毕业论文塔式起重机起升机构设计与制作【定稿】 29181.doc
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1、南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计(论文) 学院(系): 机械与汽车工程学院 专 业:机械设计制造及其自动化学 生: 指导教师: 完成日期 2012 年 05 月南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计(论文)塔式起重机起升机构设计与制作Design and Manufacture of Hoisting Mechanism for Tower Crane 学 院(系): 机械与汽车工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名: 学 号: 指导教师(职称): 评 阅 教 师: (讲师) 完 成 日 期: 2012年5月 南阳理工学院Nanyang Institute o
2、f Technology塔式起重机起升机构设计与制作机械设计制造及其自动化专业 摘 要 塔式起重机有利于加快施工进度、缩短工期、降低工程造价,在高层作业和民用建筑领域被广泛应用。本课题所设计的是塔式起重机起升机构。本文根据使用要求完成起升机构的钢丝绳、滑轮组、卷筒、联轴器以及制动器的选择;依据驱动功率选择合理的电动机;依据两个不同速度输出要求进行合理的行星差动减速器设计。对减速器部分零件进行加工工艺编制,并进行实体加工。本课题设计的起升机构性能稳定,结构紧凑,并可实现一定速度范围内的无级变速。关键词 起升机构;行星差动传动;无级变速 Design and Manufacture of Hois
3、ting Mechanism for Tower CraneMechanical Design, Manufacturing and Automation Major Abstract: The tower crane is conducive to increasing the construction progress, shorting the construction time and reducing the project costs, which have been used extensively in the high-level working and civil arch
4、itecture field. This topic is related to the design on hoisting mechanism of tower crane. The wire rope, the pulleys, the drum, the clutch and the detent of hoisting mechanism are chosen according to the operating requirement; and the motor is chosen based on the drive power; and the planet differen
5、tial speed reducer are designed based on the requirements of two speeds. The processes of reducer part are established, and the entity processing is completed. The hoisting mechanism has stable performance and compact structure, which can achieve the adjustable speed in a certain range. Key words: h
6、oisting mechanism; planetary differential drive; adjustable speed 目 录1 绪论12塔式起重机的发展概括12.1 我国塔式起重机的发展与趋势22.2 制约我国工程机械发展的主要关键技术22.3 塔式起重机的组成32.4 塔式起重机的参数32.4.1 塔式起重机的主参数32.4.2 塔式起重机的基本参数33 塔式起重机起升机构设计方案43.1 塔式起重机起升机构的组成与工作原理43.1.1 起升机构的组成43.1.2 工作原理43.2 起升机构设计方案53.2.1 设计时给定的工作参数53.2.2 设计方案53.2.3 设计方案分
7、析73.3 方案的主要涉及内容74起升机构电动机的选择74.1 起重机起升机构对电动机的要求74.2 电动机的选则84.2.1 电动机的绝缘等级84.2.2 电动机功率的计算85起升机构零部件的选择95.1 钢丝绳的选择95.1.1 钢丝绳的构造95.1.2 钢丝绳的直径:105.2 滑轮的选择105.2.1 滑轮分类及构成105.2.2 滑轮的直径105.3 卷筒的选择105.3.1 卷筒的种类115.3.2 多层卷筒尺寸的计算115.4 吊钩的选择125.5 联轴器的选择125.6 制动器的选择126行星减速器设计126.1 传动比分配136.2 齿轮传动设计136.2.1 行星差动齿轮传
