T桥式起重机小车机构设计

2017届本科生毕业设计 分类号：TH215题目：20T桥式起重机小车机构设计作者姓名：阮吴祥学号：2013080832学院：机械与电子工程学院专业：机械设计制造及其自动化指导教师姓名：杨权王松指导教师职称：助教工程师2017年5月摘要桥式起重机主要应用于大型加工企业，完成生产过程中的起重和吊装工作。其中用于生产车间的桥式起重机，作业范围能扫过整个厂房的建筑面积，具有非常重要的和不可替代的作用。本论文是对20T桥式起重机的小车进行总体设计。本文首先对桥式起重机用途，工作特点，发展概况进行了介绍；然后设计了起重机的运行机构，最后设计并校核了起升机构的结构和许用应力，最优选择了电机，减速器，制动器和联轴器，验算了起升机构的起升时间。并通过AutoCAD进行小车各部分设计图的绘制得出合理的设计方案。关键词：桥式起重机；起升机构；小车运行机构；校核ABSTRACTBridge crane is mainly used in large-scale processing enterprises to complete the lifting and lifting work in the production process. Among them, the bridge crane used in the production workshop can sweep the floor area of the whole workshop, and has a very important and irreplaceable role.This paper is the overall design of 20T bridge crane trolley. Firstly, the bridge crane uses, work characteristics, development situation are introduced; then the design of the running mechanism of crane structure, finally the design and check of hoisting mechanism and allowable stress, the optimal choice of the motor, reducer, brake and clutch, checking the lifting mechanism of the lifting time. And through the AutoCAD design of the car parts drawing a reasonable design.Keywords:Bridge Crane; Lifting Mechanism; the Car Run Institutions; Check目录绪论11 桥式起重机的用途12 桥式起重机的分类及工作特点13 桥式起重机及发展概述2第1章 小车运行机构设计51.1 小车运行机构设计说明51.2 小车运行机构设计简述51.3 小车运行机构设计计算说明书6第3章 起升机构的设计172.1 确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组172.2 吊钩组的选择计算172.3 选择钢丝绳182.4 确定滑轮主要尺寸192.5 确定卷筒尺寸，并验算强度192.6 电动机的选择232.7 减速器的选择242.8 校验电机的过载和发热252.9 制动器的选择262.10 联轴器的选择272.11 起动时间的验算28结 论30参考文献31致 谢32绪论1 桥式起重机的用途桥式起重机是横架在高架轨道上平面运行的一种桥架式起重机，又称天车。桥式起重机的的桥架沿着铺设在两侧高架上的轨道纵向往复运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向往复运行，设置在小车上的起升机构实现货物垂直升降。三个机构的综合，构成一个三维空间立方体形的工作范围，这样就可以充分利用桥架下面的立体空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机广泛地应用在室外仓库,厂房,码头,露天储料场等处。桥式起重机是起重机的一种，主要依靠在水平面内的两个相互垂直方向移动的运行机构和起升机构，可作业于矩形场地及其上空，是工矿企业广泛使用的一种运输机械。它具有工作可靠性高、制造工艺相对简单、承载能力大的优点。