目录
1. 摘要………………………………………………………1 2. 关键字…………………………………………………… 2 3. 正文……………………………………………………… 4 3．1. 确定副起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组.. 6 3.2．选择钢丝绳 ………………………………………… .6 3.3．确定卷筒尺寸，并验算强度 ………………………...7 3.4．选择电动机 ……………………………………………9 3.5．选择减速机 …………………………………………..10 3.6．选择制动器 …………………………………………..10 3.7．选择联轴器 …………………………………………..10 3.8．高速浮动轴计算验证 ………………………………..11
1．摘要：随着经济形势的需求，炼钢厂原拥有两座20Ｔ转炉的产能已经不
能适应生产经营和国家产业政策，因此必须对转炉进行扩容技术改造。将原来的两座20Ｔ转炉扩容改造为两座60Ｔ转炉，使转炉的产能和经济效益大大提升，生产节奏也变得更为紧张快捷。转炉所需的辅料冷却废钢加入量一下子提高到一次需求量就达到8Ｔ以上。而该跨的16Ｔ／5Ｔ天车副钩起重能力已经远远不能适应生产需求。转炉冷却料废钢加入量达到8Ｔ以上，天车副钩经常出现吊不起重物或起吊重物后副钩出现溜钩现象，既威胁安全又不能满足生产需求。所以必须对原来的一辆16Ｔ／5Ｔ天车副钩进行技术改造是迫在眉睫的问题，经协商决定将16Ｔ／5Ｔ天车改造为16Ｔ／16Ｔ天车。即只对天车副钩承载起重能力进行改造，通过增加天车副钩滑轮片数量，达到天车副钩承载起重能力提高，将16Ｔ／5Ｔ天车副钩的额定起重量变为16Ｔ／16Ｔ天车副钩的起重能力。
2．关键词：天车、起升机构、承载、改造、应用
前言：20Ｔ转炉扩容改造成60Ｔ转炉后，一次要加8Ｔ以上废钢，而该跨的16Ｔ/5Ｔ天车副钩一次起重能力最多为起吊6Ｔ的重量，要给转炉加废钢，就得加两次，才能保证转炉废钢的加入量，这样就影响了转炉的生产节奏，延长了转炉的冶炼周期，也就制约着炼钢厂生产节奏和经济效益提升，所以必须对16Ｔ／5Ｔ天车副钩的起重能力进行技术改造或更换整体小车是势在必行。为此通过分析论证和计算对比，建议采用增加滑轮组数量来提高天车副钩的起重能力，将天车副钩5Ｔ额定起重量的电动机更换成16Ｔ额定起重能力的电动机，同时改装与之相匹配的制动器、减速机、卷筒、吊钩、滑轮组、钢丝绳及小车架上副钩传动系统安装设备底板等进行同步改造，在原有设备基础上需增加投资5.1万元左右就能完成改造项目。而更换整体小车则需投资34万元。且更换整体小车需要订货、回货时间较长，不能立即解决制约安全生产的瓶颈因素，为此通过技术改造保证生产使用的时效性，既争取了时间又满足了生产的需要还可直接节约资金约28万元。
3．正文：20Ｔ转炉改造成60Ｔ转炉，20Ｔ转炉炼一炉钢要加3-4Ｔ左
右废钢，60Ｔ转炉炼一炉钢需要加8Ｔ-12Ｔ废钢。而16Ｔ／5Ｔ天车副钩额定载荷起重能力只有5吨，加废钢就要加两次〃，甚至三次。一炉钢的冶炼周期是23分钟，加一斗需要30-60秒，加两斗废钢，包括同跨天车的衔接，至少需要2-3分钟，这样延长了转炉冶炼的周期，每个班下来就少炼3-5炉钢，每天累计就少炼12-15炉，每天影响少炼钢所产生的经济效益可想而知。因此对16Ｔ／5Ｔ天车副钩起重能力进行技术改造是势在必行。那么如何进行技术改造，有两个方案：
通过技术改造，增加副钩滑轮组，来提高副钩的起重能力。天车最关键的技术指标就是额定起重量、跨度、起升高度、轮压、轨距和工作类型等，而该跨16Ｔ/5Ｔ天车的额定起重量允许指标为16Ｔ的额定起重承载能力、仅将副钩的起重能力允许指标由原来的5Ｔ额定载荷能力改成16Ｔ的额定载荷能力是没有超过天车所规定使用的允许额定载荷量（16Ｔ），同时也符合国家行业特种设备安全管理使用规定的要求，既能解决生产过程中的实际困难，又能保障天车的安全运行。
下面将5Ｔ与16Ｔ所对应的电动机、制动器、减速机、卷筒等型号技术参数以及价格对比如下：
通过以上设备型号、技术参数和价格的对比计算，设备型号和技术参数的功率稍微增大一点需投入资金比原来增加5.1万元左右，另加两组滑轮片和小车架副钩安装设备传动系统下部的底板钢结构加固材料及人工费用的投资约8千元，也就是整套改造方案所需增加投资费用约6.125万元，而原设备费用3.025万仅比原车多投资5.1万元，就能满足生产要求，保证生产使用。
3.1．确定副起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组
