30t桥式吊车小车设计说明书

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本文介绍了起重机的发展和分类,对32/5吨桥式吊车小车进行了设计。首先对小车的总体结构进行了设计,其次分别对小车的主、副起升机构进行设计与计算,然后又对小车的运行机构进行了设计与计算,接下来是小车的卷筒、卷筒轴、齿轮等主要部件的选择与计算,并使用Auto CAD绘图软件进行了绘图,最后是小车总图的绘制和设计书的撰写。本次的论文设计使我对大学所学知识有了很好的巩固与提高,并为以后的工作打下了坚实的基础。

题目：35/5吨桥式吊车小车设计

摘要

起重机械发展历史悠久，种类日益繁多，应用极为广泛。当今国民经济的各个部门，如冶金、机械、交通运输、电力、建筑、采矿、化工、和国防等都离不开起重机械。随着科学技术的进步和经济建设的发展，日益显现出起重机械作为实现生产过程机械化、自动化、减轻体力劳动强度，的特种设备的突出地位。现代起重机械结构已向大型、精密、高效、多功能、宜人化的机电一体化方向发展。本文介绍了起重机的发展和分类，对32/5吨桥式吊车小车进行了设计。首先对小车的总体结构进行了设计，其次分别对小车的主、副起升机构进行设计与计算，然后又对小车的运行机构进行了设计与计算，接下来是小车的卷筒、卷筒轴、齿轮等主要部件的选择与计算，并使用Auto CAD绘图软件进行了绘图，最后是小车总图的绘制和设计书的撰写。本次的论文设计使我对大学所学知识有了很好的巩固与提高，并为以后的工作打下了坚实的基础。

关键词：桥式起重机；起升机构；运行机构

Abstract

Lifting machinery development has a long history，the description is increasing ,and has a widely use. In today’s every department of national economy, such as metallurgical ,machinery ,transportation, electric power ,construction and mining chemical defense, etc, all of those can without lifting machinery. With the development of scientific technology and the development of economic construction, It’s increasingly show hoisting machinery has a prominent place as a special equipment of the

mechanization of the production process to achieve, automation, reduce the intensity of physical and improve labor productivity .The structure of modern hoisting machinery has large precise efficient multifunction pleasant to the electromechanical of the development direction.

This paper introduces the development and classes of the hoist, and made a design for 32/5 ton’s gantry crane car. First of all made a design of the car total structure, followed by the master and deputy of lifting mechanism design and calculation, then the operation of institutions of car design and calculation, the next is the car’s roll, roll shafts ,gears and other major components of the selection and calculation, using the drawing software Auto CAD drawing, the last is the total car mapping and write the designed book. The thesis of this makes me a very good knowledge of the university is the consolidation and enhancement, and lay a solid foundation for future work. Key words: bridge crane, hoisting mechanism, traveling mechanism

1 概述 .......................................................... 1

1.1起重机在我国现代化建设中的作用 .............................. 1

1.2起重机的分类 ................................................ 1

1.3起重机的特点与发展方向 ...................................... 2

1.3.1国际起重机的特点 ....................................... 2

1.3.2国内起重机的现状 ....................................... 3

1.3.3起重机的发展趋势 ....................................... 3

2桥式起重机小车的特点及总体设计 ................................... 6

2.1桥式起重机小车的特点 ........................................ 6

2.2 总体设计 .................................................... 6

2.3 设计数据 .................................................... 7

3. 主起升机构计算.................................................. 8

3.1 确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组 ............................ 8

