【正文】 —— 提升的重量，公斤； D—— 卷筒直徑，毫米。 由以上可以知道，作用力和提升重量之比是與兩力力臂成反比的。換句話說，當(dāng) L 大于 2D 時(shí)， P 小于 G。因此，當(dāng)曲拐半徑大于轆轤半徑時(shí)，搖動(dòng)曲拐就能省力，而 L/ 2D 的比值越大越省力。 滑輪 滑輪安裝在固定位置的軸上轉(zhuǎn)動(dòng)叫定滑輪，定滑輪能起到改變繩索和拉力方向的作用。 滑輪安裝在運(yùn)動(dòng)著的軸上叫動(dòng)滑輪，能和牽引的重物一起升降，雖然它不能改變用力的方向，卻能起到省力的作用。因此，把一定數(shù)量的定滑輪、動(dòng)滑輪和鋼絲繩組成滑輪組使用，既能改變繩索和拉力方向的作用，又能起到省力的作用。 確定卷筒和滑輪的直徑 鋼絲繩的壽命不僅與鋼絲繩張力大小有關(guān)，在很大程度上，還決定于它所繞過的卷筒和滑輪的直徑（即彎曲應(yīng)力的大小）。因此，對(duì)卷筒和滑輪的最小直徑提出了要求，按照如下計(jì)算公式： D≥ (e1)d （式 ） 式中： D—— 卷筒和滑輪的名義直徑，即槽底直徑，毫米； d—— 鋼絲繩 直徑，即繩的外接圓直徑，毫米； e—— 由鋼絲繩用途和工作類型決定的系數(shù)（或稱輪繩直徑比） 現(xiàn)已知 d= 毫米，工作類型為輕級(jí)，查《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》得： 11 e=16 則： D≥（ 161）179。 =93 毫米 取滑輪的直徑為 D 滑 =120 毫米。考慮到提升速度和傳動(dòng)比的要求，取卷筒的直徑為 D 卷 =200 毫米。 4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)方案 設(shè)計(jì)的檢修起重機(jī)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)帶傳動(dòng)和一對(duì)開式齒輪傳動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳輸給卷筒，再通過鋼絲繩和滑輪組提升橋管。如圖 大帶輪 電動(dòng)機(jī) 小帶輪小齒輪制動(dòng)器 卷筒大齒輪圖 傳動(dòng)示意圖 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 102?PN ?卷 千瓦 （式 ） 式中： P —— 卷筒鋼絲繩的拉力，比例為 Pmax =399 公斤； 12 υ —— 卷筒鋼絲繩的線速度，為吊鉤運(yùn)動(dòng)速度的 2 倍， υ = 米 /秒。 則： 102 ??卷N ≈ 千瓦 轉(zhuǎn)速 的 計(jì)算 根據(jù)卷筒的速度為 100060 0?? 卷nD?? 米 /秒，得到卷筒的轉(zhuǎn)速為： 0100060 Dn ? ???卷轉(zhuǎn) /分 （式 ） 式中： D0—— 卷筒的計(jì)算直徑，毫米 D0=D 卷 ＋ d=200＋ = 毫米。 則： 0 0 0 060 ? ???卷n ≈ 轉(zhuǎn) /分 起重機(jī)械由于其工作特性的需要，對(duì)電動(dòng)機(jī)的主要要求是：調(diào)速范圍大、過載能力強(qiáng)和經(jīng)常能負(fù)載起動(dòng)或制動(dòng)等。從類型來講，本設(shè)計(jì)宜選用 Y 型三相異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)檫@類電動(dòng)機(jī)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度及過載能力，能承受經(jīng)常的機(jī)械沖擊及振動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，過載能力大，適用于經(jīng)常快速起動(dòng)及機(jī)械制動(dòng)場(chǎng)合；從 轉(zhuǎn)速來講，為了使傳動(dòng)裝置不至于太復(fù)雜，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不宜太高；從功率來講，如果功率選得不足，會(huì)使電動(dòng)機(jī)過熱和很快損壞，同時(shí)也會(huì)影響到起重機(jī)的生產(chǎn)率和在滿載情況下起動(dòng)的可靠性。但如功率選擇得過大，則會(huì)使設(shè)備費(fèi)和重量增加，降低驅(qū)動(dòng)效率，并對(duì)機(jī)械的工作性能和零件的強(qiáng)度產(chǎn)生有害影響。