毕业设计（论文）-20吨电动单梁桥式起重机设计说明书.doc

题目题目 20t22.5m 电动单梁桥式起重机设计电动单梁桥式起重机设计 学生姓名：学生姓名： 学生学号：学生学号： 指导教师：指导教师： 机械工程机械工程 学院学院 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 专业专业 班班 2016 年 6 月 15 日 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 专业 机械设计制造及其自动化 班级 姓名 下发日期 2016-2-28 题目题目 20t22.5m 电动单梁桥式起重机设计 专题专题起重机设计专题 主主 要要 内内 容容 及及 要要 求求 电动单梁桥式起重机品种规格多，用途范围广，遍及机械制造、冶金矿山、交通 运输、港口装卸、化工、轻工、林业和建筑等各行各业。 近年来，国内外电动单梁桥式起重机的生产，由于采用新工艺、新材料和先进的 检测技术，使产品不论在结构形式还是性能上都有较大地创新和提高，品种也在不断 增加。本课题将根据 20t22.5m 电动单梁桥式起重机的性能要求，参照中华人民共 和国机械行业标准 JB/T1306-2008，完成起重机的结构设计。主要要求： （1）查阅相关文献资料，了解国内外电动单梁桥式起重机的发展现状、型式分类、 典型产品、基本结构、设计计算、试验检测和安装架设等； （2）设计电动单梁桥式起重机的主梁、端梁和车轮结构，并完成计算校核； （3）绘制零件图和整体装配图，其绘总量不少于 2.5 张图； 0 A （4）编写论文设计说明书，要求书写规范、条理清晰、内容完整。 成果形式：说明书不少于 30 页，查文献不少于 15 篇，翻译外文 30005000 字。 主要技主要技 术参数术参数 起重量：20t 跨度：22.5m 进进 度度 及及 完完 成成 日日 期期 2 月 28 号3 月 13 号：布置设计和实习任务，了解设计题目的内容和背景，并查阅相 关资料，到工厂参观实习 3 月 14 号4 月 15 号：设计主梁和端梁整体结构并完成计算校核 4 月 16 号5 月 17 号：用 UG 或 AutoCAD 绘制装配图和零件图 5 月 18 号6 月 5 号：完成毕业设计论文 6 月 6 号6 月 15 号：毕业设计审阅、修改和准备答辩 教学院长签字日 期 教研室主任签 字 日 期指导教师签字日 期 文本未全，需要全套的童鞋请联系 QQ：2919550449 指导教师: 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人: 年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 指导教师给定 成绩(50%) 评阅人给定 成绩(20%) 答辩成绩 （30%） 总 评 答辩委员会主席 签字 评 定 成 绩 摘要摘要 起重运输机械已经广泛应用于工业生产，仓库贮存等各个领域，随着生产规模的 进一步扩大，起重运输机械的应用也越来越广泛。本次设计，设计完成了 20t 22.5m 电动单梁桥式起重机，该起重机可以适用于机械制造、冶金矿山、港口装卸、交通运 输等多种场合，满足了轻型起重机中起重量较大的特殊要求，同时，较大的跨度满足 了在较大范围内起吊重物的要求。 本论文主要针对电动单梁桥式起重机作了设计，主要包括结构方案确定和设计校 核计算两部分内容。通过对主梁和端梁优化方案的比较分析，以满足强度和刚度使用 要求为最终目标，首先介绍了桥式起重机的整体方案设计和过程。该部分主要内容有 对主梁和端梁金属结构的承载能力和结构强度的比较分析，具体分析了各种结构的优 点和缺点，通过比较分析，结合设计要求，确定适用于自己设计的金属结构。 其次对桥式起重机的金属结构作了详细的设计计算，该部分内容以主梁和端梁的 断面尺寸为设计变量，通过经验尺寸试凑设计，然后校核强度和刚度的方法，确定主 梁和端梁的断面结构和尺寸。金属结构主要包括主梁和端梁两部分，金属结构的设计 计算主要包括主梁和端梁的结构的设计，尺寸的确定，强度的校核。 该起重机金属结构主要采用实腹框架结构，此结构利用钢板组合焊接而成，具有 较好的强度和刚度，满足了起重机承载能力的要求，同时组焊的框架结构，加工工序 简单，工艺性能好，降低了起重机制造成本。 