40.6t-28m軌道式門式起重機(jī)小車運行機(jī)構(gòu)設(shè)計

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本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：40.6t-28m 軌道式門式起重機(jī)小車運行機(jī)構(gòu)設(shè)計 學(xué) 院： 機(jī)電與車輛工程學(xué)院 專 業(yè)：學(xué) 生 姓 名：學(xué) 號：指 導(dǎo) 教 師：評 閱 教 師：完 成 時 間：40.6t-28m 軌 道 式 門 式 起 重 機(jī) 小 車 運 行 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計- I -本科畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所提交的畢業(yè)設(shè)計（論文） ，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文研究做出過重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名（親筆）： 年 月 日-------------------------------------------------------------------------------------------------本科畢業(yè)設(shè)計（論文）版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)設(shè)計（論文）作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，本科生在校攻讀期間畢業(yè)設(shè)計（論文）工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬重慶交通大學(xué)，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)重慶交通大學(xué)可以將畢業(yè)設(shè)計（論文）的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編畢業(yè)設(shè)計（論文） 。作者簽名（親筆）： 年 月 日導(dǎo)師簽名（親筆）： 年 月 日40.6t-28m 軌 道 式 門 式 起 重 機(jī) 小 車 運 行 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計- II -摘 要起重機(jī)有橋式起重機(jī)、門式起重機(jī)、塔式起重機(jī)等種類。門式起重機(jī)也是在固定跨間內(nèi)搬運和裝卸物料的機(jī)械設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于車間、倉庫或露天場地。本文主要介紹門式起重機(jī)的設(shè)計過程。起重機(jī)主要由起升機(jī)構(gòu)，小車運行機(jī)構(gòu)，大車運行機(jī)構(gòu)以及機(jī)械機(jī)構(gòu)等組成。本次設(shè)計的步驟是從鋼絲繩開始入手，然后依次對卷揚機(jī)的卷筒、卷筒心軸、電動機(jī)、減速器齒輪、減速器軸、制動器、聯(lián)軸器以及卷筒機(jī)的導(dǎo)向滑輪設(shè)計與選取。然后進(jìn)行小車運行機(jī)構(gòu)的設(shè)計,由小車重量計算輪壓后選擇電動機(jī) ,然后依次選取聯(lián)軸器 ,制動器,減速器及小滾輪組。小車架及大車架本文只是作了簡單的計算。然后使用 solidworks 軟件對起重機(jī)進(jìn)行三維的建模，通過軟件強(qiáng)大的建模與參數(shù)設(shè)計能力，對起重機(jī)進(jìn)行快速的設(shè)計，進(jìn)而由軟件得到起重機(jī)的二維圖。本次設(shè)計的起重機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，搬運安裝靈活、操作方便、維護(hù)保養(yǎng)簡單、對作業(yè)環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點，可以應(yīng)用于冶金起重、建筑、水利作業(yè)等方面。40.6t-28m 軌 道 式 門 式 起 重 機(jī) 小 車 運 行 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計- III -關(guān)鍵詞：驅(qū)動裝置；減速器；小車運行機(jī)構(gòu)；solidworks40.6t-28m 軌 道 式 門 式 起 重 機(jī) 小 車 運 行 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計- IV -Design of trolley running mechanism of 40.6t-28m Rail Gantry CraneAbstract Cranes are bridge crane, gantry crane, tower crane and other species. Crane is also within fixed inter-materials handling and mechanical handling equipment, are widely used in workshops, warehouses or open areas. In this paper, gantry crane design process. Crane mainly by hoisting mechanism, trolley bodies, truck operations, and mechanical body composed