P360塔式起重機變幅機構(gòu)設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】
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本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
題 目：
P360塔式起重機小車變幅機構(gòu)設(shè)計
學(xué)院（系）：
專業(yè)班級：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
評 閱 人：
完成時間：
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
題 目
P360塔式起重機小車變幅機構(gòu)設(shè)計
學(xué)生姓名
學(xué)號
專業(yè)班級
設(shè)計（論文）內(nèi)容及基本要求
一、主要設(shè)計參數(shù)
1.起重機最大起重量12t（30m吊重，四繩），工作幅度44m，端部吊重7.6t，固定式最大起升高度73.44m。
2.變幅機構(gòu)速度：0-58m/min，電動機功率：5 kW。
二、設(shè)計任務(wù)與要求
1.開題報告：查閱相關(guān)文獻、專利資料，對塔式起重機及小車變幅機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、工作原理以及具體應(yīng)用進行研究分析，對畢業(yè)設(shè)計各階段進度作出安排，完成開題報告一份。
2.外文資料翻譯：完成與畢業(yè)論文設(shè)計有關(guān)外文文獻翻譯一份（不少于15000字符）。
3.總體方案設(shè)計：根據(jù)設(shè)計參數(shù)和要求選擇合適的電動機，完成小車變幅機構(gòu)傳動方案設(shè)計。
4.結(jié)構(gòu)設(shè)計與校核：設(shè)計小車變幅機構(gòu)的主要零部件，包括行走小車、卷筒、聯(lián)軸器、制動器、鋼絲繩、滑輪，并對行走小車進行強度校核。
5.圖紙繪制：繪制小車變幅機構(gòu)三維圖、二維總裝圖和主要零件圖，要求零件圖5張以上，裝配圖2張以上，總圖紙量不少于3張零號圖紙。
6.畢業(yè)設(shè)計論文撰寫：完成符合《西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范》的畢業(yè)設(shè)計論文一份(不少于30頁)。
設(shè)計（論文）起止時間
2020年 2 月 24 日 至 2020 年 6 月 5 日
設(shè)計（論文）地點
西安石油大學(xué)
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日
系（教研室）主任簽名
年 月 日
學(xué)生簽名
年 月 日
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P360塔式起重機小車變幅機構(gòu)設(shè)計
摘要
塔式起重機是建筑行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的機械設(shè)備。伴隨著我國房地產(chǎn)行業(yè)的快速發(fā)展，塔式起重機也得到了飛速的發(fā)展。塔式起重機具有工作效率高、起升高度大、回轉(zhuǎn)范圍大、操作以及拆卸方便等特點，這使他成為建筑行業(yè)必不可少的起升機械。而塔式起重機的變幅機構(gòu)是塔式起重機非常重要的一部分，它主要是為了滿足不同工位的物料起升工作，塔式起重機利用變幅機構(gòu)的變幅作用，充分提高了自身的起吊能力，擴大整個塔吊的作業(yè)范圍，提高了塔吊的工作效率以及利用率。塔式起重機的變幅機構(gòu)，一般都是利用小車以及鋼絲繩的牽引在軌道上行走，采用這種方式能夠減輕塔臂承受的載荷，提高安全性。
在本次畢業(yè)設(shè)計中，我首先明確了本次畢業(yè)設(shè)計的背景以及目的，然后我搜集查閱國內(nèi)外相關(guān)的文獻資料，熟悉塔機作用、功能、應(yīng)用場合以及相關(guān)操作，在搜集整理出相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，我查閱相關(guān)文獻、專利資料，對塔式起重機及小車變幅機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、工作原理以及具體應(yīng)用進行研究分析，撰寫了文獻綜述和開題報告。然后我設(shè)計了小車變幅機構(gòu)總體傳動方案，確定主要技術(shù)參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，根據(jù)設(shè)計參數(shù)和要求選擇合適的電動機,繪制裝配圖。然后設(shè)計小車變幅機構(gòu)的主要零部件,包括行走小車、卷簡、聯(lián)軸器、減速器、制動器、鋼絲繩、滑輪，并對行走小車進行強度校核。之后利用三維建模軟件Proe和CAD等繪制小車變幅機構(gòu)三維圖、二維總裝圖和主要零件圖。
在上面工作的基礎(chǔ)上我撰寫了本篇P360塔式起重機小車變幅機構(gòu)設(shè)計說明書。
關(guān)鍵詞：P360塔式起重機；變幅機構(gòu)；機構(gòu)設(shè)計
Design of Trolley Luffing Mechanism for P360 Tower Crane
Abstract
Tower crane is the most widely used mechanical equipment in the construction industry. With the rapid development of China's real estate industry, tower cranes have also developed rapidly. Tower crane has the characteristics of high working efficiency, large lifting height, large rotation range, convenient operation and disassembly, which makes it an essential lifting machine in the construction industry. The luffing mechanism of the tower crane is a very important part of the tower crane, which is mainly to meet the lifting work of materials in different stations. The tower crane fully improves its lifting capacity, expands the operation range of the whole tower crane, and improves the working efficiency and utilization rate of the tower crane by utilizing the luffing effect of the luffing mechanism. The luffing mechanism of tower crane generally uses the traction of trolley and wire rope to walk on the track, which can reduce the load on the tower arm and improve the safety. In this graduation project, I first made clear the background and purpose of this graduation project. Then I collected and consulted relevant domestic and foreign documents, familiar with the functions, functions, application occasions and relevant operations of tower cranes. On the basis of collecting and sorting out relevant documents, I consulted relevant documents and patent materials, researched and analyzed the structural characteristics, working principles and specific applications of tower cranes and trolley luffing mechanisms, and wrote literature reviews and opening reports. Then I designed the overall transmission scheme of the trolley luffing mechanism, determined the main technical parameters and main structural parameters, selected the appropriate motor according to the design parameters and requirements, and drew the assembly drawing. Then the main components of the trolley luffing mechanism are designed, including the travelling trolley, winding drum, coupling, reducer, brake, wire rope and pulley, and the strength of the travelling trolley is checked. After that, three-dimensional drawing, two-dimensional assembly drawing and main parts drawing of the trolley luffing mechanism are drawn by using three-dimensional modeling software Proe and CAD. On the basis of the above work, I wrote this P360 tower crane trolley luffing mechanism design manual.
