MQ4033门座起重回转机构三维建模及虚拟装配毕业设计(论文).doc

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1、1 武汉理工大学 本科生毕业设计（论文） MQ4033 门座起重回转机构三维建模及虚拟装配 2 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表 或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据

2、进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密囗，在 年解密后适用本授权书 2、不保密囗 。 （请在以上相应方框内打“”） 作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 3 武汉理工大学本科生毕武汉理工大学本科生毕业设计业设计( (论文论文) )任务书任务书 学生姓名 张 叶 专业班级 机设 0904 指导教师 郭 燕 工作单位 物流工程学院 设计(论文)题目: 门座起重机回转机构三维建模及虚拟装配 设计（论文）主要内容 一设计参数 起重量：40t（吊具 3t） 工作幅度（最大/最小）：33m/10m 起升高度（轨上/轨下）：20m/16.5m

3、 机构工作速度：起升机构：20m/min 变幅机构：50m/min 回转机构：1.5r/min 运行机构：30m/min 机构工作级别：整机：A8 起升机构：M8 变幅机构：M7 回转机构：M7 行走机构：M4 基距：11.5m 轨距：12.5m 工作最大风压：250N/m2 非工作最大风压：1560N/m2 许用轮压：250KN 轨道型号：QU100 最大尾部回转半径：8m 电源：AC380v/50Hz 使用地区：沿海 4 二总体设计计算： 1确定门座起重机各工作机构和金属结构的型式； 2进行整机总体布置，估算各部分质量及质心位置和迎风面积及风力作用位置；完 成载荷计算表； 3进行轮压计算；

4、 4校核整机抗倾覆稳定性。 三运用三维建模软件 Solidworks，建立回转机构的模型，并对其进行虚拟装配； 建立回转支承的模型，并对其进行运动仿真。 要求完成的主要任务 1完成与选题相关的不少于 2 万英文印刷符（5000 汉字）的外文资料翻译工作； 2结合毕业设计题目阅读不少于 15 篇的相关文献资料，其中外文文献不少于 2 篇， 并书写出其摘要（每篇约 200300 字） ； 3在实习调研、文献资料检索、阅读的基础上，完成开题报告； 4编写 10000 字以上的设计说明书，涉及参考文献不少于 10 篇文摘，其中外文不 少于 2 篇； 5完成回转机构的建模及虚拟装配。 必读参考资料 1郭

5、燕，颜彬港口起重机械武汉理工大学出版社，2013 2王金诺起重机械金属结构中国铁道出版社，2002 3起重机设计规范(GB38112008)中国标准出版社，2008 4蔡云飞SolidWorks2011 中文版设计基础与实践机械工业出版社，2011 5机械设计手册化学工业出版社，2004 指导教师签名 郭 燕 系主任签名 院长签名(章) 5 武汉理工大学本科学生毕业设计（论文）开题报告武汉理工大学本科学生毕业设计（论文）开题报告 1、目的及意义（含国内外的研究现状分析） 1.1 目的 门座起重机是一种典型的回转臂架类型的有轨运行式起重机。根据不同的用途， 可以分为：船坞用门座起重机，水电站用门

6、座起重机，集装箱门座起重机，装卸桥 和通用门座起重机；广泛用于港口、码头的货物装卸，造船厂的施工和安装及大型 水电站的建设工程中。作为物料搬运机械中最通用的一种设备，与其它类型的起重 机相比，门座起重机具有起重量大，作业空间大，货场面积利用率高，装卸效率高， 基建投资少，运行成本低等众多优点。 在门座起重机的设计过程中，回转机构设计的好坏对整台起重机的性能有着非 常显著的影响。因此，对门座起重机回转机构进行研究，以期在提高门座起重机设 计效率的同时，得到更加优秀的回转机构设计方案，提高整机的工作性能。 1.2 现状 目前，国外约 15 家门座式起重机的专业生产厂家，主要以欧美的利勃海尔、 特雷

7、克斯一德马格、马尼托瓦克和日本的神钢等这些生产厂家为代表。他们生产的 产品型号完善，技术先进，市场占有高。其中，欧美厂家生产的门座式起重机整体 上代表了国际先进水平。他们的产品不仅满足了大吨位的需要，而且结构设计新颖、 性能安全可靠、设备稳定性较高，这些都是其它国家同类产品无法相媲美的。更重 要的是它们在大吨位产品上安装了全球定位系统，进行实时监控，具有广泛的代表 性。 而日本厂家的门座式起重机产品与欧美国家的产品相比，虽然在技术上还存在 着一定的差距，但是日本产品具有很高的制作精细化程度，仍然值得我们学习和效 仿。 在国内，具有较强的起重机械制造能力，且由国家质检总局颁发起重机制造许 可证的

