毕业设计（论文）-龙门吊设计.doc

湖南湖南铁铁路科技路科技职业职业技技术术学院学院 毕业论毕业论文文 题题 目：目： 龙门龙门吊吊设计设计 系系 部：部： 机械工程系机械工程系 专专 业业： ： 机机电电一体化一体化 班班 级级： ： 308-2 姓姓 名：名： 何斌何斌 指指导导教教师师： ： 安安红战红战 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 1 摘 要 龙门吊是一种专用的起重机，因其形状像门而得其名。主要作业于露 天作业，并在固定轨道（双轨）上作业。门吊大多按导梁结构来划分可分 为箱梁结构式门吊和花架结构式门吊，也可按起重量来划分 15T 以下为轻 型门吊,15T-150T 为中型门吊 ，150T 以上为重型门吊。由于箱梁结构式 门吊性能稳定，但运输拆装等不便所以使用上为货场等固定场所使用。花 架式结构门吊，由其造价低廉，便于运输,操作方便，广泛适用于修公路铁 路等建设工程上。龙门吊的名称主要还是由于公路建设上所来的。它是集 机电于一体的工程机械设备，广泛用于各行各业的操作中，其发展具有一 定的厉史。在我国生产龙门吊的公司有河南卫华起重，它在起重行业占有 相当大的比率，本文所设计的龙门是一种小型的吊车，设计制作简单，结 构紧凑，自重轻，体积小，使用方便，横梁和立柱的结构成“门”字形， 它由葫芦起升机构、支腿、大车运行机构、主梁 、操纵室、梯子、平台栏 杆安装组成，具有减速器密封性好，齿轮、齿轴均采用优质渗碳钢经热处 理强化，齿面硬度高，耐磨性好，机械效率高的优点。采用锥形转子制动 电动机，简化制动机构。本产品形式多样，适用性好，可广泛用于提升重 物及各种形式（直的、弯曲的、圆的）工字钢轨道上，也可用于单梁、双 梁、悬挂、旋臂及轻型龙门起重机上。等特点，所以对它的设计改造是辅 助生产制造的重要工具。 关键字关键字：龙门吊 主梁 结构 调试 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 2 目 录 摘 要.1 目 录.2 1 概述.3 1.1 机械设计的发展.3 1.2 龙门吊的应用与改进.3 1.3 龙门吊的类型.4 2 龙门吊总体结构设计.5 2.1 总体设计步骤.5 2.2 龙门吊总体结构方案.5 2.3 龙门吊主要技术参数.6 3 龙门吊关键部件的设计与校核.7 3.1 电动葫芦的选择.7 3.2 主梁的设计与校核.7 4 龙门吊使用说明.12 4.1 小型龙门吊的特点.12 4.2 注意事项.12 结束语.13 致 谢.14 参考文献.15 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 3 1 概述 1.11.1 机械设计的发展机械设计的发展 为了适应现代科学技术的迅速发展，机械设计在近 30 年来发生了相当 大的变化。设计方法更趋于科学、完善，计算精度更高，计算速度更快。 主要有以下方面：一、基础理论不断深化和扩展。例如摩擦学研究摩擦表 面间的物理和化学性质，进一步探索薄层摩擦副的机理和计算问题；弹性 流体动力润滑研究计算重载点、线接触的最小油膜厚度、摩擦力和摩擦温 度等问题，以提高齿轮传动、滚动轴承等的寿命和可靠性等。疲劳断裂从 无限寿命设计发展到有限行命设计；从常规疲劳强度设计发展到用特环弹 塑性解的局部应力-应变法估算裂纹形成寿命，用裂纹扩展原理估算裂纹扩 展寿命；并进一步发展微裂纹、短裂纹、长裂纹用微观-宏观结合的寿命估 算理论等。二、传统的机械设计偏重于零件、部件的静态设计，现正向以 局部或整个机械系统为对象的动态设计方法扩展。研究机械系统的动力学 问题对发展高速机械具有重要意义。三、为使产品设计更科学、更完善、 更有市场竞争能力，新的设计方法不断出现，如优化设计、可靠性设计、 系统设计、模块化设计、价值工程、造型设计、疲劳强度设计、蠕变设计、 摩擦学设计、计算机辅助设计等。四、由于电子计算机具有运转速度快、 计算精度高、有记忆和逻辑判断功能等特点，在机械设计的各个领域中， 正在得到越来越广的应用。 1.21.2 龙门吊的应用与改进龙门吊的应用与改进 1.2.1 龙门吊的作用 龙门吊是一种提高劳动生产率，改善劳动条件的大型装卸机械，被广 泛应用于工业生产，一般应用在造船厂基地大型钢结构船段的吊装、铁路 货场、港口码头、工矿料场、机械加工车间、仓库机械制造、装配工厂、 水电站车间厂矿、企业中广泛使用。