1、第五章第五章 運行機構運行機構2009.7大連理工大學機械學院苗明 0411-847098305-1 概述概述一.任務：使起重機或載重小車水平運動，達到擴大工作面積，完成預定吊運和裝卸工作。二.分類：1.按工作性質分：v工作性運行機構：(帶載運行)如：橋吊（大小車）、塔吊、門式（大小車）、船廠安裝用的門座起重機。特點：速度V40 m/min 。v非工作性運行機構：是調整性的，(空載運行)如：港口門座起重機、裝卸橋（大車）、汽車起重機。計算時不考慮吊重。特點：V30 m/min 。2.根據運行場所分：v有軌運行：鋼輪在專門鋪設的鋼軌上運行，特點：構造簡單，負荷能力大，運行阻力小，但工作范圍有局限

2、性。如：門式、橋式、門座起重機等。v無軌運行：輪胎、履帶、步行式、浮吊。特點：調度性好，可隨時調到需要的工作地方。運行阻力大。步行式的用于沼澤地。3.根據驅動方式分：v自行式：運行機構裝在運行部分上。特點：靠輪與軌道間的粘著力運行，若粘著力不夠就會打滑。v 牽引式：只能用在小車上，運行機構裝在運行部分之外，用鋼絲繩牽引著運行。用于小車行走。特點：解決爬坡問題，減輕小車自重。4.根據動力分：v手動：鏈輪鏈條。特點：速度小。v電力、內燃、內燃電動、內燃液壓三.運行機構組成部分 v支承裝置承載重量， 包括車輪、軌道、臺車、地基。v驅動裝置驅動起重機行走的裝置，包括：原動機（電機、內燃機）、傳動裝置（

3、減速器、聯軸器）、制動裝置（制動器）。5-2 運行支承裝置運行支承裝置 一.概述： 有軌支承裝置是起重機最常用的，它通過車輪將全部重量傳給軌道，軌道又傳給地基（包括吊重）并使起重機運行和導行。v優點：承載能力大。阻力小。制造費用低，維護費用也少。v缺點：機動性能受限制。二.軌道 作用：支承起重機重量，并引導它的運動 方向。 軌道支承：1.枕木 與鐵路支承一樣。 2.混凝土 3.鋼結構 (600KN)tP60maxtP1210max 軌道種類： 按軌道斷面形狀分： 方鋼。 鐵路軌道 表示方法：P11P50 ； 腳碼為單位長度重量Kg/m； 起重機軌道 適用于重型 表示方法：QU70120； 腳碼

4、為軌道軌頂寬度。 按軌頂形狀分： 平頂：與車輪成線接觸，理論上承載能力 大，但很少使用，如方鋼和扁鋼。 圓頂：如鐵路軌道、起重機軌道。承載能 力較平頂的小，車輪與之成點接觸， 可適應車輪的傾斜，車輪壽命 長。 壓板焊接：可靠，維修麻煩。 軌道選擇：根據輪壓、輪的直徑。三.車輪 作用：起支承和導行作用。（一）構造： 1. 按踏面分： 圓柱面。 圓錐面。（通常錐度為1：10）用于大車輪 集中驅動，有自行走直的作用。大 端在軌道內側，小端在軌道外側。 一定用在主動上，不用在從動輪上。 鼓形面（球面）。用于小車回轉機構，可避 免附加摩擦與磨損。 2. 按輪緣分： 雙輪緣：大小車都用。 單輪緣 3. 按

5、車輪功用分： 主動輪。 從動輪。 4. 按支承分： 滑動。 滾動。（二）材料：1.大車車輪通常用：ZG45，ZG55， ZG50SiMn， ZG55CrMn，ZG50MnMo,， ZG35CrMnSi 表面淬火（工頻）（過去火焰：深5mm，易脫皮）HB300350，深20mm以上，而且有硬軟過渡緩和區。 2.小車車輪通常用： 45，50Mn，65Mn。（三）車輪計算根據最大輪壓值，初定車輪的材料、踏面直徑，最后進行踏面疲勞計算。 計算載荷： 1車輪疲勞計算按下式計算： 式中：32minmaxFFFc）小輪壓（設備正常工作是的最）輪壓（設備正常工作時的最大）荷（車輪路面的疲勞計算載NFNFFcm

