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大型冶金起重机优化设计的研究

【摘要】

根据320/50t-22m大型冶金起重机的应用，结构和技术要求。对起重机的结构和起升机构进行了优化设计，计算了起重机的主要技术参数。对设计中的关键问题进行了讨论。对同类起重机设计计算的提供了参考，本文有一定的应用价值。

1【介绍】

冶金起重机是起重机的一种，它广泛使用于铸造部门，锻造部门，淬火部门，冶金部门等。

随着电力设备，，石油，化工和重型机械产业的发展，及用户要求的提高，需要相应的提高热处理工艺和设备。另外，用于起重锻件的淬火起重机的尺寸也有所增加。由于淬火起重机的重量较大，淬火起重机的制造更为复杂，存在很多设计过程中的技术问题，因此，320／50t淬火起重机在中国的体积是非常大的，我们接下来将要讨论这种起重机的总体结构和起升机构的优化设计。

2【起重机的关键技术特点】

根据冶金起重机的工作原理和设计要求，对起重机设计手册进行了研究，起重机关键技术参数如下

（1）起重能力 主钩：320t，辅助钩：50t。

（2）跨度 22m。

（3）起升高度 主钩：23m，辅助钩：24m。

（4）额定工作速度 主钩：16m/min 辅助钩：19.6m/min小车走速度：26米/分钟，大车速度：41米/分]。

（5）限位 起重机主钩中心与起重机轨道表面2000m。起重机辅助钩中心与起重机轨道表面距离为1000m。

3【设计标准和原则】

考虑冶金起重机的工作条件和工作要求，就必须考虑提升容量、价格和速度。因此在设计过程2中要遵循起重机设计标准规范GB3811-83，起重机安全标准规范GB6067-85和冶金起重机标准规范jb5898-91。有一些需要考虑因素，如钢结构的表面处理形式，电气系统保护和操作模式。电气控制方式通过变频器实现。对桥式起重机的计算，整个起重机布置方案选择模型的计算，整体设计计算可以通过条件性位置计算或类比法分析方法实现。在结构中，使用的机械方法计算危险截面内力，设计一个横截面和校核强度，采用许用应力法或极限状态法计算刚度，以优化起重机的整体设计[3]。

4【起重机的一般结构】

320 / 50t桥式起重机是一种由大型工件组合用来强化处理的冶金起重机，同时也可作为大型零件的起升设备。本起重机主要由桥架、小车、大车运行机构，过载安全保护装置，驾驶室，维修室，电车动力室、干燥—机油润滑装置，电气系统构成，具体结构如图1所示。

图1

① 小车供电系统 ②维修室 ③司机室 ④小车 ⑤横梁 ⑥龙门

4.1【小车】

小车主要由车架、主起升机构、运行机构、320／50t吊钩组组成，如图2所示。箱梁结构的每一主梁和端梁均为箱形截面梁。组合结构的拉杆车架具有足够的强度和刚度，另一方面必须确保其连接是安全可靠的。在正常工作中，存在负载时，不会对小车车架产生影响使其变形。

图2

1. 320t吊钩组②50t吊钩组③运行机构④主起升机构⑤车架⑥副起升机 构

【主起升机构】

四个普通电机分别驱动四个减速器和四组缆绳

实现机械同步，采用高速同步轴与双电机同步系统相结合。

【副提升机构】

一种电机驱动双滚筒齿轮减速器。卷绕系统与卷绕缆绳相连，固定滑轮组和移动滑轮组通过绳索连接。主起升机构采用四组刹车盘，从起升机构采用两液压推杆制动器。卷绕筒是用钢板焊接制成的。采用了凸缘轮。采用双输入双输出的中硬齿面。小车的运行机构的集中驱动采用的是1/4的占空比。固定在小车上的电机通过垂直的齿轮减速器驱动两轮[4]。该电机通过全齿联轴器与齿轮减速器相连, 采用十字轴万向轴联轴器实现齿轮减速器与车轮之间的连接。车轮组用角闭合轴承箱，车轮采用双法兰圆筒形的花纹。液压推进器制动器的类型是块式。立式齿轮减速器的类型是QJ和中硬齿面。