8、单位总共有 1616 家。目前，我国在小吨位的起重机设计领域已经处于世界 领先水平，但是在大型起重机的研发上与国外还存在一定的差距。技术上，我国大 6 型门座式起重机的研发时间较短，设计的水平有待改进；经验上，国内门座式起重 机的可靠性和稳定性都不如国外的同类型产品。另外，国内在液压件、高质量钢材 等核心部件上的技术水平欠缺以及存在由于加工制造工艺不成熟、设备精度不高等 原因造成制造水平不能满足设计要求的问题，这些都严重影响了国内起重机的产品 质量。 国内外门座起重机未来的发展趋势： （1）大型化、高速化和专业化 伴随着工业生产规模的不断扩大和市场竞争压 力的急剧增加，企业为了提高生产效率，降

9、低生产成本，增强行业竞争力，对门座 起重机大型化、高速化和专用化的要求日益迫切。 （2）降低产品的生产成本 采用新的思想理论和评价方法，对包括设计、采购 制造成本在内的产品生产成本，进行研究评价，建立支持设计全过程尤其是初始方 案和总体结构设计阶段的成本信息模型，最终找到符合实际的最优成本价。 （3）提高产品的自动化、智能化和数字化程度 利用先进的电子技术和现代机 械设计方法实现门座起重机的自动化和智能化。通过计算机和数字技术结合，实现 门座起重机全数字化控制驱动，可编程控制，故障自诊断及数据管理。 （4）采用仿真和虚拟设计技术 广泛应用有限元方法（FEM） 、有限差分法等先 进的现代机械设计

10、方法，进行仿真建模的设计开发，并结合计算机虚拟现实系统 （VRS）环境中的虚拟设计（VD）技术提高门座起重机的设计水平和设计效率。 1.3 意义 此次选择“门座起重机回转机构三维建模及虚拟分配”作为毕业设计的题目， 主要是由于门座起重机回转机构确实具有较大的现实意义，而且在完成毕业设计的 过程中通过查找和学习国内外先进设计制造技术相关资料文献，能够更好的掌握国 内外起重机学科特别是门座起重机机型目前的发展现状以及未来的发展趋势，也可 以深入了解并学习国内外门座起重机的先进设计思想和方法，无论对未来的学习还 是工作都有着积极而又深远的意义。 7 2、基本内容和技术方案 本课题以 MQ4033 型

11、门座式起重机为研究对象，进行整机设计计算及回转机构设 计，首先根据给定的技术参数对门座起重机进行整机总体设计，了解门座起重机各 大机构的特点，确定门座起重机各工作机构和金属结构的形式，熟悉门座起重机的 设计流程以及各种载荷的计算方法，验算门座起重机整机的抗倾覆稳定性。然后运 用三维建模软件 Solidworks 对门座起重机回转机构进行建模及实现其虚拟装配过程。 总体设计计算内容主要包括： 1确定门座起重机各工作机构和金属结构的型式； 2进行整机总体布置，估算各部分质量及质心位置和迎风面积及风力作用位置； 完成载荷计算表； 3进行轮压计算； 4校核整机抗倾覆稳定性。 回转机构设计内容： 运用三

12、维建模软件 Solidworks，建立回转机构的模型，并对其进行虚拟装配； 建立回转支承的模型，并对其进行运动仿真； 其他： 1完成与选题相关的不少于 2 万英文印刷符（5000 汉字）的外文资料翻译工作； 2结合毕业设计题目阅读不少于 15 篇的相关文献资料，其中外文文献不少于 2 篇，并书写出其摘要（每篇约 200300 字） ； 3在实习调研、文献资料检索、阅读的基础上，完成开题报告； 4编写 10000 字以上的设计说明书，涉及参考文献不少于 10 篇文摘，其中外 文不少于 2 篇。 8 3、进度安排 （1）第 1-4 周：英文资料翻译，毕业实习，整理实习报告书； （2）第 5 周：检

