燕 山 大 学
本科毕业设计(论文)开题报告
课题名称：L型支腿门式起重机大车行走机构设计
学院(系)： 机械学院
年级专业： 工程机械
学生姓名： 郭阳
指导教师： 张连东
完成日期： 2010/03/15
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
1、门式起重机概述[1]
门式起重机是一种循环、间歇运动的机械，主要用于物品的装卸。它具有构造简单、操作灵活、维修方便、起重量和跨度大及占用作业面积小的特点。广泛用于铁路货场、港口码头、现代化工厂和仓库等场所。门式起重机一般由金属结构部分、机械部分和电气部分组成。它的金属结构像门形框架，承载主梁下安装两条支脚，可以直接在地面的轨道上行走，主梁两端可以具有外伸悬臂梁。门式起重机的金属结构部分主要由主梁、支腿、下端梁和司机室组成。它一般沿着铺设在地面上的轨道上运行。机械机构主要由起升机构和运行机构组成。电气部分由电气设备和电气线路组成。
门式起重机的形式很多，根据用途的不同可以分为通用型门式起重机，集装箱门式起重机，电站门式起重机，造船门式起重机等。
按照结构形式分为(1)单主梁门式起重机。单主梁门式起重机结构简单，制造安装方便，自身质量小，主梁多为偏轨箱形架结构。整体刚度要弱一些，起重量Q≤50t、跨度S≤35m。门腿有L型和C型两种形式。(2) 双梁桥式起重机 。 双梁桥式起重机承载能力强，跨度大、整体稳定性好，品种多，但自身质量与相同起重量的单主梁门式起重机相比要大些，造价也较高。
2、国内外研究动态
2011年由武桥重工制造的我国最大的一台龙门起重机该起重机跨度为230米，为国内最大跨度，标准载重为900吨，实际载重可以达到1500吨。随着我国基本建设高峰的逐渐到来，造船、风力发电安装、石油化工(包括煤化工)建设、冶金建设、火电(包括核电)建设、市政等等的发展，使大型起重机吊装市场出现供不应求的“火暴”现象。国外制造大型厂商主要有美国的Paceco、德国的Noell、英国的Morris、芬兰的Valmet、韩国的三星和现代，以及日本的三菱、三井、住友等。这些企业在设计团队、经费、设计思想、设计经验方面都有着国内无法抗衡的优势。目前世界上比较先进的机型其堆高已达7~8层、吊具下的起重量已达45t、满载起升速度达30m/min、小车速度超过50m/min、大车运行速度超过120m/min[22]。
研究成果主要体现在以下几点：
1)新装置的研制和新零部件的采用[2,3,4]
三合一减速器、新型径向棒销联轴器、新型电力液压块式制动器、钳式制动器、电线滑车、滑接输电装置等等行装置的采用,使起重机的启动、传动、制动等方面的性能都有了很大的提高。
2)新设计工具和思想的应用[2,11]
Proe、ANSYS、APDL语言等方便快捷的设计和测试等计算机软件的开发和运用大大提高了新产品的研发能力，缩短了研发周期。门式起重机进行了按静强度、静刚度、动刚度等多项控制指标的综合分析优化设计,从单机优化到系列优化设计理论方面的开拓和探索都已进入实用阶段。再加上模块单元化设计等等整个起重机行业的技术、生产和管理水平、新产品的研发速度都将大大加快。
3) 自动纠偏技术[9]
跨度大于40 m的龙门起重机在实际使用中由于众多因素的影响，刚、柔腿运行一段时间后会产生快慢不一的现象，常用电气自动纠偏的方法通常有
计算脉冲编码器输入PLC的脉冲、通过安装在柔腿顶部的角位移传感器 、用橡胶摩擦轮带动旋转编码器的闭环控制等
4)啃轨现象的改善[10]
啃轨，就是起重机运行过程中车轮轮缘与钢轨侧面压触，发生强烈的磨损。严重的啃轨，使车轮与轨道剧烈磨损，并且大大增加附加载荷，运行阻力比正常状态时增大3.5 倍左右，一般中型工作类型的龙门起重机车轮的使用寿命约8~10年，若有啃轨现象，寿命可降为1~2年，甚至几个月。在实际生产中最常用而且最有效的方法是调整和移动车轮，消除过大的误差横向力。
5)控制元件的研发[2,5]
采用转角码盘、齿轮链、激光头等装置,使定位精度可到±1mm。接收器、控制器遥控系统应用节省人力,提高工作效率,而且使操作者的作业条件得到改善。在距离检测方面,采用无线电信号型防撞装置来监控起重机前端行驶距离,在发出警告信号后,大车车速将减小到50%,最后切断电机电源,将大车制动。起重机的刹车系统也应用微机进行控制和监视工作。
3、选题的依据和意义
门式起重机是桥式起重机的一种变形。和桥式起重机相比具有场地利用率高、作业范围大、适应面广、通用性强，可靠性，安全性高，易于维护，无需改变厂房结构，满足物流需求等特点，在港口货场得到广泛使用。在港口，主要用于室外的货场、料场货、散货的装卸作业。世界上绝大多数大型的集装箱港口都采用跨运车、轮胎式龙门起重机和轨道式龙门起重机系统滞j比于跨运车，龙门起重机因其较高的堆场利用率而受到大型集装箱码头的欢迎，特别是亚洲集装箱码头，据cargo system统计，在2004—2009年交货定单中，中国堆场龙门起重机订单占世界总订单的34%，而通用型中大型门式起重机的需求量日益剧增。因此对中大型门式起重机优化设计、轻量化设计研究已经成为该领域的热点问题。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题
