本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告題 目： 40T 門座起重機行走機構(gòu)及重要總成設計 學 院： 機電工程學院 系 機械工程系 專 業(yè)：班 級：學 號：姓 名：指導教師：填表日期：一、選題的依據(jù)及意義：起重機是現(xiàn)代工業(yè)在實現(xiàn)出產(chǎn)過程機械化，自動化，改善物料搬運條件，提高勞動出產(chǎn)率必不可少的機械設備。它對于發(fā)展國民經(jīng)濟，改善人們的物質(zhì)，文化生活的需要都起著重要作用。隨著經(jīng)濟建設的迅速發(fā)展，機械化，自動化程度也不斷的提高，與此相適應的起重機技術也在發(fā)展，產(chǎn)物種類不斷增加，使用規(guī)模也越來越廣。高層建筑的施工，上萬噸級或幾十萬噸級的大型船只的建造，火箭和導彈的發(fā)射，大型電站的施工和安裝，大重件的裝卸與搬運等，都離不開起重機的作業(yè)。起重機不僅可以作為輔助的出產(chǎn)設備，完成原料、半成品、產(chǎn)物的裝卸、搬運，進行機電設備、船體分段的吊運與安裝，而且也是一些出產(chǎn)過程及工藝操作中的必需的裝備。再如冶煉金屬工業(yè)出產(chǎn)中的爐料籌辦、加料、鋼水澆鑄成錠、脫模取錠等，必需依靠起重機進行出產(chǎn)作業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，在國內(nèi)的冶煉金屬、煤炭部門的機械設備總數(shù)量或總自重中，起重運輸機械約占 45%。起重機是機械化作業(yè)的重要的事物基礎，是一些工業(yè)企業(yè)中主要的固定資產(chǎn)。對于工礦企業(yè)、港口碼頭、車站庫場、建筑施工工地，和海洋開發(fā)、宇宙航行等部門，起重機已成為主要的出產(chǎn)力要素，在出產(chǎn)中進行著高效的工作，組成合理社團批量出產(chǎn)和機械化流水作業(yè)的基礎，是現(xiàn)代化出產(chǎn)的重要標志之一。因此對起重機械展開設計研究和優(yōu)化，是一項意義和前景兼具的非常重要的工作。由于起重機械設計的范圍很寬，在有限的時間內(nèi)不可能做到面面俱到。結(jié)合南昌本地有內(nèi)河港口的優(yōu)勢，對港口的主要生產(chǎn)要素門座式起重機展開研究設計，將是一項合理又具有前景的工作。通過這樣一個過程，一方面可以加強我們對港口起重機械的作業(yè)原理的認知，另一方面則可以加深我們對四年專業(yè)知識學習的理解和運用。為我們今后從事機械行業(yè)，向更高目標的攀爬打好基礎。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）：門座起重機（見右下角圖 1）作為物料搬運機械中的最主要的一種，在各行各業(yè)中得到廣泛的應用。門座式起重機在現(xiàn)代工業(yè)中是必不可少的，畢業(yè)設計進行門座式起重機的設計，不但有利于我們對大學所學知識的掌握并運用，同時通過查找和學習國內(nèi)外相關的先進設計制造技術，可大大地提高我們對國內(nèi)外起重機發(fā)展現(xiàn)狀的了解程度，對我們未來的學習和工作有著積極而又深遠的意義。門座式起重機是露天物料搬運廣泛采用的大型裝卸機械，它與其它類型的起重機相比，具有起重量大，作業(yè)空間大，貨場面積利用率高，裝卸效率高，基建投資少，運行成本低等優(yōu)點。同時，門座式機也是與連續(xù)輸送機械組成機械化裝卸系統(tǒng)的理論機種，在國外工業(yè)先進國家，不僅機械作業(yè)比重大，而且機械作業(yè)己實現(xiàn)體系化、專業(yè)化和自動化，所以門機已被列為改擴建綜合性貨場、集裝箱貨場和散料貨場的主要配套機種，應用前景寬廣。門座式起重機由于用途不同，分為船塢用門式起重機，水電站用門式起重機，集裝箱門式起重機，裝卸橋和通用門式起重機。目前，國內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)大型起重機的廠家很多。其中以中聯(lián)重科、三一重工等公司產(chǎn)品系列較全，市場占有率較高。國外專業(yè)生產(chǎn)大型起重機廠家很多。其中利勃海爾、特雷克斯-德馬格、馬尼托瓦克與神鋼等公司產(chǎn)品系列較全， 市場占有率較高。未來的一段時間內(nèi)，起重機的發(fā)展趨勢包括以下幾個方面：（1）大型化和專用化。用模塊化設計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設計方法，將起重機上功能基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標準模塊，通過不同模塊的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機。對起重機進行改進，只需針對某幾個模塊。設計新型起重機，只需選用不同模塊重新進行組合?？墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機改換成具有相當批量的模塊生產(chǎn)，實現(xiàn)高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，企業(yè)的生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。達到改善整機性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品，充分滿足用戶需求。 目前，德國、英國、法國、美國和日本的著名起重機公司都已采用起重機模塊化設計，并取得了顯著的效益。