龙门起重机 小车运行机构设计 说明书

2011届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文） 1 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。 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 李一灵：集装箱龙门起重机小车运行机构设计

2 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。 2011届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文） 3 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 表1 龙门起重机小车运行机构设计参数 起重量 40.5t 基距 16m 小车运行速度 80m/min 工作级别 M7 小车质量 38.5t 最大轮压 ≤250kN

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。 李一灵：集装箱龙门起重机小车运行机构设计 4 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：

kg19750405003850041Qxc41min）（）（GP =197500N 车轮的最小轮压为：

NGP96250kg96253850041xc41min 载荷率： 2011届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文） 5 9.05.013850040500xcG

Q

由《起重机课程设计》附表17可知，当运行速度v在60~90m/min，9.0xcGQ，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；

Pc=39625019750023minmax2PP=163750N

线接触局部挤压强度； 8.092.0706302.7'211ClCDkPcC

=233694.72N>Pc

式中1K--许用线接触应力常数（2MMN）,《起重机设计手册》【1】表3-8-6查得1K=7.2；

--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》【2】附表22查得

l=b=70mm。

1C--转速系数，由《起重机设计手册》【1】表3-8-7查得，车轮转速

mDVcn/r4.4063.014.380时，1C=0.92

2C--工作级别系数，由《起重机设计手册》【1】表3-8-8查得工作级别为7级所以2C=0.8

点接触局部挤压强度

213

22''CCmRkPc

=PcN9.3894178.092.042.0400245.032 式中2k--许用点接触应力常数（2MMN）,由《起重机设计手册》【1】表3-8-6查得2K=0.245；

R--曲率半径，车轮和轨道曲率半径的最大值， 车轮半径为31526302Drmm。 曲率半径为r'=400mm。所以R=250

m--由8.0Rr确定，《起重机设计手册》【1】表3-8-6查得m=0.42 李一灵：集装箱龙门起重机小车运行机构设计 6 所以，通过强度校核，根据以上计算结果 选定直径cD=630的双轮缘车轮标记为 车轮 SYL—630x210 GB4628—84 2011届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）

7 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： )2)((dkGQMxcm

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》【1】表2-3-4得1.5；

xcG、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)=)218.0015.00008.0)(3850040500(5.1 =871kg.m=8710Nm

）（QQPm315.0

87102Q)Mm(QDc

=27650.8N 式中DC为车轮直径 当无载时 )2dGxc(k0)Mm(Q

5.1)218.0015.00008.0(38500 =124.16kg·m=1241.6N·m NDc59.3941315.06.124120)Mm(Q0)Pm(Q

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。