3.2 选择钢丝绳 .................................................. 8

3.3 确定卷筒尺寸,转速及滑轮直径 ................................. 9

3.4 计算起升静功率 ............................................. 10

3.5 初选电动机 ................................................. 10

3.6 选用减速器 ................................................. 10

3.7 选择制动器 ................................................. 11

3.8 选择联轴器 ................................................. 11

4.副起升机构计算 ................................................. 12

4.1 确定传动方案,选择滑轮组和吊钩组 ............................ 12

4.2 选择钢丝绳 ................................................. 12

4.3 确定卷筒尺寸,转速及滑轮直径 ................................ 13

4.4 计算起升静功率 ............................................. 14

4.5 初选电动机 ................................................. 14

4.6 选用减速器 ................................................. 14

4.7 选择制动器 ................................................. 15

4.8 选择联轴器 ................................................. 15

5. 小车运行机构计算 ............................................... 16

5.1 确定机构传动方案 ........................................... 16

5.2 选择车轮与轨道并验算其强度 ................................. 16

5.3 运行阻力计算 ............................................... 16

5.4 选电动机 ................................................... 17

5.5 选择减速器 ................................................. 18

5.6 选择制动器 ................................................. 18

5.7 选择高速轴联轴器及制动轮 ................................... 19

5.8选择低速轴联轴器 ........................................... 20

6. 小车主要部件校核 ............................................... 21

6.1 卷筒校核 ................................................... 21

6.2 卷筒轴校核 ................................................. 21

6.2.1 作用于轴的支反力 ..................................... 22

6.2.2 轴所受弯矩 ........................................... 22

6.2.3 轴所受的扭矩 ......................................... 22

6.2.4 根据卷筒轴的受力分析，作轴的弯矩图和扭矩图。 ......... 23

6.2.5 校核轴的强度 ......................................... 23

6.3 卷筒轴承校核 ............................................... 24

6.3.1 轴承所受的载荷 ....................................... 24

6.3.2 轴承当量动载荷 ....................................... 24

6.3.3 校核轴承寿命 ......................................... 25

7 总结 ......................................................... 26

谢辞 ........................................................... 27

参考文献 ......................................................... 28

1 概述

1.1起重机在我国现代化建设中的作用

随着我国现代化建设的不断进行，制造业越来越显示出它在建设进程中的巨大作用。而作为制造业的工具--起重机械，特别是大吨位运作的起重机，它的发展从另一个侧面业影响着国民经济的发展。

物料搬运成了人类生产活动的重要组成部分，距今已有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。起重机正经历着一场巨大的变革。

起重机械是用来对物料作起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备。它的出现改变了人类几千年来以手工来搬动重物的状况，现在几个按钮就能完成以前做不到或很难做到的搬运工作，人得到了休息，效率也提高了。

起重机械发展历史悠久，种类日益繁多，应用极为广泛。当今国民经济的各个部门，如冶金、机械、交通运输、电力、建筑、采矿、化工、造船、港口、铁路、农场、林区和国防等各个领域，几乎都离不开起重机。相信在未来，起重机在我国的现代化建设中，将有不可被取代的地位，也必将发挥更大的作用。

1.2起重机的分类

起重机械：

1）桥式起重机：通用桥式起重机、电站桥式起重机、防爆桥起重机、绝缘桥式起重机、冶金桥式起重机、架桥机、电动单梁起重机、电动单梁悬挂起重机、电

动葫芦桥式起重机、防爆梁式起重机

2）门式起重机：通用门式起重机、水电站门式起重机、轨道式集装箱门式起重机、万能杠件拼装式龙门起重机、岸边集装箱起重机、造船门式起重机、电动葫芦门式起重机、装卸桥

3）塔式起重机：普通塔式起重机、电站塔式起重机、塔式皮带布料机

4）流动式起重机：轮胎起重机、履带起重机、全路面起重机、集装箱正面吊运起重机、集装箱侧面吊运起重机、集装箱跨运车、轮胎式集装箱门式起重机、汽车起重机、随车起重机

5)铁路起重机

6）门座起重机

7）升降机

8）缆索起重机

9）桅杆起重机

10）旋臂式起重机

11）轻小型起重设备

12）机械式停车设备

1.3起重机的特点与发展方向

1.3.1国际起重机的特点

1）新的设计理论与设计方法

2）采用计算机辅助设计和组合设计

3）传动机构一步完成

4）不断强化质量管理，提高残品的可靠性和寿命

1.3.2国内起重机的现状

我国的起重机制造行业起步较晚，原有的基础比较薄弱，与工业先进国家相比较，差距很大。但经过建国50余年的不断发展，特别是最近几年，制造业迅猛发展，目前与发达国家的差距已明显缩小。现如今，我国已建立起自己的起重机研究部门、生产部门和专业人才培养部门，并有自主生产各类起重机械的能力，而且批量生产的各类起重机械，不仅初步满足了国内市场的需求，部分产品还打入了国际市场。

加入世贸组织至今，虽然国内起重机市场受到了较大的冲击，但是同时国外的优秀企业也给我们带来了新技术，使国内主机和配套件企业更清楚地认识到差距，更多地了解国产产品存在的致命问题，必将引导主机和配套件企业的技术创新和技术进步

