毕业设计范例.docx

湖南铁路科技职业技术学院

毕业论文

题
目：
龙门吊设计
系
部：
机械工程系
专
业：
机电一体化
班
级：
308-2
姓
名：
何斌

指导教师： 安红战

摘 要
龙门吊是一种专用的起重机，因其形状像门而得其名。重要作业于露天作业，并在固定轨道（双轨）上作业。门吊大多按导梁结构来划分可分为箱梁结构式门吊和花架结构式门吊，也可按起重量来划分15T以下为轻型门吊,15T--150T为中型门吊，150T以上为重型门吊。由于箱梁结构式门吊性能稳定，但运送拆装等不便所以使用上为货场等固定场合使用。花架式结构门吊，由其造价低廉，便于运送,操作方便，广泛合用于修公路铁路等建设工程上。龙门吊的名称重要还是由于公路建设上所来的。它是集机电于一体的工程机械设备，广泛用于各行各业的操作中，其发展具有一定的厉史。在我国生产龙门吊的公司有河南卫华起重，它在起重行业占有相称大的比率，本文所设计的龙门是一种小型的吊车，设计制作简朴，结构紧凑，自重轻，体积小，使用方便，横梁和立柱的结构成“门”字形，它由葫芦起升机构、支腿、大车运营机构、主梁、操纵室、梯子、平台栏杆安装组成，具有减速器密封性好，齿轮、齿轴均采用优质渗碳钢经热解决强化，齿面硬度高，耐磨性好，机械效率高的优点。采用锥形转子制动电动机，简化制动机构。本产品形式多样，合用性好，可广泛用于提高重物及各种形式（直的、弯曲的、圆的）工字钢轨道上，也可用于单梁、双梁、悬挂、旋臂及轻型龙门起重机上。等特点，所以对它的设计改造是辅助生产制造的重要工具。
关键字：龙门吊 主梁 结构 调试

目 录
摘 要...............................................................................................................1
目 录...............................................................................................................2
1概述...............................................................................................................3
1.1机械设计的发展.....................................................................................3
1.2龙门吊的应用与改善.............................................................................3
1.3龙门吊的类型.........................................................................................4
2龙门吊总体结构设计....................................................................................5
2.1总体设计环节.........................................................................................5
2.2龙门吊总体结构方案.............................................................................5
2.3龙门吊重要技术参数.............................................................................6
3龙门吊关键部件的设计与校核.....................................................................7
3.1电动葫芦的选择.....................................................................................7
3.2主梁的设计与校核.................................................................................7
4龙门吊使用说明...........................................................................................12
4.1小型龙门吊的特点................................................................................12
4.2注意事项...............................................................................................12
结束语..............................................................................................................13
致 谢..............................................................................................................14
参考文献..........................................................................................................15

1概述
1.1机械设计的发展
为了适应现代科学技术的迅速发展，机械设计在近30年来发生了相称大的变化。设计方法更趋于科学、完善，计算精度更高，计算速度更快。重要有以下方面：一、基础理论不断深化和扩展。例如摩擦学研究摩擦表面间的物理和化学性质，进一步探索薄层摩擦副的机理和计算问题；弹性流体动力润滑研究计算重载点、线接触的最小油膜厚度、摩擦力和摩擦温度等问题，以提高齿轮传动、滚动轴承等的寿命和可靠性等。疲劳断裂从无限寿命设计发展到有限行命设计；从常规疲劳强度设计发展到用特环弹塑性解的局部应力-应变法估算裂纹形成寿命，用裂纹扩展原理估算裂纹扩展寿命；并进一步发展微裂纹、短裂纹、长裂纹用微观-宏观结合的寿命估算理论等。二、传统的机械设计偏重于零件、部件的静态设计，现正向以局部或整个机械系统为对象的动态设计方法扩展。研究机械系统的动力学问题对发展高速机械具有重要意义。三、为使产品设计更科学、更完善、更有市场竞争能力，新的设计方法不断出现，如优化设计、可靠性设计、系统设计、模块化设计、价值工程、造型设计、疲劳强度设计、蠕变设计、摩擦学设计、计算机辅助设计等。四、由于电子计算机具有运转速度快、计算精度高、有记忆和逻辑判断功能等特点，在机械设计的各个领域中，正在得到越来越广的应用。
1.2龙门吊的应用与改善
1.2.1龙门吊的作用
龙门吊是一种提高劳动生产率，改善劳动条件的大型装卸机械，被广泛应用于工业生产，一般应用在造船厂基地大型钢结构船段的吊装、铁路货场、港口码头、工矿料场、机械加工车间、仓库机械制造、装配工厂、水电站车间厂矿、公司中广泛使用。随着全球经济一体化，近几年机械制造业务逐渐增长，对于工厂中生产的大批材料，如钢材、（成捆）木材等的搬运用人力

