GZD2000重型旋臂吊系統(tǒng)設計【含CAD圖紙、說明書】,含CAD圖紙、說明書,gzd2000,重型,旋臂吊,系統(tǒng),設計,cad,圖紙,說明書,仿單
畢業(yè)設計說明書
學生姓名：
學 院：
專業(yè)年級： 10級機械設計制造及其自動化精一班
題 目： GZD2000重型旋臂吊系統(tǒng)設計
指導教師：
評閱教師：
2014年05月
摘 要
本文主要對2噸重型旋臂吊進行設計，分析了該旋臂吊所要求實現(xiàn)的功能和相應的結(jié)構(gòu)，了解了旋臂吊的工作原理，基本結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組成及功能。本研究主要是對該旋臂吊的旋臂梁的設計及旋轉(zhuǎn)功能部分的機構(gòu)設計及參數(shù)的選擇。旋臂吊是一種循環(huán)、間歇運動的機械，包括了起升、回轉(zhuǎn)、變幅及金屬結(jié)構(gòu)的設計，所以該設計主要是針對回轉(zhuǎn)機構(gòu)選擇相應的零部件及其技術參數(shù)，使其既能很好地實現(xiàn)旋臂吊的運行而且互不干涉且配合良好。設計主要包括旋臂吊的起升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、變幅機構(gòu)及金屬結(jié)構(gòu)的選擇。在本設計中，旋臂吊的總體、部件圖，都有詳細的說明。
關鍵詞：旋臂吊；回轉(zhuǎn)機構(gòu)；變幅機構(gòu)
Design of GZD2000 Heavy Jib Crane System
Abstract
This article put its emphasis on designing 2-ton heavy jib crane, analyzing the functional and relative structure that the jib crane required, thus acquiring a knowledge of the principle, basic structure, composition and function of the system. It mainly researched the design of the rotary arm and the design of the mechanism of the rotary part and the selection of the parameter. jib crane is a sort of cycle, intermission motion of machine, including the design of lifting, revolving, variable rate, and metal structure, as a result it is in the view of choosing the appropriate spare parts and technical parameters for slewing mechanism in order to be good for jib crane operation and non-interference. There are hoisting mechanism of jib crane, slewing mechanism, the luffing mechanism and metal structure selection in this article. The overall jib crane and the drawing of the assembly unit, are also described in the article in detail.
Keywords: Jib crane; Slewing mechanism ; Luffing mechanism
II
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 引言 1
1.1 設計的背景及意義 1
1.2 起重機的分類 1
1.3 旋臂吊介紹 2
2 起升機構(gòu)設計 2
2.1 確定起升機構(gòu)的傳動方案 2
2.2 選擇電動葫蘆 4
2.3 選擇鋼絲繩 5
2.4 確定滑輪的主要尺寸 6
2.5 確定卷筒尺寸并驗算其強度 6
2.6 卷筒心軸計算 8
2.6.1 支座反力 8
2.6.2 疲勞計算 8
2.6.3 靜強度計算 9
