516吨门式起重机副起升机构设计.doc

论文26041303595/16吨门式起重机副起升机构设计摘 要 起重机的出现大大提高了人们的劳动生产效率和经济效益，以前需要很多人力物力才能搬运的大型物体，现在用起重机就能轻易的达到效果，尤其是在小范围的搬运过程中,起重机的作用相当明显。随着现代化工业的发展，起重机械已经成为现代生产不可缺少的重要设备之一。起重机属于起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。通过吊钩或其它吊具起升、下降或升降与运移物料的机械设备，又称行车、吊车、天车等. 根据它起吊物品不同及单位时间内有效工作循环数的不同，起重机又可以分轻级、中级、重级、超重级等不同的工作类型。一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。 本次设计主要对单主梁龙门起重机进行设计与分析。包括副起升机构进行合理设计及正确计算。关键词：工作循环； 副起升机构； 龙门起重机； AbstractSummary of cranes appear greatly improved labor productivity and economic benefits that previously might have required a lot of manpower and material resources to handling large objects, now with a crane can easily achieve the desired effect, especially on a small scale in the handling process, cranes role is quite visible. With the development of modern industry, lifting appliances have become indispensable to modern production, one of important equipment. A crane is a crane, is a circular, intermittent motion machine. By lifting hooks or other lifting, descending, or lifting and transporting materials, machinery and equipment, also known as driving, crane, crane, etc. According to its different lifting items and the different work cycles per unit of time, crane band and light, medium, heavy, excess levels in different types of work. A work cycle includes: access devices from access to lift items, then move horizontally to the designated place is lowered, then reverse movement, take the device home, so that for the next cycle. This design for design and analysis of Dan Zhuliang gantry cranes. Including the hoisting mechanism, running a mechanism and design of steel structures sensible and accurate. Key word:cycle of work； type of work； gantry crne目 录1绪 论11.1门式起重机简介11.2起重机的分类11.2.1 按门框结构形式分11.2.2 按主梁结构形式分22起重机整体设计22.1 