龙门起重机 小车运行机构设计 说明书

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

第1章 绪 论

1.1 概 述

起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。又称

吊车。属于物料搬运机械。起重机的工作特点是做间歇性运动，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的。 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。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，它们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。

起重机是减轻笨重的体力劳动、提高工作效率、实现安全生产的起重运输设备。在国民经济各部门的物质生产和物资流通中，起重机作为关键的工艺设备或主要的辅助机械，应用十分广泛。

图1.1 双悬臂集装箱龙门起重机

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

图1.2 无悬臂集装箱龙门起重机

长期以来，龙门起重机仅小车运行机构采用交流驱动，近年来，起升机构和大车运行也相继采用了交流驱动技术，这样减少了维护和修理费，降低了营运成本。最近日本三井公司成功地采用了交流变频调速装置，解决了起升机构位势负载和车轮支承压力变化导致车轮转速变化的关键技术，达到了集装箱堆场作业的使用要求。德国派纳公司将其在自动控制领域所拥有的丰富经验成功地应用在大型轨道吊上,满足了现代化集装箱堆场对自动化控制的需要。

1.2 集装箱龙门起重机的分类和特点

1.2.1 集装箱龙门起重机的分类

集装箱龙门起重机是用于集装箱堆场的车辆装卸、集装箱的堆码、拆垛和转运的专用机械。集装箱龙门起重机分为轮胎式集装箱龙门起重机和轨道式集装箱龙门起重机。

1.2.3 轨道式集装箱龙门起重机的特点

轨道式集装箱龙门起重机是集装箱码头货场进行装卸、堆码集装箱的专用机械。它由两片双悬臂的门架组成，两侧门腿用下横梁连接，两侧悬臂用上横梁连接，门架通过大车运行机构在地面铺设的轨道上行走。在港口多采用双梁箱型焊接结构的轨道式集装箱龙门起重机，个别采用L型单梁箱型焊接结构。在集装箱专用码头上，岸边集装箱起重机将集装箱从船上卸到码头前沿的拖挂车上，拖到堆场，用轨道式集装箱龙门起重机进行装卸堆码作业，或者相反。轨道式集装箱龙门起重机结构较为简单，操作容易，维修方便，有利于实现自动化控制。

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

1.3设计目的

现代轨道式集装箱龙门起重机设计是在学完起重机械课程之后的一个重要实践性教学环节。其目的在于通过轨道式集装箱龙门起重机设计，使学生在拟订传动结构方案、结构设计和装配、制造工艺以及零件设计计算、机械制图和编写技术文件等方面得到综合训练；并对已经学过的基本知识、基本理论和基本技能进行综合运用，从而培养学生具有结构分析和结构设计的初步能力。

1.4 主要技术参数

1.5 设计内容

1.小车运行支承机构设计计算：通过设计技术参数确定小车的传动方式并对小车运行的轨道进行选型验算，在轨道选型时，优先考虑起重机专用轨道。 2.小车运行驱动机构设计计算：电动机、减速器、制动器的设计计算。

根据本课题起重小车的工作特性，考虑采用分别驱动的方式且采用起重机专用交流电驱动，选择能够与电动机组成“三合一”形式的QS减速器。由于起重小车起动、停止频繁并且在吊装集装箱时要求动作平稳，因此在选择制动器时要考虑工作可靠性、寿命、体积和重量等因素。 3.辅助安全装置的设计计算。

由于小车质量及起重量较大，因此在缓冲器的选型上优先考虑液压缓冲器，实现小车的平稳停止。 4.小车架的布置设计

因为龙门起重机的起升机构，运行机构都安装在小车架上，因此机构在小车架上的布置形式需要充分的利用小车架的空间，进行优化设计。

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

第2章 小车运行支承机构的设计计算

2.1确定机构的传动方案

小车主要由起升机构、运行机构和小车架组成。小车运行机构采用四轮全驱的方式进行驱动。图2.1为小车运行机构简图

:

