行走式小型液压起重机设计(共25页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上2012届毕业设计说明书 行走式小型液压起重机设计(机架和小车设计) 系 、 部： 机械工程系 学生姓名 指导教师： 杨国辉 职称 教授 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 机专0904班 完成时间： 2012.5 摘 要 本课题的目的就是设计一行走式起重机来代替人力实现重物的搬运。行走式小型液压起重机主要有行走系统，电气控制系统和液压控制系统三部分组成。该起重机的工作原理是：将小车底盘作为工作台，电动机，液压系统和吊臂都安装在上面，由遥控装置来控制电动机，通过电动机对液压泵的控制，从而控制液压马达的转速和液压缸的活塞速度，以实现规定的动作。通过任务书中的条件

2、参数，设计计算相关的数据，选择钢丝绳的种类和型号，进而计算出卷筒和滑轮的直径，确定一些其它的标准零部件。在此基础上进行传动装置的设计和计算，完成其进行结构设计，工作主要包括完成了轴的设计、确定了带轮的结构、齿轮的结构、卷筒的结构、滑轮的结构 、伸臂杆和支撑杆的结构，绘制了绘制了起重机的总装配图、制动轮装置和卷筒装置的结构图，完成部分零件工作图的设计。 关键词：简易起重机；设计计算；结构设计 ABSTRACT The purpose of this paper is to design a walking type crane to replace manpower to realize lif

3、ting.Walking type mainly small hydraulic crane operating system, electrical control system and hydraulic control system is composed of three parts.The cranes working principle is: as a car chassis will be working station, motor, hydraulic system and are installed on the crane above, by a remote cont

4、rol device to control motor, the hydraulic pump through the motor control, in order to control the speed of hydraulic motors and hydraulic cylinder piston speed, to achieve the required action. Conditions through the parameters of the task book, design and calculation of relevant data, select the ty

5、pe and model of wire rope, and then calculated the diameter of the drum and pulley, to identify a number of other parts of the standards. Carried out on the basis of gear design and calculation, to complete its structural design, primarily include the completion of the design of the shaft to determi

6、ne the structure of the pulley, the gear structure of the drum structure, block structure, under and the supporting bar of the structure, rendering a total mapping of the crane assembly, brake drum round of devices and device structure, the completion of the work of some parts of the design plans.Ke

7、yword: simple cable car ;calculation ;structural design目录绪论03 1 起重机国内外的研究现状 2.起重机的发展趋势 设计计算部分071系统工作原理及方案的确定072转运行机构的设计081)确定机构运行方案082)车轮与轨道并验算其强度083)运行阻力计算094)选电动机105)验算电动机发热条件106)选择减速器107)验算运行速度和实际所需功率118)验算起动时间119)按起动工况校核减速器功率1210)验算起动不打滑条件1211)选择制动器1312)选择高速轴联轴器及制动轮1313)选低速轴联轴器1414)浮动轴设计153运行机构的

8、计算161)确定回转机构的总体方案162)轨道直径计算163)中心枢轴计算164)选工业车轮174轮传动设计18 1)选定齿轮类型、精度等级及齿数182)按接触强度设计183)按齿根弯曲强度设计194)几何尺寸计算215)验算21总结及鸣谢22参考文献23绪 论 起重机是在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械，又称起重机。它主要用来吊运成件物品，配备适当吊具后也可吊运散状物料和液态物料。起重机的工作特点是作间歇性运动，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的。各机构经常处于起动、制动和正反方向运转的工作状态。起重机通常按结构分为臂架型起重机和桥架型起重机。臂架

9、型起重机包括塔式起重机、门座起重机、浮游起重机、自行式起重机、由桅杆和臂架组成的桅杆起重机、沿墙壁运行的壁行起重机和装在船舶甲板上的甲板起重机等；桥架型起重机包括桥式起重机、龙门起重机、运载桥和缆索起重机等。随着我国机械化的发展，中、大型机械设备越来越多的运用于各行各业。由于人力资源有限以及人力的局限性，在很多人力无法完成搬运的时候，我们更多的会想起用一种机器代替人力，起重设备就孕育而出。起重机作为起重设备的一种，它具有操作简单、易于移动、使用灵活方便、适应性强等优点，简易起重机由电动机经带传动和一对开式齿轮传动，将运动和动力传给卷筒，再通过钢丝绳和滑轮组提升重物。但如何发展大起重量的起重机、

