30t起重设备起升机构设计毕业设计.docx

毕 业 设 计 设计题目：30t起重设备起升机构 设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘 要起重机械用来对物料作起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备，它可以减轻体力劳动、提高劳动生产率和在生产过程中进行某些特殊的工艺操作，实现机械化和自动化。起重机械运送的物料可以是成件物品，也可以是散料,或者是液态的。起重机受的载荷是变化的，它是一种间歇动作的机械。起重机一般由机械、金属结构和电气等三大部分组成，机械方面是指起升、运行、变幅和旋转等机构，即起重机一般是多种动作的。 本设计通过对桥式起重机的大车运行机构部分的总体设计计算，以及电动机、联轴器、缓冲器、制动器的选用；运行机构减速器的设计计算和零件的校核计算及结构设计，完成了桥式起重机的机械部分的设计。通过一系列的设计，满足了30/5t起重量、桥跨度为16.5米的设计要求，并且整个传动过程比较平稳，且大车运行机构结构简单，拆装方便，维修容易，价格低廉。abstractcrane is a kind of mechanical equipments used for lifting, moving, loading/unloading, and installing. it can lower the manual workload and upgrade productivity. it can be operated in some special environment, too, and work with high automatic level. crane can operate whole objects, disintegrated materials, or liquid substances. the crane loads vary from time to time, so it is a periodic operational machine. a crane contains three major parts, mechanic components, a metal structure, and electrical devices. a cranes mechanical movements are multi-actions, such as raising running and rotating.this paper is main deal with mechanical design for the moving mainframe of bridge crane, including all design calculation selection of electrical motors, clutch, buffer, and brakes, the design and calculation of the mainframe reducer, calibration and verification of the calculation for the parts, and structure designs. through a series of work, the design is satisfied with the functional requirements, 30/5t ton lifting power and 16.5 meters bridge span. the course of drive is quite smooth. the mechanical structure of the mainframe is simple, easy to install/disassemble, and maintain. and it has low cost.