合理選擇電動(dòng)機(jī)功率的基本要求是： ⑴ 在給定的工作類型（ JC%）和額定參數(shù)下，長期進(jìn)行重復(fù)短暫的工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)的溫升不超過允許數(shù)值，即不過熱； ⑵ 在正常滿載狀態(tài)下工作時(shí)能進(jìn)行可靠地起動(dòng) （即起動(dòng)時(shí)間不過長亦不過短）并在最大工作載荷作用下具有足夠的過載能力（工作中不發(fā)生停車現(xiàn)象）。 13 本設(shè)計(jì)起重機(jī)若考慮機(jī)械傳動(dòng)總效率在 η 總 = 左右，則所需電動(dòng)機(jī)的功率為 N 電 =總卷?n = = 千瓦。根據(jù)以上分析，按冶金工業(yè)出版社《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷持續(xù)率 JC=25%時(shí)，選擇為 Y132S6 型電動(dòng)機(jī)，其額定功率 N 電 =3 千瓦，滿載轉(zhuǎn)速 n 電 =960 轉(zhuǎn) /分。 i 總 =卷電nn= ≈ 為了獲得 i 總 = 的降速比，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的兩級(jí)圓柱齒輪減速器，按冶金工業(yè)出版社出版的《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得，比較接近的只有名義傳動(dòng)比為20，減速器高速軸許用功率 N1= 千瓦，總中心矩為 250 毫米，屬于重型減速器。其標(biāo)記為： ZL2510II 由于 ZL2510II 的實(shí)際傳動(dòng)比為 ，比要求的偏大，但又找不到其他更合適的減速器，因此決定自行設(shè)計(jì)一個(gè)傳動(dòng)裝置的方案，由帶傳動(dòng)和開式齒輪傳動(dòng)組成，其傳動(dòng)示意圖如圖 所示。 根據(jù)各類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)單級(jí)傳動(dòng)比的范圍，可將總傳動(dòng)比 i 總 = 分配為 i 帶 =4，i 齒 = 或 i 帶 =， i 齒 =，使齒輪的傳動(dòng)比稍大于帶輪的傳動(dòng)比，這樣可經(jīng)濟(jì)一些。一對(duì)嚙合齒輪的傳動(dòng)比最好不是整數(shù)，這樣有利齒輪均勻磨損。同時(shí)考慮要增加小帶輪的包角，最后決定采用第二組傳動(dòng)比，即： i 帶 = i 齒 = 計(jì)算效率、驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)的功率 根據(jù)各類傳動(dòng)機(jī)構(gòu)效率，查表可以得到： η 帶 = η 齒 = η 滾 = 則： 14 η 總 =η 帶 .η 齒 .η 滾 2=179。 179。 ≈ 因此， N 電 =總卷?N= ≈ 千瓦 這說明前面所選電動(dòng)機(jī)的功率 3 千瓦是足夠的。 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 從前面的計(jì)算知道： N 電 =3 千瓦 n 電 =960 轉(zhuǎn) /分 i 帶 = i 齒 = η 帶 = η 齒 = η 滾 = 各軸的轉(zhuǎn)速 電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速： n1=n 電 =960 轉(zhuǎn) /分 小齒輪軸轉(zhuǎn)速： n2=帶in1 = = 轉(zhuǎn) /分 卷筒軸轉(zhuǎn)速： n3=n 卷 =齒in2= ≈ 轉(zhuǎn) /分 各軸的功率 電動(dòng)機(jī)軸功率： N1=N 電 =3 千瓦； 小齒輪軸功率： N2= 帶 =3179。 ≈ 千瓦 卷筒軸功率： 15 N3= 滾 . η 齒 =179。 179。 ≈ 千瓦 N3比卷筒實(shí)際所需的功率 N 卷 = 千瓦要大一些，因此能保證正常工作。 各軸的轉(zhuǎn)矩 起重機(jī)提升時(shí)，卷 筒的受力情況如圖 所示，在鋼絲繩最大拉力 Pmax的作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為： M 扭卷 = Pmax. 20D =399179。 ≈ 公斤 .毫米 方向?yàn)轫槙r(shí)針。但是起重機(jī)要提升重物，卷筒應(yīng)該逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)才行。因此必須使小齒輪給大齒輪施加一個(gè)作用力 F，使大齒輪產(chǎn)生逆時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩，并且還要使 M 扭大齒輪 大于 M 扭卷 才能提升起重物。而這個(gè) F 力是由電動(dòng)機(jī)的額定功率 N 電 =3千瓦傳遞來的，即： 電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)矩 M 扭電機(jī) =975000電電nN =975000179。 