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河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文
摘 要
本次畢業(yè)設計是針對畢業(yè)實習中橋式起重機所做的具體到噸位級別的設計。我國現在應用的各大起重機還是仿造國外落后技術制造出來的，而且已經在工廠內應用了多年，有些甚至還是七八十年代的產品，無論在質量上還是在功能上都滿足不了日益增長的工業(yè)需求。如何設計使其成本最低化，布置合理化，功能現代化是我們研究的課題。本次設計就是對小噸位的橋式起重機進行設計，主要設計內容是10t橋式起重機的結構及運行機構，其中包括橋架結構的布置計算及校核，主梁結構的計算及校核，端梁結構的計算及校核，主端梁連接以及大車運行機構零部件的選擇及校核包括: 輪壓計算及強度驗算, 運行阻力計算,選擇電動機,減速器的選擇驗算,運行速度及實際功率,選擇制動器,選擇聯軸器,低速浮動軸的驗算,緩沖器的選擇等計算。還有小車的運行和起升機構零部件的選擇及校核包括: 運行阻力計算，選電動機，選擇減速器驗算起動時間，按起動工況校核減速器功率，選擇制動器，選擇高速軸聯軸器及制動輪，驗算低速浮動軸強度，鋼絲繩的選擇，滑輪、卷筒的計算，聯軸器的選擇。
關鍵詞: 起重機；大車運行機構；小車運行結構；小車起升結構；橋架 ；
主端梁
Abstract
The graduation design is aimed at the graduation fieldwork medium-sized crane do specific to tonnage level of design. Our country is the application of the big crane or counterfeit foreign backward technology out of manufacture and has within the plant for many years, some even application or the 70s and 80s products, both in quality and in on the function can't satisfy the growing industrial demand. How to design makes it the lowest cost, decorate rationalization, functional modernization is our topic. This design is on small tonnage design of bridge crane, the main design content is 10t bridge crane structure and operation organization, including bridge structure arrangement calculation and checking the structure of the girder, the calculation and checking, calculated and checked the beam structure, the main girders connection and cart mechanism parts selection and checking including: wheel pressure calculation and intensity checking, running friction calculation, the choice of motor, gear reducer is checked, choose speed and actual power, choose brakes, choose coupling calculating speed floating axis, buffer choice calculation, etc. And car running and lifting mechanism parts selection and checking including: running friction calculation, choose motor, choose reducer, by starting checked start-up time check reducer power, choose working brakes, choose high-speed couplings and brake wheel, the checking low-speed axial intensity, the wire rope floating choice, pulley, drum calculation, coupling choice.
Keywords: cranes; During operation organization; Car running structure; Car hoisting structure; Bridge; Main girders
93
目錄
摘 要 1
Abstract 2
前 言 1
第1章 橋式起重機的概述 2
1.1 橋式起重機的特點 2
1.2 橋式起重機的用途 5
1.3 橋式起重機的基本參數 5
1.4 橋式起重機主要零部件 9
1.4.1吊鉤 9
1.4.2鋼絲繩 11
1.4.3 滑輪和滑輪組 13
1.4.4 滑輪組類型及選配原則 14
1.5滑輪組及其滑輪組的倍率 15
1.6 卷筒 16
1.7 位置限位器 17
1.8 緩沖器 18
1.9橋式起重機發(fā)展概述 18
1.9.1 國內橋式起重機發(fā)展動向 18
1.9.2 國外橋式起重機的發(fā)展動向 19
第2章 大車運行機構的設計 21
2.1大車運行結構設計的基本思路及要求 21
2.2 大車運行機構傳動方案的確定 21
2.3 大車運行機構具體布置時要注意的問題 22
2.4 大車運行機構的設計計算 23
2.4.1 大車運行結構的傳動方案 23