10、提高电气设备的可靠性和使用寿命逐步成为研究热点。1.1 起重机的历史 中国古代灌溉农田用的桔槔是臂架型起重机的雏形；14世纪，西欧出现人力和畜力驱动的转动臂架型起重机；19世纪前期，出现了桥式起重机；起重机的重要磨损件如轴、齿轮和吊具等开始采用金属材料制造，并开始采用水力驱动；到了19世纪后期，蒸汽驱动的起重机逐渐取代了水力驱动的起重机；20世纪20年代开始，由于电气工业和内燃机工业的迅速发展，以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本形成。到如今，起重机的种类、外形和结构越来越多样化，用途越来越细化，已经形成了一个单独的产业。1.2 起重机国内外的研究现状 目前，在工程起重机械领域，欧洲、美

11、国和日本处于领先地位。欧洲作为工程起重机的发源地，轮式起重机生产技术水平最高。该地区的工程起重机械业主要生产全地面起重机、履带式起重机和紧凑型轮胎起重机，也生产少量汽车起重机。其中，全路面起重机、履带起重机以中大吨位为主；紧凑型轮胎起重机则以小吨位为主；汽车起重机一般为通用底盘组装全地面上车，即以改装为主。其产品技术先进、性能高、可靠性高，产品销往全球。美国工程起重机行业的技术水平相对落后于欧洲。不过近年来，美国工程起重机械业通过收购和合并手段，得以蓬勃发展。目前该地区主要生产轮胎起重机、履带式起重机、全路面起重机和汽车起重机。主要生产企业为马尼托瓦克公司，特点是技术较先进、性能较高、可靠性能

12、高，其中汽车底盘技术和全路面技术领先于欧洲，产品主要销往美洲地区和亚太地区。日本作为二战后崛起的经济强国，轮式起重机开发生产虽然起步较晚（起步于20世纪70年代），但是发展速度很快，很受亚太市场欢迎。此外，日本还通过收购手段更新生产技术。如日本多田野通过收购德国法恩底盘公司，发展全路面技术。日本工程起重机械业主要生产汽车起重机、履带起重机、越野轮胎起重机和全路面起重机。其中，越野轮胎起重机的产量最大，汽车起重机的产量次之，呈减少趋势，全路面起重机的产量最少，呈上升趋势。主要生产企业包括多田野、加藤、神钢、日立和小松等。产品特点是技术水平和性能较高，但可靠性落后于欧美。我国随车起重机行业从70年

13、代到今天，有了长足的发展和壮大，取得了令国人为之振奋的成绩。但目前在发展过程中所体现的共性是生产规模小、生产不规范，产品中所体现的共性问题是生产规模小、生产不规范和产品质量不稳定等。同时，由于市场竞争的不规范又形成了价格大战，一些企业为了蝇头小利，采用低配置的办法“以小充大，以次充好”，既损害了消费都的权益又扰乱了正常的市场竞争。1.3 起重机的发展趋势随着科技化进程的逐步推进，高科技的运用越来越多，大型设备、高精度、高要求的机器的需求量也逐步上升。以前的起重机也已经满足不了工厂和社会的要求了，为此，起重机业的改革和技术创新势在必行。起重机创新设计的理论、方法与工具是基于现代设计理论和方法，应

