【正文】 tic level. This paper is main deal with mechanical design for crab of crane, including all design calculation selection of electrical motors, clutch, buffer, and brakes, the design and calculation of the reducer, calibration and verification of the calculation for the parts, and structure designs. Through a series of work, the design is satisfied with the functional requirements, 30 t lifting power and 31 meter bridge span. The course of drive is quite smooth. The mechanical structure of crab of crane is simple, easy to install/disassemble, and to be maintain. And it has low cost. Key words Bridge crane。trolley frame 2 1. 緒論 起重機發(fā)展展望 隨著新世紀全球工業(yè)格局的新變 化和我國工業(yè)技術水平盼陜速發(fā)展，創(chuàng)新設計越來越引起院校和企業(yè)的重視。 根據(jù)現(xiàn)實和發(fā)展，設計手段越來越體現(xiàn)出精確化、自動化、虛擬化號陜捷的特點。自動檢測、自動數(shù)據(jù)處理 (運算、判斷、存儲、記憶 )、自動顯示、自動控制、故障診斷和自動保護及維護等功能得到了大量的應用。 現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢 二戰(zhàn)以后的幾十年來，各主要發(fā)達工業(yè)國家先后開始重視對設計技術的研究，起重機的設計技術水平也得到快速發(fā)展?？傊?jīng)濟技術發(fā)達國家越來越重視設計工作并大量引入創(chuàng)新設計，使得整個機電產(chǎn)品也包括起重機械產(chǎn)品的造型設計、安全可靠性、技術經(jīng)濟性等方面發(fā)生著越來越快的變化，設計水平也日益提高。以前多是以模仿原蘇聯(lián)的設計為主，憑借設計者的經(jīng)驗，產(chǎn)品設計的局限性很大。到了 80 年代，隨著寶鋼等一些超大型企業(yè)對國外起重機的引進及與國外進行聯(lián)合設計國內(nèi)制造等形式的采用，開始在國內(nèi)引入了一些國際上的先進技術與設計方法。通過專家系統(tǒng)的應用，極大地推進了創(chuàng)新設計的進程，并且利用系統(tǒng)論和信息論等現(xiàn)代計算機應用技術研究成果，使得起重機的創(chuàng)新設計開始向智能化方向發(fā)展。在產(chǎn)品設計過程中采用面向成本設計技術和并行的成本估算技術是使產(chǎn)品成本降 低的關鍵，其中重點要研究的是成本結(jié)構分析技術和價值工程分析技術，且需要構造多種專用的設計知識庫和成本數(shù)據(jù)庫來精確地并行估算成本。建模及仿真軟件是計算機仿真技術中的重要研究課題，對創(chuàng)新設計的可觀化研究，以及將專家系統(tǒng)模糊決策和人工神經(jīng)網(wǎng)絡等技術引入仿真系統(tǒng)的研究將有助于形成一個高效的、智能的起重機仿真系統(tǒng)。 3)仿真與虛擬設計技術。仿真技術得到了日益廣范的使用，從而能突破物理空間和時間的限制。同時在計算機虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) (VRS)環(huán)境中的虛擬設計 (VD)技術方面的研究也開始受到人們的重視。各主要工業(yè)發(fā)達國家正從傳統(tǒng)的 CAD技術不斷向智 CAD(ICAD)和人機智能化設計系統(tǒng)方向發(fā)展，電氣控制系統(tǒng)自分析、自調(diào)整、自糾錯的智能化水平不斷提高，使得起重機的設計和使用全過程的自動化和智能化得以實現(xiàn)。