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橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計開題報告
學 院
機械工程學院
專 業(yè)
機械工程及自動化
班級學號
學 生
指導教師
題 目
橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計
1 綜述
1.1 概述
物料搬運成了人類生產(chǎn)活動的重要組成部分，距今已有五千多年的發(fā)展歷史。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，自動化程度的提高，作為物料搬運重要設(shè)備的起重機在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。起重機正經(jīng)歷著一場巨大的變革。
大型化和專用化
1.2 國內(nèi)外起重機的發(fā)展情況介紹
??? 由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長。起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。起重機已成為自動化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機不但要容易操作，容易維護，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有優(yōu)異的耐久性、無故障性、維修性和使用經(jīng)濟性。目前世界上最大的浮游起重機起重量達6，500t，最大的履帶起重機起重量達3，000t，最大的橋式起重機起重量為1，200t，集裝箱岸邊裝卸橋小車的最大運行速度已達350m/min，堆垛起重機最大運行速度是240m/min，垃圾處理用起重機的起升速度達100m/min 。
??? 工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶需求的多樣性，使專用起重機的市場不斷擴大，品種也不斷更新，以特有的功能滿足特殊的需要，發(fā)揮出最佳的效用。例如冶金、核電、造紙、垃圾處理的專用起重機，防爆、防腐、絕緣起重機和鐵路、船舶、集裝箱專用起重機的功能不斷增加，性能不斷提高，適應(yīng)性比以往更強。德國德馬格公司研制出一種飛機維修保養(yǎng)的專用起重機，在國際市場打開了銷路。這種起重機安裝在房屋結(jié)構(gòu)上，跨度大、起升高度大、可過跨、停車精度高。在起重小車下面安裝有多節(jié)伸縮導管，與飛機維修平臺相連，并可作360度旋轉(zhuǎn)。通過大車和小車的位移、導管的升降與旋轉(zhuǎn)可使維修平臺到達飛機的任一部位，進行飛機的維護和修理，極為快捷方便。
1.3 國內(nèi)外起重機發(fā)展具體表現(xiàn)以下幾個方面：
1.3.1 模塊化和組合化
??? 用模塊化設(shè)計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設(shè)計方法，將起重機上功能基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標準模塊，通過不同模塊的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機。對起重機進行改進，只需針對某幾個模塊。設(shè)計新型起重機，只需選用不同模塊重新進行組合?？墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機改換成具有相當批量的模塊生產(chǎn)，實現(xiàn)高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，企業(yè)的生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。達到改善整機性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品，充分滿足用戶需求。
??? 目前，德國、英國、法國、美國和日本的著名起重機公司都已采用起重機模塊化設(shè)計，并取得了顯著的效益。德國德馬格公司的標準起重機系列改用模塊化設(shè)計后，比單件設(shè)計的設(shè)計費用下降12%，生產(chǎn)成本下降45%，經(jīng)濟效益十分可觀。德國德馬格公司還開發(fā)了一種KBK柔性組合式懸掛起重機，起重機的鋼結(jié)構(gòu)由冷軋型軌組合而成，起重機運行線路可沿生產(chǎn)工藝流程任意布置，可有叉道、轉(zhuǎn)彎、過跨、變軌距。所有部件都可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，再根據(jù)用戶的不同需求和具體物料搬運路線在短時間內(nèi)將各種部件組合搭配即成。這種起重機組合性非常好，操作方便，能充分利用空間，運行成本低。有手動、自動多種形式，還能組成懸掛系統(tǒng)、單梁懸掛起重機、雙梁懸掛起重機、懸臂起重機、輕型門式起重機及手動堆垛起重機，甚至能組成大型自動化物料搬運系統(tǒng)。
1.3.2 輕型化和多樣化
??? 有相當批量的起重機是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可使整個建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價。因此電動葫蘆橋式起重機和梁式起重機會有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位的一般用途橋式起重機。德國德馬格公司經(jīng)過幾十年的開發(fā)和創(chuàng)新，已形成了一個輕型組合式的標準起重機系列。起重量為1-63噸，工作級別為A1-A7，整個系列由工字形和箱型單梁、懸掛箱形單梁、角形小車箱形單梁和箱形雙梁等多個品種組成。主梁與端梁相接以及起重小車的布置有多種型式，可適合不同建筑物及不同起吊高度的要求。根據(jù)用戶需要每種規(guī)格起重機都有三種單速及三種雙速供任意選擇，還可以選用變頻調(diào)速。操縱方式有地面手電門自行移動、手電門隨小車移動、手電門固定、無線遙控、司機室固定、司機室隨小車移動、司機室自行移動等七種選擇。大車及小車的供電有電纜小車導電、DVS系統(tǒng)兩種方式。如此多的選擇項，通過不同的組合，可搭配成百上千種起重機，充分滿足用戶不同的需求。這種起重機的另一最大優(yōu)點是輕型化，自重輕、輪壓輕、外形尺寸高度小，可大大降低廠房建筑物的建造成本，同時也可減小起重機的運行功率和運行成本。與通用產(chǎn)品相比較，起重量為10t，跨度22.5m，通用雙梁橋式起重機自重是24t，起重機軌面以上高度1876mm，起重機寬度5980mm; 德馬格起重機的自重只有8.7t，重量輕了176%，起重機軌面以上高度為920mm，降低了104%，起重機寬度為2980mm，外形尺寸減少了100%。
1.3.3 自動化和智能化
??? 起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進的計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。大型高效起重機的新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測等設(shè)備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找起吊物重心、近場感應(yīng)防碰撞技術(shù)、現(xiàn)場總線、載波通訊及控制、無接觸供電及三維條形碼技術(shù)等將廣泛得到應(yīng)用。使起重機具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機綜合自動化水平。重點開發(fā)以微處理機為核心的高性能電氣傳動裝置，使起重機具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動特性，可進行操作的自動控制、自動顯示與記錄，起重機運行的自動保護與自動檢測，特殊場合的遠距離遙控等，以適應(yīng)自動化生產(chǎn)的需要。
例如采用激光裝置查找起吊物的重心位置，在取物裝置上裝有超聲波傳感器引導取物裝置自動抓取貨物。吊具自動防搖系統(tǒng)能在運行速度200m／min、加速度0.5m2／s的情況下很快使起吊物搖擺振幅減至幾個毫米。起重機可通過磁場變換器或激光達到高精度定位。起重機上安裝近場感應(yīng)系統(tǒng)，可避免起重機之間的互相碰撞。起重機上還安裝了微機自診斷監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能提供大部分常規(guī)維護檢查內(nèi)容，如齒輪箱油溫、油位，車輪軸承溫度，起重機的載荷、應(yīng)力和振動情況，制動器摩擦襯片的壽命及溫度狀況等。
1.3.4 成套化和系統(tǒng)化
??? 在起重機單機自動化的基礎(chǔ)上，通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，與生產(chǎn)設(shè)備有機結(jié)合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。這類起重機自動化程度高，具有信息處理功能，可將傳感器檢測出來的各種信息實施存儲、運算、邏輯判斷、變換等處理加工，進而向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制指令。這類起重機還具有較好的信息輸入、輸出接口，實現(xiàn)信息全部、準確、可靠地在整個物料搬運集成系統(tǒng)中的傳輸。起重機通過系統(tǒng)集成，能形成不同機種的最佳匹配和組合，取長補短，發(fā)揮最佳效用。目前重點發(fā)展的有工廠生產(chǎn)搬運自動化系統(tǒng)，柔性加工制造系統(tǒng)，商業(yè)貨物配送集散系統(tǒng)，集裝箱裝卸搬運系統(tǒng)，交通運輸和郵電部門行包貨物的自動分揀與搬運系統(tǒng)等。
??? 例如生產(chǎn)工程機械的美國卡特皮勒公司金屬結(jié)構(gòu)廠購置了一條以橋式起重機為主的物料自動搬運系統(tǒng)，用于鋼板的噴丸處理、切割和入庫的自動裝卸搬運作業(yè)，比原先采用單機操作工作效率提高了65%。日本東芝浜川崎工廠用全自動橋式起重機組成的物料輸送系統(tǒng)來搬運柔性加工線上的夾具和工件，為機床運送毛坯或?qū)⒓庸ず玫牧慵偷较乱还ば蚧騻}庫。這些在空間移動的起重機搬運系統(tǒng)代替了過去通常使用的自動導向搬運車，使車間的地面面積得到充分利用。
