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龍門(mén)式可行走小型提升機(jī)
1 緒論
在科學(xué)突飛猛進(jìn)的時(shí)代，在卸載中等重量的貨物時(shí)，提升機(jī)械變得尤為重要，它可以垂直升降重物，并可使重物做短距離的水平移動(dòng)，以滿(mǎn)足重物的裝卸、運(yùn)輸、安裝作業(yè)的要求。它對(duì)減輕繁重的體力勞動(dòng)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化具有重大意義。龍門(mén)式可行走小型提升機(jī)適用于機(jī)械企業(yè)、港口碼頭、車(chē)站倉(cāng)庫(kù)、建筑工地等各個(gè)工業(yè)部門(mén)。
1.1國(guó)內(nèi)提升機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r
目前，國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)大型起重機(jī)的廠家很多。其中，以中眹重科、三一重工、撫挖等公司產(chǎn)品系列比較齊全，市場(chǎng)占有率較高。中眹重科在2007年12月宣布實(shí)行品牌統(tǒng)一戰(zhàn)略后，現(xiàn)已成功開(kāi)發(fā)了50t～600t履帶式起重機(jī)產(chǎn)品系列。作為中國(guó)起重機(jī)行業(yè)的領(lǐng)跑者，徐州重型機(jī)械有限公司現(xiàn)在已經(jīng)形成了以汽車(chē)起重機(jī)為主導(dǎo)i，履帶式起重機(jī)和全路面起重機(jī)為側(cè)翼強(qiáng)勢(shì)推進(jìn)的龐大型譜群。國(guó)內(nèi)最具歷史的履帶式起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)撫挖現(xiàn)已擁有35t～350t的履帶式起重機(jī)產(chǎn)品系列。QUY350是撫挖2007年推出的國(guó)產(chǎn)首臺(tái)350t履帶式起重機(jī)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)350t起重機(jī)產(chǎn)品型譜的空白。三一科技自2004年初進(jìn)入履帶式起重機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)領(lǐng)域至今，已成功開(kāi)發(fā)出50t～900t共10個(gè)型號(hào)的全系列產(chǎn)品并全部實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售。其900t履帶式起重機(jī)順利下線(xiàn)，標(biāo)志著我國(guó)在大型、超大型履帶式起重機(jī)的順利下線(xiàn)，標(biāo)志著我國(guó)在大型、超大型起重機(jī)自主研發(fā)領(lǐng)域已走在亞洲前列，成為目前亞洲最大噸位的履帶式起重機(jī)。據(jù)悉，目前三一科技已具備3200t一下履帶式起重機(jī)的開(kāi)發(fā)。
近年來(lái)國(guó)內(nèi)外起重機(jī)行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)高速發(fā)展，給起重機(jī)管理工作提出了新的要求。如起重機(jī)的操縱控制已由司機(jī)室作業(yè)發(fā)展到遙控，一改由司機(jī)操作為起重工或其他生產(chǎn)工人在工作位置借助于微型攜帶式控制臺(tái)，運(yùn)用遙控系統(tǒng)命令起重機(jī)動(dòng)作。如前蘇聯(lián)亞歷山大起重運(yùn)輸設(shè)備廠，已將遙控系統(tǒng)運(yùn)用于通用橋式起重機(jī)上；別爾戈羅德金屬結(jié)構(gòu)廠將原有臺(tái)雙小車(chē)橋式起重機(jī)全部采用了遙控系統(tǒng)。另外一點(diǎn)是由常規(guī)的繼電器控制裝置發(fā)展到利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)或自動(dòng)化控制。先進(jìn)技術(shù)的研究與應(yīng)用對(duì)人機(jī)管理問(wèn)題更有著重要性。6起重機(jī)遙控技術(shù)和微機(jī)控制系統(tǒng)的操作與維護(hù)，只有受過(guò)專(zhuān)門(mén)訓(xùn)練和考核合格的人員才能勝任。制定操作保養(yǎng)人員的培訓(xùn)大綱，嚴(yán)格培訓(xùn)教育，考核合格上崗等實(shí)施的教育管理，也是為了適應(yīng)先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。所以，我們要充分認(rèn)識(shí)起重機(jī)管理現(xiàn)狀，重視起重機(jī)管理在企業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中的重要性。
