0.5吨棒料抓手及提升机构设计论文-本科论文.doc

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1、济南大学毕业设计1 前言 大多数起重机械在吊具取料之后即开始垂直或垂直兼有水平的工作行程，到达到目的地后卸载，再空行程到取料的地点，便完成一个工作循环，然后再进行第二次的吊运。一般的来说，起重机械工作的时侯,取料、运移和卸载是是依次进行的,各个相应的机构工作是间歇性的。起重机械主要是用于搬运成件物品，配备抓斗后可以搬运矿石、煤炭，粮食等之类的散状物料，配备盛桶后可吊运钢水等液态的物料。有些起重机械例如电梯也可用来载人。在某些使用场合里，起重设备还是主要的作业机械，比如在港口和车站装卸物料的起重机就是主要的作业机械。 起重机械通过起重吊钩或者其它取物装置起升或者起升加移动重物。起重机械的工作过程

2、一般包括起升、运行、下降以及返回原位等步骤。起升机构通过取物装置从取物的地点把重物提起，经过运行、回转或变幅机构把重物移位，在指定地点下放重物后再返回到原位。 驱动装置的作用是驱动工作机构的动力设备的。一般的驱动装置有电力驱动、内燃机驱动和人力驱动等等。电能是清洁、经济的能源，电力驱动也是现代起重机的主要驱动形式，几乎所有的在有限范围内运行的有轨起重机、升降机、电梯等一般都采用电力驱动。对于可以远距离移动的流动式起重机（如汽车起重机、轮胎起重机）多采用内燃机驱动。人力驱动就适用于一些比较轻小起重设备，也可以用作某些设备的辅助、备用驱动和意外（或事故状态）的临时动力。 工作机构包括：起升机构、运

3、行机构、变幅机构和旋转机构，被称为起重机的四大机构。 （1）起升机构，是用来实现物料的垂直升降的机构，是任何起重机都不可以缺少的部分，因而也是起重机最主要、最基本的机构。 （2）运行机构，是通过起重机或起重小车运行来实现水平搬运物料的机构，有无轨运行和有轨运行之分，按其驱动方式不同分为自行式和牵引式两种。 （3）变幅机构，是臂架起重机特有的工作机构。变幅机构通过改变臂架的长度和仰角来改变作业幅度。 （4）旋转机构，是使臂架绕着起重机的垂直轴线作回转运动，在环形空间运移动物料。起重机通过某一机构的单独运动或多机构的组合运动，来达到搬运物料的目的。 取物装置是通过吊、抓、吸、夹、托或其他的方式，将

4、物料和起重机联系起来进行物料的吊运装置。依据被吊物料不同的种类、形态和体积的大小，选用不同种类的取物装置。例如，成件的物品一般用吊钩、吊环；散料（如粮食、矿石等）常用抓斗、料斗；液体物料一般使用盛筒、料罐等。但也有针对特殊的物料的特种吊具，比如吊运长形物料的起重架空单轨系统横梁，吊运导磁性物料的起重电磁吸盘，专门为了冶金部门使用的旋转吊钩，螺旋卸料和斗轮卸料等等取物的装置，以及集装箱专用的吊具等。合适的取物装置不但可以大大减轻作业人员的劳动强度，而且大大提高了工作的效率。防止吊物的坠落，保证了作业人员的安全和吊物不受损伤是对取物装置安全的最基本要求。 金属结构是以金属材料的轧制型钢（比如角钢、

5、槽钢、工字钢和钢管等）和钢板作为最基本构件，然后通过焊接、铆接、螺栓和连接等办法，按照一定的组成规则连接，承受起重机的自重和载荷的钢结构。金属结构的重量一般大约占整机重量的40%70%，重型起重机可以达到90%；其成本大约占整机成本的30%左右。金属结构按其构造大致可分为实腹式和格构式两类，是组成起重机的金属结构的基本受力构件。这些基本受力构件有柱（轴心受力构件）、梁（受弯构件）和臂架（压弯构件），各种构件通过不同的组合来形成功能各异的起重机。受力复杂、自重大、耗材多和整体可移动性是起重机金属结构的主要工作特点。 起重机械按结构不同可以分为轻小型起重设备、升降机、起重机和架空单轨系统等几大类。