Key words: tower crane; Transform institutions; Design;
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目錄
摘要 I
Abstract II
第一章緒論 1
1.1塔式起重機概述 1
1.2課題研究的背景和意義 4
1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.3.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 5
1.3.2國外發(fā)展現(xiàn)狀 6
1.4研究內(nèi)容與研究方法 7
1.4.1研究內(nèi)容 7
1.4.2研究方法 7
第二章 基本參數(shù)和方案選擇 8
2.1基本參數(shù) 8
2.2變幅機構(gòu)基本方案選擇 8
第三章 變幅機構(gòu)設(shè)計和計算 12
3.1變幅機構(gòu)的形式 12
3.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 12
3.2.1選擇電動機 12
3.2.2牽引繩的計算選擇 15
3.2.3牽引卷筒計算 16
3.2.4卷筒其他部件尺寸 16
3.3減速器的選型 18
3.4聯(lián)軸器的選型 19
3.5變幅機構(gòu)制動器的選擇 20
3.6起、制動時間驗算 21
3.7電動機熱量校驗 23
第四章 變幅小車設(shè)計 24
4.1變幅小車的形式 24
4.2 變幅小車的設(shè)計 24
4.2.1小車的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計 24
4.2.2變幅小車強度校核 26
第五章設(shè)計可行性分析 28
6.1經(jīng)濟型分析 28
6.2安全性分析 28
6.3可行性分析 28
6.4環(huán)保性分析 28
第六章 設(shè)計總結(jié) 29
參考文獻 30
致 謝 32
— I —
第一章緒論
1.1塔式起重機概述
塔式起重機中最常見的起重機就是一種上回轉(zhuǎn)液壓自動上升式的起重機。盡管塔式起重機的材質(zhì)和型號也有各種各樣,但是他的基本設(shè)計和構(gòu)造都應(yīng)該是大致一樣的。完整的塔式起重機主要是由具有完整的金屬結(jié)構(gòu)、工作控制結(jié)構(gòu)、液壓自升控制系統(tǒng)以及具有電氣控制和安全防護的結(jié)構(gòu)等幾大組成部分基本結(jié)構(gòu)組成。下面分別介紹起重機的這些主要部分。
（1）金屬結(jié)構(gòu)
塔式起重機的金屬部分結(jié)構(gòu)是塔式起重機設(shè)備承受載荷的主要組成部分,他的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、強度、剛度等特點確保了塔式起重機設(shè)備能夠穩(wěn)定的進行正常工作。對于不同的塔式起重機來說，由于結(jié)構(gòu)上的不同，零部件可能會有所不同，但是其基本的構(gòu)架不會改變，作用也不會改變。需要整改金屬部分承載著工作中的各種載荷，是塔式起重機最要的組成部分，其質(zhì)量占到了整改起重機的六成。所以整個金屬結(jié)構(gòu)的合理性對塔式起重機的種類、起升性能等都有影響。
塔頂是塔式起重機中從塔身到最上頂端的結(jié)構(gòu)，他的主要作用就是用來成袋臂架的拉繩以及平衡拉繩所產(chǎn)生的在和，并且通過轉(zhuǎn)臺、軸承等結(jié)構(gòu)傳到受力到塔身的結(jié)構(gòu)。塔頂?shù)男螤钣绣F式的，人字架式以及斜撐式等各種形狀。常見的錐柱式塔頂實際是一個錐形轉(zhuǎn)柱,由于一些塔頂主體構(gòu)造的特殊原因,底部斷面的尺寸可能要相對較小。常見的人字形桁架式是充分利用了型鋼和組成的桁架以及兩根定位桿等構(gòu)件組成的。斜撐式的塔頂則是也是充分利用了型鋼和組成的定位系桿等構(gòu)件組成的,這幾種錐柱式塔尖的共同設(shè)計特點之一就是塔頂?shù)目傮w質(zhì)量比較輕,加工、安裝和維護都比較方便。前傾截面的圓錐柱式的塔頂就比較適合本次畢業(yè)設(shè)計,塔頂?shù)母共坎捎昧藞A鋼管進行了支撐,塔冒的底部采用了無縫焊接的方式,在頂部則是設(shè)計了一個吊耳,吊耳是能夠安裝一個連接平衡臂的拉桿以及連接平吊臂的拉桿。同時吊耳還重要的是能夠在塔頂上安裝一個用于起升的定滑輪。由于塔頂處于整個塔式起重機的最頂部，并且塔式起重機一般高度都較高，所以頂部安裝有安全燈和避雷線。
起重臂是塔式起重機中一種主要用來起升重量的結(jié)構(gòu),一般也可以稱之為大車水平吊臂以及小車水平臂架。一般都說起重臂是根據(jù)其造型形式進行了分類,可以再細分為小車水平臂架、以及動臂架。能夠使小車變幅的水平臂架可以稱之為彎曲式小車的水平臂架,能夠使小車承受一定的彎曲應(yīng)力,，是應(yīng)用比較廣泛的一種臂架，他能夠借助變幅小車的動作進行移動，并且運行平穩(wěn)，能夠準(zhǔn)確度進行定位。在本次設(shè)計中，就是采用了小車變幅水平臂架。
小車運動臂架一般主要分為有三種整體結(jié)構(gòu)設(shè)計形式,分別為：最常采用的形式是單臂雙吊點的立式小車運動臂架、雙臂單吊點的小車結(jié)構(gòu)以及一種錘頭式超靜力固定結(jié)構(gòu)的臥式小車運動臂架。單吊點的移動小車車輛臂架整體結(jié)構(gòu)主要認(rèn)為是一種類似靜定移動小車車輛臂架整體結(jié)構(gòu)、雙臂單吊點的移動小車車輛臂架整體結(jié)構(gòu)則被廣泛認(rèn)為主要是一種類似錘頭式的超靜定移動小車車輛臂架整體結(jié)構(gòu)。一般起升幅度在四十米一下的采用單點吊結(jié)構(gòu)，大于五十米則一般采用雙吊點結(jié)構(gòu)。
對于一般的塔式起重機,采用的都是上回轉(zhuǎn)式塔式起重機,所以一般都要求轉(zhuǎn)臺都裝配平衡臂,他能夠直接支撐整個平衡臂的配重,使得整個塔式起重機的平衡臂在作用載荷和重量力矩等綜合處產(chǎn)生了相反的平衡力矩。在升降機和小車變幅器等采用水平臂架自動轉(zhuǎn)動升降的機構(gòu)中,平衡臂也延伸了整個轉(zhuǎn)臺。起升機構(gòu)則是會同平衡臂的配重一起直接放置在整個平衡臂的尾端，能夠起到一部分配重的作用，同時則增加了牽引鋼絲繩和塔尖銷子之間的高度，能夠有效避免亂繩現(xiàn)象的出現(xiàn)。平衡重則是平衡臂整個大的系統(tǒng)中的一部分，他的質(zhì)量比較大，一般的輕型的塔式起重機要求平衡重要有三到四噸，大型的塔吊可能需要達到幾十噸中。所以在設(shè)計選擇平衡重的時候，需要綜合考慮其材料的選擇、造型以及按照的便利性。一般平衡重有活動和固定兩種結(jié)構(gòu)。活動的主要應(yīng)用于自升式塔式起重機，平衡重是可以移動的，能夠確保整個塔吊在工作中是受力平衡的。這種結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，加工量大成本高。所以目前平衡重在我國一般都是直接采用固定式平衡重。在建筑材料制造商,平衡重一般都指的是直接采用鋼筋混凝土或者是鑄造材料組成。二者各有自身的一些優(yōu)缺點,鑄鐵結(jié)構(gòu)的平衡重由于構(gòu)造相對復(fù)雜,所以平衡重的加工和操作起來比較困難,成本相對較高,但是平衡重整體的體積較小,所以平衡重的迎風(fēng)載荷面積也相對較小,有利于減少迎風(fēng)阻力帶來的負(fù)面影響,鋼筋混凝土的平衡塊有著制造簡單、成本低、加工方便的優(yōu)點，但是體積較大，迎風(fēng)面積大，在對塔吊的受力影響以及穩(wěn)定性方面需要綜合考慮到。本次設(shè)計平衡重選擇的材料是混凝土試平衡重。
