及校核
3.4.1 選擇電動機
電動機靜功率：
（3.8）
式中
Pj=Pm(Q=Q)——滿載運行時靜功率。
m=1——驅動電動機臺數(shù)，
——運行機構的效率，對于大車=0.95
對于小車=0.9
——運行速度。
則有：
Kw
初選電動機功率：
Kw
式中
kd——電動機功率增大系數(shù)
由文獻[3，77-86]表7-6可知,取kd=1.15
由[2，709-714]表16-1-83選用電動機YZR180L-6
Ne=15.0kw,
n1=960r/min,
(GD2)d=0.39Nm,
電動機重量G=208kg。
3.4.2 驗算電動機發(fā)熱條件：
等效功率：
Kw
式中
k25——工作類型系數(shù)，由文獻[3，71-73]表6-4可知，取k25=0.75；
r——按起重機的工作類型，取r=1.12
由以上計算可以看出，Nx
N
減速器滿足要求。
3.4.7 驗算起動不打滑條件
由于起重機系室內(nèi)使用的，故坡度及風阻力矩均不計。故在無載荷起動時
，主動車輪上與軌道接觸處的圓周切向力：
（3.12）
N
車輪與軌道粘著力：
N＞T(Q=0)
因而不可能打滑，
滿足要求。
滿載起動時，主動車輪與軌道接觸處的圓周切向力：
N
車輪與軌道粘著力：
N＞T(Q=Q)
因而滿載時不可能打滑，
因此所選電動機合適。
3.5 選擇制動器
由文獻[3，82-86]查得，對于小車運行機構的制動時間tz≤3～4 s。取tz=3 s，
因此所需制動力矩：
（3.13）
Nm
由文獻[2，286-292]表29—13—7選用YWZ5—200/23制動器：
制動力矩Mez=20Nm。
由于所取制動時間tz=3s，
且已經(jīng)驗算了起動不打滑條件，
因此略去制動不打滑驗算。
3.6 選擇聯(lián)軸器
（1）機構高速軸上全齒聯(lián)軸器的計算扭矩：
（3.14 ）
Nm
式中
φ=2——等效系數(shù)，由文獻[1，13-16]表2-7可知，
n1=1.4——安全系數(shù)，由文獻[1，13-16]表2-21可知，
Mel相應于機構JC%值得電動機額定力矩折算到高速軸上的力矩
由文獻[2，286-292]圖16—1—84可知，
電動機YZR180L—6（H）的參數(shù)為
d=55mm,l=110mm,d’=55mm,l’=110mm
由文獻[4，281-285]表17-6選用clz3型聯(lián)軸器，
最大允許扭矩為：
[M]=315Nm,
飛輪矩（GD2）z=0.435 Nm,
重量為：Gz=21.7kg
(2)低速軸的計算扭矩：
Nm
由文獻[2，286-292]表15—2—17可知，
QJ—L280型減速器的低速軸為：
d=90mm l=130mm
由文獻[4，302-314]表19-7可知，
P43型車輪伸出軸端：
d=80mm,l=115mm.
由文獻[4，281-285]表17-6可知，
選用連軸器clz5型，
最大允許扭矩為：
[M]max=800Nm
3.7 驗算低速浮動軸強度：
3.7.1 疲勞驗算
低速浮動軸的等速扭矩：
（3.15）
Nm
式中
φ =1.4，由文獻[1，13-15]表2-7可知
因浮動軸d=70mm,
則有：
Nm
則其許用扭轉應力為：
Pa
其中，材料用45鋼，
取σs=6000Pa,σs=3000Pa,
τ-1 =0.22σs =0.22×6000=1320Pa,
σs =0.6σs =0.6×3000=1800Pa
k=kxkm考慮零件的幾何形狀及表面狀況的應力集
中系數(shù)，
取k=2.5,
I=1.4，
安全系數(shù)由文獻[1，24-27]表2-21可知，
有τn<[τ-1n]
因此滿足要求。
3.7.2靜強度計算
靜強度計算扭矩：
（3.16）
Nm
式中
Φ—— 動力系數(shù)，由文獻[1，11-15]表2-5可知
φ=2.25。
扭轉應力：
τmax =M2/W=308.41(0.2×73) =449.57Pa
許用扭轉應力為：
[τ]= τs/n2=1800/1.4=1286Pa，
因此τ <[τ]
靜強度驗算滿足要求。
浮動軸徑：
取=85mm。
4 起升機構設計計算