6、轻小型起重设备主要是由起重滑车、吊具、千斤顶、手动葫芦、电动葫芦和普通绞车组成的，大多体积小、重量轻、而且使用方便。除了电动葫芦和绞车外，绝大多数的机构用人力驱动，适用于工作不太繁重的场合。但它们可以单独使用，有的还可作为起重机的起升机构。有些轻小型起重设备的起重能力很大，如液压千斤顶的起重量就达750吨。升降机主要作垂直或近于垂直的升降运动，具有固定的升降路线，其中包括电梯、升降台、矿井提升机和抓斗升降机等。起重机是在一定范围内垂直提升并水平搬运重物的多动作起重机械。架空单轨系统具有刚性吊挂轨道所形成的线路，能把物料运输到厂房各部分，也可扩展到厂房的外部。起重机械基本机构 各种起重机械的用途

7、不同，而且构造上有很大差异，但都具有实现升降这一基本动作的，有些起重机械还具有其他专用的工作机构，比如起升机构，例如运行机构、变幅机构、回转机构等。物料也可以由钢丝绳或起重链条等挠性件吊挂着升降，还可由螺杆或其他刚性件顶举。 表征起重机械基本工作能力的最主要的性能参数是起重量和工作级别。起重量是指在规定工作条件下允许起吊的重物的最大重量，即额定起重量。一般带有电磁吸盘（见起重吸盘）或抓斗的起重机，其起重量还应包括电磁吸盘或抓斗的重量。臂架型起重机的起重量还包括吊钩组的重量。工作级别是反映起重机械总的工作状况的性能参数，是设计和选用起重机械的重要依据。它由起重机械在要求的使用期间内需要完成的工作

8、循环总次数和载荷状态来决定。ISO规定将起重机械工作级别划分为8级。中国只规定将起重机划分为8级,轻小型起重设备、升降机、架空单轨系统还没有划分级别。对于作业程序规律性强、重复性大的起重机械，例如码头上装卸船舶货物的起重机、高架仓库用的堆垛起重机和为高炉送料的料斗升降机，工作周期也是一个重要参数。工作周期指完成一个工作循环所需要的时间，它取决于机构的工作速度，并与搬运距离有关。上述起重机有时也用生产率作为重要参数，通常以每小时完成的吊运量来表示。 企业在选购起重机械时，首先要对本企业的使用范围、工作频繁程度、利用率、额定起重量等因素进行综合考虑，选择适合本单位使用要求工作级别的起重机。根据拟定

9、的技术参数，进行市场调研。选择的供货厂家，必须是具备特种设备安全许可证的专业起重机制造企业。并考察制造厂家加工设备的配套性，生产的规范性，产品的先进性，进行比较后选择价格合理，质量好，性能优良，安全装置齐全的起重机械。 设备到货后，开箱验收时要检查随机技术资料是否齐全，随机配件、工具、附件是否与清单一致，设备及配件是否有损伤、缺陷等，并做好开箱验收记录。 2 取物装置的设计2.1 已知参数与数据起重量Q=0.5t，小车质量G=4t，起始高度H=15m，工作级别均为M5，起升速度v=7.5m/min，机构接电续率JC=25%。2.2 取物装置的设计方案 取物装置是将搬运的货物悬挂到起升机构或直接

10、抓起的一种装置。按照物品的性质，形状及起重量的大小可以分别采用不同的取物装置。用于起升的取物装置主要有：吊钩，夹钳和抓具等。2.21 抓具的选用为了减短装卸任务作业时间，简单作业过程，提高劳动生产率效，便开始采用各种抓具。依据抓取货物种类的不同，抓具可以分为两大种类：抓碎料的和抓成件的；或者分为机械操纵和绳索操纵，并且具有各种形状。这次设计由于抓取棒料，采用抓取成件的。另外有时还会使用一种端向抓具。这种抓具主要由方架，抓板和小车以及抓板的驱动和传动机构等等组成。方架用槽钢焊接而成，宽大约1.2m，长为57m；抓板顶部有4个轮，可沿槽钢运行。抓板宽大约2.4m，高为0.8m,内侧装有刺钉，刺钉在

