造船龙门起重机支腿结构设计

1、XXXX大学本 科 毕 业 设 计 （论文）学 院 机械工程学院 专 业 机械制造设计及自动化 学生姓名 班级学号 指导教师 二零 年 月完整的毕业设计过程CAD装配总图以及各个部件的零件图（图中直接去部分）该毕业设计成果经过严格而完整的毕业答辩过程，并取得优秀。如有需要可以联系 球球第一章 绪论1.1 学术背景及其理论与实际意义1.1.1 学术背景及其理论起重机械是用来对物料进行其重、运输和安装作业的机械。它与我们的生活密切相关，它能减轻体力劳动，提高工作效率、实现安全生产的传统而重要的辅助机械。且起重机在工厂、矿山、车站、港口、建筑工地、仓库、水电站等多个领域和部门中得到了广泛的应用。随着

2、生产规模日益扩大、特别是现代化、专业化生产的要求各种专门用途的起重机相继产生，许多重要的部门中，它不仅是生产过程中的辅助机械，它的发展对国民经济建设起着积极的促进作用。起重机械是一种循环的、间歇动作的、短程搬运物料的机械，一个工作循环一般包括上料、运送、卸料及回到原位的过程。起重机工作时，各机构经常是处于起动、制动以及正向、反向等相互交替的运动状态之中。在高层建筑、冶金、华工及电站等建设施工中，需要吊装和搬运的工程量日益增多，其中不少组合件的吊装和搬运重量达几百吨。因此，必须选用一些大型起重机进行诸如锅炉及厂房设备的吊装工作。在道路、桥梁和水利电力等建设施工中，起重机的使用范围更是极为广泛。无

3、论是装卸设备器材，吊装厂房构件、安装电站设备、吊运浇筑混凝土、摸板、开挖矿渣及其他建筑材料等，均需使用起重机，尤其是水电工程施工，不但工程规模浩大，而且地理条件特殊，施工季节性强，工程本身有很复杂，需要吊装搬运的设备、建筑材料量大品种多，所需要的起重机种类和数量就更多。二十世纪以来，由于钢铁、机械制造业和铁路、港口及交通运输业的发展，促进了起重运输机械的发展。对起重运输机械的性能也提出了更高的要求。现代起重运输机械担当着繁重的物料搬运任务，是工厂、铁路、港口及其他部门实现物料搬运机械化的关键。因而起重机的金属结构都用优质钢材制造，并用焊接代替柳接，不仅简化了结构，缩短了工期，而且大大地减轻了自

4、重，焊接结构是现代金属结构的特征。我国是应用起重机械最早的国家之一，古代我们祖先采用杠杆几辘轳取水，就是用起重设备节省人力的列子。几千年的封建统治年代，工业得不到发展，我国自计制造的起重机很少，绝大多数起重运输设备主要依靠进口。解放以后，随着冶金、钢铁工业的发展，起重运输机械，获得了飞速的发展，全国刚解放就建立了全国最大的大连起重机械厂，1949 年 10 月，在该厂试制成功我国第一台起重量为 50 吨、跨度为 22.5m 的桥式起重机。为培养起重运输机械专业的专门人才，在上海交通大学等多所高等工业学校中，创办了起重运输机械专业。到目前为止，我国通用门式类型起重机和工程起重机（汽车起重机、轮胎

5、起重机、塔式起重机）已从过去的仿制渡到了自行设计制造的阶段。有些机种和产品，无论从结构形式，还是性能指标都达到了较高水平。1.1.2 实际意义我国起重运输机械行业从上世纪五六十年代开始建立并逐步发展壮大，并已形成了各种门类的产品范围和庞大的企业群体，服务于国民经济各行各业。随着我国经济的快速发展，起重运输机械制造业也取得了长足的进步。2005 年起重运输机械行业销售额达到 1272 亿元，“十五”期间平均每年增长超过 30，2006 年依然保持着持续增长的态势，目前的市场前景非常好。70 年代以来，起重机的类型、规格、性能和技术水平获得了很大的发展，除了满足国内经济建设对起重机日益增长的需要外

