机械毕业设计1234桥式起重机副起升机构设计Word格式文档下载.docx

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3．1．1起升机构驱动装置的布置方式…………………………19

3．1．2起升机构钢丝绳卷绕系统设计……………………………23

3．1．3滑轮组设计…………………………………………………25

3．2副起升机构的计算……………………………………………28

3．2．1钢丝绳与卷筒的选择………………………………………28

3．2．2选择电动机…………………………………………………32

3．2．3设计减速器…………………………………………………36

3．2．4选择制动器…………………………………………………37

3．2．3选择联轴器…………………………………………………39

3．3副起升机构零部件设计………………………………………42

3．3．1钢丝绳………………………………………………………42

3．3．2卷筒的计算…………………………………………………48

4结论…………………………………………………………………49

5参考文献……………………………………………………………51

6译文…………………………………………………………………52

7原文说明……………………………………………………………68

摘要

起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门，可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。

起重机械与运输机械发展到现在，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。

在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、劳动生产率的提高中，起重机必将发挥更大的作用。

本起重机为250/50/10t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。

本课题主要对起重机的起升机构进行总体设计，主、副起升机构分别有一台电动机，一台减速器，一台轮式制动器，一套卷筒装置和上滑轮装置构成。

要求起重设备运行平稳,定位准确,安全可靠,技术性能先进。

关键词：

起重机，桥式起重机，起升机构设计

TheDesignoftheHoistingMechanismofBridgeCrane

Abstract

Thecraneiswildlyusedinindustrialandminingenterprises,port,stationwarehouse,buildingsite,seadevelopment,spacenavigationandsoon.,itiscertainthatthecranedoaefficientjobintheaspectsoftheland.thesea,thesky,,theciviluse,andthemilitaryuse.

Withdevelopment,thecraneandtransportmachineshavebecomethebaseofthereasonablepartsinmassproductandmechanicallineprocdcutareasandnowitisoneoftheimportantsymbolsofmodernmanufacture..Thecranewillplayanimportantpartindevelopmentofthefourmodernizationsandpromotonmechanicallevel,produceeffieincyineveryindustrydepartments.

Thiscarneisakindof250/50/10tbridgecarnesforhydropowerstation,buildedintheworkshopofFengmanhydropowerstationfortheextendproject.Itisusedtoinstall,examineandrepairofsetsofwater-turbinegenerator.Thispaperfocusesondesignofhoistingmechanismofthecarne,includingthemainandassistanthoistingmechanismwithelectromotors,reducers,brakestaffs,drumdevicesandpulleygears.Thecarneisrequiredtobestables,highaccuracy,safety,reliabilityandadvancedtechnology.

Keywords:

carne,BridgeCrane,designofthehoistingmechanism

桥式起重机起升机构设计

0引言

起重机械的基本任务是垂直升降重物，并可兼使重物作短距离的水平移动，以满足重物装卸、转载、安装等作业的要求。

起重机机械是现代化生产必不可少的重要机械设备，它对于减轻繁重的体力劳动、提高劳动生产率和实现生产过程的机械化、自动化及改善人民的物质、文化生活都具有重大的意义。

起重机械不仅可以作为辅助的生产设备，完成原料、半成品、产品的装卸、搬运，进行机电设备的安装、维修，而且它也是一些生产过程工艺操作中的必须设备，例如钢铁冶金生产中的各个环节，从炉料准备、加料到炼好的钢水浇铸成锭以及脱模取锭等。

