20吨l型单梁吊钩门式起重机毕业设计.doc

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1、南 昌 工 程 学 院毕 业 设 计 (论 文)机械与电气工程学院 系（院） 工程机械设计 专业毕业设计（论文）题目 （20t）L型单梁吊钩门式起重机设计 学生姓名 周振刚 班 级 11级工程机械设计2班 学 号 2011100744 指导教师 文红民 完成日期 2015 年 4 月 22 日（20t）L型单梁吊钩门式起重机设计(20t) the design of singlegirder gantry crane总计 毕业设计（论文） 100 页 表 格 4 个 插 图 28 幅摘要L型单梁吊钩门式起重机是通用门式起重机的一种，广泛用于铁路货场，港口和工厂。它主要由三大工作机构（起升机构、

2、小车运行机构和桥架运行机构）、金属结构部分和电气设备构成，其中桥架运行机构和金属结构部分一起组成大车运行机构。本论文首先介绍了起重运输机械的用途和发展趋势，然后根据任务书给定参数，结合所学相关专业知识，按照相关国家标准及起重机设计手册，对各机构布置方案进行总体设计，对各机构和部件进行研究及计算并对主要技术指标进行校核，对相关电气设备及部件进行选择，最后依据计算和校核选择正确的部件，进行组合，参照国标选择部件尺寸，完成总图一张和若干工作装置图。通过本次的起重机设计计算，我知道了起重机的设计计算过程，巩固了自己所学的专业知识，通过绘图提升了自己的绘图能力，为以后的社会实践及工作奠定了知识基础。关键

3、词：门式起重机 工作机构 大车运行机构 电气设备AbstractL-type single girder gantry crane gantry crane is a common and widely used in railway yard, ports and factories. It mainly consists of three working bodies (lifting mechanism, trolley traveling mechanism, bridge run institution), metal structural parts and electrical

4、equipment structure, in which the structural part of the bridge run institutions and metal together make traveling mechanism.This paper introduces the use and development trend of material handling equipment, and relevant expertise learned the given parameters according to the mission statement, com

5、bined, in accordance with the relevant national standards and crane design manual for agencies overall design layout scheme, each institutions and research and computing components and the main technical indicators to be checked for electrical equipment and components related to selection and matchi

6、ng, and finally on the basis of the calculation and verification of choosing the right components, combined with reference GB select component sizes, complete general plan and a number of working device of FIG.Through this crane design calculations, familiar with the crane design calculation process

7、, consolidate their expertise by drawing graphics to enhance their ability to lay the foundation for future practice and work.Keywords: gantry crane； working bodies ；traveling mechanism ；electrical equipment目录 摘要2Abstract3第一章 引言101.1 L型单梁吊钩门式起重机概述101.2 课题研究思路和设计方案111.2.1 小车设计方案121.2.2 大车初定141.2.3 其它

8、结构初定151.3起重机设计的主要相关参数16第二章 起重机起升机构的设计计算172.1 主起升机构设计172.1.1 门式起重机主起升机构设计参数182.1.2 确定传动方案，选择滑轮组182.1.3 钢丝绳的选择192.1.4 滑轮、卷筒的选择202.1.5 初选电动机232.1.6 初选减速器232.1.7 选择制动器242.1.8 选择联轴器252.1.9 起制动时间验算262.1.10 电动机的校核272.2 副起升机构设计282.2.1 门式起重机副起升机构设计参数282.2.2 确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组282.2.3 钢丝绳的选择292.2.4 滑轮、卷筒的选择302.2

9、.5 初选电动机332.2.6 初选减速器342.2.7 选择制动器352.2.8 选择联轴器362.2.9 起制动时间验算362.2.10 电动机的校核38第三章 起重机小车运行机构的设计计算393.1 主要参数和机构的布置393.2 选择车轮和轨道413.3 稳态运行阻力的计算413.3.1摩擦阻力的计算413.3.2坡道阻力的计算423.3.3风阻计算423.4 电动机的选择423.4.1电动机静功率的计算423.4.2电动机的选择433.5 减速器的选择433.6 制动器的选择433.7联轴器的选择443.7.1机构高速轴的计算扭矩453.7.2低速轴的计算扭矩453.8电动机的校核4

