摘 要

在如今这个时代，我国制造行业和物流行业发展日新月异，而各种起重设备也在国内各大港口码头及货场发挥着至关重要的作用。也正是由于起重机的出现，极大地提高了人们的劳动生产和企业的经济效益，使各种大型货物免于多人搬运，而仅仅使用起重机就可以轻松达到更好的效果，随着社会工业化的发展与进步，起重机械已成为生产中不可或缺的设备。

本次设计在结合生产实践中的经验及参考众多专业文献资料的情况下，首先介绍了起重运输机械的主要结构组成、在生产实践中的具体用途以及目前发展现状与趋势。然后根据前人的丰富经验，并参照行业规范标准及专业设计手册，对门式起重机的大车行走机构进行设计与校核，以期设计出尺寸合理、结构紧凑、运行良好、传动平稳的大车行走机构，满足实际生产的需求。

在设计过程中，主要进行了大车行走机构传动方案选择和零部件的位置布置，并进行了电动机、减速器、制动器等主要零部件的设计计算及校核，并按照标准选择适合的零部件型号，查找相关尺寸，运用三维建模软件进行建模，将各部件组合在一起，得到最终设计的大车行走机构，并绘制二维的工程装配图。

从这次的毕业设计中，基本了解掌握了大车行走机构相关的设计步骤及流程，在设计计算校核及查阅专业资料的过程中提高了分析解决问题的能力，同时通过对三维建模软件Solidworks的应用，进一步熟练了绘图的能力，巩固了专业相关的知识，也为今后的工作与学习奠定了更深厚的基础。

关键词：门式起重机；大车行走机构；三维建模；结构设计

Abstract

In today's society, the manufacturing industry and logistics industry in China are developing rapidly, and various lifting equipment also play a vital role in the major domestic ports, wharfs and cargo yards. It is also because of the emergence of cranes, which greatly improves the economic benefits of people's labor production and enterprises, and makes all kinds of large cargo free from multi-person handling, and the use of cranes alone can easily achieve better results. With the development and progress of modern industrialization, cranes have become indispensable equipment in production.

This design combines the experience in production practice and refers to many professional documents. First, it introduces the main structure of crane transport machinery, its specific use in production practice and its current development status and trend. Then, according to the rich experience of predecessors, and referring to the relevant national standards and crane design manuals, the design calculation and verification of the traveling mechanism of gantry crane are carried out in order to design the traveling mechanism of gantry crane with reasonable size, compact structure, good operation and smooth transmission, so as to meet the needs of actual production.

In the design process, the transmission scheme selection and the location arrangement of the parts of the traveling mechanism of the cart are mainly carried out, and the design calculation and verification of the main parts such as motors, reducers and brakes are carried out. According to the standard, the suitable parts are selected, the relevant sizes are searched, and the three-dimensional modeling software is used to build the model, and the parts are combined to get the final design. Car walking mechanism, and draw two-dimensional engineering assembly drawings.

Through this graduation project, the basic understanding of the crane design steps and processes, in the process of design, calculation, verification and access to professional data to improve the ability to analyze and solve problems, and through the application of three-dimensional modeling software Solidworks, further proficient in drawing ability, consolidate professional knowledge, and lay a deeper foundation for future work and learning. Thick foundation.

Key words: gantry crane；traveling mechanism of cart；3D modeling；structural design

