20t橋式起重機畢業(yè)設(shè)計

1、摘 要橋式起重機主要應用于大型加工企業(yè)，如鋼鐵、冶金和建材等行業(yè)，完成生產(chǎn)過程中的起重和吊裝等工作。其中用于生產(chǎn)車間的橋式起重機，是起重機的一個主要類型，由于起重機行駛在高空，作業(yè)范圍能掃過整個廠房的建筑面積，具有非常重要的和不可替代的作用，因而深受用戶歡迎，得到了很大發(fā)展。橋式起重機主要由機械部分、金屬結(jié)構(gòu)和電氣三大部分所組成。機械部分是指起升、運行、變幅和旋轉(zhuǎn)等機構(gòu)，還有起升機構(gòu)，金屬結(jié)構(gòu)是構(gòu)成起重機械的軀體，是安裝各機構(gòu)和支托它們?nèi)恐亓康闹黧w部分。電氣是起重機械動作的能源，各機構(gòu)都是單獨驅(qū)動的。構(gòu)成橋式起重機的主要金屬結(jié)構(gòu)部分是橋架，它橫架在車間兩側(cè)吊車梁的軌道上，并沿軌道前后運行。除

2、橋架外，還有小車，小車上裝有起升機構(gòu)和運行機構(gòu)，可以帶著吊起的物品沿橋架上的軌道運行。于是橋架的前后運行和小車沿橋架的運行以及起升機構(gòu)的升降動作，三者所構(gòu)成的立體空間范圍是橋式起重機吊運物品的有效空間。通用橋式起重機一般都具有三個機構(gòu):起升機構(gòu)(起重量稍大的有主副兩套起升機構(gòu))、小車運行機構(gòu)和大車運行機構(gòu)。另外還包括欄桿、司機室等。本論文研究的是電動雙梁橋式起重機，額定起重量75/20t。設(shè)計的主要內(nèi)容是小車運行機構(gòu)和小車的起升機構(gòu)的設(shè)計計算，大車的起升機構(gòu)的主要計算。目錄第一章 背景技術(shù)-3第二章 文獻評估-11第三章 起重機的技術(shù)與說明-193.1 起重機主起升機構(gòu)計算-193.2 起重機

3、小車運行機構(gòu)計算-283.3 起重機副起升機構(gòu)計算-373.4 大車運行機構(gòu)計算-46致 謝-56參考文獻-57第一章 背景技術(shù)起重機作為冶金行業(yè)安全、正常生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵和重要設(shè)備，其工作的可靠性、安全性、先進性一直受到人們的高度重視，但受傳統(tǒng)冶金工藝的制約，改革開放前的三十年國內(nèi)冶金起重機基本是在原蘇聯(lián)的模式下做一些小型的改進和發(fā)展。隨著改革開放的不斷深入，大量國外先進技術(shù)的引入，現(xiàn)代冶金起重機也發(fā)生了較大的變化。本文結(jié)合國內(nèi)冶金企業(yè)冶金工藝的改進及最終用戶的使用要求，對冶金起重機的發(fā)展趨勢談一些看法。例如：冶金起重機作為冶金行業(yè)安全、正常生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵和重要設(shè)備，其工作的可靠性、安

4、全性、先進性一直受到人們的高度重視，但受傳統(tǒng)冶金工藝的制約，改革開放前的三十年國內(nèi)冶金起重機基本是在原蘇聯(lián)的模式下做一些小型的改進和發(fā)展。隨著改革開放的不斷深入，大量國外先進技術(shù)的引入，現(xiàn)代冶金起重機也發(fā)生了較大的變化。本文結(jié)合國內(nèi)冶金企業(yè)冶金工藝的改進及最終用戶的使用要求，對冶金起重機的發(fā)展趨勢談一些看法。冶金起重機一般人們主要指服務于冶金企業(yè)的鑄造起重機、料箱加料起重機、板坯搬運起重機、鋼卷夾鉗起重機、磁盤起重機和服務于冶金廠工作級別較高的其它橋式起重機。由于冶金企業(yè)煉鋼、鑄坯(鑄錠)、軋鋼工藝的改變，脫錠起重機、均熱爐夾鉗起重機、剛性料耙起重機、平爐橋式加料起重機、均熱爐揭蓋起重機等傳統(tǒng)

5、冶金起重機已逐步趨于淘汰，這里不做進一步的分析。僅就前面幾種現(xiàn)在冶金企業(yè)大量使用的起重機其發(fā)展趨向做一些初步的分析探討。起重量大型化，工作速度高速化現(xiàn)代冶金起重機發(fā)展的主要趨勢之一，是起重量大型化，工作速度高速化，隨著社會的發(fā)展對冶金企業(yè)的要求也在逐步提高，這不僅表現(xiàn)在對冶金產(chǎn)品的數(shù)量要求上，更重要的是表現(xiàn)在對冶金產(chǎn)品的質(zhì)量和品種方面，由于社會需求的增加推動和促進了冶金企業(yè)的技術(shù)改造和技術(shù)進步，大型轉(zhuǎn)爐、連鑄、連軋技術(shù)的應用，對冶金起重機的大型化和高速度提出了更高的要求，現(xiàn)就國內(nèi)主要冶金起重機生產(chǎn)企業(yè)鑄造起重機的發(fā)展情況做一簡單的統(tǒng)計：從上表可以看出，五十年來主鉤起升速度和起重量均有較大幅度的

6、提高。起升、運行機構(gòu)均采用調(diào)速系統(tǒng)早在7080年代，隨著交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和成熟，國外各著名起重機制造廠紛紛推出各機構(gòu)調(diào)速的承諾。調(diào)速范圍因采用的調(diào)速方式不同而不同?，F(xiàn)設(shè)計大量使用的是定子調(diào)壓和變頻調(diào)速系統(tǒng)，起升機構(gòu)以定子調(diào)壓為多，運行機構(gòu)以變頻為多。機構(gòu)采用調(diào)速以后具有以下明顯優(yōu)點：a)機構(gòu)起、制動平穩(wěn)當機構(gòu)起、制動時僅以正常速度的110或120微速起動或制動時，被吊物體平穩(wěn)運行，對起吊鋼水包的鑄造起重機特別有利； b)可有效減少制動器閘塊的磨損；c)被吊物體能準確定位；d)減少對金屬結(jié)構(gòu)(橋架或小車架)和傳動系統(tǒng)的沖擊，延長使用壽命；e)可有效改善操作工人的工作環(huán)境；f)減少起動對電網(wǎng)的沖

