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毕业设计（论文）中期报告题目：水电站龙门起重机起升机构的设计 1 设计（论文）进展状况1.1 通过查阅书籍资料，进行相关参数的选择和计算。 通过查阅相关资料了解水电站龙门起重机的基本参数，包括起重量、跨度、起升高度、吊具质量、额定起升速度起升机构工作级别。本起重机主要针对水电站现场闸门的启闭，起重量达 80500 吨，本设计针对起重量是 450t 的门式起重。对坝顶龙门起重机跨度约在 816 米范围内，高度约在 20 米左右。1）起重量：450t；2）跨度：16m；3）起升高度：20m；4）额定起升速度： v=0.5m/min；5）起升机构工作级别：M6。 2 起升机构设计计算2.1 1）选取吊具。由起重量 450t，根据吊钩允许起重量表（ ）198.05/TGB查的吊钩质量 9637 ，假设钢丝绳的重量为 7000 。 kgkg2）每套起升卷筒的滑轮组倍率。 。10q2.2 钢丝绳的选择1）滑轮组效率：（ 查表确定） （2.1）9146.0)8.1(0)(qb 下降时的滑轮组效率：（2.2）.)946.2(b小车行走时滑轮组的效率：83.0).1(02b2) 钢丝绳最大拉力 当起升机构工作时钢丝绳最大拉力为：（2.3）21maxbqQS式中：Q起升载荷， Q= ；)(NgCp起升质量，即起重量（kg） ；pC机构的总效率；0 卷筒及导向滑轮效率；,.21滑轮组的倍率， 为滑轮组分支数；qqa滑轮组钢丝绳卷入卷筒的根数；a滑轮组的效率；bNqQSb 13289.089146.073521max 在式中，取重力加速度为 。2/smg当静止时最大拉力为：NqaS 165910479635mx 当下降时最大拉力为：N93.165ax当小车运行时最大拉力为：NqQSb 1463998.08.1047621max 因工作级别为 ，根据经验选取 C 值为 0.095。6M计算钢丝绳最小直径：由钢丝绳最小直径公式 ，得SCdmin（2.4）mSCd34.614905.min 式中：C钢丝绳的选择系数；S钢丝绳最大静拉力（N） ；由表可选取钢丝绳： ，最小直径为右 交光 IIWR190636mm，破断拉力为 904000N，参考质量为 542kg/100m5。所选用钢丝绳的计算安全系数 ，满足钢丝绳 的要求。17.439/90n 6n2.3 卷筒设计1）卷筒直径：当选取国产直径为 的钢丝绳时，根据公式：6（2.5）mdeD843)120()(式中: 按钢丝绳中心计算的卷筒的允许的最小卷绕直径,684mm；钢丝绳直径， ；与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，因工作级别为 ，所以e 4M。20那么名义直径 ，圆整为 800mm。mdDO720槽深为 h4.1.绳槽半径为 mR8.195.02）卷筒长度：层数多卷筒长度可以短，但起升速度变化较大。经初步计算，认为采用单层较为有利。每一卷筒的绕绳量 ，节距 ，在单层Hl20mdp40情况下，卷筒的长度 L 可用下式计算：，圆整为 1100mm。 （2.6）mndDlpL176)3480(91.)(. 3）卷筒壁厚：因采用了单层，所以 。根据公式可得：2tS.37194062max（2.7）所以取壁厚为 40mm。4）钢丝绳的速度 平均速度：min/5.4in/45.01mv5）卷筒的静转矩：)(6982/.328NT6）卷筒轮辐的强度计算：)1(3)(ln)1()(5.012203max2axa kKhJFMkrhrr由以上可得，卷筒轮辐满足要求。7）卷筒轴的设计计算：轴的结构设计：图 2 轴承设计图2.4 电动机选择1）起升机构电动机的稳态功率，即静功率按以下公式计算：（2.8）kWnQvP46.1278.065430式中： ；73.09.91.21ctb滑轮组效率，取 0.9146卷筒组效率，取 0.98t减速器效率，取 0.941c开式齿轮效率，取 0.932电动机预计转速为：（2.9）min/4.75)02.1836.(rivn2)电动机选型：起升机构可选择 4 台 YZP200L8 型电动机。电动机的额定功率为 15kW，输出扭矩为 ，转速为 ， 。mN198in/735r mNT6.3197.2.5 开式齿轮传动的设计计算：因齿轮为开式齿轮，所以可根据弯矩强度的计算齿轮的模数，根据电动机转速和起升速度算得总传动比为 i=44.21，而减速器的传动比为 100 所以开式齿轮的传动比为 4.421。取小齿轮的齿数为 ，大齿轮用 ZG340 制作 8。由19z（2.10）05.7)1(432FaSzuYKTm选取模数为 的圆柱齿轮。18m设计开式齿轮传动参数为： ，小齿用 ，421.,8,19,82izmCrMoZG50调质，齿面硬度为 260 ；大齿轮用 ZG340，正火，齿面硬度为 200 。HBS HBS2.6 减速器选择因起升速度很小，从理论上说起升载荷系数接近于 1。查表 得。于是疲.2劳计算得载荷为 9： mNT95.73169850.1max选用 4 台 ，输出轴的连接形式为平键，工作级别为 ，当0,4iDQJS 6M输入轴的转速为 735 时，高速轴的许用功率为 15.5kW，额定输出扭矩为 21200n/r，输出扭矩的安全系数为：N1.95.7312.0转 矩n许用功率为 ，输出功率安全系数为：WkP36.7功 率6.功 率2.7 高速轴连轴器选择电动机输出轴的最高扭矩为：（2.11）mNTknc 8.51493.121式中： 机构电动机额定转矩换算到联轴器所在轴的转矩；与发动机有关的动载荷系数，对起重机构，取为： ；1 21k起动频繁程度系数，由表 5 可得 ；2k 3.12k选用带制动轮梅花形弹性联轴器，型号为： ，公称转矩06MLZ630 ，转动惯量为 0.15 ，质量为 24.93 10。