400t梁场门式起重机设计(4)

3.2钢丝绳选择

（1）滑轮组效率：

ηb＝﹙1－ηq﹚／q﹙1－η﹚＝﹙1－0.9810﹚／10﹙1－0.98﹚＝0.9146

下降时的滑轮组效率：

ηb＝2－1／0.9146＝0.9

小车走行时滑轮组效率

ηb＝﹙1－0.9820﹚／﹙20×0.02﹚＝0.83

（2）钢丝绳最大静拉力 当起升机构工作时钢丝绳的最大拉力为：

Smax＝Q／qaηbη1η2＝﹙4000000＋96370＋70000﹚／（4×10×0.9146×

0.98×0.98）N＝4666370／35.135N＝132812N

在上式计算中，由重量（质量）向重力换算时取重力加速度g＝10m／s2。

当小车运行时钢丝绳的最大拉力为：

Smax＝132812×﹙0.9146／0.83﹚N＝146349N

计算钢丝绳直径，选择系数C取为0.095，得：

dmin＝CS0.5＝0.095×1463490.5mm＝36.34mm

选用面接触钢丝绳：6T×36WS＋FS－36－1870－I－光－右交，最小直径为

36mm，破断拉力为904000N，参考质量531kg／100m。所选钢丝绳的计算安全系数n＝904000／146349＝6.177，满足高速铁路运架设备钢丝绳[n] ≧6的条件。

为了减小空载时钢丝绳的垂度和滑轮直径，若用户明确要求采用进口绳，也

可采用DSR（韩国）6×WS﹙36﹚＋IWRC－32－1960的钢丝绳，最小直径为32mm，最小破断拉力为890000N，计算安全系数n＝890000／146349＝6.08。

3.3卷筒

当采用国产直径υ36的钢丝绳，卷筒节距，标准绳槽，名义直径D0＝900，

卷筒结构如图3-1：

图3-1 卷筒组

（1）四层绕卷筒长度 因为绕绳量大，采用多层缠绕，层数多卷筒长度

可以短，但起升速度变化较大。经初步计算，认为采用4层较为有利。每一卷筒的绕绳量l＝10H＝290000m，节距取为40mm，在4层情况下，卷筒的长度L可用下式计算：

L＝1.1lp／[nπ﹙D＋nd﹚]＝﹙1.1×290×103×40﹚／[4π﹙900

＋4×36﹚]mm＝972mm，圆整为1000mm。

（2）卷筒壁厚 取卷筒壁厚为50mm，验算其强。卷筒壁的应力为：σ

＝ξS／tδ＝2×146396／﹙50×40﹚N／mm2＝146.3N／mm2≦[σ]

＝197N／mm2

（3）钢丝绳线速度 钢丝绳在第一层时的线速度：

v＝﹙730／442.1﹚×π×0.936m／min＝4.86m／min 钢丝绳在第四层时的线速度：

v＝﹙730／442.1﹚×π×1.152m／min＝5.97m／min 平均线速度v＝0.5×﹙4.86＋5.97﹚m／min＝5.415m／min （4）卷筒的静转矩：

T＝132812×1.152／2N·m＝76500N·m

3.4电动机选择

（1）起升机构电动机的稳态功率，即静功率按下式计算：

P0＝Qv／1000η0n＝﹙4666370×0.5415﹚／﹙60000×0.78×4﹚kW ＝13.5kW

式中 η0＝ηbηtη

c1ηc2＝0.9146×0.98×0.94×0.93＝0.78；

ηb＝滑轮组效率，取0.9146； ηt＝卷筒组效率，取0.98；

ηη

c1＝减速器效率，取

0.94； 0.93。

c2＝开式齿轮效率，取

（2）电动机选型 起升机构选择4台YZP200L—8型电动机。根据表3-1，对于一般用途吊钩起重机，取CZ＝300,，JC＝25％；查电动机标准，在这种情况下额定功率为15kW，输出扭矩为192N·m ，转速735r／min，转动惯量J＝0.339kg·m2，自重为260kg。变频控制的电动机最小起动转矩T＝1.7×192N·m＝326.4N·m。

