毕业设计论文-桥式起重机

武汉科技大学本科毕业设计 I 摘 要 桥式起重机使厂矿企业实现机械化生产，减轻繁重体力劳动的重要设备。在一些连续性生产流程中他有事不可或缺的工艺设备。目前，桥式起重机被广泛应用在国民经济建设各个领域，产品也已经形成多个系列。随着经济建设的发展，用户对其性能要求越来越高，这需要我们从其零件着手，优化设计，提高桥式起重机的综合经济效益。 本文主要介绍了桥式起重机的整体设计理论和设计过程，其中重点设计了桥式起重机的起升机构和运行机构。主要包括桥式起重机小车运行机构的整体设计及传动机构的布置、起升机构的计算、小车运行机构计算。还有起 升机构卷筒组的设计计算和吊具的设计计算。 关键词 ：桥式起重机；起重机小车；卷筒；吊具 武汉科技大学本科毕业设计 to of to of In of it is It be in of of is a At is in of a of of so us to of on of of in of or of 汉科技大学本科毕业设计 录 1 绪论 . 1 选题依据 . 1 桥式起重机在国内外的研究现状 . 2 国内大型起重机的发展现状 . 2 国外大型起重机的发展现状 . 3 桥式起重机的发展趋势 . 3 2 小车的设 计与传动方案 . 5 起重机小车的构造 . 5 起升机构的传动方案 . 5 小车运行机构的传动方案 . 8 带有开式齿轮传动的方案 . 8 3 小车起升机构计算 . 13 确定起升机构传动方案 . 13 选择钢丝绳 . 13 确定滑轮主要尺寸 . 14 确定卷筒尺寸，并验算强度 . 14 驱动装置的设计 . 15 卷筒转速的计算 . 15 选择电动机 . 15 验算电动机发热条件 . 17 选择减速器 . 17 校核减速器输出轴强度 . 17 选择制动器 . 18 制动器转矩计算 . 18 制动器型号的选择 . 19 选择联轴器 . 19 起制动时间验算 . 19 起动时间的验算 . 19 制动时间的验算 . 20 高速浮动轴 . 21 高速浮动轴构造 . 23 4 小车运行机构计算 . 24 确定传动方案 . 24 选择车轮及轨道并验算其强度 . 24 选择车轮及轨道并验算其强度 . 24 强度验算 . 24 运行阻力的计算 . 25 电动机的选择 . 26 验算电动机发热条件 . 27 减速器的选择 . 28 验算运行速度和实际所需功 . 28 武汉科技大学本科毕业设计 验算起动时间 . 28 按起动工况校核减速器功率 . 30 验算起动不打滑条件 . 30 制动器的选择 . 31 轴联轴器的选择 . 32 验算低速浮动轴强度 . 33 5 小车架的设计计算 . 35 端梁设计计算 . 35 小车架的结构尺寸 . 36 结束语 . 37 参考文献 . 38 致谢 . 39 武汉科技大学本科毕业设计 1 1 绪论 选题依据 起重运输机械通常用于搬运物料，随着科学技术的进步、现代化大规模生产的发展，越来越广泛的适用于国民经济各部门。现在不仅在港口、车站、料场、电站、高层建筑、工矿企业等生产领域里用到起重运输机械，甚至在生活领域也都用到起重运输机械。所以它不仅在国民经济中占有重要的位置，而且它在社会生产和生活的领域正在不断扩大。 起重运输机械作为物料搬运工具，在完成一个工作过程中，一般都包括“储、装、运、卸”作业，因而对于提高生产能力、保证产品质量、减轻劳动强度、降低成本、提高运输效率、加快物资周转、流通等方面均有着重要 的影响，对安全生产、减少事故更有显著作用。现代的搬运技术已经超越了单纯的减轻体力劳动这一传统概念，因为它不仅是在搬运数量上有很大变化，而且具有严格的时间、速度概念，必须根据系统的要求，及时的、迅速的、有节奏的“将必要的原材料或零部件，在规定的时间里，送到必要的工艺位置上”。