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18 吨双梁 桥式起重机 设计 CAD

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18吨双梁桥式起重机设计含6张CAD图.zip,18,吨双梁,桥式起重机,设计,CAD

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XXXConfiguration design of ten-speed automatic transmissionswith twelve-link three-DOF Lepelletier gear mechanism工业桥式起重机的多操作模式反摇摆和定位控制资料来源：Journal of Mechanical Science and Technology设计题目： 学生姓名： 学院名称： 专业名称： 班级名称： 学 号： 指导教师： 教师职称： 完成时间： 20xx 年 6 月 10 日资料来源：Journal of Mechanical Science and TechnologyConfiguration design of ten-speed automatic transmissionswith twelve-link three-DOF Lepelletier gear mechanism工业桥式起重机的多操作模式反摇摆和定位控制哈立德索伦森 史蒂夫迪克森 汉娜费 威廉辛格尓斯 乌尔斯格劳塞尔 机械工程学院，乔治亚理工学院的30332年亚特兰大,乔治亚州,美国，（电话号码:404-874-0090，电子邮件:史蒂夫迪克森 C)摘要: 一个30吨重的工业桥起重机位于一个铝板制造商。配备了起重机操纵系统，使之能够自由运动，抗干扰性,和精确定位。之前关于反摇摆的调查，定位，和起重机控制在这些领域做出了重要贡献, 这些进步结合在一起在这里描述了统一的起重机操纵系统。系统的概述被提了出来，除了实验结果，还有关于人类操作员如何使用起重机的描述。关键词: 输入成形;命令塑造;起重机控制; 防晃动;反馈控制;机器视觉。1 介绍起重机被成千上万的人在世界各地使用，在造船厂，建筑工地，钢铁厂，仓库，核能和废物储存设施，其他工业园区。安全有效的运动是这些结构是工业的重要贡献因素生产力。一种可能会产生负面影响的起重机的重要特性，安全高效的运动是一种起重机的趋势有效载荷摇摆。外部干扰,，比如风,或指令运动能导致有效的有效载荷摆动。对人类操作员;来说有效载荷摆动使精确定位的时间消耗了。当负载或周围的障碍是危险或脆弱的，有效载荷的摆动可能会带来安全隐患。起重机的广泛使用，以及需要减少的需求不受欢迎的振荡，不期望的振荡，激发了大量的研究。在这方面取得了重大进展的领域：1）动作诱发的振荡减少，2）干扰拒绝，3）定位能力，4）有效载荷摆动检测，5）操作员界面设计。这些地区每一个进展都被合并成一个统一的起重机操纵系统(CMS)。CMS的效用它为操作者提供了一种生成的方法。这项工作得到了计算机辅助公司，洛根铝以及西门子能源与自动化的支持。专利通告：本文描述的控制方法受到世界知识产权组织的保护（2006/115912 A2)。这些方法的商业使用需要编写来自计算机辅助公司和乔治亚理工学院的许可。978 - 3 - 902661 - 00 - 5/082008 IFAC / 20.00美元安全有效的无动作，以及精确的定位。本文描述了CMS的组成部分，以及这个系统在30吨的工业上的实现桥式起重机。这架起重机位于洛根铝公司，主要生产铝板产品。在第2节中，对洛根起重机及其他的描述提出了动态行为。第三节提供了一个CMS的概述以及该系统如何集成到洛根的起重机。在第四节，性能试验的结果在装有CMS的罗根起重机上。 2系统描述图1展示了一张30吨的洛根起重机的照片。（a）桥，钩，和跑道(b)电车的特写镜头电车在桥上横过，跨越一个距离约30米。同样,桥可以沿着静止的轨道移动大约一段距离50米。吊钩被悬挂在下面电车。在运行期间，悬索电缆长度3到10米不等。这座桥装有两个7.5千瓦（10马力）的桥。480伏交流感应电机。同样,电车装备有3.75千瓦(5马力)480伏交流感应电机。马达控制由磁控脉冲P3矢量驱动。本设备允许连续变化的速度控制。吊钩被悬挂在下面电车。在运行期间，悬索电缆长度3到10米不等。这座桥装有两个7.5千瓦（10马力）的桥。480伏交流感应电机。同样,电车配备了两个3.75千瓦（5马力）的装备。480伏交流感应电机。马达控制由磁控脉冲p3矢量驱动。本设备允许连续变化的速度控制。此外,可参数化驱动。最大允许的速度和加速度限制已经被编程分别是0.75m/s和0.75/s2图1所示。洛根铝30吨桥起重机。在安装CMS之前，操作员启动了通过从一个杠杆接口发出命令直接到起重机的驱动。这种驱动的模型图2的框图说明了过程。DM，表示系统矢量驱动的行为和交流感应电机。这种植物接受参考速度指令，虚拟现实，由人类向起重机发出算符，把这些信号转换成实际的速度在头顶的电车中，小车的运动引起了钩和连接的有效载荷用电缆角。这个行为是由块g表示的。2.1工业起重机动态模型 交流感应电动机和矢量驱动的行为是非线性。然而，这种行为可以被精确地建模通过结合几个更简单的元素，（索伦森2005）。图2的DM块被扩展到图3揭示这样一个模型。这个模型由四个元素组成：饱和器，一个开关，一个速率限制器，一个重阻尼的二次指令植入，H，饱和元素截过过度对起重机的速度指令，而速率限制器位置上和下界在加速度上起重机。H用来模拟平滑的行为驱动器和电机。切换元素的功能是将参考信号，虚拟现实，传递给速率限制块。图2所示。起重机驱动框图，驱动器与电机、DM图3所示。扩展的驱动器和马达模型块。然而，当过渡速度命令被发布时对起重机来说，这个开关暂时发出一个零信号。过渡速度命令是那些命令改变起重机的移动方向（向前移动反向或反之亦然)。这种行为取决于虚拟现实和Vt，可以用下面的开关来描述规则:开关=vr,vr,Signvr=signvt,vtX,0 , , 其他 (1)该模型可用于表示该模型的行为通过正确的选择，洛根起重机驱动和马达与模型相关的五个参数：p -饱和阈值，X-开关阈值，m-速率限制的最大斜率，h-阻尼H和nh的比，H的自然频率。为洛根起重机，这些参数估计是0。75米/秒，0。038米/秒，0。63/s2，0。75，和。分别。图4比较了模型的响应以及实际系统对几个速度的响应命令。当马达移动起重机时，振动会被激发钩。如图2所示，吊钩的角响应是由植物的振荡行为这个钩子可以用线性传输函数表示【索伦森et al .,2007】: G=SVtS=（-n2g）sS2+2nS+n2 （2）对于洛根起重机来说，阻尼比是近似的0.01。固有频率，n，是一个函数电缆悬挂长度，L，和加速度重力,g: n=gL (3) 时间(s) 图4所示。比较实际和建模的响应驱动和马达到不同的速度指令。(1)反应达到100%的速度。（2）对50%的响应速度。（3）响应从100%速度到-100%的响应速度。3CMS的集成第二节中描述的起重机已经被增强了CMS。一种拓扑图示起重机如图5所示。这个图形描述了元素CMS组成:l 支持自由运动的控制体系结构和精确负载定位。l 用于帮助精确的可视人机界面起重机的定位。这个接口实现在触摸屏显示器上。l 一个用于简化总动作任务的操纵杆接口。l 一个标准的杆接口。l 一种用于感应钩摆的机器视觉系统l 用于测量起重机位置的激光测距传感器CMS的主要元素是反摆动定位控制。该组件接收信息来自其他CMS的元素：来自于三种接口设备，起重机定位信息激光测距传感器和钩位移信息从机器视觉系统。的信息这些元素被控制用来产生低影响力向起重机发出的速度指令驱动器。下面的小节提供了更详细的信息关于CMS的每个元素。3.1人机界面在将CMS安装在洛根起重机之前，操作人员使用了三种方法来控制起重机的运动。接口。这个装置允许桥，电车，和互相独立地指挥各自的驱动杠杆。两个额外的接口设备安装在CMS中：一个操纵杆接口，还有一个可视的触摸屏界面。实现这些设备的动机是根深蒂固的提高操作人员控制起重机的方式。视觉界面允许简化的定位控制，同时操纵杆允许简化速度控制。简化的定位。在许多应用程序中,精确需要重复的载荷定位。视觉接口是一个实时的图形表示起重机和起重机工作空间允许操作员进行存储所需的有效载荷目的地，并命令起重机去这些地方行进(苏特等人，2007，索伦森,2007 b)。图5所示。CMS的组件集成到起重机中系统。为将来存储一个有效负载目的地使用，操作人员必须首先手动定位起重机在这个位置。然后，对应的坐标起重机的位置可以自动存储在视觉界面。目标图像表示位置在触摸屏上。操作符指定想要的钩子通过触摸所显示的存储目标在图形工作区图像中。一旦操作符指定想要的目的地，反馈控制系统自动驱动起重机到指定的位置没有载荷影响。图6所示。洛根吊车视觉界面的屏幕截图。图6是一个可视界面的屏幕截图。在地区操作符可以存储和指定钩子目的地。区域B显示各种系统指标，如反摇摆活动、系统错误和操作模式。地区C显示实际和需要的起重机位置信息。