起重机械第八章-课件.pptx

1、第八章起升机构目 录/CONTENTS 1 起升机构的构造 2 起升机构的设计计算 3 特种起升机构第1节 起升机构的构造第一节 起升机构的构造起升机构的构造 负责重物升降的卷扬式起升机构类型繁多，但从基本动作原理来看，其构成是非常经典的(从辘轳开始)，主要包括驱动装置、传动系统、卷绕系统、取物装置、制动系统、安全和辅助装置等，其中大多数零部件目前都可以采用通用化和系列化的标准零部件。一、卷扬式起升机构1 卷扬式起升机构的组成第一节 起升机构的构造 驱动装置可以是电动机、内燃机、液压马达等形式；传动系统由联轴器、浮动轴、减速器(或变速器)等部件组成；卷绕系统包括钢丝绳、卷筒组、定滑轮和动滑轮组

2、成的滑轮组等部件；取物装置可分为吊钩、抓斗、电磁吸盘、挂梁、集装箱吊具等多种形式；制动系统为安装在不同位置上的各种类型的工作制动器和安全制动器等。另外，还应根据工作需要装设各种安全和辅助装置，如起升(下降)高度限位器、起重量限制(指示)器、起重力矩限制器、称量装置、速度限制器(包括编码器)、排绳装置等。第一节 起升机构的构造 起升机构的工作速度包括起升速度v 和下降速度vj，通常多采用起升速度来表征机构的速度能力(高速/中速/低速/微速)。起升速度的大小与起重机械的起重量、工作级别、起升高度以及使用要求等因素密切相关，一般情况下,最大起升速度vmax可按起升高度H 和机构加速度amax=11.

3、2m/s2 等由式(1-1)来确定,通常起升速度取v=1 100m/min,而下降速度vj=(1.0 1.5)v。2 起升机构的工作速度第一节 起升机构的构造 起升机构的类型及总体布置很大程度取决于工作参数与驱动装置、取物装置、主传动方式、卷筒布置方式等主要部件及其变化形式。3 起升机构的形式第一节 起升机构的构造 (1)主/副起升机构除起升速度、工作级别以外，起重量是影响起升机构组成形式的主要参数。为了提高吊运轻载货物(或作辅助性工作)时的起升速度和工作效率以及节能降耗等，当起重量大于10t 以上时,一般常设主/副(两个)起升机构(俗称主钩/副钩),如图8-2 所示，但两者一般不能同时工作(

4、要求同时工作时应特别注明)。图8-28-2主/副起升机构(有浮动轴)1主钩2副钩第一节 起升机构的构造 (2)双/多卷扬起升机构对于需要双卷扬相互配合共同完成搬运工作的某些特殊用途起重机，如铸造起重机、造船起重机和双绳抓斗起重机等,可装设两个独立的(构造相近或相同)并能同时动作的起升机构(注意此处有别于主/副钩)，如图8-3 所示。图8-38-3抓斗起重机双卷筒起升机构(无浮动轴)第一节 起升机构的构造 (3)驱动装置的变化起升机构按驱动力来源可分为人力驱动和动力驱动,动力驱动又可分为集中驱动与分别驱动;按驱动装置类型还可分为电力、液压和内燃等起升机构,具体内容见第4 章。本章主要介绍常用的电

5、力起升机构和液压起升机构。第一节 起升机构的构造 (4)取物装置的变化起升机构按其所配备取物装置的不同可分为吊钩式、抓斗式(图8-3)、电磁吸盘式(图8-4)、两用及多用式(吊钩、抓斗、电磁吸盘等)、吊梁式、夹钳式、集装箱吊具等类型。图8-48-4带电缆卷筒的起升机构1减速器2卷筒3电动机4电缆卷筒第一节 起升机构的构造 (5)主传动及卷筒布置方式的变化起升机构按主传动方式(驱动装置和卷筒轴线间关系)的特点可分为平行轴线式(图8-1)、垂直(相交)轴线式(图8-5)和同轴线式(图8-6)，其中按卷筒布置形式特点还可分为单卷筒单轴式、双卷筒单轴式(图8-7a)和双卷筒双轴式(图8-7b)。图8-

6、68-6同轴线布置 图8-58-5垂直轴线布置第一节 起升机构的构造 综上所述，各种类型电力(或液压)卷扬式起升机构的组成和布置形式，对其影响较大的部分主要表现为：1)电动机(或液压马达)到减速器高速轴之间的传动连接。2)主传动系，主要是减速器等。3)减速器低速轴到卷筒之间的传动连接。4)特殊构造的卷绕系统等。第一节 起升机构的构造 起升机构从电动机(或液压马达)到减速器高速轴之间的传动连接主要承担为升降运动提供各种动力，包括高转速满负荷动力转矩、足够的制动力矩和可靠的制动功能、频繁正反转和起制动等，因此适应此区域传动连接设计的基本要求包括:一、电动机(或液压马达)到减速器高速轴之间的传动连接

