毕业设计（论文）-小型电动吊运装置设计

目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IIABSTRACT III第一章 绪论 31.1课题研究的背景 31.2课题研究的意义 31.3动力装置的发展 31.4电动吊运装置国内外发展 4第二章小型电动吊运装置总体结构选择 62.1吊运结构组成原理 62.2吊运结构的特点 62.3方案分析 72.4本章小结 8第三章小型电动吊运装置主要零部件设计 93.1支架部分设计 93.2动力装置设计 113.4总体结构设计 113.5本章小结 12第四章设计计算 134.1钢丝绳设计计算 134.2卷筒的设计计算 154.3减速器计算 184.4轴承的选择 20第五章小型电动吊运装置的日常使用操作及维护方法 225.1安装步骤 225.2注意事项 225.3日常维护与保养 22结论 24参考文献 25致谢 26附录一 27

绪论1.1课题研究的背景近年来，中国社会和经济的发展，人们的生活的水平提高，人们对自己生活空间要求有了很大的提高，生活质量逐渐提高，越来越多的人就会买房子，不管是老房子换新房子，还是第一次买新房，但是买房之装修后，而精致的装修需要大量的装修材料，如水泥、瓷砖、木材以及其他装饰石料，这些材料都是要从外面搬运进毛胚房，一些住房电梯是没有货梯，甚至一些电梯的承受重量不足以承受这些材料的重量，或电梯的大小不足以放置这些材料，而小型电动吊运设备对室内装修是很方便的，不管是高层楼房还是低层楼房，小型电动吊运设备适用于各种建筑装饰。按照传统的手工搬运，费时费力，而小型电动吊运设备不仅可以降低成本、减少人工体力的消耗。1.2课题研究的意义小型电动吊运装置不仅用于装饰，而且还用于搬运家具，电器等大型设备，不便从窗户进入。同时，在施工现场，从施工坑挖出的土也可以使用。今年来，小型电动起重设备逐渐走在微型起重机市场流行起来。成为人们吊装的得力助手，尤其是在作业区域狭小的情况下，小型吊运机的优势是无法比拟。在生产水平大幅提升的基础上，小型电动吊运机市场呈现出快速发展的趋势，小型电动吊运机技术不断提升，品牌优势越来越突出，它面临着市场发展机会大，如果提升机的品牌实力强，吊运机厂家日常管理经营成功的话，将会获得可观的利润回报。近年来，随着我国建筑行业的快速发展，带动了建筑机械行业的兴起，尤其是农村建设的逐步增加，带动了小型建筑机械的发展，其中小型电动吊运装置的出现具有重要的意义。1.3动力装置的发展电动机是实现机械和电能转换的电磁装置。它随着生产力的提高而发展起来的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。自19世纪末以来，电动机就逐步代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机械，运行性能，经济指标也都有了很大的改善和提高，以及自动控制系统和计算机技术的发展，在旋转电动机的理论基础上，又发展出许多种的控制电动机，控制电动机具有高可靠性、好精确度、快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。电动机的作用是把电能转换成机械能。可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械。在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械操作，可以采用气动，液压驱动和电力驱动。由于电力拖动具有控制简单、调节性能好、耗损小、经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，所以大多数生产机械都采用电力拖动。