10、53.8.1电动机的过载校核453.8.2电动机的发热校核(在S4工作制下)463.8.3 起动时间与启动加速度验算46第四章 起重机大车运行机构的设计计算474.1 主要参数和机构的布置474.2 选择车轮和轨道484.3 稳态运行阻力的计算494.3.1 摩擦阻力的计算494.3.2 坡度阻力的计算494.3.3风阻力的计算504.4 电动机的选择504.5 减速器的选择504.6 制动器的选择514.7 联轴器的选择524.8 电动机的校核524.8.1电动机的过载校核524.8.2电动机的发热校核(在S4工作制下)534.8.3 起动时间与启动加速度验算534.9 起、制动打滑验算54

11、4.9.1起动打滑验算554.9.2制动打滑验算554.10 车轮的计算564.10.1计算轮压564.10.2计算接触疲劳应力564.10.3踏面的疲劳强度计算57第五章 起重机门架和支腿的设计计算575.1 门架主要尺寸确定575.1.1 主梁几何和特性575.1.2支腿几何尺寸和几何特性595.1.3下横梁截面尺寸及几何特性605.1.4主梁支腿抗弯刚度比615.1.5大车轮距选取625.2门架的计算载荷625.2.1主梁单位长度质量625.2.2小车轮压625.2.3小车制动时由于货重和小车自重引起的惯性力625.2.4大车制动时产生的惯性力635.2.5风载荷635.3主梁的内力计算

12、645.3.1垂直面内应力645.3.2水平面内的内应力705.4主梁的强度验算715.4.1弯曲应力验算715.4.2剪应力验算725.4.3主梁扭转剪应力735.5支腿与下横梁的内应力计算745.5.1门架平面支腿内力计算745.5.2支腿平面内的支腿内力计算785.6支腿和下横梁强度验算825.6.1支腿强度验算825.6.2下横梁强度验算835.7门架的静刚架计算835.7.1主梁的刚度计算845.7.2支腿刚度计算845.8主梁动刚度计算875.9起重机轮压计算895.9.1门架平面内轮压895.9.2轮压的合成91第六章 起重机电气设备和安全装置的选择及计算926.1 电源与供电方

13、式926.2起重机安全装置926.3起重机照明及信号94结语95参考文献96致谢97第一章 引言1.1 L型单梁吊钩门式起重机概述门式起重机一般是由大车运行机构的门架、装有起升机构和小车运行机构的起重小车、电气设备等几大部分组成。外形就像一个屹立在工作场所的大门。起升机构用来垂直升降物品，起重小车用来带着载荷作横向移动，以达到在跨度内和规定高度内组成的三维空间里做搬运和装卸货物用。图1-1 L型单梁吊钩门式起重机门式起重机是现在使用最广泛、拥有量最大的一种轨道运行式起重机，其额定起重量可以从几吨到几百吨。最基本的形式是通用吊钩门式起重机，其他形式的门式起重机都是在通用吊钩门式起重机的基础上派生

14、发展出来的。本论文设计的L型单梁吊钩门式起重机为中级（A5）工作制，主要由门架、大车运行机构、小车运行机构、起升机构、电气设备等组成，桥架采用单梁箱型焊接结构，大车运行机构采用分别驱动，全部机构均在操纵室内操纵。供电方式：小车采用软缆供电，大车采用滑触线供电。为防止倾翻和大车滑行，特设置手动别轨器及地锚固定。为了安全使用，在起重机上装有避雷装置。窗户安装玻璃，能开窗玻璃易擦洁更换，内设凸轮控制器，操作方便1.2 课题研究思路和设计方案在设计过程中，结合起重机的实际工作条件，应该注意以下几方面的要求：整台起重机与工作场所的配合，以及小车与门架的配合。小车与门架的相互配合，主要在于：小车轨距（车轮

15、中心线间的水平距离）和门架上的小车轨距应相同，其次，在于小车的缓冲器与门架上的挡铁位置要配合好，小车的撞尺和门架上的行程限位装置要配合好。小车的平面布置愈紧凑小车愈能跑到靠近门架的两端，起重机工作范围也就愈大。小车的高度小，相应的可使起重机的高度减小，从而减少了起重机的自重，节约了材料。小车上机构的布置及同一机构中各零件间的配合要求适当。起升机构和小车平面的布置要合理，二者之间的距离不应太小，否则维修不便，或造成小车架难以设计。但也不应太大，否则小车就不紧凑。小车车轮的轮压分布要求均匀。如果能满足这个要求，则可以获得最小的车轮，轮轴及轴承箱的尺寸，并且使起重机门架主梁上受到均匀的载荷，一般最大

16、轮压不应该超过平均轮压得20%。小车架上的机构与小车架配合要适当。为使小车上的起升、运行机构与小车架配合得好，要求二者之间的配合尺寸相符；连接零件选择适当和安装方便。在设计原则上，要以机构为主，尽量用小车架去配合机构；同时机构的布置也要尽量符合钢结构的设计制造和运行机构的要求设计，但在不影响机构的工作的条件下，机构的布置也应配合小车架的设计，使其构造简单，合理和便于制造。尽量选用标准零部件，以提高设计与制造的工作效率，降低生产成本。小车各部分的设计应考虑制造，安装和维护检修的方便，尽量保证各部件拆下修理时而不需要移动邻近的部件。总之，要兼顾各个方面的相互关系，做到各部分之间的配合良好。1.2.

