门式起重机毕业设计方案说明指导书.doc

西南交通大学峨眉校区

毕业设计阐明书

论文题目：门式起重机设计
—起升机构与小车运营机构设计

系 部： 机械工程系
专 业： 工程机械 .
班 级： 工机二班
学生姓名： 毛明明
学 号： 6991
指引教师： 冯鉴

5月10日
目 录

摘要………………………………………………………………….........................1
绪论 2
第一章 MG型吊钩门式起重机概述 4
1. 1MG型吊钩门式起重机构造及构成 4
1. 2MG型吊钩门式起重机工作原理 5
1.3MG型吊钩门式起重机用途 5
1.4MG型吊钩门式起重机重要技术参数 5
第二章 起升机构计算 7
2. 1主起升机构计算参数 8
2.2钢丝绳计算 8
2.3滑轮、卷筒计算 9
2.4依照静功率初选电机 12
2.5减速机选取 12
2.6制动器选取 14
2.7联轴器选取 14
2.8起动和制动时间验算 15
2.9电动机过载能力效验 17
2.10电机发热效验 17
第三章 小车运营机构计算 18
3.1重要参数与机构布置简图 18
3.2轮压计算 18
3.3电动机选取 19
3.4减速器选取 20
3.5联轴器选取： 21
3.6制动器选用： 22
3.7电动机起动时间与平均加速度验算 22
3.8车轮计算 24
第四章 设计总结 30
4.1设计过程中遇到难题 30
4.2设计成败 30
4.2设计体验与局限性 30
道谢 32
参照文献 33

摘 要

起升机构和小车运营机构是门式起重机正常工作重要构成某些。本文重要是对起升机构和小车运营机构设计和计算。全文共分为四章。在第一章详细简介了MG型吊钩门式起重机构造及构成，工作原理及用途和重要技术参数。第二章和第三章分别简介了起升机构和小车运营机构中重要零部件选取和必要强度计算。详细地简介了起升机构中钢丝绳、卷筒计算和电动机、减速器选取，小车运营机构中轮压、车轮计算和电动机、减速器、联轴器、制动器选取。第四章重要总结了本次设计过程中遇到难题、设计成败和设计完毕后体验与局限性。

核心词：起升机构 小车运营机构 门式起重机

绪 论
起重机械是用来升降物品或人员，有还能使这些物品或人员在其工作范畴内作水平或空间移动机械。取物装置悬挂在可沿门架运营起重小车或运营式葫芦上起重机，称为“门架型起重机”。
门式起重机普通有大车运营机构门架、装有起升机构和小车运营机构起重小车、电气设备、司机室等几大某些构成。外形像一种挺立在工作场合大门。起升机构用来垂直升降物品，起重小车用来带着载荷作横向移动，以达到在跨度内和规定高度内构成三维空间里做搬运和装卸货品用。
门式起重机是使用最广泛、拥有量最大一种轨道运营式起重机，其额定起重量从几吨到几百吨。最基本形式是通用吊钩门式起重机，其她形式门式起重机都是在通用吊钩门式起重机基本上派生发展出来。
在设计过程中，结合起重机实际工作条件，注意了如下几方面规定：
整台起重机与工作场合配合，以及小车与门架配合要恰当。小车与门架互相配合，重要在于：小车轨距（车轮中心线间水平距离）和门架上小车轨距应相似，另一方面，在于小车缓冲器与门架上挡铁位置要配合好，小车撞尺和门架上行程限位装置要配合好。小车平面布置愈紧凑小车愈能跑到接近门架两端，起重机工作范畴也就愈大。小车高度小，相应可使起重机高度减小，从而减少了起重机自重，节约了材料。
小车上机构布置及同一机构中各零件间配合规定恰当。起升机构和小车平面布置要合理，两者之间距离不应太小，否则维修不便，或导致小车架难以设计。但也不应太大，否则小车就不紧凑。
小车车轮轮压分布规定均匀。如能满足这个规定，则可以获得最小车轮，轮轴及轴承箱尺寸，并且使起重机门架主梁上受到均匀载荷。普通最大轮压不应当超过平均轮压得20%。
小车架上机构与小车架配合要恰当。为使小车上起升、运营机构与小车架配合得好，规定两者之间配合尺寸相符；连接零件选取恰当和安装以便。在设计原则上，要以机构为主，尽量用小车架去配合机构；同步机构布置也要尽量使钢构造设计制造和运营机构规定设计，但在不影响机构工作条件下，机构布置也应配合小车架设计，使其构造简朴，合理和便于制造。尽量选用原则零部件，以提高设计与制造工作效率，减少生产成本。小车各某些设计应考虑制造，安装和维护检修以便，尽量保证各部件拆下修理时而不需要移动邻近部件。总之，要兼顾各个方面互有关系，做到个某些之间配合良好。