發(fā)能力。
1.2國(guó)外提升機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，國(guó)外專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)大型起重機(jī)的廠家很多。其中利勃海爾、特雷克斯—德
馬格、馬尼托瓦克與神鋼等公司產(chǎn)品系列較全，市場(chǎng)占有率較高。利勃海爾公司的產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、工作可靠，其生產(chǎn)的LR系列履帶起重機(jī)最大起重量已達(dá)1200t。其桁架臂履帶式起重機(jī)系列在2007年又喜添新產(chǎn)品LR1600/2,使其產(chǎn)品型譜更加完善。德馬格公司主要生產(chǎn)起重量從50t～1600t的CC系列履帶式起重機(jī)。最近推出了世界最大的履帶式起重機(jī)CC8800—1.雙臂新增功能套件使其起重能力達(dá)到3200t。馬尼托瓦克公司團(tuán)推出了新研發(fā)的31000型履帶式起重機(jī)。其獨(dú)特的創(chuàng)新是可變位配重(VPC)。與使用普通的吊運(yùn)能力增強(qiáng)附件相比，可大量減少所需的地面準(zhǔn)備工作。此外，配備可變位配重的起重機(jī)能夠起吊和運(yùn)送所有等級(jí)的額定負(fù)荷，可以很方便地在工地上移動(dòng)。
日本作為二戰(zhàn)后崛起的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)，輪式起重機(jī)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)雖然起步較晚（起步于20世紀(jì)70年代），但發(fā)展很快，很受亞太市場(chǎng)的歡迎；同時(shí)，日本通過(guò)收購(gòu)的手段來(lái)更新技術(shù)，加快發(fā)展速度，如日本多田野收購(gòu)德國(guó)法恩底盤(pán)公司來(lái)發(fā)展其全路面技術(shù)。日本主要生產(chǎn)汽車(chē)起重機(jī)、履帶起重機(jī)、越野輪胎起重機(jī)、全路面起重機(jī)，其中越野輪胎起重機(jī)產(chǎn)量最大，汽車(chē)起重機(jī)的產(chǎn)量次之，呈減少趨勢(shì)，全路面起重機(jī)的產(chǎn)量最少，呈上升趨勢(shì)，主要生產(chǎn)企業(yè)為多田野、加藤、神鋼、日立、小松等。產(chǎn)品特點(diǎn)是技術(shù)水平、性能、可靠性落后于歐美水平，40%的產(chǎn)品用于出口歐洲作為工程起重機(jī)的發(fā)源地，也是經(jīng)濟(jì)非常發(fā)達(dá)的地區(qū)，代表輪式起重機(jī)的最高水平，最負(fù)盛名的生產(chǎn)企業(yè)有利勃海爾、德馬克，同時(shí)還有森內(nèi)博根、德國(guó)格魯夫、多田野·法恩、波塔恩、奧米格、里格、PPM等著名企業(yè)，該地區(qū)主要現(xiàn)狀為：主要生產(chǎn)全地面起重機(jī)、履帶式起重機(jī)，緊湊型輪胎起重機(jī)，也生產(chǎn)少量汽車(chē)起重機(jī)。其中全路面起重機(jī)、履帶起重機(jī)以中大噸位為主；緊湊型輪胎起重機(jī)則以小噸位為主；汽車(chē)起重機(jī)一般為通用底盤(pán)組裝全地面上車(chē)，即以改裝為主。其產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、性能高、可靠性高，產(chǎn)品遍布全球。美國(guó)工程起重機(jī)相對(duì)落后于歐洲水平。近年來(lái)，通過(guò)收購(gòu)和合并的手段，先是格魯夫收購(gòu)了歐洲老牌起重機(jī)企業(yè)克虜伯公司，然后特雷克斯收購(gòu)了德國(guó)德馬克；隨后，馬尼托瓦克兼并了包括美國(guó)格魯夫公司在內(nèi)的國(guó)內(nèi)大部分工程起重機(jī)企業(yè)，使美國(guó)工程起重機(jī)行業(yè)得以蓬勃發(fā)展。目前該地區(qū)主要生產(chǎn)輪胎起重機(jī)、履帶式起重機(jī)、全路面起重機(jī)和汽車(chē)起重機(jī)。主要生產(chǎn)企業(yè)為馬尼托瓦克，特點(diǎn)是技術(shù)較先進(jìn)、性能較高、可靠性能高，其中汽車(chē)底盤(pán)技術(shù)和全路面技術(shù)領(lǐng)先于歐洲，產(chǎn)品主要銷(xiāo)往美州地區(qū)和亞太地 區(qū)。
