毕业设计（论文）开题报告-a型起重机起升机构设计

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三、毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告机械工程学院机械设计与制造及其自动化专业设计（论文）题目A型起重机起升机构设计学生姓名：顾问教师_______________________________________2011年03月05日 论文题目A型起重机起升机构设计一、选题背景和意义：起重机是现代工业在实现出产过程机械化、自己主动化，改善物料搬运前提，提高劳动出产率必不可少的重要机械设备。它对于发展国民经济，改善人们的事物、文化生活的需要都起着重要的作用。随着经济建设的迅速发展，机械化、自己主动化程度也在不停提高，与此相适应的起重机技能也在高速发展，产物种类不停增加，使用规模越来越广。一些企业由于没有起重机械，不仅工作效率低，劳动强度大，甚至难以工作。高层建筑的施工，上万吨级或几十万吨级的大型船只的建造，火箭和导弹的发射，大型电站的施工和安装，大重件的装卸与搬运等，都离不开起重机的作业。起重机不仅可以作为辅助的出产设备，完成原料、半成品、产物的装卸、搬运，进行机电设备、船体分段的吊运与安装，而且也是一些出产过程及工艺操作中的必需的装备。再如冶炼金属工业出产中的炉料筹办、加料、钢水浇铸成锭、脱模取锭等，必需依靠起重机进行出产作业。据统计，在国内的冶炼金属、煤炭部门的机械设备总数量或总自重中，起重运输机械约占45%。起重机是机械化作业的重要的事物基础，是一些工业企业中主要的固定资产。对于工矿企业、港口码头、车站库场、建筑施工工地，和海洋开发、宇宙航行等部门，起重机已成为主要的出产力要素，在出产中进行着高效的工作，组成合理社团批量出产和机械化流水作业的基础，是现代化出产的重要标志之一。龙门起重机作为物料搬运机械中的最主要的一种，在各行各业中得到广泛的应用，龙门起重机起重范围可以从几吨到几十吨甚至几百吨，在机械制造、冶金、钢铁、码头集装箱装运等行业都必须有龙门起重机。而起升机构更是起重机的咽喉设备，因此对其进行研究，改进其结构使其更加合理，使用更加方便，成本更加低廉，具有重要的现实意义。 一、调研报告（或文献综述）：1.起重机概述起重机是以反复短暂的工作循环方式完成货物装卸或设备安装作业的。一个工作循环包括：取物、货物上升、水平运动、下降、卸载，然后空吊具返回原地。一个工作循环时间一般从几分钟到二三十分钟，其间各机构在不同时刻有短暂的停息时间。中国古代灌溉农田用的桔是臂架型起重机的雏形。14世纪，西欧出现了人力和畜力驱动的转动臂架型起重机。19世纪前期，出现了桥式起重机；起重机的重要磨损件如轴、齿轮和吊具等开始采用金属材料制造，并开始采用水力驱动。19世纪后期，蒸汽驱动的起重机逐渐取代了水力驱动的起重机。20世纪20年代开始，由于电气工业和内燃机工业迅速发展，以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本形成。起重机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构和金属结构等。起升机构是起重机的基本工作机构，大多是由吊挂系统和绞车组成，也有通过液压系统升降重物的。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。从构造特征看，起重设备一般分为单作用起重设备，桥式类型起重机，和回转类型起重机。本课题设计的门式起重机就是桥式起重机的一种，常见的又分为桁架式和箱梁式两种。2.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，它与其它类型的起重机相比，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，它广泛用于工矿、交通运输和工程建设等部门，尤其能在铁路货场的装卸作业中发挥重要的作用。