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中國礦業(yè)大學(xué)2007屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 71頁
１ 概述
1.1起重機(jī)械的用途及工作特點(diǎn)
起重機(jī)械主要用于裝卸和搬運(yùn)物料，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要設(shè)備。它不僅廣泛應(yīng)用于工廠、礦山、港口、車站、建筑工地、電站等生產(chǎn)領(lǐng)域，而且也應(yīng)用到人們的生活領(lǐng)域。使用起重運(yùn)輸機(jī)械，能減輕工人勞動強(qiáng)度，降低裝卸費(fèi)用，減少貨物的破損，提高勞動生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化和自動化不可缺少的機(jī)械設(shè)備。
起重機(jī)械是以間歇、重復(fù)工作方式，通過起重吊鉤或其它吊具的起升、下降，或升降與運(yùn)移重物的機(jī)械設(shè)備。其工作特點(diǎn)具有周期性。在每一工作循環(huán)中，它的主要機(jī)構(gòu)作一次正向及反向運(yùn)動，每次循環(huán)包括物品的裝載及卸載，搬運(yùn)物品的工作行程和卸載后的空鉤回程，前后兩次裝載之間還有包括輔助準(zhǔn)備時(shí)間在內(nèi)的短暫停歇。
綜合起重機(jī)械的工作特點(diǎn)，從安全技術(shù)角度分析，可概括如下：
⑴起重機(jī)械通常具有龐大的結(jié)構(gòu)和比較復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，能完成一個(gè)起升運(yùn)動、一個(gè)或幾個(gè)水平運(yùn)動。例如，橋式起重機(jī)能完成起升、大車運(yùn)行和小車運(yùn)行三個(gè)運(yùn)動；門座起重機(jī)能完成起升、變幅、回轉(zhuǎn)和大車運(yùn)行四個(gè)運(yùn)動。作業(yè)過程中，常常是幾個(gè)不同方向的運(yùn)動同時(shí)操作，技術(shù)難度較大 。
⑵所吊運(yùn)的重物多種多樣，載荷是變化的。有的重物重達(dá)幾百噸乃至上千噸，有的物體長達(dá)幾十米，形狀很不規(guī)則，還有散粒、熱融狀態(tài)、易燃易爆危險(xiǎn)物品等，使吊運(yùn)過程復(fù)雜而危險(xiǎn)。
⑶大多數(shù)起重機(jī)械，需要在較大的范圍內(nèi)運(yùn)行，有的要裝設(shè)軌道和車輪（如塔吊、橋吊等），有的要裝設(shè)輪胎或履帶在地面上行走（如汽車吊、履帶吊等），還有的需要在鋼絲繩上行走（如客運(yùn)、貨運(yùn)架空索道），活動空間較大，一旦造成事故影響的面積也較大。
⑷有些起重機(jī)械，需要直接載運(yùn)人員在導(dǎo)軌、平臺或鋼絲繩上做升降運(yùn)動（如電梯、升降平臺等），其可靠性直接影響人身安全。
⑸暴露的、活動的零部件較多，且常與吊運(yùn)作業(yè)人員直接接觸（如吊鉤、鋼絲繩等），潛在許多偶發(fā)的危險(xiǎn)因素。
⑹作業(yè)環(huán)境復(fù)雜。從大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，到現(xiàn)代化港口、建筑工地、鐵路樞紐、旅游勝地，都有起重機(jī)械在運(yùn)行；職業(yè)場所常常會遇有高溫、高壓、易燃易爆、輸電線路、強(qiáng)磁等危險(xiǎn)因素，對設(shè)備和作業(yè)人員形成威脅。
⑺作業(yè)中常常需要多人配合，共同進(jìn)行一個(gè)操作，要求指揮、捆扎、駕駛等作業(yè)人員配合熟練、動作協(xié)調(diào)、互相照應(yīng)，作業(yè)人員應(yīng)有處理現(xiàn)場緊急情況的能力。多個(gè)作業(yè)人員之間的密切配合，存在較大的難度。
上述諸多危險(xiǎn)因素的存在，決定了起重傷害事故較多。根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國每年起重傷害事故的因工死亡人數(shù)，占全部工企業(yè)因工死亡總?cè)藬?shù)的15%左右。為了保證起重機(jī)械的安全運(yùn)行，國家將它列為特種設(shè)備加以特殊管理，許多企業(yè)都把管好起重設(shè)備作為安全生產(chǎn)工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
1.2起重機(jī)械的發(fā)展簡史
隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展和人民生活水平的提高，起重機(jī)械在不斷地發(fā)展和完善。這是因?yàn)椋鹬貦C(jī)械是物流機(jī)械化系統(tǒng)中的重要設(shè)備。社會化大生產(chǎn)愈發(fā)展，人民生活水平愈提高，物料搬運(yùn)和人員的輸送量就愈大，起重機(jī)械的應(yīng)用范圍也就愈廣泛。根據(jù)人類生產(chǎn)和生活的需要，許多具有特殊用途的新型設(shè)備不斷出現(xiàn)。
簡單的起重運(yùn)輸裝置的誕生，可以追溯到公元前5000～4000年的新石器時(shí)代末期。那時(shí)，我國勞動人民已能利用這些簡單裝置開鑿和搬運(yùn)巨石，砌成石棺、石臺，用以埋葬和紀(jì)念死者。進(jìn)入18世紀(jì)以后，英、法、德、美和匈牙利、意大利等國的機(jī)械工業(yè)發(fā)展較快。特別是1765年，瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)，蒸汽機(jī)的應(yīng)用大大推進(jìn)了起重機(jī)械的發(fā)展。19世紀(jì)下半葉，世界上出現(xiàn)了鐵路，一些工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家為了滿足港口、碼頭等地吊運(yùn)物資和其它裝備的需要，對起重機(jī)械提出了新的要求，以前那些用人力驅(qū)動、低效率、固定式的起重機(jī)已經(jīng)達(dá)不到要求，取而代之的是軌道式起重機(jī)。起重機(jī)械的興盛發(fā)展，還是到電動機(jī)被應(yīng)用于工業(yè)之后。隨著冶金業(yè)、煤炭業(yè)、采礦業(yè)、機(jī)械制造業(yè)和海港、內(nèi)河碼頭裝備的發(fā)展，起重機(jī)械的品種不斷完善，其參數(shù)也大大擴(kuò)展。1880年，美國的奧的斯電梯公司，首先使用電動機(jī)作為動力裝置安裝在客梯上，從而出現(xiàn)了第一臺電力驅(qū)動的電梯。電力驅(qū)動裝置的出現(xiàn)，同樣是起重機(jī)發(fā)展史上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。目前，由于高性能金屬材料的采用和材料加工能力的提高，起重機(jī)零部件的性能和壽命也不斷提高，整機(jī)使用壽命一般規(guī)定在10年以上。由于電動機(jī)、電氣拉制技術(shù)和液壓技術(shù)的發(fā)展，近年來起重機(jī)電力驅(qū)動的品質(zhì)和自動化水平也大為提高。
