QZ20桥式起重机小车及抓斗设计

1前言桥式起重机是生产车间、料场、电站厂房和仓库中为实现生产过程机械化与自动化，减轻体力劳动，提高劳动生产率的重要物品搬运设备。

桥式起重机安装在厂房高处两侧的吊车梁上，整机可以沿铺设在吊车梁上的轨道纵向行驶。

而起重小车又可沿小车轨道横向行驶，吊钩则作升降运动。

21.1 起重机械国内外发展趋势起重机的出现大大提高了人们的劳动效率，以前需要许多人花长时间才能搬动的大型物件现在用起重机就能轻易达到效果，尤其是在小范围的搬动过程中起重机的作用是相当明显的。

在工厂的厂房内搬运大型零件或重型装置桥式起重机是不可获缺的。

（1）国外起重机发展动向当前，国外桥式起重机发展主要有以下特征：①简化起重机设备结构，减轻自身重量，降低成本。

比如，法国的Patain公司采用了一种以板材作为基本构件的小车架结构，其特点是重量轻，加工方便，能用于中小吨位的起重机[1]。

该结构要求起升使用行星减速器，小车架不直接于车架相连，这样可以降低对小车架的刚度要求，这样简化了小车架的结构，减轻了自身重量。

而该公司的大小车运行机构采用的是三合一驱动方式，结构紧凑，减轻自重，简化了总体布置。

②更新起重机的零部件，提高整机性能。

法国的Patain公司采用了窄偏轨箱形梁作为主梁，高宽比大约为3.5-4，大筋板间距为梁高的两倍，不使用小筋板，主梁与端梁采用搭接的连接方式，这样垂直力直接作用于端梁上盖板，可以降低端梁高度，便于运输。

③起重机的大型化随着时代的发展，所需求的起重量和幅度越来越大，因此起重机械的体积和起重量也随之增大，其服务场地和使用的范围也是越来越大，总体趋向于大型化。

英国亚当森公司生产的世界上最大的铸造起重机起重量已达550t[2]。

④机械化运输系统的组合应用。

在国外的一些大型工厂里，为了提高生产效率，降低生产成本，他们把起重机有机结合，构成先进的机械化运输系统。

（2）国内起重机发展趋势我国起重机的研制在二十世纪五六十年代起步，中间经历了七十年代末至八十年代的引进，以及九十年代以来的自主研发阶段，国内起重机行业历经风雨。

目前在各行业中所使用的起重机数不胜数，普遍采用小型PLC控制和调压调速，基本上没有智能化产品。

中小型桥式起重机大多应用16/3.2T,50/10T以及32/16T等类型，在冶金工业中的大型起重机，大型的钢铁公司基本上采用200t～480t起重机，而中小型的企业大多采用趋于淘汰的75t～160t起重机，这些起重机的更新换代，形成了巨大的市场需求，也是科研人员进一步研发的动力和机会。