按照小车布置宜紧凑的原则，决定采用如下图的方案。按Q=16t，查[1]表4-2取滑轮
组倍率i h =3，承载绳分支数：Z=2ih =6
3.2．选择钢丝绳
若滑轮组采用滚动轴承，当i h =3，查[1]表2-1得滑轮组效率ηh =0.985 钢丝绳所受最大拉力： S max =
Q +G 020000+467
==3463kg=34.63KN 2⨯3⨯0. 9852i h η
查[2]表2-4, 中级工作类型(工作级别M 5) 时, 安全系数n=5.5。 钢丝绳计算破断拉力S b ：
Sb =n×S max =5.5×34.63=190.5KN
查[1]附表1选用钢芯钢丝绳6×19W+IWR，钢丝公称抗拉强度1770MP a ，光面钢丝，右交互捻，直径d=17.5mm，钢丝绳最小破断拉力[Sb ]=220.4KN，标记如下： 钢丝绳 17.5NAT6×19W+IWR1770ZS GB8918-88 滑轮的许用最小直径：
D ≥d (e -1)=20(25-1)=480mm
式中系数e=25由[2]表2-4查得。由[1]附表2选用滑轮直径D=480mm，由于选用短型吊钩，所以不用平衡滑轮。滑轮的绳槽部分尺寸可由[1]附表3查得。由附表4选用钢丝绳d=14mm，D=480mm，滑轮轴直径D 5=90mm的E 1型滑轮，其标记为： 滑轮E 114×480-100 ZB J80 006.8-87
3.3．确定卷筒尺寸，并验算强度
卷筒直径：
D≥d (e -1)=20(25-1)=380mm
由[1]附表13选用D=400mm，卷筒绳槽尺寸由[3]附表14-3查得槽距，t=22mm，槽底半径r=11mm 卷筒尺寸：
⎛H ⨯i h ⎫⎛16⨯103⨯3⎫
⎪ ⎪L=2 =+Z +4t +L 2+2+401 3. 14⨯420⎪22+87 πD ⎪
⎝⎭0⎝⎭ =1644mm 取L=2000mm
式中 Z0——附加安全系数，取Z 0=2；
L1——卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距，即L 1=A=87mm，实际长
度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；
D0——卷筒计算直径D 0=D+d=400+20=420mm 卷筒壁厚：
δ=0. 02D +（6～10）=0.02×400+（6～10）=16～20 取δ=20mm
卷筒壁压应力验算：
σy max =
S nax 346302
==78. 7⨯106N/m=78.7MPa δ⨯t 0. 02⨯0. 022
选用灰铸铁HT200，最小抗拉强度σb =195MPa
许用压应力：[σ]y =
σb 195==130MPa n 11. 5
σy max ＜[σ]Y 故抗压强度足够
卷筒拉应力验算：由于卷筒长度L ＞3D ，尚应校验由弯矩产生的拉应力，卷筒弯矩图示与图5-2
卷筒最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时：
⎛L -L 1⎫⎛2000-87⎫
M w =S max l =S max ⎪=34630⨯ ⎪
2⎝⎭⎝2⎭=33123595N·mm 卷筒断面系数：
⎛D 4-D i 4
W =0.1
D ⎝
44⎫500-4603
⎪=0.1×m m =3545088 ⎪500⎭
式中D ——卷筒外径，D =400mm；
D i ——卷筒内径，D i =D -2δ=400-2×20=360mm 于是
σl =
M w 33123595
==9.34MPa 3545088W
合成应力：
σl =σl +
'
[σ]l ⋅σ=9.34+39⨯78. 7=32.95MPa
130σy y max
式中许用拉应力 [σ]l =∴σl ＜[σ]l
'
σb 195==39MPa 5n 2
卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径D =400mm，长度L=2000mm；卷筒槽形的槽底半径
r =11mm，槽距t =22mm；起升高度H =16m，倍率i h =3 卷筒 A400×2000
3.4．选择电动机
计算静功率： N j =
102⨯60η102⨯60⨯0. 85
(Q +G 0)v (20000+467)10. 2
==40.1KW
式中η——机构总效率，一般η=0.8～0.9，取η=0.85 电动机计算功率：
