专用起重机提升机构的设计

XXXXXX大学毕业设计

双块式轨枕养护用专用起重机

提升机构的设计

Design of Double Block Sleepers with Special Crane Maintenance Lifting Mechanism

XXXX 届 机械工程 学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 XXXXXX 学生姓名 XXXXX 指导教师 XXXXXX

完成日期 XXXX年 6 月 3 日

全套毕设资料（SolidWorks三维图、CAD

二维图）联系QQ2319441519

毕业设计任务书

题 目 学生姓名 学号 双块轨枕养护专用起重机提升机构设计 班级 导师 姓名 专业 机械设计制造及其自动化 导师 职称 承担指导任务单位 机械工程学院 1、设计要求。 双块无砟轨道具有良好的平顺性和持久可靠的稳定性，其双块式轨枕采用工厂化生产的方式进行生产。课题针对双块轨枕生产线，设计其养护用专用起重机，内容包括：小车设计和提升机构设计。 2、设计参数。 所给参数小车轨距3800mm,起重重量10吨 3、应遵守的法规及主要参考文献。 要求参考文献不少于15篇，主要有：胡亚民. SEW主要产品介绍:悬挂小车用减速电机[J]. <<起重机设计手册>>编写组编. 起重机设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1980.3等共17篇外文翻译。 4、进度安排。 第一周到第三周毕业实习，开题报告，第四周到第六周，提交方案设计，第七周到第十周，装配图设计，零件图设计，第十一周到第十三周撰写设计说明书，准备答辩。 年 月 日

毕业设计开题报告

题 目 学生姓名 学号 双块轨枕养护专用起重机提升机构设计 班级 专业 机械设计制造及其自动化 一：研究背景及现状 国外情况 对于无砟轨道技术，德国和日本的技术处于世界领先地位。德国是世界上研究无砟轨道最早的国家，采用企业自主研发，政府统一管理。目前德国主要无砟轨道结构式有博格板式，雷达式，旭普林式3种。其他属于试铺或者少铺阶段。我国郑西客运专线采用了旭普林式无砟轨道结构形式、 日本板式轨道的应用是从板式是从桥梁和隧道开始的在既有干线和新干线上铺设了20度处干线近30公里的试验阶段。20世纪90年代初，为改善板式轨道所用沥青的温度敏感度和耐久性，日本用普通A型轨道板取代RA型板式轨道，实现了板式轨道结构形式的统一。 国内情况 我国于20世纪60年代开始对无砟轨道进行研究，几乎与国外同步。经过40多年的理论研究，室内模型的实验，桥上和隧道内实验铺设，我们取得了一系列研究成果。为实践中长期铁路网规划，建设一流客运专线，在我国无砟轨道尚未成熟的情况下，我们还需借鉴国外成熟经验，通过引进，消化，吸收和再创新。为此我们引进了德国雷达2000型和旭普林双块式无砟轨道，结合我国掌握的无砟轨道技术，铁路公司根据有关施工单位技术特点，选取了不同铁路建设项目进入了深层次的应用研究。对双块式轨枕的工厂预制，国外主要采用环形生产线来组织生产，而国内的预应力轨枕目前采用2*4,2*5流水机组法和养护池养护的方式来组织生产 1RHEDA轨道结构由最初的轨枕直接埋入式，发展到槽形轨道结构和最近的RHEDA2000轨道结构，构成RHEDA2000轨道系统的关键元件是由钢筋三角桁架连接接组成的双块式轨枕。 二．研究内容及预期达到的目标 双块式无咋轨道具有良好的平顺性和持久可靠的稳定性，其双块式轨枕采用工厂化生产的方式进行生产。课题针对双块式轨道生产线，设计其养护用专用起重机， 内容包括1：小车设计2：提升机构设计。

