门式起重机的毕业设计(共46页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目： 双桥梁式起重机姓 名： 于勇喜 编 号： 平顶山工业职业技术学院2012年 5 月 20 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 于勇喜 专业 矿山机电 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： 双桥式起重机 A 编制设计 B 设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 曹翾 系(部)主 任 年 月 日 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 电力工程 系， 矿山机电 专业，学生 2012 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 双桥式起重机 专题（论文）题目： 双桥式起重机 指导老师： 曹翾 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 于勇喜 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 于勇喜 专业 矿山机电 年级 09级 毕业设计（论文）题目： 双桥式起重机 评 阅 人： 指导教师： 曹翾 （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 专心-专注-专业目录摘要 本论文主要设计桥式起重机的小车和大车，其中小车主要包括起升机构、小车架、小车运行机构、吊具等部分。小车运行机构主要由减速器、主动轮组、从动轮组、传动轴和一些连接件组成。本论文进行了大车和小车运行机构的相关计算以及验算，其中包括缓冲器、电动机、减速器以及联轴器的选择和验算，传动方案的选择，运行阻力的计算和起制动时间的验算等。关 键 词： 桥式起重机，小车运行机构，减速器, Abstract This thesis mainly design bridge crane cars and the cart，The bridge type hoist crane car consists of protmoted organization，the car frame，the car movement organization，hoisting mechanisms and so on. Its operation structure is composed of reducer，the driving wheel group，the driven wheel group，the transmission shaft and some connect fitting. The core of this structure is the design of the reducer. This thesis made the cart and car running institutions related calculation and checking, including buffer, motor and reducer and coupling choice and checking, transmission scheme choice, the calculation and the resistance of the start-stop time check, etc.Key words： Bridge Crane, car movement organization，the reducer.前 言桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。 桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。 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。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。 起升机构包括电动机、制动器、减速器、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；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速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安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。 起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。 桥架的金属结构由主粱和端粱组成，分为单主粱桥架和双粱桥架两类。单主粱桥架由单根主粱和位于跨度两边的端粱组成，双粱桥架由两根主粱和端粱组成。主粱与端粱刚性连接，端粱两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主粱上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主粱的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。 箱形结构又可分为正轨箱形双粱、偏轨箱形双粱、偏轨箱形单主粱等几种。正轨箱形双粱是广泛采用的一种基本形式，主粱由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。 