表3-1 起升机构的JC、G、CZ的推荐值

起升机构的工作不繁忙，每天的工作循环次数不超过10次。起升高度达到27m的情况每天只有两次，最长的电动机通电时间为54min，在电动机样本中变频电动机基础工作制为S3﹣40％，与其他工作制的功率换算关系见表3-2。

表3-2 功率换算关系

（3）起升电动机发热校验 根据表3-1，取G＝0.8，验算发热

Pn≧Ps＝GP0＝0.8×13.5kW＝10.8kW，校验通过。

（4）起升电动机过载能力校验 取过载倍数为2.8，m＝4，得：

Pn≧﹙H／mλM﹚×﹙Qv／1000η0﹚

＝﹙2.2／4×2.8﹚×[﹙4666370×0.597﹚／﹙60000×0.78﹚]

＝11.69kW，校验通过。

3.5开式齿轮传动

设计开式齿轮传动的参数为：m＝18，z1＝19，z2＝84，i＝4.421.齿轮强度验

算从略。

3.6减速器选择

因为起升速度很小，从理论上说起升载荷动载系数接近于1。现在根据铁道

部制定的900t箱梁运架设备技术条件中的规定，取Φ2＝1.05。

疲劳计算的基本载荷为：Tmax＝1.05×76500N·m＝80325N·m

选用4台QJRS—D—400，i＝100，安装形式为Ⅶ或Ⅷ，输出轴的连接形式

为平键，工作级别M5，当输入轴转速710r／min时，高速轴许用功率为15.5kW，额定输出转矩21200N·m，输出转矩安全系数为：

n转矩＝21200×4.421／80325＝1.17

实际工作级别为M4，许用功率为PM4＝1.12×15.5kW＝17.36kW，输出功率

安全系数为：

n功率＝17.36／15＝1.16

3.7制动器的选择

每套驱动装置设计两个制动器，每一个制动器的制动转矩为：

Tb＝k﹙QR／qi﹚η0

＝1.25×[﹙4666370×1.152／2﹚／﹙4×10×100×4.421﹚] ×0.78N·m

＝148N·m

式中i包括减速器速比100和开式齿轮速比4.421,。

选用YWZ8—200／E30型的制动器，制动转矩T＝135 ~310N·m，安装时

调整。一套起升机构装设两台制动器，使其中一台延时动作，就不会产生太大冲击。

3.8高速轴联轴器

电动机轴处的机械制动转矩：

Tc＝k1k2Tn＝2×1.25×196N·m＝490N·m

选用带制动轮梅花形弹性联轴器，型号为：MLLZ6—200，公称转矩630N·m，

转动惯量J＝8.12kg·m2，质量为20.3kg。

3.9低速轴联轴器

低速轴的转矩：

Tc＝k1k2Tt＝2×1.25×76500／4.421N·m＝43260N·m

选用型号GⅡCL12，公称转矩Tn＝50000N·m的联轴器即可满足要求。

3.10液压失效保护制动器

为了防止传动机构失效时吊重跌落，本设计特在卷筒端部设置失效保护制动

器，其制动转矩按下式计算：

Tb＝k﹙QR／4q﹚η0

＝1.75×[﹙4666370×1.152／2×0.87﹚／﹙4×10﹚] ×0.78N·m

＝102305N·m

式中效率η＝﹙2－1／0.9146﹚×0.98××0.98＝0.87

选用型号为SBD250的液压钳盘式制动器，夹紧力为250kN，制动力为

200kN，制动盘直径根据卷筒的最大外径确定；卷绕4层钢丝绳后的卷筒外径为﹙8×36＋1000﹚mm＝1288mm，加点余量，取d2max＝1300mm，根据推荐，制动盘的外径D＝d2max＋480mm＝1780mm；平均摩擦直径d1＝﹙1300＋180﹚mm＝1480mm，制动转矩为：