否则，现代化的生产是不可能的。如果看看现代化大规模生产的汽车工业、冶炼工业、电子工业、以及先进的高效的加工中心、数控机床、装配自动线，就会深深感到我国的物料搬运机械与工业发达国家相比还很有差距。先在常有种说法：物料搬运技术是现代工业中最薄 弱、最迫切要解决的问题之一。从而可以看出，搬运技术将是降低产品成本最有潜力的一个途径。 箱形双梁桥式起重机是由一个有两根箱形主梁和两根横向端梁构成的双梁桥架 ,在桥架上运行起重小车 ,可起吊和水平搬运各类物体 ,它适用于机械加工和装配车间料场等场合，如下图 构成桥式起重机的主要金属结构部分是桥梁，它横架在车间两侧吊车梁的轨道上，并沿轨道前后运行。除桥架外，还有小车，小车上装有起升机构和运行机构，可以带着吊起的物品沿桥架上的轨道左右运行。于是桥架的前后运行和小车左右运行以及起升机构的升降动作，三 者所构成的立体空间范围是桥式起重机调运物品的服务空间。 通用前世起重机，一般都具有三个结构：即起升机构（起重量稍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，让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使起重机回到原来位置，准备第二次吊运工作。每运送一次物品，就要重复上一次的过程，这个过程通常称为一个工作周期。在一个周期内，各个机构不是 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。由于具有这样的工作特征，所以起重机是一种周期性间歇工作的机械。 武汉科技大学本科毕业设计 2 起重机械的基本参数有：起重量、起升高度、跨度、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、轨距、外形尺寸、最大轮压、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运输机械技术性能的重要依据。 图 桥式起重机在国内外的研究现状 国内大型起重机的发展现状 目前，国内专业生产大型起重机的厂家很多。其中以中联重科、 三一重工、 抚挖等公司产品系列较全市场占有率较高。中联重科在 2007年 12月宣布实行品牌统一战略后现已成功开发了 50t600t 履带式起重机产品系列。 作为中国起重机行业的领跑者， 徐州重型机械有限公司现在已经形成了以汽车起重机为主导， 履带式重机和全路面起重机为侧翼强势推进的庞大型谱群。国内最具历史的履带式起重机生产企业抚挖现已拥有 35t350t 的履带式起重机产品 系列。 抚挖 2007 年推出的国产首台 350 填补了国内 350t 履带式起重机的产品型谱空。三一科技自 2004 年初进入履带式起重机的研发和生产领域至今，已成功开发出 50t9000个型号的全系列产品并全部实现销售。 其 900t 履带起重机的顺利下线， 标志着我国大型、超大型履带起重机自主研发领域已走在亚洲前列，成为目前亚洲最大吨位的履带式起重机。据悉，日前三一科技已具备 3200 武汉科技大学本科毕业设计 3 国外大型起重机的发展现状 目前，国外专业生产大型起重机厂 家很多。其中利勃海尔、 特雷克斯 尼托瓦克与神钢等公司家产品系列较全， 市场占有率较高。利勃海尔公司的产品技术先进、 工作可靠，其生产的 200t。 其桁架臂履带式起重机系列在 007 年又喜添新品 ，使其产品型谱更加完善 。德马格公司主要生产起重量从 50t1600t 的 最近推出了世界最大的履带式起重机 臂新增功能套件使其起重能力达到 3200t 马尼托瓦克公司团推出了新研发的 31000型履带式起重机。其独特的创新是可变位 配重 (与使用普通的吊运能力增强附件相比，可大量减少所需的地面准备工作。 