起重機(jī)的發(fā)展趨勢，將主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
⑴大型化。
起重機(jī)的起重量將會越來越大，以滿足特殊工程的需要。
⑵輕量化。
將廣泛采用新材料和采用合理的結(jié)構(gòu)形式，以減輕設(shè)備自重。采用新的結(jié)構(gòu)形式，主要是在梁、臂的截面形式上下功夫，如汽車起重機(jī)吊臂采用八角形截面或帶有變形孔的伸縮臂；采用新的計(jì)算方法，如有限單元法與結(jié)構(gòu)力學(xué)的有機(jī)結(jié)合，并配合使用電子計(jì)算機(jī)，精確計(jì)算應(yīng)力值，避免設(shè)計(jì)中的“肥梁胖柱”；采用新材料，起重機(jī)結(jié)構(gòu)件將越來越多地采用高強(qiáng)度鋼，零部件逐漸采用塑料，現(xiàn)在滑輪已經(jīng)采用鑄尼龍材料，緩沖器采用了聚氨脂材料，國外還有采用碳纖維強(qiáng)化塑料（比重是鋼的1/3～1/4，強(qiáng)度是鋼的3～5倍）代替起重機(jī)部分結(jié)構(gòu)的趨勢。
⑶提高作業(yè)性能。
如提高運(yùn)行速度，保證運(yùn)行的準(zhǔn)確性和平穩(wěn)性。
⑷多樣化。
將向同一設(shè)備可使用多種工作裝置的要求發(fā)展，擴(kuò)大使用范圍。
⑸最優(yōu)化。
將普遍采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，并配用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。
⑹通用化。
力求提高系列產(chǎn)品零部件的通用率。
⑺液壓化。
主要體現(xiàn)在輪式起重機(jī)向全液壓傳動發(fā)展。
⑻安全化。
起重機(jī)械的可靠性、安全性和舒適性將成為評價(jià)設(shè)備的重要指標(biāo)；特別是安全性，將作為評價(jià)先進(jìn)性的頭等重要指標(biāo)。例如，在安全防護(hù)裝置的配備、司機(jī)室的合理布置、以及減少振動和噪音等方面，都將作為制造廠家設(shè)計(jì)原則的一部分。
1.3起重機(jī)械的組成和種類
1.3.1起重機(jī)械的組成
起重機(jī)械一般是由工作結(jié)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)、動力裝置與控制系統(tǒng)三部分組成的。
⑴工作機(jī)構(gòu)
起重機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)一般可概括為起升、運(yùn)行、回轉(zhuǎn)和變幅四大機(jī)構(gòu)。
起升機(jī)構(gòu)是升降重物的機(jī)構(gòu)。它是起重機(jī)械最主要的機(jī)構(gòu)，任何一種起重機(jī)械，都有這種機(jī)構(gòu)。有的起重機(jī)械不止一套起升機(jī)構(gòu)，升降重物能力最大的起升機(jī)構(gòu)叫主起升機(jī)構(gòu)，除主起升機(jī)構(gòu)以外的其它起升機(jī)構(gòu)叫副起升機(jī)構(gòu)。
運(yùn)行機(jī)構(gòu)是使起重機(jī)械或起重小車行走的機(jī)構(gòu)。
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是使起重機(jī)械的回轉(zhuǎn)部分在水平面，繞回轉(zhuǎn)中心線轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)。
變副機(jī)構(gòu)是使起重機(jī)械臂架傾角變化，改變幅度的機(jī)構(gòu)。所謂幅度是指起重機(jī)械置于水平場地時(shí)，空載吊具垂直中心線至回轉(zhuǎn)中心線之間的水平距離。
⑵金屬結(jié)構(gòu)
金屬結(jié)構(gòu)是指起重機(jī)械的骨架，主要用來支承工作結(jié)構(gòu)、承受自身的重力和作業(yè)時(shí)的外載荷。
⑶動力裝置和控制系統(tǒng)
動力裝置是驅(qū)動起重機(jī)械運(yùn)動的動力設(shè)備。它在很大程度上決定了起重機(jī)械的性能和構(gòu)造特點(diǎn)。起重機(jī)械的控制系統(tǒng)包括操縱裝置和安全裝置。各種機(jī)構(gòu)的起動、調(diào)速、改向、制動和停止，都是通過操縱控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。
1.3.2起重機(jī)械的種類
根據(jù)起重機(jī)械構(gòu)造的特點(diǎn)、機(jī)構(gòu)的多少和服務(wù)范圍的不同，通常分為三類，即輕小起重設(shè)備、起重機(jī)、升降機(jī)。
⑴輕小起重設(shè)備
輕小起重設(shè)備是體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，動作簡單，作業(yè)范圍投影以點(diǎn)、線為主的輕便起重機(jī)械，如千斤頂、手拉葫蘆、絞車和電動葫蘆等。
⑵起重機(jī)
起重機(jī)是具有多種機(jī)構(gòu)的起重機(jī)械，掛在它的取物（吊具）上的重物，在空間除了能作升降運(yùn)動以外，還能作水平移動。取物裝置是指吊取、抓取、吸取、夾取、托取或用其它方法吊運(yùn)貨物的裝置，如吊鉤、抓斗、電磁吸盤（起重電磁鐵）、夾鉗等。起重機(jī)按構(gòu)造特點(diǎn)，分為橋架型起重機(jī)、臂架型起重機(jī)和纜索型起重機(jī)。
橋架型起重機(jī)是取物裝置掛在可沿橋架運(yùn)行的起重小車或運(yùn)行式葫蘆上的起重機(jī)。其特點(diǎn)是具有一個(gè)橋架式的金屬結(jié)構(gòu)。這類起重機(jī)依靠起升機(jī)構(gòu)和在水平面內(nèi)兩個(gè)相互垂直方向移動的運(yùn)行機(jī)構(gòu)，能在長方形場地及其上空作業(yè)。屬于這類的起重機(jī)有橋式起重機(jī)、門式起重機(jī)和半門式起重機(jī)。它們適合在車間、倉庫、露天堆場等處作貨物的裝卸運(yùn)輸工作。
臂架型起重機(jī)是取物裝置懸掛在臂架頂端或可沿臂架運(yùn)行的起重小車上的起重機(jī)。其特點(diǎn)是具有一個(gè)臂架式的金屬結(jié)構(gòu)。這類起重機(jī)有起升機(jī)構(gòu)，一般還有回轉(zhuǎn)和變幅機(jī)構(gòu)。依靠這些機(jī)構(gòu)的配合，能在圓形場地及其上空作業(yè)。有些還有運(yùn)行機(jī)構(gòu)，這樣就構(gòu)成了常見的各種可以運(yùn)行的臂架型起重機(jī)。它們具有很好的機(jī)動性，特別適合作露天裝卸及安裝工作。屬于這類的起重機(jī)如塔式起重機(jī)、汽車起重機(jī)等。
纜索型起重機(jī)是掛有取物裝置的起重小車沿架空承載索運(yùn)行的起重機(jī)。這類起重機(jī)常用于林場、山區(qū)、水庫、礦山、水電站等處。