三：研究方案； 本次设计的提升小车机构由小车提升机构、小车运行机构和小车车架三大部分组成。其中小车提升机构和小车运行机构是相互独立的两个部分，这样利于后期养护和维修，也提高了小车的可靠性。 小车设计包括提升机构、小车运行机构的布置，各部件（绳索、卷筒、减速器、制动器和电动机）具体设备的选型计算。小车车架设计不仅要满足前两个机构的安装配合，同时也要保证强度要求，本次设计采用simulation 对小车车架进行强度校核并通过电脑软件画出大车与小车，小车与吊具的装配关 系。最后撰写一份设计说明书 四.进度计划 第一周 — 第三周 毕业实习，开题报告 第四周 — 第六周 方案设计 第七周 — 第十周 装配图设计，零件图设计 第十一周 — 第十三周 方案设计，撰写设计说明书 年 月 日

摘要

双块式无砟轨道具有良好的平顺性和持久可靠的稳定性，其双块式轨枕采用工厂化生产的方式进行生产，设计其起重机，本课题主要对起重机的提升机构进行总体设计，尤其对提升机构的计算。该起重机的工作原理为：电动机经过减速器将运动和动力传给卷筒，再通过钢丝绳和导轮提升重物

首先经过全面分析确定方案。通过设计计算所得到的相关参数，直接确定了起重机工作级别和小车设计基本参数，对钢丝绳，卷筒，电动机，减速器，制动器，联轴器进行选型，亦为本文重点。最后对车轴和车架进行有限元分析，要求起重机提升机构运行平稳，定位准确，安全可靠，技术技能先进，设计结果表明养护专用起重机的提升机构可使双块式轨枕的生产过程更加可靠，在生产过程中养护系统采用养护专用起重机的提升机构也可大大提高生产效率。

在绘制机械制图时，采用SolidWorks软件绘制一张三维图，并用CAD软件要绘制一张总体二维装配图，还有卷筒，主梁的二维零件图，这样对提升机构有个更好的了解。

关键词：双块式轨枕；养护专用起重机；提升机构；有限元分析

Abstract

Double block ballastless track is smooth and reliable stability and lasting, the double block sleepers for double block type non ballasted track is smooth and reliable stability and lasting, the double block sleepers with factory production for production, the design of the crane, the main topic of the crane lifting mechanism for the overall design, especially for calculation of lifting mechanism. The working principle of the crane: motor through reducer the movement and power to the drum, and then through the wire rope and the guide pulley lifting heavy

First, after a comprehensive analysis to determine the program. Through the design of the calculated parameters directly determine the crane work level and the design of the car the basic parameters, the wire rope, drum, motor, reducer, brake, coupling selection, and is also the emphasis of this paper. Finally on the axle and frame of finite element analysis and requirements of crane hoisting mechanism smooth operation, accurate positioning, safe and reliable, advanced technical skills. The calculation results show that conservation dedicated crane lifting mechanism can make the production process of double block sleepers are more reliable, in the production process of curing system using dedicated maintenance crane lifting mechanism can greatly improve the production efficiency.

In the drawing mechanical drawing using SolidWorks software to draw a 3D map, and use CAD software to draw a general 2D assembly drawing, and drum, girder of 2D part drawing, so to lifting mechanism have a better understanding.

Keywords: double block sleepers；special crane for maintenance； lifting mechanism；finite element analysis

