十吨位桥式起重机大车运行机构设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

买文档送全套 纸 Q 号交流 414951605 含 纸和论文 最新答辩完整资料 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 十吨位桥式起重机大车运行机构设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923087 学生姓名： 叶宏城 指导教师： 陈炎冬 （职称： 讲 师 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院学士学位论文 无锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 十吨位桥式起重机大车运行机构设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 92 学 号： 0923087 作者 姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、 题目及专题： 1、 题目 十吨位桥式起重机大车运行机构设计 、专题 二、课题来源及选题依据 本次课程设计的课题来源于正常的生产实践需求。 选题的相关数据参数： 起重机的起重量 Q=10T， 桥架跨度 L= 大车运行速度 作类型为中级，机构运行持续率为25， 起重机的估计重量 G=168车的重量为 0架采用箱形结构。 三、 本设计（论文或其他）应达到的要求： 张 合）。 容包括：课题的目的、 意义、国内外动态；研究的主要内容；总体方案的拟定和主要参数的设计计算；传动方案的确定及设计计算，主要工作部件的设计；主要零件分析计算和校核；参考文献。文字在 30页左右，条理清楚，计算有据，格式按无锡太湖学院学士学位论文（设 ）规范化要求。 四、接受任务学生： 机械 92 班 姓名 叶宏城 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教研室主任 学科组组长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日 要 桥 式起重机是一种工作性能比 较稳 定 ， 工作效率比 较 高的起重机。 随着我国制造 业 的发 展 ， 桥 式起重机越来越多的 应 用到工 业 生 产 当中。在工厂中搬运重物 ， 机床上下件 ， 装运工作吊装零部件 ， 流水 在 线的定点工作等都要用到起重机。 在 查阅 相关文献的基 础 上 ，综 述了 桥 式起重机的开 发 和研究成果 ,重点 对桥 式起重机大 车 运行机构、端梁、主梁、 焊缝 及 连 接 进 行 设计 并 进 行 强 度核算 ,主要是 进 行端梁的抗震性 设计 及 强 度 计 算和支承 处 的接触 应 力分析 计计 算 过 程。 设计 包括 电动 机 ,减速器 ,联轴 器 ,轴 承的 选择 和校核。 设计 中参考了 许 多相关 数 据 , 运用多种途径 , 利用 现 有的条件来完成 设计 。 本次 设计 通 过 反复考虑 多种 设计 方案 , 认 真思考 , 反复核算 , 力求 设计 合理 ;通 过 采取 计 算机 辅 助 设计 方法以及参考他人的 经验 , 力求有所 创 新 ;通 过计 算机 辅 助 设计 方法 , 绘图 和 设计计 算都充分 发挥计 算机的 强 大 辅 助功能 , 力求 设计 高效。 关键词： 桥 式起重机 ,大 车 运行机构 ,主梁 ， 端梁 ， 焊缝 is a of is is s is to in on a of on of in to to a of to By to By of to to to V 目 录 摘 要 . . 录 . V 1 绪论 . 1 起重机背景及其理论 . 1 实际意义 . 1 研究现状及存在问题 . 1 起重机国内与国外发展动向 . 2 国内桥式起重机发展动向 . 2 国外起重机的发展动向 . 2 桥式起重机设计的 主要内容 . 3 2 大车运行机构的设计 . 5 设计的基本原则和要求 . 5 机构传动方案 . 5 大车运行机构具体布置的主要问题： . 5 大车运行机构的计算 . 6 确定机构的传动方案 . 6 选择车轮与轨道，并验算其强度 . 6 运行阻力计算 . 8 选择电动机 . 9 验算电动机的发热功 率条件 . 9 减速器的选择 . 9 验算运行速度和实际所需功率 . 9 验算起动时间 . 10 起动工况下校核减速器功率 . 11 算启动不打滑条件 . 11 择制动器 . 13 择联轴器 . 