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學號：xxxxxxxx
Xxxx大學工學院
畢業(yè)設(shè)計說明書
課題名稱： 橋梁式集裝箱起重機設(shè)計
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級： xxx班
姓 名： x x
指導老師： xxx
200x年x月
目錄
1．前言………………………………………………………………………3
2．主要設(shè)計內(nèi)容及參數(shù)……………………………………4
3．主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計……………………………………………………5
4．小車機構(gòu)設(shè)計……………………………………………………7
7．起吊機構(gòu)設(shè)計…………………………………………………11
6．支架設(shè)計……………………………………………………………14
8．設(shè)計小結(jié)……………………………………………………………15
9．主要參考文獻…………………………………………………16
10.圖紙文件
設(shè)計前言
起重機被喻為“巨人之臂”，是廣泛用于國民經(jīng)濟各部門進行物質(zhì)生產(chǎn)和裝卸搬運的重要設(shè)備。起重機的設(shè)計制造，從一個側(cè)面反映了國家的工業(yè)現(xiàn)代化水平。我國起重機制造業(yè)奠基于20世紀50年代。70年代以來，起重機的類型、規(guī)格、性能和技術(shù)水平獲得很大的發(fā)展。近年來在物流和工業(yè)企業(yè)發(fā)展的帶動下，起重機行業(yè)進入飛速發(fā)展時期。
起重機主要分為橋梁式、懸臂式、塔式、龍門式、拉索式、液壓伸縮臂式等形式。本設(shè)計以橋式雙梁單小車集裝箱起重機為例，介紹起重機的設(shè)計思路、設(shè)計內(nèi)容以及設(shè)計方法。
起重機設(shè)計主要根據(jù)客戶要求，在符合國家標準及機械工業(yè)標準中對起重機的要求下進行設(shè)計。設(shè)計方案的選擇主要通過與客戶溝通取得一致意見后確定，設(shè)計內(nèi)容主要包括在起重機的實際工作環(huán)境下確定起重機的最大額定載荷、非正常載荷（如沖擊載荷，風力載荷、震動載荷等）、操縱形式、使用壽命、檢修方式以及安全等級等；確定起重機主要零部件的選材以及機加工和材料處理的方法；確定起重機的工作級別；確定其主要受力梁的截面形式、截面大小以及梁的材料選擇和加工方法。由于橋梁式起重機體積和質(zhì)量都比較大，所以在設(shè)計過程中還應(yīng)考慮起重機的運輸方案和安裝方法。
一 主要設(shè)計內(nèi)容及參數(shù)
1、起重機首先要確定的是工作級別
本設(shè)計的起重機用于集裝箱生產(chǎn)制造或物流行業(yè)。
起吊件為生產(chǎn)下線的集裝箱，或物流行業(yè)待裝貨的集裝箱，所以都是空箱。起吊重量為5T 根據(jù)起重機行業(yè)標準，不管是集裝箱生產(chǎn)行業(yè)還是物流行業(yè)都是生產(chǎn)節(jié)奏比較快的，因此該起重機的工作級別定為A5級，起吊機構(gòu)工作級別為M5。
2、根據(jù)以上所規(guī)定級別設(shè)置設(shè)計內(nèi)容及參數(shù)
a.主梁結(jié)構(gòu)
主梁涉及到的主要設(shè)計內(nèi)容或參數(shù)主要有：主梁的截面形式、截面大小、所用材料、制作方法、主梁上平面的平面度、側(cè)面的平面度和垂直度、主梁應(yīng)該具有的上拱度，還有主梁上的軌道安裝等等。
