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启闭设备的起升机构工作原理及结构设计【2张图纸】【优秀】

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关键词：: 启闭设备起升机构工作原理结构设计图纸

资源描述：

启闭设备的起升机构工作原理及结构设计

34页 13000字数+说明书+开题报告+任务书+答辩PPT+2张CAD图纸

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启闭设备的起升机构工作原理及结构设计论文.doc

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启闭设备的起升机构工作原理及结构设计

摘要：

　　　起重机械是对物料作起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备。起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发等各个行业。启闭设备就是起重机械中的一种。

　　　本课题主要对启闭设备的起升机构进行总体设计，启闭设备的主要结构由驱动装置、传动装置、卷筒、滑轮组、取物装置和制动装置等构成。本课题简要地介绍了启闭设备的发展状况、特点、组成、性能、结构。然后从设计起升机构的驱动方案展开，通过对几种驱动方案的优缺点比较，选择了合适的驱动方案。在启闭设备起升机构具体的设计方面，从钢丝绳的选取及校核、滑轮组倍率的确定、卷筒设计计算、吊钩的设计、开式齿的选定、电机、减速器、联轴器和制动器的选取及相关校核这几方面进行了设计计算。

关键词：起重机；起升机构设计；驱动装置

第一章绪论1

1.1起重机械概论1

1.2起重机械的分类1

1.3门式起重机2

第二章启闭机工作原理4

2.1启闭机4

2.1.1启闭机按类型可以分为4

2.1.2启闭机的组成及特点5

第三章起升机构6

3.1起升机构的组成6

3.2起升机构的结构6

第四章起升机构设计计算9

4.1起升机构设计要求9

4.2起升机构驱动装置的布置方式9

4.3起升机构钢丝绳卷绕系统的设计11

4.4滑轮组的倍率12

4.4.1滑轮组滑轮的配置12

4.5钢丝绳与卷筒的选择13

4.6电动机的选择20

4.7减速器的选择23

4.8制动器的选择24

4.8.1计算制动转矩24

4.8.2制动器的确定25

4.9选择联轴器26

总结27

致谢28

参考文献29

启闭机工作原理

2.1启闭机

　　　启闭机是用于各类大型给排水、水利水电工程。用于控制各类大、中型闸门的升降达到开启与关闭的目的。它与通用门式起重机一样，也是一种循环间隔吊运和启闭各类闸门的专用设备。

　　　它的工作原理为：电动机通过联轴节与减速器的高速轴相连。机构工作时，减速器的低速轴带动卷筒，将钢丝绳卷入或放出，经过滑轮系统，使吊钩实现上升或下降。机构停止工作时，制动器使吊钩连同货物悬吊在空中，吊钩的升降靠电动机改变转向来达到。

2.1.1启闭机按类型可以分为

1）螺杆式启闭机　

　　　用螺纹杆直接或通过导向滑块、连杆与闸门门叶相连接，螺杆上下移动以启闭闸门的机械。螺杆支承在承重螺母内,螺母和传动机构（伞齿轮传动或蜗轮传动）固定在支承架上。螺杆式启闭机结构简单，坚固耐用，造价低廉，适用于小型平面闸门和弧形闸门，其启闭力一般在200kN以下。500kN、750kN大容量的螺杆启闭机也已生产,用于潜水孔平面闸门和弧形闸门的操作。

　　　2）卷扬式启闭机　

　　　用钢索或钢索滑轮组作吊具与闸门相连接，通过齿轮传动系统使卷扬筒绕、放钢索从而带动升降的机械,也叫做钢丝绳固定式卷扬机。它构造较简单易于制造,维护检修方便,广泛应用于各种类型闸门的启闭。

　　　3）液压式启闭机　

　　　用活塞杆与闸门连接，以液体压力作动力推动活塞使闸门升降的启闭机。液体一般用矿物油，故常称油压启闭机。高压油通过管道由油泵输送。液压启闭机机体结构简单，占地面积小，传动平稳，控制方便,制造精度高,广泛用于启闭各类形式的闸门。液压启闭机的主要部件有：活塞杆、液压缸、供排油管路系统及油泵电动机组等。

　　　4）移动式启闭机　

　　　沿专铺设的轨道移动，并能逐次升降数个排或列布置的闸门的机械设备。移动式启闭机类型繁多，主要有：①按吊具移动的方向分为单向移动启闭机和双向移动启闭机。前者吊具仅沿坝面线左右移动；后者不仅沿坝轴线方向左右移动，而且也能上、下游方向移动。②按移动架状况分为台车移动式启闭机与门形移动式启闭机（亦称门式启闭机、门式起重机）。前者主提升机构设置在底部装行走车轮的平面构架式台车上；后者的启闭机主提升机构设置在装有行走车轮的门形构架上。单向移动式启闭机的主提升机构直接紧固在台车或门形构架的上平面上；双向移动式启闭机的主提升机构设置在台车或门形构架上平面的小车上，小车沿轨道行走的方向与台车或门形构架的移动方向成垂直。通常也称双向移动式的台车或门形构架为大车架。台车式移动启闭机通常行走在闸门门槽顶部平面或平面以上的混凝土排架上，门式移动启闭机仅行走在闸门门槽顶部平面上。门式启闭机门架腿上有时也设回转式悬臂吊钩以便起吊其他设备，从而构成多用途门形移动式启闭机。

2.1.2启闭机的组成及特点

　　　起升机构是起重机的基本工作机构，起重机械都必有使物体获得升降运动的起升机构。因此，起升机构是起重机械中最主要和最基本的机构，是起重机不可缺少的组成部分。它的工作的好坏对整台起重机的性能有着最直接的影响。启闭机的起升机构主要有驱动装置、传动装置、卷筒、滑轮组、取物装置和制动装置等组成。

　　　启闭机的结构特点：启闭机包括电机、启闭机、机架、防护罩等组成；采用三级减速方式，用螺旋付传动，输出转距更大。启闭机配套钢架克服土建不平整，以减少整机噪声及振动。采用户外型长时工作制电机，防护等级≥IP155。行程控制机构采用十进制计数器原理，控制行程的误差0.5%。转距保护控制是通过蜗杆产生轴向位移触动微动开关，来达到保护电器的原理。操作维护简便，可实现现场和远控操作。

