20T桥式起重机小车机构设计

2017届本科生毕业设计 分类号：TH215 题 目： 20T桥式起重机小车机构设计 作 者 姓 名： 阮吴祥 学 号： 2013080832 学 院： 机械与电子工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名： 杨权 王松 指导教师职称： 助教 工程师 2017年5月摘 要 桥 式 起 重 机 主 要 应 用 于 大 型 加 工 企 业 ， 完 成 生 产 过 程 中 的 起 重 和 吊 装 工 作 。 其 中 用 于 生 产 车 间 的 桥 式 起 重 机 ， 作 业 范 围 能 扫 过 整 个 厂 房 的 建 筑 面 积 ， 具 有 非 常 重 要 的 和 不 可 替 代 的 作 用 。 本 论 文 是 对 2 0 T 桥 式 起 重 机 的 小 车 进 行 总 体 设 计 。 本 文 首 先 对 桥 式 起 重 机 用 途 ， 工 作 特 点 ， 发 展 概 况 进 行 了 介 绍 ； 然 后 设 计 了 起 重 机 的 运 行 机 构 ， 最 后 设 计 并 校 核 了 起 升 机 构 的 结 构 和 许 用 应 力 ， 最 优 选 择 了 电 机 ， 减 速 器 ， 制 动 器 和 联 轴 器 ， 验 算 了 起 升 机 构 的 起 升 时 间 。 并 通 过 A u t o C A D 进 行 小 车 各 部 分 设 计 图 的 绘 制 得 出 合 理 的 设 计 方 案 。 关键词： 桥式起重机；起升机构；小车运行机构； 校核ABSTRACTBridge crane is mainly used in large-scale processing enterprises to complete the lifting and lifting work in the production process. Among them, the bridge crane used in the production workshop can sweep the floor area of the whole workshop, and has a very important and irreplaceable role.This paper is the overall design of 20T bridge crane trolley. Firstly, the bridge crane uses, work characteristics, development situation are introduced; then the design of the running mechanism of crane structure, finally the design and check of hoisting mechanism and allowable stress, the optimal choice of the motor, reducer, brake and clutch, checking the lifting mechanism of the lifting time. And through the AutoCAD design of the car parts drawing a reasonable design.Keywords:Bridge Crane; Lifting Mechanism; the Car Run Institutions; Check目 录绪论11 桥式起重机的用途12 桥式起重机的分类及工作特点13 桥式起重机及发展概述2第1章 小车运行机构设计51.1 小车运行机构设计说明51.2 小车运行机构设计简述51.3 小车运行机构设计计算说明书6第3章 起升机构的设计172.1 确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组172.2 吊钩组的选择计算172.3 选择钢丝绳182.4 确定滑轮主要尺寸192.5 确定卷筒尺寸，并验算强度192.6 电动机的选择232.7 减速器的选择242.8 校验电机的过载和发热252.9 制动器的选择262.10 联轴器的选择272.11 起动时间的验算28结 论30参考文献31致 谢32绪论1 桥式起重机的用途 桥式起重机是横架在高架轨道上平面运行的一种桥架式起重机，又称天车。