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205 梁门 起重机 小车 机构 运行 设计

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205T双梁门式起重机小车起升机构及运行机构设计,205,梁门,起重机,小车,机构,运行,设计

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20/5T双梁门式起重机小车起升机构及运行机构设计摘要门式起重机是一种应用范围非常广泛的起重机械设备。由于其能够借助轨道或者轮胎自主行走，利用门架支撑，所以有别于常用的桥式起重机，常应用在户外起重工作中。门式起重机广泛应用到建筑、港口、机械、食品等领域中，应用范围非常广泛，起重范围也是能够从0.5吨到几百吨之间。本次毕业设计研究的是20/5吨门式起重机起升机构及小车运行机构设计，起重机的起升机构设计囊括了电机、减速机的选择和验算，制动系统的选择，卷筒的设计计算，联轴器的选择等，所涉及到的知识涵盖了整个大学期间所学习到的基础知识。在本次设计中，首先明确了本次毕业设计的目的和意义，通过网络等深入了解了关于门式起重机国内外发展现状。然后针对本次设计任务书给定的参数对起重机的起升机构主要零部件进行了设计计算，对运行小车进行了设计计算，最后形成了设计说明书并绘制了相应的CAD图纸。关键词：门式起重机；起升机构；运行小车；设计计算AbstractGantry crane is a kind of widely used lifting equipment. Because it can walk autonomously with the help of track or tire and support by gantry, it is different from the bridge crane in common use and often used in outdoor lifting work. Gantry crane is widely used in construction, port, machinery, food and other fields, with a very wide range of applications. The lifting range is also from 0.5 tons to hundreds of tons.This graduation project is about the design of hoisting mechanism and trolley running mechanism of 20 / 5t gantry crane. The hoisting mechanism design of crane includes the selection and checking calculation of motor and reducer, the selection of braking system, the design calculation of drum, the selection of coupling, etc. the knowledge involved covers the basic knowledge learned during the whole university. In this design, first of all, the purpose and significance of this graduation project are clarified, and the development status of gantry crane at home and abroad is deeply understood through the network. Then, according to the parameters given in the design specification, the main parts of the hoisting mechanism of the crane are designed and calculated, and the running trolley is designed and calculated. Finally, the design specification is formed and the corresponding CAD drawings are drawn.Key words: gantry crane; lifting mechanism; trolley; design calculation目录摘要2Abstract3前言6第一章 绪论71.1研究的目的和意义71.2门式起重机概述71.3国内外发展现状10第二章 