设计参数22.2 龙门起重机的总体稳定性计算23副起升机构的计算43.1确定机构的传动方案43.1.1副起升机构的设计计算43.2副起升传动方案与卷绕装置43.2.1确定副起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组43.2.2选择钢丝绳63.2.2.1钢丝绳所受最大拉力63.3.2.2钢丝绳计算破断拉力63.2.3确定滑轮主要尺63.2.4确定卷筒尺寸，并验算强度63.2.4.1卷筒直径：63.2.4.2卷筒尺寸：73.2.4.3卷筒壁厚：73.2.4.4 卷筒拉应力验算：73.3电动机的选择：93.3.1计算静功率：93.3.2电动机计算功率：93.3.3验算电动机发热条件103.4选择减速机103.4.1卷筒转数：103.4.2减速器总传动比：113.4.3验算起升和实际所需功率113.4.3.1实际起升速度：123.4.3.2误差：123.4.3.3实际所需等效功率：123.4.4校核减速器输出轴强度123.4.4.1计算轴最大径向力：123.4.4.2计算轴最大扭矩：123.5选择制动器133.6联轴器的选择：143.7起动时间与制动时间的验算163.7.1启动时间163.7.2静阻力矩：163.7.4验算制动时间163.8高速浮动轴的计算173.8.1疲劳计算173.8.2强度计算18参考文献21致谢221绪 论1.1门式起重机简介龙门起重机是水平桥架设置在两条支腿上构成门架形状的一种桥架型起重机。这种起重机在地面轨道上运行，主要用在露天贮料场、船坞、电站、港口和铁路货站等地进行搬运和安装作业。龙门起重机的起升机构、小车运行机构和桥架结构，与桥式起重机基本相同。由于跨度大，起重机运行机构大多采用分别驱动方式，以防止起重机产生歪斜运行而增加阻力，甚至发生事故。龙门起重机的起重小车在桥架上运行，有的起重小车就是一台臂架型起重机。桥架两侧的支腿一般都是刚性支腿；跨度超过30米时，常是一侧为刚性支腿，而另一侧通过球铰和桥架连接的柔性支腿，使门架成为静定系统，这样可以避免在外载荷作用下由于侧向推力而引起附加应力，也可补偿桥架纵向的温度变形龙门起重机的受风面积大,为防止在强风作用下滑行或翻倒，装有测风仪和与运行机构联锁的起重机夹轨器。桥架可以是两端无悬臂的；也可以是一端有悬臂或两端都有悬臂的，以扩大作业范围。半龙门起重机桥架一端有支腿，另一端无支腿，直接在高台架上运行。龙门起重机分为4种类型。 在港口岸壁运行的集装箱运载桥，是一种特殊结构的大型起重机，专用于船舶的集装箱装卸工作。两侧一般都是刚性支腿，形成坚固的门架，桥架支承在与门架连成一体的上部构架上。带有集装箱吊具(见跨车)的小车在桥架上运行。伸向海面的长悬臂通常是可俯仰的。非作业状态时，悬臂可吊起在8085仰角处，使运载桥让过船舶上的最高点。作业时悬臂放平。也有些悬臂是固定的。起重技术属于金属加工学科的一个分支，已经广泛应用于日用金属加工业，仪器仪表制造业，汽车、船舶和飞机制造业，石油化工业，冶金工业，建筑材料业，机械装备制造业，以及精密加工制造业。起重技术在广度和深度方面的巨大发展迫切要求起重理论能进一步解决一些疑难问题，推动开发新技术和研制新设备。尤其在党的十六大之后，要求用信息化带动工业化，起重技术也要跟上时代。首先要在起重机设计、制造、起重过程分析、起重参数设定及起重质量预测等方面搞好软件开发；其次要进行数字化起重设备的研制，使起重技术走上现代化的道路，不断丰富金属起重学的内容。1.2起重机的分类门式起重机一般根据门架结构形式、主梁形式、吊具形式来进行分类。一般用于港口。1.2.1 按门框结构形式分（a）全门式起重机：主梁无悬伸，小车在主跨度内进行。（b）半门式起重机：支腿有高低差，可根据使用场地的土建要求而定。（c）双悬臂门式起重机：最常见的一种结构形式，其结构的受力和场地面积的有效利用都是合理的。（d）单悬臂门式起重机：这种结构形式往往是因场地的限制而被选用。1.2.2 按主梁结构形式分（a）单主梁门式起重机单主梁悬臂门式起重机结构简单，制造安装方便，自身质量小，主梁多为偏轨箱形架结构。与双主梁门式起重机相比，整体刚度要弱一些。因此，当起重量Q50t、跨度S35m时,可采用这种形式。