毕业设计任务书
毕业设计题目：32/5t吊钩桥式起重机设计
毕业设计专题题目：
毕业设计主要内容和要求：
设计一台吊钩桥式起重机，主要参数为：起重量（主起升）：32t，起升高度（主起升）：16m，起升速度（主起升）：7.5m/min，起重量（副起升）：5t，起升高度（副起升）：18m，起升速度（副起升）：20m/min，小车运行速度：42m/min，大车运行速度：74m/min，跨度：22.5m，工作级别：A5
摘 要
随着我国制造业的发展，起重机越来越多的应用到工业生产当中。在工厂中搬运重物，机床上下件，装运工作吊装零部件，流水线上的定点工作等几乎都要用到起重机。起重机中数量最多，在大小工厂之中均有应用的就是桥式起重机。桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车，一般由起重小车、架桥运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处，在我国机械工业中占有十分重要的地位。但是，我国现在应用的各大起重机还是仿造国外落后技术制造出来的，而且已经在工厂内应用了多年，无论在质量上还是在功能上都满足不了日益增长的工业需求。如何设计使其成本最低化，布置合理化，功能现代化是我们研究的课题。本次设计就是对桥式起重机进行设计，主要设计内容是32/5t桥式起重机的结构及运行机构，其中包括桥架结构的布置计算及校核，主梁结构的计算及校核，端梁结构的计算及校核，主端梁连接以及大、小车运行机构零部件的选择及校核。
关键词：制造业 ；桥式起重机
ABSTRACT
As the developing of the manufacturing industry, crane has been applied to the industrial production more and more. Carrying a heavy load in the factory, taking the machine parts, lifting parts of shipment up and down and the work on the assembly line almost connect with the crane. The largest number of cranes which is applied to many kinds of the factories is the bridge crane. Bridge crane is a bridge along the high rail , also known as air crane. Bridge crane consists of trolley，operation mechanism, and metal structure. Trolley is composed of hoist mechanism , operation mechanism and frame of trolley. Bridge crane is widely used in indoor and outdoor storage, plant, port and open storage yard, etc. It has played a vital part in the machinery industry. However, our current crane in application still copy backward technology abroad, and has been applied in the factory for too many years. Both in quality and functionality are not to meet the growing industrial demand. How to design it to realize the lowest cost, reasonable layout, modern function is the subject of our study. My design is a bridge crane design, the main design elements are 32/5t bridge crane structure and operation mechanism, including the calculation and checking of the bridge and the main beams and the end beams, besides , the connection between the main and end beams and the choice about crane parts are also going to be designed and checked.
