桥式起重机小车运行机构设计开题报告

毕业设计（论文）开题报告
题目  桥式起重机小车运行机构设计

一、选题的依据：
物料搬运成了人类生产活动的重要组成部分，距今已有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。起重机正经历着一场巨大的变革。 
  由于工业生产规模的不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长。起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。起重机不但要容易操作，容易维护，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。目前世界上最大的浮游起重机起重量达6，500t，最大的履带起重机起重量达3，000t，最大的桥式起重机起重量为1，200t，集装箱岸边装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min，堆垛起重机最大运行速度是240m/min，垃圾处理用起重机的起升速度达100m/min 。
    工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场不断扩大，品种也不断更新，以特有的功能满足特殊的需要，发挥出最佳的效用。例如冶金、核电、造纸、垃圾处理的专用起重机，防爆、防腐、绝缘起重机和铁路、船舶、集装箱专用起重机的功能不断增加，性能不断提高，适应性比以往更强。德国德马格公司研制出一种飞机维修保养的专用起重机，在国际市场打开了销路。这种起重机安装在房屋结构上，跨度大、起升高度大、可过跨、停车精度高。在起重小车下面安装有多节伸缩导管，与飞机维修平台相连，并可作360度旋转。通过大车和小车的位移、导管的升降与旋转可使维修平台到达飞机的任一部位，进行飞机的维护和修理，极为快捷方便。 [资料来源：http://doc163.com]
二、国内外研究概况及发展趋势：
1、大型化和专用化
  用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理。达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。
    目前，德国、英国、法国、美国和日本的著名起重机公司都已采用起重机模块化设计，并取得了显著的效益。德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化设计后，比单件设计的设计费用下降12%，生产成本下降45%，经济效益十分可观。德国德马格公司还开发了一种KBK柔性组合式悬挂起重机，起重机的钢结构由冷轧型轨组合而成，起重机运行线路可沿生产工艺流程任意布置，可有叉道、转弯、过跨、变轨距。所有部件都可实现大批量生产，再根据用户的不同需求和具体物料搬运路线在短时间内将各种部件组合搭配即成。这种起重机组合性非常好，操作方便，能充分利用空间，运行成本低。有手动、自动多种形式，还能组成悬挂系统、单梁悬挂起重机、双梁悬挂起重机、悬臂起重机、轻型门式起重机及手动堆垛起重机，甚至能组成大型自动化物料搬运系统。

    2、轻型化和多样化
  有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，也可使整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位的一般用途桥式起重机。德国德马格公司经过几十年的开发和创新，已形成了一个轻型组合式的标准起重机系列。起重量为1-63吨，工作级别为A1-A7，整个系列由工字形和箱型单梁、悬挂箱形单梁、角形小车箱形单梁和箱形双梁等多个品种组成。主梁与端梁相接以及起重小车的布置有多种型式，可适合不同建筑物及不同起吊高度的要求。根据用户需要每种规格起重机都有三种单速及三种双速供任意选择，还可以选用变频调速。操纵方式有地面手电门自行移动、手电门随小车移动、手电门固定、无线遥控、司机室固定、司机室随小车移动、司机室自行移动等七种选择。大车及小车的供电有电缆小车导电、DVS系统两种方式。如此多的选择项，通过不同的组合，可搭配成百上千种起重机，充分满足用户不同的需求。这种起重机的另一最大优点是轻型化，自重轻、轮压轻、外形尺寸高度小，可大大降低厂房建筑物的建造成本，同时也可减小起重机的运行功率和运行成本。与通用产品相比较，起重量为10t，跨度22.5m，通用双梁桥式起重机自重是24t，起重机轨面以上高度1876mm，起重机宽度5980mm; 德马格起重机的自重只有8.7t，重量轻了176%，起重机轨面以上高度为920mm，降低了104%，起重机宽度为2980mm，外形尺寸减少了100%。
    3、 自动化和智能化
  起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机的新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。使起重机具有更高的柔性，以适合多批次少批量的柔性生产模式，提高单机综合自动化水平。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，特殊场合的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。例如采用激光装置查找起吊物的重心位置，在取物装置上装有超声波传感器引导取物装置自动抓取货物。吊具自动防摇系统能在运行速度200m／min、加速度0.5m2／s的情况下很快使起吊物摇摆振幅减至几个毫米。起重机可通过磁场变换器或激光达到高精度定位。起重机上安装近场感应系统，可避免起重机之间的互相碰撞。起重机上还安装了微机自诊断监控系统，该系统能提供大部分常规维护检查内容，如齿轮箱油温、油位，车轮轴承温度，起重机的载荷、应力和振动情况，制动器摩擦衬片的寿命及温度状况等。 [资料来源：http://doc163.com]
    4、成套化和系统化
  在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合。这类起重机自动化程度高，具有信息处理功能，可将传感器检测出来的各种信息实施存储、运算、逻辑判断、变换等处理加工，进而向执行机构发出控制指令。这类起重机还具有较好的信息输入、输出接口，实现信息全部、准确、可靠地在整个物料搬运集成系统中的传输。起重机通过系统集成，能形成不同机种的最佳匹配和组合，取长补短，发挥最佳效用。目前重点发展的有工厂生产搬运自动化系统，柔性加工制造系统，商业货物配送集散系统，集装箱装卸搬运系统，交通运输和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。
    例如生产工程机械的美国卡特皮勒公司金属结构厂购置了一条以桥式起重机为主的物料自动搬运系统，用于钢板的喷丸处理、切割和入库的自动装卸搬运作业，比原先采用单机操作工作效率提高了65%。日本东芝浜川崎工厂用全自动桥式起重机组成的物料输送系统来搬运柔性加工线上的夹具和工件，为机床运送毛坯或将加工好的零件送到下一工序或仓库。这些在空间移动的起重机搬运系统代替了过去通常使用的自动导向搬运车，使车间的地面面积得到充分利用。