目 录前 言3第一章 绪 论31.1 工程机械及我国起重机的发展现状31.2 桥式起重机概况31.2.1 起重机简介31.2.2 桥式起重机简介31.2.3 桥式起重机的结构31.3 起重机设计的总体方案31.3.1 小车的设计：31.3.2 端梁的设计：3第二章 起重机主起升机构的设计32.1 钢丝绳的选择32.1.1 钢丝绳受到静拉力的计算32.1.2 钢丝绳型号选择32.1.3 滑轮组选择32.2 卷筒的选择32.2.1 卷筒直径选择32.2.2 卷筒长度32.2.3 卷筒的转速计算32.3 选择电动机32.3.1 电动机静功率的计算32.3.2 电动机功率32.3.3 电动机过载能力校验32.4 减速器的选择32.4.1 传动比的计算32.4.2 标准减速器的选择32.4.3 验算减速器32.5 选择制动器32.6 选择轴及联轴器32.6.1 轴的选择：32.6.2 联轴器的选择32.7 起动及制动时间验算32.7.1 起动时间和起动加速度验算32.7.2 制动时间和制动平均加速度验算3第三章 起重机副起升机构的设计3第四章 小车运行机构的设计34.1 运行阻力的计算34.1.1 摩擦力fm的计算34.1.2 坡道力fp的计算34.1.3 运行风阻力fw34.2 电动机的选择34.2.1 电动机的静功率的计算34.2.2 电动机的初选34.2.3 电动机的过载能力校验34.3 起动时间与起动平均加速度的验算34.3.1 满载,上坡，迎风的起动时间34.3.2 起动平均加速度计算34.4 标准减速器的选择34.4.1 减速器传动比34.4.2 标准减速器的选用34.5 制动器的选择34.6 传动轴和联轴器的选择34.6.1 轴的直径选择34.6.2 高速轴联轴器34.6.3 低速轴的联轴器34.7 运行打滑验算34.7.1 起动时按下式进行验算34.7.2 制动时按下式进行验算3第五章 大车运行机构的设计35.1 设计的基本原则和要求35.1.1 机构传动方案35.1.2 大车运行机构具体布置的主要问题35.2 大车运行机构的计算35.2.1 摩擦力fm的计算35.2.2 坡道力fp的计算35.2.3 运行风阻力fw35.3 电动机的选择35.3.1 电动机的静功率的计算35.3.2 电动机的初选35.3.3 电动机的过载能力校验35.4 起动时间与起动平均加速度的验算35.4.1 起动时间的验算35.4.2 起动平均加速度计算35.5 标准减速器的选择35.5.1 减速器传动比35.5.2 标准减速器的选用35.6 制动器的选择3第六章 双梁桥式起重机金属结构设计36.1 载荷的计算36.1.1 自重载荷36.1.2 移动载荷36.2 主梁的结构及尺寸选择36.2.1 按梁的强度条件确定梁高hs36.2.2 按刚度条件确定梁高36.2.3 梁的截面参数取值36.3 主梁设计计算36.3.1 强度计算36.3.2 主梁的刚度计算3第七章 焊接工艺设计3结 论3谢 辞3参考文献3附 录3唐 山 学 院 毕 业 设 计前 言随着现代工业的发展，在冶金、机械、交通运输、电力、建筑、采矿、化工、造船、港口和国防等工业部门中起重机的越来应用越广泛。它不仅只在生产过程中起辅助作用，而且已成为大批生产和流水作业不可缺少的组成部分；它是现实机械化、自动化。减轻笨重体力劳动、提高作业效率、实现安全生产的起重运输设备。在国民经济各部门的物质生产和物资流通中，起重机作为关键的工艺设备或重要的辅助机械，在现代化大生产中具有不可替代的作用，加强对起重机的研究和改进对提高我国的物料搬运水平具有重要的意义。我国目前广泛应用于机械、冶金、运输等行业的桥式起重机占了我国起重机的40%左右。近年来，我国起重机行业的发展较西方发达国家要落后，仍采用传统的设计方法。加强对起重机新型结构的大胆探索和创新研究，对加强我国起重机行业的发展和完善具有重大的理论意义和实际意义。本论文旨在在吊钩桥式起重机的设计过程中，对部分新的设计方法作以尝试。由于经验不足、能力有限，而且重在从理论上进行设计，所以还有许多不完善之处，如要应用于生产实际还需进一步实验、分析研究。并恳切地希望各位老师批评指正，提出宝贵建议。第一章 绪 论1.1 工程机械及我国起重机的发展现状我国的起重机行业是从建国后开始建设，大部分是采用前苏联标准。改革开放以后，随着我国的工业迅速发展，各行业对起重机的要求也随之提高。作为特种设备，检验也要求相对严格。国家也逐步形成了一定制造，检验标准。电气设备也随着不同的要求而改变。有传统的接触器控制，也逐步向自动化方面发展。随着变频器，可编程控制器（plg）的技术成熟，也被广泛应用在起重机当中。为了起重机方面操作人员的安全，无线远程控制也逐渐普及。