mN 2mkg g表 5 系数 2kTable 5 Coefficient 机构每小时起动次数 104012402k1.0 1.3 1.52.8 低速轴联轴器选择低速轴上的扭矩为：（2.12）mNTktc 2.41082.4/69853.121选用双齿轮联轴器，型号为： ，公称转矩 56000 ，转动惯量为 5.08GICL，质量为 305 。2mkgg2.9 制动器（1）制动器的选择注：1. 正文：宋体小四号字，行距 20 磅；标题：加粗 宋体四号字2. 中期报告由各系集中归档保存，不装订入册。每套驱动装置设计两个制动器，每个制动器的制动扭矩为：（2.13）mNqiQRkTb 85.137.0421.104/563725.0式中： 齿轮传动的减速比， 包括了减速比 100 和开式齿轮的 4.421；i机构总效率；0制动安全系数，由表 6 可查。k选用 型的制动器，制动转矩 ，安装时调整。30/25EYWZ mNT31540两台制动器一台延迟动作，避免产生过大冲击。3 进行了起升机构总装配图的绘制4 完成外文资料翻译5 存在问题及解决措施存在问题：对一些参数的选取及相关计算还存在一些问题；液压失效保护制动器、机构起动时间计算和零件疲劳计算方面还没有做完； 对各个部分的校核还没有计算；卷筒装配图以及零件图还没有绘制。解决措施：所有存在的问题都需要寻找相关文献和资料进行相关的选取与计算，来进行解决。6 后期工作安排6.1 完成卷筒装配图，并完成所有零件图的绘制工作。6.2 完成零件全部的设计计算并进行相关校核计算，撰写毕业论文。指导教师签字：年 月 日毕业设计(论文)开题报告题目：水电站龙门起重机起升机构设计开 题 报 告 填 写 要 求1开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成。2开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴） ，完成后应及时交给指导教师审阅。3开题报告字数应在 1500 字以上，参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册，其中外文文献至少 3 篇） ，文中引用参考文献处应标出文献序号， “参考文献”应按附件中 参考文献 “注释格式”的要求书写。4 年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例：“2008 年 11 月 26 日” 。撰写内容要求： 1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1 题目背景门式起重机是一种重要的物料搬运设备，广泛用于厂矿、车站、港口、电站等生产领域中 1。常用以实现工件翻转、吊运等要求。随着我国水电行业的发展，对这种设备的需求越来远多，要求也越来越高。本课题主要针对水电站现场闸门的启闭，起重量达 80500 吨,跨度较小,为 816米；起升速度较低,为 15 米/分。这种起重机虽然不是经常吊运，但一旦使用，工作却十分繁重，因此要适当提高工作级别。合理设计龙门起重机起升机构，完成升降功能，从而实现闸门的启闭。龙门起重机起重范围可以从几吨到几十吨甚至几百吨，在机械制造、冶金、钢铁、码头集装箱装运等行业都必须有龙门起重机。而起升机构更是起重机的咽喉设备。1.2 研究意义起重机的出现大大改善了人们的生产和生活，它能够提高工作的自动化程度，提高工作效率，有效降低人们的工作强度，完成一些复杂重复性工作。它对于发展国民经济，改善人们的事物起着重要的作用。以前需要许多人花长时间才能搬动的大型物件现在用起重机就能轻易达到效果，尤其是在小范围的搬动过程中起重机的作用是相当明显的。例如在铁路货场装卸火车、汽车，在船厂吊装船舶，在水电站大坝起吊闸门，在港口码头装卸集装箱，在工厂内部起吊和搬运笨重的成件物品，在建筑安装工地进行施工作业，在储木场堆积木材等。起重机械的主要任务是起重，而直接承担起重任务的是起升机构，其他机构都是为了扩大起重机的使用范围。最简单的起重机实际上也就仅有一个起升机构。现代的绝大多数起重机，不论他们的型式和用途如何，都是根据同一个工作原理构成的。龙门起重机通常由起升机构(使物品上下运动)、运行机构(使起重机械移动)、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。随着生产的发展，起重量和起升速度不断提高，因而机构演变日趋完善。1.3 国内外相关研究情况龙门式起重机的市场份额越来越大，使用非常广泛，这是产品本身、龙门式起重机厂家以及国家政策等多种因素共同作用下的结果，随着经济的不断发展，国家“一揽子计划” 的推动，跟促进了相关行业的发展。起重机的市场需求一年年的上涨，需求量超出了很多起重机生产厂家的预期。虽然起重机市场需求增大，但我们应该清楚地认识到，世界上工业发达国家的技术比我们领先很多。在机械设计方面与他们还有很大的差距，国家的起重机设计制造行业起点低、设备差，相对发达国家落后几十年。所以我们应该借鉴消化国外技术，完善自己，加快我国起重机械工业的发展。稳定性好；抗风性能好；机器成本与单位起重量比低；维护检修成本低；占用地面空间小等优点。2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施在起重机中，用以提升或下降货物的机构称为起升机构，一般采用卷扬式。起升机构是起重机机中最重要、最基本的机构，其工作的好坏直接影响到整台起重机的工作性能。起升机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具等多种形式。安全保护装置有超负荷限制器、起升高度限制器、下降深度限制器、超速保护开关等，根据实际情况配用。