5t门式起重机起升结构设计解析Word文档格式.docx
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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
Abstract
Withtheintegratedtransportofmaterialsandequipment,theroleofgantrycranesystemsinthetransportlinkshasbeencontinuouslyimproved.Tomeettheneedsofthemarket,thegantrycranesystemsisbecomingmorelarge,highspeed,modularity,automation,andintelligent.Inordertoreducecostsoflogistics,theuserneedhighperformaneeofgantrycranesystems,suchaslightweight,rigid,automationandalargeoperatingspace,andrequirecranecarandtruckoperationstobehigh-speed,highefficiency.Inthecranemanufacturingindustry,tooccupyhighground,manymanufacturersofgantrycraneadoptadvaneedtechnology,modulardesign,soastomeetneedsofcustomerandreducemanufacturingcostatthegreatestextent.
Thisarticleaimstothedesignofthegantrycranessystemsandtheoverallstability,especiallyforthedesignandcalculationofliftingmechanism.Indrawing,wedonotonlycompletethemapoftotalmachinebyhand-draw,andalsousecomputertodrawthetotalplanofthehoistingmechanismandreelassembly.Thus,wecangetabetterunderstandingofthegantrycranedesign.
Thisarticlefocusesonthedesignofsteelwirerope,roller,motor,reducer,brake,couplingselection,atthesametime,makethecalibrationofmotorheating,startingandbrakingtime,theoverallstability.
Keywords:
Gantrycrane;
Overallstability;
Hoistingmechanismdesign
第一章绪论1
1.1弓I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
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，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25~65%
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
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。
DOME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。
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。
第二章整机总体方案的选型2.1参数设计
1起重量：
5t
2起升高度：
H=12m
3起升速度：
V=19m/min
4工作级别：
M5
5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、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构式构件和实腹式构件之间。
龙门起重机小车轨道在主梁上的布置位置有正轨、偏轨和小偏轨三种形式。
偏轨箱型梁的小车轨道位于主腹板之上，优点在于省去了正轨箱型的小车轨道位于主腹板之上，优点在于省去了正轨箱型梁为支承轨道而设置的短横向加劲板，从而也省去了大量焊缝，减少了制造过程的焊接变形，发挥了箱型结构固有的抗扭特性。
但是为了能在主腹板上方安置轨道和压板，须使上翼缘板的悬伸宽度加大，因而增加了为保证悬伸部分局部稳定性而设置的三角劲板。
小偏轨梁既省去
了短的横向加劲板，又取消了三角劲板，是一种较好的结构形式。
近年出现的偏轨箱形梁较成功的解决中轨箱形梁上翼板局部弯曲的问题。
轨
道完全偏在主梁的一侧腹板上时称全偏轨。
尽管它具有自重大，主梁易下挠，桥架水平较差，箱形内部施焊条件差，上翼板与腹板之间连接焊缝寿命低，上翼板与横向加劲杆之间的焊缝易开裂等缺点。
但是它同型钢，桁架式结构比较具有制造工艺简单，组装方便，通用性强，便于自动焊，抗扭刚度等优点。
2.3.2金属结构的连接
金属机构的连接方法有，焊接连接、铆接连接和螺栓连接，其中比较成熟和完善的是焊接连接。
他与其他连接方法比较起来，不但具有省工、省料、易于机械化和自动化施工，而且能简化结构的构造，减轻结构自重，因此焊接一是金属结构中最主要，最普遍的连接方法。
它的缺点主要是由于焊接局部加热会影响到焊接部位的力学性质，导致材料的性能下降。
而且焊缝的质量检验也是比较费事。
铆钉连接是很早就使用的方法。
由于它制造费工，用料多，自重大，而且钉孔削弱了构件的截面，是构件在受拉时降低了承载能力，因此，目前已逐步被焊接所代替，在起重机金属结构制造中基本上已被淘汰。
螺栓连接是一种可拆卸的连接方法。
由于它具有装配方便、迅速、质量可靠的优点，因此它主要用于结构安装连接，或者用于需要经常转移工作地点的可拆卸式结构中。
其中螺栓连接又分为普通螺栓连接和高强度螺栓连接。
由于高强度
螺栓连接减轻了螺栓连接中钉孔对构件的削弱影响，较精制普通螺栓连接装配更方便和迅速，而且接头的承载能力比同样尺寸的铆接连接和普通螺栓连接连接更高，工作又更可靠。
2.4起升机构方案设计
起升机构用来实现物料垂直升降，是任何起重机不可缺少的部分，因而是起重机最主要、也是最基本的机构。
起升机构的安全状态，是防止起重事故的关键，将直接地关系到起重作业的安全。
2.4.1起升机构组成
起升机构由驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置、制动器及其他安全
装置等组成，不同种类的起重机需配备不同的取物装置，其驱动装置亦有不同,但布置方式基本上相同。
典型起升机构平面布置见图2-1o
654
图2-1起升机构传动简图
1-电动机2-联轴器3-制动器4-减速器5-联轴器6-卷筒
7-钢丝绳8-吊钩滑轮组9-上升极限位置限制器
1、驱动装置，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。
由于可以容易获得电能，操纵简单，维护容易，机组重量轻和工作可靠，在大型的工程起重机中光分采用直流电动机驱动。
液压驱动可以实现大传动比.
