毕业设计(论文)-205t起重天车扩容改造.doc
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1、毕业设计(论文)摘 要本文结合现场生产情况,对20/5t天车进行了扩容改造,解决了由于现场天车额定起重量不足而对生产和检修的制约,以及由此对人身和设备造成的潜在危害。本文简要介绍了起重机在国民经济中的重要作用、起重机的历史和发展趋势。通过对起重设备的工作原理和所受载荷状况进行简要说明,最后对天车的桥架、起升机构、大车运行机构、小车运行机构、车轮和轨道进行受力分析和强度计算,根据起重设计规范和机械设计手册确定了桥架尺寸、各机构中电机、联轴器、制动器、减速机、卷筒、钢丝绳、滑轮、车轮和轨道的型号和相关参数。关键词:起重机 改造 设计计算 选型目录1概况11.1起重机械在国民经济中的作用11.2起重
2、机的历史和发展趋势11.2.1起重机的历史11.2.2起重机的发展趋势21.3 课题背景31.3.1现场简介31.3.2相关的技术参数41.3.3现天车存在的问题42起重机的工作原理和基本参数52.1工作原理52.2起重机的基本参数52.2.1额定起重量52.2.2起升高度52.2.3跨度52.2.4工作速度52.2.5起重机的工作级别62.3载荷说明62.3.1自重载荷62.3.2起升载荷62.3.3起升冲击系数62.3.4起升载荷动载系数62.3.5运行冲击系数62.4载荷组合72.4.1第一类载荷组合72.4.2第二类载荷组合72.4.3第三类载荷组合73设计计算83.1参数确定83.2
3、桥架尺寸确定、强度校核83.2.1尺寸确定83.2.2强度校核83.3起升机构的计算和型号选择103.3.1计算钢丝绳最大工作拉力(用安全系数法)103.3.2确定滑轮和卷筒直径113.3.3电机选择113.3.4选择减速机123.3.5计算起升速度的相对误差率133.3.6高速轴上的静力矩133.3.7制动器的选择133.3.8联轴器的选择143.3.9卷筒各部分尺寸确定153.3.10卷筒强度校合163.4大车运行机构设计计算和型号选择173.4.1运行阻力矩173.4.2大车运行阻力173.4.3电机选择173.4.4选择减速机183.4.5联轴器的选择183.4.6选择制动器193.4
4、.7验算制动打滑203.4.8验算启动过载能力、启动打滑203.5小车运行机构设计计算和型号选择213.5.1运行阻力矩213.5.2小车运行阻力213.5.3电机选择223.5.4选择减速机223.5.5联轴器的选择233.5.6选制动器243.5.7验算制动打滑243.5.8验算启动过载能力、启动打滑253.6车轮及轨道选择263.6.1轮压定义263.6.2小车轮压263.6.3大车轮压273.6.4车轮及轨道选择、强度计算283.6.5改造前后比较29结论 31致 谢32参考文献33- IV -1 概况1.1 起重机械在国民经济中的作用起重机械是提升、装卸物料的机械,是一种使生产过程机
5、械化,减轻体力劳动、提高劳动生产率的重要设备。在工厂、矿山、港口、车站、建筑工地、仓库、水电站等各个领域都在广泛的使用。例如在水电站中,用巨大的起重机才能开启闸门,在冶金工厂中靠起重机搬运钢水、钢坯、钢卷和其它物料。随着科学技术的发展,生产规模越来越大,机械化、自动化程度越来越高,起重机械的作用已超出做为辅助设备的范围,进而在更多的部门中,成为流水生产作业线上主体设备的重要组成部分。1.2 起重机的历史和发展趋势1.2.1 起重机的历史起重机械是伴随着人类生产劳动发展而逐渐发展起来的,早期在深水中取水的辘轳实际上就是结构异常简单的手动绞车,也可以说是现代绞车的雏形。又如高转筒车,在公元600年