of institutions. This design step is to start from the rope to start, and then turn on the winch drum, drum spindle, motor, gear reducer, reducer shaft, brakes, couplings and drum machine driven pulley design and selection. Then the design of car body run by the car wheel weight pressure and select motor, and then select the coupling in turn, brake, reducer, and a small roller group. Small frame and large frame this simple calculation is made. Then use the three-dimensional crane solid works software modeling, software modeling and parametric design of the powerful capabilities for rapid design of the crane and then crane by the software are two-dimensional map. The simple design of the crane, handling flexible installation and easy operation, maintenance is simple, and strong ability to adapt the working environment features can be used in metallurgy crane, construction, and water operations and so on. Key Words：Paper machine Yang; Reducer; Trolley travel agencies; Solidworks40.6t-28m 軌 道 式 門 式 起 重 機(jī) 小 車 運 行 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計- V -目 錄摘 要 IIAbstract.III1 緒論.11.1 起重機(jī)概述.11.2 起重機(jī)國內(nèi)外發(fā)展.51.2.1 國內(nèi)起重機(jī)的發(fā)展.51.2.2 國外起重機(jī)的發(fā)展.61.2.3 起重機(jī)的未來發(fā)展趨勢.61.3 起重機(jī)小車機(jī)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容.81.4 門式起重機(jī)的三大工作機(jī)構(gòu).81.4.1 概述.81.4.2 起升機(jī)構(gòu).91.4.3 小車運行機(jī)構(gòu).91.4.4 大車運行機(jī)構(gòu).112 小車運行機(jī)構(gòu)方案確定.122.1 小車運行機(jī)構(gòu)常用傳動方案.122.1.1 自行式有軌運行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置.122.1.2 牽引式有軌運行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置.142.2 小車運行機(jī)構(gòu)的主要設(shè)計參數(shù).162.3 小車運行機(jī)構(gòu)方案確定.1640.6t-28m 軌 道 式 門 式 起 重 機(jī) 小 車 運 行 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計- VI -3 小車運行支承機(jī)構(gòu)設(shè)計計算.173.1 選擇車輪和軌道.173.2 驗算車輪強(qiáng)度.173.2.1 疲勞強(qiáng)度驗算.173.2.2 靜強(qiáng)度驗算.184 小車運行驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計計算.194.1 穩(wěn)態(tài)運行阻力的計算.194.1.1 摩擦阻力 的計算 .19????4.1.2 坡道阻力 的計算 20????4.1.3 風(fēng)阻力 的計算 .20????4.2 選擇電動機(jī).214.2.1 電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)運行功率 計算 .21????4.2.2 初選電動機(jī).214.2.3 電動機(jī)的發(fā)熱驗算.224.2.4 啟動時間與驅(qū)動平均加速度驗算.224.3 選擇減速器.234.4 選擇制動器.254.4.1 電動機(jī)軸上的靜力矩.255 利用 Solid Works 三維建模 265.1 Solid Works 軟件介紹 .265.2 Solid Works 的歷史和發(fā)展 .2640.6t-28m 軌 道 式 門 式 起 重 機(jī) 小 車 運 行 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計- VII -5.3 Solid Works 繪制零件圖 .275.3.1 草圖繪制.275.3.2 實體特征.285.4 Solid Works 繪制裝配圖 30設(shè)計總結(jié).32致 謝.33參 考 文 獻(xiàn).34重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–1–1 緒論1.1 起重機(jī)概述門式起重機(jī)（也稱為門吊）是一種橋式起重機(jī)。