300kN桥式起重机大车行走部传动装置设计.doc
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本科毕业设计(论文)
题目_300kN桥式起重机大车行走部传动装置设计
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上海建桥学院本科毕业设计(论文)
300kN桥式起重机大车行走部传动装置设计
摘要
桥式起重机由桥架、大车运行机构、小车运行机构和电气设备构成。
在系统整体设计中采用传统布局的典型结构,桥式起重机是一种提高劳动生产率重要物品搬运设备,主要适应车间物品搬运、设备的安装与检修等用途。
起升机构滑轮组采用双联滑轮组,重物在升降过程中没有水平移动,起升过程平稳,且钢丝绳的安装和更换容易。
相应的卷绕装置采用单层卷筒,有与钢丝绳接触面积大,单位压力低的优点。
在起升机构中还涉及到钢丝绳、减速器、联轴器、电动机和制动器的选择等。
关键词:
起升机构;大车运行机构;桥式起重机
-I-
Designoftransmissiondevicerunning300kNbridgecrane
Abstract
Abridgefromthebridgecrane,cranetravelingmechanism,thecarruninstitutionsandelectricalequipment.Thetraditionallayoutofthetypicalstructureisadoptedinthedesignofthewholesystem,bridgecraneisasignificantincreaselaborproductivitygoodshandlingequipment,primarilytocarrygoodsworkshops,equipmentinstallationandmaintenance,etc..Hoistingpulleygroupadoptsdoublepulleyblock,weightnohorizontalmovementintheprocessoflifting,hoistingprocessisstable,andthesteelwireropeinstallationandeasyreplacement.Windinginstallationsinthecorrespondingsinglereel,alargeareaofcontactwiththerope,theadvantagesoflowpressureunits.Intheliftingmechanismalsoinvolvesrope,reducer,coupling,motorandbrakethechoice.
Keywords:
hoistingmechanismofcranetravelingmechanism;bridgecrane;
-V-
目录
摘要 I
Abstract II
1引言 1
1.1起重机概念及知识 1
1.2起重机发展及存在问题 1
1.3未来发展趋势 2
1.4桥式起重机的主要结构 4
1.4.1小车 4
1.4.2大车 4
1.4.3动力装置和控制系统 5
2大车行走部传动装置总体设计 6
2.1主要技术参数 6
2.2桥式起重机的特点和种类 6
2.3桥式起重机的一般构造 8
2.4设计的基本原则和要求 9
2.5大车机构传动方案 9
2.6大车运行机构具体布置的主要问题 10
3大车行走部传动设计 12
3.1大车运行机构:
采用分别传动的方案 12
3.1轮压计算 12
3.2车轮选择 13
3.3阻力计算 14
3.4电机的计算与选择 15
3.4.1静功率计算 15
3.4.2电动机过载能力校验 16
3.4.3电动机发热校验 17
3.5减速器的选择 17
3.5.1初选减速器 17
3.5.2验算运行速度和实际所需功率 19
3.6验算启动不打滑条件 19
3.6.1二台电动机空载时间时启动 19
3.6.2事故状态 20
3.7选择制动器 21
4大车行走部联轴器选型和轴的计算校核 23
4.1制动器至减速器段联轴器选型 23
4.2制动器至减速器段轴计算 23
4.3减速器至大车轮段联轴器选型 25
4.4减速器至大车轮段轴的设计及强度校核 25
5结构设计计算 28
5.1主梁的设计计算 28
5.2端梁的计算 42
5.2.1端梁总体的尺寸 42
5.2.2计算载荷的确定 43