6、之前我国即已使用。它安装在河流中,利用水的动力把水源源不断的提取上来。相当于近代的斗式提升机。在古代埃及,公元前也应用了各种简单的起重机械,并且有了起重卷筒。1827年在欧洲出现了用蒸汽机驱动的旋转起重机,1885年出现了电力驱动的固定旋转起重机,随着冶金、电力、机械、造船、矿山、港口等部门的发展,起重机械已经成为一个独立的产业部门。当前世界各国都在不断改进起重机械性能,提高运动速度和机器的生产率,提高自动化水平,研究更加安全可靠的起重机来满足生产和生活的需要。目前我国起重机械制造业不仅门类基本齐全,而且有了自己的系列和标准。不仅生产小型灵巧的起重机械,而且也能生产吨位很大、技术上较先进的大型
7、起重机械。如冶金厂用的450t铸造起重机,400t锻造起重机,三峡水电站开启闸门用的1100吨龙门起重机,1200t桥式起重机,在生产中都起了重大的作用。可以看出我国的起重行业,正在进入世界先进行列。1.2.2 起重机的发展趋势(1)起重量大型化,工作高速化现代起重机发展主要趋势之一是起重量大型化,工作高速化。(2)起升、运行机构均采用调速系统(3)监控技术广泛应用,使用性能大大提高随着科学技术的进步,各种监测控制技术在起重机上得到了广泛的应用。从而使起重机的使用性能得到很大的提高,使起重机从以前简单意义上物料搬运工具变成目前的物流、信息流综合传送设备。(4)结构形式标准化、生产模式国际化(5
8、)主机形式普通化、吊具形式专用化(6)人机工程合理化、操作环境舒适化1.3 课题背景1.3.1 现场简介一棒生产线是唐钢“八五”期间技术改造的重点项目,年设计生产圆钢、螺纹钢60万吨。主要机械、电器设备分别由意大利达涅利公司和美国通用电器公司引进。设备总重3500吨,其中引进设备736吨,装机总容量28321kW。生产线全过程计算机控制,最高轧制速度为18m/s。采用1651651200mm连铸坯为原料,主要产品规格为:圆钢14-50、螺纹钢12-40。主要品种有普碳、低合金钢、锚链钢、优质碳素结构钢、抽油杆钢及三级螺纹钢筋。生产线按生产组织形式划分为四个区域:加热炉区、轧制区、精整区、外围区
9、。加热炉区主要设备有:上料台架、装钢辊道、步进式加热炉、出钢辊道。轧制区域:共20架轧机平立交错布置,实现无扭轧制。其中粗轧机1-8架,为悬臂式4架685轧机,两架510轧机,中轧机9-14架,为460短应力线高刚度轧机,精轧机15-20架,两架430轧机,四架360轧机,均为短应力线高刚度轧机,其中三架立式轧机可立平转换用以切分轧制。轧制过程全部由计算机控制,也可单体手动操作。粗、中、精轧机后各有一架飞剪,1#、2#飞剪用于切头,3#飞剪用于剪切倍尺。精整区域:步进式尺条冷床长132米,宽12.5米,步进机构采用偏心轮式,主传动采用电机带动蜗轮蜗杆减速机。冷剪:剪切能力350吨,为摆动式飞剪
10、,因为是连续式剪切提高了作业率。打捆机:4台打捆机由意大利公司制造,打捆直径150-500,自身带有小液压站,可打单结,也可打双结。外围区主要有水系统设备、空压机、起重机等设备。1.3.2 相关的技术参数现在生产线共管辖起重设备26部。包括30吨桥式起重机一台,20/5T桥式起重机3台,10T桥式起重机6台,10+10T桥式挂梁电磁起重机5台,10吨单梁吊一台,半门式起重机4台,电动葫芦6台。现欲扩容改造起重机为主轧跨粗轧机上方20/5T起重机。主要技术参数为:额定起重量: 20/5t起升速度: 7.5m/min工作级别: A5最大起升高度: 22m大车轨距: 25m 小车轨距: 3m运行速度