目录

第1章 绪论 ·························································································· 1 1.1 研究背景 ................................................................................................................... 1 1.2 双块式轨枕生产简介 ............................................................................................... 1 1.3 起重机的国内外现状 ............................................................................................... 1 1.3.1 国内现状 ............................................................................................................ 2 1.3.2 国外现状 ............................................................................................................ 2 第2章 小车设计的基本工况及参数 ···························································· 4 2.1 桥式起重机工作环境简介 ....................................................................................... 4 2.2 起重机设计参数的确定 ........................................................................................... 5 2.2.1 起重机整机的工作级别 .................................................................................... 5 2.2.2 起重机机构的工作级别 .................................................................................... 6 2.3 起重机小车设计参数汇总 ....................................................................................... 6 2.4 小车整体方案设计 ................................................................................................... 7 第3章 小车起升机构设计 ········································································ 8 3.1 小车起升机构传动方案设计 ................................................................................... 8 3.2 钢丝绳及绳具的设计 ............................................................................................... 9 3.2.1 钢丝绳选型计算 ................................................................................................ 9 3.2.2 钢丝绳绳具选型 .............................................................................................. 11 3.3 卷筒组设计 ............................................................................................................. 11 3.3.1 卷筒组的类型及构造[11] .................................................................................. 11 3.3.2 卷筒设计计算 .................................................................................................. 11 3.4 电动机及减速器的计算选择 ................................................................................. 14 3.4.1 电动机及减速器参数设计计算 ...................................................................... 14 3.4.2 电动机及减速器选型 ...................................................................................... 15 3.5 联轴器的选择 ......................................................................................................... 16 3.6 导轮及导轮轴的设计 ............................................................................................. 16 3.6.1 导轮的设计 ...................................................................................................... 16 3.6.2 导轮轴的设计 .................................................................................................. 17 第4章 小车运行机构的设计 ···································································· 19

4.1 小车运行机构传动方案设计 ................................................................................. 19 4.2 小车车轮的选择 ..................................................................................................... 19 4.3 小车减速电机的选择 ............................................................................................. 19 4.3.1 小车运动计算 .................................................................................................. 19 4.3.2 减速电机的型号选择 ...................................................................................... 20 第5章 小车车架的设计 ·········································································· 23 5.1小车车架结构形式的设计 ........................................................................................ 23 5.2 小车车架受力有限元计算 ..................................................................................... 24 第6章 总结 ························································································· 28 参考文献 ······························································································· 29 致 谢 ······························································································· 30 附录 ····································································································· 31 外文翻译 .......................................................................................................................... 31

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第1章 绪论

1.1 研究背景

随着我国经济的不断发展，我国的铁路事业也发生了翻天覆地的变化，动车组和高铁两个新兴事物大大方便了人们的出行。火车轨道作为铁路事业的基础，经历了由有砟轨道到无砟轨道的飞跃。无砟轨道是指以混凝土或沥青混合料等取代道砟道床的区别传统有砟轨道的一种新型轨道[1]。随着铁路基础建设的发展，无砟轨道成为铁路工程建设必不可少的一种材料，目前无砟轨道结构形式主要有双块式轨枕和板式两种。

本文设计的设备应用于双块式轨枕的生产。双块式轨枕生产线采用封闭环形流水线生产工艺[2]。生产线按照设备功能可分为七大系统，这七大系统中尤其以养护系统最为关键。养护系统中有一个重要的环节，即将浇筑好的双块式轨枕模具送入养护线。在这个环节中要用到起重机这一关键设备。起重机的设计要符合生产线的实际情况。

1.2 双块式轨枕生产简介

双块式轨枕作为无砟轨道起重机的重要组成部分，使无砟轨道具有较好的平顺性和稳定性，其生产采用工厂流水线的方式，生产系统主要包括五大系统：搅拌供料系统、布料震动系统、养护系统、脱模系统和成品运输系统[3]。本次设计的双块式轨枕养护用专用起重机提升机构主要用于养护系统。双块式轨枕是一种钢筋混凝土制品，混凝土经布料震动系统浇筑至钢制模具之后会逐渐凝固变硬，其变硬的主要原因就是水泥的水化作用，而水化作用的效果取决于合适的湿度和温度。在合适的湿度和温度条件下才能制造出合格的双块式轨枕。因此养护系统对于工厂所生产的双块式轨枕质量具有重要的作用。

为保证被混凝土浇筑后的双块式轨枕钢模能高效的进入养护系统的养护通道，设计其专用的运输机械是很有意义的。一般在生产线的运输机械中，起重机是常用的运输机械。本次设计为双块式轨枕养护用专用起重机设计的一部分，主要设计专用起重机的起升机构。