1.3.5 新型化和實用化
??? 結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材和異形鋼、減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種高強度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力條件，減輕自重和增加外形美觀。橋式起重機的橋架結(jié)構(gòu)型式大多采用箱形四梁結(jié)構(gòu)，主梁與端梁采用高強度螺栓聯(lián)接，便于運輸與安裝。
??? 在機構(gòu)方面進一步開發(fā)新型傳動零部件，簡化機構(gòu)?！叭弦弧边\行機構(gòu)是當今世界輕、中級起重機運行機構(gòu)的主流，將電動機、減速器和制動器合為一體，具有結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧美觀、拆裝方便、調(diào)整簡單、運行平穩(wěn)、配套范圍大等優(yōu)點，國外已廣泛應(yīng)用到各種起重機運行機構(gòu)上。為使中小噸位的起重小車結(jié)構(gòu)盡量簡化，同時降低起重機的尺寸高度，減小輪壓，國外已大量采用電動葫蘆作為起升機構(gòu)。為了減輕自重，提高承載能力，改善加工制造條件，增加產(chǎn)品成品率，零部件盡量采用以焊代鑄，如減速器殼體、卷簡、滑輪等都用焊接結(jié)構(gòu)。減速器齒輪都采用硬齒面，以減輕自重、減小體積、提高承載能力、增加使用壽命。液壓推桿盤式制動器的應(yīng)用范圍也越來越大。此外，各機構(gòu)采用的電動機都向高轉(zhuǎn)速發(fā)展，從而減小電機基座號，減輕重量與減小外形尺寸，并可配用制動力矩小的制動器。
??? 在電控方面開發(fā)性能好、成本低、可靠性高的調(diào)速系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，發(fā)展半自動和全自動操縱。采用機電儀液一體化技術(shù)，提高使用性能和可靠性，增加起重機的功能。今后會更加注重起重機的安全性，研制新型安全保護裝置。重視司機的工作條件，應(yīng)用人體工程學設(shè)計司機室，降低司機的勞動強度。德國近年為解決起重機吊鉤的防擺控制，開發(fā)了模糊邏輯電路的控制技術(shù)，用神經(jīng)信息和模糊技術(shù)來尋找開始加速的最佳時刻，將有經(jīng)驗司機防擺實際操作的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，實現(xiàn)最優(yōu)控制。模糊控制方式能確定實施自動工作的控制指令，將人們主觀上的模糊量通過模糊集合進行數(shù)字化定量，再利用計算機實現(xiàn)像熟練司機一樣的自如操作，取得了更高的效率和安全性。模糊控制作為新的控制方法已引人注目。
2 方案論證
2.1 橋式起重機的特點和種類
起重機是從事起吊、空中搬運的一種設(shè)備。常見的起重機有： 橋式起重機門式起重機、塔式起重機、港口起重機、汽車起重機、履帶起重機和鐵路起重機等。
橋式起重機是機械制造工業(yè)和冶金工業(yè)用得最廣泛的一種起重機機械，橋式起重機又稱“行車”或“天車”，是橫架在固定跨間上空用來吊運各種物件的設(shè)備。橋式起重機的特點是它既不占地面面積，又不妨礙地面上的作業(yè)，而且以較少的物資材料和極為穩(wěn)定的形態(tài)把建筑物內(nèi)各處都當作可能的作業(yè)范圍，進行高速、高效的服務(wù)，可以在起升高度和大、小車軌道所允許的空間內(nèi)負擔任意位置的吊運工作。
此外，橋式起重機容易以廉價實現(xiàn)借助控制盤和操縱盤進行自動操縱、或半自動操縱、內(nèi)裝電腦的程序操縱。設(shè)置在室內(nèi)的起重機中，橋式起重機約占90%。
橋式起重機有很多類型。一般按以下方法進行分類。
根據(jù)橋架的結(jié)構(gòu)不同，分為箱式結(jié)構(gòu)，四珩架結(jié)構(gòu)和腹板梁結(jié)構(gòu)等，其中箱式結(jié)構(gòu)用得最廣泛。
根據(jù)起吊裝置不同，分為吊鉤橋式起重機、電磁盤橋式起重機、抓斗橋式起重機。為了使吊鉤橋式起重機使用場合更廣泛，在吊鉤上附以可更換的電磁盤或馬達抓斗，以便作兩種或三種用途。
圖2-1 橋式起重機示意圖
2.2 橋式起重機的一般構(gòu)造
橋式起重機構(gòu)造：沿建筑物較長方向的兩壁設(shè)置的承軌梁，在梁上鋪設(shè)大車運行軌道，將裝有4個車輪（載荷大時裝有6個或8個車輪）的橋架跨在軌道上；裝有起升機構(gòu)和運行機構(gòu)的電動小車（cab）在橋架上運行。
大車軌道中心間的距離稱為跨度（span），在該軌道上運行的動作稱為大車運行。在橋架的中心或兩端裝有大車運行電動機，從電動機的水平軸引出動力，驅(qū)動半數(shù)的車輪。起升、小車運行及大車運行的速度，按工況和起重量的大小適當選定。一般來說，在起重量小和使用頻繁時，速度較高。
小車運行速度同大車運行的速度相比低得多，原因是小車運行距離接近建筑物的寬度，它不會太長，一般小于40m，而大車沿建筑物的長度方向運行，所以多數(shù)運行距離都是相當長的。
小型和低速的起重機，多數(shù)在地面上用按鈕進行操縱，而大型的高速的起重機，幾乎都坐在駕駛室內(nèi)進行操作。
起重機5t以下的起重機，多半用帶有電動運行機構(gòu)的電葫蘆代替電動小車。最近已有30t級的電葫蘆作為標準產(chǎn)品在市場上銷售。
當起重量超過20t時，一般起升速度比較低。只用單一的起升機構(gòu)長時間處理小件貨物效率很低。因此在這種起重機上，一般并設(shè)一個副起升機構(gòu)。
副起升也設(shè)在該小車上，但不用主起升電動機，而大型起重機的主梁，多數(shù)都采用單腹板梁、箱形梁等焊接結(jié)構(gòu)。
在主梁兩側(cè)設(shè)有輕型水平梁，稱為副梁。它通過水平構(gòu)件同主梁一起構(gòu)成一個水平框架，這對因主梁在大車運行時產(chǎn)生的慣性力所引起的水平載荷，是一個十分堅固的結(jié)構(gòu)。
此外，主副梁之間布置大車運行驅(qū)動電動機，與其相聯(lián)的減速機構(gòu)、傳動軸、軸承等。在它們的上方鋪設(shè)走臺板，設(shè)立欄桿，以便檢修人員行走。
對箱形結(jié)構(gòu)或殼體結(jié)構(gòu)的主梁來說，因為其水平抗彎剛度大，所以多數(shù)都不帶副梁。
小車是用型鋼和鋼板制成一個構(gòu)架，在上面設(shè)有主副起升用電動機、支持貨物用制動器及和它們相聯(lián)的減速齒輪機構(gòu)，通過該機構(gòu)驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)。必要時，在該機構(gòu)上還設(shè)速度制動器，供調(diào)節(jié)下降速度用，在小車外側(cè)設(shè)有運行電動機，它經(jīng)過齒輪減速減低速度并驅(qū)動車輪旋轉(zhuǎn)，使小車運行。
2.3 本次畢業(yè)設(shè)計的起重機介紹
橋式起重機的一般由主橋架、裝有升降機構(gòu)和運行機構(gòu)的小車、大車運行機構(gòu)、操縱室、小車導電裝置、起重機總電源導電裝置等組成。
本次設(shè)計主要任務(wù)是250/50/10t+250/50/10t-20.0M水電站橋式起重機，安裝于豐滿水電站擴建工程廠房內(nèi)，用于水輪發(fā)電機組及其附屬設(shè)備的安裝和檢修工作?？蛻粜枨箝_發(fā)設(shè)計相應(yīng)的起重機的小車運行機構(gòu)。
2.4 小車運行機構(gòu)
小車又稱臺車，主要包括小車架、小車運行機構(gòu)和 起升機構(gòu)。小車架由鋼板焊接而成，其上裝置有小車運行機構(gòu)、 起升機構(gòu)、欄桿及卷揚限位開關(guān)，小車運行結(jié)構(gòu)的兩端裝有緩沖器及限位開關(guān)。
小車運行機構(gòu)分兩種：一種是減速器在中間，另一種的減速器在一側(cè)。圖2.2（a）中，小車運行機構(gòu)是減速器位于小車中間，這種方式使小車減速器的輸出軸及傳動軸所承受的扭矩比較均勻。
圖2.2（b）所示的結(jié)構(gòu)是減速器在小車一側(cè)，這種結(jié)構(gòu)的特點是安裝和維修比較方便。小車的被動輪與大車被動輪一樣獨立運行。
圖2.2 小車運行機構(gòu)
參考文獻
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[10] 陳道南 盛漢中. 起重機課程設(shè)計[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社 ， 1983
12
目 錄
摘要………………………………………………………………………1
ABSTRACT………………………………………………………… 2
0引言……………………………………………………………………4
1游梁式抽油機簡介……………………………………………………5
1.1抽油機分類…………………………………………………………5
1.2游梁式抽油機的結(jié)構(gòu)………………………………………………5
1.3游梁式抽油機工作原理……………………………………………6
2設(shè)計計算………………………………………………………………6
2.1傳動方案的確定……………………………………………………6
2.2 V帶傳動設(shè)計………………………………………………………10
2.3 齒輪傳動設(shè)計 ……………………………………………………14
2.4 軸上的受力分析 …………………………………………………21
2.5 軸的設(shè)計 …………………………………………………………25
2.6 鍵的選擇與連接工作能力的驗算 ………………………………32
2.7 軸承 ………………………………………………………………33
2.8 減速器的潤滑和密封……………………………………………37
2.9 減速器的箱體及其附件…………………………………………38
2.2.2
3 分析步驟………………………………
4 實驗結(jié)果計算…………………………
5 參考文獻………………………………
6 附錄…………………………………
橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計
目 錄
摘要………………………………………………………………………4
ABSTRACT ………………………………………………………………5
0引言 …………………………………………………………………7
1起重機介紹 …………………………………………………………7