⑶升降機(jī)
升降機(jī)是重物或取物裝置只能沿導(dǎo)軌升降的起重機(jī)械，如電梯、高爐上料機(jī)、礦井升降機(jī)等。
1.4橋式起重機(jī)的分類和用途
橋式起重機(jī)是在固定的跨間內(nèi)吊裝重物的機(jī)械設(shè)備，被廣泛用于車間、倉庫或露天場地。
橋式起重機(jī)的大梁橫跨于跨間內(nèi)一定高度的專用軌道上，可沿軌道在跨間的縱向移動，在外觀上布置有起升裝置，大多數(shù)起升裝置采用起重小車，起升裝置可沿大梁在跨間橫向移動，外觀像一條金屬的橋梁，所以人們稱它為橋式起重機(jī)。橋式起重機(jī)俗稱“天車”、“行車”。
1.4.1橋式起重機(jī)的分類
橋式起重機(jī)的種類較多，可按不同方法分類。
根據(jù)吊具不同，可分為吊鉤式起重機(jī)、抓斗式起重機(jī)、電磁吸盤式起重機(jī)。
根據(jù)用途不同，可分為通用橋式起重機(jī)、專用橋式起重機(jī)兩大類。專用橋式起重機(jī)的形式較多，主要有：鍛造橋式起重機(jī)、鑄造橋式起重機(jī)、冶金橋式起重機(jī)、電站橋式起重機(jī)、防爆橋式起重機(jī)、絕緣橋式起重機(jī)、掛梁橋式起重機(jī)、兩用（三用）橋式起重機(jī)、大起升高度橋式起重機(jī)等。
按主梁結(jié)構(gòu)形式可分為箱行結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)、桁架結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)、管行結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)。還有型鋼（工字鋼）和鋼板制成的簡單截面梁的起重機(jī)，稱為梁式起重機(jī)。梁式起重機(jī)多采用電動葫蘆作為起重小車。
1.4.2橋式起重機(jī)的用途
橋式起重機(jī)被廣泛用于各類工業(yè)企業(yè)、港口車站、倉庫、料場、水電站、火電站等場所。不同類型的橋式起重機(jī)所適合吊裝的重物不同，并根據(jù)不同的要求采用不同的吊具。吊鉤起重機(jī)吊裝各種成件重物；抓斗起重機(jī)吊裝各種散裝物品，如煤、焦碳、砂、鹽等；電磁起重機(jī)吊裝導(dǎo)磁的金屬材料，如型鋼、鋼板、廢鋼鐵等。
兩用起重機(jī)是為了提高生產(chǎn)效率，在一臺小車上裝有可換的吊鉤和抓斗或者電磁盤和抓斗，但每一工作循環(huán)只能使用其中的一種取物裝置；三用起重機(jī)即吊鉤、抓斗、電磁鐵3種可以互換的取物裝置，可吊裝成件、散粒物品或?qū)Т诺慕饘俨牧希看蔚跹b重物時(shí)，只能使用其中的一種取物裝置。
防爆起重機(jī)用于在有易爆、易燃介質(zhì)的房間、庫房等場所吊裝成件重物，起重機(jī)上的電氣設(shè)備和有關(guān)裝置具有防爆特性，以免發(fā)生火花而爆炸。絕緣起重機(jī)用于吊裝電解車間的各種成件物品，起重機(jī)上有關(guān)部分具有可靠的絕緣裝置，保證安全操作。
雙小車起重機(jī)是在同一臺主梁上設(shè)有兩臺相同的小車，用來搬運(yùn)長件材料，各小車又可單獨(dú)使用。
掛梁起重機(jī)通過兩個(gè)吊鉤上的平衡梁掛鉤或平衡梁上的電磁盤吊裝和對垛各種長件材料，如木材、鋼管、棒材、型材、鋼板等。
1.4.3橋式起重機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
盡管橋式起重機(jī)的類型繁多，但基本結(jié)構(gòu)是相同的。橋式起重機(jī)主要是由大梁、起升裝置、端梁、大梁行走機(jī)構(gòu)、起升裝置行走機(jī)構(gòu)、軌道和電氣動力、控制裝置等構(gòu)成。
⑴大梁結(jié)構(gòu)
橋式起重機(jī)一般采用兩根端部連接的大梁組合結(jié)構(gòu)，稱為雙梁橋式起重機(jī)，只有少數(shù)輕型橋式起重機(jī)采用單梁，稱為梁式起重機(jī)。
橋式起重機(jī)大梁的結(jié)構(gòu)形式主要有箱行結(jié)構(gòu)、偏軌箱行結(jié)構(gòu)、偏軌空腹箱行結(jié)構(gòu)、單主梁箱行結(jié)構(gòu)、四桁架式結(jié)構(gòu)、三角形桁架式結(jié)構(gòu)、單腹板梁結(jié)構(gòu)、曲腹板梁結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力箱型梁結(jié)構(gòu)等。最常見的是箱行結(jié)構(gòu)。箱行梁由上蓋板、下蓋板和兩個(gè)腹板構(gòu)成一個(gè)箱體，箱內(nèi)還有縱橫長短筋板，見圖1-1。在箱行梁的一側(cè)鋪設(shè)走臺板和欄桿，在上蓋板上鋪設(shè)起升裝置的行走軌道。為了檢修的方便，在大梁上還布置有供人行走的走臺和欄桿。
⑵起升機(jī)構(gòu)
起升機(jī)構(gòu)用來實(shí)現(xiàn)重物的升降，是起重機(jī)上最重要和最基本的機(jī)構(gòu)。橋式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)，除了少數(shù)梁式起重機(jī)采用電動葫蘆外，一般均采用起重小車。起重小車由車架、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升卷繞機(jī)構(gòu)和電氣設(shè)備等組成。
車架支撐在四個(gè)車輪上，車架上的運(yùn)行機(jī)構(gòu)帶動車輪沿軌道運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)在跨間寬度方向不同位置的吊裝。
起升卷繞機(jī)構(gòu)實(shí)際上是一臺電動卷揚(yáng)機(jī)和滑輪組的組合。起重量大于150KN的橋式起重機(jī)，一般具有兩套起升卷繞機(jī)構(gòu)，既主鉤和副鉤，主鉤的額定載荷較大，但起升速度較慢，副鉤的額定載荷小，但起升速度快，用以起吊較輕的物件或作輔助性的工作，以提高工作效率。在橋式起重機(jī)的銘牌上對其額定載荷的標(biāo)注通常將主鉤額定載荷標(biāo)注在前，副鉤額定載荷標(biāo)注在后，中間用“/”隔開，如“1600KN/500KN”。
1.5橋式起重機(jī)的基本參數(shù)
起重機(jī)械的基本參數(shù)是用來說明起重機(jī)械的性能和規(guī)格的一些數(shù)據(jù)，也是提供設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇使用起重機(jī)械的主要依據(jù)。
橋式起重機(jī)的基本參數(shù)主要有額定載荷、跨度、起升高度、工作速度和工作級別等。橋式起重機(jī)的額定載荷一般在50~5000KN之間，我國生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)橋式起重機(jī)系列有13種，即50，80，125/30，160/30，200/50，320/80，500/125，800/200，1000/320，1250/320，1600/500，2000/500，2500/500。
