桥式起重机主起升机构设计.doc
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1、 摘 要随着现代科学技术的迅速发展,工业生产规模的扩大和自动化程度的提高,起重机在现代化生产过程中应用越来越广,作用愈来愈大,对起重机的要求也越来越高。尤其是计算机技术的广泛应用,许多跨学科的先进设计方法出现,这些都促使起重机的技术进入崭新的发展阶段。本起重机为250/50/10t水电站桥式起重机,安装于丰满水电站扩建工程厂房内,用于水轮发电机组及其附属设备的安装和检修工作。本课题主要对起重机的起升机构进行总体设计,主、副起升机构分别有一台电动机,一台减速器,一台轮式制动器,一套卷筒装置和上滑轮装置构成。要求起重设备运行平稳, 定位准确, 安全可靠, 技术性能先进。本文简要地介绍了起重机的性能
2、、结构、发展状况等,并参照起重机设计规范(GB3811-83)及起重机设计手册对起重机起升机构及其零部件进行设计计算,从方案论证到具体设计计算,充分发挥了计算机在整体设计中的作用,从而提高了设计质量、缩短了设计周期,提高了工作效率。关键词:起重机,桥式起重机,起升机构设计The Design of the Hoisting Mechanism of Bridge CraneABSTRACT With fast developments of the modern technology, the expansion of industrial production and the growth
3、of the automatic level, applications of the carnes in the modern manufacture has been more and more extensive, the effect has been bigger and bigger. Higher and higher requirement has been caused. Especially, with the broad application of computer technology and the appearance of the advanced design
4、 method of a lot of interdiscipline, which urge the technology of the carne into a brand-new seedtime. This carne is a kind of 250/50/10t bridge carnes for hydropower station, builded in the workshop of Fengman hydropower station for the extend project. It is used to install, examine and repair of s
5、ets of water-turbine generator. This paper focuses on design of hoisting mechanism of the carne, including the main and assistant hoisting mechanism with electromotors, reducers, brake staffs, drum devices and pulley gears. The carne is required to be stables, high accuracy, safety, reliability and
6、advanced technology. This text briefly introduce the carnes capability, structure, the actuality of development, and so on, referring to “Design criterion of carne” (GB3811-83) and design and calculate of the hoisting mechanism and its accessory in “Design handbook of carne”. From scheme demonstrati
7、ng to designing and calculating, it takes full advantage of the computer in the whole design to raise the quality of the design, cut the cycle of the design, improve the work efficiency.Key words: carne, Bridge Crane, design of the hoisting mechanism桥式起重机主起升机构设计0 引言人类在生产活动中,必然要进行物料搬运。一个现代化的大型钢铁联合企业或