此外， 配备可变位配重的起重机能够起吊和运送所有等级的额定负荷，可以很方便地在工地上移动。神钢公司开发的履带起重机产品系列化程度高、 性价比高，深受发展中国家的欢迎，在全球范围内占有一定比例。近两年神钢在中国市场中吨位履带起重机的销售业绩较好日本产品的技术性能与德国产品还是有相当差距，但其进步较快， 价格比德国产品更有竞争力，所以它们较适合我国一般履带起重机用户。 桥式起重机的发展趋势 （ 1） 起重机的大型化。近年 来，火电发电机组的功率不断增大，由以前的 30 万主转为 60 万 至 100 万 主， 对起重机的吨位需求增大。 由于美国核电技术的推广应用， 使大件吊装量大幅增加催生了大型起重机市场的需求。大型石化项目，同样需求大吨位的大型起重机特别是履带式起重机。 （ 2） 创新设计。开展对起重机传动型式创新、结构构造创新和功能原理创新等方面理论及技术基础研究，为此着重研究新材料、 新工艺、 新的传动装置， 从而通过对不同设计方案的优选、分解和组合来产生新的设计方案，不断推出创新设计成果。 （ 3）核心技术化。 各大知 名企业均具有其独特的核心技术，并不断创新， 努力保持在同行业内的领先地位。 现在各大公司均大力研究开发自己的核心技术，以不断提升自己的产品档次和竞争能力。 （ 4） 模块化和组合化。 极短交货期的市场需求要求开展基于网络的协同异地设计技术、并行工程技术研究，这样可以缩短产品的开发周期。用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、 部件和零件制成有多种用途， 有相同联接要素和可互换的标准模块， 通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。 达到改善整机性能，降低制造成本， 提高通用 化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、 多规格的系列产品， 充分满足用户需求。 （ 5）大吨位的自拆装系统。履带起重机体太笨重在公路上无法自由行走，必须拆卸才可运输， 到达工作点后再进行组装，需要辅助吊车。为减少或不用辅助吊车， 节省施工费用， 因此研制自拆装系统势在必行。目前中吨位履带起重机的自拆装系统已武汉科技大学本科毕业设计 4 比较完善， 大吨位的自拆装系统仍是亟待解决的难题。 武汉科技大学本科毕业设计 5 2 小车的设计与传动方案 起重机小车的构造 桥式起重小车主要由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成；另外，还有一些安全防护装置。如图 升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物 。 小车运行机构包括电动机、制动器、减速器、车轮组等。 小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构 。 图 起升机构的传动方案 (1 )闭式传动 武汉科技大学本科毕业设计 6 a) b) 图 用闭式传动的起升机构构造型式 1234567891011桥式起重机的起升闭式传动方案常用的有如图 图 动机与减速器之间采用一带制动轮的弹性柱销联轴器或带制动轮的全齿联轴器直接相联接；而图 电动机与减速器之间采用一中间轴，轴的一端联有半齿联轴器，另一端则联有带制动轮的半齿联轴器。像这种在两个半齿联轴器之间没有外支座武汉科技大学本科毕业设计 7 的中间轴，除允许径向和角度有微量偏移外，由于可沿轴向稍微串动，因此称它为浮动轴。 利用浮动轴联接比弹性柱销联轴器 或全齿联轴器有两大优点： 1）容许较大的安装误差，而且轴愈长允许的安装误差愈大； 2）由于足够的维修操作空间，便于拆卸和更换零件； 3）使小车由于自重引起的轮压分布均匀。 