【正文】 5T雙梁橋式起重機(jī)小車起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文第1章 橋式起重機(jī)的概述 國內(nèi)外橋式起重機(jī)的發(fā)展趨勢 國內(nèi)橋式起重機(jī)的發(fā)展趨勢現(xiàn)如今國內(nèi)橋式起重機(jī)已經(jīng)發(fā)生了重大的變化，且正向國際化并軌。1. 改進(jìn)起重機(jī)械的結(jié)構(gòu)，減輕自重國內(nèi)起重機(jī)多已采用計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此提高整機(jī)的技術(shù)性能和減輕自重，并在此前提下盡量采用5～50t 通用橋式起重機(jī)中采用半偏軌的主梁結(jié)構(gòu)，與正軌箱形梁相比，可減少或取消主梁中的小加筋板，取消短加筋板， 減少結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省加工工時(shí)。在垂直輪壓的作用下，柱子的計(jì)算高度降低，使廠房基建費(fèi)用減少，廠房壽命增加。隨著國內(nèi)機(jī)械加工能力的提高，大車端梁和小車架整體鏜孔成為可能，因而45176。于是車輪的水平和垂直偏斜即可嚴(yán)格控制在規(guī)定范圍內(nèi)，避免發(fā)生啃軌現(xiàn)象。起升機(jī)構(gòu)采用中硬齒面或硬齒面的減速器，齒輪精度達(dá)到7 級(jí)，齒面硬度達(dá)到320HB，因而提高了承載能力，延長了使用壽命。如晶閘管串級(jí)開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)，調(diào)整比可達(dá)1∶30。同時(shí)，微機(jī)控制也將在起重機(jī)上得到應(yīng)用，如三峽工程600t 壩頂門式起重機(jī)要求采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，微機(jī)自動(dòng)糾偏，以及大揚(yáng)程高精度微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)。3. 向大型化發(fā)展由于國家對(duì)能源工業(yè)的重視和資助，建造了許多大中型水電站，發(fā)電機(jī)組越來越大。三峽工程左岸電站主廠房安裝了兩臺(tái)1200/125T橋式起重機(jī)，配備了2000t大型塔式起重機(jī)?？v觀國內(nèi)外起重機(jī)的動(dòng)態(tài)與發(fā)展，前景廣闊[3]。1. 簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，減輕自重，降低生產(chǎn)成本芬蘭Kone 公司為某火力發(fā)電廠生產(chǎn)的起重機(jī)就是一個(gè)典型的例子。定滑輪組與卷筒組連成一體，省去了支撐定滑輪組的承梁，簡化了小車架的整體結(jié)構(gòu)。副起升機(jī)構(gòu)為電動(dòng)葫蘆置一臺(tái)車上，由主起升小車牽引。國內(nèi)生產(chǎn)的75/20T、而Kone 公司生產(chǎn)的80/20T、 跨度起重機(jī)自重只有60t。此外，由于運(yùn)行機(jī)構(gòu)與起重機(jī)走臺(tái)沒有聯(lián)系，走臺(tái)的振動(dòng)也不會(huì)影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。主梁與端梁的連接采用搭接方式，使垂直力直接作用于端梁上蓋板，由此可降低端梁的高度，便于運(yùn)輸。圖11 渦流離合器調(diào)速原理圖1 起升電機(jī)　2 渦流離合器　3 減速器4 卷筒　5 制動(dòng)器　6 控制屏變頻調(diào)速在國外起重機(jī)上已開始應(yīng)用，ABB公司、日本富士、奧地利伊林公司已廣泛采用。另外，遙控裝置用于起重機(jī)在國外也已普遍化，特別是在大型鋼鐵廠的廣泛使用。例如新加坡裕廊船廠要求岸邊的修船門座起重機(jī)能為并排的兩條大油輪服務(wù)，其吊運(yùn)幅度為105m ，且在70m幅度時(shí)能起吊100t；我國三峽工程中使用的1200t 橋式起重機(jī)就對(duì)調(diào)速要求很高，為三維坐標(biāo)動(dòng)態(tài)控制。