4.1 確定主起升機構傳動方案，選擇滑輪組和吊鉤組
圖4.1起升機構計算簡圖
4.1.1 主起升機構
根據(jù)設計要求的參數(shù)，起重量Q=32t，按照構造宜緊湊的原則，采用如下圖所示的傳動方案。
如下圖所示，采用雙聯(lián)滑輪組，按Q=32t，由文獻[1，59-69]表4—1可知
取滑輪組倍率：
Ih=4
因而承載繩分支數(shù)為：Z=2×Ih=8，由文獻[4，237-245]表15-10可知
選用單鉤（梯形截面）A型，其自重為Gg=157kg，
由文獻[4，237-245]表15-15可知
選用4個滑輪，直徑采用D=600mm，兩動滑輪間距為A=170mm，估算吊鉤組自重為Gg=697㎏。
圖4.2傳動方案
4.1.2選擇鋼絲繩
若滑輪組采用滾動軸承，當Ih =4,由文獻[3，9-18]表2—1可知
滑輪組效率ηh =0.975
鋼絲繩所受的最大拉力：
（4.1）
N
由文獻[3，9-18]表2—3可得
工作類型為M7時，
安全系數(shù)k=6。
鋼絲繩選用線接觸6W(19)型鋼絲繩，其破斷拉力換算系數(shù)Φ=0.85。鋼絲繩的計算鋼絲破斷拉力總和為：
（4.2）
N
由文獻[4，]表12—10可知
選擇繩6W(19)公稱抗拉強度170 N，直徑d=21.5㎜，其鋼絲破斷拉力總和為[Sb]=32050N，標記如下：
6W(19)-21.5-170-I-光-右交(GB1102-74)。
4.1.3確定滑輪主要尺寸
滑輪的許用最小直徑：
式中
e＝25由文獻[3，13-18]表2—3查得。
由文獻[1，223-224]附表1可知
選用標準滑輪D＝610㎜；
由文獻[1，223-224]附表2可知
取平衡滑輪直徑Dp＝0.6D≈400㎜；
由文獻[2，183-203]表31—1—39查得兩種滑輪的繩槽部分尺寸。
4.1.4 確定卷筒尺寸并驗算強度
卷筒直徑：
為了適當?shù)臏p少卷筒的長度，故此選用較大直徑的卷筒，
選用
卷筒直徑D=850mm，由文獻[4，209-223]表14-3可知，
選用標準槽卷筒，
其繩槽螺距 t=25mm。
卷筒長度：
（4.3）
即：
則卷筒的長度為：L=2000mm
如公式（4.3），
式中
Z0——附加安全圈數(shù)，取Z0=2。
L1——卷筒中央無槽的光面部分，取其L1=A=170mm，
D0——卷筒計算直徑
D0=D+d=871.5mm。
卷筒的壁厚：
取=25mm。
卷筒壁壓力驗算：
（4.4）
Pa
卷筒設計采用HT200鑄鐵材料，
查表得知，
其抗壓強度極限σby=24500 Pa,抗拉強度極限σb=20000Pa,
故其許用壓應力：
Pa
因此可以看出強度足夠可以滿足使用要求。
由于卷筒長度L<3D故此略去有彎矩產(chǎn)生的拉應力計算。
4.2確定副起升機構傳動方案，選擇滑輪組和吊鉤組
4.2.1 副起升機構
副起升機構參照主起升機構的原理采用，閉式傳動、雙聯(lián)滑輪組、單層繞結構。根據(jù)其要求的起重量為5t，查文獻[1，59-70]表4-1 可知，
取滑輪組倍率Ih=2，
則承重繩的分支為：
Z=2× Ih=4。
查文獻[4，225-237]表15-10選用單鉤（梯形截面）A型，其自重為Gg=12kg，
查文獻[4，225-237]表15-15選用2個滑輪，直徑采用D=350mm兩動滑輪間距為A=70mm，估算吊鉤組自重為Gg=82㎏。
4.2.2選擇鋼絲繩
根據(jù)其倍率為Ih=2，如上主起升機構的計算，查文獻[3，9-12]表2—1得知
滑輪組效率為ηh=0.99，根據(jù)公式（4.1）
鋼絲繩所受的最大拉力：
N
查文獻[3，13-18]表2-4可知，
在M6工作類型時，安全系數(shù)K=5.5，
鋼絲繩采用線接觸6w（19）型鋼絲繩，
查文獻[3，13-18]表2-3可知，
其破斷拉力換算系數(shù)Φ=0.85，
則鋼絲繩的計算鋼絲繩破斷拉力總和為：
N
查文獻[4，183-203]表12-10可知，
鋼絲繩6w（19），公稱抗拉強度170N，
直徑d=13.5mm，
其鋼絲破斷拉力總和為：[Sb]=12600N，
其標記如下：