2 整機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作原理
2.1 整機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：
1-主梁 2-卷?yè)P(yáng)機(jī) 3-支架 4-減速器 5-聯(lián)軸器 6-半齒輪減速器 7-電機(jī) 8-大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)
2.2工作原理
此提升機(jī)主要用于卸妝貨物，首先由提升機(jī)構(gòu)卷?yè)P(yáng)機(jī)把貨物提升至貨物須至的高度，然后可以由滑車(chē)左右進(jìn)行移動(dòng)；同時(shí)整個(gè)機(jī)構(gòu)可以行走，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，通過(guò)聯(lián)軸器和減速器的浮動(dòng)軸連接，減速后，再通過(guò)半齒輪減速器和大車(chē)的主動(dòng)軸連接，驅(qū)動(dòng)整個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)行。
2.3 基本參數(shù)
（1）主梁的跨度為4m，總長(zhǎng)4.32m ；支架高為4.295m; 橫梁長(zhǎng)為2.5m
（2）提升貨物為2噸，卷?yè)P(yáng)機(jī)整機(jī)重600kg
（3）提升速度為8m/min
(4) 滑車(chē)左右移動(dòng)的速度為20m/min
（5）大車(chē)車(chē)輪滾動(dòng)速度為30.6m/min
（6）電機(jī)型號(hào)：卷?yè)P(yáng)機(jī)Y132M-4，7.5KW，1440r/min
滑車(chē) ZDM112-4F1，0.5kw，1380r/min
大車(chē) YZR132M2-6,3.7KW,908r/min
3 主梁的設(shè)計(jì)及校核計(jì)算
3.1 主梁的技術(shù)要求
根據(jù)貨物總重Q1=2000kg 卷?yè)P(yáng)機(jī)整機(jī)重量Q2=600kg
則所要提升的總重為Q=2600kg
則主梁至少要承受的拉力F=2600x9.8=25.48KN
3.2主梁的受力分析及校核計(jì)算
3.2.1 主梁受力示意圖及校核:
由靜力平衡方程
∑MB=0,Fb-FRAL=0
∑MA=0,FRB-Fa=0
求的反力FRA=Fb/ L FRB=Fa/L
以主梁的左端為坐標(biāo)原點(diǎn)，選取坐標(biāo)系，集中力F作用于C點(diǎn)，梁在AC與BC段的剪力圖和
彎矩圖不同，因分段考慮。在AC段內(nèi)距原點(diǎn)為x為任意的截面，截面以左只有外力FRA,根
據(jù)剪力和彎矩的計(jì)算方法及規(guī)則，可以分別畫(huà)出剪力圖和彎矩圖，如下所示：
3.2.2 剪力圖：
3.2.3 彎矩圖：
Fs(x)=Fb/L (0
25.48KN
滿(mǎn)足要求
最大彎矩：
計(jì)算公式：Mmax=Wf
22b工字鋼截面模量：
W=1/6H[BH3-(B-b)h3 ]
=325cm3
型鋼抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：210N/mm2
Mmax=325cm3x210N/mm2
=68.25KN.m>25.48
同理滿(mǎn)足要求。
4 卷?yè)P(yáng)機(jī)及滑車(chē)電機(jī)的選擇
4.1 選取外購(gòu)卷?yè)P(yáng)機(jī)
取提升機(jī)的跨度為4m，起升重量為2噸，卷?yè)P(yáng)機(jī)的起升機(jī)構(gòu)的起升速度為8m/min
由所提升的重量及速度可查，JM2可滿(mǎn)足要求，基本技術(shù)參數(shù)如下表：
上表可知，電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y132M-4，功率為7.5kw，整機(jī)重量為600kg。
4.2 電機(jī)的選擇
滑車(chē)在主梁上的滑動(dòng)速率為20m/min, 大車(chē)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪在軌道上的滑行速度為30.6m/min。
