港口轨道式龙门起重机说明书.doc
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1、中国矿业大学毕业设计目 录第1章 前言1第11节起重机械的概述1 1.1.1起重量1 1.1.2工作跨度2 1.1.3起升高度2 1.1.4工作速度2 1.1.5自重及质量指标2第12节 轨道式集装箱门式起重机的特点3第13 节轨道式集装箱门式起重机的分类3第14节主要技术性能参数4 1.4.1 起重量4 1.4.2起升高度4 1.4.3跨距和伸距5 1.4.4工作速度5 1.4.5工作类型6第15节轨道式集装箱门式起重机的机构6 1.5.1门架结构6 1.5.2起升机构7 1.5.3小车运行机构7 1.5.4大车运行机构8 1.5.5电气传动与控制系统8第2章 金属结构设计计算9第21节主要
2、尺寸确定9 2.1.1确定主梁截面尺寸9 2.1.2加劲板的布置尺寸9第22节 主梁的计算10 2.2.1正应力的计算10 2.2.2剪应力的计算11 2.2.3挠度的验算12第23节 支腿的设计13 2.3.1尺寸确定13 2.3.2应力分布与验算13第3章 起升机构的设计19第31节 起升机构的结构形式19第32节 起升机构的设计19 3.2.1电动机的要求20 3.2.2电动机的选择原则20 3.2.3初选电动机21 3.2.4校核电动机的过载能力22 3.2.5电动机的发热验算23 3.2.6减速器的选择25 3.2.7联轴器的选择27 3.2.8制动器的选择28第4章 行走机构的设计
3、30第41节 大车走行机构30 4.1.1运行阻力的计算30 4.1.2电动机的选择32 4.1.3减速器的选择32 4.1.4车轮与轨道的选择33第42节 小车走行机构35 4.2.1运行阻力的计算35 4.2.2钢丝绳的选择36第5章 可编程序控制器的设计40第51节 PLC的主要特点40 5.1.1高可靠性40 5.1.2丰富的I/O接口41第52 节 PLC的软件组成42第5. 3 节 PLC模块设计49第54 节 PLC控制系统的硬件配置图49第5. 5节 测力传感器49第5. 6节 测速传感器50第1章 前 言1.1 起重机械的概述起重机械是一种对重物能同时完成垂直升降和水平移动的
4、机械。在工业和民用建筑工程中,起重机械作为主要施工机械用于建筑构件和材料在运输过程的装卸,并将构件吊到设计位置进行安装等,不仅解决了人力无法胜任的作业,而且能保证工程质量,缩短工期,降低成本,成为极其重要的建筑施工机械。起重机械的分类:起重机械的种类很多,按使用的动力设备可分为内燃机作动力和电动机作动力两种;按起重机载荷率可分为轻型、中型、重型、特重型四类;按起重结构可分为龙门式和臂架式两类;按回转台的角度可分为全回转式和非全回转式;按行走机构的构造可分为固定式和移动式两类。建筑施工中常用的为移动式起重机,包括:塔式起重机、汽车式起重机、轮胎式起重机、履带式起重机,以及最基本的起重机械卷扬机等
5、。随着高层建筑中作为垂直运输机械而迅速发展的施工升降机也已纳入起重机械范围。本篇课程设计的起重机类型为门式起重机,主要性能参数包括:起重量、工作跨度、起升高度以及工作速度等。1.1.1 起重量起重量是指起重机能吊起重物的质量,其中应包括吊索和铁扁担或容器的质量,它是衡量起重机工作能力的一个重要参数。通常称为额定起重量,用“Q”表示。起重量的单位过去惯用“t”表示,现都用“KN”表示(10KN约等于1t)。1.1.2 工作跨度 工作跨度是指起重机的两支腿间,吊重物体可以在水平方向上可以移动的距离,用“L”表示。单位用“m”表示 1.1.3起升高度起升高度是指自地面到吊钩钩口中心的距离,用“H”表
6、示,单位“m”,它的参数标定值通常以额定起升高度表示。1.1.4 工作速度起重机的工作速度包括起升、变幅、回转和行走等速度。1、起升速度 起升速度是指起重吊钩上升或下降的速度,单位为“m/min”。起重机的起升速度和起升机构的卷扬牵引速度有关,而且和吊钩滑轮组的倍率有关。2绳比4绳快一倍;单绳双比双绳快一倍。一般表示起升速度参数,应注明绳数。2、大车行走速度 大车行走速度是指门式起重机在空载情况下,沿轨道方向上行走时最大的速度,单位为“m/min”。3 小车行走速度 小车行走速度是指门式起重机主梁上的小车沿主梁方向上行走时最大的速度,单位为“m/min”。1.1.5 自重及质量指标1、自重 起
7、重机的自重是指起重机处于工作状态时起重机本身的总重,以“G”表示,单位为“t”或“KN”。2、质量指标 质量指标是指起重机在单位自重下有多大的起重能力,通常用质量利用系数K表示,它反映了起重机设计、制造和材料的技术水平,K值越大越先进。起重机质量利用系数( )的表示形式是以起重力矩和与此相对应的起升高度来表示,如下式:。目前集装箱堆场机械的种类很多,主要有轮胎式集装箱门式起重机、轨道式集装箱门式起重机、集装箱跨运车、集装箱正面吊运机、集装箱叉车等。其中以轮胎式集装箱门式起重机和轨道式集装箱门式起重机为主,这两种机型可以更有效地利用场地空间。轨道式集装箱门式起重机是许多码头和货场的首选机型。1.