2.5輪壓計算及強度驗算 24
2.5.1計算大車的最大輪壓和最小輪壓 24
2.5.2 強度計算及校核 25
2.6 運行阻力計算 27
2.7 選擇電動機 28
2.8 減速器的選擇 30
2.9 驗算運行速度及實際功率 30
2.10 驗算啟動時間 31
2.11 起動工況下校核減速器功率 33
2.12 驗算起動不打滑條件 33
2.13 選擇制動器 36
2.14 選擇聯軸器 37
2.15 低速浮動軸的驗算 38
2.16 緩沖器的選擇 40
第3章 起升小車的計算 43
3.1 確定機構的傳動方案 43
3.2小車運行機構的計算 44
3.3選擇車輪與軌道并驗算起強度 44
3.4運行阻力計算 46
3.5 選電動機 48
3.6 驗算電動機發(fā)熱條件 49
3.7 選擇減速器 49
3.8 驗算運行速度和實際所需功率 49
3.9驗算起動時間 50
3.10 按起動工況校核減速器功率 51
3.11 驗算起動不打滑條件 52
3.12 選擇制動器 53
3.13 選擇高速軸聯軸器及制動輪 54
3.14 驗算低速浮動軸強度 56
3.15 起升機構的設計參數 57
3.16 鋼絲繩的選擇 58
3.17 滑輪、卷筒的計算 59
3.18 根據靜功率初選電動機 61
3.19 減速器的選擇 61
3.20 制動器的選擇 63
3.21 啟動時間及啟動平均加速度的驗算 63
3.22 聯軸器的選擇 65
第4章 橋架結構的設計 66
4.1 橋架的結構形式 66
4.1.1 箱形雙梁橋架的構成 66
4.1.2 箱形雙梁橋架的選材 66
4.2 橋架結構的設計計算 67
4.2.1 主要尺寸的確定 67
4.2.2 主梁的計算 69
4.3 端梁的計算 76
4.4 端梁的尺寸的確定 82
4.4.1 端梁總體的尺寸 82
4.4.2端梁的截面尺寸 82
第5章 端梁接頭的設計 83
5.1 端梁接頭的確定及計算 83
5.1.1 腹板和下蓋板螺栓受力計算 84
5.1.2 上蓋板和腹板角鋼的連接焊縫受力計算 85
5.2 計算螺栓和焊縫的強度 86
5.2.1 螺栓的強度校核 86
5.2.2 焊縫的強度校核 87
總 結 91
致 謝 93
參考文獻 94
前 言
橋式起重機是橫架于車間和 料場上空進行物料調運的起重設備。由于它兩端坐落在高大的水泥柱或金屬架上，形狀似橋，所以俗稱“天車”。橋式起重機是現代工業(yè)和起重運輸中實現生產過程機械化、自動化的重要工具與設備，可減輕操作者的勞動強度，可大大提高生產率。橋式起重機在工礦企業(yè)、鋼鐵化工、鐵 路交通、港口碼頭以及物流周轉等部門和場所應用的最為廣泛，是人們生產生活不可或缺的一種設備。
隨著工業(yè)的迅速發(fā)展和科學技術的不斷進步，橋式起重機在結構設計及自動化程度上相繼出現了一些新的變化和新的特點，在結構上，國內起重設備已采用計算機優(yōu)化設計，以提高起重機的機械性能，在起重質量方面逐步向大型化發(fā)展，大型橋式起重機正在鋼鐵、水利、發(fā)電等行業(yè)不斷出現，令人世人矚目的三峽發(fā)電廠安裝了兩臺1200T/125T的橋式起重機，2007年9月，起重量達2萬噸的橋式起重機在山東煙臺佛士船廠投入使用，它標志這我國起重機行業(yè)以達到世界先進水平。
總之，隨著科技的迅速發(fā)展，國內各種先進的電氣控制和機械技術正逐步應用到起重機上，起重機的自動化程度越來越高，結構日趨簡單，性能愈加可靠，起重量越來越大，品種也越來越全。
對于起重量大、跨距大的起重設備多采用箱型雙梁式，箱型雙梁橋式起重機有一個由兩根箱型主梁和兩根橫向端梁構成的雙梁橋架，在橋架上運行小車，可起吊和水平搬運各類物件。它適用于機械加工和裝配車間、倉庫和料場等場所。 箱型雙梁結構具有加工零件少、工藝性好、通用性好及安裝檢修方便等優(yōu)點，因而在生產中廣泛使用。
第1章 橋式起重機的概述
橋式起重機是橋架型起重機的一種，主要依靠起升機構和在水平面內的兩個相互垂直方向移動的運行機構，能在矩形場地及其上空作業(yè)，是工礦企業(yè)廣泛使用的一種其中運輸機械。它具有承載能力大、工作可靠性高、制造工藝相對簡單的優(yōu)點。
橋式起重機一般有大車運行機構的橋架、起升機構和小車運行機構的起重小車、電氣設備、司機室等機構組成，外形像一個兩端支撐在平行的兩條架空軌道上平移運行的單跨平板橋。起升機構用來垂直升降物品，起重小車用來帶著載荷作橫向移動，以達到在跨度內和規(guī)定高度內組成三維空間里做搬運和裝卸貨物用。
橋式起重機是使用最廣泛、擁有量最大的一種軌道運行式起重機，其額定起重量從及噸到幾百噸。最基本的形式是通用吊鉤橋式起重機，其他形式的橋式起重機都是在通用吊鉤橋式起重機的基礎上派生發(fā)展出來的。
1.1 橋式起重機的特點
橋式起重機是橫架于車間、倉庫和料場上空進行物料吊運的起重設備。由于它兩端坐落在高大的水泥柱上或金屬支架上，形狀似橋，所以俗稱“天車”和“行車”。它是使用、范圍最廣、數量最多的一種起重機械。
橋式起重機是現代工業(yè)生產和起重運輸中實現生產過程機械化、自動化的重要工具和設備，可減輕操作者的勞動強度，提高生常率。橋式起重機在工礦企業(yè)、鋼鐵化工、鐵路交通、港口碼頭以及物流周轉等部門和場所均得到廣泛的運用，它是人們生產活動中不可缺少的一種設備。
橋式起重機的類型很多，其中通用橋式起重機和龍門起重機最為普遍，這兩種類型起重機的結構和操作方法基本相同，不同之處在于大車運行軌道的位置，通用橋式起重機是在高空，龍門起重機在地面，由此帶來支撐結構的不同。
盡管橋式起重機有不同的種類和型號，外形和結構存在差異，但它們都具有一個共同的特點，那就是循環(huán)間歇的工作方式。一個工作循環(huán)一般包括：通過取物裝置的起升、下降來使物料發(fā)生位移，接著進行反方向運動，回到原位置或另一個位置，以便進行下一次的工作循環(huán)，在兩工作循環(huán)之間，一般有短暫的間歇。由此可見，橋式起重機在工作時，各個機構經常處于開動、運行、制動以及正向、反向等相互交替的運動狀態(tài)中。另外，橋式起重機還具有以下工作特點：
1.起重機械通常具有龐大的金屬結構和比較復雜的機械結構，能完成一個升降、降升或幾個水平動作，作業(yè)過程中常有幾個不同方向的運動同時存在，技術難度較大。