按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统。20世纪70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。异步电动机是一种交流电机的一种，也叫感应电机，主要作为电动机使用。异步电动机广泛应用于工农业生产中，如机床、水泵、冶金、矿山设备、轻工业机械等都是以异步电动机为原动机的。越来越受欢迎的家用电器，如在洗衣机、风扇、电冰箱、空调器中使用单向异步电动机，其容量从几瓦到几千瓦不等。主要因为它具有：结构简单、运行可靠、制造容易、价格低廉、坚固耐用、效率高、工作性能好等优点。1.4电动吊运装置国内外发展钢丝绳电动吊运装置作为一种轻小型的起重设备，广泛应用于国名经济的各个领域，而国内钢丝绳电动吊运装置的发展却十分缓慢。在1960年代和70年代，我国从前苏联引进TV型钢丝绳电动吊运装置，我国在70年代最早期自行设计了CD1型钢丝绳电动吊运装置取代TV型钢丝绳电动吊运装置，至目前为止CD1型电动吊运装置在国内生产制造，使用已经达到了30多年的历史。曾有我国一些厂家也引进国外先进的生产制造技术，但没有得到广泛的应用。电动吊运装置主要分为：微型电动吊运装置，HHXG型环链电动吊运装置，HC型电动吊运装置，DHP型环链电动吊运装置，CD1、MD1型钢丝绳电动吊运装置等。电动吊运装置技术水平在我国发展迟缓，原因如下：（1）国内钢丝绳电动吊运装置企业生产、制造水平及配套的机械、电气及标准件技术基础相对较低；（2）在过去的20年中，国内经济体制由计划经济走向市场经济，而许多国有企业在转型初期无法大量资金进行产品开发；（3）CDl型钢丝绳电动吊运装置仍有一定的市场占有率。

近年来，国外电动吊运装置技术水平发展迅速。随着我国加入WTO，外资企业纷纷打进中国市场，国外钢丝绳电动吊运装置对国内产品的产生的影响将越来越大。国内低价、低档的产品已不再有广阔的市场，用户对产品的性价比越来越重视。因此，国内钢丝绳电动吊运装置如果不能适应国内外市场对产品升级的要求，将很快被淘汰。CDl型钢丝绳电动吊运装置能在国内市场使用了30多年，取得了一定的成功，但也一些不足之处，需要改进。钢丝绳电动吊运装置是我国电动吊运装置行业领先产品，目前生产批量之大品种规格之多是其他形式的电动吊运装置还无法替代的产品，近年来，国内钢丝绳电动吊运装置发展也较快，不断有新的品种规格，以适应市场发展的需求，多功能钢丝绳电动吊运装置相对于常规的钢丝绳电动吊运装置而言，功能上有多种特殊要求，例如：（1）提高起升高度，超大起重量。（2）双速起升，双速操作，速比有1：3、1：4、1：10之分。（3）起升机构具有一个双制动系统。（4）安全制动装置。（5）超欠载保护装置（6）超速保护装置。（7）双重限制装置（8）高度数显装置（9）电动小车锚定装置。（10）远程控制和手动控制相结合。

第二章小型电动吊运装置总体结构选择2.1吊运结构组成原理小型电动吊运装置是由动力装置和支架两部分组成。动力装置由电动机、减速器、离合器、制动器、钢丝绳筒及钢丝绳等组成。电动机为傍磁式单相电容电动机，设计制动机制；电机也配备了热敏开关，它可防止电机过热和燃烧；减速机为两级齿轮减速，固定在电机上；离合器、制动器与蝇筒装为一体，但离合器处于脱离状态时，可实现快速下降。操作制动器可控制下降速度，避免碰撞。在动力装置外壳正面有一个圆孔，可以用来安装吹风机，用户可根据需要配备吹风机进行强制冷却。壳体自身配备有工具箱，内装有离合器手柄、带制动柄的专用扳手、千斤螺母垫圈、杆顶帽、按钮起动器、行程开关、电线等。支架部分由螺杆和旋转臂组成，旋转臂由螺杆、千斤顶螺母和垂直感组成。