　　　启闭机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构和回转机构等。本课题是设计启闭机中的起升机构。

第四章起升机构设计计算

4.1起升机构设计要求

　　　设计起升机构时需给定的主要参数有：起重载荷、工作级别、起升高度和起升速度。

　　　起升速度的选择与起重载荷、起升高度、工作级别和使用要求有关．中、小起重量的起重机选用高速以提高生产率：大起重量的起重机选用低速以降低驱动功率，提高工作的平稳性和安全性。工作级别高、经常使用、要求生产率高的起重机宜选用高速；反之．工作级别低、用于辅助性工作的起重机可选用低速。用于安装与设备维修的起重机除应选用低速外，还可备有微速或调速功能。大起升高度的起重机为了提高工作效率．除适当提高起升速度外，还可备有空载快速升降功能。

　　　本启闭机起升机构主要参数为：

　　　起升速度：2m/min

　　　起升载荷：2x400KN

　　　起升行程：36 m

　　　工作级别：中级

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内容简介：: 西安文理学院本科毕业设计（论文）中期检查表题目启闭设备的起升机构工作原理及结构设计学生姓名何剑学号08102080229专业名称机械设计制造及其自动化指导教师戴君检查时间2012-4-7班级08机电2班毕业设计（论文）进展情况通过对启闭设备的起升机构的相关资料的学习，以及对整个设计的了解，现基本完成以下设计工作：1.完成启闭设备的起升机构的结构设计与分析。确定启闭机的总体结构及根据所给任务要求选择合适的机械部件。2.开始设计启闭机的传动部分设计，此对部分先要确定启闭机的电机和减速机部分，其次是两者之间传动部分设计。3.通过分析确定起升机构的传动方案，并计算出主要传动装置的详细参数，主要装置有：驱动装置、传动装置、卷筒、滑轮组、取物装置和制动装置等。下一步设计工作内容是启闭机起升机构相关零件的设计以及相关零件图的绘制。指导教师意见签字：年月日教研室意见签字：年月日西安文理学院本科毕业设计（论文）指导教师评分表学生姓名何剑学号08102080229专业机械设计制造及其自动化班级08机电2班毕业设计（论文）题目启闭设备的起升机构工作原理及结构设计设计（论文）起止时间 2011年 1月 10 日至 2012 年 5 月 11 日指导教师评语：建议成绩：指导教师签名：年月日西安文理学院本科毕业设计（论文）评阅教师评分表学生姓名何剑学号08102080229专业机械设计制造及其自动化班级08机电2班毕业设计（论文）题目启闭设备的起升机构工作原理及结构设计设计（论文）起止时间 2012年 1 月 10 日至 2012年 5 月 11 日评阅教师评语：建议成绩：评阅教师签名：年月日西安文理学院本科毕业设计（论文）答辩记录学生姓名何剑学号08102080229专业名称机械设计制造及其自动化答辩时间12年5月18日答辩地点B0401指导教师戴君题目启闭设备的起升机构工作原理及结构设计答辩小组成员姓名职称姓名职称提问及回答情况记录：记录人签字：年月日答辩成绩：答辩小组组长签名：年月日毕业论文成绩答辩委员会认定成绩毕业论文等级系（院）答辩委员会意见：负责人签名：年月日注：1、毕业论文成绩=指导教师成绩40%评阅教师成绩20%答辩成绩40%；2、答辩委员会认定成绩是根据该生毕业设计期间的表现及该专业整体论文情况的综合评定成绩。3、论文等级分优秀（90分）、良好（8089分）、中等（7079分）、及格（6069分）、不及格（60分）。西安文理学院本科毕业设计（论文）任务书题目启闭设备的起升机构工作原理及结构设计学生姓名何剑学号08102080229专业班级08机电2班班指导教师戴君职称教授教研室机械毕业设计（论文）任务与要求根据本科阶段所学的专业知识，对一给定工况下的水电站启闭机中的起升机构工作原理进行详细分析并进行结构设计，要求该系统中卷筒机钢丝绳有足够的强度，卷筒在结构上与开式齿轮能有效地连接。要求绘制部分零件图及装配图。最后撰写出论文。设计要求为：起升速度：2m/min起升载荷：2x400KN起升行程：36 m工作级别; 中级毕业设计（论文）工作进程起止时间工作内容第12周2011.1.102011.2.14第34周2011.2.152011.3.15第56周2011.3.162011.3.30第7周2011.3.312011.4.13第89周2011.4.142011.4.22第10周2011.4.232011.4.30第11周2011.5.12011.5.8第12周2011.5.92011.5.11查（借）阅资料，学习启闭机设计的基础理论和知识，了解所设计的启闭机的结构，撰写开题报告。对启闭机总体设计，拟定启闭机构布置方案及绘制运动简图。对启闭机进行结构设计，对各个装置进行设计计算。用AutoCAD及相关绘图软件绘制启闭机总体设计结构图以及重要部件的零件图。撰写毕业论文。论文定稿整理资料准备答辩。答辩。开始日期 2012-1-10 完成日期 2012-5-11 教研室主任（签字）系主任（签字）启闭设备的起升机构工作原理及结构设计学生何剑学号 08102080229专业机械设计制造及其自动化指导老师戴君起重机械概述起重机械是一种以间歇作业方式对物料进行起升下降和水平移动的搬运机械起重机械作业通常带有重复循环的性质经常启动制动正反向运动是起重机械的基本特点广泛用于输送装卸和水电站等场所起重机械的分类 1 简单起重机械 a 千斤顶b 绞车c 电葫芦 2 通用起重机械 a 桥式起重机b 龙门起重机c 固定旋转起重机d 汽车起重机 3 特种起重机械 a 冶金起重机b 建筑起重机c 