7、擊。使用調(diào)速系統(tǒng)后也帶來如下問題：a)起重機的造價提高；b)對維修電工的技術(shù)水平要求較高。雖然采用調(diào)速系統(tǒng)后會增加設(shè)備成本，加大維修難度，但隨著技術(shù)的進步，調(diào)速系統(tǒng)的造價也在逐步降低，而其優(yōu)越性卻越加明顯。系統(tǒng)調(diào)速以后，其工作情況的改變?yōu)槠浒l(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。監(jiān)測傳感控制技術(shù)廣泛應用，使用性能和可靠度大大提高隨著科學技術(shù)的進步，各種監(jiān)測、傳感控制技術(shù)在冶金起重機上得到了廣泛的應用，從而使起重機的使用性能得到很大的提高，使冶金起重機從以前簡單意義上物料搬運工具變成目前的物流、信息流綜合傳送設(shè)備。秤量裝置：在鑄造起重機上設(shè)置數(shù)字式秤量裝置，小顯示屏放在司機室內(nèi)，大顯示屏設(shè)在主端梁下，朝向地面，使

8、盛鋼桶內(nèi)的鋼水重量隨時顯示，該數(shù)據(jù)聯(lián)到計算機房內(nèi)，一方面可累計每日的產(chǎn)量，另一方面可根據(jù)連續(xù)板坯的大小、塊數(shù)來決定盛鋼桶應盛放的鋼水量，減少浪費。隨著各種大型高精度電子秤的應用，冶金起重機在搬運物品的同時，還可完成產(chǎn)量的統(tǒng)計、超載斷電和報警等功能。故障顯示、記錄、打印裝置在連續(xù)生產(chǎn)的鋼鐵企業(yè)里，時間就是金錢。在起重機出了故障后，希望維修時間減至最短。故障顯示裝置可將正發(fā)生故障的部、零件名稱在司機室內(nèi)的顯示屏上顯示出來，維修人員立即知道故障發(fā)生的部位，可大大縮短維修時間。易出故障的電氣和機械的零部件，由業(yè)主列出清單，起重機制造廠按業(yè)主要求設(shè)置故障顯示點，一旦被監(jiān)測零部件出現(xiàn)故障，就會在屏幕上顯示

9、出來，避免更大故障的發(fā)生。該裝置除具有顯示功能外，還具備記錄、打印功能，備查找故障原因，落實核對責任的需要。二、三維定位裝置吊具在空間的位置可通過本裝置在司機室內(nèi)的顯示屏上顯示，定位精度可控制在10mm以下，可滿足各類自動作業(yè)線的工藝要求。司機可通過顯示屏上顯示的數(shù)字直觀地確定吊具或物體是否已到達該物體應到達的位置，大大縮短起吊時間，也避免物體的晃動，可有效提高生產(chǎn)效率。防碰撞裝置過去為防止二臺起重機碰撞，僅安裝限位開關(guān)和緩沖器，現(xiàn)有激光式或雷達式防碰撞裝置。在一臺起重機設(shè)發(fā)射裝置，在另一臺起重機設(shè)接受或反射裝置，達到預先設(shè)定的間距時，就發(fā)出報警，避免發(fā)生相撞。安全制動器在吊運重要物體，如：核

10、原料、液態(tài)金屬、大水電站的發(fā)電機轉(zhuǎn)子等，起重機的主起升機構(gòu)的卷筒上設(shè)置安全制動器。在該卷筒一側(cè)法蘭的輪緣上根據(jù)制動力矩的需要可設(shè)置一對、二對甚至三對瓦塊，由專設(shè)的液壓站進行控制。起動時，安全制動器先打開，設(shè)在高速軸上的工作制動器后打開。制動時，工作制動器先制動，安全制動器滯后幾秒再制動。安全制動器的作用是保證工作制動器與安全制動器之間所有傳動鏈環(huán)節(jié)中任一傳動件損壞或斷裂時，被吊物件均可安全。把各種監(jiān)測、傳感技術(shù)適當?shù)貞迷谄鹬貦C上，實現(xiàn)對冶金起重機的有線或無線控制，既是現(xiàn)代冶金起重機發(fā)展的方向，同時也應成為個設(shè)計工作者應該努力的目標?？刂萍夹g(shù)程序化，遙控技術(shù)在特殊環(huán)境中使用隨著計算機軟、硬件技

11、術(shù)的發(fā)展和日臻完善，實現(xiàn)程序化控制的起重機也已成為可能，且其控制范圍變得日益廣泛，控制功能變得日益完善，各種冶金起重機按照人們事先約定的模式執(zhí)行一定的工作任務已成為現(xiàn)實。為了更準確、即時的完成各種工作任務，各種冶金起重機通過有線或無線與主控設(shè)備聯(lián)動。在主控室控制已成為可能，遙控冶金起重機和程控冶金起重機已在部分冶金企業(yè)中使用。遙控冶金起重機一般用在一些高粉塵、高污染的危險作業(yè)區(qū)，如武鋼一煉鋼出渣跨、珠江鋼廠、八一鋼廠等都有遙控起重機在用。而程控冶金起重機一般用在一些作業(yè)效率較高的場合。為提高起重機的使用壽命，減小沖擊、提高操作的準確性、運行效率和改善司機的操作環(huán)境，寶鋼三期工程中的1580、干