2. 所吊的物料多種多樣，載荷也是變化的，重則幾十噸，甚至上百上千噸，輕則幾十斤；長則數十米，短則不到一米；形狀也不規(guī)則，還有散粒、熱熔狀態(tài)的以及易燃易爆品，是吊運工作復雜而危險。
3.大多數起重機設備需要在較大范圍內運行，有裝鋼軌、鋼輪或輪胎式履帶的，活動空間大，危險面大。
4. 暴露的活動零件較多，且常與吊運人員直接接觸（如鉤、繩），危險因素多。
5. 作業(yè)環(huán)境復雜，工況企業(yè)、港口碼頭、建筑工地等場所，都有起重設備在運行，作業(yè)還會遇到高溫、高壓、易燃、易爆、輸電線路、強磁場等危險因素，這些不利條件對人和設備會造成很大的威脅。
6.作業(yè)常需要人配合，存在較大難度，要求操作人員和指揮人員熟練配合、協作、互相照應，操作人員應急處理現場緊急情況的能力。
據有關資料統計，我國所發(fā)生的機械工傷事故中，起重機械的就占15%以上，為了保證人民的生命安全，國家已將其列為特種設備進行管理。
隨著工業(yè)的迅速發(fā)展和科學技術的不斷進步，橋式起重機在結構設計和自動化程度上相繼出現了一些新的變化和新的特點。例如，在結構上，國內起重機已采用計算機優(yōu)化設計，以提高起重機的機械性能，降低自重。在性能上，不斷引進國外先進技術，采用了新穎的節(jié)能調速系統，如晶閘管串級開環(huán)或閉環(huán)系統，調速比可達1:30，隨著對調速要求的較高，變頻調速系統和微機控制技術也在起重機中得到應用，如三峽工程600t壩頂門式起重機采用了高頻調速系統、微機自動糾偏以及大揚程高精度微機監(jiān)測系統。許多單位還研制開發(fā)了遙控起重機。在起重量方面逐步向大型化發(fā)展，起重量為400t、600t的大型起重機正在鋼鐵、水利、發(fā)電等行業(yè)中出現，令人注目的三峽大壩發(fā)電工程，相繼安裝了2臺1200t/125t橋式起重機。2007年9月，起重機為2萬噸的“泰山”號橋式起重機，在山東煙臺萊佛士船業(yè)有限公司正式投入使用，這是目前全球起重機重量最大的起重機，它標志著我國起重機行業(yè)已達到了世界先進水平。
總之，隨著科技的飛速發(fā)展，國內各種先進的電氣控制和機械技術正逐步應用到起重機上，起重機的自動化程度越來越高，結構日趨簡單，性能更加可靠，起重量越來越大，品種也越來越齊全。
1.2 橋式起重機的用途
橋式起重機的用途和使用范圍很廣。它廣泛應用在工業(yè)企業(yè)、港口車站、倉庫料場、水電站等國民經濟個部門。在冶金企業(yè)中，從原料進廠、冶煉軋制到產品出廠都需要大量的橋式起重機、加料起重機、鑄造起重機等，如一個300噸轉爐煉鋼車間所需起重機有幾十臺。一個大型冶金聯合企業(yè)用有數百臺之多的各種類型起重機。在港口碼頭上，船舶貨物的裝卸及搬運作業(yè)，主要依靠各種起重機來完成。在一個年吐量為1500多萬噸的貨物港口，就約100多臺各種起重機，其中，橋式起重機占有相當大的比例，在電力工業(yè)中，各種水火電站和核電站就需要大起重量的橋式起重機。在機械制造業(yè)中，企業(yè)車間內部、露天場地、倉庫等場合大量應用著各種橋式起重機。
不同類型的橋式起重機所搬運的物料不同：吊鉤起重機搬運各種成件物品；抓斗起重機搬運各種散粒物品，如煤、焦炭、砂等；電磁起重機搬運導磁的金屬材料，如型鋼、鋼板、廢鋼等；兩用起重機是為了生產效率，在一臺小車上裝有可換的吊鉤和抓斗或者電磁吸盤和抓斗，但每一個工作循環(huán)只能使用其中的一種取物裝置，可運送成件、散粒物品或者到此的金屬材料，但每次搬運物品時，只能使用其中一種；防爆起重機用于搬運有易爆氣體或有易爆介質的車間、庫房等場所的成件物品，起重機上的電氣設備和有關裝置具有防爆特性，以免發(fā)生火花；絕緣起重機用于搬運電解車間的各種成件物品，起重機上有關部分具有可靠的絕緣裝置，保證安全操作。
1.3 橋式起重機的基本參數
橋式起重機的基本參數是起重機設備性能和技術經濟的指標，主要包括：起重量Q（t）、跨度L（m）、起升高度H（m）、運動速度v（m/min）以及工作級別等，起重機的操作和維修與這些基本參數有直接關系。對于起重機基本參數的定義、概念不清楚或模糊，將導致違反規(guī)程的操作或失誤以及不能達到維修技術要求。
1. 起重量
起重量是指起重機械在正常情況下，所允許的最大吊起重量，符號Q表示，單位為噸（t）,通常講的起重量是指起重設備的額定起重量，例如，10t起重機，是指該設備在正常使用條件下允許的最大吊起重量為10t。
起重機的額定起重量不包括吊鉤、吊環(huán)等不可分吊具的重量，但包括抓斗、電磁盤 、料罐及盛鋼桶等可分吊具的重量。
起重機較大的起重機常有兩套起升機構，大起重量的稱為主鉤，小起重量的稱為副鉤，主、副鉤的起重量通常用斜線分開來，例如，20t/5t即表示主鉤的最大起重量為20t，副鉤的最大起重量為5t。
2.跨度
橋式起重機大車運行軌道的兩條鋼軌中心線之間的距離稱為起重機的跨度，用符號L表示，單位m。
起重機的跨度，由安裝起重機的廠房跨度而定，其關系如下：
式中 S——廠房跨度，m
d——廠房兩側柱子縱向定位軸線與起重機軌道中心線之間的距離，m
起重機跨度值應符合表1—1的規(guī)定 。特殊情況也可采用表列以外的非標準跨度值。
表1-1 橋式起重機跨度（L）系列
起重量/t
廠房寬度S
9
12
15
18
21
24
27
30
33
36
3~50
7.5
10.5
13.5
13.5
16.5
19.5
22.5
22.5
28.5
31.5
7
10
16
16
19
22
25
28
31
80~250
16
16
19
22
25
28
31
34
注：1.表中起重機跨度L值，也適用于露天起重機。
2.3～50t起重機兩種跨度的選用，當廠房梁上需設安全通道時，起重機的跨度L值按
7～31m系列選用，否則按7.5～31.5m系列選用。
3.起升高度
起重機吊具最高和最低工作位置之間的垂直距離稱為起重機的起升范圍D（D=H+h），如圖1—1所示。
圖1—1 起重機的起升范圍示意圖
當無下降深度的使用場合，起升范圍D即等于起升高度H。
起升高度和下降深度，以吊鉤鈎腔中心作為測量基準點，對其他吊具（如抓斗等）以閉合狀態(tài)的最低點為基準。
起升高度在國家標準中已有規(guī)定，見表1—2.
