定柱式懸臂起重機結構設計與分析含proe三維及16張CAD圖+說明書

定柱式懸臂起重機結構設計與分析含proe三維及16張CAD圖+說明書,定柱式,懸臂,起重機,結構設計,分析,proe,三維,16,cad,說明書,仿單 *學院*屆畢業(yè)設計中英文翻譯Crane Work Needs More TechniqueThe invention of crane has greatly increased peoples work efficiency .People can use crane to handle with huge articles which used to be taken a long time to do, especially in a small are The bridge type hoist crane is required to handle with huge accessory orhuge device. The birth worldwide industry early post-war years, the crane industry came to an aImost complete standstill. By the end of the decade, however, crane construction had diversified and spread around the world and the industry seemed infused with newfound energy that left it flourishing as never before. Lightweight cranes that arrived on site ready for use came to dominate construction sites as people realised the advantages of not having to dismantle them between jobs. These new designs did away with the need to have other lifting equipment assisting during rigging - a big contrast to the cumbersome rigging of previous designs. But, before all this could happen came the horrors of the Second World War. By 1940 of Europe was completely caught up in the conflict. By the time the war ended, Europe and other parts of the world had been subjected to extraordinary political, economic and social changes that would affect the entire fabric of society, including the construction and crane industries, for many decades to come. In the US, steam locomotives were starting to be replaced by diesel - by 1953 more than 50 per cent of all locomotives would be diesel. During the war the mass production of excavators, scrapers and cranes continued. 1940, for example, saw Thew launch the new Lorain Motocrane series. This consisted of three cranes which, for the first time in history, were mounted on chassis built by the crane manufacturer itselfi The smallest crane, the MC-2, could lift 7.6 tonnes, the MC-2 9.9 tonnes and the MC-3 13.5 tonnes. These cranes were delivered to the army by the thousand, and were also mounted on portals for use as harbour cranes (the MC-4 model). The war had, of course, taken its toll on the number of able-bodied men available to work in the crane industry and there was a serious shortage of good crane drivers. At Thew, newcomers were taught crane operations over a two-day course presented by A.C Burch, an experienced mechanic and graduate of the Naval Academy, and L.K Jenkins. These two gentlemen were probably the originators of operator training as we know it today. As they had actually designed the Motocrane, both knew it inside out and were pleased to pass on this knowledge.When the Japanese National Railways committed itself to buying the prototype of a machine designed to remove railway clips, the tide turned. The machine worked splendidly and iVlasuo Tadano toured Japan showing on 35 millimetre film just what it could do. He collected numerous orders for the machine along the way and at the same time seems to have been an early pioneer of the company videos so beloved by todays marketing professionals!Other countries were also building noteworthy cranes. Italy, in particular, was developing into a source of innovative ideas for the industry.In1948 in Legnano,near Milan,Carlo