橋式起重機(jī)的跨度指的是其大梁兩軌道中心線的距離，它決定了橋式起重機(jī)的工作范圍。目前我國生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)的跨度最小為10.5m，最大為31.5m，每隔3m一個(gè)規(guī)格，即10.5m，13.5 m，16.5 m，19.5 m，22.5 m，25.5 m，28.5 m，31.5 m。
起升高度指的是吊鉤上升到極限位置時(shí)，吊鉤中心線至地面的垂直距離，一般標(biāo)準(zhǔn)橋式起重機(jī)的起升高度在12~32m之間。
橋式起重機(jī)的其他有關(guān)參數(shù)包括如下幾項(xiàng)：
⑴額定起重量（t）
吊鉤所能吊起的最大重量。如使用其它輔助取物裝置和吊具（如抓斗、電磁鐵、夾鉗和盛鋼桶等）時(shí)，這些裝置的自重應(yīng)包括在額定起重量內(nèi)。當(dāng)決定起重機(jī)的額定起重量時(shí)，應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)值。因?yàn)槠鹬亓康臄?shù)值對大多數(shù)起重機(jī)的自重有決定性的作用，因此在確定時(shí)應(yīng)按照生產(chǎn)實(shí)際情況考慮，過小不能滿足生產(chǎn)要求，過大會造成基建投資的浪費(fèi)。
⑵起升高度（m）
吊鉤最低位置到吊鉤最高位置之間的垂直距離，此參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定，可根據(jù)工作需要來定。
⑶跨度（m）和幅度(m)
都是表示起重機(jī)工作范圍的參數(shù)?？缍仁侵笜蚴筋愋推鹬貦C(jī)大車運(yùn)行軌道之間的距離；幅度是指旋轉(zhuǎn)起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)中心線到吊鉤中心線之間的水平距離。
⑷軌距(m)
軌距也稱輪距，按下列三種情況定義：
①對于小車，為小車軌道中心線之間的距離；
②對于鐵路起重機(jī)，為運(yùn)行線路兩鋼軌頭部下內(nèi)側(cè)16mm處的水平距離；
③對于臂架型起重機(jī)，為軌道中心線或起重機(jī)行走輪踏面（或履帶）中心線之間的距離。
⑸基距
基距也稱軸距，是指沿縱向運(yùn)動方向的起重機(jī)或小車支承中心線之間的距離?；嗟臏y定與支承輪的布置有關(guān)。
⑹起重力矩
起重力矩是幅度與其相對應(yīng)的起吊物品重力的乘積。
⑺起重傾覆力矩
起重傾覆力矩，是指起吊物品重力與其至傾覆線距離的乘積。
⑻輪壓
輪壓是指一個(gè)車輪傳遞到軌道或地面上的最大垂直載荷。按工況不同，分為工作輪壓和非工作輪壓。
⑼工作速度v(m/min)
包括起升、運(yùn)行、變副和旋轉(zhuǎn)速度，但旋轉(zhuǎn)速度用n(r/min)表示。
①起升速度——起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下吊鉤上升的速度；
②運(yùn)行速度——運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，大車或小車直線運(yùn)行的速度；
③變副速度——吊鉤從最大幅度到最小幅度的平均線速度；
④旋轉(zhuǎn)速度——旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，起重機(jī)的轉(zhuǎn)速。
⑽生產(chǎn)率Q（t/h）
說明起重機(jī)裝載或吊運(yùn)物品的工作能力的綜合指標(biāo)。
⑾起重機(jī)工作級別
起重機(jī)工作級別是考慮起重量和時(shí)間的利用程度以及工作循環(huán)次數(shù)的工作特性。它是按起重機(jī)利用等級（整個(gè)設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)，總的工作循環(huán)次數(shù)）和載荷狀態(tài)劃分的。或者說，起重機(jī)工作級別是表明起重機(jī)工作繁重程度的參數(shù)，即表明起重機(jī)工作在時(shí)間方面的繁忙程度和在吊重方面滿載程度的參數(shù)。
⑿自重及外形尺寸
這是任何一種機(jī)器都應(yīng)有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它不僅是說明起重機(jī)械性能優(yōu)劣的數(shù)據(jù)，而且直接影響基建費(fèi)用的投資，因此，應(yīng)十分重視減輕自重和減小外形尺寸。
2 吊鉤橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)書
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)
主要參數(shù)為：起重量（主起升）：20t，起升高度（主起升）：12m， 起升速度（主起升）：10m/min；起重量（副起升）：5t，起升高度（副起升）：14m， 起升速度（副起升）：20m/min；小車運(yùn)行速度：45m/min；大車運(yùn)行速度：75m/min，跨度：22.5m；工作級別：A5。
2.2工作條件
工作地點(diǎn)為室內(nèi)，采用交流電。
2.3設(shè)計(jì)原則
為保證起重機(jī)安全正常工作，起重機(jī)本身應(yīng)具備三個(gè)基本條件：
1）金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)械零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和抗彎曲能力；
2）整機(jī)具備必要的抗傾覆穩(wěn)定性；
3）原動機(jī)具備滿足作業(yè)性能要求的功率，制動裝置提供必要的制動轉(zhuǎn)矩。
3 小車起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的計(jì)算
已知數(shù)據(jù)：起重量（主起升）：20t，起升高度（主起升）：12m， 起升速度（主起升）：10m/min；起重量（副起升）：5t，起升高度（副起升）：14m， 起升速度（副起升）：20m/min；小車運(yùn)行速度：45m/min；工作級別：A5；機(jī)構(gòu)接電持續(xù)率JC=25%；小車質(zhì)量估計(jì)=8t。
3.1起升機(jī)構(gòu)計(jì)算
3.1.1確定起升結(jié)構(gòu)傳動方案，選擇滑輪組和吊鉤組
注：以下計(jì)算①為主起升計(jì)算，②為副起升計(jì)算。
⑴起升機(jī)構(gòu)的計(jì)算
按照布置緊湊的原則，決定采用雙聯(lián)滑輪組的方案。
①按Q=20t，查[3]表3-2-8取滑輪組倍率=4，承載繩分支數(shù)Z=2= 8；
查[2]附表9選圖號為T1 362.1508吊鉤組，得其質(zhì)量=467kg，兩滑輪間距=87mm；
②按Q=5t，查[3]表3-2-8取滑輪組倍率=2，承載繩分支數(shù)Z=2= 4；
查[2]附表8選圖號為G13吊鉤組，得其質(zhì)量=99kg，兩滑輪間距=200mm；