偏轨箱形双粱和偏轨箱形单主粱的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主粱是由一根宽翼缘箱形主粱代替两根主粱，自重较小，但制造较复杂。 四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其它结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。 空腹桁架结构类似偏轨箱形主粱，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形粱外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。桥式起重机分类 1) 普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达60米。 2) 简易梁桥式起重机又称粱式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主粱是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面粱，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字粱的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂粱式起重机。 3) 冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。主要有五种类型。 4) 铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。 5) 夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。 6) 脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。 7) 加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。 8) 锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。本次设计课题为10t通用桥式起重机机械部分设计，我在参观，实习和借鉴各种文献资料的基础上，同时在老师的精心指导下及本组成员的共同努力下完成的。第1章 绪 论本次起重机设计的主要参数如下:起重量10t,跨度34m，起升高度为9m起升速度8m/min小车运行速度V=1.640m/min大车运行速度V=50m/min大车运行传动方式为分别传动；桥架主梁型式为箱形梁。根据上述参数确定的总体方案如下：小车的设计：小车主要有起升机构、运行机构和小车架组成。起升机构采用闭式传动方案，电动机轴与二级圆柱齿轮减速器的高速轴之间采用两个半齿联轴器和一中间浮动轴联系起来，减速器的低速轴与卷筒之间采用圆柱齿轮传动。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。小车架的设计，采用粗略的计算方法，靠现有资料和经验来进行，采用钢板冲压成型的型钢来代替原来的焊接横梁。大车运行机构的设计：大车运行机构的设计通常和桥架的设计一起考虑，两者的设计工作要交叉进行。一般的设计步骤：1. 确定桥架结构的形式和大车运行机构的传方式2. 布置桥架的结构尺寸3. 安排大车运行机构的具体位置和尺寸4. 综合考虑二者的关系和完成部分的设计 大车机构传动方案，基本分为两类：分别传动和集中传动，桥式起重机常用的跨度（10.5-34m）范围均可用分别传动的方案本设计采用分别传动的方案。第二章 大车运行机构的设计2.1设计的基本原则和要求大车运行机构的设计通常和桥架的设计一起考虑，两者的设计工作要交叉进行，一般的设计步骤：1. 确定桥架结构的形式和大车运行机构的传方式2. 布置桥架的结构尺寸3. 安排大车运行机构的具体位置和尺寸4. 综合考虑二者的关系和完成部分的设计 对大车运行机构设计的基本要求是：1. 机构要紧凑，重量要轻2. 和桥架配合要合适，这样桥架设计容易，机构好布置3. 尽量减轻主梁的扭转载荷，不影响桥架刚度4. 维修检修方便，机构布置合理2.1.1机构传动方案大车机构传动方案，基本分为两类：分别传动和集中传动，桥式起重机常用的跨度（10.5-34m）范围均可用分别传动的方案本设计采用分别传动的方案。2.1.2大车运行机构具体布置的主要问题：1. 联轴器的选择2. 轴承位置的安排3. 轴长度的确定这三着是互相联系的。在具体布置大车运行机构的零部件时应该注意以几点：1. 因为大车运行机构要安装在起重机桥架上，桥架的运行速度很高，而且受载之后向下挠曲，机构零部件在桥架上的安装可能不十分准确，所以如果单从保持机构的运动性能和补偿安装的不准确性着眼，凡是靠近电动机、减速器和车轮的轴，最好都用浮动轴。2. 为了减少主梁的扭转载荷，应该使机构零件尽量靠近主梁而远离走台栏杆；尽量靠近端梁，使端梁能直接支撑一部分零部件的重量。3. 对于分别传动的大车运行机构应该参考现有的资料，在浮动轴有足够的长度的条件下，使安装运行机构的平台减小，占用桥架的一个节间到两个节间的长度，总之考虑到桥架的设计和制造方便。4. 制动器要安装在靠近电动机，使浮动轴可以在运行机构制动时发挥吸收冲击动能的作用。2.2 大车运行机构的计算起重机的起重量,桥架跨度，大车运行速度，工作类型为中级，机构运行持续率为，起重机的估计重量，小车的重量为，桥架采用箱形结构。