门式起重机起升机构设计112.1设计基本参数112.2传动方案的确定112.3主起升机构的设计计算122.3.1钢丝绳的计算122.3.2滑轮最小直径计算132.3.3卷筒尺寸计算132.3.4卷筒的受力校核132.3.5选择电动机152.3.6选择减速器152.3.7选择制动器162.3.8选择联轴器162.3.9电机的验算172.3.10减速器的验算182.3.11高速浮动轴计算192.4副起升机构的设计计算202.4.1钢丝绳的计算202.3.2滑轮最小直径计算212.3.3卷筒尺寸计算212.3.4卷筒的受力校核222.3.5选择电动机232.3.6选择减速器242.3.7选择制动器242.3.8选择联轴器252.3.9电机的验算252.3.10减速器的验算262.3.11高速浮动轴计算27第三章 起重机小车运行机构设计293.1轮压计算293.2车轮和轨道选择和验算293.2.1车轮和轨道选择293.2.2强度等验算293.3运行阻力计算303.4选电动机313.5电动机验算323.6选择减速器323.7验算减速器323.8选择制动器323.9选择高速轴联轴器及制动轮333.10选择低速轴联轴器33第四章 小车架设计344.1小车架形式的确定344.2小车架结构设计34总结35致 谢36参考文献37前言门式起重机也就是常说的龙门起重机，是一种能够适应露天户外工作的大型起重机械，工作性质比较灵活，作业范围比较广、效率高，所以在各个行业中都有着广泛的应用，比如港口、机械加工厂、产品与之等行业。同时对于门式起重机来说，其结构组成以及工作等都是连续输送机械组成机械化装卸系统的理论机种，所以其具有典型的代表意义。随着工业技术水平的提高以及科技的发展，门式起重机在结构设计以及自动化结构、控制等方面也在不断的变化以及具有新的特点。在机构上，起重机的结构设计已经利用计算机技术以及虚拟模拟技术等，在起重质量方面，目前已经朝向着大型、轻型并进的方向发展，最大起重量已经能够达到两万吨。我国的起重机已经达到了世界先进水平。所以随着科技的发展，各种先进的控制技术、机械构造等都逐步的应用到起重机械上，起重机的自动化程度不断提高，结构趋向简单化，稳定性不断提高。本次设计也就是基于常用的门式起重机，对其起升机构进行设计，进而通过以点带面的方式了解整个门式起重机的结构。第1章 绪论1.1研究的目的和意义近些年，随着我国经济的不断快速发展，特别是网购以及跨境电商的迅猛发展，使得我国的物流行业发展迅速。而门式起重机是物流运输行业中必不可少的一部分，特别是对于跨境物流的港口运输环境。所以起重机械的发展水平可以看做是一个国家的经济增长水平。门式起重机，既具有普通起重机所具有的起升机构、主梁、行走机构等基本构造，同时还具有起升吨数范围比较大，能够吊装的范围广。所以门式起重机具有典型的特点，可以通过对它的研究，实现对起重机械的一个全面系统的了解。本次毕业设计就是以此为背景，通过对门式起重机的工作原理以及过程深入、全面、系统的了解，然后对其起升机构以及运行机构进行设计，对其关键的零部件进行设计计算并选择，同时对工作中承受较大载荷的零部件进行应力分析以及校验，最后对零部件进行绘图图纸。希望通过本次毕业设计能够对大学所学习的专业机械知识进行一个系统的应用，实现理论联系实际、多学科综合应用的目的，从而为以后的工作、设计、专业等方面的成长奠定基础，为以后工作做个良好的开端。同时希望利用设计完成毕业设计的过程中，能够锻炼自己对整个设计工作的把握，从大方向把握，从整体观把握等。通过设计中的发现问题、解决问题以及逆向思维等提升自己的学习能力、设计能力。1.2门式起重机概述门式起重机的分类方式比较多，常见的就是根据其机构以及设计等进行分类。常见分类方法以及分类种类可以概括如下。1、 根据主梁的数量进行分类。目前常见的有单主梁、双主梁以及多梁等结构，一般50吨以下的都是双梁结构，五十吨以上的有四梁、六梁等多种结构形式。2、 根据取物装置的不同，可以分为吊钩式、抓斗式、电吸盘等多种结构形式。3、 根据整体结构形式可以分为桁架式、箱梁结构、管型结构以及混合结构等多种形式。4、 根据支腿的结构形式可以分为L型、A型、O型、半门型等多种结构形式。5、 根据起重机的支腿与主梁的链接方式等，可以分为刚性支脚、柔性支脚等两种形式，一般都可以利用螺栓、铰链等方式装配链接。6、 根据用途的不同，可以分为造船用、水电用、集装箱用以及装卸用等多种形式。同时根据结构以及用途等也可以分为轮胎式、轨道式、双悬臂等多种结构。门式起重机的主要结构由主梁、起升装置、支腿、控制系统都能够组装，相互直接利用螺栓等进行装配链接。主梁的结构形式比较多，对于起重量在20吨左右以及以内的起重机，一般都是采用垂直反滚轮式的结构。对于较大吨位的起重机，一般都是采用水平反滚轮式结构。一般门架系统都会带有一个或者两个悬臂的机构。在吊装的时候，为了确保物品能够通过支腿，所以一般都会将支撑腿做成倾斜结构的，这样构造比较简单、安装快捷、总体质量轻，所以应用较为广泛。在主梁的机构中，常见的有箱型结构、偏轨箱型结构、单主梁结构、四桁架结构、三脚架结构以及预应力结构等多种形式，每一种都有自己独特的应用范围，其中最常用的就是箱型结构。