1概述
　　鑄造起重機(jī)是冶煉金屬?gòu)S的專(zhuān)用起重設(shè)備(shèbèi)，主要為煉鋼廠轉(zhuǎn)爐或電爐服務(wù)，用于吊運(yùn)熔化金屬，具有工作頻繁，負(fù)荷作業(yè)率高，工作條件惡劣(nasty)，速度高等特點(diǎn)。鑄造起重機(jī)的機(jī)械部分主要有起升機(jī)構(gòu)，起重機(jī)及小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，各機(jī)構(gòu)的主要部件為系統(tǒng)，是系統(tǒng)的重要單元。在整個(gè)起升機(jī)構(gòu)中，承擔(dān)著傳遞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)工況速度的重任，起重機(jī)用是起重機(jī)設(shè)備專(zhuān)有的配套設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，是起重機(jī)安全可靠運(yùn)行的重要保障(起保障作用的事物)。
　　一般都采用底座式結(jié)構(gòu)，即底座平面和機(jī)體剖分面平行，鏜孔時(shí)以底座平面作基準(zhǔn)。
　　起重機(jī)是一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的整體，其變形量是一個(gè)很可觀的數(shù)字，而本身不允許變形，這樣就要求的安裝位置能克服機(jī)構(gòu)本身的變形。
　　2鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)型式
　　建國(guó)初，國(guó)內(nèi)起重機(jī)長(zhǎng)期以來(lái)是以前蘇聯(lián)PM系列為主改型的國(guó)產(chǎn)的ZQ系列。20世紀(jì)80年代，國(guó)內(nèi)主要采用的是西德在MAN公司系列的基礎(chǔ)上，制定出的DIN15053國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
　　目前國(guó)內(nèi)使用的鑄造起重機(jī)，其主起升機(jī)構(gòu)的方式，大致可分為"品"字型三型式和硬連接的型式二種。齒輪減速電機(jī)利用各級(jí)齒輪傳動(dòng)來(lái)達(dá)到降速的目的.減速器就是由各級(jí)齒輪副組成的.比如用小齒輪帶動(dòng)大齒輪就能達(dá)到一定的減速的目的,再采用多級(jí)這樣的結(jié)構(gòu),就可以大大降低轉(zhuǎn)速了。
　　傳統(tǒng)的"品"字型三型式，軸向結(jié)構(gòu)尺寸較大。通常一級(jí)內(nèi)都帶有行星或棘齒輪機(jī)構(gòu)保證兩輸入軸的同步，每?jī)杉?jí)之間通過(guò)(tōng guò)聯(lián)軸器傳遞力矩，環(huán)節(jié)多，制造成本比較高。從理論上來(lái)講，單卷筒在外的布置形式要比卷筒在內(nèi)的布置形式受力更合理，但變形對(duì)的使用造成的影響未經(jīng)實(shí)踐證明，因而齒輪嚙合間隙有待于通過(guò)試驗(yàn)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，確立數(shù)據(jù)模型，以使設(shè)計(jì)更加合理，可行。目前，國(guó)外同類(lèi)鑄造起重機(jī)的主起升機(jī)構(gòu)中，均采用傳統(tǒng)的品字型三型式和卷筒在內(nèi)的布置型式的技術(shù)。
　　3新型單理論設(shè)計(jì)
　　此次設(shè)計(jì)的鑄造起重機(jī)，用于煉鋼廠用于吊運(yùn)鐵水。起重機(jī)要求為四梁四軌，鉸接端梁結(jié)構(gòu)型式。主要由橋架，主小車(chē)，副小車(chē)，大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，司機(jī)室及檢修吊籠裝置，電氣控制（control)系統(tǒng)(system)等部分組成。主小車(chē)沿著主梁軌道運(yùn)行，副小車(chē)沿著副主梁軌道在主小車(chē)下面運(yùn)行，整車(chē)沿著廠房軌道運(yùn)行。
　　主小車(chē)起升機(jī)構(gòu)采用兩電動(dòng)機(jī)，四個(gè)盤(pán)式制動(dòng)器，一件減速機(jī)，并列式布置驅(qū)動(dòng)，該在高速軸通過(guò)(tōng guò)齒輪相連，能確保起升機(jī)構(gòu)在一臺(tái)電機(jī)和它所配制動(dòng)器故障（fault）時(shí)，可由另一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，完成一個(gè)工作循環(huán)。在盤(pán)式制動(dòng)器上設(shè)有手動(dòng)釋放裝置，能確保在制動(dòng)器故障時(shí)，可用該裝置將制動(dòng)器打開(kāi)，保證機(jī)構(gòu)能完成所剩余的工作。