由于其金屬結(jié)構(gòu)類似于門架，主梁下方安裝有兩條支腿，可直接在地面軌道上運行，主梁兩端均有懸臂梁（主梁延伸） ，類似于“龍門“被稱為門式起重機(jī)。橋兩側(cè)的腿通常是剛性腿;當(dāng)跨度超過 30m 時，剛性支腿通常位于一側(cè)，而另一側(cè)的柔性支腿通過球形接頭和橋連接，使門框成為靜態(tài)系統(tǒng)。這樣，可以避免由外部載荷下的橫向推力引起的附加應(yīng)力，并且可以補(bǔ)償橋梁縱向的溫度變形。龍門起重機(jī)的風(fēng)接收區(qū)域較大，并且安裝風(fēng)量計以防止風(fēng)被強(qiáng)風(fēng)摔倒或摔倒。操作機(jī)構(gòu)將起重機(jī)軌夾鉗互鎖。橋的兩端可以沒有懸臂;它也可以是一端懸臂或兩端懸臂，以擴(kuò)大工作范圍。半龍門起重機(jī)橋的一端有腿，另一端沒有腿，直接在高架上運行。門式起重機(jī)也由三部分組成：機(jī)械傳動，金屬結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備。機(jī)械傳動部分由升降機(jī)構(gòu)，升降小車運行機(jī)構(gòu)，小車運行機(jī)構(gòu)等組成。這是龍門起重機(jī)的三種工作機(jī)構(gòu)，它實現(xiàn)了起重貨物的上下運動，左右（橫向）運動和前后（縱向）運輸，形成了工作區(qū)域。任何生產(chǎn)機(jī)器都包括原動機(jī)，變速器，工作機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制裝置。如果電動機(jī)用作原動機(jī)來拖動生產(chǎn)機(jī)器的工作機(jī)構(gòu)，則其驅(qū)動和傳動通常被稱為電動拖曳系統(tǒng)。系統(tǒng)中的電動機(jī)，控制和控制部件，電路和電氣設(shè)備通常被稱為電氣設(shè)備。電氣設(shè)備部件主要由電動機(jī)，電氣部件和電路組成。它將電網(wǎng)中的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，實現(xiàn)起重機(jī)工作的目的，并根據(jù)工作要求控制各工作機(jī)構(gòu)的運行。電氣設(shè)備的功能主要是：電能由電動機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，工作機(jī)構(gòu)由傳動裝置驅(qū)動;控制裝置用于控制電動機(jī)，通過各種控制裝置和電氣元件，根據(jù)工作機(jī)構(gòu)的要求完成各種動作。起重機(jī)按形式分類龍門起重機(jī)可根據(jù)主梁的形式，根據(jù)主梁結(jié)構(gòu)，根據(jù)使用形式根據(jù)門框的形式分類。 門框結(jié)構(gòu)分為龍門起重機(jī)和懸臂龍門起重機(jī)重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–2–1.龍門起重機(jī)全龍門起重機(jī) 主梁無懸伸，小車在主跨內(nèi)進(jìn)行半門起重機(jī) 腿的高度不同，可根據(jù)現(xiàn)場的土建施工要求確定2.懸臂門式起重機(jī)雙懸臂門式起重機(jī) 最常見的結(jié)構(gòu)類型，結(jié)構(gòu)力和有效利用的場地面積是合理的單懸臂門式起重機(jī) 由于場地限制，通常選擇這種類型的結(jié)構(gòu)3.主梁形式單主梁 雙主梁單主梁式龍門起重機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，制造安裝方便，質(zhì)量小，主梁多為脫軌箱形框架結(jié)構(gòu)。與雙梁龍門起重機(jī)相比，整體剛雙主梁門式起重機(jī)承載力大，跨度大，整體穩(wěn)定性好，品種多，但自重質(zhì)量大于同一起重重量的單梁門式起重機(jī)，成本也較高。根據(jù)重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–3–度較弱。因此，當(dāng)提升重量 Q≤50t 且跨度 S≤35m 時，可以采用這種形式。單主梁門式起重機(jī)支腿有 L 型和 C 型兩種型號。 L 型易于制造和安裝，力量好，自身質(zhì)量小。然而，通過腿提升貨物的空間相對較小。 C 形腿由傾斜或彎曲的形狀制成，其目的是具有較大的橫向空間，以使物品順利通過腿部。主梁結(jié)構(gòu)，它可以分為兩種類型：箱梁和桁架。通常，使用盒形結(jié)構(gòu)。4.主梁結(jié)構(gòu)桁架梁 箱梁 蜂窩梁使用角鋼或工字鋼焊接而成的結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)點是造價低，自重輕，抗風(fēng)性好。但是由于焊接點多和桁架自身的缺陷，桁架梁也具有撓度大，剛度小，可靠性相對較低，需要頻使用鋼板焊接成箱式結(jié)構(gòu)，具有安全性高，剛度大等特點。一般用于大噸位及超大噸位的門式起重機(jī)。如右圖MGhz1200，起重量 1200 噸，為國內(nèi)最大的門式起重機(jī)，主梁采用了箱梁結(jié)構(gòu)。箱梁同時一般指“等腰三角形蜂窩梁”，主梁端面為三角形，兩側(cè)斜腹上有蜂窩孔，上下部有弦桿。蜂窩梁吸收了桁架梁和箱梁的特點，較桁架梁具有較大的剛度，較小的撓度，可靠性也較高。但是由重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–4–繁檢測焊點等缺點。適用于對安全要求較低，起重量較小的場地。也具有造價高，自重大，抗風(fēng)性較差等缺點。于采用鋼板焊接，自重和造價也比桁架梁稍高。適用于使用頻繁或起重量大的場地或梁場。由于這種梁型為專利產(chǎn)品，因此生產(chǎn)廠家較少。重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–5–5.