12、熄焦提升機等都有一定范圍的使用，程控起重機和遙控起重機將得到一定的發(fā)展，并逐步被冶金企業(yè)所采用。結(jié)構(gòu)型式標準化、生產(chǎn)模式國際化我們之所以把“結(jié)構(gòu)型式標準化，生產(chǎn)模式國際化”作為現(xiàn)代冶金起重機的主要發(fā)展趨勢提出，主要出于以下兩方面的考慮：a)市場經(jīng)濟對冶金起重機的客觀要求由于經(jīng)濟運行體制已由計劃轉(zhuǎn)向了市場，這樣為設(shè)備采購單位在短時間內(nèi)利用招投標形式選擇質(zhì)優(yōu)、價低產(chǎn)品提供了有力和有利的條件，設(shè)備生產(chǎn)廠沒有結(jié)構(gòu)型式的標準化和生產(chǎn)模式的國際化就很難達到用戶的要求；b)信息、通信技術(shù)的發(fā)展為實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)型式標準化、生產(chǎn)模式國際化提供了充分的物質(zhì)和技術(shù)支持。實現(xiàn)結(jié)構(gòu)型式的標準化還可以把經(jīng)過實踐檢驗成熟可靠

13、的結(jié)構(gòu)型式應用于新的產(chǎn)品中，避免結(jié)構(gòu)型式的不合理產(chǎn)生的技術(shù)質(zhì)量問題，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。吊車型式普通化、吊具型式專用化把“吊車型式普通化、吊具型式專用化”作為現(xiàn)代冶金起重機的一個發(fā)展趨勢提出，主要是出于冶金企業(yè)鑄坯軋制技術(shù)的更新，即由傳統(tǒng)的鑄錠脫錠鋼錠加熱初軋熱軋，到現(xiàn)在的連鑄連軋。配合傳統(tǒng)工藝時，冶金企業(yè)需要有：橋式加料起重機、料箱加料起重機、鑄造起重機、脫錠起重機、均熱爐鉗式起重機、均熱爐揭蓋起重機、板坯夾鉗起重機、剛性料耙起重機、(含磁盤)鋼卷夾鉗起重機等多種起重機來完成其工藝過程，而采用連鑄連軋工藝時，冶金廠只要有料箱加料、鑄造、板坯夾鉗、鋼卷夾鉗等幾種起重機即可完成全部工藝過程中的物

14、料搬運，使吊車型式得到極大的簡化。由于冶金產(chǎn)品品種需求的多樣性，各種專用吊具也應用而生，如配合精整跨的臥卷吊具、立卷吊具、自對中立卷吊具、揭蓋吊具、l型鉤鋼板吊具、c型鉤，與可人控旋轉(zhuǎn)的吊鉤配合使用，可實現(xiàn)多種操作功能。2.典型結(jié)構(gòu)和傳動型式的分析和認識2.1鑄造起重機主起升機構(gòu)的發(fā)展趨勢鑄造起重機主傳動采用星形減速機應成為現(xiàn)代鑄造起重機發(fā)展的趨勢?，F(xiàn)在在用的鑄造起重機大部分是采用棘輪棘爪傳動，之所以采用棘輪棘爪的傳動有兩個原因，一是棘輪棘爪對保證鑄造起重機的安全運行確有其優(yōu)點。二是星形減速機最初在鑄造起重機上使用時連續(xù)出過幾次問題，冶金部專門下文對星形傳動予以停用。經(jīng)過幾十年的反思，以及星形

15、減速機在進口鑄造起重機上使用驗證的良好業(yè)績和控制監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。我們認為星形傳動在鑄造起重機上的應用將逐步擴大，原因有二，其一星形傳動基本具備原棘輪棘爪傳動的優(yōu)點，還可實現(xiàn)單電機長時間連續(xù)安全運行；其二對以前星形傳動造成事故的原因的認識逐步趨于一致，即結(jié)構(gòu)性問題而非原理性問題，只要通過改進和完善設(shè)計就可以避免，加之電氣控制監(jiān)測技術(shù)的進步，星形傳動的安全運行已經(jīng)可以得到有效的保證。板坯夾鉗起重機的夾鉗裝置重力夾鉗、電動開閉的重力夾鉗、動力夾鉗三種夾鉗裝置中，動力夾鉗因其成本較高，擴大推廣受到一定的影響，但由于其優(yōu)越的工作性能，特別是鉗口可實現(xiàn)準確的三維跟蹤、可靠夾起梯形坯、較高的工作效率和不損失

16、起升高度，為實現(xiàn)冶金企業(yè)的自動化具有無可比擬的優(yōu)點。因而我們認為動力式板坯夾鉗起重機在現(xiàn)代冶金起重機發(fā)展上將占越來越重要的作用。橋架、小車架整體加工：橋架、小車架包括一些大型結(jié)構(gòu)件整體加工是保證冶金起重機產(chǎn)品質(zhì)量的一項重要措施和有效途徑。由于冶金起重機工作的特殊性，對質(zhì)量提出了較高的要求，小車架整體加工指焊在小車架上的電動機底座，制動器底座，減速器支承座，卷筒支承座，和小車車輪支承座等機座一次性地劃線加工而成，相互間的形位、尺寸公差由機床保證，因此裝配工作變得特別簡單。只要把電動機、制動器、減速器、卷筒、車輪就位即可，不像舊的辦法，它們間的形位、尺寸誤差靠塞墊片來調(diào)節(jié)。簡而言之，這些部件間的形

17、位公差由機床精度保證與裝配工人的技術(shù)等級無關(guān)，排除了人為因素，因而大大提高了裝配精度和使用性能，同時也大大縮短了用戶的維修時間?；A(chǔ)傳動與控制隨著冶金工業(yè)的連續(xù)化生產(chǎn)，要求冶金起重機具有可靠性高，調(diào)試及定位性能好，具有故障自診斷，操作平穩(wěn)舒適等功能，其控制結(jié)構(gòu)為：工業(yè)pc機+plc+基礎(chǔ)傳動?；A(chǔ)傳動采用變頻調(diào)速。運行過程由傳統(tǒng)的人為速度控制將逐步過度到準確的plc位置控制，工作信息將自動傳給上位機(工業(yè)pc)，最終與整個工廠的管理和控制系統(tǒng)相聯(lián)是冶金起重機基礎(chǔ)傳動與控制發(fā)展的主要趨勢?；A(chǔ)傳動基礎(chǔ)傳動將以全數(shù)字式可控硅定子調(diào)壓調(diào)速，變頻調(diào)速為主導。起升機構(gòu)將采用調(diào)壓調(diào)速或無逆變失敗的可逆變式

