起重机大车设计

5.1 机构传动方案的选择

大车运行机构传动方案,分为两类，即分别传动和集中传动。在桥式起重机常用的跨度(10.5～32m)范围内,可用分别传动的方案。若采用集中传动时,对于大于大跨度(≥16.5m),采用高速集中传动方案,而对小跨度(≤13.5m),可采用低速集中传动方案。本设计跨度为28.5m,为减轻重量,决定采用分别传动方案。

a)

b)

c)

图5-1 分别传动的大车运行机构布置方式

     1-电动机；1-制动器；3-带制动轮的半齿联轴器；4-浮动轴

      5-半齿轮联轴器；6-减速器；7-车轮；8-全齿联轴器

图5-1a所示为电动机与减速器间、减速器与车轮间均有浮动轴的布置情况。这样的布置方式运转效能较好，但占用的走台较长，适于配合大跨度的桥架。浮动轴的长度应不小于800mm，最好在1米以上。

图5-1b所示为保留高速浮动轴而取消低速浮动轴的情况。这样既可保证电动机的正常运转，又可使减速器靠近端梁，还能减小主梁的扭转载荷，为最常用的布置方式。

图5-1c所示为无浮动轴的布置方式。其机构紧凑，占用走台最短，宜于配合小跨度的桥架。因缺少高速浮动轴，故现在应用较少。

综上选择如图5-1a所示的传动方案。

5.2 起重机大车的计算

图5-2 轮压计算图

1选择车轮与轨道,并验算其强度

按照图5-2所示的重量分布,计算大车车轮的最大轮压和最小轮压。

满载时,最大轮压:

          （5-1）

代入数据得

 空载时,最大轮压：

                   （5-2）

   代入数据得

空载时,最小轮压

                    （5-3）

代入数据得

车轮踏面疲劳计算载荷

                         （5-4）

代入数据得

载荷率: 

选用车轮材料为ZG340-0(调质), , 。由[2]表3-8选择车轮直径Dc=600mm,由[2]表3-8-14查得轨道型号为Qu70(起重机专用轨道)。

按车轮与轨道为点接触和线接触两种情况来验算车轮的接触强度。

点接触局部强度验算:

                   （5-5）

代入数据得

式中—许用点接触应力常数(N/mm2),由[2]表5-2取

R—曲率半径,由车轮和轨道两者曲率半径中取大值,取Qu70轨道的曲率半径为R=400mm

m—由轨顶和车轮的曲率半径之比(r/R)所确定的系数,由[2]表5-5查得m=0.43

—转速系数,由[1]表5-3,车轮转速

                （5-6）                                 

取

—工作级别系数,由[1]表5-4,查得当M5级时, 

    因为，故验算通过

线接触局部挤压强度验算:

                    （5-7）

式中  —许用线接触应力常数,由[2]表5-2查得

—车轮与轨道的有效接触长度,Qu70轨道l=70mm

—车轮的直径(mm)

,同前

代入数据得

因为，故难处通过。

2 运行阻力计算

摩擦总阻力矩:

                 （5-8）

查[2]表7-1～7-3得Dc=600mm车轮的轴承型号为7520,轴承内径和外径的平均值为:(100+180)/2=140mm，滚动摩擦系数K=0.0008m

轴承摩擦系数u=0.02;附加阻力系数𝜷=1.5,代入上式得:

当满载时的运行阻力力矩:

运行摩擦阻力:

当空载时运行阻力矩：

运行摩擦阻力：

3 选择电动机并验算发热条件

电动机静功率: 

                              (5-9)

式中  —满载运行时的静阻力

   —驱动电动机台数

   η=0.95—机构传动效率

代入数据得

初选电动机功率:

                           （5-10）

式中  —电动机功率增大系数,由[2]中表7-6查得

代入数据得

由[3]附表30选用电动机JZR2-22-6两台电动机质量为115kg

等效功率:

                    （5-11）

式中  —工作级别系数,由[1]查得,当JC%=25%时

ν—由[1]按起重机工作场所得,查得ν=1.3

代入数据得

由此可知,故初选电动机发热通过

4 选择减速器

车轮转速:

                           （5-12）

代入数据得

机构传动比:

查起重机设计手册附表,选用两台ZQ-400-V减速器[N]=11.7kw

可见，故满足要求。

5验算起动时间

起动时间

     （5-13）

式中  

   —驱动电动机台数

—JC25%时电动机额定扭矩

满载时运行的静阻力矩:

空载时运行的静阻力矩:

初步估算高速轴上联轴器的飞轮矩:

机构总飞轮矩(高速轴):

满载起动时间

空载起动时间:

起重机起动时间在允许范围(8～10s)之内,故合适

6 选择制动器

按空载计算制动力矩,即Q=0代入[1]的(7-16)式:

        (5-14)

式中  

—坡度阻力

—制动器台数,两套驱动装置工作

代入数据得

现选用两台YWZ5200/23制动器,查附表15得其额定制动力矩为避免打滑,使用时需将其制动力矩调至以下。

7 选择联轴器

（1）机构高速轴上的计算扭矩:

          （5-15）

式中  —联轴器的等效力矩

  —等效系数，见[3]表2-6取

 由[3]附表31查得,电动机JZR2-22-6,轴端为圆柱形,，,由[2]附表34查ZQ-400-V减速器高速轴端为圆锥形d=40m,l=85m,故在靠电动机端从附表44中选两个带制动轮的半齿联轴器S119(靠电动机一侧为圆柱形孔,浮动轴端d=40m)，，，重量

在靠减速器一端,由[2]附表43选两个半齿联轴器S193(靠减速器端为圆锥形,浮动轴端直径d=40mm)；，重量G=8.36kg

高速轴上转动零件的飞轮矩之和为:

与原估计相等,故有关计算则不重复

（2）低速轴的计算扭矩:

         （5-16）

由[2]附表34查是ZQ-400减速器低速轴端为圆柱形,d=80mm,l=115mm

由[2]附表查得 的主动轮的伸出轴为圆柱形d=85mm,l=115mm

故从[2]中附表42选用2个联轴节：

所有的，，重量G=36.2kg。

8 浮动轴的验算

（1）疲劳强度验算

低速浮动轴的等效转矩

      （5-17）

式中  —等效系数,由[3]表2-6查得

由上节已取浮动轴端直径d=70mm,故其扭转应力为

由于浮动轴载荷变化为对称循环,所以许用扭转应力为:

式中  材料用45号钢,取, 

,

—考虑零件几何形状，表面情况的应力集中系数，， 

—安全系数

因为，故疲劳强度验算通过。

（2）静强度验算

         （5-18）

式中  —动力系数,查表[2]2-5得

扭转应力

许用扭转剪应力

因为，故静强度验算通过

高速轴所爱所知虽比低速轴小（二者相差倍），但强度还是足够的,故此处高速轴的强度验算从略。