臂架俯仰机构.doc

毕业设计 论文 报告纸 第 1 页 共 40 页 装 订 线 TONGJI ZHEJIANG COLLEGE 毕业设计 论文 毕业设计 论文 课题名称课题名称 煤炭卸船机总体方案及其臂架俯仰机构设计煤炭卸船机总体方案及其臂架俯仰机构设计 副副 标标 题题 系名称 系名称 机械与电气信息工程机械与电气信息工程 专专 业 业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 姓姓 名 名 冯敏丰冯敏丰 学学 号 号 080238080238 指导教师 指导教师 陈卫明陈卫明 日日 期 期 20122012 年年 5 5 月月 2424 日日 毕业设计 论文 报告纸 第 2 页 共 40 页 装 订 线 煤炭卸船机总体方案及臂架俯仰机构 08 机械设计制造及其自动化 姓名 冯敏丰 学号 080238 指导老师 陈卫明 摘要摘要 近年来 随着我国基础工业的发展 煤炭 矿石等运输量大增 通常煤炭和矿石的运输是采用运输量 大 价格低的水路运输 这样一来 码头的卸货量必然随之增加 而在港口和码头上对煤炭矿石进行卸货最适 用抓斗卸船机 因此 桥式抓斗卸船机得到广泛应用 此次是设计一台 1500t h 桥式抓斗卸船机来加强码头和 港口的卸货能力 关键词关键词 卸船机 设计 Abstract In recent years with the development of China s basic industries The transport volume of coal and ore is greatly increased The transport of coal and ore are usually use waterway transport which have transport capacity and low price So that unloading of the pier must be increased And grab ship unloader most applicable unloading coal and ore in ports and terminals Therefore the bridge type grab ship unloader has been widely used Here is to design a 1500t h bridge type grab ship unloader to strengthen the discharge capacity of docks and harbors Key words Ship unloader Design 毕业设计 论文 报告纸 第 3 页 共 40 页 装 订 线 目录 1绪论 5 2抓斗卸船机的结构形式选择 6 2 1前大梁及后大梁 6 2 1 1 箱形梁式 6 2 1 2 四桁架式 6 2 1 3 单腹板式 6 2 2 门框 6 3抓斗卸船机的机构形式选择 8 3 1运行小车 8 3 2自行小车式 8 3 2 1载重式运行小车 8 3 2 2绳索牵引小车式 8 3 3大车行走机构 10 3 3 1车轮 11 3 3 2驱动形式 11 3 3 3传动装置形式 11 3 4起升机构 11 3 4 1驱动方式 12 3 4 2起升机构设计要素 12 3 4 3起升机构驱动装置的布置 13 3 4 4起升钢丝绳卷绕系统 13 3 5抓斗选用 13 3 5 1抓斗的种类 14 3 6俯仰机构 14 3 6 1绳索牵引传动的悬臂俯仰机构 15 3 7应急机构 16 3 8机器房和附属设备 16 4抓斗卸船机的主要参数计算 17 5 臂架俯仰机构 29 5 1 臂架俯仰机构设计 29 5 1 1 臂架俯仰主要参数及几何数据 29 5 1 2 电机功率计算 30 5 1 3 钢丝绳拉力 33 5 2 校核电机 35 5 2 1 电动机参数 36 5 2 2 高速端制动器校核 38 5 2 3 钢丝绳校核 38 毕业设计 论文 报告纸 第 4 页 共 40 页 装 订 线 毕业设计 论文 的主要参考文献 39 谢辞 40 毕业设计 论文 报告纸 第 5 页 共 40 页 装 订 线 1 绪论 1990年 针对我国 北煤南运 的能源运输格局 华东 华南和沿江等地兴建一批现代化 大型高效煤炭码头 以缓解煤炭接卸能力严重不足局面 经综合论证 生产率好 效率高的抓 斗卸船机作为煤炭卸船港重要设备列入国家 八五 重大技术装备科技攻关项目中 并于1992 年落实依托工程后签订项目合同 正式开展研制工作 随着国家经济的发展 有力地促进了我国煤炭运输的新发展 水路运输煤炭的进出口量也 急剧增加 随之而来的 桥式抓斗卸船机的生产量逐年增加 生产率也越来越高 桥式抓斗卸船机作为重要的港口装卸机械正得到日益广泛的应用 为我国能源 电力 冶 金 港口等行业 特别是一些大宗散料集散中心 的高速 稳定发展发挥着重要作用 在港口 码头日益追求高效的今天 抓斗卸船机的卸船能力成为焦点 据中国工程院的研究 我国到 2050 年一次能源消费中煤炭的比重仍然占 50 以上 煤炭一 般都产自北方 但是北方煤炭产区的水资源都比较短缺 建设坑口电厂将电能传输到南方存在 很多困难 因此我们就必须把煤炭从北方运输到南方 