起升机构有内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动三种驱动方式。电动机驱动是起升机构主要的驱动方式。直流电动机的机械特性适合起升机构工作要求，调速性能好，但获得直流电源较为困难。在大型的工程机械上，常常使用内燃机和直流发电机实现直流传动。交流电动机驱动能直接从电网取得电能，操作简单，维护容易，机组重量轻，工作可靠，在电动机起升结构中被广泛采用。本起升结构采用的启动方式也为电动机驱动。参数设计：1）起重量：450t；2）跨度：38m；3）起升高度：20m。比例：10:1图 2.1 门式起重机简图下图为原动机驱动的起升机构的结构简图。电动机 1 通过联轴器 2 与减速器 4 的高速轴相连。机构工作时，减速器的低速轴带动卷筒 7，将钢丝绳 5 卷上或放出，经过滑轮组系统，使吊钩 6实现上升或下降。机构停止工作时，制动器 3 使吊钩连同货物悬吊在空中。吊钩的升降靠电动机改变转向来实现。1-电动机 2-联轴器 3-制动器4-减速器 5- 钢丝绳 6- 吊钩组 7-卷筒图 2.2 起升机构的简图3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作本课题研究的重点在于对驱动装置、钢丝绳卷绕系统、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件的结构设计；重点是结合实际情况对起升机构主要参数的研究与确定。前期搜集阅读了很多关于起重机机的文献与文章，对国内外振动给料机的现状与发展有了一定的了解。4. 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第 1-2 周：选题、收集与课题相关资料、文献，所需软件的了解与准备；第 3-4 周：通过文献阅读，了解龙门起重机研究现状，初步形成本课题设计思路与方案，画出龙门起重机的大框架，并完成开题报告；第 5-6 周：龙门起重机起升机构设计思路的明确、设计方案与框架确定；第 7-10 周：完成龙门起重机起升机构主要结构参数设计与传动装置设计，完成中期报告；第 9-11 周：主要零件图的绘制，包括总装图、卷筒，减速器等；第 12-13 周：完成论文撰写与装订和图纸的打印；第 14 周：送论文评阅，准备答辩；第 15 周：论文答辩。指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师： 年 月 日 所在系审查意见：注：1. 正文：宋体小四号字，行距 20 磅。2. 开题报告由各系集中归档保存。参考文献1 樊艳. 大型双梁桁架门式起重机结构设计及优化研究D.重庆大学，2009.2 祁燕燕. 基于刚柔耦合门式起重机静动态设计分析D.大连理工大学，2008.3 唐军. 基于现代设计方法的门式起重机起升机构的优化设计D.四川大学，2006.4 丁振兴. 基于虚拟样机技术的门式起重机动态特性分析D.太原科技大学，2012.5 常春影. 门式起重机结构动态特性分析J. 大连理工大学， 2005.6 朱小龙. 门式起重机轻量化研究及局部载荷作用下腹板屈曲分析D.西南交通大学，2012.7 郝明佳. 门座起重机起升机构 PLC 与变频器结合控制研究D.山东大学，2012.8 冯亮. 起重机起升机构惯性载荷理论分析与研究D.太原科技大学，2012.9 张明奎. 新型门式起重机的设计及优化D. 西南交通大学，2011.10 陈阮云. 造船门式起重机虚拟样机快速定制及评价研究D. 西南交通大学，2012.11 肖雄亮. 300T-112M 造船龙门起重机设计与主梁优化D. 湖南大学，2010.12 宁志强. 起重机设计型专家系统实现方法研究D. 太原科技大学，2009(6)：23-26.13 马林霞. 起重机设计规范中的结构疲劳强度验算研究D.上海海事大学，2005.14 黄伯良，黄坚. 宝钢三期工程大型桥式起重机采用新技术 J.冶金设备，1998，(2).15 杨国华.超跨度主梁螺栓联接的计算J. 起重运输机械， 2007，(7).16 Xu Gening,Yang Ruigang,Zhou Ke.Methodology to Estimate Remaining Service Life of Steel Structureby Possibilistic Reliability Theory,2010.17 Yuanxun Fan, Shuishui Li,Xiangdong Li. The Hoisting Mechanisms Dynamic Model andDynamic Simulation of the Bridge Crane.2011.18 Xiangdong Li,Xucheng Yuan,Shuishui Li. The Trolleys Dynamic Model and 系主管领导： 年 月 日DynamicSimulation of the Bridge Crane.2011. 本科毕业设计（论文）题目：水电站龙门起重机起升结构设计水电站龙门起重机起升机构设计摘 要在激烈的起重机制造行业，为占领制高点，许多起重机制造厂商广泛采用先进的生产工艺，模块化设计等等，以期在满足用户需求要求的同时能够最大程度的降低生产制造成本。文章旨在龙门起重机起升机构设计。在绘制机械制图时，运用计算机绘制了起升机构总图和卷筒总成图。这样对起重机设计有一个更好的了解。设计重点在于对钢丝绳、卷筒、电动机、减速器、制动器、联轴器的选型，同时对电动机发热、起制时间等进行校核。起重机的分类方法有多种，常见的是按起重机体型特点来分类。如桥式起重机、门式起重机、门座起重机、塔式起重机、汽车起重机、铁路起重机、桅杆起重机、缆索起重机等。门式起重机是桥式起重机的一种变形。在水电站要用于闸门的起吊。它的金属结构像门形框架，承载主梁下安装两条支脚，可以直接在地面的轨道上行走，主梁两端可以具有外伸悬臂梁。