机械毕业设计（论文）-10吨位桥式起重机总体设计【全套图纸】

I 编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 十吨位桥式起重机总体设计十吨位桥式起重机总体设计 信机 系系 机械 工程 及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称： 讲师 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 十吨位桥式 起重机总体设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用， 表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、 集体已发表或撰写的成果作品。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 班 级： 机械 96 学 号： 0923283 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院无锡太湖学院 信信机机 系系 机机械械 工工程程 及及自自动动化化 专业专业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 、题目 十吨位桥式起重机总体设计 、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 生产实践所得。根据起重机主要技术参数包括起重量 Q=10t，起 升高度 H=16m，跨度 L=22.5m，起升速度 V=13.3m/min 运行速度 V=116.8m/min 运行速度 V=43.8m/min,机器重量 G=23.471t，小车轨 距 l=2m，工作级别为 M6 进行选择。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟悉桥式起重机的工作特点和基本参数； 熟练掌握桥式起重机的主要零部件和工作原理； 熟练掌握桥式起重机的大小车及起升机构的布置型式； 掌握主梁的受力分析及各种载荷的验算； 能够熟练了解变频调速的基本原理桥式起重机的变频调速； 熟练使用 plc 对桥式起重机进行控制系统的设计。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 96 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所学科组组长研究所所 长长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 VI 摘摘 要要 经过十几年的发展，我国工业化进程不断推进，起重行业的需求进一步增大。桥式起 重机是桥架型起重机中最主要的型式,它具有场地利用率高、作业范围大、适应面广、通 用性强等特点。桥式起重机一般由桥架，起升机构和小车运行机构，大车运行机构，操 纵室，小车导电装置，起重机总电源导电装置等组成。本设计采用 10 吨位电动双梁桥式 起重机进行研究。 全文分五部分内容来完成本次设计课题内容： 第一部分为绪论部分，简要介绍了起重机械的作用、国内外起重机械的发展状况及存 在的问题、我国起重机械的发展方向。 第二部分为总体结构布置的确定，该部分主要分析了起重机的工作特点，主要参数及 组成部分包括起升机构、大小车机构的布置方案，轮压的计算。 第三部分为桥架结构的设计，该部分包括桥式起重机主要尺寸如大车轮距、主梁高度、 端梁高度、加劲板的布置尺寸等和计算载荷，箱型结构主梁，主要焊缝的验算。 第四部分为电气部分的设计，该部分介绍了变频调速的基本原理及发展现状，桥式起 重机的变频调速，起升机构的变频调速，大小车的变频调速及整体 PLC 设计。 第五部分为结论及展望部分，对本设计进行分析总结，论证桥式起重机基本尺寸和电 气部分的可靠性，同时也指出其不足待改进之处。 关键词：桥式起重机；起升机构；桥架结构；PLC Abstract After more than ten years of development, the industrialization of China has continuously promoted, and the crane industry demands further increase.Overhead travelling crane is the main type of overhead type crane and it has the following advantages: high field utilization