运输的方式有很多种 如 火车 飞机 公路 水路等 针对煤炭而言 一般运输量都是相当大的 因此我们利用成本相对低廉的水路 船运 煤炭在运抵南方某码头后 必须有卸船机来完成卸货 本次设计是为南方某电厂设计一台抓斗式煤炭卸船机 可沿码头全长轨道进行工作或非工 作性运行 以便对靠岸的 35000 吨 100000 吨散货海轮进行卸船作业 该卸船机主要由起升变 幅机构 小车牵引机构 臂架俯仰机构 大车运行机构 卸料系统 金属结构框架 维修起重 机 电气与控制系统设备等构成 作业时抓斗从船舱内抓取物料提升至料斗上方放料 物料经 振动给料器送至下方码头带式输送机系统 设计的主要内容有总体方案论证 前大梁结构设计 后大梁结构设计 门框系统结构设计 起升变幅机构设计 臂架俯仰机构设计 大车运行机构设计 主小车设计 维修起重机设计 卸料系统设计 防风安全装置设计等 毕业设计 论文 报告纸 第 6 页 共 40 页 装 订 线 2 抓斗卸船机的结构形式选择 2 1前大梁及后大梁 桥架根据主梁的结构形式 主要分为箱形梁式 四桁架式 单腹板开式等 2 1 1 箱形梁式 正轨箱形梁式大梁主要由两根主梁和两根端梁构成 主梁外侧分别设有走台 其钢结构的特点如下 主梁与端梁通过连接板焊接在一起形成刚性结构 为运输方便在端梁中间设有接头 通过 连接板和角钢使用螺栓链接 这种结构运输方便 安装容易 小车轨道通过焊接在主梁上的压板固定于盖板中央 故称正轨箱形梁 这种主梁上部焊缝 较多 制造过程中主梁变形量较大 工艺性好 主梁 端梁等部件可采用自动焊接 生产效率高 箱形梁式大梁比四桁架式大 梁的高度小 适用于厂房和仓库内使用 2 1 2 四桁架式 四桁架式大梁主要是由主桁架 辅助桁架 上水平桁架和下水平桁架以及箱形端梁组成 横截面设置斜支承以保持空间结构几何不变 上水平桁架表面一般都铺有走台板 在桥架适当 部位配置机电设备 由于大量采用了杆件 造成制造工作量大 但是同时也减轻了自身的重量 制造过程中的焊接变形也较小 容易控制 2 1 3 单腹板式 单腹板式大梁在技术要求上和四桁架式大梁有很多共同处 其优点是自重小 制造简单 但是由于水平刚度和抗扭刚度小 上翼缘主焊缝开裂严重 应用已经非常少 综合考虑 我们认为采用箱型大梁最能符合此次设计任务的基本要求和设计理念 保证其 具有足够的强度和刚度 主梁和后大梁铰接处的轨道进行特殊处理 保证小车轨道 司机室轨 道的接头平滑过度 减少当小车和司机室通过接头处时的冲击 噪音和振动 所以本设计主梁 结构采用箱型梁式 2 2 门框 门框是卸船机的主要受力构件 具有足够的强度和刚度 门框为钢板焊接成形的箱形结构 门框上部与卸船机主梁进行刚性连接 连接处的结构特别加固 保证卸船机具有足够的刚度 以减少满载小车起 制动时卸船机的水平晃动 在门腿侧设有梯子 平台 以方便人员通向料 斗 主梁 前大梁和门框顶端等处 由于桥式抓斗卸服机的轨距较小 所以前 后侧门框与主梁之间的连接 一般都制成刚 性连接型式 毕业设计 论文 报告纸 第 7 页 共 40 页 装 订 线 门框的基本结构型式分两大类 第一类为A型门框 这是最早采用的门框结构 其特点是高 度尺寸一船较大 可改善绞接式前侧悬臂俯仰钢丝绳 铰接刚性拉汗以及前侧悬臂本身的受力 清况 但结构的拼装较为复杂 第二类为H型门框 它由A型演变而来 其特点是高度尺寸较小 虽然铰接悬臂俯仰钢丝绳 铰接刚性拉杆 悬臂本身的受力没有A型好 但结构的焊接 拼装工 艺性好 因而得到广泛的应用 目前国内外几乎都采用H型门框结构 门框截面大多采用薄板箱形杆件系统 为了使门框杆件系统受力合理 在杆件的相互连接 上 已采用理想铰的结构型式 这种型式虽然加工较为复杂 但运输 拼装均方便 是具有发 展前途的结构型式 我国最近设计制造的桥式抓斗卸船机门框 均采用薄板箱形杆件系统 国 外的部分桥式抓斗卸船机 也有采用板梁结构型式的门框 所以本次设计采用的是板梁结构的 门框系统 毕业设计 论文 报告纸 第 8 页 共 40 页 装 订 线 3 抓斗卸船机的机构形式选择 3 1 运行小车 小车运行机构 用于实现小车及抓斗作水平往复运动 沿主大梁的轨道方向运行 使被吊 起集抓斗作水平运动 它包括运行小车总成 运行小车驱动机构 小车钢丝绳卷绕和安全保护 装置 属于工作性机构 运行小车结构形式主要有自行式运行小车 绳索牵引式小车 载重式运行小车 3 2 自行小车式 自行小车式卸船机是将抓斗起升机构 开闭机构和小车运行机构置于一个小车架上 依靠 小车自行运行机构 实现小车在桥架轨道上行走 最初的卸船机基本都是采用这种型式 与牵 引小车式卸船机相比 自行小车式的优点在于没有复杂的钢丝绳缠绕系统 没有滑轮 钢丝绳 短 年耗绳量少 但其缺点在于运行小车的重量要比牵引小车重10 20倍 导致整机重量和卸船 机轮压 腿压增大 设备造价和码头水工结构造价高 加之小车运行惯性大 整机水平晃动大 向运动着的小车供电 通讯都比较困难 目前采用此种小车型式的卸船机越来越少 特别是国 内近几年投产的卸船机没有一例采用这种形式 主要应用在集装箱卸船机上 3 2 1载重式运行小车 载重小车是在小车下悬挂有带起升机构的机房 它可以是自行式 也可以是牵引式 与牵 引式小车比较 省掉了起升钢丝绳缠绕系统 使得起升系统大为简单 减少了维修保养工作量 但小车总成的重量大 