4.2【安全保护】

主从式起升机构限位保护开关、超速保护开关。

超载限制器位于主从式起升机构的平衡臂下，并在额定载荷的90%提示报警。另外，当额定载荷为105%时，起升机构高度会降低。每个低速轴安装一个转速仪进行同步检测。生产实践表明，低转速轴两齿轮减速同步误差超过5%的起动，会使电机立即停止运行。

5【起重机构的设计计算】

5.1钢丝绳最大静拉力的计算

5.2钢丝绳的选择

最大断拉力必须满足以下条件：

钢丝绳的类型是44zaa6times;36SW iwr1670zs，它的断拉力为117.2t

5.3滚筒长度计算

滚筒的有效长度可以计算得到

因此，鼓的长度是2300 [毫米]。

此外，辊的强度和稳定性需要计算的相应的方程。

类型

主起升电机YZR450L1-8，其转速为742[转/分钟]和它的功率是475[千瓦]主起升变速箱扭矩3.55 [KNm]，其传动比为31.7。主起重制动器的类型是TEXU500-C.

6【结论】

根据淬火起重机的应用、结构特点、相关技术文件和具体的国家标准，对淬火起重机主要技术参数进行了设计和计算。目前，该起重机已在的热处理厂高效运行中， 320t淬火起重机这一发展满足企业发展的生产需要。为今后类似起重机的设计提供了依据和参考，具有一定的应用价值。

References

[1] Rangwala S C. Enginneering Materials. Charotor Book stoll, 1980:145-147

[2] Zhang Meijuan, Lu Yaofu, Jin Jian, et a1. Application of once molding construction method of concrete with Bailey crane

and large steel formwork to Caoejiang Sluice, Water Resources and Hydropower Engineering, 2007:368-378

[3] Wang xin, Wei Shangwu. Hidden Trouble of the Generator Used in Frame Crane and Improvement on It, Electrical

Machinery Technology, 2006:667-670

[4] Jackrit Suthakornl. Anti-Swing Control of Suspended Loads on Shipboard Robotic Cranes. American Control Conference. 1

999:332-336

[5] Vaha, P., Pieska S., Timonen E.. Robotization of an Off shore Container Crane. Technical Research Center of Finland.

基于adams的门式起重机制动性能仿真计算

【关键词】

门座起重机，行驶机构，制动性能，仿真，adams。

【摘要】

露天吊车的制动性能对行车安全至关重要。这篇文章以40t门式起重机为研究对象，首先根据起重机设计规范，分析和计算行走机构制动力矩，。然后利用仿真软件adams建立了门座起重机运行机构模型，在典型工况条件下，研究了恒定风载起重吊车制动过程，并对其制动性能进行了对比分析。最后，可以得出结论，调小制动力矩，将大大增加起重机制动时间和制动距离，引起事故隐患。本文的分析方法和结论可为起重机安全管理提供理论依据。

【介绍】

门式起重机是露天作业的起重机，包括起升机构、回转机构、变幅机构和行走机构。在实际生产过程中，行走机构抗打滑抗倾覆的制动能力对起重机的安全性有很大的影响。如果制动性能差，起重机将不能在设计的制动时间和制动距离内完成制动。但如果对起重机的制动力矩调制的过大，起重机在过短的时间内就被停止了，起重机的金属结构部分产生较大冲击影响会。甚至它可能引起结构构件的局部屈曲，旋臂断裂，倒塌。在实际工作中，使用设计的制动力矩的工作时，起重机操作员会感觉到制动力过多，所以一些操作人员会把制动力矩调小。因此，分析不同典型工况下大车运行机构的制动性能，，特别是制动力矩减小时的抗风载荷能力是十分必要的、。

