桥式起重机小车及大车运行机构设计机械专业毕业设计资料.docx

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桥式起重机小车及大车运行机构设计机械专业毕业设计资料

毕业设计

32/5t桥式起重机小车及大车运行机构设计

毕业设计任务书

32/5t桥式起重机小车及大车机构设计

题目名称：

32/5t桥式起重机小车及大车运行机构设计

任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）

任务内容（包括内容、计划、时间安排、完成工作量与水平具体要求）

具体任务

1通过调研了解小车起升机构、小车河大车运行机构和国家标准

2结合标准手册及文献进行各零部件的选择计算，设计卷筒，车轮轴等重要零件，进行小车的结构布置。

3对各零件进行校核，并设计大车运行机构及其安装。

4用CAD绘制设计好的小车及大车机构的各零部件的二维工程图纸以及装配图。

5完成设计说明书。

二时间安排

1.2012年11月〜12月调研、撰写开题报告

2.2013年1月〜3月毕业实习，熟悉软件开发环境，确定设计方案

3.2013年3月〜4月设计小车整体零件选择及布置，确定各组成部分的参数和尺寸。

4.2013年4月〜5月对各零部件进行图纸的绘制，并导出整体装配图。

5.2013年6月完成设计说明书，撰写毕业论文，准备答辩。

3.完成工作量

1）毕业实习报告、开题报告一份。

2）32/5t桥式起重机小车及大车运行机构设计及其设计图。

3）设计说明书一份。

4.水平具体要求：

1）综合运用所学的知识解决实际工程设计和实验研究课题；

2）能独立设计计算、分析、绘图、实验数据处理撰写技术报告；

3）掌握工程技术设计和科学研究的基本方法，学会调查研究，查阅技术文献、资料、手册工具书等。

4）对总体方案设计及研究的确定与实施，确定主要系统和主要部件的设计依据。

其中：

参考文献篇数：

10篇以上

说明书字数：

6000字以上

图纸张数：

折合A0图纸3张，其中至少1张装配图

专业负责人意见

签名:

32/5t桥式起重机小车及大车机构设计

摘要

桥式起重机是一种工作效率较高，性能稳定的常用起重机。

桥式起重机的使用提高了工厂，矿山等工作环境的机械化程度。

本次设计结合生产实践并参阅了众多的相关书籍，介绍了32/5t标准桥式起重机的主要结构组成以及在生产中是如何进行工作的；论述了国内外桥式起重机的最新动态和研发成果。

按照现有的设计理论进行了方案设计。

主要做了桥式起重机中的提升机构、小车行走机构和大车行走机构等方面的设计计算和校核。

大体内容包含起升机构和行走机构的传动方案，零部件的空间位置分布，起升机构中卷筒，钢丝绳，滑轮组和吊钩组的设计以及运行机构中车轮和运行轨道的设计。

选择并校核了如联轴器、减速器、电动机、传动轴等重要零部件的工作性能。

关键词桥式起重机起升机构大车运行机构小车运行机构

32/5tbridgecraneliftingandtravellingmechanismdesign

Abstract

Bridgecraneisakindofcommoncraneswhichhavehighefficiencyandstableperformance.Theuseofbridgecraneimprovedthedegreeofmechanizationinfactories,minesandotherworkenviionments.Thedesignintroduced32/5tstandardbridgecranesandthemainstmcturalcomponentandtheii*waytoworkintheproduction;discussesthelatestdevelopmentsathomeandabroadofbridgecraneandR&Dresultsbycombinedproductionpracticeandrefertoalargenumberofbooks.Maketheprogiamdesigninaccordancewiththeexistingdesigntheory.Mainlycarriedoutthedesignandcalculationsofthehoistingmechanism,cranetiolleyandtravellingmechanism'soperatingmechanisminthebridgecrane.Generallycontainsthetransmissionschemeofhoistingmechanismandoperatingmechanism,thedistributionofpositionoftheparts,thedrumofliftingmechanism,wirerope,pulleyandhookblockdesignandthedesignofthewheelsandninningtrackintheworkingmechanism.Selectedandcheckedthepartslikecoupling,reducer,motor,driveshaftsandotherimportantpaitsofthejobperformance.