18、變頻調(diào)速(例如西門子afe)，運行將以變頻調(diào)速為主。自動控制：plc將完成所有自動控制的功能，通過現(xiàn)場總線(如profibus)實現(xiàn)對各機構(gòu)調(diào)速裝置的速度及定位控制，該方式通訊信息量大，連線簡單，可靠性高。對于板坯連鑄使用的板坯夾鉗連續(xù)自動堆垛，連軋后的鋼卷連續(xù)自動堆垛，plc將根據(jù)設(shè)定，自動完成定時、定位自動夾坯，自動定位堆垛，整個過程將自動完成，重復循環(huán)，系統(tǒng)將具有自診斷功能，以確保運行可靠性。故障時，可切換到司機人工操作，并隨時從任一工藝流程點切入自動過程，這將使效率更高，設(shè)備運行更合理。故障監(jiān)測與控制；裝在司機室的pc機或觸摸屏人機界面，將能夠顯示各機構(gòu)運行狀態(tài)故障信息，并可在pc機上

19、設(shè)置工藝要求指令，下載至plc。啟動自動控制功能，實現(xiàn)工藝要求的自動控制過程。工業(yè)pc機還可通過通訊實現(xiàn)與工廠管理網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)，從而實現(xiàn)生產(chǎn)管理自動化。第二章 文獻評估沈陽工業(yè)大學 吳芳在大型塔式起重機非接觸式力矩保護技術(shù)研究一文中分析了塔式起重機是工業(yè)和民用建筑施工中完成重物吊裝工作的主要設(shè)備，具有工作效率高，使用范圍廣，操作容易，安裝拆卸簡便等優(yōu)點。近年來，核電站及建筑業(yè)的迅速發(fā)展，為塔式起重機的發(fā)展創(chuàng)造了前所未有的發(fā)展機會，但同時也提出了挑戰(zhàn)，塔式起重機安全事故隨著起重機數(shù)量的猛增而頻繁發(fā)生。減少塔式起重機事故，提高塔式起重機安全性能和作業(yè)效率迫在眉睫。力矩限制器是裝備在塔式起重機上的重要超

20、載保護裝置，它為塔式起重機的安全工作提供保障。傳統(tǒng)的力矩保護裝置是采用一個機械式的力矩傳感器，利用機械變形產(chǎn)生電信號，再將這一信號放大，為操作者提供顯示或保護信號；但這種接觸式的力矩保護存在著不可避免的誤差，為了提高其可靠性和精度，減小誤差，本文在對國內(nèi)外現(xiàn)有的力矩限制器進行了深入詳盡的對比和分析基礎(chǔ)上，借鑒和傳承了它們的成功經(jīng)驗，充分利用現(xiàn)代電子、計算機、傳感測控等方面的技術(shù)成果，提出了非接觸式的設(shè)計思想，進行了新型起重機力矩限制器的研制。該系統(tǒng)的解決方案具有通用性好、高精度、低成本等優(yōu)點【1】 。武漢科技大學機械自動化學院 謝建剛, 李堯在新型雙粱鑄造起重機的設(shè)計一文中對新型雙梁鑄造起重機

21、重新進行設(shè)計. 使其新設(shè)計中有四根鋼繩，并且可以利用現(xiàn)有50t起重機的橋架及小車架達到原四梁鑄造起重機的功能和安全指標.鑄造起重機的工作任務是非常危險的，因為其起吊的鋼水包里的液態(tài)金屬溫度高達1200c，一旦鋼水包脫落，帶來的是災難性的后果。故鑄造起重機的設(shè)計規(guī)則中對可靠性的要求非常高。國標gb11-83起重機設(shè)計規(guī)范里面對起升機構(gòu)的制動器安全儲備作出了規(guī)定。而煉鋼操作規(guī)程里面規(guī)定了起吊鋼水包應采用鑄造起重機，這一要求也正與其相應的工作任務一致。此文優(yōu)點在于：新設(shè)計的雙梁鑄造起重機與四梁起重機一樣有四根承載鋼繩。其中任何一根鋼繩突然脫落或斷裂均不影響吊鉤的平衡，不會導致鋼水包的傾覆。運輸鋼水一

22、類的液態(tài)金屬，必須使用有安全冗余設(shè)計的鑄造起重機，這樣可以避免相關(guān)事故發(fā)生。本文設(shè)計的雙梁鑄造起重機在中小鋼廠因其價格便宜，改造工作量較小，有一定的推廣價值【2】。上海西重所重型機械成套有限公司 蔡麗娟 孫承波與寶山鋼鐵股份有限公司 戴至前 陳平原在所發(fā)表的 橋式起重機節(jié)能調(diào)速技術(shù)改造一文中闡述了自己在橋式起重機節(jié)能調(diào)速方面的改造方案，即：在國外進口產(chǎn)品技術(shù)基礎(chǔ)上，借鑒其他行業(yè)的應用經(jīng)驗，采用變頻調(diào)速控制裝置改造橋式起重機的調(diào)壓調(diào)速裝置，并盡可能地保留原有設(shè)備配置，實現(xiàn)了低成本高性能的改造目標。為同類設(shè)備改造提供了技術(shù)借鑒。這樣做的優(yōu)點：我認為變頻調(diào)速系統(tǒng)運行可靠、響應速度快、節(jié)能環(huán)保、調(diào)速穩(wěn)