Keywords：manufacturing industry ; bridge crane
目 录
1 概述 ……………………………………………………………………………1
1.1起重机械的用途、工作特点及其在经济建设中的地位…………………1
1.2起重机械的发展简史及发展动向…………………………………………1
1.3起重机械的组成和类型……………………………………………………2
1.3.1起重机械的组成 …………………………………………………………2
1.3.2起重机械的类型 …………………………………………………………2
1.4桥式起重机的分类、用途、基本结构、基本参数及工作等级…………3
1.4.1桥式起重机的分类 …………………………………………………………3
1.4.2桥式起重机的用途 …………………………………………………………3
1.4.3桥式起重机的基本结构 ……………………………………………………4
1.4.4桥式起重机的基本参数 ……………………………………………………4
1.4.5桥式起重机的工作等级 ……………………………………………………6
2小车起升机构和运行机构的计算…………………………………………………6
2.1起升机构计算 …………………………………………………………………6
2.1.1确定起升结构传动方案，选择滑轮组和吊钩组 …………………………6
2.1.2选择钢丝绳 …………………………………………………………………7
2.1.3确定滑轮主要尺寸 …………………………………………………………7
2.1.4确定卷筒及卷筒部件尺寸并验算强度 ……………………………………8
2.1.5选电动机 …………………………………………………………………16
2.1.6验算电动机发热条件 ……………………………………………………17
2.1.7选择标准减速器 …………………………………………………………17
2.1.8验算起升速度和实际所需功率 …………………………………………18
2.1.9校核减速器输出轴强度 …………………………………………………18
2.1.10选择制动器………………………………………………………………19
2.1.11选择联轴器…………………………………………………………………20
2.1.12验算起动时间……………………………………………………………21
2.1.13验算制动时间……………………………………………………………22
2.1.14高速浮动轴计算…………………………………………………………23
2.2小车运行机构计算 …………………………………………………………25
2.2.1确定机构传动方案 ………………………………………………………25
2.2.2选择车轮与轨道并验算其强度 …………………………………………26
2.2.3运行阻力计算 ……………………………………………………………27
2.2.4选电动机 …………………………………………………………………27
2.2.5验算电动机发热条件 ……………………………………………………28
2.2.6选择减速器 ………………………………………………………………28
2.2.7验算运行速度和实际所需功率 …………………………………………28
2.2.8验算起动时间 ……………………………………………………………28
2.2.9按起动工况校核减速器功率 ……………………………………………29
2.2.10验算起动不打滑条件……………………………………………………29
2.2.11选择制动器………………………………………………………………30
2.2.12选择高速轴联轴器及制动轮……………………………………………30
2.2.13选择低速轴联轴器………………………………………………………31
2.2.14验算低速浮动轴强度……………………………………………………31
3大车运行机构的计算……………………………………………………………32
3.1确定传动机构方案 …………………………………………………………32
3.2选择车轮与轨道，并验算其强度 …………………………………………32
3.3运行阻力计算 ………………………………………………………………34
3.4选择电动机 …………………………………………………………………35
3.5验算电动机发热条件 ………………………………………………………35