转动臂在主杆上可360度旋转，臂端设有行程开关，防止操作失误或按钮故障引起升降事故。操作按钮起动器实现电机正反转，可将钢丝绳卷绕、放开，并通过支架部分滑轮放下物体、提升钢丝绳，完成吊装。2.2吊运结构的特点1、携带方便：体积小、重量轻、结构紧凑、携带方便。2、安装简便：将动力装置安装在窗户（或阳台）附近，安装好支架部分，并将其插入动力装置的底座孔中，便于安装。3、吊运速度快：配用专用工具“专用工具”，能提升滑块速度，而且楼层越高优势越大。4、适用范围广：采用220伏单相电机，适用于装饰公司、吊装公司、安装公司、搬家公司、工厂车间、修理部、仓库等行业及居民家庭。同时，有广泛的使用场地，除了室内安装外，还可安装于房顶上，可以用来安装在大型工程场地的角架上，也可替代小型建筑工程的龙门吊。可安装防护网，也可做楼顶防水现浇工程等。5、便携式吊运机容易操作、安全可靠：操作简单，当发生事故时，起吊物件可触摸限位装置，推动行程开关，立即切断电源，确保操作安全。2.3方案分析方案一：图2.1吊运装置吊机构上图2.1所示，是一种小型电动吊运装置设计方案，这种方案的动力装置安装在一水平滑轨上面，吊钩与动力装置连接，所以这个装置吊运物件时候，物件和动力装置一起运动，这样就增加了搬运的重量，灵活度不够突出，本课题不予研究。方案二：图2.2吊运装置上图2.2所示，也是一种小型电动吊运装置，这种装置结构非常简单，其主体结构有一根立柱和一根悬吊臂组成，这个机构在吊运物件时候需要与地面之间用螺栓固定，这就加大了操作流程，使用范围相对较小，平稳性相对较低，本课题不予研究。方案三：图2.3可取吊运装置上图2.3所示，也是一种小型电动吊运装置，这个机构立柱下面安装平衡架子，增加了其稳定性能，立柱上端设置一平台安装动力装置，电动机和减速器的重力也增加了整个装置的稳定性，悬臂与立柱连接，悬臂端部安装有一滑轮，动力装置控制钢丝绳通过滑轮作为调运动作。这个装置结构简单，容易安装操作，适用性较高，所以为本课题研究的重点。通过上面列举的三种方案的分析对比，方案一结构复杂，装置本身的灵活度相对不高，安装不方便，所以不可取。方案二结构简单，但是其吊运物件时候稳定性不好，安装操作相对繁琐，所以也不可取。方案三很好的弥补了方案一和方案二的一些不足之处，结构简易，平稳性好，安全系数高，灵活度高，安装操作便捷。所以本课题选择了方案三作为研究对象。2.4本章小结本章节主要介绍了小型电动吊运装置的组成，主要由动力装置和支架两部分组成。同时介绍了电动吊运装置的工作原理，以及对结构特点的分析。最后列举三种设计方案进行了分析对比，通过各个方案的优劣来选择最好的方案作为本课题的研究对象。第三章小型电动吊运装置主要零部件设计3.1支架部分设计3.1.1支撑架设计支撑架的作用是对整个装置起到平衡稳定的效果，由4根矩管成长方形装焊接而成，内部焊接槽钢，用来稳定立柱，矩管和槽钢的材质选择Q235普通钢材,支撑架上面用螺栓于立柱相连，并设计支撑杆。如下图3.1所示。图3.1支撑架3.1.2立柱的设计立柱是整个装置受力的关键，所选材要适当，考虑到本设计中小型电动吊运装置的使用场合，最大吊重为100kg，所以立柱选择Q235A的圆钢即可。如下图3.2所示。图3.2立柱3.1.3平衡架设计平衡架的作用主要是安装固定动力装置的，底部用螺栓与立柱链接，固定在立柱上端，设计两根矩管焊接在上面，这两根矩管折弯一定角度，用来安装动力电机，减速器等装置，上端部分与悬臂连接，使得其更加稳定的安装，如下图3.3所示。图3.3固定杆3.1.4螺栓的切应力计算螺栓材料选用45#钢，螺栓是标准件，选用M10。螺栓受切应力作用，切应力最大处的计算公式引用参考文献[1]为τ=Fπ4d2=24.95Mpa，45#3.2动力装置设计3.2.1电动机的计算和选择电动机的工作特点，反复短时运行，频繁启动和刹车和反转，经常超载，工作环境中有较多的粉尘，而且会有金属粉尘，有较强的机械振动和冲击。