23、定、故障率低，是起升機構(gòu)理想的控制裝置，完全達到了改造目標。在afe產(chǎn)品基礎(chǔ)上自主集成的橋式起重機變頻調(diào)速系統(tǒng)為國內(nèi)首創(chuàng)，技術(shù)性能與西門子成套產(chǎn)品相同，但裝置成本明顯降低，調(diào)試和現(xiàn)場服務的費用更低，能為系統(tǒng)的正常運行和維護提供技術(shù)支持。改造后的變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能效果明顯，1臺160 kw電機主鉤，以1年330 d、每天工作16 h計算，能節(jié)電40萬kwh，節(jié)省電費超過25萬元【3】。楊丹對軌道集裝箱龍門起重機運動數(shù)值仿真及動力學分析一文中龍門起重機主梁結(jié)構(gòu)是起重機工作時最重要的承載部件，其力學性能對整機的正常運轉(zhuǎn)有直接影響。目前在龍門起重機結(jié)構(gòu)的設(shè)計和故障診斷中有以下兩方面的問題有待解決：1)過

24、去，在設(shè)計和驗算中僅是對起重機金屬結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的起始、中間等幾個在經(jīng)驗上看來是危險的位置進行結(jié)構(gòu)分析，而對起重機在從小車起吊載荷到終止整個工作過程中的應力等力學參量均不知曉，主要是由于實際工作中這項工作太繁瑣而無法實現(xiàn)。本文的第一個解決的問題便是對龍門起重機結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的整個運動過程進行運動數(shù)值仿真；2)起升機構(gòu)起制動時對龍門起重機結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強烈的沖擊動載荷，其對整個龍門起重機結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應未知。針對以上兩個問題，本論文以龍門起重機結(jié)構(gòu)為研究對象，以有限元法和機械動力學為理論基礎(chǔ)和分析手段，運用參數(shù)化技術(shù)和有限元分析軟件ansys對小車吊載運行過程中的龍門起重機結(jié)構(gòu)進行了運動數(shù)值仿真，研

25、究了龍門起重機結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性和龍門起重機結(jié)構(gòu)在起吊時的動力學響應，并采用visualbasic開發(fā)了相應的數(shù)值運動和動力仿真軟件。主要研究工作如下： 1)用ansys的內(nèi)部命令和apdl語言以及參數(shù)化技術(shù)建立了龍門起重機結(jié)構(gòu)的有限元參數(shù)化模型。它使得有限元分析過程中對模型的修改以及再次計算很方便、快捷，而且不容易出錯。2)用建立好的有限元參數(shù)化模型和ansys的內(nèi)部命令以及apdl語言編寫了小車吊載運動過程中起重機運動數(shù)值仿真的命令流文件，具體實現(xiàn)了仿真，獲得了仿真動畫，經(jīng)分析得出了有參考價值的結(jié)論。3)研究了龍門起重機結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。結(jié)合有限元參數(shù)化模型編寫了模態(tài)分析的命令流文件。提取了前1

26、0階固有頻率、主振型及其振型圖，并對結(jié)果進行了分析。4)對龍門起重機結(jié)構(gòu)在貨物突然起吊受到動載荷的情況進行了瞬態(tài)分析。結(jié)合有限元參數(shù)化模型編寫了瞬態(tài)分析的命令流文件。該瞬態(tài)分析主要是以小車滿載跨中為基點進行分析的，獲得了龍門起重機突然起吊的瞬態(tài)動力響應，包括龍門起重機結(jié)構(gòu)主梁垂直位移、垂直速度、垂直加速度與時間的響應曲線，并對結(jié)果進行了分析。5)有效地運用visualbasic軟件對龍門起重機結(jié)構(gòu)的運動數(shù)值仿真和動力學分析進行了封裝。獨立開發(fā)了龍門起重機運動和動力數(shù)值仿真軟件【4】。單海云對起重機結(jié)構(gòu)安全性評價系統(tǒng)及基于有限元法的可靠性研究一文該論文以港口起重機為研究對象,考慮影響起重機結(jié)構(gòu)的

27、各種因素,確定金屬結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀態(tài),對其安全使用期限進行預測,并采用vi sual c+6.0開發(fā)了一套主要針對裝卸橋和門座起重機的安全性綜合評價系統(tǒng).此外,運用有限元分析軟件ansys對一臺龍門起重機進行可靠性分析.全文的總體結(jié)構(gòu)如下：全文共分為7章,在第一章緒論中綜合敘述了國內(nèi)外對起重機結(jié)構(gòu)安全性評價的研究和現(xiàn)狀、未來的發(fā)展趨勢和方向、機械可靠性的發(fā)展和應用以及該文的研究目的和意義,簡單介紹了該文所做的工作.第二章主要闡述了起重機結(jié)構(gòu)安全性評價的理論基礎(chǔ).在該章的第二節(jié)中,對起重機金屬結(jié)構(gòu)的裂紋形式和分類進行比較詳細的描述,同時應用斷裂力學的知識,推導出裂紋擴展速度公式,控制裂紋的進一步擴展

28、.該章的第三節(jié)論述了起重機金屬結(jié)構(gòu)的重要技術(shù)性能指標,詳細討論了指標狀態(tài)指數(shù)和權(quán)重,并提出了基于模糊數(shù)學的隨機模糊法來進一步細化結(jié)構(gòu)的狀態(tài)指數(shù)和權(quán)重.根據(jù)結(jié)構(gòu)的裂化指數(shù)評價結(jié)構(gòu)的狀態(tài),并對結(jié)構(gòu)的安全使用期限進行預測.第三章是開發(fā)起重機結(jié)構(gòu)安全性評價系統(tǒng)軟件的技術(shù)基礎(chǔ).簡單介紹了面向?qū)ο蟮目梢暬夹g(shù)和程序設(shè)計語言、windows程序的消息和程序流程.在第二章和第三章的理論支撐基礎(chǔ)上,第四章就是起重機結(jié)構(gòu)安全性評價系統(tǒng)軟件的實際應用實例,并對計算結(jié)果進行分析,確定起重機金屬結(jié)構(gòu)的使用狀態(tài).第五章對有限元的基本思想和有限元分析軟件ansys進行了簡單的介紹,同時也重點介紹了三種可靠性分析的方法:蒙特

