建筑安装用25T门座式起重机回转方案及力矩限制器设计开题报告

三、文献综述

1.起重机

起重机械是一种循环、重复、间歇运动的机械。起重机械的工作程序是:取物装置在取料地点由起升机构将物品提升，运行、回转或变幅机构使物品水平位移，然后起升机构将物品下降到指定地点,接着各个机构进行反方向运动，使取物装置回到原来的取料地点。这一个工作过程称为一个工作循环。一个工作循环完成后,再进行下一个工作循环。起重机械就这样重复而周期性地动作，各个机构经常处于起动、制动以及正向、反向等相互交替的运动状态中。

1.1主要分类

（1）轻小起重设备：轻小起重设备的结构紧凑、动作简单，一般只能完成提升或牵引运动,所以使用方便,是一种轻便起重机械。常用的轻小起重设备有:千斤顶、滑车、起重葫芦、卷扬机等。

图1 液压千斤顶 图2 多轮吊梁型滑车

图3 钢丝绳式电葫芦 图4 摩擦式卷扬机

（2）起重机：起重机是使悬挂在取物装置上的重物能在空间垂直升降外还能水平运动的起重设备。因此,起重机除了具有起升机构外,一般还有运行机构、变幅机构、回转机构中的一个或几个。根据起重机结构特征和实现物品水平运动方式的不同,起重机可分为:桥架型、臂架型和缆索型三大类。

图5 门式起重机 图6 门座式起重机

图7 塔式起重机 图8 缆索起重机

2.门座式起重机

门座起重机(Portal Slewing Crane)，简称门机，是一种典型的旋回转臂架类型有轨运行式起重机。门座起重机外形像一座门，所以称门座式起重机，如图6所示桥架通过两侧支腿支承在地面轨道或地基上的桥架型起重机。具有沿地面轨道运行，下方可通过铁路车辆或其他地面车辆。可转动的起重装置装在门形座架上的一种臂架型起重机。门形座架的 4 条腿构成 4 个“门洞”，可供铁路车辆和其他车辆通过。门座起重机大多沿地面或建筑物上的起重机轨道运行，进行起重装卸作业。门座呈“”字形的起重机称半门座起重机,其运行轨道的一侧设在地面上， 另一侧设在高于地面的建筑物上。

门座起重机是随着港口事业的发展而发展起来的 1890 年,第一次将幅度不可变的固定式可旋转臂架型起重机装在横跨于窄码头上方的运行式半门座上，成为早期的港用半门座起重机随着码头宽度的加大,门座和半门座起重机并列发展，并普遍采用俯仰臂架和水平变幅系统。第二次世界大战后，港用门座起重机迅速发展为便于多台起重机对同一条船进行并列工作,普遍采用了转动部分与立柱体相连的转柱式门座起重机,或转动部分通过大轴承与门座相连的滚动轴承式支承回转装置,以减小转动部分的尾径,并采用了减小码头掩盖面（门座主体对地面的投影）的门座结构。在发展过程中，门座起重机还逐步推广应用到作业条件与港口相近的船台和水电站工地等处。

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。在门重起重机的机座上，装有起重机的旋转机构，门形机座实际上是起重机的承重部分。门形机座的下面有运行机构，可在地面设置的轨道上行走。在旋转机构的上面还装有起升机构的臂架和变幅机构。四个机构协同工作，可完成设备或船体分段的安装，或者进行货物的装卸作业。

在门形机座的下面可以通过火车。根据需要，在建造时应确定通过一列、二列或三列火车。通过一列、二列、三列火车时，门座起重机的轨距分别为 6m、10.5m 和 15m。门座起重机通常由外部电网经软电缆供电，其中大机构一般采用三相感应电动机分别驱动。

2.1分类

按用途可分为 3 类：①装卸用门座起重机:主要用于港口和露天堆料场，用抓斗或吊钩装卸。起重量一般不超过 25 吨，不随幅度变化。工作速度较高，故生产率常是重要指标。②造船用门座起重机： 主要用于船台、浮船坞和舣装现场，进行船体拼接、设备舣装等吊装工作，用吊钩作为吊具。最大起重量达 300 吨,幅度大时起重量相应减小。有多档起升速度，吊重轻时可提高起升速度。有些工作机构还备有微动装置，以满足安装要求。门座高度大者，可适应大起升高度和大幅度作业的要求，但工作速度较低，作业生产率不高。③建筑安装用门座起重机：主要用在水电站进行大坝浇灌、设备和预制件吊装等，一般用吊钩。起重量和工作速度一般介于前两类起重机之间。它具有整机装拆运输性好、

吊具下放深度大、能较好地适应临时性工作和栈桥上工作等的特点。

门座起重机根据结构类型的不同，可分为下面几种：

（1）以门架的结构类型为主要标志门座起重机可以分为全门座和半门座起重机。后者不具备完整的门架，它的两条运行轨道不在同一水平面上，一条铺设在地面上，另一条铺设在库房或特设的栈桥上。

