钢厂钢卷起吊装置设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 摘   要  随着钢卷的广泛应 用，起重机面临这巨大的市场需求。近年来，企业采用起重机进行吊运工作，对起重机械的设计计算方式需要不断的更新和改进、完善。 使 起重机械更趋于经济性、可行性、可靠性和安全性的方向发展。因此，研究起重机械的优化设计方法，对于提高起重机械的效率和质量具有重要的意义。本文钢卷起吊装置分析了起吊装置的吊具和起吊机构， 对于 30t 左右的起吊装置进行了详细设计， 在吊具的设计中大量的使用杠杆原理，以及丝杠的运用：对于起重机的咽喉设备 起升机构的研究，减速器、电动机、卷筒和制动器的设计选用，尤其是卷筒的 设计更是包含广阔；最后选用三菱 制变频器，保证控制系统操作灵活、安全可靠。  关键词： 起吊 装置 ，杠杆， 吊具 ，起升机构   买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of  In   to    of  on  to is of In  of a  0t  in of a of  -     is to LC      文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目   录  1 绪论 课题研究的意义 课题研究的内容  丝杆 杠螺母机构 杆行程计算 机功率 杆受力计算  其他主要零件的受力计算及其校核 杆机构和销 脚受力分析  受力分析以及计算  力分析以及计算  力计算 架受力计算 具销轴的受力计算  起升机构计算 定传动方案，选择滑轮组和吊钩组 择钢丝绳 定卷筒尺寸，转速及滑轮直径 算起升静功率 选电动机 用减速器 动机过载验算和发热验算 择制动器 择联轴器 算起动时间 算制动时间  起重机的电气部分 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 频器与 升机构对变频调速的要求 制的变频调速系统 爪控制部分  结论 2 参考文献   谢 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 绪论  30 年代以来，物料搬运技术仅指的是各类起重运输设备，而 90 年代的物料搬运系统逐渐增加了许多自动化内容，包括自动识别、自动导向、自动计数、自动称重等。为了使生产和流动能够紧密配合，构成更大、更高效的物流系统，计算机技术得到了广泛的应用，起重机的很多工作将被机器人和其它机器所取代。  随着社会进步和技术的不断发展 ， 以及各施工企业对高效益和高效率的执着追求 ，整体吊装工程越来越普遍 ， 这就要求 吊装用起重机的起重能力、作业幅度和高度越来越大 ， 大型起重机的市场需求随之增长很快 1。  由于钢铁工业新技术的应用，钢材质量得以提高，如瑞典的 钢板公司，其生产的 列高强度及超高强度钢材，在设计起重机主梁强度时，可使用较高的许用应力，而不需要很高的安全系数，以便减少起重机材料用量 (这并不意味着不安全 )，从而降低设备的重量和价格。因起重机重量的减小，可用功率较小的驱动装置启动，因此 ， 减少 了 电力，节省 了 开支。  在机加工方面，尽管采用少切削的精密铸件，尤其是铝合金铸件占多；加工设备大量采用高精、 高效的加工中心，数控自动机床等，既保证加工质量，又提高了生产率、降低了成本；同时在工艺线上，使用机械来代替人机操作，如焊接用的机械手和配用机械手等。  国外起重机厂商为了能迅速制造和装配出品种多样化的产品来，要求企业之间密切联系和协调，企业走向专业化、标准化和系列化。因为使用标准件设备能迅速组合和安装，减少标准件外组合部分的加工制造就显得特别重要。组合构件的使用比生产非标准件起重机来，有助于减少成本。 因此 我们必须调整产品结构、企业结构，应将大而全、小而全的企业改革成为独立的专业化工厂，企业之间密切联系和协调， 减少标准件以外组合部分的加工制作。  近年来，起重机制造企业的订货合同，按照非标准尺寸和特殊要求订货的用户越来越多，约占标准产品的 60%，但生产一台非标准起重机的主要零部件的成本和造价相当高 (约为标准产品的 3 倍 )。如果把起重机的主要零部件按照不同规格分散加工，然后组装，这样就可使我国中小型起重机企业逐步走上标准化的轨道，充分发挥计算机的作用、计算机辅助工艺规划、计算机辅助制造、柔性自动化系统等新技术、新工艺的应用，可大大缩短设计和生产周期、降低成本。增强企业参与市场竞争的能力，使中国起重机制造行业赶上世界先进 水平。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 课题研究的意义  钢卷起吊装置是工业吊运的重要设备，具有结构简单、操作灵活、维修方便、起重量大等优点，它通过垂直与水平的合成运动，可在轨道允许的范围内完成各种吊运工作。在各类工厂和码头具有专一性的起吊装置。  课题研究的内容  本课题研究的主要内容有： 起重机吊爪的设计，起升机构的拟定与选择，各部分的电气 控制装置，另外本设计还从性能的方面选择和设计了电动机、减速器、制动器、联轴器的一些部件和机构。