起升機構
起重量/t
3～50
80
100
160
200
250
主鉤
12
16
20
30
20
30
24
30
19
30
16
30
副鉤
14
18
22
32
22
32
26
32
21
32
18
32
4.工作速度
工作速度是指起重機個機構（起升、運行）的運行速度，其中：額定起升速度是指起升機構的電動機在額定轉速下，取物裝置的上升速度；小車額定運行速度是指小車運行機構電動機在額定轉速下的小車運行速度；大車額定運行速度是指大車運行機構的電動機在額定轉速下的運行速度。各類速度用v表示，單位為m/min。橋式起重機的工作速度根據工作要求而定：一般用途的橋式起重機采用中等的工作速度，這樣可以使驅動電機功率不致過大；安裝工作有時就要求很低的工作速度；吊運輕件，要求提高生產效率，可取較高的工作速度啊；吊運重件，要求工作平穩(wěn)，作業(yè)效率不是主要矛盾，可取較低的工作速度。
5.工作級別
起重機的工作級別是表示起重機基本能力的綜合參數，用戶可根據使用的工藝要求選擇適當工作級別的起重機，以達到即使擁又經濟的目的。
起重機的工作級別是按起重機的利用等級和載荷狀態(tài)來劃分的，起重機工作級別共分為8級，即。
起重機載荷狀態(tài)是表明起重機受載的輕重程度的.起重機載荷狀態(tài)按名義載荷譜系數分為共4級。
起重機的利用等級是按起重機設計壽命期內總的工作循環(huán)次數N來劃分的，共分為10級.
起重機金屬結構和其他機構的工作級別是起重機的設計依據，這里不加討論。
在使用和維修起重機時，必須注意起重機的工作級別，起重機的工作級別不同，各機構的零部件及其電氣裝置也不同，如果把輕級別起重機當重級別起重機使用，就會出現故障，甚至造成事故。
起重機的工作級別和起重量是兩個完全不同的概念，起重量大，不一定是重級，起重量小，也不一定是輕級。如泵房、空壓站、水電站的維修起重機，起重量可能很大，但使用很小，都屬于輕級。一些熱加工車間或組裝車間的起重機起重量并不大，但因工作繁忙，使用時間長，則屬于重級，因此，使用和檢修人員在了解起重機的工作級別后，應合理地根據其工作級別進行操作和檢修，避免超出其工作級別而造成損壞事故。
1.4 橋式起重機主要零部件
1.4.1吊鉤
吊鉤是吊裝作業(yè)中最常用的取物裝置，是各類起重機，也是常用吊索、起重工具、專用吊具上的重要組成部分。根據制造方式，吊鉤可分為鍛造鉤和板式鉤，鍛造鉤一般應用GB699—1988中規(guī)定的20號鋼，經過鍛造和沖壓、退火處理，再進行機械加工而成。熱處理后要求表面硬度為95-135HB。鍛造可以制成單鉤和雙鉤，單鉤主要用在70噸以下的起重機上，雙鉤用在50-100噸的起重機上。板式鉤一般用在起重量較大的起重機上，板式鉤有厚度為30mm成型板片重疊鉚合而成。板式鉤上有護板，板式鉤一般應用GB700-1988《普通碳素鋼結構鋼技術條例》中規(guī)定的Q235A、Q235B或GB1519-1988《低合金結構鋼技術條件》中規(guī)定的16Mn鋼，軌制鋼制成。板式鉤由于其板片不可能同時斷裂，所以可靠性好，修理方便。但是板式鉤的斷面形狀只能制成矩形，因此鉤體的材料不能充分利用。板式鉤也分單鉤和雙鉤兩種。單鉤多用于鑄造起重機上。吊鉤鉤身的斷面形狀有圓形、矩形、梯形和T字形等，
吊鉤的安全使用規(guī)范：
（1）新吊鉤在投入使用前，應進行檢查，應有制造廠的制造合格證，否則不準投入使用，新吊鉤的開口度要進行測量并符合規(guī)定。
（2）新鉤應做負荷試驗，其檢驗荷載按起重量的不同而不同，并且測量鉤口開度不應超過原開度的0.25%。
（3）對吊鉤三個危險斷面應用火油清洗，用放大鏡看有無裂紋；對板式鉤應檢查其襯套、銷子磨損情況。
（4）在起重吊裝作業(yè)中使用的吊鉤，其表面要光滑，不能有剝裂、刻痕、銳角、接縫和裂紋等缺陷。
（5）吊鉤在使用過程中，應進行定期檢查，主要檢查是否有變形、裂紋、磨損、腐蝕等現象，并應做好記錄。
（6）吊鉤不準超負荷作業(yè)，吊鉤不得補焊，且吊鉤上應裝有防止脫鉤的安全裝置。
（7）吊鉤停止使用時，應對其它進行仔細的清洗、除銹，上好防銹油放在通風干燥的地方。
1.4.2鋼絲繩
鋼絲繩是由高強度碳素鋼絲圍繞繩芯繞捻而成的，被廣泛應用于起重作業(yè)。其中吊運用鋼絲繩通常指起重滑車組使用的起重或牽引繩、立扒桿用的綁扎繩和纜風繩及吊具索具使用的鋼絲繩。其有以下優(yōu)點：
（1）重量輕、強度高、能承受沖擊載荷。
（2）撓性較高，使用靈活。
（3）鋼絲繩磨損后，外表會產生許多毛刺，易于檢查。破段前有斷絲預兆，其整根鋼絲繩不會立即斷裂。
（4）其中作業(yè)用鋼絲繩成本低。
主要缺點剛性大，不易彎曲。起重作業(yè)選用的鋼絲繩一般為點接觸類型，如果配用的滑輪直徑過小或直角彎折，鋼絲繩易受損壞且影響安全使用和縮短使用壽命。
鋼絲繩的種類
1. 根據鋼絲繩的捻向分類
（1）交互捻鋼絲繩 繩與股的捻向相反，這是常用的鋼絲繩，由于繩與股的自行松捻趨勢相反，互相抵消，沒有扭轉打結的趨勢，使用方便。根據繩的捻向，又分別有右捻和左捻繩。起重機多用右捻鋼絲繩。
（2）同向捻鋼絲繩 繩與股的捻向相同，在自行松捻和扭轉的趨勢，容易打結。由于其撓性較好。通常用于具有剛性的導軌的牽引。近來在制造工藝中采用預變形方法，成繩后消除了自行松散扭轉的現象。這種繩又稱為不松散繩。
（3）混合捻鋼絲繩 有半數股左旋，另半數股右旋。這種鋼絲繩應用較少。