随着全球经济一体化，近几年机械制 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 4 造业务逐渐增加，对于工厂中生产的大批材料，如钢材、 （成捆）木材等的 搬运用人力非常困难，为此龙门吊的设计与研究迫在眉睫，把小型龙门吊 的设计工作提高到一个新的台阶，使之更加科学合理以减轻了工人的体力 劳动，提高劳动生产率。要保证生产的顺利进行，机械设备是关键，而龙 门吊是其中创造财富所必不可少的工具，它对生产起着举足轻重的作用。 1.2.2 龙门吊的改进 中国工程起重机（龙门吊）行业在经历了 2003 年的高速发展后，虽然 在 2004 年起重机市场经历了上半年的大起、下半年的大落，但是各项经济 指标仍创历史新高，故 2004 年又称为超高速发展的一年。从 2005 年 1-10 月情况分析，应当说中国工程起重机行业已进入了平稳、可持续发展阶段。 据工程起重机分会对 23 个主机生产企业的统计，2005 年 1-10 月，产品销 售收入 55.7 亿元，同比增长-4.8%; 利润总额 2.83 亿元，同比增长-32.7%; 工业增加值 8.8 亿元，同比增长-17.8%。销售各类起重机和其他工程机械 11368 台，同比增长-15%。 1.31.3 龙门吊的类型龙门吊的类型 LDA 型电动单梁 LX 型电动单梁悬挂式 LP 型电动单梁式 DZ12A 型单梁抓斗式 LH 型电动葫芦双梁桥式 QD 型电动双梁桥式 QZ 型电动双梁抓斗桥式 MH 型电动葫芦单梁门式 MHD 型电动双梁门式 手动单梁、双梁 BBD、BBS 型旋臂 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 5 GMH 型固定式、YMH 型移动式葫芦门式 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 6 2 龙门吊总体结构设计 2.12.1 总体设计步骤总体设计步骤 合理选型 根据使用要求、合理选择零件的类型及相应结构 载荷分析 分析计算零件和受的载荷 选 材 概括工作条件、使用要求、选择适当的材料分析失效的 形 式、确定计算准则、判定主要失效形式、确定计算准则 计 算 确定零件的基本尺寸、参数、尺寸数目多于计算准则数 目、 有些参数是选定的。 2.22.2 龙门吊总体结构方案龙门吊总体结构方案 龙门吊的龙门架是由四条龙门腿组成，两根纵梁和两根横梁组成龙门 支腿,龙门腿是一箱形结构,其外部为走行系统之链条传动箱,横梁亦是箱形 结构,为走行系统的安装基础.纵梁是组焊接工字型梁,为便于公路,铁路运 输,采用螺栓连接,纵梁为动力传动系统和液压系统安装基础。 龙门吊总体结构如图 1 所示。 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 7 图 1 龙门吊总体结构图 2.32.3 龙门吊主要技术参数龙门吊主要技术参数 此次设计的龙门吊主要技术参数如下表所示。 表 1 龙门吊主要技术参数 主提升重量15T 起重量 副提升重量510T 跨度6 米 提升高度8 米 工作级别A4 A3 速 度 主钩提升速度 0.5m5m/min 天车运行速度6m15m/min 大车运行速度3m30m/min 副钩提升速度8m/min 副钩运行速度20m/min 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 8 电 动 机 功 率 主钩提升1132kw 副钩提升7.513kw 副钩运行0.8kw 天车运行618kw 天车运行636kw 起重机总重8T200T 整机总功率10kw130kw 最大轮压5KN500KN 荐用钢轨P50/P43/P38 电源三相交流电 50Hz 380V 3-phase 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 9 3 龙门吊关键部件的设计与校核 3.13.1 电动葫芦的选择电动葫芦的选择 电动葫芦简称电葫芦，由电动机，传动机构和卷筒或链轮组成。分钢 丝绳电动葫芦和环链电动葫芦两种。通常用自带制动器的鼠笼型锥形转子 电动机或另配电磁制动器的圆柱形转子电动机驱动，起重量一般为 0.180 吨，起升高度为 330 米，多数电动葫芦由人用按钮跟随操作，也可在司机 室内操作或采用有（无）线远程距离控制，电动葫芦除可单独使用外还同 手动，车动或电动小车装配在一起悬挂在建筑物的顶棚或起重机的梁上使 用。 LDA 型电动单梁起重机与 CDI，MDI 型电动葫芦配套使用。它可起升重 物并沿主梁纵向移动。