1--电动机 2--制动器 3--立式套装减速器 4--车轮

图2.1 小车运行机构简图

2.2选择车轮与轨道并验算起强度

小车总重为Gxc=38500kg 车轮的最大轮压为：

11

Pmin Gxc Q） 38500 40500） 19750kg

44

=197500N

车轮的最小轮压为：

Pmin

14Gxc

14

38500 9625kg 96250N

载荷率：

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

QGxc

4050038500

1.05 0.9

Q

0.9

由《起重机课程设计》附表17可知，当运行速度v在60~90m/min，Gxc

，工作

类型为重级时，车轮直径Dc=630mm,轨道型号为QU70（凸顶）。根据GB4628-84规定，故初选Dc=630mm。而后校核强度

强度验算：按车轮与轨道为线接几点接触两中情况验算车轮接触强度，车轮踏面的疲劳强度计算载荷；

2Pmax Pmin

33Pc=

线接触局部挤压强度；

1

C

1

2

2 197500 96250

=163750N

Pc' kDlCC 7.2 630 70 0.92 0.8

=233694.72N>Pc

式中K1--许用线接触应力常数（NMM

2

【1】

）《起重机设计手册》,表3-8-6查得K1=7.2；

【2】

--车轮与轨道有效接触强度，对于轨道型号可查《起重机课程设计》附表22查得

l=b=70mm。

C1--转速系数，由《起重机设计手册》

【1】

表3-8-7查得，车轮转速

n

c

V

D

803.14 0.63

40.4r/m

时，C1=0.92

【1】

C2--工作级别系数，由《起重机设计手册》表3-8-8查得工作级别为7级所以C2=0.8

点接触局部挤压强度

Pc'' k2

Rm

23

C1C2

23

=

0.245

4000.42

0.92 0.8 389417.9N Pc

【1】

式中k2--许用点接触应力常数（NMM

K2=0.245；

2

）,由《起重机设计手册》表3-8-6查得

R--曲率半径，车轮和轨道曲率半径的最大值， 车轮半径为曲率半径为r'=400mm。所以R=250

r

r

D2

6302

315

mm。

m--由

R

0.8

确定，《起重机设计手册》

【1】

表3-8-6查得m=0.42

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

所以，通过强度校核，根据以上计算结果 选定直径Dc=630的双轮缘车轮标记为 车轮 SYL—630x210 GB4628—84

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

第 3 章 小车运行驱动机构的设计计算

3.1运行阻力的计算

摩擦阻力矩：

M

m

(Q Gxc)(k

d2

)

式中 --附加阻力系数。与车轮轮缘与轨道的摩擦、轨道的弯曲与不平行性、轨道

【1】

不直以及运转时车轮的摆动等因素有关，查《起重机设计手册》表2-3-4得 1.5；

Gxc、Q--别为起重机小车重量和起重量；

K--滚动摩擦系数（mm），它与车轮和轨道的材料性质、几何尺寸及接触表面情况有关，查《起重机设计手册》【1】表2-3-2得k=0.0008

--车轮轴承摩擦系数，查《起重机设计手册》

【1】

表2-3-2查得μ=0.015

d--轴承内径（mm），d=0.18,

把以上数据带入上式得当满载时的运行阻力矩： Mm(Q=Q)=

1.5(40500 38500)(0.0008 0.015

0.182)

=871kg.m=8710Nm

Mm(Q Q)

P m（Q Q）

Dc

87100.315

2

=27650.8N

式中DC为车轮直径 当无载时

Mm(Q 0) Gxc(k

d2) 0.182

38500 (0.0008 0.015 ) 1.5

=124.16kg·m=1241.6N·m

Pm(Q 0)

Mm(Q 0)

Dc

2

1241.60.315

3941.59N

小车满载运行时静阻力：由于集装箱龙门起重机为室外起重机，所以需考虑风载和坡道阻力。

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

满载运行时：

Pj=Pm(Q=Q)+Pα+Pw=27650.8＋1580＋4825.44=34056.24N Pα——坡道阻力

Pα=（Gxc+Q)mc=(405000+385000)×0.002=1580N

【2】

mc--坡道阻力系数，由《港口起重机械》表5-9查得mc=0.002

Pw——风载荷

Pw=CKhPIA=1.2×1×90×44.68=4825.44N

【2】C--风力系数，由《港口起重机械》表2-7查得C=1.2

Kh--风压高度变化系数，Kh=1

PI--计算风压，PI=0.6PⅡ=0.6×150=90N/m2

PⅡ--Ⅱ类载荷计算风压，因本设计龙门起重机在内河工作，所以PⅡ=150N/m2 A--起重小车与物品总迎风面积 A=28.68+16=44.68㎡

40尺集装箱最大迎风面积：12.02×2.386=28.68㎡ 小车最大迎风面积：16×1=16㎡

3.2选择电动机

电动机的静功率

Nj

PjVxc

60 1000 m

34065.24 8060 1000 0.95 4

＝11.95kw

Pj--小车满载运行时的静阻力, Pj Pm(Q Q) Vxc--小车运行速度, V=80m/min;