N e ≥k d N j =0.8⨯40.1=32.11KW
式中系数k d 由[2]表6-1查得，对于M 1～M e 级机构，
k d =0.75～0.85，取k d =0.8
查[1]附表28选用电动机YZR 250M2，其N e （25%）=33KW，n 1=725rpm，[GD 2]d =7.0kg·m 2，电动机质量G d =513kg 按照等效功率法，求JC =25%时所需的等效功率：
N x ≥k 25·γ·N j =0.75×0.85×40.1=25.6KW
式中k 25——工作级别系数，查[2]表6-4，对于M 5～M 6级，
k 25=0.75；
γ——系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比重（t q /t g ）查得。由[2]表
6-3，一般起升机构t q /t g =0.1～0.2，取t q /t g =0.1，由[2]图6-6查得γ=0.85。
由以上计算结果N x ＜N e ，故初选电动机能满足发热条件
3.5．选择减速机
卷筒转速：
N j =
减速器总传动比：、
Vi h 10. 2⨯3
==18.7r/min πD 03. 14⨯0. 52
i 0=
n 1725==20.49 n j 18. 7
查[1]附表35选ZQ650-Ⅱ-3CA 减速器，当工作类型为中级（相当工作级别为M 5级）时，许用功率[N]=31.5KW，i ' 0=20.49，质量G g =878㎏，主轴直径d 1=60mm，轴端长l 1=110mm（锥形）
3.6．选择制动器
所需静制动力矩：
M z ≥K z ·M ' j =K z ·
(Q +G 0)D 0
2i h i ' 0
η
=1.75×
(20000+467)0. 52⨯0. 85
2⨯3⨯23.34
=65.67㎏·m=656.8Nm
式中K z =1.75——制动安全系数，由[2]第六章查得。
由[1]附表15选用YWZ 9-400/121制动器，其制动转矩M ez =360～710Nm ，制动轮直径
D z =400mm，制动器质量G z =61.4㎏
3.7．选择联轴器
高速联轴器计算转矩：
M c =n ϕ8M e =1. 5⨯1. 8⨯443. 8=1198. 3Nm
式中M e =443. 8——电动机额定转矩（前节已求出）；
n =1.5——联轴器安全系数；
ϕ8=1.8——刚性动载系数，一般ϕ8=1.5～2.0。
由[1]附表29查得YZR-250M2电动机轴端为圆锥形d =70mm ，l =105mm 。从[1]附表34查得ZQ-650减速器的高速轴为圆锥形d =60mm , l =110mm 。
靠电动机轴端联轴器 由[1]附表43选用CLZ 3半联轴器，其图号为S180，最大容许转矩
[M t ]=3150Nm＞M C 值，飞轮力矩GD 2()l =0. 403kg ·m 2，质量G l =23.2kg
浮动轴的两端为圆柱形d =55mm , l =85mm
靠减速器轴端联轴器 由[1]附表45选用带φ300mm 制动轮的半齿联轴器, 其图号为S198, 最大容许转矩[M t ]=3150Nm, 飞轮力矩GD 2()l =1. 8 kg·m 2, 质量37.5
kg. 为与制动器YWZ 9-400/121相适应, 将S198联轴器所需制动轮直径D z =400mm
3.8．高速浮动轴计算验证
由上节选择联轴器中，已经确定浮动轴端直径d=55mm,因此扭转应力
τn =M Im ax 472. 8662==14. 2⨯10N /m =14. 2MPa 3W 0. 2⨯0. 055
轴材料用45号钢，σb =600MPa , σs =300MPa
弯曲： σ-1=0.27（σb + σs ）=0.27⨯（600+300）=243MPa
扭转： τ-1= σ-1/3=243/3=140MPa
τs =0.6σs =0.6⨯300=180MPa
许用扭转应力：由[1]中式（2-11），（2-14）
[τok ]=
2τ-11- k +ηn I
式中k =k x ⋅k m ——考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数；
k x ——与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡和开有键槽及紧配合区段，
k x =1.5—2.5
k m ——与零件表面加工光洁度有关，此处取k=2×1.25=2.5
——考虑材料对应力循环对称的敏感系数，对碳钢，低合金钢η=0. 2