因此小车的运行速度也不宜取得过高 同时对码头的轮压也有一定影响 3 2 2绳索牵引小车式 牵引小车式卸船机其构造特点是 抓斗起升机构 开闭机构和小车运行机构以及电气设备 等均置于桥架上的机器房内 小车由钢丝绳牵引在轨道上运行 抓斗的起升绳和闭合绳绕过小 车上的导向滑轮 卷绕在起升机构与闭合机构的卷筒上 所以小车自重很轻 也不需对小车单 独供电 牵引小车式卸船机要求当小车在抓斗起升机构和开闭机构不工作的情形下运行时 抓斗必 须沿桥架方向水平移动 为了满足这种关系 设计了很多种钢丝绳缠绕方式 应用比较多的有 主副小车牵引式和机械差动四卷筒牵引小车式 近几年又发展到电差动四卷筒牵引小车式 1 主副小车牵引式 主副小车牵引式是应用最多的牵引小车式卸船机 其技术成熟可靠 在桥架上有一台抓斗 小车 主小车 和一台平衡小车 副小车 起升绳由起升卷筒经导向滑轮 通过平衡小车上的滑 轮 再绕过抓斗小车上的滑轮至抓斗 闭合绳绕绳路线与起升绳相同 小车牵引绳由牵引卷扬 毕业设计 论文 报告纸 第 9 页 共 40 页 装 订 线 机一根向前 经过桥架头部导向滑轮后与抓斗小车相连结 另一根向后 经过桥架尾部滑轮后 绕过平衡小车上的滑轮 再回到桥架尾部固定 抓斗小车上的钢丝绳倍率为l 平衡小车上的钢 丝绳倍率为2 当牵引卷扬机工作时 抓斗小车和平衡小车同时产生同方向运动 而它们的速度 和行走距离 平衡小车仅为抓斗小车的二分之一 从而保证抓斗水平移动 主副小车牵引式卸船机的优点 a 由于设有平衡小车 抓斗可以在起升机构和开闭机构不动的情况下 沿着水平轨迹运动 b 抓斗起升机构 开闭机构和小车运行机构可以设计成彼此独立的机构 减速器可选用标 准硬齿面减速器 维护更换方便 主副小车牵引式卸船机的缺点 a 钢丝绳的缠绕系统复杂 容易磨损 b 钢丝绳用量大 滑轮多 机构复杂 c 采用两台小车 后大梁需加长 整机设备加重 2 机械差动四卷筒牵引小车式 四卷筒结构是法国Caillard公司开发的技术 其结构型式为 起升电机 开闭电机与小车 行走电机通过两台特殊设计的行星减速器组合装配 用来驱动4只卷筒 同侧的两只卷筒分别绕 出两根钢丝绳 分别绕过桥架头部和尾部的改向滑轮 绕向抓斗小车 再通过抓斗小车上的改 向滑轮固定在抓斗上 抓斗起升 开闭 小车行走所有功能都通过两台行星减速器内圈 外圈 的差动实现各种动作组合 保持两个起升卷筒不动 两个开闭卷筒同向转动实现抓斗的开闭 两个起升卷筒和两个开闭卷筒同向转动实现抓斗的起升 两个起升卷筒和两个开闭卷筒反向转 动实现小车的运行 机械差动四卷筒牵引小车系统的优点 a 由于只有1个抓斗小车 4根钢丝绳 缠绕系统非常简洁明了 相应钢丝绳用量少 磨损 少 需要的滑轮也少 b 抓斗的起升 开闭 小车行走机构组合在一起 只有4只卷筒 结构非常紧凑 c 只有l台小车 后大梁可缩短 整机自重减轻 机械差动4卷筒牵引小车系统的缺点 由于采用两台复杂专用的行星减速器 设备的通用性 较差 不利于日常检修 3 电差动四卷筒牵引小车 在机械差动四卷筒牵引小车的基础上 世界著名的起重机生产商 芬兰科尼公司研究开发 了电差动四卷筒牵引小车式卸船机 将卸船机技术又往前推进了一步 电差动四卷筒牵引小车式卸船机 Advanced Grab Drives 简称AGD系统 机器房内设置有4 台完全独立且相同的卷扬机构 每台卷扬机构都由交流变频电机驱动 每个卷筒卷绕l根钢丝绳 两根钢丝绳向前通过前大梁端部的滑轮绕到抓斗小车 另两根绳通过后大梁端部的滑轮绕到抓 斗小车 相对于机械差动四卷筒牵引小车式卸船机 电差动四卷筒牵引小车式卸船机有以下主要优 点 a 抓斗驱动机构采用4个完全相同的卷扬机 不需要更多的备件 毕业设计 论文 报告纸 第 10 页 共 40 页 装 订 线 b 所有的减速器都采用标准硬齿面减速器 检修维护方便 机械差动4卷筒最大的缺点是减速器采用两台非标设计制造的行星差动减速器 由于是非标 产品 带有行星传动 构造复杂 体积庞大笨重 检修维护极其困难 而且检修时问长 AGD卸 船机采用4台标准硬齿面减速器 检修维护极其方便 c 1个卷筒只驱动l根钢丝绳 更换钢丝绳快速方便 电差动四卷筒牵引小车式卸船机主要优点为可用标准减速器 机构简单统一 但它的缺点 是使电气系统的负担大大加重 a 由于4只卷筒的加减速次数增加 4根钢丝绳的力和速度不断地在平衡调整 卸船机作业 平稳性较差 同时对机械传动的冲击 对电气元件寿命都会有不利影响 b 系统电动机总功率要比机械差动的小车牵引的功率再增加一倍 相应机械及电气传动功 率也要随之增加 c 对已经极繁忙的电动机 起升电动机的起制动次数要再增加一倍 开闭电动机次数要再 增加50 从而影响了电动机的散热和使用寿命 设计小车时考虑的要求 1 采用绳索牵引式运行小车 应设有机械式或液压式张紧装置 2 驱动装置减速器中的传动齿轮啮合的齿侧间隙要小 要求较高的啮合精度 以减小运 行过程中由于双向受力引起的冲击 3 运行小车系统还设置有各种安全保护装置和缓冲器 以保证运行小车在各种情况下都 能安全可靠地工作 4 一般不设应急机构 近年来随着岸桥的外伸距加大 有的用户也提出要求装设应急机 构 本次设计的桥式抓斗卸船机主要用电厂煤矿物料的卸载 由于自行小车的诸多缺点逐渐被 绳索牵引式小车取代 近年来国内桥式抓斗卸船机没有一例采用自行小车式 所以本次设计不 