行走式小型液压升降机机架和小车设计

行 走 式 小 型 液 压 升 降 机 机 架 和 小 车 设 计摘 要：随着社会的发展，机械将会越来越取代人力，这也是机械行业飞速发展的后果，在机械的发展历史中，新机械的发明有着举足轻重的作用。但是，那些很久以前就被利用生产并一直延续到今天的机械，更是起着不可替代的作用，起重机就是一例。起重机的发展就像其他机械一样，从开始的简单到现在的复杂，从以前的机械动力到现在的电力动力，从以前的人工操作到现在的电脑操作甚至智能操作。本设计就传统的起重机说起，一直到现在以及将来的发展。物流系统技术是先进制造技术中的重要组成部分，从其广义内涵分析可以看出它已从以前简单的物料搬运发展到今天的集机械设计、计算机科学、管理学和自动化控制技术等于一身的综合技术。关键词：起重机；卷筒；卷筒轴；滑轮组The design of Track small-sized hydraulic crane frame and carAbstract: Along with societys development, the machinery will be able more and more to substitute for the manpower, this also will be the mechanical profession rapid development consequence, in the machinery substitution manpower development history, the new machinery invention has the pivotal function. But.These very for a long time on and continue continuously using the production to today machinery, is playing the role which cannot be substituted, the hoist is an example. The hoist development is likely same on other machineries, from starts simply until present complex, from beforehand manpower to present electric power, from beforehand manual control to present computer operation even intelligence operation. This design mentions on the traditional hoist, continuously to present as well as future development. The design instruction booklet has mainly designed 8 ton hoist reels, the reel axis, as well as the block and tackle. Reel as well as the reel axis design is most main, this design has made the introduction with emphasis. Because other parts the length is limited, only makes the analysis slightly. Key words: Hoist; Reel; Reel axis; Block and tackle目 录摘要5关键词51 前言62 系统工作原理及方案的确定83 有轨小车运行机构计算93.1 确定机构运行方案93.2 车轮与轨道并演算其强度93.3 运行阻力计算103.4 选电动机103.5 选择减速器103.6 验算运行速度和实际所需功率和启动时间133.7 按起动工况校核减速器功率143.8 验算启动不打滑条件143.9 选择高速轴联轴器及制动轮153.10 选低速轴联轴器163.11 浮动轴设计164 回转运行机构的计算174.1 确定回转机构的总体方案174.2 轨道直径计算174.3 中心枢轴计算174.4 选用工业车轮185 齿轮传动设计185.1 选定齿轮类型、精度等级和齿数185.2 按接触强度设计195.3 按齿根弯曲强度设计205.4 几何尺寸计算215.5 验算216 起重机的安全技术217 结论22参考文献 23致谢 23 1 1 前言起重机又称绞车，是起重垂直运输机械的重要组成部分，配合井（门）架、桅杆、滑轮组等辅助设备，用来提升物料、安装设备等作业。由于它结构简单、操作方便、维护保养简单、使用成本低、可靠性高等优点，广泛应用于建筑、水利、冶金起重作业。 提升重物是起重机的一种主要功能，所以各类起重机的设计都是根据这一要求为依据的。