GZD2000重型旋臂吊系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū)】,含CAD圖紙、說(shuō)明書(shū),gzd2000,重型,旋臂吊,系統(tǒng),設(shè)計(jì),cad,圖紙,說(shuō)明書(shū),仿單
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
學(xué)生姓名：
學(xué) 院：
專業(yè)年級(jí)： 10級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化精一班
題 目： GZD2000重型旋臂吊系統(tǒng)設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師：
評(píng)閱教師：
2014年05月
摘 要
本文主要對(duì)2噸重型旋臂吊進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析了該旋臂吊所要求實(shí)現(xiàn)的功能和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，了解了旋臂吊的工作原理，基本結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組成及功能。本研究主要是對(duì)該旋臂吊的旋臂梁的設(shè)計(jì)及旋轉(zhuǎn)功能部分的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)的選擇。旋臂吊是一種循環(huán)、間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，包括了起升、回轉(zhuǎn)、變幅及金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，所以該設(shè)計(jì)主要是針對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選擇相應(yīng)的零部件及其技術(shù)參數(shù)，使其既能很好地實(shí)現(xiàn)旋臂吊的運(yùn)行而且互不干涉且配合良好。設(shè)計(jì)主要包括旋臂吊的起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)及金屬結(jié)構(gòu)的選擇。在本設(shè)計(jì)中，旋臂吊的總體、部件圖，都有詳細(xì)的說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：旋臂吊；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；變幅機(jī)構(gòu)
Design of GZD2000 Heavy Jib Crane System
Abstract
This article put its emphasis on designing 2-ton heavy jib crane, analyzing the functional and relative structure that the jib crane required, thus acquiring a knowledge of the principle, basic structure, composition and function of the system. It mainly researched the design of the rotary arm and the design of the mechanism of the rotary part and the selection of the parameter. jib crane is a sort of cycle, intermission motion of machine, including the design of lifting, revolving, variable rate, and metal structure, as a result it is in the view of choosing the appropriate spare parts and technical parameters for slewing mechanism in order to be good for jib crane operation and non-interference. There are hoisting mechanism of jib crane, slewing mechanism, the luffing mechanism and metal structure selection in this article. The overall jib crane and the drawing of the assembly unit, are also described in the article in detail.