利用浮动轴的缺点是增加了零件数量和增大了转动惯量，因而在起动与制动时增加了动力矩。 减速器与卷筒的联接型式很多，图 的 5 是用一个全齿联轴器来联接的，这种型式构造简单，分组性好，但在卷筒轴线方向所占的位置较长，且由于增加了卷筒的轴承部件和联轴器而使机构的自重有所增加。 为了缩短卷筒联接的轴向尺寸，采用同轴传动的型式，即把卷筒轴与减速 与减速器低速轴合并为一根长轴。从受载情况分析，这根轴是既受弯曲。此轴可以是三个轴承作支点的超静定轴，或用两个轴承作支点的静定轴，它们的共同缺点是装拆不便，轴的构造比较笨重，减速器不能单独进行装配和试运行。 (2 )开式传动 在电动机与卷筒之间除减速器外尚有开式齿轮传动。这种构造型式适用于起升速度较低的情况。因此车间用 32 综上，选择如图 示的闭式传动方案。即在电动机与减速器之间采用一根浮动轴，卷筒与减速低速轴采用卷筒联轴器进行连接，又由于小车下旋转，把起升机构做成左右对称的形式 ，如图 武汉科技大学本科毕业设计 8 图 123456减速器 7 小车运行机构的传动方案 对于具有四个车轮其中半数为主动轮的小车运行机构，其传动方案可分为两大类：带有开式齿轮传动的和全部为闭式齿轮传动的。 带有开式齿轮传动的方案 a） 武汉科技大学本科毕业设计 9 b） 图 123456在这种方案的运行机构中，传动的 高速级封闭在箱壳内用油润滑，而低速级采用的是开式齿轮。图 开式大齿轮做成齿圈式，分别用螺栓固定在两个主动车轮的轮辐上，并与车轮一起绕固定的车轮心轴旋转。这种传动方案，经实际使用证明，虽然在繁重工作的条件下也能满足要求，具有足够的可靠性，但车轮的装拆检修不便。图 种方案的优点是结构简单，可以很方便地检修车轮与轴承。缺点是大齿轮的支点距离较大，影响齿轮的正常啮合。 上述两种传动方案中，由于开式齿轮、轮齿的磨损严重，因此采用闭式齿轮传动。 武汉科技大学本科毕业设计 10 部为开式齿轮传动的方案 a） b） 图 速器装在小车旁侧的运行机构 12345 678武汉科技大学本科毕业设计 11 a) b) 图 速器装在小车中间的运行机构 12345 67全部为闭式齿轮传动方案如图 种方案的运行机构由电动机、制动器、立式减速器、车轮、 半齿联轴器、浮动轴、全齿联轴器等组成。这些方案中由于具轮的维护保养条件好，齿轮传动构成独立的减速器部件，因此机构的装拆分组性好。 图 种方案，安装维护减速器可在桥架走台上工作，较为安全便利；但缺点是减速器与靠近的一个车轮之间的扭矩较大，所需轴径也较大。在方案 在减速器与车轮驱动轴之间的联轴器 8，由于间隔很小，难于选择合适和可靠的结构。 在方案 轮传动轴为一根通轴，没有联轴器 5。两个车轮悬臂支承在轴承的处侧。因此结构简化，重量也相应的减轻。同时，由于空出了轴承 7 的 位置，减速器出轴与车轮轴之间的间隔增大，可以采用较长的齿轮联轴器，从而也就增加了机构武汉科技大学本科毕业设计 12 工作的可靠性。但是这种方案中，要求在小车架安装轴承处进行加工，以保证车轮轴线有足够的平行和准确，因此要求具有较高的制造工艺水平。 图 这种方案中，传动轴所受的扭矩较小。减速器出轴与车轮轴之间可采用半齿联轴器 5和浮动轴 6联接，或用一个全齿联轴器7和一根浮动轴 6联接。由于安装的偏差允许稍大一些，因而安装方便。一般起重量10吨以上的桥式起重机小车都采用这种方案。 综合以上各优缺点及参数要求，最后选 择 武汉科技大学本科毕业设计 13 3 小车起升机构计算 确定起升机构传动方案 按照布置宜紧凑的原则，决定采用如下图 方案，选用了双联滑轮组。 