1.3 起重机的国内外现状

1

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1.3.1 国内现状

随着我国工业化程度不断提高以及重大工程项目的不断完成，我国的起重机行业正在飞速发展。目前国内可生产起重机的企业有徐工、柳工、三一、中联等多家企业，且这些企业生产的起重机类型多样，价格实惠，安全性也有很大保障，并已经多次投入实际工程项目中安全使用。例如徐工集团具有雄厚的起重机生产经验，该公司1964年就开始生产起重机，公司生产多种起重机产品系列，起重机的总品种数量已达150多种。公司的部分产品甚至处于国际领先程度。2015年徐工集团的“全地面起重机关键技术开发与产业化”项目荣获了国家科学技术进步奖一等奖[4]。下图（图1-1）为徐工集团生产的QY50K-II汽车起重机，该型号起重机获得“国家出口免检”资质。

图1-1 QY50K-II汽车起重机

1.3.2 国外现状

国外起重机的发展程度从整体上来说优于国内现状。国外生产起重机的企业以西方国家的德马吉、马尼托瓦克、利勃海尔以及日本的神钢等集团为主。与国内起重机企业类似，他们的产品也是种类齐全，市场占有率很高。德国马尼托瓦克公司生产出TYT429式起重机，此起重机最大起重量可达20吨，起重臂长为80米，处于国际领先地位[5]。下图（图1-2）为TYT429平头塔式起重机的实物图。

2

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图1-2 TYT429平头塔式起重机

国内起重机产业同国外同类产品相比较具有一定的差距。以下几条是我国起重机事业应该发展的目标[6]：

（1）整体质量

由于先进的结构优化设计技术的发展以及新材料的研制，国外的起重机比国内的起重机在整机重量上要轻1/5左右。这就要求我们必须提高国内基础材料的研发技术以及优化设计的思想认识。

（2）操作人性化

国内起重机的操作室环境艰苦，冬冷夏热，不能为操作员提供一个舒适的工作环境。相对来说，国外的起重机在设计时就考虑到工作人员的实际操作环境，对操作室进行环境优化，这点应该引起国内设计人员的注意。

（3）自动化和智能化

提高控制中电液伺服控制的精度以及智能实时反馈显示系统，使操作员可以全面把握起重机在工作过程中各个部件的情况。同时应增加起重机预警系统，当起重机工作中达到危险工况时能发出报警来提醒操作者，甚至直接接管起重机，自动控制起重机动作至安全状态。

3

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第2章 小车设计的基本工况及参数

2.1 桥式起重机工作环境简介

本次设计小车所属的桥式起重机用于双块式轨枕生产线。双块式无砟轨道相对于普通轨道具有优良的平顺性和持久可靠的稳定性，其所用的双块式轨枕不是在现场浇筑，而是采用大批量工厂化生产的方式。其生产流程如下图（图2-1）所示：

混凝土原料搅拌 浇筑模具 混凝土制品养护 脱模 入库储存 图2-1 双块式轨枕生产流程图

生产车间的平面布置图如下图（图2-2）所示：

图2-2 双块式轨枕生产流程图

整个生产流程中，将浇筑好的模具送入养护线这一过程需要用到本次设计的桥式

4

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起重机。

根据起重区域立面图（图2-3）以及厂家提供的相关参数，可知本次设计的起升机构起升高度h应不小于4.5米。

图2-3 起重区域立面图

2.2 起重机设计参数的确定

2.2.1 起重机整机的工作级别

（1）起重机使用等级

厂家的双块式枕轨生产能力为1000根每日，1块钢模一次性可浇筑4根轨枕。起重机每次起吊2块钢模。则起重机一个工作日的工作循环次数为C。

C?1000根/4根/2块?125次

数为CT。

按设计寿命Y=20年，每年工作日D=250天计算，则本次设计的起重机总循环次

CT?C*D*Y?125*250*20?6.25*105次

(2-1)

