1、 三 江 学 院 本科生毕业设计（论文） 论文题目 5 吨门 式起重机起升机构设计 高等职业技术学 （系） 机械设计制造及其自动化 专业 学生姓名 卢敏丰 学号 G105152021 指导教师 沈仙法 职称 讲师 指导教师工作单位 机械工程学院 起讫日期 2013年 12月 16日 -2014年 4 月 7 日 摘 要 在如今社会随着物资和设备集成化运输，起重机在运输环节中的作 用在不断的提升。来适应现代社会和市场来满足广大客户的各种需求，发展趋势是集大型化的；高速化的；模块化的；自动化的；以及时智能化的。在现在社会为减少物流的成本，客户对起重机的要求也是越来越高，不光要求其质量要轻；刚性要好
2、；工作区域要大，还要求各类起重机大小车速度快，工作效率高。在现代化社会激烈的起重机制造业下，能占领最高点，很多的商家采用了先进的技术以及工艺，如：模块化设计。由此来满足广大客户要求的时候也能够最大程度的降低制造成本。 本文指门式起重机的起升结构设计以及对其重要部分的计算。在绘图时，不仅绘制一张 总装备图，还运用计算机绘制起重机的起升结构图以及卷筒图。这样就好达到对起重机设计有个更加好的了解。 此次的设计重点 包括了钢丝绳；吊具； 卷筒尺寸并验算强度 ；减速器；制动器；电机；联轴器的选择；气制动时间；电动机发热测试；总体稳定性能等多方面。 关键字 ： 起升机构设计；门式起重机；总体稳定性Abst
3、ract With the integrated transport of materials and equipment, the role of gantry crane systems in the transport links has been continuously improved. To meet the needs of the market, the gantry crane systems is becoming more large, high speed, modularity, automation, and intelligent. In order to re
4、duce costs of logistics, the user need high performance of gantry crane systems, such as light weight, rigid, automation and a large operating space, and require crane car and truck operations to be high-speed, high efficiency. In the crane manufacturing industry, to occupy high ground, many manufac
5、turers of gantry crane adopt advanced technology, modular design, so as to meet needs of customer and reduce manufacturing cost at the greatest extent. This article aims to the design of the gantry cranes systems and the overall stability, especially for the design and calculation of lifting mechani
6、sm. In drawing, we do not only complete the map of total machine by hand-draw, and also use computer to draw the total plan of the hoisting mechanism and reel assembly. Thus, we can get a better understanding of the gantry crane design. This article focuses on the design of steel wire rope, roller,
7、motor, reducer, brake, coupling selection, at the same time, make the calibration of motor heating, starting and braking time, the over all stability. Keywords: Gantry crane; Overall stability; Hoisting mechanism design目 录 第一章 绪 论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 起重机械概论 . 1 1.3 起重机的发展现状 . 2 1.3.1 国内外先进起重机的特点和发展趋势
8、 . 2 1.4 课题的研究目的和意义 . 3 1.5 本文所要做的主要工作 . 4 第二章 整机总体方案的选型 . 5 2.1 参数设计 . 5 2.2 设计标准 . 5 2.3 桥架结构形式的选择 . 5 2.3.1 金属结构的形式 . 5 2.3.2 金属结构的连接 . 6 2.4 起升机构方案设计 . 6 2.4.1 起升机构组成 . 6 2.4.2 起升机构的工作原理 . 8 2.5 大车运行机构 . 8 2.5.1 运行机构的组成 . 8 2.5.2 运行机构的工作原理 . 9 2.5.3 运行机构的驱动类型 . 10 第三章 计算过程及其说明 . 11 3.1 起升机构计算 .
