5010tX19.5m中轨箱型梁桥式起重机的设计

1 目 录 摘 要 .键字 .ey .论 .1 总体方案设计 .计参数 . 体方案规 划 . 主起升机构的设计 .定起升机构传动方案 .择滑轮组和吊钩组形式 .择钢丝绳 .筒的计算 .动机的确定 .速器的确定 .动器与联轴器的选择 .3 副起升机构的设计 .定起升机构传动方案 .择滑轮组和吊钩组形式 .丝绳的选择 .定卷筒尺寸 .机的确定 .速器的确定 .动器与联轴器的选择 .4 小车 运行机构的设计 .定机构传动方案 .择车轮与轨道并验算其强度 . 2 行阻力计算 .动机的选择 .速器的选择 .动器与联轴器的选择 . 大车运行机构的设计 .定传动机构方案 .择车轮与轨道并验算其强度 .行阻力计算 .动机的选择 .速器的选择 .动器与联轴器的选择 . 金属结构的设计 .式起重机金属结构设计参数 .体设计 .端梁截面积几何性质 .荷 的计算 .梁计算 .梁计算 .梁与端梁的连接 . 度计算 .架拱度 . 设计总结 . 参考文献 . 9 致谢 .3 内容摘要 ： 根据机械设计标准和起重机设计标准及各零部件的选择标准 ,依据所给参数和具体工作环境 ,设计出了桥式起重机小车各个机构。起升机构采用电动机驱动，布置方式采用电 动机轴与卷筒轴平等布置。小车运行机构主动轮采用对面布置方式，集中驱动。各零部件 间采用具有补偿性能的齿轮联轴器连接，带制动轮的联轴器安装在减速器的高速轴上，这样 ,即使联轴器被损坏，制动器仍可将卷筒制动，确保机构安全。为使起升机构布置方便 并增大补偿能力， 在电动机与减速器之间采用浮动轴连接。带制动轮的半齿联轴器和制动 器靠近减速器，万一浮动轴被扭断 ,制动器仍可以制动住卷筒。小车架有两根端梁和两根 横梁组成，端梁焊接成箱形，在端梁与横梁上边焊有钢板 ,钢板上在安装电动机，减速器，制动器和轴承座的地方焊有垫板。 关键词 ： 桥式起重机；起升机构；小车运行机构；小车架 。 4 to of on of of to of of of to on of so if be to In to of if of a in on 5 绪 论 起重机械是用来对物料进行起重、运 输、装卸和安装作业的机械。它可以完成靠人力 无法完成的物料搬运工作，减轻人们的体力劳动，提高劳动生产率，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，在许多重 要的部门中，它不仅是生产过程中的辅助机械，而且已成为生产流水作业线上不可缺少的 重要机械设备，它的发展对国民经济建设起着积极的促进作用。 桥式起重机不但要容易操作，容易维护，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有优 异的耐久性 、无故障性、维修性和使用经济性。加强对桥式起重机的研究和改进，促进其不断发展，必将对整个起重运输行业产生深远的影响。 桥式起重机一般被安装在厂房内，搬运任务比较繁重。 我国桥式起重机械制造行业在二十世纪五、六十年代开始建立并逐步发展壮大，现已形成了各种门类的产品和庞大的企业群体， 桥式起重机 服务于国民经济各行各业，截至 2009 年底，从事起重机械生产的企业约为 1 千多家。 2009 年我国物料搬运（起重运输）行业的工业总产值达到 3,180 亿 元，作为物料搬运（起重运输）行业的最重要子行业，起重机械制造行业的总产值约占物料搬运（起重运输）行业总产值的 50%左右，据此推算， 2009 年我国起重机械制造行业的市场整体销售规模可达 1,590 亿元。桥式起重机是起重机重要的品种，广泛应用于钢铁、冶金、交通运输、能源、化工、机械、轻工、环保、水利等国民经济的各行各业，在国家经济建设中发挥了重要的作用。 6 1 总体方案设计 计参数 表 1式起重机的设计参数 体方案规划 起重机的设计 ,包括起升机构的设计 、 运行机构的设计、金属结构的设计。