516吨门式起重机副起升机构设计

1、论文 26041303595/16吨门式起重机副起升机构设计起重机的出现大大提高了人们的劳动生产效率和经济效益，以前需要很多人力物力 才能搬运的大型物体，现在用起重机就能轻易的达到效果， 尤其是在小范围的搬运过程中， 起重机的作用相当明显。随着现代化工业的发展，起重机械已经成为现代生产不可缺少的 重要设备之一。起重机属于起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。通过吊钩或其它吊具 起升、下降或升降与运移物料的机械设备，又称行车、吊车、天车等.根据它起吊物品不同及单位时间内有效工作循环数的不同，起重机又可以分轻级、中级、重级、超重级等不 同的工作类型。一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品

2、提起，然后水平移动到指定 地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。本次设计主要对单主梁龙门起重机进行设计与分析。包括副起升机构进行合理设计及正确计 算。关键词：工作循环；副起升机构；龙门起重机；AbstractSummary of cranes app ear greatly improved labor p roductivity and econo mic ben efits that p reviously might have required a lot of manpo wer and material resources to han dli ng

3、 large objects, now with a crane can easily achieve the desired effect, esp ecially on a small scale in the han dli ng p rocess, cran es role is quite visible. With the deve lopment of moder n in dustry, lift ing app lia nces have become in dis pen sable to moder n p roduct ion, one of important equ

4、ipment.A crane is a cran e, is a circular, i ntermitte nt moti on mach ine. By lift ing hooks or other lift ing, desce nding, or lifting and transporting materials, machinery and equipment, also known as driving, crane, crane, etc.Accord ing to its differe nt lift ing items and the differe nt work c

5、ycles per un it of time, crane band and light, medium, heavy, excess levels in differe nt types of work. A work cycle in cludes: access devices from access to lift items, the n move horiz on tally to the desig nated p lace is lowered, the n reverse moveme nt, take the device home, so that for the ne

6、xt cycle. This desig n for desig n and an alysis of Dan Zhulia ng gantry cran es. In clud ing the hoisti ng mecha ni sm, running a mecha nism and desig n of steel structures sen sible and accurate.Key word: cycle of work ； type of work ； gantry crne11123.4.3.2 误差:121.1门式起重机简介1.2起重机的分类1.2.1按门框结构形式分 1

7、.2.2按主梁结构形式分2起重机整体设计2.1设计参数2.2龙门起重机的总体稳定性计算 3副起升机构的计算3.1确定机构的传动方案3.1.1 .副起升机构的设计计算3.2副起升传动方案与卷绕装置 3.2.1确定副起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组3.2.2选择钢丝绳 3.2.2.1钢丝绳所受最大拉力3.3.2.2钢丝绳计算破断拉力3.2.3确定滑轮主要尺3.33.2.4确定卷筒尺寸,卷筒直径：并验算强度3.2.4.13.2.4.23.2.4.33.2.4.4卷筒尺寸:卷筒壁厚:卷筒拉应力验算:电动机的选择:3.3.1计算静功率: 3.3.2电动机计算功率:103.3.3验算电动机发热条件3.

8、4选择减速机10103.4.1卷筒转数:113.4.2减速器总传动比: 3.4.3验算起升和实际所需功率3.4.3.1实际起升速度： 致谢223.53.63.73.8343.3实际所需等效功率:3.4.4校核减速器输出轴强度3.4.4.1计算轴最大径向力:3.4.4.2计算轴最大扭矩:选择制动器联轴器的选择:起动时间与制动时间的验算3.7.1启动时间3.7.2静阻力矩：3.7.4验算制动时间高速浮动轴的计算3.8.1疲劳计算121212121314161616161717183.8.2强度计算参考文献21 1.1门式起重机简介龙门起重机是水平桥架设置在两条支腿上构成门架形状的一种桥架型起重机。