——安全系数，查[1]表30得n I =1. 25
2⨯140=88. 9MPa 2. 5⨯0. 2⨯1. 25η n I 因此, [τok ]=
故, τn
（2）强度计算 轴所受的最大转矩
M I Im ax =ϕ2M e =1. 13⨯444=502MPa
最大扭转应力：
τmax =M I Im ax 502==15. 09MPa W 0. 2⨯0. 0553
许用扭转应力：
[τ]II =τs
n II =180=120MPa 1. 5
式中：n II ——安全系数，由[1]表2-21查得n II =1. 5
τmax
浮动轴的构造如图所示，中间轴径
高速浮动轴构造如图所示，中间轴径d 1=d +(5~10) =60~65mm ，取d 1=
65mm
高速浮动轴构造
通过以上计算验证，增加两个滑轮片和两根钢丝绳，从而提高滑轮倍率和天车副钩
起重能力，达到天车副钩起吊10T 重物能力，16T 天车副钩的起重静功率为26.9KW ，小于30KW ，从理论上讲，将天车5T 的副钩改造成16T 的副钩，将天车5T 的电动机、制动器、减速机、吊钩头、卷筒改造成相对应的16T 的电动机、制动器、减速机、吊钩头、卷筒等是可行的。
3、具体的操作步骤
①将天车原来副钩5T 起重量所对应的电动机、制动器、减速机、吊钩头、卷筒全部更换掉重新安装天车副钩16T 起重量所对应的电动机、制动器、减速机、吊钩头、卷筒等零部件。并对天车小车架上副钩16T 承载起重能力设备部件下底板、肋板的金属结构进行改造加固，一次保证天车小车架设备传动系统承载稳定能力和副钩额定承载起重能力，将原来天车副钩额定载荷5T 的吊钩头更换成额定载荷16T 吊钩头，同时对原来小车架上仅装一个滑轮组承载重力改装成两个滑轮组承载重力。
②副钩另加装一套制动装置, 以此提高天车副钩转动系统的制动能力, 保证安全使用。 ③要增加滑轮组倍率，需要在天车小车架的底板上安装两组定滑轮，即在小车原来定滑轮组孔的基础上进行扩孔，因扩孔后定滑轮组承载能力支撑处金属能力产生不足，也就影响小车底板金属材料机械性能的稳定可靠性，加之起重量也增大，所以必须对小车底板的金属结构钢板进行加厚加固，增加对小车底板的肋板进行加固焊接，以此提高小车底板的承载能力、抗弯曲性及机械性能。
④将原来的副钩的电动机、减速机、卷筒、吊钩头制动器进行改选规格型号使用，满足天车改造后的额定起重能力（16T ）, 并对天车小车架底板上设备钢结构件进行加固改造。 ⑤增大电机、减速机的规格型号。
⑥卷筒直径不变（φ400），使用φ17.5钢丝绳，卷筒的总长度由原来的1.5米改用2.0米的卷筒仅增加0.5米的长度，利于钢丝绳在卷筒上的排列缠绕。
⑦吊钩头由原额定载荷能力5T 能力改用成额定载荷能力16T 。
⑧增加一套制动器，提高重物起吊后的制动能力，保证安全使用。
⑨将原来用四根钢丝绳起吊重物，通过一组平衡滑轮组，改为六根钢丝绳起吊重物。 ⑩增加一套定滑轮轴组，通过增加滑轮组的倍率来提高起重能力，达到起吊16T 的额定载荷能力。
另外一套方案:
具体操作步骤很简单，用吊车直接将从厂家购买回来的现成整体小车吊装上去安装到位就可以直接投入生产使用。
通过这两套方案比较，我们不难发现对天车副钩起重能力进行技术改造大约共需要资金
6.125万元左右，仅比原设备费用增加5.1万元，而整体更换小车需要资金35万元。从直观分析，通过对天车副钩起重能力进行技术改造可直接节约资金大约27.87万元。既简单又方便且经济实用，仅需4个工作日就可改造成功。而整体更换小车需要选厂家进行订货、回货、周期太长，一般至少要2-3个月，同时相对价格也较贵。加之钢铁行业受市场经济影响，效益起伏波动非常大，可以这么说，时间就是金钱、时间就是效益，我们通过改造增加天车副钩滑轮组倍率来提高天车副钩的起重能力，既快又节省资金，还能在最短的时间里投入生产使用，产生经济效益。通过对16Ｔ／5Ｔ天车副钩起重能力的改造, 经过多年的实际使用验证其操作性能和设备运转均能满足生产使用要求, 也能保证天车的安全运行, 取到了较好的经济价值和使用效果。给企业创造了经济效益。
致谢:在这次完成论文的过程中，由于自己的文化知识能力有限，有很多的不足之处，深切的希望各位评委老师多于帮助和指导，同时自己也感觉在这次论文的完成过程中，对自己的专业知识也是一次很大的总结提高，为今后的工作和专业技术知识积累起到了一定的推动和促进作用，使自己对所掌握的专业技能今后能更好地融入实际工作中，为企业的发展壮大贡献自己微薄的力量和智慧。
再一次对各位评委老师的指导帮助表示衷心感谢!