（2）以起重臂的结构类型为主要标志门座起重机可分为四连杆组合臂架式门座起重机租单臂架式门座起重机两种。前者的最大优点是臂架下面的净空高度较大，因而在一定的起升高度要求下，起重机的总高度较低，但结构复杂，重量较大，而单臂则与上述相反。目前，国内大多采用四连杆组合臂架式起重机。

（3）以上部旋转部分相对下部运行部分旋转的支承装置的结构类型为主要标志门座起重机可分为转柱式门座起重机、定柱式门座起重机、转盘式门座起重机和大轴承式门座起重机。转盘式门座起重机结构复杂，加工制造困难，目前较少采用；转柱式和定柱式整体稳定性好，是目前常用的形式，其中转柱式应用最多；大轴承式结构新颖，构件少，重量轻，具有广阔的发展前景。

（4）根据用途和使用场合的不同进行分类门座起重机可分为港口用门座起重机、造船用门座起重机和建筑用门座起重机 3 种。

此外，根据港口不同的装卸用途，可分为一般用途的门座起重机和专用门座起重机。一般用途的门座起重机用于杂货码头，使用吊钩或抓斗吊具。专用门座起重机用于专用码头或单一货种，如用于起吊煤炭、粮食等。除使用吊钩、抓斗吊具外，还配置了专门作用的设备。如带斗门座起重机，专门装置了料斗、皮带运输机等设备。

2.2门座式起重机特点

（1）工作机构具有较高的运动速度。起升速度可达 70 米／分(m／min)，变幅速度可达 55 米／分。

（2）额定起重能力范围很宽。一般在 5—100 吨(t)，造船用门座起重机的，起重量范围则更大，现已达到 150～250 吨(t)。

（3）使用效率高。每昼夜可工作 22 小时(h)，台时效率也很高。一般每小时可达 100 吨以上。

（4）结构是立体的。不多占用码头、货场的面积，具有高大的门架和较长距离的伸臂，因而具有较大的起升高度和工作幅度，能满足港口码头船舶和车辆的机械化装卸、转载以及充分使用场地的要求。

（5）造价高。需用的钢材多，需要较大的电力供给，一般轮压较大，需要坚固的地基，附属设备也比较多，如变电所、电缆等。

2.3组成

大体上由以下几部分组成：

（1）结构部分：包括臂架系统、人字架、旋转平台、司机室、门架等。

（2）机构部分：包括起升机构、变幅机构、旋转机构、运行机构。

（3）电气部分：起重机一般通过电缆卷筒或地沟滑线供电，采用电力直接驱动。只有当电力供应无法解决时，才考虑采用蒸汽发电或柴油发电等复合驱动装置。电气部分一般包括电线电缆、中心集电器、电动机、变压器、电阻器、控制柜、操纵台、照明等。

（4）安全装置部分：包括限位装置、超载限制器、缓冲器、防风抗滑装置等。司机室、机房平台的高度超过 20m 的大型门座起重机则应当考虑安装附属的简易电梯。

3.回转机构

使起重机的回转部分相对于非回转部分实现回转运动的装置称为回转机构。回转机构是臂架型起重机的主要工作机构之一。它的作用是使已被提升在空间的货物绕起重机的竖轴线作圆弧运动,以达到在水平面内移运货物的目的。回转机构与变幅机构配合工作，可使作业面积扩大到相当宽的环形面积。回转机构与运行机构配合工作,可使作业范围扩大到与桥架型起重机一样。港口和水电站门座起重机以及建筑塔式起重机等都是臂架型起重机。货物的水平运输大多依靠回转机构与变幅机构的协同工作来完成，而运行机构一般用来调整工作位置,扩大作业范围。

回转机构主要由两部分组成:回转支承装置和回转驱动机构。

图3.1 回转机构

3.1组成

门座起重机。它的回转部分由:机器房、转柱、臂架、人字架等组成;不回转部分由门架、运行台车等组成。由装在机器房里的立式电动机,通过减速器,驱动小齿轮。小齿轮与固定在支承圆环外侧的大齿圈相啮合,并使小齿轮沿大齿圈作行星转动,从而实现回转部分的回转运动。

3.2设计思考

（1）分析滚动轴承式回转支承装置与转柱式回转支承装置在结构、承载方面的特点以及适用的起重机械;

（2）分析摩擦片式极限力矩限制联轴器对回转机构安全工作起的作用以及存在的不足。

参考文献

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[11]王秀民.起重机械安全技术培训实用教程.中国石化出版社,2008.4

