完整版建筑外墙单人作业简易吊篮设计毕业设计.docx
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完整版建筑外墙单人作业简易吊篮设计毕业设计
毕业设计论文
建筑外墙单人作业简易吊篮设计
摘要
随着现代科学技术的迅速发展，工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大。
许多起重机是成系列成批量的产品，采用系统多目标整体优化方法进行起重机系列设计已成为发展重点，通过全面考虑性能、成本、工艺、生产管理、制造批量和使用维护等多种因素对系列主参数进行合理匹配，以达到改善整机性能，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。
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。
由于提高了通用化程度，可使单件小批生产的产品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，降低制造成本。
能以较少的模块形式，组合成多品种多规格的起重机，满足市场需求，增加竞争能力。
有相当批量的起重机是在一般的车间仓库使用，要求并不很高，工作并不十分繁重。
如何提高这些起重机的适用性，降低制造成本，是市场竞争能否获胜的关键。
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，也可使整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价和使用维护费用。
因此电动葫芦桥式起重机和轻型梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位一般用途桥式起重机。
用户的需求性促进了起重机的多样性。
起重机的系列参数范围进一步扩大，功能选择进一步增加，一机多用产品进一步得到发展，以增强应变能力。
在一般使用场合采用无线遥控操作的比例也将逐步增多
关键词：
起重机，模块化设计，适用性，无线遥控
Buildingexteriorwallsinglesimpleoperation
ABSTRACT
Withrapiddevelopmentofmodernscienceandtechnology,magnificationofindustrialproductionscaleandimprovementofautomationlevel,applicationofcranesisbecomingwidespreadanditsfunctionisobvious.Mostcranesareproducedbyseriesandbatch,thususeofsystematicmulti-objectionsentireoptimizationtodesignseriesofcranesdevelopment.Throughrationalmatchingofseriesmainparameter,itsfunctionscanbeimproved,manufacturingcostcanbereduced,anddegreeofgeneralpurposecanberaised.Uselessspecificationsparepartstocomposeseriesproductionwithmulti-speciesandmulti-specifications.Andthus,therequirementsofcustomerscanbefullysatisfied.
Byusingmodularizeddesigninsteadofconservativeentiredesign,wecanmakecomponentswithsimilarfunctionsintostandardmoduleswhichofdifferentmodules,wecanmakedifferentkindsandspecificationsofcranes.Thereareonlyseveralmodulesinvolvedwhenitcomestocraneimprovement.Todesignanewstyleofcrane,allthatyoudoistochoosedifferentmodulestorecompose.Becauseofimprovementindegreeofgeneralpurpose,singleproductswithsmallserialproductioncantransformintomoduleproductionofprettygreatbatches.Asaresult,wecanachievespecializationproductionwithsatisfymarketingdemandsandincreasecompetitivecapacitybycomposingcranesofvariousseriesandspecificationsusinglessmodularizedforms.
Therearequiteanumberofcranesusedingeneralworkshopandstorehouse,andthustheyofthesecranesandtocutmanufacturingcostiscriticaltowininthemarketingcompetition.Consideringcomprehensivebenefit,theneedtodecreasethealsodecreasestructure’sstructurecompositionandreducecostofproducingandmaintenance.Sotherewillbefastdevelopmentofelectriccalabashbridgeandlightbeamcranes,andbridgecranesforgeneralpurposeswillbereplacedbythem.
Theneedsofcustomersadvancediversityofcranes.Seriesparameterscaleofcranesexpandingandfunctionsenlarging,productofonemachineforseveraluseswillobtainfurtherdevelopmenttoincreasecapacityofdealingwithemergencies.Theproportionofusingwirelessremotecontrolundernormalconditionswillincrease.
Keywords:
cranes，modularizeddesign，application，wirelessremotecontrol.