KeywordsBridgecranehoistingmechanismciaiietiavelingmecliaiiismcartmechanism

摘要

Abstract

1前育1

1.1概述1

1.2起重机械的工作特点1

1.3国外桥式起重机发展动向1

1.4国内桥式起重机发展动向2

2起升机构设计3

2.1主要工作参数3

2.2主起升机构的计算3

2.2.1确定起升机构的传动方案3

2.2.2钢丝绳的选择4

2.2.3滑轮的计算和选择6

2.2.4卷筒的计算选择及强度验算6

2.2.5电动机的选择8

2.2.6电动机的发热和过载校验9

2.2.7减速器的选择9

2.2.8实际起升速度及所需功率计算10

2.2.9校验减速器输出轴强度10

2.2.10制动器的选择11

2.2.11联轴器的选择11

2.2.12验算启动时间12

2.2.13验算制动时间12

2.2.14高速浮动轴计算12

3小车运行机构设计14

3.1机构传动方案设计14

3.1.1选择车轮与轨道并验算强度14

3.1.2计算运行阻力15

3.1.3计算选择电动机16

3.1.4计算选择减速器16

3.1.5验算运行机构速度和实际功率17

3.1.6验算启动时间17

3.1.7按启动工况校核减速器功率18

3.1.8选择制动器18

3.1.9选择联轴器18

3.1.10验算低速浮动轴强度19

4大车运行机构计算21

4.1机构传动方案设计21

4.2车轮与轨道的选择及校验21

4.3运行阻力的计算23

4.4电动机的选择23

4.5减速器的选择24

4.6验算运行速度和实际所需功率24

4.7验算启动时间24

4.8启动工况下校核减速器功率25

4.9验算启动不打滑条件26

4.10选择制动器27

4.11选择联轴器27

4.12浮动轴强度的验算28

4.13缓冲器选择29

结论31

參考文献32

致谢错误!

未定义书签。

1前肓

1前言

1.1概述

桥式起重机是在架设好的桥架上沿轨道运行的一种起重机，又称天车。

桥式起重机通过桥架和大车上的轨道在工厂空间内进行X轴和Y轴的运动，并通过起升机带动吊钩进行Z轴的运动。

使得工作范围能够覆盖整个工作区间。

它具有承载能力大，工作可靠性高，制造工艺相对简单等优点。

桥式起重机有简易梁桥式起重机、普通桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。

普通桥式起重机一般分为起重小车、桥架走行机构、桥架四个组成部分。

其中起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分构成。

桥式起重机的起升机构由电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组组成。

卷筒经由减速器被电动机驱动，使钢丝绳在卷筒上卷动，从而实现拉升和降下的功能。

小车架是即起升机构的机架。

起重机的大车走行机构的传动方式一般来讲可分为集中传动和分别传动两种：

前者指的是只用一台电动机直接通过一根传动轴驱动两侧的车轮运动，后者指用两台电动机分别驱动左右两个车轮，通常常用跨度的桥式起重机（10.5-32M）普遍釆用分别传动的方式。

桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。

单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。

本文主要设计研究吊钩箱型双梁桥式起重机上的起升机构和小车及大车运行机构。

起重机的产品型号表示为：

类、组、型代号特征代号主参数代号更新代号

例如：

QD32/5桥式起重机表示为，吊钩桥式起重机，主钩32t,副钩5t。

1.2起重机械的工作特点

（1）通用起重机的体积通常都很庞大，并且机械结构复杂，能完成水平方向的移动和起降功能。

桥式起重机能同时进行包括升降在内的三个运动，在工作时，一般都需要起重机向各个方向同时进行运动，需要分别操作，对工作人员技术要求较高。

（2）吊运的重物多种多样，导致所受载荷的变化。

有的重物重量较重，有的重物外形结构复杂，很难稳定的吊在吊钩上，在起吊移动过程中也很难保持平衡，还有各种特殊状态的物品、例如易燃易爆危险的物料等，使吊运过程复杂而危险。