　　在設(shè)計(jì)時(shí)，主起升機(jī)構(gòu)在司機(jī)室對(duì)側(cè)的極限尺寸很小，為確保不與廠房上料管干涉。必須設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)緊湊的新型方式。本設(shè)計(jì)首次采用單卷筒在外的布置。這種布置方式，其軸向結(jié)構(gòu)尺寸小于品字型三方式，吊點(diǎn)距方向結(jié)構(gòu)尺寸小于兩個(gè)卷筒放在中間的布置型式，同時(shí)取消了常用的行星或棘齒輪（Gear）機(jī)構(gòu)，直接通過(guò)兩高速級(jí)之間的同步齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)兩卷筒之間的同步動(dòng)作。這種結(jié)構(gòu)的使用大大降低了制造成本以及鏈的環(huán)節(jié)，同時(shí)直接減小了整車(chē)極限尺寸。
　　在設(shè)計(jì)時(shí)，將機(jī)體設(shè)計(jì)成剛度相對(duì)較高的雙幅板結(jié)構(gòu)，機(jī)體剛度高于小車(chē)架剛度。當(dāng)額定負(fù)荷工作，小車(chē)架出現(xiàn)下?lián)蠒r(shí)，由于機(jī)體剛性較高，并不隨著小車(chē)架的下?lián)隙a(chǎn)生變化，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力。
　　與小車(chē)架之間的固定方式采用單側(cè)固定，另一端游動(dòng)的方式。當(dāng)小車(chē)架下?lián)蠒r(shí)，未擰緊的一側(cè)將沿著導(dǎo)向塊在底座上滑動(dòng)，從而避免中心距發(fā)生變化。在此理論基礎(chǔ)上可以初步確定，該小車(chē)架的下?lián)喜蛔阌谟绊扆X輪（Gear）嚙合間隙。
　　從理論上來(lái)講，這種方式結(jié)構(gòu)緊湊，受力更合理。但由于采用單，自身體積增大，環(huán)節(jié)增多，這樣就可能在工作中引起的劇烈振動(dòng)和較大變形，產(chǎn)生較大的沖擊載荷。為了評(píng)價(jià)這種方式的可靠性，合理性和科學(xué)性，以使今后的設(shè)計(jì)更趨完善，對(duì)其進(jìn)行有限元分析。
　　4有限元分析
　　對(duì)鑄造起重機(jī)主小車(chē)架和的殼體進(jìn)行有限元分析，確定其應(yīng)力和擠壓應(yīng)力的分布，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和齒輪嚙合間隙的選取提供可靠的分析數(shù)據(jù)（data)。
　　4.1邊界條件該鑄造起重機(jī)小車(chē)架為鋼結(jié)構(gòu)件，主通過(guò)螺栓(組成:頭部和螺桿組成)一頭固定在小車(chē)架上，另一頭游動(dòng)。起吊載荷過(guò)程(guò chéng)中，與小車(chē)架呈剛性聯(lián)接，但由于其剛度不同，所以殼體上內(nèi)力分布并不均勻，主要表現(xiàn)為輸出軸承座正下方呈擠壓應(yīng)力狀態(tài)。
　　小車(chē)架，上下殼體均為鋼板焊接而成，小車(chē)架為箱形框架梁，腹板和上下蓋板以及下殼體用槽鋼和鋼板進(jìn)行了加強(qiáng)，小車(chē)架上部承受起吊小車(chē)及設(shè)備重量，下部通過(guò)(tōng guò)兩邊的車(chē)輪與軌道接觸。齒輪減速機(jī)一般用于低轉(zhuǎn)速大扭矩的傳動(dòng)設(shè)備，把電動(dòng)機(jī)普通的減速機(jī)也會(huì)有幾對(duì)相同原理齒輪達(dá)到理想的減速效果，大小齒輪的齒數(shù)之比，就是傳動(dòng)比。隨著減速機(jī)行業(yè)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的企業(yè)運(yùn)用到了減速機(jī)。這樣，小車(chē)架梁的內(nèi)力大多為復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，既承受彎曲，扭轉(zhuǎn)，又承受外力作用的局部壓力。下殼體承受著全部自重以及同時(shí)將上承受的壓力傳遞到小車(chē)架上。
　　本體部分采用能反映平面變形和折疊變形的殼單元，出軸處為實(shí)體六面體單元，共有13680個(gè)節(jié)點(diǎn)，13860個(gè)單元，計(jì)算規(guī)模為72080個(gè)自由度。
　　4.2計(jì)算分析由于鋼板多為復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，在額定載荷下用第四強(qiáng)度理論等效應(yīng)力云圖計(jì)算各部位變形規(guī)律。