7、1 起升机构高速轴传动连接基本要求第一节 起升机构的构造 1)转速高，传递满负荷转矩,频繁起制动并时有冲击。2)要具有一定的补偿性能，传动平稳，连接安全可靠。3)结构紧凑，系统转动惯量小，考虑良好的装拆维修工艺性等。第一节 起升机构的构造 (1)起升电动机常用起升电动机类型选择的相关内容见第4 章。(2)液压马达液压卷扬式起升机构可采用高速液压马达和低速大转矩液压马达的形式。2 起升驱动装置第一节 起升机构的构造 联轴器主要用来连接两根同轴线布置的转轴并传递转矩。为了轴系连接安装方便，并考虑支承平台(车架)受载变形的不利影响，起重机械一般多用具有调位补偿性能的柔性联轴器来补偿少许连接偏差。常用

8、的联轴器形式有齿式联轴器、梅花弹性联轴器、弹性套柱销联轴器、万向联轴器等。3 联轴器与浮动轴第一节 起升机构的构造 (1)CL 型全(双)齿联轴器全齿联轴器的左右两侧半体都由内齿圈法兰壳和带外齿的半联轴器(轴套)等零件组成(内外齿数相同)。(2)CLZ 半齿联轴器半齿联轴器由一个全齿联轴器半体(内、外齿啮合)和一个法兰式刚性轴套半体零件组成，通过成对布置与浮动轴一起使用并且齿连接端应与浮动轴柱形轴端连接，方能起到增大连接补偿作用的效果，如图8-13 所示。图8-138-13成对布置的半齿联轴器和浮动轴第一节 起升机构的构造 (3)梅花弹性联轴器ML 梅花弹性联轴器由两个带有若干凸爪的半联轴体和

9、置于其间的梅花形弹性元件等组成，弹性件一般为聚氨酯或铸形尼龙，如图8-14 所示,其轴线角偏差为1 2，径向位移偏差为0.5 1.8mm，轴向位移偏差为1.2 5.0mm。图8-148-14梅花弹性联轴器第一节 起升机构的构造 (4)浮动轴(或补偿轴)对于结构受载变形较大的场合(如桥式起重机等)以及制造安装误差较大的场合，设计起升机构的高速轴系时，在电动机和减速器之间常设置一根无外支座支承的中间传动轴，其两侧柱形轴端与一对(半齿或梅花等)联轴器相连并能沿轴向微窜动，故称此轴为浮动轴或补偿轴(图8-2、图8-13)，此时，电动机轴和减速器轴都应带有轴端固定装置。第一节 起升机构的构造 (5)万向

10、联轴器(十字轴式)万向联轴器是采用十字轴双向叉头构造来连接两轴端并传递运动和转矩的传动部件，如图8-15 所示。它可以代替浮动轴的功能,并具有传动精度高、工作可靠、寿命长、角度补偿能力大(可达12)、安装维护及润滑简便、价格高等特点，常用于起重机大车和小车运行机构的低速传动。图8-158-15十字轴式万向联轴器第一节 起升机构的构造 (6)其他联轴器TL 型弹性套柱销联轴器由两个凸缘联轴器半体和若干带橡胶或皮革套的弹性柱销组成(无联接螺栓)，如图8-16a 所示，通过柱销组受剪及预紧产生摩擦来传递转矩，工作温度为-20 50C,其结构简单(可带制动轮)、缓冲减振、承载能力和补偿能力较小(轴线角

11、偏差为130,径向偏0.20.6mm，轴向补偿通过调整垫实现)，寿命很低(弹性件极易损坏)，适用于高速、中小载荷及冲击振动不大的场合(小型起升和运行机构等)。图8-168-16a)TL 型弹性套柱销联轴器第一节 起升机构的构造 (1)起升制动系统的设计要素起升制动系统在机构中身兼传动部件和安全装置两项职能，从而成为不可或缺的重要组成部分，其主要功能包括减速及停车制动、支持制动、落重调(限)速制动、紧急安全制动等。(2)制动系中的制动轮(盘)制动系中的制动轮(盘)既可与联轴器形成一体，也可单独安装在传动轴上。4 起升制动系统第一节 起升机构的构造 (3)单工作制动器系统 1)普通起升机构。对于中

12、等以下起重量和工作级别的普通起升机构,制动系统常采用单工作制动器(图8-2 中的副钩、图8-3),其安装位置既可在高速轴上(较普遍,鼓式或盘式),也可在低速轴上(特定场合,带式或盘式),具体位置的选择主要由减小制动载荷和(或)提高可靠性等因素来决定。第一节 起升机构的构造 2)电动葫芦。电动葫芦等某些机型为了简化机构、紧凑布置、集成美观、安装方便等,采用将制动器(锥盘式或全盘式)放在电动机尾部制成组合部件的方案,如图8-19 所示,此时除应做好维修设计外,还应注意制动功热量对电动机发热过程和寿命产生的不利影响。图8-198-19钢丝绳电动葫芦 a)CD 型b)多盘式制动器1定子2转子3弹簧4锥

13、形制动器5减速器6卷筒第一节 起升机构的构造 3)液压起升机构。中小型轮胎式起重机通常使用高速液压马达经减速器带动卷筒运动,液压马达与制动器(逻辑上)的协同工作通过液压系统来保证实现,如图8-20 所示。图8-208-20液压起升机构1操纵台2控制盘3电动机(液压马达)4电磁离合器5高速制动器6减速器7低速制动器第一节 起升机构的构造 (4)双(多)工作制动器系统对于吊运熔融金属等危险物品,或大起重量、重级以上工作级别以及其他特定要求(如机构能搭载维修人员升降)等的场合,起升机构的高速轴上常要求装设两个工作制动器。第一节 起升机构的构造 (5)紧急安全制动系统对于安全性要求特别高(如吊运熔融金

