桥式起重机副起升机构设计【10张图/18600字】【优秀机械毕业设计论文】

文档包括:
说明书一份,53页,18600字左右.
开题报告一份.
外文翻译一份.

图纸共10张,如下所示
A0-50t起升机构.dwg
A0-卷筒.dwg
A1-卷筒装置.dwg
A3-卷筒体.dwg
A3-卷筒轴.dwg
A4-板.dwg
A4-板1.dwg
A4-盖.dwg
A4-盖2.dwg
A4-套.dwg

目 录
摘要……………………………………………………………………… 1
ABSTRACT………………………………………………………………… 2
0 引言…………………………………………………………………… 3
1 起重机介绍…………………………………………………………… 4
1．1起重机械的发展动向……………………………………………… 4
1．1．1 发展超大型起重机…………………………………………… 4
1．1．2 “迷你”起重机大量涌现…………………………………… 5
1．1．3 伸缩臂结构不断改进………………………………………… 5
1．1．4 数据总线技术得到应用……………………………………… 6
1．1．5 静液压传动起重机进入市场………………………………… 6
1．1．6 混合型起重机得到发展……………………………………… 7
1．1．7汽车起重机也在不断发展…………………………………… 7
1．2 起重机的类型……………………………………………………… 8
1．2．1 起重机的基本型式…………………………………………… 8
1．2．2 复动作的起重机械分类……………………………………… 8
2桥式起重机概述……………………………………………………… 11
2．1 桥式起重机的分类……………………………………………… 11
2．2 小车运行机构…………………………………………………… 11
2．3 桥架……………………………………………………………… 12
2．4桥式起重机起升机构…………………………………………… 13
2．4．1起升机构的组成…………………………………………… 13
2．4．2起升机构的结构简图……………………………………… 14
3 副起升机构设计计算……………………………………………… 18
3．1 起升机构的典型形式………………………………………… 19
3．1．1 起升机构驱动装置的布置方式 ………………………… 19
3．1．2 起升机构钢丝绳卷绕系统设计…………………………… 23
3．1．3 滑轮组设计………………………………………………… 25
3．2 副起升机构的计算…………………………………………… 28
3．2．1 钢丝绳与卷筒的选择……………………………………… 28
3．2．2 选择电动机………………………………………………… 32
3．2．3 设计减速器………………………………………………… 36
3．2．4 选择制动器………………………………………………… 37
3．2．3 选择联轴器………………………………………………… 39
3．3 副起升机构零部件设计……………………………………… 42
3．3．1 钢丝绳……………………………………………………… 42
3．3．2 卷筒的计算………………………………………………… 48
4 结论………………………………………………………………… 49
5 参考文献…………………………………………………………… 51
6 译文………………………………………………………………… 52
7 原文说明…………………………………………………………… 68

摘 要

起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门，可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。
起重机械与运输机械发展到现在，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、劳动生产率的提高中，起重机必将发挥更大的作用。
本起重机为250/50/10t水电站桥式起重机，安装于丰满水电站扩建工程厂房内，用于水轮发电机组及其附属设备的安装和检修工作。本课题主要对起重机的起升机构进行总体设计，主、副起升机构分别有一台电动机，一台减速器，一台轮式制动器，一套卷筒装置和上滑轮装置构成。要求起重设备运行平稳, 定位准确, 安全可靠, 技术性能先进。

关键词：起重机，桥式起重机，起升机构设计

The Design of the Hoisting Mechanism of Bridge Crane

Abstract
The crane is wildly used in industrial and mining enterprises, port ,station warehouse,building site,sea development, space navigation and so on.,it is certain that the crane do a efficient job in the aspects of the land.the sea,the sky,,the civil use, and the military use.
With development,the crane and transport machines have become the base of the reasonable parts in mass product and mechanical line procdcut areas and now it is one of the important symbols of modern manufacture..The crane will play an important part in development of the four modernizations and promot on mechanical level,produce effieincy in every industry departments.
This carne is a kind of 250/50/10t bridge carnes for hydropower station, builded in the workshop of Fengman hydropower station for the extend project. It is used to install, examine and repair of sets of water-turbine generator. This paper focuses on design of hoisting mechanism of the carne, including the main and assistant hoisting mechanism with electromotors, reducers, brake staffs, drum devices and pulley gears. The carne is required to be stables, high accuracy, safety, reliability and advanced technology.