13 动轴的验算 . 14 冲器的选择 . 15 3 端梁的设计 . 17 端梁的尺寸的确定 . 17 梁的截面尺寸 . 17 端梁总体的尺寸 . 17 端梁的计算 . 17 主要焊缝的计算 . 20 端梁端部上翼缘焊 缝 . 20 下盖板翼缘焊缝的剪应力验算 . 21 4 端梁接头的设计 . 22 板和下盖板螺栓受力计算 . 22 算螺栓和焊缝的强度 . 24 螺栓的强度校核 . 24 焊缝的强度校核 . 24 5 焊接工艺设计 . 26 6 结论与展望 . 300 致 谢 . 31 参考文献 . 32 X 吨 位桥式起重机大车运行机构设计 1 1 绪论 起重机背景及其理论 桥式起重机是 架设 在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又 称为 天车。桥式起重机的桥架沿 着 铺设在两侧 的 高架 轨道 纵向运行，起重小车沿 着 铺设在桥架上的轨道 横向 运行，构成 覆盖一定面积 的工作 区域 ， 这样 可以充分利用桥架下面的空间吊运 、装卸货物 ，不受地面 设施、货物 的阻碍。桥式起重机 广 泛地应用在室内外仓库、厂房、 机场、港口 和露天 货物场所 等处。二十世纪以来 ， 随着 钢铁、机械制造业和铁路、港口 、航空运输 及交通业的的发展， 大大的 促进了起重运输机械 行业 的发展。对起重运输机械的性能也提出了更高的要求。现代起重运输机械担当着繁重的 货物 搬运任务，是工厂、 港口 、 货运铁路等工作部门 实现 货物 搬运 、装卸现代化、机械化 的关键。因而起重机的 金属 结构都用 质量可靠的 钢材制造，并用焊接代替铆接， 不但 简化 机构， 缩短了 制造时间 ，而且大大地减轻了自身的重量 ，焊接结构是现代金属结构的特征。我 国 是应用起重机械最早的国家之一，我们 的 祖先采用杠杆 搬运石料建造城墙 ，就是 利用 起重设备节省人力 、装卸货物 的例子 。几千年的封建统治 和近代革命战争的影响 ， 我国工业基础薄弱 ，自行设计制造的起重 机械 很少，绝大多 数 起重运输 机械需要 依靠进口。 新中国成立 以 来 ， 随着 冶金、钢铁工业的发展，起重运输机械 也 获得了 很好的 发展，全 国 刚解放就建立了全国最大的大连起重机械厂，1949 年 10月，在该厂试制成功我国第一台起重量为 50 吨，跨度为 桥式起重机。为培养起重运输机械专业的人才，多所高等工业学校，创办了起重运输机械专业。到目前为止，我 国 通用门式起重机和工程起重机已 摆脱了仿制进口，完全有能力设计制造各种大型先进的起重设备。无 论从 结构形式，还是性能指针都达到 世界领先 水平 。 实际意义 我 国 起重运输机械行业从 新中国成立后 开始建立并逐步发展壮大，并已形成了各种 类型 的产品范围和庞大的企业群体，服务于 国家 经济 各个行业 。 改革开房以来， 随着我国经济的快速发展， 我国的 起重运输机械制造业也取得了长足的进步。 目前起重机械销售应用市场的前景非常广阔， 2011年度 起重运输机械行业销售额达到 2730亿元， “十 一 五 ”期间平均每年超过 15%， 20112年度市场 依然保持 着 持续增长的态势 。 70年代以 来 ，起重机的类型、规格、性能和技术 水平都 获得了 极大 的发展，除了满足国内经济建设对起重机日益增长的需要外，还向 国 外出口各种类型的高性能、高水平的起重机。由此可见，起重机的设计制造， 也能从一个方面 反映 出 一个国家的工业现代化水平。 研究现状及存在问题 上 个世纪 70年代以 来 ， 随着 生产 力 和科学技术的发展，起重机械 无 论在 类型 及质量上都得到了极其迅速的发展。随着 国民 经济的快速发展，特别是国家加大基础工程建设的结无锡太湖学院学士学位论文 2 构 部件 和 机械 设备的重量也越来越大，特别是大型水电站、石油、化工、 港口 、 冶金 、航天以及公用民用高层建筑的安装作业的迫切需要，极大的促进了起重机、特别 是大型起重机的发展，起重机的设计制造技术得到了迅速发展。 随着 起重机的使用频率、起重量的增大，对其安全性能、经济性能、效率 以及 耐久 性能 等问题，也越 来 越引起人们的重视，并对设计理念、方法及手段的探讨也日趋深入。由于在起重机设计中采取常规设计方法时，许多构件存在不合理性，进而影响整 个 设备性能。 随着 计算机技术的应用 ， 在很大范围内解决了起重机的设计 中遇到的一些 问题，尤其是有限元分析方法与计算机技术的结合，为起重机结构的准确分析提供了强力的有效手段，在实际工程已日益普及，且今后的结构分析 从 孤立的单 个 构件转变到 整体 结构系 统的整体空间分析。 