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160T過跨車的設(shè)計
摘要
隨著鋼鐵工業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，冶煉方法及冶煉設(shè)備也在逐步得以改進(jìn)。特別是轉(zhuǎn)爐煉鋼在我國的發(fā)展速度很快，轉(zhuǎn)爐的鋼產(chǎn)量和品種不斷增加，轉(zhuǎn)爐的容量也在不斷擴(kuò)大。為了提高生產(chǎn)效率，降低能耗，減輕工人勞動強(qiáng)度，保證在幾十分鐘內(nèi)煉出合格的鋼水，轉(zhuǎn)爐設(shè)備及其輔助設(shè)備都必須具有較高的機(jī)械化和自動化水平。本篇論文，首先整理了有關(guān)于鐵水車和鋼水車的資料，了解鐵水車的種類、特點以及其應(yīng)用范圍，工作原理和結(jié)構(gòu)特點。并且論述了鐵水車和鋼水車在國內(nèi)外的應(yīng)用情況及發(fā)展趨勢。然后對本次設(shè)計的160T鐵水過跨車的行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。行走機(jī)構(gòu)由電動機(jī)、傳動裝置、聯(lián)軸器、傳動軸、車輪組和制動器所組成。首先，確定過跨車的行走速度以及總重量。然后，根據(jù)行走速度以及總重量確定走行機(jī)構(gòu)的電動機(jī)和減速器，選擇行走機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)的聯(lián)軸器、制動器、軸承，以及行走機(jī)構(gòu)的軌道和車輪。最后，對所選的電動機(jī)、減速器的齒輪、軸、軸承等重要零件進(jìn)行校核,確定潤滑方式以及分析環(huán)保和經(jīng)濟(jì)性。
關(guān)鍵詞：鐵水車；160T過跨車；行走機(jī)構(gòu)；電動機(jī)；減速器
The Design of The 160T Hot Metal Cross Car
Abstract
With the rapid development of the iron and steel industry, smelting and refining equipment has gradually improved. Particularly,BOF in our country is developing rapidly, the converter steel production and varieties is increasing,the capacity of converter is also expanding. In order to improve productivity and reduce energy consumption, reduce labor intensity of workers, and ensure smelting qualified molten stell in a few minutes, converter equipment and auxiliary equipment must have a higher level of mechanization and automation.In this paper, first of all,collect information of the molten hot metal cars and trucks,understanding the types of hot metal cars, characteristics and scope of its application, the working principles and structural features. And discusses the molten hot metal cars and trucks application and development trends at home and abroad.Then,design the walking mechanism of this 160T hot metal cross car.Walking mechanism fromed by the motor, gear, coupling, shaft, wheel and brake. Firstly, identify the walking speed and total weight of the hot metal cross car.secondly, based on the total weight and walking speed,design the motor and reducer of the walking mechanism,select the couplings,brakes and bearings of the walking mechanism transmission system, and the track and wheels of the walking mechanism. Finally, check the selected motors, gear reducers, shafts, bearings and other important parts, as well as determine the lubrication mode and analysis of environmental protection and economy.
Key word ：Hot metal car；160T cross car；Walking mechanism；Motor；Reducer
目錄
摘要 I
ABSTRACT II
1. 緒論 1
1.1. 選題背景及目的 1
1.2. 鐵水車的種類 1
1.2.1. 對鐵水車的基本要求 1