门式起重机具有场地利用率高、作业范围大、适应面广、通用性强等特点，在港口货场得到广泛使用。关键词：龙门起重机；起升机构；电动机IThe Design of Goliath Crane Hoisting MechanicsmAbstractIn the crane manufacturing industry,to occupy high ground,many manufacturers of gantry crane adopt advanced technology,modular design,so as to meet needs of customer and reduce manufacturing cost at the greatest extent. This article aims to the design of the gantry cranes systems and the overall stability,especially for the design and calculation of lifting mechanism. In drawing,we do not only complete the map of total machine by hand-draw,and also use computer to draw the total plan of the hoisting mechanism and reel assembly. Thus,we can get a better understanding of the gantry crane design.This article focuses on the design of steel wire rope,roller,motor,reducer,brake,coupling selection,at the same time,make the calibration of motor heating,starting and braking time,the overall stability.The classification of crane there are many methods,common in size characteristics to crane classification. Such as bridge cranes,door crane,tower cranes,cranes,railway crane,crane,the cable crane,mast.Door crane bridge crane is a kind of deformation. In the hydropower station,mainly used in gate of raising. Its metal door frame structure as shape,bearing under article install two main girder supporting feet,can be directly in the ground track walk,the main girder ends can have overhanging the cantilever beam. Door crane with high efficiency and the homework range,wide adaptability,strong commonality and other characteristics,widely used in the hydropower station.Key words:Gantry crane;Hoisting mechanism;MotorII目 录1 绪论 .11.1 起重机的概念 .11.2 起重机的发展趋势 .41.3 课题的研究目的和意义 .91.4 水电站门式起重机工作特点 .101.5 本文所要做的主要工作 .102 设计要求 .112.1 设计标准 .112.2 设计原理 .112.3 参数设计 .123 起升机构设计计算 .133.1 概述 .133.2 钢丝绳的选择 .133.2.1 钢丝绳最大拉力 .143.2.2 钢丝绳最大拉力 .143.3 卷筒设计 .153.4 电动机选择 .183.4.1 起升机构 .183.4.2 电动机选型 .183.4.3 校核电动机 .193.5 开式齿轮传动的设计计算 .203.6 减速器选择 .213.7 高速轴连轴器选择 .213.8 低速轴联轴器选择 .213.9 制动器 .213.9.1 制动器的选择 .223.9.2 制动器的校核 .223.10 液压失效保护制动器 .233.11 机构起动时间计算 .233.12 零件疲劳计算 .243.12.1 载荷 .243.12.2 应力 .25III4 结论 .27参考文献 .28致谢 .29毕业设计（论文）知识产权声明 .30毕业设计（论文）独创性声明 .31附录 .3201 绪论1.1 起重机的概念起重机是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；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。起重机主要包括起升机构、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。起重机根据结构的不同可以分为：桥架型起重机。可在长方形场地及其上空作业，多用于车间、仓库、露天堆场等处的物品装卸，有梁式起重机、桥式起重机、龙门起重机、缆索起重机、运载桥等。臂架型起重机。可在圆形场地及其上空作业，多用于露天装卸及安装等工作，有门座起重机、浮游起重机、桅杆起重机、壁行起重机和甲板起重机等。