关键词关键词： 起重机；桥式起重机；主梁；端梁；金属结构 I Abstract Lifting transportation machinery has been widely used in industrial production, warehousing and other fields. With the further expansion of production scale, lifting transportation machinery is becoming more and more widely applied. This design finished the 20t 22.5m electric single-girder bridge crane, which widely applied to machinery manufacturing, mining and metallurgy, port handling, transportation and other occasions. Meeting the special requirements of the lifting weight is bigger at lightly crane, and meeting the requirements of the lifting heavy objects on a wide range. The mainly design of this thesis is electric single-beam bridge crane, which including the determining structure of the program and calculation method for designing. This thesis firstly introduces the overall design scheme of bridge crane and the design process, through comparative analysis optimization programs of the main beam and side beam, to meet the strength and stiffness requirements for the ultimate goal. The main contents of this part include comparative analysis for carrying capacity and structural strength of main beam and side beam, and detailed analysis of the advantages and disadvantages of various structures. Determining metal structures applicable to their own design, through comparing analysis, and combining with the design requirements. Secondly, making the detailed design and calculation of the metal structure of this crane. In this part, regarding cross-sectional size of the main beam and side beams as design variables, designing experience size through trial and error, and then, checking the strength and stiffness, to determine the structure and size of the section of main beam and side beam. Metal structure includes the main beam and side beams, design and calculation of metal structures includes structural design, to determine the size and strength check of main beam and side beam. The crane metal structure mainly solid web framework, this framework made from combination welding of plate, it has good strength and stiffness, and meeting the requirements of the crane carrying capacity. Processing operations of welding frame II structure