6起重机未来发展趋势 50
6.1模块化和组合化 50
6.2轻型化和多样化 51
6.3自动化和智能化 52
6.4成套化和系统化 53
6.5新型化和实用化 54
参考文献 56
致谢 58
上海建桥学院本科毕业设计(论文)
1引言
1.1起重机概念及知识
二十世纪以来,由于钢铁、机械制造业和铁路、港口及交通运输业的的发展,促进了起重运输机械的发展。
对起重运输机械的性能也提出了更高的要求。
现代起重运输机械担当着繁重的物料搬运任务,是工厂、铁路、港口及其他部门实现物料搬运机械化的关键。
因而起重机的金属结构都用优质钢材制造,并用焊接代替铆接,不仅简化了结。
桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行,起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行,构成一矩形的工作范围,就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料,不受地面设备的阻碍。
桥式起重机泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。
缩短了工期,而且大大地减轻了自重,焊接结构是现代金属结构的特征。
我国是应用起重机械最早的国家之一,古代我们祖先采用杠杆及轱辘取水,就是用起重设备节省人力的例子。
几千年的封建统治年代,工业得不到发展,我自行设计制造的起重机很少,绝大多。
70年代,起重机的类型、规格、性能和技术水准获得了很大的发展,除了满足国内经济建设对起重机日益增长的需要外,还向国外出口各种类型的高性能。
1.2起重机发展及存在问题
上个世纪70年代以来,随着生产和科学技术的发展,起重机械在品种及质量上都得到了极其迅速的发展。
随着国名经济的快速发展,特别是国家加大基础工程建设的结构件和机器设备的重量也越来越大,特别是大型水电站、石油、化工、路桥、冶炼、航天以及公用民用高层建筑的安装作业的迫切需要,极大的促进了起重机、特别是大型起重机的发展,起重机的设计制造技术得到了迅速发展。
随着起重机的使用频率、起重量的增大,对其安全性能、经济性能、效率及耐久性性等问题,也越来越引起人们的重视,并对设计理念、方法及手段的探讨也日趋深入。
由于在起重机设计中采取常规设计方法时,许多构件存在不合理性,进而影响整个设备性能。
计算机技术的应用在很大范围内解决了起重机的设计问题,尤其是有限元分析方法与计算机技术的结合,为起重机结构的准确分析提供了强力的有效手段,在实际工程已日益普及,且今后的结构分析从孤立的单独构件转变到结构系统的整体空间分析。
1.3未来发展趋势
由于生产发展提出新的使用要求,起重机的种类、形式也需要相应地发展和创新,性能也需要不断变化与究善。
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应用,使起重机设计思维观念和方法有了进一步的更新,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,起重机向现代化、智慧化、更安全。
今后的发展主要表现在如下几个方面:
(1)产品大型化,高速化和专用化。
由于工业生产规模不断扩大,生产效率日益提高,以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加,促使大型或高速起重机的需求量不断增长,起重量越来越大,工作速度越来越高,并对能耗和可靠性提出更高的要求。
目前世界上最大的履带起重机起重量3000t,最大的桥式起重机起生日一1200t,集装箱岸连装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min,堆垛起重机级最大运行速度240m/min,垃圾处理用起重机的起升速度达100m/min。
(5)产品组合成套化、集成化和柔性化
在起重机单机自动化的基础上,通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统,通过中央控制室的控制,与生产设备有机结合,与生产系统协调配合。
(6)产品构造新型化、美观化和实用化
结构方面采用薄壁型材和异形钢、减少结构的拼接焊缝,提高抗疲劳性能。
采用各种高强度低合金钢新材料,提高承载能力,改善受力件,减轻自重和增加外形美观。
(3)通用产品小型化、轻型化和多样化