我的研究目标是L型支腿的箱型偏轨其中的的大车行走机构。要实现这一目标，需要进行的研究基本内容有：
1)大车金属结构部分的力学分析，保证强度、刚度和稳定性;
2)在基本参数和受力分析的条件下，确定主梁、上端梁、支腿、下横梁的基本尺寸;
3)确定大车运行机构中电机、联轴器、减速器、制动器的组合形式及其型号;
4)绘制机构各个组成部分的三维图并装配一体。二维图包括:总体装配图，支腿零件图和典型零件图。
拟解决的主要问题：首先是结构的确定，选择合理的形式和尺寸。起重机的设计重要的是在满足设计要求的前提下实现结构的最简化、重量的最轻巧，因此设计的刚度、强度和稳定性计算是设计研究的主要问题。运行机构的设计中驱动方式、驱动轮的位置和轮距、电机制动器等的布置形式也是研究的重要方面，直接影响到起重机的性能。
三、研究步骤、方法及措施
1、课题研究的方法：由于对本课题研究的内容没有经验，所以我将采取综合研究的方法。一方面要参考业内相关的标准和手册。比如《起重机设计手册》等，按照标准进行设计。再来就是参考相关的书籍和指导，比如《门式起重机》、《龙门起重机》等，按照专家的经验指导。还有就是对照已有的类似课题从中汲取经验和思路，咨询老师和同学。实施研究是划分子课题，按照金属结构的力学计算、运行机构的选型计算、其他零部件的选择校验、绘制图纸几部分进行。
2、研究步骤和措施
根据划分的子课题，将整个研究步骤分成4部分进行：
1) 起重机的总体力学设计
这是整个设计过程中最为重要的一部分。根据研究的起重机所处的工作环境确定工作类型和载荷状态，这是计算的前提。然后进行强度校核计算、计算刚性支腿和柔性支腿的支承反力、计算轮压、整体稳定性的计算。基本确定整体的尺寸。
2) 运行机构的设计
根据第一步有关轮压的计算和起重机的设计要求，在了解运行机构的组成和特性的条件下，选择大车的运行机构形式，确定出驱动轮位置和轮距。然后进行细节设计，对电动机、制动器、减速器的设计计算和选型，对于轴也要完成校核计算。
3) 其他部件机构的计算
完成其他结构的设计，比如司机室，楼梯，电缆卷绕机构的确定。
4) 图纸的绘制
根据前面的尺寸和型号的选择，对每一个零部件和机构进行solidworks的三维建模，然后装配到一起 ，组成整体的三维装配图，并实现机构的运动仿真。再完成总体装配图、支腿零件图、和个别零件的总计相当于3张A0的二维图纸。
四、研究工作进度
1)第一次节点考核：第二周完成文献检索情况;第三周完成外文翻译及文献整理、文献综述;第四周完成方案论证方案设计、开题报告以及PPT文档的制作。
2)第二次节点考核：第五周完成图纸阅读和计算参数准备;第六、七、八周依次进行整体的力学分析、运行机构的设计和计算、其他部分的选择和设计;第九周完成二维图纸的绘制。第十周完成PPT的制作。
3)第三次节点考核：第十一周至十三周完成三维设计和有限元分析;第十四周完成毕业说明书;第十五周导师审图和说明书;第十六周完成PPT的制作。
五、主要参考文献
[1]门、桥式起重机设计选型与安装维修、事故防范管理及质量检测检验实用手册(第1,2卷) [D].北方工业，1999(6):9～12
[2] 吴丽萍.我国起重机新技术的进展与国外发展动向[J].山西机械，2002(3):52～55
[3] Khalid L. Sorensen, William Singhose, Stephen Dickerson. A controller enabling precise positioning and sway reduction inbridge and gantry cranes. Control Engineering Practice ，2008(15): 825～837
[4] 胡斌仁. 门式起重机大车运行机构典型结构分析[D]. 起重运输机械,2010(4): 34～35
[5]赵世军.起重机制造业的发展趋势[J]. 大众标准化,2005(6):17～18
[6] 李 伟,李瑞华. 起重机智能控制的发展现状与思考,煤矿机械，2006(8):3～4
[7] 郑见粹.21世纪初我国港口机械的成就与展望[J]. 港口科技,2007(3):43～46
[8] 刘永峰.施工起重机国内外发展状况[J].施工技术,2007(增):491～493
[9] 赵国庆. 大跨度龙门起重机的电气自动纠偏系统[J]. 起重运输机械,2006(5):81～82
[10] 张玉琴，王玉琴，冯山岭，刘宇. 龙门起重机啃轨原因与处理方法分析[J].河南冶金,2003(5):42～44
[11] 林志树. 轮胎式集装箱龙门起重机的几种防摇系统[J].起重运输机械.2007(6):30～31
六、指导教师意见
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指导教师签字：
年 月 日
七、系级教学单位审核意见：
审查结果： □ 通过 □ 完善后通过 □ 未通过
负责人签字：
年 月 日
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