17、1 小车设计方案小车机构主要由主副起升机构、小车运行机构、小车架等机构组成。 主副起升机构主副起升机构均由由电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒、钢丝绳、动滑轮、定滑轮、取物装置等零部件组成。起动机电动机一般为YZR冶金电动机。主副起升机构均采用两套制动器结构形式。主钩采用双月牙板钩，副钩采用锻造单钩。 小车运行机构小车运行机构采用集中驱动结构形式，由电动机、联轴器、制动器、传动轴 、减速器、车轮组等组成。为保证轮压，小车运行机构采用4车轮驱动方式.。小车台车布置如图，主动轮和被动轮各半。且四个主动轮位于一侧。图1-2 小车布置示意图图1-3小车台车布置如图，小车运行参数性能如下表：序号项 目

18、 单 位数 值备 注1主动轮数目m/min22被动轮数目m/min23小车最大轮压KN5004小车速度m/min3816表1-1 小车运行参数小车架小车架采用刚性框架焊接结构，设计保证车架足够的强度、刚度，小车架受载变形后不影响机构的正常工作；并且车架的构造设计考虑起升机构和小车运行机构的布置要求，小车架上的设备支座经加工后焊接在小车架上。小车架所允许的最大刚度为f=1/20001.2.2 大车初定大车机构由桥架、大车运行机构组成，大车整体布置如图所示：图1-4 大车布置示意图图1-5大车车轮布置示意图大车运行机构大车的传动系统为闭式传动。大车运行机构采用四角驱动型式，由四套机构组成。机构由电

19、动机、制动器、联轴器、减速器、车轮组等组成。大车运行机构位于主梁内。大车运行机构有16个车轮8个台车组成组成，每个角由四个车轮组成，为保证起动和制动时不打滑，每个角有两个主动轮和两个被动轮组成。如图2-2。大车运行参数如表序号项 目单 位数 值备 注1主动轮数目m/min82被动轮数目m/min83小车最大轮压KN5004小车速度m/min54表1-2 大车运行参数 门架门架主要由主梁和端梁组成，桥架主梁采用整根梁箱形结构，中间不分段。端梁亦采用箱形梁结构，为便于运输，采取分两段形式，端梁接头形式为顶部翼缘板和腹板采用角钢对接。桥架的主梁与端梁采用高强度螺栓连接。1.2.3 其它结构初定起重机

20、除了小车和大车结构外，还有司机室，电气设备等。本次设计中，桥式起重机采用安全滑触线供电，滑触线布置在司机室的对侧。而司机室布置在主梁一边。起重机走台上通道的宽度不小于600mm，走台上方的净空高度不小于1800mm。走台能承受3kN移动的集中载荷而不产生永久变形。走台板面具有防滑性能。在桥架上设有高度不低于1100mm的栏杆，并设有间距不大于350mm的水平横杆，底部设有不低于80mm的围护板；栏杆上任何一处都能承受1kN来自任何方向的载荷而不会产生塑性变形。桥式起重机的通道和门一般设置在司机室的一侧。考虑到整机供电的安全性，起重机金属机构及所有电器设备的金属外壳、管槽、电缆金属外皮及变压器低

21、压侧要全部接地。1.3起重机设计的主要相关参数序号项 目单 位数 值备 注1起重机跨度m302工作级别A53吊钩起重量t20/5吊钩起升高度m10主钩起升速度m/min716副钩起升速度m/min19184大车速度小车速度 m/min m/min5438165大车最大轮压小车最大轮压KNKN5006起重机两边悬臂长度m107起升机构行走轨道扭矩Kg/m42表1-3起重机相关参数根据起重机性能参数，该起重机主副钩均可采用一组双联卷筒、一组动滑轮、一组定滑轮、一个吊钩结构形式，由2根钢丝绳起吊，每根钢丝绳一端固定于卷筒的外端，另一端固定于定滑轮旁边的平衡杆上；小车运行机构采用集中驱动方式；大车运行