日本村田株式會(huì)社尤山工廠在車間中部建造了一個(gè)存放半成品的立體倉庫，巷道式堆垛機(jī)按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)規(guī)定的程序向生產(chǎn)線上發(fā)送工件。被加工好的工件再由單軌起重小車送到成品庫。德國Demag 公司在飛機(jī)制造廠中采用了一套先進(jìn)的單軌或懸掛式運(yùn)輸系統(tǒng)，大大減化了運(yùn)輸環(huán)節(jié)。 橋式起重機(jī)的特點(diǎn)和分類 橋式起重機(jī)的特點(diǎn)取物裝置懸掛在可沿橋架運(yùn)行的起重小車或運(yùn)行式葫蘆上的起重機(jī)，稱為“橋架型起重機(jī)”。橋式起重機(jī)一般由裝有大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的橋架、裝有起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的起重小車、電氣設(shè)備、司機(jī)室等幾個(gè)大部分組成。起升機(jī)構(gòu)用來垂直升降物品，起重小車用來帶著載荷作橫向運(yùn)動(dòng)；橋架和大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)用來將起重小車和物品作縱向移動(dòng)，以達(dá)到在跨度內(nèi)和規(guī)定高度內(nèi)組成三維空間里作搬運(yùn)和裝卸貨物用。最基本的形式是通用吊鉤橋式起重機(jī)，其他形式的橋式起重機(jī)基本上都是在通用吊鉤橋式的基礎(chǔ)上派生發(fā)展出來的。以下類型的起重機(jī)都屬于通用橋式起重機(jī)。取物裝置為吊鉤。這類起重機(jī)能大多種作業(yè)環(huán)境中裝卸和搬運(yùn)物料及設(shè)備。主要用于散貨、廢舊鋼鐵、木材等的裝卸、吊運(yùn)作業(yè)。(3) 電磁橋式起重機(jī) 電磁橋式起重機(jī)的基本構(gòu)造與吊鉤橋式起重機(jī)相同，不同的是吊鉤上掛1個(gè)直流起重電磁鐵(又稱為電磁吸盤)，用來吊運(yùn)具有導(dǎo)磁性的黑色金屬及其制品。 (4) 兩用橋式起重機(jī) 兩用橋式起重機(jī)有3種類型：抓斗吊鉤橋式起重機(jī)、電磁吊鉤橋式起重機(jī)和抓斗電磁橋式起重機(jī)。 (5) 三用橋式起重機(jī) 三用橋式起重機(jī)是一種多用的起重機(jī)。根據(jù)需要可以用吊鉤吊運(yùn)重物，也可以在吊鉤上掛1個(gè)馬達(dá)抓斗裝卸物料，還可以把抓斗卸下來再掛上電磁盤吊運(yùn)黑色金屬，故稱為三用橋式(可換)起重機(jī)。因此，該機(jī)型必須同電磁橋式起重機(jī)一樣，設(shè)置電動(dòng)發(fā)電機(jī)組或可控硅直流電源箱。 (6) 雙小車橋式起重機(jī) 這種起重機(jī)與吊鉤橋式起重機(jī)基本相同，只是在橋架上裝有2臺(tái)起重量相同的小車。 2. 專用橋式起重機(jī) (1) 冶金橋式起重機(jī) 冶金橋式起重機(jī)根據(jù)用途可以劃分為不同的類型，主要結(jié)構(gòu)基本與通用吊鉤橋式起重機(jī)相同，取物裝置多為專用。(2) 防爆吊鉤橋式起重機(jī) 按使用環(huán)境，將礦用防爆起重機(jī)(煤礦井下除外)規(guī)定為Ⅰ類，將工廠用防爆起重機(jī)規(guī)定為Ⅱ類。(3) 絕緣吊鉤橋式起重機(jī) 這種起重機(jī)結(jié)構(gòu)形式與通用吊鉤橋式起重機(jī)基本相同。主要用于冶煉鋁、鎂的工廠。因此，與上述通用橋式起重機(jī)相比，電動(dòng)葫蘆型橋式起重機(jī)雖然一般起重量較小、工作速度較慢、工作級(jí)別較低，但其自重輕、能耗較小、易采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品電動(dòng)葫蘆配套，對(duì)幫房建筑壓力負(fù)載較小，建筑和使用經(jīng)濟(jì)性都較好。(1) 電動(dòng)梁式起重機(jī) 其特點(diǎn)是用自行式電動(dòng)葫蘆替代通用橋式起重機(jī)的起重小車，用電動(dòng)葫蘆的運(yùn)行小車在單根主梁的工字鋼下突緣上運(yùn)行，跨度小時(shí)直接用工字鋼作主梁，跨度大時(shí)可在主梁工字鋼的上面再作水平加強(qiáng)，形成的組合斷面主梁。