（2）工作機構(gòu)
工作機構(gòu)是塔式起重機用來實現(xiàn)起重功能的不同運動而設(shè)置的。塔式起重機的主要工作方式和機構(gòu)包含了旋轉(zhuǎn)起升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)塔式起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、頂升機構(gòu)。依靠這些機構(gòu)之間的獨立或者相互之間的配合完成重物的起升、輸送等工作。在工作中，為了提高工作效率，幾個工作機構(gòu)都要求能過具有較快的工作速度，但是在起步或者制動的過程中則要求能夠穩(wěn)定運行，避開可能產(chǎn)生的巨大沖擊，從而預(yù)防可能對金屬結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的破壞性影響。
起升和裝卸機構(gòu)是起重機中一種使用最為頻繁的一種工作機構(gòu),起到了提升和裝卸重物的作用 ,在整個吊重工作的機構(gòu)中,為了提高起重機的工作效率以及穩(wěn)定性，一般起升機構(gòu)都會設(shè)計成一定的調(diào)速機構(gòu)。起升機構(gòu)工作簡圖如下圖1-1所示。
1-電機；2-聯(lián)軸器；3-液制動器；4-減速器；5-卷筒；6-高度制動控制器和限位器等
圖1-1起重提升機構(gòu)設(shè)計簡圖
起升機構(gòu)的傳動方式有很多種，主要常見的有機械傳動、電氣傳動、液壓傳動等類型。其中機械傳動的動力是由機械裝置產(chǎn)生并且經(jīng)過一系列的傳遞之后帶動卷筒進行動作，同時動力能夠傳遞到其他工作機構(gòu)中，這種驅(qū)動方式比較集中，同時能夠確保各個機構(gòu)運動的獨立性能，但是整個傳動的路線比較復(fù)雜，雖然工作可靠，但是操作繁瑣，速度的調(diào)節(jié)也比較復(fù)雜。店里傳動則是利用電動機作為動力的來源，驅(qū)動卷筒的轉(zhuǎn)動，電機是一種成熟的產(chǎn)品，所以工作穩(wěn)定，調(diào)速性能較好，同時對于電機來說能夠直接從電網(wǎng)是取得電流，安裝相對簡單。液壓傳動是近幾年來發(fā)展起來的一種傳動方式，體積小、容積率大，傳動效果好，并且只能興國好，但是這種傳動需要考慮液壓動力源、液壓油以及傳動中的精準(zhǔn)度。在本次畢業(yè)設(shè)計中，驅(qū)動方式選擇的是交流電動機。
起升機構(gòu)的圓柱齒輪減速器設(shè)計選擇的是一種圓柱齒輪塊式減速器,這主要是因為這種圓柱齒輪減速器和其他的圓柱齒輪減速器相比結(jié)構(gòu)簡單、傳動比大,質(zhì)量小,傳遞的力矩和功率大,雖然減速器整體的體積較大,但是其成本相對較低。所以本次起升機構(gòu)設(shè)計選擇的減速器是一種圓柱齒輪塊式減速器。圓柱齒輪制動器一般可以直接設(shè)計在高速軸也或者可以直接設(shè)計在低速軸,但是所需的要求不同。但是設(shè)計在高速軸上的機器有時候因為需要的是制動力矩比較小,但是它在制動的過程中會對低速軸產(chǎn)生較大的軸向沖擊力,所以一般都應(yīng)該是選擇采用塊式的制動器。但是布置在低速軸上則有時候會因為需要較大的制動力矩用來制動,經(jīng)常采用的就是帶式或者盤式的制動器。
塔式起重機主要就是利用回轉(zhuǎn)臂來實現(xiàn)其工作轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)工作的覆蓋。在回轉(zhuǎn)運動中，主要是通過上、下回轉(zhuǎn)支座進行運動，他們分別安裝在回轉(zhuǎn)軸承的兩部分，并且利用驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動回轉(zhuǎn)動作。回轉(zhuǎn)機構(gòu)是一個承受著重要載荷的工作機構(gòu)，在進行動作的時候，他不僅需要附帶著塔臂上的吊載載荷還需要克服工作中的風(fēng)阻，這些都能夠直接影響到整個回轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作以及動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的選擇。目前在回轉(zhuǎn)機構(gòu)中，常見的工作流程有一下幾種。第一種就是利用電機→液力耦合劑→減速器→齒輪回轉(zhuǎn)機構(gòu)。這種裝置整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)了立體安裝的方式，在正中間安裝有液力耦合劑，能夠緩解啟動所產(chǎn)生的沖擊力，這種方式結(jié)構(gòu)比較簡單，成本也比較低，但是在速度調(diào)節(jié)中智能依靠電機的正反轉(zhuǎn)等進行制動，速度調(diào)節(jié)也不方便。第二種就是利用力矩電機→減速機→齒輪回轉(zhuǎn)機構(gòu)。其中電機采用的是帶有渦流制動的電機，這種電機的特點就是在啟動和制動的時候，會引入渦流制動器，能夠穩(wěn)定、平穩(wěn)的運行，但是成本比較高。
變幅機構(gòu)是本次設(shè)計的重點，在下面的章節(jié)中會詳細闡述。
（3）安全裝置
安全永遠是第一位，安全裝置是塔式起重機非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，他的作用就是防止違法操作以及保證正常操作的安全性能，從而避免預(yù)防各種錯誤操作所產(chǎn)生的后果。在塔式起重機的安全裝置中,比較常見的有限位器控制開關(guān)、斷電控制開關(guān)、保險等。下面簡單介紹這幾種安全裝置。
限位開關(guān)，在實際應(yīng)用中一般都稱之為限位器，主要是用來防止吊鉤工作中超過實際的限制，從而損壞起重機的機構(gòu)以及鋼絲繩等零部件?；剞D(zhuǎn)限位開光的主要作用就是限制起重機在工作中的回轉(zhuǎn)角度，由于工作中，鋼絲繩、電纜等都是一體的，如果角度超過了極限，則會出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象，所以一般如果起重機沒有設(shè)計集電環(huán)，則必須配備回轉(zhuǎn)限位開關(guān)，以確保工作的安全性能。
在工作中,起重機的主要限位控制工作就是為了直接提高重物的起升高度并將其放到起重機指定的工作位置,但是工程起重機對于工作的高度還是需要自己有一個的限制,不然會直接導(dǎo)致重錘和鋼絲繩的拉斷。所以工程用螺桿式起重機都帶有了限高器，以限制起升的高度。工程上常用的起升高度限制器一般有兩種,分別采用的是重錘式和螺桿式兩種。其中對于重錘式高度限制器的主要特點在于是構(gòu)造比較簡單,方便快捷,但是不足之處在于是分別采用的對于鋼絲繩采用螺桿懸掛的高度限制方式,會直接導(dǎo)致重錘和鋼絲繩起升的高度以及鋼絲繩之間經(jīng)常出現(xiàn)的摩擦。而對于螺桿式高度的限制器則主要是應(yīng)用于一種小車變幅式的塔式工程起重機,這種起升高度限制器一般都是直接利用兩個限位控制開關(guān)進行限位控制工作的,可以直接用作雙向的起升高度控制.