Key words: carne, Bridge Crane, design of the hoisting mechanism 
起重机械

0 引言
起重机械的基本任务是垂直升降重物，并可兼使重物作短距离的水平移动，以满足重物装卸、转载、安装等作业的要求。起重机机械是现代化生产必不可少的重要机械设备，它对于减轻繁重的体力劳动、提高劳动生产率和实现生产过程的机械化、自动化及改善人民的物质、文化生活都具有重大的意义。
起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门，可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。
起重机械不仅可以作为辅助的生产设备，完成原料、半成品、产品的装卸、搬运，进行机电设备的安装、维修，而且它也是一些生产过程工艺操作中的必须设备，例如钢铁冶金生产中的各个环节，从炉料准备、加料到炼好的钢水浇铸成锭以及脱模取锭等。又例如原子能工业中的一些工艺操作等人所难达到之处，没有起重机械，简直无法生产。据统计，在我国冶金、煤炭部门的机械设备总台数或总重中，起重运输机械约占25％～65％。
起重机械与运输机械发展到现在，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、劳动生产率的提高中，起重机必将发挥更大的作用。

1 起重机械的发展动向
1.1 发展超大型起重机
由于各重点工程向大型化发展，所需构件和配套设备重量不断增加，对超大型起重设备的需求日趋增长。1992年200t以上伸缩臂式起重机的世界销量为90台，到1997年增至130台。德国厂商在起重机大型化发展进程中处于领先地位。世界市场中150t以上的大吨位起重机多数是由利勃海尔和德马泰克公司提供的。利渤海尔LTM1800型是目前世界最大的AT产品，起重量800t，安装超起装置后型号变更为LTM11000D型，最大起重量增至1000t。该机售价550万美元。1998年推出的LTM1500型(起重量500t)售价为540万德国马克。上述三种机型在行驶状态需拆下吊臂等装置分别进行运输。 
德马泰克公司1997年推出的AC650型安装超起装置后，最大起重量可从650t增至800t。该机售价500万德国马克。AC650是目前世界上起重吨位最大的整装式伸缩臂起重机，行驶状态不需拆下吊臂分别运输。 
住友建机、多田野和加藤公司曾于1989年相继推出360t汽车起重机。住友建机在90年代开发出80t～250t共4种AT产品。多田野也在90年代相继推出100t～550t共6种特大型AT产品。加藤公司则研制成NK5000型500t汽车起重机。目前日本生产的特大型起重机仅在国内销售。
1.2 “迷你”起重机大量涌现 
起重机向微型化发展，是适应现代建设要求而出现的新趋势。10年前开发的神钢RK70(7t)是世界首台装有下俯式吊臂的“迷你”(Mini) RT产品。目前下俯式吊臂已成为“迷你”起重机的重要标志。这种新概念设计已成功移植到德马泰克AC25(25t)和加藤CR-250(25t)等较大吨位起重机上。 
小松公司曾在90年代初、中期相继推出了装有下俯式吊臂的 LW80(8t)和LW100-1(10t)“迷你”RT产品。该公司还曾于1993年和1997年分别推出了另外两种别具特色的LT300型(4.9t)和LT500型(12t)“迷你”RT。据资料介绍，LT300型与LT500型是世界首批装有全自动水平伸缩副臂的轮式起重机。它们将轮式起重机公路行驶能力与专用伸缩臂架技术融为一体，且具有塔机功能，可越过屋顶或其他障碍物靠近作业面，能替代小型自行架设塔机或大型折叠臂式随车起重机。 
1.3 伸缩臂结构不断改进 
利渤海尔LTM1090/2(90t)和LTM1160/2型(160t)AT产品，采用了装有“Telematik”单缸自动伸缩系统的卵圆形截面主臂。这种卵圆形截面主臂在减轻结构重量和提高起重性能方面具有良好效果。目前卵圆形吊臂已列入利勃海尔新产品标准部件，装有世界最长的7节84m卵圆形截面主臂的LTM1500型(500t)AT产品，也采用这种单缸伸缩系统。格鲁夫开发的单缸伸缩系统要早于利勃海尔公司，但格鲁夫早期采用的单缸伸缩系统伸缩速度较慢。此外，德马泰克大吨位起重机主臂也采用卵圆形截面。 