采用自行小车式结构 而主副小车钢丝绳牵引式目前在国内港口使用较广 其主要适用于大起 重量 高生产率的桥式抓斗卸船机 机械差动四卷筒牵引小车式虽然差动减速器为非标产品 但由于其钢丝绳缠绕较为简单 呈现出较大的优势 目前国内机械差动四卷筒牵引小车式桥式 抓斗卸船机发展迅速 占领的市场份额也越来越大 电差动四卷筒牵引式虽然解决了机械差动 减速器非标问题 但由于其电控复杂 而且缺少维护管理经验 有待完善 目前国内虽只有个 别用户使用 但仍显示出其极大的发展空间和良好的发展势头 机械差动四卷筒牵引小车式 既能体现桥式卸船机的大伸距优势 又避免了过于复杂的钢丝绳缠绕 并且目前此结构技术也 比较成熟 所以本次设计中小车的结构决定采用机械差动四卷筒牵引小车式 3 3 大车行走机构 大车运行机构 在起重机上 大车运行机构的作用是实现整机沿着轨道做水平运动 既垂 直于小车运行方向 大车行走机构由设在门框下的4组行走台车组成 为使每个行走轮受力均匀 装有两个车轮 的行走台车用过中间平衡梁 大平衡梁再与门框下横梁铰接 整个起重机的重量通过4个支座法 兰或较轴耳板传给大平衡梁 再通过中平衡梁 使重量均布到行走台车上 毕业设计 论文 报告纸 第 11 页 共 40 页 装 订 线 每个大车行走台车组 由一套或多套驱动装置驱动 电机经减速器或开式齿轮传动驱动车 轮从而实现起重机沿轨道行驶 大车行走机构一般要求 1 主动轮数必须保证车轮总数的一半 否则应进行起制动时车轮的打滑验算 在大风地 区有些用户要求主动轮数甚至达到总数的2 3 以便可以逆风将起重机驶到锚定位置 2 由于起重机在室外工作 工作环境恶劣 因此对电机有较高的防护等级要求 3 由于起重机自重大 起制动时惯性大 特别在制动时要求先减速 起制动时间一般控 制在6 10s 4 具有性能良好的防止相邻两台起重机碰撞的措施 5 有可靠的安全保护装置 包括减速和终点限位开关 端部缓冲器 防爬器 断轴保护 等 6 安全可靠的防台风锚定和防台风钢索固紧装置或其他安全可靠的防风措施 7 应装设性能良好的轨道清扫器 3 3 1车轮 起重机门框下的每套行走台车组的车轮数量通常有8轮 10轮和12轮 为了使4组台车运行 同步 常采用同一型号批次驱动装置及传动装置 按照台车平衡梁的构造形式和车轮数量 起 典型布置形式有以上几种形式 在这里由于我们的起重机本身自重和跨距适中 为了台车结构 上对称 借鉴以往的设计经验 我们初步决定选用10轮构造形式 基本上能适应电厂码头承受 能力 由于南方夏季容易受台风影响 为了保证卸船机能逆风行驶我们决定设计主动轮数为总 轮数的2 3 既一组台车设置6个主动轮4个从动轮 3 3 2驱动形式 由于要保证在顶风上坡等复杂工况下 均能有效作业 根据设计规范要求必须有一半以上 的车轮为驱动轮 又考虑到尽量简化驱动电机的传动结构 使结构简单 便于设计 安装 调试 和维护 我们在这里采用立式驱动形式 为了避免复杂的传动机构 决定布置每个主动轮都有 独立的电动机驱动 3 3 3传动装置形式 由于决定采用立式驱动形式 电动机转动方向 矢量 与主动轮的转动方向 矢量 垂直 可采用的减速器有蜗轮蜗杆减速器及锥齿轮减速器 蜗轮蜗杆最大的优点是传动比大可达到 1000左右 并且结构紧凑 缺点是摩擦大 效率低对材料的要求比较高 锥齿轮减速器虽然传 动比没有蜗轮蜗杆大 但可以通过多级传动来增大传动比 并且传动比精确 摩擦相对较小 再加上电厂港区风大 污染较严重 所以我们决定采用闭式锥齿轮减速器传动 关于减速器的 级数视具体传动比来确定 3 4 起升机构 毕业设计 论文 报告纸 第 12 页 共 40 页 装 订 线 起升机构是用来实现货物升降的工作机构 它是起重机械中不可缺少的部分 是起重机最重 要的机构 其工作性能的优劣将直接影响起重机的技术性能 典型的起升机构构造是 电动机通过联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 他通过钢丝绳和滑轮组与吊具相连 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悬挂在吊钩上的物品起升或下下降 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换向开动来实现 此外 起升机构还 包括有操纵设备 支撑台架等 起升机构一般由驱动装置 传动装置 制动装置 卷绕系统 取物装置以及安全辅助装置 等组成 其中不少零件采用标准通用零件 在起重量较大的起重机中 常设有两个或多个不同 起重量的起升机构 其中起重量最大的为主起升机构 其余为副起升机构 在港口 为满足抓 斗和集装箱装卸作业要求 须设置特种起升机构 如抓斗起升机构 集装箱起升机构等 具体组成 驱动装置包括电动机 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 取物装置包括吊钩 吊环 抓斗 电磁吸盘 吊具 挂梁等多种型式 安全保护装置有超负荷限制器 起升高度限位器 下降深度限位器 超速保 护开关等 3 4 1驱动方式 起升机构有内燃机驱动 电动机驱动 液压驱动三种驱动方式 内燃机驱动 这种驱动方式的优点是具有自身独立的能源 机动灵活 适用于流动作业的 流动式起重机 为保证各机构的独立运动 整机的传递系统复杂笨重 