其中，起升机构的设计包括主起升机构的设计，副起升机构的设计；运行机构的设计包括小车运行机构的设计，大车运 行机构的设计。在金属机构设计中，牵涉到主梁的设计计算，端梁的设计计算。 在起升机构的设计中，牵涉到钢丝绳的选择，起升机构传动方案的确定，选择滑轮组和吊钩组形式，卷筒尺寸的确定，电动机的确定，减速器的确定，制动器与联轴器的选择。 在运行机构的设计中，牵涉到运行机构传动方案的确定，车轮与轨道的选择 ，电动机的选择，减速器的选择，制动器与联轴器的选择。 在金属结构的设计中，牵涉到 起重机金属结构的 总体设计，主端梁截面何性质的计算， 载荷 的计算， 主梁强 度的校核 。 起重机类型 通用 工作级别 道放置 中轨 桥架形式 双梁 50/10t 升机构 主起升 副起升 额定起重量（吨） 50 10 起升高度 (米 ) 12 14 起升速度 (米 /分 ) 作级别 5 运行结构 大车 小车 速度（米 /分） 作级别 5 7 2 主起升机构的设计 起升机构方案的选择 起升机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕装置、取物装置和安全保护装置组成，电动机驱动是起升机构的主要驱动方式，主起升机构布置方式如图 2 123456 7891011图 2升机构配置方案 常见的起升机构钢丝绳卷绕如图 3用双联滑轮组 ,滑轮组倍率 m=5。 图 2滑轮组的型式 8 钩的选择 吊钩尾部螺纹直径的确定： 21224 Q 1 中 最大其中载荷； 2 起动动载系数，由起重机械表 1定 ； F 螺纹根部面积； 1d 螺纹根部直径； 许用应力， ，4n ；选等级强度为 M ，则 ， 。 采用短型吊钩组，根据额定起重量 0 和工作类型 选择直柄单钩 1988，吊钩材料为 纹外径 0 ，螺纹根部直径 91 。 钩螺母的计算 螺母高度不得小于 H： 5 1 . 83069 1 4102 0 0 00 04422212 式中 t=10p 对钢 530 ；公制螺母的高度 2H ；考虑放止动垫片的尺寸取螺母高度： ；螺母外径： 4 4801 外 。 滑轮及滑轮轴承的选择 由钢丝绳直径 4绳，动滑轮直径 滑，选择滑轮的型号为滑轮 J B / T 9 0 0 545081A 。滑轮用内轴套和隔环 :内轴套19995 . 41 1 0 J B / T 9 0 0T 6 5 ；隔环； 1 9 9 90 5 . 4H 1 4 0 J B / ；滑轮轴承： 46216；滑轮挡盖： 1 9 9 90 0 5 . 4A G 1 4 0 J B /。 丝绳的选择 9 采用双联滑轮组，主起升 Q=50t，查取滑轮组倍率 m =5；钢丝绳所受最大拉力： 50m a x 滑式中 定 起 升 载 荷 载 荷 ，0 具 的 自 重 载 荷 。 0 0 0 05 0 0 0 0(0 X=2； m=5； z z = 所选钢丝绳，其破断拉力 须满足： n=5； 所选钢丝绳的直径应满足： 中 机构的工作级别和钢丝绳的抗拉强度有关。取钢丝绳直径 4 ，捻向：交互捻；选择钢丝绳型号为： 69968918/ 筒的计算 筒的基本尺寸 取卷筒直径 ；卷筒的计算直径 卷。 卷筒长度： 100)6040745(2)(2310 光 a 其中 最大起升高度； m 滑轮组倍率；0D 卷筒计算直径， 10 780 ； 1Z 固定钢丝绳安全圈数，取 21 Z ； p 绳槽槽距，查机械设计手册表 20p ； 1L 无绳槽卷筒端部尺寸，021 ； 2L 固定钢丝绳区段的长度， 032 ； 光L 左右螺旋槽之间的距离。 41 3 0 022 7 02m i n 光=88中 l 两侧滑轮绳槽中心线之间的距离， 70 ； 当吊钩滑轮位于最上部极限位置时，卷筒轴和滑轮轴之间的距离， 300m ； 绕上卷筒的钢丝绳分支相对于垂直位置的允许偏角， 4 ；取 00光。 其壁厚按经验公式确定： 。 算卷筒强度 卷筒的采莲采用 抗压强度为 抗拉强度为 卷筒所受压应力： 107 M P 0S m a x M P ak b 压 式中 k 对吊钩起重机的安全系数， k = 压压 ，满足受压强度要求。 