8、者一个现代化的港口,每年通过的各种物料有几千万吨乃至上亿吨。大量的物料搬运在建筑工地、铁路枢纽和工厂企业中存在。在一个水电站的闸门启闭或水轮发电机厂房内,都有庞大的起重机械。所以各部门的生产要得到维持和发展,都离不开起重机械。在许多场合下,如淬火起重机,安装起重机和炼铁厂装卸桥,它们不仅是进行装卸搬运工作,而且还进行工艺操作,实际上还是工艺机械的一部分。因此,起重机械在现代化的生产过程中不再只是在生产过程中起辅助作用,而是成了国民经济的所有主要部门中合理组织大批生产和流水作业的工艺过程的基础。此外,还可以用来满足人们物质和文化生活的需要,例如,建筑物中的电梯或自动扶梯。1 起重机概述起重机械是
9、一种循环、间歇运动的机械,主要用于物品的装卸。一个工作循环一般包括:取物装置从取物地点由起升机构把物品提起,运行、旋转或变幅机构把物品移位,然后物品在指定地点下降;接着进行反向运动,使取物装置回到原位,以便进行下一次的工作循环。在两个工作循环之间,一般有短暂的停歇。由此可见,起重机械工作时,各机构经常是处于起动、制动以及正向、反向等相互交替的运动状态中的。1.1 起重机的用途,工作特点起重机械是用来对物料作起重、运输、装卸和安装等作业的机械设备,它可以减轻体力劳动、提高劳动生产率或在生产过程中进行某些特殊的工艺操作,实现机械化和自动化。起重机械运送的物料可以是成件物品,也可以是散料或者是液态的
10、。升降机还可以进行人员的运送。起重机在搬运物料时,经历着上料、运送、卸料以及回到原位的过程。因此,起重机受的载荷是变化的,是一种间歇动作的机械。起重机一般由机械、金属结构和电气等三大部分组成,机械方面是指起升、运行、变幅和旋转等机构,即起重机一般是多动作的。轻小型起重设备和升降机一般是单动作的。起重机的分类起重机械多为通用式的,如桥式起重机、龙门起重机、汽车起重机等;但也有为某种工艺服务的,如装料起重机、脱锭起重机等冶金桥式起重机。起重机的种类如图1.1所示起重机械轻小型起重机械桥式类型起重机械臂架类型起重机械堆垛起重机千斤顶手扳葫芦手拉葫芦电动葫芦单轨起重机梁式起重机通用桥式起重机龙门起重机
11、装卸桥冶金桥式起重机缆索起重机固定旋转起重机门座起重机塔式起重机汽车起重机轮胎起重机履带起重机铁路起重机浮动起重机图1.1 起重机的分类1.2 起重机的发展概况在古代已经有起升和移动重量较大的物品的需要,因此就采用起重装置来进行这个工作。在公元前五千年到四千年的新石器时代的末期,我国古代劳动人民已能开凿和搬运巨石到远处,砌成石棺石台等来埋葬和纪念死者。在商朝(公元前1765到1760年之间),我国劳动人民就用了汲水的桔槔,这是一种用杠杆、对重和取物装置组成的起重装置。以后到公元前1115年至1079年之间,又有辘轳的发明。在古代埃及建造金字塔时,广泛采用滚子、斜面和杠杆来起升大石块、石碑和雕像
12、,这些物品的重量有的甚至达到1000吨。那时候起重机械都是人力驱动。公元前120年,在盖隆的著作中描述了幅度不变的起重机和幅度可变的起重机。这些书籍中记载了下列零部件的采用。自锁式蜗轮传动装置、齿轮、起重卷筒等。后来陆续地出现了一些不同类型的起重机,例如在阿格里高拉(14901550年)的著作中,曾经描述了旋转起重机。工业中蒸气机的出现大大地推动了起重机械的发展和改善。1827年,出现了第一台用蒸汽驱动的固定式旋转起重机。1846年,第一次制成了用液压驱动的起重机。工业中电力驱动的出现是起重机械进一步蓬勃发展的转折点。1880年,出现了第一台用电力驱动的载客升降机。1885年制成了电力驱动的旋
13、转起重机,接着制成电力驱动的桥式起重机和门座起重机。随着冶金工业、煤炭和采矿工业、机器制造业、海港和内河码头的装备和建筑工程等发展,起重机械的品种和参数都大大增多。起重机械制造已经成长成一门独立的机械制造部门。第二次世界大战以后的几十年,起重机械获得极其迅速的发展。由于机械制造技术的提高,起重机的质量,产量和品种得到大大的发展。例如,由于焊接技术的发展,箱形结构的桥式起重机得到广泛的应用;由于金属材料的改善和加工技术的改进,起重机零部件的寿命也提高;由于电机和控制技术的发展,大大提高了起重机电力驱动的品质和自动化水平。1.2.1 国外起重机的发展动向(1)简化设备结构,减轻自重,降低生产成本芬
14、兰Kone公司为某火力发电厂生产的起重机就是一个典型的例子。其中起升机构减速器的外壳与小车架一端梁合二为一,卷筒一端与减速器相连,另一端支撑于小车架的另一端梁上。定滑轮组与卷筒组连成一体,省去了支撑定滑轮组的支承梁,简化了小车架的整体结构。同时,小车运行机构采用三合一驱动装置,即减轻了小车架和小车的自重。副起升机构为电动葫芦置一台车上,由主起升小车牵引。小车自重的减轻使起重机主梁截面亦随之减小,因而整机自重大幅度减轻。法国Patain公司采用了一种以板材为基本构件的小车架结构,其重量轻,加工方便,适用于中、轻级中小吨位的起重机。该结构要求起升机构采用行星圆锥齿轮减速器,不直接与车架相连接,以此
15、来降低小车架的刚度要求,减化小车架结构,减轻自重。Patain公司的起重机大小车运行机构采用“三合一”驱动装置,结构较紧凑,自重较轻,简化了总体布置。此外,由于运行机构与起重机走台没有联系,走台的振动也不会影响传动机构。(2)更新零部件,提高整机性能法国Patain公司采用窄偏轨箱形梁作主梁,其高、宽比为4315左右,大筋板间距为梁高的2 倍。主梁与端梁的连接采用搭接方式,使垂直力直接作用于端梁上盖板,由此可降低端梁的高度,便于运输。在电控系统上该公司采用涡流联轴器和涡流制动器多电机调速系统,可实现有载及空载的有级或无级调速。变频调速在国外起重机上已开始应用,ABB公司、日本富士、奥地利伊林公
