起重机起升机构设计开题报告 - 图文

毕业设计（论文）开题报告

论文题目 40吨门式起重机起升机构设计 一、选题背景和意义： 当今中国工业经济处于高速发展时期，建筑工业化和工业现代化的进程中起重机的使用是不可缺少的。 从古代，人们为了建造大型建筑就发明了原始的起重设备，到了今天，起重机设计制造已经成为一个专门的产业。起重设备的应用给人们带来了很大的便利，小到仓库里的叉车，大到航天中心的吊装火箭的起重机械，建筑工地上随处可见的塔式起重机，港口码头的大型龙门吊，起重机的身影无处不在。 正是由于起重机使用的普遍性，起重机设计制造具有很强的应用性。据数据显示，仅工程起重机一项，全球的年销售额就有75亿美元，但是这些大多是由欧美企业垄断。 近些年来，伴随着我国固定资产投资的飞速增长、基础设施建设和大型项目的不断上马，使得我国工程机械行业获得了空前的发展，也受到了人们越来越多的关注。我国的起重机制造商与欧美的竞争对手相比在技术上还存在着差距，在产业链条，产品结构方面也存在着一定的劣势，但这并非遥不可及。更主要的是，我国在这一领域从未放弃过自主研发，而且已经具备了相当大的产业规模，创造了几个蜚声全球的知名品牌。 起重机属于典型的机械产品，根据其使用环境的不同，起重机的设计又具有不同特性，作为毕业设计的选题不仅可以检验自己的机械专业能力还可以考察创新创造能力。 二、课题关键问题及难点： 起升机构包括了吊具，卷筒，减速器，制动器，电机等多方面，在设计时，可能难以处理的问题有下面几个方面： 1.减速器和电机，卷筒在起重机上的布局 因为三者之间距离的改变会影响到联轴器选用和制动器选用。 2.卷筒设计 我认为卷筒设计是起升机构设计的关键环节，卷筒的壁厚取决于最大起升重量，卷筒的长度由钢丝绳的直径和卷筒节距确定。只有卷筒的选择符合设计要求，才能根据所给的起升速度确定减速器输出端转速和电动机的选择，再由所选电机的输出转速和减速器输出转速确定减速器的传动比，选择合适型号的减速器。 3.制动器的选择 制动器必须能在重物上升时及时使电机输出停止，在重物水平移动时保持起升机构的停止，还要在卸货时及时停车，防止货物受损。 所以制动器是起升机构里重要的安全保障装置，选择是要谨慎。 4.钢丝绳，卷筒等强度载荷的校核 三、文献综述（或调研报告）： 1.起重机概述 起重机是以反复短暂的工作循环方式完成货物装卸或设备安装作业的。一个工作循环包括：取物、货物上升、水平运动、下降、卸载，然后空吊具返回原地。一个工作循环时间一般从几分钟到二三十分钟，其间各机构在不同时刻有短暂的停息时间。 中国古代灌溉农田用的桔是臂架型起重机的雏形。14世纪，西欧出现了人力和畜力驱动的转动臂架型起重机。19世纪前期，出现了桥式起重机；起重机的重要磨损件如轴、齿轮和吊具等开始采用金属材料制造，并开始采用水力驱动。19世纪后期，蒸汽驱动的起重机逐渐取代了水力驱动的起重机。20世纪20年代开始，由于电气工业和内燃机工业迅速发展，以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本形成。 起重机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构和金属结构等。起升机构是起重机的基本工作机构，大多是由吊挂系统和绞车组成，也有通过液压系统升降重物的。运行机构用以纵向水平运移重物或调整起重机的工作位置，一般是由电动机、减速器、制动器和车轮组成。变幅机构只配备在臂架型起重机上，臂架仰起时幅度减小，俯下时幅度增大，分平衡变幅和非平衡变幅两种。回转机构用以使臂架回转，是由驱动装置和回转支承装置组成。金属结构是起重机的骨架，主要承载件如桥架、臂架和门架可为箱形结构或桁架结构，也可为腹板结构，有的可用型钢作为支承梁。 从构造特征看，起重设备一般分为单作用起重设备，桥式类型起重机，和回转类型起重机。本课题设计的门式起重机就是桥式起重机的一种，常见的又桁架式和箱梁式两种。 2.起重机的应用 起重机械是现代工业生产中不可缺少的设备，被广泛的应用于各种物料的起重、运输、装卸、安装和人员输送中，从而大大减轻了体力劳动强度，提高了劳动生产率。 在现代建筑工程中，起重机成立标志性装备。纽约的帝国大厦可以在短短的400余天建成，并且在随后的几十年里保持世界最高建筑的头衔，起重机械功不可没；2006年德国世界杯场地建设，整个工作场地分为几个工作区域，划分的原则就是起重机械的工作覆盖范围，将整个工地都置于起重机械的工作范围内，大大提高建设速度和场地利用率。在中国，三峡大坝的建筑现场，最显眼的施工设备就是那些巨大的塔吊，它们日夜不停地忙碌着，为这个巨大的水利工程能够早日造福社会提供强有力的保障。 不仅仅在建筑工地上活跃着起重机的身影，港口、机场、车站或者各种各样的工厂车间，都有起重设备在工作。如果没有起重机的参与，那些巨大的港口可能会瘫痪，带来的经济损失或许不会小于金融危机的冲击。 3.