歐式起重機小車的設(shè)計計算實例

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　　設(shè)計某小歐式起重機小車，其設(shè)計參數(shù)為：額定起重量Q=32t;工作級別A5;起升高度H=17m;起重機跨度S=22500mm;起升速度V起=0.32～3.2m/min;小車運行速度V小=2～20m/min。

　　(1)32t歐式起重機小車橫梁設(shè)計計算

　　根據(jù)定滑輪在小車橫梁里的結(jié)構(gòu)布置，設(shè)計截面尺寸

　　Q=320000N;a=900mm;I1=I4=3.96×108mm4;I2=I3=7.32×108mm4;t1=16mm;t2=12mm;t3=20mm;S1=S4=1.26×106mm3;S2=S3=1.73×106mm3;y2=y3=329mm;d=100mm;E=2.1×105N/mm2;L=2200mm

　　強度符合要求。

　　根據(jù)小車橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計截面尺寸(圖3-56)，驗算剛度。

　　剛度符合要求。

　　(2)32t歐式起重機小車端梁計算(圖3-57)

　　Q=320000N;Gx=20000N;a=180mm;b=980mm;c=417mm;I1=2.1×107mm4;I2=2.1×108mm4;I3=332029916mm4;I5=209242013mm4;I6=9069917mm4;y2=174mm;y3=222mm;y5=174mm;S1=188016mm3;S2=826640mm3;S3=1244864mm3;S5=826640mm3;S6=109856mm3

　　小車端梁計算符合要求。

　　(3)小車運行機構(gòu)設(shè)計計算

　　以下為小車“三合一”減速器選型計算。

　　①小車摩擦阻力計算

　　②小車坡道阻力的計算

　　坡度角αsinα=0.001

　　坡道阻力Fp=(Q+G小)×sinα=(3.2×105+4.0×104)×0.001=360N

　　③小車運行靜阻力的計算

　　Fj=Fm+Fp=4968+360=5328N

　　④小車運行靜功率計算

　　PN=kd·Pj=1.03×0.95=0.98kW

　　⑤小車運行靜阻力矩的計算

　　MP1=Fj×R=5328×0.125=666N·m

　　式中　R——小車車輪的半徑，R=D/2m。

　　小車滿載直線運行產(chǎn)生的慣性力矩：加速度取0.05。

　　MH=MP1+Mg1=666+344=1010N·m

　　小車為對邊驅(qū)動型式，使用兩個減速器驅(qū)動，1個齒輪箱應(yīng)承載MH/2=505N·m。

　　Na=V/3.14×D=25.5

　　⑥減速器選型

　　推薦選取國內(nèi)恒星科技品牌“三合一”F系列減速器：功率1.1kW;fb=2.0;i=55.42;na=25;Ma=410N·m。

　　Ma×fb=410×2.0=820N·m>MH/2=505N·m

　　所選減速器符合要求。

　　⑦小車*大輪壓計算

　　小車*大輪壓是R1和R6的大值，R6=94.5kN>R1=93.5kN。所以，Pmax=R6=94.5kN為小車的*大輪壓(主動輪壓)，R1=93.5kN為被動輪壓，R1/R6=93.5/94.5=0.99，被動輪、主輪壓比非常理想，被動輪壓接近主動輪壓但小于主動輪壓，在實踐中一般不會出現(xiàn)持久打滑現(xiàn)象。

　　⑧小車車輪設(shè)計計算

　　小車軌道選方鋼40mm×40mm，初選實心ф250mm直徑車輪，車輪有效接觸寬度l=40-6=34mm;