虽然目前塔吊、汽车吊等取代了起重机的部分工作，但由于塔吊成本高，一股在大型工程中使用，而且灵活性较差，故一般中小型工程仍然广泛应用起重机，汽车吊虽然灵活方便，但也因为成本太高，而不能在工程中广泛应用，故大多设备的安装仍然是由起重机承担的。起重机除在工程、设备安装等方面被广泛应用外，在冶金、矿山、建筑、化工、水电、农业、军事及交通运输等行业亦被广泛应用。在很久以前的古代，就知道来用辘轳等来提升重物，以减轻体力劳动的强度和提高劳动生产率。在我国，解放前起重机只有在一些大型企业中才被使用，应用很少，而且所使用的起重机也均为国外生产，国内基本上没有生产起重机的厂家。我国起重机的生产是解放后才开始的。50 年代为满足恢复经济的需要和第一个五年计划的得要，起重机的生产被提到了日程上。原沈阳国泰机器厂(阜新矿山机械厂前身)等成批仿制了两种起重机，一种为日本的 JIS8001 型动力起重机，它是一种原动机为电动机动型式是开式圆柱齿轮传动，双锥体摩擦离合器，操作为手扳脚踩的快速起重机，另一种是按苏联图纸制造的 1011 型和 1012 型普通蜗杆传动、电控慢速起重机。由于当时生产力不高，起重机的需求量亦不多，故这段时间国内起重机的生产主要是仿制。从 70 年代起，我国起重机的生产进入了技术提高、品种增多的新阶段。在各厂自行设计和生产的基础上，1973 年，由起重机行业组织了有关厂家和院校联合进行了起重机基型设计，并充分考虑到了当时中小厂家的生产能力。快速起重机的基型采用半开半闭式齿轮传动，离合器采用单锥面石棉橡胶摩擦带结构，操纵用手板刹车带制动。慢速起重机的基型式为闭式传动(圆柱齿轮传动或蜗杆传动减速器)、电磁铁制动结构。这两种基型一直到现今还在生产。为适应生产发展的需要，当时第一机械工业部发布了 JB92674起重机型式与基本参数和 JBl80376起重机技术条件两个部标准，并把起重机行业划归常德机械研究所(长沙机械研究院前身)领导。随着部标准的颁布，使起重机有了大发展的基础。在此期间，由于石化工业的发展，大型设备很多，都需要吊装，如一些大型反应塔，塔的高度达七八十米，质量达五六百吨，就需要有大型吊装用的起重机，因而各厂家相继生产了 20t 和 32t 起重机，满 2 足了经济发展的需要。1.1 现代物流的发展方向生产物流担负运输、储存、装卸物料等任务。物流系统是生产制造各环节组成有机整体的纽带，是生产过程延续的基础。传统的生产物流，设备机器落后，物流设备是以手工、半机械化或机械化为主的，效率低，工人的劳动强度大。传统的物流信息管理也十分落后，物流信息分散、不准确、转送速度慢。落后的生产物流牵制了生产的高速发展。随着生产制造规模的不断扩大、生产柔性化水平和自动化水平的日益提高，要求生产物流也要相应地发展。使之与现代生产制造系统相适应。1.1.1 现代化的物流设备生产物流现代化的基础，首先是采用快速、高效自动化的物流设备。最具典型的现代化物流设备有：（1）自动化立体仓库：改平面堆放为立体堆放。既有利于物料的周转，有利于自动化的管理，又节约了库房面积。（2）自动引导运输车(AGV)：快速、准确地运输。运输路径柔性倾，便于计算机管理与调度。（3）自动上下料机器：装卸料采用机器人，与加工设备同步协调。安全、快捷、便于计算机管理孔子控制。1.1.2 计算机管理与现代生产制造相适应的物流系统，一般都具有结构复杂、物流节奏快、物流线路复杂、信息量大、适时性要求高等特点。传统的凭主观经验管理物流的方法已无法适应。采用计算机可以对物流系统进行动态管理与优化。同时，通过计算机与其他系统适时联机，发送和接收信息，使物流系统与生产制造、销售等系统有机地联系，可以提高物流系统的效益。1.1.3 系统和集成化生产物流系统的结构特点是：点多、线长、面宽、规模大。传统的、隔裂的和相互独立的，缺乏集成电路化和系统化。如果说大话传统生产物流设备落后，搬运效率低下是影响生产整体效益提高的主要原因之一的话，那么传统工艺生产物流的分散化和个体化则是牵制衙门委展的另一主要原因。现代生产物流是把物流系统有机叶子联系起来，看成一个整体，从系统化、集成化的概念出发去设计、分析、研究和改进生产物流系统，不追求系统内个别系统工程的高效和优化，而是力求整体系统的高效和优化。现代繁重产物流的另一个特点是，把物流系统与生产制造系统融为一体，使之 3 形成完事的生产系统，以提高生产的整体效益。2 系统工作原理及方案的确定起重机械的基本参数有：起重量、起升高度、各机构的工作速度及各机构的工作级别。有些起重机械的生产率、外形尺寸、幅度、起重力矩等也是重要参数。这些参数说明起重机械的工作性能和技术经济指标，是设计起重机械的技术依据，也是生产使用中选择起重机械技术性能的依据。起重机械的工作级别也是起重机械的一个非常重要的参数。设计起重机械时，必须考虑使用条件。因此，把起重机械划分为若干工作级别，其目的是提供合理的结构和建立机械设计基础的方法。作为制造的技术依据，选择满足使用要求的特定起重机。行走式小型液压升降机主要有行走系统，电气控制系统和液压控制系统三部分组成。