单主门梁式起重机门腿有L型和C型两种形式.L型的制造安装方便，受力情况好,自身质量较小，但是,吊运货物通过支腿处的空间相对小一些。C型的支脚做成倾斜或弯曲形，目的在于有较大的横向空间,以使货物顺利通过支脚。(b)双梁桥式起重机双梁桥式起重机由直轨、起重机主梁、起重小车、送电系统和电器控制系统组成，特别适合于大悬挂和大起重量的平面范围物料输送。双梁桥式起重机承载能力强，跨度大、整体稳定性好，品种多，但自身质量与相同起重量的单主梁门式起重机相比要大些，造价也较高。根据主梁结构不同，又可分为箱形梁和桁架两种形式。一般多采用箱形结构。2起重机整体设计2.1 设计参数设计5/16吨 单梁吊钩门式起重机副起升机构跨度 S 18米 起升高度：9米副起升速度1.95米/秒主起升速度0.95米/秒中级工作制小车运行速度3.97米/秒大车行走速度4.0米/秒小车重8.71吨。总重52.6吨.轮压340KN。2.2 龙门起重机的总体稳定性计算龙门起重机的总体稳定性计算包括：工作状态稳定性安全系数的计算和非工作状态稳定性安全系数的计算。工作状态稳定性安全系数的计算（1）垂直大车轨道方向的满载稳定性安全系数应满足下式:K2=G1为门架自重 82620kg G2小车自重 7076kg Q额定起重量 20000kgPg小车运行时的惯性力330kgW3大车金属结构上的工作状态下的最大风力3950kgW1+W2作作在小车和物品上的工作状态下的风力 425kgh1小车挡风面积形心高度12.6mh2小车重心高度11.4mh3大车金属结构挡风面积的形心高度10.4mb桥架重心至支承点的距离17.5mK2=23.9（2）沿大车轨道方向的稳定性安全系数的计算K1=G1主梁自重54961kgG2小车自重7076kgG3支退自重11697kgG4下横梁自重9396kgG5台车自重8190kgL1主梁重心至驱动轮支承点的距离L1=3.696mL2小车重心至驱动轮支承点的距离L1=4.73mL3支腿重心至驱动轮支承点的距离L3=2.35mL4下横梁重心至车轮支承点的距离L4=4.1mB轮距8.5mW4作用在小车上的最大风力W4=187kgh1小车挡风面积形心高度12.6mW5作用在大车金属结构上的工作状态下的最大风力900kgh2大车金属结构挡风面积的形心高度4.4mP2大车制动时的惯性力2100kg（3）满载龙门起重机沿大车轨道方向起、制动时的稳安性安全系数K3=L0=5.1mWq作用在物品上的工作状态上的最大风力Wq=250kgPq起重机运行时物品产生的惯性力325kgK3= =21.61.4（4）非工作状态下的安全系数W4作用在起重机小车上的非工作状态下的最大风力600kgW5作用在大车金属结构上非工作状态下的最大风力3200kg =17.21.4通过工作状态和非工作状态时的总体稳定安全系数的计算，可知起重机是稳定的,在计算中，工作状态下风载安第II类载荷计算，工作风压取Q=25kg/m2，非工作状态风载荷按第III类载荷计算，非工作风压取80kg/m2.在主梁自重中，除主梁本身重量外，还包括走台、栏杆和电缆拖车重量。支腿重包刚性支腿和挠性支腿的重量、梯子平台重量。从动装置自重包括两套从动车轮组、缓冲器、夹轨器的重量。在稳定性计算中，不考虑防滑装置作用。3副起升机构的计算3.1确定机构的传动方案3.1.1副起升机构的设计计算起升机构是起重机最基本的工作机构，用以实现所吊重物的垂直运动。副起升机机构由驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置、制动器及其他安全装置等组成，不同种类的起重机需配备不同的取物装置，其驱动装置亦有不同。3.2副起升传动方案与卷绕装置3.2.1确定副起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组如图3-1为电动驱动的起升机构简图。起升机构主要由：驱动装置、传动装置、卷筒、滑轮、取物装置和制动装置组成。图3-1起升机构简图1-电动机 2带制动器半齿联轴器 3减速器 4卷筒组 5吊钩组及滑轮组 6联轴器按照设计要求,副起升机构传动装置有较大的跨度，因此采用图3-2的传动方案图3-2闭式传动起升机构构造型式1电动机 ；2半齿联轴器 ；3带制动轮的半齿联轴器；4浮动轴；5制动轮；6减速器；7卷筒；8轴承座；9制动器如图3-3所示、采用单联滑轮组。