9、11 3.1.1 确定起升机构传动方案、选择滑轮组和吊钩组 . 11 3.1.2 选用钢丝绳 . 12 3.1.3 确定滑轮主要尺寸 . 13 3.1.4 确定卷筒尺寸并验算强度 . 13 3.1.5 选择电动机 . 15 3.1.6 验算电动机发热条件 . 15 3.1.7 选择减速器 . 16 3.1.8 验算起升速度和实际所需功率 . 16 3.1.9 校核减速器输出强度 . 16 3.1.10 选择制动器 . 17 3.1.11 选择联轴器 . 17 3.1.12 验算启动时间 . 18 3.1.13 验算制动时间 . 18 3.1.14 高速浮动轴计算 . 19 3.2 卷筒部件计算
10、 . 20 3.2.1 卷筒心轴的计算 . 20 3.2.2 支座反力 . 21 3.2.3 疲劳计算 . 21 3.2.4 静强度计算 . 22 3.2.5 选择轴承 . 22 3.2.6 大端轴承 . 22 3.2.7 右端轴承 . 23 3.2.8 绳端固定装置计算 . 23 第四章 结论 . 25 致 谢 . 26 参考文献 . 27 三江学院 2014 届本科生毕业设计 (论文 ) 1 第一章 绪 论 1.1 引言 起重机是一种古老的机械，迄今，其承载结构、驱动机构、取物装置、控制系统及安全装置等各方面都有了很大的进步 , 其设计理论、制造工艺、检测手段等都逐渐趋于完善和规范化 ,
11、并已经成为一种较完善的机械。但由于生产发展提出新的操作要求 ,起重机的类型、形式也需要相应地发展和创新 , 性能参数也需要不断变化与改善。由于现代化设计方法的建立和计算机辅助设计等现代设计手段的施用，使起重机设计观念和方法有了较大的更新，其它技术领域和相邻工业部门不断取得的新 科技成果在起重机上的渗透、推广应用等，更使起重机的各方面不断地丰富更新。因此 , 起重机将向现代化、智能化、更安全方便可靠的方向发展。 1.2 起重机械概论 起重机械的基本任务是上下升降货物，而且可兼使重物作短距离的水平移动，来满足货物装卸、转载、安装等的要求。起重机械是现代化生产中必不可少的重要机械装备，它对于减轻繁重
12、的体力劳动，提高生产率和实现生产过程的机械化、自动化以及改善人民的物质、文化生活起到了重大的意义。 起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、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。 起重机械不仅可以作为辅助的生产设备，完成原料、半成品、成品的装卸、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备设备，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。据统计，在我国冶金、煤炭部门的机械设备总台数或总量中，起重运输机械 约占 2565%。 起重机械与运输机械发
13、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、 劳动力的提高中，起重机械必将发挥更大的作用。 起重机械的工作特点在于作为一种间歇动作的机械，具有重复而短暂的工作特征。起重机械在搬运物料时，通常经历着上料、运送、卸料以及回到原位的过程，各工作机构在工作时作往复周期性的运动。例如：起升机构的工作由物品的升、降所组成；运行机构的工作由负载和空载时的往复运动所组成。在起重机械的每一个工作循环，即每搬运一次物品的过程中，其有关的工作机构都要做一次正向和反向的运动。起重机械和连续运输机械的主要区别就在于前者是以周
14、期性的短暂 往复工作循环运送物品，而后者是以长期连续单向的工作运送物品。起重三江学院 2014 届本科生毕业设计 (论文 ) 2 机械一般由下列三个基本部分组成：工作机构、金属结构和动力设备。 1.3起重机的发展现状 1.3.1 国内外先进起重机的特点和发展趋势 自有人类文明以来，物料搬运便成了人类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，科学技术的飞速发展，推动了现代设计和制造能力的提高，激烈的国际市场竞争也越来越依赖于技术的竞 争。这些都促使起重机
15、的技术性能进入崭新的发展阶段，起重机正经历着一场巨大的变革。现根据起重机的新理论、新技术和新动向，结合实例，简要论述国内外先进起重机的特点和发展趋势。 1、产品设计的模块化、个性化和机电一体化 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。在满足不同客户个性化需求而需要对起重机进行改进时，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
16、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。随着科技发展，具有自分析、自调整、自纠错的智能化操作的全自动、半自动操作形式的高度机电一体化的设计理念已经应用到起重机设计当中。使得起重机更安全更易于操作和维修。 2、产品制造新材料和新工艺 由于钢铁工业新技术的应用，钢材质量得以提高。 DOMEX系列高强度及超高强度刚才，在设计 起重机主梁强度时，可使用较高的许用应力，而不需要很高的安全系数，以减少起重机材料用量，从而降低设备的重量和价格。车轮采用空气硬化镍铬钼合金钢制造，可使其使用寿命延长 5年以上。在电葫芦上使用