桥式起重机一般有大车运行机构的起升机构、桥架和小车运行机构的司机室、电气设备、起重小车等机构组成，外形像一个两端支撑在平行的两条架空轨道上平移运行的单跨平板桥。起重小车用来带着载荷作横向移动，起升机构用来垂直升降物品，以达到在跨度内和规定高度内组成三维空间里做装卸和搬运货物用。桥式起重机是现代工业生产和起重运输中实现生产过程、自动化、机械化的重要工具和设备。所以桥式起重机在室内外工矿企业、铁路交通、钢铁化工、港口码头以及物流周转等部门和场所均得到广泛的运用1。2桥式起重机的分类及工作特点随着工业技术的飞速发展，桥式起重机的种类越来越多，根据用途不同，可分为通用桥式起重机、冶金专用桥式水电站用桥式起重机、大起升高度桥式起重机根据使用吊具不同，可分为吊钩式，抓斗式起重机和电磁吸盘式起重机等。根据起重机所具有的运动机构，可以把起重机械分为单动作和复杂动作的起重机械两大类。各类桥式起重机的分类如图1桥式起重机按用途和构造特征分类1。图1桥式起重机按用途和构造特征分类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。起重小车又由小车架、小车运行机构和起升机构三部分组成。起升机构包括电动机、减速器、制动器、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：一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动；另一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮。中、小型桥式起重机较多采用减速器、制动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调整和安装，驱动装置常采用万向联轴器。3 桥式起重机及发展概述（1） 国内桥式起重机的发展目前，国内专业生产大型起重机的厂家很多。其中以三一重工、中联重科、抚挖等公司产品系列较全市场占有率较高。三一科技自2004年初进入履带式起重机的研发和生产领域至今，己成功开发出50t-900t共10个型号的全系列产品并全部实现销售。其900t履带起重机的顺利下线，标志着我国大型、超大型履带起重机自主研发领域已走在亚洲前列，成为日前亚洲最大吨位的履带式起重机。据悉，日前三一科技已具备3200t以下履带式起重机的开发能力2。中联重科在2007年12月宣布实行品牌统一战略后现已成功开发了50t-600t履带式起重机产品系列。作为中国起重机行业的领跑者，徐州重型机械现在己经形成了以汽车起重机为主导，履带式重机和全路面起重机为侧翼强势推进的庞大型谱群。国内最具历史的履带式起重机生产企业抚挖现已拥有35t-350t的履带式起重机产品系列。QUY350是抚挖2007年推出的国产首台350t履带式起重机，填补了国内350t履带式起重机的产品型谱空白。（2） 国外桥式起重机的发展目前，国外专业生产大型起重机厂家很多。其中利勃海尔、特雷克斯德马格、马尼托瓦克与神钢等公司家产品系列较全，市场占有率较高。利勃海尔公司的产品技术先进、工作可靠，其生产的LR系列履带起重机最大起重量己达1200t。其析架臂履带式起重机系列在07年又喜添新品LR1600/2，使其产品型谱更加完善。德马格公司主要生产起重量从50t-1600t的cc系列履带起重机。最近推出了世界最大的履带式起重机CC8800-1双臂新增功能套件使其起重能力达到3200t，马尼托瓦克公司团推出了新研发的31000型履带式起重机。其独特的创新是可变位配重。与使用普通的吊运能力增强附件相比，可大量减少所需的地面准备工作。此外，配备可变位配重的起重机能够起吊和运送所有等级的额定负荷，可以很方便地在工地上移动。神钢公司开发的履带起重机产品系列化程度高、性价比高，深受发展中国家的欢迎，在全球范围内占有一定比例。近两年神钢在中国市场中吨位履带起重机的销售业绩较好日本产品的技术性能与德国产品还是有相当差距，但其进步较快，价格比德国产品更有竞争力，所以它们较适合我国一般履带起重机用户2。（3） 桥式起重机的发展趋势1）设计、制作的计算机化、自动化近年来，随着电子计算机的广泛应用，许多国内外起重机制造商从应用计算机辅助设计系统(CAD)逐渐使得产品更加轻型化和多样化。 2）起重机控制元件的革新与应用起重机的定位精度是对起重机的重要要求，多数采用转角码盘、齿轮链、激光头与钥板孔带来保证，定位精度通常为3mm，高于1mm的精度需外加定位系统。在起重机起升速度、制动器方面的改进，则使用低速运行的起重机吊钩精确定位，起重机的刹车系统也应用微处理进行控制和监视工作。