他的整体结构就是主梁由上、下盖板以及两个腹板等组成一个箱底，为了增加强度，会在箱体内增加纵横筋板等，在主梁上一般都会铺设栏杆以及工作台灯。同时在上盖板上会设计行走的轨道，以及未来便于维护保养等还会有走台等结构装置。起升机构是起重机实现对重物物体的提升的主要机构。是门式起重机上最重要的结构之一。在起升机构中主要的结构有起重小车以及电动葫芦两种。其中电动葫芦主要用于小吨位起升。起重小车是最常见的起升机构，主要组成部分是起升卷绕机构、运行机构、车架以及电气设备等组成。车架一般是钢结构，底部和四个车轮配合，利用电机驱动能够实现在不同的跨度之间运行，实现对不同的跨度之间的吊运。起升卷绕机构实际上就是一个卷扬机和一组滑轮组的组合。一般对于起重量小于15吨的起重机来说都是设计一套卷绕机构。对于大于十五吨的起重机来说，一般都设计两套卷绕机构，分为主起升和副起升。一般主起升的额定载荷比较大，工作速度相对较慢一点。副起升机构的额定载荷比较小，但是工作速度较快。所以二者根据不同的范围相互协调辅助工作。对于门式起重机，其主要参数包含了额定起重量、起升速度和跨度、轨距、轮压等基本参数，下面简单介绍。1、 额定起重量。额定起重量一般表示为Q，单位是吨。也就是指起重机所设计的吊钩所能够吊起的最大重量，在吊装的时候，如果使用了辅助的吊装器具，则需要把这些器具的重量也包含在内。对于起重机的额定起重量，需要符合国家的标准规定。因为对于起重机来说，他的起重量基本就决定了起重机整体的重量等参数，所以在设计、选择的时候都需要根据实际情况进行考虑，过大和过小都会产生资源的浪费。2、 起升高度和跨度起升高度指的是起重机的吊钩在最低位置和最高位置之间的垂直距离，其起升高度需要能够符合国家的规定。对于龙门起重机，其跨度一般都是在10米到40米之间。一般悬臂的长度根据跨度进行选择，取值为跨度的五分之一到三分之一。对于其起升高度，一般选择为8米到15米，对于其他特殊要求的可以根据具体使用方式要求进行设计。3、 轨距对于轨距来说，也称之为轮距，他指的不是单一的一个参数，因为轨距可以包含大车行走轨距、小车行走轨距等。对于小车的轨距，指的是小车轨道中心线之间的距离，是和主梁等相关等一个参数。大车行走轨距主要指的是行走机构底座轨道之间的距离。指的是轨道中心线的距离。4、 轴距门式起重机的轴距也可以称之为基距，他指的是沿着纵向运动方向的起重机和小车支撑中心线之间的距离。他的尺寸和支撑轮等的布置有关系。5、 起重力矩及倾覆力矩起重力矩指的是起重机起吊的物品重量和运行幅度的成绩。他的倾覆力矩指的是其中物品到倾覆线距离之间的积。6、 轮压轮压指的是起重机通过车轮所传递到轨道上的最大载荷，根据工作情况的不通，可以分为工作轮压和非工作轮压。7、 工作速度工作速度包含了起升机构、运行等各种速度。其中起升速度指的是起升机构提升重物或者下放重物的速度，一般都需要在国标规定的范围之内。运行速度指的是大车运行速度或者小车运行速度。都是一种直线运动，在设计之初一般都会设定好定值。8、 起重机工作级别起重机的工作级别是一个重要的参数，在设计计算过程中，较多的参数选择都和工作级别有关系。起重机的工作级别主要是考虑起重量、利用率、工作循环程度等特性。也可以换一种说法就是起重机的工作级别表示他工作的繁忙程度。1.3国内外发展现状对于起重设备来说，最早的运输设备可以追溯到公元前，那时候的劳动人们就借助杠杆或者滑轮原理进行劳动。到了蒸汽机时代，随着第一次工业革命的开始，人们对动力的认知以及应用达到了一个新的境界，这时候起重机械也得到了快速的发展，在十九世纪二十年代，欧洲出现了第一个利用蒸汽装置作为动力的回转式起重机，它标志着对于起重设备的动力来源从此结束了人工驱动，实现了机械化的操作。随着工业水平的不但发展，后来电力驱动出现了，并得到了大力的发展，这也成为了起重机械发展的重大转折点，到了十九世纪八十年代，开始出现了第一台电机动力的升降机械，之后通过对蒸汽式回转起重机的改造，形成了电动力结构的回转起动机，之后经过不断的改进，逐渐形成了现在的桥式起重机以及门座起重机的原型机。并且后来随着新的材料不断被应用，新的加工工艺不断被发现和实施，一些新的起重机械结构形式不断出现。同时由于焊接技术的不断改进以及完善，一些箱型结构的起重机由于功能多，效率高，互换性强等特点，逐渐得到了普及。后来随着计算机技术的不断发展以及应用，制图设计以及三维虚拟模拟等的不断应用，使得人们对于起重机械的整体设计、受力分析、结构布置等能够更加方面快捷的模拟以及优化，使得起重机械的使用性能以及安全性能不断得到完善，可靠性以及稳定性都有显著提高。欧美等发达国家在起重机械上技术较为先进，在门式起重机上，朝向着集成化、自动化和智能化的方向发展。特别是近些年，随着计算机技术以及先进的工艺制造加工技术的出现，对于起重机的设计更加先进。对于国内的企业，为了能够快速设计制造出能够适合实际生产的产品，逐渐也是依靠标准化以及系列化的要求，形成自己的一套设计方式，能够满足不同的产品需求。