Raimodi built his first slewing tower crane,a classic top slewer The company was originally established in 1863 as a foundry and had, until making its crane debut, built machines and components for the millwright and other industries. There was now a worldwide boom in construction and this attracted the attention of specialist equipment manufacturers, many of whom followed the launch of crane ranges with the introduction of concrete mixing equipment. This combination of equipment was supplied in a variety of forms: Reich, Ibag and Liebherr, for example, supplied cranes and concrete mixing machines designed to be used together. Important slewing tower crane manufacturer. The bridge type hoist crane car consists of protmoted organization，the car frame，the car movement organization，hoisting mechanisms and so on. Its operation structure is composed of reducer，the driving wheel group，the driven wheel group，the transmission shaft and some connect fitting. The core of this structure is the design of the reducer. This bridge type hoist crane is be used to the hydroelectric power station. It is installed in the expanded workshop of Fengman water and electricity station.It is used to installing,examining and repairing the water-turbine generator set and its accessorial equipments.the equipments in the water and electricity station are largeormedium-size. These equipments have a high request on the load of bridge type hoist crane , so they also have a high request on the capability of the reducer.Grab bridge bridge crane is running on the elevated track, the car driven by the lifting of materials crawl grab a bridge-crane. Bridge laying on both sides along the elevated track on the vertical run, lifting trolley along the bridge in laying the track on the horizontal run, a rectangular scope of work, you can make full use of space below the bridge lifting material from Ground equipment hindered. Grab bridge cranes widely used in power plants, Mei Chang, and other needs of bulk material handling of the occasion, because of the heavy equipment, transportation difficulties installation, testing the quality of their products in general need in the field. Therefore, control equipment requirements for wiring, small size and portability. And the use of fixed-site conditions, also called a random testing equipment manual control functions to ensure the safety of operation. With the lifting of the transport requirements of the mechanical control continuously improve, more and more advanced means of control. At present the domestic bridge crane control system requires people at the scene to control, control methods are backward. In small and medium-sized crane, the most direct control over the use of controllers, car running, Lord, vice hook upgrade, dropped weights and speedCrane work needs more technology. Construction of tower cranes are the main vertical transportation equipment and also a measure of construction companies and equipment strength of the important logo, in todays increasingly competitive construction market, to meet the construction needs of many construction companies have bought the tower crane. With the tower crane at the construction site of the widely used by the tower crane accident also caused more and more to