为了，满足高精度，多速度行车的需要，机械部分要求也越来越高，设计更精确，起重机作为一种大型起重设备，广泛用于国民经济各个领域，而国内起重机近几年的发展却十分缓慢。上世纪60年代到70年代初，我国从前苏联引进了tv型钢丝绳式起重机。其间,曾有一些厂家引进国外先进的生产制造技术, 但均未获得广泛的推广应用。桥式起重机的现状：桥式起重机是作为生产车间最常用的基础设备，也是在各类起重机中，需求量最大的。一般桥式起重机有以下几部分组成。有起升机构，小车运行机构，大车运行机构，控制电路，金属框架结构等主要机构组成。在现在的桥式起重机机械制造中，还是传统的用大的钢构成本，还有沉重的运行机构，来超大的满足需要，在制造工艺中还存在着种种问题，对于材料有很多的浪费情况，为了极大的节省成本，故要精确的计算受力及选择配件。在原有的基础上进行改进，符合实际工作场合。 1.2 桥式起重机概况1.2.1 起重机简介起重机械是一种以间歇作业方式对物料进行起升、下降和水平移动的搬运机械。起重机械的作业通常带有重复循环的性质，一个完整的作业循环一般包括取物、起升、平移、下降、卸载等环节。经常起动、制动、正反向运动是起重机械的基本特点。广泛应用于工业、交通运输业、建筑业、商业和农业等。分类：根据起升机构的活动范围不同，分为 1.只有单个起升机构的起重机械，只能在固定点起降物料或人员，如滑车、葫芦、 升降机和电梯等。 2.带有运行机构的电葫芦，可以沿一定线路装卸物料。 3.起重机则可以在三个坐标的空间搬运物料，又分桥式类和回转类。1.2.2 桥式起重机简介桥式起重机由桥架和起重小车两大部分组成，桥架两端通过运行装置，直接支承在高架轨道上，沿轨道纵向运行；其中小车在桥架主梁上沿小车轨道横向运行。分类:单(主)梁桥式起重机：具有一根主梁的桥式起重机。双(主)梁桥式起重机：具有两根主梁的桥式起重机。葫双桥式起重机：采用电动葫芦作为小车上起升机构的桥式起重机。1.2.3 桥式起重机的结构吊钩桥式起重机是由一个有两根主梁和两根端梁构成的双梁桥架,在桥架上运行起重小车,可垂直起吊和水平搬运各类物体,它广泛适用于机械加工和装配车间料场运输等场合。桥式起重机一般由桥架、起重小车、大车运行机构、驾驶室（包括操纵机构和电气设备）等四大部分组成。桥式起重机的机构部分有起升机构、小车运行机构和大车运行机构三部分，各机构有单独的电动机进行驱动1.3 起重机设计的总体方案 本次起重机设计的主要参数如下:起重量30t,跨度16.5m，起升高度为14m,起升速度18-28m/min,小车运行速度v=44.6m/min,大车运行速度v=84.7m/min,大车运行传动方式为分别传动;桥架主梁型式,桁架式.小车估计重量4t，起重机的重量16.8t .工作级别为m5。根据上述参数确定的总体方案如下：1.3.1 小车的设计：小车主要有起升机构、运行机构和小车架组成。起升机构采用闭式传动方案，电动机轴与二级圆柱齿轮减速器的高速轴之间采用两个半齿联轴器和一个中间浮动轴联接起来，减速器的低速轴鱼卷筒之间采用圆柱齿轮传动。运行机构采用全部为闭式齿轮传动，小车的四个车轮固定在小车架的四周，车轮采用带有角形轴承箱的成组部件，电动机装在小车架的台面上，由于电动机轴和车轮轴不在同一个平面上，所以运行机构采用立式三级圆柱齿轮减速器，在减速器的输入轴与电动机轴之间以及减速器的两个输出轴端与车轮轴之间均采用带浮动轴的半齿联轴器的连接方式。小车架的设计，采用粗略的计算方法，靠现有资料和经验来进行，采用钢板冲压成型的型钢来代替原来的焊接横梁。1.3.2 端梁的设计：端梁部分在起重机中有着重要的作用，它是承载平移运输的关键部件。端梁部分是由车轮组合端梁架组成，端梁部分主要有上盖板，腹板和下盖板组成；端梁是由两段通过连接板和角钢用高强螺栓连接而成。在端梁的内部设有加强筋，以保证端梁桥架受载后的稳定性。端梁的主要尺寸是依据主梁的跨度，大车的轮距和小车的轨距来确定的；大车的运行采用分别传动的方案。在装配起重机的时候，先将端梁的一段与其中的一根主梁连接在一起，然后再将端梁的两段连接起来。第二章 起重机主起升机构的设计设计要求：起重量30t,跨度16.5m,起升速度18-28m/min，起升高度为14m。通常在起重机的设计过程中，在根据实际现场的工作环境，来确定起重机的工作级别。那么在本设计中，考虑到通常情况，那么选择一般级别m5级。在我们一般的设计过程中严格执行国家的标准。