并且随着我国对门式起重机的需求量一直旺盛，所研究的起重机在其中吨位、结构等都领先全球。第二章 门式起重机起升机构设计2.1设计基本参数本次毕业设计研究的是20/5t门式起重机起升机构及小车运行机构设计，其基本参数是依据任务书给定的参数，如下：1. 起重量：主起升 20t，副起升 5t；2. 跨度 18m；悬臂长：左 8082mm，右 10082mm。3.起升高度：12m。4.起升速度：主钩 7.16m/min，副钩 12.21m/min。5.小车运行速度：45.2m/min6.小车重约 7.8t；工作级别：M5。2.2传动方案的确定根据本次设计的起重量，总共是20吨和5吨分别是两个主、副起升机构。总体布置在一个起升小车上。根据起升机构的原则以及总体布局紧凑的基本要求。本次设计的起升机构采用双联滑轮设计方案，其起升机构的基本方案入下图2.1所示。a 主起升方案 b 副起升方案图1.1门式起重机主、副起升机构方案图中a表示主起升机构的方案，其起重量为20吨，根据起重机设计手册中的推荐，选择滑轮组的倍率ih=4，则承载的钢丝绳的支数z=2ih=8。图中b表示主起升机构的方案，其起重量为5吨，根据起重机设计手册中的推荐，选择滑轮组的倍率ih=2，则承载的钢丝绳的支数z=2ih=4。2.3主起升机构的设计计算2.3.1钢丝绳的计算钢丝绳是起重机械设备中最常用的挠性元件，也是起升过程中的主要承载物。起重机的起升动作就是利用电机通过滚筒带动钢丝绳进行上下运动。钢丝绳的计算一般都是采用静力计算方法，也就是要求锁选择的钢丝绳最大的静拉力需要小于或等于钢丝绳的许用拉力。首先计算钢丝绳在起升的时候所需要的最大拉力。根据起重机主起升机构的额定起重量为20吨，前面章节已经选定了滑轮组倍率为4，起重机构的吊钩选择短钩型吊钩组，则钢丝绳所需要承受的最大应力计算如下： 公式中各参数表示的意思如下：额定起重量，20000公斤；吊钩组重量，根据所选择吊钩组=364公斤；滑轮组倍率，4； 滑轮组效率，查手册取0.975。带入参数可得：所选择的钢丝绳的破断拉力应当满足以下要求式中各参数含义：钢丝绳的破断拉力；钢丝绳破断拉力总和；a折减系数，对于绳619的钢丝绳a0.85；钢丝绳安全系数，对于中级工作类型=5.5。由上式可得 查手册，选择钢丝绳69W+IWRC，其公称强度为1570MPa，直径为18mm，其允许破断拉力总和为324000N。选用钢丝绳标记如下：钢丝绳69W+IWRC18。2.3.2滑轮最小直径计算滑轮最小许用直径计算公式如下：Dd（e-1）=18（25-1）=432mm公式中的e表示一个系数，根据起重机的形式为中级门式起重机，其值取25，则带入可得滑轮最小直径可以选择450mm。2.3.3卷筒尺寸计算滑轮最小许用直径计算公式如下：Dd（e-1）=18（25-1）=432mm公式中的e表示一个系数，根据起重机的形式为中级门式起重机，其值取25，则带入可得滑轮最小直径可以选择500mm。然后计算卷筒的长度。卷筒尺寸：= 1440mm取=1500mm。式中：附加安全系数，取= 2；卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距，即=A=87 mm，实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；卷筒计算直径=D+d=500+16=516mm卷筒壁厚：=0.02D+（610）=0.02500 +（610）=1620 mm取=18 mm2.3.4卷筒的受力校核卷筒壁压应力计算：N/m=77.12MPa。卷筒的材料一般是选择铸铁。本次设计参考同类产品，选择材质为HT200，其最小抗拉强度为=195 MPa，则根据其安全系数取值为1.5，则材质的许用压应力为：=130MPa。根据计算可以看到，所选择的滚筒能够满足使用要求。对于卷筒来说，由于卷筒的长度大于三倍的直径，所以需要重新校验弯曲应力所产生的拉应力，卷筒所承受的弯矩图如下根据弯矩图可以看到卷筒在工作中最大弯矩出现在当钢丝绳处于卷筒中间位置的时候，其弯矩计算如下：卷筒断面系数： 式中各参数含义：D卷筒外径，D=500 mm；D卷筒内径，D= D-2=500-218=464 mm。可以卷筒的应力： 合成应力： 式中许用拉应力：根据计算可以看到 ，表示卷筒的强度能够满足要求。所以根据其起升高度，最终选择卷筒的直径为500mm，长度为1500mm，卷筒的槽型槽底半径为=9.5 mm，槽矩=19 mm。2.3.5选择电动机在起重机械中，对于电机的选择一般都是选择YZR或者JZR系列的电机，他们都属于冶金起重用的三相异步电机。所属型号的电机一般都具有承载能力强，安全系数高，机械强度大以及稳定性高等特点，适合短期内高强度工作或者周期性工作，对别是针对这种启动频繁，启停会产生冲击等机械设备中。所以本次设计也选择这种形式的电动机。在具体选择电动机的时候，需要根据具体的起升载荷、起升速度、传动效率等计算出所需要电机的净功率，然后综合考虑其安全容量等进行确定具体的电机。电机的净功率计算如下：式中机构总效率，取=0.85。