peoples lives and property brought about great losses. According to national statistics, the departments concerned, the tower crane accident rate reached 2.77 percent. Its security problem is still the urgency of the construction Loose training, testing and oversight requirements for the people who work around construction cranes have fostered a false sense of security in our industry. The recent deadly tower-crane collapse at a congested New YorkCity building site should be a wake-up call for us to question and step up our current safety practices.Training and testing is king when it comes to safety. But the construction industry is putting unqualified personnel in the seats of construction cranes, even with todays testing. In many places, no experience is necessary after passing a standardized test. One week of study will give some people enough knowledge to pass a certification examination, and then they can jump into the cab of a crane.Imagine that a commercial airline pilot had the same training as a certified crane operator. How would you feel the next time you decided to fly? In California, it takes more hours of training to wield a pair of scissors in a hair salon than to operate potentially dangerous lifting machinery. How does this make sense?Riggers and signal persons also need standard training and testing to ensure safety under the hook. Employers usually allow any craft to signal a crane on a jobsite, despite best practices that require only qualified people do so. How is it then that uncertified and untrained people are allowed to signal and rig under the hook of a licensed or certified operator?Tower cranes are particularly risky as urban sites become more congested, and the risk of a catastrophic event is very high during climbing operations. Yet most tower-crane climbing crews are trained in a non-traditional manner, via secondhand knowledge that has been passed down over time. The problem with this type of hand-me-down knowledge is that it changes over the years, leaving out small-but-important details along the way. This osmosis of knowledge leads crews to develop their own tricks for climbing cranes, often forsaking basic safety in an attempt to save time and energy.In many cases, there are no safety devices or alarms to warn of a serious problem. Climbing crews are subjected to pressures that affect safety-critical decision-making. It is not uncommon for climbs to continue with damaged or leaking hydraulic systems, out-of-adjustment or jammed guide rollers, often working in the dark and for extended hours. This MacGyver method of climbing, where every jump becomes a new adventure, should not be the norm.Climbing-frame designs vary among manufacturers, but the operational steps are similar in principle. The climbing process is relatively straightforward, with a mixture of physical work and technical procedure. It is not complex; it is more about knowing the proper sequence of what needs to be done and then following the steps, one by one, making sure each step has been successfully completed before moving onto the next. It is essential that everyone know exactly what is going on and what the dangers are at every stage.When these needs are satisfied, crane operations should be carried out in strict