(2) 電動(dòng)葫蘆橋式起重機(jī) 其特點(diǎn)是采用固定式電動(dòng)葫蘆裝在小車上作起升機(jī)構(gòu)，小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)也多采用電動(dòng)葫蘆零部件做成簡單的構(gòu)造形式，小車也極為簡便輕巧，其整體高度小，小車及橋架自重輕、重心低、有很廣泛的使用適應(yīng)性。單主梁橋式起重機(jī)只有一根主梁，起重小車帶有反滾輪，單側(cè)滿置，取物裝置多為吊鉤，也有電磁盤的；雙梁橋式起重機(jī)具有兩根對(duì)稱配置的桁架型或箱型主梁，是橋式起重機(jī)的基本形式；四梁橋式起重機(jī)多用于某些冶金橋式起重機(jī)中，四根梁以橋架縱向中心線對(duì)稱布置，外面兩根主梁上架設(shè)普通的單鉤或雙鉤起重小車，即副小車。圖12 5T雙梁橋式起重機(jī) 橋式起重機(jī)的主要參數(shù)橋式起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)是橋式起重機(jī)工作性能的指標(biāo)。橋式起重機(jī)的主要參數(shù)有[1]：1. 質(zhì)量和載荷參數(shù)：起重量G，有效起重量Gp，額定起重量Gn，總起重量Gt，最大起重量Gmax，起重力矩M，起重傾覆力矩MA，起重機(jī)總質(zhì)量Go ，輪壓P；2. 起重機(jī)尺寸參數(shù)：幅度L，最大幅度Lmax，最小幅度Lmin，懸臂有效伸縮距l(xiāng)，起升高度H，下降深度h，起升范圍D，起重臂長度Lb，起重機(jī)傾角；3. 運(yùn)動(dòng)速度參數(shù)：起升(下降)速度Vn，微速下降速度Vm，回轉(zhuǎn)速度ω，起重機(jī)(大車)運(yùn)行速度Vk，小車運(yùn)行速度Vt，變幅速度Vr；4. 與起重機(jī)運(yùn)行線路有關(guān)的參數(shù)：跨度S和軌距t；5. 性能參數(shù)：工作級(jí)別，機(jī)構(gòu)工作級(jí)別。1. 起升機(jī)構(gòu)可以分為主起升機(jī)構(gòu)和副起升機(jī)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)通過減速器，帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般只用四個(gè)主動(dòng)和從動(dòng)車輪，如果起重量很大，常用增加車輪的辦法來降低輪壓。運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式可分為兩大類：一類為集中驅(qū)動(dòng)，即用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)長傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)兩邊的主動(dòng)車輪；另一類為分別驅(qū)動(dòng)、即兩邊的主動(dòng)車輪各用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 金屬機(jī)構(gòu)金屬結(jié)構(gòu)由主梁和端梁組成，分為單主梁橋架和雙梁橋架兩類。主梁與端梁剛性連接，端梁兩端裝有車輪，用以支承橋架在高架上運(yùn)行。橋架主梁的結(jié)構(gòu)類型較多比較典型的有箱形結(jié)構(gòu)、四桁架結(jié)構(gòu)和空腹桁架結(jié)構(gòu)。正軌箱形雙梁是廣泛采用的一種基本形式，主梁由上、下翼緣板和兩側(cè)的垂直腹板組成，小車鋼軌布置在上翼緣板的中心線上，它的結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適于成批生產(chǎn)，但自重較大。3. 四桁架式結(jié)構(gòu)由四片平面桁架組合成封閉型空間結(jié)構(gòu)，在上水平桁架表面一般鋪有走臺(tái)板，自重輕，剛度大，但與其它結(jié)構(gòu)相比，外形尺寸大，制造較復(fù)雜，疲勞強(qiáng)度較低，已較少生產(chǎn)。 動(dòng)力裝置橋式起重機(jī)多采用電動(dòng)機(jī)做為動(dòng)力源。一臺(tái)5T橋式起重機(jī)，原設(shè)備電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分為起重機(jī)升降、小車、大車三部份。