不能过擅自进行非标的设计。必须通过国家特种设备检验中心的许可。2.1 钢丝绳的选择通常采用省力的机构，一般采用动，静滑轮组的组合，从而减轻对传动机构的要求。那么， 但我们还要考虑到运行速度以及所占得到设备外形尺寸的大小，以及还有运行效率的问题。这样我就把二者的结合，取中进行优化，在滑轮组的选择手册上选得。 初步选择双联滑轮组，如图1所示。滑轮组省力倍数m=4,滑轮效率z=0.92。2.1.1 钢丝绳受到静拉力的计算最大静拉力: 式中：q是起升量=30t；=0.92；m=4那么s=30x103x9.8/2x4x0.92=39.9kn 2.1.2 钢丝绳型号选择 钢丝绳是起重机的重要部件，也是安全系数要求较高的部件。已经形成了国家标准，那么我们要考虑到各种型号的功能，以及材料的利用率，进行有比较的选择。 d=c脳s 其中式中：d为钢丝绳直径，c钢丝绳选择系数取0.104,d=22.77mm. 在起重机设计手册钢丝绳选择列表6w(35)-23.5-1550-i型l=10x103x7+30(额外长度)=100m。额外长度是包括固定钢丝绳长度以及滑轮缠绕长度。图2-1 钢丝绳绕线图2.1.3 滑轮组选择经过对钢丝绳的选择，双联滑轮组可以满足该机构的需要。滑轮组滑轮直径的计算 ded=455.4式中：e为滑轮直径选择系数取20.所以d=450mm.do在起重机设计手册的滑轮组列表中选择450mm，滑轮组选择代号为lgs510.5x450-200-95型。2.2 卷筒的选择2.2.1 卷筒直径选择卷筒直径d0=(e1-1)d,式中e1是卷筒选择系数取26.所以d0=25x23.5=587.5mm.2.2.2 卷筒长度 ls=(l0+l1+l2)+lg式中:l0是钢丝绳缠绕部分长度，l0=lp/d0.其中卷筒的螺距为20mm. l0=100x103x20/587.5x3.14=1084mm. l1无绳端尺寸取200mm l2固定钢丝绳用长度取80mm lg为中间光滑部分长度取50mm那么,ls=1414mm所以查起重机设计手册表3-3-6.取t1024-500-1500-右-30t-20.2.2.3 卷筒的转速计算nt=60mv/d。 式中 v是起升速度（m/s）.所以 nt=15.09转/min 2.3 选择电动机2.3.1 电动机静功率的计算pj=qv/1000式中机构总功率。=zdtcz为在表3-2-10中取 0.95，d导向轮到效率在表2-2-3中取0.985.c卷筒的效率0.985. t传动效率，在表2-2-4中取0.85。所以,=0.783那么,pj=26.366kw2.3.2 电动机功率pj=gqv/1000=21.1kw式中g 于表2-2-5取0.8所以pj取26kw ,初步选择yzr225m8-708型电动机。2.3.3 电动机过载能力校验pn 其中式中： pn基准通电持续率是电机额定功率（kw）m电机转矩允许过载倍数，取2.8.h 超载系数，绕线型电机取2.1u电机台数，为一台。所以，pn 因为 yzr225m8-708型电动机在jc25，cz=150时，输出p=24.096kw大于pn故满足要求。2.4 减速器的选择2.4.1 传动比的计算 式中:n为电动机的额定转速nt为转筒的转速2.4.2 标准减速器的选择式中:k为减速器选择系数取1.1.故 故在减速器手册上选择 zq-650-i-3ca型减速机。传动比48.57。因为zq型制造容易，价格低廉，能够满足设计需要。2.4.3 验算减速器最大径向力fmax，短暂最大扭矩tmax。 其中：起升载荷系数取1.2.s钢丝绳最大静拉力gt卷筒的重力7379.4nf是 减速器允许的 最大径向载荷。fmax=37.05knf=42000ntmax=2ttt钢丝绳产生的最大扭矩。tmax=1.2s0.5=16.6kn.mt=19000所以减速器符合设计要求。2.5 选择制动器制动器是保证起重机安全的重要部件，制动器制动力矩必须要大于货物产生力矩。在货物处于悬吊状态时具有足够的安全裕度。制动转矩应满足下式要求：式中： tz制动器制动转矩。kz制动安全系数，与机构的重要程度和机构的工作等级有关取1.75q 额定起升载荷 d0 卷筒的卷绕直径 500机构的总效率0.785m滑轮组的倍率为4i传动结构的传动比48.57计算得：tz737.26n.m在制动器样本上选取ywz3-315/90型。