3.6选择减速器 …………………………………………………………………35
3.7验算运行速度和实际所需功率 ……………………………………………36
3.8验算起动时间 ………………………………………………………………36
3.9起动工况下校核减数器功率 ………………………………………………37
3.10验算起动不打滑条件………………………………………………………37
3.11选择制动器…………………………………………………………………38
3.12选择联轴器…………………………………………………………………39
3.13浮动轴高速轴的验算………………………………………………………40
4桥架结构的计算参数……………………………………………………………41
4.1主要尺寸的确定 ……………………………………………………………41
4.1.1 大车轮距 …………………………………………………………………41
4.1.2 主梁高度 …………………………………………………………………41
4.1.3 端梁高度 …………………………………………………………………41
4.1.4 桥架端梁梯形高度 ………………………………………………………41
4.1.5主梁腹板高度 ……………………………………………………………41
4.1.6 确定主梁截面尺寸 ………………………………………………………41
4.2主梁的计算 …………………………………………………………………43
4.2.1计算载荷确定 ……………………………………………………………43
4.2.2主梁垂直最大弯矩 ………………………………………………………43
4.2.3 主梁水平最大弯矩 ………………………………………………………44
4.2.4 主梁的强度验算 …………………………………………………………44
4.2.5 主梁的垂直刚度验算……………………………………………………45
4.2.6 主梁的水平刚度验算……………………………………………………46
4.3端梁的计算 …………………………………………………………………47
4.3.1计算载荷的确定……………………………………………………………47
4.3.2端梁垂直最大弯矩…………………………………………………………47
4.3.3端梁水平最大弯矩…………………………………………………………47
4.3.4端梁截面尺寸的确定………………………………………………………48
4.3.5端梁的强度验算……………………………………………………………48
4.4主要焊缝的计算 ……………………………………………………………50
4.4.1端梁端部上翼缘焊缝………………………………………………………50
4.4.2端梁端部下翼缘焊缝………………………………………………………50
4.4.3主梁与端梁的连接焊缝……………………………………………………50
4.4.4主梁上盖板焊缝……………………………………………………………50
5桥式起重机维护制度 ……………………………………………………………52
6桥式起重机的润滑部位及注意事项 ……………………………………………54
7桥式起重机安全检查项目 ………………………………………………………55
参考文献 ……………………………………………………………………………58
翻译部分
英文原文 ………………………………………………………………………59
中文译文 ………………………………………………………………………63
致谢 …………………………………………………………………………………67
１ 概述
1.1起重机械的用途、工作特点及其在经济建设中的地位
起重机械是用来对物料进行起重、运输、装卸、或安装等作业的机械设备。它在国民经济各部门都有广泛的应用，起着减轻体力劳动、节省人力、提高劳动生产率和促进生产过程机械化的作用。例如，一个现代化的大型港口，每年的吞吐量有几千万吨乃至上亿吨，被运送的物料品种繁多，有成件物品，也有散装材料或液态材料。为了尽快地完成如此繁重的装卸任务，如不采用成套的起重运输设备，那是不可想象的。码头边上，吊车林立，成了现代化港口的重要特点。因此说，起重机械在现代化的生产过程中决不是可有可无的辅助工具，而是合理组织生产的必不可少的生产设备。
起重机械在搬运物料时，经历上料、运送、卸料和回到原处的过程，有时运转，有时停转，所以它是一种间歇动作的机械。一个工作循环时间一般从几分钟到二三十分钟，其间各机构在不同时刻有短暂的停歇时间。这一特点决定了电动机的选择和发热计算方法；由于反复运动和制动，各机构和结构将承受强烈的振动和冲击，载荷是正反向交替作用的，许多重要构件承受不稳定变幅应力的作用，这些都将对构件的强度计算产生较大的影响。