rate,greater scope of work, wide range adaption,good universality and so on. In general,overhead travelling crane is composed of srane span structure,hoisting mechanism ,wheeling mechanism,travelling mechanism of the larger traveller ,control carbin,the car conductive device,the general supply conductive device of srane etc.This design uses the electric double girder overhead travelling crane research. The full text is divided into 5 parts to complete this design topic content: The first part is the preface.In this part,the effect of crane, the development of the situation and existing problems of lifting equipment at home and abroad,the development direction of China will be introduced. The second part is the determination of the overall layout of the structure.This part mainly analyzes the work characteristics and technical parameters of the crane.The constiturnt part of layout scheme include hoisting mechanism , wheeling mechanism,travelling mechanism of the larger traveller and calculation of wheel pressure will also be mentioned.This part include The third part is the design of the bridge structure.It includes the main dimensions of overhead travelling crane such as the wheelbase of cart,height of main beam,end beam heigt,layout size of the stiffened plate and so on. We will consider the checking of calculating load,box structure beam and main weid. The fourth part is the design of electrical part.The fundamental and development status of frequency control will be talked about. Overhead travelling crane，hoisting mechanism，cart and trolley all need consider frequency control.There is a design of global PLC. In the last part ,according to the conclusion,the paper has made analysis and summary to this design,giving the basic size and electrical part of Overhead travelling crane to be proved,pointing to the deficiencies and needing improvements of the argument. Key words: Overhead travelling crane; ,hoisting mechanism; bridge structure; PLC V 目目 录录 摘 要.V AbstractVI 目 录.V 1 绪论1 1.1 引言 .1 1.2 国外发展现状 .1 