洛阳理工学院毕业设计（论文）
第2章 桥式起重机小车的总体方案设计
2.1 本次设计起重机的主要参数
起重机小车设计参数：
起重量5t，跨度16.5m，起升最大高度为16m，起升速度11.3m/min，小车运行速度v=37.2m/min，轨距1.4m，小车估计重量2.5t，起重机参考自量约16.1t ，机构工作级别M5。
2.2 小车的总体设计
小车主要有起升机构、运行机构和小车架组成。
起升机构采用闭式传动方案，电动机轴与二级圆柱齿轮减速器的高速轴之间采用两个半齿联轴器和一中间浮动轴联系起来，减速器的低速轴鱼卷筒之间采用圆柱齿轮传动。
运行机构采用全部为闭式齿轮传动，小车的四个车轮固定在小车架的四周，车轮采用带有角形轴承箱的成组部件，电动机装在小车架的台面上，由于电动机轴和车轮轴不在同一个平面上，所以运行机构采用立式三级圆柱齿轮减速器，在减速器的输入轴与电动机轴之间以及减速器的两个输出轴端与车轮轴之间均采用带浮动轴的半齿联轴器的连接方式。
小车架的设计，采用粗略的计算方法，靠现有资料和经验来进行，采用钢板冲压成型的型钢来代替原来的焊接横梁。
2.3 主要零部件的选择
2.3.1 吊钩组
吊钩组是吊装作业中最常用的取物装置，它有吊钩、吊钩螺母、推力轴承、吊钩横梁、滑轮、滑轮轴承、吊钩拉板等零件组成。其中吊钩是各类起重机，也是常用吊索、起重工具、专用吊具上的重要组成部分。
根据制造方式，吊钩可以分为锻造钩和板式钩，锻造钩一般应用GB699-1988
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中规定的20号钢，经过锻造和冲压、退火处理，在进行机械加工而成。热处理后要求表面硬度为95-135HB。锻造可以制成单钩和双钩，单钩主要用在70吨以下的起重机上。板式钩一般用在起重量较大的起重机上，板式钩有厚度为30 mm成型板片重叠铆合而成。板式钩上有护板，板式钩一般应用GB700-1988《普通碳素钢结构技术条例》中规定的Q235A、Q235B或GB1519-1988《低合金结构钢技术条例》中规定的16Mn钢，轨制钢制成。板式钩由于其板片不可能同时断裂，所以可靠性好，修理方便。但是板式钩的断面形状只能制成矩形，因此钩体的材料不能充分利用。板式钩也分单钩和双钩两种。单钩多用于铸造起重机上[1]。
由以上对比，初选本次起重机的吊钩为锻造式单钩。如右图2-1所示为锻造式吊钩简图。
图2-1 锻造式吊钩简图
2.3.2 钢丝绳
钢丝绳是有高强度碳素钢丝围绕绳芯绕捻而成的，广泛应用于起重作业。其中吊运用钢丝绳通常指起重滑车组使用的起重或牵引绳、立扒杆用的绑扎绳和缆风绳及吊具索具用的钢丝绳。
其优点是重量轻、强度高、承载能力大；挠性较高，使用灵活；钢丝绳极少突然断裂，易于检查；运动平稳无噪音，工作可靠成本低等。
根据绳股的构造分类，可分为点接触绳、线接触绳和面接触绳。
1. 点接触钢丝绳有单股钢丝绳和多股钢丝绳，单股绳在起重机中极少应用，多股绳过去应用较多，由于钢丝绳接触应力大，磨损快，现已逐渐被线接触钢丝绳取代。
2. 线接触钢丝绳(如图2-2所示)又分为外粗型、粗细型、密集型钢丝绳。线接触钢丝绳承载能力大，耐磨性好，使用寿命长，在相同使用条件下，比点接触钢丝绳寿命高50%～100%。在起重机中，凡是绕过滑轮和绕入卷筒的钢丝绳，都应选用线接触钢丝绳。
3. 面接触钢丝绳按钢丝绳捻绕次数，有单绕和双绕之分。单绕钢丝绳，刚性大，表面不光滑，在起重机上仅用作固定张紧绳。双绕钢丝绳是由钢丝绕成股，再由股绕成绳。由于强度高，挠性好，在起重机上广泛使用。双绕钢丝绳根据绳的捻向分为交互捻钢丝绳，具有无扭转打结的趋势、使用方便的特点；同向捻钢
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丝绳，挠性较好，成绳后消除了自行松散扭转的现象故称为不松散绳；混合捻钢丝绳，此种绳实际中应用较少。钢丝绳按绳芯的不同有麻芯、棉纱芯、石棉芯和软钢芯，其中带浸油麻芯及棉纱芯的钢丝绳比较湿软，容易弯曲，芯中含油可经常润滑钢丝，但不宜耐高温高压；带软钢芯的钢丝绳能耐高温高压，但芯硬不易弯曲。
图2-2 线接触钢丝绳
钢丝绳的选择包括钢丝绳结构型式的选择和钢丝绳直径的确定。绕经滑轮和卷筒的机构工作钢丝绳应优先选用线接触钢丝绳。在腐蚀性环境中应采用镀锌钢丝绳。钢丝绳的性能和强度应满足机构安全正常工作的要求。
