门式起重机毕业设计说明书.doc

河南机电高等专科学校河南机电高等专科学校毕业设计说明书论文题目：mge45-9.42门式起重机设计起升机构与小车运行机构设计系 部： 机械工程系 专 业：起重运输机械设计与制造班 级： 起 机 学生姓名： 学 号： 0901251 指导教师： 2012年5月10日目 录摘要.1绪论2第一章 mg型吊钩门式起重机概述41. 1mg型吊钩门式起重机的结构及组成41. 2mg型吊钩门式起重机的工作原理51.3mg型吊钩门式起重机的用途51.4mg型吊钩门式起重机的主要技术参数5第二章 起升机构的计算72. 1主起升机构计算参数82.2钢丝绳的计算82.3滑轮、卷筒的计算92.4根据静功率初选电机122.5减速机的选择122.6制动器的选择142.7联轴器的选择142.8起动和制动时间验算152.9电动机过载能力效验172.10电机发热效验17第三章 小车运行机构的计算183.1主要参数与机构的布置简图183.2轮压的计算183.3电动机的选择193.4减速器的选择203.5联轴器的选择：213.6制动器的选用：223.7电动机起动时间与平均加速度的验算223.8车轮的计算24第四章 设计总结304.1设计过程中遇到的难题304.2设计的成败304.2设计的体验与不足30致谢32参考文献33摘 要 起升机构和小车运行机构是门式起重机正常工作的重要组成部分。本文主要是对起升机构和小车运行机构的设计和计算。全文共分为四章。在第一章详细介绍了mg型吊钩门式起重机的结构及组成，工作原理及用途和主要的技术参数。第二章和第三章分别介绍了起升机构和小车运行机构中主要零部件的选择和必要的强度计算。详细地介绍了起升机构中钢丝绳、卷筒的计算和电动机、减速器的选择，小车运行机构中轮压、车轮的计算和电动机、减速器、联轴器、制动器的选择。第四章主要总结了本次设计过程中遇到的难题、设计的成败和设计完成后的体验与不足。 关键词：起升机构 小车运行机构 门式起重机abstract lifting mechanism and the car door crane operation organization is an important part of the normal work. this paper is mainly to the lifting mechanism and the car running the design and calculation of institutions. full text is divided into four chapters. the full text is divided into four chapters. in chapter 1, detailed introduces the mg hook door crane structure and composition, working principle and use and main technical parameters.the second chapter and the third chapter lifting mechanism are introduced and the car running institutions in the choice of main components and the necessary strength calculation. introduced in detail the lifting mechanism of wire rope, and drum and of the calculation of the motor and reducer choice, the car running wheel pressure, and the wheel in the organization and of the