不同型號(hào)的起重機(jī)用電動(dòng)機(jī)有其各自的特點(diǎn)。它具有高效率、節(jié)能、噪音低、振動(dòng)小、體積小、重量輕、溫升低、使用壽命長、性能可靠、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。 控制系統(tǒng)起重機(jī)的控制系統(tǒng)包括操縱裝置和安全裝置。1. 操縱裝置橋式起重機(jī)的操縱裝置主要有低壓控制電器和PLC控制變頻調(diào)速系統(tǒng)組成。它體積小，重量輕，工作可靠。凸輪控制器是一種利用凸輪來操作動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作的控制電器。PLC控制的橋式起重機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)，制動(dòng)快速，起動(dòng)過程平穩(wěn)，運(yùn)行平穩(wěn)，可靠，操作簡單靈活，生產(chǎn)效率高，系統(tǒng)維護(hù)方便，安全性高。(1) 超載限制器與力矩限制器超載限制器的綜合誤差不應(yīng)大于8%。力矩限制器的綜合誤差不應(yīng)大于10%。(2) 上(下)升極限位置限制器在吊具可能運(yùn)行工作的條件下，當(dāng)?shù)蹙叩倪\(yùn)行超出安全位置是，會(huì)自動(dòng)切斷動(dòng)力源，及時(shí)進(jìn)行安全保護(hù)。 小車的總體設(shè)計(jì)小車主要有起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車架組成。運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用全部為閉式齒輪傳動(dòng)，小車的四個(gè)車輪固定在小車架的四周，車輪采用帶有角形軸承箱的成組部件，電動(dòng)機(jī)裝在小車架的臺(tái)面上，由于電動(dòng)機(jī)軸和車輪軸不在同一個(gè)平面上，所以運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用立式三級(jí)圓柱齒輪減速器，在減速器的輸入軸與電動(dòng)機(jī)軸之間以及減速器的兩個(gè)輸出軸端與車輪軸之間均采用帶浮動(dòng)軸的半齒聯(lián)軸器的連接方式。 主要零部件的選擇 吊鉤組吊鉤組是吊裝作業(yè)中最常用的取物裝置，它有吊鉤、吊鉤螺母、推力軸承、吊鉤橫梁、滑輪、滑輪軸承、吊鉤拉板等零件組成。根據(jù)制造方式，吊鉤可以分為鍛造鉤和板式鉤，鍛造鉤一般應(yīng)用GB6991988中規(guī)定的20號(hào)鋼，經(jīng)過鍛造和沖壓、退火處理，在進(jìn)行機(jī)械加工而成。鍛造可以制成單鉤和雙鉤，單鉤主要用在70噸以下的起重機(jī)上。板式鉤上有護(hù)板，板式鉤一般應(yīng)用GB7001988《普通碳素鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)條例》中規(guī)定的Q235A、Q235B或GB15191988《低合金結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條例》中規(guī)定的16Mn鋼，軌制鋼制成。但是板式鉤的斷面形狀只能制成矩形，因此鉤體的材料不能充分利用。單鉤多用于鑄造起重機(jī)上[1]。如右圖21所示為鍛造式吊鉤簡圖。其中吊運(yùn)用鋼絲繩通常指起重滑車組使用的起重或牽引繩、立扒桿用的綁扎繩和纜風(fēng)繩及吊具索具用的鋼絲繩。根據(jù)繩股的構(gòu)造分類，可分為點(diǎn)接觸繩、線接觸繩和面接觸繩。2. 線接觸鋼絲繩(如圖22所示)又分為外粗型、粗細(xì)型、密集型鋼絲繩。在起重機(jī)中，凡是繞過滑輪和繞入卷筒的鋼絲繩，都應(yīng)選用線接觸鋼絲繩。單繞鋼絲繩，剛性大，表面不光滑，在起重機(jī)上僅用作固定張緊繩。由于強(qiáng)度高，撓性好，在起重機(jī)上廣泛使用。鋼絲繩按繩芯的不同有麻芯、棉紗芯、石棉芯和軟鋼芯，其中帶浸油麻芯及棉紗芯的鋼絲繩比較濕軟，容易彎曲，芯中含油可經(jīng)常潤滑鋼絲，但不宜耐高溫高壓；帶軟鋼芯的鋼絲繩能耐高溫高壓，但芯硬不易彎曲。繞經(jīng)滑輪和卷筒的機(jī)構(gòu)工作鋼絲繩應(yīng)優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。