1.1起重機的定義………………………………………………………7
1.2起重機工作原理 …………………………………………………8
1.3起重機的類型及特點 ……………………………………………10
1.4起重機的發(fā)展狀況…………………………………………………11
1.4.1國內(nèi)起重機機械發(fā)展狀況………………………………………11
1.5發(fā)展趨勢……………………………………………………………13
1.5.1模塊化和組合化…………………………………………………13
1.5.2大型化和專業(yè)化…………………………………………………14
1.5.3自動化和智能化…………………………………………………15
1.5.4成套化和系統(tǒng)化…………………………………………………16
1.5.5輕型化和多樣化…………………………………………………17
1.5.6新型化和實用化…………………………………………………18
2橋式起重機的介紹……………………………………………………19
2.1橋式起重機的分類…………………………………………………19
2.1.1通用橋式起重機 ………………………………………………19
2.1.2專用橋式起重機 ………………………………………………20
2.1.3電動葫蘆型橋式起重機 ………………………………………21
2.2橋式起重機的組成和特點 ………………………………………22
2.2.1橋式起重機小車 ………………………………………………23
2.2.2橋式起重機小車運行機構(gòu) ……………………………………28
2.3 我的畢業(yè)設(shè)計中的內(nèi)容 …………………………………………28
2.3.1橋式起重機的主要參數(shù) ………………………………………28
2.3.2這次設(shè)計中的橋式起重機的用途和結(jié)構(gòu)特點 ………………29
3小車運行機構(gòu)設(shè)計計算 …………………………………………31
3.1起重機小車運行機構(gòu)的計算 ……………………………………31
3.1.1計算條件 ………………………………………………………31
3.1.2運行阻力的計算 ………………………………………………32
3.1.3電動機的選擇 …………………………………………………33
3.1.4打滑驗算 ………………………………………………………36
3.1.5減速器計算 …………………………………………………37
3.1.6制動器的選擇 …………………………………………………38
3.1.6.1制動慣性力矩Ma……………………………………………38
3.1.6.2最小靜阻力矩Mjmin…………………………………………39
3.1.7聯(lián)軸器的選擇 …………………………………………………39
3.1.7.1聯(lián)軸器傳遞扭矩的確定 ……………………………………39
3.1.8緩沖器的選擇 …………………………………………………40
3.2減速器的設(shè)計 ……………………………………………………41
3.2.1減速器各軸的傳遞功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩 ………………………41
3.2.2高速級齒輪的計算 ……………………………………………42
3.2.3中速級齒輪的計算 ……………………………………………47
3.2.4低速級齒輪的計算 ……………………………………………52
3.2.5齒輪的結(jié)構(gòu)形式 ………………………………………………57
3.2.6減速器箱體及附件 ……………………………………………57
3.2.6.1減速器箱體的設(shè)計 …………………………………………57
3.2.6.2減速器附件設(shè)計 ……………………………………………58
4結(jié)論……………………………………………………………………59
5設(shè)計總結(jié)………………………………………………………………60
6參考文獻………………………………………………………………61
7英文資料………………………………………………………………62
8譯文……………………………………………………………………72
9原文說明………………………………………………………………85
摘 要
起重機的出現(xiàn)大大提高了人們的勞動效率，以前需要許多人花長時間才能搬動的大型物件現(xiàn)在用起重機就能輕易達到效果，尤其是在小范圍的搬動過程中起重機的作用是相當明顯的。在工廠的廠房內(nèi)搬運大型零件或重型裝置橋式起重機是不可獲缺的。
橋式起重機小車主要包括起升機構(gòu)、小車架、小車運行機構(gòu)、吊具等部分。其中的小車運行機構(gòu)主要由減速器、主動輪組、從動輪組、傳動軸和一些連接件組成。
此次設(shè)計的橋式起重機是水電站橋式起重機，安裝于豐滿水電站擴建工程廠房內(nèi)，用于水輪發(fā)電機組及其附屬設(shè)備的安裝和檢修工作。水電站內(nèi)設(shè)備一般都是大中型設(shè)備，對橋式起重機的載荷要求較高，所以對減速器性能要求較高。
關(guān)鍵詞：橋式起重機，小車運行機構(gòu)，減速器，
Design of the bridge type hoist crane Car movement organization
ABSTRACT
The invention of crane has greatly increased people’s work efficiency.People can use crane to handle with huge articles,which used to be taken a long time to do, especially in a small area.The bridge type hoist crane is required to handle with huge accessory or huge device.
The bridge type hoist crane car consists of protmoted organization，the car frame，the car movement organization，hoisting mechanisms and so on. Its operation structure is composed of reducer，the driving wheel group，the driven wheel group，the transmission shaft and some connect fitting. The core of this structure is the design of the reducer.
This bridge type hoist crane is be used to the hydroelectric power station. It is installed in the expanded workshop of Fengman water and electricity station.It is used to installing,examining and repairing the water-turbine generator set and its accessorial equipments.the equipments in the water and electricity station are large or medium-size. These equipments have a high request on the load of bridge type hoist crane , so they also have a high request on the capability of the reducer.
Key words: bridge type hoist,,the reducer
橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計
詹培紅 Y04101
0 引言
物料搬運成了人類生產(chǎn)活動的重要組成部分，距今已有五千多年的發(fā)展歷史。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，自動化程度的提高，作為物料搬運重要設(shè)備的起重機在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。起重機正經(jīng)歷著一場巨大的變革。
起重機械是用來對物料作起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機械設(shè)備。它的出現(xiàn)改變了人類幾千年來以手工來搬動重物的狀況，現(xiàn)在幾個按鈕就能完成以前做不到或很難做到的搬運工作，人得到了休息，效率也提高了。
起重機械發(fā)展歷史悠久，種類日益繁多，應(yīng)用極為廣泛。當今國民經(jīng)濟的各個部門，如冶金、機械、交通運輸、電力、建筑、采礦、化工、造船、港口、鐵路、農(nóng)場、林區(qū)和國防等都離不開起重機械。
隨著科學技術(shù)的進步和經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，日益顯現(xiàn)出起重機械作為實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化、自動化、減輕體力勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率的特種設(shè)備的突出地位。現(xiàn)代起重機械結(jié)構(gòu)已向大型、精密、高效、多功能、宜人化的機電一體化方向發(fā)展。
1 起重機介紹
1.1 起重機的定義
起重機械是一種以間歇作業(yè)方式對物料進行起升、下降和水平移動的搬運機械。起重機械的作業(yè)通常帶有重復循環(huán)的性質(zhì)，一個完整的作業(yè)循環(huán)一般包括取物、起升、平移、下降、卸載等環(huán)節(jié)。經(jīng)常起動、制動、正反向運動是起重機械的基本特點。
1.2 起重機的工作原理
起重機械的主要任務(wù)是起重，而直接承擔起重任務(wù)的是起升機構(gòu)，其他機構(gòu)都是為了擴大起重機的使用范圍。最簡單的起重機實際上也就僅有一個起升機構(gòu)?，F(xiàn)代的絕大多數(shù)起重機，不論他們的型式和用途如何，都是根據(jù)同一個工作原理構(gòu)成的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，起重量和起升速度不斷提高，因而機構(gòu)演變?nèi)遮呁晟啤?