港口起重机通用起重机械一般除了需要一个使物品升降的起升机构外还有使物品作水平方向的直线运动或旋转运动机构称为通用起重机械属于这种起重机械的有通用桥式起重机龙门式起重机固定旋转式起重机和行动旋转式起重机等门式起重机在其桥架的一端或两端设有支腿可直接支承在地基上或沿地面轨道运行它是可以移动的门式起重机本课题所设计的启闭机就是起重机械中的门式起重机的一部分启闭机工作原理启闭机是用于各类给排水水利水电工程用于控制各类大中型闸门的升降达到开启与关闭的目的它与通用门式起重机一样也是一种循环间隔吊运和启闭各类闸门的专用设备启闭机结构简图见图如下它的工作原理为电动机通过联轴节与减速器的高速轴相连机构工作时减速器的低速轴带动卷筒将钢丝绳卷入或放出经过滑轮系统使吊钩实现上升或下降机构停止工作时制动器使吊钩连同货物悬吊在空中吊钩的升降靠电动机改变转向来达到起升机构的设计计算概述设计计算是在给定了设计参数并将布置方案确定后进行的通过计算选用机构中所需要的标准零部件对非标准零部件作进一步的强度与刚度等计算设计起升机构时需给定的主要参数有起重载荷工作级别起升高度和起升速度起升速度的选择与起重载荷起升高度工作级别和使用要求有关设计主要内容 1 设计起升机构的传动装置布置方式2 吊钩滑轮组的选择3 钢丝绳的选择1 钢丝绳概述2 钢丝绳的最大静拉力3 确定钢丝绳型号 4 卷筒的设计计算1 卷筒概述2 卷筒的设计3 卷筒强度的校核及抗压稳定性验5 电动机减速器制动器联轴器的选择 1 起升机构传动装置的布置方式 1 平行轴线布置电动机轴与卷筒轴平行布置大多数起重机起升机构的驱动装置都采取平行轴线布置 2 同轴线布置同轴线布置的起升机构横向尺寸紧凑但加工精度和安装要求较高维修不太方便电动机与卷筒同轴布置的典型形式由于电机转速经过减速器后仍然比较大故需要加一对开式齿来使卷筒输出的转速满足设计要求本课题的传动方案采用平行轴线布置相对于同轴线布置方案其结构大为简化安装分组性好卷筒受力稳定 2 滑轮组的倍率常用双联滑轮组倍率本启闭设备的主起升机构额定起重量为80t 故选择倍率m 6的双联滑轮组选择滑轮组通过计算许用直径依据符合条件的选择选择吊钩组未作详细计算参考相关资料选择 3 钢丝绳选择钢丝绳主要有以下几种 1 点接触钢丝绳绳股的扰性差不能承受横向压力 2 线接触钢丝绳其优点是消除了点接触钢丝绳所具有二次弯曲应力能降低工作时总的弯曲应力抗疲劳性能好结构紧密金属断面利用系数高使用寿命比普通的点接触钢丝绳要高1 2 3 面接触钢丝绳它的优点与线接触钢丝绳相同甚至更显著但缺点是工艺较复杂 1 点接触 2 线接触 3 面接触纤维芯优点是扰性和弹性较好线接触钢丝绳的优点是抗疲劳性能好结构紧密使用寿命比普通点接触钢丝绳要高没特殊要求一般采用右捻绳故选用型号6X 19 右捻的线接触纤维芯钢丝绳如下图 4 卷筒设计与校核卷筒的设计 1 直径确定 2 卷筒的槽形的选择 3 双联卷筒长度 4 卷筒壁厚确定卷筒的强度校核及抗压稳定性验算 1 压应力的计算 2 拉应力的计算 3 卷筒的抗压稳定性验算卷筒是起重机的重要零件之一它用以收放和储存钢丝绳由于起升高度比较高根据滑轮倍率和起升速度采用双联卷筒标准槽形外形为圆柱形单层卷绕用铸造方式制造材料为灰铸铁本课题设计的卷筒如图 5 电动机减速器制动器联轴器的选择电动机的选择1 满载运行时电动机静功率计算2 初选电动机为YZP225S 83 电动机发热验算减速器的选择1 减速器的传动比及其功率2 初选减速器ZQ 650 IV 3CA3 校核减速器输出轴强度制动器的选择1 计算制动力矩2 选定制动器 315 E50联轴器的选择1 计算联轴器所传递的最大扭矩2 靠近电动机高速联轴器的选择3 靠近卷筒的低速联轴器的选择最后设计完成总装配图谢谢西安文理学院机械电子工程系本科毕业设计（论文）题目启闭设备的起升机构工作原理及结构设计专业班级 08机械2班学号 08102080229 学生姓名何剑指导教师戴君设计所在单位西安文理学院 2012年 5 月启闭设备的起升机构工作原理及结构设计摘要：起重机械是对物料作起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备。起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发等各个行业。启闭设备就是起重机械中的一种。本课题主要对启闭设备的起升机构进行总体设计，启闭设备的主要结构由驱动装置、传动装置、卷筒、滑轮组、取物装置和制动装置等构成。本课题简要地介绍了启闭设备的发展状况、特点、组成、性能、结构。然后从设计起升机构的驱动方案展开，通过对几种驱动方案的优缺点比较，选择了合适的驱动方案。在启闭设备起升机构具体的设计方面，从钢丝绳的选取及校核、滑轮组倍率的确定、卷筒设计计算、吊钩的设计、开式齿的选定、电机、减速器、联轴器和制动器的选取及相关校核这几方面进行了设计计算。关键词：起重机；起升机构设计；驱动装置Opening and closing device of hoisting mechanism of the working principle and structure design Abstract：Crane is a kind of mechanical equipments used for lifting, moving, loading/unloading, and installing. The Cranes are widely used in mining enterprises, stations, ports, construction sites, warehouses and other marine development industry. Opening and closing device is a kind of crane.The main topics of the opening and closing device focuses on hoisting mechanism of the overall design, opening and closing device is mainly composed of a driving device, transmission device, drum, pulley, fetching device and braking