鋼絲繩的性能和強(qiáng)度應(yīng)滿足機(jī)構(gòu)安全正常工作的要求。本次起重機(jī)設(shè)計(jì)的鋼絲繩初選擇線接觸粗細(xì)型鋼絲繩，直徑由后面計(jì)算確定。實(shí)際應(yīng)用中，為了擴(kuò)大滑輪的效用，往往把一定數(shù)量的動(dòng)滑輪和一定數(shù)量的定滑輪組合起來使用，組成滑輪組，它經(jīng)常配合卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行吊裝、搬運(yùn)等工作，是重要的吊裝、搬運(yùn)工具。承受大載荷的滑輪，為了減輕重量，多做成筋板帶孔的結(jié)構(gòu)，用強(qiáng)度不低于鑄鐵HT200、球鐵QT4017和鑄鋼ZG230450等材料制造。鑄鐵滑輪適用于工作級(jí)別M4以下的機(jī)構(gòu)，鋼制滑輪用于工作級(jí)別M4以上的機(jī)構(gòu)。2. 滑輪組和滑輪組倍率由鋼絲繩依次繞過若干動(dòng)滑輪和定滑輪而成組成的裝置稱為滑輪組。省力滑輪組廣泛用于起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)和普通臂架變幅機(jī)構(gòu)，它能用較小的鋼絲繩拉力吊起數(shù)倍于繩拉力的重物。滑輪組按構(gòu)造特點(diǎn)分單聯(lián)滑輪組和雙聯(lián)滑輪組。單聯(lián)滑輪組多用于汽車、輪胎、履帶、鐵路、塔式和纜式起重機(jī)。圖23 雙聯(lián)滑輪組示意圖m滑輪組倍率 S鋼絲繩自由端拉力 Q物品重量滑輪組省力(增速)的倍數(shù)稱為滑輪組的倍率，用m表示。雙聯(lián)滑輪組是由兩個(gè)倍率相同的單聯(lián)滑輪組并聯(lián)而成的。倍率增大，則鋼絲繩分支拉力減小，鋼絲繩直徑、滑輪和卷筒直徑也都減小，在起升速度不變時(shí)，需提高卷筒轉(zhuǎn)數(shù)，即減小機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比。所以起重量小時(shí)，選用小的倍率，隨著起重量增大，倍率相應(yīng)提高。根據(jù)上面的對(duì)比分析以及對(duì)鋼絲繩的選擇，初選雙聯(lián)滑輪組即可滿足起升機(jī)構(gòu)的需求，圖23所示為雙聯(lián)滑輪組示意圖。卷筒組件有卷筒、連接盤以及軸承支架組成。1. 齒輪聯(lián)接盤式卷筒組為封閉式傳動(dòng)，分組性好，卷筒軸不承受扭矩，是目前橋式起重機(jī)卷同組的典型結(jié)構(gòu)。2. 周邊大齒輪式卷筒組多用于傳動(dòng)速度比大、轉(zhuǎn)速低的場合，一般為開式傳動(dòng)，卷筒軸只承受彎矩。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整與安裝方便。圖24 齒輪聯(lián)接盤式卷筒組卷筒有鑄造或焊接經(jīng)機(jī)加工后制成。綜合考慮使用經(jīng)濟(jì)與壽命，初選鑄造的齒輪聯(lián)接盤式卷筒組作為此次設(shè)計(jì)的卷筒組，如圖24所示。機(jī)械制動(dòng)器利用固體摩擦，吸收運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的位能，是物件限速下降。制動(dòng)器的主要是由制動(dòng)器基架或殼體、上閘裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、制動(dòng)副組成的。起重機(jī)常用的制動(dòng)器按構(gòu)造形式可分為塊式制動(dòng)器、蹄式制動(dòng)器、帶式制動(dòng)器以及盤式制動(dòng)器。塊式制動(dòng)器構(gòu)造簡單，工作可靠，動(dòng)作平穩(wěn)，噪音小，壽命長，維修方便，在起重機(jī)上使用廣泛。由于結(jié)構(gòu)緊湊，密封容易，可用于安裝空間受限制的場合，曾廣泛用于各種車輛。3. 帶式制動(dòng)器由制動(dòng)輪、制動(dòng)鋼帶、操縱系統(tǒng)等組成。制動(dòng)輪直徑相同時(shí)，帶式制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為塊式的2～。帶式制動(dòng)器常用于尺寸緊湊的地方，中、小負(fù)載