行走式小型液压起重机设计(机架和小车设计).doc

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设计（论文）题目：

行走式小型液压起重机设计（机架和小车设计）

系别：

专业：

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

完成时间：

目　　录

绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．03

设计计算部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．07

1．系统工作原理及方案的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．07

2．转运行机构的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．08

1）确定机构运行方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．08

2）车轮与轨道并验算其强度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．08

3）运行阻力计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．09

4）选电动机．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

5）验算电动机发热条件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

6）选择减速器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

7）验算运行速度和实际所需功率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

8）验算起动时间．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

9）按起动工况校核减速器功率．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

10）验算起动不打滑条件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

11）选择制动器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

12）选择高速轴联轴器及制动轮．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

13）选低速轴联轴器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

14）浮动轴设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

3．运行机构的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

1）确定回转机构的总体方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

2）轨道直径计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

3）中心枢轴计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

4）选工业车轮．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

4．轮传动设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

1）选定齿轮类型、精度等级及齿数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

2）按接触强度设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

3）按齿根弯曲强度设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

4）几何尺寸计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

5）验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

总结及鸣谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

绪论

一．现代制造系统物流技术

物流系统技术是先进制造技术中的重要组成部分，从其广义内涵分析可以看出它已从以前简单的物料搬运发展到今天的集机械设计、计算机科学、管理学和自动化控制技术等于一身的综合技术。

进入90年代末，全世界的制造者和分销商继续承受着各种压力，其中包括：

产品定单更小、更频繁，产品需求不断变化且更加用户化和服务价值升高等。

经营者们必须使工厂的运行适应定单的混合、更短的定单周转时间和更高的生产能力。

必须采取一定的策略来适应不断提高要求的库存管理、运行的柔性以及各种过程集成的程度。

在供应链中集中对一些过程进行转移、结合或消除，使得工厂以及仓库的物流和信息流更加有效。

在这些变化的要求下现代物流技术从各个方面显示出一些新的发展趋势。

　从广义上讲，物流泛指物质实体及其载体的场所（或位置）的转移和时间占用，即指物质实体的物理流动过程。

它是在生产和消费从时间和空间上被分离并日益扩大的形势下为有机地衔接“供”和“需”，保证社会生产顺利地进行，并取得良好的经济效益而发展起来的一门科学。

物流所要解决的问题是物流活动的机械化、自动化和合理化，以实现物流系统的时间和空间效益。

物流系统是指在一定的时间和空间里，由所需输送的物料和包括有关设备、输送工具、仓储设备、人员以及通信联系等若干相互制约的动态要素构成的具有特定功能的有机整体。

随着计算机科学和自动化技术的发展，物流管理系统也从简单的方式迅速向自动化管理演变，其主要标志是自动物流设备，如自动导引车（AGV-Automatedguidedvehicle）、自动存储、提取系统（AS/RS-Automatedstorage/retrievesystem）、空中单轨自动车（SKY-RAV-Railautomatedvehicle）、堆垛机（Stackercrane）等，及物流计算机管理与控制系统的出现。

发展至今，物流系统是典型的现代机械电子相结合的系统。

现代物流系统由半自动化、自动化以至具有一定智能的物流设备和计算机物流管理和控制系统组成。

任何一种物流设备都必须接受物流系统计算机的管理控制，接受计算机发出的指令，完成其规定的动作，反馈动作执行的情况或当前所处的状况。

智能程度较高的物流设备具有一定的自主性，能更好地识别路径和环境，本身带有一定的数据处理功能。

现代物流设备是在计算机科学和电子技术的基础上，结合传统的机械学科发展来的机电一体化的设备。

从物流系统的管理和控制来看，计算机网络和数据库技术的采用是整个系统得以正常运行的前提。

仿真技术的应用使物流系统设计处于更高的水平。

物流已经成为并行工程的基础和CIMS的组成部分。

制造系统是将原材料、半成品加工出成品一起装配成最终产品的一个系统。

制造系统的所有活动都围绕着物流过程而进行。

一般由三个子系统组成。

1）向物料供应商采购原材料各部分成品。

2）制造企业内部的物料搬运子系统；

3）将成品送往消费者手中成品运送流通系统。

对于制造系统，在物流过程中常常更关心物料在制造企业内部的流动，即物料搬运系统。

在物料搬运系统中，一般企业有三种库存过程：

1）工前的库存；

2）加工过程的库存；

3）加工后的库存。

伴随着这三种库存有如下物流过程：

原材料及半成品的入库检验、毛坯的制造（铸、锻、冲、焊、切割、轧制及热处理）、零件的加工（各种切削和非切削加工过程）、零件加工的在线检测和成品检验、产品装配及产品检验等。