圖1.1起重機工作原理
圖1.1a是起重機的原始形式轆轤的機構(gòu)簡圖。它有圓柱形卷筒和裝有手柄的軸組成。卷筒上纏有懸掛物品的繩索，繩索的張力在這種情況下就等于物品重量。張力在卷筒軸上產(chǎn)生的載荷力矩為
。在全部工作過程中，如不計摩擦阻力，則載荷力矩應(yīng)該為手柄的驅(qū)動力矩所平衡，即
或
故
從上式可以看出，欲增加起重量必須加大或，或減小。但手柄作用力受到人體力限制，一般不超過30公斤；受到手臂長度限制，一般約為300-400毫米；而為了保證鋼絲繩不致產(chǎn)生過大的彎曲，卷筒直徑又不能任意減小，因此，對于這種原始起重機，起重量不能很大。為了提高起重量，采取了下面三個步驟：
（1）軸和手柄分開，中間裝一個傳動比為的傳動裝置，即圖1.1b中減速器。如和都與圖1.1 a所示的相同，則傳到卷筒軸上的驅(qū)動力矩為。根據(jù)力矩平衡原理，所得的載荷力矩為：
即
可得：
即加裝傳動比的傳動裝置后，起重量可以提高倍。并且可以隨增大而提高。但是，傳動裝置是機構(gòu)中最復雜和成本最高的部分，而且傳動裝置的外廓尺寸、自重和成本又直接取決于傳動比的大小，所以，僅靠提高傳動比來提高起重量是不經(jīng)濟的。
（2）除采用了一定傳動比的傳動裝置外，同時還可以采用滑輪組。如圖1.1c中所的滑輪組由一個定滑輪和二個動滑輪所組成。繩索一端固定在卷筒上，另一端由卷筒繞下，依次經(jīng)過動滑輪和定滑輪，最后固定在機架上。被起升的重物由四根繩索分支所支承，并隨動滑輪一起升降。若不計阻力，則由卷筒繞下的繩索分支的張力或。如果均維持不變，這時等于圖1-1b中，亦即。即：
由此可見，如裝四支分滑輪組后，起重量又提高了4倍，而且將隨滑輪組繩索分支數(shù)的增加而增大。但與此同時繩索的長度相應(yīng)地加長，使機構(gòu)更為復雜和繩索的磨損加劇。所以也不能無限制地靠增加滑輪組繩索分支來提高重量。通常在起重量一定的情況下，可以利用滑輪組繩索分支數(shù)的增加來減小傳動裝置的傳動比。但選擇分支數(shù)的原則必須是減小傳動比的所得完全抵償增加分支數(shù)的所失才行。
（3）目前除少數(shù)的幾種起重機中仍保留人力驅(qū)動外，大多數(shù)起重機都采用能發(fā)出較大力矩的電動機來代替手柄（圖1.1c中虛線所示），以增大驅(qū)動力矩，于是起重量又可以獲得進一步提高。但在這種情況下，所采用的傳動裝置和滑輪組不僅如上面所分析的那樣提高起重量，而且也將很高的電動機轉(zhuǎn)速變?yōu)閷嶋H需要的卷筒轉(zhuǎn)速，從而得到合理的物品升降速度。
圖1.1c所示是現(xiàn)代各種起重機中較為完善的起升機構(gòu)原理圖。它包括下列幾個組成部分：（1）取物裝置；（2）繩索滑輪和卷筒；（3）傳動裝置；（4）驅(qū)動裝置；（5）制動裝置。其中制動裝置在圖中沒表示出來，它是用來使被提升的物品可靠的停駐在空中的裝置，對于起重機的安全操作是不可缺少的重要部件[2]。
1.3 起重機的類型及特點
根據(jù)起重機械所搬運的物品的特征、動作的復雜程度以及工作場所或者生產(chǎn)工藝要求等條件的不同，可以將起重機械簡單的分為三大類：
（1）簡單起重機械：一般只作升降運動，而且大多數(shù)是手動的。如各種千斤頂、絞車和滑車等。
（2）通用起重機械：除使物品升降運動外，還能使物品作水平運動。如橋式起重機和汽車起重機等。
（3）特種起重機械：只適合于某些專業(yè)性的工作，其構(gòu)造往往比上述兩者更為復雜。如各種冶金用起重機、建筑用起重機和港口用起重機等。
1.4 起重機的發(fā)展狀況
1.4.1 國內(nèi)起重機械發(fā)展狀況
在中國將起重機械總體劃分為12大類型，即輕小型起重設(shè)備、旋臂式起重機、橋式起重機、門式起重機、塔式起重機、流動式起重機、鐵路起重機、門座起重機、桅桿起重機、纜索起重機、升降機和機械式停車設(shè)備。進一步可劃分為近百種型式(品種)和數(shù)百種型號。面對品種繁多，結(jié)構(gòu)復雜，大小不一，使用工況千差萬別的這些涉及人們生命安全和財產(chǎn)安全的起重機械，為了安全，中國政府將其納入特種設(shè)備進行強制管理，在制度上建立了一整套法律、法規(guī)、規(guī)章、安全技術(shù)規(guī)范和標準體系，在體制上建立了遍布全國31個行政區(qū)的安全監(jiān)察網(wǎng)絡(luò)，從起重機械的設(shè)計、制造、安裝、改造、重大維修、使用、檢驗檢測和監(jiān)督管理重要環(huán)節(jié)上進行有效監(jiān)管，在此，我重點介紹中國的起重機械制造許可制度。
起重機械制造企業(yè)的分布、數(shù)量、產(chǎn)量和現(xiàn)狀
中國起重機械整機制造企業(yè)，截止到2005年9月底統(tǒng)計有1615家。這些制造企業(yè)主要集中分布在江蘇(347家)、山東(203家)、河南(180家)、浙江(111家)、遼寧(105家)、廣東(100家)、上海(83家)、福建(80家)等地。
中國起重機械使用總量，據(jù)2003年底普查統(tǒng)計在用起重設(shè)備為55．6萬臺。設(shè)備的使用也主要集中分布在沿海發(fā)達地區(qū)，如廣東、福建、浙江、上海、江蘇、山東、遼寧等地。
中國的起重機械從50年代初創(chuàng)建至今，已經(jīng)形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模、具備了一定的技術(shù)水平、也基本形成了比較完整的設(shè)計、生產(chǎn)、銷售體系，能基本滿足國民經(jīng)濟對該設(shè)備的需求。目前國家繼續(xù)實施的財政政策，拉動著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高速發(fā)展，而起重設(shè)備作為國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)設(shè)備廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟建設(shè)的各行各業(yè)，如冶金、煤炭、化工、電力、交通和制造等產(chǎn)業(yè)。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大和自動化程度的提高，起重機在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用也愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。起重機械正朝著大型化、高速度、人性化、環(huán)保性、通用產(chǎn)品小型化、零部件的模塊化和多樣化及安全監(jiān)察制度化與規(guī)范性方向發(fā)展。
由于中國勞動力相對便宜，制造成本較低，發(fā)展?jié)摿θ院芫薮蟆Ｍ瑫r，我們也應(yīng)該清醒地認識到，與發(fā)達國家相比，中國起重機械制造狀況有以下幾個因素令人擔憂。
?。?）整體技術(shù)含量偏低，突出表現(xiàn)在鋼結(jié)構(gòu)件制作材料和電氣控制系統(tǒng)水平較低；
?。?）規(guī)?；l(fā)展不夠，突出表現(xiàn)在低水平重復建設(shè)嚴重，造成資源浪費，專業(yè)化發(fā)展嚴重滯后；
?。?）國際知名品牌寥寥無幾，除振華港機外，能夠打入國際市場并享有一定聲譽的知名品牌幾乎沒有；
（4）惡性競爭嚴重，合理利潤難保，并造成安全措施投入極少，事故率居高不下。
因此，我們應(yīng)該有清醒認識，并高度關(guān)注中國起重機械的長遠發(fā)展和不失時機的加快科技創(chuàng)新能力。
1.5 發(fā)展趨勢
1.5.1 模塊化和組合化
??? 用模塊化設(shè)計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設(shè)計方法，將起重機上功能基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標準模塊，通過不同模塊的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機。對起重機進行改進，只需針對某幾個模塊。設(shè)計新型起重機，只需選用不同模塊重新進行組合?？墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機改換成具有相當批量的模塊生產(chǎn)，實現(xiàn)高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，企業(yè)的生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。達到改善整機性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品，充分滿足用戶需求。