参考文献：
1. 天车工培训教程 机械工业出版社
2. 天车工司机工 中国劳动社会保障出版社
3. 起重机械 机械工业出版社
4. 起重机设计手册 机械工业出版社
5. 机械原理 高等教育出版社
6. 起重机课程设计 冶金工业出版社
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1. 摘要………………………………………………………1 2. 关键字…………………………………………………… 2 3. 正文……………………………………………………… 4 3．1. 确定副起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组.. 6 3.2．选择钢丝绳 ………………………………………… .6 3.3．确定卷筒尺寸，并验算强度 ………………………...7 3.4．选择电动机 ……………………………………………9 3.5．选择减速机 …………………………………………..10 3.6．选择制动器 …………………………………………..10 3.7．选择联轴器 …………………………………………..10 3.8．高速浮动轴计算验证 ………………………………..11
1．摘要：随着经济形势的需求，炼钢厂原拥有两座20Ｔ转炉的产能已经不
能适应生产经营和国家产业政策，因此必须对转炉进行扩容技术改造。将原来的两座20Ｔ转炉扩容改造为两座60Ｔ转炉，使转炉的产能和经济效益大大提升，生产节奏也变得更为紧张快捷。转炉所需的辅料冷却废钢加入量一下子提高到一次需求量就达到8Ｔ以上。而该跨的16Ｔ／5Ｔ天车副钩起重能力已经远远不能适应生产需求。转炉冷却料废钢加入量达到8Ｔ以上，天车副钩经常出现吊不起重物或起吊重物后副钩出现溜钩现象，既威胁安全又不能满足生产需求。所以必须对原来的一辆16Ｔ／5Ｔ天车副钩进行技术改造是迫在眉睫的问题，经协商决定将16Ｔ／5Ｔ天车改造为16Ｔ／16Ｔ天车。即只对天车副钩承载起重能力进行改造，通过增加天车副钩滑轮片数量，达到天车副钩承载起重能力提高，将16Ｔ／5Ｔ天车副钩的额定起重量变为16Ｔ／16Ｔ天车副钩的起重能力。
2．关键词：天车、起升机构、承载、改造、应用
前言：20Ｔ转炉扩容改造成60Ｔ转炉后，一次要加8Ｔ以上废钢，而该跨的16Ｔ/5Ｔ天车副钩一次起重能力最多为起吊6Ｔ的重量，要给转炉加废钢，就得加两次，才能保证转炉废钢的加入量，这样就影响了转炉的生产节奏，延长了转炉的冶炼周期，也就制约着炼钢厂生产节奏和经济效益提升，所以必须对16Ｔ／5Ｔ天车副钩的起重能力进行技术改造或更换整体小车是势在必行。为此通过分析论证和计算对比，建议采用增加滑轮组数量来提高天车副钩的起重能力，将天车副钩5Ｔ额定起重量的电动机更换成16Ｔ额定起重能力的电动机，同时改装与之相匹配的制动器、减速机、卷筒、吊钩、滑轮组、钢丝绳及小车架上副钩传动系统安装设备底板等进行同步改造，在原有设备基础上需增加投资5.1万元左右就能完成改造项目。而更换整体小车则需投资34万元。且更换整体小车需要订货、回货时间较长，不能立即解决制约安全生产的瓶颈因素，为此通过技术改造保证生产使用的时效性，既争取了时间又满足了生产的需要还可直接节约资金约28万元。
3．正文：20Ｔ转炉改造成60Ｔ转炉，20Ｔ转炉炼一炉钢要加3-4Ｔ左
右废钢，60Ｔ转炉炼一炉钢需要加8Ｔ-12Ｔ废钢。而16Ｔ／5Ｔ天车副钩额定载荷起重能力只有5吨，加废钢就要加两次〃，甚至三次。一炉钢的冶炼周期是23分钟，加一斗需要30-60秒，加两斗废钢，包括同跨天车的衔接，至少需要2-3分钟，这样延长了转炉冶炼的周期，每个班下来就少炼3-5炉钢，每天累计就少炼12-15炉，每天影响少炼钢所产生的经济效益可想而知。因此对16Ｔ／5Ｔ天车副钩起重能力进行技术改造是势在必行。那么如何进行技术改造，有两个方案：
通过技术改造，增加副钩滑轮组，来提高副钩的起重能力。天车最关键的技术指标就是额定起重量、跨度、起升高度、轮压、轨距和工作类型等，而该跨16Ｔ/5Ｔ天车的额定起重量允许指标为16Ｔ的额定起重承载能力、仅将副钩的起重能力允许指标由原来的5Ｔ额定载荷能力改成16Ｔ的额定载荷能力是没有超过天车所规定使用的允许额定载荷量（16Ｔ），同时也符合国家行业特种设备安全管理使用规定的要求，既能解决生产过程中的实际困难，又能保障天车的安全运行。
下面将5Ｔ与16Ｔ所对应的电动机、制动器、减速机、卷筒等型号技术参数以及价格对比如下：
通过以上设备型号、技术参数和价格的对比计算，设备型号和技术参数的功率稍微增大一点需投入资金比原来增加5.1万元左右，另加两组滑轮片和小车架副钩安装设备传动系统下部的底板钢结构加固材料及人工费用的投资约8千元，也就是整套改造方案所需增加投资费用约6.125万元，而原设备费用3.025万仅比原车多投资5.1万元，就能满足生产要求，保证生产使用。