起重机 国内 与 国外 发展动向 起重机作为一种古老的机械，时至今日，在其承载 方式 、驱动 装置 、取物 机构 、控制方法 及安全等方面 上 都有了 完善 的发展，其设计 理念 、制造工艺、检测 方法 等都 日趋规范、完善 ，已经成为 安全可靠 的机械。 随着生产力发展 ，起重机的种类、形式也需要相应地发展和创新，性能也需要不 断加强 与 完善 。 随着 现代化设计方法的建立 ，以及 计算机辅助设计等现代设计手段的 广泛 应用，起重机设计 理念 和方法 得到了 进一步的 发展 ，其它技术领域和相邻工业部门不断取得的新科技成果在起重机上 不断 的渗透、推 广 应用 等， 使得 起重机的各方面 都 不 断 地 发得到展 。因此，起重机向现代化、 智能 化、 数字化、 更安全可靠方便的方向 不断 发展。 国内 桥式起重机发展动向 加入世贸组织后，虽然国内市场 (特别是配件 )将 受到较大冲击，但同时也给我们带来了大量的新技术 ，使 国内主要起重机械生产 企业更 深刻 认识到差距，更 深刻地 了解 国 产 起重机械 存在的致命问题， 引导主要起重机械设备生产 企业的 进行进一步的 技术创新。 随着机械起重 产品 十多年 来随着技术的引进、消化、吸收，有了长足的进步，产品性能、可靠性、外观都有较大幅度的 改善和提升 ，但同 国 外 同类型产品 比 较来看， 仍然 存在较大差距，就工程起重机而言，今后的发展主要表现在如下几个方面： （ 1）整机性能， 随着 先进技术和 新型 材料的应用 ,同种型 号 的产品，整机重量 将 要 比现在轻 15%左右。 随着 结构分析应用和先进设备的使用 ,使得起重机的 结构形式更加合理 （ 2）高性能、高可靠性的配件 ,零部件 选择 范围 大、适应 性能 好 ,使得起重机 性能得到充分发挥 （ 3）智能 数字 控制显示系统的推广应用 和 电液比例控制系统 的广泛应用 （ 4） 完善 操作 方法，使得起重机 更方便、舒适、安全 （ 5）向吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展。 国 外起重机的发展动向 （ 1）重 点 产品大型化，高速化和专用化。 由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料 将 卸搬运十 吨 位桥式起重机大车运行机构设计 3 费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不 断 增长，起重量越 来 越大，工作速度越 来 越高，并对能耗和可靠性提出 更严格 的要求。目前世界上最大的履带起重机起重量 3000t，最大的桥式起重机起 升重量 200t，集 装 箱岸连装卸桥小车的最大运行速度已达350m/垛起重机级最大运行速度 240m/圾处理用起重机的起升速度达100m/ （ 2）系列产品模块化、组 合化和标准化 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 的标准件 ，有相同 连接方法 和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同 功能和规格 的起重机。 （ 3）通用产品小型化、轻型化和多样化 绝大部分 的起重机是在通用的场合使用，工作 重量不是很重 。这类起重机 生产 批量大、用途 广 ，考虑 到 综合效益，要求起重机 重 量降低高度，简化结构，减小自重和轮压， 使得 整体 建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价 ，降低成本 。 （ 4）产品性能自动化、智能化和数字化 起重机的更新和发展，在 很大程度上 取决 于电气传动 控制系统的发展 。将机械技术和电子技术相结合， 将 先进的计算机技术、电子技术、电力技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术 等技术 应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。 （ 5）产品组合成套化、集成化和柔性化 在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一 个 物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合。 （ 6）产品构造新型化、美观化和实用化 结构方面采用薄壁型材和异 形钢、减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力 条件 ，减轻自重和增加外形美观。 