小車起重機運行機構畢業(yè)設計開題報告說明書

南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 1頁 共 65 頁 引言引言 物料搬運成了人類生產(chǎn)活動的重要組成部分， 距今已有五千多年的發(fā)展歷史。 隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，自動化程度的提高，作為物料搬運的重要設備的起重機在 現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中運用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。 起重機正經(jīng)歷著一場巨大的變革。 起重機是用來對物料作起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機械設備。它的出 現(xiàn)改變了人類幾千年來以手工來搬運重物的狀況， 現(xiàn)在幾個按鈕就能完成以前做 不到或者很難做到的搬運工作，人得到了休息，效率也提高了。 起重機發(fā)展歷史悠久，種類日益繁多，運用極為廣泛。當今國民經(jīng)濟的各個 部門，如冶金、機械、交通運輸、電力、建筑、采礦、化工、造船、港口、鐵路、 農(nóng)場、林區(qū)和國防等都離不開起重機械。 隨著科學技術的進步和經(jīng)濟建設的發(fā)展， 日益顯現(xiàn)出起重機械作為實現(xiàn)生產(chǎn) 過程機械化、自動化、減輕體力勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率的特種設備的突出地 位?，F(xiàn)代起重機械結夠已向大型、精密、高效、多功能、宜人化的機電一體化發(fā) 展。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 2頁 共 65 頁 橋式起重機小車運行機構設計橋式起重機小車運行機構設計 第一章起重機介紹第一章起重機介紹 1.1 起重機的定義起重機的定義 起重機械是一種以間歇作業(yè)方式對物料進行起升、 下降和水平移動的搬運機 械。起重機的作業(yè)通常帶有重復循環(huán)的性質，一個完整的作業(yè)循環(huán)包括取物、起 升、平移、下降、卸載等環(huán)節(jié)。經(jīng)常起動、制動，正反向運動時起重機的基本特 點。 1.2 起重機的工作原理起重機的工作原理 起重機械的主要任務是起重，而直接承擔起重任務的是起升機構，其他機械 都是為了擴大起重機的使用范圍。最簡單的起重機也僅僅只有一個起升機構?，F(xiàn) 代的絕大多數(shù)起重機，不論它們的形式和用途如何，都是根據(jù)同一個工作原理構 成的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，起重量和起升速度不斷提高，因而機構演變?nèi)遮呁晟啤?圖 1.1 起重機工作原理 圖 1.1 是起重機的原始形式轆轤的機構見圖。它有圓柱形卷筒和裝有手柄的 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 3頁 共 65 頁 軸組成，卷筒上懸掛物品的繩索，繩索的張力 S 在這種情況下等于物品重量 Q。 張力在卷筒上產(chǎn)生的載荷力矩為M 載=QD 2 。在全部工作過程中，如不計摩 擦力，則載荷力矩M驅=PR所平衡， 即 M 載=M驅 或 QD 2 =PR 故Q= 2PR D 從上式可以看出，欲增加起重量Q必須加大P和R，或減小D。但手柄作 用力 P 受到人體力限制，一般不超過 30 公斤；R 受到手臂長度限制，一般約為 300400 毫米。為了保證鋼絲繩不致產(chǎn)生過大的彎曲，卷筒直徑 D 又不能任意減 小，因此對于這種原始起重機，起重量不能很大。為了提高起重量，采取下面三 個步驟： （1）軸和手柄分開，中間裝一個傳動比為 i0的傳動裝置，如保持 D 和 M驅 不變，則傳到卷筒上的驅動力矩為 i0M驅.根據(jù)力矩平衡原理，所得的載荷力矩 M驅為: M驅=i0M驅 即 QD 2 =i0PR 可得Q=i0Q 即加傳動比為 i0的傳動裝置后，起重量可以提高 i0倍。并且可以隨 i0增大而 提高。 但是傳動裝置是機構中最復雜和成本最高的部分，而且傳動裝置的外廓尺 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 4頁 共 65 頁 寸、 自重和成本又直接取決于傳動比的大小，所以僅靠提高傳動比來提高起重量 是不經(jīng)濟的。 （2）除采用一定傳動比 i0的傳動裝置外，同時還可以采用滑輪組。例如在 起物端安裝一個定滑輪和二個動滑輪的滑輪組。繩索端固定在卷筒上，另一端由 卷筒繞下，依次經(jīng)過動滑輪和定滑輪，最后固定在機架上，被起升的重物 Q 由 四根繩索分支所承擔，并隨滑輪一起升降。若不計阻力，則卷筒繞下的繩索分支 的張力 S=Q 4 或 Q=4S。如果 i0，M驅，D 均維持不變，這時 M載=M載，亦即 S=S。即： Q=4S=4S=4Q=4i0Q 由此可見，如裝四分支滑輪組后，起重量又提高了四倍，而且將隨滑輪組繩 索分支數(shù)的增加而增大，但是與此同時繩索的長度相應的加長，使機構更為的復 雜和繩索的磨損加劇，所以也不能無限制的增加滑輪組繩索分支來提高起重量， 通常在起重量一定的情況下， 可以利用滑輪組繩索分支數(shù)的增加來減小傳動裝置 的傳動比 i0。但選擇分支數(shù)的原則必須是減小傳動比的所得完全抵償增加分支數(shù) 的所失才行。 （3）目前除少數(shù)的幾種起重機中仍保留人力驅動外，大多數(shù)起重機都采用 能發(fā)出較大力矩的電動機來代替手柄，以增加驅動力矩 M驅，于是起重量又可以 獲得進一步的提高。但在這種情況下，所采用的傳動裝置和滑輪組不僅如上面分 析的那樣能提高起重量， 而且也將很高的的電動機轉速變?yōu)閷嶋H需要的卷筒轉速， 從而得到合理的物品升降速度。 現(xiàn)代各種起重機的起升機構原理都差不多，它主要包括以下幾個部分組成： （1）取物裝置； （2）繩索滑輪和卷筒； （3）傳動裝置； （4）驅動裝置;(5)制動裝 置。 