14、用微电子、信息、管理等现代科学技术，以提高产品质量、用户满意的价格和造型、提高产品的功能、缩短产品开发周期为目的而进行的相应工作。起重机创新理论、方法与技术研究的宗旨是从起重机作为特种设备所要求的安全性和可靠性的工作目标出发，在特定技术性、经济性约束条件下，创造性地完成起重机的创新设计，使其在满足用户交货期和性能要求的前提下做到技术性与经济性最佳搭配。起重机运输（物料搬运）机械随着国际市场竞争加剧的驱动，其科技含量明显提高，近年来主要工业国家的发展趋势如下：（1）采用新理论、新技术和新手段。进一步开展物料搬运机械的载荷变化规律、动态特性、疲劳特性和可靠性的试验研究；推广采用优化设计、可靠性概率

15、设计、极限状态设计、虚拟样机设计、CAD/CAE设计等现代设计方法。（2）向自动、智能和信息化，向成套、系统和规模化发展。将各种物料搬运机械单机组合为成套系统，使生产设备与物料搬运机械有机结合，即通过计算机对物料搬运系统进行动态模拟仿真，寻求最佳匹配组合，并将这类自动、智能的设备纳入到系统的多级计算机信息控制与管理网络，并配有自监测、自诊断维护装置。中国的起重机设计的发展经历了一个曲折的过程。以前多是以模仿原苏联的设计为主，凭借设计者的经验，产品设计的局限性很大。从60年代起，开始了新产品、新部件的开发设计与实验研究工作，从而使设计从仿制和经验设计逐渐走向实验研究和计算分析阶段。到了80年代，

16、随着宝钢等一些超大型企业对国外起重机的引进及与国外进行联合设计、国内制造等形式的采用，开始在国内引入了一些国际上的先进技术与设计方法。同时将计算机应用技术引入设计领域，对起重机设计工作的发展起了很大的推动作用。 但是，中国起重机设计领域仍存在不少问题，主要是大多中小企业对设计研究分析不够，资金投入少，人员培训工作跟不上发展的需要，一直没形成开发新产品或更新老产品的设计和应变能力，对引进的先进技术和产品，没有从设计的角度进行消化，更没有能力进行再创新工作。没有形成合理的设计人员梯队，产品仍然是几十年不变样，目前仍以照抄照搬为生存方式，没有自己的知识产权，只是在应付低价拿来的合同。为数不多的几个大

17、型企业则在创新设计中快速发展，使得国内起重机设计能力和水平逐步与国外的先进设计缩短了距离。这些企业已大量采用新的计算机新技术，二维CAD早已普及，三维设计已推广。电气设计采用ED等先进设计手段，引入定子调压和变频调速，PLC参与系统控制，采用了大量高新传感元器件，实现了定位准确，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通过专家系统的应用，极大地推进了创新设计的进程，并且利用系统论和信息论等现代计算机应用技术研究成果，使得起重机的创新设计开始向智能化方向发展。设 计 计 算 部 分1系统工作原理及方案的确定起重机械的基本参数有：起重量、起升高度、跨度、各机构的工作速度及各机构的工作级别。有些起重机械的

18、生产率、外形尺寸、幅度、起重力矩等也是重要参数。这些参数说明起重机械的工作性能和技术经济指标，是设计起重机械的技术依据，也是生产使用中选择起重机械技术性能的依据。起重机械的工作级别也是起重机械的一个非常重要的参数。设计起重机械时，必须考虑使用条件。因此，把起重机械划分为若干工作级别，其目的是提供合理的结构和建立机械设计基础的方法。作为制造的技术依据，选择满足使用要求的特定起重机。行走式小型液压起重机主要有行走系统，电气控制系统和液压控制系统三部分组成。将小车底盘作为工作台，电动机，液压系统和吊臂都安装在上面，由遥控装置来控制电动机，通过电动机对液压泵的控制，从而控制液压马达的转速和液压缸的活塞