accordance with the manufacturers instructions, engineering principals and governmental laws. But industry stakeholders and lawmakers need to step up their lax standards to protect the public. New York City residents, who have seen their homes turned into dust and debris, would be shocked at the way the industry deals with these issues.Thats why the industry needs standardized training, testing and oversight for this work, including a practical assessment of competence. Technicians should have model-specific training directly from the manufacturer, along with a level of practical experience. Inspectors, too, should be required to have specific technical training. They should be independent from all aspects of installation and maintenance to allow for objective decisions. Key personnel on erection crews should have standard training and testing.第 9頁 第 9頁起重機工作需要很多科技起重機的出現大大提高了人們的勞動效率，以前需要許多人花長時間才能搬動的大型物件現在用起重機就能輕易達到效果，尤其是在小范圍的搬動過程中起重機的作用是相當明顯的。戰(zhàn)后的前幾年，世界性的工業(yè)誕生了，起重機行業(yè)幾乎完全停止。然而到這個年代末，起重機的建造變得多元化并傳播到世界各地，它的前所未有的蓬勃發(fā)展似乎整個工業(yè)注入了新能源。輕型起重機投入到工作地點并準備作為主要機械，因為人們意識到了在工作間不用拆除他們的的優(yōu)點。這些新的設計也不再需要其他起重設備協(xié)助操縱相比以前在安裝前要進行繁瑣的設計。但是，在這一切之前發(fā)生了恐怖的第二次世界大戰(zhàn)。到1940年，歐洲完全陷入了戰(zhàn)爭中。到戰(zhàn)爭結束后的幾十年來，歐洲和世界其他地區(qū)發(fā)生了巨大的政治，經濟和社會變化，將影響整個社會結構，包括建造業(yè)和起重機行業(yè)。在美國，蒸汽機已開始改為柴油機到1953年超過百分之五十的機車將使用柴油機。戰(zhàn)爭期間，挖掘機，鏟運機和起重機的大規(guī)模生產在繼續(xù)。例如1940年，看到Thew推出新的Lorain Motocrane系列。這其中包括三種起重機，是歷史上首次自身安裝了底盤的起重機。最小的MC - 2 ，起重量達7.6噸， MC 2起重量為9.9噸，MC 3起重量為13.5噸。這些起重機許多被用于軍隊，有的還安裝在港口用作港灣式起重機（在MC - 4型） 。當然，這場戰(zhàn)爭已經削弱了能在起重機行業(yè)工作的健壯的男人的數量，并且優(yōu)秀的起重機司機嚴重短缺。在Thew ，一位畢業(yè)于美國海軍學院的經驗豐富的技工A C Burch和L K Jenkins進行了為期兩天的起重機業(yè)務課程的教授。這兩位紳士好比是我們今天所知的“經營者培訓”的創(chuàng)始人。他們實際上已設計了動力起重機，都深深地了解起重機，并很高興傳授這方面的知識。當日本國家鐵路公司致力于采購一種旨在搬動鋼軌扣板的原型機，潮流逆轉。該設備工作極為出色。iVlasuo Tadano環(huán)游日本，用35毫米的電影展示該設備的強大用途。沿路上，他獲取了大量訂單。同時，他好像成為當今市場營銷專家所寵愛的公司影像傳播的先驅！ 其他國家也在大力發(fā)展起重機。特別是意大利，逐漸發(fā)展成為該行業(yè)的創(chuàng)新基地。1948年Carlo Raimodi在米蘭附近的Legnano，首次建造了回轉塔式起重機，一種經典的頂端回轉起重機。公司最初成立于1863年，在生產起重機之前，是一間鑄造廠并為技工和其他行業(yè)生產機械設備。當時全球建筑業(yè)空前繁榮，吸引了專業(yè)設備制造商的注意。其中許多公司在推廣起重機后，推出了混凝土攪拌設備。提供了多種不同組合，例如，Reich，Ibag和Liebherr設計開發(fā)了起重機與混凝土攪拌設備一起使用的組合。橋式起重機小車運行機構設計主要包括起升機構、小車架、小車運行機構、吊具等部分。其中的小車運行機構主要由減速器、主動輪組、從動輪組、傳動軸和一些連接件組成。橋式起重機是水電站橋式起重機，安裝于豐滿水電站擴建工程廠房內，用于水輪發(fā)電機組及其附屬設備的安裝和檢修工作。水電站內設備一般都是大中型設備，對橋式起重機的載荷要求較高，所以對減速器性能要求較高。橋式抓斗起重機是橋架在高架軌道上運行，由起重小車帶動抓斗抓取物料的一種橋架型起重機。橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設在橋架上的軌道橫向運行，構成矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。橋式抓斗起重機廣泛應用于電廠、煤廠等需要散料裝卸的場合，由于該設備笨重，運輸安裝困難，對其產品質量檢測一般需要在現場進行。所以要求控制設備接線方便，體積小便于攜帶。又由于使用現場條件不動，還要求檢測設備有隨機手動控制功能，以保證運行時的安全。隨著對起重運輸機械控制要求的不斷提高,控制手段也越來越先進。目前國內的橋式起重機控制系統(tǒng)都需要人在現場進行控制，控制方式都比較落后。在中小型起重機中, 大都采用控制器直接控制大、小車運行, 主、副鉤提升、下降重物及調速。塔式起重機是建筑施工垂直運輸的主要設備，也是衡量一個建筑施工企業(yè)裝備實力的重要標識，在當今競爭日益激烈的建筑市場，為滿足施工需要，很多施工企業(yè)都購置了塔式起重機。隨著塔式起重機在施工現場的廣泛使用，由塔式起重機引發(fā)的傷亡事故也越來越多，給人民的生命財產帶來重大損失。據國內有關部門統(tǒng)計資料表明，塔式起重機的事故率已達2.77%。其安全問題仍然是建筑施工中的憂患。松散的培訓，測試和監(jiān)督的要求, 周圍的建筑起重機給這些工作的人樹立了一種虛假的安全感，在我們的行業(yè)。最近塔式起重機倒塌在一個繁忙的紐約市建筑地盤應敲響警鐘，提醒我們問題的存在，并加強我們目前安全的做法。當談到安全問題時，訓練和測試是關鍵。不過，建造業(yè)是把不合格人員放在建筑起重機的駕駛位上，甚至沒有通過今天的測試。在許多地方，沒有任何經驗必須合格的通過標準化的測試。一周的學習將給予一些人足夠的知識足以通過認證考試，然后他們可以跳轉到的起重機的駕駛室。想象一下一個商業(yè)航空公司飛行員和一個認證的起重機操作員有相同的訓練。你會如何感覺，下一次你決定要坐飛機？在加利福尼亞州，掌握一對剪刀在頭發(fā)沙龍比操作有潛在危險的起重機械需要更多的時間訓練。