又例如原子能工业中的一些工艺操作等人所难达到之处，没有起重机械，简直无法生产。

据统计，在我国冶金、煤炭部门的机械设备总台数或总重中，起重运输机械约占25％～65％。

1起重机介绍

1.1起重机械的发展动向

1.1.1发展超大型起重机

由于各重点工程向大型化发展，所需构件和配套设备重量不断增加，对超大型起重设备的需求日趋增长。

1992年200t以上伸缩臂式起重机的世界销量为90台，到1997年增至130台。

德国厂商在起重机大型化发展进程中处于领先地位。

世界市场中150t以上的大吨位起重机多数是由利勃海尔和德马泰克公司提供的。

利渤海尔LTM1800型是目前世界最大的AT产品，起重量800t，安装超起装置后型号变更为LTM11000D型，最大起重量增至1000t。

该机售价550万美元。

1998年推出的LTM1500型（起重量500t）售价为540万德国马克。

上述三种机型在行驶状态需拆下吊臂等装置分别进行运输。

德马泰克公司1997年推出的AC650型安装超起装置后，最大起重量可从650t增至800t。

该机售价500万德国马克。

AC650是目前世界上起重吨位最大的整装式伸缩臂起重机，行驶状态不需拆下吊臂分别运输。

住友建机、多田野和加藤公司曾于1989年相继推出360t汽车起重机。

住友建机在90年代开发出80t～250t共4种AT产品。

多田野也在90年代相继推出100t～550t共6种特大型AT产品。

加藤公司则研制成NK5000型500t汽车起重机。

目前日本生产的特大型起重机仅在国内销售。

1.1.2“迷你”起重机大量涌现

起重机向微型化发展，是适应现代建设要求而出现的新趋势。

10年前开发的神钢RK70（7t）是世界首台装有下俯式吊臂的“迷你”（Mini）RT产品。

目前下俯式吊臂已成为“迷你”起重机的重要标志。

这种新概念设计已成功移植到德马泰克AC25（25t）和加藤CR-250（25t）等较大吨位起重机上。

小松公司曾在90年代初、中期相继推出了装有下俯式吊臂的LW80（8t）和LW100-1（10t）“迷你”RT产品。

该公司还曾于1993年和1997年分别推出了另外两种别具特色的LT300型（4.9t）和LT500型（12t）“迷你”RT。

据资料介绍，LT300型与LT500型是世界首批装有全自动水平伸缩副臂的轮式起重机。

它们将轮式起重机公路行驶能力与专用伸缩臂架技术融为一体，且具有塔机功能，可越过屋顶或其他障碍物靠近作业面，能替代小型自行架设塔机或大型折叠臂式随车起重机。

1.1.3伸缩臂结构不断改进

利渤海尔LTM1090/2（90t）和LTM1160/2型（160t）AT产品，采用了装有“Telematik”单缸自动伸缩系统的卵圆形截面主臂。

这种卵圆形截面主臂在减轻结构重量和提高起重性能方面具有良好效果。

目前卵圆形吊臂已列入利勃海尔新产品标准部件，装有世界最长的7节84m卵圆形截面主臂的LTM1500型（500t）AT产品，也采用这种单缸伸缩系统。

格鲁夫开发的单缸伸缩系统要早于利勃海尔公司，但格鲁夫早期采用的单缸伸缩系统伸缩速度较慢。

此外，德马泰克大吨位起重机主臂也采用卵圆形截面。

格鲁夫GMK6250（250t）和GMK5180（180t）两种AT产品，采用了装有双销双锁自动伸缩系统的U形截面主臂，伸臂速度较快（平均9m/s左右）。

伸缩系统由电子式起重机操作装置控制，可将主臂自动伸至各种选定臂长。

据报道，美国谢迪．格鲁夫工厂将采用德国工厂的主臂制造技术，原有梯形主臂将被淘汰，原因是焊接工艺复杂，制造成本高。

1.1.4数据总线技术得到应用

利渤海尔LTM1030/2型（30t）是世界首台装有数据总线管理系统的高技术双轴AT产品。

该机采用CANBUS（控制域网总线）技术，完成发动机－传动系统各功能块之间的数字式数据传输和电子控制。

CANBUS总线及电气、液压、绳长和风力等数据又被输入到LSB控制装置之中。

LSB控制装置是Liccon起重机控制系统的组成部分，可对整个系统数据流及监控特性进行编程。

采用数据总线管理系统，可降低起重机油耗及排放值，简化布线，提高整机可靠性与维修方便性。