目前，德國、英國、法國、美國和日本的著名起重機公司都已采用起重機模塊化設(shè)計，并取得了顯著的效益。德國德馬格公司的標準起重機系列改用模塊化設(shè)計后，比單件設(shè)計的設(shè)計費用下降12%，生產(chǎn)成本下降45%，經(jīng)濟效益十分可觀。德國德馬格公司還開發(fā)了一種KBK柔性組合式懸掛起重機，起重機的鋼結(jié)構(gòu)由冷軋型軌組合而成，起重機運行線路可沿生產(chǎn)工藝流程任意布置，可有叉道、轉(zhuǎn)彎、過跨、變軌距。所有部件都可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，再根據(jù)用戶的不同需求和具體物料搬運路線在短時間內(nèi)將各種部件組合搭配即成。這種起重機組合性非常好，操作方便，能充分利用空間，運行成本低。有手動、自動多種形式，還能組成懸掛系統(tǒng)、單梁懸掛起重機、雙梁懸掛起重機、懸臂起重機、輕型門式起重機及手動堆垛起重機，甚至能組成大型自動化物料搬運系統(tǒng)。
1.5.2 大型化和專用化
??? 由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長。起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。起重機已成為自動化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機不但要容易操作，容易維護，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有優(yōu)異的耐久性、無故障性、維修性和使用經(jīng)濟性。目前世界上最大的浮游起重機起重量達6500t，最大的履帶起重機起重量達3000t，最大的橋式起重機起重量為1200t，集裝箱岸邊裝卸橋小車的最大運行速度已達350m/min，堆垛起重機最大運行速度是240m/min，垃圾處理用起重機的起升速度達100m/min。
工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶需求的多樣性，使專用起重機的市場不斷擴大，品種也不斷更新，以特有的功能滿足特殊的需要，發(fā)揮出最佳的效用。例如冶金、核電、造紙、垃圾處理的專用起重機，防爆、防腐、絕緣起重機和鐵路、船舶、集裝箱專用起重機的功能不斷增加，性能不斷提高，適應(yīng)性比以往更強。德國德馬格公司研制出一種飛機維修保養(yǎng)的專用起重機，在國際市場打開了銷路。這種起重機安裝在房屋結(jié)構(gòu)上，跨度大、起升高度大、可過跨、停車精度高。在起重小車下面安裝有多節(jié)伸縮導管，與飛機維修平臺相連，并可作360度旋轉(zhuǎn)。通過大車和小車的位移、導管的升降與旋轉(zhuǎn)可使維修平臺到達飛機的任一部位，進行飛機的維護和修理，極為快捷方便。
?1.5.3 自動化和智能化
??? 起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進的計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。大型高效起重機的新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測等設(shè)備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找起吊物重心、近場感應(yīng)防碰撞技術(shù)、現(xiàn)場總線、載波通訊及控制、無接觸供電及三維條形碼技術(shù)等將廣泛得到應(yīng)用。使起重機具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機綜合自動化水平。重點開發(fā)以微處理機為核心的高性能電氣傳動裝置，使起重機具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動特性，可進行操作的自動控制、自動顯示與記錄，起重機運行的自動保護與自動檢測，特殊場合的遠距離遙控等，以適應(yīng)自動化生產(chǎn)的需要。
例如采用激光裝置查找起吊物的重心位置，在取物裝置上裝有超聲波傳感器引導取物裝置自動抓取貨物。吊具自動防搖系統(tǒng)能在運行速度200m／min、加速度0.5m2／s的情況下很快使起吊物搖擺振幅減至幾個毫米。起重機可通過磁場變換器或激光達到高精度定位。起重機上安裝近場感應(yīng)系統(tǒng)，可避免起重機之間的互相碰撞。起重機上還安裝了微機自診斷監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能提供大部分常規(guī)維護檢查內(nèi)容，如齒輪箱油溫、油位，車輪軸承溫度，起重機的載荷、應(yīng)力和振動情況，制動器摩擦襯片的壽命及溫度狀況等。
?1.5.4 成套化和系統(tǒng)化
??? 在起重機單機自動化的基礎(chǔ)上，通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，與生產(chǎn)設(shè)備有機結(jié)合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。這類起重機自動化程度高，具有信息處理功能，可將傳感器檢測出來的各種信息實施存儲、運算、邏輯判斷、變換等處理加工，進而向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制指令。這類起重機還具有較好的信息輸入、輸出接口，實現(xiàn)信息全部、準確、可靠地在整個物料搬運集成系統(tǒng)中的傳輸。起重機通過系統(tǒng)集成，能形成不同機種的最佳匹配和組合，取長補短，發(fā)揮最佳效用。目前重點發(fā)展的有工廠生產(chǎn)搬運自動化系統(tǒng)，柔性加工制造系統(tǒng)，商業(yè)貨物配送集散系統(tǒng)，集裝箱裝卸搬運系統(tǒng)，交通運輸和郵電部門行包貨物的自動分揀與搬運系統(tǒng)等。
例如生產(chǎn)工程機械的美國卡特皮勒公司金屬結(jié)構(gòu)廠購置了一條以橋式起重機為主的物料自動搬運系統(tǒng)，用于鋼板的噴丸處理、切割和入庫的自動裝卸搬運作業(yè)，比原先采用單機操作工作效率提高了65%。日本東芝浜川崎工廠用全自動橋式起重機組成的物料輸送系統(tǒng)來搬運柔性加工線上的夾具和工件，為機床運送毛坯或?qū)⒓庸ず玫牧慵偷较乱还ば蚧騻}庫。這些在空間移動的起重機搬運系統(tǒng)代替了過去通常使用的自動導向搬運車，使車間的地面面積得到充分利用。
1.5.5 輕型化和多樣化
??? 有相當批量的起重機是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可使整個建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價。因此電動葫蘆橋式起重機和梁式起重機會有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位的一般用途橋式起重機。德國德馬格公司經(jīng)過幾十年的開發(fā)和創(chuàng)新，已形成了一個輕型組合式的標準起重機系列。起重量為1-63噸，工作級別為A1-A7，整個系列由工字形和箱型單梁、懸掛箱形單梁、角形小車箱形單梁和箱形雙梁等多個品種組成。主梁與端梁相接以及起重小車的布置有多種型式，可適合不同建筑物及不同起吊高度的要求。根據(jù)用戶需要每種規(guī)格起重機都有三種單速及三種雙速供任意選擇，還可以選用變頻調(diào)速。操縱方式有地面手電門自行移動、手電門隨小車移動、手電門固定、無線遙控、司機室固定、司機室隨小車移動、司機室自行移動等七種選擇。大車及小車的供電有電纜小車導電、DVS系統(tǒng)兩種方式。如此多的選擇項，通過不同的組合，可搭配成百上千種起重機，充分滿足用戶不同的需求。這種起重機的另一最大優(yōu)點是輕型化，自重輕、輪壓輕、外形尺寸高度小，可大大降低廠房建筑物的建造成本，同時也可減小起重機的運行功率和運行成本。與通用產(chǎn)品相比較，起重量為10t，跨度22.5m，通用雙梁橋式起重機自重是24t，起重機軌面以上高度1876mm，起重機寬度5980mm；德馬格起重機的自重只有8.7t，重量輕了176%，起重機軌面以上高度為920mm，降低了104%，起重機寬度為2980mm，外形尺寸減少了100%。