前言
毕业设计是大学期间最后的一门课程，是实现培养目标的重要教学环节，是培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神的重要过程。
毕业设计用时两个月，在培养大学生探求真理、强化社会意识、进行科学研究基本训练、提高综合实践能力与素质等方面，具有不可替代的作用，也是教育与生产劳动和社会实践相结合的重要体现。
毕业设计第一使学生进一步巩固和加深对所学的基础理论、基本能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化。
培养学生的独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题的能力，尤其注重培养学生开发创造能力和独立获取新知识的能力。
第二使学生初步掌握科学研究的基本方法，获得从事系统科学研究的初步训练，注重科学能力和素质的培养。
在实际工程设计中，学生可以得到所学过的理论基础，技术基础等全面的训练，为将来做好机械设计工程师的工作提供全面的锻炼机会。
我们一组的毕业设计大部分人的题目是结合老师的具体研制项目设立的，我的外墙简易吊篮是今年才有的题目，以在网上查到的设备为参考，结合自己所学知识，在老师和同学的指导和帮助下，查阅许多相关手册，最终设计出了建筑外墙单人作业简易吊篮设计。
在现在洛阳等城市，建筑后期的小型维护并不需要大型团队的参与，所以我的工作是将现在市场上的高处作业吊篮进行进一步简化，使其能达到夫妻两人操作，或一人操作的情况，理论上是电机在吊篮上，绳静止，电机驱动吊篮沿着钢丝绳上下运动。
设计立足于小型化，简易化的通用小批量吊篮的设计，对于实践应用具有一定参考价值。
在杨丙乾老师的指导下，我一边查资料、计算、绘图，一边观察实习。
其间曾经遇到很多问题，如机构的安全问题等等，但在杨丙乾老师和同学们的帮助下，经过自己的努力，问题一个一个得到了解决。
不过由于是仓促设计，所以机构的平衡性绕组问题没有解决，虽然达到了毕业设计的目的，但是这个问题的存在让这次设计变得虎头蛇尾，十分遗憾。
本次设计得到了学校、图书馆、老师、同学们的大力支持，在此表示衷心的感谢。
限于本人水平和经验有限，再加上时间仓促，难免有疏漏和不妥的地方，敬请广大老师和同学批评指正。
谢谢！
第一章高处作业吊篮概述
随着我国建筑业的发展，住宅建筑、高层建筑越来越多，外墙涂层、装饰以及物业管理清洗所需的高处作业吊篮已经被广大用户所采用。
租赁高处作业吊篮的市场正在我国城乡建设市场逐步形成。
用吊篮取代传统的脚手架和大绳高空作业省时，省功、省费用，且移动方便，适用、安全，大大减轻了工人劳动强度，提高了施工进度。
据统计，使用吊篮施工，其施工费用仅
是脚手架的70%，生产率是脚手架的三倍。
悬挂机构架设于建筑物或构筑物上，提升机驱动悬吊平台通过钢丝绳沿立面上下运动的一种非常设悬挂设备。
高空作业吊篮是用特制钢丝绳从建筑物上，通过悬挂机构，在爬升式提升机的作用下，使悬挂吊篮沿立面上下移动的一种比较特殊的建筑施工用工机械。
吊篮悬挂机构是架设于建筑物或构筑物上，通过钢丝绳悬挂悬吊平台的机构。
一般为两种：
悬臂梁型悬挂机构、女儿墙夹钳型悬挂机构。
悬挂机构所有结构件表面热浸镀锌处理,使用寿命长，安全可靠，保养方便。
特殊的设计和制造可满足您的特殊要求
吊篮主要由悬吊平台、悬挂机构，提升机，安全锁，工作钢丝绳，安全钢丝绳和电气控制系统组成。
我国的高处作业吊篮设计进入了一个成熟的发展阶段，但是，现在市场上的吊篮供应虽然基本成熟，但在简易性上仍是不能满足单人操作，所以，我们的研究是将吊篮进一步简易化，理论上是能达到夫妻两人操作，或一人操作的情况，使在任何地方都能达到简易，省时，省功、省费用，且移动方便，适用的目的。
高处作业吊篮是由吊架演变发展而来的。
早在20世纪60年代，我国已在少数重点工程上使用吊架。
20世纪70年代初吊架应用面逐渐扩大。