其中制動裝置是用來使被提升物品可靠的停住在空中的裝置，對于起重機的 安全操作時不可或缺的重要部件。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 5頁 共 65 頁 1.3 起重機的類型及特點起重機的類型及特點 根據(jù)起重機所搬運的物品的特征、 動作的復雜程度以及工作場所或者生產(chǎn)工 藝要求等條件的不同，可以將起重機簡單的分為三大類： (1)簡單起重機械：一般只作升降運動，而且大多數(shù)是手動的。如千斤頂、 絞車和滑車等。 （2）通用起重機械：除使物品作升降運動外，還能使物品作水平運動。比 如橋式起重機和汽車起重機等 （3）特種起重機械：只適合于某些專業(yè)性的作業(yè)，其構造往往比上述兩者 更為復雜。如各種冶金用的起重機，建筑用的起重機和港口起重機等。 1.4 起重機的發(fā)展狀況起重機的發(fā)展狀況 1.4.1 國內(nèi)起重機械發(fā)展狀況國內(nèi)起重機械發(fā)展狀況 在中國將起重機械總體劃分為 12 大類型，即輕小型起重設備、懸臂式起重 機、橋式起重機、門式起重機、塔式起重機、流動式起重機、鐵路起重機、門座 起重機、桅桿起重機、纜索起重機、升降機和機械式停車設備。進一步可以劃分 為近百種形式（品種）和數(shù)百種型號。面對品種繁多，結構復雜，大小不一，使 用工況千差萬別的這些涉及人們生命安全和財產(chǎn)安全的起重機械，為了安全，中 國政府將其納入特種設備進行強制管理，在制度上建立了一整套法律、法規(guī)、規(guī) 章、安全技術規(guī)范和標準體系，在體制上建立了遍布全國 31 個行政區(qū)的安全檢 查網(wǎng)絡，從起重機械的設計、制造、安裝、改造、重大維修、使用、檢驗檢測和 監(jiān)督管理主要環(huán)節(jié)上進行有效監(jiān)管，在此，重點介紹中國的起重機械制造許可制 度。 中國的起重機械整機制造企業(yè)， 截止到 2005 年 9 月底統(tǒng)計有 1615 家。 這些 制度企業(yè)主要集中分布在江蘇（347 家） 、山東（203 家） 、河南（180 家） 、浙江 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 6頁 共 65 頁 （111 家） 、遼寧（105 家） 、廣東（100 家） 、上海（83 家） 、福建（80 家）等地。 中國起重機械使用總量，據(jù) 2003 年底普查統(tǒng)計在用起重設備為 55.6 萬臺。 設備的使用也主要集中分布在沿海發(fā)達地區(qū)，如廣東、福建、浙江、上海、江蘇、 山東、遼寧等地。 中國的起重機械從 50 年代初建立至今，也形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模、具備了 一定的技術水平、也基本形成了比較完整的設計、生產(chǎn)、銷售體系，能基本滿足 國民經(jīng)濟對該設備的需求，目前國家繼續(xù)實施的財政政策，拉動著我國基礎設施 建設的高速展， 而起重設備作為國民經(jīng)濟的重要基礎設備廣泛用于經(jīng)濟建設的各 行各業(yè)，如冶金、煤炭、化工、電力、交通、和制造等行業(yè)，隨著現(xiàn)代科學技術 的迅速發(fā)展。工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，作用也越來越大，對起重機械的要求也越來 越高，起重機正朝著大型化、高速度、人性化、環(huán)?；?、通用產(chǎn)品小型化、零部 件的規(guī)?；投鄻踊鞍踩珯z查制度化與規(guī)范性反向發(fā)展。 由于中國勞動力相對便宜，制造成本較低，發(fā)展?jié)摿θ院芷D巨。同時我們應 該清醒的認識到，與發(fā)達國家相比，中國起重機械的制造狀況有以下幾個令人擔 憂的因素： （1）整體技術含量偏低，突出表現(xiàn)在鋼結構件制作材料和電氣控制系統(tǒng)水 平較低； （2）規(guī)模化發(fā)展不夠，突出表現(xiàn)在低水平重復建設嚴重，造成資源浪費， 專業(yè)化發(fā)展嚴重滯后。 （3）國際知名品牌寥寥無幾，除振華港機外，能夠打入國際市場并享有一 定聲譽的知名品牌幾乎沒有； （4）惡性競爭嚴重，合理利潤難保，并造成安全措施投入極少，事故率居 高不下。 因此，我們應該有清醒的認識，并高度關注中國起重機械的長遠發(fā)展和不失 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 7頁 共 65 頁 時機的加快科技創(chuàng)新能力。 1.5 發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢 1.5.1 規(guī)?；徒M合化規(guī)模化和組合化 用規(guī)?；O計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機化設計方法， 將起重機上功能基本相同的部件 和零件制造成有多種用途，有相關連接要素和可互換的標準模塊，通過不同模塊 的相互配合，形成不同類型和規(guī)模的起重機。對起重機進行改進，只需針對某幾 個模塊。設計新型起重機，只需選用不同模塊重新進行組合。可使單件小批量生 產(chǎn)的起重機改換成具有相當批量的模塊生產(chǎn)，實現(xiàn)高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，企業(yè)的 生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。達到改善整機性能，降低制造成本，提 高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)量的零部件組成多種品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品，充 分滿足客戶要求。 目前，德國、英國、法國、美國和日本的著名起重機公司都也采用起重機模 塊化設計，并取得了顯著效益。