14、属等危险品)的起升机构，除应按规定装设工作制动器外，还应在低速轴系尽可能的末端(如卷筒上)装设机械式紧急安全制动装置起安全制动作用，以防止卷筒轴之前传动系一旦损坏而出现的特殊事故。紧急安全制动器常为综合型的盘式或带式制动器，安装位置如图8-22 所示,并应在机构失效或传动装置损坏导致物品超速下降达到1.5 倍额定速度前自动起作用，此时机构中相关部位应能承受这个最大制动载荷的作用而不破坏。图8-228-22紧急安全盘式制动器1制动盘2制动器第一节 起升机构的构造 起升主传动部分由减速器及可能的开式传动等组成,其基本要求包括:1)符合起重机械工作特点,即单向载荷作用,起动、制动有惯性冲击。2)低速

15、轴能承受较大的转矩和径向力。三、起升主传动系(中间连接环节)1 起升主传动部分的基本要求第一节 起升机构的构造 3)传动精度和效率高，补偿性和分组性好，结构紧凑,便于布置。4)标准系列化和良好的润滑及安装形式，足够的中心距尺寸，中心高度小，质量小。起升机构可以选用符合上述要求的各种类型专用减速器，并对整个机构的布置形式产生重要影响，其布置形式一般有平行轴线式、垂直(相交)轴线式和同轴线式。第一节 起升机构的构造 当起升主传动采用标准的闭式两/三级渐开线圆柱(圆弧)齿轮减速器时,或再辅以圆柱齿开式传动，可以使机构形成平面展开的平行轴线式(或并列)布置，具有简单易行、布置匀称、分组性和标准化好、安

16、装维护方便、应用广泛等特点。但整体布置不够紧凑。2 平行轴线式布置第一节 起升机构的构造 (1)ZQ(JZQ)或ZQH 型减速器国内起重行业曾长期采用ZQ(JZQ)或ZQH(圆弧圆柱齿)型标准系列专用减速器。(2)QJ 型减速器在20 世纪80 年代末,国内起重减速器行业参照德国DIN 标准,形成了新一代升级换代产品QJ 三支点型标准系列专用减速器。(3)带开式齿轮传动及多级传动当起升机构遇到慢速(包括很大速比的微速)、大起重量(起升速度相对较低)、卷筒与电动机同侧平行布置干涉等特殊问题时，若现有标准闭式减速器不能满足要求，可使用附加开式齿轮传动的形式来增大传动比或中心距(参见图8-38)，但

17、应关注开式传动带来的齿轮润滑与磨损等问题。另外，此时也可采用多个减速器串级传动的形式。第一节 起升机构的构造 在要求紧凑或为了尽量减少噪声、提高传动平稳性等场合,起升机构有时也采用蜗杆蜗轮(或锥齿轮)减速器,从而构成垂直相交轴线式布置形式,如图8-26 和图8-27 所示。3 相交轴线式布置 图8-268-26相交轴线式布置的卷扬机1蜗杆蜗轮减速器2开式齿轮 图8-278-27相交轴线式布置的自动扶梯机构1带制动器的电动机2蜗杆蜗轮减速器3链传动第一节 起升机构的构造起升主传动部分如采用行星齿轮减速器,如普通3K 行星传动、摆线针轮行星传动、渐开线少齿差行星传动等,就能构成同轴线式布置形式。4

18、 同轴线式布置第一节 起升机构的构造 起升减速器与卷筒间传动连接的基本要求包括：1)低转速，大载荷(转矩和径向载荷)，连接简便，传动平稳。2)支承(受力)合理，安全可靠，并适应不同机型的特点和要求，尤其应重点关注轴向载荷、径向载荷及其作用方向对连接和支承的影响。3)调位补偿性和分组性好，结构紧凑，便于布置和安装。起升减速器低速轴与卷筒之间的传动连接，按卷筒布置形式的特点可分为单卷筒单轴式、双卷筒单轴式和双卷筒双轴式。四、起升机构从减速器低速轴到卷筒之间的传动连接1 起升机构低速轴系传动连接基本要求第一节 起升机构的构造 起升机构低速部分采用单个卷筒(单联或双联)装在单一轴上(或多卷筒各自分别装

19、在单一轴上并保持同步运动)的布置形式，称为单卷筒单轴式。此方案结构简单，便于布置，适应性强，是最基本和最常见的卷筒布置形式，应用较为广泛。2 单卷筒单轴式第一节 起升机构的构造 在流动式起重机上，为满足提高生产率，扩大使用范围，以及进行辅助工作等要求，常采用一台主动机集中驱动控制两个同轴卷筒(双卷筒单式)，如大中型轮胎式起重机装有主、副吊臂时的主/副起升机构(副钩可更快速地吊运轻载货物)，或要求具有吊钩、双绳抓斗互换功能(两用),或履带式起重机利用副起升机构进行塔架的升降或安装工作等。与两个独立驱动的单卷筒单轴式起升机构相比，双卷筒单轴式少了一套驱动装置和传动系统等，其构造更为紧凑,便于整个机