则电动机的计算功率：起升机构按静功率初选电动机的系数，一般JC25%的电动机的=0.9。则 在选择电动机的型号的时候，需要考虑其安全系数、功率容量等，所以选择电机型号为YZR250MA-8，JC=25%，转速=715r/min。2.3.6选择减速器计算减速机的总传动比，一直电机的转速，首先计算卷筒的转速，如下：卷筒转速： = 减速器总传动比： = = 38.76查机械设计手册选ZQ-650-3CA减速器，当工作类型为中级时，许用功率N=31.5 kW， =40.17，质量=878 kg。2.3.7选择制动器首先计算所需要的制动器制动力矩，计算公式如下：公式中Kz-制动器的制动安全系数，取值1.5；MJ-满载的时候主动轴所需要的静力矩。带入全部参数可得：= 根据机械设计手册制动器选用YWZ315/50，其制动力矩=360710 Nm，制动轮直径=315 mm，制动器质量=61.4 Kg。2.3.8选择联轴器联轴器计算力矩应满足下式要求： 式中：联轴器的计算扭矩；联轴器的最大允许扭矩；n安全系数，取n=1.5；刚性动载系数，取=1.5；电动机轴上的额定扭矩： 则由表查得，电动机YZR225M-8的轴端直径为70mm，轴伸为140mm。根据以上条件，由机械设计手册选得联轴器号数为YLD12，最大允许扭矩为，飞轮矩为，质量。由于制动器的制动轮半径为100mm，故浮动轴直径d=65mm。2.3.9电机的验算电机的验算主要从两个方面进行验算，分别是电机的过载能力以及发热校核。首先从电机的过载能力验算。过载能力主要指的就是起重机构在很短时间内所出现了较大的工作载荷，根据计算公式，其额定功率应当满足一下条件。 式中各参数：系数，取=2.1；电动机个数，m=1；允许过载倍率，取=2.8；由上可知，过载验算通过。然后根据发热性能进行校核，根据等效功率法，校核计算电机不发热的条件如下：式中各参数：N25电动机在JC=25%时的额定功率35Kw；满载静功率；系数，取=0.8；系数，取=0.95。；则 。由上可知电动机不会过热。2.3.10减速器的验算减速器在工作中主要承受的作用力就是起升过程中卷筒以及重物之间综合产生的径向力以及扭矩等，所以减速机的验算一般需要通过速度、功率以及轴扭矩等进行验算。首先对起升速度进行验证。实际的起升速度计算如下：速度误差：,可以看到减速机的速度能够满足使用要求。然后对减速机的功率进行验算，计算实际所需要的功率如下：则因，所以减速器功率验算通过。然后计算减速机对于输出轴最大扭矩的校核计算。其最大扭矩校核计算公式如下：式中各参数：电动机最大力矩倍数，取=2.5；减速器效率，取=0.95；减速器输出轴上的最大短暂容许扭矩，。根据计算可以看到所选择减速机能够满足要求。2.3.11高速浮动轴计算首先计算起升机构工作中所承受的基本载荷，计算如下：=1.06467.5=495.55N.m公式中各参数：动载系数 ，=（1+）=（1+1.12）=1.06起升载荷动载系数=1+0.71=1+0.71=1.12在前面的章节中，根据减速机的结构尺寸等，已经选择了主轴的轴径d为55m，所以所承受的扭转应力计算为：=11.03MPa根据所选择的轴的材质为45钢，则可以查询得=600 MPa，=300 MPa 。弯曲应力计算：=0.27()=0.27(600+300)=243MPa扭转应力计算 =140 MPa =0.6=0.6300=180MPa轴受脉动循环的许用扭转应力： = 式中各参数：-根据零件的形状以及表面所形成的应力集中系数，计算公式为：k=表示和零部件的几何形状有关的参数，比如常见的键槽等，取值为1.5到2.5之间。表示和零部件表面粗糙度油管的取值为1.25。=21.25=2.5 不同的材料对循环应力所产生的反应敏感程度，对于碳钢来说取值为0.2.安全系数 =1.25。带入计算得：MPa根据计算可以看到 。对轴的强度进行验算。首先计算轴所承受的最大转矩如下：=1.12467.5=523.6MPa最大扭转应力：=许用扭转应力：=120MPa根据计算可以看到，所以所选择的轴的尺寸满足要求。浮动轴的中间轴径d=d+（510）=55+（510）=6065 mm，取d=65 mm。2.4副起升机构的设计计算2.4.1钢丝绳的计算钢丝绳是起重机械设备中最常用的挠性元件，也是起升过程中的主要承载物。起重机的起升动作就是利用电机通过滚筒带动钢丝绳进行上下运动。钢丝绳的计算一般都是采用静力计算方法，也就是要求锁选择的钢丝绳最大的静拉力需要小于或等于钢丝绳的许用拉力。首先计算钢丝绳在起升的时候所需要的最大拉力。根据起重机主起升机构的额定起重量为5吨，前面章节已经选定了滑轮组倍率为2，起重机构的吊钩选择短钩型吊钩组，则钢丝绳所需要承受的最大应力计算如下： 公式中各参数表示的意思如下：额定起重量，5000公斤；吊钩组重量，根据所选择吊钩组=99公斤；滑轮组倍率，2； 滑轮组效率，查手册取0.99。带入参数可得：所选择的钢丝绳的破断拉力应当满足以下要求式中各参数含义：钢丝绳的破断拉力；钢丝绳破断拉力总和；a折减系数，对于绳619的钢丝绳a0.85；钢丝绳安全系数，对于中级工作类型=5.5。