由于 卷筒长度 ，尚应计算弯矩产生的拉应力：卷筒的最大弯矩产生在钢丝绳位于卷筒中央时， 2 1m a xm a x 21 98 69 00210 017 9026 02 0 式中 L 卷筒全长； 1L 左右螺旋槽之间的距离； 11 卷筒断面系数： 5 6 0 5 2 05 6 34505142 式中 D 卷筒直径， 60 ； 1D 卷筒内径， 2021 ； 弯矩产生 的拉应力： 4 5 0 5 1 4 22 1 9 8 6 9 0 0 拉 拉压拉拉 卷筒转速 m 1 . 7 55 动机的确定 动机的选择 起升机构静功率： 0 0 0 5 . 94 8 4 5 0 06 0 0 0 0 静 式中 最大起升载荷； 起升机构总效率。 传筒滑 电动机的计算功率：静电 5，可以由工程起重机标 3 19中得到： 8根据机械设计通用手册选定 电 动机，主要指标为：转速 500 ；额定功率 6 ； 速 081 ；输出轴直径 5 ；输出轴长度 40 ;键槽宽 6 。 12 动机发热及过载验算 等效功率：静效 根据表 3 27，查表 3 52机械设计通用手册起升机构曲线 1得r=表 3 28 得 K= 8 80 静效2效，电动机满足不过热条件。 过载验算： 0 . 8 86 0 0 0 011 . 57 . 52 0 4 0 0 01 . 4 z 6 0 0 0 0 符合要求。 速器的选择 电动机的转速： )708750( r 传动比： . 5 36 97 . 5i 卷根 据 减 速 器 选 用 手 册 选 定 1 0 0 0J 减速器型变速器 ) 1991 5560 主要参数 : 输入转速 750r/许用输入功率 31 制动器的选择 根 据 物 体 下 降 时 的 扭 矩静降T: Q 式中 最大载荷量， 04000 ； 0D 卷筒计算直径， ； m 滑轮组倍率， 4m ； i 减速器传动比，i ； 总效率， ； 制动转矩 5 T 静降制T，查机械设计通用手册选择制动器 13 1600 31250400 主要参数：制动轮直径 额定转矩。 轴器的选择 根据电动机输出轴的直径和变速器输入直径选用联轴器 齿轮联轴器和 齿轮联轴器。 主要参数：公称转矩 ； 许用转速3000r/ 转动惯量 。 主要参数：公称转矩 ；许用转矩 2000r/；转动惯量 。 联轴器力矩的校核： 1 3 m a xT k k 8 9 3 . 7 M式中 T 传扭矩的计算值； 按第 类载荷计算的轴传最大扭矩，对高速轴 ，在此m位电动及转矩的允许过载倍数， 33 175 02695 50；其中， 1k 联轴器重要参数，对于起升机构 1k =k 角度偏差系数， 1联轴器符合要求。 14 3 副起升机构的设计 起升机构方案的选择 起升机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕装置、取物装置和安全保护装置组成。电动机驱动是起升机构的主要驱动方式，副起升机构布置方式如图 3 123456 7891011 图 3升机构配置方案 常见的起升机构钢丝绳卷绕如图所示，采用双联滑轮组，滑轮组倍率 m=3。 图 3滑轮组的型式 15 钩的选择 吊钩尾部螺纹直径的确定 : 21224 Q 1 中 最大其中载荷； 2 起动动载系数，由起重机械表 1 ； F 螺纹根部面积； 1d 螺纹根部直径； 许用应力， ，4n ；选等级强度为 M ，则 ， 。 采用短型吊钩组，根据额定起重量 0 和工作类型 选择直柄单 钩 1988，吊钩材料为 纹外径 0 ，螺纹根部直径 91 。 钩螺母的计算 螺母高度不得小于 H： 5 1 . 83069 1 4102 0 0 00 04422212 式中 t=10螺距； p 许用挤压应力，钢对钢 530 。 公制螺母的高度 2H ；考虑放止动垫片的尺寸取螺母高度 ；螺母外径： 4 4801 外。 