桥式起重机小车运行机构设计

桥式起重机小车运行机构设计目 录摘要4ABSTRACT 50引言 71起重机介绍 71.1起重机的定义71.2起重机工作原理 81.3起重机的类型及特点 101.4起重机的发展状况111.4.1国内起重机机械发展状况111.5发展趋势131.5.1模块化和组合化131.5.2大型化和专业化141.5.3自动化和智能化151.5.4成套化和系统化161.5.5轻型化和多样化171.5.6新型化和实用化182桥式起重机的介绍192.1桥式起重机的分类192.1.1通用桥式起重机 192.1.2专用桥式起重机 202.1.3电动葫芦型桥式起重机 212.2桥式起重机的组成和特点 222.2.1桥式起重机小车 232.2.2桥式起重机小车运行机构 282.3 我的毕业设计中的内容 282.3.1桥式起重机的主要参数 282.3.2这次设计中的桥式起重机的用途和结构特点 293小车运行机构设计计算 313.1起重机小车运行机构的计算 313.1.1计算条件 313.1.2运行阻力的计算 323.1.3电动机的选择 333.1.4打滑验算 363.1.5减速器计算 373.1.6制动器的选择 383.1.6.1制动惯性力矩Ma383.1.6.2最小静阻力矩Mjmin393.1.7联轴器的选择 393.1.7.1联轴器传递扭矩的确定 393.1.8缓冲器的选择 403.2减速器的设计 413.2.1减速器各轴的传递功率、转速、转矩 413.2.2高速级齿轮的计算 423.2.3中速级齿轮的计算 473.2.4低速级齿轮的计算 523.2.5齿轮的结构形式 573.2.6减速器箱体及附件 573.2.6.1减速器箱体的设计 573.2.6.2减速器附件设计 584结论595设计总结606参考文献617英文资料628译文729原文说明85摘 要起重机的出现大大提高了人们的劳动效率，以前需要许多人花长时间才能搬动的大型物件现在用起重机就能轻易达到效果，尤其是在小范围的搬动过程中起重机的作用是相当明显的。在工厂的厂房内搬运大型零件或重型装置桥式起重机是不可获缺的。桥式起重机小车主要包括起升机构、小车架、小车运行机构、吊具等部分。其中的小车运行机构主要由减速器、主动轮组、从动轮组、传动轴和一些连接件组成。此次设计的桥式起重机是水电站桥式起重机，安装于丰满水电站扩建工程厂房内，用于水轮发电机组及其附属设备的安装和检修工作。水电站内设备一般都是大中型设备，对桥式起重机的载荷要求较高，所以对减速器性能要求较高。关键词：桥式起重机，小车运行机构，减速器，Design of the bridge type hoist crane Car movement organizationABSTRACTThe invention of crane has greatly increased peoples work efficiency.People can use crane to handle with huge articles,which used to be taken a long time to do, especially in a small area.The bridge type hoist crane is required to handle with huge accessory or huge device.The bridge type hoist crane car consists of protmoted organization，the car frame，the car movement organization，hoisting mechanisms and so on. Its operation structure is composed of reducer，the driving wheel group，the driven wheel group，the transmission shaft and some connect fitting. The core of this structure is the design of the reducer.This bridge type hoist crane is be used to the hydroelectric power station. It is installed in the expanded workshop of Fengman water and electricity station.It is used to installing,examining and repairing the water-turbine generator set and its accessorial equipments.the equipments in the water and electricity station are large or medium-size. These equipments have a high request on the load of bridge type hoist crane , so they also have a high request on the capability of the reducer.Key words: bridge type hoist,the reducer桥式起重机小车运行机构设计詹培红 Y041010 引言 物料搬运成了人类生产活动的重要组成部分，距今已有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。