19、速度，以实现规定的动作。液压泵驱动四个液压马达和两个液压缸以实现前轮的转动，卷筒的转动，转盘的转动，吊臂的伸缩和吊臂的升降，由于这几个机构不是同时工作，泵的最大流量由这几个机构中流量最大的机构所决定。由于电动机和泵的连接不一定在同一轴线上，所以在电动机与泵之间装上一个弹性联轴器，以消除抖动。设计内容计算与说明结果1)确定机构运行方案2)车轮与轨道并验算其强度2有轨小车运行机构计算经比较后，确定采用如图一所示的传动方案 图一：小车运行机构传动简图车轮最大轮压：小车质量估计为G=1200布：kg。假定轮压均车轮最小轮压：初选项车轮：由【1】附表达17可知，当运行速度vPc，故满足要求。点接触局部挤

20、压强度：（由【2】式53）式中：许用点接触应力强度，由【2】表52查得=0.132R曲率半径，车轮与轨道曲北半径中的大值，车轮，轨道曲率半径mm(由【1】附表2查得)，故取R=300mm。m由比值（r为、中的小值）所确定的系数，=0.58，由【2】表55查得m=0.47。，故满足要求。根据以上计算结果，按规定直径D=350的轮缘车轮，标记为： 车轮DYL350 GB 462884摩擦阻力矩：（由【2】式71）由【1】附表19，由D=350mm的车轮组的轴承型号为7518，据此选车轮组轴承为7518，轴承内径和外径的平均值=140mm，由【2】表7173查得滚动摩擦系数k=0.0005，轴承摩擦

21、系数=0.02，附加阻力系数=2.0，代入上式得满载时运行阻力矩：=25.2kg.m=252N运行摩擦阻力：=1440N1440N设计内容计算与说明结果4)选电动机5)验算电动机发热条件6)选择减速器当无载荷时：=2.1kg.m=21N.m=120N电动机静功率：（由【2】式79）式中：满载时静阻力，=1440N，机构传动效率，取=0.9。m驱动电机台数，取m=1。初选电动机功率：（由【2】式710）=1.2*0.51=0.62kW式中：电机功率增大系数，由【2】中表76查得，=1.2。由【1】附表30选用电动机YZR112M，=1.6kW，=845r/min，=0.11kg. ，电动机质量=

22、74kg。等效功率：（由【2】式620） =r=0.75*1.25*0.52=4.78式中：工作级别系数，由【2】表64查得=0.75。r 考虑起动及工作时间对发热的影响系数，由【2】表65查得=0.2，查图66得r=1.25。，故所选电动机满足发热条件。车轮转速：n=18.2r/min120N选用电动机YZR112M=1.6kW=845r/min电动机满足发热条件设计内容计算与说明结果7)验算运行速度和实际所需功率8)验算起动时间机构传动比：=46.43查附表40选用ZSC400IV减速器：=49.86，=2.5kW，。实际运行速度：v=v=20*=18.63m/min误差：=*100%=。

23、故合适。实际所需电机等效功率：=0.478*=0.445kW起动时间：（【2】式713）式中：=1.5=1.59550=1.59550=27.12N满载运行时折算到电机轴上的运行静阻力矩：Nm空载运行时折算到电机轴上的运行静阻力矩：Nm初步估算制动轮和联轴器的飞轴矩：=0.26kgm机构总飞轮矩：=1.15(0.11+0.26)=0.426kg及均在许用范围以内设计内容计算与说明结果9)按起动工况校核减速器功率10)验算起动不打滑条件满载起动时间：空载起动时间：由【2】表76相得，当v=20m/min=0.33m/s时tq推荐值为3s。tqN。不计风阻及坡度阻力矩，只验算空载及满载起动两种工况

24、。空载起动时，主车轮与轨道接触处的圆周切向力：（【2】式720）=79.36kg=793.6N式中：主动轮压从动轮压车轮与轨道的粘着力：（【2】式712）=600*0.12=72kg=720N选电动机满足快速起动要求设计内容计算与说明结果11)选择制动器12)选择高速轴联轴器及制动轮式中：f粘着系数，对室外工作的起重机，取f=0.12。由于F0T故满足起动不会打滑，所选电动机适合。由【2】查得，对于小车运行机构制动时间tz34s。取tz=4s。因此，所需制动器转矩（【2】式716）=1.85N.m由【4】附表6428选用TJ2A制动器，其制动转矩。高速轴联轴器计算转矩：（【2】式626）=1.