3）新材料、新工艺的应用由于钢铁工业新技术的应用，钢材质量得以提高，在设计起重机主梁强度时，可使用较高的许用力而不需要很高的安全系数，以便减少起重机材料用量(这并不意味着不安全)，从而降低设备的重量和价格，因起重机重量的减小，可用功率较小的驱动装置启动，因此而减少电力，节省开支。1.小车运行机构设计1.1 小车运行机构设计说明（1） 桥式起重机小车的组成及特点桥式起重机小车主要由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成，另外，还有一些安全防护装置。桥式起重机的小车主要具有下列特征：1)起升和运行机构由独立的部件构成。2)起重小车由起升机构，小车运行机构和小车架以及安全防护装置组成。3)所有机构中均采用滚动轴承。卷筒和车轮安装在转轴上合转动的心轴上。通常，从动车轮安装在带有两个角形轴承箱的转动心轴上。而主动车轮安装在带有两个角形轴承箱的独立轴上，它与减速器的输出轴端用联轴器相连接。4)用制动性能良好的电动液压推杆和电磁液压推杆式制动器来取代过去的几种制动方式，如反接制动等。5)起升机构和运行机构采用减速器式传动装置，仅在起重量较大，传动比高时，低速级才采用一级开式齿轮，而高速级仍采用减速器传动。在设计机构和小车架的时候，遵循标准化，通用化和系列化的原则3。（2） 小车运行机构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。1.2 小车运行机构设计简述表1.小车相关参数 名称 数据最大起升重量 20t梁跨度 31500mm起升速度 18 28m/min起升高度 14m起重机运行速度 80 95m/min起升机构运行速度 40 45m/min估计小车重量 Gxc=70KN；JC=25%;CZ=600;G=0.81.3 小车运行机构设计计算( 1 ) 确定传动方案经比较后,确定采用如图1.1所示的传动方案。图1.1 小车运行机构传动简图小车运行机构为两轮驱动，三级圆柱齿轮减速器( 2 ) 选择车轮及轨道并验算其强度1)选择车轮及轨道并验算其强度车轮的最大轮压：小车自重估计取为=70KN假定轮压均布，有=67.5KN （1.1）车轮最小轮压：=1/4 =17.5 KN （1.2） 线载荷率： =2.861.6 （1.3）由表选择车轮：当运行速度 PC，故通过。b.点接触局部挤压强度： PC2= K2R2C1C2 /m3 （1.6）=0.13230021.080.90.4433=132.82KN 式中，K2许用点接触应力常数（N/ mm2），由表查得K2=0.132R曲率半径，车轮与轨道曲率半径中的大值。车轮R1=D/2=400/2=200mm，轨道R2=300mm，故取R=300mm m由R1/ R2比值所确定的系数，R1/ R2 = 200/300=0.67，由表查得m=0.443PC2 PC，故通过。( 3 )运行阻力的计算1)摩擦阻力Fm：小车满载运行时的最大摩擦阻力：（1.7） =（20000+7000）9.8=4895.1N式中:Q起升载荷（N）；G起重机或者运行小车的自重载荷（N）；f滚动摩擦系数（mm），由表查得f=0.6mm；车轮轴承摩擦系数，由表查得 =0.02；d与轴承相配合处车轮轴的直径，d=125mm； D车轮踏面直径，D=400mm；附加摩擦阻力系数，由表查得 =2；摩擦阻力系数，初步计算时可按表查得 =0.01。2)坡道阻力：=（Q+G）sin =（Q+G）（1.8） =（20000+7000）9.80.001=264.60N式中：-为坡度角，当其很小时计算中可用轨道坡度i代替i-值与起重机类型有关，桥式起重机为0.0013)风阻力：室内不考虑故起重机运行阻力： =Fm+=4895.10+264.6=5159.7N （1.9）( 4 ) 电动机的选择1)电动机的静功率：= （1.10） = =4.29kw式中:机构传动效率，取0.9 满载运行时的静阻力；m驱动电动机台数m=1；2) 电动机初选对于桥式起重机的小车运行机构可按下式初选电动机：P= =1.154.29=4.94kw （1.11）式中，电动机功率增大系数，=1.15。由表选用电动机YZR-160M1-6，额定功率5.5kw，额定转速930r/min，电动机质量153.5kg3) 电动机过载能力校验运行机构电动机过载能力按下式进行校验=Pd （kw）（1.12） 式中 : 在基准接电持续率时的电动机额定功率（kw）；m电动机台数，暂取一台；电动机转矩的标么值，取1.7；运行阻力(N),按式计算=5159.7Nv-运行速度（m/s）v=0.75m/s- -机构传动效率 n-电动机额定转速（r/min） -机构初选启动时间，小车=5s计算 Pd 故满足电动机过载能力。