22、机构采用四角分别驱动方式；门架采用全偏轨箱形主梁、箱形端梁的单梁结构，小车架采用刚性框架焊接结构，为减轻整机重量，提高整机的性能，主要承载构件材质可采用Q345-A材料。第二章 起重机起升机构的设计计算2.1 主起升机构设计 电动机通过联轴器和减速器的高速轴相联系，为了安装便利且提高补偿能力，通常如上图那样将齿轮轴用一段浮动轴联接。2.1.1 门式起重机主起升机构设计参数 主起重量 Q=20t工作级别 A5最大起升高度 H=10m主钩起升速度 Va=716m/min2.1.2 确定传动方案，选择滑轮组按照传动机构布置易紧凑的原则，决定采用如上图所示的传动方案。如图所示，选择滑轮组倍率a=4的双

23、联滑轮组，其钢丝绳的缠绕方式如图所示。 图2-3 双联滑轮组2.1.3 钢丝绳的选择 根据起重机的额定起重量,选择双联起滑轮组，倍率为ih=4，承载绳的分支数Z=2ih=8. 若滑轮组采用滚动轴承，当ih=4查得钢丝绳滑轮组效率h=0.97。(1) 钢丝绳所受最大静拉力 Smax=Q+G0/2ihh=(20+0.96)104/ 240.97=2.7104N式中 Q 额定起重量，Q =20t； G0 吊钩组重量,G0 =0.96t （ 吊钩的重量一般约占额定起重量的2 4 % ，这里取吊钩挂架重量为0.96t）； ih滑轮组倍率，ih=4； h滑轮组效率，h=0.97。根据上述数据选用钢丝绳，由

24、参考文献5选择圆股线接触钢丝绳6W19，选择钢丝绳的破断拉力应满足 SmaxSb/n式中Smax钢丝绳工作时所受的最大拉力（N）； Sb钢丝绳规范中钢丝破断拉力的总和（N）； 钢丝绳判断拉力换算系数，对于绳6W(19)的钢丝绳，查得=0.85； n钢丝绳安全系数，对于M5工作类型n=5.0 由上式可得 Sbk/Smax =5.0/0.852.7104 =15.88104查参考文献4选择钢丝绳6W(19)，公称抗拉强度1850N/ mm2，直径d=20.0mm，其钢丝破段拉力总和Sb=27.95104N，标记如下钢丝绳 20 NA T6(9+9+1)+FC1850ZS279.5 GB/T 199

25、62.1.4 滑轮、卷筒的选择 为了确保钢丝绳具有一定的使用寿命，滑轮的直径应满足： Dhd(h-1) (2.3) =20(20-1)=380mm 式中 h 系数，由参考文献4查得，对工作类型M5的起重机，取h=20； d所选择的钢丝绳的直径，mm。 查参考文献4取滑轮的直径为Dh=560 mm。 平衡滑轮名义直径：d平=Dh=560 mm 查参考文献2，由钢丝绳直径d=20mm，得绳槽断面尺寸,由绳槽断面尺寸，选择滑轮轴承6224。 所选滑轮：滑轮 B 20630起重机中主要采用铸造圆柱形卷筒。在大多数情况下，绳索在卷筒上只绕一层。 1) 卷筒的直径： DH d(h-1) =20(18-1)

26、=340mm 式中 h系数，由起重机设计手册查得，对工作类型M5的起重机，取h=18； d所选择的钢丝绳的直径，mm。 取卷筒的直径为D =630mm。 2) 卷筒槽计算 绳槽半径：R=（0.530.56）d=10.611.2mm 取11mm 绳槽深度（标准槽）：c0=（0.250.4）d=58mm 取6.0mm 绳槽节距：p=d+（24） 取22mm 卷筒计算直径：D0=D+d=650 mm 3) 确定卷筒长度并验算起强度 根据需要选择双联卷筒，卷筒的总长度： L=2(L0+L1+L2)+Lg (2.5) 式中H 最大起升高度，H10 m； Z钢丝绳安全圈数，Z 1.5 ，取Z=2； P 绳