11、压力为3540公斤的压缩弹簧作用下，伸出抓板面。这种抓具的优点为：能自动平齐木材断面，抓取迅速，堆放整齐。最大的缺点是自重大。现在随着现在的液压传动技术的发展，液压抓具也开始出现了，依液压缸的安装位置不相同，被抓具分为高位与地位。该抓具由吊环，回转油缸，上梁，下梁，液压缸，拉杆，长轴和抓板等组成。吊环用销轴悬挂在液压起重机的副臂上，抓具的张开度为1m，全闭合后的内口宽度为0.41m.依据起重机的种类选择抓斗。多索式抓斗可以分为开闭，支持备用的两根钢丝绳的四索使抓斗和支持各用一根钢丝绳的双索式抓斗。一个用于汽车起重机和小型起重机。另一个则一般用于桥式起重机等。抓斗的形式虽然很多，蛋构造大致相似，

12、主要由头部，下横梁，颚板和成棒四部分组成，在颚板在最大开度时还需要谈价止档装置，单绳抓斗中还有滑动横梁，马达抓斗中还有张合或闭合的安全开关。抓斗头部与撑杆的连接的地方有同步装置，用来保护抓斗的机构的自由度为1，同时不致因两侧的颚板切口上遇到阻力而影响闭合。抓斗的基本参数有抓斗的自重量，抓斗的最大开张度，抓取量，抓腔面积，开闭机构功率等等。这些参数反应了抓斗的基本结构和主要性能。在这些基本参数里，抓斗的抓取量是最主要的参数，起主导作用，最能反应抓斗的基本特征，并且最具有稳定性，故称之为主参数，抓斗主参数和基本参数是否基本合理，直接关系到该抓斗和相应的起重机械之间的抓取性能和协调配套，而且在很大的

13、程度上直接影响企业的经历效益，另外对抓斗主参数的研究对我国以后制定抓斗的相关标准也会产生一些积极的影响。因此，对抓斗主参数的选用是十分重要的。由于抓斗与起重机械配套使用，在起重机额定起重量为定量的时候，抓斗的抓取量是抓斗的自重关系密切。钢丝绳的选定和抓斗的抓取能力是以自重和抓取物料的比例来衡量。这两者相加的数量一定要在起重机的额定重量之内，一般是确定起重机的起重能力之后然后去选择和是的抓斗。钢丝绳的直径是更具起重机的需要来确定的，而根据抓斗的抓取能力来选择适合的斗。根据抓斗的抓取能力来选择钢丝绳的直径是用反过来校核起重机的钢丝绳的安全系数。抓取工作过程里的受力不是一直不变的，而是一直在不断变化

14、的，其工作的应力也是在不断变化的，另外一方面根骨抓斗的结构不均匀性和材料质量等因素的影响。抓斗的各处的强度也是在不断的变化的，抓具的工作应力和强度都是随机变量。依据可靠性理论中的干涉理论，当抓斗的应力的分布函数与强度函数的曲线发生重合时，就会导致抓斗的失效。在进行具体的可靠度的计算时，必须先通过统计分析，计算出抓斗的应力均值与标准的偏差，并统计得出抓斗的强度平均值和标准偏差。2.22 抓手的设计 抓手的轴线参数的相关确定。在相关的研究表明，在当前的几个常用的不同抓手轴线的设计中，以总体的具有椭圆曲线和较为贴近的圆弧曲线通过光滑的连接而形成的。但对于一个给定相关条件的抓斗设计方案，大家一般关心的

15、是该抓手的抓取能力和抓具的尺寸大小，在设计抓手中，用于表明抓取能力的参数是抓腔面积。而抓取对抓具总体尺寸影响最大的数量指标是抓具。因此，在抓手的轴线方程的参数中，必须选择满足上述要求的参数。根据抓手作业的需求当抓斗闭合到抓尖时，抓尖应该和地面之间保持一定的夹角。依据现存的设计经验结合任务中的规格要求，设计出的抓手外形如下图2-1所示。抓手即为多段圆弧组成的类似。图2-1 抓具的外形设计图2-2 抓手的开闭分析抓手的可靠性的分析：在分析抓手工作手里的基础上，通过可靠性干涉理论，对抓手的工作可靠度进行计算，抓手在木材装卸中能提高劳动效率和减轻劳动强度。但在使用过程中断爪的现象普遍存在，在一些特殊的