由于内燃机不能逆转 不能带载启动 需依靠传递环节的离合器实现启动和换向 这种驱动方式调速困难 操作麻烦 属于淘汰类型 目前只在现有少数履带起重机的铁路起重机上应用 电动机驱动 这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 但获得直流电源教困难 在大型的工程起重机上 常用内燃机和直流电机实 现直流传动 交流电动机驱动能直接从电网取得 操纵简单 维护容易 机组重量轻 工作可 靠 在电动机起升机构中被广泛采用 液压驱动 液压驱动的起升机构 由原动机带动液压泵 将工作油液输入执行构件 液压缸或 液压马达 使机构动作 通过控制输入执行机构的液体流量实现调速 液压驱动的优点是传动 比大 可实现大范围的无极调速 结构紧凑 运转平稳 操作方便 过载保护性好 缺点是液 压传动元件的制造精度要求高 液压容易泄露 目前液压驱动在流动式起重机上获得广泛的应 用 3 4 2起升机构设计要素 设计起升机构需要给定的主要参数有 起重量 工作级别 起升高度和起升速度 起重量对起升机构的组成形式 传动部件 电动机的驱动功率有重要影响 在起重机系列 设计中 合理选择起重量是重要的环节 一般情况下 当起重量超过10t时 常设置两个起升机 构 即主起升击机构和副起升机构 主起升机构的重量大 用以起吊重的货物 副起升机构的 起重量小 但速度较快 用以起吊较轻的货物或作辅助性工作 提高工作效率 毕业设计 论文 报告纸 第 13 页 共 40 页 装 订 线 起升速度的选择与起重量 起升高度 工作级别和使用要求有关 中 小起重量的起重机 选用高速以提高生产率 大起重量的起重机选用低速以降低驱动功率 提高工作的平稳性和安 全性 工作级别高 经常使用 要求生产率高的起重机宜采用高速 反之 工作级别低 用于 辅助性工作的起重机可选用低速 用于安装与设备维修的起重机除选用低速外 还克配备有微 速或调试功能 大起升高度的起重机为了提高工作效率 除适当提高起升高速外 还可备有空 载快速升降功能 各类起重机常用的起升速度可参考下表 3 4 3起升机构驱动装置的布置 起升机构中大多数情况采电驱动与减速传动结合 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 1 平行轴线布置 电动机轴与卷筒轴平行布置的方案应用最广泛 在高速轴上电动机同减速器通过弹性柱销 联轴器或齿轮联轴器相连接 带制动轮的联轴器通常用半齿联轴器 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 从 而使机构外形紧凑 美观 组装方便 根据起升机械安全规范的要求 制动器应该是常闭式的 在机构传动系统中 联轴器是一个重要的部件 要求它体积小 转动惯量小 并且最好有弹性 有调位补偿功能 它对机构的尺寸 传动性能和维修装拆工艺性都有一定得影响 2 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 通常为普通行星减速器或少齿差行星减速器 或者把减速器 或电动 机和减速器 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 同轴线布置得起升机构横向尺寸较紧凑 但加工精度和安装要求较高 维修稍微不方 便 在介绍运行小车结构论证的过程中已经决定使用机械差动四卷筒系统 所以根据其差动减 速器的结构选用平行轴线布置 并且使用具有2自由度的行星差动减速传动装置 3 4 4起升钢丝绳卷绕系统 卷绕系统是传动系的组成部分 起着运动形式的转换作用 如采用合理的卷绕系统 能使 小车运行时物品做水平移动 钢丝绳卷绕系统中 在钢丝绳绕过卷筒或滑轮时要发生弯折 反 复弯折的次数越多 钢丝绳中钢丝越容易疲劳 而钢丝绳同向弯折的耐久性是反向弯折耐久性 的2倍 这相当于钢丝绳寿命相同时 同向弯折的次数比反向弯折的次数多一倍 为了提高钢丝 绳耐久性 应尽量减少钢丝绳反向弯折的次数 但在某些起重机的卷绕系统中反向弯折不可避 免 此时 应增大滑轮直径 在介绍运行小车结构论证的过程中已经决定使用机械差动四卷筒系统 所以钢丝绳卷绕系 统布置由机械差动四卷筒系统决定 具体的主小车钢丝绳缠绕方式及拖绳小车绕绳系统将在起 升机构设计时介绍 毕业设计 论文 报告纸 第 14 页 共 40 页 装 订 线 3 5 抓斗选用 卸船的物料是煤炭 一般采用抓斗抓取煤炭 所以取物装置选择就是适用与煤炭的抓斗选 择 抓斗靠左右两个组合斗或多个颚板的开合抓取和卸出散状物料的吊具 由多个颚板组成的 抓斗也叫抓爪 3 5 1抓斗的种类 按形状分类 按形状主要可分为贝形抓斗和桔瓣抓斗 前者由两个完整的铲斗组成 后者 由三个或三个以上的颚板组成 贝型抓斗 适用于港口 码头 车站货场 矿山等方面装载各种散货 矿物 煤炭 砂石 料 土石方等 也可用于土石方开挖 基础以及沟渠开挖 公路建设 铁轨铺设等工程中 多瓣式抓斗 适用于钢厂的废钢铁抓取和分炼工作 垃圾处理场和建筑工地的大宗废物 废物分炼 装卸和搬运工作 汽车回收场进行汽车的解体 分炼和回收工作 斗齿可更换 并 且采用高硬度耐磨钢 从而确保使用寿命长 瓣壳可根据不同的工作环境选择 全闭合式瓣壳 半闭合式瓣壳 宽边瓣壳和窄边瓣壳 木材抓斗主要用于各种规格的原木 木材 管道 