[资料来源：Doc163.com]

   5、 新型化和实用化
  结构方面采用薄壁型材和异形钢、减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。桥式起重机的桥架结构型式大多采用箱形四梁结构，主梁与端梁采用高强度螺栓联接，便于运输与安装。
    在机构方面进一步开发新型传动零部件，简化机构。“三合一”运行机构是当今世界轻、中级起重机运行机构的主流，将电动机、减速器和制动器合为一体，具有结构紧凑、轻巧美观、拆装方便、调整简单、运行平稳、配套范围大等优点，国外已广泛应用到各种起重机运行机构上。为使中小吨位的起重小车结构尽量简化，同时降低起重机的尺寸高度，减小轮压，国外已大量采用电动葫芦作为起升机构。为了减轻自重，提高承载能力，改善加工制造条件，增加产品成品率，零部件尽量采用以焊代铸，如减速器壳体、卷简、滑轮等都用焊接结构。减速器齿轮都采用硬齿面，以减轻自重、减小体积、提高承载能力、增加使用寿命。液压推杆盘式制动器的应用范围也越来越大。此外，各机构采用的电动机都向高转速发展，从而减小电机基座号，减轻重量与减小外形尺寸，并可配用制动力矩小的制动器。 [版权所有：http://DOC163.com]
    在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统，发展半自动和全自动操纵。采用机电仪液一体化技术，提高使用性能和可靠性，增加起重机的功能。今后会更加注重起重机的安全性，研制新型安全保护装置。重视司机的工作条件，应用人体工程学设计司机室，降低司机的劳动强度。德国近年为解决起重机吊钩的防摆控制，开发了模糊逻辑电路的控制技术，用神经信息和模糊技术来寻找开始加速的最佳时刻，将有经验司机防摆实际操作的数据输入系统，实现最优控制。模糊控制方式能确定实施自动工作的控制指令，将人们主观上的模糊量通过模糊集合进行数字化定量，再利用计算机实现像熟练司机一样的自如操作，取得了更高的效率和安全性。模糊控制作为新的控制方法已引人注目。
三、研究内容及实验方案
起重机是从事起吊、空中搬运的一种设备。常见的起重机有： 桥式起重机、门式起重机、塔式起重机、港口起重机、汽车起重机、履带起重机和铁路起重机等。
桥式起重机是机械制造工业和冶金工业用得最广泛的一种起重机机械，桥式起重机又称“行车”或“天车”，是横架在固定跨间上空用来吊运各种物件的设备。桥式起重机的特点是它既不占地面面积，又不妨碍地面上的作业，而且以较少的物资材料和极为稳定的形态把建筑物内各处都当作可能的作业范围，进行高速、高效的服务，可以在起升高度和大、小车轨道所允许的空间内负担任意位置的吊运工作。 [资料来源：www.doc163.com]
此外，桥式起重机容易以廉价实现借助控制盘和操纵盘进行自动操纵、或半自动操纵、内装电脑的程序操纵。设置在室内的起重机中，桥式起重机约占90%。
桥式起重机有很多类型。一般按以下方法进行分类：
根据桥架的结构不同，分为箱式结构，四珩架结构和腹板梁结构等，其中箱式结构用得最广泛。
根据起吊装置不同，分为吊钩桥式起重机、电磁盘桥式起重机、抓斗桥式起重机。为了使吊钩桥式起重机使用场合更广泛，在吊钩上附以可更换的电磁盘或马达抓斗，以便作两种或三种用途。