calculation of the motor and reducer, coupling and brake choice.the fourth chapter basically summarizes the design problems encountered in the process of design, the success or failure of the design and after completion of the experience and the insufficiency. key words： lifting mechanism绪 论起重机械是用来升降物品或人员的，有的还能使这些物品或人员在其工作范围内作水平或空间移动的机械。取物装置悬挂在可沿门架运行的起重小车或运行式葫芦上的起重机，称为“门架型起重机”。门式起重机一般有大车运行机构的门架、装有起升机构和小车运行机构的起重小车、电气设备、司机室等几大部分组成。外形像一个屹立在工作场所的大门。起升机构用来垂直升降物品，起重小车用来带着载荷作横向移动，以达到在跨度内和规定高度内组成的三维空间里做搬运和装卸货物用。门式起重机是使用最广泛、拥有量最大的一种轨道运行式起重机，其额定起重量从几吨到几百吨。最基本的形式是通用吊钩门式起重机，其他形式的门式起重机都是在通用吊钩门式起重机的基础上派生发展出来的。在设计过程中，结合起重机的实际工作条件，注意了以下几方面的要求：整台起重机与工作场所的配合，以及小车与门架的配合要恰当。小车与门架的相互配合，主要在于：小车轨距（车轮中心线间的水平距离）和门架上的小车轨距应相同，其次，在于小车的缓冲器与门架上的挡铁位置要配合好，小车的撞尺和门架上的行程限位装置要配合好。小车的平面布置愈紧凑小车愈能跑到靠近门架的两端，起重机工作范围也就愈大。小车的高度小，相应的可使起重机的高度减小，从而减少了起重机的自重，节约了材料。小车上机构的布置及同一机构中各零件间的配合要求适当。起升机构和小车平面的布置要合理，二者之间的距离不应太小，否则维修不便，或造成小车架难以设计。但也不应太大，否则小车就不紧凑。小车车轮的轮压分布要求均匀。如能满足这个要求，则可以获得最小的车轮，轮轴及轴承箱的尺寸，并且使起重机门架主梁上受到均匀的载荷。一般最大轮压不应该超过平均轮压得20%。小车架上的机构与小车架配合要适当。为使小车上的起升、运行机构与小车架配合得好，要求二者之间的配合尺寸相符；连接零件选择适当和安装方便。在设计原则上，要以机构为主，尽量用小车架去配合机构；同时机构的布置也要尽量使钢结构的设计制造和运行机构的要求设计，但在不影响机构的工作的条件下，机构的布置也应配合小车架的设计，使其构造简单，合理和便于制造。尽量选用标准零部件，以提高设计与制造的工作效率，降低生产成本。小车各部分的设计应考虑制造，安装和维护检修的方便，尽量保证各部件拆下修理时而不需要移动邻近的部件。总之，要兼顾各个方面的相互关系，做到个部分之间的配合良好。第一章 mg型吊钩门式起重机的概述mg型吊钩门式起重机属双主梁通用门式起重机,也称a型双梁门吊,由桥架、大车运行机构、小车、电气设备等部分构成。本起重机是按gb/t14406-1993通用门式起重机设计制造，常用起重量10-50t，工作环境为-20- 40。c，工作级别a5、a6两种。本起重机小车导电采用软缆导电，大车采用滑触线或电缆卷筒方式供电，操作方式有地面控制、操纵室控制、遥控三种形式供用户选择。标准操纵方式为室控，全部机构均在司机室操纵并有防雨设备。适用于露天仓库、货（料）场、铁路车站、港口码头各种物料的装卸和搬运工作。本起重机特点：桥架采用箱形梁焊接结构，起重机运行平衡，抗风性能好，各机构设有安全保护装置。1.1 mg型吊钩门式起重机的结构及组成箱体双梁门式起重机（图1）有一个由两根箱型主梁和两根马鞍构成的双梁门架，大车运行机构和电气设备等。在门架上运行起重小车，可以起吊和水平搬运各类物件。