起重机起升机构的组成及安全设计计算

起重机起升机构的组成及安全设计计算

1．起升机构组成

起升机机构由驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置、制动器及其他安全装置等组成，不同种类的起重机需配备不同的取物装置，其驱动装置亦有不同，但布置方式基本上相同。典型起升机构平面布置见图8-1。

图8-1 起升机构传动简图

1-电动机 2-联轴器 3-制动器 4-减速器 5-联轴器 6-卷筒

7-钢丝绳 8-吊钩滑轮组 9-上升极限位置限制器

起重量超过10t时，常设两个起升机构：主起升机构（大起重量）与副起升机构（小起重量）。一般情况下两个机构可分别工作，特殊情况下也可协同工作。副钩起重量一般取主钩起重量的20%--30%；

（1）驱动装置。大多数起重机采用电动机驱动，布置、安装和检修都很方便。流动式起重机（如汽车起重机、轮胎起重机等）以内燃机为原动力，传动与操纵系统比较复杂。

（2）传动装置。包括减速器、联轴器和传动轴。减速器常用封闭式的卧式标准两级或三级圆柱齿轮减速器，起重量较大者有时增加一对开式齿轮以获得低速大力矩。为补偿吊载后小车架的弹性变形给机构工作可靠性带来的影响，通常采用有补偿性能的弹性柱销联轴器或齿轮联轴器，有些起升机构还采用浮动轴（也称补偿轴）来提高补偿能力、方便布置并降低磨损。

（3）卷绕系统。它指的是卷筒和钢丝绳滑轮组。桥架类型起重机采用双联滑轮组，单联滑轮组一般用于臂架类型起重机。

（4）取物装置。它是根据被吊物料的种类、形态不同，采用不同种类的取物装置。取物装置种类繁多，使用量最大的是吊钩。

（5）制动器及安全装置。制动器既是机构工作的控制装置，又是安全装置，因此是安全检查的重点。起升机构的制动器必须是常闭式的。电动机驱动的起重机常用块式制动器，流动式起重机采用带式制动器，近几年采用了盘式制动器。一般起重机的起升机构只装配一个制动器，通常装在高速轴上（也有装在与卷筒相连的低速轴上）；吊运炽热金属或其他危险品，以及发生事故可能造成重大危险或损失的起升机构，每套独立的驱动装置都要装设两套支持制动器。制动器经常利用联轴器的一个半体兼作制动轮，即使联轴器损坏，制动器仍能起安全保护作用。

此外，起升机构还配备起重量限制器、上升极限位置限制器、排绳器等安全装置。

2．起升机构的工作原理

电动机通过联轴器（和传动轴）与减速器的高速轴相连，减速器的低速轴带动卷筒，吊钩等取物装置与卷绕在卷筒上的省力钢丝绳滑轮组连接起来。当电动机正反两个方向的运动传递给卷筒时，通过卷筒不同方向的旋转将钢丝绳卷入或放出，从而使吊钩与吊挂在其上的物料实现升降运动，这样，将电动机输入的旋转运动转化为吊钩的垂直上下的直线运动。常闭式制动器在通电时松闸，使机构运转；在失电情况下制动，使吊钩连同货物停止升降，并在指定位置上保持静止状态。当滑轮组升到最高极限位置时，上升极限

位置限制器被触碰面动作，使吊钩停止上升。当吊载接近额定起重量时，起重量限制器及时检测出来，并给予显示，同时发出警示信号，一旦超过额定值及时切断电源，使起升机构停止运行，以保证安全。

起升机构安全设计计算

1．概述

（1）起升机构的设计计算过程。首先选择设计参数，确定布置方案，通过计算选用标准零部件（如电动机、制动器、减速器、联轴器与钢丝绳等），对非标准零部件做强度、刚度等计算，最后进行必要的验算。

（2）起升机构计算载荷特点是：

①物品起升或下降时，在驱动机构上由钢丝绳拉力产生的力矩单向作用且方向不变；

②物品悬挂系统由挠性钢丝绳所组成，由物品惯性引起的附加力矩对机构影响不大；

③机构启动或制动时间同稳定运动时间相比是短暂的。

因此，可将稳定运动时的起升载荷作为机构的计算载荷。

（3）设计参数。额定起重量Gn、起升高度H、起升速度Vn和工作级别，以及某些特殊要求，例如，起重机的使用场合、具体工作环境（如温度、是否有化学腐蚀）、防爆要求等。

2．计算步骤

（1）吊钩与滑轮组：

①根据起重量选择吊钩；

②确定滑轮组倍率m和效率脱。

（2）选择钢丝绳：

①计算钢丝绳所承受的最大静拉力（即钢丝绳分支的最大静拉力）为：

式中:P Q--额定起升载荷，指所有起升质量的重力，包括允许起升的最大有效物品、取物装置（如下滑轮组吊钩、吊梁、抓斗、容器、起重电磁铁等）、悬挂挠性件以及其他在升降中的设备的质量的重力；

Z--绕上卷筒的钢丝绳分支数，单联滑轮组Z=1，双联滑轮组Z=2；

m--滑轮组倍率；

ηh--滑轮组的机械效率。

②计算钢丝绳破断拉力为：

式中:n--安全系数，根据机构工作级别查表确定；

a--钢丝绳折减系数，根据钢丝绳型号查相关手册。

从钢丝绳产品样本中选用钢丝绳直径d，其破断拉力总和】S丝必须满足要求。写出钢丝绳的完整型号标记。

③验算滑轮组直径：

式中:D0min--按钢丝绳中心计算的滑轮和卷筒的允许的最小卷绕直径， mm；

d--钢丝绳直径， mm；

h2--滑轮直径与钢丝绳直径的比值。

（3）卷筒的尺寸与转速

①卷筒的直径为：

式中:D0--按钢丝绳中心计算的卷筒的允许的最小卷绕直径，mm；

h1--滑轮直径与钢丝绳直径的比值。

②卷筒的转速为：

式中:n t--卷筒转速， r/min；

v q--额定起升速度，m/min。

（4）起升静功率为：

式中:P j--起升静功率，kw；

P Q--起升载荷，N；

v q--额定起升速度，m/min；

η--起升时的总机械效率；

ηt--卷筒的机械效率；

ηc--减速器的机械效率；

ηh--滑轮组的机械效率。

（5）选电动机：

①初选电动机。确定电动机容量的原则是，既要考虑满足起升载荷所需要的足够启动力矩，又不能由于容量过大，使启动过猛，而产生较大的惯性载荷；还要考虑防止容量不足，使电动机过热损坏。由于起重机在作业期间并不总是处于满载状态，启、制动时间与稳定运行时间相比是短的，按机构的静功率和接电持续率初选电动机，然后校验过载和发热。

式中:P Jc--电动机在JC值时功率，kw；

表8－1 超升机构初选电动机的科态负我平均系数

接电持续率JC值亦称负载持续率，它表示在一个工作周期中负载（即通电）所持续的时间百分比，按下式计算：

②电动机的过载校验：