1.2.2. 鐵水車的種類及特點 2
1.3. 發(fā)展趨勢 6
2. 整體方案評述 8
2.1. 運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成和主要型式 8
2.2. 運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成 9
2.2.1. 運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)類型的選擇與臺數(shù)確定 9
2.2.2. 減速器的類型選擇 10
2.2.3. 聯(lián)軸器選擇 10
2.2.4. 車輪和軌道的選擇 11
2.2.5. 制動器選擇 12
2.2.6. 軸承的選擇 13
3. 力能參數(shù)確定 14
3.1. 設(shè)計參數(shù) 14
3.2. 走行機(jī)構(gòu)的電動機(jī)·電機(jī)功率 14
3.3. 走行機(jī)構(gòu)的減速器及傳動比 15
3.4. 電動機(jī)發(fā)熱校核 16
3.5. 電動機(jī)過載能力校核 16
4. 主要零件強(qiáng)度計算 18
4.1. 主動輪組 18
4.1.1. 軸的校核 18
4.1.2. 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 21
4.1.3. 鍵的校核 27
4.1.4. 軸承的壽命計算 29
4.1.5. 車輪和軌道的選擇計算 32
4.2. 從動輪組 33
4.3. 減速器齒輪的校核 33
5. 潤滑方式的選擇 38
5.1. 減速器的齒輪潤滑 38
5.2. 軸承的潤滑 39
6. 環(huán)保與經(jīng)濟(jì)性分析 40
6.1. 設(shè)備的環(huán)境保護(hù) 40
6.2. 設(shè)備經(jīng)濟(jì)性分析 41
結(jié)束語 42
致謝 43
參考文獻(xiàn) 44
1. 緒論
1.1. 選題背景及目的
隨著鋼鐵工業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，冶煉方法及冶煉設(shè)備也在逐步得以改進(jìn)。特別是轉(zhuǎn)爐煉鋼在我國的發(fā)展速度很快，轉(zhuǎn)爐的鋼產(chǎn)量和品種不斷增加，轉(zhuǎn)爐的容量也在不斷擴(kuò)大。為了提高生產(chǎn)效率，降低能耗，減輕工人勞動強(qiáng)度，保證在幾十分鐘內(nèi)煉出合格的鋼水，轉(zhuǎn)爐設(shè)備及其擂助設(shè)備都必須具有較高的機(jī)械化和自動化水平。混鐵水車及棍鐵爐就是其中的主要輔助設(shè)備，它們負(fù)責(zé)向轉(zhuǎn)爐提供鐵水。
混鐵水車及混鐵爐不論在設(shè)備結(jié)構(gòu)上還是工藝要求上都有很大不同，但兩者的作用是相同的。它們通過本身的動作對貯存的鐵水進(jìn)行化學(xué)成份的混均和對鐵水的保溫，而貯存鐵水本身是其最為重要的功能。
鐵水運(yùn)輸是冶金企業(yè)關(guān)鍵工藝之一。鐵水罐車是鋼鐵企業(yè)鐵水運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ撸壳皣鴥?nèi)鐵水罐車主要有兩種：一種是敞口式鐵水車，一種是魚雷形混鐵車(簡稱魚雷罐車)。中小型高爐一般采用敞口式鐵水車，大型高爐多采用魚雷罐車。采用不同的鐵水運(yùn)輸車輛，對于鋼鐵生產(chǎn)節(jié)奏和鋼鐵質(zhì)量會產(chǎn)生不同的影響。萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司目前全部采用敞口式鐵水車，對于現(xiàn)在的生產(chǎn)節(jié)奏和鐵水預(yù)處理工藝尚能適應(yīng)，但對于將要新建的銀山型鋼3號高爐和新型KR(電磁攪拌)脫硫方式而言，目前的運(yùn)輸方式能否適應(yīng)是擺在我們面前十分迫切的課題，為此，必須研究新的鐵水運(yùn)輸方式，以適應(yīng)鋼鐵生產(chǎn)發(fā)展的需要。
1.2. 鐵水車的種類
1.2.1. 對鐵水車的基本要求
鐵水車是專門運(yùn)送鐵水罐的車輛。鐵水罐可在車架上傾翻而卸載，也可用起重機(jī)吊起卸載。對鐵水車的基本要求為：
1）單位長度上的有效容量（t/m）愈大愈好，這樣可以降低鐵口標(biāo)高和縮短出鐵場的長度；
2）無論空罐或重罐均要求具有足夠的穩(wěn)定性，不得自動傾翻，而傾翻時所需能量應(yīng)盡量小；
3）具有良好的保溫性能，鐵水罐中形成的廢鐵和鐵瘤要少；
4）具有足夠的強(qiáng)度，安全可靠，結(jié)構(gòu)緊湊合理。為了減輕重量，每噸載重量的金屬制品的數(shù)量越低越好。
1.2.2. 鐵水車的種類及特點
1、敞口式鐵水車
敞口式鐵水車(圖1.1)是鐵水鐵路運(yùn)輸?shù)闹饕\(yùn)輸工具之一，運(yùn)用已極為普遍，現(xiàn)已形成系列化產(chǎn)品，主要有ZT-35，ZT-65， ZT-100， ZT-140， ZT-170型鐵水車。表1.1為國內(nèi)部分鐵水車的主要技術(shù)參數(shù)。
圖1.1 敞口式鐵水車
隨著冶金工業(yè)的快速發(fā)展，冶金企業(yè)逐步向產(chǎn)量大型化、地域廣闊化發(fā)展，這種低速度、近距離、小噸位、單一且可靠性差的鐵水車運(yùn)輸方式已越來越不適應(yīng)未來的發(fā)展。敞口式鐵水車主要用于將煉鐵高爐的鐵水運(yùn)往鑄鐵機(jī)鑄鐵或倒入混鐵爐中或直接進(jìn)入煉鋼爐煉鋼。由于車輛構(gòu)造速度、冶金企業(yè)線路技術(shù)狀況的限制，以及鐵水貨物高溫、液態(tài)的特殊性，致使鐵水的鐵路運(yùn)輸一直存在速度低、溫降大、安全性差以及煉鐵煉鋼工藝銜接效率低的問題，限制了敞口式鐵水車的進(jìn)一步應(yīng)用。