2.7 選擇軸承 9
2.8 繩端固定裝置計算 11
3 起升機構(gòu)電動的設計 12
3.1 選電動機 12
3.2 驗算電動機發(fā)熱條件 12
3.3 選擇減速器 13
3.4 驗算起升速度和實際所需功率 13
3.5 校核減速器輸出軸強度 14
3.6 選擇制動 14
3.7 驗算啟動時間 15
3.8 驗算制動時間 15
4 變幅機構(gòu)的設計 15
5 回轉(zhuǎn)機構(gòu)設計 16
5.1 回轉(zhuǎn)支承裝置 16
5.2 回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置 16
5.3 回轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動裝置計算 17
5.3.1 電動機選擇 18
5.3.2 極限力矩聯(lián)軸器 19
5.3.3 制動器的選擇 19
5.3.4 減速器的選擇 20
5.4 螺栓組的設計 20
5.5 齒輪的設計 21
5.6 軸的設計 22
圖4 軸的結(jié)構(gòu)圖 22
5.7 強度的校核 22
5.7.1 齒輪的校核 22
5.7.2 軸承強度校核 24
5.7.3 地腳連接螺栓強度校核 24
6 旋臂吊支撐結(jié)構(gòu) 25
6.1 立柱計算 25
6.2 旋臂吊懸臂梁的設計計算 29
6.2.1 計算條件 29
6.2.2 旋臂強度校核 29
結(jié) 論 32
致 謝 33
參考文獻 34
附錄 35
中南林業(yè)科技科技大學畢業(yè)設計 GZD2000重型旋臂吊系統(tǒng)設計
1 引言
1.1 設計的背景及意義
旋臂吊是起重機械的一種，起重機是一種循環(huán)、間歇運動的機械，主要用于物品的裝卸。一個工作循環(huán)一般包括：取物裝置從取物地點由起升機構(gòu)把物品提起，運行、旋轉(zhuǎn)或變幅機構(gòu)把物品移位，然后物品在指定地點下降；接著進行反向運動，使取物裝置回到原位，以便進行下一次的工作循環(huán)。在兩個工作循環(huán)之間，一般有短暫的停歇。由此可見，起重機械工作時，各機構(gòu)經(jīng)常是處于起動、制動以及正向、反向等相互交替的運動狀態(tài)中的。起重機是各種工程建設廣泛應用的重要起重設備，它對減輕勞動強度，節(jié)省人力，降低建設成本，提高勞動生產(chǎn)率，加快建設速度，實現(xiàn)工程施工機械化起著十分重要的作用。
1.2 起重機的分類
起重機根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同分類[1，18]。
1）梁式型起重機?？稍陂L方形場地及其上空作業(yè)，多用于車間、倉庫、露天堆場等處的物品裝卸，有梁式起重機、橋式起重機、龍門起重機、纜索起重機、運載橋等。橋式起重機可分為普通橋式起重機、簡易梁橋式起重機和冶金專用橋式起重機三種。
2）懸臂起重機（旋臂起重機）。懸臂起重機有立柱式、壁掛式、平衡起重機三種形式。 ①立柱式懸臂起重機是懸臂可繞固定于基座上的定柱回轉(zhuǎn)，或者是懸臂與轉(zhuǎn)柱剛接，在基座支承內(nèi)一起相對于垂直中心線轉(zhuǎn)動的由立柱和懸臂組成的懸臂起重機。它適用于起重量不大，作業(yè)服務范圍為圓形或扇形的場合。一般用于機床等的工件裝卡和搬運。②壁掛起重機是固定在墻壁上的懸臂起重機，或者可沿墻上或其他支承結(jié)構(gòu)上的高架軌道運行的懸臂起重機。壁行起重機的使用場合為跨度較大、建筑高度較大的車間或倉庫，靠近墻壁附近處吊運作業(yè)較頻繁時最適合。③平衡起重機俗稱平衡吊，它是運用四連桿機構(gòu)原理使載荷與平衡配重構(gòu)成一平衡系統(tǒng)，可以采用多種吊具靈活而輕松地在三維空間吊運載荷。平衡起重機輕巧靈活，是一種理想的吊運小件物品的起重設備，被廣泛用于工廠車間的機床上下料，工序間、自動線、生產(chǎn)線的工件、砂箱吊運、零部件裝配，以及車站、碼頭、倉庫等各種場合平衡吊。
3）門式起重機。門式起重機一般根據(jù)門架結(jié)構(gòu)形式、主梁形式、吊具形式來進行分類。按門框結(jié)構(gòu)形式分：①全門式起重機②半門式起重機③雙懸臂門式起重機④單懸臂門式起重機。按主梁結(jié)構(gòu)形式分：⑴單主梁門式起重機：單主梁懸臂門式起重機結(jié)構(gòu)簡單，制造安裝方便，自身質(zhì)量小，主梁多為偏軌箱形架結(jié)構(gòu)。與雙主梁門式起重機相比，整體剛度要弱一些。 ⑵雙梁橋式起重機：雙梁橋式起重機承載能力強，跨度大、整體穩(wěn)定性好，品種多。