非常困难，为此龙门吊的设计与研究迫在眉睫，把小型龙门吊的设计工作提高到一个新的台阶，使之更加科学合理以减轻了工人的体力劳动，提高劳动生产率。要保证生产的顺利进行，机械设备是关键，而龙门吊是其中发明财富所必不可少的工具，它对生产起着举足轻重的作用。
1.2.2龙门吊的改善
中国工程起重机（龙门吊）行业在经历了2023年的高速发展后，虽然在2023年起重机市场经历了上半年的大起、下半年的大落，但是各项经济指标仍创历史新高，故2023年又称为超高速发展的一年。从2023年1-10月情况分析，应当说中国工程起重机行业已进入了平稳、可连续发展阶段。据工程起重机分会对23个主机生产公司的记录，2023年1-10月，产品销售收入55.7亿元，同比增长-4.8%;利润总额2.83亿元，同比增长-32.7%;工业增长值8.8亿元，同比增长-17.8%。销售各类起重机和其他工程机械11368台，同比增长-15%。
1.3龙门吊的类型
LDA型电动单梁
LX型电动单梁悬挂式LP型电动单梁式
DZ12A型单梁抓斗式
LH型电动葫芦双梁桥式QD型电动双梁桥式
QZ型电动双梁抓斗桥式
MH型电动葫芦单梁门式MHD型电动双梁门式
手动单梁、双梁
BBD、BBS型旋臂
GMH型固定式、YMH型移动式葫芦门式

2龙门吊总体结构设计
2.1总体设计环节
⑴合理选型 根据使用规定、合理选择零件的类型及相应结构
⑵载荷分析 分析计算零件和受的载荷

⑶选
材
概括工作条件、使用规定、选择适当的材料分析失效的形

式、拟定计算准则、鉴定重要失效形式、拟定计算准则
⑷计
算
拟定零件的基本尺寸、参数、尺寸数目多于计算准则数目、

有些参数是选定的。

2.2龙门吊总体结构方案
龙门吊的龙门架是由四条龙门腿组成，两根纵梁和两根横梁组成龙门支腿,龙门腿是一箱形结构,其外部为走行系统之链条传动箱,横梁亦是箱形结构,为走行系统的安装基础.纵梁是组焊接工字型梁,为便于公路,铁路运送,采用螺栓连接,纵梁为动力传动系统和液压系统安装基础。
龙门吊总体结构如图1所示。

图1龙门吊总体结构图

2.3龙门吊重要技术参数
本次设计的龙门吊重要技术参数如下表所示。
表1龙门吊重要技术参数

起重量
主提高重量
1～5T
副提高重量
5～10T
跨度
6米
提高高度
8米
工作级别
A4A3
速
度

主钩提高速度
0.5m～5m/min

天车运营速度
6m～15m/min

大车运营速度
3m～30m/min

副钩提高速度
8m/min

副钩运营速度
20m/min
电
动机功率

主钩提高

11～32kw

副钩提高
7.5～13kw

副钩运营
0.8kw

天车运营
6～18kw

天车运营
6～36kw
起重机总重
8T～200T
整机总功率
10kw～130kw
最大轮压
5KN～500KN
荐用钢轨
P50/P43/P38
电源
三相交流电50Hz380V3-phase