将小车底盘作为工作台，电动机，液压系统和吊臂都安装在上面，由遥控装置来控制电动机，通过电动机对液压泵的控制，从而控制液压马达的转速和液压缸的活塞速度，以实现规定的动作。液压泵驱动四个液压马达和两个液压缸以实现前轮的转动，卷筒的转动，转盘的转动，吊臂的伸缩和吊臂的升降，由于这几个机构不是同时工作，泵的最大流量由这几个机构中流量最大的机构所决定。由于电动机和泵的连接不一定在同一轴线上，所以在电动机泵之间装上一个弹性联轴器，以消除抖动。起重机械按结构不同可分为轻小型起重设备、升降机、起重机和架空单轨系统等几类。轻小型起重设备不要包括吊具、千斤顶、手动葫芦、电动葫芦和普通绞车。绝大多数用人力驱动，适用于工作不繁重的场合。他们可以单独使用，也可以用作起重机的起升机构。有些轻小型起重设备的起重能力很大。升降机主要用于垂直或近于垂直的升降运动，具有固定的升降线路，包括电梯、升降台、矿井提升机和料斗升降机等。起重机是在一定范围内垂直提升并水平搬运重物的多动作起重机械。架空单轨系统具有刚性吊挂轨道所形成的线路，能把无聊运输到厂房的个部分，也可把物料运到厂房外部。2.1 小车下车架的设计小车下车架主要由横梁、侧板、垫板、角钢和齿轮垫板组成。本次小车的下车架所给的参数为长：2480mm 宽：1600mm 高：520.5mm。技术要求：1）所有焊接钢板应矫平。凡对焊接缝处的钢板皆可铲边，焊接后弄干净焊接处。所有角焊接缝隙高度为 6mmm。 4 2）轨距公差应取同符号值。3）垫板和座车架上周边全焊，焊缝隙高度 4mm4）侧板和座车架、横梁和车架上周边全焊，焊缝隙高度 6mm。 2.2 起重运输设备系统原理液压缸实现升降马达通过齿轮传动实现工作台的转动，车体上安装电动机作为小车整体行走的动力源，可以实现平台回转，吊架平移，负重在任意位置停止等功能要求。图 1 起重运输设备系统原理图Fig1 Lifting transport equipment system diagram3 有轨小车运行机构计算3.1 确定机构运行方案下面就小车的设计提出两种不同的方案 5 图 1 减速器居中方案Fig1 Reducer center plan图 2 减速器电机重心居中方案Fig2 Reducer motor center plan图（1）方案传动力均衡但质量不均衡图（2）方案质量均衡但传动力不均衡考虑到起重机要承受很大的重力因此电机的质量对整体的质量影响很小，所以选图（1）的方案更合理。 3.2 车轮与轨道并验算其强度车轮最大轮压：小车质量估计为 G=1200 布：kg。假定轮压均（1）NkgQGP180)1206(4)(1max 车轮最小轮压： kg3*in初选项车轮：由1附表达 171可知，当运行速度 vPc，故满足要求。点接触局部挤压强度：（由2式 53）NCmRkPc 723401*09.47.*12.0 322132 （3）式中： 许用点接触应力强度，由2表 522查得 =0.1322 2kR曲率半径，车轮与轨道曲北半径中的大值，车轮 ，轨mDr1752/30/道曲率半径 mm(由1附表 21查得)，故取 R=300mm。302rm由 比值（r 为 、 中的小值）所确定的系数， = =0.58，由2表 51 R17552查得 m=0.47。 ，故满足要求。Pc根据以上计算结果，按规定直径 D=350 的轮缘车轮，标记为：车轮 DYL350 GB 4628843.3 运行阻力计算摩擦阻力矩：（由2式 71） 2（4）)2)(mdkGQM由1 附表 19，由 D=350mm 的车轮组的轴承型号为 7518，据此选车轮组轴承为7518，轴承内径和外径的平均值 =140mm，由2表 7173 查得滚动1609摩 擦系数 k=0.0005，轴承摩擦系数 =0.02，附加阻力系数=2.0，代入上式运行阻力矩：=25.2kg.m=252N2*)15.0.0)(126(mM运行摩擦阻力： 7 =1440N 2/35.0/mDMP（5）当无载荷时： 2*)15.0.(*)1)2(m0 dkG=2.1kg.m=21N.m=120N/35./o0DMP电动机静功率：（由2式 79） 2kwmvN52.01*9.610846*10cjj （6）式中： 满载时静阻力， = =1440N，jPjPm机构传动效率，取 =0.9。m驱动电机台数，取 m=1。3.4 选电动机初选电动机功率：（由2式 710） 2 =1.2*0.51=0.62kW j*Nkd（7）式中： 电机功率增大系数，由 2中表 762查得， =1.2。d dk由1附表 30 选用电动机 YZR112M， =1.6kW， =845r/min， =0.11kg. ，电动机质量 =74kg。eN1ndGD22mdG等效功率：（由2式 620） 2 = r =0.75*1.25*0.52=4.78 x25k式中： 工作级别系数，由2表 642查得 =0.75。25 25kr 考虑起动及工作时间对发热的影响系数，由 2表 652查得 =0.2，查gqt/图 66 得 r=1.25。N。