格鲁夫GMK6250(250t)和GMK5180(180t)两种AT产品，采用了装有双销双锁自动伸缩系统的U形截面主臂，伸臂速度较快(平均9m/s左右)。伸缩系统由电子式起重机操作装置控制，可将主臂自动伸至各种选定臂长。据报道，美国谢迪．格鲁夫工厂将采用德国工厂的主臂制造技术，原有梯形主臂将被淘汰，原因是焊接工艺复杂，制造成本高。
1.4 数据总线技术得到应用 
利渤海尔LTM1030/2型(30t)是世界首台装有数据总线管理系统的高技术双轴AT产品。该机采用CANBUS(控制域网总线)技术，完成发动机－传动系统各功能块之间的数字式数据传输和电子控制。CANBUS总线及电气、液压、绳长和风力等数据又被输入到LSB控制装置之中。LSB控制装置是Liccon起重机控制系统的组成部分，可对整个系统数据流及监控特性进行编程。采用数据总线管理系统，可降低起重机油耗及排放值，简化布线，提高整机可靠性与维修方便性。目前已有多种新机型装有LSB系统数据总线(包括LTM1500)。格鲁夫GMK6250和GMK5180也采用了数据总线技术。
1.5 静液压传动起重机进入市场 
首台静液压传动起重机是原克虏伯公司1992年研制的双轴KMK2035型(35t)AT产品。瑞士Compact Truck公司1993年推出的双轴CT2(35t)AT产品是世界第一台投放市场的静液压传动起重机。意大利Rigo公司在1994年推出了RT200(20t)静液压传动RT起重机。随后Compact Truck公司在1997年推出了两种采用静液压传动的3轴CT3(70t/80t)全地面起重机。该机装有8节7.1m～40.5m主臂，最大时速75km/h。 采用静液压传动，上车发动机既可驱动起重装置，还可驱动行走装置。此外，可将发动机横向安装在上车回转式操纵室后部，起到整体式配重作用。据介绍，某些机型采用静液压传动后，可大约减重1/3。 
1.6 混合型起重机得到发展 
过去10年中日本RT产品居世界领先地位，许多产品装有传统型号不具备的适于公路行驶的驱动装置，因而可在日本公路合法行驶。这样就促使用户对欧美制造厂商也提出了新要求。据报道，1997年世界RT产品总销量达5000台，其中日本生产了2800台，美国为1250台。 
起重机工业中出现了许多新概念设计。Compact Truck公司双轴CT2型（35t）、三轴CT3型(70/80t)和2000年将推出的4轴/6轴CT4型(110t/150t)AT产品，打破了传统驱动模式，采用静液压传动，装有下俯式主臂，整机结构紧凑。 
德马泰克双轴AC250型(25t)、加藤双轴CR－250型(25t)AT产品和格鲁夫3轴 ATS40型(36.3t)全地面汽车起重机也属于混合型起重机，前两种机型又称为城市型起重机。 
1.7 汽车起重机也在不断发展 
为与RT和AT产品抗衡，汽车起重机新技术、新产品也在不断发展。近年来汽车起重机在英、美等国市场的复兴，使人们对汽车起重机产生新的认识。几年前某些工业界人士曾预测，RT和AT产品的兴起将导致汽车起重机的衰退。日本汽车起重机在世界各地日益流行，以及最近格鲁夫、特雷克斯、林克．贝尔特、德马泰克等公司汽车起重机的产品进展，已向上述观念提出挑战。随着工程起重机各机种间技术的相互渗透与竞争，汽车起重机会在世界市场中继续占有一席之地。 
3.8 随车起重机产销量不断增长 
80年代末和90年代，国外随车起重机发展极其迅速。世界年总产量已达10万台左右。发展趋势是向多功能、大型化发展，已开发出装有6～8节伸缩臂的产品。液压系统油缸压力已达30～33MPa，比10年前约提高50%，从而导致油缸尺寸的缩小，可在油泵规格不变或略有减小的情况下，提高油缸工作速度。遥控装置也有可能获得更广泛的使用。随车起重机将在今后一段时间内进一步侵占小吨位流动式起重机的部分市场。