1.2課題研究的背景和意義
塔式起重機是土建工程中一個非常關(guān)鍵的設(shè)備。每一個大型建筑工地都是可以看到高高的平頭塔吊。近年來我國建筑業(yè)飛速崛起，這導(dǎo)致塔式起重機的性能技術(shù)也得到了發(fā)展與進步，達到了目前國際建筑行業(yè)主流的技術(shù)水平。塔式的起重機和其他起重設(shè)備相比,結(jié)構(gòu)比較合理、性能也非常優(yōu)異,在土建工程中使用工作效率比較高,所以被廣泛地使用，使用范圍涉及到各種建筑材料、建筑器材等的施工安裝、轉(zhuǎn)移等各個方面,而傳統(tǒng)的平頭塔機由于沒有較大的塔頭,其吊鉤整體的質(zhì)量小、高度低,最大的安裝高度也比其他塔式起重機低上許多，這就導(dǎo)致它交叉作業(yè)時吊鉤的總體高度會低一些，它有著安裝簡便，安裝時間少等優(yōu)點，因為沒有塔頭，所以空間利用率也大大提高，這就使它能適應(yīng)一些對高度有要求的作業(yè)，普通的塔式起重機就很難完成這些工作，而平頭塔機就可以勝任。而且平頭塔機的小車變幅機構(gòu)由于是靠臂架尾部的電動機驅(qū)動，從而大大減少了小車的質(zhì)量，讓小車連接在臂架上更加安全可靠，讓小車在進行變幅的時候更加靈活容易。
塔式起重機的主要結(jié)構(gòu)優(yōu)勢是變幅小車，小車變幅機構(gòu)的主要功能和工作用途指的是通過改變塔式起重機的中心旋轉(zhuǎn)運行幅度或伸距,即通過改變塔式起重機的拉桿吊鉤(或吊桿抓斗)的吊鉤中心至塔式起重機的中心距離，即旋轉(zhuǎn)運動中心和吊鉤中心的一定長度水平線的距離,以讓塔式起重機達到適應(yīng)于在不同特定工作地點條件下的高效裝卸貨物,塔式起重機小車變幅機構(gòu)可以通過鋼絲繩牽引力的傳動而使機構(gòu)在塔式小車起重機的旋轉(zhuǎn)下在主軸和固定臂架上轉(zhuǎn)動做各種來回式和旋轉(zhuǎn)式的運動,從而用戶可以輕松實現(xiàn)將那些需要快速起吊的裝卸重物高效地運送至達到特定工作地點。
1.3國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1.3.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
塔式起重機是一種能把塔身的重臂立起來,利用重臂回轉(zhuǎn)的方式進行起重提升和轉(zhuǎn)移起重物料的一種起重機械。主要頻繁使用在各種較高的建筑以及民營行業(yè)。塔式起重機對于建筑行業(yè)來說,能夠直接起到了加快建筑施工的速度、降低了成本,提高效率等的作用。中國如今的塔式起重機研發(fā)技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了有40余年,從最原始的測量仿制繪圖到獨立自行設(shè)計再到獨立加工制造度過了一個漫長的過程。
20世紀(jì)50年代,我國社會經(jīng)濟和建設(shè)迫切需要塔式起重機，1954年第一次拿到了德國設(shè)計的塔式起重機樣板機并對其進行了仿造，這架塔式起重機型號為tq2-6，是中國第一臺塔式起重機，是在遼寧撫順工廠進行制造的。之后參考前蘇聯(lián)的樣板機，大量制造出來15t和25t的塔機，這時候我國制造的起重機規(guī)模不大，數(shù)量較少。
20世紀(jì)60年代, 我國建筑業(yè)高速發(fā)展，民用建筑高層，超高層越來越多，塔式起重機的需求也越來越大，當(dāng)時使用較多的為內(nèi)部爬升式和外部附著式的塔式起重機。像可控多晶硅電機調(diào)速，直流多晶硅電機自動調(diào)速這類在當(dāng)時算比較先進的自動化控制技術(shù)在比較高的建筑工地被廣泛應(yīng)用。
20世紀(jì)70年代,中國制造出了第一臺下回轉(zhuǎn)的輕量型輪胎式軌道兩用起重機,在同一年,中國還自主研發(fā)設(shè)計制造了QT-10型自升式塔式軌道兩用起重機，后來又開發(fā)設(shè)計了ZT100、ZT120、ZT280這類的自升式小車變幅塔式軌道起重機，當(dāng)時產(chǎn)量最高的起重機種類年產(chǎn)量高達900臺,這在當(dāng)時產(chǎn)量已經(jīng)非常驚人了，中國塔式起重機制造業(yè)也進入了新的階段。
20世紀(jì)80年代,中國塔式起重機行業(yè)出現(xiàn)了QTZ系列自動提升式塔式起重機，QT系列下回轉(zhuǎn)快裝建筑類塔式起重機等一系列的新產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的水平已經(jīng)逼近國外70年代的水平，年產(chǎn)量已高達1400臺。同時我國改革開放，為了追求更高級的產(chǎn)品，我們從國外引進了一批像德國的liedliebherr、法國的lipotain以及聯(lián)邦意大利的liedilmac等新型塔式起重機產(chǎn)品，國外的這些設(shè)備大多技術(shù)和性能都比較優(yōu)異，可供我們參考學(xué)習(xí)，促進了我國塔機制造技術(shù)的進步與發(fā)展。
20世紀(jì)90年代以后,我國塔式起重機制造業(yè)已經(jīng)進入興盛時期，不但產(chǎn)量增加，而且已經(jīng)有部分產(chǎn)品出口到國外，大型塔式起重機的應(yīng)用范圍越來越廣泛，城市內(nèi)建筑到處都可以看到塔式起重機，鐵路，橋梁，電力與水利工程也離不開塔式起重機的工作。
1.3.2國外發(fā)展現(xiàn)狀
在二戰(zhàn)之后德國才致力于發(fā)展塔機制造業(yè)，因為戰(zhàn)爭過后，各國都需要重建家園，巨大的工程量迫切需要性能良好安全可靠的塔式起重機。從塔式起重機在建筑施工中剛出現(xiàn)到發(fā)展成為了工程機械的一個重要的分支以來,已經(jīng)有50多年的歷史,期間塔式起重機制造業(yè)也經(jīng)歷了艱難曲折的發(fā)展歷程，70年代末，國外塔式起重機制造業(yè)跌入了低谷，許多中小型塔式起重機制造廠停產(chǎn)或者轉(zhuǎn)產(chǎn)，只有少部分大型的制造廠能勉強維持。直至80年代末才逐漸呈現(xiàn)出復(fù)產(chǎn)的趨勢。近年長期以來,外國塔式起重機在新產(chǎn)品研發(fā)上大致有下列一些較明顯的特點:
（1）近年來更多的塔機制造商注重于開發(fā)經(jīng)濟型的城市塔機并將產(chǎn)品擴展成城市塔機系列。