1.3 国内发展现状和目标 .1 2 起重机总体结构的布置方案2 2.1 起重机工作时的特点 .2 2.2 起重机主要参数的确定 .2 2.3 起重机的主要组成部分 .2 2.3.1 起升机构的布置方案.2 2.3.2 小车运行机构的布置方案.3 2.3.3 大车运行机构的布置方案.3 2.4 起重机的轮压的计算 .4 2.4.1 桥架支撑反力的计算.4 2.4.2 小车支承反力的计算.5 3 桥式起重机桥架结构的计算6 3.1 主要尺寸的确定 .6 3.1.1 已确定尺寸.6 3.1.2 大车轮距的计算.6 3.1.3 主梁高度的计算.6 3.1.4 端梁高度的计算.6 3.1.5 桥架端部梯形高度的计算.6 3.1.6 主梁腹板高度的选用.6 3.1.7 主梁截面尺寸的确定.6 3.1.8 加劲板的布置尺寸.7 3.2 计算载荷 .9 3.2.1 固定载荷的计算.9 3.2.2 移动载荷的计算.10 3.2.3 水平惯性载荷的计算.10 3.2.4 车轮侧向载荷的计算.11 3.2.5 载荷组合.12 3.3 箱形结构主梁的计算 .12 3.3.1 主梁垂直方向最大弯矩和剪力的计算情况.12 3.3.2 主梁水平方向最大弯矩的计算.13 3.3.3 主梁的强度验算.14 VI 3.3.4 主梁的垂直刚度验算.16 3.3.5 主梁的水平刚度验算.16 3.4 主要焊缝的计算 .17 3.4.1 主梁与端梁的连接焊缝.17 3.4.2 主梁上盖板焊缝.17 3.5 计算总结 .18 4 电气部分的设计19 4. 1 变频调速的基本原理及发展现状 19 4.1.1 变频器工作原理.19 4.1.2 变频调速的方式.19 4.1.3 变频器的类型.20 4.1.4 变频调速时电动机的过渡状态.20 4.1.5 变频器的功能.21 4.2 桥式起重机的变频调速 .21 4.2.1 桥式起重机的负载特点.21 4.2.2 桥式起重机的调速方法和节能比较.22 4.2.3 电动机容量选择.23 4.2.4 变频器容量选择.24 4.3 起升机构的变频调速 .24 4.3.1 起升机构的转矩分析.24 4.3.2 起升过程中电动机的工作状态.24 4.3.3 起升机构对拖动系统的要求.26 4.3.4 起升机构变频器的调速方案.26 4.4 大车的变频调速 .28 4.4.1 大车拖动系统.28 4.4.2 大车变频调速控制要点.28 4.5 小车的变频调速 .29 4.6 PLC 控制系统的设计.29 4.6.1 PLC 控制系统的设计原则29 4.6.2 PLC 控制系统的设计步骤29 4.6.3 PLC 制控系统的类型30 4.6.4 PLC 控制系统设计30 5 结论与展望41 5.1 结论 .41 5.2 不足及展望 .41 致谢42 参考文献43 十吨位桥式起重机总体设计 1 1 绪论绪论 1.1 引言引言 起重机最基本要求是对物体进行垂直升降，同时带动物体在较短的一段距离进行移 动，以此来适应物体在不同状态下的需求。随着时代的发展，起重机在现代生活中扮演 着越来越重要的角色，它为人们节省了大量的人力、物力并在机械自动化方面得到进一 步的发展。 因为看起来像金属的桥架，桥式起重机因此得名。桥式起重机主要被放置在仓库、 工厂等场所并只能在指定的区域内进行工作。 1.2 国外发展现状国外发展现状 在国外，起重机发展速度较快，水平较高。国外在集成电路、微处理器、微型计算 器及电子监控技术等方面具有较大的运用，并在节能、环保方面等方面加大了投入。 1.3 国内发展现状和目标国内发展现状和目标 随着时代的发展，我国起重机械的种类不断增加，但在集成电路和微型计算机方面 仍需不断加强。对比国外发展情况，我国应大力发展机电一体化产品，加强起重机可靠 性和技术水平，应用新技术来改善恶劣工作条件，进一步提高产品质量。 相关业内人士指出，未来全球起重机行业将向重点产品大型化、高速化和专业化方 向，系列产品模块化、组合化、标准化和实用化方向及通用产品小型化、轻型化、简易 化和多样化方向发展。因此本土起重行业应加大开发，注重人才的培养和引进，切实增 强行业的核心竞争力，积极参与国际市场竞争。 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 桥式起重机总体结构上布置桥式起重机总体结构上布置方案方案的确定的确定 2.1 起重机工作时的特点起重机工作时的特点 起重机械是间歇动作并具有一定的重复特点，在搬运物体时，首先起升重物，然后 进行水平方向的移动，随着降落被吊物会回到原始位置。像起升机构包括空载和负载两 种升降情况，而对于大车这类运行机构则具有空载和负载下的往复运动。对于起重机械 的一个工作循环，即搬运一次物品的过程中，相关的工作机构需要进行一次正向和反向 的运动。