如何，這是否合理？裝配工人和發(fā)信號的人也需要標準的培訓和測試，以確保安全下鉤。雇主通常允許任何工人發(fā)信號指揮起重機上工地 ，盡管最佳做法是需要合格的人這樣做。怎么能允許那么無證和未受過訓練的人來代替有工作證或經核證的操作者呢？塔式起重機是特別危險的，尤其是在市區(qū)用地變得更加擁擠時。攀登行動更是一個風險的行動，其災難性非常高。然而，大多數塔式起重機攀登員的訓練，在一個非傳統(tǒng)的方式，通過二手知識已流傳一段時間。問題與這種類型的現成的知識是，多年來，留下來的非常少，但最重要的細節(jié)卻丟失了。這種“滲透”的知識，導致操作者只能發(fā)展自己的技巧攀登起重機，往往放棄基本的安全，企圖以節(jié)省時間和能源.在許多情況下沒有安全裝置或警報來提醒嚴重的問題的存在。攀登人員容易遭受到影響安全性至關重要的決策所帶來的壓力。攀登時，使用損壞或泄漏的液壓系統(tǒng)，沒有任何的調整，這并不鮮見。在黑暗中工作和延長工作時間是時有發(fā)生的。這種攀登方法，其中的每一次攀登都會成為新的冒險，不應該作為規(guī)范被采納。攀爬架的設計，在制造商之間存在不同，但設計的步驟在原則上是相似的。攀登過程中是相對比較明了的，配合著的體力勞動和技術程序。這是并不復雜，它是更多地了解知道正確的序列需要做什么，然后按照下列步驟，一個又一個，確保每一步在做下一步前成功完成。這是十分重要，每個人都清楚的知道事情進展的怎么樣，在每一個階段存在什么樣的危險。當這些需要得到滿足，起重機作業(yè)應進行嚴格按照有關制造商的指示，工程原則和政府的法律。但業(yè)內人士和國會議員，要加強他們的寬松標準，以保障公眾利益?？吹阶约旱募覉@變成了塵埃和碎片的紐約市居民，會對處理這些問題的方式感到震驚。這就是為什么業(yè)界需要規(guī)范的培訓，測試和監(jiān)督，其中包括一個實際的評估能力。技術人員應該隨著實際經驗的提升，直接從制造商哪里獲得標準訓練。視察員同樣也也須有具體的技術培訓。他們應獨立于安裝和維修的各方面，這由客觀決定。架設的關鍵人員應該有標準的訓練和測試.定柱式懸臂起重機結構設計與分析摘要：定柱式懸臂起重機是由立柱、回轉臂、懸臂驅動裝置和電動葫蘆組成。立柱下端底座通過地腳螺栓固定在混凝土基礎上，由電機帶動減速機驅動裝置使懸臂回轉，電動葫蘆在懸臂工字鋼上作往返運行作業(yè)。它的特點有：自重輕，懸臂長，起重量大，安裝、操作、維修簡單。它們完全獨立，是一種理想的工作崗位起重機，并適用于室外的貨場和裝卸平臺。定柱占地面積小。對于起升凈空非常小的情況下也能獲得最大的起升高度。本設計從整體設計出發(fā)，依次設計計算了2t定柱式懸臂起重機的懸臂和立柱的主要機構部件。選取了螺栓，開式齒輪等主要零部件。設計了符合要求的懸臂結構，并校核了軸承，焊縫強度和轉動軸鍵的強度和剛度等力學性能參數。在設計過程中，運用優(yōu)化設計的方法，使各個結構盡量達到最合理的布置和選擇。 關鍵詞:定柱式懸臂起重機金屬結構*學院*畢業(yè)設計說明書column cantilever cranes structure design and analysisAbstract: Slewing cantilever crane is a column, rotating arm, cantilever drive and the composition of electric hoist. Column bottom of the base fixed to the concrete foundation by anchor bolts on the gear driven by the motor drives the cantilever rotary, electric hoist for the cantilever-beam on the run from job . Its characteristics are: light weight, arm length, lifting capacity, installation, operation and maintenance simple. They are completely independent, is an ideal job cranes, and applies to the outdoor yard and loading platforms. Set column small footprint. For lifting the case of very small clearance can get the Maximum lifting height.At the beginning of this design of main mechanism of 0.8t in the column cantilever crane cantilever and the column component calculation.The main parts such as bolts, open gear. Designed to meet the requirements of the cantilever structure, and check the bearing, weld strength and the rotating shaft to bond strength and stiffness and other mechanical properties. In the design process, using the method of optimal design, the structure to achieve the most reasonable layout and selection. Key words: Slewing cantilever crane Metal structure 目錄1 緒論11.1 課題的背景11.2國內外定柱式懸臂起重機的現狀與發(fā)展前景21.2.1 國內起重機現狀及發(fā)展趨勢21.2.1 國外起重機現狀及發(fā)展趨勢21.3 本設計的主要內容、目標和方法31.3.1主要內容31.3.2目標31.3.3方法31.4定柱式旋臂起重機設計制造中應注意的問題41.4.1 撓度設計41.4.2 導繩器的設計42 懸臂起重機基本參數確定52.1起重機結構方案的擬定52.2起重機主要目標設計參數的確定62.2.1 基本參數的選擇72.2.2 電動葫蘆的選擇83 關鍵零部件設計113.1懸臂工字鋼尺寸確定113.2緩沖器的選擇113.2.1緩沖器型號的選擇113.2.2緩沖器參數的選擇123.2.3緩沖器強度校核123.3橫梁結構尺寸的確定及校核123.3.1橫梁簡化模型123.3.2橫梁結構尺寸的確定133.3.3橫梁結構內力分析及強度校核143.4立柱尺寸及強度校核153.4.1立柱相關尺寸確定153.4.2立柱強度校核173.7定柱式旋臂起重機撓度計算173.8立柱外形尺寸設計193.9法蘭盤尺寸的計算203.10地腳螺栓強度校核213.11 定柱式旋臂起重機確定參數214 懸臂起重機三維實體建模及二維圖224.1 起重機的三維實體建模224.1.1 橫梁的建模224.1.2 立柱的建模224.1.3立柱與軸承室連接234.1.4軸承室主要零部件的建模234.1.5 斜臂支撐部分建模244.1.6 球面墊圈、錐面墊圈244.1.7 整體裝配254.2 懸臂起重機二維圖254.2.1起重機總體結構圖254.2.2橫梁264.2.3軸承室274.2.4立柱274.2.5法蘭盤284.2.6立柱外筋板284.2.7滾道294.2.8滾輪及其支架304.2.9懸臂支架304.2.10立軸315 關鍵零部件有限元分析3251 工程有限元分析的基本步驟3252 主梁建立實體模型分析3353 主梁分析報告355.3.1 主梁應力結果355.3.2 主梁應變結果365.3.3 主梁位移結果375.3.4 主梁設計檢查結果 3954 立柱建立實體模型分析3955 立柱分析報告425.5.1 立柱應力結果435.5.2 立柱應變結果435.5.3 位移結果4456 設計改進456 軸承的選用與裝配體487 總結49參 考 文 獻50致謝511 緒論1.1 課題的背景懸臂起重機是近年發(fā)展起來的中小型起重裝備，結構獨特，安全可靠，具備高效、節(jié)能、省時省力、靈活等特點，三維空間內隨意操作，在短距、密集性調運的場合，比其它常規(guī)性吊運設備更顯示其優(yōu)越性。