机械毕业设计-50-10t吊钩桥式起重机小车机构设计 3

河南理工大学机械学院全日制普通本科生毕业设计50/10t吊钩桥式起重机小车机构设计DESIGN OF CRANE CAR ORGANIZATION OF 50/10T BRIDGE-TYPE HOIST 学生姓名：水松岩学 号：321204010325年级专业及班级：2021级机械设计制造及其自动化3班指导老师及职称：闫亮 教授 -提交日期： 2021 年5月 -本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要奉献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承当。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘要-1关键词-11 前言-22 国内外研究现状-43.小车运行机构设计-5 3.1 确定机构传动方案-5 3.2 选择车轮与轨道并验算其强度-5 3.3 运行阻力计算 -63.4 选电动机-7 3.5 验算电动机发热条件-8 3.6 选择减速器-8 3.7 验算运行速度和实际所需功率-8 3.8 验算起动条件-8 3.9 按起开工况校核减速器功率-9 3.10 验算起动不打滑条件-10 3.11 选择制动器-11 3.12 选择联轴器-12 3.13 验算低速浮动轴的强度-13 3.14 小车缓冲器-14结论-16参考文献-18致谢-1950/10t吊钩桥式起重机小车机构设计学 生：水松岩指导老师：闫亮摘 要：设计采用许用应力法以及计算机辅助设计方法对桥式起重机桥架金属结构进行设计。设计过程先用估计的桥式起重机各结构尺寸数据对起重机的强度、疲劳强度、稳定性、刚度进行粗略的校核计算，待以上因素都到达材料的许用要求后，画出桥架结构图。然后计算出主梁和端梁的自重载荷，再用此载荷进行桥架强度和刚度的精确校核计算。假设未通过，再重复上述步骤，直到通过。由于桥架的初校是在草稿中列出，在设计说明书中不予记录，仅记载桥架的精校过程。设计中参考了各种资料, 运用各种途径, 努力利用各种条件来完成此次设计. 本设计通过反复斟酌各种设计方案, 认真讨论, 不断反复校核, 力求设计合理;通过采取计算机辅助设计方法以及参考前人的先进经验, 力求有所创新;通过计算机辅助设计方法, 绘图和设计计算都充分发挥计算机的强大辅助功能, 力求设计高效。关键词:桥式起重机; 机构设计Design of Crane Car Organizaation of 50/10T Bridge-type HoistAuthor:Huang Ze Tutor:Quan La Zhen(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：Designed using allowable stress method, and computer-aided design of metal structures of bridge crane bridge design. Design first with the estimated size of the data bridge crane on the crane structure, strength, fatigue strength, stability, rigidity for rough checking calculation, these factors have to be allowable to the material requirements, draw bridge structure . Then calculate the main beam and side beam weight load, and then load the bridge this exact strength and stiffness of checking calculation. If not passed, then repeat the above steps until approved. Since the beginning of the school is the bridge is listed in the draft, no record in the design manual, only the essence of the school record the process of bridge. Reference to the design of various types of information, using various means, to use a variety of conditions to complete the design. By the design, various designs, and repeated discussion on the nuclear and try to design and reasonable. through a computer-aided design and the advanced experience of reference for innovation; used in computer-aided design, graphics and design calculations are full of accessibility, the computer efficiently. to design Key Words: bridge crane; institutions designed桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。 桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。 普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三局部组成。 起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。 起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。 起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的方法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。 桥架的金属结构由主粱和端粱组成，分为单主粱桥架和双粱桥架两类。单主粱桥架由单根主粱和位于跨度两边的端粱组成，双粱桥架由两根主粱和端粱组成。主粱与端粱刚性连接，端粱两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主粱上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主粱的结构类型较多比拟典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。 箱形结构又可分为正轨箱形双粱、偏轨箱形双粱、偏轨箱形单主粱等几种。正轨箱形双粱是广泛采用的一种根本形式，主粱由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。 偏轨箱形双粱和偏轨箱形单主粱的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主粱是由一根宽翼缘箱形主粱代替两根主粱，自重较小，但制造较复杂。 四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架外表一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其它结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。 空腹桁架结构类似偏轨箱形主粱，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形粱外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架外表铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。桥式起重机分类 1) 普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达60米。 2) 简易梁桥式起重机又称粱式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主粱是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面粱，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字粱的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂粱式起重机。 3) 冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其根本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。主要有五种类型。 4) 铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。 5) 夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。 6) 脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。 7) 加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。 8) 锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。本次设计课题为50/10t通用桥式起重机机械局部设计，我在参观，实习和借鉴各种文献资料的根底上，同时在老师的精心指导下及本组成员的共同努力下完成的。通用桥式起由于该机械的设计过程中，主要需要设计两大机构：起升机构、运行机构能将我们所学的知识最大限度的贯穿起来，使我们学以至用。因此，以此机型作为研究对象，具有一定的现实意义，又能便于我们理论联系实际。全面考察我们的设计能力及理论联系实际过程中分析问题、解决问题的能力。2. 国内外研究现状起重机的发源地是在欧洲，尤其是在德国。目前，除了德国以外。一些北欧的公司的业务规模也很好。目前，国际上桥式起重机做的比拟好的牌子在中国都有一些市场份额。这些企业是：1) 德国的DEMAG老牌的起重机制造企业，曾经隶属于于世界五百强企业集团，是最近几年先后经历屡次拆装重组和收购，使得开展受到影响，但是在业界内仍然被认为是顶级企业。2) 芬兰的Konecranes该企业起源于芬兰的老牌企业Kone公司，最初公司规模和品牌等在欧洲都不是很显著，后来该公司采取积极的财务和开展策略，先后将业界赫赫有名的起重机公司，如：法国的Verlinde、德国的Nova、Swf、Stahl，英国的Morris等纳入囊中。目前公司的销售额是很大的。3) 美国的CM集团美国的CM在最近的数年之中，先后数十次收购，目前是北美最大的工厂起重机械制造商。经过几十年的开展，我国桥式起重机行业已经形成了一定的规模。