有相当批量的起重机是在通用的场合使用,工作并不很繁重。
这类起重机批量大、用途广,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,整个建筑物高度下降,建筑结构轻型化,降低造价。
(4)产品性能自动化、智能化和数字化
起重机的更新和发展,在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。
机械技术和电子技术相结合,先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统,实现起重机的自动化和智能化。
大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。
(2)系列产品模块化、组合化和标准化
用模块化设计代替传统的整机设计方法,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。
1.4桥式起重机的主要结构
1.4.1小车
小车由起升机构,小车运行机构,小车架和保护装置等组成。
小车起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。
电动机通过减速器带动卷筒转动使上卷筒从卷筒放下,以达到起升的目的。
小车架要承受起升载荷和各机构自重,应有足够的强度和刚度,同时又要尽量减轻自重,以降低轮压和门架受载。
小车的电力则由滑线或软电缆引入。
小车的运行机构有两种方式,本设计采用的是集中驱动,用四轮支撑,车轮选圆柱双轮缘车轮。
设计时要考虑改善零部件的受力情况、减少外形尺寸和自重、安全可靠、工作平稳、装配维修方便等因素。
1.4.2大车
大车由桥架和大车运行机构组成。
桥架:
桥架为起重机的金属结构,一方面支撑小车,允许小车在它上面横向行驶;另一方面又是起重机行走的车体,可沿铺设在厂房上面的轨道行驶。
在其两侧的走台上,安装有大车运行机构和电器设备,大车运行机构用来驱动大车行走,大车上一般还有驾驶室,用来操纵起重机和安装各机构的控制设备。
门架主要由主梁和端梁组成。
设计时要考虑其强度,刚度和稳定性要求,也应考虑自重和外形尺寸要小,加工制造简单,运输、存放和使用维修方便,成本低等因素。
1.4.3动力装置和控制系统
动力装置是驱动起重机运动的动力设备,它在很大程度上决定了起重机的性能和构造特点,桥式起重机的动力装置一般采用电动机。
控制系统包括操纵装置和安全装置。
各机构的启动、调速、改向、制动和停止,都通过操纵控制系统来实现。
2大车行走部传动装置总体设计
2.1主要技术参数
表1主要技术参数
Table1Maintechnicalparameters
名称
数据
最大起重量
300kN(30t)
粱跨度
大车速度
起重机自重
10m(10000mm)
3m/s
20kN
2.2桥式起重机的特点和种类
起重机是从事起吊、空中搬运的一种设备。
常见的起重机有:
桥式起重机、门式起重机、塔式起重机、港口起重机、汽车起重机、履带起重机和铁路起重机等。
桥式起重机是机械制造工业和冶金工业用得最广泛的一种起重机机械,桥式起重机又称“行车”或“天车”,是横架在固定跨间上空用来吊运各种物件的设备。
桥式起重机的特点是它既不占地面面积,又不妨碍地面上的作业,而且以较少的物资材料和极为稳定的形态把建筑物内各处都当作可能的作业范围,进行高速、高效的服务,可以在起升高度和大、小车轨道所允许的空间内负担任意位置的吊运工作。
此外,桥式起重机容易以廉价实现借助控制盘和操纵盘进行自动操纵、或半自动操纵、内装电脑的程序操纵。
设置在室内的起重机中,桥式起重机约占90%。
桥式起重机有很多类型。
一般按以下方法进行分类:
根据桥架的结构不同,分为箱式结构,四珩架结构和腹板梁结构等,其中箱式结构用得最广泛。
根据起吊装置不同,分为吊钩桥式起重机、电磁盘桥式起重机、抓斗桥式起重机。
为了使吊钩桥式起重机使用场合更广泛,在吊钩上附以可更换的电磁盘或马达抓斗,以便作两种或三种用途。
图2.1桥式起重机示意图
2.3桥式起重机的一般构造
桥式起重机构造:
沿建筑物较长方向的两壁设置的承轨梁,在梁上铺设大车运行轨道,将装有4个车轮(载荷大时装有6个或8个车轮)的桥架跨在轨道上;装有起升机构和运行机构的电动小车(cab)在桥架上运行。
大车轨道中心间的距离称为跨度(span),在该轨道上运行的动作称为大车运行。