1.3.3起重机的发展趋势

1）重点产品大型化，高速化和专用化。

由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场不断扩大，品种也不断更新，以特有的功能满足特殊的需要，发挥出最佳的效用

2）系列产品模块化、组合化和标准化

用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、

部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足各种需求。

3）通用产品小型化、轻型化和多样化

有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，也可命名整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价择

4）产品性能自动化、智能化和数字化

起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。使起重机具有更高的柔性，以适合多批次少批量的柔性生产模式，提高单机综合自动化水平。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的

自动保护与自动检测，特殊场合的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。

2桥式起重机小车的特点及总体设计

2.1桥式起重机小车的特点

桥式起重机小车主要由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成；另外还有一些安全防护装置。

桥式起重机的小车主要具有以下特点：

1）起升和运行机构由独立的部件构成。

2）在设计机构和小车架的时候，遵循标准化、通用化和系列化的原则。

3）小车的车架用钢板焊接而成。

4）起升机构和运行机构采用减速器式传动装置，仅在起重量较大、传动比高时，低速级才采用一级开式齿轮，而高速级仍采用减速器传动。

5）所有机构中均采用滚动轴承。

6）为了使部件容易装拆，通常，将制动轮与齿轮联轴器做成一个部件。但根据机构布置需要，也可以将制动轮做成独立的零件来安装。

7）制造起重机时，由于零件热处理得到了广泛应用，从而大大的提高了零件表面的耐磨性，延长了他们的使用寿命。

8）为了简化起重机机构的维护工作，轴承最好采用集中润滑系统。

起重小车除了有起升、运行机构和小车架外，还必须有必要的安全保护装置:如栏杆、排障板、限位开关、撞尺和缓冲器等。

2.2 总体设计

本桥式起重机为双梁单小车结构形式。小车上设有主、副钩起升机构，主、

副钩可单独起吊，又可以相互配合使用。小车运行车轮装置、卷筒轴承座及轴承、卷筒联轴器、滑轮装置，吊钩装置均采用单点分别滑轮。

各机构均采用全封闭自润滑的中硬齿轮减速器，它具有运行平稳、寿命长的特点。运行机构减速器立式安装，带油泵润滑。

小车架由主梁、端梁、副梁、平台、栏杆等组成，便于运输，中间断开，用高强度螺栓联接。小车机构的底座通过划线来整体加工，保证其机构的安装精度。

2.3 设计数据

主/副起升机构：起重量32/5t，起升高度16/20 m,起升速度12.2/19.5m/min,起升机构工作级别M5/M5。

小车运行机构：工作级别M5，运行速度42.8m/min,轨距2500mm。

小车参考自重：约11.25t。

3. 主起升机构计算

3.1 确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组

按照构造宜紧凑的原则,决定采用下图的传动方案。如图3.1所示，采用了双联滑轮组。按Q=35t，查【1】表4-1查取滑轮组倍率-4，因而承载绳分支数为 Z=2-8。G0吊具自重载荷，得其自重为：G0 =2.0% Pq=0.02 320=6.4kN

图3.1主起升机构简图

3.2 选择钢丝绳

若滑轮组采用滚动轴承，-3,查【2】表2-1得滑轮组效率hh=0.975

钢丝绳所受最大拉力：

Smax G0 Q320 6.4 41.8kN 2hh ih2 4 0.975

按下式计算钢丝绳直径：

d=c Smax=0.096 41.8 103=19.6mm

式中：c选择系数，单位mm/N，用钢丝绳 b=1850N/mm²，据M5及 b查【3】表8-1-8得c值为0.096。

选不松散瓦林吞型钢丝绳直径d=20mm，其标记为6W(19)-20-185-I-光-右顺(GB1102-74)。

3.3 确定卷筒尺寸,转速及滑轮直径

卷筒和滑轮的最小卷绕直径D0：

D0min≥h d

式中h表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数；

按【3】查8-1-54表得：筒h1=18;滑轮h2=20；

筒最小卷绕直径D0min=h1 d=18 20=360mm；

轮最小卷绕直径D0min=h2 d=20 20=400mm。

考虑起升机构布置卷筒总长度不宜太长，轮直径和卷筒直径一致取D=500㎜。卷筒长度： L 2(L0 l1 l2) l3 2[(H m n)t t 3t] l3 D0

