60吨履带起重机下车结构设计 毕业论文.doc
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1、目录 中文 摘要(关键词).1 英文摘要(关键词) .2 1 绪论 .3 1.1 履带起重机的结构特点 .3 1.2 履带起重机的发展及应用 .3 1.3 我国履带起重机与国外先进水平的差距 .3 1.4 我国履带起重机市场需求现状 .4 1.5 本文研究内容 .4 2 下车车架结构设计 .6 2.1 下车结构形式 .6 2.2 车架整体受力分析 .7 2.2.1 工况 7 2.2.2 工况 10 2.3 车架回转支承受力分析 13 2.3.1 工况、 、 .13 2.3.2 工况 15 2.3.3 工况 16 2.3.4 工况 17 3 下车履带架结构设计 .19 3.1 六种工况下履带架受
2、力计算 .19 3.1.1 工况 .19 3.1.2 工况 21 3.1.3 工况 .23 3.1.4 工况 24 3.1.5 工况 25 3.1.6 工况 26 3.2 履带架强度校核 .26 4 四轮一带强度计算 .28 4.1 履带板强度计算 .28 4.1.1 履带板牙齿弯曲疲劳强度计算 28 4.1.2 履带板牙齿接触疲劳强度的计算 28 4.1.3 履带板轴强度计算 29 4.2 支重轮强度计算 .29 4.2.1 支重轮接触强度计算 29 4.2.2 支重轮轴强度计算 30 4.3 导向轮轴强度计算 .30 5 四轮一带有限元分析 32 5.1 履带板有限元分析 .32 5.2
3、导向轮有限元分析 .33 5.3 驱动轮有限元分析 .33 6 建立下车模型并生成工程图 35 6.1 建立下车模型 35 6.2 生成工程图 .35 7 结论 36 参考文献 .37 致谢 .38 1 摘要 起重机在工程建设及其他很多行业中应用非常广泛,起重机行业的发展前景非常深远。起重机 正在向大吨位方向发展,考虑到履带起重机爬坡能力强、牵引性能好,通过性能好,由于履带的支 承面宽大,所以稳定性也好,不需要设置支腿就可以作业等优良特点,大吨位履带起重机发展是行 业的发展趋势。履带起重机的优点大多体现在下车系统,对下车结构的研究具有重要意义。本文主 要研究了 60 吨履带起重机的下车结构。
4、1. 通过计算各种工况车架受力,经过强度校核,确定车架基本尺寸; 2. 通过计算回转支承螺栓受力,确定回转支承连接螺栓; 3. 通过计算履带架受到的支反力,确定履带架的基本尺寸,并在 Ideas 软件中建立模型进行 有限元分析,校核履带架强度; 4. 通过计算和应用有限元分析估算履带板、支重轮、导向轮的强度,确定基本尺寸; 5. 利用 Solid Edge 软件建立实体模型,对模型进行校核并生成工程图纸,校核合格并打印工 程图纸。 关键词:履带起重机;下车结构;设计;Solid Edge;建模; 60 吨履带起重机下车结构设计 2 Abstract The crane applies in t
5、he engineering construction and other many professions is widespread, the crane professions prospects for development are profound.The crane is developing to the great tonnage direction, Considered crawler crane climbing power is strong, the tractive quality is good, adopts the performance to be goo
6、d, Because caterpillar bands area of bearing is spacious, therefore the stability is also good, does not need to establish a leg to be possible the work and so on fine characteristic, the great tonnage crawler crane development is the profession trend of development. Crawler cranes merit greatly pol
7、ysome present gets out the system, to gets out the structure research to have the important meaning. This article mainly studied 60 ton crawler cranes to get out the structure. 1.Through calculates each kind of operating mode frame stress, undergoes the intensity examination, definite frame basic si
8、ze; 2.Through computation pivoting support bolt stress, determination pivoting support connecting bolt; 3. Through calculates a reaction which the track frame receives, the definite track frames basic size, and the model building carries on the finite element analysis in the Ideas software, examines