3.1.2選擇鋼絲繩
①若滑輪組采用滾動軸承，當(dāng)=4，查[3]表3-2-11得滑輪組效率=0.97，鋼絲繩所受最大拉力：
= 2637.5 kg = 26.375 kN
查[3]表3-1-2，工作級別A5時(shí)，安全系數(shù)n=4.5,鋼絲繩計(jì)算破斷拉力：
=118.69 kN
查[2]附表1所選瓦林吞型纖維芯鋼絲繩6×19W+FC，鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度1770MPa，光面鋼絲，右交互捻，直徑d=18mm，鋼絲繩最小破斷拉力=149.5kN,
標(biāo)記如下：
鋼絲繩1：18NAT 6×19W+FC 1770 ZS 149.5 GB8918-88
②若滑輪組采用滾動軸承，當(dāng)=2，查[3]表3-2-11得滑輪組效率=0.99，鋼絲繩所受最大拉力：
= 1287.63 kg = 12.876 kN
查[3]表3-1-2，工作級別A5時(shí)，安全系數(shù)n=4.5,鋼絲繩計(jì)算破斷拉力：
=57.942 kN
查[2]附表1所選瓦林吞型纖維芯鋼絲繩6×19W+FC，鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度1570MPa，光面鋼絲，右交互捻，直徑d=11mm，鋼絲繩最小破斷拉力=62.69kN,
標(biāo)記如下：
鋼絲繩2：11NAT 6×19W+FC 1570 ZS 62.69 GB8918-88
3.1.3確定滑輪主要尺寸
①滑輪的許用最小直徑：
D≥d（e-1）=18×（25-1）=432 mm
式中:
系數(shù)e=25由[1]表2-4查得，由[2]附表2表選用滑輪直徑D=450 mm，取平衡滑輪直徑≈0.6D=0.6×450=270 mm，由[2]附表2選用= 280 mm。滑輪的繩槽部分尺寸由[2]附表3查得，由[2]附表4選用鋼絲繩直徑=18 mm，=450 mm。
②滑輪的許用最小直徑：
D≥d（e-1）=11×（25-1）=264 mm
式中:
系數(shù)e=25由[1]表2-4查得，由[2]附表2表選用滑輪直徑D=280 mm，取平衡滑輪直徑≈0.6D=0.6×280=168 mm，由[2]附表2選用= 225 mm?；喌睦K槽部分尺寸由[2]附表3查得，由[2]附表4選用鋼絲繩直徑=11 mm，=280 mm。
3.1.4確定卷筒尺寸并驗(yàn)算強(qiáng)度
①卷筒直徑：
D≥d（e-1）=18×（25-1）=432 mm
由[2]附表13選用=500 mm，卷筒繩槽尺寸由[3]表3-3-3得槽距，=19 mm，槽底半徑 =9.5 mm
卷筒尺寸：
=
= 1440 mm
取 =1500 mm
式中：
——附加安全系數(shù)，取= 2；
——卷槽不切槽部分長度，取其等于吊鉤組動滑輪的間距，即=A=87 mm，實(shí)際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減；
——卷筒計(jì)算直徑=D+d=500+16=516 mm
卷筒壁厚：
δ=0.02D+（6～10）=0.02×500 +（6～10）
=16～20 mm
取δ=18 mm
卷筒壁壓應(yīng)力計(jì)算：
N/m=77.12 MP
選用灰鑄鐵HT200，最小抗拉強(qiáng)度σ=195 MPa，許用壓應(yīng)力：
= 130 MPa
因﹤ ，故抗拉強(qiáng)度是足夠的。
卷筒拉應(yīng)力驗(yàn)算：
由于卷筒長度L≥3D，尚應(yīng)校驗(yàn)由彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒彎矩圖示于圖：
卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時(shí)：
= 18633937.5 Nmm
卷筒斷面系數(shù)：
= 3229526.5 Nmm
式中：
D ——卷筒外徑，D=500 mm；
D——卷筒內(nèi)徑，D= D-2δ=500-2×18=464 mm
于是：
=5.8 MPa
合成應(yīng)力：
=
= 28.94 MPa
式中許用拉應(yīng)力：
MPa
故＜
卷筒強(qiáng)度驗(yàn)算通過，故選定卷筒直徑=500 mm，長度=1500 mm，卷筒槽形的槽底半徑=9.5 mm，槽矩=19 mm，起升高度=12 m，倍率=4，靠近減速器一端的卷筒槽向?yàn)橛业腁型卷筒，標(biāo)記為：
卷筒A 500×1500—9.5×19—12×4 右ZB J80 007.2-872
②卷筒直徑：
D≥d（e-1）=11×（25-1）=264 mm
由[2]附表13選用=300 mm，卷筒繩槽尺寸由[3]表3-3-3得槽距，=13 mm，槽底半徑=6 mm
卷筒尺寸：
=
= 1101 mm
取 =1500 mm
式中：
——附加安全系數(shù)，取= 2；
——卷槽不切槽部分長度，取其等于吊鉤組動滑輪的間距，即=A=200 mm，實(shí)際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當(dāng)增減；
——卷筒計(jì)算直徑=D+d=300+11=311 mm
卷筒壁厚：
δ=0.02D+（6～10）=0.02×300 +（6～10）
=12～16 mm
取δ=14 mm
卷筒壁壓應(yīng)力計(jì)算：
N/m=70.75 MP
選用灰鑄鐵HT200，最小抗拉強(qiáng)度σ=195 MPa，許用壓應(yīng)力：
= 130 MPa
因﹤ ，故抗拉強(qiáng)度是足夠的。
卷筒拉應(yīng)力驗(yàn)算：
由于卷筒長度L≥3D，尚應(yīng)校驗(yàn)由彎曲應(yīng)力產(chǎn)生的拉應(yīng)力，卷筒彎矩圖示于圖：
卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時(shí)：
= 8369400 Nmm
卷筒斷面系數(shù)：
= 875455.9 Nmm
式中：
D ——卷筒外徑，D=300 mm；
D——卷筒內(nèi)徑，D= D-2δ=300-2×14=272 mm
于是：
=9.6 MPa
合成應(yīng)力：
=
= 30.83 MPa
式中許用拉應(yīng)力：
MPa
故＜
卷筒強(qiáng)度驗(yàn)算通過，故選定卷筒直徑=300 mm，長度=1500 mm，卷筒槽形的槽底半徑=6 mm，槽矩=13 mm，起升高度=14 m，倍率=2，靠近減速器一端的卷筒槽向?yàn)橛业腁型卷筒，標(biāo)記為：
卷筒A 300×1500—6×13—14×2 右ZB J80 007.2-872
3.1.5選電動機(jī)
①計(jì)算靜功率：
=
= 39.3 kW
式中:：
——機(jī)構(gòu)總效率，一般=0.8～0.9，取=0.85；
電動機(jī)計(jì)算功率：
≥=0.8×39.3=31.445 kW
式中系數(shù)由[1]表6-1查得，中級起重機(jī)=0.85～0.95 ，
取=0.8
查[3]附表5-1-35選用電動機(jī)YZR225M-6，其（25%）=34kW，=957r/min，=3.3 kgm，電機(jī)質(zhì)量 =398 kg。