29、卡羅法、響應面法、基于敏感性的分析方法.第六章是有限元法在可靠性分析中的應用實例,以一臺龍門起重機為例,詳細描述了在有限元中進行可靠性分析的三個重要步驟:模型文件的生成、可靠性分析階段、后處理和結(jié)果的提取,因此該文將理論與實踐密切結(jié)合起來了.該文的最后一章對全文進行了總結(jié),提出了幾點在將來應當繼續(xù)研究的問題【5】。毛文剛對起重機疲勞壽命估算與疲勞可靠性安全檢測一文起重機由于能快速方便地對貨物進行搬運、轉(zhuǎn)移，在國民經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮了越來越大的作用，但在工作過程中其結(jié)構(gòu)要承受反復交變載荷作用，很容易產(chǎn)生疲勞破壞，據(jù)統(tǒng)計金屬結(jié)構(gòu)的破壞有5090屬于疲勞破壞，因此需要對其結(jié)構(gòu)進行疲勞壽命估算，并根據(jù)起重

30、機的服役狀況進行相應的安全檢測，從而保證其能安全有效地運行。本文通過對各種不同起重機實際工作情況下結(jié)構(gòu)的受力特征進行計算分析，并參考相關(guān)的檢測規(guī)范以及同類型起重機結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的歷史記錄情況，選取起重機結(jié)構(gòu)的應力測試點；然后在起重機正常工作情況下測試這些點在不同工況下的應力值，并選取應力相應比較大的點作為疲勞壽命估算點，測量其應力時間歷程；采用雨流計數(shù)法對動態(tài)采樣得到的應力時間歷程進行循環(huán)計數(shù)統(tǒng)計，編制出結(jié)構(gòu)的測試疲勞載荷譜。由于結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場動態(tài)采樣時間遠比其整個疲勞壽命短，本文應用疲勞載荷譜理論將測試疲勞載荷譜外推，得出結(jié)構(gòu)整個服役期間的全壽命疲勞載荷譜；在依據(jù)起重機設(shè)計規(guī)范推導起重機結(jié)構(gòu)構(gòu)件的

31、sn曲線時，本文考慮到小于疲勞極限的應力幅值在結(jié)構(gòu)的疲勞載荷譜中占了很大部分，對結(jié)構(gòu)的累積損傷同樣具有很大的影響，因此本文將結(jié)構(gòu)構(gòu)件的sn曲線分成兩個階段來表達；最后結(jié)合miner累積損傷法則，計算結(jié)構(gòu)的疲勞損傷值，并根據(jù)起重機的實際工作情況，估算出其剩余疲勞壽命。同時按照上述原理，編制了一套起重機結(jié)果疲勞壽命估算程序，為起重機使用和檢測部門提供了一種準確、實用的估算起重機疲勞壽命的新手段，為相關(guān)部門對起重機的安全檢測和合理應用提供了一個很好的參考依據(jù)。目前國內(nèi)起重機都是通過定期對其重要部位進行檢測后，來判斷結(jié)構(gòu)的安全狀況，這種檢測方式具有很大的盲目性。本文將基于疲勞可靠性的安全檢測方式應用到

32、起重機結(jié)構(gòu)的安全檢測中，并根據(jù)實際工作狀況下測量的應力時間歷程進行統(tǒng)計分析，確定出結(jié)構(gòu)的疲勞可靠度指標曲線，與保證起重機可以安全運行的結(jié)構(gòu)最低目標可靠度指標進行比較，來判斷結(jié)構(gòu)的安全狀況以及下次需要再次進行檢測的時間間隔。這種基于疲勞可靠性的起重機結(jié)構(gòu)安全檢測方式在起重機剛投入使用初期，要求的檢測次數(shù)較少，這樣就節(jié)約了檢測成本；但到了起重機結(jié)構(gòu)服役的后期，由于累積疲勞損傷的影響，結(jié)構(gòu)的疲勞可靠度指標曲線下降明顯，這樣根據(jù)基于疲勞可靠性的方式進行檢測可以保證在檢測期間起重機結(jié)構(gòu)的安全度水平始終可以滿足安全需要。考慮到matlab在數(shù)值計算、圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等方面的優(yōu)點，本文所有的工作都以它為計算平臺

33、，同時相關(guān)部門可以根據(jù)具體的起重機形式，不同的工作環(huán)境狀況對上述應用程序進行改進，以滿足特殊的需要【6】。林偉華對基于cosmos/works的龍門起重機金屬結(jié)構(gòu)的整體靜態(tài)性能分析及結(jié)構(gòu)細節(jié)設(shè)計的研究一文針對目前國內(nèi)外龍門起重機的大型起重設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計的現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)和發(fā)展方向及其在現(xiàn)代工業(yè)中的重要作用，進行了龍門起重機金屬結(jié)構(gòu)整體和局部細節(jié)的課題研究。目前國內(nèi)起重機等大型設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法多采用以經(jīng)典力學和數(shù)學為基礎(chǔ)的半理論，半經(jīng)驗設(shè)計法和模擬法、直覺法等傳統(tǒng)設(shè)計方法，使設(shè)計的精度比較低，而且對于結(jié)構(gòu)一些細節(jié)部分的設(shè)計并沒有做深入的研究。本文運用有限元工程分析理論，對龍門起重機金屬結(jié)構(gòu)

34、整體靜態(tài)力學特性以及結(jié)構(gòu)局部細節(jié)處的應力狀態(tài)分布進行分析，希望達到指導設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計方案和提高起重機技術(shù)性能的目的。根據(jù)上海振華港機公司的設(shè)計需要，對其設(shè)計的600t造船龍門起重機展開研究，就有限元方法用于起重機的相關(guān)理論和實現(xiàn)原理進行了闡述，在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ)上，對龍門起重機金屬結(jié)構(gòu)進行了建模，單元劃分、約束處理，載荷處理以及計算分析等方面的工作。研究主要分龍門起重機整體結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特性分析和結(jié)構(gòu)細節(jié)的應力狀態(tài)分析兩個部分，分析過程使用了新興的cad/cae集成軟件cosmos/works，對其在結(jié)構(gòu)分析中的實用性做了研究，得到了結(jié)構(gòu)的主要力學特性和結(jié)構(gòu)開孔以及相貫鋼管節(jié)點的應力集中情況，對