2起重机的类型
2.1起重机的基本型式
起重机械的型式形形色色，五花八门。根据起重机械所配备的工作机构数目的多少或服务范围的不同，起重机械可分为以下两大类别：
1． 单动作的起重机械 这种起重机械只配备一个工作机构（起升机构），只能实现一个方向上的往复运动，因此其服务范围是一条直线，如千斤顶、固定滑车、升降机、电梯等。
2． 复动作的起重机械 这种起重机械配备有两个以上的工作机构，即除起升机构外还配备有其它辅助机构，可以实现二个方向以上的往复运动，因此其服务范围是一个平面或一个立体空间。
2.2复动作的起重机械分类
（1）桥架型起重机
构造特征：金属构架做成直线形式或门形桥架的形式，构造较简单。
服务范围：长方体空间。
机构数目：一般有起升、大车运行和小车运行三个工作机构。
吊载能力：较大（一般在支撑平面内吊载，稳定性好）
典型机种：桥式起重机、门式起重机、缆索起重机等。
桥式起重机水 桥架型起重机中最主要的型式，在数量上占起重机总数的首位，使用范围极为广泛，一般用在车间内为生产工艺过程服务。
门式起重机是桥架型起重机中另一主要型式，与桥式起重机相比，它们的主要特征是在桥架的一端或两端设有支腿，可直接支承在地基上或沿地面轨道运行，一般用在码头、堆场、造船台等露天作业场地上，为货物装卸。堆垛。船体拼接等生产工艺过程服务。当门式起重机的小车运行速度大，运行距离长，生产率高，主要吊运散料时，常改称为装卸桥。
当桥架型起重机的跨度特别大时，为了减轻桥架和整机的自身质量，常常改用缆索来代替桥架，供起重小车支承和运行之用，这类起重机成为缆索起重机，常用在水电站大坝施工等现场上，为工件吊运。混凝土浇筑等生产工艺过程服务。

2-1门式起重机
（2）臂架型起重机
构造特征：有固定的或可摆动的臂架，上部结构相对下部结构能够回转，构造较复杂。
服务范围：圆形或腰圆形的柱体空间。
机构数目：一般有起升、回转、变幅和运行四个工作机构、
吊载能力：较小（支承平面外吊载，受限于起重机的整体稳定性）
典型机种：门座起重机、塔式起重机、汽车起重机等。