其制动力矩为900n.m直径350mm。2.6 选择轴及联轴器2.6.1 轴的选择：轴所传递力矩 t=9550p/n=350.7n.m其中： , 所以:直径取55mm.2.6.2 联轴器的选择依据所传递的扭矩，转速和被连接的轴径等参数选择。起升机构联轴器应满足下式的要求： 式中：t 所传扭矩的计算值按第ii类载荷计算的轴最大扭矩。对于高速轴所以，=617.24n.m联轴器的许用扭矩。k1联轴器的重要程度系数，起升机构取1.8k3角度偏差系数，从表3-12-4中选1.25所以：t=1388n.m故选用cl3型。2.7 起动及制动时间验算2.7.1 起动时间和起动加速度验算起动时间 式中: n电动机的额定转速tq电动机平均起动转矩，查表2-2-8，tq=1.5tntn=350n.m式中:jd电动机转子转动惯量。查表0.82je为制动轮和联轴器转动惯量，在表3-7-4和3-12-7中选择0.6，0.12j=1.771+0.059=1.83所以，tq=0.475s查表2-2-9tq一般小于1.5s.所以合适起动时间还要验算平均加速度来验证。 aq=v/tqa式中：aq是起动平均加速度。v起升速度a推荐值为0.2.所以aq=0.177a符合起重机设计标准。2.7.2 制动时间和制动平均加速度验算满载下降制动时间 式中:n满载下降时电动机的转速，通常取1.1ntz制动器的制动转矩为900n.mtj满载下降时制动轴静转矩。所以， 210.6n.mj是满载下降时换算到机构总的转动惯量，按下式计算那么，tz=0.6942stz推荐时间可取tztq=1.5s制动平均减速度 v是满载下降速度m/s 可取v=1.1vaj无特殊要求不的大于表2-2-10中0.2计算得 aj=0.1901p2时，主梁的最大弯矩截面距左支点的距离为 所以z=7649mm其最大弯矩为 当小车位于梁端时，即z=0.主梁的剪力最大qmax=p1+p2-p2b/l=110.47kn主梁在水平面内按框架计算，由p大惯，和q惯引起的跨中弯矩为式中： b是端梁的长度是4812mm，c是端梁除去轨道宽度，一端的长度为1406mm，l为轨道的宽度2000mm,所以，r=17.5m.p大惯=（16000+6227）x9.8x0.19=41.386knq惯=1658.1n那么，mh=114.37kn.m 图示6,7如下： 图6-4 主梁分布惯性力图 图6-5 主梁集中惯性力图 跨中翼缘板总的弯曲应力 mv固定和移动在计算截面引起的弯矩之和。wz是在垂直方向上截面抗弯模量。wz=bh2/6=0.05wy是在水平方向的截面抗弯模量。 wy=hb2/6=0.023=99.6+4.9=104.5mpa =120mpa跨端截面腹板的最大剪应力为 其中：q计算截面上的计算剪力ix计算截面上的惯性矩bh3/12=0.0246s0计算剪应力处截面的最大静矩0.152腹板厚度。6mm=30.16mpa=90mpa故以上强度条件满足要求。6.3.2 主梁的刚度计算主梁的垂直静刚度计算如下：对于四轮小车 其中:p1,p2小车的计算轮压。 e材料的弹性模量，200gpa.i梁的转动惯量,计算出得0.02175fv=4.29f=16500/2000=8.25故刚度符合要求。第七章 焊接工艺设计对桥式起重机来说，其桥架结构主要是由很多钢板通过焊接的方法连接在一起，焊接的工艺的正确与否直接影响桥式起重机的力学性能和寿命。角焊缝常用的确定焊角高度的方法图7-1 角焊缝常用的确定焊角高度的方法角焊缝最小厚度为：a0.3dmax+1dmax为焊接件的较大厚度，但焊缝最小厚度不小于4mm，当焊接件的厚度小于4mm时，焊缝厚度与焊接件的厚度相同。角焊缝的厚度还不应该大于较薄焊接件的厚度的1.2倍，即:a1.2dmin按照以上的计算方法可以确定端梁桥架焊接的焊角高度a=6mm。在端梁桥架连接过程中均采用手工电弧焊，在焊接的过程中焊缝的布置很关键。 钢结构设计规范、构造要求、对吊车梁和吊车桁架的要求有：1焊接吊车梁的翼缘板宜用一层钢板，当采用两层钢板时，外层钢板宜沿梁通长设置，并应在设计和施工中采取措施使上翼缘两层钢板紧密接触。2支承夹钳或刚性料耙硬钩吊车以及类似吊车的结构，不宜采用吊车桁架和制动桁架。3焊接吊车桁架应符合下列要求：（1）在桁架节点处，腹杆与弦杆之间的间隙a不宜小于50mm，节点板的两侧边宜做成半径r不小于60mm的圆弧；节点板边缘与腹杆轴