轮及滑轮轴承的选择 由钢丝绳直径 1绳，动滑轮直径 滑，选择滑轮的型号为滑轮 J B / T 9 0 0 545081A 。 滑轮用内轴套和隔环 :内轴套 19995 . 41 1 0 J B / T 9 0 0T 6 5 ；隔环；1 9 9 90 5 . 4H 1 4 0 J B / 滑轮轴承： 46216；滑轮挡盖： 1 9 9 90 0 5 . 4A G 1 4 0 J B /。 16 3. 3 钢丝绳的选择 采用双联滑轮组，副起升 Q=10t，查取滑轮组倍率 m =3； 钢丝绳所受最大拉力： 960m a x 滑式中 O 1(0 X=2。 m m=3。 z z = 所选钢丝绳，其破断拉力 须满足： 中 n=5。 所选钢丝绳的直径应满足： 中 机构的工作级别和钢丝绳的抗拉强度有关。 取钢丝绳直径 ，捻向：交互捻；选择钢丝绳型号为： 9968918/ 筒的计算 筒的基本尺寸 取卷筒直径 ；卷筒的计算直径（按缠绕钢丝绳的中心计算）卷 ； 卷筒长度： 17 100)6040745(2)(2310 光 式中 0L 卷筒上有螺旋槽部分长 a 其中 最大起升高度； m 滑轮组倍率；0D 卷筒计算直径，780 ； 1Z 固定钢丝绳安全圈数，取 21 Z ； p 绳槽槽距，查机械设计手册表 20p ； 1L 无绳槽卷筒端部尺寸，021 ； 光L 左右螺旋槽之间的距离。 41 3 0 022 7 02m i n 光。 其中 l 两侧滑轮绳槽中心 线之间的距离， 70 ；卷筒轴和滑轮轴之间的距离， 300m ； 绕上卷筒的钢丝绳分支相对于垂直位置的允许偏角， 4 ；取 00光。 其壁厚按经验公式确定 684 0 。 算卷筒强度 卷筒的采莲采用 压强度为 抗拉强度为 卷筒所受压应力： 107 M P 0S m a x M P ak b 压 式中 k 对吊钩起重机的安全系数， k = 压压 ，满足受压强度要求。 卷筒的最大弯矩产生在钢丝绳位于卷筒中央时， 18 2 1m a xm a x 21 98 69 00210 017 9026 02 0 式中 L 卷筒全长； 1L 左右螺旋槽之间的距离；卷筒断面系数5 6 0 5 2 05 6 4505142 。 弯矩产生的拉应力4 5 0 5 1 4 22 1 9 8 6 9 0 0 拉 拉压拉拉 卷筒转速 m 1 动机的确定 动机的选择 起升机构静功率： 0 0 07 9 6 06 0 0 0 0静P=中 最大起升载荷； 起升机构总效率 传筒滑 电动机的计算功率：静电 起重机的工作级别 以由工程起重机标 3 19 中得到： K； 8根据机械设计通用手册选定 00 型电动机，主要指标为：转 速 500 ；额定功率 6 。 速 081 ；输出轴直径5 ；输出轴长度 40 ；键槽宽 6 。 动机发热及过载验算 等效功率 静效 ； 19 根据表 3 27，查表 3 52 起升机构曲线 1 得 r=表 3 28得 K= 8 80 静效； 2效，电动机满足不过热条件。 过载验算： 8 86 0 0 0 011 . 57 . 52 0 4 0 0 01 . 4 z 6 0 0 0 0 静故电动机符合要 求。 电动机转速 : )708750( r 传动比： . 5 36 97 . 5i 卷根据减速器选择 1991 5560 ，主要参数： 输入转速750r/许用输入功率 31 动器的选择 根据物体下降时的扭矩静降T: Q静降 式中 04000；0 ； m 4m ； i i ； ；制动转矩 5 T 静降制T。 20 查机械设计通用手册选择制动器 103 0 0 /5 0Y W Z ， 主要参数：制动轮直径 额定转矩 。 联轴器的选择 根据电动机输出轴的直径和变速器输入直径选用联轴器 齿轮联轴器和 齿轮联轴器。 主要参数：公称转矩 ；许用转速 3000r/转动惯量 。 主要参数：公称转矩 ；许用转矩2000r/转动惯量 。 按第 类载荷计算的轴传最大扭矩，对高速轴 , 动 机 的 额 定 转 矩 ，n 33 175 02695 50 ， 63 3 a x ；其中： 1k 联轴器重要参数，对于起升机构 1k =k 角度偏差系数， 1联轴器符合要求。 