（2）國外研發(fā)的塔式起重機新產(chǎn)品中，出現(xiàn)了一些新型的的輕型折疊式可安裝快速簡便的塔機比較吸人視線。
（3）根據(jù)一些西方發(fā)達國家城建建設(shè)工程監(jiān)督管理部門當(dāng)局的相關(guān)政策和其他有關(guān)的法律規(guī)定,為了有效防止起升塔機兩個吊臂起重架在狹窄的高層建筑物之間工作時兩個吊臂之間發(fā)生矛盾,避免兩個吊臂相互的發(fā)生磕碰以及防止吊臂架觸碰到了我們周圍的一些高層建筑物,在一些大型城市中的住宅區(qū)和一些高層建筑密集的住宅地區(qū)中其施工必須盡量減少采用全手動臂式自吊或升塔式吊臂起重機。
（4）在我們經(jīng)過了一段較長時間的開發(fā)研制之后,履帶式液壓水平臂架式液壓塔機已經(jīng)作為一種新型的技術(shù)替代產(chǎn)品正式的投產(chǎn)問世。
（5）變頻塔機調(diào)速控制系統(tǒng)在國外變頻塔機新技術(shù)產(chǎn)品上已經(jīng)得到了推廣應(yīng)用。
（6）高新技術(shù)開始在塔機上應(yīng)用。
（7）國外十分重視駕駛員的操控感受所以十分重視塔機駕駛室的平面設(shè)計和空間處理。
塔式起重機是隨著世界高層建筑不斷的發(fā)展而出現(xiàn)的。他真正得到發(fā)展是在二十世紀(jì)四十年代，那時候由于世界上高層建筑不斷出現(xiàn)，塔式起重機的作用得以凸顯出來。當(dāng)時應(yīng)用最多的就是內(nèi)部爬升式以及外部附著式兩種結(jié)構(gòu)。并且在當(dāng)時已經(jīng)應(yīng)用了比較先進的控制技術(shù)，比如常見的可控硅調(diào)速以及渦流制動器等。后來隨著相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展更新，塔機應(yīng)用的范圍更加廣泛，其各種技術(shù)都得到了突破發(fā)展，關(guān)鍵的參數(shù)比如起重量、起重高度以及變幅幅度等都得到了突破。
未來隨著中大型起重機械的不斷發(fā)展,其未來的發(fā)展戰(zhàn)略方向?qū)⒅饕畜w現(xiàn)在以下幾個重要的方面,一個就是提高整機的結(jié)構(gòu)和性能,，由于技術(shù)材料的應(yīng)用和加工、工藝等性能的提高，產(chǎn)品保證符合使用條件的情況下，都需要確保整體的性能和質(zhì)量，以降低由于質(zhì)量所產(chǎn)生的其他影響生產(chǎn)的因素。二是穩(wěn)定性和可靠性高的設(shè)備，能夠在確保質(zhì)量的情況下最大可能的發(fā)揮其良好的性能。三是更加智能化、自動化。塔式起重機未來將隨著控制技術(shù)、計算機技術(shù)等不斷的發(fā)展，能夠顯示更加自動化的控制，降低認(rèn)為的干預(yù)，提高工作效率以及工作準(zhǔn)確度。最主要的是，塔式起重機將會朝向更加安全、舒適、使用的方向發(fā)展，超向著更大起重量、起升高度以及調(diào)節(jié)幅度的方向發(fā)展。
1.4研究內(nèi)容與研究方法
1.4.1研究內(nèi)容
本次的畢業(yè)設(shè)計深入研究并設(shè)計了P360塔式起重機的變幅傳動機構(gòu)。首先對塔式起重機的變幅機構(gòu)性能進行深入了解,分析其變幅機構(gòu)的主要性能特點、了解其分類以及其結(jié)構(gòu)的特點,選擇合適的變幅機構(gòu)方案。對電機、減速器、聯(lián)軸器、制動器、卷筒等零部件進行了正確的選擇,對鋼絲繩等零部件進行了針對性的設(shè)計計算和校核，對變幅小車以及牽引機構(gòu)等進行了設(shè)計計算。
1.4.2研究方法
根據(jù)任務(wù)書設(shè)計要求，通過查閱資料，初部設(shè)計小車變幅機構(gòu)的傳動方案，確定主要技術(shù)參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用Proe軟件進行三維圖繪制，利用傳統(tǒng)校核方法進行受力分析與校核，再利用Proe將三維圖導(dǎo)出二維圖，利用CAD軟件繪制其裝配圖與零件圖。
第二章 基本參數(shù)和方案選擇
2.1基本參數(shù)
本次畢業(yè)設(shè)計的每一個基本參數(shù),是根據(jù)任務(wù)書中所給定的基本技術(shù)設(shè)計要求所進行選擇的，基本參數(shù)如下所示。
（1）起重機最大起重重量：12t
（2）工作幅度：44m
（3）變幅機構(gòu)速度：0-58m/min
（4）30m吊重，4繩
2.2變幅機構(gòu)基本方案選擇
變幅機構(gòu)的主要功能是改變起重機工作的一個水平幅度,它有著能夠有效擴大起重機的工作范圍的優(yōu)點。一般的變幅機構(gòu)是由電機、減速裝置、卷筒、制動結(jié)構(gòu)等部分組成,由于其工作時電機負(fù)載較小,所以一般工作功率和機構(gòu)的外形尺寸都比較小。變幅機構(gòu)對其分類的方法也比較多,在實際的應(yīng)用中,一般都采用的是根據(jù)其內(nèi)部制動結(jié)構(gòu)的形式以及其變幅的方式來劃分為適合高速運行的小車式和常用的吊臂俯仰式。
在本次的畢業(yè)設(shè)計中,所需要研究的塔式起重機的水平臂變幅驅(qū)動方式就是采用了水平臂小車變幅機構(gòu)來實現(xiàn)小車在水平臂的水平移動。變幅就是小車在工作中沿著小車吊臂的弦桿導(dǎo)軌進行行走,作為塔式起重機小車水平行走時主要結(jié)構(gòu)的是水平臂變幅驅(qū)動機構(gòu),其主要分為水平臂自行式和吊臂鋼絲繩導(dǎo)軌牽引兩種變幅方式。其中最典型的自行式變幅就是電動機直接安裝在小車內(nèi)部,然后依靠電力驅(qū)動小車的車輪滾動,從而有效的使得小車平穩(wěn)運行。其中最典型這類水平臂變幅驅(qū)動機構(gòu)的就是電動滑車,他就是這樣沿著小車吊臂弦桿導(dǎo)軌行走的。但是由于小車行走時吊臂需要較大的附著力，所以就會導(dǎo)致整個小車的種類比較大，所以這種自行行走的方式只適用于小型塔式起重機，應(yīng)用受到一定的限制。