is simple and process performance of it is well, and reduce manufacturing costs of crane. Keywords: crane; bridge crane; main beam; side beam; metal structure III 目录目录 摘要摘要.I Abstract.II 目录目录.IV 第第 1 章章 绪论绪论.1 1.1 课题研究的意义及现状.1 1.2 论文主要研究内容.6 第第 2 章章 整体方案设计整体方案设计.7 2.1 主梁整体方案设计.7 2.2 端梁整体方案设计.12 2.3 主端梁连接整体方案设计.14 第第 3 章章 主梁设计计算主梁设计计算.15 3.1 主要技术参数选择.15 3.2 主梁设计计算.16 第第 4 章章 端梁设计计算端梁设计计算.31 4.1 跨中截面设计计算.31 4.2 支撑截面设计计算.33 第第 5 章章 结论结论.36 参考文献参考文献.37 致谢致谢.38 附件附件 1.39 附件附件 2.50 0 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 课题研究的意义及现状课题研究的意义及现状 随着生产制造工业的不断变革，和几次工业革命的推动，生产制造工业生产的方 式已经逐渐由很早以前的手工作坊演变成了机械自动化生产，各种大型机械设备的使 用，保证了生产制造业的效率和质量。随着生产规模的逐渐扩大，和所需设备的庞大 化，起重机运输行业应运而生，且一直在生产制造行业占据着主要地位，本次论文的 主要研究内容就是电动葫芦式起重机。 我国逐步进入工业大国的行列，整体发展方向已由轻工业向生产制造重工业转变， 且生产制造工业发展迅速，为我国的经济建设提供了有力的支撑1。制造业的规模的逐 步扩大促进了市场对重型设备的需求，这就促进了起重机行业的发展。市场的需求促 进了技术的改进和材料的革新，进而将起重机行业的发展推向了不可替代的地位，成 为了基础设施建设的先决条件。所以，在生产工业发展的大趋势驱动下，起重机行业. 还有很大的发展空间，其中葫芦式起重机应用也越来越广泛。 电动葫芦起重机是起重机行业中的轻小型起重机，该种起重机被广泛应用于机械 制造、生产装配、仓库贮存等场合2。本起重机械功能动作的实现是靠起重机本身机构 循环、间歇运动实现的3。葫芦式起重机的一个循环工作过程包括：起重机的取物机构 将需要被转移的重物从取物地点提起，然后通过起重机的运行机构水平移动，移动到 指定的地点，将重物放下，紧接着起重机的取物机构进行反向运动回提取重物之前的 位置，以便进行下一次工作。通常，应用较多较广泛的葫芦式起重机主要有：有悬挂 轨道电动葫芦、电动单梁起重机、电动单梁悬挂起重机、葫芦门式起重机、葫芦定柱 式悬臂起重机、葫芦壁上起重机以及轻型葫芦双梁起重机等。 本次设计所研究的葫芦式起重机的最大的特点是可以让挂在起重机吊钩上的物品， 按照用户或是操作者的需要而进行移动4,5。起重机作为起重运输机械，其功能的实现 都要靠相应结构的保证，其结构一般由：起升机构、运行机构、旋转机构和变幅机构 四大机构构成6。葫芦式起重机是起重机中的一种，一般由两部分组成，即起升机构和 运行机构。其中，起升机构作为起重机的起吊运行机构，主要完成重物在垂直方向的 往复运动，其主要由驱动装置、传动装置、制动装置和取物缠绕装置四个部分组成； 1 运行机构作为起重机水平移动机构，主要完成重物在水平方向的往复运动，其主要由 驱动装置、传动装置、制动装置和车轮装置四个部分组成。葫芦式起重机的驱动装置 为电动机，传动装置由减速器构成，制动装置由制动器构成，取物缠绕装置作为起重 机起升的主要组成部分，由吊钩组，钢丝绳，卷筒组，滑轮组和导绳器组成，车轮装 置由车轮与车轮轴等组成6。 葫芦式起重机作为起重运输机械，其主要靠金属结构组成，金属结构即指起重机 的桥架结构，桥架由主梁、端梁、支腿等主要承载构件所组成。起重机所承受的载荷 主要靠这些承载构件来支撑，这些构件本身由金属材料轧制而成的钢板和型钢作为基 本构件，通过焊接或螺栓联接等方法，按照一定的结构形式连接成能承载一定载荷的 框架结构。 本次设计所研究的葫芦式起重机的组要设计参数有7,8,9： 1、起重量，G：起重机起重物品的质量。 2、起升高度，H：起重机能够吊起物品的最低位置与最高位置的高度差。 3、起升速度，：稳态下，起重机吊起额定物品的起升速度。 n V 4、起重机运行速度，：稳态下，起重机的水平运动速度。 k V 5、电葫芦运行速度，：稳态下，电葫芦的水平运动速度。 t V 6、跨度，L：电葫芦起重机支撑处的水平距离。 7、轮距，K：起重机一侧两车轮中心线的水平距离。 8、轮压，P：电葫芦单个车轮对起重机轨道的压力。 