②計(jì)算靜功率：
=
= 19.6 kW
式中：
——機(jī)構(gòu)總效率，一般=0.8～0.9，取=0.85；
電動機(jī)計(jì)算功率：
≥=0.8×19.6=15.68 kW
式中系數(shù)由[1]表6-1查得，中級起重機(jī)=0.85～0.95 ，
取=0.8
查[2]附表30選用電動機(jī)JZR-42-8，其（25%）=16 kW，=715r/min，=1.46kgm，電機(jī)質(zhì)量 =260 kg。
3.1.6驗(yàn)算電動機(jī)發(fā)熱條件
①按照等效功率法，求JC=25%時(shí)所需要的等效功率：
≥ =0.75×0.98×39.3=28.89 kW
式中：
——工作級別系數(shù)，查[1]表6-4 ，工作類型為中級時(shí)=0.75；
——系數(shù)，根據(jù)機(jī)構(gòu)平均啟動時(shí)間與平均工作時(shí)間的比值（/），由[1]表6-5，一般起升機(jī)構(gòu) / =0.1～0.2，取/=0.2，由[1]圖6-6查=0.98；
由以上計(jì)算結(jié)果，＜ ，故初選電動機(jī)能滿足發(fā)熱條件。
②按照等效功率法，求JC=25%時(shí)所需要的等效功率：
≥ =0.75×0.85×19.6=12.5 kW
式中：
——工作級別系數(shù)，查[1]表6-4 ，工作類型為中級時(shí)=0.75；
——系數(shù)，根據(jù)機(jī)構(gòu)平均啟動時(shí)間與平均工作時(shí)間的比值（/），由[1]表6-5，一般起升機(jī)構(gòu) / =0.1～0.2，取/=0.1，由[1]圖6-6查=0.85；
由以上計(jì)算結(jié)果，＜ ，故初選電動機(jī)能滿足發(fā)熱條件。
3.1.7選擇標(biāo)準(zhǔn)減速器
①卷筒轉(zhuǎn)速：
=
= 24.69 r/min
減速器總傳動比：
= = 38.76
查[2]附表35，選ZQ-650-Ⅱ-3CA減速器，當(dāng)工作類型為中級時(shí)，許用功率[N]=31.5 kW ，=40.17，質(zhì)量=878 kg。
②卷筒轉(zhuǎn)速：
=
= 40.96 r/min
減速器總傳動比：
= = 17.46
查[2]附表35，選ZQ-400-ⅡⅤ-3CA減速器，當(dāng)工作類型為中級時(shí)，許用功率[N]=10.4 kW ，=20.49，質(zhì)量=253 kg。
3.1.8驗(yàn)算起升速度和實(shí)際所需功率
①實(shí)際起升速度：
=9.65 m/min
誤差：
︱ ︳= ︱×100% ︳= ︳ ︳
= 3.5% ＜ = 15%
實(shí)際所需等效功率：
= 27.88 kW ＜（25%）=34 kW
②實(shí)際起升速度：
=17.04 m/min
誤差：
︱ ︳= ︱×100% ︳= ︳ ︳
= 13.5% ＜= 15%
實(shí)際所需等效功率：
= 10.65 kW ＜（25%）=16 kW
3.1.9校核減速器輸出軸強(qiáng)度
①由[1]公式（6-16）得輸出軸最大徑向力：
≤
式中：
=2×26375=52750 N=52.75 kN —— 卷筒上鋼絲繩引起的載荷；
=9.81 kN ——卷筒及軸自重，參考[4]附表8；
[R]=89.5 kN —— ZQ—650減速器輸出軸端最大容許徑向載荷，參考[2]附得。
因此
= （52.75+9.81）=31.28 kN ＜[R] ，通過。
由[1]中公式（6-17）得輸出軸最大扭矩：
=（0.7～0.8）ψη≤[]
式中：
=9550==346.4 Nm—— 電動機(jī)軸額定力矩；
ψ=3.3—— 當(dāng)JC=25%時(shí)電動機(jī)最大力矩倍數(shù)，由[2]附表28查出；
η=0.95—— 減速器傳動功率；
[]=60500 Nm——減速器輸出軸最大容許轉(zhuǎn)矩，由[2]附表36查出；
∴ =0.8×3.3×346.4×40.17×0.95=34898 Nm
＜[]=55000 Nm
由上計(jì)算，所選減速器能滿足要求。
②由[1]公式（6-16）得輸出軸最大徑向力：
Rmax≤
式中：
=2×12876=25752 N=25.52 kN —— 卷筒上鋼絲繩引起的載荷；
=3.44 kN ——卷筒及軸自重，參考[4]附表8；
[R]=18.5 kN —— ZQ—650減速器輸出軸端最大容許徑向載荷，參考[2]附得。
因此
= （25.752+3.44）=14.596 kN ＜[R] ，通過。
由[1]中公式（6-17）得輸出軸最大扭矩：
=（0.7～0.8）ψη≤[]
式中：
=9550==218.2 Nm—— 電動機(jī)軸額定力矩；
ψ=3.2—— 當(dāng)JC=25%時(shí)電動機(jī)最大力矩倍數(shù)，由[2]附表28查出；
η=0.95—— 減速器傳動功率；
[]=12900 Nm——減速器輸出軸最大容許轉(zhuǎn)矩，由[2]附表36查出；
∴ =0.8×3.2×218.2×20.49×0.95=10873 Nm
＜[]=12900 Nm
由上計(jì)算，所選減速器能滿足要求。
3.1.10選擇制動器
①所需靜制動力矩：
≥
=
=48.9 kgm
式中：
=1.75—— 制動安全系數(shù)，由[1]表6-6查取
由[2]中附表15選用YWZ —315/50，其制動力矩 =360～710 Nm ，制動輪直徑 =315 mm ，制動器質(zhì)量=61.4 Kg。
②所需靜制動力矩：
≥
=
=28.8 kgm
式中：
=1.75—— 制動安全系數(shù)，由[1]表6-6查取
由[2]中附表15選用YWZ —250/30，其制動力矩 =225～360 Nm ，制動輪直徑 =250 mm ，制動器質(zhì)量=43.6 Kg。
3.1.11選擇聯(lián)軸器
①高速軸聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由[1]（6-26）式
=1.5×1.8×346.4=935.28 Nm
式中：
=346.4 —— 電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩；
=1.5 —— 聯(lián)軸器安全系數(shù)；
=1.8 —— 剛性動載系數(shù)，一般=1.5 ～ 2.0；
由[2]附表29查得YZR225M-6電動機(jī)軸端為圓錐形d=65mm，=105mm；
由[2]附34查得ZQ-650減速器的高速軸端為圓錐形d=60mm，=110mm；
靠電動機(jī)軸端聯(lián)軸器：由[2]附表43選用CLZ半聯(lián)軸器，其圖號為s353，最大容
許轉(zhuǎn)矩[]=3150 Nm ＞ 值，飛輪轉(zhuǎn)矩=0.403 kg m，質(zhì)量G=23.2 kg 。
浮動軸的兩軸端為圓柱形d=55mm，=85mm；
靠減速器的聯(lián)軸器 ，由[2]附表45選用帶mm制動輪的聯(lián)軸器，圖號為s198，最大容許轉(zhuǎn)矩[]=3150 Nm，飛輪轉(zhuǎn)矩=1.8 kgm，質(zhì)量=37.5 kg ，與制動器YWZ—315/50 相適應(yīng)，將s198聯(lián)軸器所帶mm制動輪，修改為mm應(yīng)用。