9、 the track frame intensity; 4.Through computation and application finite element analysis estimate caterpillar band board, thrust wheel, guide wheels intensity, determination basic size; 5.Using Solid Edge the software establishment full-scale mockup, carries on to the model examines and produces th
10、e project blueprint, the examination qualified and prints the project blueprint. Key word: Crawler crane; Gets out the structure; Design ; Solid Edge; Modelling; 3 1 绪论 1.1 履带起重机的结构特点 通常,将具有履带式行走机构的全回转动臂式起重机,称为履带起重机。履带起 重机由起升、变幅、回转、行走机构,上回转台、履带车辆底盘和电气液压设备等组 成。 履带起重机将全套起重装置安装在履带底盘上,靠行走支撑轮在自身封闭的履带 上滚动
11、行驶,液压传动技术已应用于履带起重机。履带起重机和汽车式、轮胎式起重 机相比,履带对地面的平均压力小,可以在松软、泥泞的恶劣地面上作业。此外,履 带起重机的爬坡能力强、牵引性能好、通过性能好,由于履带的支承面宽大,所以稳 定性也好,不需要设置支腿就可以作业。它具有接地面积较大、重心较低、操作灵活、 使用方便、在一般平整坚实道路上可以负载行驶和工作的特点,为一种适应范围广, 应用较普遍的起重设备。 1.2 履带起重机的发展及应用 随着经济的高速发展,国家基木建设的规模越来越大,需要节运的物品的质量、 体积和起升高度都越来越大,履带重机从起重机行业中脱颖而出。随着应用广度和深 度的不断加大,履带起
12、重机在结构、传动、控制等方面都却发生着变化,从而巩固和 提高了履带起重机的整体水平,使产品不断完善。 近年来,随着我国基础设施建设的加强,尤其在二峡工程、青藏铁路、西电东送、 西气东输等大型施工建设项目,以及电力、石汕、化工等行业迅速发展的带动下,国 产履带起重机市场持续、快速壮大。国内市场的持续增长使得国内企业加大、加快了 履带起重机的开发力度,国内履带起重机产业迅速发展,技术水平很快提高,系列不 断得到完善,在短短的时间内,便形成 300 吨,250 吨,200 吨,120 吨与 100 吨等百吨 级大型履带起重机阵容,在今后几年间,400 吨,450 吨与 600 吨级的超大型产品也将
13、问世,可以说这种发展势头势不可挡 1。 国内大型履带起重机的研制势在必行,具备人时(市场需求,政策保护)、地利(地 理位置优势、价格优势、国际化配套)、人和(先进设计理念、技术手段)的条件。但若 想赢得更多用户的支持,获得市场的认可,还应持续不断的提升产品性能、质量和可 靠性,而自主创新技术的研发和结构的精细设计与制造是产品持久的根本条件。 1.3 我国履带起重机与国外先进水平的差距 由于我国履带起重机研制起步晚,国内用户对履带起重机的认识少,2000 年之前 市场容量较小,发展速度不快。近几年,国家基本建设规模扩大,国内用户对起重机 优势的认识越来越多,履带起重机的市场升温较快,国外知名企业
14、大规模进军国内市 60 吨履带起重机下车结构设计 4 场,国内企业奋力与之较量,取得了长足的进步,但和国外知名企业相比,还有一定 的差距。在技术水平上国内产品与国外还有一定差距,这与国内配套力量薄弱不无关 系。目前国内产品还处于发展成长阶段,主要目标是首先保证产品的基本功能,在产 品细节及可靠性方面还有待不断完善。从国外产品在细节上不断的变化,已明显看出 创新无处不在,只有创新,产品才有持久的生命力。除此以外,大型产品的研发还要 注重基础性理论研究工作与技术创新。尽管国内企业通过借鉴吸收国外先进技术、采 取国际化配套,提高产品起点,但是产品质量的提升需要依靠技术队伍的培养建设。 尽快提升产品质
15、量、缩短研发周期的有效途径是产学研联合,发挥学校、科研院 所的基础理论、技术研发实力和企业制造实力,并求得政府和起重机用户的支持。学 校力量的注入可有效拓展提高企业技术队伍,企业加大研发资金的投入,向国家求支 持,共同搭建基础性试验研究平台,是技术创新的可靠保证。 1.4 我国履带起重机市场需求现状 目前,国内市场的需求强劲,各行业的大型施工企业纷纷进口大型履带起重机, 抢占市场制高点。2002年中石化公司进口德马格1250吨履带起重机,2006年上半年中 石油公司又引进了利勃海尔1250吨履带起重机。国内大型履带起重机的进口已超过100 台,2003年和2004年进口的245台和357台产品
16、中,800吨以上的大型产品近5台,750吨 近10台,600吨10余台,400500吨30余台。到2006年上半年底,国内已引进M21000 型907吨、CC5800 型800/1000 吨级产品。 随着大型履带起重机市场需求量的不断增长,对履带起重机的性能、质量、可靠 性要求也越来越高。欧、美、日相继推出新系列产品,如利勃海尔公司新推出的 LR11250 型 1250 吨产品,马尼托瓦克公司的 16000 型 400 吨、18000 型 600/750 吨和 21000 型 907 吨产品,特雷克斯集团旗下的特雷克斯-德马格公司新推出的 CC8800 型 1250 吨、CC2800-1 增强
