毕业设计（论文）-桥式起重机小车行走机构设计.doc

本 科 毕 业 设 计题目 桥式起重机小车行走机构设计 系 别 工程技术系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 指导教师 职 称 教授 2015 年 04 月 12 日摘 要桥式起重机是一种工作稳定，工作效率较高的一种起重机，广泛的应用于大型厂房内的起重工作。在工厂中搬运重物，对人力不可移动的大型物体进行搬运，在工业发展中起到了重要的作用。桥式起重机大车运行机构主要包括传动装置由电机、减速器、传动轴、齿轮传动装置、车轮和轨道吊具等部分。本次设计针对了电机，减速器的选取，联轴器，轴承的选择与校核。本文通过引用多方文献，对大车运行机构进行了分析，设计计算，通过综合分析考量，利用计算机辅助设计计算最终完成设计。关键词：起重机； 大车行走装置； 减速器； AbstractBridge crane is a kind of stable work, a crane working efficiency is high, widely used in large-scale factory in the lifting work. In the factory carrying heavy loads, on human large objects can not move carry, in the industrial development plays an important role in the. The crane operation mechanism mainly comprises a driving device composed of a motor, a reducer, a transmission shaft, a gear transmission device, the wheel and the rail as part of the spreader. The design for the motor, reducer selection, coupling, selection and calibration of the bearing. This paper by quoting many literatures, the crane traveling mechanism are analyzed, the design calculation, through comprehensive analysis and consideration, complete the design of the final calculation with computer aided design.Keywords: crane; trolley device; reducer; 目 录1 绪 论11.1 概 述11.2 桥式起重机的特点11.3 本次设计内容21.4 主要技术参数32 小车支撑机构的设计计算42.1确定机构的传动方案42.2选择车轮与轨道并验算起强度43小车运行驱动机构的设计计算53.1运行阻力的计算53.2选择电动机63.3选择减速器73.4 起动时间验算83.5 验算运行机构速度和实际所需功率93.6电动机发热验算93.7电动机过载验算93.8选择制动器103.9制动时间验算113.10验算起动不打滑条件123.11验算制动不打滑条件123.12选择联轴器133.13选择缓冲器133.14 选择锚定装置143.15选择行程限位器144设计总结15参考文献16致 谢171 绪 论1.1 概 述起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。又称吊车。属于物料搬运机械。起重机的工作特点是做间歇性运动，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的。 中国古代灌溉农田用的桔是臂架型起重机的雏形。14世纪，西欧出现了人力和畜力驱动的转动臂架型起重机。19世纪前期 ，出现了桥式；起重机的重要磨损件如轴 、齿轮和吊具等开始采用金属材料制造，并开始采用水力驱动。19世纪后期，蒸汽驱动的起重机逐渐取代了水力驱动的起重机。20世纪20年代开始，由于电气工业和内燃机工业迅速发展，以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本形成。