11、: 44.6m/min最大轮压:小车 70.95kN 大车226kN钢轨型号:小车 24kg/m 大车QU701.3.3 现天车存在的问题一棒生产线上粗轧机为650轧机,最大单重34吨左右,即使去掉芯轴部分,减速箱也有24吨,而天车额定起重量只有20吨,由于天车长期超负荷使用,桥架上拱度已经很小,正常应为(0.9-1.4)L/1000即22.5-35mm,现在经实测上拱度不但已经没有而且已有些下挠。另外主起升机构电机、行走电机经常烧损,卷筒、减速机、停止器、联轴器等零部件也经常损坏。为此,必须找出解决的办法,否则很容易发生安全或设备事故。经论证额定起重量达到32吨即可满足要求。2 起重机的工作
12、原理和基本参数2.1 工作原理起重机由四大部分组成:起升机构、运行机构、桥架、电器部分。起升机构由电机、联轴器、停止器、减速机、卷筒、吊钩、滑轮组和钢丝绳等部分组成。运行机构由电机、联轴器、停止器、减速机、车轮等部分组成。金属结构是放置起升、运行机构和电器的金属构架,用来支撑和承载,主要由大车架和小车架和维修上下天车的走台、梯子等组成。电器部分,包括控制屏、电阻器、凸轮、联动开关、集电器、控制和保护电缆等。起升机构工作时,电机通过传动机构来驱动卷筒,当卷筒做正反转时,即可把吊钩上重物起升和落下。大车、小车行走时由电机通过传动装置驱动车轮,使它沿轨道运行,因此吊起重物就能水平移动。制动器用来迅速
13、闸住车体,使重物准确到位停止。2.2 起重机的基本参数2.2.1 额定起重量额定起重量Q 指的是起重机在各种工况下,所允许起吊物品的最大质量,称为额定起重量。其中,不包括吊钩、吊环、以及滑轮组的质量,但包括起重电磁铁、抓斗、料罐、盛钢桶之类的吊具质量。2.2.2 起升高度起升高度H 一般系指起重机从工作地面或轨顶到取物装置上限位置的距离,吊钩以钩口中心线为准。2.2.3 跨度跨度L 是指桥式起重机或龙门起重机大车轨道中心线的距离。2.2.4 工作速度工作速度v 是指起重机的起升速度和运行速度。2.2.5 起重机的工作级别根据载荷状态和利用等级,起重机分为A1-A8共8个工作级别。 2.3 载荷
14、说明2.3.1 自重载荷自重载荷G 起重机的机构、机械设备、电器设备以及附设在起重机上其它物料的重力。2.3.2 起升载荷起升载荷Q 起升载荷是指起升质量的重力,起升质量包括起升的最大有效物品、取物装置(下滑轮组、吊梁、抓斗、容器、起重电磁铁等),起重高度小于50米的钢丝绳可以忽略不计。2.3.3 起升冲击系数起升冲击系数1 起升质量突然立地起升或下降时,自重载荷将产生沿其加速度相反方向的冲击作用。在考虑这种情况时,应将自重载荷乘以起升冲击系数0.9-1.1之间。2.3.4 起升载荷动载系数起升载荷动载系数2 起升质量突然离地或下降制动时,对承载结构和传动机构产生附加的动载荷作用,在考虑这种情
15、况时,应将起升载荷乘以大于1的起升载荷动载系数1.0-2.0之间2.3.5 运行冲击系数运行冲击系数4 当起重机或他的部分装置沿道路或轨道运行时,由于道路或轨道不平而使运动的质量产生方向的冲击作用。在考虑这种情况时,应将自重载荷和起升载荷乘以规定的运行冲击系数 式中 h-轨道接缝处两轨道面的高度,mm;V-运行速度,m/s。2.4 载荷组合起重机在工作时承受多种载荷,如起升载荷、自重载荷、启动与制动产生的动载荷、风载荷、坡度载荷、碰撞载荷、水平载荷。此外在非工作时也可能受暴风、地震等附加载荷。在计算中,应根据不同的情况,进行取舍、组合,以适应不同的情况2.4.1 第一类载荷组合也称疲劳计算载荷