鋼絲繩6w（19）-13.5-170-I-光-右交（GB1102-74）
4.2.3 確定滑輪組的主要尺寸
滑輪組的許用最小直徑：
查文獻[1，223-224]附表1可知，
初步選用滑輪D=400mm，由文獻[1，223-224]中附表2可知，
取平衡滑輪直徑，
取，
其具體尺寸參照文獻[2，3-26]表31-1-39。
4.2.4 確定卷筒尺寸并驗算強度
卷筒直徑：
同主起升機構類似，為了減少卷筒的長度，故此選用較大直徑的卷筒，選用卷筒直徑D=400mm，參照文獻[4，209-223]表14-3可知，
選用標準槽卷筒，繩槽螺距t=16mm。
根據(jù)公式（4.3）可知卷筒長度：
即：
則卷筒的長度為：L=1500mm
式中
Z0——附加安全圈數(shù)，
取Z0=2。
L1——卷筒中央無槽的光面部分，取其L1=A=70mm
D0——卷筒計算直徑。
卷筒的壁厚：
取=16mm。
卷筒壁壓力驗算：
Pa
同主卷筒起升機構類似，對其進行強度驗算。
對于HT15
查表得知，
其抗壓強度極限σby=6500 Pa,抗拉強度極限σb=1500 Pa,
故其許用壓應力Pa
因此可以看出其強度足夠，可滿足使用要求
由于卷筒長度L＞3D尚應計算由彎矩而產(chǎn)生的拉應力校核。如下圖：
圖4.3：卷筒彎矩圖
（4.5）
卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中央時：
（4.6）
Nm
卷筒斷面系數(shù)：
cm3
式中
D—卷筒外徑，取D=40㎝；
Di—卷筒內(nèi)徑，Di=D－2＝40－2×1.6＝36.8㎝.
由此可得：
Pa
合成應力：
Pa
式中許用拉應力：
Pa
因此可以看出強度合適，可滿足使用要求。
5主起升機構卷筒的計算
5.1 卷筒心軸的計算
由前述可以得知，卷筒的名義直徑D=850mm,螺旋節(jié)距為：
t=25mm,卷筒長度為：L=2000mm,壁厚為：δ= 25mm.
鋼絲繩受到的最大拉力為：
Smax=4191.9N
5.1.1 支座反力
圖5：卷筒心軸計算簡圖
N
RB=4191.9×2-4533.2=3850.6N
心軸右側支撐最大彎矩：
Nm
5.1.2疲勞計算
對疲勞計算采用等效彎矩，查文獻[1，14-27]表2-7可知，
其等效系數(shù)為：
φ =1.1，
等效彎矩：
Nm
彎曲應力：
Pa
軸材料采用45鋼，
其中σb=6000Pa, σs=3000Pa,
σ-1w=0.43, σb=2580Pa，
[ σ-1] （5.1）
式中
n=1.6——安全系數(shù)，查文獻[1，23-27]表2-21可知。
K——應力集中系數(shù)，
；
kx=1.4——零件幾何形狀有關的應力集中系數(shù)；
km=1.15——與零件表面加工光潔度有關的應力集中系數(shù)
上述數(shù)據(jù)由文獻[4，29-39]表4-2可知；
代入數(shù)據(jù)可得：
Pa
因此：
可知設計滿足要求。
5.1.3靜強度計算
卷筒軸屬于起升機構低速軸零件，其動力系數(shù)可由文獻[1，9-12]表2—5查得，
＝1.2，
Nm
Pa
許用應力：
Pa
因,
因此設計滿足要求。
5.2選擇軸承
由于卷筒心軸上的左軸承的內(nèi)、外座圈以同樣轉速轉動，故無相對運動，可按照額定靜載荷來選擇。右軸承的外座圈固定，內(nèi)座圈與心軸一同旋轉，應按照額定動負荷來選擇。
5.2.1大端軸承
軸承的額定靜負荷：
（5.2）
式中 ：
C0——額定靜負荷；
P0——當量靜負荷；
n0——安全系數(shù)，查得n0=1.04。
參考文獻[1，229-231]附表8，
選用調(diào)心球軸承，型號為SKF2222，
查得軸承的額定靜負荷C0＝5200N
左軸承的當量靜負荷：
N
式中：
fd＝1.1——動負荷系數(shù)。
則：
N≤C0
滿足要求，安全。
5.2.2右端軸承
今右端軸承也采用SKF2222，其額定動負荷[C]＝12400 N
右軸承的徑向負荷：
N
軸向負荷為：Fd=0
由文獻[3，1-8]表1—4可得，
M7工作類型時的軸承工作時數(shù)為：Lh=8000h