另外，起重机也可以根据驱动方式、工作类型、机动性和用途等进行分类。龙门式起重机，俗称龙门吊，龙门起重机。是门式起重机的象形说法，其实就是门式起重机。龙门式起重机一般用于项目安装，例如大型设备，但要求场地宽阔。很多时候都是用于起重很重的货物。其结构如字眼所说，就像个龙门，将轨道平铺于地面，老式的在两头有电机，拖动起重机在轨道上来回移动，很多的龙门式为了安装更加的精准，也有采用变频电机和伺服驱动。1龙门式起重机可按门框结构形式，按主梁形式，按主梁结构，按用途形式分类。按门框结构分为门式起重机和悬臂门式起重机。门式起重机可分为全门式起重机和半门式起重机。全门式起重机是主梁无悬伸，小车在主跨度内进行。半门式起重机是支腿有高低差，可根据使用场地的土建要求而定；悬臂门式起重机可分为双悬臂门式起重机和单悬臂门式起重机。双悬臂门式起重机是最常见的一种结构形式，其结构的受力和场地面积的有效利用都是合理的。双悬臂门式起重机是最常见的一种结构形式，其结构的受力和场地面积的有效利用都是合理的。按主梁形式可分为单主梁和双主梁 。单主梁门式起重机结构简单，制造安装方便，自身质量小，主梁多为偏轨箱形架结构。与双主梁门式起重机相比，整体刚度要弱一些。因此，当起重量 Q50t、跨度 S35m 时，可采用这种形式。单主梁门式起重机门腿有 L 型和 C 型两种形式。 L 型的制造安装方便，受力情况好，自身质量较小，但是，吊运货物通过支腿处的空间相对小一些。C 型的支脚做成倾斜或弯曲形，目的在于有较大的横向空间，以使货物顺利通过支脚；双主梁门式起重机承载能力强，跨度大、整体稳定性好，品种多，但自身质量与相同起重量的单主梁门式起重机相比要大些，造价也较高。根据主梁结构不同，又可分为和桁架梁、箱形梁和蜂窝梁三种形式。一般多采用箱形结构。桁架梁使用角钢或工字钢焊接而成的结构形式，优点是造价低，自重轻，抗风性好。但是由于焊接点多和桁架自身的缺陷，桁架梁也具有挠度大，刚度小，可靠性相对较低，需要频繁检测焊点等缺点。适用于对安全要求较低，起重量较小的场地；箱梁使用钢板焊接成箱式结构，具有安全性高，刚度大等特点。一般用于大吨位及超大吨位的门式起重机。如 MGhz1200，起重量 1200 吨，为国内最大的门式起重机，主梁采用了箱梁结构。箱梁同时也具有造价高，自重大，抗风性较差等缺点。 蜂窝梁 一般指“等腰三角形蜂窝梁”，主梁端面为三角形，两侧斜腹上有蜂窝孔，上下部有弦杆；蜂窝梁吸收了桁架梁和箱梁的特点，较桁架梁具有较大的刚度，较小的挠度，可靠性也较高。但是由于采用钢板焊接，自重和造价也比桁架梁稍高。适用于使用频繁或起重量大的场地或梁场。由于这种梁型为专利产品，因此生产厂家较少。按用途形式可分为普通龙门起重机、水电站龙门起重机、造船龙门起重机和集装箱龙门起重机。普通龙门起重机多采用箱型式和桁架式结构，用途最广泛。可以搬运各种成件物和散状物料，起重量在100吨以下，跨度为439米。用抓斗的普通门式起重机工作级别较高。普通门式起重机主要是指吊钩、抓斗、电磁、葫芦门式起重机，同时也包括半门式起重机。同时也包括半门式起重机；水电站龙门起重机主要用来吊运和启闭闸门，也可进行安装作业。起重量达80500吨，跨度较8162米。起升速度较低，为15米/分。这种起重机虽然不是经常吊运，但一旦使用作却十分繁重，因此要适当提高工作级别；造船龙门起重机 用于船台拼装船体，常备有两台起重小车：一台有两个主钩，在桥架上翼缘的轨道上运行；另一台有一个主钩和一个副钩，在桥架下翼缘的轨道上运行，以便翻转和吊装大型的船体分段。起重量一般为1001500吨；跨度达185米；起升速度为215米/分，还有0.10.5米/ 分的微动速度；集装箱龙门起重机用于集装箱码头。拖挂车将岸壁集装箱运载桥从船上卸下的集装箱 轨道龙门吊运到堆场或后方后，由集装箱龙门起重机堆码起来或直接装车运走，可加快集装箱运载桥或其他起重机的周转。可堆放高34层、宽6排的集装箱的堆场，一般用轮胎式，也有用有轨式的。集装箱龙门起重机与集装箱跨车相比，它的跨度和门架两侧的高度都较大。为适应港口码头的运输需要，这种起重机的工作级别较高。起升速度为810米/分；跨度根据需要跨越的集装箱排数来决定，最大为60米左右相应于20英尺、30英尺、40英尺长集装箱的起重量分别约为20吨、25吨和30吨。门式起重机的选用。它符合通用门式起重机GB/T14406-1993 以及GB5905-86 的有关规定。 一般情下，起重量在50t以下，跨度在 35m以内，无特殊使用要求，宜选用单主梁式。如果要求门腿宽度大，工作速度较高，或经常吊运重件、长大件，则宜选双梁门式起重机。 跨度和悬臂长度。门式起重机的跨度是影响起重机自身质量的重要因素。选择中，在满足设备使用条件和符合跨度系列标准的前提下，应尽量减少跨度。 轮距的确定原则 ，能满足门架沿起重机轨道方向的稳定性要求；货物的外形尺寸要能顺利通过支腿平面钢架； 注意使轮距B与跨度S成一定比例关系，一般取轮距 B=（1/4 1/6）S。门式起重机间距尺寸确定。在工作中，门式起重机外部尺寸与堆场的货物及运输车辆通道之间应留有一定的空间尺寸，以利于装卸作业。一般运输车辆在跨度内装卸时，应保持与门腿有0.7m以上的间距。吊具在不工作时应与运输车辆有 0.5m以上的间距，货物过门腿时，应有0.5m以上的间距。操作规程。在工作前对制动器、吊钩、钢丝绳和安全装置等部件按点检卡的要求检查，发现异常现象，应先予排除。 操作者必须在确认走台或轨道上无人时，才可以闭合主电源。当电源断路器上加锁或有告示牌时，应由原有关人除掉后方可闭合主电源。在工作中每班第一次起吊重物时（或负荷达到最大重量时） ，应在吊离地面高度0.5米后，重新将重物放下，检查制动器性能，确认可靠后，再进行正常作业。操作者在作业中，应按规定对下列各项作业鸣铃报警。起升、降落重物；开动大、小车行驶； 起重机行驶在视线不清楚通过时，要连续鸣铃报警； 起重机行驶接近跨内另一起重机时； 吊运重物接近人员时。 