　　車輪材料選DG42CrMo取σb=1080N/mm2，許用輪壓比k=8.5。

　　允許輪壓：PL=kDlC=8.5×250×34×1.03×1=74.4kN

　　疲勞強度校核：Pmean=66.3kN≤PL=74.4kN，滿足要求。

　　靜強度校核：94.5kN=Pmax≤1.9kDl=1.9×8.5×250×35=141.3kN，滿足要求。

　　(4)起升機構(gòu)的設(shè)計計算

　　①鋼絲繩的選型計算

　　所需鋼絲繩*小破斷拉力：S0=S×n=44.2×4.5=198.9kN

　　選擇某國外鋼絲繩，查樣本型號為：15-8×WS(26)+IWRC-1960

　　樣本上鋼絲繩*小破斷拉力為202.7kN，所選鋼絲繩符合要求。

　　②起升電機的選型計算

　　起升機構(gòu)總傳動效率：η=η1×η2×η3=0.95×0.96×0.95=0.87

　　選某**品牌“三合一”變頻起升電機，型號DFV200L6B(S1);n=970r/min;P=18.5kW。

　　電機實際額定功率Pe=1.3P=1.3×18.5=24.05kW>Pj=20.6kW，所選電機符合要求。

　　③起升減速器的選型計算

　　初步取卷筒名義直徑尺寸：D=450mm

　　鋼絲繩公稱直徑：d=15mm

　　卷筒計算直徑：D0=d+D=15+450=465mm

　　起升動載系數(shù)：Φ2=1.12

　　減速器低速端所承受的扭矩：

　　T=Φ2×S×D0=1.12×4.42×104×0.465=23.02kN·m

　　卷筒轉(zhuǎn)速：

　　減速器速比：

　　確定齒輪箱的額定功率：P1N≥Pj·f1·f2=20.6×1.1×1=22.7kW

　　*大啟動扭矩：TA=1.8×Mn=1.8×176.7=318.1N·m(查電機樣本得Mn)

　　峰值扭矩校核：P1N=22.7kW≥TA·n1·f3/9550=318.1×970×0.7/9550=22.62kW

　　選某**品牌減速器：(額定功率25.7kW)i=112輸出扭矩25.7kN·m。

　　綜上述計算結(jié)果可知，減速器的選擇符合規(guī)范要求。

　　④制動器的選型計算

　　起升“三合一”電機帶制動單元，給廠家提額定供制動力矩230.2N·m。

　　⑤卷筒聯(lián)軸器的選型計算

　　查工作級別系數(shù)K2=1.4(表3-6)

　　卷筒支承軸承的效率ηT=0.98

　　卷筒鋼絲繩總拉力：∑S=(Q+Q0)/m×η=(1.05×3.2×105)/4×0.98=85.7kN

　　聯(lián)接處所受實際轉(zhuǎn)矩：

　　聯(lián)接處的計算轉(zhuǎn)矩：TK=T×K2×Φ6=20.3×1.4×1.06=30.1kN·m

　　聯(lián)接處實際承受的徑向載荷：

　　選某國內(nèi)品牌DC聯(lián)軸器：DC03**，Tmax=45kN·m，F(xiàn)max=50kN

　　Fr=43.1kN≤Fmax+(Tmax-TK)×K1=50+(45-30.1)×3.7=105.13kN

　　符合設(shè)計要求

　　⑥卷筒設(shè)計計算(卷筒光桿Lg長度部分計算)

　　在設(shè)計小車時得以下數(shù)據(jù)：b=20mm;c1=46mm;δ=148mm;H3=565mm;Dd=314mm;Dg=314mm;Dw=400mm;Hf=305mm

　　Hf符合要求，鋼絲繩在小車橫梁底部不會發(fā)生干涉。

　　Dw-Dd-d≥Lg≥Dw-Dd-d-2H0·tan3.5°

　　400-314-15≥Lg≥400-314-15-2×840×tan3.5°

　　即71≥Lg≥-37mm，負值說明，只要Lg小于71就可以。

　　取Lg=50mm

　　主卷筒選擇P=17mm，起升高度H=17m

　　取卷筒長1900mm。小車軌距按2400mm設(shè)計。

　　⑦鋼絲繩長度計算

　　a.鋼絲繩從卷筒繞出點到吊鉤組*外緣動滑輪水平線上繩槽的繞入點的空間距離S1

　　b.鋼絲繩在吊鉤組動滑輪上的纏繞長度S2

　　S2=π(Dd+d)·m/2=3.14×(314+15)×4/2=2066mm

　　c.鋼絲繩在小車橫梁上定滑輪的纏繞長度S3

　　S3=π(Dg+d)·(m-2)/2=3.14×(314+15)×(4-2)/2=1033mm

　　d.鋼絲繩在小車橫梁上楔形套筒固定軸式超載限制器的總長度S4

　　S4≈3(Dg+d)/2=3(314+15)/2=494mm

　　e.鋼絲繩在卷筒上的固定和**圈數(shù)展開總長度S5

　　S5=10π(D+d)=10×3.14×(450+15)=14601mm

　　f.鋼絲繩從動滑輪到小車橫梁里的定滑輪總長度S6

　　g.鋼絲繩總長度

　　S=S1+S2+S3+S4+S5+S6

　　=35805+2066+1033+494+14601+106921

　　=160920mm=160.92m

　　加1～2m余量，一分為二，每根鋼絲繩長度為82m。

　　設(shè)計某中歐式起重機小車，其設(shè)計參數(shù)為：*大額定起重量Q=100t;小車自重G1x=17t;工作級別A6;起升高度16m;起升速度V起=0.56～5.6m/min;小車運行速度V小=3～30m/min。

