貨場龍門吊車承重預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)書

畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書（理工）

學(xué)院專業(yè)指導(dǎo)教師課題名稱起止日期電氣與電子工程學(xué)院電氣工程與自動化劉連鑫職稱班級學(xué)生姓名電氣0904學(xué)號董雪村副教授貨場龍門吊車承重預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計自201*年3月4日起至201*年6月21日一、課題來源、目的與要求：1.本課題來源于工程實踐大型龍門吊車在裝卸貨物工作過程中，為保證工作的安全性必須實時監(jiān)視所承吊的貨物的重量是否在允許的范圍內(nèi)。本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心設(shè)計一個稱重實時監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)接收稱重傳感器輸出的貨物重量信號，實時顯示、檢測所承吊的重量，當(dāng)重量超限時進(jìn)行相應(yīng)的控制及報警。2.畢業(yè)設(shè)計的目的和要求：課題設(shè)計的目的：通過對本課題的設(shè)計，掌握單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計方法，學(xué)會硬件電路的設(shè)計方法，掌握電氣原理圖、PCB圖的繪制，掌握軟件編程及調(diào)試方法。通過本次設(shè)計全面了解工程項目及科研課題設(shè)計與開發(fā)的全過程，學(xué)會開發(fā)研制工程項目的基本方法。設(shè)計要求：（1）選擇稱重傳感器，設(shè)計傳感器信號調(diào)理電路及A/D轉(zhuǎn)換電路；（2）采用8位LED數(shù)碼管顯示實時貨物重量值；（3）具有參數(shù)設(shè)置及存儲功能；（4）設(shè)計輸出連鎖控制電路；（5）具有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能，設(shè)計接口電路；（6）提出解決本課題所提出的工程實踐問題的創(chuàng)新見解；（7）總結(jié)設(shè)計的各種資料和經(jīng)驗，繪制相應(yīng)圖紙；二、主要設(shè)計內(nèi)容：1.英文資料翻譯，翻譯與本課題有關(guān)的資料。2.查閱科技資料，提出總體設(shè)計方案并論證方案的可行性，作出開題報告。3.硬件電路設(shè)計，主要包括：承重傳感器接口電路設(shè)計，A/D轉(zhuǎn)換器接口電路設(shè)計，電源電路設(shè)計，鍵盤、顯示器接口電路設(shè)計，報警控制輸出接口電路設(shè)計。4.繪制系統(tǒng)流程圖，編制控制程序。5.系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試。6.撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。7.畢業(yè)答辯。三、主要設(shè)計技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)：1.承重傳感器量程：15T；2.8位LED顯示器；3.聲光報警輸出，2路開關(guān)量隔離輸出；4.具有參數(shù)在線修改功能；5.A/D轉(zhuǎn)換器分辨率16位。四、分階段指導(dǎo)性進(jìn)度計劃：第1～2周：設(shè)計內(nèi)容講解，英文資料翻譯，查閱有關(guān)參考文獻(xiàn)，了解配料系統(tǒng)的工作過程，確定總體的設(shè)計方案，編寫開題報告；第3～4周：整體方案設(shè)計，設(shè)計電氣原理圖，選擇電氣元件；第5～6周：硬件電氣原理圖；第7～8周：設(shè)計印制線路板，購置元器件；第9～10周：線路板焊接，硬件電路調(diào)試；第11～13周：程序流程圖的繪制及軟件設(shè)計與調(diào)試；第14～15周：編寫畢業(yè)設(shè)計論文；第16周：畢業(yè)答辯。五、主要參考文獻(xiàn)資料：[1]梁侃.DSP數(shù)字信號處理技術(shù)在寬帶測試中的應(yīng)用研究:[碩士學(xué)位論文].南京:復(fù)旦大學(xué),201*[2]朱善君，孫新亞，吉吟東。單片機(jī)接口技術(shù)與應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，173-185[3]于海生。微型計算機(jī)控制技術(shù).清華大學(xué)出版社。210-213[4]趙躍龍,王霜劍.51系列單片機(jī)雙CPU系統(tǒng)通信方法.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,201*,3:77-79[5]閆巖．智能無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究：［碩士學(xué)位論文］．北京：北京工業(yè)大學(xué)，201*[6]張艷豐，趙小霞.MAX487在遠(yuǎn)距離多機(jī)通信系統(tǒng)中的應(yīng)用.濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報201*,4(2):18-21[7]門雅彬.采用MAX487的RS232／422／485隔離轉(zhuǎn)換器.電子元器件應(yīng)用.201*,7(1):22-25[8]桂良啟,郭偉,張祖蔭.電子開關(guān)CD4066在數(shù)據(jù)采集裝置中的應(yīng)用.電子技術(shù)(上海).201*,30(8):38-41[9]IntersilCorporation.3319.CD4066BMSCMOSQuadBilateralSwitch.IntersilDecember1992[10]姜志海，劉連鑫，黃玉清，等．單片機(jī)原理與接口技術(shù)．電子工業(yè)出版社．185-190[11]唐紅.光電耦合器及其應(yīng)用.貴陽學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),201*,1(4):7-10[12]王兆安，黃俊．電力電子技術(shù)．西安：西安交通大學(xué)出版社．170[13]TexasInstrumentsIncorporatedSLRS027DECEMBER1976REVISEDAPRIL1993ULN201*A,DarlingtonTransistorArrays.TexasInstrumentsIncorporated.1993[16]MOTOROLAANALOGICDEVICEDATA.HighVoltageHighCurrentDarlingtonTransistorArraysMc1413MC1413/D.Motorola,Inc.1996指導(dǎo)教師（簽字）：201*年3月1日

注：本表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系主任審定后下發(fā)學(xué)生。

系主任（簽字）：20年月日

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畢業(yè)設(shè)計

摘要：起重機(jī)的出現(xiàn)大大改善了人們的生產(chǎn)和生活，它能夠提高工作的自動化程度，提高工作效率，有效降低人們的工作強(qiáng)度，完成一些復(fù)雜重復(fù)性工作。它對于發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)，改善人們的事物起著重要的作用。以前需要許多人花長時間才能搬動的大型物件現(xiàn)在用起重機(jī)就能輕易達(dá)到效果，尤其是在小范圍的搬動過程中起重機(jī)的作用是相當(dāng)明顯的。例如在鐵路貨場裝卸火車、汽車，在船廠吊裝船舶，在水電站大壩起吊閘門，在港口碼頭裝卸集裝箱，在工廠內(nèi)部起吊和搬運笨重的成件物品，在建筑安裝工地進(jìn)行施工作業(yè)，在儲木場堆積木材等。龍門起重機(jī)起重范圍可以從幾噸到幾十噸甚至幾百噸，在機(jī)械制造、冶金、鋼鐵、碼頭集裝箱裝運等行業(yè)都必須有龍門起重機(jī)。而起升機(jī)構(gòu)更是起重機(jī)的咽喉設(shè)備，它是小車的的重要部分。此次設(shè)計的龍門式起重機(jī)小車主要包括起升機(jī)構(gòu)、小車架、小車運行機(jī)構(gòu)、吊具等部分。其中的小車運行機(jī)構(gòu)主要由減速器、主動輪組、從動輪組、傳動軸和一些連接件組成。

關(guān)鍵詞：起升機(jī)構(gòu)，小車，減速器，超載報警

DesignofthebridgetypehoistcraneCarmovementorganizationABSTRACT

Theinventionofcranehasgreatlyincreasedpeople’sworkefficiency.Peoplecanusecranetohandlewithhugearticles,whichusedtobetakenalongtimetodo,especiallyinasmallarea.Thebridgetypehoistcraneisrequiredtohandlewithhugeaccessoryorhugedevice.

Thebridgetypehoistcranecarconsistsofprotmotedorganization，thecarframe，thecarmovementorganization，hoistingmechanismsandsoon.Itsoperationstructureiscomposedofreducer，thedrivingwheelgroup，thedrivenwheelgroup，thetransmissionshaftandsomeconnectfitting.Thecoreofthisstructureisthedesignofthereducer.Thisbridgetypehoistcraneisbeusedtothehydroelectricpowerstation.ItisinstalledintheexpandedworkshopofFengmanwaterandelectricitystation.Itisusedtoinstalling,examiningandrepairingthewater-turbinegeneratorsetanditsaccessorialequipments.theequipmentsinthewaterandelectricitystationarelargeormedium-size.Theseequipmentshaveahighrequestontheloadofbridgetypehoistcrane,sotheyalsohaveahighrequestonthecapabilityofthereducer.