就目前国内铁路装卸而言，门机在货场内的装卸作业量占总作业量的40％左右，占机械作业量的60％左右，已成为完成装卸任务的主要机型。同时，门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，而且机械作业己实现体系化、专业化和自动化，所以门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。 3.门式起重机的主要形式门式起重机由于用途不同，分为船坞用门式起重机，水电站用门式起重机，集装箱门式起重机，装卸桥和通用门式起重机。在这里主要讨论的是通用门式起重机。通用门式起重机形式很多，按照主梁的结构，可分为单箱形主梁门式起重机和双箱形主梁门式起重机和n型框截面析架结构主梁门式起重机以及析架结构主梁门式起重机。门式起重机的起重小车若采用电葫芦，称为单梁电葫芦式门式起重机。货运量较小的铁路货场可以采用单梁电葫芦门式起重机。它具有构造简单，上马快等优点。它的缺点是速度低，起重量小(一般在10吨以下)。单主梁门式起重机若采用专制小车则称为单主梁小车门式起重机。由于其支腿的形式不同，可分为单主梁L形和单主梁C形门式起重机。L形单主梁门式起重机的起重小车多采用垂直反滚轮式(两支点)小车；C形单主梁门式起重机的起重小车多采用水平反滚轮式(三支点)小车。垂直反滚轮小车构造简单，维修方便，但其声机构启动和制动是垂直方向跳动比较大．水平反滚轮小车工作过程中比较平稳，但维修不太方便。双箱形主梁门式起重机按照支腿的形式又分为0型、U型、A型和八字腿带马鞍型等几种。4.起重机的发展现状及趋势目前，国内专业生产大型起重机的厂家很多。其中以中联重科、三一重工、抚挖等公司产品系列较全，市场占有率较高。中联重科在2007年12月宣布实行品牌统一战略后。现已成功开发了50t~600t履带式起重机产品系列。作为中国起重机行业的领跑者，徐州重型机械有限公司现在已经形成了以汽车起重机为主导，履带式起重机和全路面起重机为侧翼强势推进的庞大型谱群。国内最具历史的履带式起重机生产企业抚挖现已拥有35t~350t的履带式起重机产品系列。QUY350是抚挖2007年推出的国产首台350t履带式起重机，填补了国内350t履带式起重机的产品型谱空白。目前，国外专业生产大型起重机厂家很多。其中利勃海尔、特雷克斯-德马格、马尼托瓦克与神钢等公司产品系列较全，市场占有率较高。利勃海尔公司的产品技术先进、工作可靠，其生产的LR系列履带起重机最大起重量已达1200t。其桁架臂履带式起重机系列在2007年又喜添新品LR1600/2，使其产品型谱更加完善。未来的一段时间内，起重机的发展趋势包括以下几个方面：（1）起重机的大型化。近年来，火电发电机组的功率不断增大，由以前的30万KW为主转为60万KW乃至100万KW为主，对起重机的吨位需求增大。 由于美国核电技术的推广应用，使大件吊装量大幅增加催生了大型起重机市场的需求。大型石化项目，同样需求大吨位的大型起重机特别是履带式起重机。（2）创新设计。开展对起重机传动型式创新、结构构造创新和功能原理创新等方面理论及技术基础研究，为此着重研究新材料、新工艺、新的传动装置，从而通过对不同设计方案的优选、分解和组合来产生新的设计方案，不断推出创新设计成果。（3）核心技术化。各大知名企业均具有其独特的核心技术，并不断创新，努力保持在同行业内的领先地位。现在各大公司均大力研究开发自己的核心技术，以不断提升自己的产品档次和竞争能力。（4）模块化和组合化。极短交货期的市场需求要求开展基于网络的协同异地设计技术、并行工程技术研究，这样可以缩短产品的开发周期。用模块化设计代替传统的整机设计方法，将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。达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。（5）大吨位的自拆装系统。