表1.1 國內(nèi)部分鐵水車的主要技術(shù)參數(shù)
參數(shù)
ZT-35-1
ZT-65-1
ZT-100-I
ZT-140-1
ZT-170
鐵水罐容量/t
35
65
100
140
170
自重(包括耐火磚)/t
24.02
39.3
49.2
59.3
60
滿載時鐵水與罐總重/t
46.4
85.5
127.5
170.3
230
自重系數(shù)
0.686
0.605
0.492
0.424
0.353
鐵水罐兩樞軸中心距/mm
3050
3620
3620
4150
5200
轉(zhuǎn)向架中心距/mm
3700
4160
4200
5400
7300
車輛長度
6580
8200
8200
9550
14000
車輛最大寬度/mm
3250
3580
3600
3700
3900
車輛最大高度/mm
2700
3664
4210
4500
5000
車鉤中心線高/mm
880
880
880
880
880
通過最小曲線半徑/m
25
40
40
80
100
滿載時最大運(yùn)行速度/
20
20
20
20
15
重車時在道岔處最大運(yùn)行速度/
10
10
10
10
10
軌距/mm
1435
1435
1435
1435
1435
鐵水罐的傾翻方法
吊車
吊車
吊車
吊車
吊車
冶金企業(yè)的不斷發(fā)展最終必將導(dǎo)致本地區(qū)及周圍地區(qū)礦石資源耗盡，為維持或促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展，必須遠(yuǎn)距離尋求礦石資源或鐵水資源，這就不可避免地涉及到遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。而遠(yuǎn)距離運(yùn)輸對鐵水保溫效果的要求極為重要。統(tǒng)計表明：載重150t魚雷罐車(長31m，總重320t)裝運(yùn)的鐵水，可相當(dāng)于500t礦石生產(chǎn)出來的鐵水，而運(yùn)送500t礦石需8.3輛載重60t的車輛(自重20t)，即鐵水運(yùn)輸量僅相當(dāng)于礦石運(yùn)輸量的30%。顯而易見，運(yùn)輸鐵水尤其是遠(yuǎn)距離運(yùn)輸鐵水比運(yùn)輸?shù)V石經(jīng)濟(jì)性要好。另外，鋼鐵企業(yè)內(nèi)部，如果煉鐵和煉鋼規(guī)模能力發(fā)展不平衡，可以通過遠(yuǎn)距離外購或外售鐵塊、廢鋼和鐵水來調(diào)劑。顯然，遠(yuǎn)距離運(yùn)輸鐵水較運(yùn)輸鐵塊、廢鋼經(jīng)濟(jì)得多，因為遠(yuǎn)距離運(yùn)輸鐵水首先節(jié)約了大量再加熱能源。
鐵水車加敞口形鐵水罐的運(yùn)輸方式存在以下幾個問題：
(1)運(yùn)行速度低，導(dǎo)致運(yùn)輸時間長。由于鐵水的液態(tài)高溫特點以及車輛構(gòu)造速度的限制，鐵水運(yùn)輸車輛不可能速度較高，只能保持在20km/h以下，由此運(yùn)輸時間加長；
(2)保溫效果差，導(dǎo)致鐵水溫降大。鐵水罐本身為敞口形，熱量散失快，8h后鐵水無法倒出；
(3)由于高爐出鐵量大，所需鐵水罐多，需增加出鐵場長度，從而增加基建投資，也增加了煉鋼車間向混鐵爐兌鐵的工作量；
(4)安全可靠性差。鐵水罐的橫向擺動及縱向沖擊使鐵水有飛濺的可能，對鐵路沿線周圍物品造成損害。
2、魚雷形混鐵車
魚雷罐車是供冶金企業(yè)運(yùn)輸高爐鐵水至煉鋼倒(折)罐站進(jìn)行傾翻鐵水作業(yè)的專用運(yùn)輸車輛。魚雷罐車的運(yùn)用取代了傳統(tǒng)的鐵水罐車和混鐵爐，可在鐵水運(yùn)輸過程中按照鋼鐵煉制的工藝過程進(jìn)行鐵水混合、保溫、脫磷、脫硫等處理，從而縮短了冶煉時間，降低冶煉成本，實現(xiàn)負(fù)能煉鋼，它是一種高效、先進(jìn)的冶煉工藝設(shè)備。該車具有保溫性能好、載重大、儲存能力強(qiáng)的特點，對生產(chǎn)節(jié)奏起到很大的緩沖作用。魚雷罐車主要由走行裝置、傾翻裝置、主動端裝置、從動端裝置、罐體裝置、潤滑裝置和電氣設(shè)備等部分組成(圖1.2)。
圖1.2 魚雷罐車
與鐵水罐車相比，魚雷罐車的保溫性能較好。魚雷罐車只有一個敞口，受鐵、出鐵均經(jīng)過此敞口，而且在運(yùn)行過程中還可以將敞口蓋上。另外，由于魚雷罐車容重大，罐口小，所以熱損失較小，最大程度地降低了鐵水的溫降。在同等條件下，鐵水在魚雷罐車中每小時溫度下降l0℃～20℃，在鐵水罐車中每小時則要下降50℃～150℃。在魚雷罐車中鐵水由1450℃降到1150℃約需36h，即有約36h的保溫時間，可以大幅度減少罐鐵和罐幫鐵的產(chǎn)生量。魚雷罐車即為流動的混鐵爐，存鐵量較大，煉鋼生產(chǎn)一旦出現(xiàn)故障，短時間內(nèi)不會對高爐造成影響。魚雷罐車存鐵量大，一臺魚雷罐車頂幾個鐵水罐使用，減少了高爐的配罐個數(shù)以及機(jī)車的倒罐次數(shù)，也減小了出鐵場的長度，節(jié)約了基建投資。從鋼廠方面來說，省卻了向混鐵爐兌加鐵水的過程，可直接向鐵水包內(nèi)兌鐵，也為應(yīng)用新型KR(電磁攪拌)脫硫方式創(chuàng)造了條件，可根據(jù)轉(zhuǎn)爐需求量方便地向鐵水包內(nèi)兌鐵水，從而實施新型KR(電磁攪拌)脫硫。鐵水包KR攪拌形成了鐵水的循環(huán)流動，大大改善了脫硫的動力學(xué)條件，減少了脫硫劑的消耗。武漢鋼鐵(集團(tuán))公司的生產(chǎn)實踐表明：攪拌時間只需要5min就可使脫硫劑得到充分的利用，脫硫速度快，效果好，鐵水原始硫含量為0.003時，處理終點硫含量可達(dá)0.0001以下。較之噴吹法，攪拌法的出現(xiàn)使得脫硫過程中的動力學(xué)條件得到了根本性的改善。總之，魚雷罐車的使用方便了轉(zhuǎn)爐、電爐兌加鐵水，而無需過多地考慮鐵水罐與鐵水包或轉(zhuǎn)爐的匹配問題，從而提高鋼鐵生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。另外，還使鐵水系統(tǒng)與高爐、轉(zhuǎn)爐的大型化相適應(yīng)，省卻了混鐵爐，減少了冶煉工序，減少了基建投資，減少了耐火材料消耗，節(jié)約了維修費(fèi)用，倒罐殘渣無需每次排出，減少了清排渣作業(yè)量。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)2000m3以上的高爐基本上全部采用魚雷罐車。