device. This paper briefly introduces the hoisting equipment development status, characteristics, composition, performance, structure. Then the design of hoisting mechanism of the driving program start, through to several kinds of drive scheme comparison of advantages and disadvantages, select the appropriate driving scheme. In the opening and closing device of hoisting mechanism of the specific design, selected from the rope and verification, pulley group rate determine, reel, hook design, design and calculation of open gear selection, motor, reducer, coupling and brake selection and related check these aspects of design.Keywords：crane; lifting mechanism design; driving device 目录目录第一章绪论11.1起重机械概论11.2起重机械的分类11.3门式起重机2第二章启闭机工作原理42.1启闭机42.1.1启闭机按类型可以分为42.1.2启闭机的组成及特点5第三章起升机构63.1起升机构的组成63.2起升机构的结构6第四章起升机构设计计算94.1起升机构设计要求94.2起升机构驱动装置的布置方式94.3起升机构钢丝绳卷绕系统的设计114.4滑轮组的倍率124.4.1滑轮组滑轮的配置124.5钢丝绳与卷筒的选择134.6电动机的选择204.7减速器的选择234.8制动器的选择244.8.1计算制动转矩244.8.2制动器的确定254.9选择联轴器26总结27致谢28参考文献29第28页西安文理学院本科毕业设计（论文）第一章绪论1.1起重机械概论起重机械是一种以间歇作业方式对物料进行起升、下降和水平移动的搬运机械。起重机械的作业通常带有重复循环的性质，一个完整的作业循环一般包括取物、起升、平移、下降、卸载等环节。经常启动、制动、正反向运动是起重机械的基本特点。广泛用于输送、装卸和水电站等作业场所。现代工业企业要求有各种类型的起重运输机械来满足企业物流机械化需求，又要有效地运用和增加设备的利用能力，以达到最经济的效果。在现代生产中，起重机不仅在物料运输领域起着重要作用，而且有些起重机直接参与生产工艺过程，成为工艺设备的主要组成部分，大大提高了劳动效率，同时减轻了劳动强度。起重设备还进入人们的工作和生活领域，例如公共场所的电梯、娱乐场所的大型升降游艺机等，提高了人们的生活和生存质量。1.2起重机械的分类起重机械按照具有机构的多少、动作繁简的程度以及工作性质和用途，可以把起重机械归纳为以下三大类：1) 简单起重机械一般只做升降运动或一个直线方向移动，只需要具备一个运动机构，而且大多数是手动的，这种简单动作起重机械，称为简单起重机械。如各种千斤顶（见图11a）、绞车（见图11b）和电葫芦（见图11c）等。图11 简单起重机械2) 通用起重机械除需要一个使物品升降的起升机构外，还有使物品作水平方向的直线运动或旋转运动机构。这种起重机是一种多动作起重机械。这类起重机械一般都是用吊钩工作，间或配合使用各种辅助吊具，来搬运各种物品。属于这类起重机械的有：通用门式起重机（见图12a），龙门式起重机（见图12b），固定旋转式起重机（见图12c）和行动旋转式起重机（见图12d）等。图12 通用起重机械3) 特种起重机械也是具备二个以上机构的多动作起重机械，专用于某些专业性的工作，构造比前述两类起重机械更为复杂，如各种冶金专用起重机（见图13a）、建筑专用起重机（见图13b）和港口专用起重机（见图13c）等图13 特种起重机械本课题选用的门式起重机，是通用起重机械中的一种类型。1.3门式起重机1）门式起重机是桥架型起重机中另一主要型式，与桥式起重机相比，它们的主要特征是在桥架的一端或两端设有支腿，可直接支承在地基上或沿地面轨道运行，一般用于各种工矿企业、交通运输及建筑施工等部门的露天仓库、货场、码头、水电站等场所，作装卸与搬运货物、设备以及建筑构件安装等用。门式起重机（图14）由门架、小车、大车运行机构和电器设备等部分组成。图14 门式起重机2）门式起重机的组成和特点：门式起重机一般根据门架结构形式、主梁形式、吊具形式来进行分类。1 按门框结构形式分（a）全门式起重机：主梁无悬伸，小车在主跨度内进行。（b）半门式起重机：支腿有高低差，可根据使用场地的土建要求而定。（c）双悬臂门式起重机：最常见的一种结构形式，其结构的受力和场地面积的有效利用都是合理的。（d）单悬臂门式起重机：这种结构形式往往是因场地的限制而被选用。 2 按主梁结构形式分1 单主梁门式起重机：单主梁悬臂门式起重机结构简单，制造安装方便，自身质量小，主梁多为偏轨箱形架结构。与双主梁门式起重机相比，整体刚度要弱一些。因此，当起重量Q50t、跨度S35m时,可采用这种形式。2 双梁门式起重机：双梁门式起重机承载能力强,跨度大、整体稳定性好,品种多,但自身质量与相同起重量的单主梁门式起重机相比要大些,造价也较高。根据主梁结构不同,又可分为箱形梁和桁架两种形式.目前一般多采用箱形结构。3 按照门式起重机用途可以分为：（a）装卸用门座起重机，主要用于港口和露天堆料场，用抓斗或吊钩装卸。起重量一般不超过25吨，不随幅度变化。工作速度较高，故生产率常是重要指标。（b）建筑安装用门座起重机，主要用在水电站进行大坝浇灌、设备吊装等，一般用吊钩。