第1章 主起升机构计算

1.1 确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组

按照构造宜紧凑的原则,决定采用下图的传动方案。如图1所示，采用了双联滑轮组.按Q=32t，表8-2查取滑轮组倍率-4，因而承载绳分支数为 Z=2-8。

G0吊具自重载荷。得其自重为：G=2.0% Pq=0.02 320=6.4kN

图1 主起升机构简图

1.2 选择钢丝绳

若滑轮组采用滚动轴承，-4,查表得滑轮组效率hh=0.97。 钢丝绳所受最大拉力

Smax

G0 Q2h

h

ih

320 6.42 4 0.97

42kN

按下式计算钢丝绳直径 d=c

Smax=0.096

42=19.7mm

c: 选择系数，单位mm/N，用钢丝绳 b=1850N/mm²，据M5及 b查表得c值为0.096。

选不松散瓦林吞型钢丝绳直径d=20mm， 其标记为6W(19)-20-185-I-光-右顺(GB1102-74)。

1.3 确定卷筒尺寸,转速及滑轮直径

卷筒和滑轮的最小卷绕直径D0： D0min≥h d

式中h表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数； 查表得：筒h1=18;滑轮h2=20；

筒最小卷绕直径D0min=h1 d=18 20=360； 轮最小卷绕直径D0min=h2 d=20 20=400。

考虑起升机构布置卷筒总长度不宜太长，轮直径和卷筒直径一致取D=650㎜。 卷筒长度

L 2(L0 l1 l2) l3 2[(

Hm

n)t 3t t] l3=1946.8mm。

D0

式中L0：筒上有绳槽长度，L0 (

Hm

D0

n)t

，中安全圈n=2，起升高度H=16m，

槽节矩t=23mm，绕直径D0=670mm；

l1：定绳尾所需长度,取l1=3 23=69mm； l2：筒两端空余长度,取l2=t=23mm；

l3：筒中间无槽长度,根据滑轮组中心间距=150，l3=1761mm。

卷筒壁厚δ=0.02D+(6~10)=[0.02 650+(6~10)]mm=19~23mm，δ=20mm，进行卷筒壁的压力计算。

卷筒转速nt

mvn

D0

=

4 7.513.14 0.67

=14.3r/min。

1.4 计算起升静功率

Pj

(Q G0)vn60 1000

=

(320000 6400) 7.51

60 1000 0.97

=47.6kW

式中η起升时总机械效率 z ch l t 0.97 0.94 0.982 0.992=0.858

z为滑轮组效率取0.97；传动机构机械效率取0.94；卷筒轴承效率取0.99；连

轴器效率取0.98。

________________________________________________________ 说明书所有公式格式全部应该如下所示:

tzh

nd

375(M

zh'

Mj)

[C GD

2

(Q G0)D0

ihm

2

2

2

]

644

375 (2000 586.4)

[1.15 (15.6 530 75.8)

(320 6.4) 10 0.67

40 4 0.858

2

2

32

]

0.76

'

s

式中 nd：电动机满载下降转速，单位为r/min，

'

nd 2n0 nd 2 600 556 644r/min ；

Mzh：制动力矩，M

M

'j

zh

2000

j

N.m ；

：净阻力矩，M

'

586.4N.m ；

……

_______________________________________________________________

1.5 初选电动机

PJC≥GPj=0.8 47.6=38.08kW 式中 PJC：JC值时的功率，位为kW；

G：稳态负载平均系数，根据电动机型号和JC值查表得G=0.8。 选用电动机型号为YZR280M-10，PJC=55KW，nJC=556r/min，最大转矩允许过

载倍数λm=2.8；飞轮转矩GD²=15.5KN.m²。 电动机转速nd n0

PjPJC

(n0 nJC) 600 [

47.655

(600 556)]=561.92r/min

式中 nd:在起升载荷PQ=326.4kN作用下电动机转速； n0:电动机同步转速；

PJC,nJC:是电动机在JC值时额定功率和额定转速。

1.6 选用减速器

减速器总传动比：i

ndni

561.9214.3

=39.3，取实际速比i=40。

i=40，nd=561.92r/min，起升机构减速器按静功率Pj选取，根据Pj=47.6kW，

工作级别为M5，选定减速器为ZQH100，减速器许用功率[Pnj]=79KW。低速轴最大扭矩为M=20500N.m

减速器在561.92r/min时许用功率[P'nj]为[P'nj]=实际起升速度v'n=

7.51 39.30

4047.6 39.3

40

79 561.92

600

=73.99>55kW

=7.38m/min =46.77kW

实际起升静功率Pj=

用Ⅱ类载荷校核减速器输出轴的径向载荷，最大力矩。

1.7 电动机过载验算和发热验算

过载验算按下式计算：

Pn≥

Hm m

Q G01000

n

=

2.51 3.3

(320 6.4) 10 7.381000 0.858 60

3

=41.78kW

Pn=45KW>41.78kW，此题Pn恰好与Pjc=P25的功率相等。

式中 Pn：准接电持续率时，电动机额定功率，单位为kW； H:系数，绕线式异步电动机，取H=2.5；

λm:基准接电持续率时,电动机转矩允许过载倍数,查表得λm取1.7； m:电动机个数；

η:总机械效率η=0.858。 发热验算按下式计算: P≥Pз

式中 P:电动机在不同接电持续率JC值和不同CZ值时允许输出功率，单位为kW,

按CZ=300，JC值=25%，查表得P=43.867kW。

P

G (Q G0) n

1000m

=

0.8 (320 6.4) 10 7.38

1000 1 0.858

3

=38.08kW

P=43.867>P =38.O8kW 过载验算和发热验算通过

1.8 选择制动器

按下式计算，选制动器： Mzh≥KzhM

'j

式中Mzh:制动力矩,单位为N.m；

Kzh:制动安全系数，查表M5得Kzh=2.0； M

M

'