圆桶等物体的抓取和装卸 可以单根抓 取也可多根抓取 配合塔吊 门机等起重机使用 适用于原木堆场 码头卸货等场合 秸秆捆抓斗是一种专门为秸秆发电厂开发的物料搬运设备 主要进行秸秆捆的卸料 堆垛 储存 投料工作 工作级别高 适应电厂秸秆仓工作环境潮湿 粉尘大 使用频繁 不间断工 作的需求 按驱动方式分类 按驱动方式可分为液压式抓斗和机械式抓斗两大类 液压式抓斗本身装有开合结构 一般用液压油缸驱动 由多个颚板组成的液压式抓斗也叫 液压爪 液压抓斗在液压类专用设备中应用比较广泛 如液压挖掘机 液压起重塔等 挖掘机专用液压抓斗适用场合 1 建筑地基的基坑挖掘 深坑挖掘及泥 沙 煤 碎石的装载 2 特别适用于沟或受限制的空间的一侧进行挖掘和装载 3 适用于船舶 火车 汽车的装卸 机械式抓斗本身没有配置开合结构 通常由绳索或连杆外力驱动 按操作特点可分为双绳 抓斗和单绳抓斗 最常用的是双绳抓斗 双绳抓斗 有支持绳和开闭绳 分别绕在支持机构和开闭机构的卷筒上 双绳抓斗工作可靠 操作简便 生产率高 应用广泛 采用两组双绳后就成为四绳抓斗 工作过程与双绳抓斗相同 单绳抓斗 支持绳和开闭绳用同一根钢丝绳 通过特殊锁扣装置使钢丝绳轮流起到支持和开 闭的作用 单绳抓斗的卷绕机构较简单 但生产率低 大量装卸作业时很少采用 在介绍运行小车结构论证的过程中已经决定使用机械差动四卷筒系统 且卸船的物料为煤 炭 所以选用机械式四索双瓣煤炭抓斗的形式 3 6 俯仰机构 毕业设计 论文 报告纸 第 15 页 共 40 页 装 订 线 桥式抓斗卸船机悬臂俯仰机构的作用是俯仰校接式前侧悬臂 由于悬臂的俯仰是使呈水平状态的悬臂绕其水平布置的固定铰轴在垂直平面内摆动 或向上 仰起 至上极限位置 或由上极限位置向下俯下呈水平状态 因此 桥式抓斗卸船机的悬臂俯仰 机构 绝大多数采用绳索牵引传动的结构型式 它属于非工作性机构 当悬臂仰起时 船舶可 方便地靠离码头 船舶的上部建筑不可能与悬臂相碰 大大提高了船舶靠离码头的速度和作业 安全可靠性 当船舶靠系好码头 需进行卸船作业时 俯仰机构才将铰接式前侧悬臂徐徐放下 对准舱口进行卸船作业 值得注意的是 只有当悬臂与桥架主粱准确对位 悬臂处于正确的水 平状态 悬臂部分的自重裁荷由铰接的拉杆承裁时 俯仰钢丝绳系统基本处于卸裁状态 才允 许抓斗起重小车来回运行至悬臂部分的轨道上去 由于悬臂俯仰机构与抓斗起重小车运行机构及可单独运行的司机室运行机构之间实现电气 或机械 联锁 即只有当抓斗起重小车与司机室分别位于被指定的安全位置上时 才能进行悬 臂的俯仰动作 桥式抓斗卸船机的铰接式前侧悬臂俯仰类似于简单直线 或折线 臂架起重机的元载变幅 因此 悬臂的俯仰速度高低及时间长短 对桥式抓斗卸船机的卸船生产效率影确不大 通常俯 仰速度较低 以求得悬臂俯仰动作的安全可靠性 悬臂俯仰机构的工作性能指标 通常以悬臂 从水平位置向上仰起到上极限位置所需的时间来表征 整个俯仰时间一般取5 8min为宜 如我 国自行设计制造的某10t桥式抓斗卸船机 其铰接式前侧悬臂从水平位置府仰至80 的上极限位 置时间约为5min 在铰接悬臂俯仰机构的设计过程中 必须十分注意安全指示装置 如上已堤及的与抓斗起 重小车和可单独运行的司机室运行机构之间的动作联锁 以及司机在操纵悬臂俯仰动作时 应 能方使 清楚地看得到仰角的指示器和俯仰行程限位装置等 并不是所有桥式抓斗卸船机的前侧悬臂都要制成能俯仰的铰接式悬臂结构型式 对于卸货 对象为驳船的内河用桥式抓斗卸船机 由于驳船的上部建筑较低 而正常作业水位一般较设计 水位要低 因此它应与海港使用的桥式抓斗卸船机有所区别 在通常情况下 内河用桥式抓斗 卸船机除生产率和起重能力较小以外 其前侧悬臂可考虑不采用能俯仰的铰接式悬臂结构型式 而采用悬臂与桥架主梁刚接的整体结构型式 如我国镇江某电厂煤炭专用码头的6t桥式抓斗卸 船机前侧悬臂下缘至大车运行轨道面之间的净空高度为14m 自1965年投入使用以来 从未发生 过船舶上层结构与前侧刚接式悬臂相碰撞的事故 3 6 1绳索牵引传动的悬臂俯仰机构 桥式抓斗卸船机铰接式前侧悬臂绳索牵引传动的悬臂俯仰机构 通常是一个俯仰钢丝绳 绳索滑轮组 传动卷简 减速传动装置及驱动装置等组成的卷扬系统 既当俯仰钢丝绳被绕土 俯仰传动卷筒时 悬臂仰起 当俯仰钢丝绳被放出俯仰传动卷筒时 悬臂俯下放置水平 除牵 引钢丝绳外 整个俯仰机构的传动 驱动装置均安装在靠后侧的桥架上方的机器房内 与绳索 牵引式抓斗起重小车运行机构相似 由驱动电动机 联轴器 制动器 减速器及开式齿轮传动 副 卷筒 绳索卷绕系统以及限位开关等安全保护装置所组成 在减速器高速轴与电动机轴端 的联轴器部位上设置了瓦块式电磁制动器 用于正常俯仰时制动 而在减速器后的卷筒轴上即 大齿圈轴上 设置了带式电磁制动器 用于工作状态最不利和非工作状态最不利时制动与支持 毕业设计 论文 报告纸 第 16 页 共 40 页 装 订 线 当前侧悬臂的下俯速度超过允许速度51 时 能自动地实现紧急制动 也可在司机室内用电钮实 现随时紧急制动 以确保俯仰动作的安全可靠性 当悬臂向上仰到上极限位置附近或当悬臂向 下俯到下水平位置附近时 自动减速装置和限位开关起作用 当悬臂仰到下 上终点时 在司 机室内有信号灯显示 只有当悬臂完全被安全销拴锁好后 俯仰刚丝绳才能卸载 可处于适度 的松弛态 