摘 要

当前我国起重机械特别是其中的启闭机的快速发展，使得启闭机设计越来越朝着起重量大、吊装准确性可靠、经济适用性强的方向来靠拢。

本论文主要研究的是2×500/200kN双向门式启闭机总体设计及主起升机构设计，主要包括了启闭机总体设计以及起升机构设计，进而展开了运行机构各个工作电机的选型以及设计，根据设计计算的数据并运用AutoCAD绘制了总体和起升机构的CAD图纸。再经过校验，其各项稳定性均校核通过。

研究结果表明：本次我们所研究设计的结果符合预想达到的效果。

本文的特色：主要针对于2×500/200kN双向门式启闭机进行设计计算，在起升机构中我们选用三合一减速器，工作过程更加平稳。

关键词：门座式起重机；启闭机；起升机构；机构设计

Abstract

At present, the rapid development of hoisting machinery in China, especially the hoist, makes the design of the hoist draw close to the direction of large lifting weight, reliable hoisting accuracy and strong economic applicability.

This paper mainly studies the overall design of 2 500/200kn two-way gate hoist and the design of the main lifting mechanism, including the overall design of the crane and lifting mechanism design, and then carry out the selection and design of each working motor of the operating mechanism, according to the design calculation data using AutoCAD drawing of the overall and lifting mechanism CAD drawings. The stability of the system is checked and verified.

The results of the study show that the results of our research design are consistent with the results we want to achieve.

This paper features: mainly for 2 500/200kn two-way door hoist design calculation, in the lifting mechanism we choose three-in-one reducer, the working process is more stable.

Keywords: portal crane; Opening and closing machine; Lifting mechanism; Mechanism design

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究目的和意义 1

1.2 课题所研究的内容 1

第2章 总体设计计算 2

2.1 主要技术参数 2

2.1.1 额定起重量 2

2.1.2 起升高度 2

2.1.3 幅度 2

2.1.4 轨距和基距 2

2.1.5 各个机构工作速度与级别 2

2.1.6 轨道型号的选择与电源要求 3

2.2 起重机主要工作机构以及金属结构 3

2.2.1 起升机构主要形式 4

2.2.2 运行机构形式 4

2.3 载荷分类及组合计算 5

2.3.1 按载荷特点及发生频率分类 5

2.3.2 按时间的变化和作用的效果来分类 5

2.3.3 载荷的计算 6

第3章 轮压稳定性计算 17

3.1 启闭机轮压计算 17

3.2 启闭机的抗倾覆稳定性计算 19

3.2.1 抗倾覆稳定性计算 19

第4章 起升机构设计 22

4.1 起升机构的介绍 22

4.2 起升机构设计计算 22

第5章 环境影响和经济性分析 28

5.1 环境影响性分析 28

5.2 经济性分析 28

第6章 总结与展望 29

6.1 总结 29

6.2 展望 29

致谢 31

参考文献 32

第1章 绪论

1.1 课题的研究目的和意义

随着工业化越来越发达，启闭机的出现大大的改善了我们物料搬运的条件与效率，进而提高了我们的劳动出产率。伴随我们国家的经济建设形式现在是越来越好，水利建设作为利国利民的大型经济项目因此也是越来越受到重视。因此，作为吊装闸门的启闭机的设计也是越来越成为我们的热门，它的设计技术和使用的领域也是越来越广泛了。启闭机不仅仅作为辅助出产设备在使用，更是那些出产过程和工艺操作中必不可少的设备。启闭机已经成为了不可替代的出产力要素。

启闭机在码头、堆料场等作业场所被广泛的使用,而起升机构更是用于起吊大型设备控制起升速度与平稳性。启闭机的使用用途以及应用环境的不同,对应的起升机构的使用特点也会相应的不同。我国经济发展越来越块，世界经济形式也是越来越好, 这些经济利好条件都使得启闭机的需求量变得越来越大, 其使用的要求越来越高，起升机构同样的必然成为保证启闭机整机性能的关键的机构之一。因此,我们本次主要设计的起升机构的结构的选型和参数的设计也是决定启闭机性能非常重要的环节。

