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1、目录1起升机构的总体设计11.1概述11.2起升机构的组成和典型零部件的选型要求21.2.1电机及其选型要求31.2.2制动器及其选型要求31.2.3减速器及其选型要求41.2.4联轴器及其选型要求41.2.5安全限位开关和超负荷限制器51.3起升机构的方案设计51.3.1设计参数51.3.2卷绕系统51.3.3起升机构布置形式61.3.4卷筒组结构形式72起升机构设计计算72.1钢丝绳的选型计算72.2滑轮选型计算102.3卷筒设计的相关参数112.3.1卷筒的几何尺寸112.3.2卷筒钢丝绳的固定132.3.3卷筒强度计算142.4电动机的选型152.5减速器选型计算182.6制动器选型计
2、算202.7联轴器选型212.8启制动时间和启动加速度验算232.9制动时间和制动加速度验算253设计小结26参考资料：27起重机起升机构设计1起升机构的总体设计1.1概述 起升机构是用来实现货物升降的工作机构,它是起重机械中不可缺少的部分,是起重机最重要的机构,其工作性能的优劣将直接影响起重机的技术性能。 起升机构一般由驱动装置，传动装置，制动装置，卷绕系统，取物装置以及安全辅助装置等组成。在起重量较大的起重机中，常设有两个或多个不同起重量的起升机构，其中起重量最大的为主起升机构，其余为副起升机构。在港口，为满足抓斗和集装箱装卸作业要求，须设置特种起升机构，如抓斗起升机构，集装箱起升机构等。
3、 港口门座式起重机的起升机构一般应满足下列要求：1 起升机构设计和选型应符合买方文件规定的工作级别或规范标准的规定，当没有明确提出执行标准时，一般采用FEM规范。中国采用起重机设计规范（GB3811）。 2 起升机构的驱动装置一般设置在机器房内，各部件安装在具有足够强度和刚性的共用的底架上。底架再与机器房钢结构固定。 3 驱动装置的各传动轴同心度应是可调的，当轴同心度出现很小的偏差时可通过底盘和机座之间的调整垫片进行适当调整。可用定位销或楔形止动块将各部件定位在底架上。 4 传动装置的支座应有足够的倾向刚度，以承受因钢丝绳偏斜产生的侧向力，保证盘式制动器正常工作。 5 钢丝绳工作时对卷筒绳槽的
4、偏斜角一般不大于3.5，对滑轮槽的偏斜角最大不大于5。当买方文件有明确规定时，应以买方文件为主。 6 在高速轴（减速器侧）和低速轴（卷筒轴侧）装设有可靠的制动器。 7 配置可靠的安全保护装置，包括高度指示器和限位保护，超载保护，超速保护，挂舱保护架，对转动部件外侧应装设安全防护栏，在卷筒的下方应有接油盘，以防止污染环境。 8 满足标准或买方文件规定的噪声限制要求。 9 便于维修保养，留有足够的维修保养空间和通道。 10 当电气系统发生故障时，应有将货物放置到地面或将吊具自舱内取出的措施。 1.2起升机构的组成和典型零部件的选型要求起升机构由驱动机构，钢丝绳卷绕系统，吊具和安全保护装置等组成。驱
5、动机构包括电动机，联轴器，制动器，卷筒，支承等部件。安全保护装置除了高，低速级配备制动器外，还包括有各种行程限位开关，超速开关以及超负荷保护装置等。1.2.1电机及其选型要求1 电机的特点。在港口门座式起重机起升机构上，驱动电机有交流和直流电机，过去多采用直流电机。随着交流变频调速技术的进步，交流电机也逐步被采用。考虑到起重机起升工况的特点和载荷特点，直流电机的过载能力一般都较大，并配有风机以保证起升电机的连续性的工作要求。2 对起升机构电机的要求。 第一，良好的散热性能。因起升机构接近连续工作，必须强制通风。为控制机房温升，可将电机排风口直接通向机器房外。 第二，如采用直流电机，应有透明板，