②高速軸聯(lián)軸器計(jì)算轉(zhuǎn)矩，由[1]（6-26）式
=1.5×1.8×218.2=589.14 Nm
式中：
=218.2 —— 電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩；
=1.5 —— 聯(lián)軸器安全系數(shù)；
=1.8 —— 剛性動載系數(shù)，一般=1.5 ～ 2.0；
由[2]附表29查得YZR42-8電動機(jī)軸端為圓錐形d=65mm，=105mm；
由[2]附34查得ZQ-400減速器的高速軸端為圓錐形d=40mm，=85mm；
靠電動機(jī)軸端聯(lián)軸器：由[2]附表43選用CLZ半聯(lián)軸器，其圖號為s139，最大容
許轉(zhuǎn)矩[]=3150 Nm ＞ 值，飛輪轉(zhuǎn)矩（GD）=0.403 kg m，質(zhì)量G=23.6 kg 。
浮動軸的兩軸端為圓柱形d=45mm，=85mm；
靠減速器的聯(lián)軸器 ，由[2]附表45選用帶mm制動輪的聯(lián)軸器，圖號為s216，最大容許轉(zhuǎn)矩[]=1400 Nm，飛輪轉(zhuǎn)矩=1.28 kgm，質(zhì)量=27.6 kg ，與制動器YWZ—250/30 相適應(yīng)，將s216聯(lián)軸器所帶mm制動輪，修改為mm應(yīng)用。
3.1.12驗(yàn)算起動時(shí)間
①起動時(shí)間：
式中：
=3.3+0.403+1.8
=5.503 kgm
靜阻力矩：
=
=38.66 Nm
平均起動力矩：
=1.5=1.5×346.4=519.6 Nm
∴ =
=0.34 s
通常起升機(jī)構(gòu)起升時(shí)間為1～5 s ，此處＜1 s ，可在電氣設(shè)計(jì)時(shí)，增加起動電阻，延長起動時(shí)間，故所選電動機(jī)合適。
②起動時(shí)間：
式中：
=1.46+0.403+1.28
=3.143 kgm
靜阻力矩：
=
=22.76 Nm
平均起動力矩：
=1.5=1.5×218.2=327.3 Nm
∴ =
=0.24 s
通常起升機(jī)構(gòu)起升時(shí)間為1～5 s ，此處＜1 s ，可在電氣設(shè)計(jì)時(shí)，增加起動電阻，延長起動時(shí)間，故所選電動機(jī)合適。
3.1.13驗(yàn)算制動時(shí)間
①制動時(shí)間：
=
= 0.239 s
式中：
=
=
= 27.93 Nm
查[1]表6-7 ，當(dāng)≤12 m/min 時(shí)，[]=1.0～1.25 s ，因?yàn)椋糩] ，故合適。
②制動時(shí)間：
=
= 0.167 s
式中：
=
=
= 16.45 Nm
查[1]表6-7 ，當(dāng)＞12 m/min 時(shí)，[]=1.5～2.0 s ，因?yàn)椋糩] ，故合適。
3.1.14高速浮動軸計(jì)算
①疲勞計(jì)算：
由[5]中起升機(jī)構(gòu)疲勞計(jì)算基本載荷：
=1.06×346.4=367.2 Nm
式中：
——動載系數(shù) ，=（1+）=（1+1.12）=1.06
——起升載荷動載系數(shù)（物品升降或下降制動的動載效應(yīng)）=1+0.71=1+0.71×=1.12
由前節(jié)已選定軸徑d=55 mm，因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
=11.03 MPa
軸材料用45#鋼, =600 MPa =300 MPa ,
彎曲：
=0.27()=0.27(600+300)=243 MPa
扭轉(zhuǎn):
=140 MPa
=0.6=0.6×300=180 MPa
軸受脈動循環(huán)的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:
[]=
式中：
= —— 考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)；
——與零件幾何形狀有關(guān),對于零件表面有急劇過度和開有鍵槽及緊密配合區(qū)段, =1.5～2.5；
——與零件表面加工光潔度有關(guān).，此處取=2×1.25=2.5
η —— 考慮材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，對碳鋼及低合金鋼η=0.2
—— 安全系數(shù) =1.25，由[3]表1-4-10查得；
∴ MPa
故 ＜
強(qiáng)度驗(yàn)算：
軸所受最大轉(zhuǎn)矩：
==1.12×346.4=387.97 MPa
最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
==11.66 MPa
許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
[]===120 MPa
式中：
—— 安全系數(shù)，=1.5
∴ ＜ [] 故通過。
浮動軸的構(gòu)造如圖3-3所示，中間軸徑d=d+（5～10）=55+（5～10）=60～65 mm，取d=65 mm
②疲勞計(jì)算：
由[5]中起升機(jī)構(gòu)疲勞計(jì)算基本載荷：
=1.12×173.6=194.4 Nm
式中：
——動載系數(shù) ，=（1+）=（1+1.24）=1.12
——起升載荷動載系數(shù)（物品升降或下降制動的動載效應(yīng)）=1+0.71=1+0.71×=1.24
由前節(jié)已選定軸徑d=45 mm，因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
=10.67 MPa
軸材料用45#鋼, =600 MPa =300 MPa ,
彎曲：
=0.27()=0.27(600+300)=243 MPa
扭轉(zhuǎn):
=140 MPa
=0.6=0.6×300=180 MPa
軸受脈動循環(huán)的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力:
[]=
式中：
= —— 考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)；
——與零件幾何形狀有關(guān),對于零件表面有急劇過度和開有鍵槽及緊密配合區(qū)段, =1.5～2.5；
——與零件表面加工光潔度有關(guān).，此處取=2×1.25=2.5
η —— 考慮材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，對碳鋼及低合金鋼η=0.2
—— 安全系數(shù) =1.25，由[3]表1-4-10查得；
∴ MPa
故 ＜
強(qiáng)度驗(yàn)算：
軸所受最大轉(zhuǎn)矩：
==1.12×218.2=270.57 MPa
最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
==14.85 MPa
許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