13、索并认真阅读专业相关文献，撰写开题报告确定方案； （3）第 6-7 周：根据所给技术参数，对门机进行总体设计计算，学习 solidworks 等软件，掌握建模技巧和方法； （4）第 8-9 周：完成门座起重机回转机构建模； （5）第 10 周：门座起重机回转机构三维模型的虚拟装配 （6）第 11-12 周：编写和整理毕业设计论文； （7）第 13 周：修改完善并且打印毕业设计论文论文，并开始准备论文答辩； （8）第 14 周：制作答辩幻灯片，进行毕业设计答辩。 4、指导教师意见 指导教师签名： 9 年 月 日 摘摘 要要 近几年来，随着我国综合国力的不断提升，各行各业都有了较大的发展，在港口机

14、 械方面，以门座起重机为主要工作方式的运输机械所占据的地位也越来越重要，尤其是 其中的回转部分的设计也备受人们的关注。回转部分性能的好坏，对起重机总体性能的 影响是非常大的，因此，我们有必要对门座起重机回转机构的研发设计做进一步探讨。 本文以 MQ4033 门座起重机为例，主要叙述了 MQ4033 门机总体设计的过程，并对 其回转机构进行了三维建模及虚拟装配，建立了回转支承的模型，并对其进行运动仿真。 关键词：门座起重机；回转机构；总体计算。 10 Abstract In recent years, with the continuous progress of our comprehensi

15、ve national strength, various trades and industries have a huge development, in the port transport mechanics, the portal crane as the main transport machinery have a more and more important position, especially the design of the rotating part of the crane also have been paid attention by more and mo

16、re people, the good or bad of the circumgyrate mechanism is very important to the portal crane, therefore, it is necessary for us to carry out a discussion about the design of the rotating mechanism. This paper takes the MQ4033 portal crane as an example to describe the general process of portal cra

17、nes design, and make a design of the rotating part three-dimensional modeling and virtual assembly.The result reveals that the stability of the whole crane and the wheel pressure can meet the requirements. This article draws on the experience of the scholars in this part, and also inject my own idea

18、s, then can provides some reference to the people. Key Words：portal crane；rotating mechanism；load computation. 11 目录 摘 要 9 ABSTRACT .10 1.绪论 .13 1.1 课题的研究目的和意义13 1.2 课题研究的内容13 2MQ4033 门座起重机总体设计14 2.1 门机设计参数 .14 2.2 确定主要工作机构和金属结构的形式14 2.2.1 确定主要工作机构形式 .15 2.2.2 金属结构选型 .21 2.3 载荷的计算22 2.3.1 自重载荷23 2.3

19、.2 起升载荷 .23 2.3.3 动力载荷 .23 2.3.4 物品偏摆载荷 .26 2.3.5 风载荷 .26 2.4 轮压的计算33 2.5 整机抗倾覆稳定性计算38 2.5.1 无风静载工况 .38 2.5.3 突然卸载或吊具脱落工况 .41 2.5.4 非工作状态暴风侵袭工况 .42 3.工作总结与展望 .44 3.1 工作总结44 3.2 工作展望44 致 谢 .44 参考文献 .46 附录一 文献检索 47 12 13 第一章 MQ4033 门座起重机总体设计 1.1 门机设计参数 起重机的技术参数表征起重机的作业能力，是设计起重机的基本依据。设计港口起重 机械时，需要根据具体情

20、况确定起重机的主要性能参数。本次设计的 MQ4033 门座起重机 主要性能参数见表 2.11。 表 1.1 主要性能参数表 项目名称性能参数 起重量40t(吊具 3t) 最大幅度：33m 工作幅度 最小幅度：10m 轨上：20m 起升高度 轨下：16.5m 起升机构：20m/min 变幅机构：50m/min 回转机构：1.5r/min 机构工作速度 运行机构：30m/min 整机：A8 起升机构：M8 变幅机构：M7 回转机构：M7 机构工作级别 运行机构：M4 轨距/基距 11.5/12.5m 工作状态最大风压 250N/m2 非工作状态最大风压 1560 N/m2 工作时最大轮压 250K

21、N 轨道型号 QU100 电源 AC380V/50Hz 2.2 确定主要工作机构和金属结构的形式 MQ4033 门座起重机主要由钢结构、起升机构、变幅机构、回转机构、大车运行机构、 14 吊具装置、电气设备及其必要的安全和辅助设备组成。在钢丝绳缠绕系统中，采用补偿 滑轮钢丝绳缠绕系统或补偿卷筒钢丝绳缠绕系统，在变幅过程中起升吊点保持近水平状 态，使用状态安全可靠。钢结构构造简单，主要有臂架、人字架、回转平台以及门架组 成。 2.2.1 确定主要工作机构形式 1）起升机构组成及工作原理 起升机构是用来实现货物升降的工作机构，它是起重机械中不可缺少的部分，是起 重机中最基本重要的机构，其工作性能的