这次我的设计主要是要通过启闭机总体的设计和起升机构的设计，先选择合适的传动结构，然后再进行结构的设计与机械制图等方面进行综合训练，可以对我学过的知识进一步的加深认知，也可以培养我的学习分析结构的能力，还能够使我们树立正确合理的设计思想，工作作风也更加的严谨。本次启闭机的设计过程中不仅能够巩固自己的专业知识，考察创新创造能力，还能为以后我的工作打下坚实的基础。通过这次的毕业设计，我要把课堂上学过的东西做到活学活用，正确的运用到实际生产工作当中去。我们要让知识活起来，而不再仅仅限于书本上的文字。而且启闭机是我很感兴趣课题之一，我也想利用此次毕业设计，更深入的认识启闭机的设计流程，以便为今后的工作实践打下坚实基础。

1.2 课题所研究的内容

（1）查找与启闭机有关的英文文献来进行翻译。

（2）与总体方案相关的设计计算。本次设计内容为2×500/200kN双向门式启闭机，通过给定参数和设计要求，选择适当的设计方案，从而完成总体的设计计算。

（3）我们首先要计算2×500/200kN双向门式启闭机的起升机构。然后依据总体布局和设计参数要求，要完成起升机构的方案设计与它的选型计算和主要工作零件强度的校核。

（4）CAD绘制2×500/200kN双向门式启闭机总图1张、起升机构装配图1张、主要零部件施工图1张。

（5）最后整理好毕业设计论文及相关资料。

第2章 总体设计计算

2.1 主要技术参数

2.1.1 额定起重量

首先我们要确保启闭机正常工作的条件下，在一次的起升过程中被允许起吊最大的质量我们称它叫做额定起重量，它的符号为。额定起重量通常情况下就是对于工作状态下的启闭机，它要在规定的类型和载荷的时候进行起升动作，这个值就是所能起升载荷量的最大值，它的单位为kg或是t，通常被我们简称为起重量。这次我设计的启闭机它的额定起重量是2×500/200kN。

2.1.2 起升高度

我们通常用两个数值来确定启闭机的工作区间，它们分别为起升高度与下降深度。起升高度就是启闭机支撑面，到这个进行起升货物过程中所能达到的最大的垂直高度。下降深度它的意思为货物一直下降到它无法继续下降极限位置的时候，它到地面的垂直距离。当我们进行选型的时候，我们需要根据它需要的起升货物最高位置，还有启闭机本身高度以及的钢丝绳的长度。它在起升作业时候的与它在下降的时候的考虑正好是相反的，下降的时候最低位置和在对于船类卸载货物时它可以到船舱底部位置而能到的极限距离。对于本次的起升高度主小车起升=10m，=28m。回转吊起升=9m，=22m。

2.1.3 幅度

对于启闭机的幅度来说，它就是启闭机在水平面上的回转平台的旋转中心线到它的取物装置上的直线距离。幅度是能够决定启闭机工作范围大小的。通常情况下我们用m表示它的数值。而它的代表字母是。这次我设计的幅度是主小车为3.5m。回转吊半径为16m。

2.1.4 轨距和基距

启闭机的大车运行轨道它的中心线间的水平距离我们称它为轨距，我的启闭机设计选取的轨距为6.5m。而启闭机在它的同轨道前面与后面的两组行走轮之间中心线的直线距离我们称它为基距，这次我设计的启闭机它的基距为12m。

2.1.5 各个机构工作速度与级别

启闭机它的各部件的速度我们就称为启闭机的工作速度。因为启闭机工作的时候它的各机构功能是不同的，所以对于它们的使用要求也不会一模一样。在它工作的时候移动距离的限制，或者它的机型大小也常常导致它工作速度会有些许变化。对于我这次设计的启闭机，由于他属于大型启闭机而且不经常使用，所以我们在选型的时候就要尽量选低速，这样我们所需要的驱动功率就会相比于其他的选择要小的多，同时还可以保证它稳定运动的状态。通常来讲工作速度就是指起升机构的速度和各运动部件运行时的速度，它们能够决定整机的工作速度。对于这次我的设计，起升速度2m/min(500kN)、8m/min(200kN)，回转速度0.4r/min(200kN)，主小车行走速度5.6m/min(500kN)，运行速度20m/min。