25、35*1.8*18.1=44N.m式中：为电动机额定转矩，=18.1N.mn联轴器的安全系数，运行机构n=1.35。 机构刚性动载系数，=1.22.0，取=1.8 。满足起动不会打滑，所选电动机适合TJ2A制动器设计内容计算与说明结果13)选低速轴联轴器由【1】附表31查得电动机YZR112M两端伸出轴各为圆柱形d=32mm，l=80mm。由【1】附表37相ZSC400减速器高速轴轴端为圆柱形=30mm，=55mm。故从【1】附表41选GICL1鼓形齿式联由器，主动端A型槽=32mm，L=80，从支端A型键槽=30mm，L=55mm，标记为：GICL1联轴器ZBJ1901389其公称转矩=63

26、0N.m，飞轮矩=0.009kg. ，质量G=5.9kg。高速轴制动轮：根据制动器已选定为TJ2A。由【1】附表16选制动轮直径D=100mm，圆柱形轴d=32mm，L=80mm,标记为：制动轮100Y32 JB/ZQ438986。其飞轮矩=0.2kg. ，质量=10kg。上联轴器与制动轮飞轮矩之和： +=2.09与原估计0.26kg. 基本相符，估上计算不需修改。低速轴联轴器计算转矩：=*44*49.86*0.9=987.2N.m由【1】附表37查得ZSC400减速器低速轴端为圆柱形d=65mm，L=85mm，取浮动轴装联轴器轴径d=60mm，L=85mm，同【1】附表42选用两个GICL3

27、鼓形齿式联轴器。其主动端：Y型轴孔A型键槽，=65mm，L=85mm，标记为：DICLZ3联轴器ZBJ1901489由前面已按规定车轮直径D=350mm，由【1】附表19取车轮轴GICL1联轴器制动轮100Y32DICLZ3联轴器设计内容计算与说明结果14)浮动轴设计=60mm，L=85mm，标记为：GICLZ3联轴器ZBJ1901489 浮动轴径：=d+(510)=60+510=6070mm取=70mm。经验算，浮动轴满足强度要求。浮动轴构造如图四所示： 图二 浮动轴GICLZ3联轴器设计内容计算与说明结果1)确定回转机构的总体方案2)轨道直径计算3)中心枢轴计算3回转运行机构的计算经比较后

28、，决定采用图五所示方案。 图三 回转机构转动方案轨道直径的大小，一般应保证不需要中心枢轴参心加工作条件下，回转部分在工作状态最大作用下不致倾翻，由【3】式917： 式中：V总垂直力，设上机构的质量为500kg。故取V=5000+60000=65000N超重机回转部分的稳定系数，取=1.1。各垂直力及水平对y轴力矩和，假设管的中心最 多偏离支承中心1.5m，则： 由【3】式918，则最小轨道半径为： 取D=2m中枢轴工作时的水平力，由可得： 轴的截面尺寸：（由【1】式72）设计内容计算与说明结果4)选定工业车轮式中：最大的弯矩， 许用弯曲应力，由【1】表716查得=160Mpa把以上数据代入上式

29、可得： 取d=60mm中心枢由的结构简图如下所示： 图四 中心枢轴结构简图初定选用8个滚轮，假设上车架的重量为G=700kg，滚轮的轮压：由【4】表9131选用工业脚轮。中心枢轴d=60mm设计内容计算与说明结果1)选定齿轮类型、精度等级及齿数2)按接触强度设计4齿轮传动设计考虑此减速器的功率不大，故大、小齿轮孝选用硬齿面。由【5】表101选得大、小齿轮的材料均为45，并经淬火，齿面硬度为4855HRC。精度等级为7级。由传动比：选取小齿轮齿数为24，大齿轮齿数为240。由设计计算公式：（【5】式109a）式中：载荷系数，取=1.2 。小齿轮传递的转矩 材料的弹性影响系数。由【5】表106查得

