鐵路貨場15噸雙梁橋式起重機小車起升機構設計

摘 要：隨著鐵路貨裝作業集裝化、大型化要求的不斷提高，電動起重機在裝卸生產中的作用越發明顯，雙梁橋式起重機作為電動起重機的一種，在鐵路裝卸貨場內廣泛使用。橋式起重機機整機性能的好壞很大程度取決于小車性能，而起升機構作為小車最基本的機構，對整臺起重機的性能有著最直接的影響，因此雙梁橋式起重機小車起升機構的設計具有現實意義。本文基于現有鐵路貨場內長、大、笨貨物裝卸作業實際，針對常用的15噸雙梁橋式起重機小車起升機構做具體設計，本著學習和探索的態度，對起升機構進行相應的設計和改進，使小車在起重量不變的前提下，結構較傳統設計更為簡潔，輕便。

關鍵詞：橋式起重機；小車起升機構；設計；改進

1 起重機設計參數

起重量Q：15t 起升高度：16m

起升速度v：10m/min工作級別：M5

2 起升機構傳動方案確定

為精簡機構決定采用如圖1所示傳動方案。

圖1 起升機構

1.電動機 2.帶制動輪的半齒聯軸器 3.卷筒

該傳動方案優點：圖示傳動方案將電動機和卷筒布置在同一直線上，省略了高速浮動軸。使機構更加精簡，利用卷筒的一部分作為減速機構的外殼，也減輕了小車的整體質量。另外行星減速機構置于卷筒內，大大減小了起重機小車的外形結構尺寸。行星齒輪減速機構容易實現大傳動比，且具有自鎖功能，使機構傳動更加安全。

3 確定卷筒尺寸和驗算強度

卷筒直徑：

由于卷筒內需要裝置減速機構，故卷筒直徑應適當加大。由文獻[2]附表13選用D=500mm，卷筒繩槽尺寸由文獻[2]附表14得t=18（mm），槽底半徑r=9（mm）.

卷筒尺：

取L=1650mm 式中：Z0-附加安全系數，取Z0=2；

L1-卷筒不切槽部分長度，取其等于吊鉤動滑輪的間距；

D0-卷筒計算直徑D0=D+d=500+16=516mm。

卷筒壁厚：

卷筒壁壓應力驗算：

選用灰鑄鐵HT200，許用壓應力：

？滓ymax<[？滓]y故抗壓強度足夠。根據文獻[1]，由于卷筒長度L>3D，需校驗拉應力。 卷筒斷面系數：

式中D-卷筒外徑，D=500mm；Di-卷筒，Di=D-2？啄=500-2×18=464mm

合成應力：

式中許用拉應力：

由文獻[2]附表14查卷筒標記為：

4 選電動機及校核強度

計算靜功率：

式中：？濁-機構總效率，一般？濁=0.8～0.9，取？濁=0.85。

電動機計算功率：

式中系數kd由文獻[1]查得，對于M5級機構，取kd=0.8。

查文獻[3]選用電動機YZR 250M1-8，其Ne（25%）=30kw，n1=720r/min，[GD2]d=1.52kg·m2，電機質量Gd=462kg。按等效功率法，求JC=25%時所需的等效功率：

式中：k25-工作級別系數，查[1]表6-4，對于M5級， k25=0.75；

？酌-系數，根據機構平均啟動時間與平均工作時間的比值（tq/tg）查得

由文獻[1]表6-5，一般起升機構（tq/tg）=0.1～0.2，取（tq/tg）=0.1由文獻[1]圖查得？酌=0.87。由以上計算結果Nx

5 減速機構的設計

減速機構總傳動比：

減速機構采用周轉輪系實現大傳動比，并且將減速機構置于卷筒內。傳動方式如圖2所示：

圖2 減速機構示意圖

圖中構件H為輸入端，構件1為輸出端，利用周轉輪系的差動傳動實現減速。根據所要求達到的減速比對傳動齒輪進行設計。則：

由上式可得：

由圖可知齒輪之間的幾何尺寸關系為：

且d=m·z取m1=3，m2=3.5；則3（z1+z2）=3.5（z3+z4）

由于z1，z2，z3，z4均為整數。且每對齒輪的齒數大約在80～120之間。故取： 。

利用對比法確定齒輪的具體尺寸。表格中0.973545與所要求的減速條件最為符合。選定各齒輪的齒數為：

即：

則實際傳動比為：

實際起升速度：

實際所需等效功率：

由文獻[1]得輸出軸最大徑向力：

式中：aSmax=2×25410=50820N-為卷筒上卷繞鋼絲繩引起載荷；

Gj=981kg-卷筒自重，參考文獻[2]估計；

則有：

6 選擇制動器、聯軸器并驗算

所需靜制動力矩：

式中：Kz=1.75-制動安全系數，由文獻[1]查得。

由文獻[2]選用YWZ5-400/50制動器，其制動轉矩 ，

制動輪直徑DZ=400mm，制動器質量GZ=48.4kg。

高速聯軸器計算轉矩，由文獻[1]：

式中：Me=312.5N.m-電機額定轉矩；n=1.5-連軸器安全系數；

？漬s=1.8-剛性動載系數，一般？漬s=1.5～2.0

減速機構的高速軸端為圓柱形d1=65mm，l1=105mm。為精簡結構高速聯軸器選用帶制動輪的聯軸器，標記為：

轉動慣量

起動時間：

式中：

靜阻力矩：

平均起動轉矩：

此處tq<1s，可在電氣設計時增加起動電阻，延長起動時間，故所選電機合適。制動時間：

式中：

則：

故合適。

7 結束語

本設計針對鐵路貨場裝卸長、大、笨貨物所需的雙梁橋式起重機小車起升機構，融和先修課程的理論知識，在實地的考察和測量的基礎上，最終確定了小車起升機構設計方案。

參考文獻

[1]陳道南，盛漢中.起重機課程設計[M].北京：冶金工業出版社.2000.

[2]陳道南.起重運輸機械[M].北京：冶金工業出版社，2003.

[3]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2004.

[4]周明衡.聯軸器選用手冊[M].北京：化學工業出版社，2001.

作者簡介：張偉，男，成都鐵路局重慶車務段。