【门式起重机起升机构的设计8700字（论文）】

·1·PAGE1门式起重机起升机构的设计摘要在本论文的设计中，以MG吊钩型门式起重机作为研究对象，首先对门式起重机设备课题的研究背景及相关市场应用等方面进行了相关的调研分析，结合国内外市场及研究相关问题，综合门式起重机的研究意义及目的。门式起重机主要包括有门架的前后运行、小车的左右运行、起升机构的升降运动等，从而实现对物料的吊装搬运工作。本论文针对门式起重机设备的特性与特点，在掌握了其工作原理及工作性能的特点后，针对其起升机构进行了详细的研究及设计及其相关参数进行相关的设计。在本论文中，首先确定了45吨双梁门式起重机各项技术参数，针对起升机构的工作要求，对其起升零部件进行力学的相关计算，完成钢丝绳、滑轮、卷筒等零部件的选型。更近一步的，对门式起重机起升机构的驱动系统进行相关的计算并完成各驱动装置的选型，其中，包括有驱动电机、减速器、制动器、联轴器等驱动传动结构。关键词：起升机构、参数计算、驱动设计目录摘要 I引言 11绪论 21.1门式起重机设备研究现状 21.2门式起重机设备简介 31.3起重设备发展方向及意义 42门式起重机参数计算及设计 62.1门式起重机工作原理 62.2MG型起重机设计参数 73起重机构的计算 83.1主起升机构参数 83.2钢丝绳的设计及选型 83.3滑轮、卷筒计算选型 104起重系统驱动设计 134.1电机计算选型 134.2减速器计算选型 134.3制动器计算选型 154.4联轴器计算选型 16结论 17参考文献 18引言门式起重机作为工业生产中最常用的起重设备，用以实现货物的吊装搬运工作，在各个领域中起到了重要的作用。门式起重机在结构的组成上，设置有主梁结构与其支撑的支脚结构，具有轨道运行的机构，同时还可以设置有外伸悬臂梁，用于实现吊装及搬运功能。随着科学技术的发展，其技术水平不断提高，工作能力也得到了进一步的提高，在工业生产及制造中的作用也也来越高。在未来，门式起重机设备的应用也将不断的进行拓展，设备的加工制造也将向着多功能、自动化的方向不断发展。门式起重机主要包括有门架的前后运行、小车的左右运行、起升机构的升降运动等，从而实现对物料的吊装搬运工作。在本论文中，选择了MG吊钩型门式起重机作为研究对象，针对其起升结构进行了相关的研究计算及设计。在本论文的设计中，首先对门式起重机设备课题的研究背景及相关市场应用等方面进行了相关的调研分析，结合国内外市场及研究相关问题，综合门式起重机的研究意义及目的。结合大学专业所学的知识与内容，认真研究和分析门式起重机设备的特性与特点，学习相关专业知识。根据自己学习到的知识，对其起升结构及其相关参数进行相关的设计。论文主要包括有以下部分的内容：1、确定45吨双梁门式起重机各项技术参数，针对起升机构的参数，对其起升零部件进行力学的相关计算，完成钢丝绳、滑轮、卷筒等零部件的选型。2、对门式起重机起升机构的驱动系统进行相关的计算并完成各驱动装置的选型，其中，包括有驱动电机、减速器、制动器、联轴器等驱动传动结构。

1绪论1.1门式起重机设备研究现状门式起重机作为工业生产中最常用的起重设备，适用于各类的工作场合中，其工作原理一般通过采用支腿支承的结构形式，通过小车及轨道的运行，完成对货物的起升及搬运工作，特别适用于码头、堆场、造船台等露天的工作环境中。门式起重机作为起重设备的一种，根据不同的结构类型，也分为不同类型的机型，如包括有轨道式龙门起重机、轮胎式龙门起重机、岸边集装箱起重机、桥式抓斗卸船机等各种类型，其工作原理大致相同，且均具有以下的工作特点：运行速度快、工作距离长、性能稳定可靠、生产效率高等优点。起重设备其主要功能就是实现对货物的升降及搬运工作，以机械设备取代人工作业的工作方式，实现货物在特定工作范围内的水平或垂直方向的移动。自工业革命后，机械等电气设备开始初步的进入到了工业的生产制造中，特别在90年代后，重工以及造船等工业进入到了一个蓬勃发展的时期，在早期，工业船舶的规模较小，制造水平较低，其吨位大约仅在几万吨左右，随着科技及制造水平的提高，工业船舶的生产制造水平也得以提高，各大生产厂家其生产能力也从十几万吨逐渐的向着上百万吨的制造水平上发展，且生产产量也在不断扩大。