35、設(shè)計的產(chǎn)品進行了較為科學的評價并總結(jié)了設(shè)計中應予以重視的問題。本文旨在對我國起重機的計算機工程分析應用手段及設(shè)計的細節(jié)做進一步的分析研究，希望本文中用于分析的一些手段與方法以及一些分析結(jié)論對我國起重機行業(yè)的相關(guān)研究有借鑒作用【7】。邪小健在對港口起重機鋼結(jié)構(gòu)抗脆斷設(shè)計的研究一文港口起重機的鋼結(jié)構(gòu)是起重機的重要組成部分,是整臺起重機的骨架.起重機設(shè)計規(guī)范(gb3811-83)對鋼結(jié)構(gòu)提出了抗屈服、抗失穩(wěn)和抗疲勞失效的安全性核算要求,但不能保證抗脆性破壞的安全性;在f.e.m標準歐洲起重機械設(shè)計規(guī)范(1998年修訂版)中對鋼結(jié)構(gòu)抗脆性破壞提出了鋼材質(zhì)量選擇辦法。本文針對現(xiàn)行起重機鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計,從防止

36、結(jié)構(gòu)脆斷的角度就如何合理選用鋼材等級做探討【8】。第三章 起重機的技術(shù)與說明設(shè)計內(nèi)容 計 算 與 說 明結(jié) 果1）確定起升機構(gòu)傳動方案，選擇滑輪組和吊鉤組2）選擇鋼絲繩 3）確定滑輪主要尺寸4）確定卷筒尺寸，并驗算強度5）選電動機 6）驗算電動機發(fā)熱條件7）選擇減速器 8）驗算起升速度和實際所需功率9）校核減速器輸出軸強度10）選擇制動器 11）選擇聯(lián)軸器12）驗算起動時間13）驗算制動時間1）確定傳動方案2）選擇車輪及軌道并驗算其強度3）運行阻力的計算4）選電動機5）驗算電動機發(fā)熱條件6）選擇減速器7）驗算運行速度和實際所需功率8）驗算起動時間9)按起動工況校核減速器功率10）驗算起動不打滑

37、條件11）選擇制動器12）選擇高速軸聯(lián)軸器及制動輪13）選擇低速軸聯(lián)軸器1） 確定傳動機構(gòu)方案2）選擇鋼絲繩(3)確定卷筒尺寸并驗算強度(4)計算起升靜功率(5)初選電動機(6)選用減速器(7)電動機過載驗算和發(fā)熱驗算(8)選擇制動器 9）選擇聯(lián)軸器(10)驗算起動時間(10)驗算制動時間)11）高速軸計算1）確定傳動機構(gòu)方案2）選擇車輪與軌道，并驗算其強度3） 運行阻力計算4） 選擇電動機5）驗算電動機發(fā)熱條件6）選擇減速器7）驗算運行速度和實際所需功率8）驗算起動時間 9）起動狀況下校核減速器功率10）驗算起動不打滑11）選擇制動器12）選擇聯(lián)軸器3.1 起重機主起升機構(gòu)計算按照布置宜緊湊

38、的原則，決定采用如下圖3-1的方案。按q=20t，查1表4-1取滑輪組倍率ih=3，承載繩分支數(shù)：z=2ih=6 圖3-1主起升機構(gòu)計算簡圖 查2附表9選圖號為t1-362.1508吊鉤組，得其質(zhì)量：g0=467kg,兩端滑輪間距 a=87mm若滑輪組采用滾動軸承，當ih=3，查1表2-1得滑輪組效率:h=0.985鋼絲繩所受最大拉力：smax=34631.1kg=34.63kn查1表2-4和 3表1-2-7、 1-2-9,中級工作類型(工作級別m6)時,安全系數(shù)n=5.5。鋼絲繩計算破斷拉力sb： sb=nsmax=5.534.63=190.5kn查2附表1選用纖維芯鋼絲繩619w+fc，鋼

39、絲公稱抗拉強度1670mpa，光面鋼絲，左右互捻，直徑d=20mm，鋼絲繩最小破斷拉力sb=220.4kn，標記如下：鋼絲繩 20nat619w+fc1670zs220.4gb8918-88滑輪的許用最小直徑：dd(e-1) =20(25-1) =480mm式中系數(shù)e=25由1表2-4查得。由2附表2選用滑輪直徑d=560mm，取平衡滑輪直徑dp=0.6560=336mm，由2附表2選用dp=355mm?；喌睦K槽部分尺寸可由2附表3查得。由2附表4選用鋼絲繩d=20mm，d=560mm，滑輪軸直徑d5=100mm的e1型滑輪，其標記為： 滑輪e120560-100 zb j80 006.8-

40、87由2附表5平衡滑輪選用d=14mm，d=225mm，滑輪軸直徑d5=100mm的f型滑輪，其標記為： 滑輪f14225-100 zb j80 006.8-87卷筒直徑： dd(e-1) =20(20-1) =380mm式中系數(shù)e=20由3表3-2-2查得。由2附表13選用d=400mm，卷筒繩槽尺寸由3附表3-3-3查得槽距，t=22mm，槽底半徑r=11mm 卷筒尺寸：l= =2152.6mm 取l=2500mm式中 z0附加安全系數(shù)，取z0=2； l1卷槽不切槽部分長度，取其等于吊鉤組動滑輪的間距，即l1=a=87mm，實際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當增減； d0卷筒計算直徑d0=