b.支架結(jié)構(gòu)
支架需要設(shè)計的主要內(nèi)容和參數(shù)包括：截面形式、截面大小、使用材料、制作方法、支腿的垂直度誤差、支腿與地面的連接方式等等。
c.小車機構(gòu)
小車機構(gòu)要設(shè)計的主要內(nèi)容和參數(shù)包括：小車架設(shè)計；起吊機構(gòu)設(shè)計；小車行走機構(gòu)設(shè)計。根據(jù)起吊重量設(shè)計小車架截面；根據(jù)所需要元件的安裝位置設(shè)計小車架的結(jié)構(gòu)；根據(jù)工作級別設(shè)計行走機構(gòu)中電機的功率和類型；根據(jù)起吊高度確定卷筒的直徑和長度；根據(jù)工作級別確定主電機的功率以及減速機的型號。確定其他一些元件的型號。
d.控制機構(gòu)
控制機構(gòu)主要設(shè)計其控制室的制作和安裝、控制電路的安裝、進出控制室的方法?？刂剖业闹谱骱桶惭b應(yīng)符合起重機行業(yè)標準中的相關(guān)內(nèi)容；控制電路屬于電氣范疇在此不予討論。
f.安裝調(diào)試
根據(jù)起重機行業(yè)標準規(guī)定，起重機在生產(chǎn)完備后需要在本廠安裝調(diào)試，合格后方能出廠。調(diào)試的主要內(nèi)容有小車的運行情況；司機室的視野狀況和溫度；在1.25倍額定起重量下把小車開到中跨，持續(xù)30分鐘，卸載后主梁不得有永久變形，主梁和其它部件上的油漆不得有剝落現(xiàn)象，小車架不能有永久變形。
二 主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計
主梁是主要受力梁之一，主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計是重中之重。在本設(shè)計中主梁所受應(yīng)力主要為長度方向的彎曲應(yīng)力。根據(jù)GB的有關(guān)規(guī)定，主梁在1.25倍額定壓力的作用下最大擾度FMAX≦ S/1000，S表示主梁長度。
主梁的受力情況可簡化為上圖所示形式
根據(jù)擾曲線方程可列出公式如下
FMAX=Pb(3L2-4b2)3/2/24EI
P為梁上所受的壓力 F為饒度 L為梁的跨度 E為材料的彈性模量 I為截面慣性矩
實際情況中當小車開到跨中時主梁的擾度最大
根據(jù)以上公式算得截面慣性矩
I=Pb(3L2-4b2)3/2/24EF
在這里P=5000×10/4 N =12500 N E=210×106 Pa
L=6.5 m FMAX =6.5/1000 m =0.0065 m
b=1.67m
將以上數(shù)字代入公式中得I=0.79*108 cm4
根據(jù)以上計算結(jié)合設(shè)計經(jīng)驗得出以下截面為主梁截面
在本設(shè)計中，主梁采用常用的焊接箱型結(jié)構(gòu)梁，這種梁具有結(jié)構(gòu)相對簡單，便于生產(chǎn)加工，生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)成本低等特點。因此廣泛應(yīng)用于起重機行業(yè)。
主梁截面如上圖所示。
根據(jù)我國現(xiàn)有鋼材生產(chǎn)狀況和鋼材質(zhì)量，主梁材料應(yīng)選用Q235B以上材料為宜。Q235B具有良好的焊接性，和比較好的綜合力學性能，再加之生產(chǎn)成本較低，生產(chǎn)量較大，市場價格相對較低。因此Q235是性價比較好的碳素結(jié)構(gòu)鋼。
主梁在制作完成后不加載荷的情況下應(yīng)具有3mm的上拱度。此項內(nèi)容在調(diào)試時用坐標測量儀檢測。