20、构布置；但轴向尺寸较长且每个卷筒的长度和承载能力受限，影响其容绳量和工作能力。3 双卷筒单(同)轴式第一节 起升机构的构造 双卷筒双轴式的起升机构是采用集中驱动的形式，使配置于同一台减速器上的两个卷筒(轴线平行或并列)能实现相应的运动，可弥补单轴式方案的缺陷，相应增大卷筒长度、数量及容绳量，但应注意卷绕系统的偏角问题，已避免钢丝绳脱槽或绕乱。4 双卷筒双轴式第一节 起升机构的构造 当起升机构采用双卷筒的卷扬方案时，还可采用同一套驱动装置同时驱动双卷筒的方案，如图8-51a 所示，其构造简单，卷筒的容绳量可增加一倍，以适应较大起升高度或较大起升倍率的需要，但机构整体外形尺寸较大。另外，有时还能见

21、到将定滑轮组与卷筒同轴的布置形式，如图8-51b 所示。5 双卷筒的其他形式 图8-518-51特殊的双卷筒卷绕系统a)双减速器双卷筒b)定滑轮与卷筒同轴的布置第一节 起升机构的构造 卷绕系统也可以看做是传动系统的一部分，起着转换运动形式(从回转运动到直线运动)和传递能量的作用。各种卷绕形式(特别是钢丝绳从上方绕入卷筒时)都应该考虑防止或避免绳张力较小时绕上卷筒的钢丝绳出现松弛状态，否则就可能出现钢丝绳从绳槽中滑出的脱槽现象，并影响随后钢丝绳的正确有序排列，必要时可用排绳装置或其他措施解决防松绳问题。四、特殊构造的卷绕系统1 概述第一节 起升机构的构造 大中型塔式起重机的起升机构常用可变倍率(

22、2 变4、2 变6、4 变8 等)的吊钩滑轮组，从而能在起重力矩和起升功率一定的条件下，进行两种起重量和起升速度间的转换，以提高整机的生产率和适用性。常见的可变倍率转换方式有单小车式和双小车式两类。2 可变倍率的滑轮组第一节 起升机构的构造 (1)单小车可变起升滑轮组倍率的转换方式单小车可变倍率起升滑轮组的基本构造一般由下部吊钩组(双滑轮或单滑轮)、倍率转换滑轮(活动滑轮)、倍率转换锁紧装置等组成,通过活动滑轮职能的转换来实现滑轮组倍率的变化。第一节 起升机构的构造 (2)双小车可变起升滑轮组倍率的转换方式(图8-55)双小车塔式起重机的主小车通常位于前方,并配用2 倍率(单/双滑轮)吊钩组工

23、作,副小车则停置于臂架根部备用,也配用2 倍率动滑轮组及连接夹板。图8-558-55双小车起升倍率转换方式(2 变4)第一节 起升机构的构造 工作性变幅的中小型臂架类起重机常采用绳索补偿法来实现变幅过程吊重(近似)水平移动。当变幅卷筒收绳(臂架仰起)时，变幅补偿系统相应放绳(A-A 轴线向内移动放绳或补偿卷筒反向放绳)，以实现吊重保持水平。3 带有变幅补偿装置的起升卷绕系统第一节 起升机构的构造 大跨度门式装卸桥、缆索式起重机、岸边集装箱装卸桥、水平臂架塔式起重机等，为降低金属结构所承受的移动载荷，常采用牵引小车式方案，其驱动系统的大部分都放置于另设的机器房内以减轻整机自重。4 采用牵引小车式

24、的起升卷绕系统第一节 起升机构的构造 (1)绳端固定于卷筒中部的双联双层卷绕系统(图8-58)对于一般的双联双层卷绕系统,可将钢丝绳端头固定于卷筒中部并向两侧沿绳槽缠绕第一层,当钢绳绕满卷筒碰到挡板侧壁时,在绳张力水平分力的指向作用下,并配合卷筒挡板处的平滑过渡构造,使得钢丝绳开始向卷筒中部反向缠绕第二层。5 双/多层卷绕系统 图8-588-58普通双层卷绕系统第一节 起升机构的构造 (2)绳端固定于卷筒端部的同向四联(双-双联)双层卷绕系统本方案可采用两组双图8-59a 所示。每个双联滑轮组的两个绳头用压板分别固定在卷筒两侧，则从卷筒上共有四个分支引出。图8-598-59同向四联(双-双联)

25、双层卷绕系统方案第一节 起升机构的构造 (3)采用附属排(导)绳装置的多层卷绕系统对于采用多层卷绕的场合，为使钢丝绳在卷筒上有序、整齐地排列,通常需采取以下措施：卷筒开螺旋绳槽，以保证第一层钢丝绳有序排列;采用一般或特殊排(导)绳装置；采用压绳器,如图8-60 所示，压辊为圆柱形或圆锥形(包括两侧对称的圆锥形)，并可装设乱绕报警装置。图8-608-60压绳器第一节 起升机构的构造 当桥架类起重机起升高度超过20m(臂架类为40m)时，其卷绕系统设计一般需采取适当的方案综合考虑各因素以解决容绳量较大的问题。1)加大卷筒直径、长度或数量。增加卷筒直径或数量会带来机构尺寸增大、布置困难等问题，增加卷