伴随着工业船舶生产能力的提高，也为相关的其他产业的发展提供了一定的契机，特别是大型造船门式起重机设备，也随之进入到了一个高速发展的时期。在国内，涌现了一批又一批的船舶制造企业，其中不乏有大型国有及民营企业，如中船重工、青岛海西湾、舟山金海湾、靖江新时代、太平洋集团等多家企业。船舶的发展规模不断扩大的同时，其体型吨位也在不断的提高，大型船舶不断的推入市场且在进一步的提高中。伴随着此发展的契机，门式起重机的发展也随之进入到了一个黄金的阶段，工作要求的不断提高，也对门式起重机的发展提出了新的要求，不仅仅在性能上更加稳定可靠，对提升工作负载、工作速度、工作行程等各个方面的要求也越来越高。在这个飞速发展的时期内，大型门式起重机的提升能力从600t上升到900t，且工作跨度从170米增加到239米，且建造的起重机数量及规模仍然在飞速的増长中。门式起重机作为大型物料的重要搬运设备，在造船领域中起到了重要的作用，随着科学技术的发展，其技术水平不断提高，工作能力也得到了进一步的提高，在工业生产及制造中的作用也也来越高。在未来，门式起重机设备的应用也将不断的进行拓展，设备的加工制造也将向着多功能、自动化的方向不断发展。

1.2门式起重机设备简介门式起重机，在工业的应用中，又常常被称为龙门吊或龙门式起重机，在结构上类型于桥式起重机结构，但属于另外一种类型。港口作为门式起重机设备最常见的工作场合，被广泛的主要在各类物料、散货的搬运工作中。在结构的设计中，其因其外形与门型框架极为相识，因此被称为门式起重机。在结构的组成上，门式起重机设置有主梁结构与其支撑的支脚结构，具有轨道运行的机构，同时还可以设置有外伸悬臂梁，用以实现货物的吊装功能。门式起重机设备历经多年的发展及制造，因其较强的通用性能及适用性，早已形成了规范的加工制造国家标准，如GB/T14406-1993《通用门式起重机》。针对于本论文设计的门式起重机设备，为中型的起重机设备，参考此标准规范，常用起重量10-50t，工作级别包括有A5、A6两种类型。此起重机的小车导电采用软缆导电的形式，而大车采用滑触线或电缆卷筒方式进行控制，对于其操作模式，则提供有三种控制模式，包括有：地面控制、操纵室控制、遥控控制等类型，用户可以根据不同的作业环境进行选择。一般来说，对于起重机设备的控制，常规操作为操纵室控制，设备有操作人员进行人为控制，可以最大程度的实现施工现场的灵活作业。在结构的设计上，本类型的起重机设备桥架采用箱形梁焊接结构，工作行程大，满足吊装搬运的工作要求，适应于多种类型的搬运工作场合，且结构设计稳定可靠，在各机构中均设有安全保护装置。箱体门式起重机在结构的组成上包括有一个由两根箱型主梁以及两根马鞍结构，外部设置有大车运行机构以及相应的连接附属及控制系统设备等等。配置有起重小车装置，安装有滑轮、钢丝绳、吊钩等零件用以实现货物起吊以及搬运功能。在结构的设计上，此类型的箱型双梁起重机设备，零部件结构较少、安装及维护方便、通用性较高等优势，因此在起重设备中，属于比较常见的类型。门式起重机其主要结构采用金属材料制造，其主体为门架结构，安装于地面的运行轨道上，运行时，可以沿轨道方向进行移动作业。门架作为整体设备的安装及运行平台，其外部设备包括有起升机构、小车运行机构、运行导轨以及相关的框架连接装置，用于实现对物料的垂直起吊，并沿门架上的轨道方向进行移动。1.3起重设备发展方向及意义随着工业革命以来，工业技术不断的进行革新与制造，世界各个国家也开始开始重视对设计技术的研究，而在物料的搬运领域中，起重机的设计及制造也得到了良好的一个发展契机。早在60年代开始，各个国家就在起重机设计的领域中投入了大量的人力物力及财力，并创造良好的政策用以鼓励起重机械设备的发展，并不断进行技术创新。德国作为精密设备的制造大国，率先提出了“设计就是科学”的设计理念，鼓励技术革命并带动了制造技术的发展。