德國德馬格公司的標準起重機系列改用模塊化設 計后，比單件設計費用降低了 12%，生產(chǎn)成本下降 45%，經(jīng)濟效益十分可觀。德 國德馬格公司還開發(fā)了一種 BKB 柔性組合式懸掛起重機， 起重機的鋼結構由冷軋 型軌組合而成，起重機運行線路可沿生產(chǎn)工藝流程任意布置，可有叉道、轉彎、 過跨、變軌距。所有部件都可以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，再根據(jù)用戶的不同需求和具體 物料搬運路線在短時間內(nèi)將各種部件組合搭配而成。這種起重機組合性非常好， 操作方便，能充分利用空間，運行成本低。有手動、自動多種形式，還能組成懸 掛系統(tǒng)、單梁懸掛起重機、雙梁懸掛起重機、懸臂起重機、輕型門式起重機及手 動堆垛起重機，甚至能組成大型物料搬運系統(tǒng)。 1.5.2 大型化和專業(yè)化大型化和專業(yè)化 由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物 料裝卸搬運費用所占比例日益增加，促使大型和高速起重機的需求量不斷增長。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 8頁 共 65 頁 起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出了更高的要求，起 重機已成為自動化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機不但容易操作，容易維護，而 且安全性要好，可靠性要高，要求具有優(yōu)越的耐久性、無故障性、維護性和使用 經(jīng)濟性。目前世界上最大的浮游起重機起重量達 6500t，最大的履帶式起重機起 重量達 1200t，集裝箱岸邊裝卸橋 的最大運行速度也達 350m/min，堆垛起重機 最大運行速度是 240m/min，垃圾處理用起重機的起升速度達 100m/min。 工業(yè)生產(chǎn)方式和客戶需求的多樣性，使專業(yè)起重機的市場不斷擴大，品種也 不斷更新， 也特有的功能滿足特殊的需要， 發(fā)揮出最佳的效益。 例如冶金、 核電、 造紙、垃圾處理的專業(yè)起重機，防爆、防腐、絕緣起重機和鐵路、船舶、集裝箱 專用起重機的功能不斷增加，性能不斷提高，適應性比以往更強，德國德馬格公 司研制出一種飛機維修保養(yǎng)的專用起重機，在國際市場上打開了銷路，這種起重 機安裝在房屋結構上，跨度大、起升高度大、可過跨、停車精度高。在起重小車 下面安裝有多節(jié)伸縮導管，與飛機維修平臺相連，并可作 360o旋轉，通過大車 和小車的位移、導管的升降與旋轉可使維修平臺到達飛機的任意位置，進行飛機 的維護和修理，極為快速方便。 1.5.3 自動化和子能化自動化和子能化 起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械 技術和電子技術相結合，將先進的計算機技術，微電子技術，電力電子技術，光 纜技術，液壓技術，模糊控制技術運用到機械的驅動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機的 自動化和智能化。 大型高效起重機的新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化 控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅動裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管 理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測等設備組成。變壓變頻調速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障 自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找起吊物重心、近場感應防碰撞技術、 現(xiàn)場總線、載波通訊及控制、無接觸供電及三維條形碼技術等將廣泛得到應用。 使起重機具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機綜合 自動化水平。重點開發(fā)以微處理機為核心的高性能電氣傳動裝置，使起重機具有 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 9頁 共 65 頁 優(yōu)良的調速和靜動特性，可進行操作的自動控制、自動顯示與記錄，起重機運行 的自動保護與自動檢測，特殊場合的遠距離遙控等，以適應自動化生產(chǎn)的需要。 例如采用激光裝置查找起吊物的重心位置， 在取物裝置上裝有超聲波傳感器 引導取物裝置自動抓取貨物。吊具自動防搖系統(tǒng)能在運行速度 200m/min、加速 度 0.5m2/s 的情況下很快使起吊物搖擺振幅減至幾個毫米，起重機可通過磁場變 換器或激光達到高精度定位。起重機上安裝近場感應系統(tǒng)，可避免起重機間的相 互碰撞。起重機上還安裝了微機自診斷監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供大部分常規(guī)維護檢 測內(nèi)容，如齒輪箱油溫、油位，車輪軸承溫度，起重機的載荷，應力和振動情況， 制動器摩擦襯片的壽命及溫度狀況等。 1.5.4 成套化和系統(tǒng)化成套化和系統(tǒng)化 在起重機單機自動化的基礎上， 通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物 料搬運系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，與生產(chǎn)設備有機結合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調配 合。這類起重機自動化程度較高，具有信息處理功能，可使傳感器檢測出來的各 種信息實施存儲、運算、邏輯判斷、變換等處理加工進而向執(zhí)行機構發(fā)出控制指 令。