26、筒长度可能导致绳偏角增大，以致出现绳脱槽、磨损增加、绳槽破坏等现象。2)减小滑轮组倍率。对机构外形尺寸受限的场合更为有利,但同时导致出现卷筒承载力增大、系统速比增加等局限性。6 大起升高度的卷绕系统第一节 起升机构的构造大倍率或多吊点防失效卷绕系统详见本章第8 3 节的具体内容。7 大倍率或多吊点防失效卷绕系统 吊运大型物品时，常进行可变尺寸吊具设计以适应不同物品的搬运需要。另外，有时也采用可变位置定滑轮的方案来适应吊装点尺寸的变化。8 可变吊装点尺寸的卷绕系统第一节 起升机构的构造 (1)定滑轮小车移动方案某些大型造船门式起重机，应根据吊装不同尺寸船体分段的需要而随时改变吊点间的水平距离，此

27、时可采用定滑轮小车水平移动变吊点方案，如图8-61 所示。两个定滑轮小车由螺杆驱动机构驱动作相对(或相反)移动，从而使吊点间的水平距离缩小(或增大)，同时将导致吊点高度发生变化，应注意在卷绕系统设计中对此进行补偿。图8-618-61定滑轮小车移动方案第一节 起升机构的构造 梁小车吊运预制箱梁至目的点时,在落梁就位过程中还需进行横向(垂直轨道方向)位置的微调,故应在提梁小车支承架与定滑轮箱梁之间设置横向微调机构,如图8-62 所示。图8-628-62定滑轮箱梁微动方案第一节 起升机构的构造 在某些特定场合,通过顶升装置(如液压缸、机械螺纹等)和机械增程(传动)装置形成的组合体可实现往复运动的直线

28、(垂直/倾斜)顶升动作，通常把此类组合体归为顶升式起升(或变幅)机构，也可称为顶升机构。顶升式起升机构多采用液压驱动形式，液压缸作直线往复运动实现直接顶升。另外，通过使用机械增程(传动)装置如增速滑轮组、剪叉构造等可扩大行程。五、顶升式起升机构简介1 概述第一节 起升机构的构造 (1)液压顶升式电梯液压顶升式电梯(图8-63)是利用直立液压缸直接顶升轿厢的特殊梯种，不计摩擦阻力时,液压缸的行程和推力与轿厢起升高度和质量相等，运行极为平稳,无噪声和冲击，平层精度高，利用液压油路系统还可实现多重手段的安全防护(如系统保护安全阀、防液压油回流单向阀以及防失速装置等)，可靠性高,运行成本低,具有独特的

29、优越性和适用性。2 顶升机构典型构造 图8-638-63液压顶升式电梯第一节 起升机构的构造 (2)液压升降平台液压缸和剪叉构造组成的液压升降平台如图8-64 所示，主要用于室内设备安装、房屋和电器检修、库内搬运等作业，起重量最大可达十余吨，起升高度可达10m 以上。图8-648-64剪叉顶升机构第一节 起升机构的构造 (3)液压缸驱动的顶升式起升机构流动式臂架类起重机(如汽车起重机、履带起重机、正面吊等)常采用起升液压缸(伸缩)配合增速滑轮组构成吊钩(或集装箱吊具等)顶升式起升机构,如图8-65 所示。图8-658-65液压缸驱动的顶升式起升机构a)伸缩液压缸驱动b)液压缸驱动的顶升式起升机

30、构工作原理第一节 起升机构的构造 (4)叉车液压缸顶升机构叉车一般采用起升液压缸顶升机构,如图8-66 所示，增速滑轮(链轮)组倍率常为2。当起升液压缸柱塞头部与内门架的上横梁直接相连时称为直接起升，其缺点是当货叉距地面一定高度行走时，内门架上横梁随之升高，从而导致不易通过门道。为弥补直接顶升的缺陷，使起升液压缸柱塞头部与内门架上横梁不直接相连而间隔一段自由行程s，此种结构称为部分自由起升(h=2s)。图8-668-66叉车液压起升机构a)直接起升b)部分自由起升c)全自由起升(多级液压缸)d)全自由起升(单液压缸)第2节 起升机构的设计计算第二节起升机构的设计计算起升机构的设计计算 起升机构

31、设计应首先进行总体方案规划,包括按用户要求确定设计参数、使用场合以及特殊要求等前提条件，根据机型特点进行机构方案规划与比较，确定机构载荷特点，计算工况，计算载荷及组合等设计基础内容，在综合考虑用户意见、经济性、制造工艺及可能性、标准化以及初步规划计算结果等因素的基础上，确定机构总体设计方案。一、起升机构总体方案规划第二节起升机构的设计计算 常见的起升机构设计参数是：额定起重量mRC(或PQ)、起升速度vn、起升高度H(下降深度h)、工作级别M(载荷状态T 和使用等级L)以及JC 值,有时还需参考基距、轨距、轮压、生产率、整机工作级别等参数。1 起升机构的设计参数第二节起升机构的设计计算 使用场