22、优劣直接影响起重机的技术性能。起升机构一 般由驱动装置、传动装置、制动装置、卷绕系统、取物装置以及安全辅助装置等组成。 驱动装置包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢 丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具、挂梁 等多种型式。安全保护装置有超负荷限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速 保护开关等，根据实际需要配用。 起升机构的总体布置方案在很大程度上取决于驱动装置形式。在港口起重机中，起 重机的驱动型式有两种：集中驱动和分别驱动。港口起重机常用的驱动装置型式为电机 分别驱动，各机构由独立的电机驱动，分组性好，布置、安装维修都比

23、较方便，操纵控 制系统简单。电动机与卷筒并列布置是吊钩起重机应用最多的布置型式，电动机通过标 准减速器带动卷筒转动，其布置形式如图 2.1。 电动机输出的扭矩经减速器放大后驱动卷筒旋转，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒中放 出，从而使吊具升降，实现货物的起升动作。卷筒的正反转通过改变电动机的转向实现， 机构运动的停止或使货物悬吊在空中一定位置依靠制动装置来实现。 起升机构的钢丝绳卷绕系统是起升机构传动的一部分，起着转换运动形式的作用。 门座起重常用的起升钢丝绳卷绕系统形式如图 2.2 所示，钢丝绳两头固定在卷筒上，由 卷筒引出通过人字架或转柱上的导向滑轮 1 至臂架或象鼻梁尾部的导向滑轮 2，再通过臂

24、 架或象鼻梁头部的定滑轮 3 引至吊钩装置的动滑轮组 4。不同的起重量配置由不同数量的 定滑轮或动滑轮组成的滑轮组。对于单臂架门座起重机，臂架变幅时，为了使物品保持 水平移动或近似做水平位移动，必须对起升钢丝绳进行补偿。 本文所采用的即为(带补偿滑轮组的钢丝绳卷绕系统)，如图 2.3 所示。 15 图 2.1 起升驱动机构示意图 图 2.2 门座起重机起升绳典型卷绕形式 图 2.3 带有绳索补偿的起升绳卷绕系 统 2）变幅机构组成及工作原理 在起重机中用来改变幅度的机构称为变幅机构，对回转类型的起重机，从取物装置 中心线到回转中心线的距离称为起重机的幅度。变幅机构是用来实现取物装置幅度改变 的

25、工作机构，由臂架系统和变幅驱动系统组成。变幅机构的主要作用是：通过改变幅度 来改变取物装置的工作位置，以实现起重机起重能力的调整，或者装卸路线的调整；通 过改变幅度扩大起重机的作用范围，与起升、回转机构协调工作，使取物装置的工作范 16 围形成一环形工作空间，以提高起重机的生产率。在装卸类型的起重机中，一般采用较 高的变幅速度以提高装卸生产率。 具有补偿系统的变幅机构可使吊重和臂架系统的重心在变幅过程中实现沿水平线或 接近水平线轨迹运动，以减小吊重和自重引起的变幅阻力，从而减少变幅功耗。 本机变幅机构采用单根(双根?)齿条驱动变幅，传动系统主要由电动机、传动轴、制 动器、减速器、联轴器、小齿轮

26、、齿条和摇架等组成。当电机工作时，齿条作直线往复 运动，以驱动组合臂架摆动而适应各幅度位置的变化。摇架作为运动齿条的导向装置， 可绕铰点转动。小齿轮与齿条的啮合间隙用三个带有偏心轴的导向轮来调整。电动机与 减速器的连接采用浮动传动轴。在减速器的高速轴端装有一套制动器，在臂架的下铰点 装有减速开关，在摇架上装有两级终端限位保护，在齿条箱的终端还设置有安全档块。 变幅机构驱动传递路径为：变频电机鼓型齿形联轴器浮动轴鼓型带制动盘齿 形联轴器减速器低速轴鼓型齿形联轴器齿条支承摇架齿条。它采用变频调速的 方式，由电控 PLC、变频器实现，具有良好的调速性能。变幅机构传动简图如图 2.4 所示。 图 2.