Keywords: Jib crane; Slewing mechanism ; Luffing mechanism
II
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 引言 1
1.1 設(shè)計(jì)的背景及意義 1
1.2 起重機(jī)的分類 1
1.3 旋臂吊介紹 2
2 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2
2.1 確定起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案 2
2.2 選擇電動(dòng)葫蘆 4
2.3 選擇鋼絲繩 5
2.4 確定滑輪的主要尺寸 6
2.5 確定卷筒尺寸并驗(yàn)算其強(qiáng)度 6
2.6 卷筒心軸計(jì)算 8
2.6.1 支座反力 8
2.6.2 疲勞計(jì)算 8
2.6.3 靜強(qiáng)度計(jì)算 9
2.7 選擇軸承 9
2.8 繩端固定裝置計(jì)算 11
3 起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)的設(shè)計(jì) 12
3.1 選電動(dòng)機(jī) 12
3.2 驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件 12
3.3 選擇減速器 13
3.4 驗(yàn)算起升速度和實(shí)際所需功率 13
3.5 校核減速器輸出軸強(qiáng)度 14
3.6 選擇制動(dòng) 14
3.7 驗(yàn)算啟動(dòng)時(shí)間 15
3.8 驗(yàn)算制動(dòng)時(shí)間 15
4 變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 15
5 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
5.1 回轉(zhuǎn)支承裝置 16
5.2 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置 16
5.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置計(jì)算 17
5.3.1 電動(dòng)機(jī)選擇 18
5.3.2 極限力矩聯(lián)軸器 19
5.3.3 制動(dòng)器的選擇 19
5.3.4 減速器的選擇 20
5.4 螺栓組的設(shè)計(jì) 20
5.5 齒輪的設(shè)計(jì) 21
5.6 軸的設(shè)計(jì) 22
圖4 軸的結(jié)構(gòu)圖 22
5.7 強(qiáng)度的校核 22
5.7.1 齒輪的校核 22
5.7.2 軸承強(qiáng)度校核 24
5.7.3 地腳連接螺栓強(qiáng)度校核 24
6 旋臂吊支撐結(jié)構(gòu) 25
6.1 立柱計(jì)算 25
6.2 旋臂吊懸臂梁的設(shè)計(jì)計(jì)算 29
6.2.1 計(jì)算條件 29
6.2.2 旋臂強(qiáng)度校核 29
結(jié) 論 32
致 謝 33
參考文獻(xiàn) 34
附錄 35
中南林業(yè)科技科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) GZD2000重型旋臂吊系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1 引言
1.1 設(shè)計(jì)的背景及意義
旋臂吊是起重機(jī)械的一種，起重機(jī)是一種循環(huán)、間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)械，主要用于物品的裝卸。一個(gè)工作循環(huán)一般包括：取物裝置從取物地點(diǎn)由起升機(jī)構(gòu)把物品提起，運(yùn)行、旋轉(zhuǎn)或變幅機(jī)構(gòu)把物品移位，然后物品在指定地點(diǎn)下降；接著進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)，使取物裝置回到原位，以便進(jìn)行下一次的工作循環(huán)。在兩個(gè)工作循環(huán)之間，一般有短暫的停歇。由此可見(jiàn)，起重機(jī)械工作時(shí)，各機(jī)構(gòu)經(jīng)常是處于起動(dòng)、制動(dòng)以及正向、反向等相互交替的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的。起重機(jī)是各種工程建設(shè)廣泛應(yīng)用的重要起重設(shè)備，它對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力，降低建設(shè)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快建設(shè)速度，實(shí)現(xiàn)工程施工機(jī)械化起著十分重要的作用。