图2.1 桥式起重机示意图
2.2 桥式起重机的一般构造
桥式起重机构造：沿建筑物较长方向的两壁设置的承轨梁，在梁上铺设大车运行轨道，将装有4个车轮（载荷大时装有6个或8个车轮）的桥架跨在轨道上；装有起升机构和运行机构的电动小车（cab）在桥架上运行。
大车轨道中心间的距离称为跨度（span），在该轨道上运行的动作称为大车运行。在桥架的中心或两端装有大车运行电动机，从电动机的水平轴引出动力，驱动半数的车轮。起升、小车运行及大车运行的速度，按工况和起重量的大小适当选定。一般来说，在起重量小和使用频繁时，速度较高。
小车运行速度同大车运行的速度相比低得多，原因是小车运行距离接近建筑物的宽度，它不会太长，一般小于40m，而大车沿建筑物的长度方向运行，所以多数运行距离都是相当长的。 [版权所有：http://DOC163.com]
小型和低速的起重机，多数在地面上用按钮进行操纵，而大型的高速的起重机，几乎都坐在驾驶室内进行操作。
起重机5t以下的起重机，多半用带有电动运行机构的电葫芦代替电动小车。最近已有30t级的电葫芦作为标准产品在市场上销售。
当起重量超过20t时，一般起升速度比较低。只用单一的起升机构长时间处理小件货物效率很低。因此在这种起重机上，一般并设一个副起升机构。
副起升也设在该小车上，但不用主起升电动机，而大型起重机的主梁，多数都采用单腹板梁、箱形梁等焊接结构。
在主梁两侧设有轻型水平梁，称为副梁。它通过水平构件同主梁一起构成一个水平框架，这对因主梁在大车运行时产生的惯性力所引起的水平载荷，是一个十分坚固的结构。
此外，主副梁之间布置大车运行驱动电动机，与其相联的减速机构、传动轴、轴承等。在它们的上方铺设走台板，设立栏杆，以便检修人员行走。
对箱形结构或壳体结构的主梁来说，因为其水平抗弯刚度大，所以多数都不带副梁。
小车是用型钢和钢板制成一个构架，在上面设有主副起升用电动机、支持货物用制动器及和它们相联的减速齿轮机构，通过该机构驱动卷筒旋转。必要时，在该机构上还设速度制动器，供调节下降速度用，在小车外侧设有运行电动机，它经过齿轮减速减低速度并驱动车轮旋转，使小车运行。
2.3 本次毕业设计的起重机介绍
桥式起重机一般由主桥架、装有升降机构和运行机构的小车、大车运行机构、操纵室、小车导电装置、起重机总电源、导电装置等组成。
本次设计主要任务是250/50/10t+250/50/10t-20.0M水电站桥式起重机，安装于丰满水电站扩建工程厂房内，用于水轮发电机组及其附属设备的安装和检修工作。根据客户需求开发设计相应的起重机的小车运行机构。
2.4 小车运行机构
小车又称台车，主要包括小车架、小车运行机构和起升机构。小车架由钢板焊接而成，其上装置有小车运行机构、起升机构、栏杆及卷扬限位开关，小车运行机构的两端装有缓冲器及限位开关。
小车运行机构分两种：一种是减速器在中间，另一种是减速器在一侧。图2.2（a）中，小车运行机构是减速器位于小车中间，这种方式使小车减速器的输出轴及传动轴所承受的扭矩比较均匀。
图2.2（b）所示的结构是减速器在小车一侧，这种结构的特点是安装和维修比较方便。小车的被动轮与大车被动轮一样独立运行。

四、目标、主要特色及工作进度
1. 查阅文献、熟悉课题、撰写开题报告；               3.1.－3.7  (1周)
2. 相关外文文献（6000字符以上）阅读与翻译；        3.8-3.15   (1周)
3．运动及动力参数计算                              3.16-4.6 （3周）
4．总装图设计                                      4.6-5.4 （4周）
5. 主要零、部件强度及选用计算                       5.4-6.2 （4周）
6. 绘制零、部件图                                    6.2-6.29 （4周） [资料来源：https://www.doc163.com]
7.毕业论文 及答辩准备                               6.28-7.2 （1周）

五、参考文献
[1] 濮良贵. 机械设计 [M].北京: 高等教育出版社，2001
[2] GB3811. 起重机设计规范 [S].北京: 机械工业出版社，1990
[3] 起重机设计手册编写组  起重机设计手册[M].北京:机械工业出版社，1980
[4] GB/T14405. 太原重型机器有限公司—通用桥式起重机[S].北京: 机械工业出1980
[5] Purdum.T. Machine Design[M]. Journal of Coal Science & Engineering, 1998
[6] 上海交通大学起重运输机教研组 .起重机传动机构的动载荷和动力系数[M].上海：上海科技出版社，1977
[7] 扬长葵 .起重机械 [M]. 北京：机械工业出版社，1982
[8] 胡宗武 顾迪民. 起重机设计计算[M]. 北京：北京科学技术出版社，1989
[9] [日]坂本种芳 长谷川政弘 .桥式起重机设计计算[M]. 北京：中国铁道出版社 ， 1987
[10] 陈道南 盛汉中. 起重机课程设计[M]. 北京：冶金工业出版社，1983 [资料来源：http://doc163.com]