对于精确定位应用程序，可视界面与传统相比，生产效率大大提高手动控制（索伦森等，2007b）。这是因为使用该接口的操作人员可以自动定位起重机在一个理想的位置，在接近时间的最佳位置和脱钩的方式。手动定位更分散。运营商必须进行广泛的培训。通常,结构的移动非常缓慢以确保准确安全定位。一个视觉界面，和这里描述的相似，安装在10吨重的工业桥起重机上在乔治亚理工学院。算子的研究在这架起重机上进行的操作显示了操作人员使用的视觉界面完成定位任务5%到45%比手动控制快得多（索伦森等，2007b） 除了定位简单之外，还有其他的福利使用可视化界面。这些福利相对人类操作员的认知过程。类型由视觉界面提供的基于手势控制的控制利用直观的行为（弗丽嘉等人，2003，阿马特等2004年），这就不那么复杂了，需要的认知也更少了，如前所述在（鄂逊,1995）移动操作人员的巨大益处基于直觉的行为。操作员的动作可以自由地分析新情况和监视系统的现有状态。简化的速度控制。而可视化界面促进自动起重机的运动，杠杆和操纵杆接口可以用于手动动作任务。一般来说，操纵杆接口允许这样的类型要比控制杆接口更有效地完成任务（索伦森2007b）当操作员试图指挥起重机运动时使用一个杠杆界面，他或她在精神上完成了几个步骤。首先，钩子的期望轨迹有效载荷被解耦到运动学组件中对于不同的执行方式（例如，左右、上下)。然后,分离的轨迹在精神上映射到相应的执行杠杆。最后，操作员尝试进行物理操作抑制正确的杠杆组合，使起重机沿着理想的轨迹运动。为有效的运动,一般来说两个杠杆必须同时控制的运营商。因为这很困难，操作员经常用不太有效的轨迹操纵起重机每次只要求一个动作方向的运动。操纵起重机和操纵杆，操作人员将操纵杆手柄指向一个需要的方向变量位移。方向和位移操纵杆手柄与方向一致起重机的速度旅行。这种手动控制方式能比杠杆更有效的起重机运动接口。这是因为操作人员更容易使用同时驱动两种起重机的操纵杆桥和电车方向。3.2敏感元件信息机器视觉系统。感官信息用西门子720系列的视角来获取钩形秋千系统。这个相机是一个独立的图像传感器图像获取、处理和通信功能。视觉系统安装在电车轨道上，在钩悬索的支点附近，面向视图，查看钩子和周围的工作区。在这个向下的配置，顶部的起重机钩子总是在照相机的视野范围内，如图所示在图7中。激光测距传感器。绝对的桥和电车通过使用两个横幅Lt3系列获得位置激光测距传感器。这些位置传感器有一个范围5000米的分辨率和大约1.3厘米的分辨率距离。两个传感器都安装在桥上。一个它的方向是检测电车的位置桥。另一种是定位于检测到沿着固定的跑道大桥。图7所示。被机器捕获和处理的图像视觉系统(大型图)。近距离的照片安装在钩子上的基准（子图）。为方便可靠的钩跟踪，一个发光二极管(LED)阵列安装。当视觉系统获得一个图像，LED阵列同时脉冲（类似于相机上的闪灯）。两个基准标记由反反射材料制成，安装在顶部在钩上，将脉冲光反射回相机镜头。通过这样做，基准标记很容易被识别从图像的其他特征。近距离观察基准标记在图的子图7中显示。相机每70毫秒就有一张图像。一个程序在摄像机内处理图像获得坐标关于基准标记的信息。这个信息随后被传达到反摇摆的定位控制器。3.3防晃动 &定位控制反摇摆和定位控制的框图如图8所示。这个框图描述了一个控件原始起重机系统的建筑结构进入一个双循环反馈结构。控制生成参考速度命令，当发布到非线性驱动和电动机DM，实现3有效载荷:1）精确定位能力，2）动作诱发的振荡抑制，以及3)抗干扰性。在接下来的章节中，简短的描述能够实现这些结果的控制元素是提供。因为对这个控制的全面描述它的稳定性超出了本文的范围，读者对这种控制的发展感兴趣严格的稳定性分析的结果（索伦森，2005，索伦森等人，2007a，索伦森,2007）。 运动诱导视盲振荡抑制。一个成功的抑制动作诱发振荡的方法是要生成一个命令，使系统可以取消自己的振荡。一种叫做输入整形的技术，通过使用引用命令来实现有一系列的脉冲叫做输入形成器（史密斯,1957年，辛格乐斯和塞林，1990年）卷积的产品,而不是原来的引用运动诱导视盲的命令植入。对于正确设计的输入输出，一个线性的系统将在响应中显示零剩余振荡修改后的命令。这个场景演示了图9(a)。引用命令（在本例中是一个步骤）由双脉冲输入的脉冲进行修改。时间和脉冲振幅都是正确选择来抵消H的振荡动力学。图8所示。防晃动&定位控制器。当形状指令执行H时，结果为0残留振荡。一个代表一般的框图图9（b）显示输入成形过程。IS是输入形状和H是线性植物。这种运动诱发的振荡抑制是综合的通过合并进入CMS控制结构输入信号进入到信号路径。在图8中，输入形状是由被标记的块表示的。这形状的设计是为了否定它的振荡动力学由扰动形成的闭环传递函数拒绝反馈回路。输入命令接受命令速度信号，Vc，来自三个元素中的一个。如果起重机是手动操作的，那么信号从操纵杆或控制杆接口输入到输入脉冲整形器。如果起重机被自动定位通过使用触摸屏，然后是来自a的信号定位控制块被分发给脉冲整形器。那形状命令，Vs，被用作参考命令对于干扰抑制回路。当输入的形状对线性系统有效时，在驱动和马达中包含的非线性元素，DM可以显著降低形状的能力命令来消除振荡(劳伦斯等人，2004年，2005年，索伦森和辛格罗斯，2007年)一个策略来减轻饱和和速率限制的有害影响在DM块中出现了(索伦森,2007)。一个人工饱和元素，和一个人为限制因素可能被纳入信号路径这样这些元素在被输入成型机修改之前就会对其进行筛选。通过样做，输入所产生的形状命令不会被饱和度和速率破坏限制在驱动器和马达中包含的元素。那人工合成的饱和和速率限制参数元素必须等于，或者比它更保守实际饱和和速率限制参数。精确的负载定位。当操作员控制通过使用视觉界面，位置参考命令被发布到CMS控制中。鉴于有效载荷最终会直接落在下面顶置支撑装置，小车的最终定位相当于对有效载荷的最终定位。因此,精确的载荷定位是通过使用位置来完成的从激光测距传感器到控制的信息电车的位置。Pr，Pt和Pe是参考电车位置，实际的电车位置和定位错误,。对于定位误差，比例导数（PD）控制块产生一个速度信号它试图把起重机拉到想要的位置。如果这个信号被直接发送到驱动器上，然后是电车定位的目标完成，但是，引人注目的钩摆将会是展出。因为输入的信息会过滤掉这些命令，这是驱动起重机的双重目标这是一个理想的位置，同时也能防止动作诱导振荡。在反馈循环中使用输入输出的方式是非传统的控制架构。然而,明显文学作品的主体是不存在的这些类型的系统(左德拉博等人，1995，卡皮拉等，2000，施特林和辛格，2003年，休伊和辛格斯，2005年)。为CMS控制，稳定的PD控制增益通过使用一个根轨迹近似技术来获得理想的系统性能根轨迹近似技术。这个根轨迹技术忽略了控制结构中的非线性元素，因此，不能保证非线性的稳定性系统。然而，它确实提供了对这个循环系统的动态，并揭示了当系统在其内部运行时预期的行为线性区域。从根中获得的PD控制增益轨迹近似技术得到了严格的验证用数值方法建立系统的非线性模型在(索伦森等人，2007a)中。抗干扰性。其主要来源：有线电视的影响力被指挥，次要的来源振荡，例如外部扰动，或未建模动态也有助于不需要的勾勾。这些干扰类型可以被模拟为诱导a颠覆性角度，这是无干扰的角度，产生实际的电缆角度，a。干扰拒绝是通过使用机器视觉系统提供感官反馈实际的电缆角度，a对于小角度，水平方向吊钩从垂直的位置位移可以合理地估计La，这个数量是在PD块中被利用，产生了校正速度用来抑制破坏性振荡的指令。这些信号被添加到形状的速度信号中，从输入的纸上获得。合并后的信号然后发给系统驱动器。虽然驱动和马达包含非线性元素，这些组件在它们的线性内运行地区频繁。因此，在这段时间里，叠加。因此，因为信号，持续的将起重机推向一个理想的设置点，以及信号，Vd，试图抑制振荡，CMS控制将实现定位的双重目标抗干扰性。此外，因为Vs是一个输入型命令，动作诱导的钩摆将会减少。通过这种方式，CMS控制消除了运动诱导振荡，拒绝干扰，并使精确定位的有效载荷。3.4将输入形成的有益属性反馈控制在前面的小节中介绍的控制架构分配动作诱发振荡抑制任务输入整形滤波器。干扰感应振荡抑制是通过反馈控制实现的。只有反馈可以抑制两种运动以及引发的有效载荷摆动，有益系统当这些任务被分离时，行为就会显示出来(明奇和辛格,2002，肯森和辛格斯2002).输入成形减少了运动诱发的振荡预期的方式，而不是反应的方式反馈控制。振荡抑制完成通过参考信号来预测振荡在它发生之前，而不是一个纠正信号试图将偏差恢复到一个参考信号。在起重机控制的背景下，这意味着运动诱导振荡通常在1/2内被抑制当使用输入形状时，振荡周期。来通过反馈控制来达到类似的效果必须使用增益，这将导致更高的执行机构努力，以及比使用时更大的命令扭曲输入成形。分配引起的另一个有益的结果振荡抑制到输入成型滤波器与多模电缆摇摆有关。对于一些有效载荷操纵装置，起重机可以表现出“双摆”振动动力学(斯豪斯等，在出版社)。在这种情况下，积极的干扰拒绝反馈增益将导致非线性驱动和马达显示限制自行车。通过利用输入塑造，动作诱导多模式系统的振荡抑制可以是在没有侵略性的控制增益的情况下，快速地被抑制。