起重机械讲座（18）---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:PQ--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:nt--卷筒转速， r/min；
　 　vq--额定起升速度，m/min。
　 （4）起升静功率为：

式中:Pj--起升静功率，kw；
　 　PQ--起升载荷，N；
　 　vq--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:PJc--电动机在JC值时功率，kw；
　 　G--稳态负载平均系数（见表8-1）。

电动机型号	YZR				JZ
接电持续率JC/%	15	25	40	60
G	0.7～0.75	0.8～0.85	0.9～0.95	1	0.9

 

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：

式中:Pn--基准接电持续率时，电动机额定功率，kw；
　 　λM--基准接电持续率时，电动机转矩允许过载倍数；
　 　H--系数；按电压有损失、最大转矩或堵转转矩有允差、起升1.25倍额定载荷等条件确定，绕线型异步电动机取H＝2.1；笼型异步电动机取H＝2.2；直流电动机取 H＝1.4。
　 （6）减速器。
　 减速器传动比：

　 因为

　 所以

式中:nd--在额定起升载荷作用下的电动机转速，即相当于Pj时的转速，r/min；
　 　nt--卷筒转速，r/min；
　 　vq--起升速度，m/min。
　 起升机构减速器功率按起升静功率 Pj计算。根据Pj，i，nd，机构工作级别，从标准减速器系列中选用合适的减速器型号。
　 （7）计算静力矩。
　 ①作用在卷筒轴上的静力矩：　 　

式中:Mt--卷筒轴静力矩，N·m；
　 　m--滑轮组倍率；
　 　ηt--卷筒的机械效率；
　 　ηh--滑轮组的机械效率。
　 ②作用在电动机轴上的静力矩：

式中:Mj--电动机轴静力矩， N· m