目 录

第1章 绪论 1

1.1概述 1

1.2起重机械的类型 1

1.3起重机械的工作原理及组成 2

1.4起重机械的国内外发展现状 4

1.5门式起重机简介 5

第2章 起重机大车行走机构设计原则 6

2.1起重机大车行走机构的组成 6

2.2起重机械的设计规范及方法 6

2.3大车行走机构主要设备的选型要求 7

第3章 大车行走机构总体设计方案 8

3.1大车行走机构支承装置的确定 8

3.2大车行走机构驱动装置的确定 9

3.3大车行走机构传动方案及基本参数的确定 11

第4章 大车行走机构设计选型及计算 12

4.1车轮与轨道的选择及强度校核 12

4.2运行阻力的计算 14

4.3电动机的选择 15

4.4减速器的选择 16

4.5联轴器的选择 17

4.6制动器的选择 17

4.7电动机的验算校核 18

4.8减速器的验算校核 21

4.9制动器的验算校核 21

4.10运行打滑的验算 22

第5章 基于SolidWorks的虚拟装配 25

5.1虚拟装配的简介 25

5.2软件SolidWorks简介 25

5.3虚拟装配的过程及结果 26

第6章 总结 30

参考文献 32

致谢 33

第1章 绪论

1.1概述

起重机是一种工程常用的起重运输设备，它可以将大型货物在一定范围内进行竖直升降和水平移动。起重运输设备一般在整个工作过程进行取货、移动、卸货三者循环往复进行，并配合其他相应的动作机构进行工作。在当今市场中，起重机的开发和使用越来越广泛和深入，其具有行驶速度较快，操作运行稳定，起重量大，可在一定范围内行走的特点。起重机运行时道路必须保证平稳，轮胎压力要符合要求，禁止长途负重行走。由于在无支腿起重和起重的情况下行驶会经常发生事故，因此为确保操作安全，目前我国基本上禁止无腿吊装作业。

在实际生产过程中，起重机通常是按照客户对设备的具体功能、主要参数、参考价格等按订单进行设计，然后投入具体的生产中。而由于三维绘图建模技术的普及，也为起重机的设计提供了有力的工具。近几年来，我国制造业及工程机械行业发展十分迅速，设计研发人员源源不断提供的新理念及技术也为起重机械设备的发展注入着新的活力。同样，由于运输物流行业的兴起，起重机在各大港口码头也越来越发挥着至关重要的作用，也逐渐形成了一定的生产规模，同样行业内的市场竞争也日益激烈，机械设计行业的技术工作人员正在逐渐攻克一个又一个的难关，以期设计出性能更强大稳定、技术更先进科学的起重设备。

1.2起重机械的类型

在实际港口货场中经常会使用到的起重运输机械，根据机械构造和用途的不同，一般主要是有桥架类起重机和臂架类起重机两类。桥架类起重机包括梁式、桥式、门式起重机等；臂架类起重机包括塔式、门座式、桅杆式、轮胎式起重机等^[1]。下面对这两类常用的港口起重机械进行一个简要的介绍。

1）桥架类起重机

桥架类起重机常见的有桥式和门式起重机，这是一类使用情况十分广泛的起重机。顾名思义，桥架类起重机的一般都会有桥架，抓取货物的装置可以垂直自由升降，并且悬挂在可在桥架上进行水平运动的小车行走机构上。

1. 桥式起重机。它的外形很像桥梁，是一种最常见最广泛的起重设备，一般会在室内仓库车间或室外码头堆场内使用。桥式起重机的两侧一般有可供桥架自身沿两侧进行前后纵向移动的导轨，同时桥架上也还铺设有轨道，小车行走机构可以沿导轨进行水平横向运动，从而充分利用仓库空间并避开地面上的阻碍进行货物的运输。

（2）门式起重机。门式起重机的两侧一般都设有支腿，支腿会支撑在地面已经预设好的轨道上，来供门式起重机进行自身的移动。半门式起重机则只有一侧有支腿，另一侧是直接支撑在栈桥或较高的建筑物的轨道上来移动。有时为了扩大工作范围，主梁可以稍微长一些伸出支腿外，或使用带臂架的小车，通过使臂架旋转来达到扩大的操作范围的目的。

2）臂架类起重机

臂架类起重机主要类型有塔式起重机，门座式起重机，桅杆式起重机等。通过起重机上各个机构的协调作用，可以在圆柱形场地范围中进行提升和搬运重物，主要用于户外装卸和安装。由于不是本次设计研究的重点，在此仅作简略介绍。

1. 塔式起重机。它是一种旋转式的起重机，吊臂安装在高塔的上部。主要用于高层建筑的工作现场进行材料的垂直运输和部件安装。
2. 门座式起重机。它是一种桥架由两个侧支腿支撑在地面轨道上的悬臂起重机，在门架上安装着带有旋转提升的悬臂装置。门架的四条支腿形成几个门洞，铁路或其他地面车辆可以在其下方通过。门座式起重机可以沿着地面或建筑物上的起重机轨道移动，多用于货物提升，装载和卸载操作。