本產品廣泛應用于各種行業(yè)的不同場所。懸臂起重機工作強度為輕型，起重機由立柱，回轉臂回轉驅動裝置及電動葫蘆組成，立柱下端通過地腳螺栓固定在混凝土基礎上，由擺線針輪減速裝置來驅動旋臂回轉，電動葫蘆在旋臂工字鋼上作左右直線運行，并起吊重物。起重機旋臂為空心型鋼結構，自重輕，跨度大，起重量大，經濟耐用。定柱式懸臂起重機又稱立柱式懸臂起重機，起重量在125Kg-5000Kg，定柱式旋臂吊具有結構新穎、合理、簡單、操作方便、回轉靈活、作業(yè)空間大等優(yōu)點，是節(jié)能高效的物料吊運設備，可廣泛適用于廠礦、車間的生產線、裝配線和機床的上、下工作及倉庫、碼頭等場合的重物吊運。定柱式旋臂吊根據其旋臂所使用型鋼的不同可以分為：BZD型和BZD-JKBK型。近年來，隨著電子計算機的廣泛應用，許多起重機制造商從應用計算機輔助設計系統(tǒng)（CAD），提高到應用計算機進行起重機的模塊化設計。根據市場調查預測的統(tǒng)計數字和積累的資料、圖表、圖線規(guī)律，在嚴密的科學理論指導下，擬定起重機結構、機構、部件等多層次的標準化、模塊化單元。起重機采用模塊單元化設計，不僅是一種設計方法的改革，而且將影響整個起重機行業(yè)的技術、生產和管理水平，老產品的更新?lián)Q代、新產品的研制速度都將大大加快。對起重機的改進，只需針對幾個需要修改的模塊；設計新的起重機只需選用不同的模塊重新進行組合；提高了通用化程度，可使單件小批量的產品改換成相對批量的模塊生產。亦能以較少的模塊形式，組合成不同功能和不同規(guī)格的起重機，滿足市場的需求，增加競爭能力。隨著我國國民經濟建設進一步深入，商品流通量大幅度增加，交通運輸業(yè)快速發(fā)展，起重運輸機械的需求量越來越大，其實用性能的要求也越來越高。懸臂起重機設備，非常適用五噸以下的工件定點頻繁起吊運輸。在機械加工領域，懸臂起重機具有強大的購買市場和廣闊的發(fā)展前景。1.2國內外定柱式懸臂起重機的現狀與發(fā)展前景1.2.1 國內起重機現狀及發(fā)展趨勢中國的起重機產業(yè)誕生于上世紀70年代，經過40余年的發(fā)展，經歷了70年代引進蘇聯(lián)技術，80年代初引進日本技術和90年代初引進德國技術等三次主要技術改進，始終走著一條自主創(chuàng)新的道路。2000年以來，隨著國內外技術交流的日益頻繁和國產自主研發(fā)能力的顯著增強，更多的國外先進技術被成功引進應用，并進行了自主創(chuàng)新，獲得自主知識產權。隨著國產起重機產業(yè)制造水平的全面提升，與國外先進技術的差距不斷縮小，中國起重機產品開始在國際市場上體現出明顯的競爭力。懸臂起重機設備屬于通用機械，在二十多年高速發(fā)展過程中，已經逐漸實現了規(guī)?；⒓瘓F化、機械化。在輔助加工生產中和自動化的作用，大大提高了勞動生產效率，減輕工人勞動強度。具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護簡單、方便等優(yōu)點。根據當前我國情況來看，機械工業(yè)處于上升勢頭，汽車工業(yè)、機動車行業(yè)都處于強省發(fā)展期。專家預測，隨著國民經濟的的增長，機械行業(yè)有很長一段時間處于旺盛發(fā)展階段，整體機械行業(yè)以及未來發(fā)展過程中，懸臂起重機的使用處于不可替代、不可缺少的地位，在整體工業(yè)化過程中發(fā)揮著重要的輔助生產的作用。因此，我們在設計中應大膽采用先進的設計理念，充分利用計算機輔助工藝規(guī)劃、計算機輔助制造、柔性自動化系統(tǒng)等新技術、新工藝，縮短設計和生產周期、降低成本，調整產品結構、企業(yè)結構，增強企業(yè)參與市場競爭的能力，使中國起重機制造行業(yè)趕上世界先進水平。1.2.1 國外起重機現狀及發(fā)展趨勢近二十年來，世界工程起重機行業(yè)發(fā)生了很大變化，世界工程起重機市場進一步趨向一體化。目前世界工程起重機年銷售額已達75億美元左右，主要生產國為美國、日本、德國、法國、意大利等，世界頂級公司有十多家，主要集中在北美、亞洲（日本）和歐洲。美國既是工程起重機的主要生產國，又是最大的世界市場之一。但由于日本、德國起重機工業(yè)的迅速發(fā)展，美國廠商在世界市場獲取的主導地位逐步受到削弱，從而形成了美國、日本和德國三足鼎立之勢。1.3 本設計的主要內容、目標和方法1.3.1主要內容該課題是以定柱式懸臂起重機的結構設計為主要內容的機械產品設計，課題涉及機械結構與傳動、機械加工與裝配等。其中，分析了該起重機所要求實現的功能和相應結構，了解起重機的工作原理，基本結構，系統(tǒng)組成及功能，掌握PROE的使用技術并完成橋式起重機的三維建模，繪制關鍵零部件的二維工程圖，并學會運用軟件做有限元分析。參考其他文獻可知，定柱式旋臂起重機主要由上立柱、下立柱、主梁、主梁拉桿、起升機構（電動葫蘆）、回轉機構、電氣系統(tǒng)、爬梯及檢修平臺組成，其結構緊湊，體積小，操作方便可靠。本研究主要是對該起重機的懸臂梁設計及旋轉功能部分的機構設計及參數的選擇。包括起升，回轉，變幅及金屬結構的設計。最終使其能很好地實現起重機的運行，而且互不干涉且配合良好。并且通過此次設計，要提高自己的分析問題和解決問題的能力，將自己所學運用到實際的工作中，提高自己的實踐能力。此次設計主要取長補短，利用現有各種關于起重機械技術的優(yōu)點，結合實際對定柱式旋臂起重機做出更合理的設計。1.3.2目標本次設計為2T定柱式懸臂起重機，完成了定柱式懸臂起重機懸臂和立柱等構件的設計驗算。功能實現合理，結構簡單適用，工作可靠。1.3.3方法懸臂起重機由立柱，回轉臂回轉驅動裝置及電動葫蘆組成，立柱下端通過地腳螺栓固定在混凝土基礎上，由擺線針輪減速裝置來驅動懸臂回轉，電動葫蘆在懸臂工字鋼上作左右直線運行，并起吊重物。如圖1-1： 圖1-1 定柱式懸臂起重機簡圖本設計采用規(guī)范的設計計算對定柱式懸臂起重機各結構進行了分析。首先，通過查閱相關書籍和資料，學習定柱式懸臂起重機的相關知識，了解定柱式懸臂起重機的發(fā)展和應用現狀，掌握定柱式懸臂起重機金屬結構的設計方法，學習并掌握PROE繪圖軟件的使用，掌握一般的繪圖方法和計算分析步驟；其次，根據現今國內外生產定柱式懸臂起重機采用的各種結構類型，結合課本知識和參考文獻信息，設計符合使用要求的結構；然后，根據參考文獻，分析定柱式懸臂起重機的受力情況，并對定柱式懸臂起重機的緩沖器，橫梁結構，立柱，地腳螺栓進行校核，檢驗結構的靜剛度、強度和穩(wěn)定性。本文還對結構進行了PROE三維和二維繪圖，便于生產制造。以及運用有限元分析軟件進行了有限元的分析。