3.8 验算起动不打滑条件不计风阻及坡度阻力矩，只验算空载及满载起动两种工况。空载起动时，主车轮与轨道接触处的圆周切向力：（2式 720） 22/)(60 12DkPdktvgGTq（10）= 2/35.005.*6)*.0(52.*60318=79.36kg=793.6N式中： 主动轮压1P从动轮压2车轮与轨道的粘着力：（2式 712） 2=600*0.12=72kg=720NTfPF112.06故满足起动不会打滑，所选电动机适合。3.9 选择高速轴联轴器及制动轮由2查得，对于小车运行机构制动时间 tz 34s。取 tz=4s。因此，所需制动器转矩（2式 716） 2 2m212z1j iMiD)GQ()(mct.38nMz（12）= 2286.4905.*86.4930)(26.0*14.385=1.85N.m由4附表 6428 选用 TJ2A 制动器，其制动转矩 。mN1Mez高速轴联轴器计算转矩：（2式 626） 2=1.35*1.8*18.1=44N.m ecMn8（13）式中： 为电动机额定转矩，e= =18.1N.m1e(JC25%)n90Ne8456.1*90n联轴器的安全系数，运行机构 n=1.35。 11 机构刚性动载系数， =1.22.0，取 =1.8 。888由1附表 31 查得电动机 YZR112M 两端伸出轴各为圆柱形d=32mm，l=80mm。由1附表 37 相 ZSC400 减速器高速轴轴端为圆柱形 =30mm， =55mm。1d1L故从1附表 41 选 GICL1 鼓形齿式联由器，主动端 A 型槽 =32mm，L=80 ，从支端 A 型键槽 =30mm，L=55mm ，标记为：2dGICL1 联轴器 ZBJ19013895*3082其公称转矩 =630N.m ，飞轮矩 =0.009kg. ，质量 G=5.9kg。nTcMlGD)(22m高速轴制动轮：根据制动器已选定为 TJ2A。由1附表 16 选制动轮直径D=100mm，圆柱形轴 d=32mm，L=80mm,标记为：制动轮 100Y32 JB/ZQ438986。其飞轮矩 =0.2kg. ，质量 =10kg。lGD)(22mzG上联轴器与制动轮飞轮矩之和：+ =2.09l)(2z)(2与原估计 0.26kg. 基本相符，估上计算不需修改。3.10 选低速轴联轴器低速轴联轴器计算转矩：= = *44*49.86*0.9=987.2N.mcM021ic由1附表 371查得 ZSC400 减速器低速轴端为圆柱形 d=65mm，L=85mm，取浮动轴装联轴器轴径 d=60mm，L=85mm，同1附表 421选用两个 GICL3 鼓形齿式联轴器。其主动端：Y 型轴孔 A 型键槽， =65mm，L=85mm ，标记为：1dDICLZ3 联轴器 ZBJ190148985*60由前面已按规定车轮直径 D=350mm，由1附表 19 取车轮轴=60mm， L=85mm，2d标记为：GICLZ3 联轴器 ZBJ190148985*603.11 浮动轴设计 12 浮动轴径：=d+(510)=60+510=6070mm1d取 =70mm。经验算，浮动轴满足强度要求。浮动轴构造如图(3)所示：图 3 浮动轴Fig3 Floating shaft4 回转运行机构的计算4.1 确定回转机构的总体方案经比较后，决定采用图(4)所示方案。图 4 回转机构转动方案Fig4 Slewing mechanism rotation scheme4.2 轨道直径计算轨道直径的大小，一般应保证不需要中心枢轴参加工作条件下，回转部分在工作状态最大作用下不致倾翻，由3式 9173：mVMby76.06541.（14）式中：V总垂直力，设上机构的质量为 500kg。故取 V=5000+60000=65000N超重机回转部分的稳定系数，取 =1.1。 各垂直力及水平对 y 轴力矩和，假设管的中心最yM多偏离支承中心 1.5m，则： 13 mNLQMy 4506*81由3式 9183，则最小轨道半径为：bD.17.02*2min（15）取 D=2m4.3 中心枢轴计算中枢轴工作时的水平力，由 可得：3NVbMPy 59067.045轴的截面尺寸：（由1式 72） 131.0wnd（16）式中： 最大的弯矩，wnMmNLPMwn 206735.*9许用弯曲应力，由1表 716 查得 =160Mpan wn把以上数据代入上式可得：mcd5016*.0273取 d=60mm中心枢由的结构简图如下所示：图 5 中心枢轴结构简图Fig5 The center pivot structure diagram4.4 选定工业车轮 14 初定选用 8 个滚轮，假设上车架的重量为 G=700kg，滚轮的轮压：NQGP83750681)(81max （17）由4表 91314选用工业脚轮 。205 齿轮传动设计5.1 选定齿轮类型、精度等级及齿数考虑此减速器的功率不大，故大、小齿轮孝选用硬齿面。由5表 101 选得大、小齿轮的材料均为 45，并经淬火，齿面硬度为 4855HRC。精度等级为 7 级。