xc

η--小车运行机构传动效率,η=0.95 m--驱动电动机台数,m=4

初选电动机功率：

Nj' kdNj 1.3 11.95 15.54kw

kd

--电动机起动时为克服惯性的功率增大系数,对于室外工作的龙门起重机运行机构

【1】查《起重机设计手册》，kd=1.1~1.3（对应速度为30m/min ~180m/min）。所以取kd=1.3。【1】查《起重机设计手册》表33-6,电动机产品目录选择JZR2-42-8型电动机,JC%=25时，

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

功率Ne=16.0kw,转速n1=715r/min,转子飞轮矩(GD)d 1.465kg·㎡，电机质量=260kg 按等效功率法求得，当JC%=25时，所需等效功率为：

Nx k25rNj' 0.83 1.2 15.54 15.47 Ne

2

k25

--工作类型系数，由《起重机设计手册（80版）》[3]表33-6查得k25=0.85；

[3]

--由《起重机设计手册（80版）》图8-25查得 1.2。

3.3选择减速器

Vc

803.14 0.6371540.4

nc

车轮转速：

DC

40.4r/m

i0

n1nc

17.6

机构传动比：

【1】

查《起重机设计手册》表3-10-15，选用QS16型号减速器,i' 18，许用功率p=45.267kw，

配合联轴器型号为ML5，联轴器转矩(GD)

2

l

0.73。

因为表中数据是工作级别为M6时的许用功率，因此须进行工作级别这算。

PMi PM6 1.12

(6 i)

45.267 1.12

1

PM7 PM6 1.12

(6 7)

=40.42kw

减速器输入功率：

PN

1(Pj(Q Q) Pg)Vxcm

1000 60

(34056.24 33022) 804 1000 60 0.95

23.53kw PM7

m--运行机构中减速器台数m=4

Pj(Q Q)Pg

：稳态运行阻力

--运行起动时的惯性阻力

(PGxc PQ)

g

axc

Pg

1.1 (40500 38500) 0.41 33022N

--机构中旋转质量的惯性力增大系数1.1~1.3 axc

--运行机构平均加速度

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

3.4 起动时间验算

电动机起动时间：

tq

n1

38.2(mM

q

Mj)

[mc(GD)

2

(Q Gxc)Dc

i'

2

2

]

m--驱动电动机台数，m=4

M

q

--平均起动力矩，

1.5M

1.5 9550

Nen1

320.57Nm

M

qe

M

j（Q Q）

--满载时静阻力矩

Pj（Q Q）Dc

2i'

627.35Nm

M

j（Q Q）

估计机构总飞轮转矩：

C(GD) C[(GD)d (GD)Z (GD)l]

2

2

2

2

=1.15（1.456＋0.2＋0.73）=2.74kg·m

tq

715

38.2(4 320.37 627.35)

[4 2.74

(38500 40500) 0.63

18 0.95

2

2

]

=3.16s

由《起重机设计手册（80版）》[3]查得，当Vxc=1.33≥1m/s时，[tq]推荐值为3~3.7s

平均加速度：

80

axc

Vxctq(Q Q)

260

0.41m/s3.16

由《起重机设计手册》【1】表1-3-7，查得[axc]推荐值为0.33~0.43m/s²

3.5 验算运行机构速度和实际所需功率

实际运行速度：

Vxc'

n Dc60i

715 3.14 0.63

60 18

1.8m/s 78m/min

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

误差：

Vxc Vxc'Vxc

100%

80 7880

100% 2.5% 15%

合适实际所需电动机等效功率

Nx' Nx

Vxc'Vxc

15.47

7880

15.08kw Ne

3.6电动机发热验算

电动机发热验算：

PS G

PjVxc'1000m 60

【2】

G--稳态负载平均系数，由《港口起重机械》表4-8查得，G=G2=0.8

Pj

--稳态运行阻力

34056.24 781000 4 0.95 60

11.65kw Nj'