1.4定柱式旋臂起重機設計制造中應注意的問題1.4.1 撓度設計JBT8906-1999懸臂起重機524條允許下?lián)隙纫螅捍怪毕聯(lián)隙葢_到這樣的程度以保證：(1)臂架上運行的小車在正常作業(yè)時不會失控；(2)臂架不能自行回轉；起重機設計應使額定起重量在有效半徑處產生的垂直下?lián)隙葟S不應超過：(R+UA)/250；其中R為有效半徑；UA為工作地面至懸臂下側的高度。1.4.2 導繩器的設計采用單層纏繞的電動葫蘆應設置導繩器；當采用導繩器時，應能保證當吊鉤下降，鋼絲繩沒有其他外力作用時，鋼絲繩仍能自由地從導繩的出口中排出，當起升、下降額定載荷，鋼絲繩對卷筒軸線垂直面的偏角為30，能正常工作。2 懸臂起重機基本參數確定本次設計的目標是設計一種結構簡單，占地空間少，作業(yè)范圍大，操作方便，轉動靈活，適用于車間，倉庫及車間等固定場所的懸臂起重機。通過一定的市場調查后，初步總結為：（1） 市場需求的絕大多數懸臂梁起重機為輕中級工作制，起重量在5噸和5噸以下的中小型號。（2）為能在環(huán)境復雜的倉庫、車間等各種工況下正常工作必須具備占地空間小，轉動靈活和工作范圍大的特點。（3）由于日常作業(yè)量普遍較大，所以要求起重機必須結構簡單，便于拆裝維護。2.1起重機結構方案的擬定對于立柱式懸臂起重機來講，按產品構造分主要分為以下幾種：A.具有下支座的立柱式旋臂起重機： 回轉角度270 (見圖2-1)；B.具有下支座的立柱式旋臂起重機： 回轉角度360 (見圖 2-2)；C.具有上下支座的立柱式旋臂起重機： 回轉角度360(見圖 2-3)。這三種構造分類中，方案A的結構復雜程度最為簡單，它的懸臂驅動裝置的驅動軸與立柱軸線并不在一條直線上，這種結構使懸臂驅動裝置獨立于立柱之外，另外設立懸臂回轉軸，簡化了立柱的結構。但是，由于懸臂回轉軸與立柱軸線并不共線，懸臂的回轉會受到立柱的阻礙，所以沒有辦法使懸臂的回轉角度達到360。經過估算這種結構所能達到的最大回轉角度只可以達到270，應此與方案B相比器作業(yè)面積要小25%，由于存在作業(yè)盲區(qū)，所以不太適合在一些空間狹小，同時又要求大范圍作業(yè)的工況。方案C需要有上下支座支撐，加大了固定難度，環(huán)境局限性強。經過分析折中，選定功能全面，安裝方便的方案B作為結構方案。 圖2-1 下支座立柱式懸臂起重機 圖2-2 下支座的立柱式懸臂起重機圖2-3 上下支座立柱式懸臂起重機 圖2-4 小車外懸掛 圖2-5 小車內懸掛電葫蘆（或小車）是懸臂起重機直接吊裝載荷的重要裝備。它與懸臂梁的連接主要采取輪軌方式，這種懸掛方式主要分為兩種：外懸掛式，如圖2-4；內懸掛式，如圖2-5。外懸掛方式的運行軌道為工字軌，如圖2-4所示，加工軌面簡單，維護容易，加工以及維護成本較低。相對于外懸掛式，內懸掛式的軌面在懸臂內，這樣的設計加工難度較大，不易維護，加工成本高。但是由于軌面在內側，不易受環(huán)境影響，滑動平穩(wěn)，精度較高。由于本次設計的懸臂起重機主要用在倉庫及車間等場所，對精密吊裝要求較低，故選擇A方案。2.2起重機主要目標設計參數的確定在機械行業(yè)標準JB/T8906-1999懸臂起重機中所推薦的起重機基本參數中起重機起重量為0.125-10t,有效半徑2-10m,通過調查和查閱資料，用戶所需的定柱式旋臂起重機的基本參數90%在以下范圍：起重量0.5-3t,起升高度3-5.5m,有效半徑3-5.5m。2.2.1 基本參數的選擇（1）起升重量起重機正常工作時允許一次起升的最大重量稱為額定起重量。起重機中的懸臂起重機對應不同的臂架長度有不同的額定起重量，額定起重量不止一個時通常稱額定起重量為最大起重量，或簡稱起重量,用“Q”表示，單位噸（t）。根據最大起重量國際標準,選定額定起重量為2t。（2）起升高度 起升高度是指自地面到吊鉤鉤口中心的距離，用“H”表示單位米（m），它的參數標定值通常以額定起升高度表示。旋臂起重機的起升高度為定值，設計值定為3m。（3）工作幅度工作幅度是指在額定起重量下，起重機回轉中心軸線到吊鉤中心線的水平距離，通常稱為回轉半徑或工作半徑，用“R” 表示，單位為米（m）。選定R為3m。（4）回轉角度回轉角度為：=360。起重機按照GB/T 3811的規(guī)定確定起重機的工作級別：表1 起重機工作級別根據市場調查，此型起重機在工作中，有時起升額定載荷，一般起升中等載荷。選定其載荷狀態(tài)為Q2-中，Kp=0.25 ，起重機利用等級定位為經常中等的使用，即U5，總的工作循環(huán)次數2.5105，由此確定工作級別為A4。2.2.2 電動葫蘆的選擇環(huán)鏈電動葫蘆是一種新型小型起重設備；是起吊、運送、裝卸貨物、工件的理想設備。它廣泛用于各行各業(yè)的加工車間、倉庫、碼頭、建筑業(yè)、各類商店及各種現代化的生產流水線，裝配線。在空間較小的工作場所使用更是靈活迅捷，安全方便。PK型環(huán)鏈電動葫蘆是一種新型產品，具有提升速度快、運轉平穩(wěn)、機體緊湊、體積小、重量輕、操作方便、外形美觀等特點。可廣泛應用于工廠、礦山、碼頭、商店、倉庫等方面用作起吊重物；亦可同架空行車配套組成空間運輸系統(tǒng)具有當代世界先進水平。在國際市場上享有盛譽。如圖2-6青島新中原起重設備有限公司生產的PK型環(huán)鏈電動葫蘆。最終選擇定為PK10N-2F型。 圖2-6 PK型電動葫蘆表2 PK型環(huán)鏈電動葫蘆技術參數所選電動葫蘆參數：PK10N-2F:1) 起重量：2000Kg2) 起重鏈條行數：2行3) 起升高度：3m4) 起升速度：（1）快速：4m/min (2) 慢速：1m/min5) 起升電機功率：（1）快速：1.5 (2) 慢速：0.35Kw6) 電源：3380V 50Hz與電動葫蘆匹配的電動運行小車參數：1）型號：EU10PK2）運行速度：14m/min3）電機功率：0.2Kw4）負載持續(xù)率：40%5）工字鋼型號：GB706 1856c6）最小轉彎半徑：1.4m該型電動葫蘆尺寸：a=318mm h=810mm e=280mm h1=700mm第 57 頁 共51頁3 關鍵零部件設計3.1懸臂工字鋼尺寸確定由電動葫蘆相關參數可知，工字鋼選擇區(qū)間為GB706 1856c 初選32a 材料為Q235-A,相關尺寸如表3表3 工字鋼32a尺寸參數尺寸 hbdtrr1截面面積/cm2理論重量Kg/m數值3201309.515.011.55.867.15652.7173.2緩沖器的選擇3.2.1緩沖器型號的選擇選擇上海青立起重設備有限公司生產的起重機用ZLA型緩沖器。圖樣及相關技術參數如圖3-1和表4。圖3-1 起重機用ZLA型緩沖器表4 起重機用ZLA型緩沖器技術參數3.2.2緩沖器參數的選擇由起重機參數可知，起升重量為2000Kg,速度最大為14m/min,假設接觸緩沖器到停止位用時t=3s,則有公式：Ft=mv 則F=2000Kg(14/60)m/s/3s=0.1556KN由計算數據可知選擇的緩沖器型號為ZLA-1型，具體參數如表5。表5 ZLA-1型緩沖器技術參數尺寸DHtmh緩沖容量緩沖行程緩沖力重量數值65mm80mm10mm16mm35mm0.243KN/m48mm56.11KN1.03Kg3.2.3緩沖器強度校核按14m/min的平均值作為緩沖過程的速度，則緩沖時間為：t=0.411s由Ft=mv可得F=0.568KN網格命令，系統(tǒng)即可顯示如左下圖的對話框，其中顯示系統(tǒng)預設的元素尺寸及公差值。按下ok后，系統(tǒng)即進行劃分網格2） 約束限制條件以及指定約束位置。在前邊步驟完成之后，接著將進行外部條件的設定。指定零件的端面如圖所示，并在下拉菜單中，選擇Simulation插入 限制命令。