2.根據繩股的構造分類
（1）點接觸繩 繩股中各層鋼絲繩直徑相同，股中相鄰各層鋼絲的捻距不等，相互交叉，在交叉點上接觸，因此，點接觸繩易于磨損，壽命低。
（2）線接觸繩 繩股中各層鋼絲的捻距相等，外層鋼絲位于里層鋼絲之間的溝槽里，內外層鋼絲相互接觸在一條螺旋線上，改變了接觸，增長了壽命，增加了撓性。相同直徑的鋼絲繩，線接觸型比點接觸型的金屬斷面面積大，因而承載能力大。
（3）面接觸繩 股與股之間成面接觸，制作工藝復雜，多用于纜索起重機和架空索道的支承纜索。
3.根據繩芯分類
按繩芯的不同有麻芯、棉紗芯、石棉芯和軟鋼芯，其中帶浸油麻芯及棉紗芯、的鋼絲繩，比較溫軟，容易彎曲，芯中含油可經常潤滑鋼絲，但不耐高溫高壓；帶石棉芯的鋼絲繩能耐高溫；帶軟鋼芯的鋼絲繩能耐高溫高壓，但芯硬不易彎曲。使用要根據具體條件選用。
1. 根據繩股數和每股中鋼絲繩數量分類
按繩股數和每股中鋼絲繩數量不同表示，例如常用普通結構鋼鋼絲繩中分為6、77、619、637、661等種類（前者數字表示股數，后者數字表示每股絲數）。
鋼絲繩中鋼絲越細越不耐磨，但比較柔軟，彈性較好，鋼絲繩月粗越耐磨，但比較硬不易彎曲，故應視用途不同而選用。在滾筒直徑較大且磨損厲害處，如索道牽引、斜井卷揚可用鋼絲較粗的67、619鋼絲繩；彎曲較多，滾筒直徑較小如穿掛滑車組、絞車絞磨、懸吊構件、綁扎扒桿等應用鋼絲較細的637以及661鋼絲繩。
4. 鋼絲繩選用注意事項：
（1）鋼絲繩的規(guī)格，應根據不同的用途來選擇。如作起吊重物或穿繞滑輪用的鋼絲繩，可選擇637或者661規(guī)格的鋼絲繩；作纜風繩或牽引繩，可選擇619規(guī)格的鋼絲繩。
（2）鋼絲繩應優(yōu)先選用6股線接觸交繞繩，且鋼絲繩的直徑應根據所要承受載荷的大小及鋼絲繩的許用拉力來選擇，在有腐蝕性的環(huán)境中工作時，應選用鍍鋅鋼絲繩。
（3）起重機用張緊繩、牽引繩應選用順繞繩，在需要有耐酸要求的場合應選用鍍鉛鋼絲繩，在高溫環(huán)境中工作的起重機應選用具有特級韌性石棉芯鋼絲繩或具有鋼芯的鋼絲繩，
1.4.3 滑輪和滑輪組
起重滑輪是利用杠桿原理制成的一種簡單機械，它能借助起重機繩索的作用產生旋轉運動，以改變作用李的方向。在實際中，為了擴大滑輪的效用，往往把一定數量的動滑輪和一定數量的定滑輪組合起來使用，組成滑輪組，她經常配合卷揚機進行吊裝、搬運等工作，是重要的吊裝、搬運工具。
滑輪的構造與用途
1.滑輪有輪轂、輪輻、加強筋、繩槽和輪緣組成，滑輪的材料一般為HT150鑄鐵或者ZG230-450、ZG270-500鑄鋼。大尺寸滑輪為了減輕自重也有鋼板焊制而成的。
2.滑輪按用途可劃分為定滑輪、動滑輪、均衡滑輪、和導向滑輪，各輪組可簡述如下：
（1）定滑輪是用作支承繩索的運動，通常作為導向滑輪和平衡輪使用。它只能改變繩索的受力方向，不能改變繩索的速度，也不能省力。
（2）使用動滑輪時，因設備或者構件由兩根鋼絲繩分擔，每根鋼絲繩所分擔的力只有設備或者構件質量的50%。
（3）導向滑輪也叫開門滑輪，它同定滑輪一樣，既不省力，也不能改變速度，只能改變鋼絲繩的走向，這種滑輪的夾板可以開啟，使用時，將鋼絲繩的中間部分從開口處放進去。導向滑輪通常用在起重桅桿低腳處。
（4）滑輪組是由一定數量的動滑輪和定滑輪，通過繩索穿繞而組成的。他具有動、定兩種滑輪的特點，機能改變力的方向，由能省力，用多組滑輪組起吊設備或構件，其牽引力會更小。
1.4.4 滑輪組類型及選配原則
1. 滑輪的類型
(1)按制作材質分有木滑輪和鋼滑輪。木滑輪通常適用于麻繩滑輪組，滑輪數一般在三個以下，吊裝輕；鋼滑輪多用于鋼絲繩滑輪組中，滑輪數按起重量的大小從1-8個不等。
(2)按使用方法有定滑輪、動滑輪以及動、定組成的滑輪。
(3)按滑輪數多少分為單滑輪、雙滑輪、三輪、四輪以至多輪等多種。單滑輪的夾板有開口和閉口兩種。
(4)按連接方式分為吊鉤式、鏈環(huán)式、吊環(huán)式和吊梁式，一般中小滑輪采用吊鉤式，鏈環(huán)式和吊環(huán)式，而大型的滑輪均采用吊環(huán)和吊梁式。這些滑輪和軸套等易損部件，大都采用標準和通用件，按品種、規(guī)格可以互換。
2.選配滑輪原則：
（1）設備或構件的質量和提升（下落）高度，是選配滑輪的重要依據。
（2）當卷揚機的牽引力一定時，滑輪的輪數越多。速比越大，起吊能力也越大。
（3）提升設備或構件時，卷煙機要克服全部滑輪的阻力才能工作，而下方時則相反。因滑輪阻力在某種意義上幫助了卷揚機工作，因此，下放時牽引力比提升機牽引力小的多。
1.5滑輪組及其滑輪組的倍率
1.滑輪組的組成
滑輪組是由一定數量的定滑輪和動滑輪及繩索組成。當利用滑輪組提升或拖運重物時，必須將一個滑輪固定在某一固定支點而另一滑輪則以繩索連接重物，滑輪組可分為省力滑輪組和增速滑輪組兩種，一般起重作業(yè)中均采用省力滑輪組， 特別是吊裝大重量物件時，都是靠用多門定滑輪和動滑輪連接在一起組成的滑輪組來完成吊裝任務。
2.根據滑輪組的作用分為省力滑輪組和增速滑輪組兩種。
省力滑輪組是在省力滑輪中繞入卷筒的繩索分支為主動部分，而動滑輪為從動部件。若被提升的物件重量為Q，而繞入卷筒的繩索分為支拉力Ft只有Q的一半通過它可以用較小的繩索拉力吊起較重的貨物，起到省力作用，它是最常用的滑輪組。