可以实现大范围的无级调速，机构紧凑，运行平稳，操作方便，过载保护性能好。
目前正得到越来越广泛的应用。
流动式起重机，如汽车起重机、轮胎起重机等，以内燃机为原动力，传动与操纵系统比较复杂。
目前大有被液压驱动代替的势头。
2、传动装置，包括减速器、联轴器和传动轴。
减速器常用封闭式的卧式标准两级或三级圆柱齿轮减速器，起重量较大者由于起升速度相对较慢，减速器的传动比较大，所以有时增加一对开式齿轮以获得低速大力矩。
为补偿吊载后小车架的弹性变形给机构工作可靠性带来的影响，通常采用有补偿性能的弹性柱销联轴器或齿轮联轴器，有些起升机构还采用浮动轴，也称补偿轴，来提高补偿能力、方便布置并降低磨损。
3、卷绕系统，它是传动系统的一部分，有挠性元件（钢丝绳或链条）、导向和贮存元件（滑轮和卷筒）组成。
它将旋转运动改变成直线运动，起着运动形式的转换和能量的传递作用。
桥架类型起重机采用双联滑轮组，单联滑轮组一般用于臂架类型起重机。
本文设计的龙门起重机采用双联滑轮组。
4、取物装置，它是根据被吊物料的种类、形态不同，采用不同种类的取物装置。
取物装置种类繁多，使用量最大的是吊钩。
5、制动器及安全装置，制动器室保证起重机安全的重要部件，其升级股的每一套独立的驱动装置至少要装设一个支持制动器。
制动器既是机构工作的控制装置，又是安全装置。
起升机构的制动器必须是常闭式的。
一般起重机的起升机构只装配一个制动器，通常装在高速轴上（也有装在与卷筒相连的低速轴上）。
制动器经常利用联轴器的一个半体兼作制动轮，即使联轴器损坏，制动器仍能起安全保护作用。
电动机驱动的起重机常用块式制动器，流动式起重机采用带式制动器，近几年采用了盘式制动器。
此外，起升机构还配备起重量限制器、上升极限位置限制器、排绳器（可以
将绳整齐的排好）等安全装置。
2.4.2起升机构的工作原理
电动机通过联轴器（和传动轴）与减速器的高速轴相连，减速器的低速轴带动卷筒，吊钩等取物装置与卷绕在卷筒上的省力钢丝绳滑轮组连接起来。
当电动
机正反两个方向的运动传递给卷筒时，通过卷筒不同方向的旋转将钢丝绳卷入或放出，从而使吊钩与吊挂在其上的物料实现升降运动，这样，将电动机输入的旋转运动转化为吊钩的垂直上下的直线运动。
常闭式制动器在通电时松闸，使机构运转，在失电情况下制动，使吊钩连同货物停止升降，并在指定位置上保持静止状态。
当滑轮组升到最高极限位置时，上升极限位置限制器被触碰面动作，使吊钩停止上升。
当吊载接近额定起重量时，起重量限制器及时检测出来，并给予显示，同时发出警示信号，一旦超过额定值及时切断电源，使起升机构停止运行，以保证安全。
2.5大车运行机构2.5.1运行机构的组成
运行机构是使起重机或起重小车作水平直线运动的机构。
工作性运行机构主
要用于水平运移物品，非工作性运行机构只是用来调整起重机（小车）的工作位置。
在专门铺设的轨道上运行的称为有轨运行机构，其突出特点是负载大，运行阻力小，但作业范围受轨道限制，无轨运行机构采用轮胎或履带，可以在普通道路上行走，其良好的机动性扩大了起重作业的选择范围。
起重机运行机构由驱动装置、运行支承装置和安全装置组成。
1、运行驱动装置
运行驱动装置包括原动机、传动装置（传动轴、联轴器和减速器等）
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