桥式起重机的的桥架沿着铺设在两侧高架上的轨道纵向往复运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向往复运行，设置在小车上的起升机构实现货物垂直升降。三个机构的综合，构成一个三维空间立方体形的工作范围，这样就可以充分利用桥架下面的立体空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机广泛地应用在室外仓库,厂房,码头,露天储料场等处。 桥 式 起 重 机 是 起 重 机 的 一 种 ， 主 要 依 靠 在 水 平 面 内 的 两 个 相 互 垂 直 方 向 移 动 的 运 行 机 构 和 起 升 机 构 ， 可 作 业 于 矩 形 场 地 及 其 上 空 ， 是 工 矿 企 业 广 泛 使 用 的 一 种 运 输 机 械 。 它 具 有 工 作 可 靠 性 高 、 制 造 工 艺 相 对 简 单 、 承 载 能 力 大 的 优 点 。 桥 式 起 重 机 一 般 有 大 车 运 行 机 构 的 起 升 机 构 、 桥 架 和 小 车 运 行 机 构 的 司 机 室 、 电 气 设 备 、 起 重 小 车 等 机 构 组 成 ， 外 形 像 一 个 两 端 支 撑 在 平 行 的 两 条 架 空 轨 道 上 平 移 运 行 的 单 跨 平 板 桥 。 起 重 小 车 用 来 带 着 载 荷 作 横 向 移 动 ， 起 升 机 构 用 来 垂 直 升 降 物 品 ， 以 达 到 在 跨 度 内 和 规 定 高 度 内 组 成 三 维 空 间 里 做 装 卸 和 搬 运 货 物 用 。 桥 式 起 重 机 是 现 代 工 业 生 产 和 起 重 运 输 中 实 现 生 产 过 程 、 自 动 化 、 机 械 化 的 重 要 工 具 和 设 备 。 所 以 桥 式 起 重 机 在 室 内 外 工 矿 企 业 、 铁 路 交 通 、 钢 铁 化 工 、 港 口 码 头 以 及 物 流 周 转 等 部 门 和 场 所 均 得 到 广 泛 的 运 用 1 。 2桥式起重机的分类及工作特点 随着工业技术的飞速发展，桥式起重机的种类越来越多，根据用途不同，可分为通用桥式起重机、冶金专用桥式水电站用桥式起重机、大起升高度桥式起重机根据使用吊具不同，可分为吊钩式，抓斗式起重机和电磁吸盘式起重机等。根据起重机所具有的运动机构，可以把起重机械分为单动作和复杂动作的起重机械两大类。各类桥式起重机的分类如图1桥式起重机按用途和构造特征分类1。图1桥式起重机按用途和构造特征分类普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由小车架、小车运行机构和起升机构三部分组成。起升机构包括电动机、减速器、制动器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。 起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动；另一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮。中、小型桥式起重机较多采用减速器、制动器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于调整和安装，驱动装置常采用万向联轴器。 3 桥式起重机及发展概述（1） 国内桥式起重机的发展 目 前 ， 国 内 专 业 生 产 大 型 起 重 机 的 厂 家 很 多 。 其 中 以 三 一 重 工 、 中 联 重 科 、 抚 挖 等 公 司 产 品 系 列 较 全 市 场 占 有 率 较 高 。 