单轨抓斗起重机设计(1.5方） 【含5张AD图纸、说明书】
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单轨抓斗起重机设计
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1.5m3单轨抓斗起重机设计摘要：起重机是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品提起，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。通常，起重机械由起升机构(使物品上下运动)、运行机构(使起重机械移动)、变幅机构和回转机构(使物品作水平移动)，再加上金属机构，动力装置，操纵控制及必要的辅助装置组合而成。在建桥工程中所用的起重机械，根据其构造和性能的不同，一般可分为轻小型起重设备、桥式类型起重机械和臂架类型起重机三大类。轻小型起重设备如：千斤顶、葫芦、卷扬机等。桥架类型起重机械如梁式起重机、龙门起重机等。臂架类型起重机如固定式回转起重机、塔式起重机、汽车起重机、轮胎、履带起重机等。关键词：起重机、循环、装置、动力装置150 cubic meters monorail grab craneAbstract: The derrick is a kind of machine that makes the circulation, intermittent sport A work includes circularly: Take the thing device from take the thing ground to bring up the product, then the level move to specify the location to decline product, carry on immediately after anti- to sport, make take the thing device to return the home position, in order to carry on next circulate. Usually, the derrick from rise to rise the organization ( make product exercised up and down), circulate the organization( make the derrick move) and become an organization and turn round the organization( make the product make the level ambulation), and the metals organization, the motive equip, the assistance that manipulate the control and necessities equips to combine.In set up the bridge engineering the derrick use, construct according to it and the dissimilarity of the function, can is divided into a heavy equipments, the bridge type type derrick and a type of arm derrick three major types generally. A heavy equipments such as: Jack, bottle gourd, a machine etc. A type of bridge derrick ,such as beam type derrick, Dragon gate derrick etc.,. A type of arm derrick such as fix the type to turn round the derrick, tower type derrick, automobile derrick, tire, track derrick etc.Key Words：derrick、circulation、machine、the motive equip目 录1绪论11.1起重机的意义11.2单轨抓斗起重机国内外研究状况21.3单轨抓斗起重机的发展趋势：21.4单轨抓斗起重机的研究内容：42 