41、d+d=400+20=420mm 卷筒壁厚： =0.02d+（610）=0.02400+（610）=1418取=23mm卷筒壁壓應力驗算：=n/m2=104.93mpa選用灰鑄鐵ht200，最小抗拉強度=195mpa許用壓應力：y=130mpay 故抗壓強度足夠 卷筒拉應力驗算：由于卷筒長度l3d，尚應校驗由彎矩產(chǎn)生的拉應力，卷筒彎矩圖示與圖2 圖b卷筒彎矩圖卷筒最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時： =41781095nmm 卷筒斷面系數(shù)：w=0.1=0.1=1714597.5 mm3式中卷筒外徑，=400mm； 卷筒內(nèi)徑， =400-215=370mm于是 =2.43mpa 合成應力： =+

42、=2.43 +=33.9mpa式中許用拉應力 =39mpa 卷筒強度驗算通過。故選定卷筒直徑=400mm，長度l=2500mm；卷筒槽形的槽底半徑=11mm，槽距=22mm；起升高度=18m，倍率=3； 卷筒 a4002500-1122-183左zb j80 007.2-87 計算靜功率： =36.19kw式中機構(gòu)總效率，一般=0.80.9，取=0.85 電動機計算功率：=0.836.19=28.95kw式中系數(shù)由1表6-1查得，對于級機構(gòu)，=0.750.85，取=0.8 查2附表30選用電動機jzr2-52-8，其（25%）=30kw，=720rpm，=3.234kg，電動機質(zhì)量=390kg

43、 按照等效功率法，求=40%時所需的等效功率：=0.50.8536.19=26.613kw式中工作級別系數(shù)，查1表6-4，對于m5m6級，=0.5； 系數(shù)，根據(jù)機構(gòu)平均起動時間與平均工作時間的比重（/）查得。由1表6-5，一般起升機構(gòu)/=0.10.2，取/=0.1，由2圖6-6查得=0.87。由以上計算結(jié)果，故初選電動機能滿足發(fā)熱條件 卷筒轉(zhuǎn)速：=20.9r/min 減速器總傳動比：、=34.4 查2附表35選zq-500-3ca減速器，當工作類型為中級（相當工作級別為m6級）時，許用功率n=12kw，=40.17，質(zhì)量=345，主軸直徑=50mm，軸端長=85mm（錐形） 實際起升速度：=9

44、.2=7.8m/min 誤差：=100%=|100%=14%=15% 實際所需等效功率：=26.613=22.15kw=30kw 由1公式（6-16）得輸出軸最大徑向力：= 式中=234630=69260n=69.26kn卷筒上卷繞鋼絲所引起的載荷；=5kn卷筒及軸自重，參考2附表14估計r=40.5knzq650減速器輸出軸端最大允許徑向載荷，由1附表40查得。=37.13kn=40.5kn 由1公式（6-17）得輸出軸最大扭矩：=（0.70.8）式中=9550=397.9nm電動機軸額定力矩； =2.8當=40%時電動機最大力矩倍數(shù) 減速器傳動效率； nm減速器輸出軸最大容許轉(zhuǎn)矩，由1附表

45、36查得。=0.82.8397.940.170.95=33970nm=36500nm 由以上計算，所選減速器能滿足要求 所需靜制動力矩：= =1.75=53.05m=530.5nm式中=1.75制動安全系數(shù)，由2第六章查得。 由2附表15選用ywz5-315/50制動器，其制動轉(zhuǎn)矩=360710nm，制動輪直徑=315mm，制動器質(zhì)量=61.4 高速聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩，由1（6-26）式： nm式中電動機額定轉(zhuǎn)矩（前節(jié)求出）； =1.5聯(lián)軸器安全系數(shù)； =1.8剛性動載系數(shù)，一般=1.52.0。 由2附表31查得jzr2-52-8電動機軸端為圓錐形，。從2附表34查得zq-500減速器的高速軸為圓

46、錐形。 靠電動機軸端聯(lián)軸器 由1附表43選用clz3半聯(lián)軸器，其圖號為s139，最大容許轉(zhuǎn)矩=3150nm值，飛輪力矩kgm，質(zhì)量=38.5kg 浮動軸的兩端為圓柱形 靠減速器軸端聯(lián)軸器 由2附表45選用帶制動輪的半齒聯(lián)軸器,其圖號為s124,最大容許轉(zhuǎn)矩=3150nm, 飛輪力矩 kgm,質(zhì)量38.5kg.為與制動器ywz5-315/23相適應,將s124聯(lián)軸器所需制動輪,修改為應用 起動時間：式中=1.465+0.403+1.8=3.688kgm 靜阻力矩：kgm =419.5nm平均起動轉(zhuǎn)矩：nm =0.735s 通常起升機構(gòu)起動時間,此時1s,可在電氣設(shè)計時，增加起動電阻，延長起動時間

47、，故所選電動機合適。 由2式（6-24）得，制動時間：式中 查1表6-6查得許用減速度a0.2,a=v/，因為，故合適。3.2 起重機小車運行機構(gòu)計算經(jīng)比較后，確定采用下圖4-1所示傳動方案： 圖 4-1 小車運行機構(gòu)傳動簡圖 車輪最大輪壓：小車質(zhì)量估計取gxc=6000kg 假定輪壓均布，則pmax=（20000+6000）/4=6500kg=65000n車輪最小輪壓：pmin=gxc/4=6000/4=1500kg=15000n 初選車輪：由2附表17，當運行速度1.6，工作級別為m6時，車輪直徑dc=350mm，軌道型號為18 kg/m(p18)，許用輪壓為3.496=pmax=3.5t。gb462884規(guī)定，直徑系為=250,315,400,500,630mm，故初步選定車輪直徑=400mm，而后校核強度。強度驗算：按車輪與軌道為線接觸及點接觸兩種情況驗算車輪接觸強度車輪踏面疲勞計算載荷： pc=（2pmax+pmin）/3=（265000+15000）/3 =48333n車輪材料為zg340-640，s=340mpa，b=640mpa線接觸局部擠壓強度： pc=k1dclc1c