8、动设计136.2.2 低速就位时传动设计166.3 传动轴的设计176.3.1 减速器中间轴设计176.3.2 确定各传动轴的轴径及尺寸186.4 平键的选择196.5 轴承的选择197减速器附件的选择207.1 透视孔和视孔盖207.2 通气器207.3 油标207.4 放油孔和放油螺塞207.5 定位销208部分零部件加工工艺规程的编制20结论22参考文献23致谢241 绪论近年来,工程机械发展迅猛、持续火爆,其种类繁多,应用广泛。是国民经济发展中必不可少的物料搬运输送设备和工业安装设备。工程机械行业已发展成为机械工业十大行业之一。工程起重机是一种以间歇、重复工作方式,通过起重吊钩或其它吊
9、具起升、下降,或升降与运输重物的机器设备。是国民经济各生产部门提高劳动生产率、生产过程机械化不可缺少的重要设备,被广泛应用于各种物料的起重、运输、装卸和安装等作业中,对于加快施工与作业进度,降低施工与作业成本,提高工程质量等方面,起着非常重要的作用。本课题所涉及的塔式起重机起升机构是由电动机、减速器、联轴器、制动器、卷筒、钢丝绳、滑轮组及吊钩等零部件组成。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,吊钩等取物装置与卷绕在卷筒上的钢丝、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
10、,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。本课题所要做的是设计一种合理的变速机构。通过这个机构实现塔式起重机速度的改变,以达到其在速度波动范围大、启停平稳、自身重量限制、空间狭小的条件下正常工作的目的。同时学会一些常用机械产品标准件的应用与选取。2 塔式起重机的发展概括塔式起重机简称塔机,也称塔吊,起源于欧洲。因其工作效率高、适用范围广、回转范围大、起升高度大、操作方便以及安装与拆卸比较方便简单等特点,在建筑安装工程中得到了广泛的运用,并成为一种重要的施工机械。塔式起重机除用于工业与民用建筑外,还在电站建设、水利建设以及造船等部门也常有应用。据资料报道,目前生产塔机的国家有
11、:德国、法国、意大利、英国、西班牙、丹麦、瑞典、波兰、捷克、匈牙利、俄罗斯、日本及澳大利亚等。另据资料显示,国外著名塔机生产商所生产的塔机多达600余种型号,拥有塔机最多的是德国和俄罗斯。进入21世纪,国外塔机技术发展呈现出以下特点:1组合塔机或模块塔机得到迅速发展 所谓组合塔机就是以塔身结构为核心,按结构和功能特点,将塔机分解为若干部分,并依据系列化和通用化要求,遵循模数制原理将各部分划分并设计成若干模块。依据参数要求,选用适当模数分组拼成具有不同技术性能特点的塔机以满足施工的具体要求。2一些超重型起重机相继问世近年来,因大功率电站、高坝、近海石油钻井平台、天然气钻井平台以及石化工业的发展需
12、要,对重型、超重型塔机提出了更多更高的要求。如今,幅度7090、最大起重量5060、起升高度100300的塔机亦非罕见。3适应城市改建需要的城市塔机应运而生并得到发展城市闹区改造工程的特点是:场地狭窄、基地面积小;建筑密度大,道路交通阻塞,塔身回转障碍多;地质条件差,地下管道多等特点。为适应城市改造工程的特点,西方某些工厂率先推出400700级的城市塔机。德国把这种适应在闹市区施工学要的“城市改建塔机”也称为“见缝扎针塔机”或“经济建筑施工塔机”,简称为经济塔机。2.1 我国塔式起重机的发展与趋势Error! No bookmark name given.我国塔式起重机的生产与应用已有50多年
13、的历史,经历了一个从测绘仿制到自主设计制造的过程。20世纪50年代,为满足国家经济建设的需要,引进了前苏联以及东欧一些国家的塔式起重机,并进行仿制,为以后的发展打下了坚实的基础,开启了我国起重机制造的开端,其功不可没。20世纪60年代,我国开始进入自行设计制造塔式起重机的阶段。1961年首先在北京试制成功了红旗II型塔式起重机,它也是我国最早自行设计的塔式起重机。从70年代起,由于建筑施工的需要,我国塔式起重机进入了技术提高、品种增多的新阶段。进入20世纪90年代以后,我国塔式起重机行业随着全国范围内建筑任务的增加而进入了一个新的发展时期,产量连年猛增,部分还出口到国外。全国塔式起重机的总拥有
14、量也行20世纪50年代的几十台发展到2000年的大约6万台。至此,无论从生产规模、应用范围还是塔式起重机总装量来看,我国均堪称塔式起重机大国。2.2 制约我国工程机械发展的主要关键技术我国塔式起重机等工程机械产品的技术水平及核心技术已成为制约其竞争力提高的关键因素。与国际先进水平相比,我国工程机械产品的差距主要表现在产品使用可靠性能、整机寿命、外观质量及信息化技术水平上,这些差距集中反映在基础部件水平方面。具体来说,主要有动力换挡变速箱设计制造技术;湿式制动驱动桥设计制造技术;柱塞式液压马达、液压泵设计制造技术;回转支承设计制造技术;整体式多路阀设计制造技术;四轮一带研发制造技术;产品信息化技