　　小車(chē)架以及下殼體最大應(yīng)力均小于材料屈服極限，具有足夠的安全系數(shù)。小車(chē)架以及下殼體應(yīng)力集中處區(qū)域很小，即使有很大的沖擊載荷作用使局部（part)屈服，高應(yīng)力區(qū)域?qū)㈦S著擴(kuò)大，小車(chē)架及下殼體承載能力也會(huì)相應(yīng)增強(qiáng)，所以，從靜強(qiáng)度（strength)破壞(vandalism)的角度來(lái)看，這一類(lèi)型的應(yīng)力影響較小，遠(yuǎn)小于材料屈服極限。
　　通過(guò)有限元模擬分析，可以計(jì)算出在工作載荷作用下時(shí)，中心的最大垂直位移為0.033 mm，水平方向位移為0.0018μm.這一數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)影響不到馬達(dá)軸上兩個(gè)齒輪間的嚙合精度（精確度）。
　　4.3及小車(chē)架變形試驗(yàn)檢測(cè)(檢查并測(cè)試)及分析試驗(yàn)檢測(cè)在實(shí)際的生產(chǎn)情況下進(jìn)行。在加載為額定載荷時(shí)，穩(wěn)定情況下檢測(cè)兩輸出軸間的位移和小車(chē)架梁的強(qiáng)度和撓度；在加載0.8倍額定載荷時(shí)，載荷以最大速度起升時(shí)，檢測(cè)的振動(dòng)情況。檢測(cè)后對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理(chǔ lǐ)分析如下：1）速器外觀質(zhì)量現(xiàn)狀良好。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，箱體嚴(yán)格密封，防塵，潤(rùn)滑條件好，殼體具有足夠的強(qiáng)度和剛度。
　　2）兩輸出軸的位移很小。硬齒面齒輪減速機(jī)為達(dá)到特別低的輸出轉(zhuǎn)速，可以通過(guò)兩個(gè)齒輪減速機(jī)相聯(lián)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)采用這種傳動(dòng)方案時(shí)，可配置電機(jī)的功率必須依賴于減速機(jī)的極限輸出扭矩，而不能通過(guò)電機(jī)功率來(lái)計(jì)算減速機(jī)的輸出扭矩。正常工作情況下最大為0.09mm，比理論計(jì)算值0.066mm稍大。結(jié)合小車(chē)架的下?lián)锨闆r分析，可以看出小車(chē)架的變形基本不影響兩輸出軸的位移。
　　3）小車(chē)架梁最大下?lián)蠟閒=3.2mm，與理論計(jì)算值相比f(wàn)<4.14mm，滿足設(shè)計(jì)要求。小車(chē)架梁最大應(yīng)力為σ=13.2MPa，按照線性關(guān)系計(jì)算，可得出在滿載時(shí)最大應(yīng)力σmax=16.1MPa，與理論計(jì)算值相比，遠(yuǎn)小于σ=98MPa，可見(jiàn)有足夠的安全裕度。
　　4）輸入軸最大振動(dòng)加速度為0.18g（測(cè)量間接值）；輸出軸最大振動(dòng)加速度為0.20g，最大振幅為65μm.振動(dòng)加速度很小，振幅滿足標(biāo)準(zhǔn)小于80μm的要求，說(shuō)明該各級(jí)靈活，齒輪嚙合正常。初步可以認(rèn)定該機(jī)體剛度設(shè)計(jì)合理，小車(chē)架剛度可行時(shí)，這種方式方法中中心距雖然發(fā)生變化，但并沒(méi)有影響(influence)到兩個(gè)同步齒輪間的嚙合精度。
　　5結(jié)論
　　單卷筒在外的布置型式，軸向結(jié)構(gòu)尺寸小于品字型三方式，吊點(diǎn)距方向結(jié)構(gòu)尺寸小于兩個(gè)卷筒放在中間的布置型式，同時(shí)取消了常用的行星或棘齒輪機(jī)構(gòu)（organization)，直接通過(guò)兩高速級(jí)之間的同步齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)兩卷筒之間的同步動(dòng)作。這種結(jié)構(gòu)的使用大大降低了制造成本以及鏈的環(huán)節(jié)，同時(shí)直接減小了整車(chē)極限尺寸。
　　經(jīng)過(guò)有限元分析計(jì)算和變形試驗(yàn)檢測(cè)可知：該起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)方式設(shè)計(jì)合理可行；在該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)型式下，小車(chē)架的變形對(duì)齒輪（Gear）"嚙合（niè hé） "精度并未造成質(zhì)的影響和產(chǎn)生振動(dòng)。同時(shí)由于機(jī)座剛度的合理設(shè)計(jì)，減小了小車(chē)架的變形量，提高了小車(chē)架的使用的時(shí)長(zhǎng)。