6、以方便检查碳刷和整流子。 第三，对相对湿度大的场所，内部配加热器，配有过热报警和断电保护装置。 第四，对于在高温环境下作业的，应选用F级绝缘。 第五，在室内安装的起升电机，其保护等级不低于IP23,在室外应达到IP54。 第六，配有风机的电机上，应配有空气过滤器。 第七，所有电机应在短时间内具有规定力矩过载能力。 第八，风机在电机不用时，应有一可调的延时及断电功能。1.2.2制动器及其选型要求1 制动器的作用。在起重机的各工作机构中，制动器是保证安全正常工作的重要部件。在起升机构中必须装设可靠的制动器，以保证吊重能停止在空中。变幅机构中的制动器使起重机臂架保持在一定位置。运行机构与回转机构也需
7、要用制动器使它们在一定的时间或一定的行程内停下来。对于在露天工作或在斜坡上运行的起重机，制动器还有防止风力吹动或下滑的作用。某些起重机起升机构还利用制动器来使物品按所要求的速度下降。 2 制动器的选型原则。为了保证门机高速，高效和安全可靠地工作，制动器选择应遵循下列原则； 第一，起升机构应采用常闭式制动器，制动器的安全系数应不小于1.75。若安装两个以上制动器，则每个制动器的安全系数应大于1.25。 第二，最大限度减小安装在高速轴上的制动器的飞轮矩，以利起升机构电机能迅速启动达到额定速度运行。 第三，高速轴上的制动器应安装在减速器轴端，而不是电机轴上，保证制动安全可靠。同时为了使机构布置紧凑，
8、应力求轴向尺寸最小。 第四，制动器应有磨损自动补偿装置和备有手动释放装置，以作释放松闸用。 第五，制动器在振动，噪音，防松，防锈，防潮，防盐雾和不同环境温度等方面均应满足规范和买方文件的要求。 1.2.3减速器及其选型要求1 起升减速器通常采用卧式减速器，通常采用为平行轴式，水平剖分，底座安装，箱体为钢板焊接，齿轮全部为渗碳淬火硬齿面并磨齿。 2 箱体应有足够的刚度，以保证受载后产生的变形不影响齿轮啮合。 3 良好的润滑和散热条件，保证在持续工作下的温升不超过规定的温度，一般不超过70。 4 便于维修保养，如放油彻底，加油方便，有检查探视孔和长时间不工作时放出积水的设施，带过滤器以及与大气想通
9、的呼吸器。 5 减速器的配置，一般按照起升机构布置型式可采用一台或两台减速器，因此，选型或计算时，应注意输出轴的外载荷产生的力矩和径向力。1.2.4联轴器及其选型要求1 高可靠性。普遍采用齿形联轴器或梅花型联轴器。蛇形联轴器因疲劳被剪断后将会产生危险后果，在起升机构中已不采用。 2 易于调整其同心度。因为经过一段时间工作后焊接机架会产生变形，需要定期检查调整。 3 工作过程中，在外载荷作用下由于机架的变形使联轴器产生径向平面角度偏差，应使由此产生的磨损最小。 4 安装时保证足够的精度，其静态的同心度偏差不能超过规定要求。 1.2.5安全限位开关和超负荷限制器1 凸轮式行程限位开关或脉冲编码器和
10、离心式超速开关，一般直接连接到卷筒输出轴上，或安装在减速器低速轴端，以提供起升卷筒速度控制，减速和停止信号，以及行程的上限和下限保护和超速保护，并连续提供起升高度位置信号。 2 为防止货物落地后起升绳过度松弛，必须设有起升松绳限位设置。该限位开关一般设置在起升卷筒钢丝绳出绳下端，有时设置在吊具上架的滑轮轴下部。 1.3起升机构的方案设计1.3.1设计参数根据此次的设计要求，设计参数如下：起重量：Q=5t(吊钩作业）起升高度：H=15m起升速度：V=7.5工作级别：M5，JC=25%本起升机构使用变频电机在不同频率下的两种电机额定转速，来实现不同工况下的两种起升速度。因此，对整个起升机构而言，只