选用 CDI 型的电动葫芦即可 3.23.2 主梁的设计与校核主梁的设计与校核 3.2.1 龙门吊载荷的确定 贝雷片材料为 6Mn 钢，其拉、压、弯容许应力为 =1.3210.0=273.0 MPa，容许剪应力 = 1.3160.0 = 208.0 MPa， 弦杆截面积 A0= 25.48 cm2,惯性矩 I0= 396.6 cm4，每片重 270 kg。销子 为 30CrMnTi 钢，直径 5cm，容许剪应力 =0.451300=585.MPa，每个 重 3 kg。加强弦杆材料同贝雷片，每根重 80kg。由贝雷片拼装的龙门吊均 为多次超静定结构,计算非常繁杂。由于其为临时结构，故一般都把它简化 为静定结构计算。 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 10 图 2 龙门吊载荷示意图 龙门吊的载荷包括下面三种： (1)横梁均布荷载 q1 经计算为 3kN/m。包括桁架片、桁架支撑片。加强 弦杆、平车走行线等均近似均布,按均布荷载考虑。(2)风荷载 q2 经计算为 0.4 kN/m。风荷载一般只考虑在支腿上。(3)集中荷载 p 经计算为 200 kN/m。集中力即为小车轮作用于钢轨上的力，严格讲，小车有 2 排轮子,应 为 2 个集中力，因其间距很小，为安全与方便起按 1 个集中力考虑。集中 荷载包括 T 梁、小车、滑轮组、卷扬机、钢丝绳等重量。 弯矩-截面跨中弯矩 M-如图 3 所示，CD 杆为现场加工杆件， 精度不高，加工时孔偏大，所以 CD 杆对横梁上弦杆约束不是十分有力。严 格讲,横梁与支腿之间是介于简支与刚构之间的一种结构,计算-弯矩时 把它当成简支处理。这样偏于安全,经计算为 1215 kNm。 图 3 龙门吊应力计算示意图 如上所述,CD 杆对横梁上弦杆有一定的约束，所以在计算-截面负 弯矩时把它当成“”形刚构处理。这样,如集中荷载在跨中时，加上风荷 载作用则在-截面产生最大负弯矩.经计算，均布荷载 q1 对-截面 产生的负弯矩 M1 为-51.45 kNm；集中荷载在-245kNm；风荷载 q2 对 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 11 -截面产生的负弯矩 M3 为-49.98 kNm；则-截面负弯矩 M=M1+M2+M3=- 366.4。 主梁的设计计算涉及到：自重载荷、起升载荷、水平载荷、附加载荷 的计算；不同点的剪切力、应力，弯矩；支反力、侧向力、约束弯曲、约 束扭转、刚度计算；截面的惯性矩、断面模量、静矩和弯心的计算；计算 结果 再经主梁的限制条件（正应力、剪应力、水平和垂直静刚度刚度、动 刚度、腹板的高度比值、翼缘板的宽厚比值、主梁的跨高比值和跨宽比值、 设计变量的边界约束条件进行优化） 。一般来说,根据桥机生产厂家的规范， 端梁不进行强度、刚度等计算，端梁计算只是为了确定端梁形式及与主梁 的连接方式（铰接还是刚性连接） ，根据主梁参数从端梁系列库中选择端梁 型号,确定端梁 的主要参数。首先根据任务书要求,选择主、副小车的起重 量 4 吨和跨度 7.5 米。 3.2.2 主梁设计指标 刚度条件：容许挠度见3811 85 起重机械设计规范 1/750。 强度条件：容许强度见J1788 钢结构设计规范 =215/2=2194/2。 主梁的强度与刚度校核：刚度不足说明其主梁截面尺寸比较小，同时 也反映其强度富裕量比较小，使用一段时间后，主梁原有的上拱会逐步消 失，这时加载以后，主梁下挠就发生在水平线以下 1L(L 为跨度)。主梁 刚度校核条件包括静刚度和动刚度，静刚度以静态弹性变形量表述。静刚 度的校核即验算 额定载荷和小车自重在大跨度中引起的静挠度，经验算得： 静挠度 f=0.89 动刚度以满载自振频率表征或验算空载自振周期。按照规定，一般起 重机不用校核动刚度。 主梁的 Mmax、Qmax、Fmax,代入下列公式进行强度和刚度验算 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 12 弯曲正应力强度条件 max=Mmax/Wxw 弯曲剪应力强度条件 max=Qmax/Ix 弯曲刚度条件：fmaxf 式中符号均为通号，其意义不在赘述，其中主梁的最大挠度（Fmax)发 生在最大受力的跨中截面，由结构位移计算的常用方法可导出其计算式为 Fmax=99/384EF(8-4a/ 式中 E主梁所用材料的弹性模量 I钢梁横截面对其中性轴的惯性矩 3.2.3 主梁结构设计 最大剪应力 max 所有销子受剪均为双剪状态,max=Q 中/2A= 109.2 MPa( = 585.0 MPa)。