4 紧凑型机器控制系统绩效评估 交叉模态应变能的反摇摆和定位能力洛根起重机经过严格的测试。4.1节讨论了动作诱导振荡抑制部分。4.2讨论了抗干扰性。最后,4.3节讨论了定位。4.1 运动诱导视盲振荡抑制评估紧凑型机器控制系统的功能运动诱发的振动，起重机和而没有启用紧凑型机器控制系统。在第一组这样的测试中，杠杆接口用于发出一个步骤命令速度的桥。桥的速度响应图10（a）的实线显示了这个命令。连接到桥的震动响应图10（b）的实线显示。相同的测试在启用CMS时进行了操作。这些结果用图10的虚线表示。这座桥展览一个明显不同的运动轮廓会导致更少的钩摇摆。在重复这些测试时，也得到了相似的结果在电车轨道上，同时在小车和桥的方向。图11的柱状图总结每一项的摆动幅度结果测试。时间（s）(一) 速度命令时间（s）(b)钩摇摆图10所示。运动诱发的振荡抑制没有启用CMS。图11所示。步进后的残余钩振幅向起重机发出了速度指令。另一组测试是在脉冲中进行的向起重机发出了速度（而不是一步）。对于每一个测试，都使用了杠杆接口快速加速起重机的最大速度。在起重机以最大速度行驶之后大约两秒钟后，起重机迅速地减速到一个完全停止。摇摆振幅的结果这些测试在图12的柱状图中进行了总结。在图11和12中总结的结果装备有CMS的起重机可以减少动作感应振荡的大约90%。4.2干扰抑制紧凑型机器控制系统的干扰抑制能力通过向系统中传递一个初始的挂钩来进行评估而CMS则被停用。然后,CMS当起重机位置和钩位置数据被激活时被记录下来。这个实验重复了几次不同的悬索电缆长度从1000米到300米不等。对这个实验的典型系统反应是图13所示。桥的位置是用实线表示的。有效载荷位置用虚线表示。CMS在大约t=6s的时候被激活。钩子振荡主要是随着时间的推移而减弱的t=17s，一个大约两个振荡的时间周期期。4.3定位功能CMS的定位功能被评估向起重机发出几个参考位置。自动控制欲把起重机拉到想要的在限制运动诱导和抑制诱导的情况振荡。起重机对典型的反应图12所示。脉冲后残余钩振幅向起重机发出了速度指令。时间（s）图13所示。取消的干扰感应振荡时间（s）图14所示。对一个位置命令启用了CMS的电车响应1.25 m。 试验数字图15所示。最终定位误差从需要的位置到实际的起重机位置。位置命令如图14所示。此图描绘了只有在电车方向上运动，但每次测试都需要起重机在两个位置同时放置小车和桥的方向。图中所描绘的审判。电车从一个位置开始，然后是命令移动125米的位置。固体曲线代表了电车的位置实验;虚线表示的是钩。8个试验的定位误差结果显示在图15所示。这个图形的纵轴代表了最终的期望起重机位置的径向定位误差以及实际的起重机位置。基于这些结果,平均辐射定位误差约为1.8厘米标准偏差约为1.3厘米。5结论建立了起重机操纵系统（CMS）在30吨重的桥式起重机上实施。该系统是由传感钩的机器视觉系统组成位置，激光测距传感器获取桥梁手推车的位置，一个用来简化毛的操纵杆的界面动作任务，一个用于简化的可视化触摸屏界面定位任务，以及反sway/定位控制法律。6致谢如果没有这个项目，这个项目是不可能实现的康诺公司和西门子能源公司的慷慨支持自动化。我们的感激之情也延伸到了巴里先生。洛根铝业公司的加德纳提供专家技术能力和服务参考文献：(1) 阿马弗嘉力和 卡萨尔斯。人类的机器人从视觉感知交互。在电气与电子工程师协会。在智能机器人和系统上，1997年2002年,森德尔绸,日本,2004年。(2) 马奈尔弗丽嘉，约瑟夫费尔南德斯和琼阿兰达。视觉通过手势进行人机界面。在IEEE Int。在机器人和自动化方面，页386-391，台北，台湾,2003年。(3) j.r. 休伊和w.新豪斯。实验验证闭环输入整形的稳定性分析控制器。智能机电一体化，蒙特雷，2005，2005。 (4) 卡米拉，a.t塞斯，和。闭环输入成形对于使用时间延迟控制的灵活结构。j .的动态系统，测量和控制，122:454460年,2000年。(5) 迈克尔凯森和威廉新豪斯。并行设计输入形状和比例加导数反馈控制。动态系统，测量和控制,(9月),2002。(6) 杰森劳伦斯，马修法尔肯伯格，。灵活、非线性、在线的输入成形机械臂与反弹。在日美研讨会在灵活的自动化上，丹佛，科罗拉多威廉新豪斯州，2004。(7) 杰森劳伦斯，威廉新豪斯和基斯海克曼。摩擦补偿指令成形减少。振动和声学，127:307-314，2005年。(8) 马可辛格。并发前馈/反馈利用时滞滤波器控制器设计。在理论指导、导航和控制相依,蒙特利,CA,2002。(9) 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要机械设备，尤其是工程机械设备应用场所相当宽阔。在这股应用浪潮下，工程类机械得到了长足的发展、一直持火爆趋势，各种新的理念，技术，工艺不断给予工程机械新的活力，因而工程机械行业的工程技术人员随之面临着新的挑战考验。在不同的工作场合下，起重机有不同的用途，起重机起重重物一般采用吊钩、吊具或其它抓具使大重量物体从一个地方脱离地面到达另一个地方，是方便人们生活运输的设备，也是国民经济各生产部门实现提高劳动生产率，进行生产过程机械化不可或缺的大型机械设备，被广泛的用于各种物料的起重、运输、装卸和安装等作业中，起重机的应用不仅大大减轻了人力的使用，而且提高了整个工程的作业进度，节约了时间，对工程的优化作业起到了巨大的作用。本设计主要针对18吨双梁桥式起重机的整体设计，主要用于工厂车间，起重较小的室内等地方。通过已知的设计参数，对起重机各机构的驱动方式选择，通过计算各种强度，刚度等，对起升机构，运行机构的零件，如减速器、电动机，制动器，联轴器等标准件的选取，对非标准件进行强度校核计算设计，如对大车主端梁的结构设计等，完成18吨双梁桥式起重机的基本设计要求。关键词：起重机； 起升机构； 运行机构，结构设计Abstract There are many kinds of engineering machines and they are widely used in recent years, engineering machinery is developing very fast, continuous, and the new idea, new technology, new technology, new materials are given new vitality, construction machinery and construction machinery industry test engineers are then faced with new challenges.Crane in different occasions of the project with different ways of working, reciprocating cycle, start-stop interval and so on, are the most commonly used actions is a kind of hook, hook or other grabs the big weight objects can be achieved from the ground shifted to another place, convenient peoples life of transport equipment, is the production department to improve labor productivity, national economy indispensable to the production process mechanization of large mechanical equipment, is widely used for various materials, such as lifting, transportation, loading and unloading and installation work, the application of the crane not only greatly reduce the use of human, and improved the operation for the whole project schedule, save time,It has played a great role in engineering optimization.This design is mainly for the overall design of the 18-ton double-beam bridge crane, which is mainly used in the workshop and indoor areas with small lifting capacity. Through the known design parameters, drive mode choice for cranes institutions, through the calculation of strength, stiffness, etc., the lifting mechanism, operation mechanism components, such as reducer, electromotor, brakes, couplings, etc. The selection of standard parts, strength check calculation of non-standard design, such as the big owner beam structure design and so on, complete 18 tons of double beam bridge crane, the basic design requirements.Keywords：Double beam bridge and crane，Lifting mechanism，Operating mechanism, structural design.