門式起重機(jī)軌道上門式起重機(jī)水電站門式起重機(jī) 造船龍門起重機(jī) 集裝箱門式起重機(jī)種類型的起重機(jī)主要用于箱形和桁架結(jié)構(gòu)，是最通用的。它可以處理重量不到 100 噸，跨度為 4 到 39 米的各種物品和散裝物料。普通龍門起重機(jī)具有更高的工作水平。常見的龍門起重機(jī)主要指鉤，抓斗，電磁，起重機(jī)龍門起重機(jī)，還包括半龍門起重機(jī)。（見圖 1.1）它主要用于提升和打開和關(guān)閉門，也可以安裝。起重量80-500 噸，跨度小，8-16 米;提升速度低，1~5 米/分鐘。雖然這種類型的起重機(jī)不經(jīng)常吊起，但一旦使用它就很重，因此有必要適當(dāng)提高工作水平。對于船舶的船體，有兩個提升手推車：一個在橋梁上法蘭的軌道上有兩個主鉤;另一個在橋的下法蘭處有一個主鉤和一個副鉤在軌道上運行以翻轉(zhuǎn)和提升大型船體部分。起重量一般為100-1500 噸;跨度185 米; 提升速度為 2-15 米 /分鐘，微動速度為 0.1-0.5 米 /分鐘。在運輸?shù)胶竺婧螅b箱龍門起重機(jī)被堆疊或直接裝載和運輸，這可以加速集裝箱運輸工具或其他起重機(jī)的更新。 高度為3-4 層且寬度為 6 行的容器可以堆疊，通常具有輪胎類型，并且還具有軌道類型。 與集裝箱跨式起重機(jī)相比，集裝箱龍門起重機(jī)在龍門架的兩側(cè)具有更大的跨度和高度。 為了適應(yīng)港口碼頭的運輸需求，這種類型的起重機(jī)具有較高的工作水平。 提升速度為 8-10 米/分鐘; 跨度根據(jù)需要跨越的容器行數(shù)確定。 最大起重能力約為 60 米、20 英尺，30 英尺和重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–6–40 英尺集裝箱的起重能力分別約為 20 噸和25 噸、30 噸。（見圖 1.2）圖 1.1 軌道門式起重機(jī) 圖 1.2 軌道龍門吊 1.2 起重機(jī)國內(nèi)外發(fā)展1.2.1 國內(nèi)起重機(jī)的發(fā)展自 20 世紀(jì)以來，我國重工業(yè)行業(yè)發(fā)展極其迅速，起重機(jī)設(shè)備的研究也日益成熟。在起重機(jī)械方面的制造水平較之以往已有顯著提升。時至今日，已獲得國家質(zhì)檢總局頒發(fā)的起重機(jī)制造許可重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–7–證單位已達(dá) 1616 家之多。雖說總體發(fā)展勢頭較好，但是這個發(fā)展卻是不均衡的，我們國家在小噸位起重機(jī)設(shè)計領(lǐng)域已經(jīng)取得了領(lǐng)先于其他國家的地位。但若以大型起重機(jī)相論，我們與其他國家還有一定的差距。這說明我們國家在大型起重機(jī)的技術(shù)層面還有需要的們突破的難關(guān)。中國在大型門市起重機(jī)上的研究的起步時間較晚，在相關(guān)技術(shù)方面的積累尚淺，若想在這方面得到突破還需要不斷的學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)技術(shù)，縮小與國外的差距；同時還要在設(shè)計上做改進(jìn)，做出屬于自己的東西。只有這樣才能早日使我國的大型門式起重機(jī)達(dá)到與其他國家相當(dāng)，甚至超越他們的水平。面臨的主要問題缺乏核心組件的技術(shù)水平 制造水平不能滿足設(shè)計要求中國發(fā)動機(jī)，液壓件和優(yōu)質(zhì)鋼等核心部件的技術(shù)水平限制了起重機(jī)的發(fā)展。核心部件的技術(shù)掌握在國外廠商手中，嚴(yán)重制約了中國起重機(jī)的技術(shù)研發(fā)，阻礙了市場份額，降低了利潤空間。這不僅是起重機(jī)的問題，也是我們機(jī)械行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。為了彌補(bǔ)核心部件的技術(shù)水平，提高產(chǎn)品的競爭力，我們應(yīng)從以下幾個方面制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。（1）提高設(shè)計水平：提高整機(jī)設(shè)計的匹配性能，提高系統(tǒng)的可靠性，提高制造質(zhì)量的穩(wěn)定性;（2）提高服務(wù)質(zhì)量：收集設(shè)備故障問國產(chǎn)起重機(jī)無法滿足制造水平的設(shè)計需求，尤其是精益設(shè)計和國外的細(xì)節(jié)。在制造方面，不僅工人的技術(shù)水平和工作態(tài)度不如國外技術(shù)人員的素質(zhì)，特別是加工制造工藝不成熟，設(shè)備精度不高。它通常是生產(chǎn)低質(zhì)量產(chǎn)品的完美設(shè)計。家用起重機(jī)的設(shè)計側(cè)重于產(chǎn)品的功能要求。只要它們能夠滿足功能，其他設(shè)計都很差，更不用說細(xì)節(jié)了。此外，從國外開發(fā)新產(chǎn)品到設(shè)計，制造，調(diào)試至少需要幾年時間，而國內(nèi)新產(chǎn)品開發(fā)周期很短，即使技術(shù)不成熟，也會投放市場。為了趕上國外技術(shù)水平，我們應(yīng)該先學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，然后消化吸收和創(chuàng)新，結(jié)合先進(jìn)技術(shù)更新產(chǎn)品。重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–8–題，提供方便的產(chǎn)品使用和設(shè)備維護(hù)服務(wù);（3）積累足夠的經(jīng)驗：不斷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，不斷探索和積累設(shè)計經(jīng)驗，提供更安全，更實用，更經(jīng)濟(jì)的施工方案。