Keywords:bridgetypehoist,,thereducer0引言

人類生產(chǎn)活動中物料搬運已成為重要組成部分，距今已有幾千年的歷史。14世紀(jì)，西歐出現(xiàn)了人力和畜力驅(qū)動的轉(zhuǎn)動臂架型起重機(jī)。19世紀(jì)前期，出現(xiàn)了橋式起重機(jī)；起重機(jī)的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開始采用金屬材料制造，并開始采用水力驅(qū)動。19世紀(jì)后期，蒸汽驅(qū)動的起重機(jī)逐漸取代了水力驅(qū)動的起重機(jī)。20世紀(jì)20年代開始，由于電氣工業(yè)和內(nèi)燃機(jī)工業(yè)迅速發(fā)展，以電動機(jī)或內(nèi)燃機(jī)為動力裝置的各種起重機(jī)基本形成。|隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，自動化程度的提高，作為物料搬運重要設(shè)備的起重機(jī)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機(jī)的要求也越來越高。起重機(jī)正經(jīng)歷著一場巨大的變革。起重機(jī)械是用來對物料作起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備。它的出現(xiàn)改變了人類幾千年來以手工來搬動重物的狀況，現(xiàn)在幾個按鈕就能完成以前做不到或很難做到的搬運工作，人得到了休息，效率也提高了。起重機(jī)械發(fā)展歷史悠久，種類日益繁多，應(yīng)用極為廣泛。當(dāng)今國民經(jīng)濟(jì)的各個部門，如冶金、機(jī)械、交通運輸、電力、建筑、采礦、化工、造船、港口、鐵路、農(nóng)場、林區(qū)和國防等都離不開起重機(jī)械。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，日益顯現(xiàn)出起重機(jī)械作為實現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動化、減輕體力勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率的特種設(shè)備的突出地位。現(xiàn)代起重機(jī)械結(jié)構(gòu)已向大型、精密、高效、多功能、宜人化的機(jī)電一體化方向發(fā)展。1起重機(jī)介紹1.1起重機(jī)的定義

起重機(jī)是在一定范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運重物的多動作起重機(jī)械，又稱吊車。屬于物料搬運機(jī)械。起重機(jī)是以反復(fù)短暫的工作循環(huán)方式完成貨物裝卸或設(shè)備安裝作業(yè)的。一個工作循環(huán)包括：取物、貨物上升、水平運動、下降、卸載，然后空吊具返回原地。一個工作循環(huán)時間一般需要一定時間，其間各機(jī)構(gòu)在不同時刻有短暫的停息時間。龍門起重機(jī)是水平橋架設(shè)置在兩條支腿上構(gòu)成門架形狀的一種橋架型起重機(jī)，龍門起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)、小車運行機(jī)構(gòu)和橋架結(jié)構(gòu)，與橋式起重機(jī)基本相同。這種起重機(jī)在地面軌道上運行，主要用在露天貯料場、船塢、電站、港口和鐵路貨站等地進(jìn)行搬運和安裝作業(yè)。由于跨度大，起重機(jī)運行機(jī)構(gòu)大多采用分別驅(qū)動方式，以防止起重機(jī)產(chǎn)生歪斜運行而增加阻力，甚至發(fā)生事故。1.2起重機(jī)的工作原理

起重機(jī)械的主要任務(wù)是起重，而直接承擔(dān)起重任務(wù)的是起升機(jī)構(gòu)，其他機(jī)構(gòu)都是為了擴(kuò)大起重機(jī)的使用范圍。最簡單的起重機(jī)實際上也就僅有一個起升機(jī)構(gòu)�，F(xiàn)代的絕大多數(shù)起重機(jī)，不論他們的型式和用途如何，都是根據(jù)同一個工作原理構(gòu)成的。龍門起重機(jī)通常由起升機(jī)構(gòu)(使物品上下運動)、運行機(jī)構(gòu)(使起重機(jī)械移動)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(使物品作水平移動)，再加上金屬機(jī)構(gòu)，動力裝置，操縱控制及必要的輔助裝置組合而成。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，起重量和起升速度不斷提高，因而機(jī)構(gòu)演變?nèi)遮呁晟啤?.3起重機(jī)的類型和特點

起重機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可以分為：①橋架型起重機(jī)。可在長方形場地及其上空作業(yè)，多用于車間、倉庫、露天堆場等處的物品裝卸，有梁式起重機(jī)、橋式起重機(jī)、龍門起重機(jī)、纜索起重機(jī)、運載橋等。②臂架型起重機(jī)�？稍趫A形場地及其上空作業(yè)，多用于露天裝卸及安裝等工作，有門座起重機(jī)、浮游起重機(jī)、桅桿起重機(jī)、壁行起重機(jī)和甲板起重機(jī)等，這次課題則是龍門式起重機(jī)的設(shè)計。1.4龍門起重機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r

龍門式起重機(jī)的市場份額越來越大，使用非常廣泛，這是產(chǎn)品本身、龍門式起重機(jī)廠家以及國家政策等多種因素共同作用下的結(jié)果，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國家“一攬子計劃”的推動，跟促進(jìn)了相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。起重機(jī)的市場需求一年年的上漲，需求量超出了很多起重機(jī)生產(chǎn)廠家的預(yù)期。雖然起重機(jī)市場需求增大，但我們應(yīng)該清楚地認(rèn)識到，世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家的技術(shù)比我們領(lǐng)先很多。我們在機(jī)械設(shè)計方面與他們還有很大的差距，我們國家的起重機(jī)設(shè)計制造行業(yè)起點低、設(shè)備差，相對發(fā)達(dá)國家落后幾十年。所以我們應(yīng)該借鑒消化國外技術(shù)，完善自己，加快我國起重機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。1.5龍門起重機(jī)的發(fā)展趨勢

隨著社會的發(fā)展，對龍門起重機(jī)要求越來越高，需要速度更快，裝載量更大，操作更方便，更安全可靠性更強(qiáng)的起重機(jī)，另外，新材料的研發(fā)及應(yīng)用也至關(guān)重要。起重機(jī)部件甚至整體有條件的采用強(qiáng)度更高，重量更輕的材料有利于降低自重，增加載重量。所以其會趨向高速化大型化智能化及新材料的方向發(fā)展。2龍門起重機(jī)的介紹2.1龍門起重機(jī)的分類

（1）普通龍門起重機(jī)：這種起重機(jī)用途最廣泛，可以搬運各種成件物品和散狀物料，起重量在100噸以下，跨度為4～35米。用抓斗的普通門式起重機(jī)工作級別較高。

（2）水電站龍門起重機(jī):主要用來吊運和啟閉閘門,也可進(jìn)行安裝作業(yè)。起重量達(dá)80～500噸,跨度較小,為8～16米；起升速度較低,為1～5米/分。這種起重機(jī)雖然不是經(jīng)常吊運，但一旦使用工作卻十分繁重，因此要適當(dāng)提高工作級別。（3）造船龍門起重機(jī)：用于船臺拼裝船體，常備有兩臺起重小車：一臺有兩個主鉤，在橋架上翼緣的軌道上運行；另一臺有一個主鉤和一個副鉤，在橋架下翼緣的軌道上運行，以便翻轉(zhuǎn)和吊裝大型的船體分段。起重量一般為100～1500噸；跨度達(dá)185米；起升速度為2～15米/分，還有0.1～0.5米/分的微動速度。（4）集裝箱龍門起重機(jī)：用于集裝箱碼頭。拖掛車將岸壁集裝箱運載橋從船上卸下的集裝箱運到堆場或后方后,由集裝箱龍門起重機(jī)堆碼起來或直接裝車運走,可加快集裝箱運載橋或其他起重機(jī)的周轉(zhuǎn)。可堆放高3～4層、寬6排的集裝箱的堆場，一般用輪胎式,也有用有軌式的。集裝箱龍門起重機(jī)與集裝箱跨車相比，其跨度和門架兩側(cè)的高度都較大。為適應(yīng)港口碼頭的運輸需要，這種起重機(jī)的工作級別較高。起升速度為8～10米/分；跨度根據(jù)需要跨越的集裝箱排數(shù)來決定,最大為60米左右相應(yīng)于20英尺、30英尺、40英尺長集裝箱的起重量分別約為20噸、25噸和30噸。