15、术以及现代集成制造技术等。2.3 塔式起重机的组成任何一台塔式起重机,不论其技术性能还是构造上有什么差异,其主要部分都是一样的,通常塔式起重机械由起升机构(使物品上下运动)、运行机构(使起重机械移动)、变幅机构和回转机构(使物品作水平移动),再加上金属机构,动力装置,操纵控制及必要的辅助装置组合而成。 运行机构用以纵向水平运移重物或调整起重机的工作位置,一般是由电动机、减速器、制动器和车轮组成。变幅机构只配备在臂架型起重机上,臂架仰起时幅度减小,俯下时幅度增大,分平衡变幅和非平衡变幅两种。回转机构用以使臂架回转,是由驱动装置和回转支承装置组成。金属结构是起重机的骨架,主要承载件如桥架、臂架和门
16、架可为箱形结构或桁架结构,也可为腹板结构,有的可用型钢作为支承梁。必须强调指出,由于塔式起重机属于事故多发性的机种之一,因此安全装置是塔式起重机必不可少的关键设备,其作用是避免由于操作失误或违章操作等招致的灾难性恶果。常用的安全装置有:起升高度限位器、起重量限制器、幅度指示器、起重力矩限制器、夹轨器、锚定装置以及各种行程限位开关等。2.4 塔式起重机的参数2.4.1 塔式起重机的主参数塔式起重机的主参数是工程起重力矩。所谓工程起重力矩是指起重臂为基本臂长时,最大幅度与相应额定起重量重力的乘积。以M表示,单位。起重力矩综合了起重量与幅度两个因素参数,所以能比较全面和确切地反映塔式起重机的起重能力
17、。塔式起重机主参数系列见下表所示表2-1 塔式起重机主参数 公称起重力矩 1001602002503154005006308001000125016002000250031504000500063002.4.2 塔式起重机的基本参数塔式起重机的基本参数包括以下几个部分:1.幅度 塔式起重机空载时,其回转中心之吊钩中心垂涎的水平距离。表式起重机不移动时的工作范围,以R表示,单位。2.起升高度 空载时,对轨道塔式起重机,是以吊钩内最低点导轨顶面的距离;对其他形式起重机,则为吊钩内最低点道支撑面的距离。以H表示,单位。对于动臂起重机,当吊臂长度一定时,起升高度岁幅度的减少而增加。3.额定起升载荷 在
18、规定幅度时的最大起升载荷,包括物品、去雾装置(雕梁、抓斗、起重电磁铁等)的重量。以FQ表示,单位。4.轴距 同一侧行走轮的轴心线或一组行走轮中心线之间的距离。单位。5.轮距 同一轴心线左右两个行走轮、轮胎或左右两侧行走轮之间或轮胎足中心径向平面间的距离。单位。6.起重机重量 包括平衡重、压重和整机重。以G表示,单位为。该参数是评价起重机的一个综合性能指标,它反映了起重机设计、制造和材料技术水平。7.尾部回转半径 回转中心至平衡重或平衡臂端部的最大距离。单位为。8.工作速度 主要包括起升速度、变幅速度、回转速度和行走速度。 图2-1塔式起重机示意图3 塔式起重机起升机构设计方案3.1 塔式起重机
19、起升机构的组成与工作原理3.1.1 起升机构的组成实现重物升、降运动的机构称之为起升机构,塔式起重机的起升机构通常由电动机、减速器、联轴器、制动器、卷筒、钢丝绳、滑轮组及吊钩等零部件组成。根据这些零部件功能的不同可以分为驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置、制动器及其他安全装置。此外,起升机构还配备起重量限制器、上升极限位置限制器、排绳器等安全装置。3.1.2 工作原理塔式起重机起升机构的工作原理是: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,吊钩等取物装置与卷绕在卷筒上的钢丝、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
20、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,至此,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,以实现重物的起升、下降。机构停止工作时,重物依靠制动器刹住,悬停在空中。另外,制动器常处于常闭状态。3.2 起升机构设计方案3.2.1 设计时给定的工作参数60塔式起重机的主要参数表3-1 60塔式起重机主要参数起重量(t)起升高度(m)额定起升速度(m/min)低速就位速度(m/min)3160505680252.53.2.2 设计方案根据上表塔式起重机的主要设计参数,并依据塔式起重机起升机构的工作条件、工作空间以及所要实现的技术要求制定塔式起重机起升机构传动的设计方案。方案如下
21、:方案1:双电机-双减速器传动 该结构为两套独立的电动机-减速器传动。当起重机以额定速度工作时启动主电机-减速器传动;当起重机以低速就位速度工作时停止主电机-减速器传动,改为微动电机-减速器传动。方案2:双电动机-行星联轴器传动1-主电动机 2-减速器 3-卷筒 4-制动器 5-行星联轴器 6-减速器 7-电动机图2-2 双电动机-行星联轴器简图该方案选用两个电动机及行星联轴器。通常情况下,由电动机1带动卷筒3工作,此时辅助电动机7被制动(即中心轮被抱死),制动器4松开,差动器5绕中心轮空转。低速就位时,主电动机1断电,相应于电动机1和7的制动器松开,制动器4则抱死5轮,辅助电动机7通电,通过
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