16、环境中断爪的现象更为严重，这不仅使得营运费用的增加，更重要的影响作业生产率。因此，抓手的工况进行具体分析，提高工作可靠性。有着十分重要的意义。抓手的可靠性就是在一定的作业条件下抓手能正常完成抓取作业的概率。影响抓手工作的可靠度的因素主要有两点：1 抓手的结构它对工作的可靠度起这十分重要的影响，抓手的外形和横断面尺寸均直接影响到抓手受力的好坏。2 抓手的材料和加工工艺抓手用的材料直接影响到抓手的寿命，目前，很多抓具用的材料为ZG35。起重含磷量3D,所以应校验由弯矩产生的拉应力。卷筒弯矩如下图所示图3-6 卷筒弯矩图卷筒最大拉应力发生在钢丝绳位于卷筒中间时： =4157650Nmm由钢丝绳最大拉

17、力引起得卷筒最大弯矩查表选用卷筒直径D=200mm，长度L=860mm，卷筒槽型的槽底半径R=5.5mm，靠近减速器一端的卷筒朝向为左旋A型，标记为：卷筒 A200x860-5.5x11.5-20x1-左 JB/T9006.1-19993.4 电动机的选用对于抓斗起重机，满载抓斗由支撑绳和开闭绳共同提升，由于司机操作时各有差别，起升绳和开闭绳索受力可能会不均匀，但因不均匀受力的时间不大，其不均匀性也不是很大，故起升与开闭机构的电动机功率扔按照总功率的50%初选。大多数的起重机工作循环周期都小于10分钟，起升机构每次运转的时间一般都在2分钟间，在这种工作情况下使用的起升机构电动机，算出功率后，按

18、照重复短时工作制选择电动机的型号。对于中小型的起重机，启动时间应该短些，对于大型的起重机，启动的时间可能会稍长，速度高时，也可以长些，但启动的时间也不能太长。计算净功率：式中 机构的总效率一般=0.80.9，取电动机计算功率：式中系数经查表得，对于M5M6型机构，由手册表查得选用电动机的型号为 型，电动机的重量98kg其转速为，接电持续率 JC=25%演算电动机的发热条件：式中 k工作级别系数，k=0.75系数，根据机构平均启动时间和平均时间的比值，查表可得，由于,所以选用的电动机能满足发热条件。4 起升机构其他零部件的选用4.1 减速器的选择卷筒转速：减速器的传动比：查表可得，选用减速器的型

19、号为QZH40，当工作类型为中级时，许用功率质量G=250kg，轴直径d=80mm，轴端长L=85mm4.2 演算起升速度和实际所需功率实际起升速度：误差;实际所需等效功率：4.3 校核减速器输出轴的强度输出轴最大径向力：式中卷筒上卷绕钢丝绳引起的载荷4.56KN卷筒及轴自重减速器输出轴端最大径向载荷输出轴最大扭矩：带入数据得由上计算，所选用的减速器能满足要求。4.4 制动器的选择（1） 在起重机械的各个机构中，只有具备了可靠的制动装备后，机械才能安全准确地进行工作。制动器的作用是使机构运动的速度从最大值一直减低到零。或者限制在某一范围以内。有时制动器既可以用来使机构停止也可以用来调速。起重机

20、械所用的制动器是多种多样的。按结构特征可分为分块式，带式和盘式三种。其中块式用的自多。按工作状态，可以分为常闭式和常开式。所有制动器的制动作用都是依靠摩擦力来实现的，其构造原理都相同。即在机构的某根轴上固定一个回转零件，另外在机座上安装一个与回转零件相适应的力矩，即制动力矩。利用这个制动力矩来平衡载荷重量和惯性力等对这个转轴所产生的力矩，便实现了制动的目的。按规定，不仅起升机构应装设制动器，起重机上的所有运行机构，旋转机构都要设置制动器，当一台驱动机带动几个机构时，每个机构都应都单独的制动器。在用来提升和运输爆炸性物质的机构中，须同时安装两个制动器，来充分保证工作安全。 （2）所需的静制动力矩