总体方案确定及基本参数52.1总体方案确定52.2基本参数53 抓斗计算63.1 抓斗的几何尺寸63.2撑杆铰点位置确定：83.2.1 滑轮组倍率83.2.2钢丝绳计算83.3滑轮直径的确定93.4抓斗强度计算94 起升机构134.1传动比的计算134.2 机构效率144.3制动器的计算154.4卷筒装置185 起升机构减速箱255.1轴的计算255.2 齿轮校核（以第一对传动齿轮为例）366 运行机构416.1 传动比的计算416.2 运行摩擦阻力426.3 电动机容量的初选426.4 制动器计算446.5 验算电动机打滑45结束语46参考文献47致谢481绪论1.1起重机的意义起重机械是用来对物料起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备，它可以减轻体力劳动、提高劳动生产率或在生产过程中进行某些特殊的工艺操作，实现机械化和现代化。起重机在搬运物料时，经历着上料、运送、卸料以及回到原处的过程，因此，起重机受的载荷是变化的，是一种间歇动作的机械。起重机一般由机械、金属结构和电气等三大部分组成。机械方面是指起升、运行、变幅和旋转等机构，即起重机一般是多动作的。轻小型起重设备一般是但动作的。本设计为单轨抓斗起重机设计。当起重量不大时，多采用电动单轨起重机。这种起重机的特点是小车可以走到另一跨去，本设计侧重于机械方面的设计。主要机构有：起升机构、运行机构。起升机构用来实现货物的升降，它是任何起重机械不可或缺的一部分，是起重机中最重要与最基本的结构。起升机构工作的好坏将直接影响到整台起重机的工作性能。起重机构主要由驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置与制动装置组成。本设计的起重机起升机构采用电动葫芦。电动葫芦属于轻小型起重设备。它是将电动机、减速机构、卷筒等紧凑地集合成一体的起重机构。它可以单独使用，也可以作为电动单轨起重机、电动单梁或双梁起重机的小车来使用。由于电动葫芦结构非常紧凑，通常由厂家专门生产，价格便宜，从而得到了普遍的应用。电动葫芦可备有小车，以便在工字梁的下翼缘上运行，是吊重在一定范围内移动。钢丝绳电动葫芦工作安全可靠，起升速度较高，故在本设计中被采用。同时，为了减轻自重，减少零件数目，采用了锥形转子电动机。运行机构的任务是使起重机或载重小车作水平运动。运行机构有无轨运行和有有轨运行之分。本设计采用有轨运行方式。这种方式在专门铺设的钢轨上运行，负荷能力大，运行阻力小。运行装置主要由运行支撑装置运行驱动装置两大部分组成。本设计着重于电动小车的设计。设计过程中，首先要确定总体的设计方案，然后各部件机构、尺寸及相互间的连接方式等，最后对部件中各零件进行校核。1.2单轨抓斗起重机国内外研究状况 随着现代工业的迅速发展，电子计算机的广泛应用，系统工程、优化工程、创造性工程、人机工程等现代化理论的发展，大大加快了现代工业的发展进程，使社会生产力又跃上了一个新水平。当今世界工业生产，由于市场竞争的需要，生产方式由单一品种的大批量向着多品种的变批量方向发展。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，单轨抓斗起重机的很多工作将被机器人和其它机器所取代。 目前世界销售市场对起重机械的需量正在不断增加，从而使国外各种制造单轨抓斗起重机企业在生产中更多地采用优化设计、机械自动化和自动化设备去提高劳动生产率，这对世界销售市场、制造商和用户都产生了巨大的影响。有关调查资料表明，65%的起重机械用户主要是为了提高生产率、减少劳动工资，因而要求采用先进的起重机设备的用户便越来越多。近年来，美国因制造技术、质量问题和价格昂贵等原因，降低了其在世界上的竞争能力；联邦德国德马克公司（DEMAG），由于实行了生产技术振兴，解决了提高生产的工艺手段，以占优势的新产品来保持其发展的优势，该公司1985年研制成DH系列电葫芦，1990年又研制了DK新系列电葫芦，其制造的电动葫芦双梁起重机有一半以上供出口，产品在国际市场上声誉很图1单轨抓斗起重机好，销路甚广。1.3单轨抓斗起重机的发展趋势：近年来，随着电子计算机的广泛应用，许多国内外单轨抓斗起重机制造商从应用计算机辅助设计系统（CAD），提高到应用计算机进行起重机的模块化设计。根据市场调查预测的统计数字和积5累的资料、图表、图线规律，在严密的科学理论指导下，拟定起重机结构、机构、部件等多层次的标准化、模块化单元。