对于起重机械和连续运输机械的区别就在于前者是以周期性的短暂工作循环往 复运送物品，而后者是以长期连续单向的工作运送物品。就是这种差异导致起重机械与 连续运输在结构和用途上有着区别。 2.2 起重机主要参数起重机主要参数的确定的确定 对于起重机，它的主要参数有额定起重量、上升高度、起升速度、主梁跨度QH qs V 、大车额定工作速度、小车额定工作速度、起重机总质量、轨距、大小车轮L dc V xc VG xc l 距、最大和最小轮压和额定工作级别。BF 6 M 其具体数值如下： ; ; ; ;10Qt16Hm22.5Lm qs V13.3m/ min dc V116.8m/ min ; ; ; ; ; ; xc V43.8m/ minG23.471t2 xc lm5 dc Bm1.4 xc Bm 4 xcmax F3.5 10 N ; ;额定工作级别为。 4 xcmin F1 10 N dcmax F117kN dcmin F52.32kN 6 M 2.3 起重机的主要组成起重机的主要组成部分部分 一个正常起重机由运行机构和起升机构、桥架金属结构和电力设施组成。其中运行 机构和起升机构是使物体作升降及水平方向上的移动，以此来完成一个周期运动。 桥架金属结构是根据起重机的结构进行设计的，像运行机构和起升机构、被掉重物、 桥架本身等这些重力将作用在金属结构上并要满足一定条件下载荷的要求。 电力设施为起重机提供动力来源，并相应提供一些辅助功能。 2.3.1 起升机构的布置方案起升机构的布置方案 本起升机构由吊钩，钢丝绳，制动器，减速器，电动机等部分组成，其中有些零件 采用标准件。 起升机构的连接方式为：电动机依靠联轴器同减速器进行连接，再经过减速器与卷 筒相连，而卷筒上的钢丝绳因为连着吊钩而使物体可以进行升降。 起升机构需先确定技术参数方可考虑布置方案。主要的标准件根据计算进行选用， 而非标准件要对零件受弯矩、剪力和组合载荷等情况进行考虑。 布置方案如图 2.1 所示： 十吨位桥式起重机总体设计 3 图 2.1 起升机构的传动简图 2.3.2 小车运行机构的布置方案小车运行机构的布置方案 小车运行机构依靠电动机与联轴器相连，并通过减速器，低速联轴器与小车主动轮 进行连接。 起重小车运行机构的功能是让小车在水平方向进行移动，使被吊重物能改变工作位 置从而满足不同要求，而被吊重物又可通过小车传递载荷。 小车运行机构分为支撑装置和驱动装置。支撑装置主要通过车轮组传递载荷。运行 时可通过平衡梁来减小轮压，而缓冲器安装在小车上可保证运行的安全。因为开式齿轮 摩擦严重，因此驱动装置采用闭式齿轮传动，驱动方式为集中驱动，小车传动方案如图 2.2 所示： 图 2.2 小车运行机构传动简图 1、电动机 2、制动器 3、减速器 4、车轮 5 联轴器 6 浮动轴 7 联轴器 本方案传动轴所受的扭矩较小，每边轴的扭矩是减速器输出轴扭矩的一半。减速器 输出轴与车轮轴之间的联接采用了半齿联轴器 5 和浮动轴 6，因而便于安装，且允许有较 大的安装误差。由于齿轮的维护保养条件好，齿轮传动构成独立的减速器部件，因而机 构的拆装分组性好。但这种方案中，车轮轴承和联轴器不可避免增多会使运行机构的结 构复杂化，造成制造难度加大。 2.3.3 大车运行机构的布置方案大车运行机构的布置方案 在连接方式上，大车运行机构和小车运行机构基本相同，都是通过电动机与联轴器， 减速器的连接将动力矩传递到到主动车轮组上，其与小车运行机构的主要区别在于两者 间轨距的差别。 因为大车运行机构比起小车运行机构对负载的要求更大，所以大车运行机构采用分 别驱动，这样即方便了安装又不会因一侧电动机损坏而在运行时造成停止。传动方案如 图 2.3 所示： 无锡太湖学院学士学位论文 4 图 2.3 大车运行机构的传动简图 1、电动机 2、制动器 3、联轴器 4、浮动轴 5、联轴器 6、减速器 7、轴承座 8 车轮 2.4 起重机的轮压起重机的轮压的计算的计算 2.4.1 桥架支撑反力的计算桥架支撑反力的计算 考虑到桥架部分为柔性支撑架结构。暂定桥架重心与桥架支承平面交与 O1点，此时 设小车的重心位于 xx 轴线上（如图 2.4） ，那么桥架各支承点在静止状态下的支承反力 如下： 图 2.4 桥架支承反力计算图 (2.1) 1 1 2+2 +11 4442 Q GGG A PPtPP t F LL 桥小运 (2.2) 1 1 2 t +2t +1+1 4442 Q GGG B PPPP F LL 桥小运 (2.3) 1 1 2 t +2t +1+1 4442 Q GGG C PPPP F LL 桥小从 (2.4) 1 1 2 t +2t +11 4442 Q GGG D PPPP F LL 桥小从 式中：: 桥架自身重量（N）=145106 G P 桥 : 小车自重（N）39330 G P 小 : 起升载荷（N） Q P10000 : 起重机运行部分自身重量（N）25204 G P 运 : 从动车轮组自重（N）8920 G P 从 十吨位桥式起重机总体设计 5 : 小车与桥架重心间的距离（m） 1 10.55t : 物品与小车重心间的距离（m）0.2 : 起重机跨度（m）L22.5 当小车位于右端极限位置时，、达到最大值；当小车位于左端极限位置时， B F C F 、达到最大值。 