（5）運載橋：由龍門起重機(jī)加大跨度發(fā)展而成的一種橋架型起重機(jī)，又稱裝卸橋。用于露天貯料場、港口和鐵路貨站等處。普通運載橋與大型門式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)相似。特點是：①搬運對象主要是大批量的散狀物料；②跨度大，一般在30米以上，有的達(dá)170米；③作業(yè)頻繁，生產(chǎn)率高，一般為500～1500噸／時，工作速度高，起升速度為60～70米／分，小車運行速度為100～350米／分，工作級別較高；④運載橋的運行機(jī)構(gòu)只用以調(diào)整工作位置，是非工作性機(jī)構(gòu)。當(dāng)跨度較大時，運載橋的橋架支承在一條剛性支腿和一條柔性支腿上。橋架與兩條支腿可采用螺栓聯(lián)接；與柔性支腿的聯(lián)接也可通過球鉸或柱鉸，使柔性支腿可相對于橋架有一定范圍的偏斜。橋架由桁架梁組成，起重小車在它的上弦桿或下弦桿的軌道上運行。有的小車有回轉(zhuǎn)臂架，相當(dāng)于一臺在橋架上運行的臂架型起重機(jī)。在港口岸壁運行的集裝箱運載橋，是一種特殊結(jié)構(gòu)的大型起重機(jī)，專用于船舶的集裝箱裝卸工作。兩側(cè)一般都是剛性支腿，形成堅固的門架，橋架支承在與門架連成一體的上部構(gòu)架上。帶有集裝箱吊具(見跨車)的小車在橋架上運行。伸向海面的長懸臂通常是可俯仰的。非作業(yè)狀態(tài)時，懸臂可吊起在80°～85°仰角處，使運載橋讓過船舶上的最高點。作業(yè)時懸臂放平。也有些懸臂是固定的。2.2龍門起重機(jī)的主要組成

龍門起重機(jī)通常由起升機(jī)構(gòu)(使物品上下運動)、運行機(jī)構(gòu)(使起重機(jī)械移動)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(使物品作水平移動)，再加上金屬機(jī)構(gòu)，動力裝置，操縱控制及必要的輔助裝置組合而成。起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)的基本工作機(jī)構(gòu)，它們大多是由吊掛系統(tǒng)和絞車組成。運行機(jī)構(gòu)用以縱向水平運移重物或調(diào)整起重機(jī)的工作位置，一般是由電動機(jī)、減速器、制動器和車輪組成。金屬結(jié)構(gòu)是起重機(jī)的骨架，主要承載件，門架可為箱形結(jié)構(gòu)或桁架結(jié)構(gòu)，也可為腹板結(jié)構(gòu)，有的可用型鋼作為支承梁。

2.3龍門起重機(jī)的選型特點龍門式起重機(jī)的起重小車若采用電葫蘆，稱為單梁電葫蘆式門式起重機(jī)。貨運量較小的鐵路貨場可以采用單梁電葫蘆門式起重機(jī)。它具有構(gòu)造簡單，上馬快等優(yōu)點。它的缺點是速度低，起重量小(一般在10噸以下)。單主梁門式起重機(jī)若采用專制小車則稱為單主梁小車門式起重機(jī)。由于其支腿的形式不同，可分為單主梁L形和單主梁C形門式起重機(jī)。L形單主梁門式起重機(jī)的起重小車多采用垂直反滾輪式(兩支點)小車；C形單主梁門式起重機(jī)的起重小車多采用水平反滾輪式(三支點)小車。垂直反滾輪小車構(gòu)造簡單，維修方便，但其聲機(jī)構(gòu)啟動和制動是垂直方向跳動比較大．水平反滾輪小車工作過程中比較平穩(wěn)，但維修不太方便。雙箱形主梁門式起重機(jī)按照支腿的形式又分為0型、U型、A型和八字腿帶馬鞍型等幾種。3起升機(jī)構(gòu)

3.1起升機(jī)構(gòu)的組成

在起重機(jī)中，用以提升或下降貨物的機(jī)構(gòu)稱為起升機(jī)構(gòu)，一般采用卷揚式。起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)機(jī)中最重要、最基本的機(jī)構(gòu)，其工作的好壞直接影響到整臺起重機(jī)的工作性能。

起升機(jī)構(gòu)一般由驅(qū)動裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、聯(lián)軸器、制動器、減速器、卷筒等部件。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩、卷筒、定滑輪和動滑輪。取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、抓斗、電磁吸盤、吊具等多種形式。安全保護(hù)裝置有超負(fù)荷限制器、起升高度限制器、下降深度限制器、超速保護(hù)開關(guān)等，根據(jù)實際情況配用。

起升機(jī)構(gòu)有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動、電動機(jī)驅(qū)動和液壓驅(qū)動三種驅(qū)動方式。

內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的起升機(jī)構(gòu)，其驅(qū)動力有內(nèi)燃機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動裝置傳給包括起升機(jī)構(gòu)在內(nèi)的各個工作機(jī)構(gòu)。這種驅(qū)動方式的優(yōu)點是具有自身獨立的能源，機(jī)動靈活，適用于流動作業(yè)的流動式起重機(jī)。為保證各個機(jī)構(gòu)的獨立運動，整機(jī)的傳動系統(tǒng)復(fù)雜笨重。由于內(nèi)燃機(jī)不能逆轉(zhuǎn)，不能帶載啟動，需依靠傳動環(huán)節(jié)的離合實現(xiàn)啟動和換向。這種驅(qū)動方式調(diào)速困難，操縱麻煩。屬于淘汰類型。目前只在現(xiàn)有少數(shù)履帶起重機(jī)和鐵路起重機(jī)上應(yīng)用。

電動機(jī)驅(qū)動是起升機(jī)構(gòu)主要的驅(qū)動方式。直流電動機(jī)的機(jī)械特性適合起升機(jī)構(gòu)工作要求，調(diào)速性能好，但獲得直流電源較為困難。在大型的工程機(jī)械上，常常使用內(nèi)燃機(jī)和直流發(fā)電機(jī)實現(xiàn)直流傳動。交流電動機(jī)驅(qū)動能直接從電網(wǎng)取得電能，操作簡單，維護(hù)容易，機(jī)組重量輕，工作可靠，在電動機(jī)起升結(jié)構(gòu)中被廣泛采用。本起升結(jié)構(gòu)采用的啟動方式也為電動機(jī)驅(qū)動。

液壓驅(qū)動的起升結(jié)構(gòu)，由原動機(jī)帶動液壓泵。將工作油液輸入執(zhí)行構(gòu)件（液壓缸或液壓馬達(dá)）使機(jī)構(gòu)動作，通過控制輸入執(zhí)行構(gòu)件的液體流量實現(xiàn)調(diào)速。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是傳動比大，可以實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速，結(jié)構(gòu)緊湊，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作方便，過載保護(hù)性能好。缺點是液壓傳動元件的制造精度要求高，液體容易泄漏。目前液壓驅(qū)動在流動式起重機(jī)獲得廣泛的應(yīng)用。3.2起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖

圖（1）為原動機(jī)驅(qū)動的起升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)件圖。電動機(jī)1通過聯(lián)軸器2與減速器4的高速軸相連。機(jī)構(gòu)工作時，減速器的低速軸帶動卷筒7，將鋼絲繩5卷上或放出，經(jīng)過滑輪組系統(tǒng)，使吊鉤6實現(xiàn)上升或下降。機(jī)構(gòu)停止工作時，制動器3使吊鉤連同貨物懸吊在空中。吊鉤的升降靠電動機(jī)改變轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)。

起升結(jié)構(gòu)件圖為了安裝方便與避免高速軸在小車架受載變形時發(fā)生彎曲，聯(lián)軸器2應(yīng)是帶有補(bǔ)償性能的，通常采用彈性柱銷聯(lián)軸器或齒輪聯(lián)軸器。前者簡單并能緩沖，但彈性橡皮圈的壽命不長；后者堅固耐用，應(yīng)用最廣。齒輪聯(lián)軸器的壽命安裝質(zhì)量有關(guān)，并且需要經(jīng)常潤滑。為使布置更方便并增高補(bǔ)償能力，降低磨損，常將齒輪聯(lián)軸器制成兩個半齒輪聯(lián)軸器，中間浮動軸或補(bǔ)償軸連起來。

制動器通常裝在高速軸上，以減小尺寸，如圖（1）所示位置。經(jīng)常利用聯(lián)軸器的一個半體兼作制動輪。帶制動輪的聯(lián)軸器半體應(yīng)當(dāng)安裝在減速軸上，這樣，即使聯(lián)軸器損壞，制動器仍能起作用，保證了安全。