起重机采用模块单元化设计，不仅是一种设计方法的改革，而且将影响整个起重机行业的技术、生产和管理水平，老产品的更新换代、新产品的研制速度都将大大加快。对起重机的改进，只需针对几个需要修改的模块；设计新的起重机只需选用不同的模块重新进行组合；提高了通用化程度，可使单件小批量的产品改换成相对批量的模块生产。亦能以较少的模块形式，组合成不同功能和不同规格的起重机，满足市场的需求，增加竞争能力。德马克公司最近开发了一种标准车轮箱模块系列，上面有多组联接孔，选用不同型号的驱动单元，可组装成台车，可与金属构件组合后用作桥式、门式起重机或其它轨行式起重运输机械。其车轮有多种踏面形式可供选用，由于不受轮距的限制，组合更加灵活，用途更加广泛。据资料介绍，德马克公司的葫芦双梁起重机系列改用模块化设计后，比单件的设计其设计费用下降了12%,自重轻，与国内产品相比较，起重量32t、跨度25m，国内双梁起重机自重为46.4t，电动葫芦桥式起重机自重为28.3t，而德马克电动葫芦桥式起重机的自重只有18.5t，比国内产品分别轻60%和35%. 起重机的定位精度是对起重机的重要要求，多数采用转角码盘、齿轮链、激光头与钢板孔带来保证，定位精度通常为3mm，高于1mm的精度需外加定位系统2。在起重机起升速度、制动器方面的改进，则使用低速运行的起重机吊钩精确定位，起重机的刹车系统也应用微处理进行控制和监视工作。 遥控系统用于单轨抓斗起重机及其它移动式起重运输机械，这种系统包括操作者携带的控制器和安装在起重机上的接收器，控制器具有电磁辐射发生器，接收器与作用在起重机传动装置操纵机械上的转换部分相连。遥控器的应用，不仅节省人力，提高工作效率，而且使操作者的作业条件得到改善。 起重机的距离检测防撞装置，采用无线电信号型防撞装置，防撞装置由三相系统组成，用来监控起重机前端行驶距离，一般首先发出信号警告，接着将大车车速减小到50%，最后切断电机电源，将大车制动。 由于钢铁工业新技术的应用，钢材质量得以提高，如瑞典的SSAB薄钢板公司，其生产的DOMEX系列高强度及超高强度钢材3，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，因此而减少电力，节省开支。国内外单轨抓斗起重机在新材料应用方面，车轮采用空气硬化镍铬钼合金钢制造，可解决车轮的磨损和使用寿命的问题，据资料介绍，普通钢材车轮的寿命约18个月，采用这种新材料制造的车轮，其使用寿命可达5年。近年来，聚合材料在国内外单轨抓斗起重机上用作制造运行机构的齿轮、滑轮和导绳器等。 1.4单轨抓斗起重机的研究内容： 1 起升机构的工作原理是电动机通过联轴器（和传动轴）与减速器的高速轴相连，减速器的低速轴带动卷筒，吊钩等取物装置与卷绕在卷筒上的省力钢丝绳滑轮组连接起来。当电动机正反两个方向的运动传递给卷筒时，通过卷筒不同方向的旋转将钢丝绳卷入或放出，从而使吊钩与吊挂在其上的物料实现升降运动，这样，将电动机输入的旋转运动转化为吊钩的垂直上下的直线运动。常闭式制动器在通电时松闸，使机构运转；在失电情况下制动，使吊钩连同货物停止升降，并在指定位置上保持静止状态。当滑轮组升到最高极限位置时，上升极限位置限制器被触碰面动作，使吊钩停止上升。当吊载接近额定起重量时，起重量限制器及时检测出来，并给予显示，同时发出警示信号，一旦超过额定值及时切断电源，使起升机构停止运行，以保证安全。2 运行机构的任务是使起重机或载重小车作水平运动。运行机构有无轨运行和有有轨运行之分。本设计采用有轨运行方式。这种方式在专门铺设的钢轨上运行，负荷能力大，运行阻力小。运行装置主要由运行支撑装置运行驱动装置两大部分组成。本设计着重于电动小车的设计。2 总体方案确定及基本参数2.1总体方案确定本设计的单轨抓斗起重机主体由起升机构和运行机构组成。起升机构主要包括电动机、卷筒、减速器三个部分。电动机选用锥形转子电动机，此种电动机自身可以实现制动，从而减轻了自重，减少了零件的数目；卷筒选用双联卷筒；减速器选用同轴减速器，这种减速器的特点是输出与输入同轴。电动机通电后旋转，从电动机轴输出的扭矩经联轴器传到减速箱，经减速箱三级减速后达到需要的传动比，减速箱带动卷筒转动，使缠绕在卷筒上的钢丝绳随之转动，同时钢丝绳把转动转变为上下方向的移动。钢丝绳通过滑轮组带动抓斗，使抓斗实现下降、张开、抓料、闭合、卸料等一系列动作，从而完成整个工作过程。运行机构主要是指电动小车。电动小车在工字钢轨道上来回移动，可以实现物料在两个不同位置的运送，即实现小范围内的物料运送工作。2.2基本参数本设计的单轨抓斗起重机涉及的基本参数有:起重量:是指正常工作时被提升的额定载荷(包括抓斗).