而美国、日本等国家，也也非常重视设计技术的发展，在新材料、新技术、新工艺等方面上进行整体化的研究，也在起重设备的发展中奠定了一个良好的基础。随着多年的技术革新与发展，各个国家越来越多的创新设计及先进技术也融入到了起重设备的发展制造中，起重设备不论在工作性能、造型设计、安全可靠性等方面，均得到了良好的保证。我国起重机设计的发展起步较晚，且在早期的设计及制造中存在了许多的困难，无法进行自主研发。在最早期，主要通过对国外起重设备进行模仿加工，不断的探索研制新产品，但仅仅通过陈旧的设计经验，起重设备的设计制造水平较低，起重设备也存在着诸多的缺陷。随着更进一步的发展，国内开始对重工机械产品进行了大力的支持与研发，各种新材料、新技术的应用实践，也让起重设备的设计逐渐走向实验研究和计算分析阶段。大约在80年代后期，国内一些大型企业开始重视了国外先进技术的引进及相关的技术合作，其中，包括有起重机设备，才使得技术水平不断的完善与成熟。与此同时，计算机控制技术开始进入到了发展阶段，通过对计算机模拟应用，对起重设备的发展创造了一个有利的条件，通过模拟仿真，大大的缩短了了零部件的生产及加工制造周期，同时对结构进行更进一步的优化。而随着单片机、plc等控制技术的开发应用，也对起重机研究设计起了很大的推动作用，也使得起重设备朝着自动化、智能化的方向不断发展。目前，起重机设备的研发制造仍存在一定的不足之处，可以从以下的方面进行不断的优化改进，从而提高门式起重机设备的核心竞争力。1）设备整体进行降本增效，通过降低设计、采购和制造成本，降低产品价格，从而提高其市场竞争力。对于重工类的机械产品设计，设计成本以及人工成本作为关键的核心问题，可以通过现代化的设计技术以及计算机辅助系统等对成本进行估算分析，从而实现设计及人工成本的优化。而机械设备的零部件通过各类材料构成，降低原材物料采购成本的同时，采用现代化的加工工艺，也可大大的降低产品的制造最终成本。2）结合现代化的计算机技术，对起重设备整体进行优化设计。三维建模及仿真软件作为现代化设计中最常见的辅助工具，如CAD、有限元等设计软件，在结构设计中起到了不可忽视的作用。计算机辅助技术的应用，实现了对大型复杂起重机产品的方案评审、机构动作原理审查、结构干涉检查等功能，为设计优化提供了最为直观的解决方案。同时，智能化仿真技术，更实现了真实方便的输入输出系统，同时设计流程方便且灵活，适用于各种类型的客户需求。3)自动化控制技术，人工智能概念的发展，使得人的劳动力从辛苦的劳作中解放出来，各类设备的控制逐渐被计算机所代替。典型的计算机控制方案主要包括有单片机控制以及PLC控制两种类型，且控制精度也随着技术的发展而提高。现代化的控制系统，不仅仅完成基础的指令控制，更能自主的完成操作指令的自分析、自调整、自纠错的智能化功能，而将电气控制技术与传统的起重机设备进行融合，也将是未来起重机设备的一个重要研究方向。随着科学技术水平的不断提高，门式起重机设备也得紧随着市场的需求，满足各类应用环境，不断的更新换代以适应市场要求。随着各个领域技术的不断提高，各种复合型材料，金属材料性能的不断提高，机械加工方法的不断改进优化，也带动了我国整体起重机设备研发技术的飞跃发展。随着世界经济的不断发展，传统制造工业也在复苏，门式起重机设备的设计制造今后也必然有一个良好的发展空间。目前，我国门式起重机设备技术设计水平也在不断的提高，同时，国产化制造量也在不断增长，中国正在向着世界起重设备制造强国的方向稳步前进。中国现阶段起重设备的发展制造，也需要认清市场的发展趋势，认准发展方向，大力推进，才能在起重机设备的制造领域中占据一定的市场。然而目前我国门式起重机设备的加工制造水平仍相对落后于其他发达国家。材料质量水平落后，加工工艺方法的落后，而且焊接、检验方法技术上的不足，使得国产门式起重机设备的整体质量仍落后于其他国家。因此，国家政府及相关单位仍需加大对起重机械技术的重视，为起重机械的发展创造最有利的条件。