由上式可得 选择钢丝绳619，其公称强度为1550MPa，直径为14mm，其允许破断拉力总和为109500N。选用钢丝绳标记如下：钢芯钢丝绳619-14.0-1550-I-光-右交GB8918-88。2.3.2滑轮最小直径计算滑轮最小许用直径计算公式如下：Dd（e-1）=14（25-1）=336mm公式中的e表示一个系数，根据起重机的形式为中级门式起重机，其值取25，则带入可得滑轮最小直径可以选择350mm。2.3.3卷筒尺寸计算滑轮最小许用直径计算公式如下：Dd（e-1）=18（25-1）=336mm公式中的e表示一个系数，根据起重机的形式为中级门式起重机，其值取25，则带入可得滑轮最小直径可以选择350mm。然后计算卷筒的长度。卷筒尺寸：= 977mm取=1000mm。式中：附加安全系数，取= 2；卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距，即=A=87 mm，实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；卷筒计算直径=D+d=350+15=365mm卷筒壁厚：=0.02D+（610）=0.02350+（610）=1317mm取=15mm2.3.4卷筒的受力校核卷筒壁压应力计算：N/m=77.12MPa。卷筒的材料一般是选择铸铁。本次设计参考同类产品，选择材质为HT200，其最小抗拉强度为=195 MPa，则根据其安全系数取值为1.5，则材质的许用压应力为：=130MPa。根据计算可以看到，所选择的滚筒能够满足使用要求。对于卷筒来说，由于卷筒的长度大于三倍的直径，所以需要重新校验弯曲应力所产生的拉应力，卷筒所承受的弯矩图如下根据弯矩图可以看到卷筒在工作中最大弯矩出现在当钢丝绳处于卷筒中间位置的时候，其弯矩计算如下：卷筒断面系数： 式中各参数含义：D卷筒外径，D=350 mm；D卷筒内径，D= D-2=350-215=32 mm。可以卷筒的应力： 合成应力： 式中许用拉应力：根据计算可以看到 ，表示卷筒的强度能够满足要求。所以根据其起升高度，最终选择卷筒的直径为350mm，长度为1000mm，卷筒的槽型槽底半径为=7.5 mm，槽矩=17 mm。2.3.5选择电动机在起重机械中，对于电机的选择一般都是选择YZR或者JZR系列的电机，他们都属于冶金起重用的三相异步电机。所属型号的电机一般都具有承载能力强，安全系数高，机械强度大以及稳定性高等特点，适合短期内高强度工作或者周期性工作，对别是针对这种启动频繁，启停会产生冲击等机械设备中。所以本次设计也选择这种形式的电动机。在具体选择电动机的时候，需要根据具体的起升载荷、起升速度、传动效率等计算出所需要电机的净功率，然后综合考虑其安全容量等进行确定具体的电机。电机的净功率计算如下：式中机构总效率，取=0.85。则电动机的计算功率：起升机构按静功率初选电动机的系数，一般JC25%的电动机的=0.9。则 在选择电动机的型号的时候，需要考虑其安全系数、功率容量等，所以用电动机JZR-42-8，其（25%）=16 kW，=715r/min，=1.46kgm，电机质量 =260 kg。2.3.6选择减速器计算减速机的总传动比，一直电机的转速，首先计算卷筒的转速，如下：卷筒转速： = 减速器总传动比： = 查机械设计手册选择减速器为：JZQ500,实际传动比=31.5，输入功率为18.5Kw。2.3.7选择制动器首先计算所需要的制动器制动力矩，计算公式如下：公式中Kz-制动器的制动安全系数，取值1.5；MJ-满载的时候主动轴所需要的静力矩。带入全部参数可得：= 根据机械设计手册制动器选用YWZ250/30，其制动力矩 =225360 Nm，制动轮直径=250mm，制动器质量=43.6 Kg。2.3.8选择联轴器联轴器计算力矩应满足下式要求： 式中：联轴器的计算扭矩；联轴器的最大允许扭矩；n安全系数，取n=1.5；刚性动载系数，取=1.5；电动机轴上的额定扭矩：则由表查得，从手册选得联轴器号数为YLD12，最大允许扭矩为，飞轮矩为，质量。由于制动器的制动轮的直径是100mm.从而，浮动轴直径d=55mm。2.3.9电机的验算电机的验算主要从两个方面进行验算，分别是电机的过载能力以及发热校核。首先从电机的过载能力验算。过载能力主要指的就是起重机构在很短时间内所出现了较大的工作载荷，根据计算公式，其额定功率应当满足一下条件。 式中各参数：系数，取=2.1；电动机个数，m=1；允许过载倍率，取=2.8；由上可知，过载验算通过。然后根据发热性能进行校核，根据等效功率法，校核计算电机不发热的条件如下：式中各参数：N25电动机在JC=25%时的额定功率16Kw；满载静功率；系数，取=0.8；系数，取=0.95。；则 。由上可知电动机不会过热。2.3.10减速器的验算减速器在工作中主要承受的作用力就是起升过程中卷筒以及重物之间综合产生的径向力以及扭矩等，所以减速机的验算一般需要通过速度、功率以及轴扭矩等进行验算。