2-2履带式起重机

3.0 起升机构
3.1 概述
在起重机械中，用来使货物提升或下降的机构成为起升机构。起升机构是起重机最基本的机构。
起升机构通常包括：取物装置、钢丝绳卷绕系统、制动装置、减速装置、驱动装置以及安全装置等部分，其中不少零件采用标准零件。
典型的起升机构构造是：电动机通过连轴器同传动效率较高的渐开线圆柱齿轮减速器相连接，减速器的输出轴上装有卷筒，它通过钢丝绳和滑轮组与吊钩相联。机构工作时，卷筒将钢丝绳卷进或放出，从而通过滑轮组系统使悬挂在吊钩上的物品起升或下降。机构停止工作时，悬起的物品依靠制动器刹住。吊钩的起升和下降通过电动机转换向开动来实现。
此外，起升机构还包括有操纵设备、支承台架等。
通常，起升机构设计时给定的工作参数主要有：起重量Q、起升高度H、起升速度v和机构的工作级别（工作类型、JC%）等。
起重量超过10t时，常设有两个起升机构：主起升机构与副起升机构。这两个机构可以分别工作，也可协同工作。副钩起重量一般取为主钩起重量的20％～30％。
桥式和门式起重机的起重量常取为12.5/3、16/3, 20/5, 32/8, 50/12.5, 80/20, 100/32, 125/32等。
起升机构的最大起升速度可由起升高度H及最大加速度 αmax=1~1.2/s2来确定：vmax=(Hαmax)1/2 通常取v＝1～100m/min。
下降速度v降＝（1～1.5）v，对于大起升高度的起重机，下降速度还可以取得高些。
3.2 起升机构驱动装置的典型布置方案
起升机构中大多数情况均采用闭式减速器传动，并且以渐开线圆柱齿轮传动为主。一些新颖的齿轮传动如圆弧齿轮、摆线行星齿轮传动、渐开线少齿差行星齿轮传动和谐波传动正被逐渐引用到起重机械上来。
起升机构的典型布置方案通常分为两大类：平行线布置和同轴线布置。
一、平行轴线布置
电动机轴与卷筒轴平行布置的方式应用最广泛。在高速轴上，电动机同减速器通过弹性柱销连轴器或齿轮连轴器相联接。带制动轮的连轴器常用半齿连轴器，出于安全的原因，其制动轮必须装在与传动机构刚性连接的轴上。
制动器一般都装在高速轴上，高速轴上，高速轴转矩小，制动器的尺寸可以小一些。目前也有将盘式制动器装在电动机尾部壳体内的，制成一个组合部件（带制动器的电动机），从而使机构外形紧凑、美观，组装方便。根据起重机械安全规程的要求，起升机构的制动器应是长臂式的。
在机构传动系统中，连轴器是其中一个重要的部件。要求它体积小，转动惯量小、并且最好有弹性，有调位补偿性能。它对机构的尺寸。传动性能和维修装拆工艺性能都有一定的影响。
二、同轴线布置
在同轴线布置的起升机构中，电动机、减速器和卷筒成直线排列，电动机和卷筒分别布置在同轴线减速器的两端，或者把减速器布置在卷筒内部。为使机构紧凑和提高组装性能，可采用附装有制动器的凸缘型电动机。同轴线布置的起升机构横向尺寸较紧凑，但加工精度和安装 要求较高，维修稍为不便。
三、调速装置的变速方案
常用的变速方法分电气调速和机械调速两大类。电气调速是目前应用最广泛的调速方式，它又分为交流调速和直流调速两种。交流调速主要有变频、变极和变转差率三种方式。其中有低频电源调速，直流能耗制动低速下降，变极鼠笼型电机调速，可控硅串级调速，滑差调速电动机调速，改变转子外串电阻，定子调压，推杆制动器调速和涡流制动器调速等。直流调速主要分固定电压通电和可控硅电压供电调调速两种。其中有改变外串电阻和接法的直流串激电动机，直流发电机－电动机系统，可控硅供电－直流电动机系统等。
3.3 卷绕装置
在起重机械的起升机构中，卷绕装置具有重要的作用。卷绕装置由绕性元件、导向和储存元件组成。卷筒与物品之间通过绕性件构成联系，绕性件依次通过各卷绕元件，形成卷绕系统。它把回转运动转换成直线运动，并且还改变方向和速度。所以卷绕系统实际上是传动系统的一个组成部分，它参与着运动型式的转换和能量的传递。