這類起重機還具有較好的信息輸入、輸出接口、實現(xiàn)信息全部、準確可靠的 在整個物料搬運集成系統(tǒng)中的傳輸。起重機通過系統(tǒng)集成，能形成不同機種的匹 配和組合，取長補短，發(fā)揮最佳效益。目前重點發(fā)展的又工廠生產(chǎn)搬運自動化系 統(tǒng)，柔性加工制造系統(tǒng)，商業(yè)貨物配送集散系統(tǒng)，集裝箱裝卸搬運系統(tǒng)，交通運 輸和郵電部門行包貨物的自動分揀與搬運系統(tǒng)等。 例如生產(chǎn)工程機械的美國卡特皮勒公司金屬結構廠一條以橋式起重機為主 的物料最大搬運系統(tǒng)， 用于鋼板的噴丸處理、 切割和入庫的自動裝卸和搬運作業(yè)， 比原來使用單機操作的工作效率提高了 65%。 日本東芝濱川崎工廠用全自動橋式 起重機組成的物料輸送系統(tǒng)來搬運柔性加工線上的夾具和工件， 為機床運送毛坯 或將加工好的工件運送到下一個工序或倉庫。 這些在空間移動的起重機搬運系統(tǒng) 代替了過去通常使用的自動導向搬運車，使車間的地面面積得到充分利用。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 10頁 共 65 頁 1.5.5 輕型化和多樣化輕型化和多樣化 有相當批量的起重機是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機批 量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機盡量降低起重高度，簡化結構，減小 自重和輪壓，也可使整個建筑物下降，建筑結構輕型化，降低造價。因此電動葫 蘆橋式起重機和梁式起重機會有很快的發(fā)展， 并將大部分取代中小噸位的一般用 途橋式起重機。德國德馬格公司經(jīng)過幾十年的研究和創(chuàng)新，已形成了一個輕型組 合式的標準起重機系列。起重量為 163 噸，工作級別為 A1A7 整個系列由 工字形和箱形單梁、懸掛箱形單梁、角形小車箱形單梁和箱形雙梁等多個品種組 合而成。主梁與端梁相接以及起重小車的布置有多種形式，可適合不同建筑物和 不同起重高度的要求。 根據(jù)用戶需要每種規(guī)格起重機都有三種單速及三種雙速供 任意選擇，還可以選擇變頻調速。操作方式有地面手電門自行移動、手電門隨小 車移動、手電門固定、無線遙控、司機室固定、司機室隨小車移動、司機室自行 移動等七種選擇。大車及小車的供電由電纜小車導電、DVS 兩種方式。如此多的 選擇項， 通過不同的組合， 可搭配成百上千種起重機， 充分滿足用戶不同的需求。 這種起重機的另一最大優(yōu)點是輕型化，自重輕、輪壓輕、外形尺寸高度小，可大 大降低廠房建筑物建筑的建造成本， 同時也可減小起重機的運行功率和運行成本。 與通用產(chǎn)品相比，起重量為 10t，跨度為 22.5m，通用雙梁橋式起重機自重是 24t 起重機軌面以上高度 1876mm，起重機寬度 5980mm；德馬格起重機的自重只要 8.7t，重量輕了 176%，起重機軌面以上高度為 920mm，降低了 104%，起重機寬 度為 2980mm，外形尺寸減少了 100%。 1.5.6 新型化和實用化新型化和實用化 結構方面采用薄壁型材和異型鋼、減少結構的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。 采用各種高強度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力條件，減輕自重和外 形美觀。橋式起重機的橋架結構形式大多數(shù)采用箱形四梁結構，主梁與端梁采用 高強度螺栓連接，便于安裝與運輸。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 11頁 共 65 頁 在機構方面進一步開發(fā)新型傳動零部件，簡化機構。以“三合一”運行機構 是當今世界輕、中型起重機運行機構的主流，將電動機、減速器和制動器合為一 體，具有結構緊湊、輕巧美觀、拆卸方便、調整簡單、運行平穩(wěn)、配套范圍大等 優(yōu)點， 國外也廣泛運用到各種起重機運行機構上。為使中小噸位的起重機小車結 構盡量簡化，同時降低起重機的尺寸高度，減小輪壓，國外已大量采用電動葫蘆 作為起升機構。為了減輕自重，提高承載能力，改善加工制造條件，增加產(chǎn)品成 品率， 零部件盡量采用以焊代鑄， 如減速器殼體、 卷筒、 滑輪等都采用焊接結構。 減速器齒輪都采用硬齒面， 以減輕自重、 減小體積、 提高承載力、 增加使用壽命。 液壓推桿盤式制動器應用范圍也越來越大。此外，個機構采用的電動機都向高轉 速發(fā)展，從而減小電機座號，減輕重量與減小外形尺寸，并可配用制動力矩小的 制動器。 在電控方面開發(fā)性能好、成本低、可靠性高的調速系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，發(fā)展半 自動和全自動操作。采用機電儀液一體化技術。提高使用性能和可靠性，增加起 重機的功能，今后會更加注重起重機的安全性，研制新型安全保護裝置。重視司 機的工作條件，運用人體工程學設計司機室，降低司機的勞動強度。德國今年為 解決起重機吊鉤的防擺控制，開發(fā)了模糊邏輯電路的控制技術，用神經(jīng)信息和模 糊技術來尋找開始加速的最佳時刻， 將有經(jīng)驗司機防擺實際操作的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)， 實現(xiàn)最優(yōu)控制。模糊控制方式能確定實施自動工作的控制指令，將人們主觀上的 模糊量通過模糊集合進行數(shù)字化定量， 在利用計算機實現(xiàn)像熟練司機一樣的自如 操作，取得了更高的效率和安全性模糊控制作為新的控制方法已引人注目。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 12頁 共 65 頁 第二章橋式起重機的介紹第二章橋式起重機的介紹 2.1 橋式起重機的分類橋式起重機的分類 2.1.1 通用橋式起重機通用橋式起重機 通用橋式起重機是指在一般工作環(huán)境中工作的普通用途的橋式起重機。 