20世纪80年代初期，吊架悬吊平台的驱动，由设置在建筑物上部的卷扬机滑轮组来完成，悬吊平台由型钢焊接组成，这就是早期的高处作业吊篮。
20世纪80年代中期，通过吸收国外高处作业吊篮的有关技术，开发出了高处作业吊篮专用升降机，增加了安全装置，进一步完善和提高了产品质量和安全性能。
随着高处作业吊篮的使用量日益增加，为了规范高处作业吊篮的设计，加工，生产，实验和使用，促进行业更好的发展，建设部于1992年至1993年间颁布了《高处作业吊篮》，《高处作业吊篮用安全锁》，《高处作业吊篮用升降机》，《高处作业吊篮性能实验方法》，《高处作业吊篮安全规则》等五部行业标准，对高处作业吊篮作了进一步的规范。
随着我国建筑业的发展，高层建筑的增多，高处作业吊篮的使用越来越普遍。
进入21世纪，高处作业吊篮制造业进入了一个高速发展时期。
据不完全统计，高处作业吊篮的专业制造厂家从1999年底只有20多家，到2008年底已经发展到近百家。
从高处作业吊篮的技术发展方面来看，新的产品层出不穷，新产品在操作便利性，使用可靠性等方面都有了提高，其发展趋势表现在以下几方面：
一，轻型化，采用铝合金悬吊平台及轻巧的提升机，安全锁，悬挂机构；二，安全装置标准化，按照规范要求配置齐全有效的安全装置；三，控制系统自动化，如悬吊平台自动调平装置，多点精确限载装置，工作状态自动显示与故障自动报警装置等。
第二章传动结构的拟定
起重机的技术参数表征起重机的作业能力，是设计起重机的基本依据，起重机的主要技术参数有：
起重量，起升高度，机构的工作速度等等。
§2.1任务要求：
§2.1.1主要设计内容及计算项目
完成建筑外墙单人作业简易吊篮设计及相关计算。
§2.12设计参数或原始数据
承载：
300公斤，运动速度：
20mmin。
根据杨老师的要求，我的工作是将现在市场上的高处作业吊篮进行进一步简化，使其能达到夫妻两人操作，或一人操作的情况，理论上是电机在吊篮上，绳静止，电机驱动吊篮沿着钢丝绳上下运动。
§2.2注意事项
本着在安全的前提下尽量简易的原则，本次设计的建筑外墙简易吊篮在综合考虑后因达到以下几点要求：
一，采用一根绳作上下驱动用，除安全钢丝绳以外。
二，采取的驱动方式是绳在重锤的作用下垂直，然后依靠提升机沿着绳作上下运动，舍弃卷扬机。
三，像楼上的悬臂梁装置，要能拆卸，并且零部件一个人能够搬运。
四，一定要有自锁，采用涡轮蜗杆减速器进行驱动，并装上安全锁，施工人员要有安全绳。
五，吊篮上的装置要尽量简化体积，所以不采用联轴器，以免同轴度不好保证。
第3章钢丝绳和滑轮的选择
§3.1钢丝绳的选择
钢丝绳的选择包括钢丝绳的结构形式的选择和钢丝绳直径的确定。
在本设计中结构形式采用线接触钢丝绳，我们只进行钢丝绳直径的确定。
§3.1.1按选择系数C确定钢丝绳的直径d（mm）
（3-1）
式中：
c—选择系数（mm）；
S—钢丝绳的最大工作静拉力（N）。
起升机构钢丝绳最大工作静拉力为s=300kg×9.8Nkg=2940N。
破断拉力为F≥n×S=5×2940=14700N。
选择系数的取值与机构的工作级别有关，可根据所选钢丝绳的w,k和按下式（3-2）换算选择系数c，最后根据式（3-1）计算钢丝绳的直径。
（3-2）
式中n—安全系数，最小安全系数取5；
k—钢丝绳捻制折减系数，等于整绳破断拉力F与钢丝破断拉力总和∑t之比，k取0.82；
W—钢丝绳充满系数，W取0.46；
—钢丝的公称抗拉强度（），取1700。
由式（3-2）计算得==0.1
所以=5.422，取d=5.5mm
§3.1.2钢丝绳的校核
钢丝绳的受力检验：
我设计的电动吊篮选用的钢丝绳为Ø5.5，破断拉力不小于14.9KN。
吊篮系统的最大拉力G：
按照吊篮自重G1=100kg；
吊篮1人工作，取重G2=100kg;
额定承载物料重量G3=100kg;
吊篮工作时通过中端提升机中的一根钢丝绳将载荷传递给支架的吊杆，即一个吊点受力。