查阅《起重机的使用等级表（GB 3811-2008，ISO 4301-1986）》，当起重机总工作循环数CT处于5.00*105~1.00*106时，起重机的使用等级为U6，属于较频繁使用的状态。

（2）起重机载荷状态级别

设计载荷值为10t。根据厂家提供的资料，实际工作中每次起吊2组浇筑好的模具，每个模具重2.5t，加上吊具的重量，共重5.3t。查阅《起重机载荷状态级别表》

5

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得载荷状态级别为Q2-中，属于很少起吊额定载荷，经常起吊中等载荷。

（3）起重机整机的工作级别

根据起重机使用等级和起重机载荷状态级别查阅《起重机整机工作级别表》可得起重机整机工作级别为A6。

2.2.2 起重机机构的工作级别

（1）起重机机构的使用等级

起重机机构使用等级是将起重机机构实际纯使用的总时间进行分级。由上文得起重机的总循环次数CT为6.25*105次。每次循环所用时间t为2分钟。则总使用时间为tT。

查阅《起重机机构使用等级表》，当12500

（2）起重机机构的载荷状态级别

该起重机机构较少承受最大载荷，一般承受中等载荷，其载荷级别查表可确定为L2。

（3）起重机机构的工作级别

根据起重机的机构使用等级和载荷状态级别，查表2-1得起重机机构的工作级别为M7。

表2-1 起重机机构使用等级表

载荷状态级别 L1 L2 L3 L4

机构的使用等级

T0 M1 M1 M1 M2

T1 M1 M1 M2 M3

T2 M1 M2 M3 M4

T3 M2 M3 M4 M5

T4 M5 M4 M5 M6

T5 M4 M5 M6 M7

T6 M5 M6 M7 M8

T7 M6 M7 M8 M8

T8 M7 M8 M8 M8

T9 M8 M8 M8 M8

2.08*104htT?CT*t/60?6.25*105*2/60h? (2-2)

2.3 起重机小车设计参数汇总

（1）小车起升机构参数 起重量：10t 起升高度：5m 起升速度：10m/min

6

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图3-6 卷筒局部尺寸图

图中：

D：卷筒名义直径； d：钢丝绳直径，d=18mm；

h1：卷筒和钢丝绳直径比，由表4-3中选取； Hmax：起升机构的最大起升高度，Hmax=5000mm； m：滑轮组倍率，m=1； D0=D+d：卷筒的计算直径；

z1?1.5：固定钢丝绳的安全圈数，实际取z1=1.5； L1：无绳槽卷筒端部尺寸，根据实际情况决定； L2：固定钢丝绳所需的长度； Lg：卷筒中间光滑部分长度； p：绳槽节距；

卷筒直径比h1的选择表如下表（表3-3）所示：

表3-3 卷筒和钢丝绳直径比h1选择表

机构工作级别

h1

机构工作级别

h1

M1 M2 M3 M4

11.2 12.5 14 16

M5 M6 M7 M8

18 20 22.4 25

本次设计的起升机构工作级别为M7，查表取h1=22.4。则卷筒的名义直径D：

D?(h1?1)d?(22.4?1)*18?395.2mm

12

(3-5)

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取整D=400mm，则D0=418mm。 最大起升高度Hmax=5m。 绳槽取标准绳槽，则绳槽半径R：

无绳槽卷筒端部尺寸L1取L1=20mm，固定钢丝绳所需长度L2：

卷筒中间光滑部分长度Lg=20mm。 筒上有螺旋槽部分长为L0：

L0?(Hmax*m?D?z5000*11)p?(?1.5)*20?106mm0?*418则本次所设计的双联单层卷筒长度Ls：

L

s?2(L0?Lp1??Ld2?)?(2L~g4?)2mm*(106?18 ? ? 202 ??6020)mm?20?392mmLs取整，则Ls=400mm。

卷筒壁厚?=d=18mm。 L2?3p?3*20?60mm最终卷筒的模型如下图（图3-7）所示：

13

(3-6)