二．现代物流的发展方向

自有生产以来就有物流，，但是物流作为一项专门的学问引起人们重视，作为一个专门的学科被研究，却远远滞后于街道制造。

在社会生产力的时期阶段，人们把主要精力放在制造过程：

研究高效率的加工机械；采用新材料等，力图降低成本，提高生产率。

随着社会生产力的发展，生产制造业的发展出现了三种明显的趋势：

1）．自动化水平越来越高。

生产设备从手工到机械，直到自动化，生产率大大提高，生产节奏加快。

2）．柔性化水平也越来越高。

随着市场竞争的需要，多品种、小批量产品生产日益增多。

在欧美和日本的制造业中，中小批量生产者的产品税在数量上约占85%，在产值上约占60%~70%。

中小批睛生产者一批的数量通常为5~50件。

3）．生产规模不断扩大，专业分工越来越细。

随着生产能力的提高，生产复杂产品能力加强，加上生产效率的提高，生产规模不断扩大。

随着生产水平面的提高，专业性化协作不断发展，分工越来越细，生产式序与生产环节越来越复杂。

然而，在生产制造迅速发展的初期，人们并没有足够重视物流。

结果是，生产制造过程越自动化，越柔性化，生产规模越大，物流落后的矛盾就越突出。

生产制造系统的高效率与物流系统的低效率越来越不适应。

三．现代生产物流的特点

生产物流担负运输、储存、装卸物料等任务。

物流系统是生产制造各环节组成有机整体的纽带，是生产过程延续的基础。

传统的生产物流，设备机器落后，物流设备是以手工、半机械化或机械化为主的，效率低，工人的劳动强度大。

传统的物流信息管理也十分落后，物流信息分散、不准确、转送速度慢。

落后的生产物流牵制了生产的高速发展。

随着生产制造规模的不断扩大、生产柔性化水平和自动化水平的日益提高，要求生产物流也要相应地发展。

使之与现代生产制造系统相适应。

现代生产物流的特点主要体现在以下几个方面：

1．现代化的物流设备

生产物流现代化的基础，首先是采用快速、高效自动化的物流设备。

最具典型的现代化物流设备有：

1）自动化立体仓库：

改平面堆放为立体堆放。

既有利于物料的周转，有利于自动化的管理，又节约了库房面积。

2）自动引导运输车（AGV）：

快速、准确地运输。

运输路径柔性倾，便于计算机管理与调度。

3）自动上下料机器：

装卸料采用机器人，与加工设备同步协调。

安全、快捷、便于计算机管理孔子控制。

2．计算机管理

与现代生产制造相适应的物流系统，一般都具有结构复杂、物流节奏快、物流线路复杂、信息量大、适时性要求高等特点。

传统的凭主观经验管理物流的方法已无法适应。

采用计算机可以对物流系统进行动态管理与优化。

同时，通过计算机与其他系统适时联机，发送和接收信息，使物流系统与生产制造、销售等系统有机地联系，可以提高物流系统的效益。

3．系统和集成化

生产物流系统的结构特点是：

点多、线长、面宽、规模大。

传统的、隔裂的和相互独立的，缺乏集成电路化和系统化。

如果说大话传统生产物流设备落后，搬运效率低下是影响生产整体效益提高的主要原因之一的话，那么传统工艺生产物流的分散化和个体化则是牵制衙门委展的另一主要原因。

现代生产物流是把物流系统有机叶子联系起来，看成一个整体，从系统化、集成化的概念出发去设计、分析、研究和改进生产物流系统，不追求系统内个别系统工程的高效和优化，而是力求整体系统的高效和优化。

现代繁重产物流的另一个特点是，把物流系统与生产制造系统融为一体，使之形成完事的生产系统，以提高生产的整体效益。

设计计算部分

1．系统工作原理及方案的确定

起重机械的基本参数有：

起重量、起升高度、跨度、各机构的工作速度及各机构的工作级别。

有些起重机械的生产率、外形尺寸、幅度、起重力矩等也是重要参数。

这些参数说明起重机械的工作性能和技术经济指标，是设计起重机械的技术依据，也是生产使用中选择起重机械技术性能的依据。

起重机械的工作级别也是起重机械的一个非常重要的参数。

设计起重机械时，必须考虑使用条件。

因此，把起重机械划分为若干工作级别，其目的是提供合理的结构和建立机械设计基础的方法。

作为制造的技术依据，选择满足使用要求的特定起重机。

行走式小型液压起重机主要有行走系统，电气控制系统和液压控制系统三部分组成。

将小车底盘作为工作台，电动机，液压系统和吊臂都安装在上面，由遥控装置来控制电动机，通过电动机对液压泵的控制，从而控制液压马达的转速和液压缸的活塞速度，以实现规定的动作。