德國德馬格公司的標準起重機系列改用模塊化設計后，比單件設計的設計費用下降 12%，生產(chǎn)成本下降 45%，經(jīng)濟效益十分可觀。德國德馬格公司還開發(fā)了一種 KBK 柔性組合式懸掛起重機，起重機的鋼結(jié)構(gòu)由冷軋型軌組合而成，起重機運行線路可沿生產(chǎn)工藝流程任意布置，可有叉道、轉(zhuǎn)彎、過跨、變軌距。所有部件都可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，再根據(jù)用戶的不同需求和具體物料搬運路線在短時間內(nèi)將各種部件組合搭配即成。這種起重機組合性非常好，操作方便，能充分利用空間，運行成本低。有手動、自動多種形式，還能組成懸掛系統(tǒng)、單梁懸掛起重機、雙梁懸掛起重機、懸臂起重機、輕型門式起重機及手動堆垛起重機，甚至能組成大型自動化物料搬運系統(tǒng)。（2）輕型化和多樣化。有相當批量的起重機是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可使整個建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價。因此電動葫蘆橋式起重機和梁式起重機會有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位的一般用途橋式起重機。德國德馬格公司經(jīng)過幾十年的開發(fā)和創(chuàng)新，已形成了一個輕型組合式的標準起重機系列。起重量為 1-63 噸，工作級別為 A1-A7，整個系列由工字形和箱型單梁、懸掛箱形單梁、角形小車箱形單梁和箱形雙梁等多個品種組成。主梁與端梁相接以及起重小車的布置有多種型式，可適合不同建筑物及不同起吊高度的要求。根據(jù)用戶需要每種規(guī)格起重機都有三種單速及三種雙速供任意選擇，還可以選用變頻調(diào)速。操縱方式有地面手電門自行移動、手電門隨小車移動、手電門固定、無線遙控、司機室固定、司機室隨小車移動、司機室自行移動等七種選擇。大車及小車的供電有電纜小車導電、DVS 系統(tǒng)兩種方式。如此多的選擇項，通過不同的組合，可搭配成百上千種起重機，充分滿足用戶不同的需求。（3）自動化和智能化。起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術和電子技術相結(jié)合，將先進的計算機技術、微電子技術、電力電子技術、光纜技術、液壓技術、模糊控制技術應用到機械的驅(qū)圖 1動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。大型高效起重機的新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測等設備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找起吊物重心、近場感應防碰撞技術、現(xiàn)場總線、載波通訊及控制、無接觸供電及三維條形碼技術等將廣泛得到應用。使起重機具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機綜合自動化水平。重點開發(fā)以微處理機為核心的高性能電氣傳動裝置，使起重機具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動特性，可進行操作的自動控制、自動顯示與記錄，起重機運行的自動保護與自動檢測，特殊場合的遠距離遙控等，以適應自動化生產(chǎn)的需要。（4）成套化和系統(tǒng)化。在起重機單機自動化的基礎上，通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，與生產(chǎn)設備有機結(jié)合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。這類起重機自動化程度高，具有信息處理功能，可將傳感器檢測出來的各種信息實施存儲、運算、邏輯判斷、變換等處理加工，進而向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制指令。這類起重機還具有較好的信息輸入、輸出接口，實現(xiàn)信息全部、準確、可靠地在整個物料搬運集成系統(tǒng)中的傳輸。起重機通過系統(tǒng)集成，能形成不同機種的最佳匹配和組合，取長補短，發(fā)揮最佳效用。目前重點發(fā)展的有工廠生產(chǎn)搬運自動化系統(tǒng)，柔性加工制造系統(tǒng)，商業(yè)貨物配送集散系統(tǒng)，集裝箱裝卸搬運系統(tǒng)，交通運輸和郵電部門行包貨物的自動分揀與搬運系統(tǒng)等。 （5）新型化和實用化。結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材和異形鋼、減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種高強度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力條件，減輕自重和增加外形美觀。橋式起重機的橋架結(jié)構(gòu)型式大多采用箱形四梁結(jié)構(gòu)，主梁與端梁采用高強度螺栓聯(lián)接，便于運輸與安裝。 在機構(gòu)方面進一步開發(fā)新型傳動零部件，簡化機構(gòu)。 “三合一”運行機構(gòu)是當今世界輕、中級起重機運行機構(gòu)的主流，將電動機、減速器和制動器合為一體，具有結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧美觀、拆裝方便、調(diào)整簡單、運行平穩(wěn)、配套范圍大等優(yōu)點，國外已廣泛應用到各種起重機運行機構(gòu)上。