在起重机设备的设计研发上吗，我国需迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行系统的规划设计，推进标准化工作的制定，实现模块通用化的功能。2门式起重机参数计算及设计2.1门式起重机工作原理箱体双梁门式起重机在结构上由一根箱型主梁和两根马鞍构成，主体结构上安装有起吊机构及运行结构以及相关的控制附属设备。一般起升结构安装于门架结构上，用以实现物料的吊运工作。箱型双梁结构结构简单，加工零件少，稳定可靠，且后期的安装检修方便，制造成本也较低，因此在起重设备中较为常用。门式起重机其主要的结构大多采用金属材料制造，各运行机构运行在特定的工作轨道上，沿轨道方向进行直线运动。其运行结构，主要组成部分包括有主、副起升机构、小车运行机构和小车架等装置，可以带着吊起的物品沿门架上的轨道方向进行直线运动。在空间的运动上，门式起重机主要包括有门架的前后运行、小车的左右运行、起升机构的升降运动等，从而实现对物料的吊装搬运工作。其结构示意图如下图2.1所示：图2.1门式起重机结构示意图门式起重机设备，其运行结构主要包括有以下几部分组成：1、起升机构（起重量大的有主副两套起升机构），2、小车运行机构，3、大车运行机构。当设备进行工作时，首先，从起吊动作开始，先开动起升机构，空钩下降，完成物料的吊装安装后，物料起吊到指定的高度，然后小车运行机构和大车运行机构按照指令进行运动，搬运的物料到指定位置后停止运行；更近一步，启动起升机构，使吊钩物料降低到指定位置，完成物料的卸料，此时，吊装搬运工作完成。操作人员确认后，控制起升机构吊钩返回至初始高度位置，并控制小车运行机构和大车运行机构，返回初始位置，为下一次的物料吊装工作做好准备。一般来说，每完成一次物料的吊装工作，均需要进行此工作的重复进行，各机构之间进行衔接配合工作，此过程通常称为一个工作周期。2.2MG型起重机设计参数在本论文研究设计中，针对MG吊钩型门式起重机进行了相关的研究计算及设计，在多个场合中均能得到良好的应用，如露天仓库、铁路、车站、码头、建筑工地等等。对各类安装材料及设备进行吊装搬运，大大的提高了现场的工作效率，减少了人力成本。在本论文设计中，选择了MG型号45吨双梁门式起重机作为研究对象，它主要由主起升机构、小车运行机构和小车架所成，设计的主要技术参数如下表2.1所示：表2.1门式起重机技术参数表起重量主钩，跨度；起升高度主钩；工作制度主起升工作级别：重级（；小车运行工作级别：中级（；大车运行工作级别：中级（；起升速度主起升速度：（轻载）；（重载）小车运行速度大车运行速度车轨距本论文根据此技术参数，对门式起重机设备的起升结构进行针对性的研究，包括参数计算以及相关零部件选型等内容。

3起重机构的计算3.1主起升机构参数在本论文的设计中，45吨双梁门式起重机的运行机构包括有以下是哪个部分组成：（1）主起升机构、（2）小车运行机构（3）小车架所成。论文针对主起升结构，包括相关参数计算、电气零部件选型等方面进行针对性的设计，其传动结构示意简图如下图3.1所示：图3.1门式起重机起升机构传动简图已知：起重量：；工作类型：重级（；最大起升高度：，地面以上，地面以下；起升速度：=(重载)；=（轻载）；3.2钢丝绳的设计及选型在本论文的设计中，设计起重机的额定起重量为：Q=45吨，通过查阅国家相关标准，选择了双联起升机构滑轮组结构，其倍率：M=4，起升机构钢丝绳缠绕系统如图3.2所示。图3.2钢丝绳缠绕系统钢丝绳所受最大静拉力；式中——额定起重量，；——取物装置自重，(吊挂挂架的重量一般约占额定起重量的2~4%；这里取吊钩挂架重量为)；——滑轮组倍率，；——滑轮组效率，。所选择的钢丝绳破断拉力应满足下式：而式中：——所选钢丝绳的破断拉力；——钢丝绳安全系数，对于重级工作类型取=6；——钢丝绳破断力总和；α——折减系数，对于绳6Χ37+1的钢丝绳α=；对于绳6Χ19+1的钢丝绳α=。有上式可得：通过查阅钢丝绳产品标准件，在本论文的设计中，选择型号为：6W(19)-26-7X7-170-I-Z钢丝绳(GB1102-74)，=，所以选择的钢丝绳满足强度要求，钢丝绳的直径=26mm。