?1.5.6 新型化和實用化
??? 結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材和異形鋼、減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種高強度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力條件，減輕自重和增加外形美觀。橋式起重機的橋架結(jié)構(gòu)型式大多采用箱形四梁結(jié)構(gòu)，主梁與端梁采用高強度螺栓聯(lián)接，便于運輸與安裝。
??? 在機構(gòu)方面進一步開發(fā)新型傳動零部件，簡化機構(gòu)?！叭弦弧边\行機構(gòu)是當今世界輕、中級起重機運行機構(gòu)的主流，將電動機、減速器和制動器合為一體，具有結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧美觀、拆裝方便、調(diào)整簡單、運行平穩(wěn)、配套范圍大等優(yōu)點，國外已廣泛應(yīng)用到各種起重機運行機構(gòu)上。為使中小噸位的起重小車結(jié)構(gòu)盡量簡化，同時降低起重機的尺寸高度，減小輪壓，國外已大量采用電動葫蘆作為起升機構(gòu)。為了減輕自重，提高承載能力，改善加工制造條件，增加產(chǎn)品成品率，零部件盡量采用以焊代鑄，如減速器殼體、卷簡、滑輪等都用焊接結(jié)構(gòu)。減速器齒輪都采用硬齒面，以減輕自重、減小體積、提高承載能力、增加使用壽命。液壓推桿盤式制動器的應(yīng)用范圍也越來越大。此外，各機構(gòu)采用的電動機都向高轉(zhuǎn)速發(fā)展，從而減小電機基座號，減輕重量與減小外形尺寸，并可配用制動力矩小的制動器。
??? 在電控方面開發(fā)性能好、成本低、可靠性高的調(diào)速系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，發(fā)展半自動和全自動操縱。采用機電儀液一體化技術(shù)，提高使用性能和可靠性，增加起重機的功能。今后會更加注重起重機的安全性，研制新型安全保護裝置。重視司機的工作條件，應(yīng)用人體工程學設(shè)計司機室，降低司機的勞動強度。德國近年為解決起重機吊鉤的防擺控制，開發(fā)了模糊邏輯電路的控制技術(shù)，用神經(jīng)信息和模糊技術(shù)來尋找開始加速的最佳時刻，將有經(jīng)驗司機防擺實際操作的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，實現(xiàn)最優(yōu)控制。模糊控制方式能確定實施自動工作的控制指令，將人們主觀上的模糊量通過模糊集合進行數(shù)字化定量，再利用計算機實現(xiàn)像熟練司機一樣的自如操作，取得了更高的效率和安全性。模糊控制作為新的控制方法已引人注目。
2 橋式起重機的介紹
2.1 橋式起重機的分類
2.1.1 通用橋式起重機
通用橋式起重機是指在一般環(huán)境中工作的普通用途的橋式起重機。以下類型的起重機都屬于通用橋式起重機。
????①通用吊鉤橋式起重機
通用吊鉤橋式起重機由金屬結(jié)構(gòu)、大車運行機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、起升機構(gòu)、電器及控制系統(tǒng)及司機室組成。取物裝置為吊鉤。額定起重量為10t以下的多為1個起升機構(gòu)；16t以上的則多為主、副兩個起升機構(gòu)。這類起重機能在大多數(shù)作業(yè)環(huán)境中裝卸和搬運物料及設(shè)備。
????②電磁橋式起重機
????電磁橋式起重機的基本構(gòu)造與吊鉤橋式起重機相同，不同的是吊鉤上掛1個直流起重電磁鐵，用來吊運具有導磁性的黑色金屬及其制品。通常是經(jīng)過設(shè)在橋架走臺上電動發(fā)電機組或裝在司機室內(nèi)的可控硅直流箱將交流電源變?yōu)橹绷麟娫?，然后再通過設(shè)在小車架上的專用電纜卷筒，將直流電源用撓性電纜送到起重電磁鐵上。
③抓斗橋式起重機
????抓斗橋式起重機的裝置為抓斗，以鋼絲繩分別連接抓斗起升、起升機構(gòu)、開閉機構(gòu)。主要用于散貨、廢舊鋼鐵、木材等的裝卸、吊運作業(yè)。這種起重機除了起升閉合機構(gòu)以外，其結(jié)構(gòu)部件等與通用吊鉤橋式起重機相同。
????④兩用橋式起重機
????兩用橋式起重機有3種類型：抓斗吊鉤橋式起重機、電磁吊鉤橋式起重機和抓斗電磁橋式起重機。其特點是在1臺小車上設(shè)有兩套各處獨立的起升機構(gòu)，一套為抓斗用，一套為吊鉤用(或一套為電磁吸盤用一套為吊鉤用，或一套為抓斗用一套為電磁吸盤用)。
????⑤三用橋式起重機
????三用橋式起重機是一種多用的起重機。其基本構(gòu)造與電磁橋式起重機相同。根據(jù)需要可以用吊鉤吊運重物，也可以在吊鉤上掛1個馬達抓斗裝卸物料，還可以把抓斗卸下來再掛上電磁盤吊運黑色金屬，故稱為三用橋式起重機。
????⑥雙小車橋式起重機
????這種起重機與吊鉤橋式起重機基本相同，只是在橋架上裝有2臺起重量相同的小車。這種機型用于吊運與裝卸長形物件。
2.1.2 專用橋式起重機
????①冶金橋式起重機
??? 冶金橋式起重機根據(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相同，取物裝置多為專用。主要用于冶金車間的吊運作業(yè)，其起重量很大，最大的可達到數(shù)百噸。
????②絕緣吊鉤橋式起重機
這種起重機結(jié)構(gòu)形式與通用吊鉤橋式起重機基本相同。但是為了防止工作過程中帶電設(shè)備的電流可經(jīng)過被吊物傳到起重機上，危及司機安全，故要求在吊鉤組、小車架、小車輪上設(shè)置3道絕緣裝置。主要用于冶煉鋁、鎂的工廠。
③防爆吊鉤橋式起重機
????這種起重機的結(jié)構(gòu)形式與通用吊鉤橋式起重機基本相同。但是所用的整套電氣設(shè)置具有防爆性能。與鋼軌接觸的運行車輪要采用不易產(chǎn)生摩擦火花的材料制作，以防止在起重機使用中產(chǎn)生火花引起爆炸或燃燒事故。主要用于具有易燃易爆物的車間、庫房或其他場所。目前產(chǎn)品規(guī)格較多。
2.1.3 電動葫蘆型橋式起重機
????其特點是橋式起重機的起重小車用自行式電動葫蘆代替，或者用固定式電動葫蘆作起重小車的起升機構(gòu)，小車運行、大車運行等機構(gòu)的傳動裝置也盡量與電動葫蘆部件通用化。因此，與上述通用橋式起重機相比，電動葫蘆型橋式起重機雖然一般起重量較小、工作速度較慢、工作級別較低，但其自重輕、能耗較小、易采用標準產(chǎn)品電動葫蘆配套，而且對廠房等建筑物的壓力較小，建筑和使用經(jīng)濟性都較好。
①電動梁式起重機
????其特點是用自行式電動葫蘆替代通用橋式起重機的起重小車，用電動葫蘆的運行小車在單根主梁的工字鋼下突緣上運行，跨度小時直接用工字鋼作主梁，跨度大時可在主梁工字鋼的上面再作水平加強，形成的組合斷面主梁。其主梁可以是單根主梁，也可以是兩根主梁，其橋架可以是像通用橋式起重機那樣通過運行裝置直接支撐在高架軌道上，也可以通過運行裝置懸掛在房頂下面的架空軌道上。
②電動葫蘆橋式起重機
????其特點是采用固定式電動葫蘆裝在小車上作起升機構(gòu)，小車運行機構(gòu)也多采用電動葫蘆零部件作成簡單的構(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。
圖2.1 橋式類型起重機的大致分類
2.2 橋式起重機的組成和特點
???? 取物裝置懸掛在可沿橋架運行的起重小車或運行式葫蘆上的起重機，稱為“橋架型起重機”。