21、： =9.26kgm式中 制动安全系数；查表选用YWZ315/23 制动器，其制动转矩为180280Nm制动直径为315mm，制动器质量G=44.6kg4.5 联轴器的选择高速轴联轴器计算转矩：式中 电机额定转矩联轴器安全系数刚性动载系数查表可得JZR428 电动机轴端为圆锥形d=65mm，l=105.ZQ500减速器的高速轴端为圆锥形d=50mm，l=85mm。靠电动机轴端联轴器，查表选用CLZ半轴联轴器，最大容许转矩，飞轮力矩，质量G=23.6kg，浮动轴的两轴端为圆柱形d=45mm，l=85mm。靠减速器轴端联轴器，查表选用r=150mm制动轮的半尺联轴器，最大容许转矩，飞轮转矩质量。为

22、与制动器YWZ315/23相适应，将S124联轴器所带r=150mm制动轮修改为直接315mm应用。4.6 高速浮动轴计算4.6.1 疲劳计算由起升机构疲劳计算基本载荷式中 动载系数扭转应力：轴材料用45号钢，=600MPa,=300MPa,弯曲：，扭转：；轴收脉冲循环的许用扭转应力：式中考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数；与零件几何形状有关，一般取值1.51.2与零件表面加工光洁度有关 取值为2.5考虑材料对应循环不对称的敏感系数，取值为0.2安全系数，取值为1.25带入数据得 所以通过4.6.2 强度验算轴所受最大扭矩：最大扭转应力：许用扭转应力：式中 安全系数，取值为1.5 故

23、通过浮动轴中间轴颈=55mm。5 起重机小车的构造5.1 基本构造 装载桥的小车主要由起升机构，车架和运行机构组成。 由于分类的依据不同，可将起重机小车做如下分类。按主梁形式分：双梁起重小车，单梁起重小车。按起重机小车运行机构的驱动方式分：自行式起重小车和牵引型起重小车。自行式起重小车的起升机构和运行机构都安装在小车架上。小车的起升机构一般由电动机，制动器，减速器，联轴器，卷筒装置，吊钩装置和滑轮组等组成。电动机通过联轴器和传动轴与减速器的高低轴相连接。起升机构工作时，减速器的低速轴上的卷轴通过钢丝绳的作用将吊钩和货物提起与放下。货物通过制动器的作用可以停在任何高度。卷筒的正反转是通过电动机的

24、转换开关来实现的。为限制吊钩起升到限定位置而装设安全。5.2 确定小车的轮距和轨距 小车轨距应根据机构布置紧凑的原则和参考已经有的设计数据，设定小车的车轨距为1.8米。小车轮距初定为2米。5.3 起升机构的布置 布置起升机构的各零部件，要使机构的重心能接近小车架的纵向中心线，为了最后能够得到均匀的小车轮压。因此，我把减速器，减速器卷筒支座均放小车架的纵梁上。减速器的中心平面重合，卷筒轴承座中心线也尽量靠近小车架纵梁中心平面。6 结 论通过本次的毕业设计使得我对于以前学过的知识得到了系统的复习。对于一些已经模糊了的概念又熟悉了，对于一些知识得到了与当时不同的理解，对知识的理解得到了升华和巩固。现

25、在机械的将涉及不仅是一种组合而且是一种筛选。由于世界范围的工业大生产化，专业化，标准化成为一种必然。标准是社会技术成熟的结果，并不代表行业最先进的技术和设计方法。所以我们要在满足标准化的同时进行技术创新。才能不断地进步。只有这样，设计才不会是一种纯粹的数字游戏。现代流行的许多设计理念其实都是不是靠机械设计的学者设计出来的。CAD技术的应用是一种必然。现代高节奏的特征要求我们提高效率，而CAD技术是必然的途径。另外，在这次设计中，使得我对起重机的各个部分的构件和运动机构得到了比较透彻的了解。参 考 文 献1 王书中. 桥式起重机简介M. 北京: 电子工业出版社, 2009.5:20-152 谢宋

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