16t22m箱型单主梁龙门起重机设计-机械设计制造及自动化专业-大学论文.doc
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1、南华大学机械工程学院毕业设计(论文) 16t/22m箱型单主梁龙门起重机设计摘要:门式起重机(简称门机)是我国国民经济发展必不可少的设备。本文为了满足铁路搬运物品的需要,设计了这台16t/22m的箱型单主梁门式起重机,并通过合理选型设计,使其具有结构形式简单实用,使用操作方便,维护保养简便等特点。根据门式起重机的设计方法,主要对起重机的主梁、支腿、端梁、小车及运行机构进行了设计计算。关键词:箱型,单主梁,门机16t/22m single box girder gantry crane designAbstract Gnarty crnae is absolutely necessarily e
2、quipment in our national development of economy. In order to meet the need of railway handling items, design the 16t / 22m box -single-main-girder of gnarty cranes, and through the reasonable selection of the design, make its structure is simple and practical, use convenient operation and maintenanc
3、e, etc. According to the gnarty crane design method,had been design and calculation main point to the crane girders, leg, cars and operation mechanism.Keywords: box, single-main-girder, gnarty cranes目 录1 绪论11.1 门式起重机的应用11.2 门式起重机的分类11.3 起重机的发展趋势及我国起重机发展水平21.4 本课题使用的设计方法22 设计参数的确定42.1 已知参数42.2 其它参数的确
4、定43 起重小车的设计计算73.1 起升机构的设计73.2 小车运行机构的设计224 门架的设计计算324.1 确定门架主要尺寸324.2门架的计算载荷354.3 门架的内力计算384.4 门架的强度验算524.5 门架的刚度验算554.6 门架的稳定性验算565 大车运行机构的设计计算595.1 大车轮压的计算595.2 车轮与轨道的选择与计算625.3 运行阻力的计算625.4选择电动机645.5 选择减速器645.6 选择联轴器655.7 电动机的验算655.8 减速器的验算675.9 选择制动器675.10 启动和制动打滑验算68参考文献69谢 辞70附 录71iv 南华大学机械工程学
5、院毕业设计(论文) 1 绪论1.1 门式起重机的应用门式起重机又称龙门起重机,是露天物料搬运广泛采用的大型装卸机械,它与其它类型起重机相比,具有起重量大,作业空间大,货场面积利用率高,装卸效率高,基建投资少,运行成本低等优点。因此,门式起重机广泛运用于各个行业之中,例如在电力场设备的地面组合、设备的制作加工配合、水泥框架的预制、物件的吊装等;在港口码头装卸集装箱;在工厂内部起吊和搬运笨重的物件;在建筑安装工地进行施工作业;在储木场堆积木材等场合。同时,门式起重机也是与连续输送机械组成机械化装卸系统的理论机种,在国外工业先进国家,不仅机械作业比重大而且机械作业已实现体系化、专业化和自动化,所以门
6、式起重机已被列为改扩建综合性货场、集装箱货场和散料货场的主要配套机种,应用前景宽广。1.2 门式起重机的分类门式起重机的形式很多,根据不同的分类方法,可以概括为以下几种:依据主梁数目不同,可分为单主梁和双主梁门式起重机;依据取物装置不同,可分为吊钩式、抓斗式、电磁吸盘式等起重机;依据结构形式不同,可分为桁架式、箱型梁式、管型梁式、混合结构式等起重机;依据支脚结构形式不同,可分为L型、C型单主梁门式起重机和八字形、O型、半门型等双梁门式起重机;依据支脚与主梁的连接方式不同,可分为两个刚性支脚、一个刚性支脚与一个柔性支脚两种结构形式的门式起重机,柔性支脚与主梁之间可采用螺栓、球铰链和柱形铰连接或其