3龙门吊关键部件的设计与校核
3.1电动葫芦的选择
电动葫芦简称电葫芦，由电动机，传动机构和卷筒或链轮组成。分钢丝绳电动葫芦和环链电动葫芦两种。通常用自带制动器的鼠笼型锥形转子电动机或另配电磁制动器的圆柱形转子电动机驱动，起重量一般为0.1~80吨，起升高度为3~30米，多数电动葫芦由人用按钮跟随操作，也可在司机室内操作或采用有（无）线远程距离控制，电动葫芦除可单独使用外还同手动，车动或电动小车装配在一起悬挂在建筑物的顶棚或起重机的梁上使用。
LDA型电动单梁起重机与CDI，MDI型电动葫芦配套使用。它可起升重物并沿主梁纵向移动。选用CDI型的电动葫芦即可
3.2主梁的设计与校核
3.2.1龙门吊载荷的拟定
贝雷片材料为6Mn钢，其拉、压、弯允许应力为[σ]=1.3×210.0=273.0
MPa，允许剪应力[τ]=1.3×160.0=208.0MPa，弦杆截面积A0=25.48cm2,惯性矩I0=396.6cm4，每片重270kg。销子为30CrMnTi钢，直径5cm，允许剪应力[τ]=0.45×1300=585.MPa，每个重3kg。加强弦杆材料同贝雷片，每根重80kg。由贝雷片拼装的龙门吊均为多次超静定结构,计算非常繁杂。由于其为临时结构，故一般都把它简化为静定结构计算。

图2龙门吊载荷示意图

龙门吊的载荷涉及下面三种：
(1)横梁均布荷载q1经计算为3kN/m。涉及桁架片、桁架支撑片。加强弦杆、平车走行线等均近似均布,按均布荷载考虑。(2)风荷载q2经计算为
0.4kN/m。风荷载一般只考虑在支腿上。(3)集中荷载p经计算为200kN/m。
集中力即为小车轮作用于钢轨上的力，严格讲，小车有2排轮子,应为2个集中力，因其间距很小，为安全与方便起按1个集中力考虑。集中荷载涉及
T梁、小车、滑轮组、卷扬机、钢丝绳等重量。
弯矩Ⅰ-Ⅰ截面跨中弯矩MⅠ-Ⅰ如图3所示，CD杆为现场加工杆件，精度不高，加工时孔偏大，所以CD杆对横梁上弦杆约束不是十分有力。严格
讲,横梁与支腿之间是介于简支与刚构之间的一种结构,计算Ⅰ-Ⅰ弯矩时把
它当成简支解决。这样偏于安全,经计算为1215kN·m。

图3龙门吊应力计算示意图
如上所述,CD杆对横梁上弦杆有一定的约束，所以在计算Ⅱ-Ⅱ截面负弯矩时把它当成“Ⅰ”形刚构解决。这样,如集中荷载在跨中时，加上风荷载作用则在Ⅱ-Ⅱ截面产生最大负弯矩.经计算，均布荷载q1对Ⅱ-Ⅱ截面产生的负弯矩M1为-51.45kN·m；集中荷载在-245kN·m；风荷载q2对Ⅱ-Ⅱ截面产生的负弯矩M3为-49.98kN·m；则Ⅱ-Ⅱ截面负弯矩MⅡ=M1+M2+M3=-
366.4。主梁的设计计算涉及到：自重载荷、起升载荷、水平载荷、附加载荷的
计算；不同点的剪切力、应力，弯矩；支反力、侧向力、约束弯曲、约束扭
转、刚度计算；截面的惯性矩、断面模量、静矩和弯心的计算；计算结果再经主梁的限制条件（正应力、剪应力、水平和垂直静刚度刚度、动刚度、腹
板的高度比值、翼缘板的宽厚比值、主梁的跨高比值和跨宽比值、设计变量