目 录桥式起重机概述1桥式起重机的主要技术参数与工作级别6主要技术参数：6机构工作级别7第一章8桥式起重机的起升机构的设计及零件的选择8技术路线81.1桥式起重机的起升机构的设计及零件的选择81.1.1传动方式的选择91.1.2钢丝绳与卷筒的选择111.2滑轮的计算141.3吊钩组的选择计算151.3.1吊钩的种类151.3.2钩孔直径的计算161.3.3吊钩尾部螺纹直径的确定181.3.4吊钩横梁的计算191.3.5吊钩拉板强度计算211.4卷筒的选择计算211.4.1卷筒的构造与类型211.4.2按钢丝绳在卷筒上的卷绕层数分类221.4.3按卷筒的表面不同分类221.4.4按卷筒的制作方法分类231.5选择电动机251.5.1计算机构的稳态起升功率251.5.2计算机构的稳态负载平均功率261.6选择减速器261.6.1选择传动比261.7选择联轴器281.8起制动时间验算30第二章32桥式起重机大车运行机构的设计思路322.1大车运行机构设计的基本原则和要求322.2机构的传动方案选择322.3选择车轮和轨道332.4稳态运行阻力的计算372.4.1摩擦阻力的计算372.4.2坡道阻力的计算382.4.3惯性阻力382.5电动机的选择392.5.1计算稳态运行功率392.5.2电动机容量的选择392.6减速器的选择402.6.1传动比的计算402.6.2输入功率和输出轴扭矩402.6.3起动时间与启动加速度验算422.6.4制动器的选择422.6.5联轴器的选择与计算43第三章44桥式起重机小车运行机构的总体设计思路443.1小车运行机构设计的基本原则和要求443.2机构的传动方案选择443.3小车轮距的确定453.4选择车轮和轨道463.5稳态运行阻力的计算503.5.1摩擦阻力503.5.2坡道阻力的计算503.5.3惯性阻力513.6电动机的选择513.7减速器的选择523.7.1传动比的计算523.7.2输入功率和输出轴扭矩533.8起动时间与启动加速度验算543.8制动器的选择543.9联轴器的选择与计算55第四章56桥式起重机箱型桥架的设计及步骤564.1箱型双梁桥架的结构564.2主要尺寸的确定584.2.1大车轮距：584.2.2主梁高度594.6端梁的尺寸的确定62参考文献63致 谢64桥式起重机概述工程起重机的概念生活中那些对重量物体进行移送，以实现安全、高效生产的机械，不管结构简单与复杂，都归起重机械的范畴。对不同的物体，在不同的场合，起重机械以各种形态出现，适应各类环境， 实现升降与运移重物的机器设备。轻小型起重设备和升降机一般是单动作的，各类起重机都是多动作的，起重机一般由机械、金属机构和电气等三大部分组成、主要有起升、运行、变幅、回转等机构、起重机有人力驱动，液压驱动的，但大多数是电力驱动的。在水利电力建设事业中，起重机械的使用范围极为广泛。在装卸、吊运、安装等场合下，均需要大量使用起重机。在火力发电厂的建设施工中，需要吊装和搬运的物料总重量达数万吨，其中不少组合件的吊装和搬运重量常达几百吨。因此，必须选用一些大型起重机进行锅炉和厂房构件等的吊装工作。随着火电机组容量的增大，所需起重机的吨位也越来越大。常见的吨位起重机类型有：门式、塔式、梁式起重机、轮胎式起重机以及汽轮机厂房内设置的桥式起重机等。起重机的分类本设计的起重机是一种“四梁”式起重机，形状如桥架，在桥架的两端用车轮组支撑在轨道上，由于其简单的结构构造，方便的操作方式，在空中作业占地面积几乎最低的特点下，成为在工业，矿业等吊运企业的必须设备。它通过垂直与水平的合成运动，可在轨道允许的范围内完成各种吊运工作。在各类大、中型企业中，桥式起重机都是不可缺少的起重设备之一。了解起重机的种类、构造、性能等方面的知识和正确掌握它的设计方法、使用和维修方法就显得特别重要，而且对减轻起重机的自重，延长其使用年限，对生产效率等有着革命性的意义。桥式起重机的种类很多，按其主梁的数量，可分为单梁的和双梁的两大类。其中单梁的有用按钮站操纵的和用人驾驶的之分。电动的双梁桥式起重机有通用、锻造和铸造等各种。（1）吊钩起重机起重量在10t以下的起重机，采用一套升降机构，即一个吊钩；15t以上的起重机采用主、副两套升降机构，即两个吊钩。其表示方法是：主钩额定起重量/副钩额定起重量。其中副钩的起重量为主钩起重量的1614，如30/5t，其中副钩的升降速度比主钩快。这种起重机应用范围极为广泛，是通用桥式起重机的最基本类型，其他各种桥式起重机都是在这基础上派生出来的，它的起重量系列为3250t。（2）抓斗起重机这种类型的起重机，只是用抓斗部分代替了吊钩，其他机构与桥式吊钩起重机完全一样，这种起重机是用来抓取碎散状物料用的，实际上是一种专用起重机。这种起重机的起重量系列在标准()B773-65）中规定为320t。（3）电磁起重机这种类型的起重机设有一个电磁盘（直流起重电磁盘），是专门用来吸附导磁性材料的。电磁盘是由一套单独的电气没备来操纵的。因为电磁盘使用的是直流电，所以必须把交流电源通过可控硅整流装置变为直流电源，或由直流发电机组直接供给，然后通过设在小车上的专用电缆卷筒，将通有直流电的电缆连接到电磁盘上去。这种起重机不用挂钩工就可以进行工作。起重量有5吨、10吨、15吨、20吨、30吨几种。（4）两用起重机两用起重机可分为两种类型：一是吊钩和抓斗，二是电磁和抓斗。两者均在小车上装有两套各自独立的升降机构（见图14-57），在第一种类型中，其中一套是供吊钩使用，另一套是供抓斗使用；在第二种类型中，一套是供电磁盘使用，另一套是供抓斗使用。两套升降机构不能同时使用，用一套必须停一套。（5）三用可卸起重机它是一种多用途的起重机，其基本结构与桥式吊钩起重机相同。由于使用场合的不同，其不仅能够用吊钩吊运重物，也可以在吊钩上挂一马达抓斗来装卸散碎的物料，还可以在吊钩上挂电磁盘吸附黑色金属，所以称为桥式三用可卸起重机。马达抓斗使用交流电，电磁盘使用直流电。使用时，要通过转换开关来变更电源。这种类型的起重机适用于经常改变吊运物料种类的情况下。（6）双小车起重机桥式双小车起重机是在桥体上面装设两台起重量相同的小车进行工作的，其起重量的表示方法是：2每台额定起重量，如230t、275t，其他结构与桥式吊钩起重机一样。这种类型起重机适合吊运横放在跨度方向上的长形工件，它对热加工车间装卸高温炉料尤为方便。为了保证起重机的合理使用、安全运行和防止事故的发生，操作必须要很好地掌握和术性能，使起重机能发挥出最大的工作能力。通用桥式起重机通用桥式起重机担负着运送和装卸货物及安装设备等多项工作任务，是当今工业生产中应用十分广泛的起重设备。其结构目前有以下两类形式：第一类，主梁是桁架结构的。此类结构的特点是：主梁采用桁架形式，大车的传动机构采用开式齿轮传动结构；大车的车轮采用滑动轴承支承在两端梁的下面，制动装置采取短行程和长行程交流电磁铁瓦块式制动器；传动轴相互之间采用弹性联轴器（弹性圈有橡皮和牛皮的两种）或钢性联轴器（俗称夹瓦），进行连接，主要的传动零件都不进行热处理，如车轮、齿轮和传动轴等，各机构都是单件形式进行装配的，如车轮采用滑动轴承，减速装置采用开式齿轮等，组合精度很低。第二类，主梁是箱形结构，其特点是：主梁采用箱形板梁结构；变速装置采用减速器，所有车轮部分的支承都采用滚动轴承，制动装置增添了液压推杆瓦块式制动器和液压电磁瓦块式制动器，主要传动零件，如车轮、齿轮、齿轮轴等，用较好的钢材并进行热处理，尽可能地采用组合机构进行装配，如角型轴承箱和减速器等，因此提高了装配精度；传动轴之间的连接采用半齿联轴器和全齿联轴器的结构形式。起重机国内外发展状况（1）设计、制作的计算机化、自动化这些年来，随着电子信息时代的不断创新与发展，国内外起重机的制造者已经从最初的计算机辅助设计过渡到模块化方面的更高层次的设计，对起重机的各种机构，尽可能的进行多层次的标准化的设计改革，而标准化的设计不仅对设计方面有了重大改变，而且推动和影响未来起重机的技术革新、生产效率等 。老产品的更新换代、新产品的研制速度都将大大加快。（2）起重机控制元件的革新与应用起重机的定位精度至关重要，一般采用激光头、齿轮链、钥板孔来保证定位精度符合要求。 