7、它方式连接;依据用途不同,可分为一般用途门式起重机、造船用门式起重机、水电站用门式起重机、集装箱用门式起重机以及装卸用门式起重机等。此外,还可分为单悬臂、双悬臂或无悬臂,轨道式或轮胎式等。1.3 起重机的发展趋势及我国起重机发展水平随着科技的日新月异,当今国际起重运输机械朝着大型化、液压化、多用途、高效率的方向发展。这在不同程度上扩大了产品标准化,参数、尺寸规格化和零部件通用化的范围,为起重机运输机械制造的机械化和自动化提供了方便的条件,对实现自动化设计、加强流水作业生产、提高劳动生产率、降低产品成本和材料消耗,改进工艺流程,增强和提高企业管理水平都具有很大意义。有的企业已基本上实现了钢构件的
8、连续生产,应用光电系统、数字程序控制系统及激光器切割下料,并从搬运、平料到组装等形成了生产的自动控制和系统管理。当今起重机的发展方向如下:向大型化、高效和节能方向发展;向自动化、智能化、集成化和信息化发展;向成套化、系统化、综合化和规模化发展;向模块化、组合化、系列化和通用化发展;向小型化、轻型化、简易化和多样化发展;采用新理论、新方法、新技术和新手段提高质量;采用新结构、新部件、新材料和新工艺提高产品性能。由于我国起重机机械行业起步较晚,虽然在技术水平上有了很大的发展与进步,但是与国际水平相比,还存在着一定差距。产品性能一般; 产品开发能力较弱;制造工艺水平较低;产品检测水平不高;配套件供应
9、和质量问题影响较大;产品技术标准更新滞后、实施乏力。1.4 本课题使用的设计方法本课题采用以经典力学和数学为基础的半理论、半经验设计法和模拟法、直觉法等传统设计方法。2设计参数的确定2.1 已知参数根据设计课题“16t/22m箱形单主梁门机的整体设计”可知:起重机的最大起重量为16吨,跨度为22米。2.2 其它参数的确定2.2.1 起重量的确定当龙门起重机起重量等于或大于15吨时,起重小车应设置两个起升机构,其中起重量大的称为主钩,即本课题中主钩起重量为16吨,起重量小的为副钩,根据门式重机的起重系列选取副钩起重量为3吨。则本课题所设计起重机的起重量为16/3吨。2.2.2悬臂长度的确定首先确
10、定起重机的悬臂类型为双悬臂。设计起重机悬臂长时,应根据支腿处的弯矩在当小车位于悬臂端时和当小车位于跨度中点附近时相等,这一条件设计。这样设计出来的上部主梁是最经济的。因此,根据这一条件并参照同类起重机的悬臂长度,选定本课题所设计起重机的悬臂长度。2.2.3 起升高度的确定起重机的起升高度是指当吊钩升至最高位置时,大车运行轨面到吊钩中心的垂直距离。参照同类起重机的起升高度,选定本课题所设计起重机的起升高度,主钩为12米,副钩为14米。2.2.4 工作速度的确定工作速度包括起升速度和运行速度。工作速度的选择应与工作行程相适应。1) 起升速度起升速度指吊钩的上升速度。在确定起升速度时,主起升机构的速
11、度较慢,副起升机构的速度较快。初步确定主起升机构的速度为7.8米/分,副起升机构的速度为22米/分。2) 运行速度运行速度指龙门起重机大车和起重小车的行走速度。一般小车行走速度在3545米/分之间,大车行走速度在3080米/分之间。初步确定大车的行走速度为40米/分,小车的行走速度为37.5米/分。2.2.5工作类型的确定为使设计的起重机安全可靠在设计时必须考虑由起重机的载荷特性和工作繁忙程度所确定的工作类型。因课题没有做特别要求,自定工作类型为中级,从而起重机的工作级别为机构负载持续率。综上所述得起重机的主要设计参数如表2.1。表2.1 起重机的基本设计参数表参数参数大小名称符号起重量主钩Q
12、(t)16副钩3跨度L(m)22悬臂长度L1(m)7.5起升高度主钩H(m)12副钩14起升速度主钩 (m/min)7.8副钩22运行速度大车 (m/min)40小车 (m/min)37.5工作类型工作级别A4机构负载持续率JC25%3 起重小车的设计计算起重小车主要包括起升机构、小车运行机构和小车架三部分。各部分具体设计如下所示。3.1 起升机构的设计起升机构用来实现物料垂直升降,是任何起重机不可缺少的部分,因而是起重机最主要、也是最基本的机构。根据结构紧凑的原理,采用如图3.1所示的起升机构传动简图。其工作原理为:电动机通过联轴器和传动轴与减速器的高速轴相连,减速器的低速轴带动卷筒,吊钩等