同理可以選取配套的滑車(chē)的電動(dòng)機(jī)，即小車(chē)的電動(dòng)機(jī)型號(hào)為ZDM112-4F1，轉(zhuǎn)速為1380r/min，功率為0.5kw。
滑車(chē)及卷?yè)P(yáng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖如下：
5 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
5.1軸的材料和熱處理的選擇
由《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的圖表查的，可以選45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，σb=637MPa,[σ-1]=59MPa初步設(shè)計(jì)軸的最小直徑
從動(dòng)軸的傳遞功率為3.7KW，查表得C=210~350，則從動(dòng)軸d》 c =(210~350)=50.34~75.56
考慮鍵槽及相關(guān)要求，則可以確定為軸的最小直徑為65mm
5.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)軸上零件定位，拆裝方面的需要，同時(shí)考慮到強(qiáng)度的原則，主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的均設(shè)計(jì)為階梯軸。
主動(dòng)軸軸徑的確定：
d1=65mm, d2=d+2h=85
同理可以求得d3=100,d4=110
軸承初選為T(mén)520，基本技術(shù)參數(shù)如下：
新型號(hào)
老型號(hào)
內(nèi)徑 d(mm)
外徑 D(mm)
厚度 H(mm)
重量 (kg)
T520
127
250.82
55.562
20.1
軸的長(zhǎng)度確定：
L1=85 L2=71 L3=76 L4=136 L5=444 則左端軸承至齒輪的距離為161.5mm
兩軸承的跨距為192mm
6 主動(dòng)軸的校核計(jì)算
6.1 聯(lián)軸器的齒輪受力計(jì)算
分度圓的直徑 d=mz=3x40=120
轉(zhuǎn)矩 T=9.55x106xp/n=1470000N.mm
圓周力Ft=2T/d=2x1470000/120=24500N
徑向力Fr=Ft tan20o=24500xtan20 o=8820N
6.2 軸的受力分析及校核
6.2.1 軸的受力圖如下所示：
6.2.2 軸的校核計(jì)算
H面彎矩圖：
V面彎矩圖：
合成彎矩圖：
轉(zhuǎn)矩圖：
當(dāng)量彎矩圖：
Rha=161.5x8820/192=7418.9N
Rhr=8820-7418.9=1401.1N
Rva=Rvb=0.5Ft=12250N
Mhc=161.5x1401.1=226277.65N.mm
Mvc=161.5x12250=1978375N.mm
Mc2=Mhc2+Mvc2 解得 Mc=2125412N.mm
Mec2=Mc2+(aT)2 解得 Mec=1674523N.mm
σ= Mec/w=48.3<59(MPa)
w為抗扭截面系數(shù)
6.3 軸承的校核計(jì)算
（1）計(jì)算軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P，受力示意如下：
由式：P=XFr+YFa知，對(duì)不承受軸向載荷的深溝球軸承，X=1，Y=0
Fr=
有力學(xué)的相關(guān)知識(shí)解得：Fz1=25KN；Fz2=60KN
Fy1=23KN；Fy2=73KN
Fr1=
Fr2=
得P1=35KN；P2=61KN
(2)校核計(jì)算
軸承的計(jì)算額定動(dòng)載荷C*，它與所選用的軸承型號(hào)基本額定載荷C值必須滿(mǎn)足下式要求：
C》C*=Pε ε為壽命指數(shù)，球軸承ε=3，Lh*為軸承的預(yù)期使用壽命，查表得Lh*=6000h
解得 C1*=18.24kw<29.5kw
C2*=30.64kw<29.5kw
7 大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)
7.1 傳動(dòng)方案
1-電機(jī) 2-聯(lián)軸器 3-車(chē)輪 4-半齒輪聯(lián)軸器 5-減速器
7.2減速比
大車(chē)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)需要驅(qū)動(dòng)整個(gè)鋼架運(yùn)行，所要驅(qū)動(dòng)最大，而且車(chē)輪的滾動(dòng)速率為n1=30.6m/min。則可以求得車(chē)輪軸的滾動(dòng)轉(zhuǎn)速。