27、槽节距，P = 22mm； L1无绳槽卷筒端部尺寸，由结构需要确定，L1= 300mm； L2固定绳尾所需长度，L23p=66mm； Lg中间光滑部分长度， Lg=50mm 0D卷筒的计算直径（按缠绕钢丝绳的中心计算）, 0DDd=63020 = 650 mm； 代入上式得： L=2(475.16+300+66)+50=1732.32mm 取L=1800m，卷筒材料初步采用HT200 灰铸铁 GB/T 9439-1988，抗拉强度极限L=195MPa，抗压y=L=585MPa 其壁厚可按参考文献14公式确定=0.02D+（610）=0.02630+8=18.622.6mm， 取=20mm卷筒壁

28、的压应力演算： 许用压应力，故强度足够。 由于卷筒L3D，不计算由弯曲力矩产生的拉应力（因扭转应力小，一般忽略不计). 卷筒转速计算电动机稳态起升功率PN Pq-主起升机构额定起升载荷vq-主钩起升速度，单位m/s-起升机构的总效率，一般取 0.80.852.1.5 初选电动机 按照S4工作制，确定相应的CZ值和实际接电持续率下的功率，然后判定其工作状况。查阅参考文献1，其起升机构的JC值为JC%=25%,CZ=150稳态负载平均系数G=0.8。选用YZR280S-8型电动机，功率PC=51kw，转速ne=718r/min由JC=25%，CZ=150得P=25kw，GD2=23.5N.m22.

29、1.6 初选减速器 根据要求选用QY系列硬齿面减速器计算起升机构传动比，选择减速器查起重机设计手册，取i=5 根据传动比i=5，有电动机功率N=51kw,电动机转速718r/min，选择减速器，其型号为 QJR-500-3CW其最大输出扭矩60000N.m 验算最大扭矩Mmax=（0.70.8）M额i -电动机最大转矩倍率-电动机传递的效率， =0.90.95 M额-电动机额定转矩 因为Mmax 1.5 ，取Z=2； P 绳槽节距，P = 15mm； L1无绳槽卷筒端部尺寸，由结构需要确定，L1 = 80； L2固定绳尾所需长度， L23p=45mm； Lg中间光滑部分长度，Lg =50mm

30、D0卷筒的计算直径（按缠绕钢丝绳的中心计算）, D0Dd=40012.5=412.5 mm； 代入上式得： L=2(261.62+80+45)+50=773.23mm 取L=1000mm，卷筒材料初步采用HT200 灰铸铁 GB/T 9439-1988，抗拉强度极限L=195MPa，抗压y=L=585MPa。 其壁厚可按经验公式确定=0.02D+（610）=1418mm，取=18mm。 卷筒壁的压应力演算，： 许用压应力，故强度足够。 由于卷筒L3D，可以不计算由弯曲力矩产生的拉应（因扭转应力甚小，一般忽略不计）。卷筒转速2.2.5 初选电动机计算电动机稳态起升功率PN Pq-主起升机构额定起

31、升载荷vq-主钩起升速度，单位m/s-起升机构的总效率，一般取 0.80.85 选择电动机按照S4工作制，确定相应的CZ值和实际接电持续率下的功率，判定其工作状况。查阅GB/T 3811-2008，其起升机构的JC值为JC%=25%,CZ=150稳态负载平均系数G=0.8。 由PnGPN Pn0.819.18=15.34KW查阅参考文献5， 根据JC%=25%, CZ=150选择YZR冶金电动机，其型号为 YZR 180 M6其中，转速n=955r/min，额定功率N=17KW，质量m=840kg，转子转动惯量 GD2=3.9Nm2 最大转矩倍率 =3.22.2.6 初选减速器 计算起升机构传

32、动比，选择减速器 查阅参考文献11， 由电动机功率传动比i=32.5，转速n=955r/min，选择减速器，其型号为：QJR 560-32.5 C W其最大许用输出扭矩为 60000 Nm ，最大径向力为75kN验算最大扭矩Mmax=（0.70.8）M额i-电动机最大转矩倍率-电动机传递的效率， =0.90.95 M额-电动机额定转矩 Mmax=（0.70.8）3.217032.50.95=13436.8 Nm60000 Nm最大扭矩验算通过验算最大径向力和传动比卷筒的质量G筒为 其中为刚才的容积量 =78.5KN/m3G筒=3.1440010003.4878.510-6=34.31KNPmax=2Smax+0.5G筒=1.0515.632+0.534.31=49.98 KN75KN最大径向力校核通过 选用合理2.2.7 选择制动器副起升机构采用双制动器，制动前，下降速度自动降低至速度的最低档，在任何情况下不会出现“溜钩”现象。制动器采用焦作“金箍牌”常闭式液压推杆制动器，每套制动器的安全系数1.25。计算制动力矩 K2-制动器安全系数，K2取1