PS 0.8

所以电动机发热验算通过

3.7电动机过载验算

电动机过载验算：

PN

1m as

(

Pj Vxc'60 1000

Jn

2

91280tq

)

as

--相对于PN平均起动转矩倍数，由《起重机设计手册（80版）》[3]表33-6 查得 as=1.7

n--电动机额定转速

Pj

--稳态运行阻力，风阻力按工作状态最大计算风压PⅡ计算。

Pj Pm P P 27650.8 1580 8042.4

=37273.2N

Pm Pm（Q Q)

P P （Q Q)

P CKhP A 1.2 1 150 44.68 8042.4N

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

P

【2】

--由《港口起重机械》表2-4，内河Ⅱ计算风压为150N/㎡ --总转矩

2

J

J mc(GD)

(PG PQ)DC

4gi

2

2

2

4 2.74

(405000 385000) 0.63

4 10 18 0.95

2

=36.43

PN

1m as

1

(

Pj Vxc'60 1000

Jn

2

91280tq

)

J 715

2

4 1.71000 0.95 60

(

37273.2 78

91280 2.93

)

=10.34kw

PN

电动机过载验算通过。

所以，所选电动机和减速器均合适

3.8选择制动器

选择制动器：因为龙门起重机在室外使用，所以考虑满载、顺风、下坡的工况。 制动转矩计算：

满载、顺风、下坡时制动转矩

M

z

1m'

(Mj' Mg)

m'--制动器台数，m'=4

Mj'

--换算到制动器轴上的静转矩

（P P Pml）Dxc Mj' 98.47Nm

2i

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

(PQ PGxc)( Pml

Dxc2

790000 (0.0015

0.182

0.0008)

3699.21N

d2

k)

0.632

Pml

--不计附加摩擦的满载摩擦 --风阻力，按P 算

98.47Nm

P

P 1.2 1 150 44.68 8042.4N

Mj'

(1580 8042.4 3699.21) 0.63 0.95

2 18

M

g

--换算到制动器轴上的惯性阻力矩

n J'9.55tz

715 33.89.55 4

2

M

g

632.65Nm

2

J': J' m'c(GD)

(PQ PGxc)Dc

4 g i

2

33.8

tz

--制动时间，推荐值为3~4s，取4s。

z

M

14

(98.47 632.65) 182.78Nm

【1】

由《起重机设计手册》表3-7-17选用YWZ5-200/23,[Mz]=112~224Nm,制动轮直径200mm，

转动惯量（GD2）=0.2kg·m²

3.9制动时间验算

满载、顺风、下坡工况

tzmax 3.91s

n1 J'

9.55(m'M

z

Mj')

715 33.08

9.55(4 182.78 98.47)

起重小车许用最长制动时间[tzmax]≤3~4s，所以满载、顺风、下坡工况制动时间通过。

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

空载、无风、无坡工况

tzmin

n1 J''

9.55(m'M

z

M

)m2

[tzmin]

M

m2

--不计附加摩擦的空载摩擦阻力矩

PGxc(

d2i k)

21.84Nm

M

m2

22.16

J'': J'' cm'(GD)

2

PGxcDC 4gi

2

2

2.2s

tzmin

715 22.16

9.55(4 182.78 21.84)

起重小车许用最短制动时间[tzmin]≥1~1.5s，所以空载、无风、无坡工况制动时间通过。

3.10验算起动不打滑条件

空载工况时起动打滑验算

(

k

dDC

)Pmin

2i Dc

[M

q

2c(GD)i

Dc

2

axc]

Pmin

--主动轮最小轮压

--车轮与轨道之间的黏着系数，室外工作的起重机 =0.12，为以防打滑，在轨道撒

沙增大粘着系数，所以 =0.25

k--黏着安全系数，室外起重机k=1.02~1.05，取 k=1.02

(

k

d

DC

)Pmin (

0.251.02

2

0.015 180

630

) 96250 24062.5Nm

2i Dc

[M

q

2c(GD)i

Dc

axc] 2 18 0.95 [320.57 2 2.74 18 0.41] 13491.29Nm

0.63

0.63

所以，起动打滑验算通过

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

3.11验算制动不打滑条件

小车制动不打滑条件：

(

k'

dDc

)Pmin

2i

Dc

[M

z

2c(GD)i

Dc

2

az]

k'--制动时黏着安全系数，k'=1.2 az

--平均制动减速度

Vxc'tzmin d

Dc

az

k'