9、这种起重机在地面轨道上运行，主要用在露天贮料场、船坞、电站、港口和铁路货站等 地进行搬运和安装作业。龙门起重机的起升机构、小车运行机构和桥架结构，与桥式 起重机基本相同。由于跨度大，起重机运行机构大多采用分别驱动方式，以防止起重机产生歪斜运行而增加阻力，甚至发生事故。龙门起重机的起重小车在桥架上运行， 有的起重小车就是一台臂架型起重机。桥架两侧的支腿一般都是刚性支腿；跨度超过 30米时，常是一侧为刚性支腿，而另一侧通过球铰和桥架连接的柔性支腿，使门架 成为静定系统，这样可以避免在外载荷作用下由于侧向推力而引起附加应力，也可补偿桥架纵向的温度变形龙门起重机的受风面积大，为防止在强风作用下滑行或翻

10、倒， 装有测风仪和与运行机构联锁的起重机夹轨器。 桥架可以是两端无悬臂的；也可以是 一端有悬臂或两端都有悬臂的，以扩大作业范围。半龙门起重机桥架一端有支腿，另 一端无支腿，直接在高台架上运行。龙门起重机分为 4种类型。在港口岸壁运行的集装箱运载桥，是一种特殊结构的大型起重机，专用于船舶的 集装箱装卸工作。两侧一般都是刚性支腿，形成坚固的门架，桥架支承在与门架连成 一体的上部构架上。带有集装箱吊具(见跨车)的小车在桥架上运行。伸向海面的长悬 臂通常是可俯仰的。非作业状态时，悬臂可吊起在8085仰角处，使运载桥让过船舶上的最高点。作业时悬臂放平。也有些悬臂是固定的。起重技术属于金属加工 学科的一个

11、分支，已经广泛应用于日用金属加工业，仪器仪表制造业，汽车、船舶和 飞机制造业，石油化工业，冶金工业，建筑材料业，机械装备制造业，以及精密加工 制造业。起重技术在广度和深度方面的巨大发展迫切要求起重理论能进一步解决一些 疑难问题，推动开发新技术和研制新设备。尤其在党的十六大之后，要求用信息化带 动工业化，起重技术也要跟上时代。首先要在起重机设计、制造、起重过程分析、起 重参数设定及起重质量预测等方面搞好软件开发；其次要进行数字化起重设备的研 制，使起重技术走上现代化的道路，不断丰富金属起重学的内容。1.2起重机的分类门式起重机一般根据门架结构形式、 主梁形式、吊具形式来进行分类。一般用于 港口。

12、1.2.1按门框结构形式分全门式起重机：主梁无悬伸，小车在主跨度内进行。半门式起重机：支腿有高低差，可根据使用场地的土建要求而定。（C）双悬臂门式起重机：最常见的一种结构形式，其结构的受力和场地面积的 有效利用都是合理的。（d）单悬臂门式起重机：这种结构形式往往是因场地的限制而被选用。1.2.2按主梁结构形式分（a）单主梁门式起重机单主梁悬臂门式起重机结构简单，制造安装方便，自身质量小，主梁多为偏轨箱 形架结构。与双主梁门式起重机相比，整体刚度要弱一些。因此，当起重量Q 50t、跨度S1.4（4）非工作状态下的安全系数600kg3200kg =17.21.4W4 作用在起重机小车上的非工作状态

13、下的最大风力W5 作用在大车金属结构上非工作状态下的最大风力通过工作状态和非工作状态时的总体稳定安全系数的计算，可知起重机是稳定的， 在计算中，工作状态下风载安第II类载荷计算，工作风压取 Q=25kg/m2，非工作状 态风载荷按第III类载荷计算，非工作风压取80kg/m2.在主梁自重中，除主梁本身重 量外，还包括走台、栏杆和电缆拖车重量。支腿重包刚性支腿和挠性支腿的重量、梯 子平台重量。从动装置自重包括两套从动车轮组、缓冲器、夹轨器的重量。在稳定性 计算中，不考虑防滑装置作用。3副起升机构的计算3.1确定机构的传动方案3.1.1.副起升机构的设计计算起升机构是起重机最基本的工作机构， 用以