液压泵驱动四个液压马达和两个液压缸以实现前轮的转动，卷筒的转动，转盘的转动，吊臂的伸缩和吊臂的升降，由于这几个机构不是同时工作，泵的最大流量由这几个机构中流量最大的机构所决定。

由于电动机和泵的连接不一定在同一轴线上，所以在电动机与泵之间装上一个弹性联轴器，以消除抖动。

设计内容

计算与说明

结果

1）确定机构运行方案

2）车轮与轨道并验算其强度

2．有轨小车运行机构计算

经比较后，确定采用如图一所示的传动方案

图一：

小车运行机构传动简图

车轮最大轮压：

小车质量估计为G=1200布：

kg。

假定轮压均

车轮最小轮压：

初选项车轮：

由【1】附表达17可知，当运行速度v<60m/min时，，根据GB4628—84规定，工作级别为轻级时，初选车轮直径D=350mm，后校核其强度。

强度验算：

按车轮与轨道为线接触及点接触两种情况验算接触强度。

车轮踏面疲劳计算载荷：

（由【2】式5—1）

车轮材料，取ZG340—640，=340Mpa，=640Mpa。

线接触局部挤压强度：

（由【2】式5—2）

式中：

——许用线接触应力常数（N/mm）,由【2】表5—2查得k=6。

——转速系数，由【2】表5—3，车轮转速时，=1.09。

车轮直径：

D=350mm

材料：

ZG340—60

轨道：

P24

设计内容

计算与说明

结果

3）运行阻力计算

l——车轮与轨道有效接触强度，由【1】附表22，取l=b=26.13。

——工作级别系数，由【2】表5—4，当为时=1

因为PC’>Pc，故满足要求。

点接触局部挤压强度：

（由【2】式5—3）

式中：

——许用点接触应力强度，由【2】表5—2查得=0.132

R——曲率半径，车轮与轨道曲北半径中的大值，车轮，轨道曲率半径mm（由【1】附表2查得），故取R=300mm。

m——由比值（r为、中的小值）所确定的系数，==0.58，由【2】表5—5查得m=0.47。

>，故满足要求。

根据以上计算结果，按规定直径D=350的轮缘车轮，标记为：

车轮DYL—350GB4628—84

摩擦阻力矩：

（由【2】式7—1）

由【1】附表19，由D=350mm的车轮组的轴承型号为7518，据此选车轮组轴承为7518，轴承内径和外径的平均值=140mm，由【2】表7—1~7—3查得滚动摩擦系数k=0.0005，轴承摩擦系数=0.02，附加阻力系数=2.0，代入上式得满载时运行阻力矩：