3.1．确定副起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组
按照小车布置宜紧凑的原则，决定采用如下图的方案。按Q=16t，查[1]表4-2取滑轮
组倍率i h =3，承载绳分支数：Z=2ih =6
3.2．选择钢丝绳
若滑轮组采用滚动轴承，当i h =3，查[1]表2-1得滑轮组效率ηh =0.985 钢丝绳所受最大拉力： S max =
Q +G 020000+467
==3463kg=34.63KN 2⨯3⨯0. 9852i h η
查[2]表2-4, 中级工作类型(工作级别M 5) 时, 安全系数n=5.5。 钢丝绳计算破断拉力S b ：
Sb =n×S max =5.5×34.63=190.5KN
查[1]附表1选用钢芯钢丝绳6×19W+IWR，钢丝公称抗拉强度1770MP a ，光面钢丝，右交互捻，直径d=17.5mm，钢丝绳最小破断拉力[Sb ]=220.4KN，标记如下： 钢丝绳 17.5NAT6×19W+IWR1770ZS GB8918-88 滑轮的许用最小直径：
D ≥d (e -1)=20(25-1)=480mm
式中系数e=25由[2]表2-4查得。由[1]附表2选用滑轮直径D=480mm，由于选用短型吊钩，所以不用平衡滑轮。滑轮的绳槽部分尺寸可由[1]附表3查得。由附表4选用钢丝绳d=14mm，D=480mm，滑轮轴直径D 5=90mm的E 1型滑轮，其标记为： 滑轮E 114×480-100 ZB J80 006.8-87
3.3．确定卷筒尺寸，并验算强度
卷筒直径：
D≥d (e -1)=20(25-1)=380mm
由[1]附表13选用D=400mm，卷筒绳槽尺寸由[3]附表14-3查得槽距，t=22mm，槽底半径r=11mm 卷筒尺寸：
⎛H ⨯i h ⎫⎛16⨯103⨯3⎫
⎪ ⎪L=2 =+Z +4t +L 2+2+401 3. 14⨯420⎪22+87 πD ⎪
⎝⎭0⎝⎭ =1644mm 取L=2000mm
式中 Z0——附加安全系数，取Z 0=2；
L1——卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距，即L 1=A=87mm，实际长
度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；
D0——卷筒计算直径D 0=D+d=400+20=420mm 卷筒壁厚：
δ=0. 02D +（6～10）=0.02×400+（6～10）=16～20 取δ=20mm
卷筒壁压应力验算：
σy max =
S nax 346302
==78. 7⨯106N/m=78.7MPa δ⨯t 0. 02⨯0. 022
选用灰铸铁HT200，最小抗拉强度σb =195MPa
许用压应力：[σ]y =
σb 195==130MPa n 11. 5
σy max ＜[σ]Y 故抗压强度足够
卷筒拉应力验算：由于卷筒长度L ＞3D ，尚应校验由弯矩产生的拉应力，卷筒弯矩图示与图5-2
卷筒最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时：
⎛L -L 1⎫⎛2000-87⎫
M w =S max l =S max ⎪=34630⨯ ⎪
2⎝⎭⎝2⎭=33123595N·mm 卷筒断面系数：
⎛D 4-D i 4
W =0.1
D ⎝
44⎫500-4603
⎪=0.1×m m =3545088 ⎪500⎭
式中D ——卷筒外径，D =400mm；
D i ——卷筒内径，D i =D -2δ=400-2×20=360mm 于是
σl =
M w 33123595
==9.34MPa 3545088W
合成应力：
σl =σl +
'
[σ]l ⋅σ=9.34+39⨯78. 7=32.95MPa
130σy y max
式中许用拉应力 [σ]l =∴σl ＜[σ]l
'
σb 195==39MPa 5n 2
卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径D =400mm，长度L=2000mm；卷筒槽形的槽底半径
r =11mm，槽距t =22mm；起升高度H =16m，倍率i h =3 卷筒 A400×2000
3.4．选择电动机
计算静功率： N j =
102⨯60η102⨯60⨯0. 85
(Q +G 0)v (20000+467)10. 2
==40.1KW
式中η——机构总效率，一般η=0.8～0.9，取η=0.85 电动机计算功率：