操作运行中应按统一规定的指挥信3号进行。 工作中突然断电时，应将所有的控制器手柄置于“零”位，在重新工作前应检查起重机动作是否正常。 起重机大、小车在正常作业中，严禁开反车制动停车；变换大、小车运动方向时，必须将手柄置于“零”位，使机构完全停止运转后，方能反向开车。 有两个吊钩的起重机，在主、副钩换用时和两钩高度相近时，主、副钩必须单独作业，以免两钩相撞。 两个吊钩的起重机不准两钩同时吊两个物件。不工作的情况下调整起升机构制动器。 不准利用极限位置限制器停车，严禁在有负载的情况下调整起升机构制动器。 严格执行“十不吊”的制度。指挥信号不明或乱指挥不吊；超过额定起重量时不吊； 吊具使用不合理或物件捆挂不牢不吊； 吊物上有人或有其它浮放物品不吊；抱闸或其它制动安全装置失灵不吊； 行车吊挂重物直接进行加工时不吊；歪拉斜挂不吊； 具有爆炸性物件不吊；埋在地下物件不拔吊；带棱角块口物件、未垫好不吊。如发现异常，立即停机，检查原因并及时排除。在工作后 ，将吊钩升高至一定高度，大车、小车停靠在指定位置，控制器手柄置于“零”位；拉下保护箱开关手柄，切断电源。 进行日常维护保养。做好交接班工作。 工作级别。龙门吊也就是门式起重机工作级别 A。它反映了起重机在载荷状态和利用繁忙程度两个方面的工作特性。工作级别的划分是由起重机的利用等级 U 和载荷状态 Q 决定的。它们分为 A1A8 八个级别。起重机工作级别，也就是金属结构的工作级别，按起升机构确定，分为 A1A8 级，若与我国规定的起重机工作类型对照，大体上相当于：A1A4轻；A5A6中；A7 重；A8 特重。 备案资料。根据国家的相关规定，龙门吊备案需要以下相关手续：出厂合格证，制造企业资质证，安装人员操作证，开工告知，自检报告。 维护保养。起重机各机构的工作性能和寿命很大程度上取决于润滑。润滑时，机电产品的保养、润滑参见自身说明书，走行大车、吊重桁车等应每周注一次润滑脂。卷扬机加注工业齿轮油，应经常检查油面高度，及时补充。 钢丝绳应注意钢丝绳断丝情况。如有断丝、断股或磨耗量达到报废标准时，应及时更换新绳。吊具必须定期检查。 滑轮组 主要检查绳槽磨损情况，轮缘有无崩裂及滑轮在轴上有无卡住现象。 车轮 定期检查轮缘和踏面，当轮缘部分的磨损或崩裂达到 10%厚度时应更换新轮。当踏面上两主动轮直径相差超过 D/600，或踏面上出现严重的伤痕时应重新车光。 制动器每班应检查一次。制动器应动作准确，销轴不许有卡住现象。闸瓦应正确贴合制动轮，松闸时闸瓦间隙应相等。1.2 起重机的发展趋势当前，全世界各行各业都在迅猛发展，我国正处于建设阶段，对起重运输机械的需求量也在不断增加，生产规模越来越大、自动化程度也越来越高，这些迫使企4业不得不更多地使甩大型化、效率高、自动化程度高的起重机械设备。德国的起重机行业很发达，技术也处于领先地位，是起重运输机械出口大国，其起重运输机械的总产值位居机械制造业各类产品的首位。另外，美国和日本也是生产起重运输机械的大国，他们在技术上已达到世界先进水平。随着高科技迅猛发展，起重机运输行业的竞争也十分激烈，用户对起重机的性能要求也越来越高，起重机正经历着一场巨大的变革。在国外，起重机向着模块化设计、数据总线管理系统、控制元件的研发以及起重机简单化的方向发展。而国内也取得了长足的发展,例如新材料的应用、新装置的研制和新零部件的采用、产品设计的系列化、柔性部件的使用、传动和控制系统设计的标准化、结构优化设计手段的应用等。如今，起重机在技术上呈现以下发展趋势：(1) 向大型化、自动化的方向发展；(2) 向智能化、集成化的方向发展；(3) 向成套化、系统化的方向发展；(4) 向模块化、组合化的方向发展；(5) 向小型化、轻型化的方向发展。我国的起重机运输机行业发展较晚，经过四十多年的发展，特别是近十年的飞跃式发展，才达到相当规模，并具有一定水平，形成了完整的研究设计、生产制造体系。在机械工业中，起重运输机械已慢慢的成为一个独立行业，为我国重点大型工程提供了所需的大型成套设备。虽然如此，但是与世界先进水平相比，在性能、质量、品种、数量等方面还存在相当大的差距。当今，在全球化市场的环境下，起重机行业竞争十分激烈，我国起重机制造业面临着机遇与挑战并存的新形势。门式起重机是一种重要的物料搬运设备，广泛用于厂矿、车站、港口、电站等生产领域中 1。常用以实现工件翻转、吊运等要求。随着我国水电行业的发展，对这种设备的需求越来远多，要求也越来越高。本课题主要针对水电站现场闸门的启闭，起重量达 80500 吨，跨度较小，为 816 米；起升速度较低，为 15 米/分。这种起重机虽然不是经常吊运，但一旦使用，工作却十分繁重，因此要适当提高工作级别。合理设计龙门起重机起升机构，完成升降功能，从而实现闸门的启闭。龙门起重机起重范围可以从几吨到几十吨甚至几百吨，在机械制造、冶金、钢铁、码头集装箱装运等行业都必须有龙门起重机。而起升机构更是起重机的咽喉设备。龙门式起重机的市场份额越来越大，使用非常广泛，这是产品本身、龙门式起重机厂家以及国家政策等多种因素共同作用下的结果，随着经济的不断发展，国家“一揽子计划”的推动，促进了相关行业的发展。起重机的市场需求一年年的上涨，需求量超出了很多起重机生产厂家的预期。虽然起重机市场需求增大，但我们应该清楚地认识到，世界上工业发达国家的5技术比我们领先很多。在机械设计方面与他们还有很大的差距，国家的起重机设计制造行业起点低、设备差，相对发达国家落后几十年。所以我们应该借鉴消化国外技术，完善自己，加快我国起重机械工业的发展。稳定性好；抗风性能好；机器成本与单位起重量比低；维护检修成本低；占用地面空间小等优点。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高，科学技术的飞速发展，推动了现代设计和制造能力的提高，激烈的国际市场竞争也越来越依赖于技术的竞争。