并查得SKF2222軸承的e =0.28，
今
故有：
x=1,y=2.2，
當量動負荷：
N
由公式:
（5.3）
所以：
故動負荷：
N
由于 C<[C],
因此設計滿足要求。
5.3繩端固定裝置計算
繩索卷筒的表面有光面和螺旋槽的兩種。光面的多用于多層卷繞鋼絲繩的卷筒，其構造比較簡單，繩索按螺旋形緊密的排列在卷筒表面，繩圈依次卷繞在槽內(nèi)，使繩索與卷筒接觸面積增大，單層卷繞鋼絲繩卷筒上車有螺旋槽，繩圈依次卷繞在槽內(nèi)，使繩索與卷筒接觸面積增大，從而降低單位壓力；此外，繩索節(jié)距大于繩索直徑。繩之間有一定間隙，工作時不會彼此摩擦，可以延長鋼絲繩的使用壽命。螺旋槽有淺槽（標準草）和深槽兩種。一般情況下，多采用標準槽，因此其節(jié)距比深槽的短，所以繩槽圈數(shù)相同時，標準槽的卷筒工作長度比深槽的短。但是，如果，鋼絲繩繞入卷筒的偏角較大，或對于在使用過程中鋼絲繩又脫槽的危險時，為避免鋼絲繩脫槽或亂繞?？梢杂蒙畈鄣木硗?。據(jù)鋼絲繩直徑為21.5mm，選用壓板固定裝置，雙頭螺栓直徑M20.已知，卷筒長度計算中采用的附加圈數(shù)Z=2，繩索與卷筒繩槽間的摩擦系數(shù)f =0.15，則在繩端固定處的作用力為：
N
壓板螺栓所受拉力：
N
f1——壓板梯形槽與鋼絲繩的換算摩擦系數(shù)，
有：
螺栓有拉力及彎矩作用的合成應力為:
Pa
式中：
z =6——螺旋數(shù);
d=17.3㎜——內(nèi)徑
Nm
螺栓材料為 As 屈服極限為σs=2400Pa
則需用拉伸應力為:
[ σ]= σs/ nⅡ=2400/1.6=1560Pa,
由文獻[1，23-25]表2-21可得，
取安全系數(shù)nⅡ＝1.6。
因為σ<[σ],
因此滿足要求。
6 經(jīng)濟可行性分析
影響起重機小車的經(jīng)濟因素主要包括設備的完好率，利用率，設備役齡，成本費用等因素。各種影響因素之間相互作用，互為因果。
6.1設備完好率與利用率
設備完好率和利用率是評價工業(yè)機械技術管理水平的兩項重要指標，它們在一定程度上反映了企業(yè)的設備管理水平和技術裝備素質。
設備完好率是設備管理一個重要的考核指標，它反映工業(yè)企業(yè)機械設備管理，使用，保養(yǎng)，維修工作的情況，對促進企業(yè)的設備管理發(fā)揮重要作用。完好率是具有橫向聯(lián)系的一種指標，它既能反映設備的技術狀態(tài)水平，又能反映設備點檢工作的狀況和生產(chǎn)維修的工作效果?？己送旰寐实淖罱K目的是保證裝卸設備始終處于良好的技術狀態(tài)。完好率的公式為：
設備利用率是一種縱向延伸的指標，考核它不僅可以反映設備的投資效果，設備的轉運率和作業(yè)效率，而且可以反映設備系統(tǒng)功能的投入及性能發(fā)揮的狀況?？己说淖罱K目的在于提高設備打得利用效果，充分發(fā)揮設備的能力和潛力。利用率的公式是：
6.2設備役齡
機械設備的役齡影響到機械的完好率，臺時產(chǎn)量，維修費用等一系列指標，是確定設備合理配置，更新改造等決策的重要影響因素。圖6.1概念性地表示了機械的故障率與時間相對應的壽命特性曲線。該曲線分為三段：早期故障期A；偶發(fā)故障期B；耗損故障期C。
第一階段為早期故障期A。機械設備從投入使用到時刻為止，這個階段的特點是開始時故障率很高，但隨著運轉時間的增加，故障率很快又減小下來，進入故障率恒定階段。
第二階段為偶發(fā)故障期B。這一階段的故障率最低，而且故障率恒定。一般情況下這一階段不應該發(fā)生故障，屬機械設備的最佳工作時期。
第三階段為耗損故障期C。在這一時期因為設備內(nèi)部的零件接近“額定”壽命，而出現(xiàn)零件的正常磨損，化學腐蝕，物理性質變化以及材料的疲勞等老化過程，因此設備開始出現(xiàn)退化現(xiàn)象，故障率開始重新升高。
圖6.1機械設備壽命曲線
上述的浴盆曲線表達了機械設備整個壽命周期特性。但對于實行大修制度的設備來說，用浴盆曲線來表示機械的一個大修周期更為確切。圖6.2為用幾個浴盆曲線來表達機械的全壽命特性。歷次大修后 ，浴盆曲線的各種參數(shù)會