27、4 变幅机构示意图 1-变频电机；2-高速轴齿形联轴器；3-浮动轴；4-盘式制动器；5-高速轴带制动盘联轴器； 6-减速器；7-低速轴齿形联轴器；8-齿条支承摇架；9-齿条总成 17 3）回转机构组成及形式 回转机构的作用是使起重机的回转部分作回转运动，以达到水平面内运移货物的目 的。回转机构是回转类型起重机主要工作机构之一。回转机构由回转支承装置和回转驱 动装置两部分组成。 回转支承装置的作用是将回转部分支承在固定的机架上，使之不下落或翻倒，并起 到对中作用，以保证回转部分具有确定的运动。回转支承装置可分为柱式回转支承装置 和转盘式回转支承装置，本次设计采用转盘式回转支承装置。转盘式回转支承

28、装置的特 点是没有很高的立柱，起重机的回转部分装在一个大转盘上，转盘通过滚动体支承于固 定的基础上，转盘和回转部分一起回转。 本次设计采用滚动轴承式回转支承装置，该装置尺寸紧凑、性能完善，可以同时承 受垂直力、水平力和倾覆力矩，是应用最广的回转支承装置。为保证轴承装置正常工作， 对固定轴承座圈的机架要求足够的刚度。对于三排滚柱式回转轴承，它由三个座圈组成， 上下两排滚柱水平平行排列，承受轴向载荷和倾覆力矩，径向滚道垂直排列的滚柱承受 径向载荷，是常用四种形式的回转支承中承载能力最大的一种，适用于回转支承直径较 大的大吨位起重机。 本机回转机构由两台驱动装置、三排滚柱式回转支承、安全装置（极限力

29、矩联轴器、 锁定装置）等组成，其中驱动装置由 YZR 绕线式电机、极限力矩联轴器、行星齿轮减速 机、回转小齿轮等组成，用来驱动起重机上部回转。两台驱动装置左、右对称布置。行 星齿轮减速机采用全封闭硬齿面齿轮的减速箱，采用油浴或油泵强制润滑，并设置排油 孔便于废油排放。行星齿轮减速机采用 YZR 电动机驱动，工作平稳、可逆，可作 360回 转。并配有极限力矩联轴器防止过载，发生事故。其组成为：电机，行星齿轮减速机， 回转支承等。回转机构布置图如图 2.5 所示，回转机构俯视图如图 2.6 所示。 回转机构设计充分考虑了安装、维修和保养的方便，外露的旋转部件（如小齿轮、 大齿圈）周围设有安全罩和接

30、油盘，保证工作时人员安全。 回转机构驱动传递路径为：电机极限力矩联轴器行星齿轮减速机回转小齿轮 回转支承。 回转机构电机采用变阻调速方式，分 4 档控制。回转机构制动器采用常开 式脚控液压式制动器。 18 图 2.5 回转机构布置图 1-电机；2-上箱体；3-制动器；4-极限力矩联轴器；5-减速器；6-回转支承 图 2.6 回转机构俯视图 1-回转锁定装置；2-制动操作系统；3-回转支承；4-回转驱动 19 4）运行机构组成及形式 运行机构的作用是用来改变门座起重机的工作位置，从而达到在水平方向移动物品 或 改变起重机工作范围的目的。门座起重机为有轨运行式起重机，它只能沿着专门铺设的 轨道运行

31、。它的组成可以分为运行支承装置、运行驱动装置和运行安全装置三部分。运 行支承装置用来支撑起重机的重量，它包括均衡梁、车轮、销轴等；运行驱动装置用来 驱动车轮使起重机沿着轮道移动；运行安全装置用来保证起重机的安全运行。 本机运行机构采用四腿分别驱动，每个支腿上各有两套独立的驱动装置，每套驱动装置 由三合一减速器（含电机）、开式齿轮传动、车轮组、大均衡梁及小均衡梁等部件组成。 减速电机通过开式齿轮传动驱动车轮滚动。每个支腿上分别装有 9 个车轮，总共车轮数 为 36 个，其中驱动轮数为 18 个。 为了防止碰撞造成机损，运行机构两端设有橡胶缓冲块和行程限位开关。为了防止 起重机在非工作状态遭遇暴风