A F D F 当小车处于右极限位置时； 1 t10.55m 2 10.550.2145106393302 10.551000025204 1149690 4422.5422.52 A FN 2 10.550.2145106393302 10.551000025204 1172732 4422.5422.52 B FN 2 10.550.2145106393302 10.55100008920 1164590 4422.5422.52 C FN 2 10.550.2145106393302 10.55100008920 1141548 4422.5422.52 D FN 当小车处于左极限位置时； 1 t10.55m 210.55210.550.2145106393301000025204 1+172732 4422.5422.52 A FN 210.55210.550.2145106393301000025204 1149690 4422.5422.52 B FN 210.55210.550.214510639330100008920 1141548 4422.5422.52 C FN 210.55210.550.214510639330100008920 1164590 4422.5422.52 D FN 2.4.2 小车支承反力的计算小车支承反力的计算 由于小车车架刚度很大，所以为刚性支承架，小车各支承点的支承反力如下计算： (2.5) 2 +1 44b Q G AD PP FF 小 (2.6) 2 +1 44b Q G BC PP FF 小 式中 b 为小车轮距（m） ，其它符号同前。 故： 39300100002 0.2 111611 441.4 AD FFN 无锡太湖学院学士学位论文 6 39300100002 0.2 111039 441.4 BC FFN 3 桥式起重机桥架结构桥式起重机桥架结构的计算的计算 3.1 主要尺寸的确定主要尺寸的确定 3.1.1 已确定尺寸已确定尺寸 根据前面所知数据：额定起重量；主梁跨度；大车正常工作速度Q10tL22.5m ;小车的轨距；小车基距；额定速度; dc V116.8m/ min xc L2m xc B1.4mv13.3m/ min 起重机工作额定级别为 6 级；大车运行机构以分别驱动进行工作：; qs V13.3m/ min ;。 dc V116.8m/ min xc V43.8m/ minG23.471t xc l2m 3.1.2 大车轮距的计算大车轮距的计算 根据公式（3.1）计算大车轮距 (3.1) 11 84 LL 得： 11 22.52.8 5.6m 84 L 取 5mL 3.1.3 主梁高度的计算主梁高度的计算 根据公式（3.2）计算主梁高度 (3.2) 18 L H 得： （理论值） 22.5 1.25m 18 H 3.1.4 端梁高度的计算端梁高度的计算 端梁高度由公式（3.3）进行计算 (3.3) 0 0.4 0.6HH 得： 0 0.4 0.6 1.250.5 0.75mH 取 0 0.7mH 3.1.5 桥架端部上梯形高度桥架端部上梯形高度大小大小 由公式（3.4）可知端部梯形高度为 11 2.25 4.5m 105 CL （3.4） 得: 11 22.52.25 4.5m 105 C 取 2.25mC 十吨位桥式起重机总体设计 7 3.1.6 主梁腹板高度的选用主梁腹板高度的选用 由上可知主梁计算高度为 1.25mh 3.1.7 主梁截面尺寸的确定主梁截面尺寸的确定 主梁中间截面各构件板厚根据表 3-1 推 荐确定如下： 起重机Q(t）5.810（12.5） 15（16）2030（32）50 66.3 12,1416-22 6 8,1010,12 1 腹板厚 1 腹板厚 选取腹板厚；上下盖板厚主梁两腹板间距根据公式（3.5） （3.6）来 1=6mm 2=8mm 选择： (3.5)b 3.5 H (3.6)b 50 L 得: b357mm b450mm 因此取 b=500mm 盖板的宽度由公式（3.7）： b+2 +40B （3.7） 得: 5002 640552mmB 取 550mmB 实际的主梁高度由公式（3.8）： 2Hh （3.8） 得: 12502 81266Hmm 因为主梁支承截面的高度取 h0=700mm，那么实际支承截面的高度为： 0 700+2 8=716mmH 此时主梁对于支承和中间截面尺寸图如下： 表 3-1 箱型主梁腹板和盖板厚度的荐用值 无锡太湖学院学士学位论文 8 3.1.8 加劲板的布置尺寸加劲板的布置尺寸 由于考虑到主梁截面里受压构件的稳定性，所以一些加劲板的增加必不可少，如图 3.3。 