6、，还向国外出口各种类型的高性能、高水平的起重机。由此可见，起重机的设计制造，从一个侧面反映了一个国家的工业现代化水平。1.2 研究现状及存在问题上个世纪 70 年代以来，随着生产和科学技术的发展，起重机械无论在品种及质量上都得到了极其迅速的发展。随着国民经济的快速发展，特别是国家加大基础工程建设规划的实施，建设工程规模日益扩大，起重安装工程量越来越大，需要吊装和搬运的结构件和机器设备的重量也越来越大，特别是大型水电站、石油、化工、路桥、冶炼、航天以及公用民用高层建筑的安装作业的迫切需要，极大的促进了起重机、特别是大型起重机的发展，起重机的设计制造技术得到了迅速发展。 随着起重机的使用频率、起重

7、量的增大，对其安全性能、经济性能、效率及耐久性等问题，也越来越引起人们的重视，并对设计理念、方法及手段的探讨也日趋深入: 由于在起重机设计中采取常规设计方法时，许多构件存在不合理性，进而影响整个设备性能。计算机技术的应用在很大范围内解决了起重机的设计问题，尤其是有限元分析方法与计算机技术的结合，为起重机结构的准确分析提供了强力的有效手段，在实际工程已日益普及，且今后的结构分析从孤立的单独构件转变到结构系统的整体空间分析。 第二章 设计任务说明书2.1 选题意义随着国民经济的快速发展，特别是国家加大基础工程建设规划的实施，建设工程规模日益扩大，起重安装工程量越来越大，需要吊装和搬运的结构件和机器

8、设备的重量也越来越大，且对起重机的安全性能、效率及耐久性的要求愈来愈高。按照普遍的构造形式，及造桥用龙门吊应满足工艺性好、通用性好及机构安装检修方便，以便加快施工速度，缩短施工周期的特点，龙门架采用箱形双梁结构，支腿分别采用刚性支腿和柔性支腿，这种结构能够比较处理好功能和技术的要求。通过这次60t门吊设计，了解钢结构设计的基本过程，巩固大学四年以来所学的专业知识，为以后工作坚固的基础。 2.2 设计任务本次毕业设计题目为60t门吊设计，龙门吊的主要设计参数为：跨度 35 、最大起升高度20 、主起升为60t 、副起升30t 。工作状态风压：w0=0.25 kN/m 2，非工作状态风压：w0=1

9、.0 kN/m 2 。要求: （a）、简化结构的力学模型，荷载计算，设计和验算支腿，大车等构件；（b）、所有图纸均用 AUTOCAD 软件绘制；包括三维的proe造型; 根据设计要求作出起重机的总装图，支腿的总装图，大车行走机构的部件图，车轮组的部件图，及其一些零件的零件图，满足使用功能要求的措施。龙门吊应力计算，支腿机构设计计算，大车行走机构的计算，包括电动机的选择、减速器的选择等。2.3 结构设计依据的主要现行设计及施工规范（1）.起重机设计规范 （GB3811-83）（2）.起重机安全规程 （GB6067-85）（3）.通用门式起重机 （GB/T14406-93） （4）.钢结构设计规范

10、 （GB500172003）（5）.起重设备安装工程施工及验收规范 （JBJ31-96）第三章 总体计算与主梁参数31 总图及主要技术参数3.1.1 主要技术参数箱形双梁龙门造船起重机，由一个两根箱形主梁和两根横向端梁构成的双梁桥架，在桥架上运行起重小车，可起吊和水平搬运各类物件。箱形双梁结构具有加工零件少，工艺性好、通用性好及机构安装检修方便等一系列优点。他的主要组成部分有小车（主、副起升机构、小车运行机构和小车架）、桥架（主梁、支腿）、大车运行机构和电气设备。起重量 ： 主钩Q主 = 230 t ，副 Q=30t ； 跨度 ： L = 35 m ；起升高度 ： H =20m；工作制度 ：

11、主起升 ：中级副起升 ：中级 小车运行 ：中级 大车运行 ：中级工作速度 ：主起升速度 ： v = 6 m/min ；副起升速度 ： v = 6 m/min ；小车运行速度 ： v = 39 m/min ； 大车运行速度 ： v = 37.5 m/min ；小车轨距 ： 3 m ；大车轮距: 35m ； 工作级别 ： M53.1.2总图及结构图 3-1 60t龙门起重机总图 3-2 起重机结构图3.2 主梁小车计算参数 主梁结构采用箱形双主梁结构形式，箱形桥架见简图 图3-3主梁结构形式梁自重载荷 PG =12801.0 =1280KN 材料：Q345 上小车自重： 下小车自重： 工作级别 :