1.2.2 國外起重機(jī)的發(fā)展在國外，約有 15 個廠家做專業(yè)的門式起重機(jī)生產(chǎn)。歐美的立勃海爾、特雷克斯一德馬格、馬尼托瓦克和日本的神鋼之類的廠家作為這一行業(yè)的龍頭企業(yè)。擁有著世界領(lǐng)先的技術(shù)水平，加之在產(chǎn)品型號完善，種類豐富，使得他們市場占有率很高，占據(jù)了全球的很大一部分。歐美廠家以立勃海爾為代表。他們公司擁有領(lǐng)先的技術(shù)水品，生產(chǎn)的產(chǎn)品在投入工作后非?？煽?。31000 型起重機(jī)是馬尼托瓦克公司推出的新產(chǎn)品，其可變位配重技術(shù)是其所獨創(chuàng)的，使得它在工作中能減少大量的地面準(zhǔn)備工作。日本神鋼的產(chǎn)品具有較高的性價比，在發(fā)展中國家尤其受到歡迎，近兩年在中國市場也有較好的業(yè)績表現(xiàn)。在 20 世紀(jì)的末期，國外的起重機(jī)行業(yè)發(fā)展極其迅速，RT 產(chǎn)品和 AT 產(chǎn)品的開發(fā)研究使得起重機(jī)行業(yè)的格局發(fā)生了翻天覆地的變化，打破了原有起重機(jī)行業(yè)發(fā)展緩慢的僵局。在市場經(jīng)濟(jì)猛烈競爭下，使得市場經(jīng)濟(jì)逐漸趨近于一體化。目前國外的起重機(jī)產(chǎn)品銷售額已經(jīng)接近 60 億美元，市場經(jīng)濟(jì)主要集中在北美、歐洲、東亞一帶。世界頂級的生產(chǎn)研發(fā)國為德國、英國、美國、意大利、日本等，一線頂級的公司約有 20 家。同為亞洲地區(qū)的日本，在 20 世紀(jì)中期，就已然進(jìn)入起重機(jī)生產(chǎn)研發(fā)的前列，產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量日益提升，出口貿(mào)易總銷售額居世界前三。美國作為起重機(jī)生產(chǎn)研發(fā)的第一大國，通過一系列收購合并活動，年銷售額從 1980 的 3000 萬美元迅速增長到 2019 的 30 億美元。德國作為歐洲起重機(jī)生產(chǎn)研發(fā)的第一大國，通過研發(fā) AT 和 RT 產(chǎn)品，年銷售額從 1980 年 1000 萬美元迅速增長到 2019 的 24 億美元。重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–9–1.2.3 起重機(jī)的未來發(fā)展趨勢降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本 產(chǎn)品的生產(chǎn)成本包括設(shè)計，采購和制造成本。國內(nèi)外許多專家對成本估算和降低成本的方法進(jìn)行了大量的研究工作，并提出了一些新的思路和評價方法，取得了很好的效果。德國學(xué)者提出了一種成本結(jié)構(gòu)和分類評價體系，用于比較和評價不同的設(shè)計方案和不同的成本設(shè)計思路，最終得到最優(yōu)的成本價格。美國學(xué)者利用數(shù)理統(tǒng)計方法進(jìn)行回歸統(tǒng)計，建立產(chǎn)品成本模型，并通過模型的仿真和計算得到合理的實際成本。來自日本，瑞士和英國的學(xué)者也進(jìn)行了大量研究，取得了豐碩成果。中國也有許多專家在該領(lǐng)域進(jìn)行了多年的研究，并提出了代表性的理論模型，如 DFC 和 DTC 模型。它對單個和整個系列起重機(jī)的設(shè)計水平和設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行了全面的分析和比較。由于缺乏大量有效數(shù)據(jù)，這兩種模式不太實用。從以上可以看出，由于缺乏有效的理論和數(shù)據(jù)，降低產(chǎn)品成本的設(shè)計一直處于局部分析和計算階段，整個產(chǎn)品沒有生產(chǎn)過程。因此，建立支持整個設(shè)計過程的成本信息模型，特別是初始解決方案和整體結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，已成為實現(xiàn)低成本設(shè)計中亟待解決的關(guān)鍵問題。面向大規(guī)模，高速，專業(yè)化的發(fā)展隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和市場競爭壓力的迅速增加，在這樣的環(huán)境下，門式起重機(jī)需要向大規(guī)模，高速化，專業(yè)化發(fā)展。大型，高速，專用門式起重機(jī)有助于提高港口碼頭的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，使企業(yè)在行業(yè)競爭中占據(jù)主導(dǎo)地位。改進(jìn)產(chǎn)品的自動化，智能化和數(shù)字化從某種意義上說，門式起重機(jī)的更新和發(fā)展在很大程度上依賴于傳動部件和控制部件的發(fā)展。如今，傳動部件和控制部件得到了更新，門式起重機(jī)的自動化和智能化已通過先進(jìn)的電子技術(shù)和現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法實現(xiàn)。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)與數(shù)字技術(shù)的結(jié)合實現(xiàn)了全數(shù)字化控制驅(qū)動，可編程控制，故障診斷和數(shù)據(jù)管理。龍門起重機(jī)重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–10–具有自動保護(hù)和自動檢測功能，可滿足現(xiàn)代生產(chǎn)需求。使用模擬和虛擬設(shè)計技術(shù)仿真和虛擬設(shè)計技術(shù)是先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計方法。