軌道安裝應(yīng)符合起重機行業(yè)標準，為了減小沖擊載荷對起重機的破壞，軌道接口一般焊接上。如不焊接，接口處兩軌道的高度差不大于2mm，兩軌道的距離不大于2mm，水平偏差不大于1mm。另外軌道壓板的安裝應(yīng)符合起重機行業(yè)標準，軌道壓板可直接焊接在主梁上。
主梁在最后驗收合格后要涂上防銹漆，涂漆前要祛除各表面上的焊渣、灰塵、銹跡等以免影響涂裝質(zhì)量。最后要在醒目位置噴涂起重機的額定起重量，提示不得超載工作、起重機類型、生產(chǎn)廠家等字樣。
三 小車設(shè)計
小車的主要作用是拖動起吊裝置到達需要的起吊位置，用小車上的起吊裝置將重物吊起到一定高度，然后小車偕同起吊重物一起運動到需要的卸載位置，在該位置放下重物，小車運行到初始位置。以上為小車的一個工作循環(huán)。由以上運動描述，小車需具備行走裝置、起吊裝置、錨定裝置、制動裝置等。
(一) 行走裝置
小車行走主要依靠主動車輪帶動下，在小車軌道上行走，在本設(shè)計中考慮到小車跨度比較大，采用兩組“三合一”（電機、減速器、制動器）電機分別安裝在兩組主動車輪上。
(二) 起吊裝置
起吊裝置包括主卷筒、主電機、減速器、吊具、滑輪、鋼絲繩等等。這些物品的選擇主要依據(jù)小車的工作級別。在本設(shè)計中小車的工作級別為A5級，在后面將具體提到起吊裝置的設(shè)計。
(三) 錨定裝置
小車必須可以在軌道上的任意位置穩(wěn)定，所以需要一套錨定裝置保證其停止運行時不發(fā)生左右移動。本設(shè)計中沒有另外制造錨定裝置，而是利用三合一電機的制動器代替錨定功能。
(四) 制動裝置
在起吊重物到一定高度的時候，小車運行到一定的位置再卸載，在此期間重物不能有向下的位移，為安全起見，必須在主卷筒輸入軸處設(shè)置制動器，以確保在主電機停止工作或者發(fā)生斷電事故時，起吊重物不會掉下來。
小車行走機構(gòu)
小車行走機構(gòu)，主要解決小車在在主梁軌道上的穩(wěn)定行走問題。
小車行走機構(gòu)中行走裝置電機的選擇，主要依據(jù)起重機行業(yè)標準中對工作級別的各項要求。本設(shè)計中小車的工作級別為M5，根據(jù)該級別規(guī)定的要求小車行走大概需要的功率為7KW，所以可以選用兩個3.5KW的“三合一”電機，為小車行走提供動力。
“三合一”是指電機、減速器和制動器三個元件安裝在一起。該類型電機具有可靠性高、使用壽命長、工作效率高、體積小、重量輕、安裝簡便、出問題后容易更換等特點。
錨定裝置
為了使小車在停止前進和暫不運行時，小車不會在軌道上自行滑動，必須設(shè)置錨定裝置。一般而言錨定裝置都是獨立的機構(gòu)，但是在本設(shè)計中考慮到小車跨度比較大，而其起重量又不是很大，所以小車的自重不會很大。如果另外設(shè)計錨定裝置不但增加了小車的重量、增加了設(shè)計制作的成本，并且使小車架結(jié)構(gòu)更加復雜，增加設(shè)計難度。
因此在本設(shè)計中，直接使用小車行走電機“三合一”電機中的制動器，兼負錨定功能。這樣即節(jié)省了材料，降低了生產(chǎn)成本；又使小車架結(jié)構(gòu)更簡單，也更緊湊。
小車架結(jié)構(gòu)設(shè)計
小車架是小車上各個部件安裝的載體，也是起重機的主要受力機構(gòu)之一。因此小車架的設(shè)計必須要能承受其所受的應(yīng)力，必須解決各部件的安裝問題，如卷筒，減速機，制動器等。
小車架