箱型双梁结构具有加工零件少、工艺性能好、通用性好及机构安装检修方便等一系列优点，因而在生产中得到广泛采用。构成门式起重机的主要金属结构部分是门架，它矗立工作场所的轨道上，并沿轨道前后运行。除门架（主梁和马鞍）外，它的主要组成部分还有小车（主、副起升机构、小车运行机构和小车架），可以带着吊起的物品沿门架上的轨道左右运行。于是门架的前后运行和小车的左右运行以及起升机构的升降动作，三者构成的立体空间范围是门式起重机吊运物品的服务空间。 图1.mge45-9.42门式起重机1.2 mg型吊钩门式起重机的工作原理门式起重机，一般都具有三个机构：即起升机构（起重量大的有主副两套起升机构）、小车运行机构和大车运行机构。按照正常工作程序，从起吊动作开始，先开动起升机构，空钩下降，吊起物品上升到一定高度，然后开动小车运行机构和大车运行机构到指定位置停止；在开动起升机构降下物品，然后空钩回升到一定高度，开动小车运行机构和大车运行机构式起重机回到原来的位置，准备第二次吊运工作。每运送一次物品，就要重复一次上述过程，这个过程通常称为一个周期。在一个周期内，各机构不是同时工作的。有时这个机构工作，别的机构停歇，但每个机构都至少作一次正向运转和一次反向运转。1.3 mg型吊钩门式起重机的用途它适用于各种工矿企业，交通运输及建筑施工等部门的露天仓库、货场、铁路、车站、码头、建筑工地等露天场所。做装卸与搬运货物、设备以及建筑构件安装使用。1.4 mg型吊钩门式起重机的主要技术参数主要技术参数起重量：主钩，跨 度： ； 起升高度：主钩； 工作制度：主起升工作级别：重级（； 小车运行工作级别：中级（； 大车运行工作级别：中级（； 工作速度：主起升速度：（轻载）； （重载）； 小车运行速度：；大车运行速度：；小车轨距： ； 第二章 起升机构的计算 45吨双梁门式起重机它主要由主起升机构、小车运行机构和小车架所成。小车采用四个走轮支撑的起重小车（见图2-1）图（2-1）mge45-9.42门式起重机起升机构传动简图2.1主起升机构的计算参数1、主要参数与机构的布置简图如图3-3已知：起重量：；工作类型：重级（；最大起升高度：，地面以上，地面以下；起升速度：=(重载)；=（轻载）；2.2钢丝绳的计算：根据起重机的额定起重量q=45吨，查起重机设计手册表8-2选择双联起升机构滑轮组倍率为m=4，起升机构钢丝绳缠绕系统如图2-2所示。图2-2 钢丝绳缠绕系统 1 钢丝绳所受最大静拉力；式中 额定起重量，；取物装置自重，(吊挂挂架的重量一般约占额定起重量的24%；这里取吊钩挂架重量为)；滑轮组倍率，；滑轮组效率，。 2 钢丝绳的选择：所选择的钢丝绳破断拉力应满足下式： 而 式中： 所选钢丝绳的破断拉力；钢丝绳安全系数，对于重级工作类型取=6；钢丝绳破断力总和；折减系数，对于绳637+1的钢丝绳=0.82；对于绳619+1的钢丝绳=0.85。有上式可得：查钢丝绳产品目录表可选用：钢丝绳6w(19)-26-7x7-170-i-z(gb1102-74)的=431149.5n409041.46n，所以选择的钢丝绳满足强度要求，钢丝绳的直径=26mm。2.3滑轮、卷筒的计算 1 滑轮、卷筒最小直径的确定 为确保钢丝绳具有一定的使用寿命，滑轮、卷筒名义直径（钢丝绳卷绕直径）应满足下式：；式中 e系数，对于重级工作类型的门式起重机，e=32； 是卷筒和滑轮的名义直径； 钢丝绳的直径（）。所以 （）取卷筒、滑轮的名义直径。2 卷筒长度和厚度的计算（图2-3） 图2-3 双联卷筒的主要尺寸卷筒的长度由下式计算：;而 式中 最大起升高度为（地面以上），（地面以下）取=；钢丝绳安全圈数，取=3 ；t绳圈节距，取；根据结构确定卷筒空余部分，；固定钢丝绳所需要的长度， ；卷筒的计算直径（按缠绕钢丝绳的中心计算），；参考同类型起重机取=1020mm双联卷筒中间不切槽部分长度，根据钢丝绳允许偏斜角确定对于螺旋槽卷筒tg 考虑到该取物装置的特殊性参考同类型起重机取： =440mm卷筒半边卷绕部分的长度；卷筒长度=，取=4100mm,取卷筒材料采用,其壁厚可按经验公式确定，取 。