增速滑輪組是用液壓缸或汽缸直接驅動動滑輪，動滑輪為主動部分，移動的繩索端為從動部分，當主動部分施力大時，從動部分得到的力小，但是主動部分只需移動較小的距離，就可使從動部分得到較大的位移及較大的速度，起到增速作用。3.滑輪組的倍率
滑輪組可以省力，省力的倍數（也是減速的倍數）稱為滑輪組的倍率，用m表示。單聯滑輪組的倍率等于鋼絲繩分支的一半。雙聯滑輪組是由兩個倍率相同的單聯滑輪組并聯而成的，繩索兩端都固定在帶有左右螺旋曹的卷筒上。為了使繩索由一邊的單聯滑輪組過渡到另一邊的單聯滑輪組，中間用一個均衡輪來調整兩邊滑輪組的繩索拉力和長度，當滑輪組的倍率為單數時，均衡滑輪布置在動滑輪上，當滑輪組的倍率為雙數時，均衡輪布置在定滑輪上。
1.6 卷筒
卷筒組件有卷筒、連接盤以及軸承支架組成，卷筒有長軸卷筒和短軸卷筒，長軸卷筒有齒輪連接盤和帶大齒輪的卷筒組，這是一種應用較多的一種結構形式，短軸卷筒是一種新的結構形式。卷筒與減速器輸出軸用法蘭盤剛性連接，減速器底座通過鋼球或者圓柱銷與小車架連接。這種結構形式的優(yōu)點是，結構簡單，調整與安裝方便，此外還有采用行星減速器放在卷筒內部的形式，優(yōu)點是驅動裝置緊湊、質量輕。鑄造卷筒材料一般用HT20-HT40,焊接滾筒采用A3鋼制造。
1.7 位置限位器
1.上升極限位置
上升極限位置限制器又稱起升限位位置、過卷揚限制裝置等，他用來限制高度，當起升到上極限位置時，限位器發(fā)生作用，使起升重物停止上升，可以防止起升重物繼續(xù)上升而發(fā)生鋼絲繩被拉斷、重物下墜的事故。此時再去操縱手柄，則只能得到起升重物下降的動作。
2. 行程極限位置限制器
行程極限位置限制器實際上由頂桿和限位開關組成。當行程到達極限位置后，頂桿觸動限位開關的轉動柄，它的轉動可以斷電源，使機構停止工作，起重機的大、小車為控制行程的范圍都裝有行程開關。
3. 開關的檢驗要求
（1）限位開關應有堅固的外殼，并應有良好的絕緣性能，密封性較好，在室外或者粉塵場所能有效的防護。
（2）觸點不應有明顯的磨損和變形，應能準確地復位。
（3）限位開關動作靈敏可靠。
（4）上升極限位置限位器的動作距離。一般情況下，吊鉤滑輪組與上方接觸物的距離應不小于25mm。
1.8 緩沖器
緩沖器的作用是吸收起重機與終端擋板相撞時或起重間相撞產生的動能，要求它能在最小的外廓尺寸下吸收最多的能量，并且反座力盡量小，以保證起重機平移定車，起重機上常用的緩沖器有橡膠、彈簧和液壓緩沖器。橡膠緩沖器具有結構簡單、制造方便、可以用于防爆場所等優(yōu)點，但是緩沖能力小，他所吸收的能量比較小，最大也不過215kg.m，主要起阻力作用，因此，一般只用于運行速度不大于50m/min的起重機上，不宜用于環(huán)境溫度過高或過低的場所，適用溫度在-30-500C范圍內。彈簧緩沖器具有結構簡單、維修方便和不受環(huán)境溫度影響等優(yōu)點，因此目前應用較為廣泛，但是由于它的緩沖過程中，撞擊的動能大部分轉化為彈簧的壓縮勢能，儲藏在彈簧內部，因此在緩沖完畢后，會產生反彈力作用在起重機上，使起重機向相反方向運動，這對起重機零件有害。液壓緩沖器與彈簧緩沖器比較，具有無反彈作用、緩沖力恒定、吸收能力大、緩沖行程短、外形尺寸小的優(yōu)點，因此適用于碰撞速度大于2m/min的起重機上，他的缺點是構造復雜，維修不便，油缸密封要求較高和受環(huán)境溫度影響等。
1.9橋式起重機發(fā)展概述
1.9.1 國內橋式起重機發(fā)展動向
國內橋式起重機發(fā)展有三大特征：
1. 改進機械結構，減輕自重
國內橋式起重機多已經采用計算機優(yōu)化設計，以此提高整機的技術性能和減輕自重，并在此前提下盡量采用新結構。如5~50噸通用橋式起重機中采用半偏軌的主梁結構。與正軌箱型相比，可減少或取消加筋板，減少結構重量，節(jié)省加工工時。
2. 充分吸收利用國外先機技術
起重機大小車運行機構采用了德國Demang公司的“三合一”驅動裝置，吊掛于端梁內側，使其不受主梁下撓和振動的影響，提高了運行機構的性能和壽命，并使結構緊湊，外形美觀，安裝維修方便。
遙控起重機的需要量隨著生產發(fā)展業(yè)的壯大規(guī)模越來越大，寶鋼在考察國外鋼廠起重機之后，提出了大力發(fā)展遙控起重機的建議，以提高安全性，減少勞動量。
3. 向大型化發(fā)展
由于國家對能源工業(yè)的重視和資助，建造了許多大中型水電站，發(fā)電機組越來越大。特別是長江三峽的建設對大型起重機的需求量迅速提升。三峽電廠需要1200噸橋式起重機和2000噸大型塔式起重機。
1.9.2 國外橋式起重機的發(fā)展動向
國外橋式起重機發(fā)展四大特征：
1. 簡化設備結構，減輕自重，降低生產成本
法國Patain公司采用了一種以板材為基本構件的小車架結構，其重量輕，加工方便，實用于中、小噸位的起重。該結構要求起升采用行星---圓錐齒輪減速器，小車架不直接與車架相連接，以此來降低對小車架的剛度，簡化小車架的結構，減輕自負。Patain公司的起重機大小車運行機構采用三合一驅動裝置，結構比較緊湊，自重較輕，簡化了總體布置，此外，由于運行機構與起重機走臺沒有聯系，走臺的振動也不會影響傳動機構。
2. 更新零部件，提高整機性能
法國Patain公司采用窄偏軌箱型梁作主梁，其高、寬比為4～3.5左右，大筋板間距為梁高的兩倍，不用小筋板，主梁與端梁的連接采用搭接的方式，使垂直力直接作用于端梁的上蓋板，由此可以降低端梁的高度，便于運輸。