目前已有多种新机型装有LSB系统数据总线（包括LTM1500）。

格鲁夫GMK6250和GMK5180也采用了数据总线技术。

1.1.5静液压传动起重机进入市场

首台静液压传动起重机是原克虏伯公司1992年研制的双轴KMK2035型（35t）AT产品。

瑞士CompactTruck公司1993年推出的双轴CT2（35t）AT产品是世界第一台投放市场的静液压传动起重机。

意大利Rigo公司在1994年推出了RT200（20t）静液压传动RT起重机。

随后CompactTruck公司在1997年推出了两种采用静液压传动的3轴CT3（70t/80t）全地面起重机。

该机装有8节7.1m～40.5m主臂，最大时速75km/h。

采用静液压传动，上车发动机既可驱动起重装置，还可驱动行走装置。

此外，可将发动机横向安装在上车回转式操纵室后部，起到整体式配重作用。

据介绍，某些机型采用静液压传动后，可大约减重1/3。

1.1.6混合型起重机得到发展

过去10年中日本RT产品居世界领先地位，许多产品装有传统型号不具备的适于公路行驶的驱动装置，因而可在日本公路合法行驶。

这样就促使用户对欧美制造厂商也提出了新要求。

据报道，1997年世界RT产品总销量达5000台，其中日本生产了2800台，美国为1250台。

起重机工业中出现了许多新概念设计。

CompactTruck公司双轴CT2型（35t）、三轴CT3型（70/80t）和2000年将推出的4轴/6轴CT4型（110t/150t）AT产品，打破了传统驱动模式，采用静液压传动，装有下俯式主臂，整机结构紧凑。

德马泰克双轴AC250型（25t）、加藤双轴CR－250型（25t）AT产品和格鲁夫3轴ATS40型（36.3t）全地面汽车起重机也属于混合型起重机，前两种机型又称为城市型起重机。

1.1.7汽车起重机也在不断发展

为与RT和AT产品抗衡，汽车起重机新技术、新产品也在不断发展。

近年来汽车起重机在英、美等国市场的复兴，使人们对汽车起重机产生新的认识。

几年前某些工业界人士曾预测，RT和AT产品的兴起将导致汽车起重机的衰退。

日本汽车起重机在世界各地日益流行，以及最近格鲁夫、特雷克斯、林克．贝尔特、德马泰克等公司汽车起重机的产品进展，已向上述观念提出挑战。

随着工程起重机各机种间技术的相互渗透与竞争，汽车起重机会在世界市场中继续占有一席之地。

80年代末和90年代，国外随车起重机发展极其迅速。

世界年总产量已达10万台左右。

发展趋势是向多功能、大型化发展，已开发出装有6～8节伸缩臂的产品。

液压系统油缸压力已达30～33MPa，比10年前约提高50%，从而导致油缸尺寸的缩小，可在油泵规格不变或略有减小的情况下，提高油缸工作速度。

遥控装置也有可能获得更广泛的使用。

随车起重机将在今后一段时间内进一步侵占小吨位流动式起重机的部分市场。

1.2起重机的类型

1.2.1起重机的基本型式

起重机械的型式形形色色，五花八门。

根据起重机械所配备的工作机构数目的多少或服务范围的不同，起重机械可分为以下两大类别：

1．单动作的起重机械这种起重机械只配备一个工作机构（起升机构），只能实现一个方向上的往复运动，因此其服务范围是一条直线，如千斤顶、固定滑车、升降机、电梯等。

2．复动作的起重机械这种起重机械配备有两个以上的工作机构，即除起升机构外还配备有其它辅助机构，可以实现二个方向以上的往复运动，因此其服务范围是一个平面或一个立体空间。

1.2.2复动作的起重机械分类

（1）桥架型起重机

构造特征：

金属构架做成直线形式或门形桥架的形式，构造较简单。

服务范围：

长方体空间。

机构数目：

一般有起升、大车运行和小车运行三个工作机构。

吊载能力：

较大（一般在支撑平面内吊载，稳定性好）

典型机种：

桥式起重机、门式起重机、缆索起重机等。

桥式起重机水桥架型起重机中最主要的型式，在数量上占起重机总数的首位，使用范围极为广泛，一般用在车间内为生产工艺过程服务。

门式起重机是桥架型起重机中另一主要型式，与桥式起重机相比，它们的主要特征是在桥架的一端或两端设有支腿，可直接支承在地基上或沿地面轨道运行，一般用在码头、堆场、造船台等露天作业场地上，为货物装卸。