1间距较大加劲板 2间距较小的加劲板 3加劲角钢 大加劲板在主梁端部的距离： , 1.25ahm 取 。 , 1.2am 小加劲板在主梁端部的距离： , , 1 1.2 0.6 22 a am 大加劲板在主梁中部的距离由公式（3.9）： (1.5 2)ah （3.9） 得: (1.5 2)1.251.875 2.5am 取 a2m 小加劲板在主梁中部的距离：当小车钢轨用 P15轻轨钢，此时在水平重心线 xx 的 最小抗弯截面模数为 Wmin=47.7cm3，则小加劲板根据连续梁由钢轨的弯曲强度条件得到 （加劲板所在位置为连续的支点；此时加劲板中间受车轮轮压作用）： 由公式（3.10） 图 3.3 箱形主梁的构造图 十吨位桥式起重机总体设计 9 (3.10) 1 6minW a P 得： 1 6min6 47.7 1700 1.2 4000 10000 1.15 4 W am P 式中：小车的轮压，设P xc G4000kg ：动力系数 1.15 ：钢轨的许用应力， 2 1700/kgfcm 因此可知小加劲板间距 a1= =1m。 2 a2 2 考虑到腹板的高厚比,因此要加入水平加劲杆， ；来使腹板保持 1250 208160 8 h 稳定。选择角钢作水平加劲杆。50 50 5 3.2 计算载荷计算载荷 3.2.1 固定载荷的计算固定载荷的计算 桥式起重机桥架上受多种载荷的作用：像固定载荷、移动载荷、水平惯性载荷和大 车运行侧向载荷等。 对于固定载荷，分为均布载荷和集中载荷两类。受载方面对于箱形主梁（主梁、轨 道、走台和栏杆等） ，是为均布载荷；对于司机室、大车运行机构和安装在走台上的起重 机电气设备等，这些为集中载荷。设半个桥架的自重： /2 6400 q Gkg 司机室的重量，其与主梁一端重心的距离；大车运行机构的 0 G1000kg 0 l280mm 重量，其到主梁一端重心的距离为。 1 G750kg 1 l150cm 主梁的均布载荷根据公式（3.11）： /2q l G q L (3.11)得 l 6400 q =2.84kg/cm 2250 主梁的总均布载荷: , 2.84/ l qqkg cm 考虑到当起重机运行不平稳的的情况，桥架由于发生震动，造成固定载荷对桥架的动 力加载。故在计算固定载荷时,要考虑一个冲击系数。k 主梁的均布载荷如公式（3.12）： , qk q （3.12） 无锡太湖学院学士学位论文 10 式中： 根据表 3-2 得到 1.1K m/sec运行速度1.01.01.5:1.63.0: 3.0 K1.01.11.31.3 得: q1.1 2.843.13kg /cm 3.2.2 移动载荷的计算移动载荷的计算 移动载荷的产生主要来源于小车及被吊重物对主梁的作用。由于起升机构在上升或 下降重物时会产生与运动方向相反的惯性力，所以当计算作用在主梁上的轮压时，要引 用一个动力系数来抵消惯性力产生的额外作用。由表 3-3 选用不同主起升量下两个车轮 的轮压值。 521001800 1037003600 1556005700 2073006700 301100010700 501750017000 吊具类型 主起重量 轮压（kg）轮距（mm） b 3850 2700 吊钩式 1100 1400 2400 2400 1 P 2 P 注：和还要考虑动力系数的影响 1 P 2 P , 1 3700Pkg , 2 3600Pkg 考虑动力系数的影响,小车车轮的轮压值由公式（3.13）计算： (3.13) , PP 得： 11 1.15 37004255PPkg 22 1.15 36004140PPkg 式中： 动力系数。1.15 3.2.3 水平惯性载荷的计算水平惯性载荷的计算 当大车运行机构在起动或制动时沿着水平方向会产生惯性载荷，垂直作用在主梁上。 如图 3.5 所示，其中 Pg为起重小车在满载时的质量所造成的水平惯性载荷，依靠与轨道 的接触在跨中作用于主梁；qg为桥架本身的重量产生的水平惯性载荷，在主梁上以均布 载荷的方式进行作用。 由于主动轮只占全部车轮的一半，水平惯性载荷取各个垂直载荷（即起重小车的轮 压集中载荷和主梁的均布载荷）的 1/10。作用位置参照 3.5。