起重機廣義優(yōu)化技術的研究將使得人們能夠從萬方數(shù)據(jù)模型的建立、處理、一直到優(yōu)化結(jié)果顯示等全過程進行優(yōu)化。 起重機設計的總體方案 起重機設 計的主要參數(shù)如下： 1)起重量 30t。 3)起升速度 24m/min 2. 起重機的種類 輕小型起重機設備 輕小型起重機設備主要有千斤頂、起重葫蘆、卷揚機等。 1）千斤頂 千斤頂，是一種利用剛性承重件頂起或起升重物的設備。按照結(jié)構和工作原理的不同可分為齒條式千斤頂，螺旋式千斤頂和液壓式千斤頂。其外表尺寸結(jié)構緊湊，自重輕、效率高、操作方便，廣泛應用于工礦企業(yè)、建筑工地、倉庫等固定工作場合的起重作業(yè)。手動葫蘆又可分為手拉和手扳葫蘆。 5 橋式起重機 橋式類起重機是指由具有能運行的橋架結(jié)構和設置在橋架上的，能運行的起升 機構組成的起重機械。這類起重機多是固定式，完成固定空間的吊運作業(yè)。 1） 梁式起重機 梁式起重機由橋梁、起重小車兩部分組成，根據(jù)橋架不同可分為單梁橋式起重機和雙梁橋式起重機。起重小車為手動葫蘆、電動葫蘆或葫蘆作為起升機構部件裝配而成。 雙梁起重 機由直軌、起重機主梁、電動環(huán)鏈葫蘆和小車、送配電系統(tǒng)和電路控制系統(tǒng)組成，特別適合于大懸掛跨度和大起重量的平面物料范圍輸送。其吊運方式由大車的縱向運動，小車的橫向運動以及起升機構的升降運動所組成。 通用橋式起重機的大車軌道通常安裝在倉庫、作業(yè)場所的兩側(cè)梁柱或兩側(cè)地面上，因而具有起重量大、占地面積小，且運行時不妨礙同一作業(yè)場所的其他工作特點。起重小車由卷筒、電動機、減速器、制動器、雙梁換輪組、吊鉤等組成的起升結(jié)構，以及由電動機、減速器、制動器、小車輪等組成的小車運行機構和小車架構成。小車運行機構多采用分別驅(qū)動的形式，起升機構和小車運行機構的所有部件都裝在小車架上。他們的吊鉤分別稱為主鉤和副鉤。 6 門 式起重機 門式起重機又稱龍門吊或龍門式起重機，是橋式起重機的另一種機型。它的金屬結(jié)構像門型框架，承載主梁下安裝的兩條支腳，可以直接在地面的軌道上行走，主梁兩端可以具有外伸懸臂梁。 其它類型起重機 門座式起重機 門座式起重機是有軌運行的懸臂類、可旋轉(zhuǎn)、可移動的起重機，多用于港口、碼頭、車站庫場等地的貨物裝卸。通用門座式起重機用吊鉤或抓斗裝卸貨物；專用門座式起重機則只能用于某一種貨物的裝卸，如帶斗門座式起重機專用于煤炭裝卸，通常它的生產(chǎn)率要比通用門座式起重機高。 裝卸橋 裝卸橋通常把跨度大于 35 m，起重量不大于 40 t 的門式起重機稱為裝卸橋。通常以生產(chǎn)率來衡量和選擇裝卸橋。起升速度大于 60 m／ min，小車運行速度在 120 m／ min 以上，最高達 360 m／ min，為減少沖擊力，在小車上設置減速震器。裝卸橋的結(jié)構形式有桁架式和箱形門架式兩種。 流動式起重機 流動式起重機汽車起重機、輪胎起重機和履帶起重機屬于流動式起重機。流動式起重機按運行部分的結(jié)構不同，可分為汽車起重機、輪胎起重機、履帶起重機和軌道起重機， 7 其中輪胎起重機、汽車起重機擁有量最大，使用普遍。主動車輪由小車運行機構集中驅(qū)動。Q 副 =5噸； 工作制度：中級 JC%=25 小車運行速度： v 小車 =100 m/min 車輪數(shù)： 4 個； 驅(qū)動形勢：集中驅(qū)動； 圖 1為小車運行機構簡圖。吊鉤位于小車軌道的縱向?qū)ΨQ軸線上，根據(jù)小車架布置圖偏離主、從動輪之間的中心線為 80mm。 坡 =（ 35000+10500） *=91 kg 3)小車滿載運行時的最大靜阻力 P 靜滿 =P 摩滿 +P 坡滿 =549 kg(P 靜滿 =81+16=97) ，確定減速器 1）滿載運行時電動機的靜功率 N 靜 =mVP ????6210 小車靜滿= 100549 ??? = kw 2)選擇電動機 N=K 電 3）確定減速器 減速器的傳動比： i=輪nn =小車VnD??? = 100 ?? = 起動時的慣性力： P 慣 =平滿架 ag GGQ ???