G=G1+G2+G3=300kg=2940N
所以，钢丝绳绝对安全。
§3.2滑轮的选择
滑轮用以支撑钢丝绳，并能改变钢丝绳的走向，平衡钢丝绳分支的拉力，组成滑轮组，达到省力或增速的目的。
承受负载不大的滑轮，结构尺寸较小（直径D<350mm），通常做成实体结构，用强度不低于HT200的材料制造。
滑轮的主要尺寸是滑轮直径D，轮毂宽度B和绳槽尺寸。
起重机常用铸造滑轮，其结构尺寸已标准化（ZBJ80006.1-87）。
滑轮结构尺寸可按钢丝绳直径进行选定。
工作滑轮直径D
（3-3）
式中D—按钢丝绳中心计算的滑轮直径（mm）；
e—轮绳直径比系数，与机构工作级别和钢丝绳的结构有关；
d—钢丝绳直径（mm）；
工作级别为M5，查表3-2-1有e取20，d为5.5mm，所以有
110mm
此为滑轮的最小直径，亦为压绳机构的轮盘最小直径。
第四章涡轮蜗杆减速器的计算
§4.1蜗轮蜗杆减速器的特点
蜗轮蜗杆减速器的特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速化，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。
但是一般体积较大，传动效率不高，精度不高。
蜗轮蜗杆减速器是以蜗杆为主动装置，实现传动和制动的一种机械装置。
当蜗杆作为传动装置时，在蜗轮蜗杆共同作用下，使机器运行起来，在此过程中蜗杆传动基本上克服了以往带传动的摩擦损耗；在蜗杆作为制动装置时，蜗轮，蜗杆的啮合，可使机器在运行时停下来，这个过程中蜗杆蜗轮的啮合静摩擦达到最大，可使运动中的机器在瞬间停止。
在工业生产中既节省了时间又增加了生产效率，而在工艺装备的机械减速装置，深受用户的美誉，是眼前当代工业装备实现大小扭矩，大速比，低噪音，高稳定机械减速传动独揽装置的最佳选择。
§4.2方案拟订
A箱体
（1）蜗轮蜗杆箱体内壁线的确定：
（2）轴承孔尺寸的确定；
（3）箱体的结构设计:
a.箱体壁厚及其结构尺寸的确定
b.轴承旁连接螺栓凸台结构尺寸的确定
c.确定箱盖顶部外表面轮廓
d.外表面轮廓确定箱座高度和油面
e.输油沟的结构确定
f.箱盖、箱座凸缘及连接螺栓的布置
B、轴系部件
（1）蜗轮蜗杆减速器轴的结构设计
a.轴的径向尺寸的确定
b.轴的轴向尺寸的确定
（2）轴系零件强度校核
a.轴的强度校核
b.滚动轴承寿命的校核计算
C、减速器附件
a.窥视孔和视孔盖b.通气器c.轴承盖d.定位销
e.油面指示装置f.油塞g.起盖螺钉，压绳机构的轮盘直径D=140mm，传动效率η=0.3613（包括轴承的效率损失），简短性，双向运转，载荷较平稳。
环境最高温度40。
本设计拟采用蜗轮蜗杆减速器，传动简图如图4-1所示。
1—电动机2—级蜗轮蜗杆减速器3—压绳提升机构
图4-1传动装置简图
§4.3.2电动机的选择
（1）选择电动机的类型
（2）按工作条件和要求，选用一般用途的Y系列三相异步电动机,封闭式结构,电压220V。
（3）选择电动机的功率
电动机所需的功率=
式中—工作机要求的电动机输出功率，单位为KW；
η—电动机至工作机之间传动装置的总效率；
—工作机所需输入功率，单位为KW；
输送机所需的功率输送机所需的功率
P=Fv1000=3000×201000×60=1kW
电动机所需的功率=
==0.98×0.×0.98×0.95≈0.37
=10.37=2.7kW
查表，选取电动机的额定功率=3kw。
（4）选择电动机的转速
蜗轮蜗杆减速器自锁是的的传动比=62压绳提升机构转速
==45.5rmin
由表推荐的传动比的合理范围，故电动机转速的可选范围为：
=n=62×45.5=2820rmin
符合这范围的电动机同步转速有3000rmin。
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格、传动比及市场供应情况，选取比较合适的方案，现选用型号为Y100L-2，满载转速为2880rmin。