随着工业的发展，桥式起重机趋向于高速化、大型化、智能化的方向发展。

①高速化大型桥式起重机主起升机构的起升速度已达12m／min，副起升速度15m／min，小车运行速度40m／min，大车运行速度80m／min以上。

②大型化目前国内最大的桥式起重机是太原重工股份公司生产的450t起重机，使用在宝钢、武钢、鞍钢，一共有十多台。

③智能化整机电控配置先进，已发展到全部机构变频调速，检测手段先进，运行自动监控、自动跟踪、检测智能化，给维护检修提供了便捷。

因此对于大型化的铸造起重机，机构安全可靠性的设计就显得尤为重要，否则一旦发生事故后果是十分严重的。

随着制造业的发展，桥式起重机越来越多的应用到工业生产当中。

但是，我国现在应用的起重机还是仿造外国技术制造出来的，无论是在质量上还是在功能上都满足不了日益增长的工业需求。

文献[3]和文献[4]介绍了国内外大型起重机的研究现状及发展趋势，随着工业的发展，桥式起重机趋向于高速化、大型化、智能化的方向发展。

文献[5]介绍的岸边桥式起重机技术新进展。

桥式抓斗卸船机上利用差动原理的四卷简牵引式小车．通过齿轮差动式结构将抓斗起升、开闭机构和小车运行机构的传动装置合并在一起。

达到减轻机构重量．减少钢丝绳的使用量，从而降低整机重量和营运成本的目的。

文献[6]是对起升机构进行了设计计算，文献[7]则是对起升机构进行了改进，采用了行星减速器，以实现快捷的电动机械变速。

文献[8]介绍了运行机构减速器选择的几个问题，文献[9]是对小车的改进，增大了小车的作业范围。

1.2桥式起重机的组成和分类（1）桥式起重机的组成桥式起重机一般由大车运行机构，桥架，主梁，小车运行机构，起升机构，电气设备，司机室等几大部分组成。

外形像一个两端支撑在平行的两条空中轨道上平移运行的桥。

起升机构用来垂直升降，小车运行机构用来带着载荷横向移动，已达到在跨度内和规定高度内组成的三维空间里搬运装载货物。

①桥式起重机小车主要由小车运行机构、起升机构、小车架三部分组成，另外还有一些安全防护装置。

②桥式起重机大车主要由大车运行机构、桥架两部分组成，另外还有一些防护、限位装置。

（2）桥式起重机的分类桥式起重机主要分为三类：通用桥式起重机、专用桥式起重机、电动葫芦型桥式起重机。

①通用桥式起重机。

通用桥式起重机是指在一般环境中工作的作为普通用途的起重机。

以下几种起重机都属于通用桥式起重机。

a通用吊钩桥式起重机b抓斗桥式起重机c电磁桥式起重机d两用桥式起重机e三用桥式起重机f三小车桥式起重机②专用桥式起重机桥式起重机按照起重机的结构及使用特性分类主要分为以下几种：a冶金桥式起重机b防爆吊钩桥式起重机c绝缘吊钩桥式起重机③电动葫芦型桥式起重机电动葫芦型桥式起重机特点是起重小车用自行式电动葫芦代替，或者用固定式电动葫芦作为起升机构，小车、大车运行机构也尽量与电动葫芦部件通用，因此，电动葫芦型桥式起重机虽然起重量小、工作速度慢、工作级别低，但是它的自身重量小、能耗低，对建筑压力负载小，因此，在中小级别起重范围内使用越来越广泛。

电动葫芦型桥式起重机主要有两种：a电动梁式起重机b电动葫芦桥式起重机1.3本课题研究的意义和要求起重机械是用来升降物品和人员的，有的还能这些物品和人员在其工作范围内作水平或空间移动的机械。

取物装置悬挂在可沿桥架运行的起重小车或运行式葫芦上的起重机，称为桥架型起重机。

桥架两端通过运行机构直接支撑在高架轨道上的桥架型起重机，称之为“桥式起重机”。

桥式起重机一般有大车运行机构的桥架、装有起升机构和小车运行机构的起重小车、电气设备、司机室等几大部分组成。

（1）设计的目的本次设计的目的在于通过桥式起重机的设计，使我在拟定方案、设计传动结构、制造工艺及零件的计算、制图及编写技术文件等方面得到综合训练。

这是对大学四年学过的知识的综合应用，从而培养我们具有结构分析和设计的能力，树立理论联系实际和实事求是的工作作风。

通过这次设计可以让我更加了解起重机，熟悉设计的过程，以及熟练CAD等制图软件的使用，为以后的工作做好准备。

（2）设计的内容桥式起重机是一种常见的有轨运行的起重机，多用于机械制造、装配车间和仓库等场所，用来搬运和装卸物料。

本设计主要是进行QZ20桥式起重机的抓斗及小车运行机构进行结构设计，确定各部分参数，并进行计算校核，绘制装配图和零件图。

设计参数如下的起重机：表1.1 设计参数（3）设计的要求在设计过程中，结合起重机的实际工作条件，应注意以下几方面要求：①整台起重机与厂房建筑物的配合，以及小车与桥架的配合要恰当。