主要包括起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构和金属结构等。起升机构是起重机的基本工作机构，它们大多是由吊挂系统和绞车组成，也有通过液压系统升降重物的。运行机构用以纵向水平运移重物或调整起重机的工作位置，一般是由电动机、减速器、制动器和车轮组成。变幅机构只配备在臂架型起重机上，臂架仰起时幅度减小，俯下时幅度增大，分平衡变幅和非平衡变幅两种。回转机构用以使臂架回转，是由驱动装置和回转支承装置组成。金属结构是起重机的骨架，主要承载件如桥架、臂架和门架可为箱形结构或桁架结构，也可为腹板结构，有的可用型钢作为支承梁。起重机是减轻笨重的体力劳动、提高工作效率、实现安全生产的起重运输设备。在国民经济各部门的物质生产和物资流通中，起重机作为关键的工艺设备或主要的辅助机械，应用十分广泛。长期以来，龙门起重机仅小车运行机构采用交流驱动，近年来，起升机构和大车运行也相继采用了交流驱动技术，这样减少了维护和修理费，降低了营运成本。最近日本三井公司成功地采用了交流变频调速装置，解决了起升机构位势负载和车轮支承压力变化导致车轮转速变化的关键技术，达到了集装箱堆场作业的使用要求。德国派纳公司将其在自动控制领域所拥有的丰富经验成功地应用在大型轨道吊上,满足了现代化集装箱堆场对自动化控制的需要。1.2 桥式起重机的特点取物装置悬挂在可沿桥架运行的起重小车或运行式葫芦上的起重机，称为“桥架型起重机”。桥架两端通过运行装置直接支撑在高架轨道上的桥架型起重机，称为“桥式起重机”。桥式起重机一般由装有大车运行机构的桥架、装有起升机构和小车运行机构的起重小车、电气设备、司机室等几个大部分组成。外形像一个两端支撑在平行的两条架空轨道上平移运行的单跨平板桥。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运动；桥架和大车运行机构用来将起重小车和物品作纵向移动。 桥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桥式起重机，其他形式的桥式起重机基本上都是在通用吊钩桥式的基础上派生发展出来的。1.3 本次设计内容设计内容 电动机选型； 减速器设计；闭式齿轮传动设计；传动件设计；联轴器选型设计； 车轮及其轴系结构设计设计条件：机器功用：对露天物料进行起吊，装卸，安装，搬运等；工作情况：间断型工作，正反方向转动，载荷平稳，环境温度不超过40；运动要求：运动速度误差不超过5%；使用寿命：停歇时间与工作时间近似相等，传动零件工作总时数小时，滚动轴承寿命4 000小时；检修周期：500小时小修；2000小时大修；1.4 主要技术参数大车运行阻力 F=8kN； 大车运行速度V= 50 m/min车轮直径 500 mm； 启动系数 = 1.2 2 小车支撑机构的设计计算2.1确定机构的传动方案小车主要由起升机构、运行机构和小车架组成。小车运行机构采用四轮全驱的方式进行驱动。图2.1为小车运行机构简图:图2.1 小车运行机构简图1电动机 2制动器 3立式套装减速器 4车轮2.2选择车轮与轨道并验算起强度小车总重为Gxc=38500kg车轮的最大轮压为： =197500N车轮的最小轮压为： 载荷率： 由起重机课程设计附表17可知，当运行速度v在6090m/min，工作类型为重级时，车轮直径Dc=630mm,轨道型号为QU70（凸顶）。根据GB4628-84规定，故初选Dc=630mm。而后校核强度强度验算：按车轮与轨道为线接几点接触两中情况验算车轮接触强度，车轮踏面的疲劳强度计算载荷； Pc=163750N线接触局部挤压强度； =233694.72NPc式中-许用线接触应力常数（）,起重机设计手册【1】表3-8-6查得=7.2；-车轮与轨道有效接触强度，对于轨道型号可查起重机课程设计【2】附表22查得l=b=70mm。-转速系数，由起重机设计手册【1】表3-8-7查得，车轮转速时，=0.92-工作级别系数，由起重机设计手册【1】表3-8-8查得工作级别为7级所以=0.8点接触局部挤压强度 =式中-许用点接触应力常数（）,由起重机设计手册表3-8-6查得=0.245；R-曲率半径，车轮和轨道曲率半径的最大值， 车轮半径为mm。曲率半径为r=400mm。所以R=250m-由确定，起重机设计手册表3-8-6查得m=0.42所以，通过强度校核，根据以上计算结果 选定直径=630的双轮缘车轮标记为车轮 SYL630x210 GB4628843小车运行驱动机构的设计计算3.1运行阻力的计算摩擦阻力矩： 式中 -附加阻力系数。