6、inmaxN在確定 ， 時，起升沖擊系數 ，動載系數 ，突然卸載沖擊系數 和運行沖擊系數 均取為1。maxF 2車輪踏面疲勞計算： 、線接觸的計算式： 式中： 與材料有關的許用線接觸應力常數 鋼制車輪的 值如下：minF1234211CDlCKFc1K2/mmN1K)/(2mmNb1K2K材料抗拉5003.80.0536005.60.16506.00.1327006.60.1818007.20.2401.121.25推薦推薦HB300380淬火深度淬火深度1520mm， 、 仍取未處理的仍取未處理的 。當材料為球墨鑄鐵時，對當材料為球墨鑄鐵時，對 ， ， 可按可按 選取選取

7、。 D 車輪踏面直徑（mm） L 車輪與輪道的有效接觸長度mm 轉速系數 查規范 工作級別系數1K1K2Kb2/500mmNb2K2/500mmNb1C2CM2C31 MM4M5M6M87 MM運行機構、 點接觸的計算式：式中： 與材料有關的許用點接觸應力常數 R 曲率半徑（mm）。R取為車輪曲率半徑與軌道曲 率半徑的大值。 M 由二接觸面曲率半徑之比r/R確定的系數。 r 兩曲率半徑中的小值。21322CCmRKFc2K2/mmNr/R1.00.3m0.3880.40.420.440.1680.490.5360.65-3 運行驅動機構的構造運行驅動機構的構

8、造 一. 概述 有軌運行有兩種驅動方式：自行式和牽引式；自行式的特點是運行驅動機構在運行部分上，靠主動輪與軌道間的附著力驅動，構造簡單，布置方便，應用很廣。缺點：自重較大，驅動力有限，不能產生較大的加速度，不能用于坡度較大的場合。 牽引式的特點：運行驅動機構裝在運行部分之外，自重小，驅動力不受限制。缺點：牽引鋼絲繩壽命短，維修麻煩，運行阻力大。所以用要求自重小或坡度大的場合。 二、自行式主動輪布置方式 1. 布置原則：保證起重機主動輪在任何情況下都有 足夠的輪 壓足夠的附著力（主動 輪與軌道的摩擦力）。 2. 驅動輪數：通常為1/2的總輪數或1/4總輪數。根 據打滑條件確定。 3. 布置方式：

9、v單邊布置 v對面布置 v對角布置 v四角布置 v全部驅動 v特點：驅動力不對稱，主動輪壓隨小車運行而變化，用于電葫蘆，小起重量，運行速度低的情況。如：小跨度單梁吊。 v特點：驅動力對稱，主動輪壓之和不隨小車運行而變化，橋吊應用最多，不能用于旋轉式起重機。v理論上可保證主動輪壓之和不隨臂架位置變化，但實際由于軌道不平等原因仍有變化，適用中小型旋轉類型起重機上。v可保證總主動輪壓不變，用于大型起重機上。v啟動快，速度大，用于裝卸橋的小車。 三、主動輪的驅動方式1集中驅動：50年代廣泛采用。 特點：可以節省電機，減速器的數目。 缺點：安裝麻煩，主梁下撓度的影響大，而且有 一笨重的低速軸，使起重機自

10、重增大。用 圓柱車輪時，啃道嚴重，一般用于小車或 跨度較小（L16.5mm）的大車。采用圓 錐車輪可使自行走直。2分別驅動：多用電機、減速器，少于傳動軸。現 代起重機大車主要用這種形式。 優點：安裝、維修比集中驅動方便，一側出故障 仍可運行，自重較輕，特別當L增大時更為 明顯。 應當注意：橋式、門座吊結構剛性好，因此結 構件強制同步運行。 對于大跨度的門式、裝卸橋，橋架 剛性相對較差，要加偏斜指示裝置。3單邊驅動：適用于起重量小，跨度小的情況， 輕級工作制。說明: 無論那種驅動都有啃道問題，集中最嚴重， 分別驅動最好。 四、均衡臺車5-4 運行阻力運行阻力 自行式起重機或小車在穩定運行時的阻力