小车与桥架的配合，主要在于：小车轨距和桥架上的小车轨距应相同，其次，小车上的缓冲器与桥架上的挡铁位置要配合好，小车的撞尺和桥架上的限位装置要配合好。

小车的平面布置越紧凑，小车越能跑到靠近桥架的两端，起重机工作范围也越大。

小车的高度小，可使起重机的高度减小，从而降低厂房的高度[12]。

②小车架的机构与小车架配合要适当。

为使小车的起升机构、运行机构与小车架配合的好，要求二者之间的配合尺寸相符；联接零件要选择适当。

在不影响机构工作的前提下，机构的布置也应配合小车架的设计，合理、简单、便于制造。

③小车机构的布置以及同一机构中各零部件之间的配合要求适当。

起升机构和小车运行机构在小车架平面上的布置要合理紧凑，但它们之间的距离不能太小，否则会维修不方便，或者使小车架难以设计。

④小车车轮的轮压分布要求均匀。

如能满足这个要求，则可以获得最小的车轮、轴承及轴承箱尺寸，并且使起重机桥架主梁受到均匀的载荷。

⑤尽量选择标准零部件，以便提高设计制造的工作效率，来降低成本。

⑥小车各部分设计要考虑到安装、维修的方便，方便维修时的拆卸。

2起升机构设计起升机构的设计计算主要包括：根据总体设计要求选择合理的结构型式，并确定机构的传动布置方案；按给定的整机主要参数确定起升机构参数，并确定机构各部件的结构类型和尺寸；以及机构动力装置的选择计算等。

起升机构的零部件的选择计算主要包括：吊钩的选择计算、滑轮组选择、钢丝绳、滑轮与卷筒、电动机、制动器等。

起升机构的布置如图2.1所示：2.1 确定起升机构传动方案因起重量、起升速攻、起重高度等参数的不同，桥式起重机的小车起升机构有多种传动方案。

大体上分为闭式传动及带有开式齿轮传动两类。

本设计采用闭式传动。

如图2.1所示，在电动机1与卷筒8之间，采用传动效率较高的圆柱齿轮减速器7。

电动机1与减速器7之间采用一浮动轴3，浮动,3的一端联有半齿联轴器2，另一端则联有带制动轮联轴器6。

利用浮动轴连接主要有以下优点：①容许较大的安装误差，而且浮动轴越长，允许的安装误差越大。

②有足够的操作空间，便于拆卸和更换零件。

③使小车由零部件重量引起的轮压分布均匀。

图2.1 起升机构布置方案1—电动机；2—联轴器；3—浮动轴；4—配用推动器；5—制动器；6—制动轮联轴器；7—减速器；8—卷筒按照布置宜紧凑的原则，采用双联滑轮组。

如图2.2：图2.2 滑轮组简图按Q=20t ，查文献[12]表24-选滑轮组倍率3=h i ，承载绳分支数：26Z a ==。

查文献[12]附表9选图号为T1 362.1058吊钩组，得其质量：G 0=467kg ，两动滑轮间距A=87mm 。

2.2 选择钢丝绳和滑轮（1）选择钢丝绳若滑轮组采用滚动轴承，当3=h i ，查文献[12]表12-得滑轮组效率：0.99B η=钢丝绳所受最大拉力：)(63.343463985.0324672000020max kN kg i G Q S h ==⨯⨯+=+=η (2.1) 查文献[12]附表42-，中级工作类型（工作级别A6）时安全系数n=5.5。

钢丝绳计算破断拉力:5.19063.345.5max =⨯=∙=S n S b (kN) (2.2)查文献[12]附表1选用瓦林型纤维芯钢丝绳6×19W+IWR ，钢丝公称抗拉强度1770MPa ，光面钢丝，右交互捻，直径d=18mm ，钢丝绳最小破断拉力[S b ]=204kN ，标记如下：钢丝绳: 18NAT6×19W+IWR1770ZS204GB/T8918-88（2）选择滑轮滑轮的许用最小直径：D=d(e-1)=18(25-1)=432(mm) (2.3)式中 系数e 25=由查文献[12]表42-查得；滑轮直径D=450mm ，取平衡滑轮直径D p ≈0.6D=0.6×450=270mm ，查文献[12]附表2选用D p =280mm 。