N e ≥k d N j =0.8⨯40.1=32.11KW
式中系数k d 由[2]表6-1查得，对于M 1～M e 级机构，
k d =0.75～0.85，取k d =0.8
查[1]附表28选用电动机YZR 250M2，其N e （25%）=33KW，n 1=725rpm，[GD 2]d =7.0kg·m 2，电动机质量G d =513kg 按照等效功率法，求JC =25%时所需的等效功率：
N x ≥k 25·γ·N j =0.75×0.85×40.1=25.6KW
式中k 25——工作级别系数，查[2]表6-4，对于M 5～M 6级，
k 25=0.75；
γ——系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比重（t q /t g ）查得。由[2]表
6-3，一般起升机构t q /t g =0.1～0.2，取t q /t g =0.1，由[2]图6-6查得γ=0.85。
由以上计算结果N x ＜N e ，故初选电动机能满足发热条件
3.5．选择减速机
卷筒转速：
N j =
减速器总传动比：、
Vi h 10. 2⨯3
==18.7r/min πD 03. 14⨯0. 52
i 0=
n 1725==20.49 n j 18. 7
查[1]附表35选ZQ650-Ⅱ-3CA 减速器，当工作类型为中级（相当工作级别为M 5级）时，许用功率[N]=31.5KW，i ' 0=20.49，质量G g =878㎏，主轴直径d 1=60mm，轴端长l 1=110mm（锥形）
3.6．选择制动器
所需静制动力矩：
M z ≥K z ·M ' j =K z ·
(Q +G 0)D 0
2i h i ' 0
η
=1.75×
(20000+467)0. 52⨯0. 85
2⨯3⨯23.34
=65.67㎏·m=656.8Nm
式中K z =1.75——制动安全系数，由[2]第六章查得。
由[1]附表15选用YWZ 9-400/121制动器，其制动转矩M ez =360～710Nm ，制动轮直径
D z =400mm，制动器质量G z =61.4㎏
3.7．选择联轴器
高速联轴器计算转矩：
M c =n ϕ8M e =1. 5⨯1. 8⨯443. 8=1198. 3Nm
式中M e =443. 8——电动机额定转矩（前节已求出）；
n =1.5——联轴器安全系数；
ϕ8=1.8——刚性动载系数，一般ϕ8=1.5～2.0。
由[1]附表29查得YZR-250M2电动机轴端为圆锥形d =70mm ，l =105mm 。从[1]附表34查得ZQ-650减速器的高速轴为圆锥形d =60mm , l =110mm 。
靠电动机轴端联轴器 由[1]附表43选用CLZ 3半联轴器，其图号为S180，最大容许转矩
[M t ]=3150Nm＞M C 值，飞轮力矩GD 2()l =0. 403kg ·m 2，质量G l =23.2kg
浮动轴的两端为圆柱形d =55mm , l =85mm
靠减速器轴端联轴器 由[1]附表45选用带φ300mm 制动轮的半齿联轴器, 其图号为S198, 最大容许转矩[M t ]=3150Nm, 飞轮力矩GD 2()l =1. 8 kg·m 2, 质量37.5
kg. 为与制动器YWZ 9-400/121相适应, 将S198联轴器所需制动轮直径D z =400mm
3.8．高速浮动轴计算验证
由上节选择联轴器中，已经确定浮动轴端直径d=55mm,因此扭转应力
τn =M Im ax 472. 8662==14. 2⨯10N /m =14. 2MPa 3W 0. 2⨯0. 055
轴材料用45号钢，σb =600MPa , σs =300MPa
弯曲： σ-1=0.27（σb + σs ）=0.27⨯（600+300）=243MPa
扭转： τ-1= σ-1/3=243/3=140MPa
τs =0.6σs =0.6⨯300=180MPa
许用扭转应力：由[1]中式（2-11），（2-14）
[τok ]=
2τ-11- k +ηn I
式中k =k x ⋅k m ——考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数；
k x ——与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡和开有键槽及紧配合区段，
k x =1.5—2.5
k m ——与零件表面加工光洁度有关，此处取k=2×1.25=2.5
——考虑材料对应力循环对称的敏感系数，对碳钢，低合金钢η=0. 2
——安全系数，查[1]表30得n I =1. 25