与车轮轮缘与轨道的摩擦、轨道的弯曲与不平行性、轨道不直以及运转时车轮的摆动等因素有关，查起重机设计手册【1】表2-3-4得；、-别为起重机小车重量和起重量；K-滚动摩擦系数（mm），它与车轮和轨道的材料性质、几何尺寸及接触表面情况有关，查起重机设计手册【1】表2-3-2得k=0.0008-车轮轴承摩擦系数，查起重机设计手册【1】表2-3-2查得=0.015d-轴承内径（mm），d=0.18,把以上数据带入上式得当满载时的运行阻力矩： 小车满载运行时静阻力：由于集装箱龙门起重机为室外起重机，所以需考虑风载和坡道阻力。满载运行时：Pj=Pm(Q=Q)+P+Pw=27650.815804825.44=34056.24NP坡道阻力P=（Gxc+Q)mc=(405000+385000)0.002=1580Nmc-坡道阻力系数，由港口起重机械【表5-9查得mc=0.002Pw风载荷Pw=CKhPIA=1.219044.68=4825.44NC-风力系数，由港口起重机械【2】表2-7查得C=1.2 Kh-风压高度变化系数，Kh=1PI-计算风压，PI=0.6P=0.6150=90N/m2P-类载荷计算风压，因本设计龙门起重机在内河工作，所以P=150N/m2A-起重小车与物品总迎风面积A=28.68+16=44.6840尺集装箱最大迎风面积：12.022.386=28.68小车最大迎风面积：161=163.2选择电动机电动机的静功率 11.95kwPj-小车满载运行时的静阻力, Vxc-小车运行速度, =80m/min;-小车运行机构传动效率,=0.95m-驱动电动机台数,m=4初选电动机功率：-电动机起动时为克服惯性的功率增大系数,对于室外工作的龙门起重机运行机构查起重机设计手册【1】，kd=1.11.3（对应速度为30m/min 180m/min）。所以取kd=1.3。查起重机设计手册【1】表33-6,电动机产品目录选择JZR2-42-8型电动机,JC%=25时，功率Ne=16.0kw,转速=715r/min,转子飞轮矩kg，电机质量=260kg按等效功率法求得，当JC%=25时，所需等效功率为： -工作类型系数，由起重机设计手册（80版）3表33-6查得=0.85；-由起重机设计手册（80版）3图8-25查得。3.3选择减速器车轮转速： 机构传动比：查起重机设计手册【1】表3-10-15，选用QS16型号减速器,，许用功率p=45.267kw，配合联轴器型号为ML5，联轴器转矩。因为表中数据是工作级别为M6时的许用功率，因此须进行工作级别这算。=40.42kw减速器输入功率： m-运行机构中减速器台数m=4：稳态运行阻力-运行起动时的惯性阻力-机构中旋转质量的惯性力增大系数1.11.3-运行机构平均加速度3.4 起动时间验算电动机起动时间： m-驱动电动机台数，m=4-平均起动力矩，-满载时静阻力矩估计机构总飞轮转矩：=1.15（1.4560.20.73）=2.74kgm=3.16s由起重机设计手册（80版）3查得，当Vxc=1.331m/s时，tq推荐值为33.7s平均加速度： 由起重机设计手册【1】表1-3-7，查得推荐值为0.330.43m/s3.5 验算运行机构速度和实际所需功率实际运行速度： 误差： 合适实际所需电动机等效功率 3.6电动机发热验算电动机发热验算： G-稳态负载平均系数，由港口起重机械【2】表4-8查得，G=G2=0.8-稳态运行阻力 所以电动机发热验算通过3.7电动机过载验算电动机过载验算： -相对于PN平均起动转矩倍数，由起重机设计手册（80版）3表33-6 查得=1.7 n-电动机额定转速-稳态运行阻力，风阻力按工作状态最大计算风压P计算。=37273.2N -由港口起重机械【2】表2-4，内河计算风压为150N/-总转矩 =36.43=10.34kw电动机过载验算通过。所以，所选电动机和减速器均合适3.8选择制动器选择制动器：因为龙门起重机在室外使用，所以考虑满载、顺风、下坡的工况。制动转矩计算：满载、顺风、下坡时制动转矩m-制动器台数，m=4-换算到制动器轴上的静转矩-不计附加摩擦的满载摩擦-风阻力，按算-换算到制动器轴上的惯性阻力矩-制动时间，推荐值为34s，取4s。