14、实现所吊重物的垂直运动。副起升机 机构由驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置、制动器及其他安全装置等组成， 不同种类的起重机需配备不同的取物装置，其驱动装置亦有不同。3.2副起升传动方案与卷绕装置3.2.1确定副起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组如图3-1为电动驱动的起升机构简图。起升机构主要由：驱动装置、传动装置、 卷筒、滑轮、取物装置和制动装置组成。图3-1起升机构简图1-电动机2带制动器半齿联轴器3减速器4卷筒组5吊钩组及滑轮组6 联轴器按照设计要求,副起升机构传动装置有较大的跨度，因此采用图3-2的传动方案AVjl.2-/-图3-2闭式传动起升机构构造型式1 电动机；2半齿联轴器；

15、3带制动轮的半齿联轴器；4浮动轴;5 制动轮；6减速器；7 卷筒；8 轴承座；9制动器如图3-3所示、采用单联滑轮组。按 Q=5t，取滑轮倍率ih=2，承载绳分支数:Z=2ih=4(1-1)a=2（后文多次使用）Z=4图3-3起升机构的计算简图查3吊钩组产品表选号为G13吊钩组，得其质量：G0=99Kg，两动滑轮间距A=200 mm选G13吊钩组322选择钢丝绳副起升机构滑轮组采用滚动轴承，当ih=2，查12表2-1得滑轮组效率：nh二0.3.221钢丝绳所受最大拉力(1-2)(1-3)Sma-Q2?1287.6k12.88KN查12表2-4,中级工作类型(工作级别 M5)时，安全系数n=5.

16、5。3.3.2.2钢丝绳计算破断拉力s, =n Smax =5.5x12.88 =70.84KN查钢丝绳产品表选用纤维芯钢丝绳 6X 19W+FC，钢丝公称抗拉强度为1670MPa, 光面钢丝，右交互捻，直径d=14钢丝绳最小破断拉力=108KN，标记如下：钢丝绳 14NAT6X 19W+FC1770ZS108GB/T8918-1996 3.2.3确定滑轮主要尺滑轮的许用最小直径：D d (e-1) =14 (25-1) =336 m(1-4)式中系数e=25由12表2-4查得。由12附表2选用滑轮直径D= 355m，取平 衡滑轮直径Dp止0.6D -O.6咒355 = 213m，选用Dp =

17、 225m。滑轮的轮槽部分尺寸可 由12附表3查得。由前计算钢丝绳直径d =14m，D= 355m，滑轮轴直径D 90m 的E1型滑轮标记为：滑轮(定滑轮)E114X 355-90 ZB J80 006.8-87滑轮直径D= 355mm由12附表5平衡滑轮选用d=14 m，D=225滑轮轴直径d5=45伽的F型滑轮标记为：滑轮(动滑轮)F14X 225-45 ZB J80 006.8-87滑轮直径Dp 2253.2.4确定卷筒尺寸，并验算强度 3.2.4.1卷筒直径:D d (e-1) = 14 (25-1) = 336m由12附表13选用D =400m，槽踞t = 16m，槽底直径r = 8

18、m卷筒直径D =400m324.2卷筒尺寸:H a(12x 103 X 2L=2 (壬+.0+4)t + L22+416 + 200 = 947.7m取 L = 1200mm(1-5)卷筒长度L =1200m式中Z0 附加安全系数，取Z0=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 L1 =200m，实际长度在绳偏斜角允许的范围内可以适当增减。 Do卷筒计算直径 Do=D中d =400 +14 =414m(1-6)3.2.4.3卷筒壁厚:6 =0.02D +(6-10) 0.02咒400 +(6-10) 14 18伽(1-7)卷筒壁厚取S =15 m卷筒壁压应力计算：bym