　　(1)100t低靜空起重機小車橫梁計算(圖3-58)

　　根據(jù)起升機構(gòu)的設(shè)計，布置定滑輪組的結(jié)構(gòu)，得以下尺寸參數(shù)。

　　Q=1.0×106N;a=1250mm;I1=I4=1.1×109mm4;I2=I3=4.3×109mm4;S1=S4=2.8×106mm3;y2=y3=556mm;S2=S3=6.2×106mm3;t1=20mm;t2=20mm;t3=20mm;L=3600mm;m=8;主材采用Q235-B材料。

　　強度符合要求。

　　根據(jù)小車橫梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計截面尺寸(圖3-58)，驗算剛度。

　　(2)100t大歐式低靜空起重機小車端梁計算(圖3-59)

　　根據(jù)小車機構(gòu)布置，得以下小車端梁尺寸參數(shù)。

　Q=1.0×106N;Gx=85000N;a=1400mm;b=3300mm;c=800mm;t1=t2=t3=24mm;t=330mm;h1=250mm;h=570mm;I1=I6=1.6×108mm4;I2=1.4×109mm4;I3=1.3×109mm4;I5=2.4×109mm4;y2=367mm;y3=260mm;y5=319mm;S1=S6=8.1×105mm3;S2=3.2×106mm3;S3=3.5×106mm3;S5=4.7×106mm3;主材采用Q345-B材料。

　　小車端梁計算符合要求。

　　(3)小車運行機構(gòu)設(shè)計計算(小車“三合一”減速器選型計算)

　　①小車摩擦阻力計算

　　②小車坡道阻力的計算

　　坡度角αsinα=0.001

　　坡道阻力Fp=(Q主+G小)×sinα=(1000000+171000)×0.001=1171N

　　③小車運行靜阻力的計算

　　Fj=Fm+Fp=9310+1171=10481N

　　④小車運行靜功率計算

　　PN=kd·Pj=1.2×2.79=3.4kW(kd為經(jīng)驗系數(shù))

　　⑤小車運行靜阻力矩的計算

　　MP1=Fj×R=10481×0.25=2620N·m

　　式中　R——小車車輪的半徑(m)，R=D/2。

　　小車滿載直線運行產(chǎn)生的慣性力矩：加速度取0.05。

　　MH=MP1+Mg1=2620+2240=4860N·m

　　小車為對邊驅(qū)動型式，使用兩個減速器驅(qū)動，1個齒輪箱應(yīng)承載MH/2=2430N·m。

　　Na=V/3.14×D=19.1

　　⑥減速器選型

　　推薦選取國內(nèi)恒星科技品牌“三合一”F系列減速器：功率4kW;fb=1.56;i=73.53;na=19;Ma=1950N·m。

　　Ma×fb=1950×1.56=3042N·m>MH/2=2430N·m;所選減速器符合要求。

　　⑦小車*大輪壓計算

　　小車*大輪壓是R1和R6的大值，R6=380kN>R1=230kN，所以，Pmax=R6=380kN為小車的*大輪壓(主動輪壓)，R1=230kN為被動輪壓，R1/R6=230/380=0.61，被動輪、主動輪壓比較理想，被動輪壓比較接近主動輪壓但小于主動輪壓，在實踐中一般不會出現(xiàn)持久打滑現(xiàn)象。

　　⑧小車車輪設(shè)計計算

　　小車軌道選方鋼80mm×80mm，初選實心ф500mm直徑車輪，車輪有效接觸寬度l=80-10=70mm;