32、袭击，在车体上分别设有锚定装置、防风系缆装置和电力 液压防风铁楔。在断电的情况下，电动液压防风铁楔能自动和手动工作。且电动液压防 风铁楔与门机运行机构连锁，并且有足够的锁紧力。在小均衡梁上设有顶升装置以方便 门机修理及更换车轮。 运行机构采用变频调速的方式，其运行机构简图如图 2.7。 图 2.7 运行机构简图 1-聚胺脂缓冲器；2-扫轨板；3-开式齿轮；4-车轮；5-电动液压防风铁楔；6-大均衡梁； 7-小均衡梁；8-三合一减速电机；9-锚定装置 20 2.2.2 金属结构选型 起重机的金属结构是整台起重机的支持构架，决定了起重机械结构型式，它用来装 置起重机的机械、电器设备、支持被起吊的重

33、物，承受和传递作用在起重机上的各种载 荷。起重机金属结构的基本受力构件分三类：轴心受力构件、受弯构件和压弯构件，这 些基本构件根据其受力和外形尺寸又可分别设计成格构式、实腹式或混合式的结构型式。 格构式构件是由许多型钢、钢管或组合截面杆件连接而成的杆系结构，用于受力相对较 小、外形尺寸相对较大的场合；实腹式构件主要由钢板组成，适用于载荷大、外形尺寸 小的场合；混合式构件部分为实腹结构，部分为杆系结构，其使用条件介于格构式构件 和实腹式构件之间3。 金属结构的连接方法主要有：焊接连接、铆接连接和螺栓连接。焊接连接于其他连 接方法比较，不仅省工、省料、易于机械化和自动化施工，而且能简化结构的构造，

34、减 轻结构自重，因而是金属结构中最主要，最普遍的连接方法；铆钉连接用料多，自重大， 而且钉孔削弱了构件的截面，使构件在受拉时降低了承载能力，因此以逐步被焊接所代 替；螺栓连接装配方便、迅速、质量可靠，因此主要用于结构安装连接，或用于需要经 常拆卸的结构中。 1) 臂架系统 臂架是承受和传递吊重载荷的主要构件，要求其具有足够的强度、刚度和稳定性、 并且兼顾起重机整机自重、稳定性及整机性能。根据不同的使用条件，臂架系统可以设 计成单臂架和组合臂架两种形式。 单臂架系统按照变幅机构驱动形式的不同可以分为刚性传动变幅的单臂架和柔性拉 索变幅的单臂架。前者采用高强度管子制成三角形或矩形截面的大杆桁架结构

35、，或者由 变截面箱形梁组成臂架；后者没有臂架平衡装置，变幅钢丝绳固定于臂架头部，依靠柔 性拉索的收缩与放出实现臂架的俯仰。 本文所设计机型为组合臂架结构起重机，采用由圆管焊接组合成的桁架式臂架，变 幅为刚性传动变幅，即采用齿条变幅。 2) 人字架与回转平台 本文中人字架采用桁架式结构，上横梁位于两侧竖直立柱和斜立柱的交汇处，其上 布有对重平衡梁支座，用于承受平衡梁和对重的压力，侧面有补偿滑轮组定滑轮，并受 钢丝绳拉力作用。人字架中部由横梁构成的平台上安装有变幅机构，主要承受变幅机构 重力和齿条力。人字架根部通过法兰与立柱连接，由立柱将上部载荷传递给转台。 转台通常由两根主梁和若干根横梁组成焊接

36、系统，使其具有足够的强度，以便为人 字架、臂架以及上部自重提供稳定的支承。 21 3）机器房 机器房内壁是由多种型钢组成的骨架。外壁由钢板拼接，机房内安装有活动吊耳若 干个。机器房采用全封闭结构，顶盖设计有实现自通风的出风口。机房顶部另装有轴流 抽风机，以备高温时增加空气排量。在机房内设有检修电源箱和灭火装置。 4) 司机室 门机的司机室布置在转台右侧（顺臂架方向）的司机室平台上，外壁为钢板焊接。 水密性好，空间较大，外形美观、牢固，室内采光充分，视野良好，环境舒适宜人。司 机室内安装司机座椅、联动操作台与仪表、空调机、对讲机等。 5) 圆筒门架 圆筒门架结构由圆筒体、门架主梁和端梁（牛腿）等