一下 類型的起重機都屬于通用橋式起重機。 （1）通用吊鉤橋式起重機 通用吊鉤橋式起重機由金屬結構、 大車運行機構、 小車運行機構、 起升機構、 電氣及控制系統(tǒng)及司機室組成。取物裝置為吊鉤。額定起重量為 10t 以下的多為 一個起升機構；16t 以上的則多為主、副兩個起升機構。這類起重機能在大多數(shù) 作業(yè)環(huán)境中裝卸和搬運物料及設備。 （2）電磁橋式起重機 電磁橋式起重機的基本構造與吊鉤橋式起重機相同，不同的是吊鉤上掛 1 個直流電磁鐵，用來吊運具有導磁性的黑色金屬及其制品。通常是通過設在橋架 走臺上電動發(fā)電機機組或裝在司機室內(nèi)的可掛硅直流箱將交流電源變?yōu)橹绷麟?源， 然后再通過設在小車架上的專用電纜卷筒，將直流電源用撓性電纜送到起重 電磁鐵上。 （3）抓斗橋式起重機 抓斗式起重機的裝置為抓斗，以鋼絲繩分別連接抓斗起升、起升機構、開閉 機構。主要用于散貨、廢舊鋼鐵、木材等的裝卸、吊運作業(yè)。這種起重機除了起 升閉合機構以外，其機構部件與通用吊鉤橋式起重機相同。 （4）兩用橋式起重機 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 13頁 共 65 頁 兩用橋式起重機有三種類型：抓斗吊鉤橋式起重機、電磁吊鉤橋式起重機、 抓斗電磁橋式起重機。其特點是在一臺小車上設有兩套各處獨立的起升機構，一 套為抓斗用，一套為吊鉤用（或一套為電磁吸盤用一套為吊鉤用，或一套為抓斗 用一套為電磁吸盤用） 。 （5）三用橋式起重機 三用橋式起重機是一種多用的起重機。其基本構造與電磁橋式起重機相同。 根據(jù)需要可以用吊鉤吊運貨物，也可以在吊鉤上掛一個馬達抓斗裝卸物料，還可 以把抓斗卸下來在掛上電磁盤吊運黑色金屬，故稱為三用橋式起重機。 （6）雙小車橋式起重機 這種起重機與吊鉤橋式起重機基本相同， 只是在橋架上裝有兩臺起重量相同 的小車。這種機型用于吊運與裝卸長形物件。 2.1.2 專業(yè)橋式起重機專業(yè)橋式起重機 （1）冶金橋式起重機 冶金橋式起重機根據(jù)用途可以劃分為不同類型， 主要結構基本與通用吊鉤橋 式起重機相同，取物裝置多為專用。主要用于冶金車間的吊運作業(yè)，起起重量很 大，最大的可以達到數(shù)百噸。 （2）絕緣吊鉤橋式起重機 這種起重機結構形式與通用吊鉤起重機形式基本相同。 但是為了防止工作過 程中帶電設備的電流可以經(jīng)過被吊物傳到起重機上，危急司機安全，故要求在吊 鉤組、小車架、小車輪上設置 3 道絕緣裝置。主要用于冶煉鋁、鎂的工廠。 （3）防爆吊鉤橋式起重機 這種起重機的結構形式與通用吊鉤橋式起重機基本相同。 但是所有的整套電 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 14頁 共 65 頁 氣設置具有防爆性能。 與鋼軌接觸的運行車輪要采用不易產(chǎn)生摩擦火花的材料制 成， 以防止起重機使用過程中產(chǎn)生火花引起爆炸或燃燒事故。主要用于具有易燃 易爆物的車間、庫房或其他場所。目前產(chǎn)品規(guī)格較多。 2.1.3 電動葫蘆型橋式起重機電動葫蘆型橋式起重機 其特點是橋式起重機的起重小車用自行式電動葫蘆代替， 或者用固定式電動 葫蘆作起重小車的起升機構，小車運行、大車運行等機構的轉動裝置也盡量與電 動葫蘆通用化。因此，與上述通用橋式起重機相比，電動葫蘆型橋式起重機雖然 一般起重量較小、工作速度較慢、工作速度低，但其自重輕、能耗較小、易采用 標準產(chǎn)品電動葫蘆配套，而且對廠房的建筑物的壓力較小，建筑和使用經(jīng)濟性都 比較好。 （1） 電動梁式起重機 其特點是用自行式電動葫蘆代替通用橋式起重機的起重小車， 用電動葫蘆的 運行小車在單根主梁的工字鋼下突緣上運行，跨度小車直接用工字鋼作主梁，跨 度大時可在主梁工字鋼的上面再作水平加強，形成的組合斷面主梁。其主梁可以 是單根主梁也可以是兩根主梁， 起橋架可以是像通用橋式起重機那樣通過運行裝 置直接支撐在高架軌道上，也可以通過運行裝置懸掛在屋頂下面的架空軌道上。 （2） 電動葫蘆橋式起重機 其特點是采用固定式電動葫蘆裝在小車上作起升機構， 小車運行機構也多采 用電動葫蘆零部件作簡單的構造型式，小車也極為輕巧簡便，其整體高度小，小 車及橋架自重輕、重心低、有很廣泛的適應性。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 15頁 共 65 頁 圖 2.1 橋式起重機的大致分類 2.2 橋式起重機的組成特點橋式起重機的組成特點 取物裝置懸掛在可沿橋架運行的起重小車或運行式葫蘆上的起重機，稱為 “橋架式起重機” 。 橋架兩端通過運行裝置直接支撐在高架軌道上的橋架型起重機，稱為“橋式 起重機” 。 橋式起重機一般由裝有大車運行機構的橋架、 裝有起升機構和小車運行機構 的起重小車、電氣設備、司機室等幾個大部分組成。外形像一個兩端支撐在平行 的兩條架空軌道上平行運行的單跨平板橋。起升機構用來垂直升降物品，起重小 車用來帶著載荷作橫向運動； 橋架和大車運行機構用來將起重小車和物品作縱向 移動。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 16頁 共 65 頁 橋式起重機是使用最廣泛 、擁有量最大的一種軌道運行式起重機，其額定 起重量從幾噸到幾百噸。最基本的形式是通用吊鉤橋式起重機，其他形式的橋式 起重機， 其他形式的橋式起重機上都是在通用吊鉤橋式的基礎上派生發(fā)展出來的。 圖 2.2 普通橋式起重機 2.2.1 橋式起重機小車橋式起重機小車 橋式起重機小車主要由起升機構、小車運行機構和小車架三部分組成：另外 還有一些安全防護裝置。 橋式起重機的小車（圖 2.2）主要具有下列特征： 1）起升和運行機構由獨立的部件構成。這些部件間采用補償聯(lián)軸器聯(lián)系起 來。 齒輪聯(lián)軸器補償了轉軸中心線偏差和歪斜，這些偏差和歪斜系因制造與安裝 不準確，以及小車架變形而發(fā)生彼此位移所引起。由于采用了分組的獨立部件， 因此使機構的裝拆方便。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 17頁 共 65 頁 2）在設計構和小車架的時候，遵循標準化、通用化和系列化的原則。