首先对起升速度进行验证。实际的起升速度计算如下：速度误差：,可以看到减速机的速度能够满足使用要求。然后对减速机的功率进行验算，计算实际所需要的功率如下：则因，所以减速器功率验算通过。然后计算减速机对于输出轴最大扭矩的校核计算。其最大扭矩校核计算公式如下：式中各参数：电动机最大力矩倍数，取=2.5；减速器效率，取=0.95；减速器输出轴上的最大短暂容许扭矩，。根据计算可以看到所选择减速机能够满足要求。2.3.11高速浮动轴计算首先计算起升机构工作中所承受的基本载荷，计算如下：=1.06144.3=153N.m公式中各参数：动载系数 ，=（1+）=（1+1.12）=1.06起升载荷动载系数=1+0.71=1+0.71=1.12在前面的章节中，根据减速机的结构尺寸等，已经选择了主轴的轴径d为45m，所以所承受的扭转应力计算为：根据所选择的轴的材质为45钢，则可以查询得=600 MPa，=300 MPa 。弯曲应力计算：=0.27()=0.27(600+300)=243MPa扭转应力计算 =140MPa =0.6=0.6300=180MPa轴受脉动循环的许用扭转应力： = 式中各参数：-根据零件的形状以及表面所形成的应力集中系数，计算公式为：k=表示和零部件的几何形状有关的参数，比如常见的键槽等，取值为1.5到2.5之间。表示和零部件表面粗糙度油管的取值为1.25。=21.25=2.5 不同的材料对循环应力所产生的反应敏感程度，对于碳钢来说取值为0.2。安全系数 =1.25。带入计算得：MPa根据计算可以看到 。对轴的强度进行验算。首先计算轴所承受的最大转矩如下：=1.12153=171.36MPa最大扭转应力：=许用扭转应力：=120MPa根据计算可以看到，所以所选择的轴的尺寸满足要求。浮动轴的中间轴径d=d+（510）=45+（510）=5055 mm，取d=55 mm。第三章 起重机小车运行机构设计起重机小车运行机构是利用车轮以及起重机上的轨道配合行走的。在运行的过过程中，一般为了避免出现啃道的现象的出现，都会设计成两个主动轮的结构。提高了小车的灵活性以及驱动力。小车运行机构一般也是选择电机驱动，通过减速器以及传动轴等传递到车辆上，发动起升机构小车运行。3.1轮压计算车轮的轮压分为最大轮压以及最小轮压。其中小车总质量根据任务书为7.8t。分别进行计算。最大轮压指的状态是主起升机构满足的时候的压力，计算如下：车轮最大轮压：P =（Q+ G）=（20000+7800）=6950 Kg车轮最小轮压：P= G=7800=1950kg3.2车轮和轨道选择和验算3.2.1车轮和轨道选择根据任务书给定的参数，小车的运行速度为45.2m/min小于60m/min，同时根据起升总量与小车的比值20000/7800=2.561.6，起重机的工作级别为M5等，参考机械设计手册以及GB4628-84规定选择小车运行机构的车轮直径350mm，轨道选择型号为P38。所选择轨道的许用压力为13.4t，每米质量为38kg。下面对所选择的参数进行验算，以确保符合使用要求。3.2.2强度等验算首先进行强度计算。在工作中，根据车轮和轨道之间的接触为线接触以及点接触等两种情况进行验算接触强度。车轮踏面疲劳计算载荷：P=车轮的材质选择ZG340-640，根据设计手册，其=640 MPa，=340 MPa。线接触挤压强度计算公式如下：P=公式中各参数含义：许用线接触应力常数（N/mm），查得=6；车轮与轨道有效接触强度，对于轨道P38轨道=b=26.13mm； 车轮转速系数，根据车轮转速计算=，取=0.99；工作级别数，当为M5级时=1。带入个参数计算得：P=640026.130.991=62084N根据计算可以看到，线接触时能够满足要求。计算点接触挤压强度计算公式如下：P=公式中各参数含义：许用点接触应力常数（N/mm），根据机械设计手册查得=0.132；曲率半径，车轮与轨道曲率半径中的大值，车轮=175；轨道曲率半径查得=300，故取=300；m由比值（为、中的小值）所确定的系数，=0.58，查取 m=0.44；带入个参数计算看得：P=0.1320.991=138068N根据计算可以看到 P P。根据上面的计算可以看到，所选择的车轮和轨道能够满足使用要求。3.3运行阻力计算小车运行时候所产生的摩擦阻力矩如下所示。=（Q+ G）（+）根据车轮的直径为400mm，车轮的轴承型号选择7250，其轴承的内径和外径尺寸分别是100mm和180mm，根据其滚动摩擦系数取值k=0.0007，轴承摩擦系数=0.02，附加阻力系数=0.2 ，带入计算。当满载的时候阻力计算如下：=2（20000+7800）（0.0007+）=116.8kg.m=1168Nm运行摩擦阻力：=没有负载时候的运行阻力计算如下：=G（+）=27800（0.0007+）=327.6N.m=1872N3.4选电动机计算所需要的电机功率：=公式中各参数含义：=满载运行时静阻力；=0.9机构传动效率；m=1驱动电动机台数；带入参数计算=4.9kw初选电动机功率：=1.154.9=5.635kw 式中：表示电动机功率增大系数，查得，=1.15。