在桥架的中心或两端装有大车运行电动机,从电动机的水平轴引出动力,驱动半数的车轮。
起升、小车运行及大车运行的速度,按工况和起重量的大小适当选定。
一般来说,在起重量小和使用频繁时,速度较高。
小车运行速度同大车运行的速度相比低得多,原因是小车运行距离接近建筑物的宽度,它不会太长,一般小于40m,而大车沿建筑物的长度方向运行,所以多数运行距离都是相当长的。
小型和低速的起重机,多数在地面上用按钮进行操纵,而大型的高速的起重机,几乎都坐在驾驶室内进行操作。
起重机5t以下的起重机,多半用带有电动运行机构的电葫芦代替电动小车。
最近已有30t级的电葫芦作为标准产品在市场上销售。
当起重量超过20t时,一般起升速度比较低。
只用单一的起升机构长时间处理小件货物效率很低。
因此在这种起重机上,一般并设一个副起升机构。
副起升也设在该小车上,但不用主起升电动机,而大型起重机的主梁,多数都采用单腹板梁、箱形梁等焊接结构。
在主梁两侧设有轻型水平梁,称为副梁。
它通过水平构件同主梁一起构成一个水平框架,这对因主梁在大车运行时产生的惯性力所引起的水平载荷,是一个十分坚固的结构。
此外,主副梁之间布置大车运行驱动电动机,与其相联的减速机构、传动轴、轴承等。
在它们的上方铺设走台板,设立栏杆,以便检修人员行走。
对箱形结构或壳体结构的主梁来说,因为其水平抗弯刚度大,所以多数都不带副梁。
小车是用型钢和钢板制成一个构架,在上面设有主副起升用电动机、支持货物用制动器及和它们相联的减速齿轮机构,通过该机构驱动卷筒旋转。
必要时,在该机构上还设速度制动器,供调节下降速度用,在小车外侧设有运行电动机,它经过齿轮减速减低速度并驱动车轮旋转,使小车运行。
2.4设计的基本原则和要求
对大车运行机构设计的基本要求是:
1)和桥架配合要合适,这样桥架设计容易,机构好布置
2)机构要紧凑,重量要轻
3)维修检修方便,机构布置合理
4)尽量减轻主梁的扭转载荷,不影响桥架刚度
2.5大车机构传动方案
大车机构传动方案,基本分为两类:
分别传动和集中传动,桥式起重机常用的跨度(10.5-32M)范围均可用分别传动的方案本设计采用分别传动的方案。
起重机采用分别传动的方案如图2-1;
大车运行机构图(2-1)
1—电动机2—制动器3—高速浮动轴4—减速器5—联轴器
6低速浮动轴7—车轮
2.6大车运行机构具体布置的主要问题
这三着是互相联系的。
在具体布置大车运行机构的零部件时应该注意以几点:
(1)如果单从保持机构的运动性能和补偿安装的不准确性着眼,凡是靠近电动机、减速器和车轮的轴,最好都用浮动轴。
(2)制动器要安装在靠近电动机,使浮动轴可以在运行机构制动时发挥吸收冲击动能的作用。
(3)对于分别传动的大车运行机构应该参考现有的资料,在浮动轴有足够的长度的条件下,使安装运行机构的平台减小,占用桥架的一个节间到两个节间的长度,总之考虑到桥架的设计和制造方便。
(4)为了减少主梁的扭转载荷,应该使机构零件尽量靠近主梁而远离走台栏杆;尽量靠近端梁,使端梁能直接支撑一部分零部件的重量。
3大车行走部传动设计
3.1大车运行机构:
采用分别传动的方案
方案:
采用4车轮、对面布置、分别驱动。
部件:
电机、减速器、联轴器、车轮、轨道。
桥架自重G=0.45Q+0.82L=21.7t=217kN,小车自重q=0.4Q=12t=120kN
3.1轮压计算
按照图2.1所示的重量分布,计算大车车轮的最大轮压和最小轮压,小车运行极限位置距轨道中心线距离l=2m。
满载最大轮压:
=159.05kN
空载最大轮压:
=72.25kN
空载最小轮压:
=36.25kN
式中:
—起重机自重;
q—小车自重;
—起升载荷;
—桥架跨度;
3.2车轮选择
使用双轮缘车轮,轮缘高为25mm—30mm。
选择的工作级别M4,=0.72,大车运行速度3m/s,
初选车轮踏面直径,车轮材料,轨道及其材料。
起重机钢轨(YB/T5055-1993)
1、尺寸、外形、重量
(1)尺寸
1)钢轨的截面形状、部位名称如图1所示,其截面尺寸应符合表1的规定。
图1
表1
型号
-
b1
b2
-
h
h1
h2
R
R1
R2
r
r1
r2
QU70
70
76.5
120
28
120
32.5
24
400
23
38
6
6
1.5
QU80
80
87
130
32
130
35
26
400
26
44
8
6
1.5
QU100
100
108
150
38
150
40
30
450
30
50
8
8
2
QU120
120
129
170