电动机功率计算公式：P=FV100×9.8×0.5=490w电动机功率为490w，选用Y80M1-4电动机，功率为550w，转速1390r/min，电压为220V，防尘等级IP44。符合使用环境的要求。3.2.2减速器的设计电动机的转速位1390r/min，减速器的减速比设为1403，则卷筒直径应为160mm，那么卷筒带动钢丝绳运动的速度为0.5m/s减速器采用用两级齿轮减速箱设计，小齿轮的齿数为24齿，一级减速比设为356，那么大齿轮齿数就是140齿，二级减速比为4，小齿轮齿数同为24齿，二级减速的大齿轮齿数是96齿轮材料选择，小齿轮材料为40Cr，齿面的硬度280HBS,大齿轮的材料为45钢，齿面硬度240HBS。3.2.3卷筒大小及钢丝绳选择钢丝绳绳股及丝数使用6×19，钢丝绳直径6.2mm，钢丝直径0.4mm，钢丝绳可承受20KN的力，起重的力为980N，符合使用要求。卷筒直径为160mm，经减速器减速后，卷筒的转速为60r/min，卷筒外径线速度为0.5m/s。3.4总体结构设计由前面两小节对小型电动吊运装置的支架部分和动力装置部分的设计，确定出这个装置的各个零部件的结构，最后对整个装置进行装配，其总体装配效果如下图3.4所示。图3.4装置总体结构3.5本章小结本章主要是对小型电动吊运装置的支架部分和动力装置的设计，支架部分主要由支撑架，立柱，动力装置支撑架，悬臂和滑轮组成，零件之间由螺栓螺母连接固定。支架部分整体设计简单，安装方便，便于工人操作。动力装置由电动机经减速器减速后带动卷筒工作，卷筒带动钢丝绳的运动。主要目的是使得钢丝绳运动速度达到设计要求的0.5m/s，选择符合工作要求的电动机，计算减速器齿轮的尺寸，选择合适的钢丝绳。第四章设计计算4.1钢丝绳设计计算4.1.1钢丝绳的选择钢丝绳是起重机械及起重、运输、吊装作业中不可缺少的主要部件，广泛用作为起升绳、变幅绳、牵引绳、吊装绳等，无论用于何种目的的钢丝绳。如果选型不当，使用方法不合理，缺乏安全检查，且不采取保养，更为重要的是报废仍在继续使用，可能会发生因钢丝绳的损伤或断裂而引起的重大事故。钢丝绳的特点是强度高，弹性大，可以承受冲击载荷；挠性好，便于缠绕，灵活使用；高速运行平稳，无噪音；耐磨损，耐疲劳；钢丝绳的断裂预兆，使用过程中不会立即折断，容易事先检查和预防，钢丝绳可广泛用于各种起重设备和机械传动机构，成为起重机械的组成部分，又可以单独用作起重索具，缆风拉绳，穿绕滑轮组和构件绑扎等。钢丝绳的使用和定期检查、运输、存储是非常重要。4.1.2钢丝绳直径的计算钢丝绳直径可由钢丝绳最大工作静压力按式d=c确定式中d钢丝绳最小直径mmc选择系数mm/Ns钢丝绳最大工作静压力钢丝绳最大静压力：在起升机构中，钢丝绳的最大工作静拉力是由起升载荷考虑滑轮组效率和承载分支决定的，起升载荷是指起升质量的重力。起升质量包括允许吊装的最大有效物品，吊装装置（下滑轮组，吊钩，吊梁，抓斗，容器，起重机磁铁等），悬挂挠性件及其他在升降中的设备质量。吊装高度小于50m的起升钢丝绳的重量可以忽略不计。本设计中的吊运装置的起升载荷只考虑起升的最大的有效物品，其他的忽略不计，故：S=（0.1t1000kg/t9.8N/kg）/2=490N选择系数c选择系数c的取值与机构的工作水平有关，依据GB/T3811—1983，选取c=0.093.由钢丝绳最大静张拉力s和选择系数c可知：d=0.093=11.276mm11mm根据GB/T8918—1996。钢丝绳规格选择64.1.3钢丝绳失效分析钢丝绳失效是由许多的因素引起的，通过对钢丝绳失效因素的分析，以提高钢丝绳的使用寿命。