回转电磁挂梁起重机的回转机构设计计算

回转电磁挂梁起重机的回转机构设计计算

王洪亮

大连华锐重工起重机有限公司 116052 

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1概述

    回转电磁挂梁起重机是钢厂炼钢车间用于吊运板坯的专用设备，为了满足钢厂地面设备转角布置的特殊工艺要求，电磁铁需要水平旋转90°。为此，釆用吊具回转的方法，以实现不同吊运方向的转换。

冶金起重机用回转式电磁挂梁的结构外形尺寸，直接影响着起重机工作的上部极限和生产厂房的高度；其重量直接影响着整机布置及起升机构的计算起重量。因此，回转电磁挂梁回转机构的合理布置及正确的选型计算在此显得特别重要。

2回转电磁挂梁的组成及工作原理

2.1回转电磁挂梁的组成

回转电磁挂梁主要由带有动滑轮组的固定梁、带有板钩和电磁铁的回转梁、设有回转驱动和承载立轴的回转机构、用于隔热的防护设施、用于缓冲限位及准确定位的机械式缓冲开关设施，还有完善的润滑及电控系统等组成（见图1 ）。本文重点阐述有关回 转驱动系统的选型计算。、电磁铁、隔热板 及板钩等以下部分与一般的冶金起重机用吊具原理相近。在电动机通电后驱动回转轴带动回转挂梁旋转。根据实际需要，通过电气设置动作方式，实现回转挂梁及电磁铁任意角度回转，通常为0〜90° ±5°的范围。 由于在回转挂梁及固定梁上设置了缓冲器和终点限位双层保护装置，所以设备运行安全可靠。

图1回转电磁挂梁

1.动滑轮2.固定挂梁3.用钩4.緩冲及限位装置

5.回转挂梁6.回转机构7.电磁铁

2.1.1回转机构的组成

回转机构主要由电动机、一级减速器、 二级减速器、回转承载立轴、推力调心滚子 轴承、回转立轴和下部调心滚子轴承。

2.2回转电磁挂梁的工作原理

整个机构安装在固定梁上，三合一减速电机输入与输出轴为正交布置形式，输出轴与二级减速器的输入轴釆用空心套装布置。这种联接方法有效地解决了平行轴布置输入电动机与输出空心轴垂直于固定梁，导致占用空间高度大，影响吊具上极限的问题。二级减速器与回转立轴通过花键联接，立轴回转釆用调心滚子轴承，承载能力大并且安装使用维护方便。回转立轴通过推力调心滚子轴承将全部起升载荷传递到固定梁。

3回转机构的计算

下面以一台40t回转电磁挂梁起重机为例，详细分析其回转机构的计算过程。

3.1 基本参数

起重量：                 Q = 40 t

回转式吊具自重：        q = 13 t

机构回转速度：         n = 0.65 r/min

机构起制动时间：          t = 3～5s

钢包耳轴间距：            3500 mm

3.2 摩擦力矩引起的旋转阻力矩Mm的计算

回转梁回转的摩擦阻力矩Mm，应包括上支承M1和下支承M2及由止推支承M3中所产生的阻力矩，即：

（N·m）

式中：

M1─上支承产生的阻力矩，N·m；

M2─下支承产生的阻力矩，N·m；

M3─止推支承产生的阻力矩，N·m。

式中：

H─上、下支承的水平力（N），在静止状态下径向载荷为0；

N─止推轴承所受的垂直压力，N；

、─上、下支承的摩擦系数；

f3─止推轴承的摩擦系数，取0.01～0.015；

、─上、下支承的轴径，m；

d3─止推轴承内径和外径的平均直径为0.34 m。

考虑滚动体接触角等其他因素

M3 = 0.5×1.25

Mm=Mi+M2+M3=0+0.5×1.25 (40+13) ×9.85×0.015 ×0.34=1.66kN • m

3.3 旋转部分的惯性引起的惯性阻力矩T的计算

吊具回转时的惯性阻力矩，由绕吊具回转中心线回转的物品惯性阻力矩和吊具回转部分的惯性阻力矩T1+ T2，以及机构传动部分的惯性阻力矩T 3组成，即：

（N·m）

（N·m）

式中：

JQ─满载对起重机回转中心线的转动惯量，kg·m2；                            

JL─回转梁对起重机回转中心线的转动惯量，kg·m2；  

n─机构的回转速度，r/min；

t─机构的起动或制动时间，s。

（N·m）

其中：

Jm─电动机的转子、联轴器、制动轮及减速器高速输入轴的转动惯量，kg·m2；  

nm─电动机的额定转速，r/min。

式中系数1.2为除高速轴以外其它转动零件引起的转动惯量增加系数。

kN·m

kN·m

3.4 电动机的选型

根据机构稳定运行的等效静阻力矩、回转速度和机构效率计算机构的等效功率，按等效功率和接电持续率初选电动机，如果机构的静阻力矩小，而惯性阻力矩大，则电动机功率Pj宜按下式确定。

考虑回转部分转动惯母较大，考虑对电 动机的启动影响，选用较大功率

Pn=Kd• Pj=2.5X0.403= 1.0075Kw

式中：

n—起重机回转转速，n =0.65 r/min；

机构的效率η＝0.9。

电机额定功率Pe=2.2KW

电机额定扭矩

Me=14.9N • m

3.5 减速器的选型

该传动采用双减速器形式，与立式电动机加单减速器相比，具有结构紧凑、体积小、重量轻、承载能力大、使用寿命长、噪音小以及生产成本低等优点。由于减速器体积小，有效解决了吊钩梁上设置驱动装置后不能满足上极限的问题。

速比

一级减速器：

减速器型号：             QSC-10-50

速比：                  iL= 50

许用功率：           PN1 = 3.21 kW

输出扭矩：      TN1＝745 N·m

二级减速器

减速器型号：                  J978

速比：  i2= 43.31

功率：             PN2＝4.8 kW

输出扭矩：    PN2＝32323.08N·m

通过上述计算比较得出：电动机的输出功率小于一级减速器和二级减速器的允许输入功率，且一级减速器的输出扭矩略小于二级减速器的输入扭矩，所选减速器经济合理。

4结论

回转电磁挂梁能够满足电磁铁改变吊运方向的要求，解决了板坯转运方向问题， 提高了起重机的利用率，缩短了运转周期， 拓宽了炼钢及连铸连轧整体布置形式的思路，为炼钢的后续工艺方案提供了设备保证, 具有其它常起重机无法比拟的优点。回转机构是回转电磁挂梁的核心部分，如果在计算过程中参数选择过大，会造成设备体积和重量增加，也会造成设备成本的増加，降低产品的市场竞争力；反之,如果参数选择过小， 会造成设备无法正常使用，给企业造成负面影响。所以合理的参数分配是带回转电磁挂梁起重机回转机构设计的关键。

参考文献

[1] GB/T 3811-2008.起重机设计规范

[2] 起重机设计手册.辽宁人民出版社,1979

[3] 起重机设计手册.中国铁道出版社,1998

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