在機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)中，各國學(xué)者的研究非?；钴S。在機(jī)械產(chǎn)品的仿真建模設(shè)計中，最廣泛使用的方法是有限元法（FEM） ，有限差分法等。虛擬設(shè)計強(qiáng)調(diào)計算機(jī)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)（VRS）環(huán)境中的虛擬設(shè)計（VD）技術(shù)。1.3 起重機(jī)小車機(jī)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容1.小車運行支承機(jī)構(gòu)設(shè)計計算：通過設(shè)計技術(shù)參數(shù)確定小車的傳動方式并對小車運行的軌道進(jìn)行選型驗算，在軌道選型時，優(yōu)先考慮起重機(jī)專用軌道。2.小車運行驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計計算：電動機(jī)、減速器、制動器的設(shè)計計算。起重小車啟動、停止頻繁，并且在吊裝集裝箱時要求運動平穩(wěn)，故因選擇合理的傳動方案驅(qū)動。3.由于起重機(jī)的運行速度較高，其運行支承裝置與小車相應(yīng)部分之間應(yīng)設(shè)緩沖減振裝置。4.利用 solid works 完成車輪組的三維建模。5.利用 sold works 和 AUTO CAD 完成裝配圖和零件圖的繪制。重點難點：根據(jù)各種參數(shù)計算選出合適的電動機(jī)、減速裝置、制動器，對計算結(jié)果進(jìn)行相關(guān)驗算。1.4 門式起重機(jī)的三大工作機(jī)構(gòu)1.4.1 概述門式起重機(jī)的三大工作機(jī)構(gòu)（機(jī)械傳動部分）由起升機(jī)構(gòu)、起重小車走行機(jī)構(gòu)、大車走行機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，它們分別實現(xiàn)吊裝貨物的上下升降，左右(橫向 )搬移和前后(縱向)搬運三個動作，構(gòu)成重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–11–一個作業(yè)區(qū)域。1.4.2 起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)的主要形式：1、門式起重機(jī)（吊鉤）的起升機(jī)構(gòu) 2、門式起重機(jī)（抓斗）的起升機(jī)構(gòu) 3、門式起重機(jī)（電磁）的起升機(jī)構(gòu)和三用門式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu) 4、兩用門式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)門吊的起升機(jī)構(gòu)根據(jù)起起重機(jī)用途的不同具有不同的形式，若起升重量在 16 噸以上者，一般具有兩套起升機(jī)構(gòu)，即簡稱主鉤和副鉤。門吊起升機(jī)構(gòu)安裝在起重小車上，一般由電動機(jī)、聯(lián)軸器、傳動(補(bǔ)償) 軸、制動器、減速器、卷簡、滑輪組、鋼絲繩和吊鉤組等組成。傳動過程 電動機(jī)→齒輪聯(lián)軸器→傳動軸帶制動輪齒輪聯(lián)軸器→減速器→齒輪聯(lián)軸器→卷簡→鋼絲繩→定滑輪組→吊鉤組。工作原理 當(dāng)起動起升機(jī)構(gòu)接通電源，制動器松閘。隨著電動機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，動力(轉(zhuǎn)矩) 通過聯(lián)軸器、傳動軸、帶制動輪聯(lián)軸器傳遞給減速器，它將電動機(jī)輸出的高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩減速后，輸出低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，然而拖動卷簡轉(zhuǎn)動。整條鋼絲繩的兩端穿繞吊鉤定滑輪組后，分別固結(jié)在卷筒的兩端部，由于卷筒的正、反轉(zhuǎn)動，吊鉤組上下升降，從而實現(xiàn)貨物的上下起落。如果在中途切斷電路，電動機(jī)被切斷動力，制動器(常閉式 )立即抱閘制動，使貨物懸吊在空中位置。電動機(jī)與制動器實行電氣聯(lián)鎖，只要電動機(jī)一斷電源，制動器依靠彈簧張力發(fā)生制動作重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–12–用，保證了工作要求和安全作業(yè)。1.4.3 小車運行機(jī)構(gòu)門式起重機(jī)的小車運行機(jī)構(gòu)，分為雙梁小車運行機(jī)構(gòu)和單主梁小車運行機(jī)構(gòu)兩種。本設(shè)計起重機(jī)的小車運行機(jī)構(gòu)屬于雙梁型。門吊起重小車常見的形式有：單梁門架用的起重小車，小車架下面有三個走行輪，其中一個為驅(qū)動輪，其余兩個為從動輪，其構(gòu)造如圖所示。圖 1 小車行走機(jī)構(gòu)示意圖雙梁門架用的起重小車，一般由小車架(鋼板和型鋼焊接而成) 、起升機(jī)構(gòu)和小車走行機(jī)構(gòu)等組成。起升機(jī)構(gòu)安裝在小車架平臺上。小車走行機(jī)構(gòu)又由電動機(jī)、帶制動輪齒輪聯(lián)軸器、減速器、傳動軸和輪對等組成。小車走行行機(jī)構(gòu)傳動形式一般為集中驅(qū)動，即采用一臺電動機(jī)、一臺制動器、一臺減速器驅(qū)動一個走行輪。