3 卷筒转速 式中起升速度，=(重载)； 滑轮组倍率； 4 强度的计算 卷筒壁主要受钢丝缠绕所产生的压缩应力。此外还承受扭转和弯曲。 压缩应力的计算： 式中钢丝绳工作时最大张力； 许用压应力，=（铸铁卷筒）； 抗压强度极限，=750mpa； 故满足使用条件。由于l3d,需要计算有弯曲力矩产生的拉应力（因扭转应力甚小，一般可忽略不计）； 合成应力应满足：式中 卷筒所受的弯矩,=1830mm；w卷筒断面系数，w=0.8 ； 许用拉应力， （铸铁卷筒）；抗拉强度极限，=200mpa；故满足使用要求。2.4根据静功率初选电机 1 起升机构静功率计算式中起升机构的总效率， v起升速度（重载）； 2 初选电动机功率；式中 电动机额定功率； 起升机构按静功率初选电动机的系数，由1表61取=0.90；查电机产品目录（附录28），在时选择接近的电动机型，额定功率n=，转速n=，转动惯量=。2.5减速机的选择 1 减速机传动比 ；式中 电机机的额定转速；卷筒的转速；。 2 标准减速器的选用根据传动比电动机的转速、工作级别重级，从减速器产品目录2（附录26）可选用减速器，传动比i=80，最大允许径向载荷为=，减速器输出轴端的瞬时允许转矩。 3 验算减速器被动轴端最大径向力轴端最大径向力应满足：=；式中钢丝绳最大静拉力；卷筒重力；a卷筒上卷绕钢丝绳的分支数，a=2；减速器输出轴端的允许最大径向载荷（n）。=满足要求； 4 减速器输出轴承受短暂最大扭矩校核减速器输出轴承受短暂最大扭矩应满足：；式中电动机的额定扭矩,=9550=9550=1107.8、减速器的传动比和效率，=86.2；=0.95；当jc%=40%时电动机最大力矩倍数，=3.3；减速器输出轴端允许的最大短暂扭矩；故满足要求。 5 实际起升速度的验算实际起升速度为：满足要求2.6制动器的选择起升机构的制动转矩应满足：式中：制动器制动力矩；制动安全系数取=1.75 ； 起升机构总传动比，其值=；起升机构总效率，其值=； 根据以上计算的制动转矩，从制动器产品目录选用ywz-400/90制动器，制动轮直径为400毫米，最大制动力矩为1600。因为 故满足使用要求。2.7联轴器的选择带制动轮的联轴器通常采用齿轮形联轴器，依据所传递的扭矩、转速和被连接的轴径等参数选择联轴器，起升机构联轴器应满足：式中：所传递的扭矩的计算值 按第二类载荷计算的传动轴的最大扭矩。对高速轴，=（0.70.8） ，为电动机转矩允许过载倍数，为电动机额定转矩，=9550，为电动机额定功率，为电动机的额定转速.联轴器许用扭矩；联轴器重要程度系数。对起升机构，取1.8；角度偏差系数在此取1.75；=1.8根据以上计算选用s3408带制动轮的齿轮联轴器，联轴器允许最大扭矩为33398.4，制动轮直径为400毫米，飞轮矩为4.6，并选出s2482型联轴器，其允许扭矩24323.6，飞轮矩为4.6。因为故满足使用要求。2.8起动和制动时间验算1 起动时间验算： （s）式中：电动机平均起动转矩电动机静阻力矩，按下式计算。推荐起动时间 机构运动质量换算到电动机轴上的总转动惯量（），按下式计算： =1.15（j+j）+（）式中： j电动机转子的转动惯量（）。在电动机样本中查取，如样本中给出的是飞轮矩，则按换算；j制动轮联轴器的转动惯量（）=门式起重机起升机构的起动时间一般应控制在12秒间，故起动时间是符合要求的。2 制动时间验算满载下降制动时间： 式 式中： 满载下降时电动机转速，通常取=1.1；制动器制动转矩；满载下降时制动轴静转矩，按下式计算： 下降时换算到电动机轴上的机构总转动惯量（），按下式计算。=1.15（j+j）+（）推荐制动时间（s），可取= =门式起重机起升机构的制动时间一般应控制在和起动时间相等，故制动时间是符合要求的。3 起动加速度的验算 门式起重机起升机构的起动加速度一般小于，故平均加速度满足要求的。