定位精度通常为3mm，高于1mm的精度需外加定位系统。对起重机起升时的速度、制动器的优化改善，刹车系统也应用了微处理器来进行监视和控制，提高灵敏性与能动性。（3）新材料、新工艺，新结构，新技术的应用由于现代发展的快速，各类技术的进步，使得我们在设计一些机构，比如主梁时，可以用比较小的系数，因为现在的钢铁加工技术要比以前远远好的多，向着用量越来越少，重量原来越轻的方向发展，这样就适应了现代发展的需求，所以在设计时可以考虑用最新的材料来设计。节省开支。在机加工方面，数控自动机床这类采用高精度、高效率的设备，不仅减低了成本，使材料能够尽可能的加工使用，而且保证了产品的质量，提高了生产率。（4）发展一机多用产品产品的多用性在有的国家也被予以重视，这样不仅使起重机的工作使用范围扩大，而且能够使起重机的作用在起重行业充分发挥，比如在运行机构方面，处理最基本的车轮外，还设置了履带式，轮胎式，等适应其工作环境的各种工作方式的运行方式，在吊取物品的抓具，也设计了各式各样的，这样不仅可以减少设计的复杂，而且可以更快，更方便的作业，有效提升了作业率。作业，并且不需铺设轨道。（5）工程机械信息化机械的主要作用就是为了弥补人的手足不足功能 ，能够大大减轻人们的劳动力，传统机械比较呆板。机械功能如果只有动力、传动，能实现作业运动是远远不够的，有意识的作业运动才是机械真正的内涵，以工程机械为例，它需要根据变化着的外部情况进行调整，要体现人的作业要求。过去的机械对操作者的劳动强度要求特别高，完全靠人来操作不免对操作者的注意力，操作技术要求高，一般高质量，高要求的工作，由于人的感官功能不足等很难完成的，所以不借助仪器是无法完成的。 （6）工程机械智能化随着科技的进步和现代施项目大型化的要求，新一代工程机械不仅需要实现集成化操作和能控制而且需要它们能够组成基于网络的智能化机群协同控制系统，以实现项目施工的有效、低耗，并在尽可能短的时间内完成项目施工任务。工程机械产品的自动化、智能化与集成化正在成为21世纪工程机械的重要发展方向之一。（7） 重视“三化，逐步过渡采用国际标准目前三化在各个国家起重机的生产中都得到了重视，一些国家对工程起重机制定了国家标准，规定了起重量系列。有的国家虽然没有明确规定，但制作厂商自己也会制定相关通用的标准，符合生产和使用的有利条件。第一章桥式起重机的主要技术参数与工作级别1.1、主要技术参数：中级工作级别（A4）；吊运金属工件，仓库等地 已知：跨度31500mm,最大起重量18吨,起升速度1828m/min：起升机构运行速度4045m/min。1.2、机构工作级别 起重机使用等级U6（较频繁使用）；载荷状态级别Q2（较少吊运额定载荷，经常吊运中等载荷）；起重机工作级别A6；利用等级为T6（较频繁使用）；起升机构工作级别M6，利用等级为T6，载荷状态级别为L2；小车运行机构工作级别M4，利用等级为T4，载荷状态级别为L2；小车运行机构工作级别M4，利用等级为T4，载荷状态级别为L2；起重量：主钩16t，副钩3t，跨度31.5m； 最大起重量系列IS0 2374: 1983表1-1-10.I0.1250.160.20.250.320.40.50.630.811.251.622.53.2456.3810(11.2)12.5(14)16(18)20(22.5)25(28)32(36)(40)(45)50(56)63(71)80(90)100(112)125(140)160(180)200(225)250(280)320(360)400(450)500(560)630(7:0)800(900)1000注,应避免选用括号中的最大起质量数值。起升高度：主钩12m，副钩14m；3t250t电动桥式起重机起升高度系列(GB 791-65)表I-I-2起重量Q(t)(土钩)35080100125160200250起身高度H(m)主钩1216203020302030313019301630副钩1418223222322232263221321832起升速度：主钩18m/min,副钩28m/min；小车运行速度v=40m/min，大车运行速度V=90m/min；小车估计重量7.2t，起重机的估计重量34t；G=0.45Q+0.82LGt=0.4QQ额定起重量（t）；L起重机跨度（m）；起重机估计总重量G为：G=0.45*18+0.82*31.5=34t小车的估计重量为 Gt=0.4*18=7.2t总体方案设计：桥式起重机主要由：桥架、起升机构、大车运行机构、小车运行机构、操纵室、小车导电装置、总电源等构成。桥式起重机的起升机构的设计及零件的选择技术路线1.1桥式起重机的起升机构的设计及零件的选择由图所示起升机构由动力装置：电动机；传动装置：联轴器、齿轮、传动轴、轴承等；工作装置：卷筒、钢丝绳、滑轮、吊钩等；安全装置：常闭式制动器等主要结构组成。1.1.1传动方式的选择闭式传动方案，设有两套起升机构，主起升机构和副起升机构。小车架、起升机构和小车运行机构这三部分是起重小车的主要组成部分，而小车按主梁结构的形式不同，可以分为单梁起重小车和双梁起重小车。桥式通用起重机的起重小车都是双梁的。起升机构是用来升降重物的，是起重机的重要组成部分。在桥式吊钩起重机的起重量大于15吨时，一般都设有两套起升机构，即主起升机构与副起升机构，两者的起重量不同，起升速度也不同。主起升机构的起升速度慢，副起升机构的起升速度快，但其结构基本是一样的。桥式起重机都是采用电动的起升机构。由电动机、联轴器、浮动轴、制动器、减速器、卷筒、定滑轮组和钢丝绳等零部件构成的,有如下两种机构类型 图3-1-3 起升机构 类型1 图3-1-4 起升机构类型21-制动器；2-补偿轴；3-半齿联轴器；4-电动机； 5-减速器；6-卷筒；7-定滑轮组；8-轴承座；9-全齿联轴器；10-小齿轮；11-大齿圈；12-轴承第一种类型，是在电动机4与卷筒6之间通过减速器5进行连接的。在此种类型中，卷筒与减速器之间有两种连接方式：一是卷筒轴7的右端支承在双列调心轴承4上，左端采用球面垫2支承在减速器低速轴1的端部喇叭口内。轴的端部外缘有齿，并与固定在卷筒上的内齿圈3相啮合，形成一个半齿联轴器的结构形式，同时在内齿圈的外侧设有防护密封盖6，以防啮合齿轮间的润滑油流出和落进从尘（见图此类结构可以补偿一定的安装误差。此外，左端还有采用十字滑块进行连接的。另一种是卷筒6的左端与减速器低速轴7之间用法兰盘8进行刚性连接的。卷筒轴只有右端一段，它有定轴4和转轴3两种形式。减速器底面一端用销轴2与小车架底座5相接触，另一端通过弹簧与小车架底座连接在一起。它具有结构形式简单，安装简洁、维修容易，且能够自动调整减速器低速轴与卷筒的同心性。 图3-1-5内外齿联轴器 图3-1-6法兰盘刚性连接形式1-弹簧；2-销轴；3-转轴；4-定轴； 1-减速器低速轴；2-球面垫；3-内齿圈；5-卷筒；6-防护盖；7-卷筒轴； 4-双列调心轴承；5-小车架底座；6-卷筒 7-减速器低速轴；8-法兰盘 第二种类型，是在电动机与卷筒之间除减速器5之外，还设有一级开式齿轮（包括小齿轮10和大齿圈11）装置（见图14-61(b),此类结构中，电动机与减速器5的高速轴之间的连接形式与第一种类型连接形式一样，而减速器与卷简6的连接形式则不同。它的减速器低速轴与全齿联轴器9连接，然后再通过小齿轮10与卷筒大齿圈进行连接，以达到再次减速的目的。这种结构多用在大起重量的起升机构上其中卷筒与大齿圈是采用螺栓3与抗剪套2进行连接的。在起升机构中，电动机与减速器高速轴之间多采用带制动轮的补偿轴进行连接，但也有因地方的限制无法设置补偿轴，而采用全齿联轴器或弹性柱销联轴器进行连接的。因带制动轮的齿轮联轴器其构造稍微复杂，所以基本都是把制动轮与齿轮联轴器分开装备，也就是说只在减速器高速轴的电动机一侧装置全齿联轴器，在另一侧的伸出轴上或电动机尾部的伸出轴上设置制动轮为安全起见，在带制动轮和补偿轴的连接形式中，其制动轮都安装在减速器额一侧，目的是：一旦补偿轴被扭断，制动器仍然可以制动住卷筒不致造成重物事故。这种带补偿轴的连接形式适用于在起升速度较快与卷筒转速高的情况下使用。