11、稱為運行靜阻力 。由摩擦阻力 、坡度阻力 、風阻力 三項組成。在起動時期除上述阻力外，還有加速度運動時的慣性阻力 。所以靜阻為： + + 。靜P摩P坡P風P慣P靜P摩P坡P風P 一、摩擦阻力：（1）有軌形式摩擦阻力包括：車輪軸承中的摩擦阻力；車輪的滾動摩擦阻力；車輪輪緣與軌道間的附加摩擦阻力。這一項情況較復雜，通常用一個附加摩擦阻力系數 來表示。摩P在車輪軸承中的摩擦阻力矩為 ； 當受輪壓P作用的車輪沿軌道滾動時，在接觸點處產生彈性變形，使軌道對車輪的支反力向前偏移一距離f，稱為滾動摩擦系數，由此而引起滾動摩擦阻力矩Pf，對軸心列力矩平衡方程式，則：GQPPP2dP)2(dPPfM 摩DdfP

12、W2摩12)()(dPPfPPMGQGQ摩即：車輪上的阻力：或2)()(dPPfPPMGQGQ摩)2)(dfPPMGQ摩)2)(2DdfPPDMPGQ摩摩)(GQPPP摩式中： 摩擦阻力矩（N.m） ； 起升載荷（N）； 起重機或起重小車的重力 （N）； D 車輪踏面直徑（m） ； d 車輪軸徑，對滾動軸承常取內徑值計 算 （m） 車輪軸承的摩擦系數 摩MQPGP軸承形式 滑動軸承滾動軸承軸承結構開式用稀油潤滑時滾珠式和滾柱式錐形滾子式0.10.080.0150.02 f 車輪沿軌道的滾動摩擦系數 （m） 附加摩擦系數 1.12.0 摩擦阻力系數 滑動軸承 0.015 滾動軸承 0.006 車

13、輪材料鋼軌車輪踏面直徑 D（mm）1001502003004005006007008009001000鋼平頂鋼軌0.000250.00030.00050.00060.00070.0008圓頂鋼軌0.00030.00040.00060.00080.0010.0012鐵平頂0.00040.00060.00080.00090.001圓頂0.00050.00070.00090.00120.0014Ddf2二、坡度阻力 坡度阻力系數 混凝土和金屬梁上的軌道取 0.001 碎石基礎和枕木上的軌道 =0.002 小車 0.002pP坡坡坡坡坡)(tan)(QPPPPPGQGp 三、風阻力露天工作需考慮 式中

14、： C 風力系數 風壓高度變化系數 p 計算風壓 N/mm2 p=0.625v2; V - 計算風速 m/s p -分為p、p、p A 起重機或物品垂直于風向的 迎風面積m2 ，由 ； -結構充實率lFFhqACPhffP 綜上所述，當起重機或起重小車作穩定直線運 行時，作用在其上的靜阻力 ： 風坡摩靜PPPP靜P（1）換算到電動機軸上的相應靜阻轉矩 ： 運行機構總傳動比 電機與車輪的轉速比 運行機構的傳動效率jMiDPMjj12i（2） 運行起動階段的起動轉矩 運行機構電動機的起動轉矩 （N.m） 換算到電機軸上的穩定運行時的靜阻力 (N.m) 運行機構起動時換算到電動機軸上的轉矩(N.m)

15、 帶載起吊時或起重小車的移動質重在運行起動 時換算在電機軸上的慣性轉矩(N.m)慣轉慣移慣起MMMMMMjj起MjM慣M移慣 M其中： 起重機或起重小車的質量 (kg) 起升載荷的質量 (kg) D 車輪踏面直徑 (m) v 起重機或起重小車的運行速度 (m/min) 車輪轉速 運行機構的起動時間 （s） 機構傳動效率 n 電機的額定轉速 (r/min) i 傳動比 運行機構傳動零件回轉質量在運行起動時換 算到電動機軸上的慣性轉矩 (N.m)222 .38)(1260)(itnDMmiDtvMmMqQqQ機機慣移機mgPmG機QmgPmQQ轉Dnv輪nqt轉nni/慣轉M 換算系數 1.11.

