摘 要

近年来，起重机领域的专家与学者专注于研究如何在不改变桥式起重机起重量的情况下降低其整机的自重，以达到最经济性的效果。国内外的文献中提出的方案大多是通过更换桥架的材料来减轻主梁的自重，取得了一定的进展，但难以进一步突破，要从根本上解决该问题，就要改变传统桥式起重机的结构形式。桥式抓斗卸船机采用牵引式小车的运动方式，极大的降低了主梁的承载，本论文考虑将桥式起重机的小车更换为牵引式，从其上移除起升驱动机构和运行驱动机构，大幅度减轻小车的轮压，从而达到主梁轻量化的目标。

具体内容：

1）确立机械差动驱动的结构形式，详细分析其工作原理，比较其与传统桥式起重机的区别。

2）通过设计参数，确定设计桥式起重机的桥架尺寸。

3）完成对起重机小车、大车主要零部件的计算选型。特别是通过机构工作的速度，对机械差动驱动核心部件—行星差动减速器进行设计，确定了其内部齿轮的齿数与模数。

4）利用SolidWorks软件对机械差动驱动机构进行三维建模，并通过Adams软件对该机构进行仿真分析，得出了三种不同工况下各机构的速度、位移曲线。

关键词：机械差动驱动；桥式起重机；总体设计；SolidWorks；Adams

Abstract

In recent years, experts and scholars in the field of cranes have focused on how to reduce the weight of the whole machine without changing the lifting weight of the overhead crane in order to achieve the most economical results. Most of the proposals put forward in domestic and foreign literatures are to reduce the weight of the main beam by replacing the material of the bridge frame, and certain progress has been made, but it is difficult to further break through. To fundamentally solve this problem, we must change the structure of the traditional bridge crane. form. The bridge type grab ship unloader adopts the movement mode of a towing trolley, which greatly reduces the load of the main girder. This paper considers replacing the trolley of a bridge crane with a towing type, and removes the lifting drive mechanism and operation from the bridge crane. The drive mechanism greatly reduces the wheel pressure of the trolley, thereby achieving the goal of lightweighting the main beam.

details:

1）Establish the structural form of mechanical differential drive, analyze its working principle in detail, and compare its difference with traditional bridge cranes.

2）Determine the bridge size of the designed bridge crane through design parameters.

3）Completion of the calculation and selection of the main components of crane trolleys and carts. In particular, by designing the planetary differential speed reducer, which is the core component of mechanical differential drive, through the speed of the work of the mechanism, the number of teeth and the modulus of its internal gear are determined.

4）Using SolidWorks software to carry out three-dimensional modeling of the mechanical differential drive mechanism, and through the Adams software simulation analysis of the mechanism, obtained the speed and displacement curve of each mechanism under three different conditions.

Key word：Mechanical differential drive；Bridge crane；Overall design；SolidWorks；Adams