3. 設備大型化
隨著世界經濟的發(fā)展，起重機械設備的體積和重量越來越趨于大型化，起重量和吊運幅度也有所增大，為節(jié)省生產和使用費用，其服務場地和使用范圍也隨著增大。
4. 機械化運輸系統的組合應用
國外一些大廠為了提高生產率，降低生產成本，把起重運輸有機的結合在一起，構成先進的機械化運輸系統。
第2章 大車運行機構的設計
2.1大車運行結構設計的基本思路及要求
大車運行機構的設計通常和橋架的設計一起考慮，兩者的設計工作要交叉進行，一般的設計步驟：
1. 確定橋架結構的形式和大車運行機構的傳方式；
2. 布置橋架的結構尺寸；
3. 安排大車運行機構的具體位置和尺寸；
4. 綜合考慮二者的關系和完成部分的設計 。
對大車運行機構設計的基本要求是：
1. 機構要緊湊，重量要輕；
2. 和橋架配合要合適，這樣橋架設計容易，機構容易布置，且使總體結構設計和布置不至于過大；
3. 盡量減輕主梁的扭轉載荷，不影響橋架剛度；
4. 維修檢修方便，機構布置合理，使司機和維護人員上下要方便，便于拆裝零件及操作。
2.2 大車運行機構傳動方案的確定
大車機構傳動方案可分為兩類：即分別傳動和集中傳動，橋式起重機的跨度介于10.5m-32m范圍內可用分別傳動的方案，本設計采用分別傳動的方案。
2.3 大車運行機構具體布置時要注意的問題
1. 聯軸器的選擇；
2. 軸承位置的安排；
3. 軸長度的確定；
這三者是互相聯系的，在設計過程中要考慮到其中各個部分的配合，做到相互兼顧，充分發(fā)揮各個零部件的作用。
在具體布置大車運行機構的零部件時應該注意以幾點：
（1）因為大車運行機構要安裝在起重機橋架上，橋架的運行速度很高，而且受載之后向下撓曲，機構零部件在橋架上的安裝可能不十分準確，所以如果單從保持機構的運動性能和補償安裝的不準確性著眼，凡是靠近電動機、減速器和車輪的軸，最好都用浮動軸。
（2）為了減少主梁的扭轉載荷，應該使機構零件盡量靠近主梁而遠離走臺欄桿；盡量靠近端梁，使端梁能直接支撐一部分零部件的重量。
（3）對于分別傳動的大車運行機構應該參考現有的資料，在浮動軸有足夠的長度的條件下，使安裝運行機構的平臺減小，占用橋架的一個節(jié)間到兩個節(jié)間的長度，總之考慮到橋架的設計和制造方便。
（4）制動器要安裝在靠近電動機，使浮動軸可以在運行機構制動時發(fā)揮吸收沖擊動能的作用。
參照以上所述，由于所設計的參數級別較大，跨度中等，所以采用分別傳動方案。
2.4 大車運行機構的設計計算
設計數據：
起重機的起重量，橋架跨度，大車運行速度，工作類型為中級，機構運行持續(xù)率為，起重機的估計重量，小車的重量為，橋架采用箱形結構。
2.4.1 大車運行結構的傳動方案
經各方面綜合考慮傳動方案選用分別驅動，其傳動路線如下圖2-1所示
圖2—1大車運行機構傳動方案
1—電動機 2—制動器 3—傳動軸 4—聯軸器 5—減速器 6—大車車輪
2.5輪壓計算及強度驗算
2.5.1計算大車的最大輪壓和最小輪壓
按圖2-2所示的質量分布，計算大車車輪的最大輪壓和最小輪壓。
圖2—2 輪壓計算圖
滿載時的最大輪壓：
空載時最大輪壓：
空載時最小輪壓：
式中的e為主鉤中心線離端梁的中心線的最小距離
載荷率：
由[1]表19-6選擇車輪：當運行速度為，時工作類型為中級時，車輪直徑，軌道對應型號為P38的許用輪壓為150KN，故可用。
2.5.2 強度計算及校核
1）疲勞強度的計算
疲勞強度計算時的等效載荷：
式中，Φ2—等效系數，有[1]表4-8查得
車輪的計算輪壓：
式中，Pd—車輪的等效輪壓
r—載荷變化系數，查[1]表19-2，當時，
Kc1—沖擊系數，查[1]表19-1。第一種載荷當運行速度為時，
根據點接觸情況計算疲勞接觸應力：
式中，r-軌頂弧形半徑，由[3]附錄22查得，
對于車輪材料ZG55II，當HB>320時，，因此滿足疲勞強度計算。
2）強度校核
最大輪壓的計算：
式中KcII為沖擊系數，由[3]表2-7第II類載荷
按點接觸情況進行強度校核的接觸應力：
車輪采用ZG55II，查[1]表19-3得，HB>320時， ，
故強度足夠。
2.6 運行阻力計算
摩擦總阻力距：
由[1]表19-4 車輪的軸承型號為：7520， 軸承內徑和外徑的平均值為：
由[1]中表9-2到表9-4查得：滾動摩擦系數，軸承摩擦系數，附加阻力系數，代入上式中：
當滿載時的運行阻力矩：
運行摩擦阻力：
空載時：
2.7 選擇電動機
電動機靜功率：
式中，—滿載運行時的靜阻力
m=2—驅動電動機的臺數
=0.9—機構傳動效率
1.初選電動機功率：
式中，Kd-電動機功率增大系數，由[1]表9-6查得Kd=1.3
查[2]表31-27選用電動機YR160M-8；Ne=4KW，n1=705rm，GD2=0.567kg.m2，電動機的重量Gd=160kg
2.驗算電動機的發(fā)熱功率條件：
等效功率:
式中，K25—工作類型系數，由[1]表8-16查得當JC%=25時，K25=0.75
r—由[1]按照起重機工作場所得tq/tg=0.25，由[1]圖8-37估得r=1.3
由此可知：Nx
nz,故兩臺電動機空載啟動不會打滑。
2.事故狀態(tài)
當只有一個驅動裝置工作,而無載小車位于工作著的驅動裝置這一邊時,則
式中，主動輪壓
---從動輪輪壓
為一臺電動機工作時空載啟動時間
,故不打滑.