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 丝杆   设计要求的 主要技术参数 ：  最大起重重量： 30t 开闭范围： 670660具自重：约 卷外径：  钢卷宽度： 7001430卷内径：  杠螺母机构  丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传递能量为主的 (如螺旋压力机、千斤顶等 )；也有以传递运动为主的如机床工作台的进给丝杠 )；还有调整零件之问相对位 置的螺旋传动机构等。  动丝杠  许多滑动丝杠的导程精度都可以达到磨制螺杆的品质， 尤其是滚压成型的精密滑动丝杠，比如 司生产的那种，再配上以工程塑料制作的螺母部件，已能够超越滚珠丝杠的使用寿命。  在某些应用中较低的传动效率反而成为滑动丝杠的一种优势，在立式应用或者设计人员不希望丝杠被逆向驱动的场合，滑动丝杠能够将负载保持在原位，二无需使用带抱闸的电机或者系统中附加的摩擦制动装置。从原则上讲，只要导程低于丝杠直径的三分之一，上述自锁推荐就能够成立。  滑动丝杠螺母材料的选用原则可以 基于温度条件，运行 力 ，抗磨寿命要求，使用环境，以及成本等因素，列如，可供选用的材料包括：从  +150的温度允许范围，高达 60000可用 ，可提供 5 千瓦英寸累计工作行程的反向间隙消除能力，免维护运行，以及可用于 污染和恶劣环境。  杆行程计算  如图 2杆行程计算 图，螺杆行程 386 大开度为 1660 大开度仍可增加，螺杆长度可以减小，螺杆螺母材料为钢对青铜，并采用单头螺杆 3。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 2螺杆行程计算图  机功率 N 母的轴向位移速度 V                              （ 2 0 . 0 2 7 m /  . 7 m m /sm m / s 1 0 0 / 6 0*16  式中， p 螺距   p=S=16mm n 转速   n=1500/15=10015为减速比）  纹受力 F 电机的作用是开闭两只钳脚（钢卷在起吊的时候，电机处在制动状态，），所以也就是说电机在开闭钳脚的时候只要克服吊具的一部分自重就可以了。这部分重量约为  F= 机功率 N 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 2 3/N F V                         （ 2 1 的计算： 1 设计中，运动是由回转运动转化为直线运动，所以)(t an t   ，式中，（ 轴承效率，它取决于轴承形式，滑动轴承取小值，轴向载荷与运动方向相反的时候取 +号。 c o f，式中 f 是摩擦因数，查表得 ；由于采用了矩形螺纹，所以 0 ；故 r c t a o r c t a n ；2ar ct an   ，  S导程， S=162d 2d =737316ar ct = 4 ；所以，  0. 42)t a n 4t a 。            (22 以及 3 ： 2 3 ，滚动轴承取大值，滑动轴承取小值，无轴承时为 1。（该设备中有两个滑动轴承）  所以，   1 2 3/N F V                          (2= 1 . 0 3 k w)0 2  . 8 1 . 2 23  电机功率 N  。  电动机型号 杆受力计算  磨性  螺纹中径：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985                          （ 2中， G 最大吊重，包括最大起重重量以及自重，故 43 2  0 ；表得 224 ； 为有螺母的形式决定，本设计中采用的是整体式的螺杆，所以 取 以 423 2 . 5 1 00 . 8 7 6 . 0 11 . 5 2 4d m m ，所以取2 76d   螺母高度 H：  2 114H d m m                          （ 2 取 20 ，2/ 1 . 5 8H d m m ，在 间。  旋和圈数 n：  12 2 0/                 （ 2 工作压强 P：  4 2213 2 . 5 1 0 2 2 . 7 1 . 2 1 . 2 2 4 2 8 . 8 /7 6 8 7 . 5 p N m  n  （ 2 式中 ， 1H ，由于螺母采用的整体 式的，所以它的许用工作压强可以提高到原来的  锁性能  螺纹升角   473 116ar ct ct           （ 2 当量摩擦角   r c t a o sa r c t a n f(2因为    ，  所以可以自锁。  杆强度  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 233223 )4(2式中，p杆材 料为 #45 ， 2/355 ，取 5.3/ ，则 2/。  34)81233 为在钢卷吊装的时候，螺杆处于静止不转动的状态，所以 0当螺杆处在运转状态下，吊具整体处在静止的状态 ，此时的外界载荷为 0，吊具只承受着自重，也即  421 t a n ( ) 0 . 