起重机正经历着一场巨大的变革。起重机械是用来对物料作起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备。它的出现改变了人类几千年来以手工来搬动重物的状况，现在几个按钮就能完成以前做不到或很难做到的搬运工作，人得到了休息，效率也提高了。起重机械发展历史悠久，种类日益繁多，应用极为广泛。当今国民经济的各个部门，如冶金、机械、交通运输、电力、建筑、采矿、化工、造船、港口、铁路、农场、林区和国防等都离不开起重机械。随着科学技术的进步和经济建设的发展，日益显现出起重机械作为实现生产过程机械化、自动化、减轻体力劳动强度，提高劳动生产率的特种设备的突出地位。现代起重机械结构已向大型、精密、高效、多功能、宜人化的机电一体化方向发展。1 起重机介绍1.1 起重机的定义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。1.2 起重机的工作原理起重机械的主要任务是起重，而直接承担起重任务的是起升机构，其他机构都是为了扩大起重机的使用范围。最简单的起重机实际上也就仅有一个起升机构。现代的绝大多数起重机，不论他们的型式和用途如何，都是根据同一个工作原理构成的。随着生产的发展，起重量和起升速度不断提高，因而机构演变日趋完善。图1.1起重机工作原理图1.1a是起重机的原始形式辘轳的机构简图。它有圆柱形卷筒和装有手柄的轴组成。卷筒上缠有悬挂物品的绳索，绳索的张力在这种情况下就等于物品重量。张力在卷筒轴上产生的载荷力矩为。在全部工作过程中，如不计摩擦阻力，则载荷力矩应该为手柄的驱动力矩所平衡，即 或 故 从上式可以看出，欲增加起重量必须加大或，或减小。但手柄作用力受到人体力限制，一般不超过30公斤；受到手臂长度限制，一般约为300-400毫米；而为了保证钢丝绳不致产生过大的弯曲，卷筒直径又不能任意减小，因此，对于这种原始起重机，起重量不能很大。为了提高起重量，采取了下面三个步骤：（1）轴和手柄分开，中间装一个传动比为的传动装置，即图1.1b中减速器。如和都与图1.1 a所示的相同，则传到卷筒轴上的驱动力矩为。根据力矩平衡原理，所得的载荷力矩为：即 可得：即加装传动比的传动装置后，起重量可以提高倍。并且可以随增大而提高。但是，传动装置是机构中最复杂和成本最高的部分，而且传动装置的外廓尺寸、自重和成本又直接取决于传动比的大小，所以，仅靠提高传动比来提高起重量是不经济的。（2）除采用了一定传动比的传动装置外，同时还可以采用滑轮组。如图1.1c中所的滑轮组由一个定滑轮和二个动滑轮所组成。绳索一端固定在卷筒上，另一端由卷筒绕下，依次经过动滑轮和定滑轮，最后固定在机架上。被起升的重物由四根绳索分支所支承，并随动滑轮一起升降。若不计阻力，则由卷筒绕下的绳索分支的张力或。如果均维持不变，这时等于图1-1b中，亦即。即：由此可见，如装四支分滑轮组后，起重量又提高了4倍，而且将随滑轮组绳索分支数的增加而增大。但与此同时绳索的长度相应地加长，使机构更为复杂和绳索的磨损加剧。所以也不能无限制地靠增加滑轮组绳索分支来提高重量。通常在起重量一定的情况下，可以利用滑轮组绳索分支数的增加来减小传动装置的传动比。但选择分支数的原则必须是减小传动比的所得完全抵偿增加分支数的所失才行。（3）目前除少数的几种起重机中仍保留人力驱动外，大多数起重机都采用能发出较大力矩的电动机来代替手柄（图1.1c中虚线所示），以增大驱动力矩，于是起重量又可以获得进一步提高。但在这种情况下，所采用的传动装置和滑轮组不仅如上面所分析的那样提高起重量，而且也将很高的电动机转速变为实际需要的卷筒转速，从而得到合理的物品升降速度。图1.1c所示是现代各种起重机中较为完善的起升机构原理图。它包括下列几个组成部分：（1）取物装置；（2）绳索滑轮和卷筒；（3）传动装置；（4）驱动装置；（5）制动装置。其中制动装置在图中没表示出来，它是用来使被提升的物品可靠的停驻在空中的装置，对于起重机的安全操作是不可缺少的重要部件2。1.3 起重机的类型及特点根据起重机械所搬运的物品的特征、动作的复杂程度以及工作场所或者生产工艺要求等条件的不同，可以将起重机械简单的分为三大类：（1）简单起重机械：一般只作升降运动，而且大多数是手动的。如各种千斤顶、绞车和滑车等。（2）通用起重机械：除使物品升降运动外，还能使物品作水平运动。如桥式起重机和汽车起重机等。（3）特种起重机械：只适合于某些专业性的工作，其构造往往比上述两者更为复杂。如各种冶金用起重机、建筑用起重机和港口用起重机等。1.4 起重机的发展状况1.4.1 国内起重机械发展状况在中国将起重机械总体划分为12大类型，即轻小型起重设备、旋臂式起重机、桥式起重机、门式起重机、塔式起重机、流动式起重机、铁路起重机、门座起重机、桅杆起重机、缆索起重机、升降机和机械式停车设备。进一步可划分为近百种型式(品种)和数百种型号。面对品种繁多，结构复杂，大小不一，使用工况千差万别的这些涉及人们生命安全和财产安全的起重机械，为了安全，中国政府将其纳入特种设备进行强制管理，在制度上建立了一整套法律、法规、规章、安全技术规范和标准体系，在体制上建立了遍布全国31个行政区的安全监察网络，从起重机械的设计、制造、安装、改造、重大维修、使用、检验检测和监督管理重要环节上进行有效监管，在此，我重点介绍中国的起重机械制造许可制度。 