鋼絲繩牽引式驅(qū)動機構(gòu)的變幅起重小車,在工作中就是能夠依靠采用了鋼絲繩的額外牽引機構(gòu)來為其提供額外驅(qū)動力,在塔式起重機的工作中在吊臂上可以進行行走,由于其沿吊臂行走的方式,所以吊臂的驅(qū)動力和載荷不會明顯的受到其他額外驅(qū)動力的影響和限制,所以變幅機構(gòu)適應(yīng)的范圍廣,能夠在一定的傾斜和角度的軌道上運行,并且由于采用了鋼絲繩的牽引,所以驅(qū)動部分并不在一輛小車的本體上,所以變幅機構(gòu)可以有效的使得驅(qū)動力減輕了很多,所以他的驅(qū)動力使用適應(yīng)范圍就比較廣,能夠有效的應(yīng)用于到一些大幅度以及起重量都要求較大的塔式起重機。目前由于我國的塔式起重機主要是應(yīng)用于到一些建筑工地,所以對變幅機構(gòu)的變幅度以及的起重量都是要求較大,所以目前的塔式起重機大部分都主要是采用了鋼絲繩牽引式的變幅驅(qū)動機構(gòu),這樣我們就能夠有效的降低起重機吊臂在正常工作中所需要承受的額外驅(qū)動力和載荷，并且工作穩(wěn)定。同時動力裝置可以設(shè)計在臂架的尾部，所以對其平衡性可以忽略。所以在本次設(shè)計中也是采用了牽引式小車變幅機構(gòu)。
在目前常見的變幅機構(gòu)中調(diào)速機構(gòu)主要有以下幾種，分別進行介紹：
（1）多速電機變幅機構(gòu)
這是一種利用變速電機進行調(diào)速的方式，電機上一般都帶有盤式制動裝置。電機一般都是采用雙速或者三速電機，然后驅(qū)動一個減速器，帶動鋼絲繩卷筒進行運動。這種變幅機構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較簡單、體積小，能夠滿足塔式起重機的臂長要求，但是在極限變速狀態(tài)下會產(chǎn)生電流的沖擊，也會對變速產(chǎn)生沖擊。
（2）變頻調(diào)速變幅機構(gòu)
這是最近近年來，隨著變頻技術(shù)、計算機控制等計算的發(fā)展而推出來的一種新型無級變速變幅機構(gòu)。他的速度的變化主要是通過變頻器來調(diào)整電機的頻率來實現(xiàn)的，這種調(diào)節(jié)的方式變速比較平穩(wěn)，沖擊力比較小，安全性高。
根據(jù)前面我們分析的兩種自動控制變幅小車減速機構(gòu)的性能特點以及各自的優(yōu)劣勢,本次的畢業(yè)設(shè)計中我們選擇了一臺傳統(tǒng)的多速電機和自動控制的變速小車機構(gòu)。他的變幅小車驅(qū)動控制方式其實就是一臺雙速電機,電機上帶有固定的制動器,通過聯(lián)軸器的方式用電機連接制動機構(gòu)和減速器,然后連接到卷筒。這樣就是基本的變幅小車傳動控制方式。卷筒的兩端都分別有用于固定變幅小車鋼絲繩的兩個端頭部。不論是變幅的小車在最外部或者最里邊,在卷筒上的兩端都會分別預(yù)留三道四圈的鋼絲繩很好的纏繞在滾筒上。這樣不論是鋼絲繩的放出還是卷回,在鋼絲繩的滾筒上都會很好的保留有三到四圈的變幅鋼絲繩不會放出去。在工作中,當(dāng)變幅小車工作了一段時間之后,鋼絲繩由于滾筒的拉伸時間過長而可能會在滾筒上產(chǎn)生一定的撓度以及一定的變形,這時我們可以通過滾筒上的變幅鋼絲繩和小車上的長螺栓對鋼絲繩進行相應(yīng)的調(diào)整,緊固鋼絲繩。本次設(shè)計所研究的變幅機構(gòu)三維圖、二維圖以及鋼絲繩纏繞的方式如下圖2-1和圖2-2與圖2-3所示。
1-電機；2-卷筒；3-滑輪；4-小車；5-減速器；6-聯(lián)軸器；7-制動器；
圖2-1變幅機構(gòu)簡圖
圖2-2變幅機構(gòu)模型圖
圖2-3 變幅機構(gòu)及鋼絲繩纏繞簡圖
第三章 變幅機構(gòu)設(shè)計和計算
3.1變幅機構(gòu)的形式
塔式起重機的變幅機構(gòu)的分類形式比較多，下面介紹幾種常見的變幅機構(gòu)分類形式：
（1）按照采用雙臂式移動變幅高速傳動系統(tǒng)機構(gòu)的實際應(yīng)用運動結(jié)構(gòu)形式情況進行類別分類,可以從總體結(jié)構(gòu)上可以分為帶雙臂架高速擺動式用的雙臂高速變幅傳動機構(gòu)和高速運動用的小車式雙臂變幅傳動機構(gòu)。
本次畢業(yè)設(shè)計在前面章節(jié)中已經(jīng)選擇了是利用鋼絲繩牽引來帶動其中小車的變幅工作。在安裝的時候，吊臂安裝在水平的位置，小車?yán)娩摻z繩進行牽引從而工作運行，能夠沿著臂架的弦桿進行運動。這種利用小車變幅機構(gòu)的有點就是方便安裝，在變幅的時候物料能夠承受做水平的移動，整個變幅機構(gòu)運動的速度快、功率也比較節(jié)省，同時變幅的幅度利用率也比較大，但是不足之處就是整體結(jié)構(gòu)相對笨重，對吊臂來說就需要承受更大的彎矩，使用鋼材等量較大。
（2）根據(jù)工作性質(zhì)可以分為工作性變幅和非工作性變幅。
在實際應(yīng)用中,非工作性的變幅調(diào)整機構(gòu)一般只能在汽車或起重機空載的必要時候起作用來控制或調(diào)整其變化的幅度,調(diào)整物料位置的改變等。這種變幅的主要特點就是變幅的次數(shù)比較少，在變幅的時候，對起重機所產(chǎn)生的影響比較小，所以工作一般都是采用較低的速度進行。工作性變幅機構(gòu)則可以在起重機工作中用于帶載荷的條件下進行變幅，整個變幅過程是起重機工作的一個環(huán)節(jié)。在變幅的時候?qū)ζ鹬貦C的生產(chǎn)效率來說會產(chǎn)生一定的影響，為了避免這個影響，一般都會采用較高的變幅速度。
（3）根據(jù)臂架變幅性能可以分為普通臂架變幅和平衡臂架變幅兩種方式。
其中普通的臂架在正常情況下工作的時候,會直接引起普通臂架和被吊升運輸貨物的重心發(fā)生提升和下降的周期性變化,這就使得它會需要消耗額外的驅(qū)動功率,能夠很好的適用于非工作性的各種變幅運輸方式,對于一些帶有較大載荷的運輸情況,則變幅機構(gòu)可以偶爾的使用,不能將其作為變幅的常態(tài)。平衡臂架變幅的機構(gòu)則是能夠很好的利用各種平衡的系統(tǒng)原理或者是補償?shù)南到y(tǒng)方法對其進行了調(diào)整,使得在進行變幅的過程中,被吊升運輸物品的重心沿著近似水平的方向快速進行了變動,這樣就能夠確保整體重心的高度保持不變，從而降低了驅(qū)動功率，所以比較適合于工作性變幅方式。
3.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算
3.2.1選擇電動機
首先計算電機的凈功率，計算公式如下：
Pj=pmax×V1000×60η=379.08×581000×60×0.97×0.95×0.95×0.93
=0.45KW
Pj------電機凈功率
V------變幅速度
η------傳統(tǒng)系統(tǒng)各機構(gòu)效率