第一章 MG型吊钩门式起重机概述

MG型吊钩门式起重机属双主梁通用门式起重机,也称A型双梁门吊,由桥架、大车运营机构、小车、电气设备等某些构成。本起重机是按GB/T14406-1993《通用门式起重机》设计制造，惯用起重量10-50t，工作环境为-20- 40。C，工作级别A5、A6两种。本起重机小车导电采用软缆导电，大车采用滑触线或电缆卷筒方式供电，操作方式有地面控制、操纵室控制、遥控三种形式供顾客选取。原则操纵方式为室控，所有机构均在司机室操纵并有防雨设备。合用于露天仓库、货（料）场、铁路车站、港口码头各种物料装卸和搬运工作。本起重机特点：桥架采用箱形梁焊接构造，起重机运营平衡，抗风性能好，各机构设有安全保护装置。

1.1 MG型吊钩门式起重机构造及构成

箱体双梁门式起重机（图1）有一种由两根箱型主梁和两根马鞍构成双梁门架，大车运营机构和电气设备等。在门架上运营起重小车，可以起吊和水平搬运各类物件。箱型双梁构造具备加工零件少、工艺性能好、通用性好及机构安装检修以便等一系列长处，因而在生产中得到广泛采用。构成门式起重机重要金属构造某些是门架，它矗立工作场合轨道上，并沿轨道先后运营。除门架（主梁和马鞍）外，它重要构成某些尚有小车（主、副起升机构、小车运营机构和小车架），可以带着吊起物品沿门架上轨道左右运营。于是门架先后运营和小车左右运营以及起升机构升降动作，三者构成立体空间范畴是门式起重机吊运物品服务空间。

图1.MGE45-9.42门式起重机

1.2 MG型吊钩门式起重机工作原理

门式起重机，普通都具备三个机构：即起升机构（起重量大有主副两套起升机构）、小车运营机构和大车运营机构。按照正常工作程序，从起吊动作开始，先开动起升机构，空钩下降，吊起物品上升到一定高度，然后开动小车运营机构和大车运营机构到指定位置停止；在开动起升机构降下物品，然后空钩回升到一定高度，开动小车运营机构和大车运营机构式起重机回到本来位置，准备第二次吊运工作。每运送一次物品，就要重复一次上述过程，这个过程普通称为一种周期。在一种周期内，各机构不是同步工作。有时这个机构工作，别机构停歇，但每个机构都至少作一次正向运转和一次反向运转。

1.3 MG型吊钩门式起重机用途

它合用于各种工矿公司，交通运送及建筑施工等部门露天仓库、货场、铁路、车站、码头、建筑工地等露天场合。做装卸与搬运货品、设备以及建筑构件安装使用。

1.4 MG型吊钩门式起重机重要技术参数

重要技术参数
起重量：主钩，跨 度： ；
起升高度：主钩；
工作制度：主起升工作级别：重级（；
小车运营工作级别：中级（；
大车运营工作级别：中级（；
工作速度：主起升速度：（轻载）； （重载）；
小车运营速度：；
大车运营速度：；
小车轨距： ；

第二章 起升机构计算

45吨双梁门式起重机它重要由主起升机构、小车运营机构和小车架所成。小车采用四个走轮支撑起重小车（见图2-1）
图（2-1）MGE45-9.42门式起重机起升机构传动简图
2.1主起升机构计算参数