（3）桅杆式起重机。它是一种移动臂可旋转，桅杆作为机身的起重机。常见的有斜撑式桅杆和纤缆式桅杆两种类型，斜撑式桅杆起重机进行桅杆支撑一般只使用两根钢制的斜撑，纤缆式桅杆起重机为了稳定桅杆往往会使用多根缆索。

1.3起重机械的工作原理及组成

起重机由驱动装置、取物装置、工作机构、操控系统及金属结构这几个主要组成部分组成。在起重机工作时，通过对操控系统的控制，驱动装置可以将动力源输入，转变为适合的力度或运动速度，继而传递给取物装置，取物装置对物料进行抓取，然后工作机构进行的运动，完成货物搬运作业，起重机的金属结构将各部分组合连接成整体，承担着起重机的自身重量与载荷重量。

港口起重机通常的机身体积和质量都会相对较大，并且往往结构构造并不简单。在工作时需要完成水平方向的移动和垂直方向的升降，因此起重机常常需要向各个方向进行运动，分别操作的流程也对工作人员的技术要求较高。在起重机所吊运的货物中，有的大件货物重量过大，有的货物外形结构复杂，在吊运过程中很难稳定平衡地进行移动，有时还有各种易燃易爆或状态特殊的危险物料，这些都增加了起重机吊运过程的难度和危险性。由于大多数的起重机需要覆盖的工作范围都很广，要有较大的活动空间，一旦出现事故后果便十分严重，有的起重机还需要工作人员在高空进行升降作业，那么起重机的安全性能便直接关系到工作人员的生命。同时起重机中有许多参与运动的部件都直接暴露在外，吊运人员在工作中与之发生接触也是不可避免，同样存在许多危险因素。因此为了避免起重机工作时发生意外事故及造成严重后果，在实际的工程操作中，工作人员对于起重机的安全问题更需要格外重视。

1. 工作机构：起重机的一般工作机构包括起升、运行、变幅与旋转四大机构。起升机构主要是用来将货物进行垂直升降移动，是所有起重机最基础与重要的机构；运行机构是指起重机自身的大车或小车进行水平移动，同时带动货物达到水平搬运效果的机构；臂架类起重机还具有变幅机构，改变作业幅度可以通过改变臂架长短与角度来实现；旋转机构可以使臂架进行来回往复运动，这种运动一般会绕着起重机自身的中心进行，从而可以实现在圆形范围内运送货物。起重机也是通过这样各个机构之间运动的配合，来完成最终得以顺利的输送货物效果^[2]。
2. 取物装置：取物装置可以通过吊抓夹等方式，把物料与起重机联系成一个整体，从而对物料进行运送。且根据被吊装的货物种类、体积、形态等不同，要采用不同类型的取物装置。通常件装的货物多用吊钩等；散装类的货物常用的是抓斗等；货物处于液体状态则应使用料罐等；更特殊一些的货物则应该使用其他特殊的吊具。通过使用合适的取物装置，可以使现场作业人员的工作劳动强度得到减轻，还可以极大地提高起重机工作时的效率，同时防止货物发生坠落的意外情况，有效保证作业人员的安全和所要运送的物料完整不受损坏^[2]。
3. 金属结构：构成起重机金属结构所使用的基本材料大多数是金属钢材等，它们之间通过焊接或螺栓联接等方法进行连接，从而组成可以承受起重机自重及载重的金属结构。通常主要由柱、梁和臂架等基础的受力构件来组成起重机金属结构，通过各种构件的组合形式不同，便可以设计出功能多样的起重机。大多数起重机都具有受力复杂、自身重量大、耗材多的特点，因此起重机金属结构也是起重机的重要部分，因为它是起重机整个机身的骨架，将起重机的其他机械部分、电气部分等组合连接成一个整体，并且承受与传递起重机上各种的载荷，使被吊起的货物能够成功搬移至指定地点，若是起重机的金属结构遭到破损毁坏，则会给起重机工作状况带来十分严重的后果^[3]。
4. 驱动装置：用来驱动工作机构正常运行的设备称为驱动装置，一般目前起重机最常用的驱动方式为电力驱动。因为电能是相对经济易得的能源，基本上所有可在一定范围内运行的起重机等都采用电力驱动方式，而相对于远距离运输的起重机，常常采用内燃机驱动方式^[2]。
5. 控制系统：起重机的体积与重量一般比较庞大，而且往往工作时需要多机构同时工作，再加上起重载荷分布不均，会导致各部分循环运动的负载时间不一致，再加上起重机工作时还需要多人参与，种种复杂情况也更增加了起重机作业的安全隐患问题。在实际生产过程中，往往会通过电气、液压系统来操控起重机中各个机构和整机的运动，从而达到各种作业目的，控制系统是人机交互的接口，因此它的状态也会直接关系到起重作业时的效率与安全问题^[2]。