则： 表 3-2 轨道冲击载荷 表 3-3 吊钩小车的轮压值 图 3.4 小车轮压情况 十吨位桥式起重机总体设计 11 , 12 37003600 730 1010 g PP Pkg , 2.84 0.284/ 1010 g q qkg cm 3.2.4 车轮侧向载荷的计算车轮侧向载荷的计算 在不同状态下，起重机工作时经常会出现一定程度的歪斜，此时歪斜车轮的轮缘和轨 道侧面产生侧向载荷 S,其方向垂直于起重机运行方向，根据现有经验，侧向载荷与轮压、 跨度 L 和大车轮距 K 有关，可根据（3.14）计算： (3.14) SP 式中： P轮压，选择机构运行最大轮压值； 3.7侧压系数，可按图中曲线取值。 、 3.2.5 载荷组合载荷组合 在一个起重机的运行过程中，所受的载荷不断变化，如起重载荷，自重载荷等为经 图 3.5 水平惯性载荷的作用简图 图 3.6 大车运行歪斜时侧向载荷作用简图 图 3.7 侧压系数值和轮压 K 无锡太湖学院学士学位论文 12 常作用于起重机的，但像惯性载荷等出现时间并不长。即使是经常作用的载荷大小也不 一定保持不变，这时应将载荷在某些特殊的位置进行分析以确保起重机在各个状态下都 能正常工作。对于一些特殊状态可见表 3-4 主 梁 12 大车不动，小车在 规定位置起升或下 降载荷 大车平稳制动，小 车在跨中，满载下 降制动 桥架自重Gq 小车自重 起升载荷 大车起、制动时的惯性载荷 小车起、制动时的惯性载荷 大车运行歪斜时的侧向载荷 q K G 载荷种类 载荷情况 构件 xc G xc G 11 Q 11 Q gg .qP 其中第 1 种载荷组合情况用于计算结构的疲劳强度；而第 2 种载荷组合情况用于结构的强度计算。 3.3 箱形结构主梁的计算箱形结构主梁的计算 3.3.1 主梁垂直方向上最大弯矩和剪力的主梁垂直方向上最大弯矩和剪力的验算验算 当运行机构为分别驱动时，如图 3.8 所示： 主梁垂直方向的最大弯矩由公式（3.15）可得： （3.15） 2 0 0 12 max1 10 0 12 2 4 2 xc G P LBk G lqL PP LL Mk Glk G l PPq L 式中： G1=450kg大车运行机构的重量； l1=150cm大车运行机构的作用位置； G0=1000kg司机室与支点重心的距离； 根据上面已知条件： 2 2250 1403.12 22501.1 1000 280 42554140 225022250 max 425541403.12 4 22502 1.1 750 150 1.1 1000 280 6 6647553.766.65 10 GP M kg cm 表 3-4 主梁与端梁的载荷组合情况 图 3.8 主梁垂直方向载荷简图 十吨位桥式起重机总体设计 13 主梁截面上的最大剪力由（3.16） 计算： 0 max1210 2 G P xc LBLlqL QPPk Gk G LL （3.16） 得： max 2250 1403.13 22502250280 425541401.1 100013114.5 225022250 G P Qkg 3.3.2 主梁水平方向最大弯矩的计算主梁水平方向最大弯矩的计算 主梁水平方向的弯矩是因为大车运行机构在突然启动或者制动情况下所产生的水平 惯性载荷造成的。对于作用在桥架主梁上的水平惯性载荷是由两部分组成：其中一个是 起重小车在吊着重物时产生的集中惯性载荷 Pg；另一个为桥架本身重量引起的均布惯性 载荷 qg。根据上面条件将水平惯性载荷按照他们的重量的 1/10 取值。将下车部分惯性载 荷由两个车轮传递给主梁简化并为一个集中载荷 Pg作用于主梁的跨中。在确定主梁水平 方向的弯矩时，可以认为桥架平面是一个 6 次超静定钢架结构，如图 3.9 所示： 此时作用在主梁跨中的水平弯矩由（3.17）计算： (3.17) 2 max 2 13 4224 gg g P Lq L LL M 式中： 33 1 2 2 8 3 y xc y I cL L KI （3.18） 主梁截面对垂直重心轴线 yy 的惯性矩（cm4） ； 1y I 端梁截面在垂直方向的 2y I yy 的惯性矩（cm4） ； 图 3.9 主梁水平方向弯矩简图 无锡太湖学院学士学位论文 14 集中惯性载荷在主梁上的大小： , 12 37003600 730 1010 g PP Pkg 均布载荷在主梁上的大小： , 2.84 0.284/ 1010 g q qkg cm 取 =2； 1 2 y y I I ; 500200 ()/ 2150 2 xc CKLcm 并且已知： K=500cm;Lxc=200cm。 