V=n1/πD=30.6/3.14x0.4=24r/min
經(jīng)過(guò)查數(shù)據(jù)，可以選取型號(hào)為YZR132M2-6的電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為n2=908r/min，功率3.7kw。
則減速比：n2/n1=908/24=37.83
根據(jù)減速比減速器可以購(gòu)買(mǎi)成品型號(hào)為ZSC400
8 其他機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及選擇
8.1 支架采用16a槽鋼焊接而成，如下圖所示：
8.2橫梁采用材料Q235焊接制成，如下圖：
8.3最大輪壓
根據(jù)軸的大小及相關(guān)因數(shù)，可設(shè)定主動(dòng)車(chē)輪的直徑為400mm，示意圖如下：
8.3.1 提升重量Q1=2000KG
卷?yè)P(yáng)機(jī)整機(jī)重量Q2=600KG
主梁的重量Q3=36.524KG/Mx4.32=158KG
支架重量Q4=17.240KG/Mx16=275.84kg
橫梁Q5=200KG
8.3.2最大靜輪壓 F=（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5）X9.8=32KN
參考文獻(xiàn)
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［4］機(jī)械設(shè)計(jì).武漢理工大學(xué)出版社. 楊明忠主編.2001
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［9］機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè) .化學(xué)工業(yè)出版社.吳宗澤 主編. 1993
致謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是在龔水泉教授的指導(dǎo)下與同組同學(xué)姜濤和劉偉東合作下共同
完成的，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，不僅檢驗(yàn)了我大學(xué)四年來(lái)知識(shí)積累的程度，而且了我在實(shí)際設(shè)計(jì)中經(jīng)驗(yàn)的累積，更是對(duì)我設(shè)計(jì)思想的一次全面升華。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我本著認(rèn)真刻苦的態(tài)度去學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的步驟、方法、以及經(jīng)驗(yàn)，但是由于該設(shè)計(jì)許多方面的細(xì)節(jié)問(wèn)題涉及面太廣，而本人知識(shí)面和能力都極其有限，同時(shí)由于時(shí)間倉(cāng)促，因而不能科學(xué)詳盡地做出正確的選擇與判斷。所以設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)很多錯(cuò)誤。雖然有這些不足和遺憾，但是總的來(lái)說(shuō)，該設(shè)計(jì)還是比較成功的?；旧贤瓿闪诉@臺(tái)提升機(jī)的設(shè)計(jì)和一些零部件設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的所有功能，成功的完成了老師布置的任務(wù)。不夠完善的地方還望各位老師同學(xué)不吝賜教，敬請(qǐng)斧正。在這一個(gè)學(xué)期的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們得到了有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)老師龔老師的大力支持和幫助，在設(shè)計(jì)過(guò)程中他們不知疲倦、不厭其煩的給我們分析和講解，而且也給我們灌輸了一些先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理念，使我們大受裨益。在此，我忠心地向龔水泉副教授表示感謝。同時(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也得到很多同學(xué)的支持和幫助，在此，我一同表示最忠誠(chéng)的感謝。