32、合主要反映了起重机械的具体工作条件,一般可包括：1)搬运对象的种类及状态。即货物性质(件货、散料、液体、人员等)、尺度(或粒度)及均质性、温度、危险性(易损性、爆炸性、腐蚀性、放射性等)。2)工作地点。即室内/室外、流动性等。2 使用场合及特殊要求第二节起升机构的设计计算 3)动力源。电源(交流/直流、低压/高压)及供电方式、内燃动力等。4)工作环境。环境温度、湿度、危险性(易燃、易爆、腐蚀性、放射性等)、高空双(多)层作业、水下作业、特殊气候等。5)使用工艺。即通用/专用、一般作业、装卸作业、特殊吊运作业(人员、大件、抬吊、高生产率、双箱等)、安装作业、冶金工艺作业、淬火热处理作业、核工艺作

33、业等。第二节起升机构的设计计算 设计人员应在充分掌握机构设计相关参数、使用场合及特殊要求的基础上，通过对机构进行方案构思与规划、各种规划初步计算、综合比较与优化等过程，最终确定机构总体设计方案，以保证所设计的起升机构能完美实现其工作性能要求。方案规划与机构及零部件尺寸设计间的关系，更多地体现为一个自然融合、关系紧密的循环迭代过程，即边规划、边计算、边设计、边修正的循环，其过程难以截然分开。3 起升机构方案规划及设计要点第二节起升机构的设计计算 起升机构方案规划及设计应重点关注：1)合理选择机构形式、驱动形式以及传动布置方案。贯彻执行相关安全法规和标准，重视本质安全化、人性化以及节能降耗减排等可

34、持续性设计理念，满足与系统相关的安全性要求和特殊要求。第二节起升机构的设计计算 2)确定合适的滑轮组形式及倍率。滑轮组的形式和倍率对机构构造有着非常敏感的重大影响，其影响范围涉及设计参数中的起重量、起升高度、轨距和基距，钢丝绳的张力、直径、绕绳量与寿命，卷筒的形式、直径、长度、缠绕层数和转速，机构的速比、布置形式、搬运效率及紧凑性,以及卷绕系统防过大偏角、防绳脱槽、防吊运摇摆、空钩重力下降等方面。第二节起升机构的设计计算 3)确定合适的减速器与卷筒间的传动连接方案。4)设计合理且可靠的起升制动系统及安全防护系统。5)充分考虑制造安装工艺性和稳定性，构造紧凑前提下的维修方便性，以及易损零部件的可

35、更换性(尽量不拆卸相邻部件)，重视零部件耐磨性和系统润滑设计。6)满足工作可靠、结构简单、自重轻、经济性好(如低净空形式)等综合性价比指标。第二节起升机构的设计计算 起升机构的计算载荷与其工作时的载荷作用情况及特点密切相关，一般具有以下特点：1)悬挂在吊具上的货物在升降过程中体现为位能性载荷，即吊重载荷(力矩)的单方向作用性。位能性载荷下放时对驱动系统和制动系统有特殊要求。2)同一工作循环中机构的起动、制动时间与稳定运行时间相比是很短暂的。3)机构运动时的转动惯量主要集中在高速轴系回转部件上，起升质量和卷筒等低速轴系的转动惯量只占很小的部分。4 起升机构的载荷特点和载荷组合第二节起升机构的设计

36、计算二、起升机构设计计算及步骤1 卷绕系统的设计第二节起升机构的设计计算2 驱动装置的功率及选型第二节起升机构的设计计算 (3)双绳抓斗升降机构和开闭机构的功率设计规范规定：如设计的钢丝绳卷绕系统能使闭合绳和支持(起升)绳的载荷接近平均分配，则开闭机构和升降机构电动机功率各取为总计算功率的66%。考虑到起重机械电气控制技术的最新发展，当采用直流调速或交流变频调速时，通过进行特殊设计能实时监控并保证抓斗闭合终止离地起升时闭合绳和支持绳载荷准确相等(两绳载荷准确、协调且共同承担)，则各机构电动机功率可取为总功率的55%(此状态下的经验值已经被实践证明是可行和成熟的)。第二节起升机构的设计计算 (4

37、)铸造用起升机构的功率铸造起重机是炼钢线上的关键设备，工作频繁，安全可靠性要求极高，如有一台电动机或电控装置出现故障，这时往往要求用另一台电动机也要能完成一个工作循环或进行短时工作。因此，铸造起重机通常采用有刚性联系的两套驱动装置双电动机驱动。第二节起升机构的设计计算 (5)速度慢且起升高度大的起升机构的功率水电站用桥(门)式起重机以及特殊用途的慢速起重机等，平常虽然很少使用，但一旦使用时，起升机构电动机在完成一个工作循环周期中，其平均运转时间往往超过10min，此时的电动机功率应按短时工作方式S2 进行选择。第二节起升机构的设计计算3 减速装置的设计 (1)传动比起升机构减速装置(减速器及传