的边界约束条件进行优化）。一般来说,根据桥机生产厂家的规范，端梁不进行强度、刚度等计算，端梁计算只是为了拟定端梁形式及与主梁的连接方式
（铰接还是刚性连接），根据主梁参数从端梁系列库中选择端梁型号,拟定端梁的重要参数。一方面根据任务书规定,选择主、副小车的起重量4吨和跨度
7.5米。
3.2.2主梁设计指标
刚度条件：允许挠度见ＧＢ381185起重机械设计规范
ｙｍａｘ≤[1/750]。强度条件：允许强度见ＢJ1788钢结构设计规范
σ≤[σ]=215Ｎ/ｍｍ2=2194ｋｇ/ｃｍ2。主梁的强度与刚度校核：刚度局限性说明其主梁截面尺寸比较小，同时也
反映其强度富裕量比较小，使用一段时间后，主梁原有的上拱会逐步消失，这时加载以后，主梁下挠就发生在水平线以下1‰L(L为跨度)。主梁刚度校核条件涉及静刚度和动刚度，静刚度以静态弹性变形量表述。静刚度的校核
即验算额定载荷和小车自重在大跨度中引起的静挠度，经验算得：
静挠度 f=0.89‰
动刚度以满载自振频率表征或验算空载自振周期。按照规定，一般起重机不用校核动刚度。
主梁的Mmax、Qmax、Fmax,代入下列公式进行强度和刚度验算
弯曲正应力强度条件
σmax=Mmax/Wx≤[σw]弯曲剪应力强度条件
τmax=Qmax/Ixδ≤[τ]弯曲刚度条件：fmax≤[f]式中符号均为通号，其意义不在赘述，其中主梁的最大挠度（Fmax)发
生在最大受力的跨中截面，由结构位移计算的常用方法可导出其计算式为

Fmax=99/384EF(8-4a/式中E—主梁所用材料的弹性模量
I—钢梁横截面对其中性轴的惯性矩
3.2.3主梁结构设计
最大剪应力τmax所有销子受剪均为双剪状态,τmax=Q中/2A=109.2
MPa(<[τ]=585.0MPa)。跨中挠度fmax按计算MⅠ-Ⅰ进行简化,则fmax=f
集中+f均=38mm(<[f]=L/500=42mm)。重要计算准则：
（1）强度――抵抗塑变、整体断裂、表层断裂的能力
σ≤[σ]
（2）刚度――抵抗弹性变形的能力
δ≤[δ]
（3）耐磨性――足够的寿命条件性计算：p≤[p]、PV≤[PV］
（4）温升计算――正常工作Δt≤[Δt]
主梁截面
由:
ｙｘ=∑ｙｉＡｉ/∑Ａｉ=(ｙ1×Ａ1+2ｙ2×Ａ2+ｙ3×Ａ3)/(Ａ1+2Ａ2+Ａ3)
=(79.2×54.4+2×65.9×15+20×94.1)/(54.4+2×15+94.1)
=45.756ｃｍ。
得:ｙ1=79.2-45.756=33.444ｃｍ,ｙ2=65.9-45.756=20.144ｃｍ,
ｙ3=20-45.756=-25.756ｃｍ。由:∑Ｉ=∑Ｉｉ+∑ｙｉ2Ａｉ。
2 2 2 4
得:∑Ｉ=Ｉ1+2Ｉ2+Ｉ3+ｙ1×54.4+2ｙ2×15+ｙ3×94.1=159817ｃｍ。
由:Ｗｘ=Ｉ/ｙｍａｘ。

得:Ｗｘ=159817/45.756=3493。主梁受力图(以下由主梁最大受力点分析)
刚度校核
由:ｙ′ｍａｘ=ｐｌ/48ＥＩ=0.65。
考虑主梁动载系数为1.1,则ｙｍａｘ=ｙ′ｍａｘ×1.1=0.72。结论:ｙｍａｘ<ｌ/750=1.27。
强度校核
由:σ=Ｍ/Ｗｘ=(ｐｌ/4)/Ｗｘ=(12023×950/4)/3493=816ｋｇ/
ｃｍ2。结论:σ<[σ]=2194。
挠度计算：
跨中和有效悬臂点的挠度，分别等于该测点空载和重载时相应的拱度和翘度的数值之差，用公式可表达为：
跨中：F3＝f3空－f3重
悬臂：F1＝f1空－f1重F5＝f5空－f5重
几点说明：
以上所有公式中“l”均是按两端有效悬臂相等计算的，若两端有效悬臂长度不等时，则各式f1，f5中的“l”分别由相应的l1，l５代替进行计算即可。