起重量和工作速度一般介于前两类起重机之间。它具有整机装拆运输性好、吊具下放深度大、能较好地适应临时性工作和栈桥上工作等的特点。（c）造船用门式起重机，主要用于船台、浮船坞和舣装现场，进行船体拼接、设备舣装等吊装工作，用吊钩作为吊具。最大起重量达300吨，幅度大时起重量相应减小。有多档起升速度，吊重轻时可提高起升速度。门座高度大者，可适应大起升高度和大幅度作业的要求，但工作速度较低，作业生产率不高。本课题所设计的启闭机，在其桥架的一端或两端设有支腿，可直接支承在地基上或沿地面轨道运行，它是可以移动的门式起重机。第2章启闭机工作原理2.1启闭机启闭机是用于各类大型给排水、水利水电工程。用于控制各类大、中型闸门的升降达到开启与关闭的目的。它与通用门式起重机一样，也是一种循环间隔吊运和启闭各类闸门的专用设备。它的工作原理为：电动机通过联轴节与减速器的高速轴相连。机构工作时，减速器的低速轴带动卷筒，将钢丝绳卷入或放出，经过滑轮系统，使吊钩实现上升或下降。机构停止工作时，制动器使吊钩连同货物悬吊在空中，吊钩的升降靠电动机改变转向来达到。2.1.1启闭机按类型可以分为1）螺杆式启闭机用螺纹杆直接或通过导向滑块、连杆与闸门门叶相连接，螺杆上下移动以启闭闸门的机械。螺杆支承在承重螺母内,螺母和传动机构（伞齿轮传动或蜗轮传动）固定在支承架上。螺杆式启闭机结构简单，坚固耐用，造价低廉，适用于小型平面闸门和弧形闸门，其启闭力一般在200kN以下。500kN、750kN大容量的螺杆启闭机也已生产,用于潜水孔平面闸门和弧形闸门的操作。 2）卷扬式启闭机用钢索或钢索滑轮组作吊具与闸门相连接，通过齿轮传动系统使卷扬筒绕、放钢索从而带动升降的机械,也叫做钢丝绳固定式卷扬机。它构造较简单易于制造,维护检修方便,广泛应用于各种类型闸门的启闭。 3）液压式启闭机用活塞杆与闸门连接，以液体压力作动力推动活塞使闸门升降的启闭机。液体一般用矿物油，故常称油压启闭机。高压油通过管道由油泵输送。液压启闭机机体结构简单，占地面积小，传动平稳，控制方便,制造精度高,广泛用于启闭各类形式的闸门。液压启闭机的主要部件有：活塞杆、液压缸、供排油管路系统及油泵电动机组等。4）移动式启闭机沿专铺设的轨道移动，并能逐次升降数个排或列布置的闸门的机械设备。移动式启闭机类型繁多，主要有：按吊具移动的方向分为单向移动启闭机和双向移动启闭机。前者吊具仅沿坝面线左右移动；后者不仅沿坝轴线方向左右移动，而且也能上、下游方向移动。按移动架状况分为台车移动式启闭机与门形移动式启闭机（亦称门式启闭机、门式起重机）。前者主提升机构设置在底部装行走车轮的平面构架式台车上；后者的启闭机主提升机构设置在装有行走车轮的门形构架上。单向移动式启闭机的主提升机构直接紧固在台车或门形构架的上平面上；双向移动式启闭机的主提升机构设置在台车或门形构架上平面的小车上，小车沿轨道行走的方向与台车或门形构架的移动方向成垂直。通常也称双向移动式的台车或门形构架为大车架。台车式移动启闭机通常行走在闸门门槽顶部平面或平面以上的混凝土排架上，门式移动启闭机仅行走在闸门门槽顶部平面上。门式启闭机门架腿上有时也设回转式悬臂吊钩以便起吊其他设备，从而构成多用途门形移动式启闭机。2.1.2启闭机的组成及特点起升机构是起重机的基本工作机构，起重机械都必有使物体获得升降运动的起升机构。因此，起升机构是起重机械中最主要和最基本的机构，是起重机不可缺少的组成部分。它的工作的好坏对整台起重机的性能有着最直接的影响。启闭机的起升机构主要有驱动装置、传动装置、卷筒、滑轮组、取物装置和制动装置等组成。启闭机的结构特点：启闭机包括电机、启闭机、机架、防护罩等组成；采用三级减速方式，用螺旋付传动，输出转距更大。启闭机配套钢架克服土建不平整，以减少整机噪声及振动。采用户外型长时工作制电机，防护等级IP155。行程控制机构采用十进制计数器原理，控制行程的误差0.5%。转距保护控制是通过蜗杆产生轴向位移触动微动开关，来达到保护电器的原理。操作维护简便，可实现现场和远控操作。启闭机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构和回转机构等。本课题是设计启闭机中的起升机构。第3章起升机构3.1起升机构的组成起重机的主要任务是起重，而直接承担起重任务的是起升机构，其他机构都是为了扩大起重机的使用范围。现代的绝大多数起重机，不论他们的型式和用途如何，都是根据同一个工作原理构成的。起升机构一般有驱动装置、钢丝绳卷绕系统、制动装置等组成。驱动装置包括电动机、联轴器、制动器、减速器、等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具、挂梁等多种形式。起升机构由内燃驱动、电机驱动和液压驱动三种驱动方式，1. 内燃驱动的起升机构，企动力由内燃机经机械传动装置集中传给包括起升机构在内的各个工作机构。这中驱动方式的优点是具有自身独立的能源，机动灵活，适用于流动作业的流动式起重机。但是整机的传动系统复杂笨重且这种驱动方式调速困难，操作麻烦，属于淘汰类型。目前只有少数的履带起重机和铁路起重机上应用。2. 电机驱动是起升机构主要的驱动方式。直流电机的机械特性适合起升机构工作要求，调速性能好。交流电动机驱动能直接从电网去的电能，操纵简单，维护容易，机组重量轻，工作可靠。在电动起升机构中被广泛采用。本起重机起升机构采用的启动方式也为电机驱动。3. 液压驱动的起升机构，由原动机带动液压泵。将工作油液输入执行构件事机构动作，通过控制输入执行构件的液体流量实现调速。液压驱动的有点事传动比大，可以实现大范围的无级调速、结构紧凑、运转平稳、操作方便、过载保护性能好。缺点是液压传动元件的制造精度高，液体容易泄露。目前液压驱动在流式起重机上获得日益广泛的应用。3.2起升机构的结构图31为电动机驱动的起升机构的结构简图。电动机1通过联轴器2与减速器4的高速轴相连。机构工作时，减速器的低速轴带动卷筒7，将钢丝绳5卷上或放出，经过滑轮组系统，使吊钩6实现上升或下降。机构停止工作时，制动器3使吊钩连同货物悬吊在空中。吊钩的升降靠电动机改变转向来达到。