魚雷罐車雖然有以上不可替代的優(yōu)點，但也存在著一些缺點：首先是投資額較大，以濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司為例，現(xiàn)在使用的320t魚雷罐車每臺造價就達(dá)31萬元，其總投資超過1億元。運(yùn)用過程中，盡管魚雷罐車保溫性能較好，降低了罐內(nèi)結(jié)殼、結(jié)渣的可能性，但是罐內(nèi)一旦結(jié)殼、結(jié)渣，處理難度極大。其次是運(yùn)行風(fēng)險較大，在運(yùn)行過程中一旦脫線，起復(fù)難度較大。另外，魚雷罐車車體較長，鐵路曲線通過能力較差，這就增大了魚雷罐車通過鐵路道岔和曲線的風(fēng)險系數(shù)。
綜合分析魚雷罐車存在的優(yōu)缺點，應(yīng)該是優(yōu)點大于缺點，而且有些缺點也可以通過優(yōu)化工藝流程等措施加以解決或改善，風(fēng)險在可控范圍內(nèi)。因此，魚雷罐車在國內(nèi)各大鋼鐵企業(yè)得到了較好的運(yùn)用(表1.2)。
表1.2 國內(nèi)大型鋼鐵企業(yè)(按產(chǎn)量排序)鐵水運(yùn)輸概況
萬t
序號
單位
2007年產(chǎn)量
運(yùn)輸車型
1
寶鋼集團(tuán)有限公司
2780.19
魚雷罐車
2
鞍本鋼鐵集團(tuán)
2196.76
魚雷罐車
3
沙鋼集團(tuán)有限公司
2069.2
魚雷罐車
4
唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司
2061.77
魚雷罐車
5
武漢鋼鐵(集團(tuán))公司
1901.7
魚雷罐車
6
馬鋼(集團(tuán))控股有限公司
1326.48
魚雷罐車
7
首鋼總公司
1244.57
魚雷罐車
8
濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司
1146.28
魚雷罐車
9
萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司
1125.15
魚雷罐車
10
華菱鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司
1007.86
魚雷罐車
11
太原鋼鐵(集團(tuán))有限公司
916.29
魚雷罐車
12
邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司
798.5
魚雷罐車
13
包頭鋼鐵(集團(tuán))有限責(zé)任公司
713.84
魚雷罐車
1.3. 發(fā)展趨勢
從上面的情況來看，我國現(xiàn)在各鋼鐵公司使用的大部分是混鐵爐，混鐵水車用得較少。實際上這兩種設(shè)備各有各的優(yōu)缺點，但從發(fā)展的角度來看還是混鐵水車的發(fā)展有一定的優(yōu)勢。
首先，混鐵爐在煉鋼車間要占有一定的面積，而且隨著轉(zhuǎn)爐的容積增大其占用面積
也需要增大。特別是對于改造的車間來說廠房的面積是至關(guān)重要的。在這一點上混鐵水車占有一定優(yōu)勢。
其次，混鐵爐在操作上也不如混鐵水車?；扈F爐為了減少熱量的損失需要噴吹煤氣加熱，煤氣管道又要隨著爐體轉(zhuǎn)動，而爐體的旋轉(zhuǎn)中心又不是其幾何中心，同時又要考慮煤氣的密封問題。而且混鐵爐的上部還要安裝兌鐵水口的蓋子，這又需要一套卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)和爐頂平臺。這些都是混鐵水車不需要的。
再者，混鐵水車可以滿足遠(yuǎn)距離輸送，可以跨車間輸送鐵水，由于減少了鐵水在混鐵水車中的時間，能量的損失也可以控制在最小值。另外，就其加工和維修方面來說，混鐵水車也比混鐵爐來得容易。
煉鋼、煉鐵設(shè)備的容積在逐漸增大，而作為中間環(huán)節(jié)的混鐵爐和混鐵水車將是必不可少的，具體選用哪一種設(shè)備要根據(jù)實際情況而定。但從高速、高效、節(jié)能的觀點來看，混鐵水車優(yōu)于混鐵爐。相信會有更多的鋼鐵廠采用混鐵水車，混鐵水車將會得到迅速的發(fā)展 。
2. 整體方案評述
運(yùn)行機(jī)構(gòu)的任務(wù)是使起重機(jī)和小車作水平運(yùn)動。有時用于搬運(yùn)物品，有時用于調(diào)整起重機(jī)的工作位置，如門座起重機(jī)與裝卸橋的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等。
本方案就是設(shè)計鐵水過跨車的小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。
運(yùn)行機(jī)構(gòu)分為無軌運(yùn)行與有軌運(yùn)行兩類。前者采用輪胎和履帶，可以在普通道路上行走，用于汽車起重機(jī)、輪胎起重機(jī)與履帶起重機(jī)等。它們的機(jī)動性好，可以隨時調(diào)到工作需要的地點；后者在專門的鋼軌上運(yùn)行。負(fù)荷能力大，運(yùn)行阻力小，是一般起重機(jī)常用的運(yùn)行裝置。本方案是設(shè)計有軌運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成與設(shè)計原理。