4龙门吊使用说明
4.1小型龙门吊的特点
(1)结构简朴，制导致本低，安装容易。(2)操作简朴，工人不必通过专门训练。(3)维护简朴，不必制定严格的维护保养制度。(4)安全性高，可以遥控远距离操作。
4.2注意事项
(1)龙门吊应有专人开车，司机应通过专业培训，熟悉本机的结构特点和操作方法，并经考试合格后发给合格证书，才允许开车。
(2)严禁非司机开车。
(3)司机工作时，只听地面上专门人员指挥（并且只能有1人指挥），但是无论什么人发出停车信号时均应停车，查明情况再开车。
(4)每日每次开车前，必须检查所有机械和电器设备是否良好，操作系
统是否灵活，并按规定对设备进行保养和润滑。(5)每班第一次吊运物品以使吊运接近额定负荷的物品时，司机应先将
重物起重至不超过0.5m高度，然后下降到接近地面时制动。
(6)严禁超负荷使用。(7)严禁倾斜吊运物品。(8)龙门吊吊运物品时，应鸣铃让人躲开或绕开，严禁从人头顶通过，
开车前必须发出开车警告信号。(9)严禁人随物品一起升降。(10)不允许长时间吊重于空中停留，龙门吊吊装重物时，司机和地面指
挥人员不得离开。(11)检查时应切断电源，且挂“有人检修”的牌子，以免误开车导致重
大事故。

结束语
通过对小型龙门吊的设计，使我不仅了解起重设备中结构设计最重要是要提高安全可靠度，满足技术规定，设计出的结构要经久耐用，并且使我掌握了其状态，性能，同时揭示了对此类设备的管、用、修工作的重点，使安全生产的可靠性意义。
起重机的制造一直是工程机械中的一个亮点，在我公司就具有世界上最大吨位的1200吨起重机，它的设计与制作离不开龙门吊的参与，龙门吊作
为起重机的一种，它们用于不同的工种和作业中，在某些车间或小型行业应
用极为普遍。本篇通过对龙门吊的受力与承载情况方面进行了全面的分析，运用平衡方程对其梁进行强度的校核，结构的的设计以及许可载荷的拟定，
这样又进一步论证了它的使用与安全性能，加上一些保护装置后，可以应用
到现实中。设计制作简朴，使用方便。由于考虑到不同的应用场合，因此对它的控
制进行了多方面的规划，分为有（无）线摇控控制，直接操纵室操作，因此
特别实用。无论社会如何进步，龙门吊将应用越来越广泛，相信它会在结构和性能
上更进一步的完善和发展。

致 谢
历时一个月的毕业设计已经告一段落。通过自己不断的搜索努力以及白老师的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完毕学本文从选题、方案论证到课题的研究都是在导师安红战的全面、悉心指导下完毕的。导师严谨的治学态度、丰富的发明力、高瞻远瞩的学术思想，以及敏锐的洞察力，始终令学生敬佩，并将影响我的一生。值此成文之际，谨向导师表达我深深的敬意和衷心的感谢!
在三年的学习和生活期间，始终得到三一起重机械公司各位院长的无私帮助，在此深表感谢!他们是张新华、限度旺、方强。
在课题研究过程中，得到了机房工作人员的大力支持，特别要感谢罗玉堂院长提供出的诸多帮助，作者在此表达由衷的感谢!同时也感谢这三年中给了我珍贵友谊和帮助的师兄弟们以及生活在一起的同学们!
特别要感谢的是我的父母和家人!感谢父母在我成长的道路上给予的无私的爱，他们的理解和全力支持使我的论文得以顺利完毕。
感谢所有关心和帮助过我的人们!
最后，在本文结束之际，向所有为我的论文提出宝贵意见的评阅专家们表达衷心的感谢和崇高的敬意!
谢谢!

参考文献
[1]高敏.天车工培训教程.机械工业出版社，2023.4[2]陈位宫.工程力学.机械工业出版社，2023（2023重印）[3]王祥中.中文版AUTOCAD2023基础教程.清华大学出版社，2023.7[4]潘旦君机.机械基础.高等教育出版社，1986.11（2023重印）[5]谢里阳.现在机械设计方法.机械工业出版社，2023（2023重印）[6]刘利机.机械制图.高等教育出版社，2023（2023重印）[7]ＢＧ606785,起重机械安全规程.1985，6