這使 零件的互換性得到了保證，大大的降低了制造和使用的維護起重機的費用，并使 所需零件和部件的備品量縮減到最少 3）小車的車架用鋼板焊接而成。在車架上焊接有墊板、電動機、減速器、 制動器和可拆卸的軸承座等均安裝在墊板上。為了簡化車架的加工，墊板的加工 面應盡量布置在同一水平面或垂直面上。 4）起升機構和運行機構采用減速器式傳動裝置，僅在起重量較大、傳動比 高時，低速級才采用一級開式齒輪，而高速級仍采用減速器傳動。 5） 所有機構中均采用滾動軸承。 卷筒和車輪安裝在轉軸上和轉動的心軸上。 通常， 從動車輪安裝在帶有兩個角形軸承箱上和轉動的心軸上。而主動車輪安裝 在帶有兩個角形軸承箱的傳動心軸上。 而主動車輪安裝在帶有兩個角形軸承的獨 立轉軸上，它與減速器的輸出軸端用聯(lián)軸器相連。因此，拆卸聯(lián)軸器后車輪與其 軸承箱一起從軌道上推出。減速器也可單獨拆裝。 6）過去都采用短行程或長行程交流電磁鐵、彈簧上閘的瓦塊式制動器，而 重墜上閘的長行程電磁鐵制動器已經(jīng)很少使用。 近年來趨向用制度性能良好的電 動液壓推桿和電磁液壓推桿式制動器來取代上述幾種制動器。 要求制動平穩(wěn)和容 易得到直流電源的地方，還可以用直流電磁鐵制動器。 為了是部件容易拆卸，通常，將制動器與齒輪聯(lián)軸器做成一個部件。但根據(jù) 機構布置需要，也可將制動器作為獨立的部件來安裝。 （7）制造起重機時，由于零件熱處理得到廣泛的運用，從而大大提高零件 表面的耐磨性，延長了他們的壽命。 （8）為了簡化起重機機構的維護工作，軸承的最好采用集中潤滑系統(tǒng)。 起重小車除有起升、運行機構和小車架外，還必須有必要的安全保護裝置： 如欄桿、排障板、限位開關、撞尺和緩沖器等。其具體要求分述如下： 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 18頁 共 65 頁 1）欄桿和排障板：欄桿用于保護維護人員的操作安全。它設置在與小車軌 道垂直的小車臺邊緣上。為便于小車維修人員上下，在小車的另兩端邊則不設欄 桿。欄桿可用角鋼（L50）或鋼管制作，高度不低于 800mm。 排障板裝在小車架端梁兩端的車輪外邊， 用于推開小車軌道上可能有的障礙 物，以便于小車的運行。 2）限位開關：用于限制吊鉤和小車架極限位置。在起升機構中，墜重式限 位開關裝在小車平臺上卷筒的旁邊，用于限制吊鉤向上位置，使其不能碰到小車 架上。限位開關的盒體伸出一個短軸，軸上固定有帶重塊的杠桿，其另一端用鋼 絲繩懸掛一個重墜保持平衡。墜重上裝有一個套環(huán)，此套環(huán)在起重鋼絲繩的一個 分支外面，并不妨礙鋼絲繩上下移動。當?shù)蹉^組上升到允許的最高位置時，固定 在吊鉤組上的擋板就將墜重抬起，使懸掛它的鋼繩松弛，此時，杠桿在另一端重 塊作用下轉動約 30，因此使開關盒內(nèi)的電路觸點斷開，起升機構電動機斷電 停止，吊鉤組不再上升。由于接線關系，這時吊鉤組只能向下降方向運動。若將 墜重固定在一連桿上，吊鉤組上升到極限位置時，撞上連桿使其繞一端固定鉸擺 動并抬起固定其上的墜重，使開關動作，電動機斷電。后一種布置方式使限位開 關在小車臺面上的位置選擇較為靈活些。 上述兩種布置方式所用的墜重作用式限位開關， 起動作都離不開吊鉤組的工 作位置。由于它直接控制了吊鉤組上升的極限位置，所以工作是十分可靠的。但 是， 這種裝置方式較為笨重。起升機構中應用到的另一種限位開關為螺旋式限位 開關， 它安裝在卷同軸的一端，利用絲杠和螺母的相對運動來控制電路的觸動閉 合，而絲杠的傳動與卷筒的旋轉保持一定的聯(lián)系，因此，限位開關就通過卷筒的 旋轉間接地控制了吊鉤組上升的極限位置。 無論哪一種限位開關， 吊鉤組上升的極限位置應該與卷筒或定滑輪之間保持 一定距離。 小車運行機構的行程限位開關一共有兩個， 它們安裝在起重機橋梁主梁的兩 端， 位于小車的一根軌道外側的主梁上蓋板上。在小車架相應的端梁外側固定著 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 19頁 共 65 頁 一根用角鋼彎折的撞尺。當小車運行至極限位置時，撞尺壓迫限位開關的搖柄轉 動 30，使開關盒內(nèi)的觸點斷開，于是運行機構的電動機斷電。由于接線關系， 此時電動機只能作反向運動。 小車行程限位開關的位置安裝要適當， 應考慮到小車撞尺及限位開關使電動 機斷電并制動后，小車要走一段制動行程。因此，開關要安裝在小車緩沖器相碰 的擋鐵前邊一段距離。 3）緩沖器與擋鐵：用于阻止小車越軌和減少沖擊，吸收小車與擋鐵相撞時 的動能。 常用小車緩沖器安裝在小車架上， 而擋鐵則安裝在橋架兩根主梁的兩端； 也有將緩沖器和擋鐵的位置反過來安裝的。 2.2.2 橋式起重機小車運行機構橋式起重機小車運行機構 橋式起重機小車運行機構由減速器、電動機、車輪、聯(lián)軸器、轉動軸以及一 些附件組成。 小車運行機構的傳動方式有兩種。 即減速器位于小車主動輪中間或減速器位 于小車主動輪一側。減速器位于小車主動輪中間的小車轉動方式，使小車減速器 輸出軸及兩側傳動軸所承受的扭矩比較均勻。 減速器位于小車主動輪一側的傳動 方式，安裝和維修比較方便，但起車時小車車體有左右扭擺的現(xiàn)象。 2.3 本次畢業(yè)設計中的內(nèi)容本次畢業(yè)設計中的內(nèi)容 2.3.1 橋式起重機的主要參數(shù)橋式起重機的主要參數(shù) 這次設計的起重機為 250/50/10t+250/50/10t20.0M 水電站橋式起重機， 安裝于豐滿水電站擴建工程廠房內(nèi)， 用于水輪發(fā)電機組及其附屬設備的安裝和檢 修工作。 基本數(shù)據(jù)為： 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 20頁 共 65 頁 橋機跨度：20m； 主鉤額定起重量：250t； 副鉤額定起重量：50t； 主鉤起升高度：26m 副鉤起升高度：32m 大車運行速度：20m/min 小車運行速度：2m/min 2.3.2 本次設計的橋上起重機的用途和結構特點本次設計的橋上起重機的用途和結構特點 本橋式起重機為雙梁單小車結構式，單小車上設有主、副鉤起升機構，主、 副鉤可單獨起吊，又可以相互配合使用。