1.1.2钢丝绳与卷筒的选择I级双重绕钢丝绳（优质碳素钢）、抗拉极限通常为1400-2000Nmm2（1） 按选择系数C确定钢丝绳直径 d=CS式中C-选择系数，mm2NS钢丝绳最大工作静拉力，N表2-2选择系数C和安全系数n机构工作级别C值安全系数n钢丝绳公称抗拉强度bMp (N/mm2)155017001850M10.0850.0800.0773.5M20.0900.0850.0804M30.0950.0900.0854.5M40.1000.0950.0905M50.1060.1000.0955.5M60.1090.1030.1006由上图表2-2选择机构工作级别为M4，系数C选择0.095，安全系数为5，则分别算出主副机构钢丝绳的直径，即：主起升机构钢丝绳的直径d1为d1=Cszd1=0.09527614=15.78mm副起升机构钢丝绳的直径d2为d2=CsFd2=0.09515600=11.865mm（2）滑轮组、卷筒的选择采用双联滑轮组，钢丝绳的最大静拉力S=Q2m*z*11*2 Q起升载荷；Q=Q0+qQ0为额定起升载荷；q取物装置的重力；m滑轮组的倍率；z滑轮组效率；1，2导向滑轮效率；主副机构均采用双联滑轮组图3-1-7双联滑轮组 1-动滑轮；2-平衡滑轮；3-卷筒表2-8 钢丝绳滑轮组的效率(牵引绳由动滑轮引出)滑轮轴承形式滑轮组总效率%滑轮组倍率a滑轮轴承0.95滚动轴承0.98234568100.9750.990.950.9850.9250.9750.900.970.880.960.840.9450.800.915与包角a有关的导向滑轮效率值，表2-2-3a154590180滑动轴承0.9850.9750.960.95滚动轴承0.990.9870, 9850.98吊钩自重载荷q与额定起升载荷Q0的关系额定起升载荷Q0kN吊钩自重载荷qkN 32802%Q01002002.5%Q03205003%Q063012503.5%Q0160025004%Q0 图3-1-8主起升机构滑轮组 图3-1-9副起升机构滑轮组门、桥式起重机常用双联滑轮组倍率 表3-2-8额定Qt3512.61620325080106125150m12334455666由上图表3-2-8确定主副机构滑轮组类型及倍率主起升机构Q01为16t，吊具自重q1=2%*Q01=0.32t，滑轮组倍率m1=3，滑轮组效率z=0.985；副起升机构Q02为3t，吊具自重q2=2%*Q02=0.06t，滑轮组倍率m1=1，滑轮组效率z=0.975；承载绳的分支数Z1=2m1=6Z2=2m2=2则最大静压力S为：Sz=Q2mz=16+0.322*3*0.985= 2.764tSF=Q2mz=3+0.062*1*0.975=1.56tm为滑轮组倍率；1.2滑轮的计算滑轮的直径应满足：Dhd(e-1)轮绳直径比系数e表3-2-1机构工作级别eMI-M816M418M520M622. 4M725M828注:采用不旋转钢丝绳时.e值应按比机构工作级别高一级的值选取；国对于流动式起重机.建议取e=18,与工作级别无关如上图所示，查表得系数e为22.4，则主副机构钢丝绳的滑轮直径分别为：Dh1dh1(e1-1)Dh116(22.4-1)=342.4mmDh2dh2(e1-1)Dh212(22.4-1) =256.8mm轮毂宽度B：图3-2-1轮毂尺寸示意图B=(1.51.8) d0d0滑轮轴径；B1=1.51.8d1=1.51.8*16由表查得B1为9.0B2=1.51.8d2=1.51.8*12由表查得B2为6.5表13-1 滑轮轮缘尺寸d绳abkcfRr1r2r3r41014402825810842.510814.518503532.5101210532010注：表列尺寸适用于铸铁、球墨铸铁材料。由上表13-1查得钢丝绳直径分别为16mm和12mm的主副起升机构的滑轮轮缘尺寸表13-2动滑轮装置主要尺寸（毫米）DD1BbdCA绳轴承型号重量（公斤）35040080409010101421827500565905010010161822042由上表及计算尺寸可查得，主起升的滑轮直径尺寸D为500mm，副起升机构的滑轮直径尺寸D为350mm，为了减少磨损，平衡滑轮尺寸与以上动滑轮尺寸一样，材料均采用球墨铸铁QT40-10，1.3吊钩组的选择计算1.3.1吊钩的种类根据制造方法吊钩可分为锻造吊钩和片式吊钩，中小起重量的吊钩选择锻造。根据形状的不同又分为单钩和双钩。单钩具有制造方便的特点，而双钩最主要的是自重小。起重量较小的场合选择单钩，起重量较大时选择双钩。故选择单钩，吊钩采用倍率m=3的双联和滑轮组。选用吊钩的材料为20钢， 图3-3-1计算简图1.3.2钩孔直径的计算D=33.5Q额D=303518=127.3148.4mm选择D=148.4mm150mmD单钩的直径；Q起重机额定起重量（t）吊钩断面的尺寸hD=11.2；即h=（150180）；图中S=0.75D=112.53.3.3钩身强度计算如图所示断面1-2和3-4为危险截面，最危险截面应是1-2截面，所以只验算1-2截面，内=Qe1FAKAR0-e1外=-Qe2FAKAR0-e2 Q额定起升重量（N）;e1截面A-A形心至截面内侧边的最大距离，mm；e2截面A-A形心至截面外侧边的最大距离，mm；R0截面形心轴线至曲率中心O的距离mm；FA截面A-A的面积；KA截面A-A的形状系数K0.10mm；hD=150mm（吊钩内直径）b10.67h=100.5mmb20.4b1=40.2mmK0.10e1=b1+2b2b1+b2*h3=100.5+2*40.2100.5+40.2*1503=64.29mme2=h-e1=150-64.29=85.71mmFA=b1+b22*h=100.5+40.22*150=10552.5mm2内=Qe1FAKAR0-e1=180000*64.2910552.5*0.10*75=146.2外=-Qe2FAKAR0-e2=-180000*85.7110552.5*0.10*225=64.9查表得20钢的许用应力s=235则=s1.3=180.7锻造吊钩的许用应力吊钩部位应力形式许用应力（在以下工作级别时）曲柄部分弯曲M1M2M4M5M6s1.05s1.3s1.65直柄部分 有弯曲拉伸M1M6吊钩用推力轴承，直柄部分要受弯而只计算拉伸时s1.05只有拉伸吊钩用推力调心滚子轴承，即直柄部分不收弯时s2.5即吊钩强度通过验算1.3.3吊钩尾部螺纹直径的确定=2PQA=k4d12d142PQ=4*1.56*180000*58.8=79.98mm=sn=2354=58.8Nmm2查表选梯形螺纹TY8010d1螺纹根部直径；2起升动力系数1.56；PQ起升载荷N；材料许用应力；3.3.5吊钩螺母尺寸的确定螺母的H=0.8d=64mm，根据实际结构需设置放松螺栓，则螺母最终高度定为80mm，螺栓外径D=1.72d=136160mm，取D=160mmd螺纹公称直径80mm；3.3.6选择推力轴承查表初选推力轴承型号为81124，额定载荷C0=660KN，轴承在工作时转动较少，故只需校核额定静载荷，即P=2PQ=1.56*180=280.8KNC1=n0P=1.25*280.8=351KNn0安全系数，通常为1.25C1计算载荷CC0则选择满足需要。1.3.4吊钩横梁的计算 图3-7-1吊钩横梁计算简图L=320mm，L1=70mm，L2=90mm，L3=90mm，P1=P2=P2l1=160mm,B=160mm，P=249.6N则最大弯矩计算如下Mmax=P2L1=249.6*0.160KNm2=19.968KNm中间断面弯曲系数w=B-d6h2=160-1006h2最大弯曲应力max=Mmaxw=19.968*6106（160-106）h2=2.22106h2Nmm2横梁材料选用45钢，查表得起屈服极限s=290N,取安全系数n为3，则许用强度为=sn=2903=90.7Nmm2max2295.696.7=151mm，取h=200mm滑轮组横梁查表3-2-5为110mm1.3.5吊钩拉板强度计算l=2PQ2b-d=1.56*160*1032200-120Nmm2l=1560 Nmm2取材料为A3钢，查表得s=240Nmm2，取安全系数n=1.7，则许用拉力为c=sn=141Nmm2因为l1560141=11.06Nmm2j=2PQ2d=1.56*1600002*3.14*120取安全系数n为3.5，=sn=2403.5=68.5Nmm2331.2168.57=4.83mm，取=20mm1.4卷筒的选择计算1.4.1卷筒的构造与类型钢丝绳在卷筒的受力下缠绕在卷筒外壁，在这个程中就实现了力的作用形式的转换，起升机构的卷筒作用，使电动机的回转的运动方式通过卷筒转化成直线运动方式。常用的卷筒为圆柱形，中间是空的，一些比较特殊场合下的卷筒形状也有圆锥形，曲线形，这种形式一般用在变幅结构的起重机中，比如在变幅时，要保证被吊重物的高度不变的情况下，就采用这种圆锥形或者曲线形的卷筒，本设计的桥式起重机卷筒为圆柱空心型。1.4.2按钢丝绳在卷筒上的卷绕层数分类卷筒上根据实际情况钢丝绳能够缠绕的层数可将卷筒划分为卷一层，和卷多层式的，一般起重机大多采用单层绕卷筒。但实际情况只能允许卷好几层情况下，比如高度高，空间小时，这时候可以考虑多层的卷筒。在水利电力过程上使用的门座式起重机、塔式起重机一般重量和起升高度都很大，通常采用多层绕，绳子在卷筒上可以覆盖6层，那些大型的在水电站工作的起重机的卷筒就是这样的，滑轮组倍率都很高，而且这类启闭机扬程（起升高度）又很高，所以绕绳量很大，一般多采用多层绕。但这种多层绕会使钢丝绳承受较大挤压，绳子间相互摩擦，使绳子的可使用时间减少，这样下来也得使其计算直径增加，卷筒所承受的力矩也会增大。1.4.3按卷筒的表面不同分类按卷筒的表面不同，有光面卷筒和带螺旋槽卷筒两种。光面型在多层绕的形式中运用的比较多，它的结构也比较简单，绳子以螺旋形式紧凑的绕在卷筒的表面上，绳圈的直径直接与钢丝绳的直径相等。 这样它们之间的互相作用的力就变得比较大，这样对双方机构都不利，使用时间也会变短，如果能够减小它们之间的力，使绳子不是那么紧绷那么它们之间的接触面积会变大，因此可提高钢丝绳的使用寿命。