2.2.1确定机构的传动方案本起重机采用分别传动的方案如图（2-1）图2-1大车运行机构图1电动机 2制动器 3高速浮动轴 4联轴器 5减速器 6联轴器 7低速浮动轴 8联轴器 9车轮2.2.2 选择车轮与轨道，并验算其强度按照如图所示的重量分布，计算大车的最大轮压和最小轮压：满载时的最大轮压：Pmax= = = 117.9KN空载时最大轮压： = = = 69.4KN空载时最小轮压： = = = 50.6KN式中的e为主钩中心线离端梁的中心线的最小距离e=1m轮踏面疲劳计算载荷：Pc= = = 95.47 KN车轮材料：采用ZG340640（调质）=700MPa，选择车轮直径D=500mm，可查得轨道型号为（铁路轨道）或（起重机专用轨道）按车轮与轨道为点接触和线接触两种情况来验算车轮的接触强度点接触局部挤压强度验算： = = = N式中 许用点接触应力常数（）查表取=0.181， R 曲率半径，由车轮轨道两者曲率半径中取大值，取 轨道的曲率半径为R=400mm， m 由轨顶和车轮曲率半径之比（r/R）所确定系数，查表得m=0.46， 转速系数，车轮转速系数= 工作级别系数，可查得=1； > 故验算通过。线接触局部挤压强度系数验算： = 6.6×500×70×0.95×1=N 式中 许用点接触应力常数（）查表取=6.6， l 车轮与轨道的有效接触长度，轨道的l=68mm， 轨道的l=70mm，按后者计算， 转速系数，车轮转速系数= 工作级别系数，可查得=1； > 故验算通过。2.2.3 运行阻力计算摩擦总阻力距：Mm=（Q+G）（K+d/2）由表可查得Dc=500mm车轮的轴承型号为：7520， 轴承内径和外径的平均值为：（100+180）/2=140mm由表查得：滚动摩擦系数K=0.0006m，轴承摩擦系数=0.02，附加阻力系数=1.5，代入上式中：当满载时的运行阻力矩： Mm（Q=Q） =b(Q+G)( k +m) =1.5（+）×（0.0006+0.02×0.14/2） =1020N.m 运行摩擦阻力：Pm（Q=Q）= = 4080N当空载时：Mm（Q=0）=×G×（K+d/2） =1.5××（0.0006+0.02×0.14/2） =720N.mP m（Q=0）= Mm（Q=0）/（Dc/2） =720×2/0.5 =2880N2.2.4选择电动机电动机静功率：Nj=Pj·Vdc/（1000·m· ）=4080×50/1000/0.95/2 =1.75KW式中 Pj=Pm（Q=Q）满载运行时的静阻力(P m（Q=0）=2016N), m=2驱动电动机的台数,机构传动效率。初选电动机功率：N=KdNj=1.3*1.75=2.28KW式中Kd电动机功率增大系数，由表查得 Kd=1.3查表得选用电动机JZR-12-6，Ne=3.5KW，n1=910r/min，（GD2）=0.142kg.m2，电动机的重量Gd=80kg2.2.5 验算电动机发热条件等效功率：Nx=K25·r·Nj =0.75×1.3×2.28 =1.7KW式中K25工作类型系数，由表查得当JC%=25时，K25=0.75 r按照起重机工作场所得tq/tg=0.25，查得r=1.3由此可知：Nx<Ne,故初选电动机发热条件通过。选择电动机：JZR-12-6。2.2.6 减速器的选择车轮的转速：nc=Vdc/（·Dc） =50/3.14/0.5=31.8r/min机构传动比：=910/31.8=28.62查表可得，选用两台ZQ-380V-IZ减速器=30；N=9.2KW，（当输入转速为1000r/min）。可见Nj<N中级。(电动机发热条件通过,减速器：ZQ-380V-IZ )2.2.7 验算运行速度和实际所需功率实际运行的速度：=Vdc· i/ =50×28.62/30=47.7m/min误差： =（Vdc- ）/ Vdc =（50-47.7）/50×100%=4.6%<15%合适实际所需的电动机功率：Nj=Nj· =1.75×47.7/50 =1.67KW由于Nj<Ne，故所选的电动机和减速器均合适2.2.8 验算起动时间起动时间：Tp=式中n1=910r/min m=2(驱动电动机台数)Mq=1.5 Me =1.5×9550×N/n1 =1.5×9550×3.5/910 =56.2N·mMe =9550×N/n1 JC25%时电动机额定扭矩满载时运行静阻力矩：Mj（Q=Q）= =35.8N·m空载运行时静阻力矩：Mj（Q=0）= =25.3N·m初步估算高速轴上联轴器的飞轮矩：(GD2)ZL+(GD2)l=0.468 N·m机构总飞轮矩:(GD2)1=(GD2)ZL+(GD2)l+(GD2)d =0.146+0.468=0.61Kg·满载起动时间:t= = =8.53s空载启动时间:t= = =5.26s起动时间在允许范围(8s10s)内,故合适。2.2.9 起动工况下校核减速器功率起动工况下减速器传递的功率:=式中：Pd=Pj+Pg=Pj+ =4080+=8710.3Nm/运行机构中,同一级传动减速器的个数,m/=2.因此= =3.64KW所以减速器的N中级=9.2KW>N，所以选减速器功率合适。2.2.10 验算启动不打滑条件由于起重机室内使用,故坡度阻力及风阻力不考虑在内。以下按三种工况进行验算。1）两台电动机空载时同时起动：n=>nz式中： 主动轮轮压；= =5.1+6.9=12KN ；=12KN 从动轮轮压和； f=0.2 室内工作的粘着系数；nz =1.051.2 防止打滑的安全系数。n = =3.03n>nz，故两台电动机空载起动不会打滑。2）事故状态：当只有一个驱动装置工作,而无载小车位于工作着的驱动装置这一边时,则n=nz式中 =69KN主动轮轮压； 非主动轮轮压之和=2+ =2×51+69=171KN； 台电动机工作时空载启动时间；= =18.94 sn= =3.17n>nz,故不打滑.3）事故状态当只有一个驱动装置工作,而无载小车远离工作着的驱动装置这一边时,则n=nz式中P1=51KN 主动轮轮压P2=2=51+2*69=189KN 从动轮轮压=18.94 S，与第2种工况相同n=2.26 n>nz,故也不会打滑结论:根据上述不打滑验算结果可知,三种工况均不会打滑2.2.11选择制动器由参考资料中所述,取制动时间tz=5s按空载计算动力矩,即Q=0,得:Mz=式中=-13.11N·mPp=0.002G=×0.002=480NPmin=G =1920Nm=2制动器台数.