由起重机设计手册【1】表3-7-17选用YWZ5-200/23,Mz=112224Nm,制动轮直径200mm，转动惯量（GD2）=0.2kgm3.9制动时间验算满载、顺风、下坡工况 起重小车许用最长制动时间34s，所以满载、顺风、下坡工况制动时间通过。空载、无风、无坡工况-不计附加摩擦的空载摩擦阻力矩起重小车许用最短制动时间11.5s，所以空载、无风、无坡工况制动时间通过。3.10验算起动不打滑条件空载工况时起动打滑验算 -主动轮最小轮压-车轮与轨道之间的黏着系数，室外工作的起重机=0.12，为以防打滑，在轨道撒沙增大粘着系数，所以=0.25k-黏着安全系数，室外起重机k=1.021.05，取k=1.02所以，起动打滑验算通过3.11验算制动不打滑条件小车制动不打滑条件： -制动时黏着安全系数，=1.2-平均制动减速度所以，制动打滑验算通过。以上飞轮矩估计制动轮和联轴器的飞轮矩与估计值相符所以不需要修改3.12选择联轴器 因选用“三合一”组合形式的减速器，所以在确定减速器型号时，联轴器型号已经确定，且四个车轮为分别驱动方式，不需要浮动轴连接。根据起重机设计手册（80版）4表3-10-17查得，QS16型号减速器确定的输入端联轴器型号为ML5联轴器，Y型轴孔，A型键槽，d=40mm，l=112mm，转动惯量（GD2）=0.73kgm。起重机设计手册（80版）3表3-10-18查得QS16型减速器输出轴花键副型号为INT/EXT 35Z3m30p6H/6h。3.13选择缓冲器碰撞瞬时动能：碰撞动能m碰撞物的质量。起升载荷能够自由摆动时，不考虑起升载荷的质量在内。m=Gxc碰撞瞬时速度。小车取额定运行速度缓冲行程内由运行阻力和制动力消耗的功：消耗功制动器的制动力换算到车轮踏面上的力。可按最大制动减速度计算。最大制动减速度，运行阻力，其最小值为：，其中为最小摩擦阻力系数，取=0.008：缓冲行程，取S=150mm=0.15m缓冲容量：缓冲器的计算容量一侧缓冲器数量，=2由于缓冲容量大，小车工作频率高，根据港口起重运输机械设计手册【4】表3-1-8.7，选用HYG30-150型号缓冲器，缓冲容量，缓冲行程150mm，质量40kg。3.14 选择锚定装置因本次设计集装箱龙门起重机工作场地在内河，根据港口起重运输机械设计手册，在小车架左右两端各设置一个锚定装置防止小车在非工作状态时自行滑动。3.15选择行程限位器选用接触式行程限位器，行程开关装在桥架端部，碰杆装在小车架上。4设计总结经过这次毕业设计，我深刻的体会到了作为一名设计人员索要满足的专业素质，也正是通过这次艰辛的毕业设计提升了自己在专业知识运用上的能力。从刚拿到课题时的茫然，到开始初步熟悉小车运行机构，到部件的选项，再到小车架的布置设计。整个过程让我受益匪浅，明白和了解了许多未曾学习和学得不够扎实的知识。我最大的体会是作为一名设计人员应有的严谨，也感受到了作为一名设计人员所需要付出的汗水。虽然我们的设计还不成熟，但是每一个细节我都会试图去查阅有关方面的书籍，力图在做出设计的同时丰富自己的专业知识，提高自己的专业素养，通过对零部件结构的设计计算和选型及小车架的布置设计，使得我作为一名设计人员深刻认知了工具书查阅的重要性。同时也感受到了自己在某些方面设计经验的不足。也从中体会到了一些传统方法的局限性。所以需要我们在以后的设计中更能创新。所以，毕业设计是一块综合性的测试。它测试我们掌握运用所学理论知识的全面性，有利于提高我们对知识的掌握，是对我们走进社会的一次演习。参考文献1张质文，王金诺，虞和谦等.起重机设计手册M.北京：中国铁道出版社，19982李谷音.港口起重机械M.北京：人民交通出版社，20093起重机设计手册编写组.起重机设计手册（80版）M.天津：机械工业出版社，19804毕华林，交通部水运司.港口起重运输机械设计手册M.北京：人民交通出版社，20015陈道南. 起重运输机械M.北京：冶金工业出版社，19976中华人民共和国国家标准GB3811-83 起重机设计规范.北京：中国标准出版社，19837陈道南，盛汉中.起重机课程设计M.北京：冶金工业出版社，19838大连起重机厂.起重机设计手册M.沈阳：辽宁人民出版社，19799扬长骙.起重机械M.北京：机械工业出版社,198210中国工程机械网.工程起重机产业现状及发展趋势 J. 11丁中立. 国外工程起重机发展趋势J.2004-11-2312Purdum.T.Machine DesignM.Journal of Coal Science&Engineering, 197813成大先.机械设计手册单行本减（变）速器电机与电器M.北京：化学工业出版社，2004