9603 ≈ 公斤 .毫米； 小齒輪軸轉(zhuǎn)矩 M 扭小齒輪 =M 扭電 .i 帶 .η 帶 =179。 179。 ≈ 公斤 .毫米； 卷筒軸轉(zhuǎn)矩 =M 扭小齒輪 .i 齒 .η 滾 .η 齒 =179。 179。 179。 ≈ 公斤 .毫米。 計(jì)算結(jié)果表明， M 扭大齒輪 大于 M 扭卷 ，能夠使卷筒得到逆時(shí)針方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到提升起重物的目的。 現(xiàn)將以上計(jì)算所得數(shù)值列于表 ，以備后面進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算時(shí)使用。 表 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表 電動(dòng)機(jī)軸 小齒輪軸 卷筒軸 傳動(dòng)比 i 轉(zhuǎn)速 n，轉(zhuǎn) /分 960 16 功率 N，千瓦 3 轉(zhuǎn)矩 M 扭 ，公斤 .厘米 5331 制動(dòng)器的選擇 本設(shè)計(jì)起重機(jī)是靠電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)提升和卸下重物的?？紤]到工作中的必要停止，應(yīng)設(shè)有一個(gè)制動(dòng)裝置（包括制動(dòng)器及其附件）。制動(dòng)器是用來對(duì)運(yùn)動(dòng)著的軸產(chǎn)生阻力矩，并使軸很快地減速或停止轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。為了使制動(dòng)器能獲得較大的制動(dòng)力矩和較小的結(jié)構(gòu)尺寸，提高接觸表 面的摩擦系數(shù)是最有效的方法。因此在起重機(jī)械的制動(dòng)器中，大多采用具有較高的摩擦系數(shù)和耐磨性的材料，用作互相接觸的制動(dòng)零件之一的復(fù)面。 設(shè)計(jì)選擇制動(dòng)器的主要依據(jù)是制動(dòng)力矩，因而制動(dòng)力矩是制動(dòng)器的主要參數(shù)。為 了保證 安全，制動(dòng)器的制動(dòng)力矩要足夠，要求： ⑴ 必須能把物品隨時(shí)可靠地支持在空中； ⑵ 必須在不大的制動(dòng)行程內(nèi)制動(dòng)住，也就是制動(dòng)時(shí)間不能太長。 為使所選出的制動(dòng)器有足夠的可靠性，根據(jù)起重機(jī)提升最大重量時(shí)制動(dòng)力矩要大于軸上最大轉(zhuǎn)矩的原則，必須滿足下式，即： M 制 ≥ M 制 .M 扭最大 （式 ） 式中： K 制 —— 制動(dòng)安全系數(shù)，本設(shè)計(jì)屬輕級(jí)工作類型，取 K 制 =； M 扭最大 —— 被制動(dòng)軸的最大轉(zhuǎn)矩，公斤 .厘米。 那么被制動(dòng)的軸要選哪一根好呢？本例中有三根軸，可有三個(gè)不同的方案。它們的優(yōu)缺點(diǎn)比較，見表 。 表 方案比較 17 PPP序號(hào)ⅠⅡⅢ方 案 優(yōu) 缺 點(diǎn) 電 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，制動(dòng)力矩也小，可選用小型電磁閘瓦制動(dòng)器，制動(dòng)輪能和小帶輪做成一體；但缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)軸懸重較大，更主要的是制動(dòng)輪表面線速度（ ν = 米/秒 ）較高，在制動(dòng)過程中發(fā)熱嚴(yán)重，會(huì)降低制動(dòng)輪覆面的摩擦系數(shù)，影響制動(dòng)器的壽命π Dn6 0179。 10 00 卷 筒轉(zhuǎn)速較低，轉(zhuǎn)矩大，制動(dòng)力矩也大，高達(dá)M 制 ≥ 179。448 4179。 672 6公 斤178。厘米，要選用較大的電磁閘瓦制動(dòng)器，所需的制動(dòng)輪直徑（4 0 0 毫米）和寬度（190 毫米）也都較大，裝配時(shí)受到相鄰兩軸空間位置的限制，結(jié)構(gòu)上可能無法實(shí)現(xiàn) 小 齒輪軸轉(zhuǎn)速介于上面兩者之間，位置也足夠，且布置均勻，結(jié)構(gòu)緊湊 通過上述三種方案分析，決定采用第三種方案，即以小齒輪軸作為被制動(dòng)的軸，此軸的轉(zhuǎn)矩由表 可以知道： M 扭 2= 公斤 .厘米，其制動(dòng)力矩為： M 制 ≥ 179。 = 公斤 .厘米 按冶金工業(yè)出版社出版的《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》第二版，本設(shè)計(jì)選用電力液壓推桿制動(dòng)器 YWZ9F200。