11、需要选用一套驱动机构和一套卷绕系统。 1.3.2卷绕系统 起升机构的卷绕系统的设计主要与起升倍率有关。起升机构滑轮组倍率的选定，对起升机构的总体尺寸影响较大。倍率增大，则钢丝绳分支拉力减小，在起升速度不变时，需提高卷筒转速，即减小机构传动比。但倍率过大，会使滑轮组本身体积和重量增大，同时也会降低效率，加速钢丝绳的磨损。 起重量小时，选用小的倍率，随着起重量增大，倍率相应提高。倍率增大，起升速度相应减小。 本起升机构采用倍率m2，钢丝绳缠绕情况如图1所示。图1 起升钢丝绳卷绕 1.3.3起升机构布置形式该起升机构由一组驱动装置和一组制动装置（两套）组成，在卷筒端部装有卷筒行程开关和超载限制器。其
12、起升机构传动如图2所示。 图2 起升机构传动简图1.3.4卷筒组结构形式卷筒组是起重机的重要部件之一，它用以收存钢丝绳，把电机的回转运动变为钢丝绳的直线运动，同时把驱动装置的驱动力传递给钢丝绳。起重机上常用的卷筒组类型有齿轮连接盘式，周边大齿轮式，短轴式和内装行星齿轮式。 本起升机构采用短轴式卷筒组，其结构形式如图3所示。（短轴式卷筒组采用分开的短轴代替整根卷筒长轴，其结构简单，调整安装比较方便。）图3 短轴式卷筒组 2起升机构设计计算2.1钢丝绳的选型计算 钢丝绳是广泛应用于起重机的挠性构件，它具有承载能力大卷绕性好，运动无噪音，极少出现断裂，工作可靠等优点。1 钢丝绳最大静拉力计算：因为吊
13、具的选择与工作时的货物重有很大关系，根据设计要求以及查表（1）得吊具的重量: （21）表（1) 吊具自重与起重量的关系该次设计采用双联滑轮组，钢丝绳的最大静拉力为： （22） （23）式中：货物起重量； 吊具重量； 滑轮组倍率，为2； 滑轮效率，采用滚动轴承，查表（2）； 滑轮组效率，也可以通过查表（2）； 导向滑轮效率，与工作级别有关，此次设计中工作级别为M5，查表（3）和查表（4）可得；表（2） 滑轮组效率表（3） 轮绳直径比系数表（4） 与有关的值所以得： 2 按安全系数选择钢丝绳直径；根据设计要求工作级别为M5，查表（5），取钢丝绳安全系数为：；破断拉力： 选取钢丝绳型号：6X（19）
14、-17.5-1550-1-光-右交 GB112074其中钢丝绳的公称抗拉强度为1550；钢丝绳破断拉力总和，查草考资料【1】P202可得。3 校核安全系数： 实际安全系数： （24）所以符合要求。表（5） C和n值2.2滑轮选型计算工作滑轮直径： （25）式中：按钢丝绳中心计算的滑轮直径（）； 钢丝绳直径（）； 轮绳直径比系数，与机构的工作级别和钢丝绳的结构有关，查表（3）可得。此次设计中采用（泸州工程塑料厂）MC尼龙滑轮一般封密性，其构造如图（4）所示：图（4） 尼龙滑轮构造根据所选钢丝绳直径以及查表（7）得：这次设计取：D=500； 。表（6） MC尼龙滑轮（一般封密性）系列表（泸州工程塑料厂资料）其滑轮代号为：LGS10.5500-200-95。2.3卷筒设计的相关参数2.3.1卷筒的几何尺寸1 卷筒形式：单层双联卷筒，见图（5）：图（5） 单层双联卷筒2 卷筒基本尺寸：卷筒槽底（名义）