2⨯140=88. 9MPa 2. 5⨯0. 2⨯1. 25η n I 因此, [τok ]=
故, τn
（2）强度计算 轴所受的最大转矩
M I Im ax =ϕ2M e =1. 13⨯444=502MPa
最大扭转应力：
τmax =M I Im ax 502==15. 09MPa W 0. 2⨯0. 0553
许用扭转应力：
[τ]II =τs
n II =180=120MPa 1. 5
式中：n II ——安全系数，由[1]表2-21查得n II =1. 5
τmax
浮动轴的构造如图所示，中间轴径
高速浮动轴构造如图所示，中间轴径d 1=d +(5~10) =60~65mm ，取d 1=
65mm
高速浮动轴构造
通过以上计算验证，增加两个滑轮片和两根钢丝绳，从而提高滑轮倍率和天车副钩
起重能力，达到天车副钩起吊10T 重物能力，16T 天车副钩的起重静功率为26.9KW ，小于30KW ，从理论上讲，将天车5T 的副钩改造成16T 的副钩，将天车5T 的电动机、制动器、减速机、吊钩头、卷筒改造成相对应的16T 的电动机、制动器、减速机、吊钩头、卷筒等是可行的。
3、具体的操作步骤
①将天车原来副钩5T 起重量所对应的电动机、制动器、减速机、吊钩头、卷筒全部更换掉重新安装天车副钩16T 起重量所对应的电动机、制动器、减速机、吊钩头、卷筒等零部件。并对天车小车架上副钩16T 承载起重能力设备部件下底板、肋板的金属结构进行改造加固，一次保证天车小车架设备传动系统承载稳定能力和副钩额定承载起重能力，将原来天车副钩额定载荷5T 的吊钩头更换成额定载荷16T 吊钩头，同时对原来小车架上仅装一个滑轮组承载重力改装成两个滑轮组承载重力。
②副钩另加装一套制动装置, 以此提高天车副钩转动系统的制动能力, 保证安全使用。 ③要增加滑轮组倍率，需要在天车小车架的底板上安装两组定滑轮，即在小车原来定滑轮组孔的基础上进行扩孔，因扩孔后定滑轮组承载能力支撑处金属能力产生不足，也就影响小车底板金属材料机械性能的稳定可靠性，加之起重量也增大，所以必须对小车底板的金属结构钢板进行加厚加固，增加对小车底板的肋板进行加固焊接，以此提高小车底板的承载能力、抗弯曲性及机械性能。
④将原来的副钩的电动机、减速机、卷筒、吊钩头制动器进行改选规格型号使用，满足天车改造后的额定起重能力（16T ）, 并对天车小车架底板上设备钢结构件进行加固改造。 ⑤增大电机、减速机的规格型号。
⑥卷筒直径不变（φ400），使用φ17.5钢丝绳，卷筒的总长度由原来的1.5米改用2.0米的卷筒仅增加0.5米的长度，利于钢丝绳在卷筒上的排列缠绕。
⑦吊钩头由原额定载荷能力5T 能力改用成额定载荷能力16T 。
⑧增加一套制动器，提高重物起吊后的制动能力，保证安全使用。
⑨将原来用四根钢丝绳起吊重物，通过一组平衡滑轮组，改为六根钢丝绳起吊重物。 ⑩增加一套定滑轮轴组，通过增加滑轮组的倍率来提高起重能力，达到起吊16T 的额定载荷能力。
另外一套方案:
具体操作步骤很简单，用吊车直接将从厂家购买回来的现成整体小车吊装上去安装到位就可以直接投入生产使用。
通过这两套方案比较，我们不难发现对天车副钩起重能力进行技术改造大约共需要资金
6.125万元左右，仅比原设备费用增加5.1万元，而整体更换小车需要资金35万元。从直观分析，通过对天车副钩起重能力进行技术改造可直接节约资金大约27.87万元。既简单又方便且经济实用，仅需4个工作日就可改造成功。而整体更换小车需要选厂家进行订货、回货、周期太长，一般至少要2-3个月，同时相对价格也较贵。加之钢铁行业受市场经济影响，效益起伏波动非常大，可以这么说，时间就是金钱、时间就是效益，我们通过改造增加天车副钩滑轮组倍率来提高天车副钩的起重能力，既快又节省资金，还能在最短的时间里投入生产使用，产生经济效益。通过对16Ｔ／5Ｔ天车副钩起重能力的改造, 经过多年的实际使用验证其操作性能和设备运转均能满足生产使用要求, 也能保证天车的安全运行, 取到了较好的经济价值和使用效果。给企业创造了经济效益。
致谢:在这次完成论文的过程中，由于自己的文化知识能力有限，有很多的不足之处，深切的希望各位评委老师多于帮助和指导，同时自己也感觉在这次论文的完成过程中，对自己的专业知识也是一次很大的总结提高，为今后的工作和专业技术知识积累起到了一定的推动和促进作用，使自己对所掌握的专业技能今后能更好地融入实际工作中，为企业的发展壮大贡献自己微薄的力量和智慧。
再一次对各位评委老师的指导帮助表示衷心感谢!
参考文献：
1. 天车工培训教程 机械工业出版社
2. 天车工司机工 中国劳动社会保障出版社
3. 起重机械 机械工业出版社
4. 起重机设计手册 机械工业出版社
5. 机械原理 高等教育出版社
6. 起重机课程设计 冶金工业出版社