(3-7)

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图3-7 卷筒模型图

3.4 电动机及减速器的计算选择

3.4.1 电动机及减速器参数设计计算

计算静功率Nj：

Q?G)g*v Nj?(??(10000?300)*10*10/600.85W?20.1kW式中：

?：机构总效率，一般取?=0.8~0.95，取?=0.85； Q：额定起重量，Q=10t； G：吊具的重量，G=300kg； v：起升速度，v=10m/min。 电动机计算功率Ne：

Ne?kd*Nj?1.1*20.1?22.11kW式中：

kd：此系数查表可得，对于M8的机构工作级别，取kd=1.1。 卷筒计算直径D0=418mm，则卷筒转速n筒：

14

(3-8)

(3-9)

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n筒?v10000?rpm?7.6rmp?D03.14*418减速器输出转速na=n筒=7.6rmp。 (3-10) 减速器输出最大转矩

Ne22.11?9550*Nm?27783Nm na7.6取电动机额定转速ne=1400rmp。则减速器传动比i：

Mamax?9550 (3-11)

3.4.2 电动机及减速器选型

(3-12)

电动机和减速器作为整套的配合组件选择SEW公司的减速电机系列产品[12-13]。德国SEW集团是专业生产各种系列电机、减速机和变频控制设备的跨国性国际集团。SEW减速电机是在模块组合体系的基础上设计的， 有极其多的电机组合、安装位置和结构方案。SEW模块组合系统允许减速器与下列部件组合：

1、与恒场同步电动机组合成伺服减速电机； 2、与危险环境工作型交流鼠笼电动机组合； 3、与直流电动机组合。

根据减速器构造不同，SEW公司的减速电机分为R,S,K,F四大系列[14]。根据本次设计的提升机构的传动布置图，输入轴与输出轴垂直，故选择K系列减速电机，即SEW直角轴斜齿轮-伞齿轮减速电机K系列。K系列减速电机构造示意图如图3-8所示：

图3-8 K系列减速电机构造图

此系列减速电机参数及特点如下[15]：

1、三级斜齿轮-锥齿轮输出，扭矩大，输出轴为空心轴或实心轴，可选择法兰或地脚安装；

2、传动效率高，体积小、噪音低；

15

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Xxxxxx

减速机输出转速na

7.8rpm

减速器输出最大转矩Mamax

32000Nm

其

实际模型三维图如图3-9所示：

xxxx

图3-9 K167R107DV200BMG减速电机三维模型图

3.5 xxxxxx产品质量

3.6 导轮及导轮轴的设计

3.6.1 导轮的设计

202.3

导轮的主要作用是改变钢丝绳的走向。根据卷筒的大小，设计导轮的计算直径与

16

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卷筒的直径相同。导轮槽应保证钢丝绳不脱落。导轮为铸造轮。综合以上条件确定导轮如下图（图3-10）所示：

图3-10 导轮图

3.6.2 导轮轴的设计[17]

导轮轴主要作用是支撑导轮，其设计要满足导轮轴及轴承在轴上的轴向定位功能并能保证一定的安全要求。

导轮两端每端承受27.5kN的径向力，中间两侧由两个轴承支撑。轮轴长度应保证两导轮与两卷筒的对称中心面各自重合。

综合以上要求设计导轮轴如下图（图3-11）所示：

图 3-11 导轮轴图

轴的校核采用SolidWorks软件自带的Simulation有限元分析模块。Simulation模块的前身是著名的COSMOS。该模块与SolidWorks三维建模软件无缝结合，SolidWorks Simulation 提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析。相对于ansys、迈达斯等有限元分析软件，SolidWorks Simulation的界面操作更加人性化，更加面对实际的工程问题，有利于工程人员把主要精力放在实际问题的解决而不是软件的具体操作。Simulation虽然网格划分能力不是很强，但其精度足以满足一般工程分析的精度要求。故本次设计采用SolidWorks