21 4 小 车运行机构的设计 起重量 5吨至 70吨范围内的双粱桥式起重机，一般采用四个车轮支承的小车，其中两个车轮为主动车轮。主动车轮由小车运行机构集中驱动。 小车运行机构简图 : 12 34 567 图 4小车运行驱动机构图 择车轮与轨道并验算起强度 参考同类型规格相近的起重机 ,估计小车总重为 1300轮的最大轮压为： )1 1 3 00 03 2 0 00 0(41)(41m a x Gx 车轮的最小轮为 x c 载荷率 : Gx 重机课程设计附表 17 可知选择车轮，当运行速度 见，在相同的循环工况下，应力循环特性是一致的。根据 带孔 50 板的应力集中等级2W，查得1=101 缘板拉伸疲劳需用应力为： = 111 1 (1 )0 b r=221( =Pa 。 度计算 架的垂直静刚度 满载小车位于主梁跨中产生的静挠度为 : Y = 23 ( 3 ) 4 8 2xP =10523105 9 6 2 7 0 02 5 5 0 03(2 7 0 5 0 02 2 8 8 0 0 =800=桥架的垂直动刚度 51 起重机垂直动刚度以满载小车位于桥架跨中的垂直自振频率来表征，计算如下 : 主梁质量 1 5 2 5 5 9 8 1=桥架中点换算质量为1m=2+7390=32941 升质量 2m=m=50000 升载荷 m)g=490000 N；起升钢丝绳滑轮组的最大下放长度为2=16+26m。 桥架跨中静位移为： 0y= 23 ( 3 ) 2 4 8 2Q xP = 325 1 04 9 0 0 0 0 2 8 0 0 0 0 . 5 2 7 0 0 ( 3 2 8 0 0 0 2 7 0 0 )2 4 8 2 . 0 6 1 0 2 . 1 3 0 5 1 0 =升钢丝绳滑轮组的静伸长为： 0= r 3 2 3 7 3 0 1 6 0 0 08 1 1 0 1 7 5 =构质量影响系数为： =2012 0 0() = 23 2 9 4 1 1 6 . 7 3()5 0 0 0 0 1 6 . 7 3 3 6 . 9 =式起重机的垂直自振频率为： 012 ( ) (1 ) =)81021= 2格） 桥架的水平动刚度 起重机水平动刚度以物品高度悬挂，满载小车位于桥架跨中的水平自振来表征，半桥架中点的换算质量 : G x Qm m m m =7390+50000） =41470.5 52 半主梁跨中在单位水平力作用下产生的水平位移为： e= 3113(1 )4 8 4 r= 3592 8 0 0 0 3( 1 )4 8 2 . 0 6 1 0 4 . 2 2 9 1 0 4 1 . 1 3 4 2 =N 桥式起重机的水平自振频率为： 112 = 1 2格） 架拱度 桥架跨度中央的标准拱度值 : 0f=1000L= ，考虑制造因素，实取0y=度中央两边按抛物线曲线 20 24(1 ) 设置拱度，如图：图 6架的拱度 距跨中为1a=84 643 9 . 2 (1 ) =跨中为2a= 4 22 24 163 9 . 2 (1 ) =29.4 跨中为3a= 38 3 此，桥架结构设计全部合格。 53 7 设计总结 经过一段时间的收集资料，实地观察，及老师的指导，终于完成了对此桥式起重机的设计。本次桥式起重机的设计主要包括三方面内容：起升机构的设计；运行机构的设计；金属结构的设计。其中，起升机构的设计包括主起升机构的设计，副起升机构的设计；运行机构的设计包括小车运行机构的设计，大车运行机构的设计 本设计采用 流异步电动机作为源动力，电动机输出轴和减速器的高速轴通过联轴器联接，通过减速器输出比较慢的转速，输出轴通过万向 联轴器与浮动轴联接，浮动轴的另一端通过万向联轴器与车轮的芯轴联接，将动力传递给车轮，以驱动车轮的运行。通过对桥式起重机小车运行机构的总体设计计算、小车运行机构减速器的总体设计计算及零件的校核，较为理想地实现了