2.1. 運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成和主要型式
運(yùn)行機(jī)構(gòu)由電動機(jī)、傳動裝置、聯(lián)軸器、傳動軸、車輪組和制動器所組成。如圖2.1所示。
1—電動機(jī)； 2—減速器； 3—制動器； 4—浮動軸；5—車輪
6—聯(lián)軸器
圖2.1 集中驅(qū)動的小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)
本方案主動輪的驅(qū)動型式是集中驅(qū)動。它是以一臺電動機(jī)通過傳動軸來帶動兩邊主動輪的驅(qū)動型式。這種型式只用一臺電動機(jī)與一臺減速器，但傳動軸系統(tǒng)（包括軸、軸承與聯(lián)軸器）復(fù)雜笨重，故目前只用于小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)（見圖2.1）及跨度與起重量較?。ǎ┑臉蚴狡鹬貦C(jī)的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。
2.2. 運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成
2.2.1. 運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)類型的選擇與臺數(shù)確定
1、電機(jī)類型選擇
電動機(jī)分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)兩大類。交流電機(jī)與直流電機(jī)的主要區(qū)別是，交流電機(jī)利用的是電磁感應(yīng)原理，而直流電機(jī)是主磁極建立起恒定不便的磁場，轉(zhuǎn)子繞組通人電流，電機(jī)就會轉(zhuǎn)動。
直流電機(jī)的優(yōu)點是響應(yīng)快速、有較大的起動轉(zhuǎn)矩、從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，能承受頻繁的沖擊性負(fù)載。但直流電機(jī)也有其缺點，較交流電機(jī)相比結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，維護(hù)工作量大，使用場合也受到限制。
采用交流電機(jī)驅(qū)動，中間需要一個變速箱，一個齒輪座。采用這傳動方式的優(yōu)點是設(shè)備投資少，配套容易，使用和維護(hù)比用直流電機(jī)簡便，缺點是傳動裝置需要增加專門的變速箱，交流電動機(jī)分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī)兩類。異步電動機(jī)按照定子相數(shù)的不同分為單相異步電動機(jī)、兩相異步電動機(jī)和三相異步電動機(jī)。三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，成本低廉等。
綜合考慮，該運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用交流電動機(jī)，為變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)，該電機(jī)是全數(shù)字式交流變頻矢量控制調(diào)速控制系統(tǒng)具有性能好、可靠性高，可以滿足各種不同控制功能要求，調(diào)速系統(tǒng)具有最佳自優(yōu)化功能，并提供完備的監(jiān)控保護(hù)和故障自診斷功能，同時還具有方便快捷的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，自動化系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)可以對傳動系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和信息交換。通過確定矯正力,從而來確定電動機(jī)的矯正力矩。
2、電機(jī)臺數(shù)的確定
采用一臺電機(jī)占地面積小且維修便利，若采用多臺電機(jī)驅(qū)動，則可降低轉(zhuǎn)子的飛輪轉(zhuǎn)矩，減少電機(jī)重量，降低電機(jī)價格。本方案采用一臺電機(jī)驅(qū)動。
2.2.2. 減速器的類型選擇
減速器是原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。
選用減速器時應(yīng)根據(jù)工作機(jī)的選用條件，技術(shù)參數(shù)，動力機(jī)的性能，經(jīng)濟(jì)性等因素，比較不同類型、品種減速器的外廓尺寸，傳動效率，承載能力，質(zhì)量，價格等，選擇最適合的減速器。
減速器的類別、品種、型式很多，目前已制定為行（國）標(biāo)的減速器有40余種。減速器的類別是根據(jù)所采用的齒輪齒形、齒廓曲線劃分；減速器的品種是根據(jù)使用的需要而設(shè)計的不同結(jié)構(gòu)的減速器；減速器的型式是在基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上根據(jù)齒面硬度、傳動級數(shù)、出軸型式、裝配型式、安裝型式、聯(lián)接型式等因素而設(shè)計的不同特性的減速器。
綜合考慮，行走機(jī)構(gòu)的減速器選擇立式減速器。
立式減速器的主要特點?：
一、高速比和高效率的高級傳動，單級傳動就能達(dá)到1：87的減速比，效率在90%以上，如果采用多級傳動，減速比更大；?
二、結(jié)構(gòu)緊湊體積小?由于采用了行星傳動原理，輸入軸與輸入軸在同一軸心上，所以結(jié)構(gòu)緊湊，體積?。?