履带起重机体太笨重在公路上无法自由行走，必须拆卸才可运输，到达工作地点后再进行组装，需要辅助吊车。为减少或不用辅助吊车，节省施工费用，因此研制自拆装系统势在必行。（6）混合型起重机。履带起重机和轮式起重机各有利弊，将两者取长补短后，混合型起重机应运而生，这也是起重机新型式的大胆尝试与突破。它集履带起重机桁架臂大起重量、大作业空间的优势和轮式起重机的机动灵活优势于一体，主要用于大型起重机。4.结语我们已经看到世界上工业发达国家已经开始进入新的技术革命时代。我国目前仍然处在设计、生产周期化阶段，起点低、设备落后，相对发达国家落后20年左右。如果我国能从国外工业发展中得到启示，将可加快我国起重机械工业的发展。[1]胡宗武汪西应汪春生.起重机设计与实例[M].北京：机械工业出版社，2009.6.[2]AviadShapira,M.Asce,GunnarLucko等.Cranesforbuildingconstructionproject.[J]Journalofconstructionengineeringandmanagement.2007,690-700. [3]陈道南等编，起重运输机械，冶金工业出版社，1988年．[4]《起重机设计手册》编写组．起重机设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1980．[5]成大先.机械设计手册.北京：机械工业出版社，2004.[6]林贵瑜，史勇.关于起重机发展的几个技术问题[J].建设机械技术与管理,2006,12.[7]王凤萍等.国内外履带式起重机现状及发展趋势[J].工程机械,2006,4.[8]张守谦郑建荣黄凯.门式起重机参数化建模与仿真[J].机械过程与自动化，2009（4）：28-30[9]张耀辉王字赵存宝.600t液压起升门式起重机[J]起重运输机械,2009(9):53-55[10]张质文等.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社,1998[11]中国国家标准.起重机设计规范（GB3811-83）.北京：中国标准出版社,1984[12]倪庆兴，王焕勇．起重机械[M]．上海：上海交通大学出版社，1990．一、研究内容（设计内容）起升机机构由驱动装置、传动装置、卷绕系统、取物装置、制动器及其他安全装置等组成，不同种类的起重机需配备不同的取物装置，其驱动装置亦有不同。典型起升机构平面布置见图1。图1、起升机构传动简图1、驱动装置2、联轴器3、制动器4、减速器5、联轴器6、卷筒7、钢丝绳8、吊钩滑轮组9、上升极限位置限制器起重量超过10 t时，常设两个起升机构：主起升机构(大起重量)与副起升机构(小起重量)。一般情况下两个机构可分别工作，特殊情况下也可协同工作。副钩起重量一般取主钩起重量的20％～30％。(1)驱动装置。大多数起重机采用电动机驱动，它布置、安装和检修都很方便。流动式起重机(如汽车起重机、轮胎起重机等)以液压装置或内燃机为原动力，传动与操纵系统比较复杂。(2)传动装置。包括减速器、联轴器和传动轴。减速器常用封闭式的卧式标准两级或三级圆柱齿轮减速器，起重量较大者有时增加一对开式齿轮以获得低速大力矩。为补偿吊载后小车架的弹性变形给机构工作可靠性带来的影响，通常采用有补偿性能的弹性柱销联轴器或齿轮联轴器，有些起升机构还采用浮动轴(也称补偿轴)来提高补偿能力、方便布置并降低磨损。(3)卷绕系统。它指的是卷筒和钢丝绳滑轮组。桥架类型起重机采用双联滑轮组，单联滑轮组一般用于臂架类型起重机。’(4)取物装置。它是根据被吊物料的种类、形态不同，采用不同种类的取物装置。取物装置种类繁多，使用量最大的是吊钩。(5)N动器及安全装置。制动器既是机构工作的控制装置，又是安全装置，因此是安全检查的重点。起升机构的制动器必须是常闭式的。电动机驱动的起重机常用块式制动器，流动式起重机采用带式制动器，近几年采用了盘式制动器。