38、动系统)的传动比i 的计算公式为第二节起升机构的设计计算 (2)专用减速器的选用在一般情况下，减速器的设计预期寿命应与该起升机构工作级别所对应的使用等级一致，对于工作特别繁重且允许在使用期限内更换减速器的场合，其值可小于该机构所对应的工作寿命。起升机构设计中通常应根据起升静功率Pj、输入转速nd、传动比i(或ij)、工作级别及JC 值等来选择专用标准减速器的具体型号(或设计减速配形式等还应结合机构的具体布置情况予以综合考虑，如减速器中心距应大于卷筒和电动机的半径之和等。第二节起升机构的设计计算 (3)减速器的校核验算按起升静功率初选(专用/通用)标准减速器后,还应按机构工作最大载荷来校核验算减

39、速器输出轴的强度(最大径向力和最大转矩),有时还需校核验算减速器输入轴的强度。(4)其他减速器校核验算通过后，应综合考虑规格型号、中心距、轴端形式、装配形式等进行标注，同时还应对起升速度、起升静功率等进行复核验算，一般情况下，实际起升速度vn与标称起升速度vn 之间相差不要太大(不超过10%15%),否则会导致设计误差过大。第二节起升机构的设计计算4 静力矩的计算第二节起升机构的设计计算5 制动系统的设计 (1)制动轮(盘)直径的确定制动器也是传动系统中的一个部件,制动轮(盘)直径等参数应与机构高速轴系的最小中心高(电动机中心高)或其他轴系制动中心高等相匹配，否则制动器可能会出现安装困难或不匹

40、配现象。另外，制动轮(盘)直径还与制动发热或累计制动发热等计算有关，在制动频次较多的场合应考虑此因素的影响。第二节起升机构的设计计算 (2)支持制动起升机构每一套独立的驱动装置至少要装设一个支持制动器。吊运液态金属及其他危险物品的起升机构，每一套独立的驱动装置应至少装设两个支持制动器；支持制动器应是常闭自动式的，制动轮(盘)应装在与传动机构刚性连接的轴上。制动器的制动力矩应能保证在规定的制动时间内将机构制动住，其制动距离应满足起重机械使用要求；若采用高速双制动方案时，两个工作制动器宜按一定的时间间隔先后有序地动作；若机构采用支持制动器与控制制动(电气调速或电力制动)并用的制动方案时，不考虑控制

41、制动对制动力矩的减少作用，即支持制动器的最低制动安全系Kzh仍应满足设计规范的要求。第二节起升机构的设计计算 (3)减速制动减速制动是用来将正在运动的空中物品减速到停车或到一个较低的速度，既可以由机械式支持制动器来实现，也可以由电气制动的方式来完成，电气制动仅用于减速制动而不能用于支持制动和安全制动。减速制动体现了系统机械能转换为热能的过程，故机械式减速制动器的制动力矩主要由制动性能来决定，如制动功和制动频次、制动时间和路程、制动减速度、制动温度等。第二节起升机构的设计计算 4)安全制动在安全性要求特别高的起升机构中，如吊运液态金属和易燃易爆的化学品及危险品的场合，为防止起升卷筒之前的传动系一

42、旦损坏而导致恶性安全事故，应在卷筒上装设综合式机械制动器起安全制动的作用。安全制动器应在机构失效或传动装置损坏导致物品超速下降，下降速度达到1.5 倍额定速度前自动起作用，其制动力矩应考虑安全系数、制动时间与距离、制动加速度与制动冲击效应等综合因素而定。为了减小安全制动器制动时对传动系统产生过大的冲击作用，安全制动器的上闸动作应滞后于工作制动器。安装后的安全制动器一般只做正常动作试验而尽量避免做满负荷试验。第二节起升机构的设计计算 (5)制动距离的要求制动距离属于制动安全性能指标，同样会影响制动力矩的确定。因此，设计规范规定：对于需要控制下降制动距离的起升机构，其下降制动距离(控制器转回零位后

43、，从制动器断电至物品停止时的下滑距离)一般可控制为不大于1min 内稳定起升距离的1/65。第二节起升机构的设计计算6 联轴器的选型计算 根据工作条件确定所选用联轴器的形式，然后按其所传递的转矩、连接轴尺寸和转速及选择系数等确定型号，并使其满足第二节起升机构的设计计算7 浮动轴的设计计算 浮动轴主要承受转矩载荷,一般采用45 钢,应对其进行强度、刚度和临界转速等计算。对于转速超过400r/min 的长传动轴,一般应验算其临界转速,并使轴的最大转速满足第二节起升机构的设计计算8 电动机的校核验算 (1)电动机的过载校验起升电动机初选后,为保证有足够大的起动力矩,电动机还应进行过载能力校验。(2)

44、电动机的发热验算桥架类起重机和门座起重机常用的YZR 绕线转子异步电动机,其发热验算可用等值损耗法,具体计算过程可参考第4.5 节内容。第二节起升机构的设计计算9 起(制)动过程计算 (1)起(制)动过程分析起升机构除要考虑稳定运动状态时的计算外，还应进行起(制)动的动态过程计算。众所周知,起重机械具有间歇性、变化性、频繁正逆、动载交替等工作特点，在每个工作循环中，机构总是处于开动与停止、起动与制动、正向与反向等交替进行的运动之中，一般可归纳为起动(加速)、稳定运动(等速)及制动(减速)三个阶段，尤其应关注在变速阶段中电动机和制动器的工作能力。第二节起升机构的设计计算 (2)起动时间与起动加速