上述的公式中,pmax表示傳動系統(tǒng)中總的載荷與作用力之和,他的作用力包括了起重機的傳動臂架、平衡傳動系統(tǒng)、起升載荷以及由于風(fēng)所作用力而引起的其他動力載荷,在上述公式計算的時候，各個位置所承受的力都取最大值。這里的起重機臂架重量為183.28KN，平衡臂臂架重量為81.6KN，起升機構(gòu)重量為17.6KN，由于風(fēng)所引起的動力載荷為96.6KN,其計算如下：
（1）摩擦阻力W1
W1 = ( FQ + Fg ) × ( u·d/D +2f/D ) K0 ( N )
FQ------起升載荷，120000N
Fg------小車自重，700N
u------滾動軸承摩擦系數(shù)，取0.015
f------小車滾動阻力系數(shù)，取0.03
D------車輪直徑，取200mm=0.2m
K0------附加阻力系數(shù)，取2.0
d------滾動軸承直徑，取20.8mm=0.208m
數(shù)據(jù)帶入得：
W1 = ( FQ + Fg ) × ( u·d/D +2f/D ) K0
= 77KN
(2) 坡度阻力W2
W2=（FQ+G）sina
G------吊具重量與小車重量之和，由下表查得，取3.5% FQ
吊具自重
額定起升載荷FQ （ KN ）
吊具自重載荷Fg （ KN ）
300～500
3% FQ
800～1250
3.5% FQ
1600～2500
4% FQ
a ------坡度角，取1.5°
將上面數(shù)據(jù)帶入得：
W2 = ( FQ + G ) Sina =1.035 FQSin1.5°= 3.25 KN
（3）慣性阻力W3
W3 = W3'+ W3″
W3'= ( FQ + Fg )·V /(g·t)
W3″= ( FQ + Fg )n2 R / 900
V------小車運行速度
t------小車起動時間
V/t= a 加速度 ≤0.5 m/s2
n------塔機回轉(zhuǎn)速度，取0.7R/min
R------工作幅度，44m
將上面數(shù)據(jù)帶入得
W3 = W3'+ W3″= ( FQ + Fg )·V /(g·t) + ( FQ + Fg )n2 R / 900
= 7.6KN
（4）迎風(fēng)阻力W4
W4 = q0 · A =Cw·Pw·A
q0 ------風(fēng)壓，N/m2
Cw------風(fēng)力系數(shù)，取1.6
Pw------正常工作載荷情況下，取150Pa
A ------迎風(fēng)面積，由下表查出，取10m2
迎風(fēng)面積
起升質(zhì)量（T）
2
3
5
6
8
10
15
擋風(fēng)面積（m2）
2
3
5
6
6
7
10
將上面數(shù)據(jù)帶入得：
W4 = q0 · A =Cw·Pw·A
= 2.4KN
（5）起升繩阻力W5
W5 = S1 – S4 = S1 (1 – g3 )
= FQ ( 1- g3 )/(1 + g )·g
g------滑輪效率，取0.98
將上面數(shù)據(jù)帶入得
W5 = FQ ( 1- g3 )/(1 + g )·g
= 3.64 KN
（6）牽引繩下垂引起的阻力W6
W6 =q1·l2/ 8h =(30～50)q1·l/ 8
=(4～6) q1·l ( N )
q1------單位長度繩重，取4.5N/m
l ------繩自由懸垂長度，取44m
將上面數(shù)據(jù)帶入得：
W6 = (4～6) q1·l =0.792 KN
（7）牽引繩最大張力W
W = W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + W6 ( N )
S = W / g1
g1-—由于牽引繩的傳動和導(dǎo)向滑輪的效率,取0.98
所以，S = W / g1 = 96.6 KN
公式中的V表示變幅速度，值為58m/min，整個運行機構(gòu)的效率為η，他計算如下：
η=ηzηtηdηc
其中η_z------滑輪總效率，見起重機設(shè)計手冊表3-2-11，取η_z=0.97;
ηd------導(dǎo)向滑輪效率，見表2-2-3，取ηd=0.95;
ηt------卷筒效率ηt≈ηd=0.95;
ηc------傳動效率，見表2-2-4，取ηz=0.93。
根據(jù)所選擇的塔式起重機的工作基本、工況環(huán)境以及工作的特點，電機的工作特性。所選擇的電機需要能夠滿足電機啟動力矩以及工作過程中不會產(chǎn)生發(fā)熱嚴(yán)重等現(xiàn)象。所選擇的電機應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：
PJG≥Gpmax1000×60η
=G?PJ=0.8×0.45KW=0.35KW
上述系統(tǒng)計算公式中,G表示一臺穩(wěn)態(tài)穩(wěn)壓起重機的起動負(fù)載平均起動系數(shù),根據(jù)穩(wěn)態(tài)起重機的總體設(shè)計圖及使用手冊,其系統(tǒng)計算結(jié)果取得的起動額定值平均起動系數(shù)大約為0.8,根據(jù)穩(wěn)壓電動機系統(tǒng)計算的起動額定值平均結(jié)果,選擇y或y系列三相異步穩(wěn)壓電動機,型號為Y112m-6,電機的起動額定功率大約為2.2kw,額定的電機轉(zhuǎn)速大約為940r/min。
3.2.2牽引繩的計算選擇
在小車變幅運動中鋼絲繩要承受拉力，其抗拉強度要足夠，以確保不出現(xiàn)安全事故，所以下面計算鋼絲繩的直徑。查《起重機械設(shè)計手冊》得計算公式如下：
d=cs=0.093×96600=28.9mm
公式中的d表示選擇鋼絲繩的最小抗拉直徑,c表示選擇的系數(shù),在計算選擇的系數(shù)時候初步計算選擇鋼絲繩的工作抗拉靜力強度級別為1550mpa,根據(jù)《起重機械設(shè)計手冊》表3-1-3選擇公式中的工作靜力級別為M4,根據(jù)起重機設(shè)計手冊表3-1-2選擇公式中的c取值為0.093。s表示選擇鋼絲繩的最大長度和工作靜拉力,上面計算出值為96600N。
根據(jù)鋼絲繩計算試驗結(jié)果,選擇了直徑參數(shù)為30mm的初選鋼絲繩。根據(jù)試驗確定初選鋼絲繩的抗拉能力和強度,查《起重機設(shè)計手冊》選擇的鋼絲繩參數(shù)為6股,直徑30mm,鋼絲的直徑1.4mm,鋼絲繩的總斷面積341.57mm2,
參考自重321.1kg/100m,鋼絲網(wǎng)被破壞所受拉力的重量總和529000n。