廠房內(nèi)設兩臺 250/50/10t 橋機，吊裝 定子及轉子時，兩臺橋機掛 500t 平衡梁，利用平衡梁與轉子連接起吊轉子。吊 運 250t 以下物品時，用 250t 的吊鉤來完成；當?shù)踹\ 50t 以下物品時，用 50t 吊 鉤來完成，在橋架司機室另一側的主梁腹板下設有 10t 電動葫蘆，擴大了橋機的 作業(yè)范圍。 起重機由小車、橋架、大車運行機構和電器設備的組成。電器設備設置在主 梁內(nèi)，司機室設有冷熱空調。 小車由起升機構、小車架、小車運行機構、250t 吊具等部分組成。 主、副起升機構分別由一臺電動機、一臺減速器、一臺輪式制動器、一套卷 筒裝置和上滑輪裝置構成。起升機構減速器低速軸采用卷筒聯(lián)軸器與卷筒連接。 起升機構上滑輪軸設有負荷式傳感器， 在司機室內(nèi)平臺前設有大屏幕顯示屏， 可顯示起吊負荷。當起吊負荷達到 0.9n 時發(fā)出警報信號。當負荷超過 1.05Gn 時自動切斷電源。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 21頁 共 65 頁 起升機構設有重錘式和雙重限位開關。 大車運行機構為兩側分別驅動，采用萬向聯(lián)軸器與主動平衡梁連接。大車運 行機構共有 16 個車輪，其中 4 個為主動輪。 大、小車運行車輪裝置、卷筒軸承座軸承、卷筒聯(lián)軸器、滑輪裝置，吊鉤裝 置均采用單點分別潤滑。 各機構均采用全封閉自潤滑的中硬齒輪減速器，它具有運行平穩(wěn)、壽命長的 特點。運行機構減速器立式安裝，帶油泵潤滑。 大、小車緩沖器均為聚氨脂緩沖器。 大、小車輪均采用索氏體淬火，車輪踏面和輪緣的硬度為 HB300600，具 有較長三維使用壽命，車輪軸承箱是圓形的，45o安裝，平衡架軸承箱孔和中間 鉸孔均是機床加工的，車輪軸承箱用半圓環(huán)固定在平衡架上，保證了車輪的偏斜 在許用范圍內(nèi)，減少了啃軌的可能性。該結構也便于車輪的裝拆。 起重機的橋架由兩個偏軌箱形主梁和兩個箱形端梁以及平臺欄桿、扶梯、司 機室等部分組成。 偏軌箱形梁具有較大的垂直剛度和水平剛度， 箱形梁里兩端有大車運行機構， 中間放置電氣設備。 兩側端梁通過鉸軸與主梁連接在一起， 大車運行連接鉸通過劃線整體加工來 保證其平行度，使大車運行平穩(wěn)，減少啃軌環(huán)節(jié)。 小車架由主梁、端梁、副梁、平臺、欄桿等組成，便于運輸，中間斷開，用 高強度螺栓連接。小車機構的底座均通過劃線來整體加工，保證其機構的安裝精 度。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 22頁 共 65 頁 第三章起重機小車運行機構的計算第三章起重機小車運行機構的計算 3.1 運行機構計算運行機構計算 3.1.1 計算條件計算條件 一跨度、額定起重量 （1）跨度、額定起重量 橋機跨度L=20m 主鉤額定起重量Gz=250t 副鉤額定起重量Gf=50t 電動葫蘆額定起重量Gd=10t (2)起升高度 主鉤起升高度26m 副鉤起升高度32m 電動葫蘆起升高度40m (3)工作級別 起重機工作級別A3 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 23頁 共 65 頁 主起升工作級別M3 副起升工作級別M5 電動葫蘆工作級別M5 大車運行機構工作級別M3 小車運行機構工作級別M3 電動葫蘆運行機構工作級別M3 (4)運行起升速度 大車運行速度Vn20m/min 小車運行速度Vn12m/min 電動葫蘆運行速度Vn15m/min 主鉤起升下降速度Vn1m/min 副鉤起升下降速度Vn4m/min 電動葫蘆起升下降速度Vn8m/min 大車微速運行速度Vn2m/min 小車微速運行速度Vn1.2m/min 主鉤微速起升下降速度Vn0.1m/min 副鉤微速起升下降速度Vn0.4m/min 電動葫蘆微速起升下降速度Vn0.8m/min (5)大車軌道QU120 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 24頁 共 65 頁 最大輪壓450KN 整車自重Gn=165t 3.1.2 運行阻力計算運行阻力計算 a、靜阻力 Wj 初選車輪D=710mm 摩擦阻力系數(shù)=0.0080（表 3.1） 表 3.1 摩擦阻力系數(shù)的平均值 車輪直徑(mm)軸承內(nèi)徑(mm)阻力系數(shù)(mm) 250700.0125 315900.0112 4001000.0095 5001300.0090 6301700.0085 7101900.0080 8002000.0075 9002200.0071 10002400.0071 Wj=(Gn+Gz)g=（250+65）9.80.008=24.696KN 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 25頁 共 65 頁 式中： Wj運行機構阻力，KN； Gn額定起重量，t； Gz起重機或小車的自重，t； g重力加速度，9.8m/s2 b、運行慣性阻力 a=0.013 2 Vn=0.013 2 12=0.045m/s2 Wa=K(Gn+Gz) a=1.2（250+65）0.045=17.01KN 式中：Wa機構起動時慣性阻力，KN; K考慮旋轉件的慣性阻力系數(shù)，取 K=1.11.2; a起動平均加速度，m/s2。 C、總阻力矩 Wz=Wj+Wa=24.696+17.01=41.706KN 3.1.3 電動機的選擇電動機的選擇 表 3.2 操作頻繁程度系數(shù) Ks 機構工作機構作業(yè)電動機接電持續(xù)率FC 級別M持續(xù) JC15%25%4060%100% 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 26頁 共 65 頁 M315%1.201.050.940.820.72 M4M525%1.381.201.070.930.81 M640%1.551.351.201.030.90 M7M860%1.821.581.401.201.04 100%2.131.851.631.391.20 PnKnKtKsKa(Gn+Gz) Vn gZm =0.940.00138(250+65) 12 0.973 =5.373KW 式中：Pn電動機在基準時的功率，KW; Kn海拔高度系數(shù)； Kt工作環(huán)境的溫度系數(shù)； Ks操作頻繁程度系數(shù)，見表 3.2； Ka運行阻力系數(shù)，見表 3.3； g齒輪傳動效率； Zm電動機數(shù)目。 