堆垛。

船体拼接等生产工艺过程服务。

当门式起重机的小车运行速度大，运行距离长，生产率高，主要吊运散料时，常改称为装卸桥。

当桥架型起重机的跨度特别大时，为了减轻桥架和整机的自身质量，常常改用缆索来代替桥架，供起重小车支承和运行之用，这类起重机成为缆索起重机，常用在水电站大坝施工等现场上，为工件吊运。

混凝土浇筑等生产工艺过程服务。

图1.1门式起重机

（2）臂架型起重机

有固定的或可摆动的臂架，上部结构相对下部结构能够回转，构造较复杂。

圆形或腰圆形的柱体空间。

一般有起升、回转、变幅和运行四个工作机构、

较小（支承平面外吊载，受限于起重机的整体稳定性）

门座起重机、塔式起重机、汽车起重机等。

图1.2门式起重机

2桥式起重机概述

2.1桥式起重机的分类

桥式起重机架设在车间或仓库等建筑物上空，沿建筑物的纵向设有两条钢轨，桥架在钢轨上运行。

桥架上面有小车。

它有起升，横行（小车运行），走行（大车运行）三种运动。

根据作业条件分为高速型、普通型及低速型三类，以普通型的使用量为最多。

至于桥式起重机的名称，将根据其构造特征取名如下：

♦梁式起重机

♦通用桥式起重机

♦龙门起重机

♦装卸桥

♦冶金桥式起重机

♦缆索起重机

2.2小车运行机构

在桥式起重机里，小车承担主要任务。

因此小车的设计决定整个起重机的好坏，为了起吊一定的载荷，小车必须利用许多机械部件承受起重机起升额定载荷时所需的各种作用力。

小车以小车架为基础其上有起升电动机、起升减速机、卷筒、小车运行机构的运行电动机、运行减速机等。

小车利用小车架下面的小车轮在起重机桥架上的轨道上运行。

桥式起重机所采用的小车，起重量小的为3吨，大的已做到200吨，小车以往称作“起重小车”，小车的设计应该把起升机构和运行机构合理而有效的布置在小车架上，维护检修应该方便。