（3）大多数起重机械由于工作覆盖范围广的需求，有着很大的工作运动空间，一旦出现事故将会造成很严重的影响。

（4）有些起重机械负责升降搭载的工作人员进行高空作业，如消防车上的升降台，因此这类起重机械的安全性能直接影响工作人员的人身安全。

（5）起重机械中参与运动的部件有很多，而且几乎都是直接暴露的，吊运工作人员在工作中不可避免的要与这些部件发生接触，因此存在着很多的危险因素。

（6）工作环境复杂。

起重机被广泛应用于各种场所，包括很多高温高压、强磁场、易燃易爆等恶劣环境；，对设备和作业人员形成威胁。

1.3国外桥式起畫机发展动向

（1）重点产品大型化，高速化和专用化。

随着工业生产规模的扩大，工厂车间布局的改变以及空间的扩大，生产中的物料搬

桥式起重机小车及大车运行机构设计

运转移需求大量增加，加上现在对高生产效率的要求，使得现代的起重机械必须向着大起重量、高运行速度以及专用化的方向发展。

起重量和运行速度的提高无疑会提高起重机械的运行成本，因此对新型起重机的高效率、低耗能和高可靠性又有了新的要求。

[7]目前世界上己生产出了最大起重量为3000t的履带式起重机，最大的桥式起重机起重量为1200t,集装箱岸连装卸桥小车的最大运行速度己达350m/min,堆垛起重机最大运行速度240m/min,垃圾处理用起重机的起升速度达100m/min。

（2）系列产品模块化、组合化和标准化

以往的起重机设计通常釆用整机设计的方法，需要逐个的按照需求计算选择并校核零部件，模块化就是指将起重机上各种具有相同功能，不同规格需要配合使用的零部件组合在一起，设计出各种参数，标准化，具有高互换性的通用功能模块，设计不同工作参数的起重机时，只要选择合适的模块进行组装即可，以此实现不同规格不同类型起重机的设计。

（3）通用产品小型化、轻型化和多样化

在通用场合使用的，工作通常并不繁重并且对工作性能要求较小的起重机，应考虑整体经济效益，可以通过降低其机构复杂程度，精简零部件来减小整机重量和轮压。

也可以釆用新型材料来降低使机构轻型化。

（4）产品性能自动化、智能化和数字化

当前起重机的机构设计己经较为完善，新型起重机技术的升级和新进展更多的依赖于电气传动与控制技术的进步，提高机电一体化程度，将传统机械与电气技术结合起来，釆用先进的计算机控制技术、液压驱动等技术实现起重机械的自动化、精密化。

新型的高效起重机电气控制装置己逐渐向电子数字化过渡。

（5）产品组合成套化、集成化和柔性化

集成化就是指将起重运输机械联系在一起，形成起重运输系统，健全整体的工作系统，进行统一控制，能够更好地配合生产，提高生产效率。

（6）产品构造新型化、美观化和实用化

将新型高强度合金钢新材料应用在起重机的设计中，并且在进行结构设计时考虑利用薄壁型材和异性钢，尽量减少传统起重机桥架的焊接拼接部分，这样能够有效的避免应力集中，提高机构抗疲劳性能，改善受力状况并减轻自身重量。

1.4国内桥式起重机发展动向

随着世界经济一体化进程的加快，国内的机械行业与国外相比，竞争力有一定的差距，但这也让我国很多企业认识到了自身的弱点，这必将促使我国机械行业科技和应用的进步和突破的产生。

随着国外先进技术的引进消化和吸收，国内工程机械产品近几年来取得了很大的进步，产品性能、可靠性、外观都有较大幅度的提高，但与国外的工程机械水平相比，还存在较大差距，在工程起重机方面来看，今后的发展将以以下几个方向为重点：

（1）整机性能：

釆用先进技术及新型材料来降低机构整体重量，同种型号的产品在改进后重量要轻百分之20左右。

通过改进结构分析方法和釆用更先进的设备，使机构的结构更加合理；

（2）起重机的配套零部件呼唤性更高，使设计更加方便更加系统化，设计人员的选择范围更大，零部件可靠性的提高；

（3）电液比例控制系统和智能控制显示系统的推广应用；

（4）更加的便于工作人员操作，安全性更高，更加的人性化，有足够的安全保险装置；

（5）向吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展。

2起升机构设计

2起升机构设计

2.1主要工作参数

本次设计的桥式起重机为标准最大起重系列（ISO2374：

1983）中的32t,可用于工厂，矿山等多种场合，机构工作级别为中级M5。

在起吊较轻物品时，用主起重钩会浪费起重功率及时间，故配合5t副起重钩使用。

查《起重机设计手册》川表1-1-2,3-50t电动桥式起重机起升高度为主钩12或16m,副钩14或18m。

本次设计选用16、18m起升高度。

起升速度在工作级别高时选较低速度，故本次设计中主起升选用7.5m/min起升速度，副起升机构速度选定为19.5m/min。

2.2主起升机构的计算

2.2.1确定起升机构的传动方案

起重机的主要功能是起吊重物，这项功能的实现靠的是起重机上搭载的起升机构，因此起升机构是起重机上最重要的组成部分，起升机构的方案设计将直接影响起重机的工作性能，因此尤为重要。

