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起重机毕业设计

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毕业设计说明
使用要求:
某金工车间小车工段,车间尺寸1200000×15000×16000(长×宽×高),工件毛坯能工段自由运转,工作起升速度不得大于15m/min,能在任意位置及高度停止,工作工件毛坯最大质量3000Kg,两班工作制,不设置专业操作人员。起升设备总体结构布置合理紧凑,便于维修。尽量采用标准化设计。
5.2 设计内容及参数:
根据车间布置及运输要求,因此,根据相关起重机设计规范(GB3811-83),决确定设计一台5t桥式起重机,采用地面操纵无线遥控方式操作(本案只设计小车机构)。其主要参数为:起重量Q=5t  起升高度H=12m  
起升速度V=11m/min 
小车运行速度VC=40m/min    小车架质量约Gxc=2.6t
机构运转时间率JC=25%
机构工作级别:M5(工作类型:中级,旧标准在工作中仍广泛应用)(根据机构的“利用等级”和“载荷情况”确定)
以上各参数未作优化
5.3  设计要点:
对小车部分机构进行强度、安全系数、载荷、总体布局进行设计运算。达到结构设计合理,操作简单可靠,标准化程度高,便于加工制造。

起升机构传动方案的选择
起升量大于10t的起重机,除主起升机构外,往往还设有副起升机构。副起升机构起重量是主起升机构起重量的1/6~1/4;速度通常是主起升机构速度的2~3。由于本次设计起重量Q=5t,故采用单主起升机构。常用起升机构:当起重量在50t以下时,采用图(一)中A布置结构;当起重量在75~100t时,采用图(一)B布置结构;当起重量在100t以上时,采用图(一)C布置结构。根据设计要求,按照布局简单、结构紧凑的原则,决定选用图(一)中A布置结构方案。选用双联滑轮组。
 