12、 M5 运行速度： 39m/min吊具自重载荷：0.5t 水平惯性载荷 小车制动时，产生的水平载荷：PH小 =226.2KN大车制动时，产生的水平载荷 ：PH大梁=62.4 KN起重机偏斜运行时对龙门结构产生的附加载荷 ： Ps=2P第四章 支腿设计计算4.1 支腿计算4.1.1载荷计算（1）.自重载荷 由机械工程手册12卷，箱形双梁龙门吊支腿单位长度自重取0.2-0.4倍的主梁单位长度自重，则： 刚性支腿单位长度自重为： 柔性支腿单位长度自重为：（2）水平惯性载荷 式中 M考虑起重机驱动力突加或突变时，对金属结构的动力影响，通常取M=1.5； m支腿的质量（kg）, a加速度，；大车制动时，

13、产生的水平载荷： KN(3)风载荷 式中 C风力系数，由起重机设计规范GB3811-2005表5-6插值得C=1.55风压高度变化系数，工作状态时=1，非工作状态时，由起重机设计规范知=1.54； q风压，工作状态时q工作=250N/m2 ,非工作状态时 A迎风面积，A钢=（3+1.2）*20/2=42m2 A柔=19*0.6=11.4m2刚性支腿： 工作状态时：=25.1KN 非工作状态时： =100.3KN柔性支腿： 工作状态时：=6.82KN 非工作状态时：=27.2KN4.1.2 内力计算 内力计算分龙门架平面内和支腿平面内两种情况讨论，见表4-1、表4-.2表4-1 龙门架平面支腿内

14、力计算名称计算简图和内力图内力值备注A.由自引起的内力 计算简图弯矩图剪力图名称 计算简图和内力图内力值备注轴力图B.起升载荷小车自重（跨中）引起的内力计算简图弯矩图名称计算简图和内力图内力值备注剪力图轴力图C.起升载荷小车自重（端支座）引起的内力计算简图弯矩图剪力图D.由小车惯性力引起的内力KN158.3kn计算简图弯矩图剪力图名称 计算简图和内力图 内力值备注轴力图E.由风载荷引起的内力 计算简图弯矩图名称计算简图和内力图 内力值备注剪力图轴力图 表4-2支腿平面的支腿内力计算名称 计算剪图和内力图支座反力V或轴力和弯矩MA.由起升载荷、自重载荷、小车自重引起的内力 刚性支腿 刚性支腿柔性

15、支腿 名称 计算简图和内力图支座反力V或轴力和弯矩M柔性支腿B.大车制动时产生的水平惯性力引起的内力刚性支腿名称 计算简图和内力图支座反力V或轴力和弯矩M柔性支腿名称 计算简图和内力图支座反力V或轴力和弯矩MC.由风载荷引起的内力刚性支腿 柔性支腿名称 计算简图和内力图支座反力V或轴力和弯矩M柔性支腿 4.1.3 载荷组合计算（1).龙门架平面内在龙门架平面内，支腿的上端面为危险截面，需计算该截面处得最大轴向压力和最大弯矩。 .工况1：大车不动，小车满载运行至跨中或支座处制动，吊重下降制动。小车在跨中时：A+B+DM=7917KN V=500+959.6-158.3=1301.3KN 小车在支

16、座时：A+C+D M7917KNV=500+1766.3-158.3=2108KNM=7917 KNV=2108KN .工况2：大车不动，小车满载运行至跨中或支座处制动，吊重下降制动，分向垂直大车轨道。小车在跨中时：A+B+D+EM=7917+1102.5=9019.5 KNV=500+959.6-158.3-22.1=1279.2KN小车在支座时：A+C+D+EM7917+1102.5=9019.5 KNV=500+1766.3-158.3-22.1=2085.9KN M=9019.5 KN V=2085.9KN(2).支腿平面内在支腿平面内，支腿的下端为危险面，需计算该截面处得最大轴向压力