為使中小噸位的起重小車結(jié)構(gòu)盡量簡化，同時降低起重機的尺寸高度，減小輪壓，國外已大量采用電動葫蘆作為起升機構(gòu)。為了減輕自重，提高承載能力，改善加工制造條件，增加產(chǎn)品成品率，零部件盡量采用以焊代鑄，如減速器殼體、卷簡、滑輪等都用焊接結(jié)構(gòu)。減速器齒輪都采用硬齒面，以減輕自重、減小體積、提高承載能力、增加使用壽命。液壓推桿盤式制動器的應用范圍也越來越大。此外，各機構(gòu)采用的電動機都向高轉(zhuǎn)速發(fā)展，從而減小電機基座號，減輕重量與減小外形尺寸，并可配用制動力矩小的制動器。 在電控方面開發(fā)性能好、成本低、可靠性高的調(diào)速系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，發(fā)展半自動和全自動操縱。采用機電儀液一體化技術，提高使用性能和可靠性，增加起重機的功能。今后會更加注重起重機的安全性，研制新型安全保護裝置。重視司機的工作條件，應用人體工程學設計司機室，降低司機的勞動強度。德國近年為解決起重機吊鉤的防擺控制，開發(fā)了模糊邏輯電路的控制技術，用神經(jīng)信息和模糊技術來尋找開始加速的最佳時刻，將有經(jīng)驗司機防擺實際操作的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，實現(xiàn)最優(yōu)控制。模糊控制方式能確定實施自動工作的控制指令，將人們主觀上的模糊量通過模糊集合進行數(shù)字化定量，再利用計算機實現(xiàn)像熟練司機一樣的自如操作，取得了更高的效率和安全性。模糊控制作為新的控制方法已引人注目。（6）混合型起重機。履帶起重機和輪式起重機各有利弊，將兩者取長補短后，混合型起重機應運而生，這也是起重機新型式的大膽嘗試與突破。三、本課題研究內(nèi)容1) 檢索有關外文專業(yè)資料及專業(yè)文獻資料，了解起重機的研究成果，并進行摘要，整理出不少于 2000 字的中文翻譯。2) 港口門座式起重機總體設計，確定門座起重機起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)及其他重要總成的結(jié)構(gòu)形式。3) 港口門座起重機各工況載荷計算以及載荷組合。4) 港口門座起重機行走機構(gòu)設計與計算，確定行走機構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)形式，選擇電機與傳動鏈，設計其他相關結(jié)構(gòu)。5) 門座起重機總裝、行走機構(gòu)總裝以及其他重要總成圖紙繪制。6) 門座起重機其他重要非標零件圖繪制。四、本課題研究方案40T 門座式起重機的整機設計結(jié)構(gòu)圖如下圖 2 所示：圖 2在這次畢業(yè)設計中，所有參與起重機設計的人員將被分為幾個小組，每個小組包含 4 個人，每個人負責門座式起重機四大主要機構(gòu)（起升、變幅、回轉(zhuǎn)、行走）中的一個。在 40T 門座式起重機的設計中我負責的主要是行走機構(gòu)的設計。下面將就我的設計內(nèi)容的研究方案展示如下：1．港口裝卸門座式起重機總體設計計算：1) 確定主要工作機構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)的形式；2) 各工作機構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)的計算工況、計算載荷以及載荷組合；3) 吊鉤總成設計；4) 行走機構(gòu)設計；5) 進行總體穩(wěn)定性計算；6) 進行輪壓計算；7) 整機穩(wěn)定性計算；8) 繪制總體方案圖 1 張（A1） ；9) 繪制相關機構(gòu)總成圖；10) 繪制相關零件圖；11) 完成起重機總體設計計算書。五、研究目標、主要特色及工作進度：通過 40T 門座式起重機設計，自己應該對起重設備有了更多的概念性的理解，特別是對內(nèi)河港口的門座式起重機應該要具有更深入的專業(yè)的認識。再設計起重機的過程中，要深刻把握機械設備設計四個原則：機構(gòu)原理要可行，結(jié)構(gòu)設計要合理，工藝考慮要成熟，成本分析要適宜。同時，在設計的過程中，要注意養(yǎng)成嚴謹?shù)?、一絲不茍的設計作風。對每一項設計結(jié)果要做到有據(jù)可查。在編輯設計說明書時，應該做到對相關的設計結(jié)果、決策及時的做腳注、尾注等。設計說明書文檔脈絡清晰、結(jié)構(gòu)明了、排版合理。另外，有意識的培養(yǎng)、鍛煉自己的現(xiàn)代設計的觀念、能力。結(jié)合PRO/E、Adams、Autocad 、Matlab 等相關的行業(yè)設計軟件提高自己的設計效率，也延伸和增強了自己的設計手段和能力。根據(jù)起重機設計的要求和目的，合理的安排設計工作的流程，可如下圖 3所示：圖 3具體的工作進度和安排在畢業(yè)設計任務書中將詳細指出。六、參考文獻：[1]哈爾濱建筑工程學院主編.《工程起重機》 （第一版）中國建筑工業(yè)出版社 .1981。[2]《起重機設計手冊》編寫組編.《起重機設計手冊》 （第一版）機械工業(yè)出版社 .1980。[3]陳道南等編.《起重運輸機械》 （第一版）機械工業(yè)出版社 .1981。[4]《起重運輸設備選用手冊》編寫組編.《起重運輸設備選用手冊 》 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