有時在高速軸上需要裝設(shè)兩個制動器，則第二個制動器可安裝在減速器高速軸另一端，如圖（1）虛線所示，或者裝在浮動軸的另一個聯(lián)軸器上。也可以把制動器裝設(shè)在電動機(jī)尾部輸出軸上，但這時需要有兩端出軸的電動機(jī)，所以一般盡量避免。目前也有將制動器放在電動機(jī)尾部的殼體內(nèi)，制成一個組合部件，從而使機(jī)構(gòu)簡化緊湊。

起升機(jī)構(gòu)的制動器應(yīng)該是常閉式的。采用塊式制動器，裝有電磁鐵或電動推桿作為自動的松閘裝置，與電動機(jī)電氣聯(lián)鎖。制動器的制動力矩應(yīng)保證有足夠的制動安全系數(shù)。在要求緊湊的情況下，也有采用帶式制動器的。

減速器常用封閉式的標(biāo)準(zhǔn)兩級圓柱減速器。在起重較大（超過80t）的情況下，為得到低速并增大卷筒與電動機(jī)間的尺寸，常采用標(biāo)準(zhǔn)的封閉式兩級減速器，再增加一對開式齒輪作最后級傳動。

在要求緊湊的起升機(jī)構(gòu)中，也有采用渦輪減速器的，其缺點是機(jī)械效率低。有時采用渦輪減速器是為了盡量減少噪音，例如在載客電梯中。近年來還有采用行星齒輪減速器的，減速器（如3K或擺線、漸開線齒形的少齒差行星減速器）裝在卷筒的內(nèi)腔中，電動機(jī)和卷筒成同軸線布置，其特點是十分緊湊，但維修不太方便。

卷筒通常裝在轉(zhuǎn)軸上，使軸承的檢查與更換都較方便。

卷筒與減速器低速軸可通過特種聯(lián)軸器相連接，卷筒軸用自位軸承支承于減速器軸的內(nèi)腔和軸承座中，扭矩由齒輪連接來傳遞。這種方法緊湊，可靠，分組性好，能補(bǔ)償減速器軸與卷筒軸間的角度偏差，但減速器低速軸需要帶特殊齒形軸端，加工較為復(fù)雜。國外有采用鼓形滾子聯(lián)軸器的，它利用鼓形滾子與兩個半圓凹槽的配合實現(xiàn)補(bǔ)償。由于它不僅能夠傳遞扭矩，同時還能承受很大的徑向支承裝置。這種布置還省去了卷筒長軸，使重量減輕。當(dāng)卷筒與開式傳動的大齒輪連接時，卷筒端面與齒輪間用沿圓周布置的螺釘聯(lián)接。

在某些需要貨物自由下降的起升機(jī)構(gòu)中，卷筒與減速器傳動裝置間裝有摩擦離合器。這時，制動器應(yīng)裝在卷筒上，用來控制自由下降的速度，它應(yīng)當(dāng)是可操縱的。

卷筒直徑一般盡量選用最小值，因為隨著卷筒直徑的增加，轉(zhuǎn)矩與減速器的傳動比也增大了，會引起整個機(jī)構(gòu)的體積過大。但在起升高度較大時，往往增加卷筒直徑以求限制其長度。

滑輪組型式（單式或雙聯(lián)的）和它的倍率對起升機(jī)構(gòu)的尺寸也有很大的影響。在龍門起重機(jī)中采用雙聯(lián)滑輪組�；�輪組倍率的選定對鋼絲繩的拉力、卷筒直徑與長度、減速器的傳動比及總體尺寸都有關(guān)系。大起重量采用較大倍率，可以避免采用過粗的鋼絲繩。當(dāng)起重量較小時不宜采用大倍率，因為起重量較小，鋼絲繩磨損較大。有時采用增大滑輪組倍率同時相應(yīng)降低起升速度的方式來提高起重量，可以使起升機(jī)構(gòu)達(dá)到通用性，即將同一起升機(jī)構(gòu)用于不同的起重量，這是在系列設(shè)計時常采用的方法。在某些情況下，還可能出于其它原因選用較小倍率，如在臂架式起重機(jī)中選用較小的倍率可以減少臂架端部的定滑輪的數(shù)目。在設(shè)計大起升高度的起升機(jī)構(gòu)時，也可以采用減小滑輪組倍率的方法來減小卷筒繞繩量，從而避免多層卷繞或過長的卷筒。3.3龍門起重機(jī)參數(shù)確定3.3.1基本設(shè)計參數(shù)

設(shè)計起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)時需給定的參數(shù)有：起重量、工作級別、起升高度和起升速度。

起重量對起升機(jī)構(gòu)的組成型式、傳動部件的型號尺寸和電動機(jī)的驅(qū)動功率都有重要影響。在起重機(jī)系列設(shè)計時，合理選擇起重機(jī)系列是重要的環(huán)節(jié)。一般情況下，當(dāng)起重量超過10t時，常設(shè)兩個起升機(jī)構(gòu)，即主起升機(jī)構(gòu)和副起升機(jī)構(gòu)。主起升機(jī)構(gòu)的起重量大，用以起吊重的貨物。副起升機(jī)構(gòu)的起重量小，但速度較快，用以起吊較輕的貨物或作輔助性的工作，提高工作效率。此次畢業(yè)設(shè)計的起重機(jī)為10t,故設(shè)一個起升機(jī)構(gòu)。

起升速度的選擇與起重量、起升高度、工作級別和使用要求有關(guān)。中、小起重量的起重機(jī)選用高速以提高生產(chǎn)率；大起重量的起重機(jī)選用低速以降低驅(qū)動功率，提高工作的平穩(wěn)性和安全性；工作級別高、經(jīng)常使用、要求生產(chǎn)率高的起重機(jī)宜選用高速。反之，工作級別低、用于輔助性工作的起重機(jī)可選用低速。用于安裝和維修的起重機(jī)除低速外，還可備有微速或調(diào)速功能。表（1）為本起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)主要參數(shù)。

表1本起重機(jī)起升結(jié)構(gòu)的主要

參數(shù)額定起重量（t）工作級別3.3.2主要尺寸的確定

根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計計算》表1.6、表1.7、表1.8和工作級別A5可確定以下參數(shù)：載荷狀態(tài)Q2（有時起升額定載荷，大部分時間起升中等載荷）名義載荷系數(shù)Kp=0.25利用等級U5

總的工作循環(huán)次數(shù)N=5105

根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計計算》表1-5知起重機(jī)起升高度為12m.

根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計手冊》表1-1-9知：

起重機(jī)起升速度為7.9819.92m/min,取v=10m/min；小車速度19.92

起升機(jī)構(gòu)10tA49.98m/min，取V=25m/min。3.3確定起升機(jī)構(gòu)的傳動方案

大多數(shù)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動裝置都采用電動機(jī)軸與卷筒平行布置。初步擬定下列三種方案。方案一

當(dāng)起升機(jī)構(gòu)吊運液態(tài)金屬及其它危險物品時，需采用雙制動器。

圖2

方案二

圖3

方案三

圖4

1電動機(jī)2聯(lián)軸器3傳動軸4制動器5減速器6卷筒7軸承座8平衡滑輪9鋼絲繩10滑輪組11吊鉤

方案一采用雙制動器，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)吊運液態(tài)金屬及其它危險物品時用這種方案的比較多，而我們所設(shè)計的起重機(jī)為露天場合常用輕型起重機(jī)。

方案二在減速器輸出端增加了一級開式齒輪傳動，減速器傳動比較大，此機(jī)構(gòu)起升速度相對較慢，一般用于起重量較大的起重機(jī)。我們本次設(shè)計課題的起重機(jī)起重量為10t,屬于較輕的起重量，要求起升速度和小車行走速度較快。

方案三起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、簡單，安裝維修方便，而且變速范圍符合設(shè)計要求。綜合方案一和方案二，最終確定選用方案三。3.4吊鉤的選擇

吊鉤是吊裝作業(yè)中最常用的取物裝置，是各類起重機(jī)，也是常用吊索、起重工具、專用吊具上的重要組成部分。根據(jù)制造方式，吊鉤可分為鍛造鉤和板式鉤，鍛造鉤一般應(yīng)用GB699-1988中規(guī)定的20號鋼，經(jīng)鍛造和沖壓、退火處理，再進(jìn)行機(jī)械加工而成。熱處理后要求表面硬度為95-135HB。鍛造可以制成單鉤或雙鉤，單鉤主要用在70噸以下的起重機(jī)上，雙鉤用在50-100噸的起重機(jī)上。板式鉤一般用在起升重量較大的起重機(jī)上，板式鉤由厚度為30mm成型板片重疊鉚合而成。板式鉤上有護(hù)板，一般用軋制鋼制成。板式鉤由于其板片不可能同時斷裂，所以可靠性好，修理方便。但是板式鉤的斷面積只能制成矩形，因此鉤體的材料不能充分利用。板鉤也分為單鉤和雙鉤兩種。單鉤多用于鑄造起重機(jī)上。吊鉤斷面形狀有圓形、矩形、梯形和T字形等。