傳動過程 電動機(jī)→齒輪聯(lián)軸器(或帶制動輪聯(lián)鎖器 )→ 減重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–13–速器→齒輪→聯(lián)軸器→傳動軸→走行輪。工作原理 起動起重小車走行機(jī)構(gòu)，電動機(jī)通電，制動器松閘。動力通過聯(lián)軸器將動力(轉(zhuǎn)矩) 輸入減速器，它將電動機(jī)的高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩變成低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩，所以減速器不僅能起減速作用，而且能起到增大轉(zhuǎn)矩(扭矩)的作用。減速器低速軸輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過傳動軸，驅(qū)動走行輪對在軌道上滾動，從而實現(xiàn)起重小車、吊重(貨物) 橫向移動于小車軌道上。單主梁箱形橋架用的起重小車傳動過程和工作原理基本上與雙梁結(jié)構(gòu)用的起重小車相同。1.4.4 大車運行機(jī)構(gòu)大車運行機(jī)構(gòu)的車輪布置 一般的門式起重機(jī)的大車運行機(jī)構(gòu)車輪為四個，布置在下橫梁的四個角上。同一軌道上兩輪中心距稱為輪距，一般說輪距與跨度之比為 1/4～1/6 之間。當(dāng)車輪輪壓大時，可采取增加四個角上車輪數(shù)量的形式，兩個車輪組成一個平衡臺車，與下橫梁絞接。如果四個車輪同在一個角，可由兩個平衡臺車組成一個大的平衡臺車與下橫梁鉸接。車輪的布置形式很多，應(yīng)由設(shè)計者根據(jù)整機(jī)輪壓計算情況并考慮使用單位對基礎(chǔ)的要求重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–14–來確定。本設(shè)計的大車運行機(jī)構(gòu)共有 12 個輪子。大車運行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動形式 門吊大車走行機(jī)構(gòu)是為了完成吊重沿軌道方向移動，它亦有集中驅(qū)動和分別驅(qū)動兩種形式，但集中驅(qū)動只適用于小跨度、起重量很小的門吊上。因此，目前很少采用集中驅(qū)動，極大多數(shù)采用分別驅(qū)動。本設(shè)計的集裝箱門式起重機(jī)采用的是分別驅(qū)動。門吊大車走行機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動是指起重機(jī)兩邊支腿下面的驅(qū)動輪(主動輪 )分別由兩套(對稱安裝，圖中畫了一套)獨立的驅(qū)動裝置來驅(qū)動。為了保證左右兩個車輪同步，兩套驅(qū)動裝置由電氣控制線路實行集中控制。2 小車運行機(jī)構(gòu)方案確定2.1 小車運行機(jī)構(gòu)常用傳動方案軌道式門式起重機(jī)小車運行機(jī)構(gòu)采用自行式有軌運行，具有運行阻力小，負(fù)荷能力大，制造與維護(hù)成本較低等特點。2.1.1 自行式有軌運行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置自行式有軌運行機(jī)構(gòu)驅(qū)動裝置通?？筛鶕?jù)主動輪的數(shù)量比重分為全部車輪驅(qū)動、半數(shù)車輪驅(qū)動和 1/4 車輪驅(qū)動三種。根據(jù)主動車輪的驅(qū)動方式，也可以分為集中驅(qū)動和分別驅(qū)動兩種。重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–15–為了保證主動車輪和軌道間有足夠的驅(qū)動力（即黏著力） ，機(jī)構(gòu)應(yīng)該具有足夠數(shù)目的主動輪。因為本次小車運行速度為 120m/min，速度較快，通常對于高速運行的起重小車，采用全部車輪驅(qū)動。（1）集中驅(qū)動軌道上的主動車輪由同一套驅(qū)動裝置完成驅(qū)動。有利于減少電動機(jī)數(shù)、制動器、減速器數(shù)量，但是傳動系統(tǒng)復(fù)雜笨重，安裝、維修不變，且成本較高。金屬結(jié)構(gòu)的變形對運行機(jī)構(gòu)的影響較大，且跨度越大，影響越大，故一般常用于起重機(jī)的小車運行機(jī)構(gòu)中。圖 2.1 所示是采用“三合一” 套裝式減速器的傳動方案。其電動機(jī)、減速器和制動器組裝成一個整體，減速器的輸出軸直接套裝在車輪軸上，減速器的外殼直接用一個銷軸與小車架相連，來阻止其回轉(zhuǎn)，沒有多余的固定裝置，所以減速器及其傳動系統(tǒng)對小車架結(jié)構(gòu)的變形具有良好的適應(yīng)性，而且結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，性能可靠；但是加工維修較為困難。圖 2.1 集中驅(qū)動的起重機(jī)小車運行驅(qū)動裝置（a ）減速器布置居中；（b）減速器偏向小車架一側(cè)布置；（c）減速器布置在外側(cè)重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–16–圖 2.1 采用“三合一”套裝式減速器的集中驅(qū)動小車運行驅(qū)動裝置（2）分別驅(qū)動兩運行軌道上的主動輪分別由兩套各自獨立的驅(qū)動裝置進(jìn)行驅(qū)動。驅(qū)動裝置和傳動裝置的數(shù)量增加，但結(jié)構(gòu)緊湊，分組性好，便于維修、安裝，結(jié)構(gòu)的變形對運行機(jī)構(gòu)的影響較小。分別驅(qū)動可以依靠起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的剛性強(qiáng)制兩側(cè)運行同步，而且在防止車輪跑偏、啃軌方面優(yōu)于集中驅(qū)動，故廣泛應(yīng)用于各類起重機(jī)中。