2.9电动机过载能力效验起升机构电机过载能力按下式进行效验：式中：在基准接电持续率时的电动机额定功率为110（）；电动机台数为1； 基准接电持续率时的电动机转矩的允许过载倍数取2.5。 考虑电压降及转矩允差以及静载荷试验超载的系数。绕线异步电机取2.1，笼型异步电动机取2.2，直流电机取1.4. =（）满足要求。2.10电机发热验算电机发热效验合格应满足：式中：电动机工作的接电持续率值、值时的允许输出功率（）,查取得（）工作循环中，稳态平均功率（）； 起升机构总效率； 稳态负载平均系数；其计算公式为= （）满足要求。 第3章 小车运行机构的计算3.1主要参数与机构的布置简图 图3-1 小车运行机构简图 1电动机；2制动器；3减速器；4传动轴; 5联轴器；6角轴承箱；7车轮。双梁门式起重机的小车，起重量在5吨至50吨范围内一般均由四个车轮支撑，其中两个车轮为主动轮。主动车轮由小车运行机构集中驱动。主要参数起重量： q=45t；工作制度： 中级jc%25；小车运行速度： v=12.5m/min；车轮数： 4个（其中两个为驱动）；驱动形式： 集中驱动。3.2轮压的计算参考同类型规格相近的起重机，估计小车总重为20t，近似认为由四个车轮平均承受。吊钩位于小车轨道的纵向对称轴线上，根据小车架布置图3-8偏离主、从动轮之间的中心线为100mm。根据其中小车架的平衡方程式，可分别求出主动轮和从动轮的轮压： 图3-8计算简图主动轮：式中 主动轮轮压；小车轮距，；。同理，可得从动轮轮压为：；。3.3电动机的选择1、运行阻力的计算： 静阻力 ； 摩擦阻力 ； 坡道阻力； 起重机或小车满载运行阻力时的最大摩擦阻力: q起升载荷（n）； g起重机或运行小车的自重载荷； f流动摩擦系数（mm）； 车轮轴承摩擦系数； d与轴承配合外车轮轴的直径（mm）； d车轮踏面直径； 附加摩擦阻力系数 ； w摩擦阻力系数； 满载运行时最小摩擦阻力： 空载运行时最小摩擦阻力： 由得： 由得： 由得： 坡道阻力： 坡道阻力系数与起重机类型有关，桥架上的小车取为0.002；最大静阻力：电机静功率： 运行速度； 机构传动效率； 电机个数；2、电机初选： 考虑到电动机起动时惯性影响的功率增大系数，门式起重机小车运行机构取为1.2； 选取：yzb160m-8 ； 功率:7.5kw ； n=730r/min； 转动惯量0.06； 最大转矩倍数2.86； 电动机发热校验： 电动机工作的节点持续率jc值、cz值时的允许输出容量（kw）； 查表取p=31.6kw工作循环中负载的稳态功率（kw）； g稳态负载平均系数，取为0.8；3.4减速器的选择 1、由电动机转速与车轮转速确定减速器的传动比为：参考qj型起重机减速器用于运行机构的选用方法：减速器的计算输入功率（kw）；刚性动载系数，=（1.22.0）；基准接电持续率时，电动机额定功率（kw）；i工作级别，i=18；标准减速器承载能力表中的许用功率（kw）；查标准：选zsc(d)-600+125-i-2 公称传动比i=95.5； 实际传动比i=91.73r/min； 输出轴转矩：36000； 高速轴许用功率：26kw ； =26kw 速度偏差： 符合要求。3.5联轴器的选择：高速轴：（）式中 计算扭矩；联轴器安全系数，取1.35；刚性动载系数，取（1.22.0）；电动机额定扭矩（）联轴器许用扭矩（）； 选用tll（带制动轮）联轴器：=300 制动轮直径 转动惯量= ； 低速轴： i电动机至低速联轴器的传动比 ； 选用联轴器； 许用扭矩：800； 制动轮直径； 转动惯量=； 3.6制动器的选用：坡道阻力； 满载运行时最小摩擦阻力；电动机个数，一般m=； 制动时间；电动机转子转动惯量； 电动机轴上制动轮和联轴器的转动惯量；v圆形速度；选取ywz-200/25；推动器型号：yt1-252-4 ；制动力矩200；3.7电动机起动时间与平均加速度的验算 1 满载上坡时 式中： 电动机平均起动转矩 n电动机额定转速 n=730r/min机构运动质量换算到电动机轴上的总转动惯量（），按下式计算：=k（j+j）+（） m电机个数电动机静阻力矩，按下式计算： 运行静阻力 ； d车轮踏面直径； i减速器的传动比 ； 机构的传动效率； 满足2 起动平均加速度：式中：起动平均加速度运行机构的稳定运行速度起动时间，满足要求。