1.4起重机械的国内外发展现状

近几年来，国内起重机行业的发展逐渐进入自主研发阶段，通过不断发展完善和创新应用的高新技术，在门式起重机的设计研发方面，我们国家取得了不小的进展，创造出了一个在结构优化、材料选用方面发展迅速的制造体系以及研发系统。与此同时，随着我国现代化建设进程的逐步推进，近年来大大小小的轻重工业的企业建设迅猛发展，推动了国内起重机市场的持续开拓。现如今，世界上许多的制造企业的都在我国国内投放市场，进而建立了许多现代化的制造组装基础，国际企业也正逐渐将注意力转向中国市场，通过利用灵活的合作模式来引入新的具有中国特色的制造体系。2014年4月，由上海振华集团负责建造，巴西布拉斯菲尔德造船厂订购的世界最大的2000吨龙门起重机正式投入使用，足见我国门式起重机的设计研发技术已经在国际上得到了一定认可。

虽然随着技术的完善和优化，我国工程机械产品已取得了不小的进步，产品的性能和可靠性也有了很大的提高，但与国外技术水平相比，仍有一些差距。目前，全球对起重设备的需求正逐年增加，为了提高劳动生产率，许多国内外制造企业正试图在生产中使用更多的自动化设备。许多工业大国逐渐进入崭新的技术研究阶段，使生产过程变得非常灵活。因为我国目前生产设计起重设备仍处于周期化的阶段，与此同时起重机可靠性较差的问题也亟待解决。因此，开发符合中国市场的起重机设备，逐步筛选淘汰的低性能产品，提高产品技术水平的任务任重道远。同样还需要兼顾大吨位起重设备的设计研发，使设计制造人员的创新能力蓬勃发展，更多地制造研发绿色安全高效的工业产品，来改善与提高产品社会效益。

欧洲地区的经济很发达，美国作为发达国家在总体工程机械上的水平更不用说，虽然日本生产制造起重机时间较晚，但发展却十分迅猛，其研发的产品在市场上也广受欢迎。我们国家作为近些年在世界经济发展方面最具活力的国家，在工程起重机方面也取得了很大的进步，逐渐成为亚太地区乃至世界上最大的起重机制造国家。随着国际集装箱运输行业的发展完善的步伐，起重设备的生产制造也有了更多的要求，起重机工作时的各项参数逐渐被国际上先进的制造企业发展和完善。日本的三井公司通过使用交流变频技术，解决了因起重机负载与车轮支承压力变化导致运行转速变化的问题，达到了使用集装箱堆场的作业要求。德国派纳公司成功将其充足的自动控制经验应用于大型轨道起重设备中，达到了在集装箱堆场中有的工作场合需要使用自动控制技术的需求。许多欧洲国家通过经常举办国际会议与展览将起重机技术的发展逐步提高到一个很高的水平，使工程起重机在机电一体化和智能化方面取得了不少的进展，并尝试更先进的生产方法以缩短开发周期，减少新产品的故障率等。欧洲联合码头公司使用光缆传输技术将轨道起重机与港口计算机网络连接起来，实现了无人装卸与堆码自动化的作业模式^[4]。

1.5门式起重机简介

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