19、ax =沁=空8=53.7M Pa6t 0.015 咒 0.016(1-8)选用灰铸铁HT200，最小抗拉强度 =195MPa许用压应力：,晋詈=130 MPa bymax兰b y故抗压强度足够。(1-9)byma【by3.2.4.4卷筒拉应力验算:由于卷筒长度L3D,尚应校验由弯矩产生的拉应力，卷筒弯矩图示于图3-4:图3-4卷筒弯矩图T 2Smx卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时：(1-10)叽 f SL）12880（1200 一200）= 6.4106n - 2卷筒断面系数：式中O.1 (D4 一Di) O.1(4004 一曲)17.15-3D 卷筒外径,Di 卷筒内径,400D

20、=400mmDi =D -26= 400-2x15 = 370mm(1-11)于是:6.44：* Pa17.15合成应力:O1匕-=3. 6839/为 3401 5.ymax6 8M1P12)式中许用拉应力M 亡寻=39Mpa故:卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径 D=400伽，长度L=1200伽；卷筒槽形的槽 底半径r=8伽，t=16伽；起升高度H=12m，倍率ih=2;靠近减速器一端的卷筒槽向 左的A型卷筒，由12附表14得，标记为：卷筒 A400 X 1200 8X 16 12X 2 左 JB/T9006.21999L1I!H图3-5卷筒示意图外形尺寸：（单位mm）DD1D2LL1L240

21、0370360120070283.3电动机的选择:331计算静功率:(1-13)(1-14)Nj .( J50099)118.6kw j102X60102X60X0.85式中 n 机构总效率，一般 n =0.80.9, 取 n =0.853.3.2电动机计算功率:Ne二Kd -Nj =0.88.6 =14.99kW电动机功率 Ne=14.99kw式中 系数Kd由12表6 1查得，对于M1M6级机构，Kd=0.750.85取Kd=0.8查12附表28,选用绕线转子三相异步电动机 YZR200L-8 （如图3-5）,YZR系列电动机适用于驱动各种起重机械及冶辅助设备，具有较高的过载能力和机械强度，

22、特别适用于短时或断续运转，频繁起动、制动及有显著振动及有冲击的设备，YZR200L-8 电动机,其 Ne （25%） =15kW, n 1=710r/min，GD2=1.5kg rn2，电机质量=230 kgmm图3-6 YZR式电动机简图安装尺寸：（单位mm）HABCACK螺 栓直 径1DEFGDG233141M61121001805330091604061.40外形尺寸：（单位mm）ACABHDBBLLCHA4054055104009751118253.3.3验算电动机发热条件按照等效功率法，求JC=25%时所需的等效功率(1-13)Nx *25 邛 Nj =0.75X0.87xi8.6

23、= 12.13kw式中 k25工作级别系数，查12表6-4,对于M5M6级，k25=0.75。Y系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比值（tq/tg）查得。 由查12表 6-5, 一般起升机构 tq/tg =0.1 0.2,取 tq/tg=0.1，由12图 6-6查得丫 =0.87。由以上计算结果Nx Ne故初选电动机能满足发热条件。3.4选择减速机3.4.1卷筒转数:(1-14)19x2 i = 29.2 r / min兀 ”Do3.14x0.414i0 计二需二24-06342减速器总传动比:（1-15）查12附表35,选渐开线圆柱齿轮减速器，ZQ-500-IV-3C减速器，ZQ减速

24、器主 要用于起重机械，高速轴转速不大于1500r/min;工作的环境温度为-40到+45度，适用 于正反两向运行。当工作类型为中级（相当工作级别为 Me）时，ZQ-500-IV-3C减速 器，其许用功率N=15.1kW，i。/ =23.34,质量Gg=345 kg， 如轴直径d1=50伽， 轴端长11=85 mm，（锥形）。故选取ZQ-500-IV-3C减速器图3-7 ZQ型减速器简图3.4.3验算起升和实际所需功率343.1实际起升速度:实际起升速度V19.06 =19.84m/mini。23.34=19.84m/min(1-16)343.2误差:(十一十)(19 8419)19名=-X10