1、重要参数与机构布置简图如图3-3
已知：起重量：；
工作类型：重级（；
最大起升高度：，地面以上，地面如下；
起升速度：=(重载)；=（轻载）；

2.2钢丝绳计算：

依照起重机额定起重量Q=45吨，查起重机设计手册表8-2选取双联起升机构滑轮组倍率为M=4，起升机构钢丝绳缠绕系统如图2-2所示。

图2-2 钢丝绳缠绕系统
1 钢丝绳所受最大静拉力；

式中 ——额定起重量，；
——取物装置自重，(吊挂挂架重量普通约占额定起重量2~4%；这里取吊钩挂架重量为)；
——滑轮组倍率，；
——滑轮组效率，。

2 钢丝绳选取：
所选取钢丝绳破断拉力应满足下式：

而
式中： ——所选钢丝绳破断拉力；
——钢丝绳安全系数，对于重级工作类型取=6；
——钢丝绳破断力总和；
α——折减系数，对于绳6Χ37+1钢丝绳α=0.82；对于绳6Χ19+1钢丝绳α=0.85。
有上式可得：

查钢丝绳产品目录表可选用：钢丝绳6W(19)-26-7X7-170-I-Z(GB1102-74)=431149.5N409041.46N，因此选取钢丝绳满足强度规定，钢丝绳直径=26mm。

2.3滑轮、卷筒计算

1 滑轮、卷筒最小直径拟定
为保证钢丝绳具备一定使用寿命，滑轮、卷筒名义直径（钢丝绳卷绕直径）应满足下式：
；
式中 e——系数，对于重级工作类型门式起重机，e=32；
——是卷筒和滑轮名义直径；
——钢丝绳直径（）。
因此 （）
取卷筒、滑轮名义直径。
2 卷筒长度和厚度计算（图2-3）

图2-3 双联卷筒重要尺寸
卷筒长度由下式计算：
;
而
式中 ——最大起升高度为（地面以上），（地面如下）取=；
——钢丝绳安全圈数，取=3 ；
t——绳圈节距，取；
——依照构造拟定卷筒空余某些，；
——固定钢丝绳所需要长度， ；
——卷筒计算直径（按缠绕钢丝绳中心计算），
；
参照同类型起重机取=1020mm
——双联卷筒中间不切槽某些长度，依照钢丝绳容许偏斜角拟定对于螺旋槽卷筒tgα 考虑到该取物装置特殊性参照同类型起重机取：
=440mm
——卷筒半边卷绕某些长度；

卷筒长度==，取=4100mm,取卷筒材料采用,其壁厚可按经验公式拟定，取 。
3 卷筒转速

式中——起升速度，=(重载)；
——滑轮组倍率；

4 强度计算
卷筒壁重要受钢丝缠绕所产生压缩应力。此外还承受扭转和弯曲。
压缩应力计算：

式中——钢丝绳工作时最大张力；
——许用压应力，=（铸铁卷筒）；
——抗压强度极限，=750MPa；

故满足使用条件。
由于l>3D,需要计算有弯曲力矩产生拉应力（因扭转应力甚小，普通可忽视不计）；
合成应力应满足：
式中 ——卷筒所受弯矩,=1830mm；
W——卷筒断面系数，W=0.8 ；
——许用拉应力， （铸铁卷筒）；
——抗拉强度极限，=200Mpa；

故满足使用规定。

2.4依照静功率初选电机

1 起升机构静功率计算

式中——起升机构总效率，

V——起升速度（重载）；

2 初选电动机功率
；
式中 ——电动机额定功率；
——起升机构按静功率初选电动机系数，由[1]表6—1取=0.90；
；
查电机产品目录（附录28），在时选取接近电动机型，额定功率N=，转速n=，转动惯量=。

2.5减速机选取

1 减速机传动比
；
式中 ——电机机额定转速；
——卷筒转速；
。
2 原则减速器选用
依照传动比电动机转速、工作级别重级，从减速器产品目录[2]（附录26）可选用减速器，传动比i=80，最大容许径向载荷为=，减速器输出轴端瞬时容许转矩。
3 验算减速器被动轴端最大径向力
轴端最大径向力应满足：
=；
式中——钢丝绳最大静拉力；
——卷筒重力；
a——卷筒上卷绕钢丝绳分支数，a=2；
——减速器输出轴端容许最大径向载荷（N）。
=满足规定；
4 减速器输出轴承受短暂最大扭矩校核
减速器输出轴承受短暂最大扭矩应满足：
；
式中——电动机额定扭矩,=9550=9550=1107.8
、——减速器传动比和效率，=86.2；=0.95；
——当JC%=40%时电动机最大力矩倍数，=3.3；
——减速器输出轴端容许最大短暂扭矩；