13、取物装置与卷绕在卷筒上的省力钢丝绳滑轮组连接起来。当电动机正反两个方向的运动传递给卷筒时,通过卷筒不同方向的旋转将钢丝绳卷入或放出,从而使吊钩与吊挂在其上的物料实现升降运动,这样,将电动机输入的旋转运动转化为吊钩的垂直上下的直线运动。常闭式制动器在通电时松闸,使机构运转;在失电情况下制动,使吊钩连同货物停止升降,并在指定位置上保持静止状态。当滑轮组升到最高极限位置时,上升极限位置限制器被触碰面动作,使吊钩停止上升。 1-电动机 2-联轴器 3-传动轴 4-制动器 5-制动轮6-减速器 7-卷筒 8-滑轮组 9-钢丝绳 10-吊钩图3.1 起升机构传动简图3.1.1 主起升机构的设计1) 钢丝绳
14、的计算钢丝绳一般采用静力计算法,即钢丝绳的最大静拉力必须小于或等于钢丝绳的许用拉力。a钢丝绳的最大拉力计算根据起重机的额定起重量Q16吨,查表,选取滑轮组倍率,起升机构钢丝绳缠绕系统如图3.2所示。查表,选取短钩形16吨吊钩组。钢丝松承受的最大拉力由下式计算: (2.1)式中 额定起重量,16000公斤;品钩组重量,=322公斤;滑轮组倍率,3; 图3.2 起升机构钢丝绳缠绕系统滑轮组效率,查表,取0.98。 b钢丝绳的选择所选择的钢丝绳破断拉力应满足下式: (3.2)而 (3.3)式中 钢丝绳的破断拉力; 钢丝绳破断拉力总和; a折减系数,对于绳619的钢丝绳a0.85;钢丝绳安全系数,对于
15、中级工作类型=5.5。由上式可得查表,选择钢丝绳619,其公称强度为1700MPa,直径为17mm,其允许破断拉力总和为184000N。选用钢丝绳标记如下:钢丝绳619-17.0-1700-I-光-右交GB1102-74。2) 滑轮、卷筒的计算a 滑轮、卷筒最小直径的确定为确保钢丝绳具有一定的安全使用寿命,滑轮、卷筒名义直径(钢丝绳卷绕直径)应满足下式: (3.4)式中 e系数,对于中级工作类型的龙门起重机取e=25。所以,。取滑轮、卷筒的名义直径500mm。b 卷筒长度的确定根据图3.3,可知卷筒的长度可由下式计算: 图3.3 卷筒尺寸 (3.5) (3.6)式中 最大起升高度,12米; n
16、钢丝绳安全圈数,取n=2;t绳槽节距, mm,取t=20mm;根据结构确定卷筒空余部分,取3t60mm;固定钢丝绳所需要的长度、取入3t60mm;根据钢丝绳允许偏斜角确定, ,,取120mm;卷绕部分长度,取=500mm。则卷筒长度取卷筒长度L=1500mm。c 卷筒壁厚的计算根据经验计算公式,卷筒的壁厚: (3.7)取卷筒壁厚。d 卷筒轴上的扭矩计算卷筒轴上的扭矩计算公式: (3.8)式中 卷筒效率,取=0.98。则扭矩 。e 卷筒转速的计算 (3.9)式中 起升速度,=7.8m/min。则卷筒的转速。3) 选择电动机在起重机械中,电动机选用YZR、JZR系列冶金起重用绕线转子三相异步电动机
17、,其具有较高的过载能力和机械强度,适应于短时或断续周期性工作制,频繁启动、制动,及有显著的震动或冲击的设备。具体选择电动机时根据起升机构起升载荷、额定起升速度及机构效率计算出机构的静功率和接电持续率来选择。电机所需静功率计算: (3.10)式中 机构总效率,取=0.85。则 。电动机的计算功率: (3.11)式中 起升机构按静功率初选电动机的系数,JC40%的电动机的=0.8。则 由表选择电动机的型号如下:YZR225M-8,S3工作制,JC=40%,CZ=6次,转速=715r/min, 飞轮矩为。4) 选择减速器根据传动比和所需输入功率选择减速器。减速器的理论传动比: (3.12) 由表,根
18、据传动比=43.18,电机功率。选择减速器为:ZQ650,实际传动比=40.17,输入功率为26Kw。5)选择制动器起升机构制动器的制动力矩应满足下式: (3.13)式中 制动安全系数,由表对于中级工作类型1.5; 满载时制动轴上的静力矩, 则由表,选择制动器型号为,制动力矩,制动器质量。6) 选择联轴器联轴器计算力矩应满足下式要求: (3.14)而 (3.15)式中 联袖器的计算扭矩;联轴器的最大允许扭短;n安全系数,取n=1.5;刚性动载系数,取=1.5;电动机轴上的额定扭矩 则由表查得,电动机YZR225M-8的轴端直径为65mm,轴伸为140mm。根据以上条件,由表选得联轴器号数为,其
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