25、0% =X100% =4.42% =15%(1-17)所以 3.4.3.3实际所需等效功率:NxN12.139.84 =12.67kwvNe=15kw19(1-18)所以Nx Ne3.4.4校核减速器输出轴强度3.4.4.1计算轴最大径向力:由12公式（6-16）得出轴最大径向力:Rmax =0.5 ( aSmax+Gj) R 式中 aShax=2x 1 2 88t 2 5 7N=25.8 kN 卷筒上卷绕钢丝绳引起的载荷;Gj =4.56 KN 卷筒及轴自重，参考12附表14估计;Rmax =0.5(25.8 + 4.56) = 15.2KN R = 16.5 KN 由12附表 36得3.4

26、.4.2计算轴最大扭矩:由12公式（6-1）得出轴最大扭矩:(1-19)Mmax =(0.70.8)V maxMebF 兰 M式中 Me =9750=9750 ”丄5 =152.3N E 电动机轴额定力矩; n1960屮max =2.8当JC=25%时电动机最大力矩倍数，由12附表33查出;n =0.95减速器传动效率;M = 25000N m 减速器输出轴最大容许转矩，由12附表36查出;故：Mmax=0. 8 2x8 1 52. 3 0 95= 31.5 1 0 2018. 97 N m M 25000 N m由以上计算，所选减速器能满足要求Mmax M( 2 5)滅速器输出轴强度足够3.

27、5选择制动器所需静制动力矩:2ih “0Mz=Kz M丄 Kzg) D0n J7599叫 0.85 =23.86 N “ jc- 2咒 2咒 32.9(1-20)式中 Kz =1.75制动安全系数，由12。YWZD -300/50 制动器，YWZD 制动 其结构紧凑，失电制动器轴向尺寸虽小，但YWZD - 300/ 50制动器，其制动转矩 M ez 制动器质量Gz=86 kg由12附表15选用电力液压块式制动器， 器被广泛应用于各种机械的传动装置中， 制动扭矩足够大，响应迅速，寿命长久。=250-500 N m，制动轮直径 Dz=300伽，选用YWZD -300/50制动器叮Mc值，飞轮力矩（

28、GD?） = 0.403kg -rf，质量 Gi=23.6 kg。选用CLZ3半联轴器，型号为S512型号公称转矩Tn许用转速n1轴孔直径d1DD1N.mr/minmmS5123150240054.5220185D2C润滑剂用量重量转动惯量JmmmLKgKg.m21502.56819.740.435浮动轴的两轴端d=45 mm, 1=85 mm （轴端长度）靠减速器轴端联轴器由12附表45选用带 300 m制动轮的半齿联轴器，其型号为 S216,最大容许转矩Mt=1400 N忡，飞轮矩（GD2）=1.28kg ”m 2，质量Gi=27.6kg。MccMJ故选用带 300伽制动轮的半齿联轴器，型

29、号为S216Eh图3-10带制动轮半齿联轴器公称转矩Tn许用转速n1轴孔直径d1DD1N.mr/mimm型号nS2161400300045300155D2C润滑剂用量重量转动惯量JmmmLKgKg.m21202.56827.61.283.7起动时间与制动时间的验算3.7.1启动时间nit p =X C ( GD 2)Ip 38.2( Mq -Mj)21+(Q+G0) Del(1-20)式中(GD2) GDd ( G)b,什G2DZ =仕 50 问 0Mkg1.n8 ”3. 73.7.2静阻力矩:(Q+Gj D0(5000 + 99)0.4142旧=18.87N m2x2x32.9 咒 0.85