§4.3.3确定传动装置的传动比及其分配
减速器总传动比及其分配：
减速器总传动比i==288045.5=63.3
式中i—传动装置总传动比
—工作机的转速，单位rmin
—电动机的满载转速,单位rmin
但由于本装置是要求绝对自锁，所以传动比不变，为62，即要改变工作机的转速。
§4.3.4计算传动装置的运动和动力参数
（1）各轴的输入功率
轴ⅠP=P=3×0.98=2.94kW
轴ⅡP=P=2.94×0.98×0.4=1.153kW
（2）各轴的转速
电动机：
=2880rmin
轴Ⅰ：
n==2880rmin
轴Ⅱ：
n==288062=46.45rmin
（3）各轴的输入转矩
电动机轴：
=9550pd=9550×32880=9.95N.m
轴Ⅰ：
T=9550p1n1=9550×2.942880=9.75N.m
轴Ⅱ：
T=9550p2n2=9550×1.15346.45=237N.m
上述计算结果汇见表4-1。
表4-1传动装置运动和动力参数
输入功率（kW）
转速n（rmin）
输入转矩（Nm）
传动比
效率
电动机轴
3
2880
9.95
1
0.98
轴Ⅰ
2.94
2880
9.75
62
0.392
轴Ⅱ
1.153
46.45
237
§4.4蜗轮蜗杆传动设计
一.选择蜗轮蜗杆类型、材料、精度
钢，整体调质，表面淬火，齿面硬度45~50HRC。
蜗轮齿圈材料选用ZCuSn10Pb1，金属模铸造，滚铣后加载跑合，8级精度，标准保证侧隙c。
二.计算步骤
1.按齿面接触疲劳强度设计
设计公式
mm
（1）选z1，z2：
查表7.2取z1=1，z2=z1×n1n2=1×288046.45=62，z2在30～64之间，故合乎要求。
（2）蜗轮转矩：
=237000N.mm
（3）载荷系数K：
因载荷平稳，查表7.8取K=1.05
（4）材料系数，接触系数,
查表7.9，ZE=160,先假设蜗杆分度圆直径d与传动中心距a的比值=0.35，从图11-18中可查得=2.9。
（5）许用接触应力[]
查表7.10，=268Mpa
[]=[]=268Mpa
（6）a的取值：
=90.7mm
取中心距a=100mm。
（7）初选m，的值：
因为i=62，故从表11-2中取模数m=2.5，蜗杆分度圆直径=45，
（8）导程角
tan==0.05556
=arctan0.05556=3.18°
（9）滑动速度
=
=6.793ms
（10）啮合效率
由=6.793ms查表得ν=1.12°
1=
=0.7
（11）传动效率
取轴承效率=0.98，搅油效率=0.98
=1×2×3=0.7×0.98×0.98=0.673
原选参数满足齿面接触疲劳强度要求
三、确定传动的主要尺寸
m=2.5mm，=45mm，z1=1，z2=62
（1）中心距a
a==100mm
（2）蜗杆尺寸
分度圆直径=45mm
齿顶圆直径=+2=（45+2×2.5）=50mm
齿根圆直径=d1﹣2.4m=45﹣2.4×2.5=39mm
导程角tan=3.18°右旋
轴向齿距=πm=3.14×2.5=7.85mm
齿轮部分长度≥m（12.5+0.1）=2.5×（12.5+0.1×62）=46.75mm
取=60mm
（2）蜗轮尺寸
分度圆直径=m×z2=2.5×62=155mm
齿顶高=3.18°右旋
轴向齿距Px2=Px1=πm=3.14×2.5=7.85mm
蜗轮齿宽b2b2=0.75da1=0.75×45=33.75mm
齿宽角sin（α2）=b2d1=3545=0.0.78
蜗轮咽喉母圆半径=a-2=100﹣80=20mm
（3）热平衡计算
①估算散热面积A
A=
②验算油的工作温度
室温：
通常取。
散热系数：
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