市场竞争也越发剧烈。面对竞争与市场的变化和挑战，近年来，起重机厂家在扩大生产能力发面做了很大的投入，有的企业已经收到了显著的效果，市场占有率进一步提高。我国桥式起重机产品的技术水平在不断的提高，但是与国际水平还是有一段的差距，扩大生产规模，提高质量的同时，做到技术水平的不断提升，将会增强我国桥式起重机行业的竞争力。我国起重机工业有很大的开展潜力，前景良好，但同时我国起重行业目前存在几个突出问题：1) 小车结构布局不够紧凑或是起升机构存在缺乏2) 卷筒与减速机的连接结构存在问题3) 吊钩的单一性，需要改良成系列吊钩，3. 小车运行机构设计3.1 确定机构传动方案经比拟后,确定采用如图7所示的传动方案。图7 运行机构简图Fig.7 The speed reducer installed in the middle of the operating agencies3.2 选择车轮与轨道并验算其强度车轮的最大轮压：小车自重估计取为=11300kg假定轮压均布，有 =10825kgf载荷率： 由表选择车轮：当运行速度60m/min， 工作级别M5时，车轮直径D=400，轨道为38kgf/m 轻轨的许用轮压为13.4t，故可用。3.2.1疲劳计算：疲劳计算时的等效载荷： 式中 ：效系数，由表查得1.1。车轮的计算轮压：公式参考文献15 根据点接触情况计算接触疲劳应力：=式中：r=9cm-轨顶弧形半径，由表查得。对于车轮材料，由表查得接触许用应力，因此，故疲劳计算通过。3.2.2强度校核 最大计算轮压：。式中：冲击系数,由表第类载荷当运行速度时，。点接触时进行强度校核的接触应力：=车轮材料用ZG55-，由表查得：，强度校合通过。3.3 运行阻力计算摩擦力矩： 由表知=400mm车轮的轴承型号为22213c调心滚子轴承，轴承内径和外径的平均值d=92.5mm；由表查得：滚动轴承摩擦系数k=0.0006；轴承摩擦系数 ，附加阻力系数。代入上式得：当满载时运行阻力矩：=84运行摩擦阻力：当无载时运行阻力矩： =22运行摩擦阻力：=1103.4 选电动机电动机静功率:：=式中：-满载运行时静阻力；m=1-驱动电动机台数。初选电动机功率： kw式中 ：电动机功率增大系数，表查得=0.9。查表选用电动机YZR-160M-6,=5.5kw ；=；=；电动机重量=153.5kg。3.5验算电动机发热条件等效功率： kw式中：-工作类型系数,由表查得0.75； -根据值查得=1.12。由此可知， 故初选电动机发热条件通过。3.6 选择减速器车轮转速： 机构传动比： 查表选用ZSC600-V-1减速器： ；kw，可见，故初选电动机发热条件通过。3.7 验算运行速度和实际所需功率实际运行速度： 误差：，适宜。实际所需电动机静功率： 。 故所选电动机和减速器均适宜。3.8 验算起动条件起动时间：公式参考文献10式中：=1000r.p.m；m=1(驱动电机台数) 当满载时运行静阻力矩： 当无载时运行静阻力矩： 初步估算制动轮和联轴器的飞轮矩： 机构总飞轮矩： 满载起动时间： 无载起动时间： =由表查得，当=30-60m/min时，起动时间推荐值为56sec，故所选电动机满足季候快速起动要求。3.9 按起开工况校核减速器功率起动状况减速器传递的功率：公式参考文献12式中： =计算载荷： -运行机构中同一级传动减速器的个数： =1，因此kw 所选用减速器的kwN=7.9kw，如改大一号，那么中心距将增大，相差太大，考虑到减速器有定的过载能力，故不再改动。3.10 验算起动不打滑条件由于起重机系室内使用的，故坡度及风阻力矩均不计，故在无载起动时，主动车轮上与轨道接触处的圆周切向力：=车轮与轨道粘着力： =车轮与轨道粘着力： ， 故满载起动时不会打滑，因此所选电动机适宜。3.11 选择制动器查得小车运行机构的制动时间，取=4sec，因此所需的制动力矩： =由表选用制动器，额定制动力矩=4kgf.m，考虑到所取制动时间=4s与起动实际=4.42s比拟接近，并验算了起动不打滑条件，故略去制动不打滑条件的验算。3.12 选择联轴器3.12.1机构高速轴上全齿联轴器的计算扭矩: 式中： =2等效系数，由表查得； =1.4平安系数，由表查得；相应于机构值的电动机额定力矩换算到高速轴上的力矩由表查电动机两端伸出轴为圆柱形d=，l=及=40，=49.5；由附表查ZSC600减速器高速轴端为圆柱形d=30，l=89.5。故从附表中选一个全齿联轴器：S391联轴器，其最大允许扭矩；飞轮矩，重量。高速轴端制动轮，根据制动器YWZ-200/100由表选用制动轮200-Z48，飞轮矩，重量。以上两局部飞轮矩之和与原估计相符，故有关计算不需要重新计算。3.12.2低速轴的计算扭矩： 由附表查得减速器低速轴端为圆柱形d=65；由附表查得主动车轮的伸出轴端为圆柱形d=65mm，故从附表中选四个半齿联轴器:联轴器。3.13 验算低速浮动轴强度3低速浮动轴的等效扭矩：式中： 等效系数，由表查得；由上节已取浮动轴端直径d=65mm，其扭转应力浮动轴的载荷变化为对称循环(因运行机构正反转扭矩值相同)，许用扭转应力：式中:材料用45钢，取； ；考虑零件几何形状和零件外表状况的应力集中系数，参考起升季候计算，取K。 平安系数，由表查得。因此故疲劳验算通过。3静强度计算扭矩： 式中： 动力系数,查表得；扭转应力： 许用扭转应力因此， 静强度验算通过。浮动轴简图如图8图8 浮动轴Fig.8 Floating shaft3.14 小车缓冲器小车质量和运行速度都不大，故采用橡胶缓冲器，初定缓冲器数目n=2。3 缓冲行程式中 ：小车碰撞速度，有限位开关，故取=；：容许的最大减速度，为4m/s。 所以 公式参考文献53 缓冲能量3 最大缓冲力3 橡胶缓冲器的主要尺寸 橡胶断面积A式中 ：橡胶的许用应力，采用中等硬度，中等强度的橡胶，弹性模数； n:缓冲器个数，取n=2 选用圆形断面，那么其直径D为 ，考有关标准，取D=100mm橡胶缓冲器的长度L ，取L=110mm3 缓冲器的额定缓冲行程,额定缓冲容量和极限缓冲力F： 3.14.6 实际的缓冲行程，最大缓冲力和最大减速度 结 论 我认为我的这次起重机设计是我大学里专业学习收获最多的一次。