图(一) 常用传动机构布置图
2.2 吊钩组的选择
吊钩组是最常用的取物装置,主要由吊钩、动滑轮、滑轮轴及轴承组成。与吊钩组配合工作的固定滑轮,固定于结构上,组成滑轮组。
滑轮组由若干个动滑轮与定滑轮组成。根据其功用,滑轮组分为“省力滑轮组”与“增速滑界组”两类。在起重机中应用最多的是省力滑轮组。其中省力滑轮组分为单联滑轮组和双联滑轮组。双联滑轮组是由两个倍率相同单联滑轮组联结而成,它的两端都固定在刻有左右螺旋槽的卷筒上。为了使绳索由一单联滑轮组过渡到另一边单联滑轮组,中间应用一个平衡滑轮来调整滑轮组两边绳索的长度和张力。双联滑轮组能使物品垂直升降,而没有水平移动。故得到广泛应用。
吊钩组按不同用途和起重量,有以下几种形式。(1)锻造吊钩。分单钩、双钩两种。单钩用于75t以下中小起重机,双钩用于75t以上大吨位起重机一般用20、20MnSi整体锻造而成。这种吊钩应用十分广泛,已成系列,一般情况下不必计算,可直接按相关手册选用。用于钢丝绳有脱钩危险时,应设安全钩;(2)片式吊钩。分单钩、双钩两种。一般用Q235-B•F和16Mn钢板多片重叠铆成。这种吊钩结构简单,工作可靠,维修方便。它们的构造尺寸已成系列,一般情况下不必计算,可直接按相关手册选用。(3)吊环。吊环受力情况比吊钩有利,自重轻,但使用不如吊钩普遍。它主要用在工作队频繁、起重量很大的起重机上。结构分为整体式和铰接式两种,后者使用较多。
由Q=5t,查表4-1[1],取滑轮组倍率in=2,承载绳分支数:Z=2in=4。
查附表8[1]选用图中G13吊钩组,其质量为:G0=99Kg,两动滑轮间矩为A=200。
2.3 钢丝绳的选择
钢丝绳是起重机械中应用最广泛的挠性件。由于它具有强度高、自重轻、工作平稳、工作速度高、弹性较好,承受骤力加载荷和过载能力强等优点,所以得到广泛应用。
钢丝绳有用0.2~5mm直径的钢丝拧成的。钢丝材料是用50、60和65号钢,先热轧成φ6的圆钢,然后经过多次冷拔、热处理工艺达到所需之直径(φ0.2~φ2)。它的拉伸强度极限通常为1300~2000N/mm2,特殊情况下可达2400N/mm2。起重机械中用1600~1800N/mm2的比较适宜。钢丝的品质根据耐用弯折次数的多少分为特级、Ⅰ级、Ⅱ级。起重机采用Ⅰ级、特级用于载客电梯,Ⅱ级用系物等次要用途。
根据捻绕次数,钢丝绳分为单绕绳、双绕绳、三绕绳。根据绳股的构造,钢丝绳分为点接触绳、线接触绳、面接触绳。我国生产的线接触钢丝绳有瓦林吞(粗细式)和西尔式(外粗式)。起重机主要用于瓦林吞型,它的挠性较好。西尔式的外层钢丝直径较粗,适用在磨损较严重的地方。但由于刚性较大,所以要求较大的卷筒和滑轮。
选用钢丝绳时,首先根据钢丝绳的使用情况,优先选用线接触的钢丝绳,确定钢丝绳的型式,然后再根据受力情况决定钢丝的直径。
2.3.1 钢丝绳张力
由所选用滑轮吊钩组G13可知,滑轮组为滚动轴承,当in=2时,查表2-1[1]得滑轮组效率ηk=0.99.
钢丝绳所受最大张力:
Smax= = =1288 Kg=12.88 KN
2.3.2 钢丝绳破断拉力
查表2-4[2],中级工作类型(工作级别M5)时,安全系数n=5.5。
破断拉力Sb=n×Smax=5.5×12.88=70.84 KN
由以上结果,查表附表1[2]选用钢丝绳:12NAT6×19W+SF1570ZS80
GB8918-88    直径d=12mm。
2.4  定滑轮主要尺寸的选择
滑轮是起重机中承装零件,由于使用情况不同,可以改变挠性件内工作接力、或改变其运动速度和运动方向。
在起重机械中,绳索滑轮多用铸铁或铸钢制成。对于轻工级和中级工作制度,可以采用HT50或HT200灰铸铁;而对于重级和特重级,可用ZG25铸钢。直径较小的滑轮可铸成实体圆盘,而直径较大时,为减轻重量圆盘上则带有刚性筋和减轻工孔。大型滑轮最好采用低碳钢焊接滑轮,其自重可以减到铸钢滑轮的1/4,这样可以减少起重机的倾覆力矩。有时也采用铝合金滑轮以降低倾覆力矩,并且对延长滑轮寿命也有利。近年来,为了延长钢丝绳的寿命,有在滑轮槽底镶上铝合金或卡普龙衬垫的。
滑轮的名义直径D0是按钢丝绳中心线度量的。它的尺寸应根据钢丝直径求决定。为了提高钢丝绳的寿命,必须使滑轮直径在于绳径的一定倍数,即
      D0min≥ed绳
按公式2-11[2]选用滑轮的许用最小直径:
D≥d(e-1)=12×(25-1)=288
查表2-4[2],e=25,由表8-3-3[6],选用钢丝绳直径d=12mm,D=315mm,滑轮轴直径D5=65mm,结构为E1型滑轮,标记为:滑轮E112×315-65  ZBJ80 006.3-87
2.4 卷筒主要尺寸的选择
卷筒要起升机构或牵引机构中是用来拽引和卷绕钢丝绳的。用它的旋转运动,来驱动载荷升降。在大多数情况下,卷筒为圆柱形,特殊要求的卷筒也有制成圆锥或曲线形的。
钢丝绳在卷筒上卷绕的层数可以是单层的或是多层的。单层卷绕卷筒通常切螺旋槽,绳圈依次排列在螺旋槽内,使绳索与卷筒的接触面积增大,而降低其比压力,并防止相邻钢丝绳互相摩擦,延长钢丝绳寿命。
螺旋槽分为浅槽和深槽两种。一般情况下多采用标准槽,因为它的节距比深槽的小些。所以,卷绕相同圈数的绳索时,标准槽的卷筒工作长度比深槽的短。
与单联滑轮组配合联用的卷筒只有单螺旋槽(常为右旋槽),而与双联滑轮组配合联用的卷筒则有双螺旋槽(一边左旋,一边右旋),在卷筒表面上左右对称分布。因前面选用双联滑轮组,故本次设计中采用双螺旋槽卷筒。
卷筒所用的材料与滑轮相同,在轻级和中级工作制度时,用不低于HT200的灰铸铁,重级和重级以上,用ZG25铸钢。但铸钢卷筒壁厚不能太小,且成本高,因而较少采用。在型卷筒多用A3钢板弯成焊接,自重可以大减轻。小直径卷筒也可用无缝钢管制造。
2.4.1卷筒直径确定
按公式2-11[2]计算:
D≥d(e-1)=12×(25-1)=288,查表8-2-6[6],由d=12, 查表8-2 -7[6]得,槽距t=15mm,r=7mm。
2.4.2 卷筒长度尺寸
L=2( + Z0+4)t +L1=2( +3+4)×15+200=1111mm,取L=1200
Z0—附加圈数,一般为Z0=1.5~3圈,选Z0=3。附加圈子数的作用是,当绳索的工作长度全部从卷筒上放下后,利用余绳与卷筒绳槽之间的摩擦力,求减小绳端在卷筒固定处的作用力,起到安全作用。
L1—卷筒不切槽长度,取吊滑轮组滑轮间距,A=200mm(实际值可适当增减),
D0—卷筒计算直径,D0=D+d=327mm
2.4.3 卷筒壁厚尺寸δ
δ=0.02D+(6~10)=0.02×315+(6~10)=12.3~16.3, 选取δ=15mm。
对于铸造卷筒的壁厚不应小于10~12。上面卷筒的壁厚是由经验公式确定的,必须进行强度验算。
2.4.4 卷筒壁应力计算
由于卷筒的受力情况比较复杂,所以在工作时,卷筒会产生扭转、弯曲和压缩应力。由计算分析可知,短的卷筒中(l≤3D时),扭转应力和弯曲应力的影响不大,一般不超过压缩应力的10~15%,因此短卷筒可只计算压缩应力。对于长卷筒(l>3D时),除计算压缩应力外,还应按弯曲和扭转合成应力来进行计算。
σymax= = =57.24MPa
选用灰铸铁HT200,最小抗拉强度查表2-8[2]
σb=195 MPa,许用应力﹝σ﹞y
﹝σ﹞y =σb /1.5=195/1.5=130 MPa
故抗压强度足够。
2.4.5 卷筒拉应力验算
    
图(二)卷筒弯矩图
由L>3D, 故计算拉应力
卷筒的最大弯矩发生在其中间时:(见图二)
MW= Smax×Lx=12.88×103×( )=6440000N﹒mm
 卷筒断面系数:
    W=0.8(D-δ)2g=0.8×(315-15)2×15=1080000m3
σs= =6440000/1080000=5.96 MPa
合成应力:
 =σl+ σmax=5.96+ ×57.24=23.13 MPa
其中﹝σl﹞= =195/2=39 MPa
因此 <﹝σl﹞
故选用卷筒  A315×1200-7×15-12×2左  ZBJ80.007-87
 

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