三、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)噪聲低?擺線針齒嚙合齒數(shù)較多，重疊系數(shù)大以及具有機(jī)件平穩(wěn)的機(jī)理，使振動和噪聲限制在最小程度。
2.2.3. 聯(lián)軸器選擇
聯(lián)軸器的種類很多，無彈性元件的撓性聯(lián)軸器，如十字滑塊聯(lián)軸器、滑塊聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、滾子鏈聯(lián)軸器；有彈性元件的撓性聯(lián)軸器，如彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、星形彈性聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器、膜片聯(lián)軸器。
無彈性元件的撓性聯(lián)軸器因具有撓性，故可補(bǔ)償兩軸的相對位移。但因無彈性元件，故不能緩沖減振。有彈性元件的撓性聯(lián)軸器因裝有彈性元件，不僅可以補(bǔ)償兩軸間的相對位移，而且具有緩沖減振的能力，制造彈性元件的材料有非金屬和金屬兩種。非金屬有橡膠、塑料等，其特點為質(zhì)量小，價格便宜，有良好的彈性滯后性能，因而減振能力強(qiáng)。金屬材料制成的彈性元件(主要為各種彈簧)則強(qiáng)度高、尺寸小而壽命較長。
根據(jù)這些特點，本方案采用兩個鼓形齒式聯(lián)軸器（見圖2.2），兩個彈性柱銷聯(lián)軸器（見圖2.3）。
圖2.2 鼓形齒式聯(lián)軸器
圖2.3 彈性柱銷聯(lián)軸器 圖2.4 雙輪緣車輪
2.2.4 . 車輪和軌道的選擇
車輪是用來支承整臺起重機(jī)重量并使其行駛的裝置。車輪按輪緣形式可以分為雙輪緣的、單輪緣的和無輪緣的三種。輪緣的作用是導(dǎo)向和防止脫軌。
車輪的材料應(yīng)根據(jù)驅(qū)動方式、運(yùn)行速度和起重工作級別等因素來確定。對機(jī)械驅(qū)動而速度大于30，中級及中級以上工作類型，建議采用不低于ZG55的鑄鋼，并進(jìn)行表面淬火（火焰淬火或表面淬火），硬度不低于HB320~350，淬火深度不小于5mm。對人力驅(qū)動或機(jī)械驅(qū)動輕級工作類型，速度小于30,可采用鑄鐵車輪，表面硬度為HB180~240。
軌道用來承受起重機(jī)車輪傳來的集中壓力，并引導(dǎo)車輪運(yùn)行。所有起重機(jī)用的軌道都采用標(biāo)準(zhǔn)的或特殊的軋制型鋼或鋼軌。它們應(yīng)符合車輪的要求，同時也應(yīng)考慮如何讓固定。通常中小型起重機(jī)，小車軌道采用P型鐵路鋼軌，也可以采用方鋼。大型起重機(jī)，大車軌道多采用P型與QU型起重機(jī)專用鋼軌。這些軌道用壓板和螺絲固定。
綜上所述，本方案選用雙輪緣的車輪（見圖2.4），材料為。軌道采用P型鐵路鋼軌，用壓板的螺絲固定。
2.2.5. 制動器選擇
制動器就是剎車。是使機(jī)械中的運(yùn)動件停止或減速的機(jī)械零件。俗稱剎車、閘。制動器主要由制動架、制動件和操縱裝置等組成。有些制動器還裝有制動件間隙的自動調(diào)整裝置。為了減小制動力矩和結(jié)構(gòu)尺寸，制動器通常裝在設(shè)備的高速軸上，但對安全性要求較高的大型設(shè)備(如礦井提升機(jī)、電梯等)則應(yīng)裝在靠近設(shè)備工作部分的低速軸上。
綜上所述，制動器的作用有三種：
（1） 支持——將物品、吊臂或機(jī)器閘住不動；
（2） 停止——用摩擦消耗運(yùn)動部分的動能，以一定得減速度使機(jī)構(gòu)停止下來；
（3） 落重——制動與重力平衡，重物以恒定的速度下降。
對于各種制動器的構(gòu)造和性能必需滿足以下要求：
（1） 能產(chǎn)生足夠的制動力矩；
（2） 松閘和合閘要迅速，制動要平穩(wěn)；
（3） 構(gòu)造簡單，維修方便；
（4） 制動器的零件要有足夠的強(qiáng)度和剛度，摩擦零件要有較高的耐磨性和耐熱性；
（5） 制動器的結(jié)構(gòu)要緊湊。
為了使制動器能獲得較大的制動力矩和較小的結(jié)構(gòu)尺寸，提高接觸表面的摩擦系數(shù)是最有效的方法。因此在起重機(jī)械的制動器中，大多采用較高的摩擦系數(shù)和耐磨性的材料，用作互相接觸的制動零件之一的復(fù)面。常用的制動復(fù)面材料是制動石棉帶和碾壓帶。
本方案采用制動方式為抱閘制動。
2.2.6. 軸承的選擇
選用軸承時，首先是選擇滾動軸承類型，下面歸納出合理選擇軸承類型時所參考的主要因素。
（一） 軸承的載荷
軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。
（二） 軸承的轉(zhuǎn)數(shù)
在一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低度類型的選擇不發(fā)生什么影響，只有在轉(zhuǎn)速較高時，才會有比較顯著的影響。
（三） 軸承的調(diào)心性能