37、组成，结构简图如图 2.8 所示。 结构全部采用钢板焊接，主要材料为 Q235-B。圆筒门架上部安装回转大轴承，下部与运 行机构大均衡梁连接，在门架结构上面 设有防风拉索连接铰点、爬梯、维修平台、扶手、 栏杆、电缆卷筒、警铃等装置。 6) 梯子栏杆平台 在门机需要维护保养、检查、打油的地方均设置有梯子平台、栏杆。臂架的梯子栏 杆安装在臂架中间，可以直达臂架头部。到象鼻梁两端检修滑轮可以从大拉杆和臂架梯 子前往。更换象鼻梁头部滑轮可以将臂架收到最小幅度，利用臂架中部的平台进行。立 柱梯子栏杆可以直达导向滑轮和平衡梁铰点处。机器房梯子栏杆可以使工作人员直达机 房、驾驶室和机房顶上各处。门架圆筒上为

38、螺旋梯，可以引导工作人员直达圆筒顶部的 圆形平台。 图 2.8 圆筒门架结构简图 1-防风拉索连接铰点；2-连接支座；3-主梁；4-圆筒；5-接油盘；6-门；7-端梁 22 2.3 载荷的计算 要保证起重机械安全可靠的工作，必须对起重机及其零部件进行必要的计算，这就 要求首先确定作用在起重机上的外载荷。起重机的外载荷有：起升载荷、自重载荷、动 载荷、风载荷、碰撞载荷、工艺载荷、安装和运输载荷等。在起重机设计计算中，对于 变化复杂的实际载荷，只能用简化的理论计算并与试验和经验相结合的方法来确定，由 此得到的载荷只是真实载荷的近似，称之为计算载荷。 起重机械具有短暂、重复、周期性循环及载荷变化等特

39、点。为了使起重机安全可靠、 技术经济指标更为合理，在起重机零部件的强度和疲劳、寿命计算，总体计算时，通常 将计算载荷分为三类：工作情况下的正常载荷（类载荷）、工作情况下的最大载荷 （类载荷） 、非工作情况下最大载荷（类载荷），通过不同的载荷组合来进行结 构的计算或校核。 本节所作分析与计算均以依据 GB/T3811-2008 起重机设计规范依据。 2.3.1 自重载荷 自重载荷是门座起重机计算的主要载荷。它是指起重机本身的结构、机械设备、电 气设备以及在起重机工作时始终积结在它的某个部件上的物料（如附设在起重机上的漏 斗料仓、连续运输机及在它上面的物料）等质量的重力。对某些起重机的使用情况，自

40、 重载荷还要包括结壳物料质量的重力，例如粘结在起重机及其零部件上的煤或类似的其 他粉末质量的重力，但规定的属于起重机起升载荷的质量重力除外。门机各部分质量及 质心位置表如下： 表 2.3 门座起重机各部分质量及质心位置表 MQ4033 门机各部分质量及质心位置 Rmax=33mRmin=10m 质量 XiGi*XiZiGi*ZiXiGi*XiZiGi*Zi 序 号 部件 名称 Gi(t)(m)(t-m)(m)(t-m)(m)(m)(m)(t-m) 1 货物 45.00030.000 1350.0 00 20.000 900.00 0 30.000 1350.0 00 20.00 0 900.0

41、0 0 2 吊具 3.50030.000 105.00 0 27.14094.9908.51829.813 32.19 9 112.69 7 3 象鼻 16.30025.038 408.11 36.112 588.62 8.396 136.8540.58661.51 23 梁 96549 4 臂架 总成 38.50011.927 459.12 0 28.315 1090.1 28 5.143 198.00 5 31.98 6 1231.4 60 5 大拉 杆 5.5007.86343.24734.675 190.71 2 3.13617.248 39.14 5 215.29 8 6 平衡 梁

42、12.000-1.950 - 23.400 30.400 364.80 0 -2.700 - 32.400 29.78 0 357.36 0 7 活对 重 30.000-5.595 - 167.85 0 31.614 948.42 0 -5.320 - 159.60 0 26.96 0 808.80 0 8 小拉 杆 3.5003.00010.50027.35695.7460.1560.546 28.75 1 100.62 8 9 人字 架 42.000-0.150-6.30025.790 1083.1 80 -0.150 - 6.3000 25.79 0 1083.1 80 10 变幅 机构

43、 11.0000.7668.42624.671 271.38 1 0.7668.426 24.67 1 271.38 1 11 机器 房 12.000-2.292 - 27.500 20.500 246.00 0 -2.292 - 27.500 20.50 0 246.00 0 12 起升 机构 25.200-2.60065.52019.040 479.80 8 -2.60065.520 19.04 0 479.80 8 13 回转 机构 13.0000018.600 241.80 0 00 18.60 0 241.80 0 14 转台 52.500-3.000 - 157.50 0 17.0