一、钢丝绳
绕性件常被用作卷绕传动的牵引构件，它们应具有良好的弯绕特性，易于卷绕和储存。升起机构主要采用钢丝绳和链条作为提升、牵引物品的绕性件。
在起重机械中，钢丝绳是应用最广的牵引构件。钢丝绳的使用性能是：具有良好的各方向相同的绕性，使用可靠，无突然断裂的现象，运度速度不受限制，平稳无噪音，耐冲击。
钢丝绳使用钢丝编制而成的，先由钢丝编成绳股，而后再用绳股编绕成绳索。
编钢丝绳的钢丝在制造时，经过冷拉、热处理和化学处理等工艺过程后，钢丝强度极限可提高至σb=1800~2200N/mm2.
在起重机械中，双绕绳应用最广。它由两次旋绕制成，即由钢丝围着股芯绕成绳股，然后绳股围着绳芯再一次旋绕支承钢丝绳。
绳芯有纤维织物芯、石棉芯和金属芯等。纤维织物芯使钢丝绳具有较好的绕性，绳芯可以在较长的时间内存储油，受载荷时挤出油脂润滑钢丝。一般都采用麻芯。当卷筒作多层卷绕时，宜用金属绳芯的钢绳，因为它具有较好的承受横向挤压的承载能力。石棉芯一般用在高温场合。
二、滑轮与滑轮组
滑轮供钢丝绳导向和平衡钢丝绳各分支拉力用。滑轮尺寸不大时可做成实体的或锻造的轮子。铸造滑轮有铸铁和铸钢两种。铸铁滑轮加工工艺性好，价格便宜，对钢丝绳寿命有利，但强度低易脆断，多用在轻级和中级工作类型的起重机上。铸钢滑轮强度和冲击韧性都较高，但工艺性稍差，表面坚硬容易使钢丝绳磨损。用在载重和不经常换修的地方，重级和特级工作类型的起重机上经常使用铸钢滑轮。当尺寸较大的采用轮缘。带肋板的轮辐和轮毂焊接而成的焊接滑轮，这种滑轮重量较轻。铸造滑轮适用用与成批生产；焊接滑轮适用于单件生产。今年来还出现无切削加工压制成型的滑轮，生产效率极高。
钢丝绳卷绕系统中，由绕有钢丝绳的定滑轮与动滑轮组成的系统称为滑轮组。在起升机构中，滑轮组主要用来减轻钢丝绳拉力或者减速，少速场合用于增速。
3.4 取物装置
起重机的取物装置使起升机构的重要部件之一。它对安全生产和提高生产效率具有重要意义。由于起升极装卸物品的对象种类繁多，有成件的、散粒的和液态的等等，他们的物理性能和几何形状各具特点。为了适应各类物品的装卸工作，常用的取物装置有吊钩、吊环、扎具、夹钳、电磁盘、真空吸盘、料斗、盛桶和承重梁等，此外还有集装箱专用吊具和其它专用工具。
3.5起升机构的计算
起升机构的计算使在给定肋设计参数，并将布置方案确定后进行的，通过计算选用机构中所需要的标准部件，对非标准零部件还需作进一步的强度和刚度等计算。
起升机构的载荷特点：
（1） 物品起升或下降时，在驱动机构上由钢丝绳拉力产生的扭矩方向不变，即转矩是单向作用的。
（2） 物品悬挂系统由挠性钢丝绳组成，物品惯性引起的附加转矩对机构影响不大，一般不超过静转矩的10％，使用抓斗时则需要另行考虑。
（3） 机构起动或制动时间同稳定运动相比时短暂的。因此，可将稳定运动时的起升载荷作为机构的计算载荷。
起升机构计算步骤如下：
1． 钢丝绳计算
2． 卷筒基本尺寸及转速
3． 电机选择
4． 减速器选择
5． 制动器选择
6． 连轴器
7． 起动、制动时间的验算
8． 电动机验算
9． 起升机构主要零部件计算载荷的确定

本次设计任务介绍：

设计重机为250/50/10t+250/50/10t-20.0M水电站桥式起重机，安装于丰满水电站扩建工程厂房内，用于水轮发电机组及其附属设备的安装和检修工作。针对客户需求开发设计相应的起重机的大车运行机构，要求运用现代设计方法从方案论证到具体设计计算，以及最后的生产加工，充分发挥计算机在整体设计中的作用，并提高设计质量、缩短设计周期，提高工作效率。

参考文献：

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