起重机的发展现状及趋势 目前，国内专业生产大型起重机的厂家很多。其中以中联重科、三一重工、抚挖等公司产品系列较全，市场占有率较高。中联重科在2007年12月宣布实行品牌统一战略后。现已成功开发了50t~600t履带式起重机产品系列。作为中国起重机行业的领跑者，徐州重型机械有限公司现在已经形成了以汽车起重机为主导，履带式起重机和全路面起重机为侧翼强势推进的庞大型谱群。国内最具历史的履带式起重机生产企业抚挖现已拥有35t~350t的履带式起重机产品系列。QUY350是抚挖2007年推出的国产首台350t履带式起重机，填补了国内350t履带式起重机的产品型谱空白。 目前，国外专业生产大型起重机厂家很多。其中利勃海尔、特雷克斯-德马格、马尼托瓦克与神钢等公司产品系列较全， 市场占有率较高。利勃海尔公司的产品技术先进、工作可靠，其生产的LR系列履带起重机最大起重量已达1200t。其桁架臂履带式起重机系列在2007年又喜添新品LR1600/2，使其产品型谱更加完善。 未来的一段时间内，起重机的发展趋势包括以下几个方面： （1）起重机的大型化。近年来，火电发电机组的功率不断增大，由以前的30万KW为主转为60万KW乃至100万KW 为主，对起重机的吨位需求增大。由于美国核电技术的推广应用，使大件吊装量大幅增加催生了大型起重机市场的需求。大型石化项目，同样需求大吨位的大型起重机特别是履带式起重机。 （2）创新设计。开展对起重机传动型式创新、结构构造创新和功能原理创新等方面理论及技术基础研究，为此着重研究新材料、新工艺、新的传动装置，从而通过对不同设计方案的优选、分解和组合来产生新的设计方案，不断推出创新设计成果。 （3）核心技术化。各大知名企业均具有其独特的核心技术，并不断创新，努力保持在同行业内的领先地位。现在各大公司均大力研究开发自己的核心技术，以不断提升自己的产品档次和竞争能力。 （4）模块化和组合化。极短交货期的市场需求要求开展基于网络的协同异地设计技术、并行工程技术研究，这样可以缩短产品的开发周期。用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。 （5）大吨位的自拆装系统。履带起重机体太笨重在公路上无法自由行走，必须拆卸才可运输，到达工作地点后再进行组装，需要辅助吊车。为减少或不用辅助吊车，节省施工费用，因此研制自拆装系统势在必行。（6）混合型起重机。履带起重机和轮式起重机各有利弊，将两者取长补短后，混合型起重机应运而生，这也是起重机新型式的大胆尝试与突破。它集履带起重机桁架臂大起重量、大作业空间的优势和轮式起重机的机动灵活优势于一体，主要用于大型起重机。 4.结语 我们已经看到世界上工业发达国家已经开始进入新的技术革命时代。我国目前仍然处在设计、生产周期化阶段，起点低、设备落后，相对发达国家落后20年左右。如果我国能从国外工业发展中得到启示，将可加快我国起重机械工业的发展。 [1] 胡宗武 汪西应 汪春生.起重机设计与实例[M]. 北京：机械工业出版社，2009.6. [2] Aviad Shapira, M. Asce, Gunnar Lucko 等. Cranes for building construction project.[J] Journal of construction engineering and management. 2007, 690-700. [3] 陈道南 盛汉中.起重机课程设计[M].北京：冶金工业出版社,1993． [4] 《起重机设计手册》编写组．起重机设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1980． [5] 刘毅.浅谈门式起重机的稳定性设计[J]. 机电技术，2009（2）：89-91. [6] 林贵瑜，史勇.关于起重机发展的几个技术问题[J].建设机械技术与管理,2006,12. [7] 王凤萍 等.国内外履带式起重机现状及发展趋势[J].工程机械,2006,4. [8] 张守谦 郑建荣 黄凯.门式起重机参数化建模与仿真[J].机械过程与自动化，2009（4）：28-30 [9] 张耀辉 王字 赵存宝.600 t液压起升门式起重机[J]起重运输机械,2009(9):53-55 [10] 张质文 等.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社,1998 [11] 中国国家标准.起重机设计规范（GB3811-83）.北京：中国标准出版社,1984 [12] 倪庆兴，王焕勇．起重机械[M]．上海：上海交通大学出版社，1990．