这种绳索牵引传动型式的优点是结构构造简单 自重与其他传动方式相比要轻 易于布置 结构紧凑 俯仰驱动传动装置安装在后侧的机房内 则提高整机抗倾覆稳定性也大为有利 但 绳索牵引传动只能承受拉力 不能承受压力 因此当悬臂位于上极限位置时 可能由于向后作 用的风力 惯性力等的影响而使悬臂后倾 为此 桥式抓斗卸船机的铰接悬臂俯仰角不能太大 在俯仰机构中 上极限位置处必须设置安全挂钩 此外 还必须十分注意俯仰钢丝绳的状态监 测与保养 及时更换损坏的钢丝绳 以确保俯仰机构的工作可靠性 在悬臂放置水平由铰接刚性拉杆承载时 俯仰钢丝卸载后也不能过分松弛 应有 定的预 紧度 以免钢丝绳从滑轮槽中跳出而造成严重故障 当悬臂临近上极限位置时 由于俯仰钢丝 绳的张力较小 悬臂的抖动或风载荷等因素的影响 均有可能引起俯仰钢丝绳从滑轮槽中跳出 因此 在结构构造方案设计与技术说明书以及今后的现场使用操作中都必须采取十分安全的措 施 防止俯仰钢丝绳脱出滑轮绳槽的严重事故 3 7 应急机构 当码头高压断电 或电控系统出现故障时利用码头备用交流电源 通过手动的联接方式将 应急机构联接到原有的驱动机构上 以较慢的速度使它脱离作业位置 回到停机安全位置或设 计的安全位置或将负荷安全卸下等的驱动机构称为应急机构 应急机构一般有俯仰应急机构 起升应急机构 小车应急机构 按照买方文件的要求配备 应急机构 应急机构可以是各自独立的 也可以是利用一套共用的移动式应急机构 对于钢丝绳 牵引式小车 为了安全起见 应急机构的操作一般均设置在相应的工作机构旁 应急机构和主机构之间 通过人工进行联接 在联接环节处 设置有安全限位和联锁限位开关 以确保应急机构的运行 安全可靠 万无一失 3 8 机器房和附属设备 由于起重机在室外作业 机器房的作用是保证岸桥的工作机构能在一个全天候的 防尘 防雨 防晒 防热的 空气流通良好的环境下工作 各机构之间应留有空间和巡回检视通道 以方便检测 维修 吊装 更换工作机构部件 在机器房内有时根据需要做出隔间 设有全密 封的并带有空调系统的电控室 这种全天候工作机器房必须牢固可靠 机器房四壁及天花板要求为双层结构 以便隔热 所有材料能防火 岸桥的主要工作机构及其辅助设备均安装在机器房内 电控设备安装在与机 房一起的电气室内 机器房包括房体结构 门窗 电控室 通风系统 吊装孔 保护栏杆 以及机房辅助设备 维修行车 空压器 灭火装置 钳工台 换绳装置 备品柜 更衣箱等 毕业设计 论文 报告纸 第 17 页 共 40 页 装 订 线 最后确定机构设计的总体方案 本次设计采用桥式抓斗卸船机 小车结构采用机械差动四 卷筒牵引小车式 为了不给电厂码头造成太大负担 单组大车采用10轮结构 且布置6个主动轮 大车动力及传动系统采用立式电动机与锥齿轮减速器结构 起升机构驱动采用平行轴布置 取 物装置采用机械师四索双瓣煤炭抓斗的结构形式 4抓斗卸船机的主要参数计算 1BCDEFGHIJ 2 3 桥式抓斗卸船机桥式抓斗卸船机 4 整机轮压及稳定性计算 5 6 7 一 1 符号说明 8 G t 重量 t H m 重心高度 m 9 G H t m 重量 x 重心高 10 Xw m 重心距海侧距离 W S 11 Xl m 重心距陆侧距离 L S 12 轨距 26m 13 海侧轮数 20piece 14 陆侧轮数 20piece 15 2 金属结构部分海侧基距 18m 16 1 门框结构陆海侧基距 18m 17NONAMEG t H m G H t m Xw m G Xw t m Xl m G Xl m t 181 陆侧上横梁 23 98738 9933 0943 26 623 66200 192 海陆侧下横梁 35 4374 42156 63154 13 460 68113460 681 203 海侧立柱 50 8220 7741055 734700261321 32 214 陆侧立柱 65 820 2521332 5816 26 1710 800 225 海侧上横梁 23 21938 9903 21910026603 694 236 门框斜撑等 25 36914 19359 95773 13 329 77113329 771 247 漏斗梁 10 5948 286 8708 6 7 70 979819 3204 4642 258 海陆侧联系横梁 31 51813 8434 9484 13 409 73413409 734 269 海陆侧斜杆 22 31537 1827 8865 13 290 09513290 095 2710 海陆侧联系上横 梁 28 50437 11057 4984 13 370 55213370 552 2811 陆侧梯子 17 97620 774373 43342 26 467 37600 2912 合计 335 53722 417377521 8565 14 1077 4733 650811 89233990 3112 30 31 2 金属结构固定部分 32NONAMEG t H m G H t m Xw m G Xw t m Xl m G Xl m t 毕业设计 论文 报告纸 第 18 页 共 40 页 装 订 线 331 门框结构 335 53722 417377521 8565 14 1077 4733 650811 89233990 3112 342 海侧梯型等 