5 7 6 2 . 5 1 0 t a n 9 . 1 6 1 5 3 . 12 d F N m           (2但是此时的情况下的螺杆的受力情况要远远比螺杆处在静止时候要危险，且 吊具处在运动状态，所以强度校验采用螺杆处在静止的状态下的载荷 7。  所以， 4 2224 3 2 . 5 1 0 1 0 1 / 1 0 1 . 4 /64c a pN m m N m m  纹强度  螺杆螺纹剪切强度：   3                       (2式中，p 则 ，  b=7以， 4 2233 2 . 5 1 0 3 0 . 8 / 6 0 . 8 46 4 7 7 . 5  m m N m md b n 螺杆螺纹弯曲强度：   23 13                    (24 2223 3 2 . 5 1 0 7 9 2 . 4 / 1 0 1 . 4 /6 4 7 7 . 5b b p bN m m N m m 螺母螺纹的剪切强度：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14                   (2式中，p是螺母的许用剪切应力，螺母材料为青铜， 24030 ，取235 ，  4D c  1b  所以， 4 223 2 . 5 1 0 2 1 / 3 5 /8 2 8 7 . 5 pN m m N m m 螺母螺纹弯曲强度：   24 13(2中，杆螺母处在静止状态，没有转动，所以取260 ；  所以， 4 2223 3 2 . 5 1 0 7 5 5 . 2 / 6 0 /8 2 8 7 . 5b b pN m m N m m 杆稳定性的计算  i/                          (2式中， 与螺杆的端部结构有关，查表得     i 643  所以，  3 i  又查表得， 40 ，所以该螺杆为小柔度杆，不必进行稳定性验算。  杆刚 度  轴向载荷使导程产生的变形 ：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 42 5 234 4 3 2 . 5 1 0 1 6 0 . 0 0 1 0 27 . 5 2 . 1 1 0 6 4 F SS m  A n E d         (2中， E螺杆材料的弹性模量，对于钢材， 25101.2  转矩使导程产生的变形 ：  4322162 (2式中，243  G 螺杆材料的剪切弹性模量，对于钢材  24105.8  所以， 22 4 41 6 1 5 3 1 0 0 1 6 0 . 0 0 0 0 4 38 . 5 1 0 6 4MS m m 导程的总变形量 S ：  0 . 0 0 0 0 4 3 0 . 0 0 0 8 9 0 . 0 0 0 8 9 S m m m m m m 所以， 6 10( 33 杆的精度约为 8级左右。  向振动  临界转速于钢制螺杆，2 32161012cc (2中， 1 螺杆端部结构有关，查表得  58所以， m  3 4 0858 26 ，满足 ，故螺杆的横向振动没有问题。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 其他主要零件的受力计 算及其校 核  杆机构和销  杆机构  连杆机构是若干构件用低副（转动副和移动副）联接而成。若各构件均在相互平行的平面内运动，就称为平面连杆机构。  连杆机构相联处都是面接触，因此具有下述优点：  1、承受载荷大，便于润滑，故磨损小；  2、制造方便，易获得较高的精度；  3、能够实现多种运动形式的转化和得到各种复杂的运动轨迹。  缺 点 ：  1、运动副内有间隙，当构件数目较多或精度较低时，运动累积误差大。  2、连杆机构中，由于有的构件的运动速度在变化，产生惯性动负荷，因此常会引起冲击或振动。  3、不易精确实 现复杂的运动规律，且设计较为复杂；当构件数多时，效率较低    销主要用来固定零件之间的相对位置，成为定位销，它是组合加工和装配是的重要辅助零件：也可用于连接，成为连接销，可传递不大的载荷：还可作为安全装置中的过载剪断元件，成为安全销。  销的基本形式是圆柱销和圆锥销。圆柱销利用微量过盈固定在销孔中。多次装拆会降低定位精度。圆锥销有 1： 50 的锥度，可以自锁，靠锥面挤压作用固定在销孔中，定位精度高，安装业方便，可多次装拆。  圆柱销的材质：圆柱销目前多应用优质碳素结构钢为原材料制造。一般情况下，材质多选 用 须进行热处理。高强度要求下选用轴承钢。  圆柱销的用途：  主要用于定位，也可用于连接，他依靠过盈配合固定在销孔内。圆柱销用于定位是通常不受载荷或者受很小的载荷，数量不少于两个，分布在被连接件整体结构的对称方向上，相距越远越好，销在每一被连接件内的长度约为小直径的 12 倍。  圆柱销的种类：  圆柱销也有普通圆柱销、内螺纹圆柱销、螺纹圆柱销、带孔销、弹性圆柱销等几种。  