16、司已广泛采用。该调速方案具有高调速比,甚至可达到无级调速,并可节能等优点。另外,遥控装置用于起重机在国外也已普遍化,特别是在大型钢铁厂的广泛使用。(3)设备大型化随着世界经济的发展,起重机械设备的体积和重量越来越趋于大型化,起重量和吊运幅度也有所增大,为节省生产和使用费用,其服务场地和使用范围也随之增大。例如新加坡裕廊船厂要求岸边的修船门座起重机能为并排的两条大油轮服务,其吊运幅度为105m,且在70m幅度时能起吊100t;我国三峡工程中使用的1200t桥式起重机就对调速要求很高,为三维坐标动态控制。(4)机械化运输系统的组合应用国外一些大厂为了提高生产率,降低生产成本,把起重运输机械有机地组
17、合在一起,构成先进的机械化运输系统。德国Demag公司在飞机制造厂中采用了一套先进的单轨或悬挂式运输系统,大大简化了运输环节。将所运物品装入专用集装箱内(有单轨系统的轨道)由码头运至工厂,厂内的单轨系统与集装箱内的轨道对接,物品进入厂房,并由单轨运输系统按计算机的指令入库或进入工位,实现门对门的运输。1.2.2 国内起重机的发展动向(1)改进起重机械的结构,减轻自重国内起重机多已采用计算机优化设计,以此提高整机的技术性能和减轻自重,并在此前提下尽量采用新结构。如550t通用桥式起重机中采用半偏轨的主梁结构,与正轨箱形梁相比,可减少或取消主梁中的小加筋板,取消短加筋板,减少结构重量,节省加工工时
18、。(2)充分吸收利用国外先进技术起重机大小车运行机构采用了德国Demag公司的“三合一”驱动装置,吊挂于端梁内侧,使其不受主梁下挠和振动的影响,提高了运行机构性能与寿命,并使结构紧凑,外形美观,安装维修方便。随着国内机械加工能力的提高,大车端梁和小车架整体镗孔成为可能,因而45剖分和车轮组或圆柱形的轴承箱将有可能代替角形轴承箱,装在车轮轴上的车轮轴孔中心线与端梁中心线构成标准的90,于是车轮的水平和垂直偏斜即可严格控制在规定范围内,避免发生啃轨现象。由于小车架为焊后一次镗孔成形,使四个车轮孔的中心线在同一平面内,故成功地解决了三点落地的问题。(3)吸收消化了国外电气控制方面的先进技术,采用了新
19、颖的节能调速系统。如晶闸管串级开环或闭环系统,调整比可达130。随着对调速要求的提高,变频调速系统也将使用于起重机上。同时,微机控制也将在起重机上得到应用,如三峡工程600t坝顶门式起重机要求采用变频调速系统,微机自动纠偏,以及大扬程高精度微机监测系统。遥控起重机随着生产发展需要量也越来越大,宝钢在考察了国外钢厂起重机之后,提出了大力发展遥控起重机的建议,以提高安全性,减少劳动力。(4)向大型化发展由于国家对能源工业的重视和资助,建造了许多大中型水电站,发电机组越来越大。特别是长江三峡工程的建设对大型起重机的需要量迅速上升。三峡电厂需要1200t桥式起重机,2000t大型塔式起重机。目前在建设
20、中的大、中型水电站还有很多,例如广西岩滩、龙滩、清江隔河岩、福建水口电站等等;还有很多核电站和大、中型火力发电厂需要建设,可以预计,大吨位高性能起重机的需要量是非常大的。2 桥式起重机概述2.1 桥式起重机的分类桥式起重机架设在车间或仓库等建筑物上空,沿建筑物的纵向设有两条钢轨,桥架在钢轨上运行。桥架上面有小车。它有起升,横行(小车运行),走行(大车运行)三种运动。根据作业条件分为高速型、普通型及低速型三类,以普通型的使用量为最多。至于桥式起重机的名称,将根据其构造特征取名如下:s 梁式起重机s 通用桥式起重机s 龙门起重机s 装卸桥s 冶金桥式起重机s 缆索起重机2.2 桥式起重机的结构桥式
21、起重机大体可分为小车、桥架两大部分。详细划分则有起升机构,小车运行机构,大车运行机构,桥架组件等部分,如图2.1和2.2所示。图2.1电动双梁桥式起重机图2.2桥式起重机结构的组成2.2.1 小车运行机构在桥式起重机里,小车承担主要任务。因此小车的设计决定整个起重机的好坏,为了起吊一定的载荷,小车必须利用许多机械部件承受起重机起升额定载荷时所需的各种作用力。小车以小车架为基础其上有起升电动机、起升减速机、卷筒、小车运行机构的运行电动机、运行减速机等。小车利用小车架下面的小车轮在起重机桥架上的轨道上运行。桥式起重机所采用的小车,起重量小的为3吨,大的已做到200吨,小车以往称作“起重小车”,小车
22、的设计应该把起升机构和运行机构合理而有效的布置在小车架上,维护检修应该方便。2.2.2 桥架桥式起重机的钢结构部分是由起重机的主要部分如大梁,横梁装置所构成。这一部分占有起重机百分之八十左右的重量,应按起重机结构标准及起重机钢结构计算规程进行设计。桥式起重机的大梁是由用角钢等型钢组成的平面结构的主粱与副梁构成的。主梁承受垂直载荷、自重及水平载荷,副梁承受自重和水平载荷。主梁由上弦杆、下弦杆、斜杆、竖杆等组成。连接主粱与副梁的杆件是水平杆、斜杆等。各杆件用铆钉或电焊相连接,也可以考虑螺栓连接。各杆件上作用有轴向应力,即拉应力和压应力。主粱的形状有鱼腹型和直线型。对于承受自重、动载荷及弯曲力矩等外
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