30、(1-21)3.7.3平均起动力矩:Mq =1.5 Me =1.5X152.3 =228.45N -m9655099X0.414238.2(228.45-18.87) F15咒3.7十(2咒32.9)2 x 0.85 = 0.75S起动时间tp =0.75s通常起升机构时间为15s,可在电气设计时，增加起动电阻延长时间，故所选 电动机适合。3.7.4验算制动时间制动时间:nitz = 38.2( Mez M j) f2(GD2)l(Q+G0)D0nl=960X *.15x3.7 +38.2 X(500_13.63) I9605090.414=0.23s(2x32.9)j(1-22)式中(Q+G

31、o)Do2ih i0(5000+99)0.414285=13.63n，m2x2x32.9(1-23)由126-6查得许用减速度，a=0.2, a =tz故 tz= V /a=19.7/0.2X 60=1.58stz bj合适所以tz kz ,故所选制动器合适3.8高速浮动轴的计算3.8.1疲劳计算起升机构疲劳计算基本载荷MImax =6Me = 1.12X152.3 =170.6N -m(1-24)式中 % 动载系数，6 =0.5 (1 理2)0.5 (1+1.22) 1.11(1-25)笃一起升载荷动载系数（物品起升或下降制动是动载效应）笃=1+0.71v =1+0.7X19/60=1.22

32、扭转应力:Tn = M Imax/W =170.6/0.2(0.045)3 =9.36MPa轴材料用45号钢，bb =600MPa，兀=300MPa，弯曲：CT4 =0.27(600 + 300)243MPa，警 140MPa，查12表 2-8% =0.6bs =0.6X300=108Mpa 查12表 2-19轴受脉动循环的许用扭转应力:(1-27)式中K=Kx&m考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数；Kx 与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡和有键槽及紧配合区段，kx =1.52.5;Km = 与零件表面加工光洁度有关，对于粗糙度3.2Km=1.151.2;对于粗糙度 12.5

33、，Km=1.251.35 此处取 k=2X 1.25=2.5n 考虑材料对应力循环不对称的敏感系数，对碳钢及低合金钢n =0.2;n1安全系数，n1=1.25 （由12表30查得）。Tok =82.9MPa(2.5+0.2 ) 1x12.5故 G b 0 k通过2 咒 1403.8.2强度计算轴所受最大转矩:MIImax=1.22X152.3 = 185.806MPa最大扭转应力:5ax=Mr=0?(8b)=10.15M Pa许用扭转应力:nII180=120 MPa1.5式中nII 安全系数，m= 1.5Tmax 5】故通过TmaxT I I强度计算通过，故所选浮动轴疲劳强度合格浮动轴的构造

34、如图3-11所示，中间轴径d1+ （510） =55 mm,取d1=55伽。女口前所述，在设计选用合适的部件，相互配合安装起重机的副起升机构如图3-12所示g-A亠JQ图3 12副起升机构装配图4结论本次毕业设计是在学习机械知识中一次非常难得的理论与实际相结合的机会， 过这次比较完整的毕业设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态和实际设计的结合， 锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平， 而且通过对整体的掌控，对局部 的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，得到了丰富的经验。这 是我们都希望看到的也正是我

35、们进行毕业设计的目的所在。此次设计是本人大学四年以来的一个毕业设计， 设计的内容主要是对起重机的大 车运行机构和副起升机构设计。说明书首先介绍了此设计的选题，明确本设计的研究 目的和意义，最后通过思考与讨论，最终确定本设计的研究方案。在设计过程中详细 说明了副起升机构的计算和选材，通过查阅相关方面的书籍，运用大量有关机械设计 的相关知识，让我对机械方面的知识有了更深一层的认识， 使我懂得如何灵活运用所 学的知识应用到实际中，这对我将来的工作或学习都有很大的帮助。此次论文设计过程中，通过所借资金料、手册、图册的分析，参阅了目前常用起 重机的结构形式，从实际设计参数入手，通过分析，进行数据处理，即不抄、照搬 也不脱离实际，力求全面考虑设计的方案、结构、工艺情和加工成本等问题，使之易 于装拆、维护和检修，本次设计巩固了已经学过的机械制图、理论力学、材料