1、 本科学生毕业设计龙门式起重机总体设计及金属结构设计院部名称：专业班级：学生姓名：指导教师：职 称：二 O 一二年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeLongmen Crane Design and Design of Metal StructureCandidate： Specialty Class： Supervisor：Senior Lecturer 2012-06 I摘 要龙门式起重机是一种重要的物料搬运设备，广泛应用于厂矿、车站、港口、电站等生产领域中。随着经济的发展，它不仅在国民经济中占有重要的位置，而且在社会生产和生活的领域的应
2、用也不断扩大。国内各生产企业都在各自所属的领域内扩展产品种类及优化产品性能，采用一些先进的技术来开发自己的产品或通过引进国外先进技术来提高产品质量。本文首先简要介绍了课题的研究背景和意义，以及龙门起重机的发展趋势与结构分类; 然后列出了 450t-38m 龙门起重机设计的基本的参数，完成 450t-38m 龙门起重机总体的设计;计算了该龙门起重机受到的静载荷、动载荷、风载荷、偏斜运行时的水平侧向力、碰撞力等等;计算了龙门起重机的轮压，校核了起重机的稳定性、正常工作状态和非正常工作状态的防风抗滑安全性。以及对龙门式起重机的金属结构设计和计算,对龙门式起重机的小车起升机构和行走机构进行了设计与计算
3、,对龙门式起重机的大车行走机构进行了设计与计算。关键词：起重机；结构设计；起升机构；行走机构；IAbstractGantry crane is important lifting equipment and widely used in mines, railway stations, ports, power plants and manufacturing fields.They play an important role in the development of the society and their possible applications are expanding ove
4、r the years. Domestic manufaeturers in their respeetive areas expand produet range and optimize Product Performanee， by introducting advaneed teehnology to develop their own Products or the foreign advanced teehnology to improve Product quality.Firstly，the background and significance of this researc
5、h were introdueed，and the development and the structural classification of the gantry crane are diseussed briefly in the paper,The 450t-38m gantry crane was designed with its basic Parameters;The static load，dynamic load，wind load，horizontal side force，collision force were computed，and stability and
6、 safty cheeked.The metal structure of gantry was designed and calculates.hoisting mechanism and walking mechanism of the car were designed and calculates; walking mechanism of the cart was designed and calculates,Key words: Crane; Structural design；hoisting mechanism; walking mechanism；目 录摘 要 .IAbst
7、ract.I目 录 .1第 1 章 绪 论 .11.1 起 重 运 输 机 械 的 概 述 .11.1.1 起 重 运 输 机 械 的 作 用 .11.1.2 起 重 运 输 机 械 的 工 作 特 点 .21.2 起 重 运 输 机 械 的 发 展 趋 势 .31.2.1 国 内 起 重 机 的 发 展 方 向 .51.2.2 国 外 起 重 机 的 发 展 方 向 .61.2.3 国 内 外 起 重 机 现 状 的 比 较 .71.3 课 题 的 研 究 意 义 .71.4 本 课 题 研 究 的 主 要 内 容 .8第 2 章 龙 门 起 重 机 结 构 分 类 和 工 作 原 理 .9