两套驱动装置工作Mz= =30.8 N·m现选用两台YWZ-200/23的制动器，查表得其额定制动力矩=112 N·m，为避免打滑，使用时将其制动力矩调制30.8 N·m以下。考虑到所取得制动时间，在验算起动不打滑条件时已知是足够安全的，故制动不打滑验算从略。2.2.12 选择联轴器根据传动方案,每套机构的高速轴和低速轴都采用浮动轴.1）机构高速轴上的计算扭矩：=75×1.4=105 N·m式中：MI 连轴器的等效力矩。 MI=2×37.5=75N·m 等效系数 查表取=2 Mel=9550*=37.5 N·m由表查得：电动机JZR-12-6，轴端为圆柱形，d1=35mm，l=80mm；由表查得ZQ-380V-IZ的减速器，高速轴端为圆锥形d=40mm，l=60mm，故在靠电机端选两个带200制动轮半齿联轴器S196（靠电动机一侧为圆柱形孔，浮动轴端d=40mm；MI=710N·m；(GD2)Zl=0.36； 重量G=15Kg） ；在靠近减速器端，选用两个联轴器S193（靠减速器端为圆锥形；浮动轴端直径为d=40mm；MI=710N·m，(GD2)l=0.107，重量G=8.36Kg。 高速轴上转动零件的飞轮矩之和为： (GD2)ZL+(GD2)L=0.36+0.107=0.467 与原估算的基本相符，故有关计算不需要重复。2）低速轴的计算扭矩： =105×30×0.95=2992.5 N·m查得ZQ-350减速器低速轴端为圆柱形，d=55mm，l=85mm。由参考文献又可查得，=500mm的主动车轮的伸出轴为圆柱形，d=75mm，l=105mm。故可选用四个联轴节：其中两个为： （靠减速器端） 另外两个为： （靠车轮端）所有的MI=3150N·m；GD2=0.44 ，重量G=25.5Kg（在联轴器型号标记中，分子均为表示浮动轴端直径）。2.2.13 浮动轴的验算1）疲劳强度的计算低速浮动轴的等效力矩：MI=1Meli =1.4×3.75×30×0.95=1496.34Nm式中1等效系数，查表2-7查得1=1.4由上节已取得浮动轴端直径D=60mm，故其扭转应力为： MPa由于浮动轴载荷变化为循环（因为浮动轴在运行过程中正反转矩相同），所以许用扭转应力为： =49.10 MPa式中，材料用45号钢，取b=60000 N/cm2；s=300 MPa，所以，-1=0.22b=0.22×600=132 MPa；s=0.6s=0.6×300=180 MPaK=KxKm=1.6×1.2=1.92考虑零件的几何形状，表面状况的应力集中系数。查表可得Kx=1.6，Km=1.2，nI=1.4安全系数，由表查得n<-1k 故疲劳强度验算通过。2）静强度的计算计算强度扭矩： =2.5×37.5×30×0.95=2672.03Nm式中动力系数，查表得到=2.5扭转应力：=61.85MPa许用扭转剪应力：MPa t<tII,故强度验算通过。高速轴所受扭矩虽比低速轴小，但强度还是足够，故高速轴验算省去。2.2.14 缓冲器的选择1)碰撞时起重机的动能 W动= G 带载起重机的重量G=+×0.1 =N V0 碰撞时的瞬时速度，V0=（0.30.7）Vdx g 重力加速度取10m/s2则W动= =7031.25 N. m2) 缓冲行程内由运行阻力和制动力消耗的功 W阻=（P摩+P制）S 式中P摩运行阻力，其最小值为Pmin=Gf0min=×0.008=2000N f0min 最小摩擦阻力系数可取f0min=0.008 P制制动器的制动力矩换算到车轮踏面上的力，亦可按最大制动减速度计算 P制=24000×0.55=13750N =0.55 m /s2 S缓冲行程取S=140 mm因此W阻=（2000+13750）×0.14=2205N .m3） 缓冲器的缓冲容量一个缓冲器要吸收的能量也就是缓冲器应该具有的缓冲容量为： =7031.25-2205 =4826.25 N m 式中 n 缓冲器的个数 取n=1故选择弹簧缓冲器弹簧D=120 mm，d=30 mm第3章小车运行机构的设计3.1 确定机构传动方案经比较后,确定采用如图所示的传动方案。图3-1运行机构简图3.2 选择车轮与轨道并验算其强度车轮的最大轮压：小车自重估计取为=4000kg假定轮压均布，有=3500kg=35000N车轮最小轮压：载荷率： =2.5>1.6由表初选车轮：当运行速度<60m/min， ，工作级别M5中级时，车轮直径=350，轨道为18kg/m （）的许用轮压为3.19t。根据GB462884规定，直径系列为=250、315、400、500、620mm，故初步选定车轮直径=315mm。而后校核强度。1）疲劳强度的计算：按车轮与轨道为点接触和线接触两种情况来验算车轮的接触强度。车轮踏面疲劳计算载荷： 车轮材料，取ZG6.0，=310MPa，=640MPa点接触局部挤压强度验算：式中 许用点接触应力常数（N/m）查表取=0.132， R 曲率半径，由车轮轨道两者曲率半径中取大值，取 轨道的曲率半径为R=157.5mm， m 由轨顶和车轮曲率半径之比（r/R）所确定系数，查表得m=，由表可查得m=0.47 转速系数，车轮转速系数= 工作级别系数，可查得=1； > Pc 故验算通过。线接触局部挤压强度系数验算： = 6.0×315×28.2×0.96×1 =51166N 式中 许用点接触应力常数（）查表取=6.0， l 车轮与轨道的有效接触长度，轨道的l=b=28.2mm， 转速系数，车轮转速系数= 工作级别系数，可查得=1； > Pc 故验算通过。根据以上计算结果，选定直径Dc=315的单轮缘车轮，标记为：车轮 DYL315 GB 4628843.3 运行阻力计算摩擦总阻力距Mm=（Q+G）（K+d/2）由表可查得Dc=350mm车轮的轴承型号为：7518，据