桥式起重机设计的 主要内容 大车运行机构的设计 ： 了解 设计的基本原则和要求 ，确定 机构传动方案 ， 解决 大车运行机构具体布置的主要问 题 ， 计算大车运行机构的相关计算， 通过计算结果选择车轮与轨道，验算校核其强度。 选择电动机 ， 验算电动机的发热功率条件 选择合适的 减速器 验算运行速度和实际所需功率 验算起动时间 ，并 验算启动不打滑条件 选择制动器 、联轴器 验算浮动轴 选择缓冲器 无锡太湖学院学士学位论文 4 端梁的设计 ： 焊缝的计算 ，选择合适的焊接方法， 端梁端部上翼缘焊缝 ， 验算 下盖板翼缘焊缝的剪应力 ， 设计 端梁接头 计算 腹板和下盖板螺栓受力 计算校核 螺栓和焊缝的强度 设计焊接工艺 十 吨 位桥式起重机大车运行机构设计 5 2 大车运行机构的设计 设计的基本原则和要求 大车运行机构的设计通常和桥架的 设计一起考虑，两者的设计工作要交叉进行，一般的设计步骤： 1）确定桥架结构的形式和大车运行机构的传方式 2）布置桥架的结构尺寸 3）安排大车运行机构的具体位置和尺寸 4）综合考虑二者的关系和完成部分的设计 对大车运行机构设计的基本要求是： 1）机构要紧凑，重量要轻 2）和桥架配合要合适，这样桥架设计容易，机构好布置 3）尽量减轻主梁的扭转载荷，不影响桥架刚度 4）维修检修方便，机构布置合理 机构传动方案 大车机构传动方案，基本分为两类： 主要分为集中驱动和分别驱动。 集中驱动又分为高速和低速两 种。高速集中驱动的大车运行机构，由电动机通过制动轮与联轴器、传动轴直接连接，减速器安装在主梁走台的两端。采用这种运行机构传动方案的传动轴转速较高，传递转矩小，而传动轴和轴系零件尺寸也较小、传动机构的重量轻。低速集中驱动的大车运行机构，由电机通过制动轮直接与减速器联接，减速器安装在主梁走台的中间。采用这种传动方案传动轴转速低，比较安全，但传动轴转矩大，因而一些零件的尺寸较大，使得整个机构较重。 分别驱动是在桥式起重机上装两套相同，但互不相连的驱动装置。其特点是省去了传动轴而使运行机构自重减轻，由于分 组性能好，使得安装和维护保养都很方便。 分别传动和集中传动，桥式起重机常用的跨度（ 围均可用分别传动的方案本设计采用分别传动的方案。 大车运行机构具体布置的主要问题 ： （ 1）联轴器的选择 （ 2）轴承位置的安排 （ 3）轴长度的确定 这三着是互相联系的。在具体布置大车运行机构的零部件时应该注意以几点： （ 1）因为大车运行机构要安装在起重机桥架上，桥架的运行速度很高，而且受载之后向下挠曲，机构零部件在桥架上的安装可能不十分准确，所以如果单从保持机构的运动性能和补偿安装的不 准确性着眼，凡是靠近电动机、减速器和车轮的轴，最好都用浮动轴。 （ 2）为了减少主梁的扭转载荷，应该使机构零件尽量靠近主梁而远离走台栏杆；尽量靠近端梁，使端梁能直接支撑一部分零部件的重量。 （ 3）对于分别传动的大车运行机构应该参考现有的资料，在浮动轴有足够的长度的条无锡太湖学院学士学位论文 6 件下，使安装运行机构的平台减小，占用桥架的一个节间到两个节间的长度，总之考虑到桥架的设计和制造方便。 （ 4）制动器要安装在靠近电动机，使浮动轴可以在运行机构制动时发挥吸收冲击动能的作用。 大车运行机构的计算 已知数据： 起重机的起重量 Q=10T， 桥架跨度 L= 大车运行速度 作类型为中级，机构运行持续率为 25， 起重机的估计重量 G=168车的重量为 0架采用箱形结构。 计算过程如下： 确定机构的传动方案 本起重机采用分别传动的方案如图 电动机 2制动器 3高速浮动轴 4联轴器 5减速器 6联轴器 7 低速浮动轴 8联轴器 9车轮 图 车运行机构 选择车轮与轨道，并验算其强度 按照如图所示的 重量分布，计算大车的最大轮压和最小轮压： 满载时的最大轮压： L 2G x x （ 22 401004 40=载时最大轮压： P 2G 位桥式起重机大车运行机构设计 7 =22404 40=载时最小轮压： P 2 （ 0=中的 e 为主钩中心线离端梁的中心线的最小距离 e=荷率： Q/G=100/168= 1表 19择车轮：当运 行速度为 0Q/G=工作类型为中级时，车轮直径 00道为 许用轮压为 150可用。 （ 1）疲劳强度的计算 疲劳强度计算时的等效载荷： 2Q=00000=60000N 式中 2 等效系数，由 1表 4得 2=论的计算轮压： r （ =7450 =72380N 式中： 车轮的等效轮压 x x =22 40604 40=77450N r 载荷变化系数，查 1表 19 =， r= 冲击系数，查 1表 19一种载荷当运行速度为 V=s 时， 据点接触情况计算疲劳接触应力： j=40003212 （ =40003230150272380 =13555Kg/j =135550N/中 r 轨顶弧形半径，由 3附录 22 查得 r=300于车轮材料 20 时， =160000此满足 疲劳强度计算。 