8、2 轨道式集装箱门式起重机的特点轨道式集装箱门式起重机在我国铁路系统的应用较早,而在港口的应用只是最近十几年的事情,且先主要用于内河小型集装箱码头。近年来,轨道式集装箱门式起重机技术发展很快,随着国际燃油价格的不断上涨,许多集装箱码头正在考虑放弃原定的轮胎式集装箱门式起重机堆场方案而改用轨道式集装箱门式起重机方案。目前,轮胎式集装箱门式起重机有一些行业性标准,国家标准正在制定过程中。轨道式集装箱门式起重机还没有像轮胎式集装箱门式起重机那样形成完善的参数系列,轨距和外伸距等更多的是依据集装箱堆场的场地条件来确定,而这也正是轨道式集装箱门式起重机得以推广的一大优势。1.3 轨道式集装箱门式起重机的
9、分类 轨道式集装箱门式起重机的结构形式很多,早期有桁架结构和L型箱形单梁结构等,但目前基本上都采用箱形双梁结构形式。轨道式集装箱门式起重机可分为不带悬臂、单悬臂和双悬臂3大类。其中单悬臂结构形式的轨道式集装箱门式起重机主要受使用场地的限制,从结构受力角度讲并不是一种好的结构形式,使用较少。对于带悬臂结构形式的轨道式集装箱门式起重机,又可分为门腿只需要通过20ft集装箱和门腿需要通过40ft集装箱2大类。对于悬臂结构形式的轨道式集装箱门式起重机,根据门架是否配有马鞍架和斜拉杆,又可分为3大类,即不带马鞍架和斜拉杆;配有马鞍架和斜拉杆。本设计轨道式集装箱门式起重机采用箱形双梁结构形式,带双悬臂。1
10、.4 主要技术性能参数轨道式集装箱门式起重机的主要技术参数有起重量、起升高度、跨距和伸距、工作速度以及工作类型等。本设计门式起重机:额定载重:50t 跨度:30m 起升高度:16.5m吊具上升下降速度:6m/s大车运行速度:12m/s小车行走速度:6m/s1.4.1 起重量轨道式集装箱门式起重机的起重量有3个指标,即额定起重量、吊具下起重量、吊钩下起重量。目前吊具下最大起重量超过50t,但大多为30.542t。本设计轨道式集装箱门式起重机的起重量为50T。1.4.2 起升高度起升高度有2种表述方法,即以“m”为单位的绝对起升高度和堆箱高度。起重机的起升高度大多在15 m上下,目前最大的已超过2
11、0m。从堆箱高度上讲,大多为堆3过4、堆4过5和堆5过6,目前最大的达到堆8过9。1.4.3 跨距和伸距轨道式集装箱门式起重机的跨距目前最小为15m,最大超过60m,大多在2535m之间;起重机的工作伸距一般不超过10m。在国外,轨道式集装箱门式起重机广泛用于内河港口,兼做装卸和堆场。在莱茵河两岸的集装箱码头广泛采用这种机型,如曼海姆集装箱码头,装备有2台轨道式集装箱门式起重机,其中l台跨距为65m,外伸距为13m;另1台跨距为655m,外伸距为14.5m,起重量均为35t。1.4.4 工作速度起重机的速度参数包括起升速度、小车运行速度和大车运行速度。随着经济的不断发展和技术水平的不断提高,对
12、起重机的速度要求也越来越高。起升速度:Kunz公司为汉堡港制造的6台轨道式集装箱门式起重机,起升速度达到80 m/min;ZPMC等生产的轨道式集装箱门式起重机起升速度满载为40 m/min,空载为80 m/min。小车运行速度:Noell、Kunz、ZPMC、交通部水运所等单位研制的起重机小车运行速度都达到了120m/min;国外目前最大已达到240 m/min。大车运行速度:Kunz生产的轨道式集装箱门式起重机大车运行速度为l80 m/min。门吊的工作速度有三种,根据起重机用途和起重量的不同而不同。(1)、起升机构的起升速度V起,它与超重量和生产率有关,通常起重量大而起升速度低生产率高,
13、速度可以大些;一般不超过20米/分;(2)、起重小车走行速度V小车,般不超过50米/分;(3)、起重机大车走行速度V大车。般不超过120米/分。 1.4.5 工作类型起重机工作类型是表明起重机工作的载荷变化和忙闲程度的参数。载荷变化程度是起重机的实际超重量与额定起重量之间的变化关系。有的起重机额定起重量很大,如几十吨。但只是偶然起吊这样重的货物,经常起吊的货物重量仅是额定起重量的1/2或1/3。忙闲程度是指超重机工作时的长短。如有的一年内要工作7000小时,有的工作4000小时,还有2000小时、1000小时不等。根据载荷变化程度和忙闲程度把超重机的工作类型分为四种类型:(1)轻型(JC15)