782.2 60

0.121.2

2

0.59m/s

0.015 180

630

2

) 96250 9625Nm

(

)Pmin (

2i

Dc

[M

z

2c(GD)i

Dc

az]2 2.74 18

0.63

0.59]

2 180.95 0.63

[182.78

5437.56Nm

所以，制动打滑验算通过。

以上飞轮矩估计制动轮和联轴器的飞轮矩

（GD)Z (GD)l 0.93kg m

2

2

2

与估计值相符所以不需要修改

3.12选择联轴器

因选用“三合一”组合形式的减速器，所以在确定减速器型号时，联轴器型号已经确定，且四个车轮为分别驱动方式，不需要浮动轴连接。

根据《起重机设计手册（80版）》[4]表3-10-17查得，QS16型号减速器确定的输入端联轴器型号为ML5联轴器，Y型轴孔，A型键槽，d=40mm，l=112mm，转动惯量（GD2）=0.73kg·m²。《起重机设计手册（80版）》[3]表3-10-18查得QS16型减速器输出轴花键副型号为INT/EXT 35Z×3m×30p×6H/6h。

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

3.13选择缓冲器

碰撞瞬时动能：

Ek

12mv0

2

Ek

——碰撞动能

——碰撞瞬时速度。小车取额定运行速度v0 Vxc

12

m——碰撞物的质量。起升载荷能够自由摆动时，不考虑起升载荷的质量在内。m=Gxc

v0

Ek

38500 1.3 32532.5N m

2

缓冲行程内由运行阻力和制动力消耗的功：

W0 (FS Fm)SW0FS

——消耗功

——制动器的制动力换算到车轮踏面上的力。可按最大制动减速度计算。

2

FS m[a制]max 38500 0.55 21175N

[a制]max

——最大制动减速度，

[a制]max 0.55m/s

Fm

——运行阻力，其最小值为：Fmmin mgf0min，

其中f0min为最小摩擦阻力系数，取f0min=0.008

Fmmin mgf

0min

38500 10 0.008 3080N

S：缓冲行程，取S=150mm=0.15m

W0 (FS Fm)S (21175 3080) 0.15 3728.25N m

缓冲容量：

W

Ek W0

n

Wn

——缓冲器的计算容量 ——一侧缓冲器数量，n=2

Ek W0

n

32532.5-3728.25

2 1000

28.8kN m

W

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

【4】

由于缓冲容量大，小车工作频率高，根据《港口起重运输机械设计手册》表3-1-8.7，

选用HYG30-150型号缓冲器，缓冲容量30kN m，缓冲行程150mm，质量40kg。

3.14 选择锚定装置

【4】因本次设计集装箱龙门起重机工作场地在内河，根据《港口起重运输机械设计手册》，

在小车架左右两端各设置一个锚定装置防止小车在非工作状态时自行滑动。

3.15选择行程限位器

选用接触式行程限位器，行程开关装在桥架端部，碰杆装在小车架上。

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

第 4 章 Auto绘 图

4.1 AutoCAD工作界面

直接单击新建命令进入工作界面，如图3.1所示

图3.1

起重量40.5吨龙门起重机小车运行机构毕业设计

4.2 AutoCAD绘图界面

这里我们主要用到的绘图界面如下图3.2所示：

图3.2

1.标题栏

主要用于显示软件版本、当前模块、文件名和当前部件修改状态等信息 2.主菜单

包括了软件的主要功能命令，其中包括：“文件”菜单、“编辑”菜单、“视图”菜单、“插入”菜单、“格式”菜单、“工具”菜单、“窗口”菜单、“帮助”菜单等。在不同的模块环境下主菜单命令项可能会有所不同。 3.提示栏

用来提示用户如何操作，执行每一步命令时系统都会在提示栏显示如何进行下一步操作。 4.工具栏

用来显示工具命令，并且每个命令都有形象化的图标表示出该命令的功能。 5.工作图区

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/yq2m.html