运行打滑验算：1. 起动时：2. 制动时：驱动轮最小轮压；打滑一侧电动机的平均起动转矩（）；计及其他传动飞轮矩影响的系数，k=1.11.2；附着系数，对室外工作的起重机取0.12；附着安全系数取1.051.2；d轴承内径；d车轮踏面直径；轴承摩擦系数取0.015；起动平均加速度；打滑一侧的制动器的制动转矩（）；制动平均减速度 ；代入数据得：起动时左边55745.530164.4 满足要求； 制动时右边53345.519688.25 满足要求。3.8车轮计算 根据轮压、小车运行速度、工作类型初选： 车轮：踏面直径d=500mm，材料zg310-570 hb 配合轴径d=65mm1. 车轮的计算轮压（1） 疲劳计算时的等效起升载荷由下式确定： 式中 等效静载荷系数，=0.16起升载荷质量，=46074.5n 根据等效起升载荷却低昂车轮的等效轮压，然后再由下式确定车轮的计算轮压： 式中小车在门架上位于地下位置（一般取为离支点1/4跨度处）时，根据门架自重、小车自重及等效起升载荷计算的最大轮压： 等效冲击系数，=1；根据，查得；（1） 强度校核时的最大计算轮压式中满载大车最大轮压，；动力系数，取；2. 车轮踏面应力接触疲劳计算（1） 车轮点接触的允许轮压 起重机正常工作时的最大轮压；起重机正常工作时的最小轮压； 点接触：与材料有关许用点接触应力常数，=0.1，钢制车轮按1表5-2选取；r曲率半径，取车轮曲率半径与轨面曲率半径中之大值，r=300mm；m由轨道顶面与车轮的曲率半径之比所确定的系数，按1表5-5选取；转速系数，按1表5-3选取=1.11；转速系数，按1表5-3选取=1.00； 满足。（2） 车轮踏面强度校核 式中 最大许用接触应力，当时，；其余符号意义同前。符合要求。3、车轮轴的计算（1）轴受纯弯曲时的应力 式中两侧轴所承受的计算弯矩，式中车轮两个轴承的间距，；轴的抗弯断面模数所以（2）轴受纯扭矩时的应力式中车轮轴所承受的计算扭矩，其中第一类载荷的动力系数，其余符号意义同前。（3） 弯曲应力和扭转应力合成的计算应力为式中将扭转应力换算为弯矩应力的系数，由于弯曲和扭转均对称，所以； 因为轴在弯矩、扭矩作用时，大小和方向均发生不变化，是对称循环；对称循环弯曲许用应力，对轴采用号钢则：式中应力集中系数，；安全系数，2.强度计算（1）受纯弯曲时的计算应力式中用最大轮压（第二类载荷）计算轴的最大弯矩，；轴的抗弯断面模数，（2）受纯扭转时的计算应力式中第二类载荷计算情况所产生的扭矩，抗扭断面模数，（3）弯曲应力和扭矩应力合成的计算应力式中将扭转应力换算为弯曲系数， ；弯曲许用应力因为所以强度计算通过。 第四章 设计总结4.1设计过程中遇到的难题在这个过程中，我遇到的问题也非常多，尤其是在查阅大量的设计规范和设计手册过程中要弄清楚使用的各个技术参数来源和正确性，一方面由于自己手上这方面资料较少，另一方面是第一次查阅这么多的规范和参数而显得疑惑和没有顺序。在经过遇到问题，思索问题到在老师和同学的帮助下解决问题的过程中，收获也是最多的。以往没有注意到的问题，都在这一次的毕业设计中得以体现，这培养了我的细心，耐心和专心。4.2设计的成败 通过感觉最大的成功就是基本上掌握了门式起重机起升机构和小车运行机构设计的理论和方法，培养了独立分析和解决工程实际问题和查阅科技方面资料、使用各种标准手册以及自学和独立工作的能力，锻炼了理论联系实际，综合运用知识的能力。把自己大学三以来掌握的理论知识转化为以一台合格的产品。不仅是对自己大学三年检验考核，也是以理论与实践的一次成功结合。本次设计最大的败笔是由于自己知识水平