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Simulation来进行强度校核。

首先设

完毕得单元类型为实体单元，单元数量为50695，节点数76843，求解后轴的变形和应力结果如图3-12，3-13所示：

图3-12 导轮轴变形图

图3-13 导轮轴应力图

由上图可知，导轮轴最大应力值为85.4MPa，导轮轴的材料为普通碳钢，材料的屈服极限为220MPa，则安全系数s：

s=220/85.4=2.57

导轮轴最大变形量ymax为0.33mm，整个小车长度L为2655mm，变形量很小，其挠度变形量k：

k=ymax/L=0.33/2655=0.0012

k值满足小于1/600的要求。综合以上结果判定导轮轴满足安全要求。

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第4章 小车运行机构的设计

4.1 小车运行机构传动方案设计

小车运行机构传动方案采取两侧独立驱动的方式，如图,4-1所示：

图4-1 小车运行机构传动方案图

1-车轮；2-减速器；3-电动机

4.2 小车车轮的选择

车轮最大轮压Pmax：

暂估小车质量G小车=5xxxxxx

车轮材料为钢制轮，机构工作级别为M7，小车运行速度为35m/min，Q/G小车>1.6。根据以上条件查阅《起重机设计手册》选小车车轮直径为250mm。

Q10000kg??2G小车5000kg (4-2)

4.3 小车减速电机的选择

4.3.1 小车运动计算

19

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1、车轮转速vr：

小车运行速度为vl=35m/min，车轮直径d=250mm。则车轮转速vr

2、运行阻力计 3、 4、 5、 6、算fz： 式中：

(4-3)

?-摩擦阻力系数，查表取0.02。 7、电动机静功率

式中：

fz-运行阻力；

Pj?fzvl3000*35?kW?1.1kW1000?z1000*0.8*2*60 (4-4)

vl-小车运行速度；

?-机构传动效率，取值0.8； Z-驱动电机个数。 4、初选电动机功率N：

式中：

(4-5)

N?k*Pj?1.6*1.1?1.76kWk-电动机功率增大系数，查表为1.6。 5、减速器输出最大转矩Mamax：

减速器输出轴转速na=车轮转速nr=44.6rmp。则减速机输出最大转矩Mamax：

N1.76Mamax?9550?9550*Nm?377Nmna44.6 (4-6)

电动机转速ne取1400rpm，则减速器传动比i

4.3.2 减速电机的型号选择

i?1400/44.6?31.4

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由4.3.1计算出的参数，查阅《SEW公司 F系列减速电机选型手册》，选择减速电机的型号为：FF57DV100BMG。

型号含义如下：

FF57：F系即平行轴斜齿轮减速器，法兰实心轴连接，规格57； DV100：DV系列电动机，规格100； BMG：电动机附件-BMG型号制动器。 此减速电机参数如下表4-1所示：

表4-1 FF57DV100BMG减速电机参数表

电机转速ne 减速机输出转速na

1400rpm 46rpm

传动比i 减速器输出最大转矩Mamax

30.15 600Nm

其实际模型三维图如图4-2所示：

图4-2 FF57DV100BMG减速电机三维模型图

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第5章 小车车架的设计

5.1小车车架结构形式的设计

小车车架作为起重机各传动部件的基础必须满足各部件的安装布置要求，同时要具有一定的结构强度。本文设计的小车车架由两个车架主梁、两个车架纵梁和减速电机支撑纵梁三大部分组成，各部分之间通过螺栓连接。其构造图如下图（图5-1）所示：

图5-1 小车车架图

如上图（图5-1）所示：主梁构造形式为20mm厚Q345qD钢板焊接成H型钢结构。纵梁和减速电机支撑纵梁为20mm厚Q345qD钢板焊接成箱型梁结构。Q345qD钢板为桥梁钢板，桥梁钢板是专用于架造铁路或公路桥梁的钢板。要求有较高的强度、韧性以及承受机车车辆的载荷和冲击，且要有良好的抗疲劳性、一定的低温韧性和耐大气腐蚀性。主梁两侧焊接对中定位筒，以便定位吊具。