起升机构主要由驱动装置，传动装置，卷筒，滑轮组，取物装置和制动装置组成。

起升机构总体布置在很大程度上决定于传动的形式。

起升机构的传动形式和大车走行机构同样一般分为两种，一种是集中传动即主起升和副起升机构都由一台电动机带动，另一种是分别传动，即主副起升机构分别由一个电动机带动。

由于分别驱动布置方便，安装和检修容易，因此现代各类起重机尤其是靠电动机驱动的起重机主要采用这种驱动形式。

按照此次设计要求，选择分别驱动。

图2-1起升机构驱动装置整体布置简图。

主起升机构和副起升机构。

图2-1起升机构驱动装置整体布置简图

图2-2所示为由电动机驱动的起升机机构简图:

桥式起重机小车及大车运行机构设计

图2-2起升机构简图

在电动机与减速器轴不直接用联轴器连接，选用一根中间轴。

一端联用半齿联轴器与电动机相连接，另一端选用带制动器的半齿联轴器连接减速器。

这种没有底部支座直接由两端联轴器连接的中间轴叫做浮动轴。

采用浮动轴可以容许有较大的安装误差，并且装卸维修方便。

图2-3为主起升机构驱动装置简图。

图2-3主起升机构驱动装置布置简图

2.2.2钢丝绳的选择

本次设计的起重机的额定起重量Q=32to

查《起重机设计手册》闪表3-2-8,选择桥式起重机中常用的双联滑轮组。

倍率为斤=4,承载绳的分支数z=2ih=So

当滑轮组釆用滚动轴承时，按几=4查《起重机设计手册》【）】表3-2-11,得钢丝绳滑轮组效率％=0.97。

钢丝绳缠绕方式如图22所示

2起升机构设计

图2-432t主起升机构钢丝绳缠绕简图

（1）钢丝绳所受最大静拉力:

（32+0.847）xl0-=423xl（）4yv2x4x0.97

式中Q一一额定起重量，Q=32t；

G。

一一为吊钩组重量，查《起重机课程设计》⑷附表9选择图号为人362.1509的吊钩组。

吊钩组重量60=847^,两滑轮间距102mm；

ih滑轮组倍率，几=4；

）lh——滑轮组效率，久=0.97。

（2）钢丝绳的选择：

由《起重运输机械》⑷表2-2选择圆股线接触钢丝绳6W（19）GB1102-74o

选择钢丝绳的破断拉力应满足Smax（2.1）

n

式中Sm號——钢丝绳工作时所受的最大拉力（N）；

Sb—钢丝绳规范中钢丝破断拉力的总和（N）；

申——钢丝绳判断拉力换算系数。

根据本设计选用的绳6W（19）的钢丝绳，查《起重运输机械》⑷表2-3查得

（p=0.85；

n——钢丝绳安全系数。

查《起重机设计手册》山表3-1-2,该起重机的机构工作级别为M5,故11=5.0。

由上式可得

k50

S,>-.Smax=^x4.23xio4=24.8X104^=25x104A^&cpmax0.85

查《起重机设计手册》“表3-1-6确定选用钢丝绳6x19,其公称抗拉强度为1850N/〃问',直径d=20.0加加，其钢丝破段拉力总和为27.95xl04^,标记如下：

桥式起重机小车及大车运行机构设计

钢丝绳6x（19）—20.0—1850—I—光一右交（GB1102—74）。

2.2.3滑轮的计算和选择

根据《起重机设计手册》⑴滑轮结构尺寸应按钢丝绳直径进行选定，计算公式为Do>-1）=20x（20-1）=380nvn（2.2）

式中£=20由《起重机设计手册》⑴表321查得

查《起重机课程设计》⑷附表2,该滑轮轴上并列4个滑轮，故选择滑轮直径Do=560/who在桥式起重机上为减少钢丝绳的疲劳和损坏，平衡滑轮直径宜取与工作滑轮直径相同。