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 差动驱动技术研究 2

1.4 本文完成的主要工作 3

第2章 机械差动驱动结构形式及工作原理 4

2.1 传统桥式起重机结构形式 4

2.2 机械差动桥式起重机结构形式与工作原理 4

第3章 桥架结构的设计 6

3.1 桥架结构的设计计算 6

3.1.1 主梁高度及腹板高度 6

3.1.2 腹板厚度 6

3.1.3 主梁的宽度 6

3.1.4 端梁 6

第4章 小车机构的设计 7

4.1 滑轮组倍率的选择： 7

4.2 钢丝绳的选择 7

4.2.1 钢丝绳结构形式的选择： 7

4.2.2 钢丝绳直径的计算与选用 8

4.3 滑轮的选择 8

4.4 卷筒的选择 8

4.4.1 卷筒的直径 8

4.4.2 卷筒的长度 8

4.4.3 卷筒转速 9

4.4.4 卷筒强度、稳定性校核 9

4.5 小车车轮与轨道的选择及其强度校核 10

4.5.1 车轮的校验计算 11

4.6 运行阻力的计算 11

4.7 选择电动机 11

4.8 电动机校验 13

4.8.1 起升机构电动机校验 13

4.8.2 小车运行机构电动机校验 14

4.9 设计减速器 15

4.10 选择联轴器 17

4.11 选择制动器 18

第5章 大车运行机构的设计 19

5.1 大车运行机构的设计计算 19

5.1.1 大车运行结构的传动方案 19

5.1.2 轮压计算及强度验算 19

5.1.3 运行阻力计算 21

5.1.4 选择电动机 21

5.1.5 选择减速器 22

5.1.6 选择联轴器 22

5.1.7 选择制动器 23

5.1.8 验算与校核 24

5.1.9 打滑计算 26

第6章 机械差动驱动机构三维建模 28

6.1 行星差动减速器建模 28

6.2 其他零部件建模 28

6.3 机械差动驱动机构三维模型 29

第7章 机械差动驱动机构运动学仿真 31

7.1 约束的添加 31

7.2 机构的运动学仿真 32

第8章 环境影响及经济性分析 35

8.1 环境影响分析 35

8.2 经济性分析 35

第9章 总结与展望 36

9.1 全文总结 36

9.2 展望 36

参考文献 38

致谢 40

第1章 绪论

课题研究背景及意义

起重机就是对物料进行吊起并运输的一种设备，其种类有桥式、门式、履带式等。其中，桥式起重机是机械制造领域中应用较为广泛的一种起重机，其不仅能够提高控制搬运的效率，并且所占空间很小 ^[1]。桥式起重机主要由三部分构成，分别是：机械部分、电气部分和金属结构。其中，机械机构是由起升和运行等结构组成；金属机构主要指的是起重机的机械躯体；电气部分则指的是驱动件^[2]。

桥式起重机被广泛用于社会经济建设的各个方面，只要有码头、有厂房、有货堆就必然看到它的存在。由于桥式起重机悬挂于货物堆场的正上方，因而被称为“行车”、“天车”，受到人们的极大欢迎，它在我国社会主义初期的经济建设中发挥了至关重要的作用。

但是科学技术的不断进步和发展，使得我国传统的机械制造行业发展伴随着重大的机遇和挑战，尤其是重型起重机领域，其面临着更大的压力。因此，有关制造厂家为了促进起重机械的可持续发展，应对其进行技术方面的革新与创造^[3]。北京起重运输机械设计研究院汤秀丽,潘俊萍^[4]提出，对于桥式起重机来说，可以通过主梁轻量化设计，使得整机更加节能、环保。

不可否认，起重机对生产运输提供了极大的帮助，但是起重机在持续高强度工作过程中，难以避免产生主梁变形等弊病，会影响正常的施工进度。宁波市特种设备检验研究院的吴锋,张庆丰^[5]等人提出，桥式起重机主梁的强度对整机的工作有决定性的影响，在实际工作里，一定要采用科学的办法对其进行修正。但因技术所限，现阶段对主梁的改良优化只停留在很浅显的阶段。

国内外研究现状

在过去的几十年间，评判起重机的标准基本是起重机的起重量的大小。但是随着所吊重物的体积与质量的增大，在没有先进技术的支持下，起重机械的体型也随之增大，这对生产运输产生了极其不利的影响。因此，如何在不改变桥式起重机起重量的基础上减轻主梁的自重，是现阶段桥式起重机设计领域迫切需要解决的问题。

在桥式起重机设计时，通过合理布置小车上零部件来减轻对车架及轮压的载荷，使设计效果最为优化。济南钢铁集团宽厚板厂李玉杰^[6]总结了起重机小车零部件合理性设计时所需要掌握的原则，即最大起升载荷作用点的设置，减少弯矩弯矩载荷、零部件布置紧凑性，主动端自重载荷，零部件布置对称性原则。

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