3.2.3牽引卷筒計算
卷筒直徑確定
卷筒的作用是用來纏繞鋼絲繩，通過卷筒轉(zhuǎn)動帶動鋼絲繩的運動，從而帶動小車的運動變幅。下面計算卷筒的直徑和長度。他的直徑和長度根據(jù)所選擇的鋼絲繩的尺寸參數(shù)進行計算選擇。
卷筒的直徑計算如下：
查《起重機設(shè)計手冊》得卷筒直徑的計算公式為：
D=e-1d
D------卷筒名義直徑
d------鋼絲繩直徑，d=30mm
e------筒繩直徑比,查《起重機設(shè)計手冊》表3-3-2得e=18
則：
D=e-1d=18-130=510mm
卷筒的直徑為510mm。
3.2.4卷筒其他部件尺寸
(1)繞繩長度計算：
查《起重機設(shè)計手冊》得多層的繞光面卷筒的繞繩部分長度計算公式如下：
L0=?Zd
上式中：
φ------鋼絲繩排列的不均勻系數(shù)，取值為1.12
z------直接在電線卷筒面上將線進行緊密纏繞的大型鋼絲網(wǎng)纜繩圈圈參數(shù)
d------鋼絲繩的直徑
設(shè)卷筒內(nèi)部纏繞鋼絲繩后的每一層的繞繩量和直徑分別記作D1、D2、D3,總共整個卷筒纏繞了鋼絲繩的n層,每一層都纏繞了Z圈,則整個鋼絲繩后卷筒的直徑和繞繩量計算公式為:
：
L=Zπ(D1+D2+D3+??+Dn)
已知：D1=D+d、D2=D+3d、D3=D+5d
Dn=D+(2n-1)d
代入：L=Zπ(D1+D2+D3+??+Dn)=Zπn(D+nd)
故而：Z=Lπn(D+nd)
在實際的卷筒纏繞中,鋼絲繩的纏繞幅度和層數(shù)都不宜太大,否則鋼絲繩在變幅纏繞過程中速度的變化會太快,一般都需要取3~6層,在本次的設(shè)計中一般都取4層。根據(jù)鋼絲繩變幅的纏繞幅度以及整個卷筒變幅纏繞機構(gòu)的實際工作速度要求,取整個變幅卷筒的繞繩量為L=150m,則每一條鋼絲繩在整個變幅卷筒上纏繞的圈數(shù)計算公式為:
Z=Lπ?n(D+nd)=1503.14×4×(0.51+4×0.030)=19圈
則多層纏繞卷筒繞繩部分的長度為：
L0=?Zd=1.12×19×30=638.4mm
取為L0=640mm。
(2)卷筒壁厚計算：
卷筒的壁有多厚這里根據(jù)自己的操作經(jīng)驗利用公式對卷筒厚度要求進行了初步計算和二次選擇,然后對整個卷筒厚度進行了對強度的二次校核,符合要求后就能即可直接進行投入使用。查《起重機設(shè)計手冊》得。
對于鑄鐵卷筒：δ=0.02D+(6~10)mm
鑄鋼或焊接卷筒：δ≈dmm
式中: δ ------卷筒壁厚，mm
D—卷筒直徑，mm；
d—鋼絲繩直徑，mm。
由于目前鑄造工藝的要求壁厚不宜過小
對于鑄鐵卷筒δ>12mm
鑄鋼卷筒δ>15mm
焊接卷筒δ>7~8mm
本次設(shè)計卷筒選用鑄鋼ZG340-640，故其厚度δ≈30mm,為了安全起見這里δ取40mm。
(3)卷筒壁厚強度驗算：
為了保證卷筒在工作中不產(chǎn)生任何變形以及發(fā)生事故,我們的校核就需要對卷筒進行直徑和壓應(yīng)力的校核。根據(jù)前面我們計算的滾筒的直徑和尺寸,由于直徑L≤3d,這時候的彎曲應(yīng)力和滾筒的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力就可能會比較小,所以壓應(yīng)力在校核的計算中就完全可以忽略不計,為了更準(zhǔn)確地計算一個卷筒在圓環(huán)截面上的直徑和壓應(yīng)力,在壁厚寬度為的一個卷筒上首先選取直徑寬度為繩槽節(jié)距長度為t的一個圓環(huán),并將其在滾筒上切開,。由于遠遠的直徑小于D,可以準(zhǔn)確地認(rèn)為這個圓環(huán)所在截面上的直徑和壓應(yīng)力可以定義為:
σc?δ?t=Smax則卷筒壁厚上的壓應(yīng)力為：
σc=Smaxδ?t=9660040×30=80.5MPa
式中:t —繩槽節(jié)距，對于光面卷筒t=d=30mm
[σc]-卷筒材料的許用應(yīng)力（Mpa）。
對鋼σc=σs2(σs為屈服極限)；
對鑄鐵[σc]=σb5(σb為材料抗壓強度極限）。
此處材料ZG340-640，其
[σc]=σs2=3402=170Mpa
則σc<[σc]
在卷筒被多層鋼絲繩纏繞的這個時候,卷筒被多層纏繞之后,所需要承受的鋼絲繩壓力并不會隨著纏繞卷筒層數(shù)的增加而成倍的大大增加,考慮到上層的鋼絲繩對下層的鋼絲繩來說會逐漸的壓緊,從而這些壓力會導(dǎo)致使下層的鋼絲繩在徑向和方向上會產(chǎn)生一定的彈性和變形,使得壁筒上所需要承受的鋼絲繩壓力減小一點,所以綜合考慮這一因素,將其使用的應(yīng)力系數(shù)增加以后,則多層纏繞卷筒壓力計算公式如下：
δC=ASmaxδ?t=29660040×30=161MPa<[δc]=170Mpa
A------查《起重機設(shè)計手冊》得出系數(shù)A取A=2.0。
故經(jīng)計算所設(shè)計卷筒滿足強度要求。
3.3減速器的選型
減速機市場是一個比較成熟的市場，可以通過計算選擇標(biāo)準(zhǔn)的減速機，即能夠滿足使用的要求，也能夠提高互換性，降低使用的成本。在減速機構(gòu)的選擇中，一般都是根據(jù)傳遞的功率、轉(zhuǎn)速、工況級別以及所需要的傳動比等來選擇。根據(jù)本次設(shè)計所選擇的功率，減速機的功率需要滿足以下公式中的條件：
P≥K?Pn=1.5×2.2=3.3KW
式中：Pn ----在基準(zhǔn)接電持續(xù)率時的電動機額定功率（KW）。
K---減速器的選用系數(shù),根據(jù)減速器的型號和實際使用的場合情況確定,取功率系數(shù)K=1.5。
對于本次設(shè)計所研究的變幅機構(gòu)，其傳動比計算如下：
卷筒轉(zhuǎn)速為：58(0.51+2′302)π=33.6r/min
I=940/33.6=27.9
綜合考慮選擇減速機所需要的條件等，考慮其減速比、布置方式等選擇減速機型號為QJRMW-335-31.5-T型減速機。這種減速機的外殼為整體焊接的結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕、穩(wěn)定性高，能夠傳遞較大的扭矩。
3.4聯(lián)軸器的選型
聯(lián)軸器的基本結(jié)構(gòu)形式有很多種。在起重機變幅傳動機構(gòu)中,一般減速器采用的傳動形式
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