=25.2kg.m=252N

运行摩擦阻力：

=1440N

1440N

设计内容

计算与说明

结果

4）选电动机

5）验算电动机发热条件

6）选择减速器

当无载荷时：

=2.1kg.m=21N.m

=120N

电动机静功率：

（由【2】式7—9）

式中：

——满载时静阻力，==1440N，

——机构传动效率，取=0.9。

m——驱动电机台数，取m=1。

初选电动机功率：

（由【2】式7—10）

=1.2*0.51=0.62kW

式中：

——电机功率增大系数，由【2】中表7—6查得，=1.2。

由【1】附表30选用电动机YZR—112M，=1.6kW，=845r/min，=0.11kg.，电动机质量=74kg。

等效功率：

（由【2】式6—20）

=r=0.75*1.25*0.52=4.78

式中：

——工作级别系数，由【2】表6—4查得=0.75。

r——考虑起动及工作时间对发热的影响系数，由【2】表6—5查得=0.2，查图6—6得r=1.25。

<，故所选电动机满足发热条件。

车轮转速：

n===18.2r/min

120N

选用电动机YZR—112M

=1.6kW

=845r/min

电动机满足发热条件

设计内容

计算与说明

结果

7）验算运行速度和实际所需功率

8）验算起动时间

机构传动比：

==46.43

查附表40选用ZSC—400—IV减速器：

=49.86，=2.5kW，<。

实际运行速度：

v’=v=20*=18.63m/min

误差：

=*100%=。

故合适。

实际所需电机等效功率：

==0.478*=0.445kW<

起动时间：

（【2】式7—13）

式中：

=1.5=1.5×9550×=1.5×9550×=27.12N·

满载运行时折算到电机轴上的运行静阻力矩：

N·m

空载运行时折算到电机轴上的运行静阻力矩：

N·m

初步估算制动轮和联轴器的飞轴矩：

=0.26kg·m

机构总飞轮矩：

=1.15（0.11+0.26）=0.426kg·

及均在许用范围以内

设计内容

计算与说明

结果

9）按起动工况校核减速器功率

10）验算起动不打滑条件

满载起动时间：

空载起动时间：

由【2】表7—6相得，当v=20m/min=0.33m/s时tq推荐值为3s。

tq

起动状况减速器传递的功率：

式中：

——计算载荷，

——运行机构中同一级传动的减速器个数，=1

所选减速器的N轻级=2.5>N。

不计风阻及坡度阻力矩，只验算空载及满载起动两种工况。

空载起动时，主车轮与轨道接触处的圆周切向力：

（【2】式7—20）

=

=79.36kg=793.6N

式中：

——主动轮压

——从动轮压

车轮与轨道的粘着力：

（【2】式7—12）

=600*0.12=72kg=720N<

选电动机满足快速起动要求

设计内容

计算与说明

结果

11）选择制动器

12）选择高速轴联轴器及制动轮

式中：

f——粘着系数，对室外工作的起重机，取f=0.12。

由于F0

满载起动时，主动车轮与轨道接触处的圆周切向力：

=

=233.9kg=2339N

车轮与轨道的粘着力：

==432kg=4320N>T

故满足起动不会打滑，所选电动机适合。

由【2】查得，对于小车运行机构制动时间tz3~4s。

取tz=4s。

因此，所需制动器转矩（【2】式7—16）

=

=1.85N.m

由【4】附表6—4—28选用TJ2A制动器，其制动转矩。

高速轴联轴器计算转矩：

（【2】式6—26）

=1.35*1.8*18.1=44N.m

式中：

——为电动机额定转矩，

==18.1N.m

n——联轴器的安全系数，运行机构n=1.35。

——机构刚性动载系数，=1.2~2.0，取=1.8。

满足起动不会打滑，所选电动机适合

TJ2A制动器

设计内容

计算与说明

结果

13）选低速轴联轴器

由【1】附表31查得电动机YZR—112M两端伸出轴各为圆柱形d=32mm，l=80mm。

由【1】附表37相ZSC—400减速器高速轴轴端为圆柱形=30mm，=55mm。

故从【1】附表41选GICL1鼓形齿式联由器，主动端A型槽=32mm，L=80，从支端A型键槽=30mm，L=55mm，标记为：

GICL1联轴器ZBJ19013—89

其公称转矩=630N.m>，飞轮矩=0.009kg.，质量G=5.9kg。

高速轴制动轮：

根据制动器已选定为TJ2A。

由【1】附表16选制动轮直径D=100mm，圆柱形轴d=32mm，L=80mm,标记为：

制动轮100Y—32JB/ZQ4389—86。

其飞轮矩=0.2kg.，质量=10kg。

上联轴器与制动轮飞轮矩之和：

+=2.09

与原估计0.26kg.基本相符，估上计算不需修改。

低速轴联轴器计算转矩：

==*44*49.86*0.9=987.2N.m

由【1】附表37查得ZSC—400减速器低速轴端为圆柱形d=65mm，L=85mm，取浮动轴装联轴器轴径d=60mm，L=85mm，同【1】附表42选用两个GICL3鼓形齿式联轴器。

其主动端：

Y型轴孔A型键槽，=65mm，L=85mm，标记为：

DICLZ3联轴器ZBJ19014—89

由前面已按规定车轮直径D=350mm，由【1】附表19取车轮轴

GICL1联轴器

制动轮100Y—32

DICLZ3联轴器

设计内容

计算与说明

结果

14）浮动轴设计

=60mm，L=85mm，标记为：

GICLZ3联轴器ZBJ19014—89

浮动轴径：

=d+（5~10）=60+5~10=60~70mm

取=70mm。

经验算，浮动轴满足强度要求。

浮动轴构造如图四所示：

图二浮动轴

GICLZ3联轴器

设计内容

计算与说明

结果

1）确定回转机构的总体方案

2）轨道直径计算

3）中心枢轴计算

3．回转运行机构的计算

经比较后，决定采用图五所示方案。

图三回转机构转动方案

轨道直径的大小，一般应保证不需