无锡太湖学院学士学位论文 8 （ 2）强度校核 最大轮压的计算： （ =5600 =105160N 式中 冲击系数，由 3表 2 载荷 点接 触情况进行强度校核的接触应力 ： 4 3 212m a x （ 3 2301502105160 =15353Kg/ 153530N/轮采用 1表 19， 20 时， j=240000 N,故所选减速器功率合适。 验算启动不打滑条件 由于起重机室内使用 ,故坡度阻力及风阻力不考虑在内 （ 1）两台电动机空载时同时驱动： n=2)2(6012/1 （ 式中 =4 主动轮轮压 4 从动轮轮压 无锡太湖学院学士学位论文 12 f= 粘着系数 (室内工作 ) 防止打滑的安全系数 .2 n = ) =n两台电动机空载启动不会打滑 （ 2）事故状态 当只有一个驱动装置工作 ,而无载小车位于工作着的驱动装置这一边时 ,则 n=2)2(6012/1 中 主动轮轮压 / / 从动轮轮压 / 一台电动机工作时空载启动时间 / s n= =n不打滑 . （ 3）事故状态 当只有一个驱动装置工作 ,而无载小车远离工作着的驱动装置这一边时 ,则 n=2)2(6012/1 中 主动轮轮压 十 吨 位桥式起重机大车运行机构设计 13 / /* 从动轮轮压 / 与第 (2)种工况相同 n= = 故也不会打滑 结论 :根据上述不打滑验算结果可知 ,三种工况均不会打滑 择制动器 由 1中所述 ,取制动 时间 s 按空载计算动力矩 ,令 Q=0,得 : 202121/ )(*3751 （ 中 /0m i n/ 2 )( i = 4 43 3 6 =m 6800036N 21)2( =6800 0 =1344N M=2 制动器台数 8 0 0 06 4 57 0 m 现选用两台 5 的制动器，查 1表 18制动力矩 M=200 Nm，为避免打滑，使用时将其制动力矩调制 m 以下 。 选择联轴器 根据传动方案 ,每套机构的高速轴和低速轴都采用浮动轴 . （ 1）机构高速轴上的计 算扭矩： 无锡太湖学院学士学位论文 14 / m （ 式中 连轴器的等效力矩 . MI=2m 1 等效系数 取 1 =2 查 2表 2054000=m 由 2表 33的 :电动机 端为圆柱形 ,8=110 219高速轴端为 d=32mm,l=58在靠电机端从由表 2选联轴器 动轴端 d=40630Nm,(m,重量 G= ；在靠近减速器端，由 2选用两个联轴器 靠近减速器端浮动轴端直径为d=32630 Nm, (=m, 重量 G= 高速轴上转动零件的飞轮矩之和为： (L+(=gm 与原估算的基本相符，故不需要再算。 （ 2）低速轴的计算扭矩： 0 =m 浮动轴的验算 （ 1）疲劳强度的计算 低速浮动轴的等效力矩： 1i =m 式中 1 等效系数，由 2表 2得 1=上节已取得浮动轴端直径 D=40其扭转应力为： nN/ （ 由于浮动轴载荷变化为循环（因为浮动轴在运行过程中正反转矩相同），所以许用扭转应力为： Ik （ 4910 N/ 中 ， 材 料 用 45 号钢，取 b=60000 N/s=30000N/则b=0000=13200N/s=0.6s=0000=18000N/ 吨 位桥式起重机大车运行机构设计 15 K=虑零件的几何形状表面状况的应力集中系数 安全系数，由 2表 2得 n故疲劳强度验算通过。 （ 2）静强度的计算 计算强度扭矩： 2 （ =m 式中 2 动力系数，查 2表 2 2=转应力： =I =3800N/用扭转剪应力： nN/强度验算通过。 高速轴所受扭矩虽比低速轴小，但强度还是足够，故高速轴验算省去。 缓冲器的选择 （ 1）碰撞时起重机的动能 W 动 = （ G 带载起重机的重量 G=168000+100000178000N 碰撞时的瞬时速度， g 重力加速度取 10m/ W 动 = = m （ 1） 缓冲行程内由运行阻力和制动力消耗的功 W 阻 =（ P 摩 +P 制 ） S 式中 P 摩 运行阻力，其最小值为 78000424N 最小摩擦阻力系数可取 制 制动器的制动力矩换算到车轮踏面上的力，亦可按最大制动减速度计算 无锡太湖学院学士学位论文 16 P 制 = 17800790N m / 缓冲行程取 S=140 此 W 阻 =（ 1424+9790） m （ 3）缓冲器的缓冲容量 一个缓冲器要吸收的能量也就是缓冲器应该具有的缓冲容量为： 动缓 W （ 中 n 缓冲器的个数 取 n=1 由 1表 22择弹簧缓冲器弹簧 D=120d=30 吨 位桥式起重机大车运行机构设计 17 3 端梁的设计 端梁的尺寸的确定 梁的截面尺寸 （