按 Q=32t，参考 1表 3析知承载绳分支数： Z=16，若滑轮组采用滚动轴承，查1表 2 起升机构传动方案 123456减速器 7 选择钢丝绳 钢丝绳所受最大拉力： 0 0 02 0m a x 查 1表 1重工作车间及仓库类型和 1表 1作级别 查 1表武汉科技大学本科毕业设计 14 3n=6 按下式计算钢丝绳直 8 9 a x c: 选择系数，单位 N ，用钢丝绳b=1700N/据 表得 选不松散瓦林吞型钢丝绳直径 d=17 1表 3用纤维芯钢丝绳 6 19W+丝公称抗拉强度 1700 N/光面钢丝，左右互捻，直径 d=17 6W(19) 17 确定滑轮主要尺寸 滑轮的许用最小直径： 2 52517 式中系数 e=25由 1表 3 5附表 1选用标准滑轮直径 D=610滑轮的绳槽部分尺寸可由 1表 3得滑轮绳槽断面尺寸 R=301=531=38= 确定卷筒尺寸，并验算强度 （ 1）卷筒直径 08)125(171 由 1表 3e=25，但是根据起重量选择：查 1表 3用 D=800筒绳槽尺寸由 1表 3得槽距， t=19底半径r= （ 2）卷筒尺寸 2324 2 1000184 L=2000中 附加安全系数，取 H 最大起升高度， H=18m； 无绳槽卷筒端部尺寸，由结构需要决定； 卷筒计算直径 D+d=800+17=817 武汉科技大学本科毕业设计 15 固定钢绳所需长度， 3t； 中间光滑部分长度，根据钢丝绳允许偏角确定， m 滑轮组倍率， m=2。 （ 3）卷筒壁厚 2 6 m m221 0 )(68 0 00 ( ）D 取 =24 4)卷筒壁压应力验算 M P a xm a x式中 节距（ 选用灰铸铁 小抗拉强度 40许用压应力： P m a 故抗压强度足够。 驱动装置的设计 卷筒转速的计算 单层卷绕卷筒转 m 式中 v 起升 速度（ m/s）； v=13m/m/s D 卷筒卷绕直径， D=800 选择电动机 （ 1）电动机的静功率的计算 武汉科技大学本科毕业设计 16 j 0 0 2 1 0 0 01 0 0 0 v 式中 起升载荷及起升速度； 机构总效率 ； z 滑轮组效率且取滚动轴承 取 098； d 导向滑轮效率，滚动滑轮取 t 卷筒效率，取 c 传动效率，取 （ 2）电动机功率的计算 0 0 v 式中 G 稳态负载平均系数，由 1表 21表 2重的工作车间及仓库）可知取 G= （ 3） 电动机型号的选择 查 1表 5用电动机基准工作制 电动机的额定频率为 50定电压 380V，定子绕组为 Y 接， 2501表 5座 额定功率为37定转速为 720r/孔 D=70 （ 4）电动机过载能力校验 起升机构电动机过载能力按下式进行校验 0 0 式中 在基准接电持续率时的电动机额定功率； m 电动机台数，暂取一台； m 电动机转矩的允许过载倍数，取 H 考虑电压降及转矩允差以及静载试验超载的系数。接线异步电 动机取 型取 取 n=7=105%, 故满足电动机过载能力。 满足电动机过载能力。 武汉科技大学本科毕业设计 17 验算电动机发热条件 绕线型异步电动机发热按下式校验 S 0 0 0 02 1 0 0 q 式中 稳态平均功率（ G 稳态负载平均系数，一般由 1表 5= 机构总效率； 物品起升速度（ m/s）； 起升载荷（ N）； m 电动机的个数，此处 m=1； 由于 满足要求。该电机基准工作制 ，额定输出功率： 7 选择减速器 (1)减速器传动比 起升机构传动比 i0=n/20/ 式中 n 电动机额定转速（ r/额定转速为 720r/t 卷筒转速（ r/ 1表 3三级传动。 （ 2）标准减速器的选用 根据传 动比，输入轴的转速，工作级别和电动机的额定功率来选择减速器的具体型号，并使减速器的许用功率 P满足下式： P k W) 式中： 由 1表 3k=于许多标准减速器有自己的标定的选用方法， 起重机减速器用于起升机构的选用方法为： P 37= 1表 300,许用功率 P=39i =80，质量 410，名义中心距 =500，故传动比 i=80. 