查《机械设计手册》㈢表8-1-66,由钢丝绳直径d=20nmi查得对应绳槽断面尺寸，如图2・5。

图2-5滑轮绳槽断面尺寸

查《机械设计手册》㈢表8-1-67C,由绳槽断面尺寸，选择滑轮轴承6224。

查《机械设计手册》㈢表8-1-68,由滑轮轴承尺寸，选择轮毂尺寸。

所选滑轮：

滑轮E20x630120JB/T9005.3

2.2.4卷筒的计算选择及强度验算

工作级别M5以上的机构为避免钢丝绳磨损加快，多选用铸造单层缠绕卷筒。

2.2.4.1卷筒直径的选择

由公式：

1）=20x（18-1）=340mm（2.3）

其中e为筒绳直径比，由《起重机设计手册》山表3-3-2查得，机构工作级别为M5时取e=18od为所选钢丝绳的直径，d=20ninio

查《机械设计手册》㈢表8-1-58取卷筒的直径为D=630ninio

2・2・4・2卷筒绳槽尺寸的计算

绳槽分标准槽和深槽两种。

本次设计的起重机工作条件正常无脱槽危险，所以选用

2起升机构设计

标准绳槽尺寸。

査《起重机设计手册》山表3-3-1,得绳槽半径R=（0.53-0.56）^=10.6-11.2mm

绳槽深度h=（0.25~0.4）d=5〜8mm（标准槽）

绳槽节距p=d+（2〜4）inni=22mm

卷筒计算直径：

D0=D+d=650mm

2.2.4.3卷筒尺寸计算及其强度校核

卷筒上有螺旋槽部分的长度：

厶o=（"m』+z"=（_"x4——2）x22=733.86/w/w（2.4）

0O03.14x650

上式中为最大起升高度=16加；z>1.5为固定钢绳的安全圈数，取z=2。

乙一一卷筒上没有绳槽部分的尺寸，由布置结构要求选取，取厶=300〃奶厶固定绳尾所需长度，L?

a3p=66加1；

中间光滑部分长度，Lg=50mm

Do——卷筒的计算直径，I）。

=D+d=630+20=650w/n

单层缠绕所以选择双联卷筒，卷筒的总长度：

L=2（厶，+厶+L2）+Lg=2x（733.86+300+66）+50=2237.72加加（2.5）

取L=2300inm,卷筒材料初步釆用HT200灰铸铁GB/T9439-1988,抗拉强度极限aL=195MP,抗压ay=3（tl=585MP。

其壁厚可按经验公式确定5=0.02D+（6〜10）=1&6〜22.6mm，取5=20mm。

卷筒壁的压应力演算，参照图2-6：

桥式起重机小车及大车运行机构设计

J=菁=赛茅=96.畔仏为钢丝绳所受最大拉力（2.6）

由于卷筒厶〉3D,所以还应计算由弯矩产生的拉应力，扭转应力很小，一般可忽略不计:

卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中央时：

必口號=SmJ=Sm点气如）=42300x300=423OOOOON•mm

卷筒断面系数：

w=0.1X"-D：

=0］X0.63—%=°眦加加3（2.7）

D0.63

式中：

D卷筒外径，D=400nini=0.4m；

Dj——卷筒内径，°=0—25=0.364加。

合成应力：

a39

o-Q=（rf+显9皿=7.05+x96.59=34.44MP（2.8）

H7137.65

其中许用拉应力［几=牛=罟=39MP

所以，碍＜0L，卷筒强度演算通过。

故选定卷筒直径D=630mm,长度

L=2300^77/77o卷筒槽形的槽底半径r=1bmn,槽矩p=22加〃7,起升高度H=16m,倍

率111=4；靠近减速器一端的卷筒槽向为左的A型卷筒，标记为:

卷筒A630x2300—12x22-16x4左侈90062—1999

2.2.4.4卷筒转速计算

叫7.5x4AAn,

ni=——==14.7r/mui

加。

3.14x0.65

2.2.5电动机的选择

起升机构静功率：

=（0+"，卫2+0.96）x1075=48.47/CIV（2.9）

71000x60〃1000x60x0.85

式中77——起升机构的总效率，一般4=0.8〜0.9,取77=0.85；

电动机计算功率：

22GP/=0.8x48.47=38.77KW

式中G为稳态负载系数，由《起重机设计手册》【"表2-2-5,2-2-6查得G=0.8o

由《起重机设计手册》山表5-1-41查得主起升机构JC=25%,CZ=150。

桥式起重机小车及大车运行机构设计

2.2.8实际起升速度及所需功率计算

实际起升速度为：

V=x7.5=7.32加/min

i50

并要求起升速度偏差应小于15%.