三 一 科 技 自 2 0 0 4 年 初 进 入 履 带 式 起 重 机 的 研 发 和 生 产 领 域 至 今 ， 己 成 功 开 发 出 5 0 t - 9 0 0 t 共 1 0 个 型 号 的 全 系 列 产 品 并 全 部 实 现 销 售 。 其 9 0 0 t 履 带 起 重 机 的 顺 利 下 线 ， 标 志 着 我 国 大 型 、 超 大 型 履 带 起 重 机 自 主 研 发 领 域 已 走 在 亚 洲 前 列 ， 成 为 日 前 亚 洲 最 大 吨 位 的 履 带 式 起 重 机 。 据 悉 ， 日 前 三 一 科 技 已 具 备 3 2 0 0 t 以 下 履 带 式 起 重 机 的 开 发 能 力 2 。 中 联 重 科 在 2 0 0 7 年 1 2 月 宣 布 实 行 品 牌 统 一 战 略 后 现 已 成 功 开 发 了 5 0 t - 6 0 0 t 履 带 式 起 重 机 产 品 系 列 。 作 为 中 国 起 重 机 行 业 的 领 跑 者 ， 徐 州 重 型 机 械 有 限 公 司 现 在 己 经 形 成 了 以 汽 车 起 重 机 为 主 导 ， 履 带 式 重 机 和 全 路 面 起 重 机 为 侧 翼 强 势 推 进 的 庞 大 型 谱 群 。 国 内 最 具 历 史 的 履 带 式 起 重 机 生 产 企 业 抚 挖 现 已 拥 有 3 5 t - 3 5 0 t 的 履 带 式 起 重 机 产 品 系 列 。 Q U Y 3 5 0 是 抚 挖 2 0 0 7 年 推 出 的 国 产 首 台 3 5 0 t 履 带 式 起 重 机 ， 填 补 了 国 内 3 5 0 t 履 带 式 起 重 机 的 产 品 型 谱 空 白 。 （2） 国外桥式起重机的发展 目 前 ， 国 外 专 业 生 产 大 型 起 重 机 厂 家 很 多 。 其 中 利 勃 海 尔 、 特 雷 克 斯 德 马 格 、 马 尼 托 瓦 克 与 神 钢 等 公 司 家 产 品 系 列 较 全 ， 市 场 占 有 率 较 高 。 利 勃 海 尔 公 司 的 产 品 技 术 先 进 、 工 作 可 靠 ， 其 生 产 的 L R 系 列 履 带 起 重 机 最 大 起 重 量 己 达 1 2 0 0 t 。 其 析 架 臂 履 带 式 起 重 机 系 列 在 0 7 年 又 喜 添 新 品 L R 1 6 0 0 / 2 ， 使 其 产 品 型 谱 更 加 完 善 。 德 马 格 公 司 主 要 生 产 起 重 量 从 5 0 t - 1 6 0 0 t 的 c c 系 列 履 带 起 重 机 。 最 近 推 出 了 世 界 最 大 的 履 带 式 起 重 机 C C 8 8 0 0 - 1 双 臂 新 增 功 能 套 件 使 其 起 重 能 力 达 到 3 2 0 0 t ， 马 尼 托 瓦 克 公 司 团 推 出 了 新 研 发 的 3 1 0 0 0 型 履 带 式 起 重 机 。 其 独 特 的 创 新 是 可 变 位 配 重 。 与 使 用 普 通 的 吊 运 能 力 增 强 附 件 相 比 ， 可 大 量 减 少 所 需 的 地 面 准 备 工 作 。 此 外 ， 配 备 可 变 位 配 重 的 起 重 机 能 够 起 吊 和 运 送 所 有 等 级 的 额 定 负 荷 ， 可 以 很 方 便 地 在 工 地 上 移 动 。 神 钢 公 司 开 发 的 履 带 起 重 机 产 品 系 列 化 程 度 高 、 性 价 比 高 ， 深 受 发 展 中 国 家 的 欢 迎 ， 在 全 球 范 围 内 占 有 一 定 比 例 。 近 两 年 神 钢 在 中 国 市 场 中 吨 位 履 带 起 重 机 的 销 售 业 绩 较 好 日 本 产 品 的 技 术 性 能 与 德 国 产 品 还 是 有 相 当 差 距 ， 但 其 进 步 较 快 ， 价 格 比 德 国 产 品 更 有 竞 争 力 ， 所 以 它 们 较 适 合 我 国 一 般 履 带 起 重 机 用 户 2 。 （3） 桥式起重机的发展趋势1）设计、制作的计算机化、自动化近年来，随着电子计算机的广泛应用，许多国内外起重机制造商从应用计算机辅助设计系统(CAD)逐渐使得产品更加轻型化和多样化。 2）起重机控制元件的革新与应用起重机的定位精度是对起重机的重要要求，多数采用转角码盘、齿轮链、激光头与钥板孔带来保证，定位精度通常为3mm，高于1mm的精度需外加定位系统。在起重机起升速度、制动器方面的改进，则使用低速运行的起重机吊钩精确定位，起重机的刹车系统也应用微处理进行控制和监视工作。3）新材料、新工艺的应用 由 于 钢 铁 工 业 新 技 术 的 应 用 ， 钢 材 质 量 得 以 提 高 ， 在 设 计 起 重 机 主 梁 强 度 时 ， 可 使 用 较 高 的 许 用 力 而 不 需 要 很 高 的 安 全 系 数 ， 以 便 减 少 起 重 机 材 料 用 量 ( 这 并 不 意 味 着 不 安 全 ) ， 从 而 降 低 设 备 的 重 量 和 价 格 ， 因 起 重 机 重 量 的 减 小 ， 可 用 功 率 较 小 的 驱 动 装 置 启 动 ， 因 此 而 减 少 电 力 ， 节 省 开 支 。 1.小车运行机构设计1.1 小车运行机构设计说明（1） 桥式起重机小车的组成及特点桥式起重机小车主要由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成，另外，还有一些安全防护装置。桥式起重机的小车主要具有下列特征：1)起升和运行机构由独立的部件构成。2)起重小车由起升机构，小车运行机构和小车架以及安全防护装置组成。3)所有机构中均采用滚动轴承。卷筒和车轮安装在转轴上合转动的心轴上。通常，从动车轮安装在带有两个角形轴承箱的转动心轴上。而主动车轮安装在带有两个角形轴承箱的独立轴上，它与减速器的输出轴端用联轴器相连接。4)用制动性能良好的电动液压推杆和电磁液压推杆式制动器来取代过去的几种制动方式，如反接制动等。5)起升机构和运行机构采用减速器式传动装置，仅在起重量较大，传动比高时，低速级才采用一级开式齿轮，而高速级仍采用减速器传动。在设计机构和小车架的时候，遵循标准化，通用化和系列化的原则3。（2） 小车运行机构运行机构采用全部为闭式齿轮传动，小车的四个车轮固定在小车架的四周，车轮采用带有角形轴承箱的成组部件，电动机装在小车架的台面上，由于电动机轴和车轮轴不在同一个平面上，所以运行机构采用立式三级圆柱齿轮减速器，在减速器的输入轴与电动机轴之间以及减速器的两个输出轴端与车轮轴之间均采用带浮动轴的半齿联轴器的连接方式。1.2 小车运行机构设计简述 表1.小车相关参数 名称 数据最大起升重量 20t梁跨度 31500mm起升速度 18 28m/min起升高度 14m起重机运行速度 80 95m/min起升机构运行速度 40 45m/min估计小车重量 Gxc=70KN；JC=25%;CZ=600;G=0.81.3 小车运行机构设计计算( 1 ) 确定传动方案经比较后,确定采用如图1.1所示的传动方案。图1.1 小车运行机构传动简图小车运行机构为两轮驱动，三级圆柱齿轮减速器( 2 ) 选择车轮及轨道并验算其强度1)选择车轮及轨道并验算其强度车轮的最大轮压：小车自重估计取为=70KN假定轮压均布，有=67.5KN （1.1）车轮最小轮压：=1/4 =17.5 KN （1.2） 线载荷率： =2.861.6 （1.3）由表选择车轮：当运行速度 PC，故通过。b.点接触局部挤压强度： PC2= K2R2C1C2 /m3 （1.6）=0.13230021.080.90.4433=132.82KN 式中，K2许用点接触应力常数（N/ mm2），由表查得K2=0.132R曲率半径，车轮与轨道曲率半径中的大值。车轮R1=D/2=400/2=200mm，轨道R2=300mm，故取R=300mm m由R1/ R2比值所确定的系数，R1/ R2 = 200/300=0.67，由表查得m=0.443 PC2 PC ，故通过。