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 脚受力 分析  图 3 脚受力分析  由图 3以得到下列方程：  0X   0 F  0Y   0c o s 1                                      (30     08802350120)c o s (220250 122   方程中，,为未知数，其他的为已知量，杆 只受拉压力 用，不受弯矩或者扭矩作用，由 0 ) 最小的时候，也就是 最大的时候， 到最大值，角 的大小是与吊具的开度相对应，最小开度时候 最小，最大开度时候 最大 7，但是，最大开度的时候吊具处在空载状态下，螺杆螺母只承受吊具本身的自重，所以计算 大值的时候应把吊具吊运最大钢卷时候的角 作为 的最大 值，吊具的开度、吊具上面各个杆件的尺寸以及钢卷尺寸已知。如图所示 可以求出 的最大值和最小值：     ，故当 的时 所以，  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985  4221m a x c 220250 790120 。   受力分析以及计算  当忽略杆 自重的时候，它可以认为是一个二力杆， m a x ，杆的材料初选为 45用应力 722   ；杆的截面如图 3示，两杆处在均衡受力状态，故每根杆的所受应力为：           224m a x  7 7222)701 4 0(      (3图 3杆 面                        图 3杆    力分析以及计算   与 的关系  杆 力简图如图 3示，设图上各点的坐标为 ),(nn ：  250 200)s 70200s DE                  (3买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由 此可以知  )65 s r c s (3 点的受力X，由图三可以知道：  )c 220250790120221m a x                             X                                                     (3c o c   分析  由图 3知：  0X   0)s   0Y   0)c o s (                                 (30                                     0s i i  5 0c o  5 0 于是，   s s  5 0c o  5 0 由图五可以看出，杆 处的受力最为复杂，不论角 多少大，杆 点的弯矩 是最大的，所以 N 如下 11：   s  0co  0                     (3 co ss                       (3    所以杆 处截面如图 3面面积 为：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3杆  E 处截面  21 0 7 8 0)753 2 0(222  333 7 4 1 2 6 53206 )75320(44  所以杆  E 处的弯曲应力（按照单根杆受力计算） 应为：  E (3由此 可以看出， , 角 和角 的函数，角 是角 的函数，所以, 角 的函数，随着角 的变化， , 数值也发生变化，通过编写计算机程序，可以算出 , 角 的变化情况。  经过程序计算，可知杆 受最大应力为：  22m a x  此时，吊具是吊最大宽度的钢卷， 。   力计算  由图 3以看出，杆 二力杆， 由式（ 3出来，通过程序计算可以算出 最大值为： m a x 杆 截面图如图 3 示，截面积 1S 为：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3杆 面  21 1 9 8 022)701 6 0(  所以应力：  2241m a x     (3实际应力虽然小于许用应力，但要考虑到使用时候的极限情况（如突然的停机等等），所以必须在杆 造的时候增大其截面积，一般在其两侧添加辅助筋板。所以在计算截面积的时候应该乘以适当的系数，这里取系数为   224'1m a x    架受力计算  框架为单侧开口结构，如图 3示，当正常起吊的时候，由于吊具为左右对称结构，框架所受的水平力几乎为零，所以框架此时只受钢卷重量以及吊具本身自重的作用。设框架所受外力为 F ，则：  'F 最大吊重 30t+吊具自重 是框架单侧的受力为 ' / 2  框架单侧截面如图所示，其面积 2S 为：  22 1 3 3 6 0162 6 0202 6 0201 0 02  框架单侧截面上面的应力 为：   242' /买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 图 3架结构及其截面简图  具 销轴的受力计算  吊具 销轴的结构及受力简图如图 3示，从图中可以看出，吊具 销 轴 中心部分开有 R 圆弧，且该处弯矩最大，所以销 轴 中心为最危险的截面 12。销轴的材料为 其许用弯曲应力 为： 2200  （约为s的 1/3） 。  