長鉤短鉤

吊鉤的安全使用規(guī)范：

（1）新吊鉤在使用前，應(yīng)進(jìn)行檢查，應(yīng)有制造廠的制造合格證，否則不準(zhǔn)投入使用，新吊鉤的開口度要進(jìn)行測量并符合規(guī)定。

（2）新吊鉤應(yīng)做負(fù)荷試驗，其檢驗載荷按起重量的不同而不同，并且測量溝口開口不應(yīng)超過原開度的0.25%。

（3）對吊鉤三個危險斷面應(yīng)用油清洗，用放大鏡看有無裂痕；對板式鉤應(yīng)檢查其襯套、銷子磨損情況。

（4）在起重吊裝作業(yè)中使用吊鉤，其表面要光滑，不能有剝裂、刻痕、銳角、接縫和裂紋等確缺陷。

（5）吊鉤在使用過程中，應(yīng)進(jìn)行定期檢查，主要檢查是否有變形、裂紋、磨損、腐蝕等現(xiàn)象，并做好記錄。

（6）吊鉤不準(zhǔn)超負(fù)荷作業(yè)，吊鉤不得補(bǔ)焊。

（7）吊鉤停止使用時，應(yīng)對其進(jìn)行仔細(xì)清洗、除銹，上好防銹油放在通風(fēng)干燥的地方。

根據(jù)要求查《龍門起重機(jī)（上）》知鍛造單鉤適用于起重量為3-75噸的起重機(jī)，故選擇鍛單鉤，由本次設(shè)計起重量10t可由表9-1查知：

D=120mm,O=90mm,B=74,h=115,d=75,d1=70,d0=64,L≥180,L1≥70,L2=90,m=60,R=14,R1=84,R2=62,R3=155,R4=36,R5=120,R6=125,R7=20,R8=2,重量為29.5Kg。3.5鋼絲繩的選擇

鋼絲繩是由高強(qiáng)度碳素鋼絲圍繞繩芯繞捻而成的，被廣泛應(yīng)用于起重作業(yè)。其中吊用鋼絲繩通常指起重滑輪組使用的起重或牽引繩。具有以下優(yōu)點：（1）重量輕、強(qiáng)度高、能承受沖擊載荷。（2）撓性較高，使用靈活。

（3）鋼絲繩磨損后，表面會產(chǎn)生許多毛刺，易于檢查。破段前有絲斷預(yù)兆，其整根鋼絲繩不會立即斷裂。（4）其中作業(yè)用鋼絲繩成本低。

主要缺點剛性大，不易彎曲。起重作業(yè)選用的鋼絲繩一般為點接觸類型，如果配用的滑輪組直徑過小或直角彎折，鋼絲繩易受損壞且影響安全使用和縮短使用壽命。鋼絲繩種類

1.根據(jù)鋼絲繩的捻向分類

（1）交互捻鋼絲繩繩與股的捻向相反，這是常用的鋼絲繩，由于繩與股的自行松捻趨勢相反，相互抵消，沒有扭轉(zhuǎn)打結(jié)的趨勢，使用方便。根據(jù)繩的捻向，又分別有右捻和左捻繩。起重機(jī)常用右捻鋼絲繩。（2）同向捻鋼絲繩繩與股的捻向相同，有自行松捻和扭轉(zhuǎn)的趨勢，容易打結(jié)。由于撓性較好。通常用于具有剛性的導(dǎo)軌的牽引。進(jìn)來在制造工藝中采用預(yù)變形的方法，成繩后消除了自行松散扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。這種繩又稱為不松散繩。（3）混合捻鋼絲繩有半數(shù)股左旋，另外半數(shù)股右旋。這種鋼絲繩應(yīng)用較少。

2.根據(jù)繩股的構(gòu)造分類

（1）點接觸繩繩股中各層鋼絲繩直徑相同，股中相鄰各層鋼絲繩捻距不等，相互交叉，在交叉點上接觸，因此，點接觸繩易于磨損，壽命低。

點接觸型鋼絲繩線接觸型鋼絲繩

（2）線接觸繩繩股中各層鋼絲繩的捻距相等，外層鋼絲繩位于里層鋼絲之間的溝槽里，內(nèi)外層鋼絲相互接觸在一條螺旋線上，改變了接觸，增長了壽命，增加了撓性。相同直徑的鋼絲繩，線接觸型比點接觸型的金屬斷面面積大，因而承載能力大。

（3）面接觸繩股與股之間形成面接觸，制作工藝復(fù)雜，多用于纜索起重機(jī)和架空索道的支撐纜索。3.根據(jù)繩芯分類按繩芯的不同有麻芯、棉紗芯、石棉芯和軟鋼心，其中帶浸油麻芯及棉紗芯的鋼絲繩比較軟，容易彎曲，芯中含油可經(jīng)常潤滑鋼絲，但不耐高溫高壓；帶石棉芯的鋼絲繩耐高溫；帶軟鋼芯的鋼絲繩能耐高溫高壓，但芯硬不易彎曲。使用要根據(jù)具體條件選用。

根據(jù)繩股數(shù)和每股中鋼絲繩數(shù)量分類

按繩股數(shù)和每股中鋼絲繩數(shù)量的不同表示，例如常用普通結(jié)構(gòu)鋼鋼絲繩中分為67、77、619、637、661等種類（前者數(shù)字表示股數(shù)，后者數(shù)字表示每股絲數(shù)）。鋼絲繩中鋼絲越細(xì)越不耐磨，但比較柔軟，彈性較好，鋼絲繩越粗越耐磨，但比較不易彎曲，故應(yīng)視不同用途而選用。在卷筒直徑較大且磨損厲害處，如索道牽引、斜井卷揚可用較粗的67、619鋼絲繩；彎曲較多，滾筒直徑較小如懸掛構(gòu)件、滑輪組等應(yīng)用鋼絲繩較細(xì)的637以及661鋼絲繩。4.鋼絲繩選用注意事項

（1）鋼絲繩的規(guī)格，應(yīng)根據(jù)不同的用途來選擇。如作起吊重物或繞滑輪組用的鋼絲繩，可選637或者661規(guī)格的鋼絲繩；作纜車?yán)K或牽引繩，可選619規(guī)格的鋼絲繩。

（2）鋼絲繩應(yīng)優(yōu)先選用6股線接觸，且鋼絲繩的直徑應(yīng)根據(jù)所要承受的載荷的大小及鋼絲繩的許用拉力來選擇，在有腐蝕性的環(huán)境中工作時，應(yīng)選用鍍鋅鋼絲繩。

（3）起重機(jī)用張緊繩、牽引繩應(yīng)選用順繞繩，在需要有耐酸要求的場合應(yīng)選用鍍鉛鋼絲繩，在高溫環(huán)境中工作的起重機(jī)應(yīng)選用具有特級韌性石棉芯鋼絲繩或具有鋼芯的鋼絲繩。

因為在起升過程中，鋼絲繩的安全性至關(guān)重要，所以要保證鋼絲繩的高安全和使用壽命。為此，我們可以采取以下措施：

（1）高的安全系數(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

（3）滑輪槽的尺寸與材料對于鋼絲繩的壽命有很大的關(guān)系，其太大會使鋼絲繩與滑輪接觸面積減少，太小會使鋼絲繩與槽臂間的摩擦劇烈，甚至?xí)�卡死�?/p>

（4）盡量減少鋼絲繩的彎曲次數(shù)。

根據(jù)鋼絲繩的額定起重量Q=10t，查《龍門起重機(jī)（上）》，選倍率a=2。鋼絲繩的最大拉力：

Smax=(Q+G)/2aη

式中Q額定起重量，Q=100000N。G吊鉤組重量，G=295N。a滑輪組倍率，a=2。η滑輪組效率,η=0.99。

所以Smax=(100000+295)/(220.99)=25327N。根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計計算》P439知：鋼絲繩直徑不小于dmin=C根號下S