图31 起升机构简图为了安装方便与避免高速轴在小车架受载变形时发生弯曲，联轴器2应是带有补偿性能的，通常采用弹性柱销联轴器或齿轮联轴器。前者构造简单并能缓冲，但弹性橡皮圈的寿命不长；后者坚固耐用，应用最广。齿轮联轴器的寿命与安装质量有关，并且需要经常润滑。为使布置更方便并增高补偿能力，降低磨损，常将齿轮联轴器制成两个半齿轮联轴器，中间用浮动轴或补偿轴连起来。制动器通常装在高速轴上，以减小其尺寸，如图31所示位置。经常利用联轴器的一个半体兼作制动轮。带制动轮的联轴器半体应当安装在减速器轴上，这样，即使联轴器损坏，制动器仍能起作用，保证了安全。起升机构的制动器应是常闭式的。采用块式制动器，装有电磁铁或电动推杆作为自动的松闸装置，与电动机电气联锁。制动器的制动力矩应保证有足够的制动安全系数。在要求紧凑的情况下，也有采用带式制动器的。减速器常用封闭式的标准两级圆柱齿轮减速器。在起重量较大（超过80t)的情况下，为得到低速并增大卷筒与电动机间的尺寸，常采用标准的封闭式两级减速器，再增加一对开式齿轮作最后级传动。在要求紧凑的起升机构中，也有采用蜗轮减速器的，其缺点是机械效率低。有时采用蜗轮减速器是为了尽量减少噪声，例如在载客电梯中。近年来还有采用行星齿轮减速器的，减速器（如3K或摆线、渐开线齿形的少齿差行星减速器）装在卷筒的内腔中，电动机和卷筒成同轴线布置，其特点是十分紧凑，但维修不太方便。卷筒通常装在转轴上，使轴承的检查与更换都较方便。卷筒与减速器低速轴可通过特种联轴器相连接，卷筒轴用自位轴承支承于减速器轴的内腔和轴承座中，扭矩由齿轮连接来传递。这种方法紧凑，可靠，分组性好，能补偿减速器轴与卷筒轴间的角度偏差，但减速器低速轴需带特殊齿形轴端，加工时较为复杂。国外有采用鼓形滚子联轴器的，它利用鼓形滚子与两个半圆凹槽的配合实现补偿。由于它不仅能传递扭矩，同时还能承受很大的径向力，故省去了一个径向支承装置。这种布置还省去了卷筒长轴，使重量减轻。当卷筒与开式传动的大齿轮相连接时，卷筒端面与齿轮间用沿圆周布置的螺钉联接。为承受剪切力和传递扭矩，可以用精制的铰制孔用螺栓，也可以在螺孔中配一个受剪套筒而采用普通螺栓。在某些需要能进行货物自由下降的起升机构中，卷筒与减速传动装置间装有摩擦离合器。这时，制动器应装在卷筒上，用来控制自由下降的速度，它应当是可操纵的。卷筒的直径一般尽量选用许用的最小值，因为随着卷筒直径的增加，转矩与减速器的传动比也增大了，会引起整个机构的体积过大。但在起升高度较大时，往往增加卷筒直径以求限制其长度。滑轮组型式（单式或双联的）和它的倍率对起升机构的尺寸也有很大的影响。在门式起重机中采用双联滑轮组，单式滑轮组只宜用于有导向滑轮的臂架式起重机。滑轮组倍率的选定对钢丝绳中的拉力、卷筒直径与长度、减速器的传动比及总体尺寸都有关系。大起重量采用较大的倍率，可以避免采用过粗的钢丝绳。有时采用增大滑轮组倍率同时相应地降低起升速度的方式来提高起重量，可以使起升机构达到通用性，即将同一起升机构用于不同的起重量，这是在系列设计时常采用的方法。在某些情况下，还可能出于其它原因而适当地选用较小的倍率，如在臂架式起重机中选用较小的倍率可以减少臂架端部的定滑轮数目。在设计大起升高度的起升机构时，也可以采用减小滑轮组倍率的方法来减少卷筒绕绳量，从而避免多层卷绕或过长的卷筒。第四章起升机构设计计算4.1起升机构设计要求设计起升机构时需给定的主要参数有：起重载荷、工作级别、起升高度和起升速度。起升速度的选择与起重载荷、起升高度、工作级别和使用要求有关中、小起重量的起重机选用高速以提高生产率：大起重量的起重机选用低速以降低驱动功率，提高工作的平稳性和安全性。工作级别高、经常使用、要求生产率高的起重机宜选用高速；反之工作级别低、用于辅助性工作的起重机可选用低速。用于安装与设备维修的起重机除应选用低速外，还可备有微速或调速功能。大起升高度的起重机为了提高工作效率除适当提高起升速度外，还可备有空载快速升降功能。本启闭机起升机构主要参数为：起升速度：2m/min起升载荷：2x400KN起升行程：36 m工作级别：中级4.2起升机构驱动装置的布置方式（1）平行轴线布置大多数起重机起升机构的驱动装置都采取电动机轴与卷筒轴平行布置。起升机构的基本驱动型式见图41。当起升机构用于吊运液态金属及其他危险物品时需采用双制动器按图41中的点划线选择布置。图41 起升机构的驱动装置大起重量的起升机构，由于起升速度相对较慢，减速器传动比增大，也有采用在减速器输出端加一级开式齿轮的方式，见图42。起重量超过100t的大型起重机也可采用图43的布置方式。慢速起升机构采用一台减速器其传动比已不能满足要求时，可采用图44的布置方式。图42 带开式齿轮的驱动装置图43 大起重量起重机起升机构的驱动装置图44 慢速起升机构的驱动装置上述起升机构方案中，各部件都是分别支承、固定在小车架上。要求小车架有足够的精度和刚度，从而使小车架的自重增大，加工制造及安装调整也很麻烦。为了减轻和简化这样的小车架，可采用带有制动器的电动机，并将其直接套装在减速器上，使整个传动机构形成一个独立的整体。通过减速器的两个支承点和卷筒支承座的一个支承点形成稳定支承，可降低对小车架安装精度的要求。此外还可将定滑轮直接套装在卷筒上，并使卷简直接作为小车架的主体，在两端安装行走端梁构成整个起重小车，使结构大为简化，见图45。这种方案只适合于中、小吨位的起重机。1电动机 2制动器 3联轴器 4减速器 5开式齿轮6卷筒7轴承图45 本起升机构的驱动装置布置方式（2）同轴线布置将电动机、减速器和卷筒成直线排列，电动机和卷筒分别布置在同轴线减速器（常为普通行星减速器或少齿差行星减速器）的两端，或者把减速器布置在卷筒内部。为使机构紧凑和提高组装性能可采用带制动器的端面安装型式的电动机。同轴线布置的起升机构横向尺寸紧凑，但加工精度和安装要求较高维修不太方便。本启闭机起升机构的起升重量为2400Kn，为中吨位的起重机。所以采用图4-5所示的布置方式4.3起升机构钢丝绳卷绕系统的设计在卷绕系统设计时，应尽量避免钢丝绳反向弯折，或尽可能减少反向弯折的次数。