由传动比： 10n21选取小齿轮齿数为 24，大齿轮齿数为 240。5.2 按接触强度设计由设计计算公式：（5式 109a） 5mZu1Tk32.d2HEdtt1 （18）式中： 载荷系数，取 =1.2 。tktk小齿轮传递的转矩1TmN10*.4102.*5.95材料的弹性影响系数。由5表 106 查得 =189.8Mpa。EZ EZ齿宽系数，由5表 107，取 =0.6。d d小齿轮接触疲劳强度极限，由5式 1021e 相得HMPa1032limH1liu齿数比，u=10把上述数据代入上式可得： 15 m721038.96.0*421*3.d5t1 由圆周速度 s/.ndv1齿宽为： 2.47*.b1d模数： 032zmt齿高：h=2.25*m=2.25*3=6.75mmb/h=43.2/6.75=6.4根据 v=0.033m/s，7 级精度，由 5图 1085查得动载系数 =1.03。vK直齿轮，假设 ，由5表 1035查得 由5表m/N10bFKtA 1.FH1025查得使用系数 =1。 由5表 1045得 。256.H由5图 10135查得 =1.08。 （由 b/h=5.3， 查取） 。F 256.1H故载荷系数：（5式 102） 5 4.56.1*03.1KHvA 按实际的栽花系数校正所算得的分度圆直径由5式 1010a 得：m72./47/d33tt1则 16.2zm5.3 按齿根弯曲强度设计由5式 1055：3 Fsa21dt YzTk（19）式中：K载荷系数， 2.108*.31KFvA齿形系数，由5式 105 查得 =2.65，FaYFa2.062应校正系数，由5表 105 查得 =1.58，sa 1saY=1.97。2sa由5图 1020d 查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa6802FE1由5图 1018 查得弯曲疲劳寿命系数 ， 。8.0K1FN9.N取弯曲疲劳安全系数 S=1.3。由5式 1012 得： 16 MPa4603.18*0SKFE1N1F （20）计算大、小齿轮的 并加以比较。 a7.2FEN2F FsaY091.4658.1*.Y1Fsa6.7.0.2Fsa2小齿轮数值较大。把以上数值代入上式可得： m95.201.*246.01*m35由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触所决定的承载能力，么与齿轮走私有关。故由弯曲强度算得的模数 3.37mm，并就近圆整为标准值 m=3mm，由取4.25376dz125z10*12u5.4 几何尺寸计算分度圆直径： 753*21mzd02中心距： m.412)()(a1齿轮宽度： ，圆整取 ， 。57*6.0db1B452m5015.5 验算由5式（21）N1069375*.42dTF1t 17 ，适合。m/N10/238451069bFKtA6 起重机的安全技术1操作人员在工作中一定要严格遵守操作规程，做好交接工作，在工作时必须要给周围工作人员发出信号，不得靠近机器，操作人员离开机器时必须切断电源。2起重机在工作时，不许将任何物体靠近起重机，或者落在起重机上。3起重机在工作时严禁突然断电,4在重物下滑时，不许钢丝绳张力松弛，卷筒上留的钢丝绳至少在 3 圈以上。5起吊重物又较长时间不卸时。应使停止器合上。开车前应首先将停止器脱离开。6在起重物下或起重物桅杆下不得站人，更不允许起吊载人。7起重机在工作过程中，不得斜拉，牵引重物。 8起动设备和电动机应接地，电气控制箱在操作时不许打开。9当发现机器有任何故障或损坏时不得继续使用。10在提升的极限高度处应设限位开关以防止过卷，造成设备损坏。7 结论2012 年 2 月，我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论文和设计已经完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。 在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。我在学校图书馆搜集资料，还在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。然后我将收集到的资料仔细整理分类，及时拿给导师进行沟通。 我不会忘记这难忘的几个月的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，掌握了很多关于起重机方面的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对当今小型起重机升降机的最新发展技术有所了解。在整个过程中，我学到了新知 18 识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。 脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