17、聚合材料制造运行机构的齿轮、滑轮和导绳器等。在机加工方面，尽量采用少切削的精密铸件，尤其是铝合金铸件占多，加工设备大量采用高精、高效的数控自动机床等，既保证了加工质量，又提高了生产率，降低了成本。 3、产品性能的自动化、智能化和数字化 经过长时间的发展，起重机在引入先进技术和设计理念之后，其产品性能已得到了很大的提高。例如 传感器技术的应用使得起重机能够准确的称量起吊重量和进行定位。限于起重机自身的外形特点特别是大型起重机的外形特点，其起吊的货物有时候需要花费很长的时间来进行对位，由于位置摆放不对引起事故的情况也屡见不鲜。为此，很多起重机采用了防摇摆、准确对位技术并利用计算机系三江学院 201
18、4 届本科生毕业设计 (论文 ) 3 统进行精确计算，再加上专家方案，能够很好的解决此类问题。现在的人工费已经在节节攀升，自动化高效化的机械设备越来越受到企业的喜爱。起重机也不例外，在采用传感器技术、计算机系统和新材料之后，其产品性能正向着自动化、智能化和数字化方向发展。 4、起重机设计专业 化协作 为了能迅速制造和装配出品种多样化的产品，同时降低起重机的制造成本，这就要求企业之间密切联系和协调，企业走向专业化、标准化和系列化。因为使用标准件设备能迅速组合和安装，减少标准件外组合部分的加工制造就显得特别重要。组合构件的使用比起生产非标准件起重机来，有助于减少成本。与此同时采用标准件也可以在很大
19、程度上减少设计的工作量。 1.4课题的研究目的和意义 起重机械设计领域是一个有着悠久历史的行业。经历长时间的摸索和创新，该领域已经形成了一整套完整而且行之有效的设计形式。但随着时间的推移，顾客要求的提高，起 重机设计行业也在不断前行。最大起重量不断在上升，从小起重量到重达好几千吨的起重机，起重机制造呈现出梯度型。与此同时，同吨位的起重机逐渐向智能化，高效化，低成本话方向发展。 在现今信息化的时代，借助现代计算机技术和信息技术许多在以前很复杂的问题就变的简单了许多了，设计周期得以大大缩短。在计算中，起重机的载荷为静载荷，惯性载荷和震动载荷。静载荷是起重机在平稳状态下运行所受的载荷。除此之外，在起
20、制动过程中还受惯性载荷，速度变化越大，惯性载荷越大。对于起重机来说，各部分结构并不是理想的刚体，而是一个弹性系统，所以在 上述基本载荷状态下还叠加了按一定频率变化的振动载荷，它提高了起重机各部分的应力峰值，同时它的反复作用也使起重机的的某些敏感部分疲劳损坏。现代大型计算机系统能够很好的模拟起重机这一类机械的工作情况，并对其进行仿真。由此可以得到震动的源头。设计人员可以依次来进行优化设计，并将优化设计方案在计算机中进行模拟仿真以检验优化结果。这样可以大大节省起重机改进时间和成本。振动载荷对于起重机的强度有重要的意义，研究起重机动力学的主要目的就是要弄清这部分应力的大小。 目前，我国起重机械整体水
21、平虽有了一些进步，但无论性能还是内 在质量与国外产品相比尚有较大差距，主要表现在，起升机构仍沿袭小而短的传统卷筒、反弹乱绳现象严重、钢丝绳易于疲劳、报废率高等。现行起升机构的上述缺陷，严重影响了主机的工作性能、可靠性和安全性。面对人世的严峻挑战，加快研究开发高性能的新型起升机构，迅速提高起重机械整体水平具有十分重要的意义。 三江学院 2014 届本科生毕业设计 (论文 ) 4 1.5 本文所要做的主要工作 综上所述，本论文以堆场用龙门起重机为研究对象，首先进行龙门起重机的总体布置方案选型论证，总体设计计算，在进行桥架结构设计设计计算，主梁结构设计，结合起重机设计手册，对该龙门起重机进行总体 方
22、案选型论证和总体设计计算。此次设计的主要任务是熟悉起重机设计的具体环节，基本掌握起重机设计中对于载荷类型的分析和计算过程。并对起升机构进行初步选型和布置，绘制龙门起重机的总图以及起升机构的设计图。对龙门起重机的载荷和工况进行详细计算，这样桥架结构的加载会更接近实际情况。三江学院 2014 届本科生毕业设计 (论文 ) 5 第二章 整机总体方案的选型 2.1 参数设计 起重量： 5t 起升高度： H=12m 起升速度： V=19m/min 工作级别： M5 整机工作级别： A5 小车运行速度 vc=45m/min 大车运行速度 v=60m/min 钢结构为双箱梁 L型门腿 2.2 设计标准 1、
23、 GB3811-83 起重机设计规范 2、 GB6067-85 起重机安全规范 3、 GB/T14406-93 通用龙门起重机 4、 GB10183-88 桥式和 龙门起重机制造及轨道公差 2.3 桥架结构形式的选择 龙门起重机是一种工作条件十分繁重的重型机械设备，其载荷复杂多变，作为整台起重机承载和连接骨架的金属结构，只有满足强度、刚度和稳定性的要求才能保证起重机的使用性能和安全。起重机安全工作的寿命主要取决于金属结构不发生破坏的工作年限，而不是由任何其他装置和零部件的寿命所决定。金属结构的破坏会给起重机带来极其严重的后果。 2.3.1 金属结构的形式 根据受力特征不同，起重机的金属结构的部
24、件可分三类，梁和桁架是主要承受弯矩的部件，柱是主要承受轴向压力的部件，压弯 构件是既承受轴向压力又承受弯矩的部件。这些基本构件根据其受力和外形尺寸又可分别设计成格构式、实腹式或混合式的结构型式。实腹式构件实腹式构件主要由钢板组成，也称箱形构件，适用于载荷大、外形尺寸小的场合。具有制造工艺简单（可采用自动焊）、应力集中较小、疲劳强度较高、通用性强、机构的安装检修方便等优点。缺点是自重较大、刚性稍差。格构式构件是由型钢、钢管或组合截面杆件连接而成的杆系结构。构件的自重轻，风的通过性好。缺点是制造工艺复杂，不便于采用自动焊，节点处应力集中较大。适用于受力相对较小、外形尺寸相对较大的场合。 桁架是由杆件组成的受横向弯曲的格构式结构，是金属结构中的一种主要结构型式。混合式构件部分为实腹结构，部分为杆系结构。其特点和使用条件均介于格