45、度起升电动机起动(起升)时,传动轴上的力矩平衡方程式为第二节起升机构的设计计算 (3)制动时间与制动加速度起升机构制动按工况可分为上升制动和下降制动。下降制动的制动时间较长,危险性较大，故通常计算下降时的制动时间tzh(单位为s)和制动减速度azh(单位为m/s2)。第二节起升机构的设计计算10 其他零部件的设计计算 根据起升机构的载荷特点和计算工况,可将稳定运动时的额定载荷作为机构的基本计算载荷。此计算载荷若为PM 型时，其计算路径仍然是首端/末端、起动/制动工况，并取其中的较大值，必要时还要考虑载荷增大系数m的影响。第3节 特种起升机构第三节 特种起升机构 由第6 章中抓斗的相关内容可知,

46、单绳抓斗自身具有锁扣装置来实现开闭与升降功能的转换,马达抓斗和液压抓斗自身带有专门的开闭机构,这些抓斗的升降动作均可采用单卷筒-单驱动绞车的形式来实现。1概述特种起升机构一、抓斗起升机构第三节 特种起升机构 本方案由两套完全相同的普通起升机构组成(两台电动机分别独立驱动两个卷筒)，其中一套实现抓斗升降动作,另一套实现抓斗开闭动作，如图8-70 所示，两套机构利用电动机自动均衡作用与司机及时地同步操作共同完成双绳抓斗的装卸作业，具有通用、简单、可靠等特点，是双绳抓斗最常用的传动方案。2 独立驱动的双绳抓斗起升机构图8-708-70独立驱动的双电动机抓斗起升机构1升降机构2开闭机构第三节 特种起升

47、机构 若双绳抓斗从闭斗抓取物料的末期到开始起升抓斗时能实现同步转换，就能避免出现抓斗撒料(提前)或闭合绳过载(滞后)等不利状况，而单纯依靠司机的经验和熟练操作，则很难获得最理想的同步转换动作，最好能装设专门装置来实现此动作的自动同步转换。3 独立驱动-差动开关形式的双绳抓斗起升机构第三节 特种起升机构 独立驱动双绳抓斗的自动均衡作用对于满斗起升过程是非常有利的，但对于行程较长的开斗下降过程则会产生不利影响。4 独立驱动-同步装置的双绳抓斗起升机构5 独立驱动-行星减速器的双绳抓斗起升机构 此类双绳抓斗起升机构具有操纵方便、成本高、自重大等特点,用于生产率高的场合。第三节 特种起升机构 此类双绳

48、抓斗起升机构只用一台电动机来驱动两个卷筒，电动机与闭合卷筒间为刚性连接，而与起升卷筒间依靠可操纵的离合器或行星联轴器来连接，如图8-74 所示。本方案具有价格低、操纵复杂、性能差等特点,尤其不能进行升降与开闭的复合动作,应用很少。6 双卷筒-单电动机的双绳抓斗起升机构图8-748-74双卷筒-单电动机的双绳抓斗起升机构 1起升卷筒2闭合卷筒3离合器(或行星联轴器)4离合制动器5开式传动 6打滑联轴器7高速轴制动器8壳制动器第三节 特种起升机构独立驱动双绳抓斗起升机构功率与张力的分配是影响因素较多的复杂过程,设计中应根据实际情况具体确定,也可参考表8-16 进行分配。7 关于独立驱动双绳抓斗起升

49、机构的功率与张力第三节 特种起升机构 铸造起重机是钢铁冶炼工艺中的主要设备之一，主要承担炉前向转炉兑铁液、炉后接受钢液、转运等工艺任务。铸造起重机主要具有以下工作特点(与通用相比)：1)满载率高，使用频繁，工作级别高。对于在炼钢主生产线上的铸造起重机起升机构，其载荷状态级别一般为Q3或Q4，使用等级为T6 或T7。1铸造起重机的工作特点二、铸造用起升机构第三节 特种起升机构 2)工作环境恶劣。粉尘多,环境温度高,一般可达60C。3)安全要求高。搬运对象物主要为熔融金属，一旦出现故障或事故会造成很大经济损失和严重后果。4)动作复杂度高。铸造起重机主钩起吊的对象物为盛有熔融金属的容器(如盛钢桶等)

50、，并且要完成钢液或铁液等熔融金属的倾倒动作，其过程还需要副钩配合主钩进行翻包动作。第三节 特种起升机构 (1)工作制动器的要求对于一套驱动装置的主起升机构,在传动链的驱动轴上应装设两套独立工作的制动器，每套制动器制动住全部载荷的安全系数不得低于1.25；对于两套彼此有刚性联系的驱动装置，每套驱动装置应装设两套独立工作的制动器,每套制动器制动住全部载荷的安全系数不得低于1.10；对于采用行星差动减速器的传动，每套驱动装置也应装设两套独立工作的制动器，每套制动器制动住单侧载荷的安全系数不得低于1.75。2 铸造用起升机构的特殊要求第三节 特种起升机构 (2)安全制动器的要求对于额定起重量大于16t