8、2.1 龙 门 起 重 机 的 分 类 .92.2 龙 门 起 重 机 的 结 构 .92.3 龙 门 起 重 机 的 主 要 形 式 .102.4 龙 门 起 重 机 的 选 型 .112.5 龙 门 起 重 机 的 基 本 参 数 .122.6 龙 门 起 重 机 的 工 作 类 型 .132.7 龙 门 起 重 机 的 使 用 材 料 .142.7.1 使 用 材 料 的 种 类 .142.7.2 使 用 材 料 的 要 求 .152.8 本 章 小 结 .15第 3 章 龙 门 起 重 机 总 体 设 计 .163.1 总 体 设 计 参 数 .163.2 金 属 结 构 设 计 计
9、算 .173.2.1 基 本 设 计 参 数 .173.2.2 载 荷 .173.2.3 抗 倾 覆 稳 定 性 .183.3 金 属 结 构 的 截 面 几 何 特 性 .193.4 主 梁 强 度 计 算 .203.4 支 腿 强 度 计 算 .213.5 本 章 小 结 .24第 4 章 小 车 的 起 升 机 构 和 行 走 机 构 设 计 和 计 算 .254.1 小 车 的 起 升 机 构 设 计 和 计 算 .254.1.1 钢 丝 绳 选 择 .254.1.2 卷 筒 .264.1.3 电 动 机 的 选 择 .264.1.4 减 速 器 的 选 择 .274.1.5 制 动
10、器 的 选 择 .284.1.6 机 构 起 动 时 间 计 算 .284.2 小 车 的 行 走 机 构 设 计 和 计 算 .294.2.1 小 车 运 行 机 构 的 基 本 参 数 .294.2.2 运 行 静 阻 力 .294.2.3 电 动 机 的 选 择 与 计 算 .304.2.4 减 速 器 的 选 择 与 计 算 .304.2.5 连 轴 器 的 选 择 .314.2.6 制 动 器 的 选 择 .324.2.7 小 车 车 轮 的 强 度 计 算 .324.3 本 章 小 结 .33第 5 章 大 车 行 走 机 构 设 计 计 算 .345.1 大 车 运 行 机 构
11、的 基 本 参 数 .345.2 运 行 静 阻 力 .345.3 电 动 机 的 选 择 与 计 算 .355.4 减 速 器 的 选 择 .355.5 缓 冲 器 的 选 择 .355.6 车 轮 与 轨 道 .365.7 本 章 小 结 .36结 论 .37参 考 文 献 .38致 谢 .401 第 1 章 绪论1.1 起重运输机械的概述1.1.1 起重运输机械的作用起重运输机械是起升、搬运和输送物料及产品的机具，是国民生产各部门提高劳动生产率、生产过程机械化不可缺少的大型机械设备，如图 1.1 所示。起重运输机械对于提高工程机械各生产部门的机械化，缩短生产周期和降低生产成本，起着非常重
12、要的作用。起重运输机械是现代工业生产不可缺少的设备，被广泛的应用于各种物料的起重、运输、装卸、安装和人员输送等作业中，从而大大减轻了体力劳动强度，提高了劳动生产率，是保证施工生产质量和效益的关键起重设备。有些起重运输机械还能在生产过程中进行某些特殊的工艺操作，使生产过程实现机械化和自动化。在工厂、矿山、车站、港口、建筑工地、水电站、仓库等各生产部门中，都得到广泛地应用。在现代化钢铁企业中，起重运输机械更是不可缺少的。近年来，由于工业技术的不断发展，生产水平不断提高，起重运输机械的作用已超出作为辅助设备的范围，进而直接应用于生产工艺过程中，成为生产流水作业线上的主体设备组成部分。因此，世界各国都
13、在不断改进起重运输机械产品的性能，提高运转速度和生产能力，提高自动化水平，制造方便可靠、新型、高效能的起重机和运输机来满足生产的需要 1。图 1.1 龙门式起重机随着现代科学技术的飞跃发展，在国民经济各部门和基本建设中，新结构、新工艺、新技术、新材料的不断应用。一些大、中型构件、桥梁等设备的垂直运输及在高2 难度建筑上的安装就位等工作，没有起重机设备是很难完成的。我国在发明和使用起重运输机械方面，历史是最悠久的。早在奴隶社会的商朝时期，由于农业灌溉上的需要，以创造了用于汲水的起重工具，这是由杠杆和取物装置构成的简单起重装置。早在古代我国劳动人民就发明了辘护以汲取更深的井水，辘护是由支架、卷筒、
14、绳索和曲柄等简单元件组成的，成为现代绞车的原始雏形。在公元200 年左右出现了用于汲水和排水的翻车。翻车的发明，从工作原理上说，是一个很大的飞跃，它从间歇动作发展为连续动作，与现代的刮板运输机极为相似 2。随着我国生产制造业的发展和进步，起重运输机械制造业也得到了很大的发展和应用，起重运输机械领域也从无到有、由小到大的逐步发展起来，一批起重运输机械的科研机构和生产加工逐步建立，设计一、研制力量日趋壮大。不仅产品的种类基本齐全，而且有了自己的系列和标准。不仅能生产小型轻巧的起重机械，而且也能生产吨位很大的、技术较先进的大型起重机。但是，与世界先进水平比较，无论在产品的种类、数量方面，还是机械性能