小車架的設(shè)計主要包括截面設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，截面設(shè)計主要考慮小車架的受力情況根據(jù)起重機行業(yè)標準，小車架在額定載荷作用下，最大擾度不得大于S/1000，S表示小車的跨度；小車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要依據(jù)小車上主要部件的安裝位置，如卷筒、減速機、制動器、定滑輪等等。要確定卷筒座、卷筒軸承座、減速機座、制動器座還有定滑輪軸承座的安裝位置。因為以上列舉都是受力元件，因此在以上列舉的位置必須焊接加強板，并且加強板都要四周滿焊以保證小車架的強度。
小車架截面的計算和主梁截面計算類似。先根據(jù)起重機行業(yè)標準中對小車架的規(guī)定確定小車架主梁的擾度，再根據(jù)擾度計算其慣性矩，然后根據(jù)慣性矩和以往的設(shè)計經(jīng)驗確定截面形式和尺寸大小。
一般情況，小車架的截面形式應(yīng)和主梁截面相似，在本設(shè)計中小車架的截面也設(shè)計成箱型結(jié)構(gòu)。
上圖為小車架主梁截面
此圖為吊架上防搖桿通過小車架處的截面圖。
小車架采用Q235B鋼板 、H鋼、角鋼等焊接制作。手工氣保焊使用E43電焊條。重要結(jié)構(gòu)部位使用埋弧焊。焊接前要打磨焊接接口處，祛除油漆鐵銹等可能影響焊接質(zhì)量的覆蓋物，保證焊縫無沙眼、氣孔等明顯缺陷，焊接完成后注意焊接變形，等其冷卻后應(yīng)該用火焰噴射或其他有效方法調(diào)整焊接變形。祛除變形應(yīng)力。焊接完成后要進行超聲波無損探傷。
小車架制作完成后，經(jīng)質(zhì)檢部門檢查無重大缺陷后要涂上防銹漆。在噴涂防銹漆前應(yīng)先祛除表面所有的鐵銹、灰塵、焊渣等。防銹漆應(yīng)分三層噴涂使用的油漆種類主要通過和客戶協(xié)商盡量滿足客戶要求為原則。如客戶是否要求環(huán)保油漆，客戶所要求的外漆顏色等等。
小車架端梁
小車架端梁
小車架的端梁的作用主要是連接兩個主梁，并支撐所有壓力，安裝車輪使小車能在主梁軌道上平穩(wěn)行走。所以端梁設(shè)計主要考慮是小車架主梁的間距，小車架的高度，車輪的大小、個數(shù)以及車輪安裝形式等。
在本設(shè)計中端梁的高度應(yīng)和小車架主梁相等或接近；也同樣采用箱型結(jié)構(gòu)梁；車輪采用直徑350的鑄造車輪，并且使用角型軸承箱。角型軸承箱能有效保證車輪的位置度等其他方面的要求，具有很好的穩(wěn)定性，又容易制作，并且能快速裝卸車輪，為運輸和以后的檢修帶來很大的方便。車輪一般用65Mn的鑄造件加工，表面淬火處理，使其踏面硬度達到HRB 50～55。另外車輪的安裝誤差參考起重機行業(yè)標準。
四 起吊機構(gòu)設(shè)計
起吊機構(gòu)主要包括吊具、鋼絲繩、滑輪、卷筒、減速機、制動器等等。
首先設(shè)計吊具要滿足作業(yè)要求，要能靈活、穩(wěn)定、安全、快速的起吊重物，還要便于操作。在本設(shè)計中因為起吊物件體積相對比較大，本來使用電磁式吊具是最合適的，但是考慮到有些集裝箱是不能被磁化的，所以不能使用電磁式吊具，而如果用吊鉤式，很難保證集裝箱的平穩(wěn)起吊，綜合各種因素最后確定使用如下圖所示之桁架吊具。
圖中兩處雙點劃線分別表示20英尺和40英尺的集裝箱
本設(shè)計采用40英尺加強輕型吊架，設(shè)計了40尺位扭鎖和20尺位扭鎖，扭鎖設(shè)計為高低位，當起吊40英尺集裝箱時，20尺位扭鎖處于懸空狀態(tài)，不傷及40英尺集裝箱的頂部；當起吊20英尺集裝箱時，40尺位扭鎖在箱外，也不傷及箱體，由此解決了通用性問題。扭鎖間通過鏈輪傳遞轉(zhuǎn)動，這樣解決快速鎖定的問題。為了防止集裝箱在小車高速運行時發(fā)生大幅度搖擺，在桁架吊具之上焊接上四套防搖裝置。
扭鎖
1. 承座 2. 轉(zhuǎn)軸 3. 座墊 4. 鏈輪 5. 底基板 6. 頂蓋板 7. 轉(zhuǎn)鎖頭