16、、寿命计算载荷 它只考虑起重机在正常工作状态下所承受的经常作用的载荷(其中包括自重载荷、起升载荷、平稳启动和制动时的动载荷等),此类载荷组合适用于零部件的疲劳、磨损和电动机发热计算等。2.4.2 第二类载荷组合也称强度计算载荷 它是按起重机工作中最大载荷作为计算载荷来进行强度或稳定性计算的。其中有自重载荷、起升载荷、强烈启动和制动产生的动载荷(惯性载荷和震动载荷)最大风载荷、水平侧向载荷、坡度产生附加载荷。此类载荷组合适用于零部件及金属结构的强度计算和稳定性计算,以及整机的稳定性计算。2.4.3 第三类载荷组合也称验算载荷 它是以起重机在不工作状态下承受的可能出现的最大载荷作为计算载荷,其中包
17、括有:自重载荷、非工作状态下最大风载荷、地震载荷、坡度载荷等。此类载荷组合适用于起重机机在非工作状态下整机稳定性和某些零部件的强度验算。3 设计计算3.1 参数确定3.1.1 32/5t天车主要技术参数额定起重量: 32/5t跨度: 25m起升速度: 7.5m/minM5工作制起升高度: 22m大车运行速度: 86.8m/min小车运行速度: 42.4m/min3.1.2 天车质量的近似计算公式大车质量式中 Q-额定起重量,t; L-起重机跨距,m。小车质量3.2 桥架尺寸确定、强度校核3.2.1 尺寸确定参考32/5起重机桥架截面尺寸,选择截面高度H=1696mm,截面宽度B=612mm。上
18、、下盖板14mm,腹板6mm。3.2.2 强度校核(1)计算桥架中间截面弯矩 小车起吊额定载荷居于桥架中间时,桥架中间截面受到的弯矩最大,因此计算此截面的弯矩,见图3-1。图3-1 桥架受力及弯矩图式中 2-起升载荷动载系数,由下式计算得到:2=1+0.7v=1+0.77.560=1.0875v-起升速度,v=7.5m/min;1-起升冲击系数,0.911.1,取1=1;4-运行冲击系数,4=1.018;m0-起重机质量,kg;p小-小车轮压,由近似计算得到:L-起重机跨距,m;K-小车轮轴距,m。(2)计算桥架中间截面的抗弯截面模量桥架中间的抗弯截面摸量为:(3)计算桥架中间截面所受应力桥架
19、中间截面应力式中 -许用应力,=sn=2351.5=156.7 MPa;s-Q235屈服强度,s=235 MPa;n-安全系数取1.5。箱形梁内部加上加劲筋后抗弯截面模量会更大,内应力比计算的会更小,因此桥架截面尺寸H=1696,B=600符合设计要求。3.3 起升机构的计算和型号选择3.3.1 计算钢丝绳最大工作拉力(用安全系数法)式中 a-滑轮组倍率,a=4;滑-滑轮组效率,滑=0.975;m1-吊钩夹套质量(包括吊钩和动滑轮),m1=697kg。钢丝绳的破断拉力式中 n-安全系数,n=5.5。钢丝绳总拉力式中 -折算系数,=0.85。钢丝绳型号选择:查机械设计手册选钢丝绳见表3-1。表3
20、-1钢丝绳性能表钢丝绳型号22-636W-FC-1670-U-SZ钢丝绳钢丝绳直径d=22钢丝绳最小破断拉力B=1670N/mm23.3.2 确定滑轮和卷筒直径(1)滑轮滑轮的直径是根据钢丝绳直径来决定的。为了提高钢丝绳的寿命,必须使滑轮直径大于绳径的一定倍数,即式中 D0-按钢丝绳中心线计算的滑轮的最小直径,mm;e-系数,根据设计手册选择e=25。根据机械设计手册,滑轮直径与钢丝绳匹配关系表选择,滑轮直径为630。(2)卷筒选择根据滑轮计算直径d=528,卷筒直径也不能小于此数,否则钢丝绳弯曲太大。查机械设计手册,选择卷筒见表3-2。表3-2卷筒性能表卷筒型号T208卷筒直径6502000
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