在设计中我系统得复习了许多以前的知识。对我知识体系的稳固和升华有很大的作用。在这里，我将自己的一些设计心得写出来与大家分享。1现在的机械设计可以说是一种组合与筛选。由于世界范围的工业大生产，专业化，标准化成为一种必然。社会的飞速进度也要求我们提高生产效率。这就要求现代企业必须能够满足大规模的生产要求。而标准化是这一趋势的必然出路。标准化是有利也有弊的，它的主要弊端就是使许多企业单纯依靠标准，失去了创新的能力。标准是一个最底的要求，是社会技术成熟的结果，它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学游戏，而成为一种神圣的职业。2国内的技术创新主要集中在零件上，这些年来，许多企业也加大了对控制方面的重视。但是我认为机器整体的机型变化也很重要。现在的起重机械，尤其是港口机械的机型虽然是许多辈前人的辛苦努力的结果，但是这并不意味着这些机型就是完美的，其实我们也可以进行改良。比方利渤海尔的新型的港口移动式起重机，这种机型是一种多功能的机型，具有以往许多机型的优点，同时也舍弃了其不合理的地方。这一点详见我的英语翻译。3专业其实是触类旁通的，现代流行的许多设计理念比方有限元法，反求工程，工程数据库，可靠性设计，疲劳设计，健壮设计等其实都不是搞机械设计的学者相出来的。国家863方案中有一个CIM计算机集成制造工程，是有华中科技大学，清华大学，西安交通大学，北京航空航天大学，南京航空航天大学的一些做机械加工工艺的老师共同完成的。现在的许多设计理念其实都是这个工程的派生物，现在这个工程完成的最好，同时也衍化出许多设计理念，比方模块化设计，并行工程，全寿命周期设计，仿真与虚拟设计，动态分析等。所以我们不能固步自封地只想着起重机方面的东西，我们的专业学习范围本身就比拟小，如果我们没有意识到这一点，我们就不能取得很大的突破。4学习是一个不断的过程，当初我在初次遇到一些概念，比方并行工程，产品全寿命，快速响应设计，模块化设计，可持续开展设计等时，我对这些概念很不以为然，认为搞这些研究的人都是在浪费国家的钱，当时我片面得认为这些名词更应该是工业工程的范围。是工业管理应该研究的对象。现在回想起来，自己当初就是太狭隘了，在现在的社会化大生产中，以人为本的设计思想，高效，准确，效劳已经成为企业每个人的核心思想，作为一个设计人员，更应该充分地掌握这些效劳理念，其实也是一种设计理念。5CAD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。6现代的许多企业各个设计人员各自为政，资源不能共享，其实一些通用的设计是可以做到这一点的，比方起重机设计中的各种标准件的块，如果每一个人建立一个只属于自己的块集，浪费大量的时间，我们其实可以共享一个块集的，这也说明我们的企业还没有做到从传统企业到现代企业的转变。7在这次设计中，我采取AUTOCAD绘制了所有的图形，在绘图中学到了许多以前没有见到过的新的方法。现在与大家共享。1作图时，按1：1画即可，然后按方案的比例缩放到图框里即可。2在执行保存图形命令时，在弹出的“图形另存为对话框中，选择对话框右方的“工具下拉菜单中的“平安选项可以实现加密。3用户可以通过定义快捷命令或者常用命令来指定快捷键。快捷命令可以用一个或几个简单的字母来代替常用命令。原命令，*新命令。4可以设置自动保存的时间在“工具-“选项中。5“？在许多场合是很有帮助的。在本次设计中的缺乏还希望全老师予以指正，感谢全老师的指导。参考文献1杨长揆，傅东明. 起重机械第二版. 北京：机械工业出版社，1985.2倪庆兴，王殿臣.起重输送机械图册上册.北京：机械工业出版社，1991.3西南交通大学等.起重机设计手册. 北京：机械工业出版社，20014周明衡. 减速器选用手册. 北京. 化学工业出版社. 20025陈道南，盛汉中.起重机设计课程设计指导书. 北京：机械工业出版社，1991.6起重机设计手册编写组.起重机设计手册. 北京：机械工业出版社，1985.7徐格宁.起重输送机金属结构设计. 北京：机械工业出版社，2003.8孙恒，陈作模.机械原理第六版. 北京：高等教育出版社，2000.9 杨长揆，傅东明. 起重机械第一版. 北京：机械工业出版社，1991.10倪庆兴，王殿臣.起重机械. 上海：上海交通大学出版社，11管彤贤,潘力行，龚贤.起重机械典型结构图册. 北京：人民交通出版社，1993.12唐增宝，何永然，刘以俊.机械设计课程设计.武汉：华中科技大学出版社.13AUTOCAD实用教程2005中文版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2005.14冯如设计在线.AUTOCAD2006与机械制图手册.北京：电子工业出版社.200615大连理工大学工程画教研室.机械制图, 北京：高等教育出版社，2000.16张质文，包起帆等.起重机设计手册.中国铁道出版社.2001.北京.17倪庆兴，王殿臣.起重输送机械图册上册.北京：机械工业出版社，1991.18周明衡. 减速器选用手册. 北京. 化学工业出版社. 200219AUTOCAD实用教程2005中文版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2005.20大连理工大学工程画教研室.机械制图, 北京：高等教育出版社，2000.致谢本论文是在闫亮老师的悉心指导下完成的，在这里我向闫老师表示忠心的感谢，感谢老师给我们提供的大量帮助和催促。感谢在这次设计中给我帮助的同学和老师，也感谢学校和学院给我们这次锻炼的时机，让我们能不断的充实自己，也挑战自己。战胜自己。