1.2 起重機(jī)的分類
起重機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同分類[1，18]。
1）梁式型起重機(jī)?？稍陂L(zhǎng)方形場(chǎng)地及其上空作業(yè)，多用于車間、倉(cāng)庫(kù)、露天堆場(chǎng)等處的物品裝卸，有梁式起重機(jī)、橋式起重機(jī)、龍門(mén)起重機(jī)、纜索起重機(jī)、運(yùn)載橋等。橋式起重機(jī)可分為普通橋式起重機(jī)、簡(jiǎn)易梁橋式起重機(jī)和冶金專用橋式起重機(jī)三種。
2）懸臂起重機(jī)（旋臂起重機(jī)）。懸臂起重機(jī)有立柱式、壁掛式、平衡起重機(jī)三種形式。 ①立柱式懸臂起重機(jī)是懸臂可繞固定于基座上的定柱回轉(zhuǎn)，或者是懸臂與轉(zhuǎn)柱剛接，在基座支承內(nèi)一起相對(duì)于垂直中心線轉(zhuǎn)動(dòng)的由立柱和懸臂組成的懸臂起重機(jī)。它適用于起重量不大，作業(yè)服務(wù)范圍為圓形或扇形的場(chǎng)合。一般用于機(jī)床等的工件裝卡和搬運(yùn)。②壁掛起重機(jī)是固定在墻壁上的懸臂起重機(jī)，或者可沿墻上或其他支承結(jié)構(gòu)上的高架軌道運(yùn)行的懸臂起重機(jī)。壁行起重機(jī)的使用場(chǎng)合為跨度較大、建筑高度較大的車間或倉(cāng)庫(kù)，靠近墻壁附近處吊運(yùn)作業(yè)較頻繁時(shí)最適合。③平衡起重機(jī)俗稱平衡吊，它是運(yùn)用四連桿機(jī)構(gòu)原理使載荷與平衡配重構(gòu)成一平衡系統(tǒng)，可以采用多種吊具靈活而輕松地在三維空間吊運(yùn)載荷。平衡起重機(jī)輕巧靈活，是一種理想的吊運(yùn)小件物品的起重設(shè)備，被廣泛用于工廠車間的機(jī)床上下料，工序間、自動(dòng)線、生產(chǎn)線的工件、砂箱吊運(yùn)、零部件裝配，以及車站、碼頭、倉(cāng)庫(kù)等各種場(chǎng)合平衡吊。
3）門(mén)式起重機(jī)。門(mén)式起重機(jī)一般根據(jù)門(mén)架結(jié)構(gòu)形式、主梁形式、吊具形式來(lái)進(jìn)行分類。按門(mén)框結(jié)構(gòu)形式分：①全門(mén)式起重機(jī)②半門(mén)式起重機(jī)③雙懸臂門(mén)式起重機(jī)④單懸臂門(mén)式起重機(jī)。按主梁結(jié)構(gòu)形式分：⑴單主梁門(mén)式起重機(jī)：?jiǎn)沃髁簯冶坶T(mén)式起重機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造安裝方便，自身質(zhì)量小，主梁多為偏軌箱形架結(jié)構(gòu)。與雙主梁門(mén)式起重機(jī)相比，整體剛度要弱一些。 ⑵雙梁橋式起重機(jī)：雙梁橋式起重機(jī)承載能力強(qiáng)，跨度大、整體穩(wěn)定性好，品種多。
1.3 旋臂吊介紹
Jib crane 旋臂吊。一種取物裝置旋掛在臂端或旋掛在可沿旋臂運(yùn)行的起重小車上，旋臂可回轉(zhuǎn)，但不能俯仰的臂架型起重機(jī)。按構(gòu)造分，有立柱式懸臂起重機(jī)和壁式懸臂起重機(jī)。
旋臂起重機(jī)是參照西德引進(jìn)設(shè)備研制的新產(chǎn)品根據(jù)用戶需要設(shè)計(jì)的專用起重設(shè)備。具有結(jié)構(gòu)新穎、合理、簡(jiǎn)單、操作使用方便、回轉(zhuǎn)靈活、作業(yè)空間大等優(yōu)點(diǎn)，是節(jié)能高效的物料吊運(yùn)裝備?？蓮V泛利用于廠礦、車間的生產(chǎn)線、裝配線和機(jī)床的上下工件及倉(cāng)庫(kù)、碼頭等場(chǎng)合的重物吊運(yùn)。本機(jī)由立柱、回轉(zhuǎn)旋臂及電動(dòng)葫蘆等組成。立柱下端固定于混泥土基礎(chǔ)上，旋臂回轉(zhuǎn)，可根據(jù)用戶需求進(jìn)行回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)部分分為手動(dòng)和電動(dòng)回轉(zhuǎn)（擺線針輪減速機(jī)安裝于上托板或者下托板上帶動(dòng)轉(zhuǎn)管旋臂回轉(zhuǎn)）。電動(dòng)葫蘆安裝在旋臂軌道上，用于起吊重物[10]。