一般起重机的起升机构只装配一个制动器，通常装在高速轴上(也有装在与卷筒相连的低速轴上)；吊运炽热金属或其他危险品，以及发生事故可能造成重大危险或损失的起升机构，每套独立的驱动装置都要装设两套支持制动器。制动器经常利用联轴器的一个半体兼作制动轮，即使联轴器损坏，制动器仍能起安全保护作用。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 四、课题关键问题及难点：起升机构包括了吊具，卷筒，减速器，制动器，电机等多方面，在设计时，可能难以处理的问题有下面几个方面：1.减速器和电机，卷筒在起重机上的布局因为三者之间距离的改变会影响到联轴器选用和制动器选用。2.卷筒设计卷筒设计是起升机构设计的关键环节，卷筒的壁厚取决于最大起升重量，卷筒的长度由钢丝绳的直径和卷筒节距确定。只有卷筒的选择符合设计要求，才能根据所给的起升速度确定减速器输出端转速和电动机的选择，再由所选电机的输出转速和减速器输出转速确定减速器的传动比，选择合适型号的减速器。3.制动器的选择制动器必须能在重物上升时及时使电机输出停止，在重物水平移动时保持起升机构的停止，还要在卸货时及时停车，防止货物受损。所以制动器是起升机构里重要的安全保障装置，选择是要谨慎。4.钢丝绳，卷筒等强度载荷的校核；主梁的内力、强度，门腿的内力。五、方案设计（或研究方案、技术路线）论证：设计参数：起重量：Q=40t；起升高度H=12m；起升速度V=6.5m/min；小车运行速度Vc=45m/min；大车运行速度v=42m/min；有效悬臂左8m，右8m；整机工作级别A5，机构工作级别M5；1.吊具、滑轮组选择采用单吊钩形式，吊钩根据起重量CP=40T，机构工作级别M5选用吊钩M32。根据桥式起重机常用滑轮组倍率选择，可以选择其滑轮组的倍率为。其布置形式如图： 图2、双联卷筒及滑轮组布置假设滑轮组与吊钩重量为G=5T。由选择的滑轮组，若不计钢丝绳的僵性与滑轮组的阻力，则作用于钢丝绳自由端的静拉力为：·==钢丝绳自由端的速度为:或2.钢丝绳选择钢丝绳是有很细的强度很高的钢丝，按一定的螺距绕成股，再由股绕成绳。钢丝绳根据其芯材料不同，分为（1）钢丝。钢丝绳起到承受载荷的作用，其性能主要由钢丝决定。钢丝是碳素钢或合金钢通过冷拉或冷轧而成的圆形（或异形）丝材，具有很高的强度和韧性，并根据使用环境条件不同对钢丝进行表面处理。 （2）纤维芯。它是用来增加钢丝绳弹性和韧性、润滑铜丝、减轻摩擦，提高使用寿命的。常用绳芯有机纤维（如麻、棉）、合成纤维、石棉芯（高温条件）或软金属等材料。在作为中小型起重机起升机构使用时，纤维芯钢丝绳在抗拉强度和破断力方面可以满足使用需求，并且起重机在运送物料时需要卷绕，因此选用纤维芯钢丝绳，以增加使用寿命，减少更换次数。钢丝绳直径计算：S：最大工作静拉力；n最小安全系数；M5工作级别安全系数为5.则=50KN·5=250KN·=0.100·=50mm以此确定钢丝绳结构，从而进行钢丝绳夹，钢丝绳接头，套环，卸扣等的选取。3.卷筒选择起升机构的卷筒是用来卷绕并储存起升绳的。在批量生产的通用中小型起重机中多用铸铁制造的卷筒，一般采用单层卷绕。单层卷绕卷筒表面切有弧形断面的螺旋槽，以增大钢丝绳与筒体的接触面积，并使钢丝绳在卷筒上缠绕的位置固定，以避免相邻钢丝绳互相摩擦影响寿命。根据任务设计要求采用单层卷绕式的钢丝绳铸造卷筒。钢丝绳选定以后，卷筒和滑轮组的最低极限尺寸可由下式得出：式中：D--卷筒或滑轮的直径（算到卷绕钢丝绳的卷绕中心）； e--倍数；d--钢丝绳的直径；这里所算的是卷筒和滑轮的最小允许直径，至于具体数据的确定，是由各方面的因素确定的，应当从机构总体布置综合考虑，可以适当放宽。根据=20·70=1400mm；根据JB/T9006.1-1999选择卷筒直径：1800mm；当起升高度为H及采用倍率m的滑轮组时，直径为D（卷绕直径）的卷筒上应有绳槽圈数为：钢丝绳在卷筒上作螺旋状绕，卷筒绳槽螺旋部分的长度l应为：mmmmt--绳槽螺旋节距根据卷筒强度计算，以及实际所需的绕绳来确定卷筒长度。3.滑轮的设计计算绳索滑轮一般用来导向和支撑，以改变绳索及其传递拉力的方向或平衡绳索分支的拉力。