式中S鋼絲繩的最大靜拉力。C為鋼絲的選擇系數(shù)。

根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計計算》P441，起重機(jī)工作級別M5,查表14-7選擇C=0.095，鋼絲的平均抗拉強(qiáng)度為1770N/mm2的纖維芯鋼絲繩,所以：

dmin0.0952532715.12mm

查《龍門起重機(jī)（上）》表7-8鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)GB1102-74，選用單股鋼絲繩直徑15.5mm,鋼絲繩斷面108.28mm2。3.6滑輪的選擇

起重機(jī)滑輪是利用杠桿原理制成的一種簡單機(jī)械，它能借助起重機(jī)繩索的作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，以改變作用力的方向。在實際中，為了擴(kuò)大滑輪的效用，往往把一定數(shù)量的動滑輪和一定數(shù)量的定滑輪組合起來使用，組成滑輪組，它經(jīng)常配合卷揚機(jī)進(jìn)行吊裝、搬運等工作，是重要的工具。

滑輪有輪轂、輪輻、加強(qiáng)筋、繩槽和輪緣組成，滑輪的材料一般為HT150鑄鐵或者ZG230-450、ZG270-500鑄鋼。大尺寸滑輪為了減輕自重也有鋼板焊制而成。

本次設(shè)計為輕型起重機(jī)所以選用HT150作為滑輪材料。

根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計手冊》知，為了保證鋼絲繩有足夠的壽命，滑輪直徑不能過小，須與鋼絲繩直徑d之間保持一定的比例關(guān)系，即

D0min≥ed

式中D0min按鋼絲繩中心計算的滑輪允許的最小卷繞直徑mmd鋼絲直徑mm

e系數(shù)

由《起重機(jī)設(shè)計手冊》表3-2-1查知e=20,所以

D0min≥15.520=310mm

根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計手冊》表3-2-2和表3-2-4選取鑄造的E1型滑輪，鑄造滑輪繩槽斷面及尺寸如下：R=9.0,H=25,B1=50,E1=35,C=1.5,R1=16,R2=13,R3=3.0,R4=4.0,M=10,N=0,S=12。

選擇E型滑輪的主要尺寸如下：D5=90,D6=110,D7=160,D17=190,B=80,B3=90,B4=74,B9=70,S2=10,滾動軸承E1型按國標(biāo)276選218，B10=30。3.7選定卷筒尺寸并驗算強(qiáng)度

卷筒組件有卷筒、連接盤以及軸承支架組成，卷筒有長軸卷筒和短軸卷筒，長軸卷筒有齒輪連接盤和帶大齒輪的卷筒組，這是一種應(yīng)用較多的一種形式，短軸卷筒是一種新的結(jié)構(gòu)形式。卷筒與減速器輸出軸用法蘭盤剛性連接，減速器底座通過鋼球或者圓柱銷與小車架連接。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點是，結(jié)構(gòu)簡單調(diào)整與安裝方便，此外還有采用行星減速器放在卷筒內(nèi)部的形式，優(yōu)點是驅(qū)動結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕。鑄造卷筒材料一般采用不低于HT20-40的鑄鐵，重要卷筒可采用高強(qiáng)度鑄鐵或球墨鑄鐵，焊接滾筒采用A3鋼制造。(1)卷筒直徑

根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計手冊》知卷筒直徑：D≥d(e-1)=15.5（18-1）=263.5mm

D卷筒名義直徑（卷筒槽底直徑）d鋼絲繩直徑

e筒繩直徑比（由表3-3-2選e=18）

雙聯(lián)卷筒

為了適當(dāng)?shù)臏p少卷筒長度，保證鋼絲繩具有一定的使用壽命，取D=300mm。由《起重機(jī)設(shè)計手冊》表3-3-1知：（2）卷筒尺寸

卷筒長度：L=2(L0+L1+L2)+L光式中L1固定鋼繩所需的長度，L2≈3p，取60mm

L2卷筒兩端空余部分長度，由結(jié)構(gòu)需要決定，取60mmL光中間光滑部分長度，根據(jù)鋼絲繩允許偏角確定,取170mm

L0卷筒上有螺旋槽部分長度L0={（Hmaxm）/πD0+Z1}t1，式中Hmax最大起升高度，Hmax=12m

Z1為固定鋼繩的安全圈數(shù)，Z1≥1.5，取Z1=2t1繩槽節(jié)距(標(biāo)準(zhǔn)槽)，t1=d+(2～4)=15.5+2.5=18mmm滑輪組倍率

D0=D+d卷筒計算直徑，由鋼絲繩中間算起的卷筒直徑所以：L0=468.64,取L0=500

所以：L=2(L0+L1+L2)+L光=2（500+60+60）+170=1410mm取整L=1500mm

根據(jù)《龍門起重機(jī)（上）》表7-7知卷筒繩槽尺寸：R=10，t1=18,r1=1.5,c1=6（3）卷筒壁厚

根據(jù)《龍門起重機(jī)（上）》知卷筒壁厚：

δ=0.02D+（6～10）=0.02300+（6～10）=12～16

取δ=15mm

卷筒臂的壓力驗算,根據(jù)《龍門起重機(jī)（上）》知：

σ

ymax

=Smax/（δt1）=25327/(1518)=93.8MPa

本設(shè)計采用ZG270-500，根據(jù)《工程材料及成型技術(shù)》知σs=270MPa,由《龍門起重機(jī)（上）》知：

[σ壓]=σs/2=270/2=135

式中Smax鋼繩的最大拉力δ卷筒的壁厚t繩槽的節(jié)距σs鑄鋼的屈服極限因為：σ

yma

=93.8MPa≤[σ壓]=135，所以抗壓強(qiáng)度足夠。

卷筒上的扭矩：

M=(SmaxD)/η=(253270.3)/0.99=7674.85Nm

卷筒速度

N卷=mv/πD=(210)/(3.140.5)=21.23n/min

3.8電動機(jī)的選擇

根據(jù)《龍門起重機(jī)（上）》知起重機(jī)靜功率為：

P靜=Qv/(6120η)=(10000+29.5)10/（61200.85）=19.28KW電動機(jī)按重復(fù)短時運行方式制造，不同的負(fù)載持續(xù)值（JC值），電動機(jī)具有不同的功率，而負(fù)載持續(xù)率分為JC=15%,JC=25%,JC=40%,JC=60%,JC=100%(即連續(xù)工作)五種。根據(jù)起重機(jī)工作級別，取JC%=25；電動機(jī)功率19.28KW，根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計手冊》表5-1-12查電動機(jī)型號YZ225M-8,功率22KW，轉(zhuǎn)速695r/min，重280Kg。3.9減速器的選擇

（1）起升機(jī)構(gòu)的總傳動比：

i=N電/N卷=695/21.23=32.74

根據(jù)傳動比i=32.74,電動機(jī)功率P=22千瓦，電動機(jī)轉(zhuǎn)速695轉(zhuǎn)/分，工作類型中級，根據(jù)《龍門起重機(jī)（上）》表11-6中選用Ⅲ類ZQ-650,傳動比為i=31.5，重量為878Kg。

(2)驗算減速器的被動軸的最大扭矩及最大徑向力（a）最大扭矩的驗算Mmax=0.752.4M額iη≤[M]式中，M額為電動機(jī)額定扭矩，M額=9550（22/695）=302.3Nm

傳動比i=31.5；

η為電動機(jī)至減速器被動軸的傳動效率，η=0.775；[M]為減速器低速軸上的最大短暫許用扭矩，[M]=59500Nm其中Mmax=0.752.4302.331.50.775=13284Nm所以，Mmax《[M](b)實際起升速度為：V

實

=（πD0n）/(mi)=(3.140.316695)/(2

31.5)=10.95，并且須滿足起升速度偏差應(yīng)小于15%。

所以，δV=(V-V實)/V=(10-10.95)/10=9.5%<15%，滿足要求。3.10制動器的選擇

起升機(jī)構(gòu)每一套獨立的驅(qū)動裝置至少要安裝一個支持制動器；吊運液態(tài)金屬以及其它的危險品的起升機(jī)構(gòu)，每一套獨立的驅(qū)動裝置要裝設(shè)兩個支持制動器。本起重機(jī)用于露天吊裝設(shè)備及材料，故只安裝一個制動器。

支持制動器通常是閉式的，制動輪必須安裝在與傳動機(jī)構(gòu)剛性連接的軸上。制動器的制動力矩應(yīng)保證在規(guī)定的制動時間內(nèi)將機(jī)構(gòu)制動住。