起重机属于有危险性作业的设备，它发生事故造成的损失将是巨大的。所以，起重机设计和制造一定要严格按照国家标准和有关规定进行。
1.2起重机械的发展简史及发展动向
简单的起重运输装置的诞生，可以追溯到公元前5000～4000年的新石器时代末期，为埋葬和纪念死者而修筑石棺和石台，我国古代劳动人民已能开凿和搬运巨石。蒸气机的出现，推动了第一次工业革命，起重机械也因之有了较大发展。1827年，出现了第一台用蒸气机驱动的固定式回转起重机，从此结束了起重机采用人力驱动的历史。在工业发展中，电力驱动的出现是起重机械蓬勃发展的转折点。1880年，出现了第一台电力驱动的载客升降机。1885年，制成了电力驱动的回转起重机，从后制成了电力驱动的桥式起重机和门座起重机等。二次世界大战期间，新产品、新材料、新工艺不断出现。例如：由于自动焊接新技术的出现，箱形结构的桥式起重机越来越受到人们的欢迎；由于计算机技术的推广应用，利用计算机进行辅助设计（CAD）和辅助制造（CAM），使起重机的整机布置更趋优化，基本零部件更加紧凑耐用；由于自控技术和数显技术的广泛普及，使起重机的控制和安全保护装置大为改善，保证了操作的安全性和可靠性。
纵观世界各国起重机械发展的现状，对今后的动向，可归纳如下：
大型化
由于石油、化工、冶炼、造船以及电站等的工程规模越来越大，所以吊车起吊物品的重量也越来越大。
重视“三化”，逐步采用国际标准
所谓“三化”，是指起重机械的标准化、系列化和通用化。贯彻“三化”可以缩短设计周期，保证产品制造质量，便于管理和提高经济效益。
实现产品的机电一体化
机械产品需要更新换代。在当今计算机技术、数控技术及数显技术大发展的年代里，更新换代的重要标志是实现产品的机电一体化。在起重机械上应用计算机技术，可以提高作业性能，增加安全性，以至实现无人自动操作。
人机工程学的应用
起重机械一般应用在沉重和繁忙的、环境比较恶劣的场合。为减少司机的作业强度，保持旺盛的注意力，应根据人机工程学的理论，设计驾驶室，改善振动于噪声的影响，防止废气污染，使其符合健康规范的要求。
1.3起重机械的组成和类型
1.3.1起重机械的组成
起重机由产生运动的机构、承受载荷的金属机构、提供动力和起控制作用的电气设备及各种安全指示装置等四大部分组成。
起重机机构有四类，即：使货物升降的起升机构；作平面运动的运行机构；使起重机旋转的回转机构；改变回转半径的变幅机构。每一机构均由电动机、减速传动系统及执行装置等组成。设计时应尽可能采用标准的零部件加以组合，以利于制造和维修。金属结构则要根据使用要求进行设计制造。电动机和控制设备大多是标准产品，安全指示装置通常从市场购买，特殊的由制造厂设计制造。
1.3.2起重机械的类型
根据使用要求，设计任何合适的起重机形式。但从构造特征看，种类繁多的起重设备可归纳为三大类。
单动作起重设备
这类起重设备是使货物作升降运动的起升机构。常见的下列几种：
千斤顶 一种升降行程很小，举升能力较大的小型起重设备。螺旋千斤顶或齿条千斤顶可用于汽车维修；液压千斤顶可将大型起重机顶起以更换车轮。
滑车（俗称葫芦） 一种用链条或钢丝绳与滑轮构成的省力滑轮组，结构紧凑，质量轻，是一种可携带的起重工具，有手动和电动两种。电动葫芦则是一种电动起升机构，配有运行小车后可在空间布置的工字钢轨上运行，构成单轨架空道，是一种生产流水线上空的自动运货车。电动葫芦亦可作为梁式起重机的起升机构。
绞车 由电动机经减速器、卷筒、驱动钢丝绳滑轮组成的起重设备，用以起吊重物或产生牵引力。在矿山、建筑工地及舰船等处应用。各类起重机的起升机构都是一种绞车。
升降机 一种由绞车拖动吊厢，吊厢沿刚性轨道升降的起重设备。在建筑工地上应用的建筑升降机是一种最典型的形式。在高层建筑物中应用的电梯是供人员上下楼使用的。矿山使用的矿井提升机与电梯类似，但更加大型化。
桥式类型起重机
依靠起重机运行机构和小车运行机构组合，使起吊的货物作平面运动，再加上置与小车上的起升机构，作业的范围是长方形空间。根据结构形式不同有下列几种：
桥式起重机
门式起重机，包括装卸桥，岸边集装箱起重机等。
缆索起重机
回转类型起重机
依靠起重机的回转和变幅机构运动的组合，使起吊的货物作水平运动，作业范围是圆柱形空间，由于起重机整体还可以沿一定的轨道运行，所以，这类起重机的作业范围是比较大的，它又可分为如下几种：
塔式起重机
门座起重机
流动起重机
浮式起重机
1.4桥式起重机的分类、用途、基本结构、基本参数及工作等级
桥式起重机有通用和专用两类。通用桥式起重机俗称行车，通常装在车间的顶上，用来为车间装卸货物。通用桥式起重机是标准产品，可从市场购买。专用桥式起重机主要为冶金企业各车间服务的，通常要专门设计。桥式起重机由桥架和运行小车组成，桥架由两根主梁和两根端梁构成，在端梁上安装有钢制车轮，使得整个桥架可以沿车间顶上的轨道运行。小车也有车轮，可以沿桥架运行。在小车上还装有起升机构，大中型的桥式起重机设有两个起升机构，大起重量的起升机构用来装卸大件货物，起升速度较低，小起重量的起升机构用来装卸小件货物，起升速度较高。