根据功率选择电机型号为JZR-22-6，N（25%）=7.5 kw，=915 r/min， (GD)=0.419 kgm，电机质量=108 kg。3.5电动机验算根据等效功率，计算当JC=25%时所需要的等效功率。KN=0.51.14.9=2.7kw公式中各参数含义。K工作级别系数，根据M5取值K=0.5； 根据机械设计查取=1.1。根据计算可以看到，所选择电机能够满足要求。3.6选择减速器首先计算车轮的转速=传动比：=25根据计算选择减速器型号为ZSC-400-I-2，当工作级别为M5时，许用功率N=2.8kw，=22.4 。3.7验算减速器实际运行速度： = =r/min误差： = 15%实际所需电动机等效功率：N根据计算可知，电机选择合适。3.8选择制动器根据机械设计手册小车的运行机构要求制动时间为34秒之内，本次设计取值4秒，则所需要的制动转矩计算如下： = =358Nm根据所计算的转矩参考机械设计手册选择制动器为YWZ250/30，其制动转矩 =225360 Nm，考虑到所取制动时间=4s与起动时间很接近，故略去制动不打滑条件验算。3.9选择高速轴联轴器及制动轮高速轴联轴器计算转矩， = =1.351.878.6=190.9Nm式中： 电动机额定转矩，计算如下：= 9550=190.9Nm ；联轴器的安全系数，运行机构=1.35；机构刚性动载系数，一般=1.2 2.0，取=1.8；根据所选择电机以及标准的尺寸，可以查询得到高速轴联轴器型号选择GICL鼓形齿式联轴器，其公称转矩T=1120 Nm =190 Nm，飞轮转矩（GD）=0.02 kg m，质量=9.7 kg 。 同时根据制动器已选定制动器型号YWZ 250/30，选制动轮直径D=250 mm。3.10选择低速轴联轴器低速轴联轴器计算转矩，可由前节的计算转矩求出：=190.922.40.9=1924.3 Nm根据所选择的减速机尺寸联轴器型号选择鼓形齿式联轴器。同时根据所选择的车轮的直径尺寸等，车轮轴的联轴器型号也选择鼓形齿式联轴器第4章 小车架设计4.1小车架形式的确定小车架的主要作用是支撑和安装起升机构及其相关附件。在工作中承受着较为复杂的作用力，传递其中的载荷，所以小车的车架要求具有足够的强度以及刚度，同时在设计的时候，又需要尽可能的减轻其重量，以降低小车的轮压以及对主梁的载荷等。小车车架的结构形式常见的有三种，分别是铸造、铆接以及焊接等。铸造属于早起使用较多的结构方式，在加工的时候，轴承座、减速器等都尽可能的铸造和成型，整个结构传动等稳定性非常高，但是对铸造工艺要求高，同时总体质量较重，现在已经很少用了。铆接的车架整体质量非常轻，所以在一段时间之内被大量使用。但是随着起重机起重量的逐渐增加发展，其结构已经越来越无法满足使用要求了。焊接车架是目前应用较多的一种结构形式，主要用槽钢、工字钢以及钢板等焊接完成，对于起重量较小的可以用型钢焊接，较大的时候可以用型钢和钢板焊接。本次设计的门式起重机起重量为20吨，所以小车架的形式选择焊接车架。型钢以及钢板的材质都选择A3钢。4.2小车架结构设计小车架的主要受力构件是沿着轨道的两个纵梁，纵梁和横梁垂直的焊接在一起，其横梁的数量则根据起重的吨数、起升机构套数等决定的。纵梁一般在车轮上，所有的梁都过焊接工艺形成一个整体。在纵梁和横梁边上都焊接有钢板，从而形成一个整体的小车车架，小车车架主要需要安装电机、减速器、制动器以及轴承座等，所以在这些位置需要焊接垫板，以方便零部件的安装。同时为了增加刚度，会在下面焊接加强筋。在小车架上，一般受力较为集中的地方就是定滑轮安装的地方，所以他一般都是利用两个支撑座焊接在小车的台面上，可以直接焊接，也可以通过加强筋进行焊接。小车架的设计一般都是根据现有的资料或者成品、经验等进行设计，并没有精准的公式或者计算方法。所以一般都是参考已有设备进行尺寸的确定。总结本次毕业设计研究的是20/5T龙门起重机的设计，这是一个在港口、基建等领域应用非常广泛的一个起重机械，以其运动能力强，起重量大、工作效率高等著称。在本次毕业设计中，主要研究的就是龙门起重机的起升机构。首先了解了课题研究的背景和意义，然后对其目前的发展状体和未来发展的方向做了了解分析。然后确定了起重机所承受的基本载荷。进而深入设计计算了起升机构以及对关键零部件的设计计算，对其中核心零部件进行了校核，对部分成品件进行了参数的计算和型号的选择。使其能够达到设计的要求和使用的目的。通过本次毕业设计，不但重新温习了四年来所学习的专业理论知识，更是学会了理解了融会贯通的含义。通过各个学科、各个知识点的连接以及相互之间的关联，使得我学会了如何取发现问题，从哪里入手解决问题。同时通过毕业设计也培养了我自信、专心的能力，设计是枯燥的，但是只有耐得住枯燥，耐得住寂寞，从设计中寻找乐趣，寻找成就致 谢在毕业设计即将完成之际，我的内心充满了激动，通过本次毕业设计，不但重新温习了四年来所学习的专业理论知识，更是学会了理解了融会贯通的含义。通过各个学科、各个知识点的连接以及相互之间的关联，使得我学会了如