校核减速器输出轴强度 减速器输出轴通过齿轮连接盘与卷筒相连时，输出轴及其轴端承受较大的短暂作用的扭矩和径向力，一般还需要对进行验算。 武汉科技大学本科毕业设计 18 轴端最大径向力 2/2m a x式中 起升载荷动载系数， S 钢丝绳的最大静拉力； t 卷筒重力， 1表 3t = F 减速器允许得最大径向载荷，查 1表 3 F=60000N 减速器输出轴承受的最大扭矩应满足以下条件： 2m 2 5 0 01 8 3 3 8 9 8)2 1 m a x 式中 2 起升载荷动载系数； T 钢丝绳最大静拉力在卷筒上产生的扭矩； T 减速器输出轴允许的最大扭矩，查 1表 3T=425000N m； 故减速器满足 要求。 选择制动器 制动器转矩计算 起升机构制动器的制动转矩必须大于由货物产生的静转矩，在货物处于悬吊状态时具有足够的安全裕度，制动转矩应满足： 0 8082 0 0 =m 式中： 制动器制动转矩（ N m）； K 制动安全系数，与机构重要程度和机构工作级别有关，由 1 表2取 Q 额定起重载荷（ N）； 卷筒卷绕直径（ m）； 机构总效率， i 传动机构传动比， i=80； 武汉科技大学本科毕业设计 19 制动器型号的选择 根据制动器的特点，使用范围以及注意事项，选择电力液压块式制动器，由 择 0 ,制动轮直径 D=315定制动转矩为 355N 选择联轴器 a x31 式中： T 所传动扭矩的计算值（ N m）； 按第类载荷计算的轴传最大扭矩，故 =1； 联轴器重要程度系数，对起升机构， 1表 3 角度偏差系数，选用齿轮联轴器， 1表 3角度偏差系数为 T （ N m）； 高速轴 : T ).0(m a x 3 0 0 . 7 式中： m 电动转矩允许过载倍数，取 电动机额定转矩， m 1k 由 1表 5得 座 动机轴端为圆锥形 d=70mm，l=140 浮动轴的两端为圆柱形 d=70l=105 1表 3得 速器的高速轴为圆锥形 d=60l=140 靠电动机轴端联轴由 1表 3轴器 ,最大容许转矩 5600N m质量 靠减速器轴端联轴器 由 1表 300制动轮的半齿联轴器，序号为 6，最大容许转矩 T=5600飞轮力矩 (量 54与制动器0相适应 ,将联轴器所需 300制动轮 ,修改 315为应用。 起制动时间验算 起动时间的验算 （ 1）起动时间的验算 武汉科技大学本科毕业设计 20 起动时间： )( 52 9 4( 0 1 0 式中 n 电动机额定转速（ r/ 电动机平均起动转矩，由 1表 2知三相交流绕线 m 电动机静阻力距， j 3 2 0 0 02 0； J 机构运动质量换算到电动机轴上总转动惯量 2220e d 5.1 式中 电动机转子的转动惯量 1表 5得 9 制动轮和联轴器的转动惯量 1表 3得 t 推荐起动时间（ s），因为 v=s,由 1表 2 t= ，故合适。因为 qq （ 2）起动平均加速度 式中： m/ V 升速度（ m/s） a）速度推荐值（ m/参见 1表 2 得a= 故 aa a满足要求。 制动时间的验算 （ 1）满载下降制动时间： 武汉科技大学本科毕业设计 21 )(j 0. 5 ）（式中 n 满载下降时电动机额定转速（ r/常 n=720=792r/ 制动器制动转矩，由 1表 3z =355N m； 满载下降时电动机静阻力距； 0 02 0J 机构运动质量换算到电动机轴上 总转动惯量（ 2220e +中： 电动机转子的转动惯量（ 由 1表 5 制动轮和联轴器的转动惯量（ 由 1表 3得 推荐制动时间（ s），可取 ，故合适。因为 zz （ 2）制动平均减速度： 式中 v v