1.3 旋臂吊介紹
Jib crane 旋臂吊。一種取物裝置旋掛在臂端或旋掛在可沿旋臂運行的起重小車上，旋臂可回轉(zhuǎn)，但不能俯仰的臂架型起重機。按構(gòu)造分，有立柱式懸臂起重機和壁式懸臂起重機。
旋臂起重機是參照西德引進設備研制的新產(chǎn)品根據(jù)用戶需要設計的專用起重設備。具有結(jié)構(gòu)新穎、合理、簡單、操作使用方便、回轉(zhuǎn)靈活、作業(yè)空間大等優(yōu)點，是節(jié)能高效的物料吊運裝備?？蓮V泛利用于廠礦、車間的生產(chǎn)線、裝配線和機床的上下工件及倉庫、碼頭等場合的重物吊運。本機由立柱、回轉(zhuǎn)旋臂及電動葫蘆等組成。立柱下端固定于混泥土基礎上，旋臂回轉(zhuǎn)，可根據(jù)用戶需求進行回轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)部分分為手動和電動回轉(zhuǎn)（擺線針輪減速機安裝于上托板或者下托板上帶動轉(zhuǎn)管旋臂回轉(zhuǎn)）。電動葫蘆安裝在旋臂軌道上，用于起吊重物[10]。
2 起升機構(gòu)設計
2.1 確定起升機構(gòu)的傳動方案
根據(jù)設計要求參數(shù)，起重量Q=2t，屬于小起重量旋臂吊起重機，鑒于目前我國的生產(chǎn)經(jīng)驗及生產(chǎn)出現(xiàn)的機型，決定采用開式傳動。
根據(jù)設計所給的參數(shù)我們可以有如下方案，如圖a所示。顯然，a方案結(jié)構(gòu)
表1 起重機主要技術參數(shù)
Tab1 Crane Main Technical Parameters
起重量Q 起升高度H 跨度L 起升速度V
2t 7.5m 10.5m 8m/min
聯(lián)軸
器
減
速
器
器
錐形電動機
開式齒輪
卷筒
支座
卷筒
支座
卷筒
圖1 第一種傳動方案
Map1 The first transmission
聯(lián)軸
器
減
速
器
器
錐形電動機
開式齒輪
卷筒
支座
卷筒
支座
卷筒
圖2 第二種傳動方案
Map2 The second transmission
簡單，安裝及維修都比較方便，但是由于軸兩端的變形較大使得兩齒輪沿齒寬方
向受力不均勻，易產(chǎn)生磨損。針對這一缺點，b方案都對起進行了完善，使兩齒輪的受力均勻，而且從結(jié)構(gòu)上看，該方案不但可以使兩齒輪受力均勻，而且結(jié)構(gòu)緊湊簡單，又考慮我國現(xiàn)有的生產(chǎn)經(jīng)驗故采用b方案。
2.2 選擇電動葫蘆
電動葫蘆的選擇：由額定起重量為2噸，一般情況下，吊物重量=額定起重量*80%來選擇，可以得到較大的安全系數(shù)，起升高度為7.5米，我通過查閱《金牛起重》表4選擇電動葫蘆的型號為MD1，其技術性能和為下表所示：
表2 MD1電動葫蘆技術參數(shù)
Table 2 Electric hoist technical parameters MD1
技術性能 單位 參數(shù)
起重量 噸 3
起升高度 米 7.5
起升速度 米/分 8
鋼絲直徑 毫米 0.22
鋼絲繩直徑 GB1102-74 D-6×37-11-1850-I-右
鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式 D-6×37-11-1850-I-右
工字梁軌道型號 GB706-65 I 20a-32c
環(huán)形軌道最小半徑 米 2
起升電動機型號 ZD132-4
容量 千瓦 4.5
轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分 1380
相數(shù) 3
電壓 伏 380
電流 安培 10
頻率 HZ 50
運行電動機型號 ZDY112-4
容量 千瓦 0.4
轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分 1380
相數(shù) 3
電壓 伏 380
電流 安培 1.3
頻率 HZ 50
工作類型及機構(gòu)級別 中級M5
2.3 選擇鋼絲繩
因為在起升過程中，鋼絲繩的安全性至關重要，所以要保證鋼絲繩的使用壽命，為此，我們可以采用以下措施：
1）高安全系數(shù)，也就是降低鋼絲繩的應力
2）選用較大的滑輪與卷筒直徑
滑輪槽的尺寸與材料對于鋼絲繩的壽命有很大的關系，其太大會使鋼絲繩與滑輪接觸面積減小，太小會使鋼絲繩與槽壁間的摩擦劇烈，甚至會卡死。