设计中的起重量为。起升速度和运行速度:依据工作条件、生产要求决定.设计中起升速度为，运行速度为。起升高度：根据工作需要确定。设计中的起升高度为。工作制度：反映机构使用繁忙程度和载荷特性的参数。本设计中的工作级别：起升为M6，运行为M5。3 抓斗计算本设计中采用双绳抓斗，双绳抓斗生产率高。其抓取与卸料动作是利用两个卷筒（起升卷筒和闭合卷筒）及两根钢丝绳（起升绳和闭合绳）来操纵的。3.1 抓斗的几何尺寸抓斗的额定容积抓取物料的容重 抓斗的最大开度：难抓取的物料取较大的值，易抓取的物料取较小的值。 在一定的限度内可以适当的增大开度；但是过大，则抓取深度急剧下降。取3.1.1抓斗的侧面积及侧面几何形状：根据及物料的性质确定抓斗的侧面几何形状。应使侧 板上缘的倾斜角大致与物料在运动状况下的自然坡角相等，通常约为。通过测量实际设计抓斗的尺寸： 则 侧面积宽度：确定抓斗宽度或的原则：块度大的物料及坚实的料堆应取较小值；松散物料宜取较大值。取3.1.2 颚板铰点位置可以依据以下条件确定：在最大开度时，颚板的切口应在垂直方向，以便切口顺利插入物料。测量得校正得 。撑杆依据经验公式： 则实际设计中取3.2撑杆铰点位置确定：为了使闭合绳的闭合力最小，有利于提高抓取能力，应使抓斗在开闭两种状况下滑轮中心距变动量最大。3.2.1 滑轮组倍率据“起重机械”表选取滑轮组倍率3.2.2钢丝绳计算 对于起升机构，；对于开闭机构，。为了满足整机的需要，只计算时钢丝绳的直径。选用滚动轴承，则导向滑轮效率则按工作级别M6，使用抗拉强度的钢丝绳，则查钢丝绳标准，选用的钢丝绳。3.3滑轮直径的确定按工作级别M6，选取则选取滑轮直径，上下横梁轴线的倾斜角 3.4抓斗强度计算3.4.1颚板强度计算计算假设：假设三边固定，一边是自由的颚板，其中央是危险截面，单位长度弯矩为： 则应力 选用材料ZGMn13,查得 合格3.4.2 撑杆强度当闭合终了瞬间，撑杆所受载荷最大。撑杆材料采用号钢。，撑杆的内力即截面最小惯性矩： 查“金属结构”得稳定性系数则由，知撑杆强度满足要求。3.4.3撑杆铰轴套验算比压：则即撑杆铰轴套处合格。3.4.4 颚板铰轴轴套验算比压：又则即颚板铰轴轴套验算合格。4 起升机构4.1传动比的计算起升机构减速器采用渐开线齿形定轴外啮合三级传动减速器，每一级速比如下总速比：卷筒转速电动机选用型千瓦锥形转子电动机。电动机转速起升速度按起升结构工作级别M6，查“规范”取卷筒材料采用普通碳素钢滑轮组倍率合格4.2 机构效率减速器总效率取则抓斗滑轮组效率 单个滑轮的效率取为则滑轮组效率导向滑轮的效率取起升结构总效率电动机静功率查“规范”取，则电动机轴的静扭转力矩4.3制动器的计算制动电动机轴需要的静扭转力矩制动力矩弹簧工作时的轴向压力摩擦系数取制动片平均直径：夹角则制动力矩制动安全系数查“起重机械”表，制动安全系数故安全。制动的单位比压力此时弹簧的工作压力制动片宽度：则单位比压力： 轴向吸力在定子线包通电后，圆锥转子在轴向吸力的作用下移动，打开制动盘，使载荷上升或下降运动。此轴向吸力要大于弹簧产生制动力矩的压力和在静载荷下静扭转力矩在弹簧联轴器花键中产生的静摩擦力。圆锥转子轴在轴向吸力作用下带动联轴器相对齿轮长轴有轴向移动。有相对运动的花键尺寸是。则平均半径取摩擦系数，则轴向力4.3.1起动时间1电动机额定转矩2电动机的平均力矩倍数3总转动惯量电动机转子轴飞轮矩联轴节飞轮矩起动时间：4.3.2制动时间 电动机转速 则制动时间：4.4卷筒装置1卷筒绳槽底径卷筒材料选用查“规范”得则取卷筒直径其它尺寸：2卷筒长度及壁厚其中：又，取则取。卷筒壁厚：取。3卷筒强度校核卷筒强度采用，屈服极限则钢丝绳卷绕箍紧对卷筒产生的压应力由，可得钢丝绳卷绕产生的弯曲正应力又则合成应力即故满足要求。4计算卷筒压绳板极其螺钉钢丝绳绳端固定方法采用压绳板固定压绳板计算绳尾拉力：按欧拉公式安全圈数，则，；取。每个压绳板的夹持力：压绳板选用圆形槽，则取只有在压绳板与钢丝绳之间以及钢丝绳与卷筒之间的接触面上产生足够大的摩擦力，此摩擦力大于或等于钢丝绳在固定处的拉力，才能保证安全。取钢丝绳分离体则又则一个螺钉作用给压绳板的力：即取，故压板夹持力：螺钉的强度校核：螺钉选用国标，标准件材料选用钢，屈服极限螺纹内径则又取，则故螺钉强度合格。5弹性联轴器计算弹性联轴器最大计算扭矩由，取得轮胎圈中间截面的剪切应力则截面剪切应力：轮胎圈的扭转角假设在长度内，轮胎圈是一等截面环截面弹性系数：截面的极惯性矩：则轮胎圈的挤压应力i正应力联轴器半体和压板作用给轮胎圈的正压力靠拧紧螺钉得到。