T＝200000×﹙1480／2﹚／1000N·m＝148000N·m，满足设计要求。

3.11机构起动时间计算

转动惯量：J0＝﹙0.339＋2×0.053＋0.15﹚kg·m2＝0.595 kg·m2

静转矩：Tr＝SmaxR／iη＝132812×0.576／442.1×0.93N·m＝186N·m

变频控制的电动机轴上的平局起动转矩：Ttm＝1.7×192N·m＝326.4N·m

起升质量：m＝466637／4＝116660kg；

起升速度：v＝0.597m／min＝0.00995m／s；

电动机转速：n＝735r／min；

总的起动时间：ta＝0.105 [ J0n／﹙Ttm－Tr ]＋9.55 [mv2／﹙Ttm－Tr ﹚n。

本起升速度非常之小，故上式第2项之值也非常之小，可略去不计，因此机

构起升时间为：

t＝0.105×0.595×735／﹙326.4－186﹚s＝0.33s

3.12零件疲劳计算实例

以图3-2所示起升机构开式小齿轮为例。多层卷绕筒上钢绳拉力，起升时为

132812N，下降时为105000N，静止时为116660N。空载时轴的受力可以忽略不计。

图3-2 开式小齿轮轴及装配结构

1.载荷

卷筒轴上的转矩：T＝13281×0.5×1.152N·m＝765000N·m

小齿轮上的转矩：T＝76500×19／84N·m＝17300N·m

小齿轮上的圆周力：Ft＝2T／mZ1＝17300×2／﹙18×19﹚×1000N

＝101170N

轴承径向力：Ft＝101170／﹙2×cos20°﹚＝53830N

轴承型号为：23132，额定动负荷Cr＝334kN。

2.应力

用于疲劳计算的基本载荷需乘以Φ2，因此υ160与υ180的轴肩处弯矩为：

M＝1.05×53830×85N·mm＝4800000N·mm

弯曲正应力：σ＝4800000／﹙0.1×1603﹚N／mm2＝11.7N／mm2

扭转切应力：τ＝16×17300000×1.05／﹙3.1416×1603﹚N／mm2

＝22.6N／mm2

弯曲切应力：τ＝53830×4／﹙3.1416×1602﹚×4／3N／mm2

＝3.57N／mm2

合成应力：σ＝[11.72＋3×﹙22.6＋3.57﹚2 ]0.5N／mm2＝46.8N／mm2

（1） 零件总应力循环数 小齿轮轴每转一周起升高度为：

h＝3.1416×0.928／﹙10×4.421﹚m＝0.066m

起重机对每榀梁吊三次，前两次每次升高4m，第三次升高28m，轴的转数

为：

n＝﹙28＋4＋4﹚／0.066＝545

梁场最多制16000孔梁，总的应力循环数为：

N＝545×16000＝8720000

（2） 零件疲劳限σrk45钢磨光试件的疲劳极限：

σ－1＝0.27×﹙σb＋σs﹚＝0.27×﹙610＋360N／mm2＝262N／mm2

零件的正应力疲劳极限为：

σ－1k＝σ－1／kσkukd

式中kσ—应力集中系数。根据r／d＝3／160＝0.018，D／d＝180／160＝

1.125查表得：

fσ＝1.8，fτ＝1.0，rσ＝0.3，rτ＝0.5

kσ＝1＋rσfσ＝1＋0.3×1.8＝1.54

kτ＝1＋rτfτ＝1＋0.5×1＝1.5

ku—表面粗糙度系数，安装轴承的表面半径精磨，ku＝1.1；

kd—尺寸系数，直径180mm，kd＝1.4。

小齿轮轴的应力特性为对称循环应力，因此：

σrk＝σ

τrk＝τ－1k＝262／﹙1.54×1.1×1.4﹚N／mm2＝110N／mm2 ＝﹙262／1.732﹚／﹙1.5×1.1×1.4﹚N／mm2＝64N／m －1k

（3）韦勒曲线

对nT＝8×103：σ＝610N／mm2，τ＝610／√3N／mm2＝352N／mm2

对nT＝2×106：σ＝110N／mm2，τ＝64N／mm2

斜率m＝﹙㏒2×106－㏒8×103﹚／﹙㏒610－㏒110﹚＝3.223

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