起重机械制造企业的分布、数量、产量和现状中国起重机械整机制造企业，截止到2005年9月底统计有1615家。这些制造企业主要集中分布在江苏(347家)、山东(203家)、河南(180家)、浙江(111家)、辽宁(105家)、广东(100家)、上海(83家)、福建(80家)等地。中国起重机械使用总量，据2003年底普查统计在用起重设备为556万台。设备的使用也主要集中分布在沿海发达地区，如广东、福建、浙江、上海、江苏、山东、辽宁等地。中国的起重机械从50年代初创建至今，已经形成了一定的生产规模、具备了一定的技术水平、也基本形成了比较完整的设计、生产、销售体系，能基本满足国民经济对该设备的需求。目前国家继续实施的财政政策，拉动着我国基础设施建设的高速发展，而起重设备作为国民经济的重要基础设备广泛应用于经济建设的各行各业，如冶金、煤炭、化工、电力、交通和制造等产业。随着现代科学技术的迅速发展，工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用也愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。起重机械正朝着大型化、高速度、人性化、环保性、通用产品小型化、零部件的模块化和多样化及安全监察制度化与规范性方向发展。由于中国劳动力相对便宜，制造成本较低，发展潜力仍很巨大。同时，我们也应该清醒地认识到，与发达国家相比，中国起重机械制造状况有以下几个因素令人担忧。（1）整体技术含量偏低，突出表现在钢结构件制作材料和电气控制系统水平较低；（2）规模化发展不够，突出表现在低水平重复建设严重，造成资源浪费，专业化发展严重滞后；（3）国际知名品牌寥寥无几，除振华港机外，能够打入国际市场并享有一定声誉的知名品牌几乎没有；（4）恶性竞争严重，合理利润难保，并造成安全措施投入极少，事故率居高不下。因此，我们应该有清醒认识，并高度关注中国起重机械的长远发展和不失时机的加快科技创新能力。1.5 发展趋势1.5.1 模块化和组合化 用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理。达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。目前，德国、英国、法国、美国和日本的著名起重机公司都已采用起重机模块化设计，并取得了显著的效益。德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化设计后，比单件设计的设计费用下降12%，生产成本下降45%，经济效益十分可观。德国德马格公司还开发了一种KBK柔性组合式悬挂起重机，起重机的钢结构由冷轧型轨组合而成，起重机运行线路可沿生产工艺流程任意布置，可有叉道、转弯、过跨、变轨距。所有部件都可实现大批量生产，再根据用户的不同需求和具体物料搬运路线在短时间内将各种部件组合搭配即成。这种起重机组合性非常好，操作方便，能充分利用空间，运行成本低。有手动、自动多种形式，还能组成悬挂系统、单梁悬挂起重机、双梁悬挂起重机、悬臂起重机、轻型门式起重机及手动堆垛起重机，甚至能组成大型自动化物料搬运系统。1.5.2 大型化和专用化 由于工业生产规模的不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长。起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。起重机不但要容易操作，容易维护，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。目前世界上最大的浮游起重机起重量达6500t，最大的履带起重机起重量达3000t，最大的桥式起重机起重量为1200t，集装箱岸边装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min，堆垛起重机最大运行速度是240m/min，垃圾处理用起重机的起升速度达100m/min。工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场不断扩大，品种也不断更新，以特有的功能满足特殊的需要，发挥出最佳的效用。例如冶金、核电、造纸、垃圾处理的专用起重机，防爆、防腐、绝缘起重机和铁路、船舶、集装箱专用起重机的功能不断增加，性能不断提高，适应性比以往更强。德国德马格公司研制出一种飞机维修保养的专用起重机，在国际市场打开了销路。这种起重机安装在房屋结构上，跨度大、起升高度大、可过跨、停车精度高。在起重小车下面安装有多节伸缩导管，与飞机维修平台相连，并可作360度旋转。通过大车和小车的位移、导管的升降与旋转可使维修平台到达飞机的任一部位，进行飞机的维护和修理，极为快捷方便。1.5.3 自动化和智能化 起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机的新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。使起重机具有更高的柔性，以适合多批次少批量的柔性生产模式，提高单机综合自动化水平。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，特殊场合的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。 