當(dāng)周的中心線與軸承座中心線不重合而又角度誤差時，或因軸受力而彎曲或傾斜時，會造成軸承的內(nèi)外圈軸線發(fā)生偏斜。
（四） 軸承的安裝和拆卸
便于裝拆，也是在選擇軸承類型時應(yīng)考慮的一個因素。在軸承座沒有剖面而必須沿軸向安裝和拆卸軸承零部件時，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離的軸承。
本方案選用調(diào)心滾子軸承。
調(diào)心滾子軸承具有兩列滾子，主要承受徑向載荷，同時也能承受任一方向的軸向載荷。有高的徑向載荷能力，特別適用于重載或振動載荷下工作，但不能承受純軸向載荷。該類軸承外圈滾道是球面形，故其調(diào)心性能良好，能補(bǔ)償同軸度誤差。高溫環(huán)境下軸承的使用壽命長。
3. 力能參數(shù)確定
3.1. 設(shè)計參數(shù)
總重量： 160T
行走速度： 3—25。
3.2. 走行機(jī)構(gòu)的電動機(jī)·電機(jī)功率
由參考文獻(xiàn)[1]
摩擦總阻力矩公式：
（3.1）
式中 G+Q——總重量；由設(shè)計參數(shù)得G+Q=160T=1600009.8=1568000N；
k——滾動摩擦系數(shù)；由參考文獻(xiàn)[1，表7-1]查得k=0.0009；
——軸承摩擦系數(shù)；由參考文獻(xiàn)[2，表6-2-17]查得=0.0025；
——附加阻力系數(shù)；由參考文獻(xiàn)[1，表7-3]查得=1.5；
d ——軸承內(nèi)外徑平均值；d=mm=0.25m；
帶入公式3.1得：
=2851.8
運(yùn)行摩擦阻力：
（3.2）
式中 ——車輪直徑；=900mm=0.9m；
帶入公式3.2得：
=6337.33N
選電動機(jī)：
由電動機(jī)靜功率公式：
（3.3）
式中 ——滿載運(yùn)行時靜阻力；
m——驅(qū)動電動機(jī)臺數(shù)；m=1；
——機(jī)構(gòu)總效率；=0.8；
——機(jī)構(gòu)行走速度；取=22；
帶入公式3.3得：
=28.48kW
初選電動機(jī)功率：
N=28.48kW
綜上所述：
選用電機(jī)型號：YZR250 M1—8；
功率： =30 kW；
轉(zhuǎn)速： =720 ；
3.3. 走行機(jī)構(gòu)的減速器及傳動比
車輪轉(zhuǎn)速：
（3.4）
式中 ——機(jī)構(gòu)行走速度； =22；
——車輪直徑；=900mm=0.9m；
帶入公式3.4得：
=7.78
機(jī)構(gòu)傳動比：
==92.54
綜上所述：
選取減速器型號：。
3.4. 電動機(jī)發(fā)熱校核
由參考文獻(xiàn)[6，81頁]公式：
按照等效功率法求得：當(dāng)時，所需的等效功率：
（3.5）
式中 ——工作類型系數(shù)，由參考文獻(xiàn)[1，表6-4]查得 =0.75；
——系數(shù)，根據(jù)值查得，由參考文獻(xiàn)[1]查得當(dāng)=0.1
=0.87。
帶入公式3.5得：
由以上計算結(jié)果可知，初選電動機(jī)能滿足發(fā)熱條件，即
3.5. 電動機(jī)過載能力校核
對于室外工作的起重機(jī)，為了校核電動機(jī)能否克服工作狀態(tài)最大風(fēng)壓所引起的載荷，以免工作過程中發(fā)生停車現(xiàn)象。其計算式：
（3.6）
式中 ——電動機(jī)實際最大啟動力矩（）
為電動機(jī)最大過載系數(shù)，由參考文獻(xiàn)[7，表7-2]查得：
，取=3.0；
為電動機(jī)額定力矩；
=397.9
所以
——電動機(jī)個數(shù)；
——運(yùn)行機(jī)構(gòu)總傳動比；
——運(yùn)行機(jī)構(gòu)的效率；
——道路坡度阻力矩；忽略不計，=0；
——由工作狀態(tài)最大風(fēng)壓（內(nèi)陸；沿海）所引起的風(fēng)阻力（）。
所以
=56.77
綜上計算可得
所以
電動機(jī)過載能力校核合格。
4. 主要零件強(qiáng)度計算
4.1. 主動輪組
4.1.1. 軸的校核
圖4.1 軸的載荷分析圖
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
由上述計算可得：
=30kW ；
=720；
機(jī)構(gòu)總效率：=0.8；
=300.8
=24 kW
=7.78
=29460.15
如圖4.1：
=14730.08
=392000N
由公式：
得：
=32733.50N
（1） 做出軸的力學(xué)模型。
=3600.685
（2） 做出軸的彎矩圖。
=43120
（3） 做出軸的扭矩圖。
=43270.08
（4） 校核軸的強(qiáng)度。
由參考文獻(xiàn)[3，式15-4]得：
軸的彎扭合成強(qiáng)度條件：
（4.1）
式中：——軸的計算應(yīng)力，；
M——軸所受彎矩，；
T——軸所受的扭矩，；
W——軸的抗彎截面系數(shù)；
——對稱循環(huán)應(yīng)變力時軸的許用彎曲應(yīng)力，其值按參考文獻(xiàn)[3，表15-1]選用。
——?。?