表 3.3 運行阻力系數(shù) 車輪直徑（mm）315315710 7101000 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 27頁 共 65 頁 靜阻力系數(shù)0.01250.00950.0075 0.0410.001700.001380.00118 力加0.0580.001860.001560.00138 系速0.0650.001950.001650.00146 數(shù)度0.0740.002040.001750.00156 Kaa0.0820.002130.001840.00165 m/min0.1000.002330.002040.00185 0.1130.002480.002190.00199 0.1260.002630.002340.00215 0.1420.002800.002500.00231 0.1580.002900.002700.00251 續(xù)表 3.3運行阻力系數(shù) 車輪直徑 （mm）3153157107101000 靜阻力系數(shù)0.01250.00950.0075 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 28頁 共 65 頁 0.1790.003230.002940.00274 0.2000.003460.003170.00298 運機0.2240.003730.003450.00325 行構0.2370.003880.003590.00340 阻加0.2540.004070.003780.00359 力速0.2860.004430.004140.00395 系度0.3200.004820.004530.00434 數(shù)0.3580.005250.004960.00477 Kaa0.3790.005490.005200.00500 m/mi0.4050.005780.005490.00530 0.4290.006050.005760.00557 0.4530.006320.006030.00584 0.4800.006630.006340.00615 0.5090.006950.006670.00647 0.5440.007350.007060.00687 電動機型號YZP160大連伯頓 電動機功率P(KW)7.5 電動機額定轉速Nm（n/min）970 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 29頁 共 65 頁 轉動慣量Jm(Kgm2)0.1325 3.1.4 打滑驗算打滑驗算 a、粘著摩擦系數(shù)0值對于室內(nèi)工作起重機0=0.15 0PiK0(Ga+Wj) Pi=Gg n =3159.8 4 771.75KN 式中：Pi第 i 個驅動輪的輪壓，KN; K0粘著摩擦安全系數(shù)，取 K0=1.051.2; G起重機或小車的運動質量，t； a平均起動加速度，m/s2，見表 3.4； 0Pi=0.15771.75=115.762 K0(Ga+Wj)=1.2（3150.126+24.696）=76.955 115.76276.955，故打滑實驗通過。 表 3.4 機構加速度和機構加速時間 速度 m/min加速度 加速時 加速度 加速時 加速度 加速時 加速度 加速時 m/s 2 間 sm/s 2 間 sm/s 2 間 sm/s 2 間 m/s 2 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 30頁 共 65 頁 100.0414.10.0632.6 200.0585.80.0893.7 250.0656.30.1004.2 320.0747.30.1134.7 400.0828.20.1265.30.2023.3 500.0929.10.1415.90.2263.7 630.1586.60.2544.1 800.1797.40.2864.6 1000.2008.30.3205.2 1250.2249.30.3585.80.4814.3 1400.2379.90.3796.10.5094.6 1600.4056.50.5444.9 1800.4296.90.5775.2 2000.4537.30.6085.5 2250.4807.70.6455.9 b、驅動輪比與加速度 驅動車輪數(shù)量n1=2 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 31頁 共 65 頁 n1 n =1 2 需滿足條件 amin= （n 10 nk0 ）g=（20.15 41.2 -0.008）9.8=0.5340.555 滿足要求（表 3.5） 表 3.5 驅動輪比與允許的最大加速度 驅動輪比 n1：n2允許的最大加速度 m/s 2 1:60.135 1:40.238 1:30.340 1:20.544 1:10.645 3.1.5 減速器計算減速器計算 a、速比 車輪的踏面直徑 D輪=710mm 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 32頁 共 65 頁 減速器速比i=ND輪 Vn =47103.14 12 =180.301 b、選用減速器功率 減速器數(shù)量Zg=2 等效系數(shù)Kg=1.25 Pg=K a(Gn+Gz) Vn gZgKg =0.0013831512 0.97321.25 =2.286KW 3.1.6 制動器的選擇制動器的選擇 MzMa+Mj+Mjminn 式中：Mz制動器的制動力矩，Nm； Ma機構制動時需制動的慣性力矩； Mjmin有利于機構制動時的最小阻力矩； 3.1.6.1 制動慣性力矩制動慣性力矩 Ma Ma= 2.65(GnGz) Vk2g Zznmt +K