'j

:下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m。

'

j

=

(Q G0)D0

2mi

(320 6.4) 10 0.67 0.858

2 4 40

3

=586.4N.m

η':下降时总机械效率，通常取η'≈η≈0.858 Mzh=MzhM

'j

=2 586.4=1172.N.m

选用Kzh=1172.8N.m选用YWZ5-400/121制动器，其额定制动力矩1250N.m； 安装时将制动力矩调整到所需的制动力矩Kzh=2000N.m。

1.9 选择联轴器

根据电动机和减速器以及浮动轴的轴伸尺寸及形状选连轴器，使连轴器的许用应力矩[M]>计算的所需力矩M,则满足要求。

电动机的轴伸：d=85mm(锥形)，长度E=170±0.5mm； 减速器轴伸:d=90mm(柱形)，长度E=135mm；

浮动轴的轴头：d=60mm， 长度E=107mm。

选取梅花弹性连轴器：型号为MLL9-I-400[M]=2800N.m；GD²=132.5 4=530Kg.m；型号为MLL9，[M]=2800N.m；GD²=18.95 4=75.8Kg.m²。

电动机额定力矩Mn 9550

Pjcnjc

9550

55556

=944.69N.m

计算所需力矩M=n 8 Mn=1.5 1.8 944.69=2550.69N.M 式中n：安全系数取n=1.5； 8

：

刚性动载系数，取 8＝1.8。

[M]=2800>M=2550.69N.M 所选连轴器合格。

1.10 验算起动时间

起动时间：

tq

nd

375(M

q

Mj)

[c(GD)

2

(Q G0) 10 D0

im

2

2

32

]

(320 6.4) 10 0.67

40 4 0.858

2

2

3

2

=

561.92

375 (1605.97 796.5)

[1.15 (15.6 530 75.8)

=1.3s

式中：(GD2)1=(GD2)d+(GD2)l+(GD2)z =15.6+530+75.8=621.4kN.m 静阻力矩：

M

(Q G0)D0

2mi

j

=

(320 6.4) 10 0.672 40 4 0.858

3

=796.5N.m

电动机启动力矩：

M

q

=1.7 Mn=1.7 944.69=1605.97N.m

平均起动加速度：

aq

n

'

tq 60

=

7.381.3 60

=0.095m/s² ]=0.2 m/s²

aq=0.095 m/s²<[a

电动机启动时间合适。

1.11 验算制动时间

制动时间：

tzh

nd

375(M

zh'

Mj)644

[C GD

2

(Q G0)D0

ihm

2

2

2

]

=

375 (2000 586.4)

[1.15 (15.6 530 75.8)

(320 6.4) 10 0.67

40 4 0.858

2

2

32

]

=0.76s

nd

'

：电机满载下降转速，单位为r/min；

nd=2n0 nd=2 600-556=644r/min

MM

zh

'

=2000N.m =586.4N.m

Vntzh60

'

j

平均制动减速器速度azh 制动时间也合适。

=

7.830.76 60

=0.17m/s²<[a]=0.2m/s²，所以

1.12高速轴计算

1.12.1疲劳计算

轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩：

M1 1M

e

2 71.72 143.43kgf.m

式中： 1 2等效系数，由表查得；Me相应于季候工作类型的电动机额定力矩传至计算轴的力矩。

M

e

975

Ne(25%)n1(25%)

975

42571

71.72kgf.m

由上节选择联轴器中,已确定浮动轴端直径d=55㎜. 因此扭转应力为:

n

M1W

14343

d

3

238.0kgf.m

32

许用扭转应力: [ oh]

2 1k

1n1

轴材料用45钢, b 6000kgf/cm2， s 3550kgf/cm2

1 0.22 b 1320kgf/cm

K kx km

2

；

s 0.6

s

2130kgf/cm

2

-----考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数;

kx-----与零件几何形状有关,对于零件表面有急剧过度和开键槽及紧配合

区段, kx=1.5~2.5；

km

-----与零件表面加工光洁度有关,对于 5,km 1.15~1.2;

对于

3,km 1.25~1.35;

此处取K=2 1.25=2.5

h

h

-----考虑材料对应力循环不对称的敏感系数,对碳钢,低合金刚，取

=0.2.

nI安全系数,查表得nI=1.6.

因此[tok]

2 1320(2.5 0.2) 1.6

611.1kgf/cm，故t

2

n

<[t

ok

]通过。

1.12.2静强度计算

轴的最大扭矩：:

M

2

c2M

j

2 79.65 159.3kgf.m

式中: c2-----动力系数,由表查得,因轴的工作速度较高,取 c2=2；

M

j

按照额定起重量计算轴受静力矩,M

MW

J

79.65kgf.m

2

。

最大扭转应力: max

2

159.30

8.5

3

264kgf/cm

32

2

1331.25kgf/cm 许用扭转应力:[ ]2 s

n21.6

2130

式中: n2-----安全系数，由表查得n2=1.6。

t

max

<[t]II

故合适.

浮动轴的构造如(2)图所示,

中间轴径d1 d (5~10) 75 (5~10) 80~85mm,取d1 85mm。

浮动轴（2）