2.3桥架

桥式起重机的钢结构部分是由起重机的主要部分如大梁，横梁装置所构成。

这一部分占有起重机百分之八十左右的重量，应按起重机结构标准及起重机钢结构计算规程进行设计。

桥式起重机的大梁是由用角钢等型钢组成的平面结构的主粱与副梁构成的。

主梁承受垂直载荷、自重及水平载荷，副梁承受自重和水平载荷。

主梁由上弦杆、下弦杆、斜杆、竖杆等组成。

连接主粱与副梁的杆件是水平杆、斜杆等。

各杆件用铆钉或电焊相连接，也可以考虑螺栓连接。

各杆件上作用有轴向应力，即拉应力和压应力。

主粱的形状有鱼腹型和直线型。

对于承受自重、动载荷及弯曲力矩等外力，前者是最理想的结构形式。

但这种形式对于材料利用和组装存在有困难。

后者是通常采用的形式，目前几乎都采用后一种形式。

桥式起重机除承受因垂直载荷产生的弯矩外，还承受因风载及行走运动的水平载荷所产生的弯矩。

因此在主粱的侧面设置与主粱形状相同的副桁架。

副桁架与主梁的结合是用水平杆、斜杆构成框形，以防受载变形。

在水平杆上装设着走台、电动机、行走机构的长轴、轴承。

横梁与主桁架和副桁架装在一起，把两根主桁架连接起来。

它与主桁架是用坚固的连接板，以精制螺栓装在一起。

桥式起重机上的载荷和冲击较大，行走驱动装置的车轮装在横粱上。

由轮距为l单位的横梁来承受最大载荷，由小车产生的载荷作用在小车横行轨道上。

对普通桥式起重机轮距l取为跨度的1/5～1/7较好。

小重量起重机的横梁通常采用槽钢，大起重量起重机的横梁通常用钢板作成槽形或箱形。

2.4桥式起重机起升机构

2.4.1起升机构的组成

在起重机中，用以提升或下降货物的机构称为起升机构，一般采用卷扬式。

起升机构是起重机中最重要、最基本的机构，其工作的好坏直接影响整台起重机的工作性能。

起升机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成。

驱动装置包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。

钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。

取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具、挂梁等多种型式。

安全保护装置有超负荷限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保护开关等，根据实际需要配用。

起升机构有内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动三种驱动方式。

内燃机驱动的起升机构，其动力由内燃机经机械传动装置集中传给包括起升机构在内的各个工作机构。

这种驱动方式的优点是具有自身独立的能源，机动灵活，适用于流动作业的流动式起重机。

为保证各机构的独立运动，整机的传动系统复杂笨重。

由于内燃机不能逆转，不能带载起动，需依靠传动环节的离合实现起动和换向．这种驱动方式调速困难，操纵麻烦．属于淘汰类型。

目前只在现有的少数履带起重机和铁路起重机上应用。

电动机驱动是起升机构主要的驱动方式。

直流电动机的机械特性适合起升机构工作要求，调速性能好，但获得直流电源较为困难。

在大型的工程起重机上，常常用内燃机和直流发电机实现直流传动。

交流电动机驱动能直接从电网取得电能．操纵简单，维护容易，机组重量轻，工作可靠，在电动起升机构中被广泛采用。

本起重机起升机构采用的启动方式也为电动机驱动。

液压驱动的起升机构，由原动机带动液压泵．将工作油液输入执行构件（液压缸或液压马达）使机构动作，通过控制输入执行构件的液体流量实现调速。

液压驱动的优点是传动比大，可以实现大范围的无级调速，结构紧凑，运转平稳，操作方便，过载保护性能好。

缺点是液压传动元件的制造精度要求高，液体容易泄漏。

目前液压驱动在流动式起重机上获得日益广泛的应用。

2.4.2起升机构的结构简图

图2.1为原动机驱动的起升机构的结构简图。

电动机1通过联轴器2与减速器4的高速轴相连。

机构工作时，减速器的低速轴带动卷筒7，将钢丝绳5卷上或放出，经过滑轮组系统，使吊钩6实现上升或下降。

机构停止工作时，制动器3使吊钩连同货物悬吊在空中。

吊钩的升降靠电动机改变转向来达到。

图2.1起升机构简图

为了安装方便与避免高速轴在小车架受载变形时发生弯曲，联轴器2应是带有补偿性能的，通常采用弹性柱销联轴器或齿轮联轴器。

前者构造简单并能缓冲，但弹性橡皮圈的寿命不长；

后者坚固耐用，应用最广。

齿轮联轴器的寿命与安装质量有关，并且需要经常润滑。

为使布置更方便并增高补偿能力，降低磨损，常将齿轮联轴器制成两个半齿轮联轴器，中间用浮动轴或补偿轴连起来。

制动器通常装在高速轴上，以减小其尺寸，如图2.1所示位置。

经常利用联轴器的一个半体兼作制动轮。

带制动轮的联轴器半体应当安装在减速器轴上，这样，即使联轴器损坏，制动器仍能起作用，保证了安全。

有时在高速轴上需要装设两个制动器，则第二个制动器可装在减速器高速轴的另一端，如图2.1虚线所示，或者装在浮动轴的另一个联轴器上。

也可以把制动器装设在电动机的尾部输出轴上，但这时需要有两端出轴的电动机，所以一般尽量避免。

目前也有将制动器放在电动机尾部的壳体内，制成一个组合部件，从而使机构简化紧凑。

起升机构的制动器应是常闭式的。

采用块式制动器，装有电磁铁或电动推杆作为自动的松闸装