37 82545 91736 16750026983 45 353 电气室 11 714 2166 14 26 304 200 364 后大梁 103 633 63480 96 23 2382 83310 8 375 托缆轨道 4 63432 5150 605 12 25 56 766513 7563 7175 386 漏斗部分 98 913 51335 15 5 7 563 7320 32007 67 397 机房底架 49 24938 51896 0865 30 1477 47 4 196 996 408 接料板 10 515157 522128294 419 后拉杆 19 7644 95888 212 13 256 8813256 88 4210 水箱 4 1761041 76 7 5 31 3218 577 256 4311 后大梁小车轨道 9 04833 6304 0128 23 208 104327 144 4412 合计 684 92925 8106317678 45 14 5912 9993 921311 40887814 2327 45BCDEFGHIJ 46 47 3 整机固定部分 48NONAMEG t H m G H t m Xw m G Xw t m Xl m G Xl m t 491 金构固定部分 684 92925 8106317678 45 14 5912 9993 921311 40887814 2327 502 机器房总成 45 1542 21905 33 25 1128 75145 15 513 大车行走 1381 6220 8 13 1974131794 524 平台 23 4 33 611369 6 13 436 813436 8 535 地锚 7 58917 589 13 98 6571398 657 546 电缆卷筒 10 416 3169 52 7 5 7818 5192 4 557 安全钩 1 7554 1194 692511 752747 25 568 梯型架滑轮 3 21256 01179 90412002683 512 579 起升小车机构 9040 23618 25 2 22680 872 5810 臂架起升机构 2540 251006 25 21 2 5304 8120 5911 俯仰控制室等 1 0533840 0140 50 526526 527 9045 6012 尾部滑轮 3 25236 515118 74678 48 156 096 22 71 544 6113 合计 1043 9424 3395425408 897 15 7883 16481 94810 211710660 362 62 63 4 前大梁总成 64 1 大梁水平 65NONAMEG t H m G H t m Xw m G Xw t m Xl m G Xl m t 661 前大梁 105 7833 63554 20817 9251896 106543 9254646 3865 672 梯子 3 35533 6112 72817 92560 13837543 925147 36838 683 小车轨道 8 3842 6356 98817 925150 211543 925368 0915 694 前大拉杆 7 841 2321 3613 159102 640239 159305 4402 705 前小梁杆 9 91250 65502 04285 61255 62614400 716 俯仰滑轮 2 92637 66110 193162676 07652152 152 727 头部滑轮 2 03736 2373 8005143 488 405869 4141 3678 738 其他 0000000 749 合计 140 1935 88935031 327917 32792429 204543 32795760 8064 75 76 2 大梁仰起 77NONAMEG t H m G H t m Xw m G Xw t m Xl m G Xl m t 781 前大梁 105 7848 55130 336 58686 032432 583446 3124 毕业设计 论文 报告纸 第 19 页 共 40 页 装 订 线 792 梯子 3 35548 5162 71756 5822 075932 58109 3059 803 小车轨道 8 3848 7408 1066 5855 140432 58273 0204 814 前大拉杆 7 847 64371 5922 317 9428 3220 74 825 前小拉杆 9 91248 37479 4434419 91227267 624 836 俯仰滑轮 2 92653 5156 5412 727 9587228 7284 03472 847 头部滑轮 2 03769 6141 77527 2414 7478833 2467 70988 858 其他 00000260 869 合计 140 1948 865866850 50515 87636823 807331 87644468 7473 87 88 89BCDEFGHIJ 90 91 5 整机重量及重心 DL DW BOOM 不计入小车 92 5 1 前大梁水平 93NONAMEG t H m G H t m