四、方案（设计方案、或研究方案、研制方案）论证： 概述： 设计参数： 起重量Q=40t；起升高度H=10m；跨度L=30m； 有效悬臂左8m，右8m； 起升速度v＝10m/min； 小车运行速度vc=45m/min； 大车运行速度v=42m/min； 整机工作级别均A5； 机构工作级别M5； 1.吊具选择 采用单吊钩形式，吊钩根据起重量CP=40t，机构工作级别M5选用吊钩M32。根据吊钩号，选择下滑轮组，预估下滑轮组质量932KG。 2.钢丝绳选择 钢丝绳是有很细的强度很高的钢丝，按一定的螺距绕成股，再由股绕成绳。 钢丝绳根据其芯材料不同，分为 （1）钢丝。钢丝绳起到承受载荷的作用，其性能主要由钢丝决定。钢丝是碳素钢或合金钢通过冷拉或冷轧而成的圆形（或异形）丝材，具有很高的强度和韧性，并根据使用环境条件不同对钢丝进行表面处理。 （2）纤维芯。它是用来增加钢丝绳弹性和韧性、润滑铜丝、减轻摩擦，提高使用寿命的。常用绳芯有机纤维（如麻、棉）、合成纤维、石棉芯（高温条件）或软金属等材料。 在作为中小型起重机起升机构使用时，纤维芯钢丝绳在抗拉强度和破断力方面可以满足使用需求，并且起重机在运送物料时需要卷绕，因此选用纤维芯钢丝绳，以增加使用寿命，减少更换次数。 3.卷筒选择 起升机构的卷筒是用来卷绕并储存起升绳的。在批量生产的通用中小型起重机中多用铸铁制造的卷筒，一般采用单层卷绕。 单层卷绕卷筒表面切有弧形断面的螺旋槽，以增大钢丝绳与筒体的接触面积，并使钢丝绳在卷筒上缠绕的位置固定，以避免相邻钢丝绳互相摩擦影响寿命。根据任务设计要求采用单层卷绕式的钢丝绳铸造卷筒。 4.电动机选择 我国起重机采用专用的直流和交流电动机。直流电动机的主要优点是调速范围大、过载能力强、平滑的调速特性和较大的起动、制动转矩。工作电压为220 V 和440 V。但存在设备费用高、体积大和需要专用的供电电源等缺点, 少数冶金起重机和要求在较大范围内平稳调速的传动机构采用直流电机。 电动机机械部分的强度和刚度设计的足够大，所以电动机的选择主要是电动机热容量的选择。因为起升机构属于断续周期工作，起升机构电机可认为是S3工作制。。在起重机械中, 一般采用三相交流感应电动机和锥形转子电动机, 其工作电压为220 V/ 380 V 和500V。根据机构工作级别，一般选择JZR2 、YZR、JZRH型3相交流电机。 笼式感应电动机的优点是构造简单, 操纵方便, 有较高的转差率, 适用于直接启动, 价格也便宜, 缺点是启动电流大(达额定电流的4～6 倍)和不能承受较多的起动次数。作为起升机构用电机，需要频繁起动，因此笼式电机不适合选用。 绕线式感应电动机使用的最多。因为这种电动机的转子电路可以外接起动电阻实现起动调速, 起动平稳、起动电流通常不超过额定电流的2～215倍, 且有较高的过载能力。所以这次选用这种电动机。 5.减速器选择 减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。 在机构设计中，应尽可能选择由减速器制造厂供货的标准减速器，起重机减速器分为ZQA型和QJ型两大类，其中QJ型又分为带底座型和三支点支承型（下图）两种。 QJ系列减速器减速比范围宽，机械传动效率高，运转平稳，噪音低，使用寿命长，承载能力高，易于拆检，易于安装。这里选用QJ系列标准减速器。 6.制动器选择 制动器是起升机构不可缺少的安全装置，而且要安装在高速轴与卷筒刚性联系的位置。 一般起重机常用的减速器有盘式和瓦块式两种。因为盘式制动器是以平面的摩擦块双向压到制动盘上产生制动力，制动摩擦力合摩擦受损均匀，更换也方便，所以这里选用盘式制动器。 7.联轴器选择 联轴器是将两个独立的传动部件联系起来，如电动机输出轴和减速器输入轴的连接，减速器输出轴与卷筒轴的连接等。对这些联轴器的要求，除了能有足够的传递转矩能力外，还有两个重要的附加要求：一是安装方便，要求不挪动设备的情况下可以拆卸；二是有一定的径向、轴向和角度向的补偿能力，因为机构的底座制造有误差，或发生了变形，使的这种补偿非常必要。 在电动机输出轴与减速器高速轴之间，选用梅花形弹性联轴器，因为电机输出转速高，具有冲击和振动，这种类型的联轴器有缓冲减振的作用，另外还有转动惯量小，补偿能力好的优点。 减速器低速轴有卷筒间有较大的转矩，如使用普通齿轮联轴器，尺寸会很大，因此，可以选用近年来设计的卷筒专用齿形联轴器。 五、进度安排： 起止日期 2010.3.1-2010.3.14 工作内容 阅读文献，消化吸收，撰写开题报告 2010.3.15-2010.3.21 开题报告答辩；同时提交英文翻译 2010.3.22-2010.4.11 完成设计计算 2010.4.12-2010.5.2 修正设计计算书，进行并完成装配图绘制 2010.5.3-2010.5.23 进行并完成零件图绘制 2010.5.24-2010.5.30 整理图纸和计算说明书， 2010.5.31-2010.6.13 撰写毕业设计论文，准备答辩 六、指导教师意见： 签名： 年 月 日 七、开题审查小组意见： 签名： 年 月 日

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