盡量減少鋼絲繩的彎曲次數(shù)。
1. 鋼絲繩破斷拉力計算
（1）
式中——起升載荷
m——滑輪組倍率，m=2
——滑輪組效率，=0.99
——導向滑輪效率，
2. 按安全系數(shù)選擇鋼絲繩的直徑
取鋼絲繩安全系數(shù)：n=6
破斷拉力： （2）
選取鋼絲繩型號： GB1102—74
本設計選用型鋼絲繩，鋼絲多且細，則繩的撓性好，而耐磨性則稍差。在此基礎上還能滿足我需要的要求，故選用型鋼絲繩。
直徑d=11mm，折減系數(shù)k=0.82
鋼絲繩破斷拉力總和80.6kN
故所選鋼絲繩的破斷拉力為
，正好滿足要求
所以，選用鋼絲繩直徑d=11mm，型[11,12]。
2.4 確定滑輪的主要尺寸
滑輪許用最小直徑： （3）
——按鋼絲繩中心計算的滑輪直徑 mm
d——鋼絲繩直徑 mm
e——輪繩直徑比系數(shù)，與機構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關，查表e=22.4
查表選用滑輪直徑D=260mm，滑輪的繩槽部分尺寸可由表查得。由表選用鋼絲繩直徑d=11mm，D=260mm，滑輪軸直徑=70mm的型滑輪標記為：
[17,10,12]。
2.5 確定卷筒尺寸并驗算其強度
1） 卷筒直徑
（4）
式中：d——鋼絲繩直徑；e——筒繩直徑比，取e=25
為了適當?shù)臏p少卷筒的長度，故此選用較大直徑的卷筒，選用卷筒直徑D=315mm，繩槽尺寸：半徑，取r=6mm；節(jié)距p=d+(2~4）mm=13~15mm，取p=13mm[17,14]。
2）卷筒尺寸
（5）
取L=800mm
表中——附加安全系數(shù)，取=2
——卷槽不切槽部分長度，取其等于吊鉤組動滑輪的間距，但本設計只有一個動滑輪，無間距，特此取=A=160mm
——卷筒計算直徑=D+d=260+11=271mm
——鋼絲繩倍率，取=2
3） 卷筒壁厚
（6）
取=15mm
卷筒壁壓應力驗算：
（7）
選用灰鑄鐵HT200，最小抗拉強度，許用壓應力：
（8）
故抗壓強度足夠
卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時：
（9）
卷筒斷面系數(shù)
（10）
式中D——卷筒外徑D=315mm
——卷筒內(nèi)徑=D-2=315-2*15=285mm
于是
（11）
合成應力：
（12）
式中許用拉應力：
（13）
所以
卷筒強度驗算通過。故此卷筒直徑D=315mm，長度L=800mm，卷筒槽形的槽底半徑r=7mm，繩槽尺寸p=13mm，倍率=2；
2.6 卷筒心軸計算
由前述可以得知：卷筒的名義直徑D=260mm，螺旋節(jié)距p=13mm，卷筒長度L=800mm，壁厚為=15mm。
鋼絲繩受到的最大拉力為：
軸的設計
確定軸的最小直徑，選取設計系數(shù)A=115mm，可得
(14)
P——卷筒心軸功率 P=0.786kw
n——卷筒心軸轉(zhuǎn)速 n=27.8r/min
2.6.1 支座反力
心軸右輪轂支承處最大彎矩：
(15)
2.6.2 疲勞計算
對于疲勞計算采用等效彎矩，查表得知等效系數(shù)j=1.1[18,20,3]；
等效彎矩：
(16)
彎曲應力：
(17)
心軸的載荷變化為對稱循環(huán)。由17式知許用彎曲應力：軸材料用45號鋼，其=258MPa。
(18)
式中n=1.6——安全系數(shù)[18]
K——應力集中系數(shù)，可參考第二章第五節(jié)
——與零件幾何形狀有關的應力集中系數(shù)，當零件表面形狀劇烈過渡和
零件上開有溝槽時，以及緊配合區(qū)段=1.5~2.5，本處取=1.5
——與零件表面加工粗糙度有關的應力集中系數(shù)，=1.10~1.15，本處
取=1.15
<通過
2.6.3 靜強度計算
卷筒軸屬于起升機構(gòu)低速軸零件，其動力系數(shù)可由表查得，=1.2[18]。
（19）
（20）
許用應力：
（21）
<通過
故卷筒軸的疲勞和靜強度計算通過
2.7 選擇軸承
因軸襯的外座圈固定，內(nèi)座圈與心軸一同旋轉(zhuǎn)，應按額定動負荷來選擇。
1）左端軸承
左端軸承采用6407，其額定動負荷=32500N
左端軸承的徑向負荷 （22）
左端軸承的軸向負荷=0
設級工作類型的軸承工作時數(shù)=4000h，由表查的6407軸承的e=0.23，令=0
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