橋架兩端通過運行裝置直接支撐在高架軌道上的橋架型起重機，稱為“橋式起重機”。
橋式起重機一般由裝有大車運行機構(gòu)的橋架、裝有起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)的起重小車、電氣設(shè)備、司機室等幾個大部分組成。外形像一個兩端支撐在平行的兩條架空軌道上平移運行的單跨平板橋。起升機構(gòu)用來垂直升降物品，起重小車用來帶著載荷作橫向運動；橋架和大車運行機構(gòu)用來將起重小車和物品作縱向移動。
橋式起重機是使用最廣泛、擁有量最大的一種軌道運行式起重機，其額定起重量從幾噸到幾百噸。最基本的形式是通用吊鉤橋式起重機，其他形式的橋式起重機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。
圖2.2 普通橋式起重機
2.2.1 橋式起重機小車
橋式起重機小車主要由起升機構(gòu)、小車運行機構(gòu)和小車架三部分組成；另外還有一些安全防護裝置。
橋式起重機的小車（圖2.2）主要具有下列特征：
1）起升和運行機構(gòu)由獨立的部件構(gòu)成。這些部件間采用補償聯(lián)軸器聯(lián)系起來。齒輪聯(lián)軸器補償了轉(zhuǎn)軸中心線的偏差和歪斜，這些偏差和歪斜系因制造與安裝不精確，以及小車架變形而發(fā)生彼此位移所引起的。由于采用了分組的獨立部件，因此使機構(gòu)的裝拆方便。
2）在設(shè)計機構(gòu)和小車架的時候，遵循標準化、通用化和系列化的原則。這使零部件的互換性得到了保證，大大的降低了制造和使用維護起重機的費用，并使所需零件和部件的備品量縮減到最少。
圖2.3 橋式起重機小車構(gòu)造圖
1-墊板；2-從動車輪組；3-主動車輪組；4-減速器；5、6-起升及運行機構(gòu)
3）小車的車架用鋼板焊接而成。在車架上焊有墊板1（圖2.3），電動機、減速器、制動器和可拆卸的軸承座等均安裝在墊板上。為了簡化車架的加工，墊板的加工面應(yīng)盡量布置在同一水平面或垂直面上。
4）起升機構(gòu)和運行機構(gòu)采用減速器式傳動裝置，僅在起重量較大、傳動比高時，低速級才采用一級開式齒輪，而高速級仍采用減速器傳動。
5）所有機構(gòu)中均采用滾動軸承。卷筒和車輪安裝在轉(zhuǎn)軸上和轉(zhuǎn)動的心軸上。通常，從動車輪安裝在帶有兩個角形軸承箱的轉(zhuǎn)動心軸上。而主動車輪安裝在帶有兩個角形軸承箱的獨立轉(zhuǎn)軸上，它與減速器的輸出軸端用聯(lián)軸器相連接。因此，拆卸聯(lián)軸器后車輪可與其軸承箱一起從軌道上推出。減速器（圖2.3中4）也可以單獨的拆裝。
6）過去都采用短行程或長行程交流電磁鐵、彈簧上閘的瓦塊式制動器，而重墜上閘的長行程電磁鐵制動器已經(jīng)很少使用。近年來趨向用制動性能良好的電動液壓推桿和電磁液壓推桿式制動器來取代上述幾種制動器。要求制動平穩(wěn)和容易得到直流電源的地方，還可應(yīng)用直流電磁鐵制動器。
為了使部件容易裝拆，通常，將制動輪與齒輪聯(lián)軸器做成一個部件（圖2.3中5）。但根據(jù)機構(gòu)布置需要，也可以將制動輪作成獨立的零件來安裝（圖2.3中6）。
7）制造起重機時，由于零件熱處理得到了廣泛的應(yīng)用，從而大大地提高了零件表面的耐磨性，延長了它們的使用壽命。
8）為了簡化起重機機構(gòu)的維護工作，軸承的最好采用集中潤滑系統(tǒng)。
起重小車除有起升、運行機構(gòu)和小車架外，還必須有必要的安全保護裝置：如欄桿、排障板、限位開關(guān)、撞尺和緩沖器等。其具體要求分述如下：
①欄桿和排障板：欄桿用于保護維修人員的操作安全。它設(shè)置在與小車軌道垂直的小車臺邊緣上。為便于小車維修人員上下，在小車的另外兩邊則不設(shè)欄桿。欄桿可用角鋼（L50）或鋼管制作，高度不低于800mm。
排障板裝在小車架端梁兩端的車輪外邊，用于推開小車軌道上可能有的障礙物，以利于小車運行。
?②限位開關(guān)：用于限制吊鉤和小車架極限位置。在起升機構(gòu)中，墜重式限位開關(guān)裝在小車平臺上卷筒的旁邊，用于限制吊鉤向上位置，使其不能碰到小車架上。如圖2.4a限位開關(guān)的盒體伸出一個短軸，軸上固定有帶重塊的杠桿1，其另一端用鋼繩懸掛一個墜重2保持平衡。墜重上裝有一個套環(huán)3，此套環(huán)在起重鋼絲繩的一個分支外面，并不妨礙鋼絲繩上下移動。當?shù)蹉^組上升到允許的最高位置時，固定在吊鉤組上的擋板4就將墜重2抬起，使懸掛它的鋼繩松弛，此時，杠桿1在另一端重塊作用下轉(zhuǎn)動約30o，因此使開關(guān)盒內(nèi)的電路觸點斷開，起升機構(gòu)電動機斷電停止，吊鉤組不再上升。由于接線關(guān)系，這時吊鉤組只能向下降方向運動。圖2.4b將墜重固定在一連桿3上，吊鉤組上升到極限位置時，撞上連桿使其繞一端固定鉸擺動并抬起固定其上的墜重，使開關(guān)動作，電動機斷電。后一種布置方式使限位開關(guān)在小車臺面上的位置選擇較為靈活些。
圖2.4 起升和小車運行機構(gòu)的限位關(guān)系
上述兩種布置方式所用的墜重作用式限位開關(guān)，其動作都離不開吊鉤組的工作位置。由于它直接控制了吊鉤組上升的極限位置，所以工作是十分可靠的。但是，這種裝置方式較為笨重。起升機構(gòu)中應(yīng)用的另一種限位開關(guān)為螺旋式限位開關(guān)，它安裝在卷筒軸的一端，利用絲桿和螺母的相對運動來控制電路的觸點閉合，而絲桿的轉(zhuǎn)動與卷筒的旋轉(zhuǎn)保持一定的聯(lián)系，因此，限位開關(guān)就通過卷筒的旋轉(zhuǎn)間接地控制了吊鉤組上升的極限位置。
無論是哪一種限位開關(guān)，吊鉤組上升的極限位置應(yīng)該與卷筒或定滑輪之間保持一定的距離。
小車運行機構(gòu)的行程限位開關(guān)一共有兩個，它們安裝在起重機橋梁主梁的兩端，位于小車的一根軌道外側(cè)的主梁上蓋板上。在小車架相應(yīng)的端梁外側(cè)固定著一根用角鋼彎折的撞尺（圖2.4 b中6）。當小車運行至極限位置時，撞尺壓迫限位開關(guān)的搖柄轉(zhuǎn)動30o，使開關(guān)盒內(nèi)的觸點斷開，于是運行機構(gòu)的電動機斷電。由于接線關(guān)系，此時電動機只能作反向起動。
小車行程限位開關(guān)的位置要安裝適當，應(yīng)考慮到小車撞尺觸及限位開關(guān)使電機斷電并制動后，小車還要走一段制動行程。因此，開關(guān)要安裝在小車緩沖器相碰的擋鐵前邊一段距離。
③緩沖器與擋鐵：用于阻止小車越軌和減少沖擊，吸引小車與擋鐵相撞時的動能。常用的小車緩沖器安裝在小車架上（圖2.4 b中5），而擋鐵則裝在橋架兩根主梁的兩端；也有將緩沖器和擋鐵的位置反過來安裝的。
2.2.2 橋式起重機小車運行機構(gòu)
橋式起重機小車運行機構(gòu)由減速器、電動機、車輪、聯(lián)軸器、傳動軸以及一些附件所組成。
小車運行機構(gòu)的傳動方式有兩種．即減速器位于小車主動輪中間或減速器位于小車主動輪一側(cè)。減速器位于小車主動輪中間的小車傳動方式．使小車減速器輸出軸及兩側(cè)傳動軸所承受的扭矩比較均勻。減速器位于小車主動輪一側(cè)的傳動方式，安裝和維修比較方便，但起車時小車車體有左右扭擺現(xiàn)象。
2.3 本次畢業(yè)設(shè)計中的內(nèi)容
2.3.1 橋式起重機的主要參數(shù)
這次設(shè)計的起重機為250/50/10t+250/50/10t-20.0M水電站橋式起重機，安裝于豐滿水電站擴建工程廠房內(nèi)，用于水輪發(fā)電機組及其附屬設(shè)備的安裝和檢修工作。
基本數(shù)據(jù)為橋機跨度：20m；
主鉤額定起重量：250t；
副鉤額定起重量：50t；
主鉤起升高度：26 m；
副鉤起升高度：32 m；
大車運行速度: 20m/min；
小車運行速度：2m/min。
2.3.2 本次設(shè)計的橋式起重機的用途和結(jié)構(gòu)特點
本橋式起重機為雙梁單小車結(jié)構(gòu)形式。單小車上設(shè)有主、副鉤起升機構(gòu)，主、副鉤可單獨起吊，又可以相互配合使用。廠房內(nèi)設(shè)兩臺250/50/10t橋機，吊裝定子及轉(zhuǎn)子時，兩臺橋機下掛500t平衡梁，利用平衡梁與轉(zhuǎn)子軸聯(lián)接起吊轉(zhuǎn)子。吊運250t以下物品時，用250t吊鉤來完成；當?shù)踹\50t以下物品時，用50t吊鉤來完成；在橋架司機室另一側(cè)的主梁副腹板下設(shè)有10t電葫蘆，擴大了橋機的作業(yè)范圍。