塊式制動器的構(gòu)造簡單，制造與安裝都很方便，成對的瓦塊壓力相互平衡，使制動軸不受彎曲載荷。因此，在起重機(jī)上廣泛應(yīng)用。而其中電力液壓塊制動器（代號YWZ）有動作平穩(wěn)，噪音小，壽命長，尺寸小，重量輕，不易漏電，省電，交流供電方便等特點。（1）計算制動力矩

制動器按一個計，計算機(jī)動力矩，根據(jù)《龍門起重機(jī)（上）》，P=67知：

M制KQD1.751000000.3180.89378.2Nm2ai2232.74其中：K起升機(jī)構(gòu)的制動安全系數(shù)，根據(jù)起重機(jī)工作類型選K=1.75η制動時的機(jī)構(gòu)效率，η≈0.i實際傳動比a倍率D卷筒直徑

查《起重機(jī)設(shè)計手冊》P318,表3-7-19，選擇制動器YWZ2300/50，額定制動力矩為630Nm,自重65Kg。3.11聯(lián)軸器的選擇

無論是齒輪聯(lián)軸器還是彈性銷聯(lián)軸器，都是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。選用時首先根據(jù)連接軸（如電動機(jī)出軸，減速器的輸入、輸出等）的直徑，從聯(lián)軸器的規(guī)格表中選擇一種合適尺寸的聯(lián)軸器，然后驗算所傳遞的扭矩是否足夠，即T≤[Tt]。

根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計手冊》知

T=k1k2k3Tt=1.31.21.25302.3=589.45Nm

式中T所傳遞扭矩的計算值

k1考慮聯(lián)軸器重要程度的系數(shù)，由表3-12-2取k1=1.3Tt實際作用的扭矩

[T]機(jī)構(gòu)電動機(jī)額定扭矩轉(zhuǎn)換到聯(lián)軸器的扭矩k2機(jī)構(gòu)的工作級別系數(shù)，由表3-12-3，取k2=1.2k3考慮角度偏差的系數(shù)，由表3-12-4，取k3=1.25

由《起重機(jī)設(shè)計手冊》表5-1-6知，電動機(jī)YZ225M-8，軸端為圓錐形，錐度為1:10，D=65mm,E=140mm。根據(jù)減速器選擇的型號知其高速軸端的直徑d=60mm,l=185mm。所以根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計手冊》選CL4Z1型，許用扭矩[Tt]=5600Nm,L=107mm，材料為不低于40鍛鋼或不低于鑄鋼310-570（GB5676-85）制造。該聯(lián)軸器具有補(bǔ)償兩軸相對位移的性能，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，可靠性能高，安裝方便等。適用于起重機(jī)的起升結(jié)構(gòu)的減速機(jī)與卷筒聯(lián)接及其它類似機(jī)構(gòu)的聯(lián)接。因為T=589.74≤[Tt],所以選擇的聯(lián)軸器符合要求。4小車車體的設(shè)計

小車主要有起升機(jī)構(gòu)、運行機(jī)構(gòu)和小車架組成。

起升機(jī)構(gòu)電動機(jī)軸與二級圓柱齒輪減速器的高速軸之間采用齒輪聯(lián)軸器聯(lián)接，運行機(jī)構(gòu)采用全部為閉式齒輪傳動，小車的四個車輪固定在小車架的四周，電動機(jī)裝在小車架的臺面上，在減速器的輸入軸與電動機(jī)軸之間以及減速器的兩個輸出軸端與車輪之間均采用浮動軸的半齒輪連接方式。

小車架的設(shè)計，采用粗略的計算方法，靠現(xiàn)有的資料和經(jīng)驗進(jìn)行，采用鋼板焊接。

起重量5噸至50噸范圍內(nèi)的雙梁龍門起重機(jī)的小車，一般采用四個車輪支撐的小車，其中兩個車輪為主動車輪。主動車輪由小車的運行機(jī)構(gòu)集中驅(qū)動。如下

小車運行機(jī)構(gòu)簡圖

1電機(jī)2制動器3減速器4傳動軸5聯(lián)軸器6角軸承箱7車輪4.1車輪組的選擇

計算輪壓時，小車的重量按Gxc=50KN計，主鉤滿載時重量Qz=100KN，主鉤滿載時行走載荷Qh=Gxc+Qz≈11313.5kg,取QH1=150KN。小車自重引起的輪壓Rt

Rt=1.350/4=16.25KN

起升載荷引起的輪壓Rl

Rl=(1.1100)/4=27.5KN

最大輪壓：Rmax=43.75KN最小輪壓：Rmin=16.25KN車輪的等效疲勞載荷：

Rc=RCRmin2Rmax16.25243.7534.6KN33根據(jù)《龍門起重機(jī)（上）》選用車輪直徑Dc=φ350mm的角型車輪組，配P24軌，點接觸，材料ZG310-570。

4.2行走阻力計算（1）摩擦阻力

車輪沿軌道滾動摩擦阻力；車輪與軌道壓觸發(fā)生彈性變形，在車輪滾動時其接觸處的彈性變形前后不對稱，前面要突出一些，因而反作用力要向前偏移一個距離K，形成一個阻止車輪向前偏移的距離K，K稱為滾動摩擦系數(shù)。由于車輪d轉(zhuǎn)動，在車輪軸承中形成一個阻止車輪轉(zhuǎn)動的摩擦力矩M頸=（Q+G）μ，μ

2為軸承中的摩擦系數(shù)。當(dāng)起重機(jī)運行發(fā)生歪斜時，車輪輪轂與軌道側(cè)面以及安裝在滑動軸承上的車輪輪轂端面摩擦引起的運動阻力K附。

綜上所述，龍門起重機(jī)沿直線運動摩擦阻力的計算公式為：

2KdP摩（QG）K附（公斤）D輪式中Q額定起重量（公斤）G小車自重（公斤）D輪小車輪直徑（厘米）

K滾動摩擦系數(shù)，由表8-9取K=0.04d車輪軸承內(nèi)徑（厘米），取d=60mmμ軸承的摩擦系數(shù)，由表8-10,取μ=0.015K附附加阻力系數(shù)，由表8-11，取K附=1.5f0單位摩擦阻力系數(shù)，其值為：f02KdK附D輪2Kd20.040.0156所以，摩擦力P摩（QG）K附150001.51.53KN

D輪25（2）坡度阻力

當(dāng)龍門起重機(jī)在與水平面成α傾角的軌道上爬坡運行時，需克服貨重及龍門起重機(jī)自重引起的坡度阻力，其值按下式計算（參看下圖）：

P坡=（Q+G）sina=(Q+G)K坡

式中坡道系數(shù)K坡由《龍門起重機(jī)（上）》表8-12，取K坡=0.002，所以

P坡=(Q+G)sina=(Q+G)K坡=1500.002=0.3KN

（3）風(fēng)阻力

在露天工作的龍門起重機(jī)（或小車）要考慮風(fēng)阻力，它的大小與計算風(fēng)壓和凈迎風(fēng)面積有關(guān)，由《龍門起重機(jī)（上）》知，其計算式為：

P風(fēng)q(F起F貨)C（公斤）

式中q工作狀態(tài)的基本風(fēng)壓（公斤/米2），計算電動機(jī)功率時取正常風(fēng)壓：內(nèi)地q=10公斤/米2；沿海q=15公斤/米2

F起龍門起重機(jī)（或小車）的迎風(fēng)面積（米2），取8m2F貨起吊貨物的迎風(fēng)面積（米2），取7m2C風(fēng)載體型系數(shù)，取C=1.2

所以：P風(fēng)q(F起F貨)C10（78）1.2180Kg1.8KN（4）靜阻力

綜上所述，龍門起重機(jī)小車的直線靜阻力位：

P靜P摩P坡P風(fēng)1.530.31.83.63KN4.3機(jī)構(gòu)效率

減速器效率：ηj=0.95聯(lián)軸器效率：ηl=0.98軸承效率：ηz=0.98

機(jī)構(gòu)總效率：η=ηjηlηz=0.950.980.98=0.894.4電動機(jī)的選擇（1）電動機(jī)的靜功率根據(jù)《龍門起重機(jī)（上）》知

