橋式起重機小車運行機構設計,橋式起重機,小車,運行,機構,設計 橋式起重機小車運行機構設計 畢業(yè)設計開題報告 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設計 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備的起重機在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應用越來越廣，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構上，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。通過大車和小車的位移、導管的升降與旋轉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 ??? 用模塊化設計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設計方法，將起重機上功能基本相同的構件、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。設計新型起重機，只需選用不同模塊重新進行組合。可使單件小批量生產(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計后，比單件設計的設計費用下降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，起重機的鋼結構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，簡化結構，減小自重和輪壓，也可使整個建筑物高度下降，建筑結構輕型化，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。將機械技術和電子技術相結合，將先進的計算機技術、微電子技術、電力電子技術、光纜技術、液壓技術、模糊控制技術應用到機械的驅動和控制系統(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備組成。變壓變頻調速、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、近場感應防碰撞技術、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等將廣泛得到應用。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)設備有機結合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調配合。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構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，為機床運送毛坯或將加工好的零件送到下一工序或倉庫。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 ??? 結構方面采用薄壁型材和異形鋼、減少結構的拼接焊縫，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構型式大多采用箱形四梁結構，主梁與端梁采用高強度螺栓聯(lián)接，便于運輸與安裝。 ??? 在機構方面進一步開發(fā)新型傳動零部件，簡化機構?！叭弦弧边\行機構是當今世界輕、中級起重機運行機構的主流，將電動機、減速器和制動器合為一體，具有結構緊湊、輕巧美觀、拆裝方便、調整簡單、運行平穩(wěn)、配套范圍大等優(yōu)點，國外已廣泛應用到各種起重機運行機構上。為使中小噸位的起重小車結構盡量簡化，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。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、滑輪等都用焊接結構。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用范圍也越來越大。此外，各機構采用的電動機都向高轉速發(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，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，應用人體工程學設計司機室，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，用神經(jīng)信息和模糊技術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，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)橋架的結構不同，分為箱式結構，四珩架結構和腹板梁結構等，其中箱式結構用得最廣泛。 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造 橋式起重機構造：沿建筑物較長方向的兩壁設置的承軌梁，在梁上鋪設大車運行軌道，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；裝有起升機構和運行機構的電動小車（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，一般并設一個副起升機構。 副起升也設在該小車上，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、箱形梁等焊接結構。 在主梁兩側設有輕型水平梁，稱為副梁。它通過水平構件同主梁一起構成一個水平框架，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構。 此外，主副梁之間布置大車運行驅動電動機，與其相聯(lián)的減速機構、傳動軸、軸承等。在它們的上方鋪設走臺板，設立欄桿，以便檢修人員行走。 對箱形結構或殼體結構的主梁來說，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架，在上面設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，通過該機構驅動卷筒旋轉。必要時，在該機構上還設速度制動器，供調節(jié)下降速度用，在小車外側設有運行電動機，它經(jīng)過齒輪減速減低速度并驅動車輪旋轉，使小車運行。 2.3 本次畢業(yè)設計的起重機介紹 橋式起重機的一般由主橋架、裝有升降機構和運行機構的小車、大車運行機構、操縱室、小車導電裝置、起重機總電源導電裝置等組成。 本次設計主要任務是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)電機組及其附屬設備的安裝和檢修工作?？蛻粜枨箝_發(fā)設計相應的起重機的小車運行機構。 2.4 小車運行機構 小車又稱臺車，主要包括小車架、小車運行機構和 起升機構。小車架由鋼板焊接而成，其上裝置有小車運行機構、 起升機構、欄桿及卷揚限位開關，小車運行結構的兩端裝有緩沖器及限位開關。 小車運行機構分兩種：一種是減速器在中間，另一種的減速器在一側。圖2.2（a）中，小車運行機構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）所示的結構是減速器在小車一側，這種結構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 參考文獻 [1] 濮良貴. 機械設計 [M].北京: 高等教育出版社，2001 [2] GB3811. 起重機設計規(guī)范 [S].北京: 機械工業(yè)出版社，1990 [3] 起重機設計手冊編寫組 起重機設計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社，1980 [4] GB/T14405. 太原重型機器有限公司—通用橋式起重機[S].北京: 機械工業(yè)出1980 [5] Purdum.T. Machine Design[M]. Journal of Coal Science & Engineering, 1998 [6] 上海交通大學起重運輸機教研組 .起重機傳動機構的動載荷和動力系數(shù)[M].上海：上?？萍汲霭嫔?，1977 [7] 揚長葵 .起重機械 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社 ， 1982 [8] 胡宗武 顧迪民. 起重機設計計算[M]. 北京：北京科學技術出版社， 1989 [9] [日]坂本種芳 長谷川政弘 .橋式起重機設計計算[M]. 北京：中國鐵道出版社 ， 1987 [10] 陳道南 盛漢中. 起重機課程設計[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社 ， 1983 12