15、、质量等方面都存在着较大的差距。为尽快赶超世界先进水平，我们应该在独立自主的原则下，认真学习国外先进技术 3。1.1.2 起重运输机械的工作特点起重机是以间歇、重复的工作方式，通过起重吊钩或其他吊具起升、下降，或升降与运移物料的机械设备。他在搬运物料时，经历上料、运送、卸料及返回原处的过程，工作范围较大。起重机械通常具有庞大和比较复杂的机构，能完成一个起升运动、一个或几个水平运动。所吊运的重物多种多样，载荷是变化的。有的重物重达几百吨甚至上千吨，有的物体长达几十米，形状很不规则。大多数起重机械需要在较大的范围内运行，有的需要设轨道和车轮，有的要安装轮胎或履带在地面上行走(如汽车吊、履带吊等)，
16、还有的需要在钢丝绳上行走(如客运、货运架空索道)，活动空间较大，一旦造成事故影响面积也较大 4。有些起重机械，需要直接载运人员在轨道、平台、或钢丝绳上做升降运动(如电梯、升降平台等)，其可靠性直接影响人身安全。起重机械的工作特点如下：1.吊物一般具有很大的质量和很高的势能被搬运的物料个大体重(一般物料均几吨以上)、种类繁多、形态各异(包括成件、故料、液体、固液混合等物料)，起重搬运过程是重物在高空中的悬吊运动。2.起重作业是多种运动的组合起重机的金属机构、传动机构和控制装置等机构组成多维运动，大量结构复杂、3 运动各异的金属结构给作业安全带来了潜在的危险。速度多变的可动零部件，形成起重机械的危
17、险点多且分散的特点，给安全防护增加难度。3.作业范围大金属结构横跨车间或作业场地，高居其他设备、设施和施工人群之上。起重机带载可以部分或整体在较大范围内移动运行，使危险的影响范围加大。4.多人配合的群体作业起重作业的程序是地面司索工捆绑吊物、挂钩;起重司机操作起重机将物料吊起，按地面指挥，通过空间运行，将吊物放到指定位置摘钩、卸料。每一次吊运循环，都必须是多人合作完成，无论哪个环节出问题，都有可能发生意外。5.作业条件复杂多变在车间内，地面设备多，人员集中;在室外，受气候、气象条件和场地限制的影响，特别是流动式起重机还涉及到地形和周围环境等多因素的影响。6.暴露的、活动的零部件较多在起重作业现
18、场，大量机构与作业人员直接接触(如吊钩，钢丝绳等)，容易对人身安全造成伤害。总之，重物在空间的吊运、起重机的多机构组合运动、庞大金属机构整机移动性，以及大范围、多环节的群体运作，使起重作业的安全问题尤为突出 1。1.2 起重运输机械的发展趋势从 20 世纪后期开始，国际上龙式起重机的生产向大型化、多功能化、专用化和自动化的方向发展 5。重点产品大型化，高速化和专用化由于工业生产规模不断扩大，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
19、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。系列产品模块化、组合化和标准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，有相同联接要素以及可互换的标准模块，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。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4 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
20、本下降 45，经济效益十分可观。所有部件都可实现大规模生产，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。通用产品小型化、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，也可命名整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。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 1-80 吨，工作级别 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
21、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 3 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 10t，跨度 22.5m，通用双梁桥式
22、起重机自重 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 920mm，降低了 104，起重机宽度 2980mm，外形尺寸减少了100%。产品性能自动化、智能化和数字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、