目前，多层卷筒也常制成带绳槽的。而这种形式的卷筒在一些大型的起重方面会运用的比较多，比如水电站启闭机的卷筒。而更为合适的设计就是把这种情况下的卷筒设计成带槽的。绳槽在卷筒上的卷绕方向也可以制成左旋或右旋。 绳槽的形状分为标准绳槽和深槽两种。标准形式的绳槽节距较小，如果需要结构较紧凑，则一般都选用标准槽。深槽的优点是不易脱槽，但其节距大，使卷筒长度增大。深槽一般用在有脱槽情况下的场合，如钢丝绳向上引出的卷筒。1.4.4按卷筒的制作方法分类按卷筒的制作方法可分为铸造卷筒、焊接卷筒和电渣卷筒。1)铸造卷筒 起重机上多采用铸造卷筒，中小型卷筒用铸铁制造，很少用铸钢，因为铸钢成本高，一般采用灰铸铁制造，重要的卷筒也可用球墨铸铁制造，采用铸铁卷筒可提高钢丝绳的使用寿命，较大的卷筒用铸钢制造。2)焊接卷筒 焊接卷筒是用16Mn等材料的钢板卷成圆筒形焊接而成，可节省材料（重量）3540，特别是大型卷筒，减轻重量尤为显著。焊接卷筒非常适宜于单件生产。因此，对于较大的单件生产或要求重量轻的卷筒可采用焊接卷筒。此外，卷筒还分为单联的和双联的。单联的卷筒只有一条绳槽，双联的卷筒槽，左旋和右旋分别有一条。其高度应比最外层钢丝绳高出11.5d。腹板是承受卷筒的径向力，通过卷筒中心的轴来连接卷筒转动，有的把腹板直接和卷筒加工成一个整体，有的也是为了情况的需要分别把两者加工出来，然后用螺栓再连接起来。连接方式有轴向螺栓连接及径向螺栓连接。图3-4-1齿轮连接盘式卷筒组表2-7 系数h机构工作级别卷筒滑轮普通钢丝绳不旋转钢丝绳普通钢丝绳不旋转钢丝绳M1M214161618M316181820M416202022.4M51822.422.425如上图所示，卷筒的名义直径，即最小卷筒直径用公式分别计算为DminhdDzminhd1=16*15.8=252.5mmDFminhd2=16*11.865=189.8mm卷筒槽的计算：绳槽半径R=0.530.56dRZ=0.530.56d1=0.530.56*16=8.59.0=9mmRF=0.530.56d2=0.530.56*12=6.46.7=7mm绳槽深度：h=0.250.4dh1=0.250.4d1=46.4=5.0mmh2=0.250.4d2=34.8=4.0mm绳槽节距：P=d+24P1=d+24=18mmP2=d+24=14mm卷筒计算直径：D=Dmin+dDz=Dzmin+d1=253+16=269DF=DFmin+d2=190+12=2021.5选择电动机起升机构一般采用绕线转子异步电动机、笼型异步电动机、自制动异步电动机，交流变频电动机等其他适合于起升机构使用机构的电动机，本设计选择绕线转子电动机。1.5.1计算机构的稳态起升功率稳态起升功率PN是起升机构在稳定上升阶段匀速的起升额定载荷计算的功率，其计算公式为PN=(PQ+G0)Vq1000kwPQ额定起升载荷（N）G0取物装置自重，一般可取（2%4%）PQVq额定起升速度机构总效率对圆柱齿轮减速器传动的起升机构=0.850.90G主=2%*16000N=3200NG副=2%*30000N=600NPN主钩=1600N+3200N*0.3ms1000*0.90kw=54.4KWPN副钩=30000N+600N*0.47ms1000*0.90kw=15.98KW1.5.2计算机构的稳态负载平均功率Ps=GPN稳态负载平均系数参考表4-1选0.8Ps主=GPN=0.8*54.4=43.52kwPs副=GPN=0.8*15.98=12.78kw则电动机条件是PJcPsPJc=k电Ps 查表得k电（0.80.9）则通过机械设计手册选取主副机构电动机型号分别为YZR系列45kw，250M2和15kw，180L1.6选择减速器1.6.1选择传动比=ndnjnd电动机的转速rmin，nj卷筒转速nj=60avqD0A滑轮组倍率D0卷筒计算直径mvq额定起升速度则nj主=60*3*18/60*0.269=63.9r/minnj副=60*1*28/60*0.202=44.1r/mini主=75063.9=11.73i副=100044.1=22.68电动机输入功率为45kw，则PS=kp=45*2=90kw 查表则根据计算传动比，机构JC值，机构稳定起升功率初选减速器型号为QJR-D400-12.5和QJR-D236-25减速器具体型号根据后面的卷筒组系列选择最适合的减速器1.7选择制动器起升机构的计算制动转矩必须大于有货物时产生的静力矩，在货物处于悬吊状态时应该有合适的安全裕度，制动器的制动力矩应满足下式要求：MzKzPQ+PG0D02aMz制动器制动力矩Kz制动安全系数由表4-2选择为1.75PQ额定起升载荷（N）PG0取物装置自重D0卷筒计算直径下降是起升机构的总效率，圆柱齿轮传动一般选择=a滑轮组倍率起升机构总传动比表4-2制动安全系数Kz一般起升机构1.5重要起升机构1.75吊运液态金属或危险物品一套机构装2台制动器每个1.25两套刚性联系机构共装4台制动器每个1.1具有液压制动的液压起升机构1.25则主起升机构为Mz1.75160000N+3200N*0.269*0.92*3*12=960.33副起升机构为Mz1.530000N+600N*0.202*0.92*1*23=181.40则根据算的制动力矩初选主副机构制动器分别为：YWZ400/45、YWZ300/251.8选择联轴器联轴器是用来连接两个轴或者轴和回转件的装置，它主要起传递运动的作用，可以使两个非一体的结构但具有相同运动状态一起运动起来，另外还有补偿两个轴具有相对位移的情况，起到缓冲力、减轻振动，达到安全保护等目的。联轴器根据性能分有两种类型，即刚性联轴器和挠性联轴器。刚性联轴器又称固定式刚性联轴器，这种联轴器的主要缺点是补偿为零，但因为它具有其它更适合工作的性能，比如简单的机构，容易加工生产，有着良好的工作效益，所以它一直受欢迎。 挠性联轴器，也具有弹性之分，其功能也不相同，无弹性的仅对两个轴的相对位移起补偿作用，后者除了具有补，偿性能外还有缓冲和减振的功能，但后者在传递转矩的能力上，因弹性元件的强度限制，通常达不到无弹性元件联轴器的能力。而带弹性元件联轴器又可据材料的不同，分为金属弹性元件和非金属弹性元件。金属弹性元件具有强度高、传递转矩能力大、使用寿命长、不易变质且性能稳定的特点。非金属弹性元件则有制造方便，易获得各种结构形状的特点。 带制动轮的联轴器通常采用齿形联轴器，根据其所选传递的扭矩、被联轴器的轴颈尺寸和转速，从系列表中选出具体型号，使之满足MCMM联轴器的许用扭矩（Nm）MC联轴器传递的计算扭矩（Nm）MnsM1M联轴器的最大力矩M1联轴器的计算力矩ns安全系数1.8M1=1cMe1M1=1cMql Me1电动机额定力矩传到计算零件上的力矩Mql 起升机构额定力矩传到计算零件上的力矩查表得1c=1.3（主副）1=1+1.3cv=1+1.3*0.5*v（主v=0.3，副v=0.46）Mql=Me1=M额M主额=429.75M副额=143.25Me=9550Pend（Nm）Pe电动机额定功率nd电动机额定转速则Me主=9550451000=429.75（kgm）Me副=9550151000=143.25（kgm）则主起升机构的计算扭矩矩M1为M1=1cMe1M1=1cMqlM1=1cMe1=1.3*429.75=558.7M1=1cMql=1+0.195*429.75=58.6则MnsM1=1.8*558.7=1005.7同理副起升机构的计算扭矩矩M1为M1=1cMe1M1=1cMqlM1=1cMe1=1.3*143.25=186.23M1=1cMql=1+0.299*143.25=186.01则MnsM1=1.8*186.23=335.2高速浮动轴的估算，按转矩估算轴径d主A3Pn=114*3451000=40.5mmd副A3Pn=114*3151000=28mmA按定的系数选用45号钢值为118107P轴传递的额定功率kwn轴的转速rmin通过以上计算及根据联轴器的工作条件要求、转速、轴径尺寸等因素确定主副起升机构的联轴器分别为GIGL3、GIGL2及带制动轮的半齿联轴器LHZ4和LHZ21.8起制动时间验算启动时间为tq=nd9.55Mdq-Mj1.15（Jd+Jl）+PQD024ga22Mdq电动机平均启动力矩；nd电动机额定转速（r/min）Mj平稳上升时电动机轴上的静力矩（Nm）Jd电动机转子的转动惯量（kgm2）查表YZR系列电动机技术数据得主副分别为1.78kgm2和0.39kgm2Jl联轴器的转动惯量（kgm2）查表得主副分别为0.02kgm2和0.01kgm2Mdq由下式确定Mdq=AsMe=9550AsPend（Nm）Pe电动机的的功率（kw）As电动机的平均起动力矩倍数，对三相交流绕线转子电动机，其值为1.6；Mdq=AsMe=9550AsPend（Nm）则主起升机构电动机Mdq为Mdq=1.6*429.75=687.6（Nm）则副起升机构电动机Mdq为Mdq=1.6*143.25=229.2（Nm）Mj由下式确定Mj=PQD02aiM主=160000*0.2692*3*12*0.9=664.2M副=30000*0.2022*1*23*0.9=146.4通过以上计算数据最终得主起升机构为tq=10009.55687.6-664.21.15*（1.78+0.02）+160000*0.26924*9.8*32*122*0.9=0.91stq=10009.55229.2-146.41.15*（0.39+0.01）+30000*0.20224*9.8*12*232*0.9=0.65s第二章桥式起重机大车运行机构的设计思路2.1大车运行机构设计的基本原则和要求图4-4-1分别驱动的桥式起重机的大车运行驱动方案a无浮动轴 b有浮动轴桥式起重机大车运行机构的作用是驱动大车的车轮转动并使车轮沿着起重机轨道做水平方向的运动，当跨度超过16.5米时桥式起重机的大车运行机构采用分别驱动。