3.3滑轮、卷筒计算选型（1）滑轮、卷筒最小直径的确定为确保钢丝绳具有一定的使用寿命，滑轮、卷筒名义直径（钢丝绳卷绕直径）应满足下式：；式中e——系数，对于重级工作类型的门式起重机，e=32；——是卷筒和滑轮的名义直径；——钢丝绳的直径（）。所以（）取卷筒、滑轮的名义直径。（2）卷筒长度和厚度的计算（图2-3）图3.3双联卷筒的主要尺寸卷筒的长度由下式计算：;而式中——最大起升高度为（地面以上），（地面以下）取=；——钢丝绳安全圈数，取=3；t——绳圈节距，取；——卷筒空余部分，；——钢丝绳所需要的长度，；——卷筒的计算直径，；参考相关资料，取=1020mm——双联卷筒中间不切槽部分长度，根据钢丝绳允许偏斜角确定对于螺旋槽卷筒tgα考虑到该取物装置的特殊性，取：=440mm——卷筒半边卷绕部分的长度；卷筒长度==，取=4100mm,取卷筒材料采用,其壁厚可按经验公式确定，取。

4起重系统驱动设计4.1电机计算选型起升机构静功率计算：式中——起升机构的总效率，V——起升速度（重载）；初选电动机功率：；式中——电动机额定功率；——起升机构按静功率初选电动机的系数，由[1]表6—1取=；；通过查阅电机产品相关标准，在时选择接近的电动机型，额定功率N=，转速n=，转动惯量=。4.2减速器计算选型减速机传动比；式中——电机机的额定转速；——卷筒的转速；。标准减速器的选用：根据传动比电动机的转速、工作级别重级，可选用减速器，传动比i=80，最大允许径向载荷为=，减速器输出轴端的瞬时允许转矩。验算减速器被动轴端最大径向力。轴端最大径向力应满足：=；式中——钢丝绳最大静拉力；——卷筒重力；a——卷筒上卷绕钢丝绳的分支数，a=2；——减速器输出轴端的允许最大径向载荷（N）。=满足要求；减速器输出轴承受短暂最大扭矩应满足：；式中——电动机的额定扭矩,=9550=9550=、——减速器的传动比和效率，=；=；——当JC%=40%时电动机最大力矩倍数，=；——减速器输出轴端允许的最大短暂扭矩；满足要求。

4.3制动器计算选型起升机构的制动转矩应满足：式中：——制动器制动力矩；——制动安全系数取=；——起升机构总传动比，其值=；——起升机构总效率，其值=；根据计算所得，通过查阅相关标准，在本论文中选用了YWZ-400/90制动器，制动轮直径为400毫米，最大制动力矩为1600。故满足使用要求。

4.4联轴器计算选型带制动轮的联轴器通常采用齿轮形联轴器，依据所传递的扭矩、转速和被连接的轴径等参数选择联轴器，起升机构联轴器应满足：式中：——所传递的扭矩的计算值——按第二类载荷计算的传动轴的最大扭矩。对高速轴，=（~），为电动机转矩允许过载倍数，为电动机额定转矩，=9550，为电动机额定功率，为电动机的额定转速.——联轴器许用扭矩；——联轴器重要程度系数。对起升机构，取；——角度偏差系数在此取；=根据以上计算选用S3408带制动轮的齿轮联轴器，联轴器允许最大扭矩为7800，制动轮直径为400毫米，因此选用了S2482型联轴器。

结论经过了几个月的研究与学习，也在各专业课老师及指导老师的帮助下，最终完成了本论文某自动门式起重机设备起升结构的设计。在本论文的设计中，首先对门式起重机设备课题的研究背景及相关市场应用等方面进行了相关的调研分析，结合国内外市场及研究相关问题，综合阐述了门式起重机设备设备的研究意义及目的。结合大学专业所学的知识与内容，认真研究和分析各门式起重机设备的特性与特点，学习结构特性，根据自己学习到的知识，改进结构，创新思路，对门式起重机起升机构进行相关的设计。（1）通过文献检索，简单的分析了门式起重机设备的国内外发展现状，对国内外市场上现有的各种类型的机械手设备及应用的工业环境做了总结与归纳，综合阐述了门式起重机的研究设计目的意义。（2）论文第二章，对门式起重机设备的工作原理、结构类型等做了简单的介绍。在掌握了其设计思路及特点的基础上，更进一步的，确定了本论文研究的MG吊钩型门式起重机，给出了相关的设计参数。（3）在论文的第三章中，针对45吨MG吊钩