四、方案

1.设计回转机构方案

回转机构的形式和构造，主要根据起重机的用途，工作特点，起重量的大小来进行确定的，因而形成了多种方案的配合。其主要的形式主要分两种驱动配合回转支承装置，本文设计选择的回转支承装置为转盘式回转支承装置，在单排，三排等回转轴承之间，考虑到设计为建筑用的门座式起重机且起重量25T以及成本问题，通过分析单排四点接触转盘轴承四点接触球转盘轴承主要由内圈、外圈、单排钢球、保持架（或隔离块）、密封装置等零件组成。四点接触球转盘轴承内圈、外圈有整体式和分体式结构。整体式套圈的刚性相对较强，分体式调整方便，四点接触球转盘轴承通常有保持架（或隔离块），只有在载荷较大时采用满装球式结构，满装球式四点接触球轴承承载能力大，故选择单排四点接触转盘轴承（外齿形）作为回转支承装置。

图4.1 转盘式回转支承装置（单排球轴承）

1.1机械驱动

机械驱动是应用最广的驱动方式,大部分臂架型回转起重机采用了各种形式的机械驱动装置,它由下列部分组成:原动机(通常是电动机)、联轴器、制动器、减速器和最后一级大齿轮(或针轮)传动机构。为了保证回转机构的可靠工作和防止过载，在传动系统中一般还装设极限力矩联轴器。

根据起重机的用途和构造，回转驱动机构有两种方案布置：1)驱动部分装在起重机的回转部分上,最后一级大齿轮(或针轮)固装在非回转部分上;2)驱动部分装在起重机的非回转部分上,最后一级大齿轮(或针轮)固装在起重机的回转部分上。在大型起重机上,为了减小驱动元件的尺寸,并降低回转驱动机构的功率,可采用两套以上回转驱动机构。 本文选择第一种方案布置。

安装的主要形式有以下几种：

（1）卧式电动机-带制动轮的联轴器-制动器-带极限力矩联轴器的蜗杆减速器-最后一级大齿轮(或针轮)传动。图4.2所示为采用蜗杆减速器的回转机构。这种方案的优点是结构紧凑,传动比大,但效率低。一般只用于要求结构紧凑的中小型起重机。

（2）卧式电动机-极限力矩联轴器-制动器-圆柱圆锥齿轮减速器(或部分采用开式齿轮传动)-最后一级大齿轮(或针轮)传动。图4.3所示为采用圆柱圆锥齿轮传动的回转机构。这种方案的优点是传动效率较高,缺点是平面布置的尺寸较大，对结构刚度和机械安装的要求高。

（3）立式电动机-联轴器-水平安置的制动器-立式齿轮减速器(有时带极限力矩联轴器)-最后一级大齿轮(或针轮)传动。图4.4所示为采用立式电动机的回转机构。这种方案的优点是平面布置紧凑,更好地利用了空间,避免了锥齿轮或蜗杆传动,传动效率高。其中的立式齿轮减速器可采用二级或三级圆柱齿轮传动、圆柱行星齿轮传动、摆线针轮行星传动、少齿差行星齿轮传动或谐波齿轮传动等新型传动装置。这种方案是起重机回转机构较理想的驱动方案,已得到广泛采用。

图4.2 采用蜗杆减速器的回转机构

图4.3 采用圆柱圆锥齿轮传动的回转机构

图4.4 采用立式电动机的回转机构

1.2液压驱动

在驱动方案中，采用液压马达替代电动机作为原动机，就得到液压驱动的回转驱动方案。由于液压驱动广泛应用于汽车式起重机回转驱动机构，所以本次设计不采取此方案。

1.3方案确定

分析上面三种驱动方案，结合实用型和成本问题，优先选用第三种传动方案。优点多，性能稳定，平面布置紧凑,更好地利用了空间,避免了锥齿轮或蜗杆传动,传动效率高。其中的立式齿轮减速器采用二级圆柱齿轮传动，这种方案是起重机回转机构较理想的驱动方案,已得到广泛采用。

2.设计力矩限制器方案

极限力矩联轴器是当旋转外阻力矩太大后打滑，起到保护电动机和整个传动机构的作用。它通常装在电动机和减速。器的联轴器之间(图4.5)，它的摩擦元件一种型式是片式圆盘，随着传递旋转力矩的增大，可以增加片式圆盘数目。另一种型式是锥形摩擦盘，是用上下二个锥形摩擦盘夹住蜗轮圈，有二个摩擦面传动力矩，对中性好，由于摩擦面磨损，蜗轮下沉，影响蜗轮与蜗杆啮合。所以运转时要注意观察，当磨损超过允许值时，在下摩擦盘与蜗轮轴肩之间加垫调整。极限力矩联轴器用于蜗轮传动必须设在蜗轮蜗杆传动副之后，因为旋转惯性力矩很大，这样才能保证制动时不致因蜗杆自锁引起机构的损坏。

本文采用摩擦片式力矩限制器，目的是摩擦片式力矩限制器安全稳定，摩擦片消耗完可替换，在现在大部分工业机器中得到广泛的使用且反馈效果很好，现以成为主流的配置方案

图4.5 摩擦片式极限力矩限制联轴器