起重機由小車、橋架、大車運行機構(gòu)和電氣設(shè)備等組成。電氣設(shè)備設(shè)置在主梁內(nèi)，司機室內(nèi)設(shè)有冷熱空調(diào)。
小車由起升機構(gòu)、小車架、小車運行機構(gòu)、250t吊具等部分組成。
主、副起升機構(gòu)分別由一臺電動機、一臺減速器、一臺輪式制動器、一套卷筒裝置和上滑輪裝置構(gòu)成。起升機構(gòu)減速器低速軸側(cè)采用卷筒聯(lián)軸器與卷筒聯(lián)接。
起升機構(gòu)上滑輪組軸兩端設(shè)有負荷式傳感器，在司機室內(nèi)平臺前方設(shè)有大屏幕顯示屏，可顯示起吊負荷。當負荷達到0.9Gn時發(fā)出報警信號。當負荷超過1.05Gn時自動切斷起升電源。
起升機構(gòu)設(shè)有重錘式和旋轉(zhuǎn)式雙重限位開關(guān)。
大車運行機構(gòu)為兩側(cè)分別驅(qū)動，采用萬向聯(lián)軸器與主動平衡架連接。大車運行機構(gòu)共有16個車輪，其中4個為主動輪。
大、小車運行車輪裝置、卷筒軸承座軸承、卷筒聯(lián)軸器、滑輪裝置，吊鉤裝置均采用單點分別潤滑。
各機構(gòu)均采用全封閉自潤滑的中硬齒輪減速器，它具有運行平穩(wěn)、壽命長的特點。運行機構(gòu)減速器立式安裝，帶油泵潤滑。
大、小車緩沖器均為聚氨脂緩沖器。
大、小車輪均采用索氏體淬火，車輪踏面和輪緣的硬度為HB300-360，具有較長的使用壽命。車輪軸承箱是圓形的，45°安裝，平衡架軸承箱孔和中間鉸孔均是機床加工的，車輪軸承箱用半圓環(huán)固定在平衡架上，保證了車輪的偏斜在許用范圍內(nèi)，減少了啃軌的可能性。該結(jié)構(gòu)也便于車輪的裝拆。
起重機的橋架由兩個偏軌箱形主梁和兩個箱形端梁以及平臺欄桿、扶梯、司機室等部分組成。
偏軌箱形梁具有較大的垂直剛度和水平剛度，箱形梁里兩端有大車運行機構(gòu)，中間放置電器設(shè)備。
兩側(cè)端梁通過鉸軸與主梁連接在一起，大車運行連接鉸通過劃線整體加工來保證其平行度，使大車運行平穩(wěn)，減少啃軌的環(huán)節(jié)。
小車架由主梁、端梁、副梁、平臺、欄桿等組成，便于運輸，中間斷開，用高強度螺栓聯(lián)接。小車機構(gòu)的底座均通過劃線來整體加工，保證其機構(gòu)的安裝精度。
3 小車運行機構(gòu)設(shè)計計算
3.1 起重機小車運行機構(gòu)的計算
3.1.1 計算條件
一.跨度、額定起重量
（1）跨度、額定起重量
橋機跨度
主鉤額定起重量
副鉤額定起重量
電動葫蘆額定起重量
（2）起升高度
主鉤起升高度 26m
副鉤起升高度 32m
電動葫蘆起升高度 40m
（3）工作級別
起重機工作級別 A3
主起升工作級別 M3
副起升工作級別 M5
電動葫蘆工作級別 M5
大車運行機構(gòu)工作級別 M3
小車運行機構(gòu)工作級別 M3
電動葫蘆運行機構(gòu)工作級別 M3
（4）運行起升速度
大車運行速度
小車運行速度
電動葫蘆運行速度
主鉤起升下降速度
副鉤起升下降速度
電動葫蘆起升下降速度
大車微速運行速度
小車微速運行速度
主鉤微速起升下降速度
副鉤微速起升下降速度
電動葫蘆微速起升下降速度
（5）大車軌道 QU120
最大輪壓 450KN
整車自重（含吊具）
3.1.2 運行阻力的計算
a、靜阻力
初選車輪
摩檫阻力系數(shù) (表3.1)
表3.1 摩檫阻力系數(shù)的平均值
車輪直徑（mm）
軸承內(nèi)徑（mm）
阻力系數(shù)（mm）
250
70
0.0125
315
90
0.0112
400
100
0.0095
500
130
0.0090
630
170
0.0085
710
190
0.0080
800
200
0.0075
900
220
0.0071
1000
240
0.0071
式中：—運行機構(gòu)靜阻力，；
—額定起重量，；
—起重機或小車的自重，；
—重力加速度，。
b、運行慣性阻力
式中：—機構(gòu)起動時的慣性阻力，；
—考慮旋轉(zhuǎn)件的慣性阻力系數(shù)，??；
—起動平均加速度，。
c、總的阻力距
3.1.3 電動機的選擇
式中：—電動機在基準制時的功率，；
—海拔高度系數(shù)；
—工作環(huán)境的溫度系數(shù)；
—操作頻繁程度系數(shù)，見表3.2；
—運行阻力系數(shù)，見表3.3；
—齒輪傳動效率；
—電動機數(shù)目。
表3.2 操作頻繁程度系數(shù)Ks
Ks
機構(gòu)工作級別M
機構(gòu)作業(yè)持續(xù)JC
電動機接電持續(xù)率FC
15%
25%
40%
60%
100%
~M3
15%
1.20
1.05
0.94
0.82
0.72
M4~M5
25%
1.38
1.20
1.07
0.93
0.81
M6
40%
1.55
1.35
1.20
1.03
0.90
M7~M8
60%
1.82
1.58
1.40
1.20
1.04
100%
2.13
1.85
1.63
1.39
1.20
表3.3 運行阻力系數(shù)
運
行
阻
力
系
數(shù)
Ka
車輪直徑（mm）
315
>315-710
>710-100
靜阻力系數(shù)
0.0125
0.0095
0.0075
機
構(gòu)
加
速
度
a
m/min
0.041
0.00170
0.00138
0.00118
0.058
0.00186
0.00156
0.00138
0.065
0.00195
0.00165
0.00146
0.074
0.00204
0.00175
0.00156
0.082
0.00213
0.00184
0.00165
0.100
0.00233
0.00204
0.00185
0.113
0.00248
0.00219
0.00199
0.126
0.00263
0.00234
0.00215
0.141
0.00280
0.00250
0.00231
0.158
0.00290
0.00270
0.00251
續(xù)表3.3 運行阻力系數(shù)
運
行
阻
力
系
數(shù)
Ka
車輪直徑（mm）
315
>315-710
>710-100
靜阻力系數(shù)
0.0125
0.0095
0.0075
機
構(gòu)
加
速
度
a
m/min
0.179
0.00323
0.00294
0.00274
0.200
0.00346
0.00317
0.00298
0.224
0.00373
0.00345
0.00325
0.237
0.00388
0.00359
0.00340
0.254
0.00407
0.00378
0.00359
0.286
0.00443
0.00414
0.00395
0.320
0.00482
0.00453
0.00434
0.358
0.00525
0.00496
0.00477
0.379
0.00549
0.00520
0.00500
0.405
0.00578
0.00549
0.00530
0.429
0.00605
0.00576
0.00557
0.453
0.00632
0.00603
0.00584
0.480
0.00663
0.00634
0.00615
0.509
0.00695
0.00667
0.00647
0.544
0.00735
0.00706
0.00687
電動機型號 大連伯頓
電動機功率 7.5
電動機額定轉(zhuǎn)速 970
轉(zhuǎn)動慣量 0.1325
輸出軸 38
3.1.4 打滑驗算
a、粘著摩檫系數(shù)值對于在室內(nèi)工作的起重機取
式中：—第個驅(qū)動車輪的輪壓，；
—粘著摩檫安全系數(shù)，??；
—起重機或小車的運動質(zhì)量，；
—平均起動加速度，，見表3.4。
，故打滑實驗通過。
表3.4 機構(gòu)加速度和機構(gòu)加速時間
速度
m/min
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
加速度
m/s2
加速時間s
加速度
m/s2
加速時間s
加速度
m/s2
加速時間s
加速度
m/s2
加速時間s
10
0.041
4.1
0.063
2.