3.事故狀態(tài)
當只有一個驅動裝置工作,而無載小車遠離工作著的驅動裝置這一邊時,則
式中---主動輪輪壓
---從動輪輪壓
與第(2)種工況相同
故也不會打滑
根據上述不打滑驗算結果可知,三種工況均不會打滑
2.13 選擇制動器
由[1]中所述,取制動時間
按空載計算動力矩,令Q=0,得:
式中
Pmin=G
M=2-為制動器臺數.兩套驅動裝置工作。
現選用兩臺YWZ-200/25的制動器，查[1]表18-10其制動力矩M=200 N·m，為避免打滑，使用時將其制動力矩調制3.5 N·m以下
2.14 選擇聯軸器
根據傳動方案,每套機構的高速軸和低速軸都采用浮動軸.
1.機構高速軸上的計算扭矩：
式中MI—連軸器的等效力矩.
為等效系數， 查[2]表2-7，取=2
由[2]表33-20查得:
電動機YR160M-8,軸端為圓柱形,,;
由[2]19-5查得：
ZLZ-160-12.5-iv的減速器,高速軸端為d=32mm,l=58mm,故在靠電機端從由表[2]選聯軸器ZLL2（浮動軸端d=40mm;[MI]=630N·m,(GD2)ZL=0.063Kg·m, 重量G=12.6Kg） ；
高速軸上轉動零件的飛輪矩之和為：
與原估算的基本相符，故不需要再算。
2.15 低速浮動軸的驗算
1）疲勞強度的計算
低速浮動軸的等效力矩：
式中Ψ1—等效系數，由[2]表2-7查得
由上節(jié)已取得浮動軸端直徑D=60mm，故其扭轉應力為：
由于浮動軸載荷變化為循環(huán)（因為浮動軸在運行過程中正反轉矩相同），所以許用扭轉應力為：
式中，材料用45號鋼，取sb=60000 N/cm2; ss=30000N/cm2,則t-1=0.22sb=0.22×60000=13200N/cm2；ts=0.6ss=0.6×30000=18000N/cm2
K=KxKm=1.6×1.2=1.92
考慮零件的幾何形狀表面狀況的應力集中系數Kx=1.6，Km=1.2，nI=1.4—安全系數，由[2]表2-21查得tn<[t-1k] 故疲勞強度驗算通過。
2）靜強度的計算
計算強度扭矩：
式中Ψ2—動力系數，查[2]表2-5的Ψ2=2.5
扭轉應力：
許用扭轉剪應力：
t<[t]II,故強度驗算通過。
高速軸所受扭矩雖比低速軸小，但強度還是足夠，故高速軸驗算省去。
2.16 緩沖器的選擇
1.碰撞時起重機的動能
G—帶載起重機的重量
V0—碰撞時的瞬時速度，V0=（0.3～0.7）Vdx
g—重力加速度取10m/s2
則
2. 緩沖行程內由運行阻力和制動力消耗的功
式中P摩—運行阻力，其最小值為
f0min—最小摩擦阻力系數可取f0min=0.008
P制—制動器的制動力矩換算到車輪踏面上的力，亦可按最大制動減速度計算
S—緩沖行程取S=140 mm
因此
3. 緩沖器的緩沖容量
一個緩沖器要吸收的能量也就是緩沖器應該具有的緩沖容量為：
式中 n—緩沖器的個數 取n=1
由[1]表22-3選擇彈簧緩沖器彈簧D=120 mm，d=30 mm
第3章 起升小車的計算
3.1 確定機構的傳動方案
小車主要有起升機構、運行機構和小車架組成。
起升機構采用閉式傳動方案，電動機軸與二級圓柱齒輪減速器的高速軸之間采用兩個半齒聯軸器和一中間浮動軸聯系起來，減速器的低速軸與卷筒之間采用圓柱齒輪傳動。
運行機構采用全部為閉式齒輪傳動，小車的四個車輪固定在小車架的四周，車輪采用帶有角行軸承的成組部件，電動機裝在小車架的臺面上，在減速器的輸入軸與電動機軸之間以及減速器的兩個輸出軸端與車輪之間均采用帶浮動軸的半齒聯軸器的連接方式。
小車架的設計，采用粗略的計算方法，靠現有資料和經驗進行，采用鋼板沖壓成型的型鋼來代替原來的焊接橫梁。
起重量5噸至50噸范圍內的雙梁橋式起重機的小車，一般采用四個車輪支承的小車，其中兩個車輪為主動車輪。主動車輪由小車運行機構集中驅動。如下所示圖3-1為小車運行機構機構簡圖，
圖3-1小車運行機構簡
1—電機 2—制動器 3—減速器 4—傳動軸 5—聯軸器
6—角軸承箱 7—車輪
3.2小車運行機