出现反向弯折时，可用增大滑轮直径、提高滑轮直径与钢丝绳直径的比值来减缓钢丝绳的疲劳损伤。当桥架类型起重机起升高度超过20 m时（本设计起升高度为36m），钢丝绳卷绕系统一般要特殊考虑采取合适的方案，（1）加大卷筒直径或长度此方案简单易行。但过分加大卷筒直径会带来起升机构高度尺寸的增加；过度增加卷筒长度会导致钢丝绳对滑轮和卷筒绳槽偏斜角的增大，加剧磨损，甚至引起滑轮绳槽的破坏或钢丝绳跳槽，这种方案局限性较大。（2）减小滑轮组倍率此方案简单可行。适当减小倍率能减少钢丝绳在卷简上的绕绳量，并不增加机构外形尺寸，在对起升机构外形尺寸有限制的场合更为有利。但卷筒受力增加，钢丝绳直径增大，减速器传动比也要增加，有一定的使用局限性。（3）普通双层卷绕将钢丝绳端固定于卷筒中部，起升时钢丝绳从中间向两头绕于卷筒绳槽中，绕满碰到端壁时，由于钢丝绳拉力的水平分力指向当中，钢丝绳向当中返回绕第二层。这种方案构造简单，但钢丝绳的偏斜角不能大于3，否则第二层钢丝绳排列不整齐，磨损也厉害，适用于不频繁使用的场合。（4）双卷筒卷绕由两个卷筒同时卷绕，可使起升高度增加一倍，但是机构的外形尺寸较大。（5）多层卷绕多层卷绕时为使钢丝绳在卷筒上排列整齐，通常采取以下措施：卷筒壁开螺旋绳槽，保证第一层钢丝绳整齐排列，同时需要采用压绳器和排绳器。本起重机由于空间上有局限性，卷筒直径不易过大。使用频繁程度中等，所以选择普通双层卷绕。4.4滑轮组的倍率滑轮组倍率的选定对起升机构的总体尺寸影响较大。倍率增大，则钢丝绳分支拉力减小，钢丝绳直径、滑轮和卷简直径也随之减小，在起升速度不变时，需提高卷筒转数，即减小机构传动比。但倍率过大，会使滑轮组本身体积和重量增大，同时也会降低效率，加速钢丝绳的磨损。起重量小时，选用小的倍率，随着起重量增大，倍率相应提高。倍率增大，起升速度相应减小。门式起重机常用双联滑轮组倍率见表4-1。表4-1 门式起重机常用双联滑轮组倍率额定起重量(t)35812.51620325080100120160200250倍率m12233445666888本起重机主起升机构额定起重量为80t，故选择倍率m6的双联滑轮组；4.4.1滑轮组滑轮的配置滑轮组中的滑轮按所需倍率和结构要求配置。门式起重机的滑轮组配置见图4-2。图4-2双联滑轮组双联滑轮组倍率m4时从卷筒引出的钢丝绳两根分支一般通向吊钩架最外边的两个动滑轮，平衡滑轮位于中间位置。当m4时为了不使卷筒中间的光面部分过长应将两根钢丝绳分支引向吊钩组中间两个动滑轮，用平衡梁代替平衡滑轮。为避免钢绳分支在运动中相碰中间两个动滑轮的直径应稍微加大。4.5钢丝绳与卷筒的选择1）起重机上采用的钢丝绳主要有以下几种：1.点接触钢丝绳（图4-3）因单股扰性差又不能承受横向压力，故仅作拉索用。多股性能比单股性能好，故应用稍广泛。图4-3 点接触钢丝绳2. 线接触钢丝绳（图4-4），包括外粗式（X型）、粗细式（W型）及填充式（T型），其优点是：消除了点接触钢丝绳所具有二次弯曲应力，能降低工作时总的弯曲应力，抗疲劳性能好；结构紧密，金属断面利用系数高；使用寿命比普通的点接触钢丝绳要高12。图4-4 线性接触钢丝绳3. 多股不扭转钢丝绳（图4-5），其特点是：因各相邻层股的捻向相反，故钢丝绳受力时其自由端不会发生旋转；在卷筒上的接触表面较大，抗挤压强度高，工作时不易变形；总破断拉力大，寿命比普通的高很多。图4-5 多股不扭转钢丝绳4. 异形股钢丝绳（图4-6），其特点是：接触表面打（比普通的大34倍），耐磨性好不易断丝，寿命比普通的约高3倍；钢丝绳结构密度大（在相同绳径和强度条件下，总破断拉力大于园股钢丝绳）。图4-6 异形股钢丝绳2）钢丝绳的选用1.线接触钢丝绳绳股中各层钢丝的捻距相同，外层钢丝绳位于里层各钢丝之间的沟槽里，内外层钢丝相互接触在一条螺旋线上，使接触情况改善，增长了钢丝绳的使用寿命。同时，线接触也有利于钢丝之间相互滑动，改善可扰性。相同直径的钢丝绳，线接触型比点接触型的金属总横截断面积大，因而破断力大。由于它有这一系列的优点，故采用线接触钢丝绳。纤维芯优点是扰性和弹性较好，缺点是承受横向压力差。本起重机卷绕系统不采用多层卷绕，故绳芯材料选用纤维芯。钢丝绳捻向采用交互捻钢丝绳，由于绳与股的扭转趋势相反，相互抵消，没有扭转打结的趋势，使用方便，没特殊要求一般采用右捻绳。如图4-7图4-7 钢丝绳的捻向（a）右旋、同向捻（b）左旋、交互捻2.钢丝绳的最大工作静拉力当滑轮组形式和倍率确定之后，绕入卷筒钢丝绳端头的最大工作静拉力，用总起重量Gt按公式计算。式中：Smax钢丝绳最大工作拉力，N；总起重量，为额定起重量，为取物装置的重量m滑轮组倍率；a滑轮组上钢丝绳绕入卷筒上的根数；g重力加速度，g取9.81m/s2；d卷筒装置的传动效率，见表4-2；p滑轮组的传动效率，见表4-3。查起重机械手册初选吊钩组为80t双钩锻造式吊钩组，=1.033kg两滑轮组间的距离为=195mm表4-2筒装置传动效率轴承形式传动效率滚动轴承0.98滑动轴承0.96表4-3滑轮组的传动效率轴承形式轴承钢丝绳支数456789101112滑动0.960.920.910.890.870.850.840.820.81.滚动0.970.980.950.940.930.920.910.910.90根据表4-2得：；根据表4-3得：。则=68209.595N2）按选择系数C确定钢丝绳直径（mm）式中 S钢丝绳的最大工作静拉力（N） C选择系数（mm/）见表3-4表4-4 钢丝绳的选择系数机构工作级别旋转或者轻微旋转的钢丝绳安全系数n纤维芯钢丝芯钢丝绳公称抗拉强度N/157016701770157016701770M40.09320.09040.08780.08970.08700.08454.5M50.09820.09530.09250.09460.09460.08915.0M60.10760.10430.10140.10360.10050.09766.0M70.11620.11270.10950.11190.10850.10547.0选用钢丝绳公称抗拉强度为1770N/的纤维芯钢丝绳，工作级别为M5，故C取 0.0925则=，取钢丝绳直径d=24mm所以e=690/24=28.7520根据表4-5钢丝绳初选为6X（19）的纤维芯钢丝绳，见图48 图48 6X（19）钢丝绳表45 钢丝绳的使用场合及其结构形式使用场合常用型号单层卷绕吊钩及抓斗起重机e206X(31) 6X(37) 6X(36) 6T(25) 8T(25)206X(19) 6W(19) 8X(19) 8W(19)起升高度大的起重机多股不扭转 187 1819多层卷绕6X(19) 6W(19) 金属芯2. 