由參考文獻(xiàn)[3，表15-4]得：
（4.2）
式中：
由參考文獻(xiàn)[4，表4-3-19]得：
b=45
t=15
d——軸的直徑；d=200mm；
帶入公式4.2得：
=727643.5
把上述數(shù)據(jù)帶入公式4.1得：
=60.69
由參考文獻(xiàn)[3，表15-1]查得：
材料選取，調(diào)制處理。
=70
因為
所以 軸檢驗合格。
4.1.2. 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
（1） 判斷危險截面
截面A，Ⅱ，Ⅲ，B只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截面A，Ⅱ，Ⅲ，B均無需校核。
從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面Ⅳ和Ⅴ處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來看，截面C上的應(yīng)力最大。截面Ⅴ的應(yīng)力集中的影響和界面Ⅳ的相近，但界面Ⅴ不受扭矩作用，同時軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核。截面C上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大，故截面C也不必校核。截面Ⅵ和Ⅶ顯然更不必校核。由參考文獻(xiàn)[3]第三章附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需校核截面Ⅳ左右兩側(cè)即可。
（2） 截面Ⅳ左側(cè)
抗彎截面系數(shù)：
=583200
抗扭截面系數(shù)：
=1166400
截面Ⅳ左側(cè)的彎矩M為：
=22028404.36
截面Ⅳ上的扭矩為：
=14730080
截面上的彎曲應(yīng)力：
=37.77
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：
=12.63
軸的材料為，調(diào)質(zhì)處理。
由參考文獻(xiàn)[3，表15-1]查得：
=735，=355，=200。
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按參考文獻(xiàn)[3，表3-2]查取。
因為
經(jīng)插值后可查得：
，
又由參考文獻(xiàn)[3，附圖3-1]可得軸的材料的敏感系數(shù)為：
=0.90，=0.95
由參考文獻(xiàn)[3，式附3-4]效應(yīng)力集中系數(shù)按式為：
=1.90
=1.30
由參考文獻(xiàn)[3，附圖3-2]的尺寸系數(shù) ；
由參考文獻(xiàn)[3，附圖3-3]的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) 。
軸按磨削加工，由參考文獻(xiàn)[3，附圖3-4]查得表面質(zhì)量系數(shù)為：
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即。
由參考文獻(xiàn)[3，式3-12]得綜合系數(shù)為：
=3.43
由參考文獻(xiàn)[3，式3-12a]得：
=1.86
又由參考文獻(xiàn)[3，§3-1及§3-2]得碳鋼的特性系數(shù)：
， 取
，取
于是，計算安全系數(shù)值：
由參考文獻(xiàn)[3，式15-7]得：
=2.74
由參考文獻(xiàn)[3，式15-8]得：
=16.37
由參考文獻(xiàn)[3，式15-6]得：
=2.7
由參考文獻(xiàn)[3]中查得設(shè)計安全系數(shù)值：
因為
所以可知其安全。
（3） 截面Ⅳ右側(cè)
抗彎截面系數(shù)：
=800000
抗扭截面系數(shù)：
=1600000
截面Ⅳ左側(cè)的彎矩M為：
=22028404.36
截面Ⅳ上的扭矩為：
=14730080
截面上的彎曲應(yīng)力：
=27.53
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：
=9.21
過盈配合處的，由參考文獻(xiàn)[3，附表3-8]用插值法求得：
并取，于是得：
軸按磨削加工，由參考文獻(xiàn)[3，附圖3-4]查得表面質(zhì)量系數(shù)為：
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即。
由參考文獻(xiàn)[3，式3-12]得綜合系數(shù)為：
=4.15
由參考文獻(xiàn)[3，式3-12a]得：
=3.34
又由參考文獻(xiàn)[3，§3-1及§3-2]得碳鋼的特性系數(shù)：
， 取
，取
于是，計算軸在截面Ⅳ右側(cè)的安全系數(shù)值：
由參考文獻(xiàn)[3，式15-7]得：
=3.11
由參考文獻(xiàn)[3，式15-8]得：
=12.72
由參考文獻(xiàn)[3，式15-6]得：
=3.02
由參考文獻(xiàn)[3]中查得設(shè)計安全系數(shù)值：
因為
所以可知其安全。
校核的軸因無大的瞬時過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。
綜上對軸的校核，軸滿足要求。
4.1.3. 鍵的校核
圖4.3 平鍵連接受力情況
平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時，連接中各零件的受力情況如圖4.3所示。
對于采用常見的材料組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的普通平鍵連接（靜連接），其主要失效形式是工作面被壓潰。除非有嚴(yán)重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷（圖4.3中沿a—a面剪斷）。
假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，由參考文獻(xiàn)[3，式6-1]得普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為：
（4.3）
式中： T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，；T=；
k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度，mm；
——鍵的工作長度，mm，圓頭平鍵，此處L為鍵的公稱長度，mm；b為鍵的寬度，mm；
——軸的直徑，mm；
——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，，見參考文獻(xiàn)[3，表6-2]。
圖4.4 平鍵和鍵槽的剖面尺寸（GB/T 1095—1979）
此處鍵的尺寸：
h=20mm
L=200mm
b=36mm
公式4.3中數(shù)據(jù)：
T==14730.08；
k=0.5h=10mm；
=164mm；
d=140mm；
帶入公式4.3得：
=128.31
由參考文獻(xiàn)[3，表6-2]查得：
為120~150
因為
所以 鍵檢驗合格。
4.1.4. 軸承的壽命計算
圖4.5 軸承受力分析圖
1、 求兩軸承受到的徑向載荷和
將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面（圖4.5a）和水平面（圖4.5b）兩個平面力系。其中：圖4.5c中的為通過另加轉(zhuǎn)矩而平移到指向軸線。
由力分析可知：
=392000N
=196000N
=196000N
=32733.50N
=16366.75N
=16366.75N
=196682.16N
=196682.16N
2、 求兩軸承的計算軸向力和
對于調(diào)心滾子軸承，沒有派生軸向力。所以，軸向力：
3、求軸承當(dāng)量動載荷 和
由參考文獻(xiàn)[2，表6-2-77]查得：
因為
=0
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