4) 验算电动机发热条件PS （1.13） 式中：G-运行机构稳态负载平均系数，查表取0.8 -风阻力，室内为零 =5159.7Nv-运行速度（m/s）v=0.75m/s- -机构传动效率，取值0.87则PS =3.9kw 计算 故满足电动机发热要求( 5 ) 减速器的选择车轮转速： （1.14） 机构传动比： （1.15）根据减速器的传动比，计算出实际的运行速度：查机械设计课程设计手册附表40选用ZSC-600-v-2减速器 1) 验算运行速度和实际所需功率实际运行速度： （1.16）误差： （1.17） 所以合适。实际所需电动机静功率：。 （1.18）故所选电动机和减速器均合适。2) 验算起动时间a.起动时间： tq= （1.19）式中 ：n1 -电动机额定转速（r/min） n1=930r/min； m-驱动电动机台数 m=1； Mq=1.5 Me=1.5MeJC25%时电动机额定扭矩：Me =9550 b.满载运行时的静阻力矩：Mj(Q=Q)= （1.20）式中：c.当满载时运行阻力矩： （1.21）=570.5d.空载时的运行阻力矩：Mj (Q=0)= （1.22）式中：e.当无载时运行阻力矩： =（1.23）=190.2f.初步估算高速轴上联轴器的飞轮转矩：（1.24）g.机构总飞轮矩（高速轴）： =1.15（0.142+0.26）=0.486kgfm（1.25）h.故满载起动时间：tq(Q=Q)=（1.26） =3.98si.空载起动时间： tq(Q=0)= （1.27）由表查得，故所选电动机能满足快速起动的要求.3) 按起动工况校核减速器功率起动工况下校核减速器功率：Pj = （1.28）式中：m运行机构中同一传动减速器的个数，m=1 v-运行速度（m/s）-运行机构的传动效率，=0.87Fj-运行静阻力（N），Fj=5159.7N Fg -运行启动时的惯性力（N）（1.29）l，考虑机构中旋转质量的惯性力增大系数因此N =（1.30）所选用减速器的N ; 满足要求。( 3 ) 减速器的验算最大径向力的验算 （2.23） 许用径向力： 满足要求钢丝绳最大静拉力卷筒重力；起升载荷动载系数，取=1.56减速器输出轴端的最大允许径向载荷，取=45600N最大扭矩验算： （2.24） = 8612.2 54.4KW验算通过式中：电机额定功率； u电动机台数；u=1电动机过载倍数；=3.3H电机有关系数；绕线型H=2.1V实际起升速度机构的效率；取=0.8Q起升机构的总载荷；Q=( 2 ) 电机发热校核 （2.26）=68.385KW =65.26KW 校核通过 式中：电机允许输出功率，查表取 P=68.385KW稳态平均功率 （2.27） =65.26KW 2.9 制动器的选择制动转矩满足下式要求： （2.28） =1.2054 根据=1.2054；查表得选取YW500/121型电力液压块式制动器；额定制动转矩=11202240；制动轮直径：D=500mm; 转动惯量：式中：制动器制动转矩制动安全系数；取=1.752.10 联轴器的选择( 1 ) 电机与浮动轴连接处联轴器电机轴端尺寸：d=95mm(圆锥); L=170mm ; 浮动轴尺寸 ：d=95mm选取联轴器应满足下式要求： （2.29） =5328 式中：所传递扭矩计算值联轴器重要程度系数；=1.8角度偏差系数；=1传动轴最大扭矩；（0.70.8） =联轴器许用扭矩根据以上要求，查手册，选用LM12型梅花弹性联轴器；其m ；转动惯量： ; 选用合理联轴器标注为：LM12联轴器MT12aGB/T 5272 2002( 2 )减速器与浮动轴的连接处联轴器浮动轴端尺寸：d=95mm减速器输入轴：d=90mm L=170mm制动轮直径：D=500 mm根据以上结构尺寸和T=5328m;选取LMZ11I500型带制动轮的梅花型联轴器；许用转矩：=9000m =5328m选用合理标注为：LMZ11I500联轴器MT11b GB/T 527220022.11 起动时间的验算( 1 ) 起重时间计算 （2.30）查表 推荐起动时间，=11.5S ; 满足要求式中：电机起动转矩；=1.6 （2.31） 电机静阻力矩 （2.32）机构运动质量换算到电机轴上的总转动惯量（2.33）=1.15（7.05+3.715）+=12.749电机转动惯量；=7.05制动轮联轴器转动惯量；=3.715（ 2 ）起重加速度 （2.34）1）满载下降制动时间 = （2.35） =1.4S 查表取 =11.5S=1.4S =11.5S满足要求式中：满载下降电机转速；取制动器制动转矩；=1500N满载下降时制动轴静转矩； （2.36） =731.85换算到电机轴上的机构总转动惯量；= （2.37）=12.734 电机转动惯量；=7.05制动轮联轴器转动惯量；=3.7152）制动平均减速度 （2.38）2.12本章小结钢丝绳选择20NAT619S+FC1670ZS220147GB/T89181996；滑轮选择A120.0630-70 JB/T9005.3-1999；卷筒尺寸选用Do=400mm，槽形 JB/T9006.11999卷筒绳槽尺寸由表查得槽距，p=22mm，槽底半径r=11.0mm；电机选择YZR315S8，额定功率，n=724r/min; 过载系数：；减速器选择QJR50012.5、III，C、W、JB/T8905.11999；制动器选取YW500/121型电力液压块式制动器：联轴器选用LMZ11I500联轴器MT11b GB/T 52722002.结 论本毕业设计的任务是20t桥式起重机小车机构的设计，在设计过程中，通过对桥式起重机整体机构的了解，设计了小车运行机构，起升机构。在对小车运行机构的设计中，通过计算选取了各种部件，减速器，联轴器，制动器，电动机的选择和各种校核以及材料的选取，并且还有各种强度的计算，电动机的选取主要是根据其功率和电动机的转速，减速器的选取主要是根据传动比，而联轴器的选取是根据轴的直径以及扭矩来决定的。在对小车起升机构的设计中，通过计算选取了吊钩，卷筒，钢丝绳和滑轮的型号以及尺寸。并对吊钩，卷筒等进行了强度校核，吊钩的选择主要是看起重量以及对吊钩的应力验算和强度校核，卷筒的选择主要是看其卷筒直径和长度，钢丝绳的选择主要是根据其起重量算出其钢丝绳直径在根据其工作级别选取钢丝绳。参考文献1窦金平 周广 通用机械设备M.北京:北京理工大学出版社，2011.2王凤萍等.国内外履式带起重机现状及发展趋势J.工程机械，2006.10-163陈道南 盛汉中.起重机课程设计M.北京：机械工业出版社，2009.6：43-50.4中国国家标准.起重机设计规范（GB/T 3811）.北京：中国标准出版社，2008-4-30.5成大先.机械设计图册M. 北京：化学工业出版社，2000.6高德主编，机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2005.7黄靖远.机械设计学M.北京：机械工业出版社，2006.8胡宗武 王春生.起重机设计与实例M.北京：机械工业出版社，2009.6.9濮良贵 程国定 吴立言.机械设计M.北京：高等教育出版社，2001：50-5610郑文伟，吴克坚.机械原理（第七版）M.北京：高等教育出版社，2011.11刘洪文.材料力学(第4版)M.北京：高等教育出版社，2004.1.12王步瀛，机械零件强度计算的理论方法.高等教育出版社 ,198613祝燮权.实用轴承手册，上海，上海科学技术文献出版社，2010.614周开勤，机械零件手册 4版，北京，高等教育出版社 1994.15孙靖民.机械结构优化设计M 哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，2004-9.16倪庆兴，王殿臣.起重输送机械图册M.北京：机械工业出版社，1992.致 谢大学四年的时光已经接近尾声，在此我想感谢我的母校，我的父母，亲人们，我的老师和同学们。感谢我的家人对我大学四年学习的默默支持，感谢我的母校宿州学院给了我在大学四年深造的机会，让我能继续学习和提高；感谢老师和同学们四年的关心和鼓励，在大学四年中，老师的谆谆教诲和同学们的认真热情，让我这四年充满了感动。也让我学会了包容，学会了很多做人的道理。这次毕业设计我得到了老师很多的帮助。其中我的毕业设计导师杨老师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难题时，我最先做的就是向老师寻求帮助，而每次老师不管是忙还是闲，总会抽空来解决我的问题。毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，开题报告，中期报告，老师都会抽时间给我们检查并说明其错误的地方。在此谨向杨老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！由于时间比较仓促，加上本人水平有限，设计中难免有许多的错误和不足，恳请各位领导、老师、同学批评和指正。