故满足规定。
5 实际起升速度验算
实际起升速度为：

满足规定

2.6制动器选取

起升机构制动转矩应满足：

式中：——制动器制动力矩；
——制动安全系数取=1.75 ；
——起升机构总传动比，其值=；
——起升机构总效率，其值=；

依照以上计算制动转矩，从制动器产品目录选用YWZ-400/90制动器，制动轮直径为400毫米，最大制动力矩为1600。
由于 故满足使用规定。

2.7联轴器选取

带制动轮联轴器普通采用齿轮形联轴器，根据所传递扭矩、转速和被连接轴径等参数选取联轴器，起升机构联轴器应满足：

式中：——所传递扭矩计算值
——按第二类载荷计算传动轴最大扭矩。对高速轴，=（0.7~0.8） ，为电动机转矩容许过载倍数，为电动机额定转矩，=9550，为电动机额定功率，为电动机额定转速.
——联轴器许用扭矩；
——联轴器重要限度系数。对起升机构，取1.8；
——角度偏差系数在此取1.75；
=1.8
依照以上计算选用S3408带制动轮齿轮联轴器，联轴器容许最大扭矩为33398.4，制动轮直径为400毫米，飞轮矩为4.6，并选出S2482型联轴器，其容许扭矩24323.6，飞轮矩为4.6。由于故满足使用规定。

2.8起动和制动时间验算

1 起动时间验算：
（s）
式中：——电动机平均起动转矩
——电动机静阻力矩，按下式计算。

——推荐起动时间
——机构运动质量换算到电动机轴上总转动惯量（），按下式计算： =1.15（J+J）+（）
式中： J——电动机转子转动惯量（）。在电动机样本中查取，如样本中给出是飞轮矩，则按换算；
J——制动轮联轴器转动惯量（）
=
门式起重机起升机构起动时间普通应控制在1—2秒间，故起动时间是符合规定。
2 制动时间验算
满载下降制动时间：

式 式中： ——满载下降时电动机转速，普通取=1.1；
——制动器制动转矩；
——满载下降时制动轴静转矩，按下式计算：

——下降时换算到电动机轴上机构总转动惯量（），按下式计算。
=1.15（J+J）+（）
——推荐制动时间（s），可取=
=
门式起重机起升机构制动时间普通应控制在和起动时间相等，故制动时间是符合规定。
3 起动加速度验算

门式起重机起升机构起动加速度普通不大于，故平均加速度满足规定。

2.9电动机过载能力效验

起升机构电机过载能力按下式进行效验：

式中：——在基准接电持续率时电动机额定功率为110（）；
——电动机台数为1；
——基准接电持续率时电动机转矩容许过载倍数取2.5。
——考虑电压降及转矩允差以及静载荷实验超载系数。绕线异步电机取2.1，笼型异步电动机取2.2，直流电机取1.4.
=（）满足规定。

2.10电机发热验算

电机发热效验合格应满足：

式中：——电动机工作接电持续率值、值时容许输出功率（）,查获得（）
——工作循环中，稳态平均功率（）；
——起升机构总效率；
——稳态负载平均系数；
其计算公式为=
= （）满足规定。

第三章 小车运营机构计算

3.1重要参数与机构布置简图

图3-1 小车运营机构简图
1——电动机；2——制动器；3——减速器；4——传动轴;
5——联轴器；6——角轴承箱；7——车轮。
双梁门式起重机小车，起重量在5吨至50吨范畴内普通均由四个车轮支撑，其中两个车轮为积极轮。积极车轮由小车运营机构集中驱动。
重要参数
起重量： Q=45t；
工作制度： 中级JC%25；
小车运营速度： V=12.5m/min；
车轮数： 4个（其中两个为驱动）；
驱动形式： 集中驱动。

3.2轮压计算

参照同类型规格相近起重机，预计小车总重为20t，近似以为由四个车轮平均承受。吊钩位于小车轨道纵向对称轴线上，依照小车架布置图3-8偏离主、从动轮之间中心线为100mm。
依照其中小车架平衡方程式，可分别求出积极轮和从动轮轮压：
图3-8计算简图
积极轮：