30、=189.8Mpa。 齿宽系数，由【5】表107，取=0.6。 小齿轮接触疲劳强度极限，由【5】式1021e相得 u齿数比，u=10把上述数据代入上式可得： 设计内容计算与说明结果3)按齿根弯曲强度设计由圆周速度齿宽为：模数：齿高：h=2.25*m=2.25*3=6.75mm b/h=43.2/6.75=6.4根据v=0.033m/s，7级精度，由【5】图108查得动载系数=1.03。直齿轮，假设，由【5】表103查得由【5】表102查得使用系数=1。 由【5】表104得。由【5】图1013查得=1.08。（由b/h=5.3，查取）。故载荷系数：（【5】式102）按实际的栽花系数校正所算得的分

31、度圆直径由【5】式1010a得：则由【5】式105：式中：K载荷系数，齿形系数，由【5】式105查得=2.65，2.06 齿高：h6.75mmm=3.16mm设计内容计算与说明结果应校正系数，由【5】表105查得=1.58，=1.97。由【5】图1020d查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限由【5】图1018查得弯曲疲劳寿命系数，。取弯曲疲劳安全系数S=1.3。由【5】式1012得：计算大、小齿轮的并加以比较。小齿轮数值较大。把以上数值代入上式可得：由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触所决定的承载能力，么与齿轮走私有关。故由弯曲强度算得的模数3.37mm，并就近圆整为

32、标准值m=3mm，由 取m=3mm=250设计内容计算与说明结果4)几何尺寸计算5)验算分度圆直径：中心距：齿轮宽度：，圆整取，。由【5】式，适合。=75mm=3750mm=50mm=45mm验算通过总结鸣谢首先，我感触最深的就是：实践的重要性。这次设计中我做了许多重复性的工作，耽误了很多的时间，但是这些重复性的工作却增强了我的实践能力和动手能力，积累了设计经验。同时也得到一条经验，搞设计不能只在脑子里想它的结构，必须动手，即使你想的很完美，但是到实际的设计过程时，会遇到许多臆想不到的问题。其次，我学会了查阅资料和独立思考。当开始拿到毕业设计题目时，心里真的是一点头绪也没有，根本不知道从那里下

33、手。在厉老师的指导下，我开始查阅相关书籍，借鉴他人的经验，结合自己的构想，再利用自己所学过的专业知识技能，深入了解了机械传动原理及机械系统的设计方案。把设计意图从构想阶段变为可读者付诸生产的实现阶段。我发现每一个设计都是一个创新、修改、完善的过程，在设计的过程中，运用自己所掌握的知识，发挥自己的想象力来搞好自己的设计，这个过程也是一个学习的过程。这是一个艰辛的过程，很幸运能左倩老师的指导下，边学边用，才能按时按量完成规定的任务。设计的完成，给了我很大的信心：我完全有能力利用自己所学过的知识和技能完成我并不熟悉的任务。在设计过程我更深切的体会到：独立自主是关键，互协作更重要。在短短和一个月的时间

34、里，左倩老师教了我不公是严谨，认真的工作作风，还有许多是我在学校所不能学到的东西。在此我向左倩老师深表谢意。参 考 文 献【1】 陈道南、盛汉中主编起重机课程设计北京：冶金工业出版社1982【2】 陈道南主编起重运输机械北京：冶金工业出版社1987【3】 蒋国仁主编港口起重机械大连：大连海事出版社1994【4】 成大先主编机械设计手册成大先主编第四版第二卷 机械设计北京：高等教育出版社1995【5】 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编濮良贵、纪名刚主编【6】 农业机械化科学研究院编实用机械设计手册上北京：中国农业机械出版社【7】 周开勤主编机械零件手册第四版北京：高等教育出版社1993【8】 肖洪生主编微机CAD绘图实用教程北京：科学出版社1999【9】 秦同瞬、杨承新主编物流机械技术北京：人民交通出版社2001【10】 梁德本、叶玉驹主编机械制图手册北京：机械工业出版社2001专心-专注-专业