當(dāng)負(fù)荷持續(xù)率為 JC=25%時(shí)，產(chǎn)生的制動(dòng)力矩 M 制 為1600 公斤 .厘米，正好大于 公斤 .厘米，完全能夠達(dá)到制動(dòng)的目的。這個(gè)制動(dòng)器的型號(hào)為： YWZ9F200 制動(dòng)器。其優(yōu)點(diǎn)為： ⑴ 動(dòng)作平穩(wěn)，無噪音； ⑵ 工作可靠，事故少； ⑶ 壽命較長，約為電磁鐵壽命的 3~4 倍； ⑷ 可頻繁操作，如在JC%=25~40%時(shí)，可接電 900 次 /小時(shí)； ⑸ 能自動(dòng)補(bǔ)償制動(dòng)復(fù)面材料的磨損，不須經(jīng)常調(diào)整。 5 控制 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 選配電器 與導(dǎo)線 當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量確定后，需選配適當(dāng)電器來控制保護(hù)電機(jī)。本設(shè)計(jì)起重機(jī)提升電機(jī)型號(hào)為 Y132S6， 3KW，額定電流是 ，起動(dòng)電流 7 倍于額定電流，并18 要求直接起動(dòng)。查《電工手冊(cè)》選用 GV2LS14C+GVAE10 型斷路器作電機(jī)主回路電源保護(hù)開關(guān)，考慮電機(jī)可頻繁可逆起動(dòng)，選用 LC1D0910M5C+LA1DN22C型交流 接觸器，為了防止電機(jī)過負(fù)載，采用 LR2D1312C 型熱繼電器作過流保護(hù)。主回路電機(jī)配線采用電纜 （ 34+1）， 4 平方毫米的銅芯電纜在25℃ 時(shí)安全載流量為 40A，滿足電機(jī)安全運(yùn)行要求。本設(shè)計(jì)電力液壓推桿制動(dòng)器YWZ9F200（ AC380V）與電機(jī)接線柱并接，當(dāng)電機(jī)得電時(shí)，制動(dòng)器同時(shí)得電，制動(dòng)閘打開。當(dāng)電機(jī)斷電時(shí)，制動(dòng)器同時(shí)斷電，制動(dòng)閘將電機(jī)抱住，通過調(diào)整閘皮松緊，實(shí)現(xiàn)電機(jī)可靠停車。控制回路采用 C65N— 1P/6A 型高分?jǐn)嘈⌒蛿嗦菲髯龇乐菇拥囟搪繁Ｗo(hù)。 電氣傳動(dòng)與控制原理 本設(shè)計(jì)起重機(jī)提升電機(jī)傳動(dòng)方式為直接起動(dòng)，采用繼電器 —— 接觸器控制，控制原理為：點(diǎn)動(dòng)正向啟動(dòng)按鈕 SB1， KM1 得電，電液制動(dòng)器 M2 打開、電機(jī)M1 正向運(yùn)轉(zhuǎn)，提升機(jī)開始提升；松開 SB1 或按住 SB3， KM1 斷電，制動(dòng)器 M2抱閘、電機(jī) M1 停止；點(diǎn)動(dòng)反向啟動(dòng)按鈕 SB2， KM2 得電，電液制動(dòng)器 M2 打開、電機(jī) M1 反向運(yùn)轉(zhuǎn)，提升機(jī)開始下降；松開 SB2 或按住 SB3， KM2 斷電，制動(dòng)器 M2 抱閘、電機(jī) M1 停止?？刂苹芈分性O(shè)置過熱保護(hù)（過熱時(shí) KH 動(dòng)作）、互鎖保護(hù)（ KM2 鎖 KM KM1 鎖 KM2，以防止主回路相間短路）等。電氣傳動(dòng)與控 制原理如圖 。 電氣操作箱 設(shè)計(jì) 與安裝 本設(shè)計(jì)為可移動(dòng)式起重機(jī)，電氣 操作箱 宜安裝于起重機(jī) 上 ，斷路器、接觸器、熱繼電器等主回路設(shè)備安裝于箱內(nèi)，啟動(dòng)按鈕、停止按鈕等控制設(shè)備安裝于箱體表面，便于檢修人員操作。 操作箱設(shè)計(jì)如圖 。 19 圖 電氣傳動(dòng)與控制原理 20 16004005 0012004 502 001 003 504 00 圖 操作箱設(shè)計(jì) 7 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 帶傳動(dòng) 帶輪直徑確定 已知帶所傳遞的名義功率 N 電 =3 千瓦，由表 ??2S ，選取工作情況系數(shù)KI=，則計(jì)算功率為： N 計(jì) = 電 =179。 3= 千瓦 根據(jù) N 計(jì) =3 千瓦和 n 電 =960 轉(zhuǎn) /分，由圖 ??3S 查得為 A型膠帶，參考表 ??4S和表 ??5S ，選?。? 小帶輪直徑為： d1=125 毫米 大帶輪直徑為： D=i 帶 179。 d1=179。 125=425 毫米 符合表 的標(biāo)準(zhǔn)值。 驗(yàn)算帶速度為： v= 10006011?