因此可得： 33 2 8 150200 225022297.7 3 500 2 max 730 225022500.284 22502 2250 1(3) 42296.7 2242296.7 g M =263568.1 5 2.64 10 kg cm: 3.3.3 主梁的强度验算主梁的强度验算 主梁中间截面的最大弯曲应力根据公式（3.19）计算： () max max () G P g G Pg xy M M WW （3.19） 式中：Wx主梁对轴线 xx 的弯曲截面模数，由公式（3.20）计算： 1 3 x h WBh （3.20） 主梁对轴线 yy 的抗弯截面模数，由公式（3.21）计算： y W (3.21) 1 = 3 y B Whb 因此可得： 3 125 0.6 55 0.81258625cm 3 x W Wy= 3 55 0.8 125 0.6504483.3cm 3 65 2 6.65 102.64 10 830/ 86254483.3 kg cm 表 3-5 类载荷组合时钢材的许用应力 十吨位桥式起重机总体设计 15 第1组第2,3组第1组第2组第3组 拉伸，压缩和弯曲16001400230022002050 剪切950850140013001200 端面承压24002150335032003000 圆柱形轴枢局部紧接挤压11501050170016001500 应力种类符号3号钢16锰钢 许用应力 ty i 查表 3-5 得：A3钢的许用应力为： 2 1600/kg cm 故 对于最大剪应力在主梁上的大小根据（3.22）： max max 0 2 G P x QS I （3.22） 式中： 主梁截面上所产生的最大剪力，： max G P Q max 13114.5 G P Qkg Ix0主梁支承截面对水平重心轴线 xx 的惯性矩，根据公式(3.23)计算： (3.23) 0 00 2 xx H IW S主梁支承截面在 yy 垂直重心轴线上的静矩： 0001 1 2 2422 hhh SB （3.24） 因此可得： 4 0 70 0.671.6 55 0.870145348 32 x Icm 3 70 0.670700.8 255 0.82292.6 2422 Scm 2 max 13114.5 2292.6 172.4/ 145348 2 0.6 kg cm 根据表 3-5 可知 A3钢的许用应力， 2 950/kg cm 故： max 在主梁同时受有弯矩和剪力作用的任意截面中，由弯曲正应力和剪应力产生的合 根据公式（3.25）： 22 3 （3.25） 无锡太湖学院学士学位论文 16 即： ,22222 maxmaxmax 38303 172.4822.1/kg cm 由以上可知，满足强度条件。 3.3.4 主梁的垂直刚度验算主梁的垂直刚度验算 主梁在吊着重物时，最大垂直挠度根据（3.26）： 324 1 11 64 48 x PLa f EI （3.26） 式中： 2 1 3600 0.97 3700 P a P 140 0.062 2250 xc B L 5 126.6 8625545962.55.46 10 22 xx H IW 因此可得： 324 65 3700 22501 0.973 1 6 0.0624 0.062 1.5 48 2.1 105.46 10 fcm 许用挠度值根据（3.27）： (3.27) 11 7001000 fL 得： 11 22503.21 2.25 7001000 fcm 因此 ff 由上面的计算可知，主梁的垂直刚度足够。 3.3.5 主梁的水平刚度验算主梁的水平刚度验算 主梁在大车运行时，机构受到惯性载荷的作用下，在水平方向最大挠度根据 （3.28）计算： (3.28) 4 34 15 484384 gg g yy P Lq L LL f EIEJ 式中： g P730kg g q0.284kg /cm 2296.7 4 55 4483.3123290 22 yy B IWcm 十吨位桥式起重机总体设计 17 由此可得： 34 730 22503 22500.284 22504 2250 15 66 4 2296.72296.7 48 2.1 10123290384 2.1 10123290 0.455 fg cm 水平挠度的许用值： 2250 1.125 20002000 g L fcm 因此： gg ff 由上面计算可知，主梁的垂直和水平刚度均满足要求。当起重机不超过额定状态时， 不需要再进行验算。 3.4 主要焊缝的计算主要焊缝的计算 3.4.1 主梁与端梁的连接焊缝主梁与端梁的连接焊缝 主梁与端梁腹板的连接焊缝的剪应力由公式（3.29）计算（查看图 3.10） （3.29） max 3 30 0.7 G P f Q nh h 式中：h0连接处焊缝计算高度， 0 h0.95h0.95 5855cm 因此： 2 3 13114.5 284/ 2 0.7 0.6 55 kg cm 3.4.2 主梁上盖板焊缝主梁上盖板焊缝 主梁在支承处剪力的作用，则上盖板焊缝剪应力根据（3.30）： max G P Q （3.30） max 0 2 0.7 G