按Q=5t，取滑轮倍率ih=2，承载绳分支数： （1-1）Z=4 a=2(后文多次使用)图 3-3 起升机构的计算简图查3吊钩组产品表选号为G13吊钩组，得其质量：G0=99Kg，两动滑轮间距 A=200选G13吊钩组3.2.2选择钢丝绳副起升机构滑轮组采用滚动轴承，当ih=2，查12表2-1得滑轮组效率： 3.2.2.1钢丝绳所受最大拉力 （1-2）查12表2-4，中级工作类型（工作级别M5）时，安全系数n=5.5。3.3.2.2钢丝绳计算破断拉力 （1-3）查钢丝绳产品表选用纤维芯钢丝绳619W+FC，钢丝公称抗拉强度为1670MPa，光面钢丝，右交互捻，直径d=14，钢丝绳最小破断拉力=108KN，标记如下： 钢丝绳 14NAT619W+FC1770ZS108GB/T8918-19963.2.3确定滑轮主要尺滑轮的许用最小直径：Dd（e-1）=14（25-1）=336 （1-4）式中系数e=25由12表2-4查得。由12附表2选用滑轮直径，取平衡滑轮直径，选用。滑轮的轮槽部分尺寸可由12附表3查得。由前计算钢丝绳直径，滑轮轴直径的型滑轮标记为：滑轮（定滑轮）E114355-90 ZB J80 006.8-87滑轮直径 由12附表5平衡滑轮选用d=14，D=225，滑轮轴直径D5=45的F型滑轮标记为：滑轮（动滑轮）F14225-45 ZB J80 006.8-87滑轮直径3.2.4确定卷筒尺寸，并验算强度3.2.4.1卷筒直径：由12附表13选用，槽踞，槽底直径卷筒直径3.2.4.2卷筒尺寸： 取 （1-5） 卷筒长度式中附加安全系数，取； 卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距，即，实际长度在绳偏斜角允许的范围内可以适当增减。 卷筒计算直径 （1-6）3.2.4.3卷筒壁厚： （1-7） 卷筒壁厚取=15卷筒壁压应力计算： （1-8）选用灰铸铁HT200，最小抗拉强度许用压应力： （1-9） 故抗压强度足够。 3.2.4.4 卷筒拉应力验算：由于卷筒长度L3D，尚应校验由弯矩产生的拉应力，卷筒弯矩图示于图3-4：图3-4卷筒弯矩图卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时： （1-10）卷筒断面系数： （1-11）式中 D 卷筒外径， Di卷筒内径，于是： 合成应力： （1-12）式中许用拉应力 故： 卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径D=400，长度L=1200；卷筒槽形的槽底半径r=8，t=16；起升高度H=12m，倍率ih=2；靠近减速器一端的卷筒槽向左的A型卷筒，由12附表14得，标记为：卷筒 A4001200816122左JB/T9006.21999图3-5卷筒示意图外形尺寸：（单位mm）DD1D2LL1L2400370360 120070283.3电动机的选择：3.3.1计算静功率： （1-13）式中 机构总效率，一般=0.80.9，取=0.853.3.2电动机计算功率： （1-14） 电动机功率Ne=14.99kw式中 系数Kd由12表61查得，对于M1M6级机构，Kd=0.750.85 取Kd=0.8查12附表28，选用绕线转子三相异步电动机YZR200L-8（如图3-5），YZR系列电动机适用于驱动各种起重机械及冶辅助设备，具有较高的过载能力和机械强度，特别适用于短时或断续运转，频繁起动、制动及有显著振动及有冲击的设备，YZR200L-8电动机, 其Ne（25%）=15kW, n1=710r/min，电机质量=230图3-6 YZR式电动机简图安装尺寸：（单位mm）HABCCAK螺栓直径DEFGGD20031830513340019M16601401621.410外形尺寸：（单位mm）ACABHDBBLLCHA405405510400 9751118253.3.3验算电动机发热条件按照等效功率法，求JC=25%时所需的等效功率 （1-13）式中 k25工作级别系数，查12表6-4，对于M5M6级，k25=0.75。