例如采用激光装置查找起吊物的重心位置，在取物装置上装有超声波传感器引导取物装置自动抓取货物。吊具自动防摇系统能在运行速度200mmin、加速度0.5m2s的情况下很快使起吊物摇摆振幅减至几个毫米。起重机可通过磁场变换器或激光达到高精度定位。起重机上安装近场感应系统，可避免起重机之间的互相碰撞。起重机上还安装了微机自诊断监控系统，该系统能提供大部分常规维护检查内容，如齿轮箱油温、油位，车轮轴承温度，起重机的载荷、应力和振动情况，制动器摩擦衬片的寿命及温度状况等。1.5.4 成套化和系统化 在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合。这类起重机自动化程度高，具有信息处理功能，可将传感器检测出来的各种信息实施存储、运算、逻辑判断、变换等处理加工，进而向执行机构发出控制指令。这类起重机还具有较好的信息输入、输出接口，实现信息全部、准确、可靠地在整个物料搬运集成系统中的传输。起重机通过系统集成，能形成不同机种的最佳匹配和组合，取长补短，发挥最佳效用。目前重点发展的有工厂生产搬运自动化系统，柔性加工制造系统，商业货物配送集散系统，集装箱装卸搬运系统，交通运输和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。例如生产工程机械的美国卡特皮勒公司金属结构厂购置了一条以桥式起重机为主的物料自动搬运系统，用于钢板的喷丸处理、切割和入库的自动装卸搬运作业，比原先采用单机操作工作效率提高了65%。日本东芝浜川崎工厂用全自动桥式起重机组成的物料输送系统来搬运柔性加工线上的夹具和工件，为机床运送毛坯或将加工好的零件送到下一工序或仓库。这些在空间移动的起重机搬运系统代替了过去通常使用的自动导向搬运车，使车间的地面面积得到充分利用。1.5.5 轻型化和多样化 有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，也可使整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位的一般用途桥式起重机。德国德马格公司经过几十年的开发和创新，已形成了一个轻型组合式的标准起重机系列。起重量为1-63吨，工作级别为A1-A7，整个系列由工字形和箱型单梁、悬挂箱形单梁、角形小车箱形单梁和箱形双梁等多个品种组成。主梁与端梁相接以及起重小车的布置有多种型式，可适合不同建筑物及不同起吊高度的要求。根据用户需要每种规格起重机都有三种单速及三种双速供任意选择，还可以选用变频调速。操纵方式有地面手电门自行移动、手电门随小车移动、手电门固定、无线遥控、司机室固定、司机室随小车移动、司机室自行移动等七种选择。大车及小车的供电有电缆小车导电、DVS系统两种方式。如此多的选择项，通过不同的组合，可搭配成百上千种起重机，充分满足用户不同的需求。这种起重机的另一最大优点是轻型化，自重轻、轮压轻、外形尺寸高度小，可大大降低厂房建筑物的建造成本，同时也可减小起重机的运行功率和运行成本。与通用产品相比较，起重量为10t，跨度22.5m，通用双梁桥式起重机自重是24t，起重机轨面以上高度1876mm，起重机宽度5980mm；德马格起重机的自重只有8.7t，重量轻了176%，起重机轨面以上高度为920mm，降低了104%，起重机宽度为2980mm，外形尺寸减少了100%。1.5.6 新型化和实用化 结构方面采用薄壁型材和异形钢、减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。桥式起重机的桥架结构型式大多采用箱形四梁结构，主梁与端梁采用高强度螺栓联接，便于运输与安装。 在机构方面进一步开发新型传动零部件，简化机构。“三合一”运行机构是当今世界轻、中级起重机运行机构的主流，将电动机、减速器和制动器合为一体，具有结构紧凑、轻巧美观、拆装方便、调整简单、运行平稳、配套范围大等优点，国外已广泛应用到各种起重机运行机构上。为使中小吨位的起重小车结构尽量简化，同时降低起重机的尺寸高度，减小轮压，国外已大量采用电动葫芦作为起升机构。为了减轻自重，提高承载能力，改善加工制造条件，增加产品成品率，零部件尽量采用以焊代铸，如减速器壳体、卷简、滑轮等都用焊接结构。减速器齿轮都采用硬齿面，以减轻自重、减小体积、提高承载能力、增加使用寿命。液压推杆盘式制动器的应用范围也越来越大。此外，各机构采用的电动机都向高转速发展，从而减小电机基座号，减轻重量与减小外形尺寸，并可配用制动力矩小的制动器。 在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统，发展半自动和全自动操纵。采用机电仪液一体化技术，提高使用性能和可靠性，增加起重机的功能。今后会更加注重起重机的安全性，研制新型安全保护装置。重视司机的工作条件，应用人体工程学设计司机室，降低司机的劳动强度。德国近年为解决起重机吊钩的防摆控制，开发了模糊逻辑电路的控制技术，用神经信息和模糊技术来寻找开始加速的最佳时刻，将有经验司机防摆实际操作的数据输入系统，实现最优控制。模糊控制方式能确定实施自动工作的控制指令，将人们主观上的模糊量通过模糊集合进行数字化定量，再利用计算机实现像熟练司机一样的自如操作，取得了更高的效率和安全性。模糊控制作为新的控制方法已引人注目19