該吊具共有以上所示扭鎖8套，20尺位和40尺位各4套，8套扭鎖通過鏈條聯(lián)動，當鏈輪的上一傳動級轉(zhuǎn)動自然帶動下一級轉(zhuǎn)動，這樣實現(xiàn)了8套扭鎖一起同步轉(zhuǎn)動，使用液壓或氣壓傳動扭鎖的鏈輪、傳動軸、轉(zhuǎn)鎖頭為一體，當鎖頭及承座插入集裝箱的頂角件起吊孔時，鏈輪帶動鎖頭旋轉(zhuǎn)90度鎖定集裝箱。8套扭鎖分別通過底基板圖中所示5焊接在吊架上與集裝箱頂角件起吊空對應(yīng)的位置上。
起吊機構(gòu)中的鋼絲根據(jù)每根鋼絲所受應(yīng)力，確定采用14mm直徑起重鋼絲繩。因為鋼絲繩取的14mm直徑，卷筒導向槽的直徑應(yīng)與鋼絲一致，按照起重機行業(yè)標準卷筒上必須預留三圈，在加上起重高度算出所需要的鋼絲長度和卷筒直徑。卷筒的的有效卷揚直徑為?500mm 卷筒長度為1500mm，卷筒具體尺寸、加工及安裝要求請看零件圖。
起吊機構(gòu)的減速機和主電機的的選擇由起重機的工作級別和小車的工作級別確定。制動器是通過摩擦片和制動輪產(chǎn)生的摩擦力，再通過連接在制動輪上的轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生扭矩。制動器的選擇根據(jù)起吊重物產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，確定其制動輪的大小和制動力的大小。制動器采用電控電磁式液壓制動器，該類型制動器制動力穩(wěn)定，可靠性高，使用壽命比較長，制動準確迅速。
五 支架設(shè)計
在本設(shè)計中，主梁是安裝在支腿上的因此支腿除需承受額定載重外，還需支撐主梁及小車的自重。因此支腿的設(shè)計尤為重要，在本設(shè)計中采用一個主梁配兩個支腿的結(jié)構(gòu)。如下圖所示。
為了加強支架的穩(wěn)定性，在支腿之間和兩頭加上了連接構(gòu)件。A-A、 B-B和支腿的C-C截面分別如下圖所示。
支腿用地腳螺栓直接固定連接在地面上。
設(shè)計小結(jié)
經(jīng)過一段時間的努力，今天終于完成設(shè)計了。首先感到的是欣慰之情，我在進入起重機行業(yè)大概只有一個月時間，在這個月中學到很多實際的解決問題的方法，我把這些方法都用到本次設(shè)計當中。在本設(shè)計中著重從設(shè)計方法，設(shè)計步驟上反應(yīng)起重機的設(shè)計過程。
在本次設(shè)計中有一些是具有獨創(chuàng)性的，如吊架的防搖裝置，聯(lián)動扭鎖系統(tǒng)等，這些機構(gòu)雖然是常見機構(gòu)，但是用在起重機的吊具上還是比較少的，在這方面我做了大膽的嘗試。在本設(shè)計的起重機，體積和重量都不是很大，并不存在安裝上的困難，只需用液壓伸縮懸臂式車載吊車就能完成安裝工作。
完成本次設(shè)計，對我是很有幫助的。首先，通過這次設(shè)計檢驗了我大學中所學的專業(yè)素質(zhì)；通過這次設(shè)計也使我鞏固了以前學習的成果，彌補了學習中存在的問題；通過這次設(shè)計學會了機構(gòu)設(shè)計的過程，了解了設(shè)計內(nèi)容的設(shè)定，清楚了設(shè)計目標的制定，以及按計劃完成設(shè)計內(nèi)容。
由于本人能力學識有限，在本次設(shè)計中也還是存在一些不足之處，如：吊具只能起吊20英尺和40英尺兩種集裝箱。事實上集裝箱的尺寸是有很多種的20英尺和40英尺不過是其中比較常用的兩種。因此本設(shè)計不能解決多尺寸集裝箱的通用問題，這將是我在以后的工作學習中考慮的問題。
最后要感謝xxx老師的悉心指導，在蔣教授的指導下，我才能順利的完成此次設(shè)計工作。
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