（1）强度与伸长根据设计，钢丝绳的断裂强度是低于所有钢丝的集束强度，并与绳的结构和所有钢丝绳性能级别有关，钢丝绳的设计，应考虑所有负载因素，滑轮和卷筒的数目和结构安装方式，产生腐蚀和磨损的条件以及绳的长度等，钢丝绳中的钢丝一般采用含碳量为0.50～0.80%的优质碳素结构钢，钢丝绳的弹性模量为1.6×10N/mm。这是在载荷作用下钢丝可能伸长程度的度量，钢丝绳受拉力作用时，钢丝调整其位置以达到对应所加载荷的稳定性，相对会发生变形，产生的伸长有两种形式，当钢丝绳第一次承受载荷时，钢丝将稍微重新排列，产生永久性伸长，即结构性伸长；同时，还产生可恢复的伸长，即弹性伸长，结构伸长在一定程度取决于所加载荷的大小。钢丝的直径愈小，所需要的弯曲力矩越小，韧性越大，通常包含更多的钢丝绳和纤维芯钢丝绳韧性更好，由较少钢丝绳组成的全金属钢丝绳的韧性较差，并且前者比后者具有较大的伸长量。韧性越大，抗破坏性能越好。（2）滑轮滑轮主要尺寸最小卷绕直径用绳槽底部滑轮直径再加钢丝绳直径表示，随滑轮尺寸减小，弯曲和钢丝绳与滑轮之间的接触压+力随应力的增大而增大，弯曲应力越高，绳的钢丝产生应力越高，绳的钢丝产生疲劳越快，接触应力增加也加速绳的损伤，同时还会加快滑轮的磨损，随滑轮尺寸的增大，绳与滑轮之间的压力下降，弯曲程度降低，如果只考虑弯曲应力，6×19点接触钢丝绳，可以滑轮直径增大到绳直径的90倍极限数值，以提高绳的寿命，但是，除了必要设备，大直径的滑轮实际很少使用。因为，对于大多数起重设备，采用大型滑轮在各种情况下是不现实的，很少只存在着弯曲这单因素，除弯曲，实际上有很多因素影响钢丝绳的使用寿命，如重复施加的应力，磨损，冲击，振动，扭转，转速，卷扬失误，腐蚀和缺乏维护等等。这些因素中的一个或几个都比滑轮尺寸更影响绳的寿命。（3）其他失效因素1、腐蚀也是钢丝绳失效的一个常见因素，对钢丝绳寿命影响较大。2、向钢丝绳施加冲击载荷及其发生振动，产生高频率的高弯曲应力，特别是在钢丝绳末端振动最严重，会导致疲劳失效。3、如果钢丝绳在高温下长期工作，也会由于抗拉强度的降低而失效。从上面的失效分析，可以看出，起重机钢丝绳的失效往往是由于多种因素综合积累的，而实际失效事例分析中应综合分析，分清主次，查明主要的失败原因，提高钢丝绳的使用寿命。4.2卷筒的设计计算4.2.1卷筒几何尺寸卷筒名义直径D=h.d式中：d钢丝绳直径h与机构工作级别和钢丝绳机构有关的系数选择系数h：根据GB/T3811-1983、h=14式中d=11mm所以D=h.d=14×11=154mm考虑到各方面的因素取D=160mm绳槽半径R=（0.53-0.56）d=（0.53-0.56）×11mm=6mm绳槽深度（标准槽）H=（0.25-0.4）d=（0.25-0.4）×11mm=4.5mm绳槽节距（标准槽）P=d+（2—4）=11mm+（2—4）mm=15mm卷筒厚度钢卷筒：δ≈dδ≈11mm卷筒长度：（单联卷筒）图4.1卷筒长度示意图L=L+2L+L式中：L无绳槽的卷筒端部尺寸，按需而定L固定绳尾所需长度，L≈3PL=（+Z）其中：H最大起升高度，H=6000mm；m滑轮组倍数，电动葫芦中m=2；P绳槽节距，P=15mm所以：L=（+Z）P=（×15=402mmL1按需而定，取：L=25mmL≈3P=3×15mm=45mm所以：L=L+2L+L=402+50+45=500mm4.2.2卷筒强度计算由≤机械设计手册单行本≥表8—1—55得L>3D，所以只需校核由弯曲产生的拉应力，计算公式：δ=≤δ（MP）M--由钢丝绳最大拉力引起的卷筒的最大弯矩N.mmW—抗弯截面模数（mm）D—卷筒绳槽底径，mmD--卷筒内径，mmδ--许用拉应力，Mpa钢：δ=，δ--屈服强度 =151446mm M=7350000N.mm =7350N.m δ= =48.5Mpa δ=225Mpaδ=112.5Mpaδ≤δ所以可以选用4.3减速器计算4.3.1分配减速器的各级传动比根据浸油润滑条件，同时要考虑三级同轴定轴传动的减速器箱体的尺寸，采用一级传动比：i1=1.4i2i3=1.76i2i2=3.2i1=1.4×3.2=4.5i3=5.6。