这些都促使起重机的技术性能进入崭新的发展阶段，起重机正经历着一场巨大的变革。现根据起重机的新理论、新技术和新动向，结合实例，简要论述国内外先进起重机的特点和发展趋势。1） 产品设计的模块化、个性化和机电一体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，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。在满足不同客户个性化需求而需要对起重机进行改进时，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理。达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。随着科技发展，具有自分析、自调整、自纠错的智能化操作的全自动、半自动操作形式的高度机电一体化的设计理念已经应用到起重机设计当中。使得起重机更安全更易于操作和维修。 2） 产品制造新材料和新工艺由于钢铁工业新技术的应用，钢材质量得以提高。DOMEX系列高强度及超高强度刚才，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，以减少起重机材料用量，从而降低设备的重量和价格。车轮采用空气硬化镍铬钼合金钢制造，可使其使用寿命延长5年以上。在机加工方面，尽量采用少切削的精密铸件，尤其是铝合金铸件占多，加工设备大量采用高精、高效的数控自动机床等，既保证了加工质量，又提高了生产率，降低了成本。3） 产品性能的自动化、智能化和数字化经过长时间的发展，起重机在引入先进技术和设计理念之后，其产品性能已得到了很大的提高。例如传感器技术的应用使得起重机能够准确的称量起吊重量和进行定位。限于起重机自身的外形特点特别是大型起重机的外形特点，其起吊的货物有时候需要花费很长的时间来进行对位，由于位置摆放不对引起事故的情况也屡见不鲜。为此，很多起重机采用了防摇摆、准确对位技术并利用计算机系统进行精确6计算，再加上专家方案，能够很好的解决此类问题。现在的人工费已经在节节攀升，自动化高效化的机械设备越来越受到企业的喜爱，起重机也不例外。在采用传感器技术、计算机系统和新材料之后，其产品性能正向着自动化、智能化和数字化方向发展 2。4） 起重机设计专业化协作为了能迅速制造和装配出品种多样化的产品，同时降低起重机的制造成本，这就要求企业之间密切联系和协调，企业走向专业化、标准化和系列化。因为使用标准件设备能迅速组合和安装，减少标准件外组合部分的加工制造就显得特别重要。组合构件的使用比起生产非标准件起重机来，有助于减少成本。与此同时采用标准件也可以在很大程度上减少设计的工作量。5） 起重机的缺陷目前，我国起重机械整体水平虽有了一些进步，但无论性能还是内在质量与国外产品相比尚有较大差距，主要表现在：起升机构仍沿袭小而短的传统卷筒、反弹乱绳现象严重、钢丝绳易于疲劳、报废率高等。现行起升机构的上述缺陷，严重影响了主机的工作性能、可靠性和安全性。面对人世的严峻挑战，加快研究开发高性能的新型起升机构，迅速提高起重机械整体水平具有十分重要的意义。为了满足堆场生产发展的需要，我们设计龙门起重机要使用操作方便，制造价格较低。在铁路、建筑工地、大型厂房、港口等诸多地方，起重机械是用来搬运物件、减轻工人高强度劳动、使生产更为安全的重要关键设备。在国家各项建设中，起重机作为 一种重要而关键的设备或辅助机械，应用十分广泛，为国家的经济发展发挥出重要作用。由于现在各项建设对起重机要求很高，特别是物流行业，既要求安全高效、又要高速度，所以，起重械也向着大型化、大起重量、高运转速度的方向发展，机械振动的动载荷也随之增大。有害的振动会降低产品质量和工作性能，过大的动载荷使操作人员感到不适，重则会造成机械结构的破坏，影响机械安全工作。所以，在大型高速起重机中对减振提出了特别的要求。我国正处在高速发展时期，各项大型基础设施正在火热建设中。地震灾后重建，铁路、公路和机场等工程,还有港口物流的有效运转，对起重机、工程机械的质量要求更高了，衡量起重机的重要指标是可靠性和高性价比。起重机金属结构自重占比重相当大，所以对起重机金属结构的优化，减轻结构自重并提高整机动态性能、提高作业效率，具有重要的现实意义。由于起重机向着大吨位和高速度的方向发展，动态特性对起重机的影响愈来愈大，所以除了静态分析之外，对其动态分析及优化显得尤为重要。而目前对大型门式 起重机结构动力学的研究还很欠缺，结构的动态响应分析应用相对较少，至今还没有形成一套完善使用方法。在起重机结构优化方面还需要继续研究，结构的设7计还是靠设计者的经验来达到优化目的，有一些结构尺寸优化设计,也局限于单一部分结构，对于大型的复杂结构设计还无能为力。起重机械在国民经济各部门广泛应用，随着改革开放进程的加快，起重机使用越来越繁重，钢结构破坏逐年增加，在起重机钢结构破坏中，有 60%-90%是在重复应力作用下发生疲劳破坏所致，据初步调查，全国年均起重机钢结构发生疲劳破坏事故多达数百起，损失亿元人民币，严重影响了国民经济的建设和发展金属在焊接热循环作用卜发生相变，组织的转变引起体积的变化，也会引起与相邻组织的变形差异这些变形差异的存在，同时产生了新的内应力。因这些变形和应力是焊接引起的温度均匀分布后残存在构件中的，故称为焊接残余应力。此外，焊接连接部位因截面改变原状，总会产生不同程度的应力集中现象，从制造特点分析，起重机钢结构中残余应力和应力集中两个因素同时存在。因此疲劳裂纹往往发生于焊缝熔合线的表面缺陷处或焊缝内部缺陷处，然后沿垂直于外力作用方向扩展，直到最后断裂材料在循环应力或循环应变作用下。由于某点或某些点产生了局部的永久结构变化，从而在一定的循环次数以后形成裂纹或发生断裂的过程称为疲劳。疲劳破坏有以下特点：疲劳破坏是在循环应力或循环应变作用下的破坏；疲劳破坏必须经历一定的载荷循环次数；零件或试样在整个疲劳过程中不发生宏观塑性变形,其断裂方式类似于脆性断裂；疲劳断口上明显地分为两个区域。