减速电机支撑纵梁如图5-2所示：

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图5-2 小车减速电机支撑纵梁图

减速电机支撑纵梁与减速电机端面用六个螺栓进行连接。支撑纵梁端面的螺栓孔的位置和大小取决于减速电机端面的螺栓孔。减速电机端面高度大于减速电机支撑纵梁的高度，因此箱型梁构造的减速电机支撑纵梁一侧面上下布置连接板，同时为保证连接板的强度，在连接板和梁主体之间布置肋板。同时为了留有安装两者连接螺栓的空间，箱型梁构造的减速电机支撑纵梁并不是全封闭结构，而是采用箱型梁地板只有中间一段两侧留空的形式，其构造如下图（图5-3）所示：

图5-3 减速电机支撑纵梁底板图

5.2 小车车架受力有限元计算

车架的强度校核采用SolidWorks Simulation软件。 1、简化小车车架模型

为提高有限元分析的准确度和计算速度，要对原始的模型进行简化，删除例如小圆角、小倒角、小孔等模型细节以及不重要的装配零件。对小车架进行删除小孔、去除对中定位筒等操作，得出简化后的模型如下图（图5-4）所示：

图5-4 简化后的小车减速电机支撑纵梁模型图

2、设置边界条件和载荷

小车车架的边界条件如下图（图5-5）所示：

图5-5 小车架边界条件图

如上图所示：小车架一侧纵梁的两个端面为固定约束，另一侧纵梁端面放开

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横梁方向的位移约束，限制另外两个方向上的位移。

小车车架的载荷分析：

小车横梁上轴承座所对应的位置承担物料和吊具的重量G：

N G?k（Q?G吊具）g?1.3*(10000?400) *10?135200式中：

k：动载荷系数，取1.3； Q：额定起重量，10t； G吊具：吊具重量，取400kg。

施加减速电机、卷筒等零部件重量M，共计3.5t； 施加重力Gg。

(5-1)

则小车架载荷图如图5-6所示：

图5-6小车载荷图

如上图（图5-6）所示：小车框架中心箭头代表小车架重力载荷Gg，横梁上对称布置的四组箭头代表载荷G，剩下的箭头代表施加减速电机、卷筒等零部件重量M。减速电机M的作用于减速电机支撑纵梁侧面的连接板面上，其作用不仅有向下的重力，还有因减速电机重心与连接板中心面不重合引起的弯矩。在solidworks软件中可查询其中心距连接板中心的水平距离为800mm，在该为止布置连接板的远端质量M=3.5t，这样就同时在模型中同时加载了上述两种作用。

3、划分网格并计算结构应力和变形结果

有限元方法的基本思想是将结构离散化,即对连续体进行离散化,利用简化几何单元来近似逼近连续体,然后根据变形协调条件综合求解。划分网格就是对分析对象进行离散化的过程，它是进行有限元数值模拟分析至关重要的一步，它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。网格划分涉及单元的形状及其拓扑类型、单元类型、网格生成器的选择、网格的密度、单元的编号以及几何体素。

采用solidworks默认设置划分网格，划分完毕得单元类型为实体单元，单元数量

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为62414，节点数123748,设置完边界条件和载荷后计算，得小车架各部位的应力、变形计算结果如下图5-7，5-8所示：

图5-7 小车架应力计算结果图

图5-8 小车架变形计算结果图

由上图可知，小车架最大应力值为110.864MPa，小车车架的材料为Q345qD，材料的屈服极限为345MPa，则安全系数s：

s=345/110.864=3.11

小车架最大变形量ymax为1.461mm，整个小车长度L为3800mm，变形量很小，其挠度变形量k：

k=ymax/L=1.461/3800=0.0038

k值满足小于1/600的要求。综合以上结果得出小车车架在额定载荷情况下工作是安全可靠的。

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