　　車輪材料選DG42CrMo，取σb=1080N/mm2，許用輪壓比k=8.5

　　允許輪壓PL=kDlC=8.5×500×70×1.06×0.9=284kN

　　疲勞強度校核：Pmean=267.8kN≤PL=284kN，滿足要求。

　　靜強度校核：380kN=Pmax≤1.9kDl=1.9×8.5×500×70=565kN，滿足要求。

　　(4)起升機構(gòu)的設(shè)計計算

　　①鋼絲繩的選型計算

　　所需鋼絲繩*小破斷拉力：S0=S×n=70.6×5.6=395.4kN

　　選擇某**品牌鋼絲繩，查樣本型號為：22-8×WS(26)+WSC-1960。

　　樣本上鋼絲繩*小破斷拉力為433.7kN，所選鋼絲繩符合要求。

　　②起升電機的選型計算

　　起升機構(gòu)總傳動效率η=0.85。

　　選某國內(nèi)品牌變頻電機：YZP315M-6;110kW(S340%);985r/min;所選電機符合要求。

　　③起升減速器的選型計算

　　初步取卷筒名義直徑尺寸：D=800mm

　　鋼絲繩公稱直徑：d=22mm

　　卷筒計算直徑：D0=d+D=22+800=822mm

　　起升動載系數(shù)：Φ2=1.12

　　減速器低速端所承受的扭矩為：

　　T=Φ2×S×D0=1.12×7.06×104×0.822=65kN·m

　　卷筒轉(zhuǎn)速：


 

　　減速器速比：

　　確定齒輪箱的額定功率：P1N≥Pj·f1·f2·SF=102.9×1.1×1×1.25=141.5kW

　　*大啟動扭矩：TA=1.8×Mn=1.8×1050.5=1890.9N·m(查電機樣本得Mn)

　　選某國內(nèi)品牌減速器：(額定功率146kW)i=63，減速器許可的短暫扭矩88kN·m。綜上述計算結(jié)果可知，減速器的選擇符合規(guī)范要求。

　　④制動器的選型計算

　　起升選用雙盤式制動器，YP1-500-Ed50/6-1000制動力矩1000N·m，符合設(shè)計要求。

　　⑤卷筒聯(lián)軸器的選型計算

　　查工作級別系數(shù)K2=1.6(表3-6)

　　卷筒支承軸承的效率，ηT=0.98。

　　卷筒鋼絲繩總拉力∑S=(Q+Q0)/m×η=(1.05×1.0×106)/8×0.98=133.9kN

　　聯(lián)接處所受實際轉(zhuǎn)矩?

　　聯(lián)接處的計算轉(zhuǎn)矩

　　TK=T×K2×Φ6=56.2×1.6×1.06=95.3kN·m

　　聯(lián)接處實際承受的徑向載荷?

　　選某國內(nèi)品牌聯(lián)軸器WJ10，Tmax=100kN·m，F(xiàn)max=120kN，符合設(shè)計要求

　　⑥卷筒設(shè)計計算

　　以下為卷筒光桿Lg長度部分計算。

　　在設(shè)計小車時得以下數(shù)據(jù)：b=20mm;c1=60mm;δ=224mm;H3=1345mm;Dd=600mm;Dg=600mm;Dw=860mm;Hf=600mm。
 

　　取Hmin=2810mm



 

　　H0=Hmin-H3=2810-1345=1465mm

　　Hf符合要求，鋼絲繩在小車橫梁底部不會發(fā)生干涉。

　　Dw-Dd-d≥Lg≥Dw-Dd-d-2H0·tan3.5°

　　860-600-22≥Lg≥860-600-22-2×1465×tan3.5°

　　即238≥Lg≥59mm，取：Lg=80mm

　　主卷筒選擇：P=25mm，起升高度16m



 

　　取卷筒長2900mm。小車軌距按3500mm設(shè)計。

　　⑦鋼絲繩長度的計算

　　根據(jù)前面卷筒光桿部分計算，得H0=1465mm。

　　a.鋼絲繩從卷筒繞出點到吊鉤組*外緣動滑輪水平線上繩槽的繞入點的空間距離S1



 

　　b.鋼絲繩在吊鉤組動滑輪上的纏繞長度S2

　　S2=π(Dd+d)·m/2=π×(600+22)×8/2=7816mm

　　c.鋼絲繩在小車橫梁上定滑輪的纏繞長度S3

　　S3=π(Dg+d)·(m-2)/2=π×(600+22)×(8-2)/2=5862mm

　　d.鋼絲繩在小車橫梁上楔形套筒固定軸式超載限制器的總長度S4

　　S4≈3(Dg+d)/2=3(600+22)/2=933mm

　　e.鋼絲繩在卷筒上的固定和**圈數(shù)展開總長度S5

　　S5=10π(D+d)=10×π×(800+22)=25824mm

　　f.鋼絲繩從動滑輪到小車橫梁里的定滑輪總長度S6



 

　　g.鋼絲繩總長度S



 

　　加1～2m余量，一分為二，每根鋼絲繩長度為161m。