【仿真模型】

起重机参数。本文分析了MQ40-43港口门座起重机。其主要参数如表1所示。

表一，门座起重机主要参数

起重机质量	560t	轮数	32
起重量	40t	驱动轮数	16
车轮直径	600mm	大车运行速度	26m/min
轨道类型	QU80	电机转速	970r/min
轨距	14m/16m	额定力矩	105N·m

【几何模型】分析时采用虚拟分析软件adams，我们可以很容易地进行静力学、运动学及动力学分析。在ADAMS/view环境中，根据起重机的实际尺寸，建立了门座起重机的行驶机构模型。为了简化模型同时不影响计算结果，只对行驶机构建模就足够了。

【边界约束条件】

在这个模型中的主要约束存在于车轮和车轴，车轮和轨道之间。车轮和车轴之间以一个旋转副连接。使车轮在轴上转动。同时限制了三个方向的运动和双向旋转。在行驶中车轮和轨道之间的接触是一个复杂的关系，adams软件描述了接触的刚性机构之间的接触力。利用adams的冲击函数建立接触力。通过设置接触力模拟了行驶过程中车轮与轨道的接触过程。这个摩擦阻力为库仑摩擦。静摩擦系数为0.14，动摩擦系数为0.12。

【外部负载】在该模型中，所施加的外部负载包含风载荷和制动力矩。风是一种表面力，它被设置为一个集中力作用于起重机的质量中心。制动力矩作用于车轮与车轴之间的旋转副。力在adams中以阶跃函数形式使用，此阶跃函数是一个逼近三项式的阶梯函数。

【行驶机构制动力矩】

根据起重机的设计规则的规定（GB/T 3811-2008），行驶机构一般安装制动装置以实现减速和制动并且在吊钩制动时保持行驶机构的静止。行驶机构的制动力矩和摩擦阻力矩，应能够使起重机或汽车在满负荷，风载荷和下坡状态下在规定时间内停止。

根据设计规范的定义，行驶机构的制动力矩是按公式计算（1）

在图1中显示了一个简化的车轮模型，将一列矩平衡方程作为计算公式（2）。

图1简化车轮的力学模型

制动时间在设计规范或安全规范中没有给出明确的值。如果值太大的，它不能保证起重机精确的停止在所需的位置，但如果该值太小，它会使起重机剧烈震荡。通常以经验为基础的，门式起重机制动时间一般取为8s。根据设计规范，正常的风荷载PW1在工作状态下是51.9kn，计算风荷载在工作状态是86.3kn。给定的制动时间为8秒。取表1的每一个参数值带入公式（1），每一个制动器的制动力矩可以得到21651n·M.以该公式计算的结果（1）代入公式（2）可以得出，Wzi为25390n·m，起重机使用这种制动力矩可以停在设定的时间内。当我们考虑传动效率eta;的影响时，若当eta;取0.85，制动力矩将从MZI变化为MZIeta;。得到MZIeta;是21581.5n。, 在考虑传动效率，制动力矩是小于所需的制动力矩的，但可以看出，结果之间的差异是非常很小，只有69.5N·m，误差为0.32%，这是一个可以接受的范围。

在这种情况下，计算出的制动力矩是总力矩。在使用adams软件时，需要将该值分配给16个驱动轮，取平均值。

【典型工况下的制动性能仿真】

在门座起重机的实际工作中，工作现场不完全符合设计条件。为了保证工作顺利，有时现场操作人员关闭了制动力矩或延迟刹车。典型的实际工作条件如表2所示。通过利用adams虚拟仿真软件，在以下条件下，我们可以分析制动力矩是否能满足制动要求。

表二，几种典型的工作条件

工作条件	状态描述
条件一	设计行驶速度，设计风荷载，无延迟刹车，设计制动力矩下制动。
条件二	设计行驶速度，设计风荷载，延迟刹车1s，设计制动力矩下制动。
条件三	设计行驶速度，设计风荷载，延迟刹车1s，设计 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料 资料编号：[148811]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word