桥式起重机的大梁横跨于跨间内一定高度的专用轨道上，可沿轨道在跨间的纵向移动，在外观上布置有起升装置，大多数起升装置采用起重小车，起升装置可沿大梁在跨间横向移动，外观像一条金属的桥梁，所以人们称它为桥式起重机。桥式起重机俗称“天车”、“行车”。
桥式起重机由电缆供电，用电动机分别驱动各机构。
1.4.1桥式起重机的分类
桥式起重机的种类较多，可按不同方法分类。
根据吊具不同，可分为吊钩式起重机、抓斗式起重机、电磁吸盘式起重机。
根据用途不同，可分为通用桥式起重机、专用桥式起重机两大类。专用桥式起重机的形式较多，主要有：锻造桥式起重机、铸造桥式起重机、冶金桥式起重机、电站桥式起重机、防爆桥式起重机、绝缘桥式起重机、挂梁桥式起重机、两用（三用）桥式起重机、大起升高度桥式起重机等。
按主梁结构形式可分为箱行结构桥式起重机、桁架结构桥式起重机、管行结构桥式起重机。还有型钢（工字钢）和钢板制成的简单截面梁的起重机，称为梁式起重机。
1.4.2桥式起重机的用途
桥式起重机被广泛用于各类工业企业、港口车站、仓库、料场、水电站、火电站等场所。不同类型的桥式起重机所适合吊装的重物不同，并根据不同的要求采用不同的吊具。吊钩起重机吊装各种成件重物；抓斗起重机吊装各种散装物品，如煤、焦碳、砂、盐等；电磁起重机吊装导磁的金属材料，如型钢、钢板、废钢铁等。
两用起重机是为了提高生产效率，在一台小车上装有可换的吊钩和抓斗或者电磁盘和抓斗，但每一工作循环只能使用其中的一种取物装置；三用起重机即吊钩、抓斗、电磁铁3种可以互换的取物装置，可吊装成件、散粒物品或导磁的金属材料，但每次吊装重物时，只能使用其中的一种取物装置。
防爆起重机用于在有易爆、易燃介质的房间、库房等场所吊装成件重物，起重机上的电气设备和有关装置具有防爆特性，以免发生火花而爆炸。绝缘起重机用于吊装电解车间的各种成件物品，起重机上有关部分具有可靠的绝缘装置，保证安全操作。
双小车起重机是在同一台主梁上设有两台相同的小车，用来搬运长件材料，各小车又可单独使用。
挂梁起重机通过两个吊钩上的平衡梁挂钩或平衡梁上的电磁盘吊装和对垛各种长件材料，如木材、钢管、棒材、型材、钢板等。
1.4.3桥式起重机的基本结构
尽管桥式起重机的类型繁多，但基本结构是相同的。桥式起重机主要是由大梁、起升装置、端梁、大梁行走机构、起升装置行走机构、轨道和电气动力、控制装置等构成。
⑴大梁结构
桥式起重机一般采用两根端部连接的大梁组合结构，称为双梁桥式起重机，只有少数轻型桥式起重机采用单梁，称为梁式起重机。
桥式起重机大梁的结构形式主要有箱行结构、偏轨箱行结构、偏轨空腹箱行结构、单主梁箱行结构、四桁架式结构、三角形桁架式结构、单腹板梁结构、曲腹板梁结构及预应力箱型梁结构等。最常见的是箱行结构。箱行梁由上盖板、下盖板和两个腹板构成一个箱体，箱内还有纵横长短筋板，见图1-1。在箱行梁的一侧铺设走台板和栏杆，在上盖板上铺设起升装置的行走轨道。为了检修的方便，在大梁上还布置有供人行走的走台和栏杆。
⑵起升机构
起升机构用来实现重物的升降，是起重机上最重要和最基本的机构。桥式起重机的起升机构，除了少数梁式起重机采用电动葫芦外，一般均采用起重小车。起重小车由车架、运行机构、起升卷绕机构和电气设备等组成。
车架支撑在四个车轮上，车架上的运行机构带动车轮沿轨道运行，以实现在跨间宽度方向不同位置的吊装。
起升卷绕机构实际上是一台电动卷扬机和滑轮组的组合。起重量大于150KN的桥式起重机，一般具有两套起升卷绕机构，既主钩和副钩，主钩的额定载荷较大，但起升速度较慢，副钩的额定载荷小，但起升速度快，用以起吊较轻的物件或作辅助性的工作，以提高工作效率。在桥式起重机的铭牌上对其额定载荷的标注通常将主钩额定载荷标注在前，副钩额定载荷标注在后，中间用“/”隔开，如“1600KN/500KN”。
参考文献
[1] 起重机课程设计，陈道南等编，冶金工业出版社，1983年；
[2] 起重运输机械，陈道南等编，机械工业出版社，1982年；
[3] 起重机设计规范，中华人民共和国国家标准，中国标准出版社，1984年；
[4] 起重机设计手册，张质文等编，中国铁道出版社，1998年；
[5] 机械设计手册单行本，成大先主编，化学工业出版社，2004年
[6]东北工学院《机械零件设计手册》编写组，机械零件设计手册（第二版），中册，冶金工业出版社，1987
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