图为大车运行机构的分别驱动形式，其由有电动机、制动器、减速器、联轴器、传动轴、角型轴承箱和车轮等零部件组成。为了克服桥架受载变形的影响，可以在高速或低速轴安排一段浮动轴，浮动轴的两端用半齿联轴器连接。2.2机构的传动方案选择采用分别驱动。分别驱动的特点是：大车两端的每套驱动机构都是单独的电动机、制动器、补偿轴、减速器和主动轮等零部件组成的，如上图所示、两台电动机之间采用两套各自独立的电气控制装置。分别驱动的优点：1.省去了中间部分的传动轴，使大车运行机构重量减轻；2.分别驱动的结构不因主梁的变形而在大车传动性能方面受到影响，提升可靠性；3.当某端电动机出现问题不运转时，另一端的电动机则可以维持一段时间的转动，而不会造成如集中驱动结构由于电动机出现故障立即就会造成停止或引起事故。2.3选择车轮和轨道大车采用双轮缘车轮，小车采用单轮缘车轮起重量：主钩16t，副钩3t，跨度31.5m；起升高度：主钩12m，副钩14m；起升速度：主钩18m/min,副钩28m/min；小车运行速度v=40m/min，大车运行速度V=90m/min；小车估计重量7.2t，起重机的估计重量34t；起重量Q=18t，跨度L=31.5m，大车车轮数n=4,起重机估计总重量Q1=（含小车）G1=34t, 小车(含吊具)G2=7.7t，吊具G3=0.5t,吊具中心线到端梁中心线的最小距离L1=1.5m轮压计算公式Pmax=Pmin+G小车+Q额定2Pmin=G总-G小车4则大车最大轮压（满载）Pmin=34000-72004=6700=Pmax满=Pmin+G小车+Q额定2=6700+7200+180002*31.5-1.531.5=18695.2kgPmax满=Pmin+G小车+Q额定2=6700+7200+180002*1.531.5=7299.76kg则大车最大轮压（空载）Pmin=34000-72004=6700Pmax空=Pmin+G小车2=6700+72002*31.5-1.531.5=10128.64kgPmin空=Pmin+G小车2=6700+72002*1.531.5=6871.42kg所以最大轮压Pmax=1869.5.2kg最小轮压Pmin=6871.42kg载荷率Q/G=18000/34000=0.529表19-6 车轮组最大许用轮压（大连起重机厂资料）车轮直径（mm）轨道型号工作类型运行速度（米/秒）6090Q/G0.5大车轮D500QU80中级15为了提高车轮使用的耐久性，可采用大轮缘高度车轮，将轮缘提高到下列数值，可改善车轮轮缘与轨道侧面的压触情况，降低压触应力，轮缘的磨损可以减轻，其耐久性可提高25%30%.轨道型号P43 P50QU70QU80QU100QU120轮缘高度（毫米）3035404550如上图表19-6所示，选择车轮，当运行速度V为6090m/min时，载荷率Q/G=0.529，工作级别为中级时，车轮直径D0=500mm，轨道型号为QU80，轴承型号7520车轮踏面形状主驱动轮为圆锥形，从动轮采用圆柱形轨道选择轨道型号为QU80,基本尺寸见上表19-102.4稳态运行阻力的计算2.4.1摩擦阻力的计算Fm=f0min*PQ+PGPQ起升载荷PG自重载荷附加摩擦阻力系数，查表5-6得分别驱动为1.5，集中驱动为1.52.0f0min比阻力系数，对滚动轴承取0.0080.01，对滑动轴承取0.020.025则Fm=0.01*180000+375000*1.5=8325N2.4.2坡道阻力的计算起重机沿坡道倾斜度为的轨道上运行时所产生的坡道阻力为F=PQ+PGsin因为较小，可近似地取sintanF=PQ+PGtantan按表5-7选取F=180000+375000*0.002=1110N2.4.3惯性阻力Fg=1.5+PQ+PGaga起动时的平均加速度g重力加速度表5-7 坡道的tan值起重机形式tan桥式起重机小车起重机0.00150.002门座起重机永久性轨道临时性轨道0.0020.1/B门式起重机0.002塔式起重机0.012.5电动机的选择2.5.1计算稳态运行功率起重机在稳定运行时期，电动机的稳态运行功率为：PN=Fjvy1000mkwPN电动机稳态运行功率kw；Fj稳态运行阻力N；vy运行速度（m/s）；1.5 m/sm分别驱动时电动机的台数；运行机构的传动效率；Fj按下式确定Fj=Fm+F=8325N+1110N=9435N则PN=9435N*1.5 m/s1000*2*0.9=7.863kw2.5.2电动机容量的选择Pnkd PN PN电动机的稳态运行功率Pn电动机的额定功率kd运行机构功率增大系数，对室内作业的起重机kd=1.22.6Pn2.6*7.863=20.45kw则根据表YZR系列所选电动机型号为200L2.6减速器的选择起重机运行机构最常用的是标准的卧式减速器（ZQ型或ZOH型）及立式减速器（ZSC型）。由使用证明ZQH圆弧车轮与同规格的渐开线齿轮相比寿命较长。2.6.1传动比的计算=ndn=Dnd60vynd电动机额定转速rmin；n车轮转速（rmin）；vy运行速度ms；D车轮直径（m）；则=*0.5*100060*1.5=17.452.6.2输入功率和输出轴扭矩由于运行机构中直线运动部分的惯性质量比高速部分大得多，起动时期的起动力矩几乎都通过减速器传递到低速部分。因此，对运动机构的减速器应按起动功率及最大起动力矩来选择，即减速器许用功率应满足PqPPq减速器的起动功率；P减速器的允许输入功率。输出轴最大许用扭矩应满足Mmax=0.70.8maxMeiMMmax传递到减速器输出轴上的最大扭矩；max电动机的最大过载系数；Me与额定功率对应的电动机额定力矩；i减速器传动比；减速器的传动效率；可取=0.90.95M减速器输出轴的许用扭矩；Me=9550PendNmMe=9550*221000Nm=210.1Pe电动机额定功率kw；nd电动机额定转速（rmn）由表5-1-2可查出max值为2.8max最大转矩倍数保证值 表5-1-2额定功率kw最大转矩/额定转矩（max）5.52.35.5112.5112.8则Mmax=0.70.8maxMei=0.70.8*2.8*210.1*17.45*0.92=7555.4M则查表10.2-55 QJ-L型减速器工作级别M5时初选减速器型号为QJ-L236-18型减速器2.6.7起动时间与启动加速度验算根据经验计算2.6.8制动器的选择运行机构的制动器的选择要求是：起重机在满载，顺风和下坡运行工作情况，使起重机在规定时间内制动住，其制动力矩按下时计算制动器装在高速轴上Mz=F-FmD2+nd9.55tz1.15mJ+PQ+PGD24g2=1110-2912*0.5*0.922*17.45+10009.55*61.15*2*0.67+18000+34000*0.524*10*17.4520.92=20.33kg.m对于分别驱动的运行机构，每个制动器的制动力矩为Mzi=Mzm=20.332=10.2kg.mMz制动力矩；Fm不考虑轮缘与轨道见附加摩擦力；运行机构传动效率；tz制动时间；m电动机台数；J一台电动机转子和高速轴联轴器的转动惯量；Fm由下式确定Fm=PQ+PG2f+dD=180000+340000*2*0.5+0.015*120500=2912ND为车轮轴直径120mm f=0.5（滚动摩擦系数）=0.015（车轮滚珠轴承摩擦系数）由以上计算查表222.13-21 YWZ100-800制动器主要尺寸为YWZ200/252.6.9联轴器的选择与计算与起升机构相同，高速轴联轴器的计算扭矩应满足Mc1=n18MeMMc1=1.4*1.3*210.1=382.4MMe=210.1Mc1联轴器计算扭矩；n1联轴器安全系数；8刚性动载系数，可取1.22.0；Me电动机额定扭矩；M联轴器许用扭矩低速轴联轴器的计算扭矩应满足Mc2=n18Mei=1.4*1.3*210.1*17.45*0.92=6139.4M高速浮动轴的算按转矩估算轴径dA3Pn=114*3221000=31.94mmA按定的系数选用45号钢值为118107P轴传递的额定功率kwn轴的转速rmin由以上计算分别选GICL2,GICL6型第三章桥式起重机小车运行机构的总体设计思路3.1小车运行机构设计的基本原则和要求起重量：主钩16t，副钩3t，跨度31.5m；起升高度：主钩12m，副钩14m；起升速度：主钩18m/min,副钩28m/min