16、2 電動機軸上回轉質量（電動機轉子和聯軸器）的轉動慣量Kg.m2qgtnJM55.9慣轉gJ（3） 運行制動階段的制動轉矩； 慣制MMMjiDWWWMj2)(摩坡風慣轉移慣慣MMM222.38)(itnDQmM制機慣移制慣轉tnJMg55.9五、運行阻力組合 1組合的必要性：由于坡度阻力由上坡、下坡;風阻力:風正面吹有時反面吹。 所以要組合。 2組合與工況有關：驗算電機發熱 齒輪接觸疲勞強度 用I類載荷 計算強度時用類載荷 。考慮電機發熱時4)()()()(2222pfmpfmpfmpfmPPPPPPPPPPPPP22)()(1mpmfmPPPPP驗算接觸疲勞強度時 333334)()()()

17、(pfmpfmpfmpfmPPPPPPPPPPPPP33)( 3)( 31mpmfmPPPPP驗算機構部件強度時： pfmPPPP 5-5 運行機構計算運行機構計算 v出發點：運行阻力，運行速度1. 確定電動機容量v原則：根據靜功率和接電持續率初選電機v 慣性力較大時應考慮慣性力的影響 一臺電機的靜功率 ；式中： m 驅動電機的總數 Vy 運行速度 m/s 運行機構傳動的總機械效率 1000mVPyjNP初選電機容量 式中：K電 考慮起動時慣性影響的功率增大系數 對于室外工作的門式起重機的大、小車運 行機構和裝卸橋的大車運行機構， K電=1.11.3 對于室內工作的起重機及裝卸橋的小車運 行機

18、構 K電=1.22.6 （速度高者取大值）NPKP電2. 傳動比 式中： 電機轉速 注意：1. 當i不太大時，選一臺減速器， 2. 當i較大時，選一臺減速器加一對開式齒 輪， 3. 若i 很大時，可選兩臺減速器， 這時，第一臺應選小一點，而第二臺應選 大點。輪電nni 電n減ii 開減iii21iii3. 驗算起動時間 （滿載、上坡、迎風） （s） 式中： 電機平均起動力矩 作用于電機軸上的靜阻力矩 qt)MM(9.55ntjqdqmJqMzhqqMMjMiDPMjj12 折合轉動慣量（Kg/m2） 高速軸的轉動慣量； 電機轉子轉動慣量 連軸器及制動器的轉動慣量J22lQGg4iD)mm(mJ

19、k JgJ)JJ (JldgdJlJ對大車： 對小車：可根據平均加速度來判斷 一般運行加速度： 全部驅動（高速） )(86tqmax秒)(43tqmax秒q60tva )s/m(2qt2s/05m. 0a 2s/4m. 1a 4. 電動機的發熱驗算 式中：P-電動機允許的輸出功率值（KW) 該值可根據慣量增加率C和折合的每小時的全起動次數Z的乘積CZ值由GB3811-83查得 PS-運行的穩態功率 sP P1000mV)Pm(PiicGGPs式中： m 驅動電機的總數 Vi 運行速度 m/s 運行機構傳動的總機械效率 摩擦阻力系數 坡度阻力系數 小車 =0.002 大車 =0.001 風阻力 按正常工作狀態的計算風壓 計算。 室內 =0cmcmcmipiPiP G -穩態負載平均系數 運行機構 室內起重機室外起重機小 車 大 車G10.70.850.75GG30.90.950.85G4110.9v5、電動機過載能力驗算 （短期過載能力） 能否在工作狀態的最大載荷作用下正常運轉（滿載、上坡、迎風） 式中：Pn-基準接電持續率時電動機的額定功率（kw) m-電動機的個數 PG-運行部分所有質量的重力 （N) as - 系數 對繞線型異步電動機 取1.7 qfcGasntnJVWmPmP912001000126. 制動器