圖 2.2 分別驅(qū)動的起重機(jī)小車運行驅(qū)動裝置2.1.2 牽引式有軌運行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置牽引式小車運行機(jī)構(gòu)常用于岸邊集裝箱起重機(jī)和橋式抓斗卸船機(jī)。如圖 2.3（a）所示，岸邊集裝箱起重小車牽引繩索纏繞系統(tǒng)簡圖上，牽引卷筒上的四根牽引繩分為兩組，其中兩根繞重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–17–經(jīng)陸側(cè)懸臂端部滑輪后與小車架相連，另外兩根繞經(jīng)水側(cè)懸臂端部滑輪后小車架相連。圖2.3（b）為橋式抓斗卸船機(jī)的小車?yán)K索纏繞系統(tǒng)簡圖，除了主小車之外，還有一臺補(bǔ)償小車，來保證抓斗在小車運行過程中做水平運動。牽引卷筒上的一組鋼絲繩繞過補(bǔ)償小車上的滑輪后固定在橋架上，另一組鋼絲繩固定在主小車上。牽引卷筒轉(zhuǎn)動的時候，主小車以速度運行，補(bǔ)償小車以的速度同向運行。由于抓斗的支持繩與開閉繩繞過補(bǔ)償小車上的導(dǎo)向滑輪，補(bǔ)償小車運行時收放的長度正好等于補(bǔ)償小車運行時所需補(bǔ)償?shù)氖辗砰L度，以實現(xiàn)抓斗作水平運動的目的。圖 2.3 牽引式小車?yán)K索纏繞系統(tǒng)簡圖（a ）岸邊集裝箱起重機(jī)；（b）橋式抓斗卸船1－陸側(cè)懸臂端滑輪；2，7－牽引卷筒；3－小車架；4－水側(cè)懸臂端滑輪；5－主小車；6－補(bǔ)償小車；8－起升卷筒；9－開閉卷筒重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–18–2.2 小車運行機(jī)構(gòu)的主要設(shè)計參數(shù)根據(jù)課題任務(wù)書，小車運行機(jī)構(gòu)的主要設(shè)計參數(shù)如表 2.1 所示：表 2.1 軌道式門式起重機(jī)小車運行機(jī)構(gòu)設(shè)計參數(shù)起重量 ?? 40.6 t小車運行速度 ??x 120 mmin工作級別 ??6小車總質(zhì)量 ??x 35 t最大允許輪壓 ??r 200kN自重 400t起升高度 21m重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–19–軌距 28m 前后伸距 56m基距 16m2.3 小車運行機(jī)構(gòu)方案確定根據(jù)此次課題的軌道式門式起重機(jī)小車運行機(jī)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，可采用四輪全驅(qū)的分別驅(qū)動方式傳動。方案如圖 2.3 所示：圖 2.3 小車運行機(jī)構(gòu)簡圖1－電動機(jī)；2－制動器；3－減速器；4－車輪重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–20–3 小車運行支承機(jī)構(gòu)設(shè)計計算3.1 選擇車輪和軌道根據(jù)《起重機(jī)械》中表 9-5 運行速度為 120m/min 時，當(dāng)載荷率大于 ，工作級別為90.查表可初選小車輪直徑 ，軌道型號選取 （凸頂） 。??6， ??x=500 mm ??383.2 驗算車輪強(qiáng)度強(qiáng)度驗算：對車輪的疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)度兩種強(qiáng)度條件進(jìn)行驗算車輪強(qiáng)度。小車的總質(zhì)量 Gx=35t=35000 kg=350000 N起重機(jī)的額定起重量 Q=40.6t=40600 kg=406000 N假設(shè)輪壓均勻分布，故小車車輪的最小輪壓 為：Pmin（3.1）??min=??x4=3500004 =87500??小車車輪最大輪壓 為：Pmax（3.2）??max=??x+??4 =350000+4060004 =18900??計算載荷 為：Pc（3.3）??c=2??max+??min3 =2×18900+875003 =41766.7??載荷率：（3.4）????x=406000350000=1.16＞ 0.9重 慶 交 通 大 學(xué) 2019 屆 機(jī) 械 設(shè) 計 制 造 及 其 自 動 化 （ 工 程 機(jī) 械 ） 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計–21–3.2.1 疲勞強(qiáng)度驗算疲勞許用輪壓為：199665N （3.5）????=k??x????1??2=8.5×500×60×0.87×0.90=式中： ——車輪的許用比壓（ ） ，根據(jù)車輪與軌道的抗拉強(qiáng)度，根據(jù)《起重機(jī)械》表 9-k Nmm28 可知，取 ；k=8.5——車輪與軌道承壓面的有效接觸寬度（ ） ， 60，其中 為軌道總寬L mm L=b-2r= b度， 為車輪的倒角圓半徑；r——轉(zhuǎn)速系數(shù)，車輪轉(zhuǎn)速 ，根據(jù)《起重機(jī)械》表C1 n=Vxπ Dx= 1203.14×0.5=76.43 rmin9-10，取 ；C1=0.87——車輪所在機(jī)構(gòu)的工作級別系數(shù)，小車運行機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算的工作級別為 ，根據(jù)C2 M6《起重機(jī)械》表 9-10，選取 C2=0.90因此， ，滿足車輪疲勞強(qiáng)度要求。PL≥ Pc3.2.2 靜強(qiáng)度驗算靜強(qiáng)度的許用輪壓為：（3.6）??'??=1.9k??x??=1.9×8.5×500× 60 = 484500?? 由于 滿足車輪的靜強(qiáng)度要求。P'L≥ Pmax綜上所述，根據(jù)車輪校核計算結(jié)果，選取小車輪直徑 的雙輪緣車輪。Dx=500 mm