17、型 600 吨、CC2500-1 型 500 吨、CC5800 型 800/1000 吨产品, 神钢公司新推出的 CKE 系列(目前最大吨位的是 CKE4000 型 400 吨)产品。 大吨位履带起重机主导了中国市场,中国对大吨位履带起重机的需求潜力很大。 大部分的需求来自电力行业,这一行业将重点发展 60 万 kW 的发电机组,并将逐渐淘 汰小于 20 万 kW 的发电机组。这项政策意味着对 300800 吨履带起重机的需求将会 大大增加。 据中国最大的移动起重机生产商徐州重型机械有限公司介绍,到 2006 年底,中国 的起重机制造商将能提供 100450 吨范围内的 10 个型号的产品,到
18、 2008 年底将会提 高到 800 吨。与此同时,国外的起重机厂商将主要向中国推销 1000 吨级的起重机。大 型建筑项目对这些起重机的需求将会促进中国的厂商开发出更大吨位的起重机。 1.5 本文研究内容 本文主要研究 60 吨履带起重机下车系统结构,下车系统主要由车架、履带架、四 5 轮一带组成。 做 60 吨履带起重机下车结构的方案是:(1)通过各种工况的计算确定下车的各 个组件的基本尺寸和材料选择;(2)应用三维软件绘制下车实体图,并绘制工程图; (3)应用有限元软件对设计结构进行受力和形变校核。 在众多绘图、设计软件的帮助下,可以更加形象地建立实体模型,并可以对起重 机结构受力进行模
19、拟分析。这些软件的应用使得设计更加细致准确。下车结构非常重 要地影响整车的工作性能包括行驶性能,爬坡性能,稳定性能,运输性能,可拆卸性 能,还有最大吊载性能等,所以对下车结构设计的研究有着非常重要的意义。 60 吨履带起重机下车结构设计 6 2 下车车架结构设计 本文主要设计 60 吨履带起重机下车系统结构,履带起重机总体设计参数为: 1) 作业工况 最大起重量幅度:60 吨4 米 主臂,固定副臂长:13-55 米,6-18 米 副臂安装角:10,30 度 2) 机构速度 主副起升机构速度:0-80 米/分 变副机构速度:0-40 米/分 回转机构速度:2.5 转/分 行走机构速度:1.8 公
20、里/小时 爬坡能力:40% 根据以上参数,确定了有关下车系统设计参数。履带轨距:3.9 米;履带接地长度: 5m;起重机总宽(不含走台):3.14m;起重机总高 (桅杆与人字架平放):3.23m。 表 2-1 下车系统设计参数 名 称 质 量(kg) 离回转中心位置(mm)车前为正、车后为负 质心 距离(kg.m) 转台 20000 -1100 -22000 配重 18000 -3700 -66600 基本主臂 21000 2000 42000 最大起重量 60000 4000 240000 上车总重 32100 -1452 -46600 下车总重 24000 0 0 2.1 下车结构形式 履
21、带起重机下车部分由车架、履带架、支腿、四轮一带组成。车架适用于支撑上 车系统承受上部载荷,通过横梁传递给履带架。四轮一带是指驱动轮,支重轮,导向 轮,拖链轮,履带。履带由履带板、履带销、销套组成。支重轮固定在履带架上,其 两边的凸缘起夹持履带作用,使履带不会再行走时横向脱落。起重机全部质量通过支 重轮传给地面。拖链轮用来拖住履带不下垂并在其上滚动,防止履带横向脱落和运动 时的振动。导向轮用于引导履带真确绕转,防止跑偏和越轨。导向轮的两侧环面还起 支重轮作用。驱动轮用于推动履带行走。行走时导向轮应在前,驱动轮在后,可以缩 短驱动长度,减少功率损失又可提高履带使用寿命。 车架是通过回转支承与转台连
22、接,通过销轴和挤压块与履带架连接,作用是传递 整车的受力到履带架部分。 履带架是通过销轴和挤压块与车架连接,通过销轴和减速机与四轮一带连接,作 7 用是将车架传递的力传递到四轮一带从而传递到地面 2。 下车的结构包括车架结构与履带架结构,并且全部是由空间方向不同的板焊接成 的封闭的箱型结构,其截面形状如图 2-1、图 2-2 所示。 图 2-1 履带架截面 图 2-2 车架截面 2.2 车架整体受力分析 在履带起重机下车设计过程中,根据经验只需对六种工作状况选择性地进行受力 分析。六种工作状况分别如下: 工况: 整车 100%最大正向吊载,起重量 60 吨,幅度 4 米 工况:整车 100%最
23、大 45 度吊载,起重量 60 吨,幅度 4 米 工况:整车 100%最大侧向吊载,起重量 60 吨,幅度 4 米 工况 :整车 110%试验吊载,起重量 66 吨,幅度 4 米 工况:整车 125%试验吊载,起重量 75 吨,幅度 4 米 工况:55 米主臂起臂 车架整体受力需计算工况、工况 两种工况。 2.2.1 工况 工作时,车架的回转中心处受垂直载荷 F 和倾翻力矩 M,车架简图如图 2-3,受力 图如图 2-4。其中 A、B 点分别是车架的与履带架连接处。 (本章计算所用公式参考材 料力学 3) 由下车设计参数可知: 垂直载荷 F=(20000+18000+21000+60000)9
24、.810-3KN=902.58KN 倾翻力矩 M=-22000+(-66600)+42000+2400009.810-3 KNm=1611KNm。 60 吨履带起重机下车结构设计 8 图 2-3 车架简图 图 2-4 车架正向吊载受力简图 求 A、B 两处的支反力:lFMlB2/KN58.90 解得:F A=346.23KN 方向向下 FB=1248.8KN 方向向上 车架截面所受剪切力和弯矩如图 2-5、图 2-6 所示。 图 2-5 正向吊载车架截面剪切力图 图 2-6 正向吊载车架截面弯矩图 其中 mKN54.126/max lFMA 1. 回转支撑底座板 2. 盖板 3.底板 4.回转
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