2 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 確定起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案
根據(jù)設(shè)計(jì)要求參數(shù)，起重量Q=2t，屬于小起重量旋臂吊起重機(jī)，鑒于目前我國(guó)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及生產(chǎn)出現(xiàn)的機(jī)型，決定采用開(kāi)式傳動(dòng)。
根據(jù)設(shè)計(jì)所給的參數(shù)我們可以有如下方案，如圖a所示。顯然，a方案結(jié)構(gòu)
表1 起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
Tab1 Crane Main Technical Parameters
起重量Q 起升高度H 跨度L 起升速度V
2t 7.5m 10.5m 8m/min
聯(lián)軸
器
減
速
器
器
錐形電動(dòng)機(jī)
開(kāi)式齒輪
卷筒
支座
卷筒
支座
卷筒
圖1 第一種傳動(dòng)方案
Map1 The first transmission
聯(lián)軸
器
減
速
器
器
錐形電動(dòng)機(jī)
開(kāi)式齒輪
卷筒
支座
卷筒
支座
卷筒
圖2 第二種傳動(dòng)方案
Map2 The second transmission
簡(jiǎn)單，安裝及維修都比較方便，但是由于軸兩端的變形較大使得兩齒輪沿齒寬方
向受力不均勻，易產(chǎn)生磨損。針對(duì)這一缺點(diǎn)，b方案都對(duì)起進(jìn)行了完善，使兩齒輪的受力均勻，而且從結(jié)構(gòu)上看，該方案不但可以使兩齒輪受力均勻，而且結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，又考慮我國(guó)現(xiàn)有的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)故采用b方案。
2.2 選擇電動(dòng)葫蘆
電動(dòng)葫蘆的選擇：由額定起重量為2噸，一般情況下，吊物重量=額定起重量*80%來(lái)選擇，可以得到較大的安全系數(shù)，起升高度為7.5米，我通過(guò)查閱《金牛起重》表4選擇電動(dòng)葫蘆的型號(hào)為MD1，其技術(shù)性能和為下表所示：
表2 MD1電動(dòng)葫蘆技術(shù)參數(shù)
Table 2 Electric hoist technical parameters MD1
技術(shù)性能 單位 參數(shù)
起重量 噸 3
起升高度 米 7.5
起升速度 米/分 8
鋼絲直徑 毫米 0.22
鋼絲繩直徑 GB1102-74 D-6×37-11-1850-I-右
鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式 D-6×37-11-1850-I-右
工字梁軌道型號(hào) GB706-65 I 20a-32c
環(huán)形軌道最小半徑 米 2
起升電動(dòng)機(jī)型號(hào) ZD132-4
容量 千瓦 4.5
轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分 1380
相數(shù) 3
電壓 伏 380
電流 安培 10
頻率 HZ 50
運(yùn)行電動(dòng)機(jī)型號(hào) ZDY112-4
容量 千瓦 0.4
轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)/分 1380
相數(shù) 3
電壓 伏 380
電流 安培 1.3
頻率 HZ 50
工作類型及機(jī)構(gòu)級(jí)別 中級(jí)M5
2.3 選擇鋼絲繩
因?yàn)樵谄鹕^(guò)程中，鋼絲繩的安全性至關(guān)重要，所以要保證鋼絲繩的使用壽命，為此，我們可以采用以下措施：
1）高安全系數(shù)，也就是降低鋼絲繩的應(yīng)力
2）選用較大的滑輪與卷筒直徑
滑輪槽的尺寸與材料對(duì)于鋼絲繩的壽命有很大的關(guān)系，其太大會(huì)使鋼絲繩與滑輪接觸面積減小，太小會(huì)使鋼絲繩與槽壁間的摩擦劇烈，甚至?xí)ㄋ馈?
盡量減少鋼絲繩的彎曲次數(shù)。
1. 鋼絲繩破斷拉力計(jì)算
（1）
式中——起升載荷
m——滑輪組倍率，m=2
——滑輪組效率，=0.99
——導(dǎo)向滑輪效率，
2. 按安全系數(shù)選擇鋼絲繩的直徑
取鋼絲繩安全系數(shù)：n=6
破斷拉力： （2）
選取鋼絲繩型號(hào)： GB1102—74
本設(shè)計(jì)選用型鋼絲繩，鋼絲多且細(xì)，則繩的撓性好，而耐磨性則稍差。在此基礎(chǔ)上還能滿足我需要的要求，故選用型鋼絲繩。