起重机的钢结构不是一种构筑物式的钢结构(在相对静止状态下承受相对平稳载荷的钢结构)，而是一种机械设备式的钢结构，它具有自身独特的特点：本身是运动的，变化的。起重机在装卸、起升时为完成作业任务，本身就在不断地运动，甚至本身的几何形状、钢结构构件的相对位置等都在不断地运动、变化。载荷是变化的，包括载荷的大小，载荷对起重机的作用方向和和作用点的位置。载荷的种类和同时作用的载荷的组合情况等都是变化的。起重机钢结构中大部分采用焊接方式进行连接，尤其是起主要承载作用的箱型主梁是较为典型的大型焊接钢结构件在焊接结构的构建过程中，由于焊接的局部加热作用。就使得构件上的温度分布极不均匀，导致了各处的膨胀和收缩变形的较大差异；其次，焊接熔池内熔化金属凝固冷却的快慢不一样也会引起收缩变形的差别。起重机械设计领域是一个有着悠久历史的行业。经历长时间的摸索和创新，该领域已经形成了一整套完整而且行之有效的设计形式。但随着时间的推移，顾客要求的提高，起重机设计行业也在不断前行。最大起重量不断在上升，从小起重量到重达好几千吨的起重机，起重机制造呈现出梯度型。与此同时，同吨位的起重机逐渐向智能化，高效化，低成本话方向发展。8起重机的出现大大改善了人们的生产和生活，它能够提高工作的自动化程度，提高工作效率，有效降低人们的工作强度，完成一些复杂重复性工作。它对于发展国民经济，改善人们的事物起着重要的作用。以前需要许多人花长时间才能搬动的大型物件现在用起重机就能轻易达到效果，尤其是在小范围的搬动过程中起重机的作用是相当明显的。例如在铁路货场装卸火车、汽车，在船厂吊装船舶，在水电站大坝起吊闸门，在港口码头装卸集装箱，在工厂内部起吊和搬运笨重的成件物品，在建筑安装工地进行施工作业，在储木场堆积木材等。起重机械的主要任务是起重，而直接承担起重任务的是起升机构，其他机构都是为了扩大起重机的使用范围。最简单的起重机实际上也就仅有一个起升机构。现代的绝大多数起重机，不论他们的型式和用途如何，都是根据同一个工作原理构成的。龙门起重机通常由起升机构(使物品上下运动)、运行机构(使起重机械移动)、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。随着生产的发展，起重量和起升速度不断提高，因而机构演变日趋完善。1.3 课题的研究目的和意义起重机械设计领域是一个有着悠久历史的行业。经历长时间的摸索和创新，该领域已经形成了一整套完整而且行之有效的设计形式。但随着时间的推移，顾客要求的提高，起重机设计行业也在不断前行。最大起重量不断在上升，从小起重量到重达好几千吨的起重机，起重机制造呈现出梯度型。与此同时，同吨位的起重机逐渐向智能化，高效化，低成本话方向发展。在现今信息化的时代，借助现代计算机技术和信息技术许多在以前很复杂的问题就变的简单了许多了，设计周期得以大大缩短。在计算中，起重机的载荷为静载荷，惯性载荷和震动载荷。静载荷是起重机在平稳状态下运行所受的载荷。除此之外，在起制动过程中还受惯性载荷，速度变化越大，惯性载荷越大。对于起重机来说，各部分结构并不是理想的刚体，而是一个弹性系统，所以在上述基本载荷状态下还叠加了按一定频率变化的振动载荷，它提高了起重机各部分的应力峰值，同时它的反复作用也使起重机的的某些敏感部分疲劳损坏。现代大型计算机系统能够很好的模拟起重机这一类机械的工作情况，并对其进行仿真。由此可以得到震动的源头。设计人员可以依次来进行优化设计，并将优化设计方案在计算机中进行模拟仿真以检验优化结果。这样可以大大节省起重机改进时间和成本。振动载荷对于起重机的强度有重要的意义，研究起重机动力学的主要目的就是要弄清这部分应力的大小。目前，我国起重机械整体水平虽有了一些进步，但无论性能还是内在质量与国9外产品相比尚有较大差距，主要表现在：起升机构仍沿袭小而短的传统卷筒、反弹乱绳现象严重、钢丝绳易于疲劳、报废率高等。现行起升机构的上述缺陷，严重影响了主机的工作性能、可靠性和安全性。面对人世的严峻挑战，加快研究开发高性能的新型起升机构，迅速提高起重机械整体水平具有十分重要的意义。为了满足堆场生产发展的需要，我们设计了这台龙门起重机，使用操作方便，制造价格较低，维护保养简便等特点的货场用龙门起重机 3。1.4 水电站门式起重机工作特点本起重机主要针对水电站现场闸门的启闭，起重量达 80900 吨，我设计的是450t 门式起重机。在起重机中，用以提升或下降货物的机构称为起升机构，一般采用卷扬式。起升机构是起重机机中最重要、最基本的机构，其工作的好坏直接影响到整台起重机的工作性能。起升机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具等多种形式。安全保护装置有超负荷限制器、起升高度限制器、下降深度限制器、超速保护开关等，根据实际情况配用。1.5 本文所要做的主要工作综上所述，本论文以水电站龙门起重机为研究对象。设计的主要任务是熟悉起重机设计的具体环节，基本掌握起重机设计中对于载荷类型的分析和计算过程。并对起升机构进行初步选型和布置，绘制龙门起重机起升机构的装配图。102 设计要求2.1 设计标准1） GB3811-83 起重机设计规范2） GB6067-85 起重机安全规范3） GB/T14406-93 通用龙门起重机4） GB10183-88 桥式和龙门起重机制造及轨道公差 2.2 设计原理下图为原动机驱动的起升机构的结构简图。电动机 1 通过联轴器 2 与减速器 4的高速轴相连。机构工作时，减速器的低速轴带动卷筒 7，将钢丝绳 5 卷上或放出，经过滑轮组系统，使吊钩 6 实现上升或下降。机构停止工作时，制动器 3 使吊钩连同货物悬吊在空中。吊钩的升降靠电动机改变转向来实现。1-电动机 2
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