16 103 4 2 ( 2) 23 23 3 23 443.14 650

1762mm

式中L0 ：筒上有绳槽长度，L0 (H ih Z1)p，其中：n钢丝绳安全圈数，取n=2， D0

起升高度H=16m，起升高度H=16m，绳槽节距t d (2~4)=20+3=23，D0绕直径， D0 D d 630 20 650mm

l1 ：定绳尾所需长度，取l1 3t 3 23 69；

l2 ：筒两端空余长度，取l2 t 23mm；

L3 ：筒中间无槽长度，查机械设计手册表8-1-66，滑轮组中心距为44mm。

卷筒壁厚：

进行卷筒 0.02D (6~10) 0.02 630 (6~10) 16~20mm,取 20mm，

壁的压力计算。

卷筒转速：

nt m vn4 12.2=r/min=23.9r/min D03.14 0.65

3.4 计算起升静功率

Pj (Q G0)v=60 100 0(320000 64000) 12.2 78.1kW60 1000 0.85

式中：η起升时机构总效率，一般 0.8~0.9，取 0.85。

3.5 初选电动机

查【1】附表28选用电动机型号为YZR280 2-6，电动机额定功率PJC=85kW，额定转速nJC=966r/min。

3.6 选用减速器减速器总传动比：i nJC966 =40.41 nt23.9

取实际速比i 40.17

'查【1】附表35选用ZQ-650型减速器，传动比i0许用功率P 127kW, 40.17，

kg m。低速轴最大扭矩M 19300

实际起升速度：vn' 12.2 40.41 12.27 40.17

v' v12.27 12.2 0.57 [ ] 5% 误差：e v12.2

实际起升静功率：Pj' 78.1 40.41 78.56kW 40.17

''] 减速器在966r/min时许用功率为[pnj]为：[pnj127 966 122.7kw 85kw 1000

3.7 选择制动器

Mz KzM'

j Kz(Q G0)D0(320000 6400) 0.65 1.75 0.85'2ih i02 4 40.17

982N m

式中：Kzh制动安全系数，查【2】表6-6,由M5得Kzh=1.75；由附表15选用YWZ5 80制动器，其制动力矩Me 500~1000N m，制动轮直径Dz 315mm，制动器质量Gz 62.4kg

3.8 选择联轴器

Mj n aMe 1.6 1.8 84 241.92N m

P85 840N m 式中：Me电动机额定力矩，Me JC nJC966

n联轴器安全系数，n 1.6

a刚性动载系数，一般 a 1.5~2.0，取 a 1.8

查机械设计手册表15.1-67选LXZ型带制动轮弹性套柱销联轴器，选择型号LXZ8

查附表34差得ZQ-750减速器的高速轴端为圆锥形d 60mm，l 110mm；查附表29查的YZR280M-6型电动机高速轴端为圆锥形d 85mm，l 170mm。

4.副起升机构计算

4.1 确定传动方案,选择滑轮组和吊钩组

按照构造宜紧凑的原则，决定采用下图的传动方案。如图4.1所示，采用了单联滑轮组。按Q=5t，查【1】表4-1取滑轮组倍率-2，因而承载绳分支数为Z 2ih 4。G0吊具自重载荷，得其自重为G0 2.0% pq 0.02 50 1kN

图4.1 副起升机构简图

4.2 选择钢丝绳

若滑轮组采用滚动轴承，当-2，查【2】表2-1得滑轮组效率 h 0.99，钢丝绳所受最大拉力：

Smax Q G050 1 12.88kN 2ih h2 2 0.99

按下式计算钢丝绳直径：

d=c Smax=0.096 .88 103 10.9mm

式中：c选择系数，单位mm/N，选用钢丝绳 b=1850N/mm²，根据M5及 b【3】8-1-8得c值为0.096。

选不松散瓦林吞型钢丝绳直径d=11mm，

其标记为6W(19)-11-185-I-光-右顺(GB1102-74)。

4.3 确定卷筒尺寸,转速及滑轮直径

卷筒和滑轮的最小卷绕直径D0：

D0min≥h d

式中h表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数；

按【3】查8-1-54表得：筒h1=18;滑轮h2=20；

筒最小卷绕直径D0min=h1 d=18 11=198mm；

轮最小卷绕直径D0min=h2 d=20 11=220mm。

考虑起升机构布置卷筒总长度不宜太长，轮直径和卷筒直径一致取D=500㎜。卷筒长度：

L 2(L0 l1 l2) l3 2[(H m n)t t 3t] l3 1060.4mm D0 式中L0 ：筒上有绳槽长度，L0 (H ih Z1)p，其中：n钢丝绳安全圈数，取n=2， D0