= ? =372 kg 起動時減速器輸入功率 N=????6120 小車慣靜 ）（ VPP= 20 10 037 254 9 ? ?? ）（ = 根據(jù)起動時期的輸入功率、減速比、輸入轉(zhuǎn)速及工作類型查產(chǎn)品目錄，選取立式減速器 ZSC400I,i=9,N= kw。 根據(jù)減速器的傳動比，計算出實踐的運行速度： V 小車 = i nD ?? 輪? = 9 ?? = 速度偏差： V? =|要求實際要求 V VV ? |10% 所以通過。 m 5）空載運行時電動機軸上的靜力矩 M 靜空 =????i DP2 輪靜空= ??? =平均加速度驗算 為了避免過大的沖擊以及物品擺動，應使起動平均加速度 平滿a ? 米 /秒 2。 4. 電動機的發(fā)熱驗算 電動機不過熱的條件： 靜NrKN b ???2 當rtt起 = 時，查知 r =。 小車運行機構只作空載情況的打滑驗算 m in驅(qū)輪 ）（ RDudK ??? ]2 )([222平空輪 聯(lián)電平起輪 aDg iGDGDkMDi ?????? ? R 驅(qū) min= P?2 =2x2625=5250 公式左邊： m in驅(qū)輪 ）（ RDudK ??= ??? ）（ =591 kg 公式右邊 : 11 ]2 )([2 22 平空輪 聯(lián)電平起輪 aDg iGDGDkMDi ?????? ? = ] )([ ??? ???? i=590 kg 滿足要求，所以空載起動時不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。 制動a 的確定 對粘著系數(shù) ? =，小車主動輪壓GG ? 1/2 的情況下，推薦用 制動a = 米 /秒2。 = kg靜（空）M =???i DP 239。 m M 制動器 的計算 M 制動器 =M 總制動 M 空（靜制） = 查制動器產(chǎn)品目錄選 YDWZ200/25 型制動器，制動力矩 [M2]=20 kg m。 為了確定最大計算扭矩，首先要算出換算到減速器從動軸上的電動機最大啟動力矩，制動力矩及打滑力矩。 m（其中 max? =） 制動器的制動力矩： 制M = ???iM實際制 = kg m 結(jié)果 制M max電機M 滑M 所以取 計M = max電機M = 178 kg m 減速器輸出軸扭矩為： 出M = 減入 ???? iMk =323 kg 聯(lián)軸器的計算 聯(lián)軸器應滿足下式要求： 計M ? ][M 13 對于齒輪聯(lián)軸器： 計M = 1nM ?等效 ， 等效M = 零額等效等效 M?? 21 ?? 對高速軸上的聯(lián)軸器： 額零額 MM ? = kg m ∴ 計高M = kg 對低速軸上的聯(lián)軸器： 計低M = ???iM計高 = m，它的 飛輪矩 2聯(lián)GD = kg在低速軸上選用CL3 型聯(lián)軸器，其允許最大扭矩 315 kg m。 1）疲勞計算時的等效起升載荷由下式確定： 起等效工等效起 ??? =12300 kg 根據(jù)等效起升載荷確定車輪的等效輪壓 等效P ，然后由下式確定車輪的計算輪壓。局部接觸應力為： ][)12(4 0 0 04 0 0 0 2323點計換計點 ?? ???? rDPrP =12920 ][點? =16000~20210 2）強度校核 m a x2m a x3 ][)12(4000點計點 ?? ??? rDP =17800 kg/cm2 max][ 計? =240000~300000 符合要求。 1）受純彎曲時的計算應力 彎彎彎 WM max?? = =755 kg/cm2 15 2）受純扭轉(zhuǎn)時的計算應力 扭扭扭 WM max?? = 2? =106 kg/cm2 3)彎曲應力和扭轉(zhuǎn)應力合成的計算應力 n??????? ????? ][4 22 彎扭彎 ）（ ? = 22 )1 061(47 55 ???）（ =784 ][彎? =ni? = ? kg/cm2 因為 ][ 彎??? ，所以強度計算通過。小車架的構造，一般使用剛性焊接車架，由縱梁和橫梁組成，上面鋪有走臺板和欄桿。 小車架不僅承受彎曲，亦承受扭矩，因此梁的剛度非常重要，在設計計算車架時必須保證有足夠的剛性。對于小車的縱、橫梁都必須有足夠的翼緣寬帶，以保證剛性。圖 2：布置簡圖 16 小車