系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比值（tq/tg）查得。由查12表6-5，一般起升机构tq/tg =0.10.2，取tq/tg=0.1，由12图6-6查得=0.87。 由以上计算结果 NxNe 故初选电动机能满足发热条件。3.4选择减速机3.4.1卷筒转数： （1-14）3.4.2减速器总传动比： (1-15)查12附表35，选渐开线圆柱齿轮减速器，ZQ-500-IV-3C减速器，ZQ减速器主要用于起重机械，高速轴转速不大于1500r/min;工作的环境温度为-40到+45度，适用于正反两向运行。当工作类型为中级（相当工作级别为M6）时，ZQ-500-IV-3C减速器，其许用功率N=15.1kW，i0=23.34，质量Gg=345， 如轴直径d1=50，轴端长l1=85，（锥形）。故选取ZQ-500-IV-3C减速器图3-7 ZQ型减速器简图中心距AA1A2外形尺寸中心高LHBh500200300986592300300安装尺寸质量（kg）C1S1S2S3C孔径（个）孔数（个）802403104501301763453.4.3验算起升和实际所需功率3.4.3.1实际起升速度： （1-16） 实际起升速度 =19.84m/min3.4.3.2误差： （1-17）所以3.4.3.3实际所需等效功率： （1-18） 所以 3.4.4校核减速器输出轴强度3.4.4.1计算轴最大径向力：由12公式（6-16）得出轴最大径向力：式中 N=25.8 kN卷筒上卷绕钢丝绳引起的载荷；卷筒及轴自重，参考12附表14估计；由12附表36得3.4.4.2计算轴最大扭矩：由12公式（6-1）得出轴最大扭矩： （1-19）式中 电动机轴额定力矩；当JC=25%时电动机最大力矩倍数，由12附表33查出； =0.95减速器传动效率；减速器输出轴最大容许转矩，由12附表36查出；故： 由以上计算，所选减速器能满足要求 减速器输出轴强度足够3.5选择制动器所需静制动力矩：（1-20）式中 Kz =1.75制动安全系数，由12。由12附表15选用电力液压块式制动器，制动器，YWZD制动器被广泛应用于各种机械的传动装置中，其结构紧凑，失电制动器轴向尺寸虽小，但制动扭矩足够大， 响应迅速，寿命长久。制动器，其制动转矩Mez =250-500，制动轮直径Dz=300，制动器质量Gz=86选用制动器图3-8YWZD型制动器简图制动器型号推动器型号制动力矩安装及外形尺寸（mm）Dh1kidYWZ-300/45MYT1-45/41002003002252208018安装及外形尺寸(mm)重量（kg）nbFGEHALC2125110245242 3154201076024.53.6联轴器的选择：高速轴联轴器计算转矩：式中 电动机额定转矩； N =1.5联轴器安全系数8=1.8刚性动载系数，一般取由12附表31 查得 YZR200L-6电动机轴端为圆锥形d=60，l=140mm。从12附表34查得ZQ-500减速器的高速轴端为圆锥形d=50，l=85。靠电动机轴端联轴器 由12附表45选用CLZ3半联轴器，其型号为S512，最大容许转矩值，飞轮力矩，质量Gl=23.6。选用CLZ3半联轴器，型号为S512 图3-9 CLZ型带圆锥形孔半齿联轴器型号公称转矩Tn许用转速n1轴孔直径 d1DD1N.mr/minmmS5123150240054.5220185D2C润滑剂用量重量转动惯量JmmmLKgKg.m2 150 2.568 19.740.435 浮动轴的两轴端 d=45，l=85（轴端长度） 靠减速器轴端联轴器 由12附表45选用带300制动轮的半齿联轴器，其型号为S216，最大容许转矩Mt=1400，飞轮矩(GD2)=1.28kgm，质量G1=27.6kg。故选用带300制动轮的半齿联轴器,型号为S216图3-10带制动轮半齿联轴器型号公称转矩Tn许用转速n1轴孔直径 d1DD1N.mr/minmmS2161400300045300155D2C润滑剂用量重量转动惯量JmmmLKgKg.m2 120 2.56827.61.283.7起动时间与制动时间的验算3.7.1启动时间 （1-20）式中 3.7.2静阻力矩： （1-21）3.7.3平均起动力矩：故 起动时间tp =0.75s通常起升机构时间为15s，可在电气设计时，增加起动电阻延长时间，故所选电动机适合。