卷筒计算1）卷筒直径选择钢丝绳的最小直径应不小于按经验公式所计算的最小直径：式中：以钢丝绳中心线计算的钢丝绳卷绕直径，卷筒标准直径见表47 h与机构工作级别和钢丝绳结构形式有关的系数，见表46 d机构中实际选用的钢丝绳直径；表46 系数h值工作级别卷筒滑轮旋转钢丝绳不旋转钢丝绳旋转钢丝绳不旋转钢丝绳M111.212.512.514M212.5141416M314161618M416181820M518202022.4M62022.422.425M722.4252528M825282831.5根据工作级别M6，钢丝绳为旋转钢丝绳，选取h=20则表47 卷筒标准直径D(mm)355400450500560630690800900100011201250132014001500160017001800190020002120224023602500因为起升高度为36m，为大起升高度卷绕系统，采用增大卷筒直径的方案根据表47选取卷筒直径D=690mm2) 卷筒转速计算单层卷绕卷筒转速为：式中：卷筒转速 V起升速度卷筒卷绕直径 =D+d=0.690+0.028=0.718m。则3）卷筒长度为：式中：附加安全系数，取=2；卷筒上缠绕绳圈部分长度； 4t两端绳索的固定和边缘所占长度；双联卷筒中间不切槽部分长度；查起重机械手册可知钢丝绳为28mm时所选卷筒绳槽槽距t=27mm；由以上两公式的=2.762m卷筒壁厚：+（610）=0.02690+（610）=19.823.8mm3. 卷筒壁压应力验算：选用灰铸铁HT200，最小抗拉强度=195MPa，许用压应力为：所以 3D,应校验由弯矩产生的拉应力，卷筒弯矩图如下：图4-9卷筒弯矩图卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时:卷筒断面系数：式中：D卷筒外径，D=690mm 卷筒内径，=D-2=690-220=650mm则 =所以合成应力：42.76式中许用拉应力卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径D=690mm，长度L=2760mm；卷筒槽形半径r=13.5mm，槽距t=27mm；起升高度为H=36m，倍率=6；4.6电动机的选择起升机构的负荷特点是启动时间较短，只占匀速运动时间的很小比例，起动时惯性载荷也很小，只占起升载荷的1020%。根据起升机构的负荷特点和电机的起动转矩特性，电动机功率可以从按吊起的总重量算得的静功率进行选择。1）计算电动机静功率所需电动机的静功率按公式计算：式中：计算的电动机功率 kw 海拔高度系数，与起重机所在地的海拔高度有关，见表4-8 环境温度系数，与起重机的工作环境温度和所采用电动机的绝缘等级有关，见表4-9 机构的操作频繁程度系数，见表4-10 减速装置（含减速器和开式齿轮）的传动效率，可由表3-10得。表4-8 海拔高度系数海拔高度（m）10001500200025003000350040001.001.031.061.111.161.221.30表4-9 环境温度系数绝缘等级E.B.FH环境温度系数（）4050506040505060系数1.001.121.250.901.00表4-10 操作频繁程度系数机构工作级别机构作业持续率JC电动机接电持续率 FC15254060100M3151.000.850.740.620.52M4M5251.181.000.870.730.61M6401.351.151.000.830.70M7M8601.621.381.201.000.841001.931.641.431.191.00表4-11 一对啮合齿轮的传动效率效率计算式 n为啮合齿轮对数减速器形式轴承形式开式齿轮滑动轴承0.930.94滚动轴承0.960.97油浴齿轮滑动轴承0.940.95滚动轴承0.970.98根据表4-8，取=1.00根据表4-9，取=1.00根据表4-10，取=1.00根据表4-11，取=0.97 ； =0.885则 =当前在起重机机构设计中，驱动电机选用高速电机，这是因为其输出功率相同，而售价低，综合后，选用8级电动机，查表412 初选电机为YZP225S8接电续电率为40%，功率。表412 电机技术参数（8级）型号标称功率（kw）额定电流（A）额定转矩（r/min）额定转速（r/min）堵转转矩倍数（3Hz）最大转矩倍数（50Hz）转动惯量（kg）重量（kg）过载倍数YZP200L815351927351.502.80.3392602.5YZP225S822482827351.462.90.491270YZP250M830683867351.472.90.547292YZP250M837764737351.282.80.834405YZP280S845935757351.393.01.395202）电动机过载能力校验起升机构电动机过载能力按下式进行校验：式中：在基准接电持续时间时的电动机额定功率，Kw u电动机台数；电动机转矩的允许过载倍数，见表311；为2.5 H考虑电压降及转矩允许差以及静载试验超载系数，绕异步电动机取2.1；笼型异步电动机取2.2；直流电动机取1.4. 机构稳态运动时的额定转速，m/min；当电动机的同步转速n和减速器的实际速度比i确定后，起升机构的实际速度将按下列速度计算： =0.9N/（im）则=20

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