17、和最大弯矩。.工况1 : A+B大车运动制动，小车满载运行至支座处（支座处反力最大）不动。刚性支腿下端最大弯矩: V=2256.3KN柔性支腿下端最大弯矩：V=-1167.3+15.4=-1151.9下端横梁的轴力： N=299.6-11.6=288KN工况2：A+B+C刚性支腿下端最大弯矩：V=2256.3KN柔性支腿下端最大弯矩:V=-1167.3+15.4+11.9=-1140KN下端横梁的轴力: N=299.6-11.6-9.0=279KN4.2. 支腿几何参数设计由于门机的L30m采用一刚一柔支腿，在计算门架平面内力时，采用静定简图，但是在计算支腿平面内力时，采用超静定简图。4.2.

18、1刚性支腿（一）、支腿简图 图4-1 刚性支腿简图（二）、支腿截面几何参数设计计算在门架平面内，支腿上端宽度取bl=（1.21）H， H为主梁的高度。H=2m 取bl=2400mm。在支腿门架平面内，支腿上端宽度C上=1800mm，对于带马鞍的门式起重机，如下图一支腿，在门架平面内设定为上宽下窄，通常其尺寸宽差率为；(b上-b下)/ b上0.7，通过计算：b下=720mm，取b下=720mm在支腿门架平面内设定为上下宽度一样，则C下=1800mm ，厚度为20mm I-I 截面 II-II截面图4-2 刚性支腿截面 刚性支腿截面I-I净面积: A1-1=2400202+(1800-40)202

19、=mm2对x轴： 总惯性矩： 对y轴： 总惯性矩： 刚性支腿截面II-II净面积: AII-II=1800202 +720202=mm2对x轴： 总惯性矩： 对y轴： 总惯性矩：上端截面截面特性： 截面积： 惯性矩： 抗扭系数: 惯性半径：下端截面截面特性： 截面积：A= 惯性矩： 抗扭系数： 惯性半径： 图4-3刚性支腿立面图 4.2.2 柔性支腿柔性支腿采用圆管结构，选用无缝管，两圆管夹角为，外径为D=640mm,厚度为20mm。见图4-4。截面积：A=389.36惯性矩： 惯性半径： 抗扭系数：图4-4 柔性支腿4.3. 支腿的强度校核在龙门架平面内，支腿上端为危险截面，在支腿平面内，支

20、腿下端为危险截面。支腿为压弯构件，其危险截面的强度校核公式如下： 式中 V支腿的轴向压力，由垂直载荷和水平载荷引起的垂直反力； M计算截面上的弯矩； A计算截面上的支腿截面积； W计算截面上的支腿截面抗弯模数；轴压稳定系数，根据支腿柔度由轴压稳定系数表查取。其中为变截面支腿的折算长度系数，由起重机金属结构表8-9查取：u是由支腿的支承情况决定的折算长度系数，支腿在龙门架平面内的支承情况决定的折算长度系数，支腿在龙门架平面内的支承情况可视为上端固定，下端铰支，则u=0.7；支腿在支腿平面内的支承情况可视为下端固定、上端自由，则u=2.1，i 为支腿计算截面的最小关系半径。4.3.1刚性支腿(一)

21、 龙门架平面内，由起重机设计手册表4-5-15查值，得，为变截面构件的惯性矩折算系数。该截面尺寸为，求得其截面特性为：截面积：A=2590.1cm2惯性矩： 惯性半径： 抗扭系数： 由起重机金属结构表8-9查得，得变截面支腿折算长度系数。，属于b类截面，Q345钢，查轴心受压构件稳定系数表，得稳定系数：工况1： =工况2： =满足要求。(二) 支腿平面内，由起重机设计手册表4-5-15查值，得 该截面尺寸为，求得其截面特性为：截面积：A=mm2 惯性矩：惯性半径： 抗扭系数：由起重机金属结构表8-9查得，变截面支腿折算长度系数 查轴心受压构件稳定系数表，得稳定系数； 满足要求4.3.2 柔性支

