橋式起重機小車運行機構(gòu)設(shè)計開題報告.doc
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畢業(yè)設(shè)計開題報告 學(xué) 院 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 機械工程及自動化 班級學(xué)號 學(xué) 生 指導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(dǎo)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)閏土機械外文翻譯成品某寶dian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(zhǔn)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(dǎo)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(dāng)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(xué)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(dāng)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(dān)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(dāng)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品在市場上銷售。 當(dāng)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(dǎo)電裝置、起重機總電源導(dǎo)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。客戶需求開發(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 [1] 濮良貴. 機械設(shè)計 [M].北京: 高等教育出版社,2001 [2] GB3811. 起重機設(shè)計規(guī)范 [S].北京: 機械工業(yè)出版社,1990 [3] 起重機設(shè)計手冊編寫組 起重機設(shè)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. 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