( 3 )运行阻力的计算1)摩擦阻力Fm：小车满载运行时的最大摩擦阻力： （1.7） =（20000+7000）9.8 =4895.1N 式中: Q起升载荷（N）； G起重机或者运行小车的自重载荷（N）；f滚动摩擦系数（mm），由表查得f=0.6mm；车轮轴承摩擦系数，由表查得 =0.02； d与轴承相配合处车轮轴的直径，d=125mm； D车轮踏面直径，D=400mm；附加摩擦阻力系数，由表查得 =2； 摩擦阻力系数，初步计算时可按表查得 =0.01。2)坡道阻力： =（Q+G）sin =（Q+G） （1.8） =（20000+7000）9.80.001=264.60N式中：-为坡度角，当其很小时计算中可用轨道坡度i代替i-值与起重机类型有关，桥式起重机为0.0013)风阻力：室内不考虑故起重机运行阻力： =Fm+ +=4895.10+264.6=5159.7N （1.9）( 4 ) 电动机的选择 1)电动机的静功率：= （1.10） = =4.29kw 式中:机构传动效率，取0.9 满载运行时的静阻力；m驱动电动机台数m=1；2) 电动机初选 对于桥式起重机的小车运行机构可按下式初选电动机：P= =1.154.29=4.94kw （1.11）式中，电动机功率增大系数，=1.15。由表选用电动机YZR-160M1-6，额定功率5.5kw，额定转速930r/min，电动机质量153.5kg3) 电动机过载能力校验运行机构电动机过载能力按下式进行校验 =Pd （kw） （1.12） 式中 : 在基准接电持续率时的电动机额定功率（kw）；m电动机台数，暂取一台；电动机转矩的标么值，取1.7；运行阻力(N),按式计算=5159.7N v-运行速度（m/s）v=0.75m/s - -机构传动效率 n-电动机额定转速（r/min） -机构初选启动时间，小车=5s计算 Pd 故满足电动机过载能力。4) 验算电动机发热条件PS （1.13） 式中：G-运行机构稳态负载平均系数，查表取0.8 -风阻力，室内为零 =5159.7N v-运行速度（m/s）v=0.75m/s- -机构传动效率，取值0.87则PS =3.9kw 计算 故满足电动机发热要求( 5 ) 减速器的选择车轮转速： （1.14） 机构传动比： （1.15）根据减速器的传动比，计算出实际的运行速度：查机械设计课程设计手册附表40选用ZSC-600-v-2减速器 1) 验算运行速度和实际所需功率实际运行速度： （1.16）误差： （1.17） 所以合适。实际所需电动机静功率：。 （1.18）故所选电动机和减速器均合适。2) 验算起动时间a.起动时间： tq= （1.19）式中 ：n1 -电动机额定转速（r/min） n1=930r/min； m-驱动电动机台数 m=1； Mq=1.5 Me=1.5MeJC25%时电动机额定扭矩：Me =9550 b.满载运行时的静阻力矩：Mj(Q=Q)= （1.20）式中：c.当满载时运行阻力矩： （1.21）= =570.5 d.空载时的运行阻力矩：Mj (Q=0)= （1.22）式中： e.当无载时运行阻力矩： = （1.23）=190.2f.初步估算高速轴上联轴器的飞轮转矩： （1.24）g.机构总飞轮矩（高速轴）： =1.15（0.142+0.26）=0.486kgfm （1.25）h.故满载起动时间：tq(Q=Q)= （1.26） =3.98si.空载起动时间： tq(Q=0)= （1.27）由表查得，故所选电动机能满足快速起动的要求.3) 按起动工况校核减速器功率起动工况下校核减速器功率： Pj = （1.28）式中：m运行机构中同一传动减速器的个数，m=1 v-运行速度（m/s） -运行机构的传动效率，=0.87 Fj-运行静阻力（N），Fj=5159.7N Fg -运行启动时的惯性力（N） （1.29） l=1.1-1.3，考虑机构中旋转质量的惯性力增大系数因此 N = （1.30）所选用减速器的N ; 满足要求。( 3 ) 减速器的验算 最大径向力的验算 （2.23） 许用径向力： 满足要求钢丝绳最大静拉力卷筒重力；起升载荷动载系数，取=1.56减速器输出轴端的最大允许径向载荷，取=45600N最