14、;(2)中型(JC25);(3)重型(JC40);(4)特重型(JC60)。1.5 轨道式集装箱门式起重机的机构1.5.1 门架结构轨道式集装箱门式起重机的门架结构一般采用箱形双主梁对称结构,不带悬臂的大多采用中轨梁,带悬臂的大多采用偏轨梁。近几年,不带悬臂的轨道式集装箱门式起重机在一些大中型港口得到推广应用,其主要特点是由于不需要集装箱通过门腿,所以门腿大多为梯形结构形式,两主梁中心距(小车轨距)很小,小车运行机构大多采用集中驱动,一般不存在跑偏问题,自重也较轻。一般跨距小于或等于35 m 的轨道式集装箱门式起重机,两侧门腿都采用刚性门腿;当起重机的跨距大于35 m时,则一侧采用刚性门腿,另
15、一侧采用柔性门腿,用以补偿吊重和温度所引成的结构变形。本设计轨道式集装箱门式起重机正是如此。1.5.2 起升机构目前轨道式集装箱门式起重机大多采用专用的集装箱吊具,起升机构采用4根钢丝绳。所以在起升机构的设计中,必须考虑吊具的同步升降问题。为实现吊具的同步升降,很多机型采用1套驱动机构驱动1个四联卷筒;或采用1个双出轴电机分别驱动2个减速机,每个减速机各驱动1个双联卷筒;也有的轨道式集装箱门式起重机采用2套独立的驱动机构,卷筒采用双联卷筒,为实现同步升降,将2个高速轴通过联轴器连起来。近几年,采用卓轮行星减速机驱动的四联卷筒起升机构在许多码头、货场得到应用,通过合理设置钢丝绳缠绕系统,可以使起
16、升机构既能保证同步升降,同时又具有一定的防摇效果。起升机构的整体布局非常紧凑,但价格较高。本设计中,轨道式集装箱门式起重机的起升机构有主起升机构。1.5.3 小车运行机构根据小车轨距大小,轨道式集装箱门式起重机的小车运行机构可选用集中驱动或分别驱动。(1)、对于不带悬臂的轨道式集装箱门式起重机,小车轨距约为67m,几乎全部采用集中驱动。(2)、对于带悬臂但只允许20ft集装箱通过门腿的轨道式集装箱门式起重机,小车轨距约为89m,此时小车运行机构有的采用集中驱动,有的要用分别驱动。(3)、对于带悬臂的需要40ft集装箱通过门腿的轨道式集装箱门式起重机,小车轨距约为16m,此时小车运行机构全部采用
17、2套或4套独立的驱动机构分别驱动。小车采用分别驱动时,越来越多地选用三合一驱动机构。另外,小车采用分别驱动时必须考虑小车行走时两侧车轮的同步运行问题。1.5.4 大车运行机构轨道式集装箱门式起重机的大车运行机构一般采用4套或8套独立的驱动机构。减速器采用轴装式或卧式,前者目前在高效率起重机上应用普遍,而且经常选用三合一驱动装置,工作可靠,但价格较高。而后者属于比较传统的做法,由于技术上非常成熟,尤其成本比较低,所以在新研制的机型仍应用得非常普遍。起升机构和小车运行机构大多选用盘式制动器,而大车运行机构可选用块式制动器、盘式制动器、液压轮边制动器,近年来防风惯性制动器也有较多应用。本设计中,大车
18、运行机构:采用轴装式减速器,选用的是三合一驱动装置。1.5.5 电气传动与控制系统PLC控制技术已经成为目前轨道式集装箱门式起重机的基本配置。PLC系统可以与工控机相连,与上位监控软件进行数据交换;还可以与司机室触摸屏相连,将有关数据传送到触摸屏监控软件,极大地方便了起重机的使用与维护。完善的电气保护系统和故障自动检测系统是现代起重机控制技术的一个重要特点,触摸屏成为轨道龙门吊司机室的必要配置。另外,直观的动画显示、中文显示、存储、打印功能等也得到广泛应用。本设计轨道式集装箱门式起重机的电气控制采用西门子可编程控制器(PLC)控制。第2章 金属结构设计计算2.1 主要尺寸的确定2.1.1确定主
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