[]===120 MPa
式中：
—— 安全系數(shù)，=1.5
∴ ＜ [] 故通過。
浮動軸的構(gòu)造如圖3-3所示，中間軸徑d=d+（5～10）=45+（5～10）=50～55 mm，取d=55 mm
3.2小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)計(jì)算
3.2.1確定機(jī)構(gòu)傳動方案
經(jīng)比較后，決定采用圖3-4所示的傳動方案：
3.2.2選擇車輪與軌道并驗(yàn)算其強(qiáng)度
車輪最大輪壓：
小車質(zhì)量估計(jì)G=8000Kg，假定輪壓均布：
P =（Q+ G）=（20000+8000）=7000 Kg=70000 N
車輪最小輪壓：
P= G=×8000=20000 N
初選車輪：
由[2]附表17可知，當(dāng)運(yùn)行速度＜60 m/min 時(shí)，==2.5＞1.6 ，工作級別為中級時(shí)，車輪直徑D=350 mm ，軌道型號為38 kg/m （P38）的許用輪壓為13.4 t＞7 t 。根據(jù)GB4628-84規(guī)定，直徑系列為D=250、315、400、500、630，故初選直徑D=400 mm， 而后校核強(qiáng)度。
強(qiáng)度驗(yàn)算：
按照車輪和軌道為線接觸及點(diǎn)接觸兩種情況驗(yàn)算車輪接觸強(qiáng)度，車輪踏面疲勞計(jì)算載荷：
P=
=53333 N
車輪材料，取ZG340-640，σ=640 MPa , σ=340 MPa
線接觸局部擠壓強(qiáng)度：
P==6×400×26.13×0.99×1=62084 N
式中：
——許用線接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm） ，由[3]表3-8-6查得=6；
—— 車輪與軌道有效接觸強(qiáng)度，對于軌道P38（由[2]俯表22）=b=26.13 mm；
——轉(zhuǎn)速系數(shù)，由[3]表3-8-7中查得，車輪==35.8 r/min 時(shí)，=0.99；
——工作級別數(shù)，由[3]表3-8-8中查得，當(dāng)為M5級時(shí)=1；
∴ P ＞ P 故通過。
點(diǎn)接觸局部擠壓強(qiáng)度：
P==0.132××0.99×1
=138068 N
式中：
——許用點(diǎn)接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm） ，由[3]表3-8-6查得=0.132；
——曲率半徑 ，車輪與軌道曲率半徑中的大值，車輪===200；軌道曲率半徑由[2]附表22查得=300，故取=300；
m—— 由比值（為、中的小值）所確定的系數(shù)，==0.67，查[3]表3-8-9取 m=0.44；
∴ P ＞ P ，故通過。
根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，選定直徑D=400 mm 的單輪緣車輪，標(biāo)記為 ：
車輪 DYL-400 GB4628-84
3.2.3運(yùn)行阻力計(jì)算
摩擦阻力矩：
=（Q+ G）（+μ）β
由[2]附表19查得，由D=400 mm 車輪組的軸承型號為7520，軸承內(nèi)徑和外徑的平均值==140 mm ，由[2]表7-1~表7-3查得滾動摩擦系數(shù)=0.0007，軸承摩擦系數(shù)μ=0.02，附加阻力系數(shù)β=0.2 ，帶入上式得：
當(dāng)滿載（Q=Q）時(shí)運(yùn)行阻力矩：
=2×（20000+8000）（0.0007+）
=117.6 kg.m=1176 Nm
運(yùn)行摩擦阻力：
=
=5880 N
當(dāng)無載（Q=0）時(shí)運(yùn)行阻力矩：
=βG（+μ）
=2×8000×（0.0007+）
=336 Nm
==1680 N
3.2.4選電動機(jī)
電動機(jī)靜功率：
==4.9 kw
式中：
= ——滿載運(yùn)行時(shí)靜阻力；
η=0.9 —— 機(jī)構(gòu)傳動效率 ；
m=1 —— 驅(qū)動電動機(jī)臺數(shù)；
初選電動機(jī)功率：
==1.15×4.9=5.635 kw
式中：
——電動機(jī)功率增大系數(shù)，由[1]表7-6查得，=1.15
由[2]附表30選用電動機(jī)JZR-22-6 ，N（25%）=7.5 kw ，=930 r/min，
(GD)=0.419 kgm，電機(jī)質(zhì)量 =108 kg。
3.2.5驗(yàn)算電動機(jī)發(fā)熱條件
按照等效功率法，求JC=25%時(shí)所需要的等效功率：
＝ K N=0.5×1.1×4.9=2.7 kw
式中：
K——工作級別系數(shù)，查[1]表6-4 ，中級K=0.5；
——由[1]表6-5，取/=0.2由[1]圖6-6查=1.1；
由以上計(jì)算結(jié)果， ＜，故初選電動機(jī)能滿足發(fā)熱條件。
3.2.6選擇減速器
車輪轉(zhuǎn)速：
===35.83 r/min
機(jī)構(gòu)傳動比：
==22.3
查[2]附表40選ZSC-400-Ⅰ-2減速器，當(dāng)中級工作類型時(shí)，許用功率[N]=2.8 kw（當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速為1000 r/min） ，=22.4
∴ ＜
3.2.7驗(yàn)算運(yùn)行速度和實(shí)際所需功率
實(shí)際運(yùn)行速度：
= ==44.8 r/min
誤差：
=×100%
=0.4% ＜ []= 15%
實(shí)際所需電動機(jī)等效功率：
=2.688 kw ＜N ，故合適。
3.2.8驗(yàn)算起動時(shí)間
起動時(shí)間：
式中：
=930 r/min ，m=1 —— 驅(qū)動電動機(jī)臺數(shù)；
=1.5=1.5×9550=1.5×9550×
=115.5 Nm
滿載運(yùn)行時(shí)折算到電動機(jī)軸上的運(yùn)行靜阻力矩：
=58.3 Nm
空載運(yùn)行時(shí)折算到電動機(jī)軸上的運(yùn)行靜阻力矩：
=16.67 Nm
初步估算制動輪和聯(lián)軸器的飛輪矩：
=0.65 kg.m
機(jī)構(gòu)總飛輪矩：
= 1.15×（0.419+0.65）=1.23 kg.m
滿載起動時(shí)間：
= 4.75 s
無載起動時(shí)間：
= 1.73 s
由[1]表7-6查得，當(dāng)=45 m/min=0.75 m/s 時(shí)，[]推薦值為5.5s，＜ [] ，故所選電動機(jī)能滿足快速起動要求。
3.2.9按起動工況校核減速器功率
起動狀況減速器傳遞的功率：
= 5.265 kw
式中：
=+=+
= 5880+
= 6329 N 此值為計(jì)算載荷
——運(yùn)行機(jī)構(gòu)中同一級傳動減速器的個(gè)數(shù)， =1。
所用選減速器的=2.8 kw ＜ N，如該選大一號，則中心距將由400 增
至600 （=23.8 kw,）相差太大，考慮到