钢丝绳是起重机的重要部件，也是安全系数要求较高的部件。本次起重机设计的钢丝绳初选择线接触粗细型钢丝绳，直径由后面计算确定。
2.3.3 滑轮和滑轮组
1. 滑轮的简介
起重滑轮是利用杠杆原理制成的一种简单机械，它能借助起重机绳索的作用产生旋转运动，以改变作用力的方向。实际应用中，为了扩大滑轮的效用，往往把一定数量的动滑轮和一定数量的定滑轮组合起来使用，组成滑轮组，它经常配合卷扬机进行吊装、搬运等工作，是重要的吊装、搬运工具。
承受负载不大的滑轮，结构尺寸较小(直径D<350mm)，通常制作成实体结构，用强度不低于铸铁HT200的材料制作。承受大载荷的滑轮，为了减轻重量，多做成筋板带孔的结构，用强度不低于铸铁HT200、球铁QT40-17和铸钢ZG230-450等材料制造。大型滑轮(直径D>800mm)有轮缘、带筋板的轮辐和轮毂焊接而成，单件生产时也宜采用焊接滑轮。铸铁滑轮适用于工作级别M4以下的机构，钢制滑轮用于工作级别M4以上的机构。滑轮按用途可分为定滑轮、动滑轮、均衡滑轮和导向滑轮，导向滑轮又称开门滑轮，通常用在起重栀杆低脚处。
2. 滑轮组和滑轮组倍率
由钢丝绳依次绕过若干动滑轮和定滑轮而成组成的装置称为滑轮组。根据滑
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轮组的功能分为省力滑轮组和增速滑轮组。
省力滑轮组广泛用于起重机的起升机构和普通臂架变幅机构，它能用较小的钢丝绳拉力吊起数倍于绳拉力的重物。增速滑轮组主要用于液压或气力驱动的机构中，利用油缸或气缸使工作装置获得数倍于活塞行程和速度，如叉车的门架货叉升降机构和轮式起重机的吊臂伸缩机构。
滑轮组按构造特点分单联滑轮组和双联滑轮组。双联滑轮组在桥式、门式和们座起重机中普遍应用。单联滑轮组多用于汽车、轮胎、履带、铁路、塔式和缆式起重机。双联滑轮组多与单层绕双联卷筒并用，与单联滑轮组配合使用的多为多层绕卷筒。
图2-3 双联滑轮组示意图
m-滑轮组倍率 S-钢丝绳自由端拉力 Q-物品重量
滑轮组省力(增速)的倍数称为滑轮组的倍率，用m表示。单联滑轮组的倍率等于钢丝绳分支的一半。双联滑轮组是由两个倍率相同的单联滑轮组并联而成的。滑轮组倍率的选定，对起升机构的总体尺寸影响较大。倍率增大，则钢丝绳分支拉力减小，钢丝绳直径、滑轮和卷筒直径也都减小，在起升速度不变时，需提高卷筒转数，即减小机构传动比。但倍率过大，会使滑轮组本身体积和重量增大，同时也会降低倍率，加速钢丝绳的磨损。所以起重量小时，选用小的倍率，随着起重量增大，倍率相应提高。倍率增大，起升速度相应减小[1]。
根据上面的对比分析以及对钢丝绳的选择，初选双联滑轮组即可满足起升机构的需求，图2-3所示为双联滑轮组示意图。
2.3.4 卷筒组
卷同组是起升机构和牵引机构中卷绕钢丝绳的部件。卷筒组件有卷筒、连接
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盘以及轴承支架组成。常用卷同组类型有齿轮联接盘式、周边大齿轮式、短轴式和内装行星齿轮式[2]。
1. 齿轮联接盘式卷筒组为封闭式传动，分组性好，卷筒轴不承受扭矩，是目前桥式起重机卷同组的典型结构。缺点是检修时需沿轴向外移卷筒。
2. 周边大齿轮式卷筒组多用于传动速度比大、转速低的场合，一般为开式传动，卷筒轴只承受弯矩。
3. 短轴式卷筒组是一种新的结构形式，卷筒与减速器输出轴用法兰盘刚性连接，减速器底座通过钢球或者圆柱销与小车架连接。这种结构形式的优点是结构简单、调整与安装方便。
4. 内装行星齿轮式卷筒组输入轴与卷筒同轴线布置，行星减速器置于卷筒内腔，结构紧凑，重量较轻，但制造与装配精度要求较高，维修不便，常用于结构要求紧凑、工作级别为M5以下的机构中。
图2-4 齿轮联接盘式卷筒组
卷筒有铸造或焊接经机加工后制成。铸造卷筒一般采用不低于HT-200的灰铸铁，焊接卷筒多采用Q235钢板弯卷焊接而成，质量轻，适宜于单件生产和大尺寸卷筒。
综合考虑使用经济与寿命，初选铸造的齿轮联接盘式卷筒组作为此次设计的卷筒组，如图2-4所示。
2.3.5 制动器
制动器是保证起重机安全正常工作的重要部件。机械制动器利用固体摩擦，吸收运动质量的位能，是物件限速下降。吸收动能，是机构减速，运动停止。制动器的主要是由制动器基架或壳体、上闸装置、驱动装置、制动副组成的。此外，
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