应该注意的是，实际传动比的传动装置只有在传动件的参数（例如齿数，带轮直径等）确定后才能准确计算，所以实际工作机的转速只有在传动件设计计算完成后进行核算，通常允许与设计的要求有3-5%的速度差。4.3.2传动装置的运动和动力参数1各轴转速Ⅰ轴：n1=nd=1380r/minⅡ轴：n2===306.67Ⅲ轴：n===95.83r/minⅣ轴：n4==r/min2各轴的输入功率P=P.η=4.5×0.97=4.365（KW）P=P.η.η=4.5×0.97×0.95=4.19（KW）P=P.η.η.η=4.5×0.97×0.96×0.96=4.02（KW）P=P.η.η.η.η=4.5×0.97×0.96×0.96×0.95=3.82（KW）式中：Pd--电动机的输出功率KWP1、P2、P3、P4--分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ轴的输入功率Η01、η12、η23、η34--分别为电动机与Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ轴间的传动功率3各轴转矩Td=T1=T2=T3=T4=4.4轴承的选择轴承的选择一般要选择性能好，能保证其质量问题，还要考虑到便于使用、安装和更换等。该设计的吊运装置转速较低；适合在中速、低载工作场合，所以决定此次设计选用滚动轴承来带动该机器的工作。最终通过计算分析，轴承所承受的径向载荷、转速、冲击小都非常的小，结合以上性能特点最终决定选择单列圆锥滚子轴承，滚动轴承的寿命计算：在一定载荷作用下，轴承出现点蚀前所经历的转数或小时数称为轴承寿命。因此轴承寿命与载荷的关系如图所示：从上图可知曲线方程为：式中P—当量动载荷，N；——基本额定寿命，常以为单位（当寿命一百万转时，=1）；——寿命指数，球轴承=3，滚子轴承=10/3基本额定寿命（以小时为单位）：N为工作转速r/min通过上面计算对各个轴承的寿命进行计算：卷筒的轴承：通过计算可知，橡胶轮轴的轴承符合使用要求；同理可以对其他轴承进行计算比较，经过计算，其他轴的轴承都基本符合使用要求，因此此次设计轴承的选用合格。第五章小型电动吊运装置的日常使用操作及维护方法5.1安装步骤一、用螺栓将支撑架和立柱连接。二、将立柱与安装动力装置的平衡架用螺栓链接。三、将电机、减速器、卷筒配合链接。四、将钢丝绳、滑轮、卷筒与吊钩连接，并使钢丝绳处于紧绷状态。5.2注意事项吊运第一次作业后，应当再紧一次螺母，在以后的吊运作业中，还应该经常检查螺母是否松动。在工作前应当检查钢丝绳是否排列整齐，若处于缠绕如麻的状态应当及时纠正，防止装置无法正常工作。检查吊钩是否连接松脱，如果松脱状态应当及时固紧。吊运装置应当安置在较为水平的平面上，不得在倾斜状态下工作，吊运装置进行作业时，楼上楼下的工作人员要紧密配合，严禁吊运过程中，重物下站人，严禁行人通过，防止意外砸伤人员。工作前应当检查电源电压是否正常，如果出现电压偏低现象，应当立即停止工作，防止电机因为电压过低无法正常工作，造成重物下坠，导致人员受伤。5.3日常维护与保养由于工作环境多灰尘，所以，在螺杆螺母和滑轮处及时添加适当的润滑油，适当检查减速器的润滑油的油量情况，即使补充减速箱的润滑油。每工作400小时左右应当更换一次润滑油。钢丝绳的缠绕排列应当整齐，密实，紧靠并且经常检查其磨损情况。应当经常检查整机是否正常，检查钢丝绳磨损情况，若出现钢丝绳缠绕松散