起升高度H=16m，起升高度H=20m，绳槽节距t d (2~4)=11+3=23，D0绕直径， D0 D d 400 11 411mm

l1 ：定绳尾所需长度，取l1 3t 3 14 42mm；

l2 ：筒两端空余长度，取l2 t 14mm；

L3 ：筒中间无槽长度，查机械设计手册表8-1-66，滑轮组中心距为44mm。

卷筒壁厚：

0.02D (6~10) 0.02 400 (6~10) 15mm，进行卷筒壁的压力计算。卷筒转速：

nt m vn2

D0=2 19.5r/min=30.2r/min 3.14 0.411

4.4 计算起升静功率

Pj (Q G0)v=60 100 0(50000 1000) 19.5 19.5kW 60 1000 0.85

式中：η起升时总机械效率，一般 0.8~0.9，取 0.85。

4.5 初选电动机

查附表28，选用电动机型号为YZR180L-6,电动机额定功率PJC=20kW，额定转速nJC=946r/min 。

4.6 选用减速器

减速器总传动比： i0 nJC946 31.3nt30.2

'查附表35选用减速器型号为ZQ-550，传动比为i0 31.5，减速器的许用功率

'[Pnj] 33.5kW,低速轴最大扭矩M 8500kg m 实际起升速度：vn' 19.5 31.3 19.4min 31.5

误差：e 19.5 19.4 0.5% [ ] 5% 19.5

实际起升静功率：Pj' 19.5 31.3 19.4kW 31.5

''] 减速器在946r/min时许用功率为[pnj]为[pnj33.5 946 31.69kw 20kw 1000

4.7 选择制动器

Mz KzM'

j Kz(Q G0)D0(5000 1000) 0.411 1.75 0.85'2ih i02 2 31.5

247.5N m

式中：Kzh制动安全系数，查【2】表6-6,由M5得Kzh=1.75；

由附表15选用YWZ5 23制动器，其制动力矩Me 180~280N m，制动轮直径Dz 315mm，制动器质量Gz 44.5kg

4.8 选择联轴器

Mj n aMe 1.6 1.8 20.19 58.18N m

P20 201.9N m 式中：Me电动机额定力矩，Me JC nJC946

n联轴器安全系数，n 1.6

a刚性动载系数，一般 a 1.5~2.0，取 a 1.8

查机械设计手册表15.1-67选LXZ型带制动轮弹性套柱销联轴器，选择型号LXZ4

查附表34差得ZQ-750减速器的高速轴端为圆锥形d 65mm，l 110mm；查附表29查的YZR280M-6型电动机高速轴端为圆锥形d 55mm，l 110mm。

5. 小车运行机构计算

5.1 确定机构传动方案

用如图5.1所示的传动方案

图5.1 运行机构简图

5.2 选择车轮与轨道并验算其强度

车轮的最大轮压：小车自重估计取为GXC=11250kg，假定轮压均布，有

11(Qz Gxc) (32000 5000 11250) 10812.5kg 108125N 44

初选车轮：由附表17可知，当运行速度v 60min时， pmax Qz32000 5000 2.8 1.6工作级别M5时，车轮直径Dc 500mm，轨道型Gxc11250

号为43kgm，轨道的许用轮压为16.5t Pmax，故可用。

5.3 运行阻力计算

d摩擦力矩： Mm (Qz Gxc)(k ) 2

查附表19，由Dc 500mm车轮组的轴承型号为7524角接触球轴承，轴承内径和外径的平均值d 120 160=140mm 2

由【2】表7-1~表7-3查得：滚动轴承摩擦系数k=0.0005；轴承摩擦系数 0.02，附加阻力系数 2.0

代入上式得：

当满载时运行阻力矩：

dMm(Q Qz) (Qz Gxc)(k ) 2

(32000 5000 11250) (0.0005 0.02

.5N m =164.35kg m 16430.14) 2 2

运行摩擦阻力：Pm(Q Qz)Mm(Q Qz)1643.5 6574N Dc0.d当无载时： Mm(Q 0) Gxc(k ) 2

=11250 (0.0005 0.020.14) 2 2

=42.75kg m 427.5N m

运行摩擦阻力：Pm(Q 0) Mm(Q 0)427.5 1710N =DC5.4 选电动机

电动机静功率：

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