式中 ——积极轮轮压；
——小车轮距，；
；
。
同理，可得从动轮轮压为：
；
。

3.3电动机选取

1、运营阻力计算：

——静阻力 ； ——摩擦阻力 ； ——坡道阻力；
① 起重机或小车满载运营阻力时最大摩擦阻力:

Q——起升载荷（N）； G——起重机或运营小车自重载荷；
f——流动摩擦系数（mm）； ——车轮轴承摩擦系数；
d——与轴承配合外车轮轴直径（mm）； D——车轮踏面直径；
——附加摩擦阻力系数 ； W——摩擦阻力系数；
② 满载运营时最小摩擦阻力：

③空载运营时最小摩擦阻力：
由①得：
由②得：
由③得：
坡道阻力：
——坡道阻力系数与起重机类型关于，桥架上小车取为0.002；
最大静阻力：
电机静功率：
——运营速度； ——机构传动效率； ——电机个数；
2、电机初选：
——考虑到电动机起动时惯性影响功率增大系数，门式起重机小车运营机构取为1.2；

选用：YZB160M-8 ； 功率:7.5KW ； n=730r/min；
转动惯量0.06； 最大转矩倍数2.86；
电动机发热校验：
——电动机工作节点持续率JC值、CZ值时容许输出容量（KW）；
查表取P=31.6KW
——工作循环中负载稳态功率（KW）；

G——稳态负载平均系数，取为0.8；

3.4减速器选取

1、由电动机转速与车轮转速拟定减速器传动比为：

参照QJ型起重机减速器用于运营机构选用办法：

——减速器计算输入功率（KW）；
——刚性动载系数，=（1.2~2.0）；
——基准接电持续率时，电动机额定功率（KW）；
I——工作级别，I=1~8；
——原则减速器承载能力表中许用功率（KW）；

查原则：选ZSC(D)-600+125-I-2 公称传动比i=95.5；
实际传动比i=91.73r/min； 输出轴转矩：36000；
高速轴许用功率：26KW ；

=26KW
速度偏差： 符合规定。

3.5联轴器选取：

高速轴：（）
式中 ——计算扭矩；
——联轴器安全系数，取1.35；
——刚性动载系数，取（1.2~2.0）；
——电动机额定扭矩（）
——联轴器许用扭矩（）；

选用TLL（带制动轮）联轴器：=300
制动轮直径 转动惯量= ；

低速轴：
i——电动机至低速联轴器传动比 ；

选用联轴器； 许用扭矩：800；
制动轮直径； 转动惯量=；

3.6制动器选用：

——坡道阻力； ——满载运营时最小摩擦阻力；
——电动机个数，普通m=；
——制动时间；
——电动机转子转动惯量；
——电动机轴上制动轮和联轴器转动惯量；
V——圆形速度；

选用YWZ-200/25；推动器型号：YT1-252-4 ；制动力矩200；

3.7电动机起动时间与平均加速度验算

1 满载上坡时

式中： ——电动机平均起动转矩
n——电动机额定转速 n=730r/min
——机构运动质量换算到电动机轴上总转动惯量（），按下式计算：=k（J+J）+（） m——电机个数
——电动机静阻力矩，按下式计算：

——运营静阻力 ； D——车轮踏面直径；
i——减速器传动比 ； ——机构传动效率；

满足
2 起动平均加速度：

式中：——起动平均加速度
——运营机构稳定运营速度
——起动时间
，满足规定。
运营打滑验算：
1. 起动时：
2. 制动时：
——驱动轮最小轮压；
——打滑一侧电动机平均起动转矩（）；
——计及其她传动飞轮矩影响系数，K=1.1~1.2；
——附着系数，对室外工作起重机取0.12；
——附着安全系数取1.05~1.2；
d——轴承内径；
D——车轮踏面直径；
——轴承摩擦系数取0.015；
——起动平均加速度；
——打滑一侧制动器制动转矩（）；
——制动平均减速度 ；
代入数据得：起动时左边55745.530164.4 满足规定；
制动时右边53345.519688.25 满足规定。

3.8车轮计算

依照轮压、小车运营速度、工作类型初选：
车轮：踏面直径D=500mm，材料ZG310-570 HB 配合轴径d=65mm
1. 车轮计算轮压
（1） 疲劳计算时等效起升载荷由下式拟定：