在干燥表面，取则，ii挤压应力又橡胶的挤压许用应力故符合要求。螺钉强度校核螺钉选用，。材料为钢螺纹内径，螺钉数目又故强度满足。5 起升机构减速箱5.1轴的计算起升机构的减速器各齿轮和齿轮轴在载荷作用下，即由钢丝绳对卷筒产生的力矩的方向始终不变。载荷上升是由电动机通过齿轮传动把载荷起吊上来；载荷下降由电动机反相制动，阻止载荷以重力加速度下降。载荷上升和下降时，作用力方向不变，不以旋转方向的改变而改变，也就是齿轮和齿轮轴的齿是单面啮合。因此，起升减速器的轴在计算时假定扭转应力按脉动循环变化，弯曲应力按对称循环变化。1轴所传递的扭矩空心轴扭矩： 第三轴额定扭矩：，则第二轴额定扭矩：第一轴额定扭矩：则2第I轴受载及校核对图a,由，得则对图b,可简化如下：由，得 验算轴危险截面：a.I截面： 轴的材料采用20MnTiB,则查表，得，故第I截面合格。b.II截面：，（按齿根圆计算，不考虑应力集中影响） 材料的对称循环的扭转疲劳极限查表，得（按齿根圆直径，不考虑应力集中影响），故第II截面满足要求。c.III截面：III截面只受扭矩作用查表，得（不考虑应力集中影响），故第III截面满足要求。3第II轴校核由受力分析可知： 和的分力： 由，得 由，得 则 验算轴的危险断面：a.I截面：由，得 查表，得则故I截面满足要求。b.II截面： 由键槽引起的应力集中，算得由齿轮和齿轮轴装配过盈而引起的应力集中，算得取二者中最大值，即则 扭转应力按脉动循环应力由查表，得则故II截面满足要求。c.III截面：由带圆角的阶梯轴引起的应力集中，由 ， 查表，得 则 查表，得，故III截面满足要求。d.IV截面：查表，得，查表，得，则故IV截面满足要求。e.V截面：经分析，V截面受力情况同I截面相似，且两处轴径相等，故截面也满足要求。III轴IV轴校核方法同上，且两轴经校核后，均满足强度要求。5.2 齿轮校核（以第一对传动齿轮为例） 1选择材料及参数材料选用20CrMn，选8级精度的渐开线圆柱齿轮。小齿轮齿数，大齿轮齿数。传动比螺旋角两齿轮都可以采用硬齿面，则HRC=5662 2计算切向力起升载荷动载荷系数则动载荷系数由，则选取，则查表选取载荷系数分度圆上的基本切向力第I轴联轴器的效率为1，滚动轴承的效率为0.99则最大扭矩计算最大切向力由，得查表，得由查得齿间载荷分配系数则轮齿齿面接触强度切向力：同上，轮齿弯曲强度切向力： 3齿面接触强度法向压力角查表，得节点区域系数弹性系数由，得重合度系数螺旋角系数节圆处的计算接触应力： 许用接触耐性应力计算工作硬化系数则齿面接触耐久性的安全系数： 4齿面接触静强度计算节圆处的齿面接触最大计算应力：由则齿面接触静强度安全系数查表，得则 5轮齿弯曲强度计算齿形系数查表，得应力修正系数重合度系数螺旋角系数磨损系数则齿根弯曲应力：试验齿轮弯曲疲劳极限应力尺寸系数则许用弯曲疲劳应力 齿轮弯曲静强度计算弯曲最大计算应力齿跟弯曲静强度的安全系数：查表，得则故弯曲静强度满足要求。6 运行机构6.1 传动比的计算 1运行机构减速比（采用二级齿轮减速）每一级传动比如下：总速比： 2走轮转速 3 运行速度 4 机构的效率取齿轮传动效率则6.2 运行摩擦阻力运行摩擦阻力包括：车轮轴承中的摩擦；车轮的滚动摩擦；以及车轮轮缘与轨道间的附加摩擦阻力。 1车轮轴承中的摩擦 车轮轮压车轮直径车轮轴枢直径车轮轴承摩擦系数取，又，2车轮的滚动摩擦车轮前进时，由于车轮与轨道之间的挤压应力的合力偏向运行前方。滚动摩擦系数取3总摩擦阻力附加阻力系数取（全轮驱动）则6.3 电动机容量的初选每组运行驱动机构的静功率为：取，又则选的型锥形转子电动机。1走轮轮压2 验算起动时间 6.4 制动器计算1制动电动机轴需要的静转力矩由经验公式：最小制动行程：最小制动时间： 2制动器制动力矩所选电动机制动环尺寸：，则压力弹簧：工作压力，则3制动片单位比压力4制动时间 5 电动机最大力矩即电动机的最大力矩能够克服最大动力。6.5 验算电动机打滑1验算起动时间打滑取附着系数（室内）安全系数，则又则 即2验算制动时间打滑取制动时，打滑安全系数则 即结束语本次设计历时三个月，应该说这几个月对我来说是非常紧张而又充实的，从接触一样陌生的事物开始，利用软件来设计，有的只是四年来知识的累积，是一个新的开始，同时也是对四年学习的考察。这短短的几个多月应该说是四年大学中最重要的时刻，也是我收获最多的时刻。在这几个多月要告一段落的时候，我将自信的迎接一个新的开始。
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