44、00 892.50 0 -3.000 - 157.50 0 17.00 0 892.50 0 15 配重 26.000-7.220 - 187.72 17.950 466.70 0 -7.220 - 187.72 17.95 0 466.70 0 16 电控 系统 7.300-3.010 - 21.973 19.900 145.27 0 -3.010 - 21.973 19.90 0 145.27 0 17 司机 室 2.5004.70611.76519.45048.6254,70611.765 19.45 0 48.625 旋转部分 小 计(满 载) 345.8005.406 1869.4

45、54 23.564 8148.6 86 4.467 1544.3 85 23.90 0 8263.0 26 24 旋转部分 小 计(空 载) 300.8001.727 519.45 4 24.098 7248.6 86 0.646 194.38 5 24.47 8 7363.0 26 18 门 架 65.000008.880 577.20 0 008.880 577.20 0 19 电 缆 卷 筒 1.500-1.637-2.4567.39011.085-1.637-2.4567.39011.085 20 运 行 机 构 13.000001.50019.500001.50019.500 21

46、梯 子 平 台 12.0000016.500 198.00 0 00 16.50 0 198.00 0 固定部分 合计 91.5-1.637-2.45634.270 805.78 5 -1.637-2.456 34.27 0 805.78 5 合 计(满 载) 439.3004.25 1866.9 88 20.383 8954.4 71 3.510 1541.9 29 20.64 3 9068.8 11 合 计(空 载) 394.3001.31 516.99 8 20.427 8054.4 71 0.486191.92 20.72 0 8168.8 11 计算过程 2.3.2 起升载荷 起升载

47、荷就是起升质量的重力，起升质量包括起重机允许起升的最大有效物品质量、 25 取物装置（吊钩滑轮组、起重横梁、抓斗、容器或吸盘）质量、悬挂着的挠性件以及其 他在升降中的设备的质量。起升高度小于 50m 的起升钢丝绳的质量可忽略不计。 本设计中，起重量为 40t，吊钩总成重量 3t，则起升载荷： (2-2) 4 40310430000 Q PN 2.3.3 动力载荷 动力载荷是指起重机各质量由于运动状态变化而产生的动态力。它是强度计算的重 要依据，对疲劳计算也有影响。起重机不工作或吊重静止在空中时，其自重载荷和起升 载荷处于静止状态。在起重机工作时，当运动状态改变，动载效应使原有静力载荷值增 加，

48、其增大的部分就是动载荷。动载荷包括在变速运动中结构自重和起升载荷产生的惯 性载荷；由于车轮经过不平整轨道接头或运动部分对缓冲器的撞击产生的冲击载荷；惯 性载荷和冲击载荷使金属结构和机构的弹性系统产生振动的振动载荷。动载荷与运动方 向和工作速度（加速度）有关，与结构因素（如系统质量的分布，系统的刚度和阻尼等） 有关，而且与使用条件（如外载荷的大小及其变化规律、有无冲击等）有关。为了计算 方便，通常用动力系数（动载荷与静载荷的比值）表示。使用时，一般根据实际情况， 查阅起重机设计规范及有关手册选用。 2.3.3.1 起升机构产生的动载荷计算 1）货物骤然离地提升（或下降制动）时，起重机自重产生的振

49、动载荷 当物品起升离地时，或将悬吊在空中的部分物品突然卸除时，或悬吊在空中的物品 下降制动时。起重机本身(主要是其金属结构)的自重将出现振动而产生脉冲式增大或减小 的动力响应。此自重振动载荷用起升冲击系数 1乘以起重机的自重载荷来考虑。为反映 此振动载荷的上下限，该系数取为两个值，取=0.1.，即 =1.1 或 0.9。在1 1 1 本次计算中，取 =1.1。. 1 2）货物骤然离地或下降制动时产生的附加动载荷 当物品无约束地起升离开地面时，物品的惯性力将会使起升载荷出现动载增大的作 用。此起升动力效应用一个大于 1 的起升动载系数乘以额定起升载荷 PQ来考虑。的 2 2 计算式如下： (2-3) q V 2min22 式中：起升动载系数； 与起升状态级别相对应的 min2 起升动载系数的最小值； 26 按起升状态级别设定的系数； 2 稳定起升速度。 q V 由于起升