3.7.4验算制动时间制动时间： （1-22）式中 （1-23）由126-6查得许用减速度， ，故 tz=/a=19.7/0.260=1.58s 合适 所以，故所选制动器合适3.8高速浮动轴的计算3.8.1疲劳计算 起升机构疲劳计算基本载荷 （1-24）式中动载系数， （1-25）起升载荷动载系数（物品起升或下降制动是动载效应）扭转应力：轴材料用45号钢，弯曲：，扭转：，查12表2-8 查12表2-19轴受脉动循环的许用扭转应力： （1-27）式中K=KxKm考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数；KX与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡和有键槽及紧配合区段， =1.52.5；Km=与零件表面加工光洁度有关，对于粗糙度3.2Km=1.151.2；对于粗糙度12.5，Km=1.251.35此处取k=21.25=2.5考虑材料对应力循环不对称的敏感系数，对碳钢及低合金钢=0.2；n1安全系数，n1=1.25（由12表30查得）。 故 通过3.8.2强度计算 轴所受最大转矩：最大扭转应力：许用扭转应力：式中 安全系数， 故通过 强度计算通过,故所选浮动轴疲劳强度合格浮动轴的构造如图3-11所示，中间轴径d1+（510）=55，取d1=55。图311高速浮动轴构造图 如前所述，在设计选用合适的部件，相互配合安装起重机的副起升机构如图3-12所示 图312副起升机构装配图4结论本次毕业设计是在学习机械知识中一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的毕业设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态和实际设计的结合，锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，得到了丰富的经验。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。此次设计是本人大学四年以来的一个毕业设计，设计的内容主要是对起重机的大车运行机构和副起升机构设计。说明书首先介绍了此设计的选题，明确本设计的研究目的和意义，最后通过思考与讨论，最终确定本设计的研究方案。在设计过程中详细说明了副起升机构的计算和选材，通过查阅相关方面的书籍，运用大量有关机械设计的相关知识，让我对机械方面的知识有了更深一层的认识，使我懂得如何灵活运用所学的知识应用到实际中，这对我将来的工作或学习都有很大的帮助。此次论文设计过程中，通过所借资金料、手册、图册的分析，参阅了目前常用起重机的结构形式，从实际设计参数入手，通过分析，进行数据处理，即不抄、照搬,也不脱离实际，力求全面考虑设计的方案、结构、工艺情和加工成本等问题，使之易于装拆、维护和检修，本次设计巩固了已经学过的机械制图、理论力学、材料力学、机械原理和机械零件等的理论知识，掌握了一般机器零件的设计方法，同时对门式起重机的结构形式，工作原理和机构计算有了一个整体了解，锻炼了自己自学能力和分析解决问题能力。这些宝贵财富将会在今后的学习和工作中受益匪浅。由于自已年学知识和实际经验尚有欠缺，在设计中还有不足之处，如工作性能可能还未达到理想的要求，恳请各位老师给予批评、指导，我也会在今后的学习、工作中认真总结，学习经验，结全实际工况，更加完善设计和思想。参考文献1 崔甫.起重直原理与起重机械.北京冶金工业出版社,2005:137-1432 芮延年.液压与气压传动.苏州大学出版社,2005:70-763 杨培元 朱福元.液压系统设计简明手册.机械工业出版社,1999:4-124 蓝恭谦精密型材起重液压机国内外现状及其发展趋势锻压机械，1991，(4)：48525 成大先.机械设计手册第四版.化学工业出版社，20026 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