在此次分析中，零件的約束有兩個地方如圖63所示，軸套內圈在起升載荷時固定，加強肋板下部端面立柱中部的圓錐滾子軸承連接固定。所以在分析中將上述部位固定，以便施加載荷進行分析。圖63 約束位置3） 施加載荷以及指定約束位置如圖指定零件的位置，并在下拉菜單中選擇Simulation插入 壓力 命令來添加載荷。本次分析中吊裝載荷以及小車的自重，都是通過小車的車輪與鋼軌的接觸，作用在工字型梁上的。根據小車的尺寸圖64。 圖64 小車輪尺寸根據上圖得知，小車與鋼軌接觸的位置形狀為四條線，經過計算分別距離梁端面150mm和450mm。加載載荷后如圖65所示。 圖65 載荷位置圖4）執(zhí)行分析在下拉菜單中，選擇Simulation運行 命令來執(zhí)行分析，生成報告。53 主梁分析報告零件的材料為Q235A，總質量為775.109kg，網格信息如下表6所示。根據結構特點，確定單元類型。網格劃分的質量決定了有限元分析的計算精度和計算效率。表 6網格信息網格類型:實體網格所用網格器: 標準自動過渡: 關閉光滑表面: 打開雅各賓式檢查: 4 Points 要素大小:46.204 mm公差:2.3102 mm品質:高要素數:14329節(jié)數:282725.3.1 主梁應力結果表7 應力結果 名稱類型最小位置最大位置圖解1VON:von Mises 應力0.271473 N/m2節(jié): 228(28.3385 mm,414 mm,4505.41 mm)1.26544e+008 N/m2節(jié): 7518(84 mm,0 mm,3520.9 mm)圖66 應力分析詳圖從圖66中可以直觀的看出，應力在小車輪與工字型鋼梁的接觸線上比較大，另外一個應力比較大的地方就是加強肋板上方的工字型梁處，此處為全構件應力最大的地方，雖然沒有超過的屈服極限，并且還有一定的安全系數，但是這里出現了小范圍的引力突然增大處，出現了應力集中現象，應力集中現象可能會影響此處的設計壽命，以及疲勞強度。所以可以考慮修改為一個圓角結構，來減小應力集中的現象。5.3.2 主梁應變結果表8 應變結果名稱類型最小位置最大位置圖解1ESTRN :對等應變1.6131e-012 要素: 2756(105.638 mm,80.5 mm,4521.8 mm)0.000499438 要素: 8424(135 mm,1.70727 mm,3543.98 mm)圖67 應變分析詳圖應變結果分析。分析結果，最大應變發(fā)生在主梁與加強肋板的交線處，最大為0.000499438，和應力集中的部位相同，解決方法同應力分析相同，將此處結構改為圓角。5.3.3 主梁位移結果表 9 位移結果名稱類型最小位置最大位置圖解1URES:合力位移0 m節(jié): 1(72 mm,460 mm,4090 mm)0.0108037 m節(jié): 3309(0 mm,400 mm,0 mm)圖68 位移分析詳圖根據中華人民共和國機械行業(yè)標準中的旋臂起重機標準，JB/T 98061999規(guī)定，允許下?lián)隙鹊闹担怪毕聯(lián)隙葢_到這樣的程度以保證：A） 臂架上運行的小車在正常作業(yè)時不會失控；B） 臂架不能自行回轉。起重機設計應使額定起重量在有效半徑處產生的垂直下?lián)隙葢怀^表10的規(guī)定。表10 允許下?lián)隙绕鹬貦C工作級別為A5，按照表中允許下?lián)隙扔嬎?，允許下?lián)隙鹊闹禐?.016m,經過分析在額定載荷狀態(tài)下，主梁的最大撓度為都小于0.0108037m，符合有關的國家行業(yè)標準。5.3.4 主梁設計檢查結果圖59 安全系數詳圖起重機按許用應力法進行靜強度和疲勞計算時，基本條件是保證零部件或構建危險截面或所選計算截面上的危險點的計算應力，小于許用應力。安全系數的大小與零部件或構件的安全性和重要性，載荷和應力計算的精確性等因素有關。我國起重機設計規(guī)范（GB 381183）對機構傳動零件和結構構件強度和疲勞計算的安全系數有明確的規(guī)定。經過查閱，重要的結構構件的靜強度安全系數應該在1.5以上。設計檢查結果顯示最小安全系數是1.9，在國家標準之上，但又沒有高出太多造成浪費。54 立柱建立實體模型分析立柱的實體模型如圖610所示。主要結構由兩個軸肩，底部法蘭盤，地腳螺栓孔以及加強肋板等特征組成。從上至下第一軸段通過軸承與主梁配合，中段的凸起定位安裝一個圓錐滾子軸承與主梁的支撐肋板相連接。圖510 立柱模型立柱的材料為鑄鐵，各部分材料相同，并為一個整體。首先在COSMOSWORKS中建立一個靜態(tài)研究，接著選擇材料，如圖611所示選擇HT200作為材料圖611 立柱材料參數1）建立網格與網格設定。在完成建模、新增分析程序的材料參數的定義后，接著將進行網格的劃分。2）約束限制條件以及指定約束位置。在前邊步驟完成之后，接著將進行外部條件的設定。在此次分析中，零件的約束有兩個地方如圖512所示，分別是底面法蘭盤上的四個與地腳螺栓配合的孔，還有與水泥固定面接觸的法蘭盤底面。所以在分析中將上述部位固定，以便施加載荷進行分析。圖512 立柱的約束3）施加載荷以及指定約束位置如圖指定零件的位置，并在下拉菜單中選擇Simulation插入 壓力命令來添加載荷。由于懸臂梁的結構包含了一個一端固定在立柱中部軸承上的支撐肋板，所以立柱的受力狀態(tài)為，上部的通過軸承與梁連接的部分只承受向下的壓應力載荷和軸套的側向力，而中部立柱對于支撐肋板的支反力來平衡主梁產生的力矩。如圖613所示。 圖613 軸載荷圖614 主結構受力簡圖下面來計算立柱所承受的載荷。如上圖614所示為起重機主要結構的受力簡圖。在圖中，F1為起升載荷即起重量加上小車的自重。F2與F3為一對作用力與反作用力，F3為懸臂支撐結構作用在立柱上的壓力，根據吊車靜止，所以和力矩為0，可以根據F1的大小得到F2的值。解的F2的值約為78560N，所以F3的大小也為78560N。再單獨分析立柱，水平方向的合力為0，所以解的F5大小也為78560N。單獨分析橫梁，豎直方向上合力為0，所以F1與F6大小相等方向相反，F6=30820N。F6與F7為一對作用力與反作用力，所以至此，立柱上的除底面固定約束外的所有載荷F3=F5=78560N，F7=30820N已經全部解出。作用點以及方向如圖613所示。4）執(zhí)行分析在下拉菜單中，選擇Simulation運行命令來執(zhí)行分析，生成報告。55 立柱分析報告零件的材料為灰鑄鐵HT200，總質量為8639.01 kg，網格劃分信息以及有關的解算器信息都與主梁分析相同，這里不再贅述。5.5.1 立柱應力結果表11立柱應力結果名稱類型最小位置最大位置圖解1VON:von Mises應力0.00023719 kgf/cm2節(jié): 23402(782.843 mm,0 mm,332.843 mm)69.2807 kgf/cm2節(jié): 404(799.533 mm,1201.74 mm,-16.7361 mm)圖615 立柱應力圖解根據分析結果，最大應力為，單位換算后為6.92807MPa,遠小于查表得出的5MPa的許用應力，也遠小于校核時計算出的22MPa的應力值。強度出現了大幅度的過剩。5.5.2 立柱應變結果表12 立柱應變結果名稱類型最小位置最大位置圖解1ESTRN :對等應變5.00081e-009要素: 7773(815.574 mm,12.5 mm,335.196 mm)3.67259e-005要素: 7143(798.358 mm,1199.19 mm,41.6892 mm)圖616 立柱應變圖解應變最大處與應力最大處相同，但同樣最大處僅為。5.5.3 位移結果表12 立柱