22、腿取单根钢管为计算单元，支腿上端与主梁用铰球相连接，故上端弯矩为0，剪力为： h=29100mm 支腿截面为轧制圆形截面，属于a类截面，查轴心受压构件稳定系数表，查得稳定系数：Pn=4.38kW式Pj 满载时的静阻力，Pj=7547.9N；Vc大车的运行速度（m/s）,Vc=70m/s；GD2机构的总飞轮矩,GD2=1.2*(GD2)d=1.758kgm2；n1电动机的额定转速, n1=964r/min；tq机构的启动时间,参见下面的计算,取值8s；as平均启动转矩标么值,绕线异步电机取1.7；(二) 大车运行机构过热校验：运行机构电动机稳态平均功率Ps=G 式中：Pj满载运行是的静阻力，Pj

23、=7549.5N；G 按3中附表24所列值，其中桥式起重机G分级由3中附表25查得为G2，CZ值为600，故G=0.95；根据简易的发热校验法可以取得K=1.7，查3中附表26可得允许的输出功率P=11kWPs=6.21Kw；故发热校验通过。5.3.3 选择减速器= 式中：减数器的计算输入功率（kw） 刚性动载系数；=1.22.0，取=1.5 基准接电持续率时电动机额定功率（kw） 工作级别，I=5 P 标准减数器承载能力表中的许用功率（kw）=1.5*16*1.12=24P=27.4kw选择减速器的型号为ZSC-600，速比为60，运行速度为30m/min5.4 计算选择制动器和联珠器5.4

24、.1 选择制动器由1知取制动时间 tz=3s按空载计算制动力矩，即Q=0代入1的（7-16）式 式中 :=-35.64Nm；Pp=0.002G=0.002*=1072N坡度阻力；=4343N m=2制动机台数，两套驱动装置。所以=248.95Nm选择制动器的型号为YWZ-200/25，制动轮直径为200mm，制动力矩200N/m,液压推动器型号YT1-25。5.4.2选择联轴器根据机构传动方案，每套机构的高速轴和低速轴都采用浮动轴：机构高速轴上的计算扭矩：式中 联轴器的等效力矩： 等效系数，见3表2-6查得，=1.4； 安全系数，由表2-18查得=1.4由3附表31查得，电动机YZR200L-

25、6，轴端为圆锥形，d1=65mm,l=105mm,由3查表3-10-11得QJR-D-280-20PW型减速器高速轴端为圆柱形，d=48mm,l=110mm,故在靠近电动机端从中表3-12-8选择两个带制动轮齿3，重量G=27.6kg，浮动轴端取d=60mm。在靠近减速器端，由2中查表3-12-7查得选用两个半齿3联轴器， 其=3150Nm,GD2l=0.12，重量G=25.4kg.高速轴上连轴器的飞轮矩之和为，与原估计基本相符合，故有关计算不需重复。低速轴的计算扭矩： 由2查表3-10-4得QJR-D-280-20CW型低速轴端为圆柱形，d=90mm,l=130mm，由3附表19得Dc=80

26、0mm的主动轮的伸出轴端为圆柱形，d=95mm，l=145mm，由2中表3-12-6可查选用两个全齿联轴器 5.5 验算运行速度和实际所需功率车轮转速：nc= 机构传动比： i0=n1/nc=964/37.15=25.94 实际运行速度： Vdc=Vdc*i0/i0 =7025.94/25=73.79m/min；误差:= 实际所需电动机静功率：Nj=Nj=4.8973.79/70=7.89kW； 由于NjNe故所选减速器和电动机合适。结 论我们已经看到世界上工业发达国家已经开始进入新的技术革命时代，这个时代的特征是有大量的新技术出现，它使企业开始走向小型化、分散化和专业化；另一个特征是知识的不断更新，生产达到高度柔性化阶段。我国目前仍然处在设计、生产周期化阶段，起点低、设备落后，相对发达国家落后20年左右。如果我国能从国外工业发展中得到启示，将可加快我国起重机械工业的发展。 我们必须调整产品结构、企业结构，应将大而全、小而全的企业改革成为独立的专业化工厂，企业之间密切联系和协调，减少标准件以外组合部分的加工制作。 近年来，起重机制造企业的订货合同，按照非标准尺寸和特殊要求订货的用户越来越多，约占标准产品的60%，但生产一台非标准起重机的