图 3具 销 轴受力分析  其中间截面的抗弯模量 4W 为：  3334 1 4 9 3 1 23211532               (3 G=以销轴中间的弯矩 M 为 ：   74 所以销轴截面的应力 为：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 227420001.2         (3以上的各个杆件的受力分析均在外界的运动状 态处在匀速或者加速度为零的情况，以保证吊具的受力分布是左右对称的；但是，在实际使用的时候，往往在吊具启动或者停止的过程中存在着一个加速度，使得吊具的受力状况在这个时候不是处在完全对称的状态，而是左右两部分中的一部分的受力比原来要大，另外一部分则比原来要小，所以在完成上述杆的强度校和计算以后，应该把实际各根杆件的应力乘以一个动载荷安全系数，以满足这种特殊条件下的使用 。 在本设计中，这个系数取 带入上述的最后的强度校和，都满足实际应力小于许用应力的条件。  感器  传感器是一种检测装置，能感受到被 测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。  本设计为了吊爪安全起吊钢卷，在吊爪嵌脚的侧面和底部安装传感器。经市场调研选用 上海鑫杰 重限制器 。  其产品主要：  1 适用范围： 3 1000 吨门式或桥式起重机 (其它类型的起重机械可按用户要求定制 )；  2 系统误差：小于 5%；  3 告警方式：  (1)预报警点：当起吊重量达到额定起吊重量的 90%时，发出断续的报警声 (短声 )，显示 重物重量；  (2)额定值报警：当起吊重量达到额定起吊重量的 100%时，发出断续的报警声 (长声 )，显示重物重量；  (3)立即报警：当起吊重量达到额定起吊重量的 110%时，发出连续的报警声，且延时 2 秒钟自动切断起重机上升接触器电源，显示重物重量；  4 传感器的静强度：传感器的静强度为额定载荷的 3 倍；  5 工作温度：  +60；  6 相对湿度： 45% 95%；  7 电源电压：  220V)， 50 继电器触点容量：继电器触点容量为 4A；  9 控制器的耐压：控制器的耐压为 2000V；  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 显示方式：四位 字显示，小数点自动切换。  图 3重限制器  表 3规标准系列尺寸  起重量（ t）  滑轮 倍 率  传感器规格  H 4 1 3 M h 1  2  E F ,10 2,3 40 300 149 140 300 355 220 55 0 16 18 148 75 45 7 16,20 3,4 70 320 144 210 355 420 300 55 0 16 22 178 100 70 7 32 4 4 200 400 204 200 410 490 300 65 0 16 22 208 100 70 7 50 5 5 200 460 264 200 460 520 300 65 0 20 22 208 100 70 7 75(A) 5 00 460 204 200 410 490 300 65 0 16 22 208 100 70 7 75(B) 5 00 320 124 200 300 420 300 / / 28 37 212 100 66 7 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4  起升机构计算  定传动方案，选择滑轮组和吊钩组  根据实际工况 起重量 32t，起升高度 16m，起升速度 确定 起升机构工作级别 8。 按照构造宜紧凑的原则 ， 决定采用下图的传动方案。如图 4示，采用了双联滑轮组 。 按 Q=32t，滑轮组倍率 6，因而承载 钢丝 绳分支数为  Z=22。 吊具自重 G= 4升机构简图  择钢丝绳  若滑轮组采用滚动轴承， 6， 滑轮组效率 。  钢丝绳所受最大拉力  a x               (4按下式计算钢丝绳直径  d=c42 =           (4c 为 选择系数，单位 N ， 采 用钢丝绳 21 8 5 0 /b N m m ， 根 据 工作级别 表得 选不松散瓦林吞型钢丝绳直径 d=20标记为 6W(19)右顺 (  定卷筒尺寸 ， 转速及滑轮直径  卷筒和滑轮的最小卷绕直径0D：  买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 0 (4式中 h 表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数；  查表得：筒 1h =28； 滑轮 2h =20；  筒最小卷绕直径0 m i n 1 2 8 2 0 5 6 0D h d ；  轮最小卷绕直径0 m i n 1 2 0 2 0 4 0 0D h d 。  考虑 到 起升机构布置卷筒总长度不宜太长，轮直径和卷筒直径一致取 D=650 卷筒长度  303210 3)(2)(2 2900   (4式中0L：筒上有绳槽长度 ；   1l ：定绳尾所需长度；  2l ：筒两端空余长度；  3l ：筒中间无 绳 槽长度 ；  卷筒壁厚 =610)=650+(610)92