作为省力滑轮组，起到起升重物的作用，它的挠性件的自由端或者经过导向滑轮、或者直接卷上绞车卷筒。滑轮的选用可以直接根据滑轮直径与钢丝绳匹配的原则选用滑轮，最后进行强度验证即可。5.电动机和减速器的选择我国起重机采用专用的直流和交流电动机。直流电动机的主要优点是调速范围大、过载能力强、平滑的调速特性和较大的起动、制动转矩。工作电压为220V和440V。但存在设备费用高、体积大和需要专用的供电电源等缺点,少数冶金起重机和要求在较大范围内平稳调速的传动机构采用直流电机。 电动机机械部分的强度和刚度设计的足够大，所以电动机的选择主要是电动机热容量的选择。因为起升机构属于断续周期工作，起升机构电机可认为是S3工作制。。在起重机械中,一般采用三相交流感应电动机和锥形转子电动机,其工作电压为220V/380V和500V。根据机构工作级别，一般选择JZR2、YZR、JZRH型3相交流电机。笼式感应电动机的优点是构造简单,操纵方便,有较高的转差率,适用于直接启动,价格也便宜,缺点是启动电流大(达额定电流的4～6倍)和不能承受较多的起动次数。作为起升机构用电机，需要频繁起动，因此笼式电机不适合选用。绕线式感应电动机使用的最多。因为这种电动机的转子电路可以外接起动电阻实现起动调速,起动平稳、起动电流通常不超过额定电流的2～215倍,且有较高的过载能力。所以这次选用这种电动机。电动机的静功率为：（KW）式中：为起升机构的传动总效率为滑轮组效率；在滑轮组与卷筒之间的导向滑轮的效率；卷筒的效率；从电动机到卷筒轴的齿轮传动效率；根据机构的静功率，就可以选用相应的JC%值的电动机。由于绞车不是在额定载荷下工作，而且还要低于额定的载荷功率，而且电动机一般都有一定的过载能力，所以可以按照机电产品目录表选用小于并接近静功率的电动机。减速器选择减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。 在机构设计中，应尽可能选择由减速器制造厂供货的标准减速器，起重机减速器分为ZQA型和QJ型两大类，其中QJ型又分为带底座型和三支点支承型（下图）两种。QJ系列减速器减速比范围宽，机械传动效率高，运转平稳，噪音低，使用寿命长，承载能力高，易于拆检，易于安装。这里选用QJ系列标准减速器。6.制动器选择制动器是起升机构不可缺少的安全装置，而且要安装在高速轴与卷筒刚性联系的位置。一般起重机常用的减速器有盘式和瓦块式两种。因为盘式制动器是以平面的摩擦块双向压到制动盘上产生制动力，制动摩擦力合摩擦受损均匀，更换也方便，所以这里选用盘式制动器。7.联轴器选择联轴器是将两个独立的传动部件联系起来，如电动机输出轴和减速器输入轴的连接，减速器输出轴与卷筒轴的连接等。对这些联轴器的要求，除了能有足够的传递转矩能力外，还有两个重要的附加要求：一是安装方便，要求不挪动设备的情况下可以拆卸；二是有一定的径向、轴向和角度向的补偿能力，因为机构的底座制造有误差，或发生了变形，使的这种补偿非常必要。在电动机输出轴与减速器高速轴之间，选用梅花形弹性联轴器，因为电机输出转速高，具有冲击和振动，这种类型的联轴器有缓冲减振的作用，另外还有转动惯量小，补偿能力好的优点。减速器低速轴有卷筒间有较大的转矩，如使用普通齿轮联轴器，尺寸会很大，因此，可以选用近年来设计的卷筒专用齿形联轴器。四、进度安排： 起止时间内容安排2011.03.01-2011.03.13阅读文献，消化吸收，纂写开题报告2011.03.14-2011.03.20开题报告答辩；同时提交英文翻译2011.03.21-2011.04.10完成设计计算2011.04.11-2011.05.01修正设计计算书，进行并完成装配图绘制2011.05.02-2011.05.22进行并完成零件图绘制2011.05.23-2011.05.25整理图纸和计算说明书，2011.05.26-2011.06.12撰写毕业设计论文，准备答辩七、指导教师意见（20字以上）：签名：年月日八、开题审查小组意见（20字以上）：签名：年月日