跨中挠度 fmax 按计算 M-进行简化,则 fmax=f 集中+f 均= 38 mm( f =L/500 = 42 mm)。 主要计算准则： （1）强度抵抗塑变、整体断裂、表层断裂的能力 （2）刚度抵抗弹性变形的能力 （3）耐磨性足够的寿命 条件性计算：pp、PVPV （4）温升计算正常工作 tt 主梁截面 由: =/=(11+222+33) /(1+22+3) 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 13 =(79.254.4+265.915+2094.1)/(54.4+215+94.1) =45.756。 得:1=79.2-45.756=33.444, 2=65.9-45.756=20.144, 3=20-45.756=-25.756。 由:=+2。 得: =1+22+3+1254.4+22215+3294.1=1598174。 由:=/。 得:=159817/45.756=3493。 主梁受力图(以下由主梁最大受力点分析) 刚度校核 由:=/48=0.65。 考虑主梁动载系数为 1.1,则=1.1=0.72。 结论:/750=1.27。 强度校核 由:=/=(/4)/=(12000950/4) /3493=816/2。 结论:=2194。 挠度计算： 跨中和有效悬臂点的挠度，分别等于该测点空载和重载时对应的拱度 和翘度的数值之差，用公式可表示为： 跨中：F3f3 空f3 重 悬臂：F1f1 空f1 重 F5f5 空f5 重 几点说明： 以上所有公式中“l”均是按两端有效悬臂相等计算的，若两端有效悬 臂长度不等时，则各式 f1，f5 中的“l”分别由对应的 l1，l代替进行计 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 14 算即可。 4 龙门吊使用说明 4.14.1 小型龙门吊的特点小型龙门吊的特点 (1)结构简单，制造成本低，安装容易。 (2)操作简单，工人不必经过专门训练。 (3)维护简单，不必制定严格的维护保养制度。 (4)安全性高，可以遥控远距离操作。 4.24.2 注意事项注意事项 (1)龙门吊应有专人开车，司机应经过专业培训，熟悉本机的结构特点 和操作方法，并经考试合格后发给合格证书，才允许开车。 (2)严禁非司机开车。 (3)司机工作时，只听地面上专门人员指挥（并且只能有 1 人指挥） ， 但是无论什么人发出停车信号时均应停车，查明情况再开车。 (4)每日每次开车前，必须检查所有机械和电器设备是否良好，操作系 统是否灵活，并按规定对设备进行保养和润滑。 (5)每班第一次吊运物品以使吊运接近额定负荷的物品时，司机应先将 重物起重至不超过 0.5m 高度，然后下降到接近地面时制动。 (6)禁止超负荷使用。 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 15 (7)禁止倾斜吊运物品。 (8)龙门吊吊运物品时，应鸣铃让人躲开或绕开，禁止从人头顶通过， 开车前必须发出开车警告信号。 (9)禁止人随物品一起升降。 (10)不允许长时间吊重于空中停留，龙门吊吊装重物时，司机和地面 指挥人员不得离开。 (11)检查时应切断电源，且挂“有人检修”的牌子，以免误开车造成 重大事故。 湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业设计（论文）说明书 16 结束语 通过对小型龙门吊的设计，使我不仅了解起重设备中结构设计最重要 是要提高安全可靠度，满足技术要求，设计出的结构要经久耐用，而且使 我掌握了其状态，性能，同时揭示了对此类设备的管、用、修工作的重点， 使安全生产的可靠性意义。 起重机的制造一直是工程机械中的一个亮点，在我公司就具有世界上 最大吨位的 1200 吨起重机，它的设计与制作离不开龙门吊的参与，龙门吊 作为起重机的一种，它们用于不同的工种和作业中，在某些车间或小型行 业应用极为普遍。本篇通过对龙门吊的受力与承载情况方面进行了全面的 分析，利用平衡方程对其梁进行强度的校核，结构的的设计以及许可载荷 的确定，这样又进一步论证了它的使用与安全性能，加上一些保护装置后， 可以应用到现实中。 设计制作简单，使用方便。由于考虑到不同的应用场合，因此对它的 控制进行了多方面的规划，分为有（无）线摇控控制，直接操纵室操作， 因此特别实用。 无论社