我们通常对在一定的时间范围内，能够重复相同工作次数和工作的时候能够起升这种起升量的方式来规定工作级别。所以不同型号的启闭机我们要合理的选取不同的工作级别。

2.1.6 轨道型号的选择与电源要求

一般情况下我们要用P型与QU型轨道作为启闭机轨道型号。所以这次设计我采用的大车运行轨道型号QU100。小车运行轨道型号QU80。

本次我的设计电源为交流380V，频率为50HZ。

2.2 起重机主要工作机构以及金属结构

表2.1 本次设计的起重机参数

2.2.1 起升机构主要形式

起升机构是能够使起吊物体升降的机构，本次设计我们要考虑到大起重量发生的情况。通常我们对于这种情况都会有两个或多个不同起升重量的起升机构。起升机构同样决定了启闭机起重的性能。大型起重量的启闭机通常会设计为每个机构都有独立的电机作为驱动动力。采用这种独立电机的方式它的优点表现在分组非常明晰。因为电机独立的配置所以安装维修起来非常方便，而且我们对其进行操作控制也变得简单了许多。吊钩起重是这次我所设计的2×500/200kN双向门式启闭机所采用的吊具。

这次我的设计中选用了常闭式起升机构制动器。它的特点是在电气线路与电动机上是连锁的。通常情况下，我们会将启闭机的制动器安置在高速轴上。

图2.1 起升驱动机构示意图

2.2.2 运行机构形式

运行机构通常情况下是调整物品水平位置的机构，工程实际中我们也俗称为大车运行机构。运行机构一方面能够支承启闭机的总体重量，另一方面整机的移动也是靠大车运行机构来实现的。当然我们在选取与我们设计相匹配的大车运行机构需要有多种要求，首先我们不能让相邻的启闭机发生接触式的碰撞。而且在受到工作环境影响的时候我们还需要设置专门的固定装置只有这样才能使得其安全性能达标。运行机构是有车轮的，车轮的设计通常要求我们设计时主动轮数量达到总车的轮数量的一半，否则就要进行相应的打滑测验，以防止车轮自动滑动。除此之外保护轨道也是我们要考虑的问题。同样是因为工作环境影响，高等级电机的保护也是需要进行配置的，以此来防止启闭机无法正常进行工作。

这次我的设计一共有八个车轮，其中的一半是驱动轮，分别驱动是我们本次设计采用的驱动方式。轨道型号QU100。

我们本次设计采用的是变频调速的方式，其运行机构简图。

图2.2 运行机构简图

2.3 载荷分类及组合计算

2.3.1 按载荷特点及发生频率分类

常规载荷：

常规载荷就是在我们启闭机日常运行中经常会发生的载荷，这种载荷发生的频率比较高比如启闭机的自重载荷就是这类。

偶然载荷：

偶然载荷就是偶尔会发生的载荷，它的频率比较低，不会经常发生，比如冰雪载荷和风载荷，只有偶尔的天气才会作用在启闭机上。

2.3.2 按时间的变化和作用的效果来分类

静载荷：

作用在启闭机身上的一些不随着时间发生变化的载荷，通常我们就称为静载荷，它的出现和时间是没关系的，比如自重载荷就属于我们静载荷一类。

动载荷：

在启闭机运动的过程中出现的载荷，比如碰撞载荷，它的特点是发生在启闭机运行中。

2.3.3 载荷的计算

2.3.3.1 载荷计算的一般性原则

一般来说我们设计启闭机有很多种方法，对应的它的载荷计算也有许多种方法和原则的。我们可以根据它的许用应力法来算它的载荷，也可以用极限状态设计法来算启闭机的载荷。两种方法都是可行的但是我们所用的方法都要按照国家标准为GB/T3811-2008《起重机设计规范》来确定我们所需的数据，注意这一点是我们不能够随意选取的，我们称它为载荷计算得一般性原则^[3]。

2.3.3.2 载荷的一般计算方法

常规载荷的一般性计算：

自重载荷P_G

一般情况下我们称启闭机自己的重量载荷为它的自重载荷，规定用P_G表示，它的单位N或kN。

自重载荷的一般性估算

我们根据经验，就可以估算2×500/200KN双向门式启闭机的自重载荷为2254560KN。

自重振动载荷P_G

在缓慢起升货物到它刚刚离开地面的时候，或者悬吊半空的货物突然掉落，以及货物突然下降状态下制动的时候，启闭机自身的重量就会因为突然振动而产生脉冲式的动力响应。我们通常用自重载荷振动的系数：本次设计起升冲击系数与本次设计启闭机自重载荷的乘积进行了计算，为了得到振动载荷在本次设计中上下限的范围，我们一般使能够把它表达成下面的形式：=1±α，其中0≤α≤1.我们根据实际情况，可以得出α取0.5，而=1.5符合实际情况。

=1.5×2254.560KN=3381.840KN （2.1）