式中 ——等效静载荷系数，=0.16
——起升载荷质量，=46074.5N

依照等效起升载荷却低昂车轮等效轮压，然后再由下式拟定车轮计算轮压：

式中——小车在门架上位于地下位置（普通取为离支点1/4跨度处）时，依照门架自重、小车自重及等效起升载荷计算最大轮压：

——等效冲击系数，=1；
依照，查得；

（1） 强度校核时最大计算轮压

式中——满载大车最大轮压，；
——动力系数，取；

2. 车轮踏面应力接触疲劳计算
（1） 车轮点接触容许轮压
——起重机正常工作时最大轮压；
——起重机正常工作时最小轮压；

点接触：
——与材料关于许用点接触应力常数，=0.1，钢制车轮按[1]表5-2选用；
R——曲率半径，取车轮曲率半径与轨面曲率半径中之大值，R=300mm；
m——由轨道顶面与车轮曲率半径之比所拟定系数，按[1]表5-5选用；
——转速系数，按[1]表5-3选用=1.11；
——转速系数，按[1]表5-3选用=1.00；
满足。
（2） 车轮踏面强度校核

式中 ——最大许用接触应力，当时，
；
别的符号意义同前。

符合规定。
3、车轮轴计算
（1）轴受纯弯曲时应力

式中——两侧轴所承受计算弯矩，
式中——车轮两个轴承间距，；

——轴抗弯断面模数

因此
（2）轴受纯扭矩时应力

式中——车轮轴所承受计算扭矩，
其中——第一类载荷动力系数，

别的符号意义同前。

（3） 弯曲应力和扭转应力合成计算应力为

式中——将扭转应力换算为弯矩应力系数，由于弯曲和扭转均对称，因此；
由于轴在弯矩、扭矩作用时，大小和方向均发生不变化，是对称循环；
——对称循环弯曲许用应力，对轴采用号钢则：

式中——应力集中系数，；
——安全系数，

2.强度计算
（1）受纯弯曲时计算应力

式中——用最大轮压（第二类载荷）计算轴最大弯矩，
；
——轴抗弯断面模数，

（2）受纯扭转时计算应力

式中——第二类载荷计算状况所产生扭矩，

——抗扭断面模数，

（3）弯曲应力和扭矩应力合成计算应力

式中——将扭转应力换算为弯曲系数， ；
——弯曲许用应力

由于因此强度计算通过。

第四章 设计总结

4.1设计过程中遇到难题
在这个过程中，我遇到问题也非常多，特别是在查阅大量设计规范和设计手册过程中要弄清晰使用各个技术参数来源和对的性，一方面由于自己手上这方面资料较少，另一方面是第一次查阅这样多规范和参数而显得疑惑和没有顺序。
在通过遇到问题，思考问题到在教师和同窗协助下解决问题过程中，收获也是最多。以往没有注意到问题，都在这一次设计中得以体现，这培养了我细心，耐心和专心。
4.2设计成败
通过感觉最大成功就是基本上掌握了门式起重机起升机构和小车运营机构设计理论和办法，培养了独立分析和解决工程实际问题和查阅科技方面资料、使用各种原则手册以及自学和独立工作能力，锻炼了理论联系实际，综合运用知识能力。把自己大学三以来掌握理论知识转化为以一台合格产品。不但是对自己大学三年检查考核，也是以理论与实践一次成功结合。
本次设计最大败笔是由于自己知识水平有限，在设计之中必定存在不少局限性和错误之处。
4.3设计体验与局限性

通过本次设计，让我理解到了诸多方面东西。一方面，本次设计把大学前三年来理论知识复习、总结并应用于实践当中，让咱们对机械特别是起重机械有了更进一步理解。从整体构造到各个部件均有了一种全面结识。本次设计不但是对咱们此前学习一种进一步，更是咱们此后工作一种理论基本。同步也感觉到自己局限性，“纸上得来终觉浅，要知此事须躬行”。理论知识掌握不够夯实，实际动手操作能力尚有待提高，在后来学习过程中要故意识培养自己这方面能力，弥补局限性争取全面发展。

参照文献
[1] 陈道南，等. 起重运送机械. 冶金工业出版社， .
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