44
170
45
35
500
34
56
8
8
2
2)钢轨截面尺寸允许偏差应符合表2的规定。
表2
型号
轨头宽度b
轨底宽度b2
轨腰厚度s
钢轨高度h
QU70QU80QU100QU120
+1.0-2.0
+1.0-2.0
±1.0
±1.0
3)钢轨截面面积、理论重量及截面参数值应符合表3的规定。
表3
型号
截面积cm2
理论重量kg/m
参考数值
重心距离/cm
惯性矩/cm4
截面系数/cm3
y1
y2
Ix
Iy
w1=Ix/y1
w2=Ix/y2
w3=Iy/(b2/2)
QU70
67.30
52.80
5.93
6.07
1081.99
327.16
182.46
178.12
54.53
QU80
81.13
63.69
6.43
6.57
1547.40
482.39
240.56
235.52
74.21
QU100
113.32
88.96
7.60
7.40
2864.73
940.98
376.94
387.12
125.45
QU120
150.44
118.10
8.43
8.57
4923.79
1694.83
584.08
574.54
199.39
根据表查得:
车轮直径700mm,轨道型号QU70,许用轮压30.7t,车轮材料ZG310-570、HB320。
轴承型号为7524
车轮踏面疲劳验算:
按照点接触验算
疲劳计算载荷:
118.116kN
535.4kN
式中。
与材料有关的许用点接触应力常数(N/mm2);根据表3-8-6选取,K2=0.1;
R—曲率半径,取车轮曲率半径与轨面曲率半径中之大值(mm),R=700mm;
m—有轨道顶面与车轮的曲率半径之比(r/R)所确定的系数,根据表3-8-9选取,m=0.468。
转速系数,根据表3-8-7选取,C1=1;
工作级别系数,根据表3-8-8选取,C2=1.12。
故车轮的踏面的疲劳强度满足要求。
3.3阻力计算
只考虑摩擦阻力。
(300+217+120)*0.08=4969N
式中G—桥架自重载荷;
Q—起升载荷;
q—小车自重载荷;
—摩擦阻力系数,初步计算时按表1选取,=0.08。
表1
车轮直径mm
500
600
700
800
900
滚动摩擦系数
0.06
0.08
0.08
0.10
0.12
3.4电机的计算与选择
3.4.1静功率计算
M静=W静(kg·m)…………………………(4)
电动机轴到车轮中间的传动比
i—电动机轴到车轮中间的传动比
η—机构效率取η=0.9
N静=(kw)………………………………(5)
n电—预选电动机的额定转数
或N静=(kw)……………………………(6)
V—起重机移动速度(m/min)
空载时的W摩及M静对室内工作的起重机取满载时的倍
根据N静的计算值,取其2倍左右,初步选择电动机功率。
静功率:
=6.37kW
m—驱动电动机总数,m=2;
v—初选运行速度,3m/s;
—运行机构传动的总机械效率,=0.9
Fj—起重机(小车)只考虑摩擦阻力运行时的静阻力,Fj==3822N
初选:
=12.74kW
室内工作及装卸桥小车运行机构的,取1.2~2.6(对应速度30~180m/min)
采用YZR系列电机。
JC%=40%。
选取机座号为180L-6电机,额定功15kW,额定转速n=970r/min,最大转矩倍数2.0
3.4.2电动机过载能力校验
式中:
m—电动机个数,m=2;
—平均启动转矩标准值,=1.7;
Fj—只考虑摩擦阻力运行时的静阻力,Fj==3822N
V—运行速度,m/s
—机构传动效率;
n—电动机额定转速r/min
—机构总传动惯量:
电动机初选启动时间,可根据运行速度确定,=8s;
式中k:
考虑其他传动件飞轮矩影响的系数,折算到电动机轴上可取1.1~1.2;
J1:
电动机转子转动惯量kg.m2;
J2:
电动机轴上制动轮和联轴器的转动惯量;0.05kgm2
3.4.3电动机发热校验
对于运行机构绕线式电动机的发热验算,按稳态平均功率校核,即
式中。
G—稳态负载平均系数,见]表8-15.取G=0.95。
故初选电动机发热条件满足要求
3.5减速器的选择
3.5.1初选减速器
减速机传动比i==………………………(7)
V预—预定的起重机额定速度m/min
n电n车轮—电动机、车轮
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- 300 kN 桥式起重机 大车 行走 传动 装置 设计