直徑d=11mm，折減系數(shù)k=0.82
鋼絲繩破斷拉力總和80.6kN
故所選鋼絲繩的破斷拉力為
，正好滿足要求
所以，選用鋼絲繩直徑d=11mm，型[11,12]。
2.4 確定滑輪的主要尺寸
滑輪許用最小直徑： （3）
——按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪直徑 mm
d——鋼絲繩直徑 mm
e——輪繩直徑比系數(shù)，與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)，查表e=22.4
查表選用滑輪直徑D=260mm，滑輪的繩槽部分尺寸可由表查得。由表選用鋼絲繩直徑d=11mm，D=260mm，滑輪軸直徑=70mm的型滑輪標(biāo)記為：
[17,10,12]。
2.5 確定卷筒尺寸并驗(yàn)算其強(qiáng)度
1） 卷筒直徑
（4）
式中：d——鋼絲繩直徑；e——筒繩直徑比，取e=25
為了適當(dāng)?shù)臏p少卷筒的長(zhǎng)度，故此選用較大直徑的卷筒，選用卷筒直徑D=315mm，繩槽尺寸：半徑，取r=6mm；節(jié)距p=d+(2~4）mm=13~15mm，取p=13mm[17,14]。
2）卷筒尺寸
（5）
取L=800mm
表中——附加安全系數(shù)，取=2
——卷槽不切槽部分長(zhǎng)度，取其等于吊鉤組動(dòng)滑輪的間距，但本設(shè)計(jì)只有一個(gè)動(dòng)滑輪，無(wú)間距，特此取=A=160mm
——卷筒計(jì)算直徑=D+d=260+11=271mm
——鋼絲繩倍率，取=2
3） 卷筒壁厚
（6）
取=15mm
卷筒壁壓應(yīng)力驗(yàn)算：
（7）
選用灰鑄鐵HT200，最小抗拉強(qiáng)度，許用壓應(yīng)力：
（8）
故抗壓強(qiáng)度足夠
卷筒的最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時(shí)：
（9）
卷筒斷面系數(shù)
（10）
式中D——卷筒外徑D=315mm
——卷筒內(nèi)徑=D-2=315-2*15=285mm
于是
（11）
合成應(yīng)力：
（12）
式中許用拉應(yīng)力：
（13）
所以
卷筒強(qiáng)度驗(yàn)算通過(guò)。故此卷筒直徑D=315mm，長(zhǎng)度L=800mm，卷筒槽形的槽底半徑r=7mm，繩槽尺寸p=13mm，倍率=2；
2.6 卷筒心軸計(jì)算
由前述可以得知：卷筒的名義直徑D=260mm，螺旋節(jié)距p=13mm，卷筒長(zhǎng)度L=800mm，壁厚為=15mm。
鋼絲繩受到的最大拉力為：
軸的設(shè)計(jì)
確定軸的最小直徑，選取設(shè)計(jì)系數(shù)A=115mm，可得
(14)
P——卷筒心軸功率 P=0.786kw
n——卷筒心軸轉(zhuǎn)速 n=27.8r/min
2.6.1 支座反力
心軸右輪轂支承處最大彎矩：
(15)
2.6.2 疲勞計(jì)算
對(duì)于疲勞計(jì)算采用等效彎矩，查表得知等效系數(shù)j=1.1[18,20,3]；
等效彎矩：
(16)
彎曲應(yīng)力：
(17)
心軸的載荷變化為對(duì)稱循環(huán)。由17式知許用彎曲應(yīng)力：軸材料用45號(hào)鋼，其=258MPa。
(18)
式中n=1.6——安全系數(shù)[18]
K——應(yīng)力集中系數(shù)，可參考第二章第五節(jié)
——與零件幾何形狀有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)，當(dāng)零件表面形狀劇烈過(guò)渡和
零件上開(kāi)有溝槽時(shí)，以及緊配合區(qū)段=1.5~2.5，本處取=1.5
——與零件表面加工粗糙度有關(guān)的應(yīng)力集中系數(shù)，=1.10~1.15，本處
取=1.15
<通過(guò)
2.6.3 靜強(qiáng)度計(jì)算
卷筒軸屬于起升機(jī)構(gòu)低速軸零件，其動(dòng)力系數(shù)可由表查得，=1.2[18]。
（19）
（20）
許用應(yīng)力：
（21）
<通過(guò)
故卷筒軸的疲勞和靜強(qiáng)度計(jì)算通過(guò)
2.7 選擇軸承
因軸襯的外座圈固定，內(nèi)座圈與心軸一同旋轉(zhuǎn)，應(yīng)按額定動(dòng)負(fù)荷來(lái)選擇。
1）左端軸承
左端軸承采用6407，其額定動(dòng)負(fù)荷=32500N
左端軸承的徑向負(fù)荷 （22）
左端軸承的軸向負(fù)荷=0
設(shè)級(jí)工作類型的軸承工作時(shí)數(shù)=4000h，由表查的6407軸承的e=0.23，令=0
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