N靜P靜v

6120m式中v龍門起重機(jī)小車的運行速度（米/分）為25m/min

m電動機(jī)的數(shù)目，此次設(shè)計小車用一個電動機(jī)驅(qū)動，故取m=1η運行機(jī)構(gòu)的傳動效率為0.89所以

P靜v36325N靜1.67KW

6120m61201*.89所以根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計手冊》表5-1-12選擇YZR132M1-6型電動機(jī)，功率為2.2KW，轉(zhuǎn)速為935r/min,最大轉(zhuǎn)矩2.8倍，啟動轉(zhuǎn)矩2.1倍，啟動電流4.5倍，質(zhì)量80Kg。速比已分配

小車驅(qū)動輪上總傳動比

ind93537.4nc25

速比分配根據(jù)《龍門起重機(jī)（上）》選用ZSC400-Ⅲ-1減速器，減速器的傳動比為：i=37.33。ZSC型減速器用于龍門起重機(jī)大、小車的運行機(jī)構(gòu)，小齒輪材質(zhì)用40Cr，調(diào)制處理HB241-261，齒面HRC40-45，大齒輪材質(zhì)用45或ZG55，正火處理HB228-255。該減速器的輸出軸做成空心式軸套，以便套裝在機(jī)構(gòu)車輪組的軸上，在減速器的殼體上設(shè)有定位銷軸孔，減速器安裝和調(diào)整與機(jī)架連接固定。在同步轉(zhuǎn)速1000r/min的情況下，許用功率3.8KW，重114Kg。實際行走速度為25.05m/min，誤差為0.2%，所以符合要求。4.5制動器的選擇

Tz(QZV實TaP摩P風(fēng))DC16000250.065（153180）87.08Nm2i實4237.33式中Tz制動器的制動力矩Qz小車的滿載重量V實小車的實際速度Ta小車的制動時間取4sP摩小車行走時受到的摩擦力P風(fēng)小車受到的風(fēng)阻DC車輪軸徑

i實驅(qū)動小車減速器的實際傳動比

查《起重機(jī)設(shè)計手冊》P318,選擇制動器YWZ2200/25，制動輪直徑200mm,額定制動力矩為200Nm,自重29Kg。5超載報警系統(tǒng)的設(shè)計

隨著科技的不斷發(fā)展,人類安全意識的不斷提高,企業(yè)對安全生產(chǎn)越來越重視,尤其是起重行業(yè)對起重機(jī)的安全性能要求也越來越高。由于起重機(jī)的工作特點是被吊物體體積大,重量重,所以經(jīng)常出現(xiàn)超載現(xiàn)象。起重機(jī)的超載運行會造成橋件主梁下?lián)?部件嚴(yán)重?fù)p壞,使用壽命縮短,嚴(yán)重的會造成人身傷亡及設(shè)備事故,給企業(yè)造成嚴(yán)重?fù)p失。因此,在起重機(jī)上安裝超載限制器不僅是對起重機(jī)械安全的一種保護(hù)裝置,同時也是保證起重機(jī)安全運行的一種防護(hù)措施。5.1超載報警系統(tǒng)的組成部分

起重機(jī)超載報警系統(tǒng)主要由超載限制器和PLC兩大部分組成，超載限制器和PLC均為成品設(shè)備，用線路將兩部分合理連接組成報警系統(tǒng)。

超載限制器主要用于橋吊、門吊等起重設(shè)備上,是用于測量和控制起重超載的測控儀器。以載限制器主要是由電阻應(yīng)變式載荷傳感器、電氣控制器、重量顯示器組成。當(dāng)起重機(jī)起吊后,傳感器受壓產(chǎn)生與載荷成比例的電壓信號,完成重量/電壓轉(zhuǎn)換,電壓信號的基準(zhǔn)分別設(shè)定在額定值即當(dāng)載荷達(dá)到105%時,為避免啟動時沖擊載荷引起的瞬間虛假超載,設(shè)置了一個延時電路,如果超載存在,則判定是真正的超載,立即切斷起升電機(jī)電源,同時發(fā)出聲光報警,起重機(jī)停止起升作業(yè),但不影響其它方面的作業(yè)。

超載限制器有機(jī)械式與電子式兩種,機(jī)械式體積大,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。電子式體積小,結(jié)構(gòu)簡單,目前一般使用電子式超載限制器。

電子式超載限制器PLC即可編程序控制器，英文稱ProgrammableController，簡稱PC。但由于PC容易和個人計算機(jī)（PersonalComputer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。

PLC外觀圖

基于此上眾多優(yōu)點所以采用PLC控制。

5.2超載限制器的安裝

電子式超載限制器的安裝方法有三種；一是安裝在吊具上,這種安裝測量精度高,但傳感器導(dǎo)線要經(jīng)過滑輪組，導(dǎo)線直接暴露在作業(yè)面上端,使導(dǎo)線容易老化,另外吊具的上下運動也會使導(dǎo)線破損,故一般不采用這種安裝方法；二是將超載限制器安裝在定滑輪系上,當(dāng)?shù)蹉^受荷重時,定滑輪系受力,傳感器傳出信號；三是超載限制器安裝在卷筒的軸承支座上。當(dāng)?shù)蹉^受荷重時,卷筒受力,支座受力,傳感器傳出信號。一般龍門起重機(jī)使用的超載限制器都選用后兩種安裝方法�，F(xiàn)在,軸承座式和定滑輪式的傳感器都已制作成系列型,與標(biāo)準(zhǔn)卷筒支座尺寸相匹配,安裝時只要將原支座取下即可,不需要對起重機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改動,這對于安裝、檢修和維護(hù)都十分方便。5.3超載限制器的調(diào)整

超載限制器在起重機(jī)安裝完畢后,要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。線路板調(diào)整框圖如圖下圖所示

a、系統(tǒng)零點調(diào)整:起重機(jī)的吊鉤離地1米處,調(diào)節(jié)位于線路板上方的電位器PR1,調(diào)到數(shù)字為零。

b、滿值示值調(diào)整:起吊額定值的80%～100%的標(biāo)準(zhǔn)砝碼或已知重量的物件

超載系統(tǒng)調(diào)整

(誤差不大于±1%),調(diào)整線路板上“調(diào)基準(zhǔn)”電位器PR2,使顯示值與被測物體重量相一致。

c、報警點調(diào)整:起吊額定載荷105%～110%的標(biāo)準(zhǔn)砝碼或已知重量的物件,應(yīng)有聲光報警,延時1～2秒切斷起升回路電源,如果此時報警點偏高或偏低,則應(yīng)調(diào)整電位器PR3直至顯示值與被測物體重量相一致,如調(diào)不到,可調(diào)整“調(diào)滿值”RP4調(diào)好為止。

其中“J1、J2”為控制繼電器常閉點,“AV+、┻”為壓力傳感器信號和接地,“V+、V-”為顯示器5V電源。5.4超載限制器在起重機(jī)控制電路中的應(yīng)用在智能型起重機(jī)電氣設(shè)計中,通常把超載限制器的一個常閉點(J1、J2)設(shè)計在電氣控制起升電路中。此信號作為輸入PLC的信號,正常作業(yè)狀態(tài)下,該信號使PLC內(nèi)的繼電器觸點處于常閉狀態(tài),起升機(jī)構(gòu)正常運行。所吊重物超重時,輸入信號中斷,該常閉點斷開,切斷輸出信號Y吊鉤電機(jī)上升),使吊鉤只能下降不能上升。原理具體如圖所示：

超載限制器電路

5.5超載報警系統(tǒng)總電路

報警是電氣自動控制中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)的報警功能應(yīng)該是聲光報警。當(dāng)故障發(fā)生（即超載）時，報警指示燈閃爍，報警電鈴或蜂鳴器響。操作人員知道故障發(fā)生后，按消鈴按鈕，把電鈴關(guān)掉，報警指示燈把閃爍變?yōu)槌Ａ痢９收舷�失（超載）后，報警燈滅。另外還設(shè)置了試燈、試鈴按鈕，用于平時檢測報警v指示燈和電鈴的好壞。電氣圖、PLC接線圖和PLC程序圖如下所示。

報警電路電氣圖

其中L1、L2、L3為交流系統(tǒng)電源，QA0為斷路器，QA1為接觸器主動觸點，F(xiàn)A1為熔斷器，BB為熱繼電器，KF1、KF2為繼電器，PG為閃光信號燈，PB為電鈴，XE接地，MA電機(jī)。5.6報警電路PLC接線圖

5.7報警電路梯形圖5.8報警電路指令表LDI0.0ANT37TONT37,10LDI0.0AT37TONT38,20LDT37OM0.0AI0.0OI0.1=Q0.0LDI0.2OM0.0AI0.0=M0.0LDI0.0ANM0.0OI0.1=Q0.

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