无论是在生产还是在使用上，葫芦式起重机在国内外都具有悠久的历史，起重机 的品种规格的多样化，用途范围的广泛化是其他起重设备无法企及的。目前，国产葫 芦式起重机的年产量近数万台，且正在以惊人的速度发展着，已经被广泛应用于冶金 矿山、机械制造、港口装卸、交通运输、化工、轻工、林业和建筑等各行各业。尤其 在近些年，国内外葫芦式起重机在新技术、新工艺、新材料方面又有很大的发展，产 量不断上升，品种不断增多。国内的葫芦式起重机发展尚未成熟，还有很大的空间尚 待发展，其生产正处在新的变革时期，有待开发新型起重机产品，提高起重设备质量， 加强科学管理方式10。 国内葫芦式起重机的发展大致可分为以下几个阶段：第一阶段为仿造期6。我国的 电动葫芦式起重机开始仿造是从 50 年代开始的。当时的起重机不具备中国式起重机自 2 己的特点，而且技术落后，结构功能单一，体型庞大笨重，主要以模仿设计生产，没 有中国特色的起重机类型。当时具有代表性的是 TV 型电动葫芦起重机，该种起重机 成为我国第一代葫芦起重机。 本阶段，起重机的类型相对单一，起重机的性能相对低下，只能满足一些简单的 起重要求，而且在当时，其他形式的起重机尚未定型，并且产量不高，并且，在国内， 能独立生产葫芦式起重机的厂家也很少见。其中，在国内，具有代表性的就是天津起 重设备厂。该厂在当时，是最早的一家仿造 HK 型桁架式单梁起重机的起重设备厂， 此单梁起重机，在 1954 年开始试制，并且试制成功，与两年后进入批量生产阶段，延 续多年，直到 1987 年才淘汰停产。 在第一阶段时期，最早凭借电动葫芦为起升机构，并且生产电动单梁悬挂起重机 的厂家，同样也是天津起重设备厂，该厂在当时仿造生产了型号为 HK 型的电动单梁 悬挂类型的起重机，在此基础之上，又进行了一系列的改进，并且进行了系列化生产， 此型号的起重机被定型号为 HK 型，该起重机成为我国第一代电动单梁悬挂起重机， 但是该产品于 1987 年淘汰停产。 第二阶段为发展阶段6。从 60 年代开始，随着国内生产制造工业的发展的逐步成 熟，国内市场对葫芦式起重机的需求量呈现不断上升的趋势，专业生产起重机的厂家 也越来越多，产品品种规模性能等都有了一定的提升发展。该阶段，起重机整体处于 发展上升的阶段，起重机逐渐呈现出品种多样化，功能强大化，规模扩大化，结构简 单化的现象。 随着市场需求的不断提升，对葫芦式起重机的要求也逐渐呈现出稳定，高效，多 功能的现象。在发展趋势和市场要求的整体推动下，为了满足能够在特殊场合运行， 并且能够满足特殊的使用要求，设计并生产了能够应用于特殊场合的防爆电动葫芦， 并相继出现了一系列的防爆电动单梁和悬挂起重机等产品。1964 年开始，由多家工厂 联合设计，并且试制生产了 CD、MD 型系列电动葫芦。这两种电动葫芦也成为了我国 第二代葫芦出现在起重机行列中，同时，也成为了我国起重机行业的主导产品。 当时，具有代表性的是 A571 型，和 HK 型这两种电动单梁起重机6，这两种起重 机在当时应用较为广泛，使用该起重机的场合也多种多样，占据了一部分的市场。这 两种起重机都与 CD、MD 型葫芦配套使用，但是存在很多问题，为了改进解决这些问 题，在 1974 年完成了首次对这两种起重机的改进，由天津起重设备厂完成，并自行设 计 DL 型起重机械和 DX 型悬挂起重机械。此后，经过多次改进，并定型为 LD 型电动 3 单梁起重机和 LX 型电动单梁悬挂起重机，成为我国第二代起重产品。一直生产应用 到现在，仍然在国内市场中占有主导地位。 第三阶段为提高期6。本阶段，国内生产制造工业发展相对较为成熟，起重运输机 械达到了一个崭新的阶段。采用新的结构方式，增强了起重机的强度和刚度，同时减 轻了起重机本身的重量，降低了成本还能满足使用要求。起重机的类型多种多样，由 以前单一的直线往复运动发展成为曲线和圆周运动，满足了在特殊场合，具有特殊使 用性能的要求。具有代表性的产品就是，在当时，引进的 AS 型全系列钢丝绳电动葫芦 技术，该技术在当时已经相对成熟，并且具有了一定的生产规模，并且成为我国第三 代葫芦的代表；与此同时，又引进了同样具有先进水平的环链葫芦技术。除了引进技 术，在国内，自主研制开发也有了进展，有些起重机厂研制开发成功了属于自己的技 术和起重机，如：80 年代，南京起重机械厂设计开发了 H 型钢丝绳电动葫芦，重庆起 重机厂设计开发了葫芦门式起重机。 在国内，随着对起重运输机械产品的需求的不断增强，葫芦式起重机的发展也快 速前进，起重机的种类和规格也呈现出在不断增多的变化，生产葫芦式起重机的厂家 也不断增多，规模不断扩大，产品也在飞速前进，在国内，已经形成了一个强大的单 梁起重机行业，并且已经能够彻底摆脱国外仿造的阶段，已经自成体系，实现了起重 产品的系列化、标准化、通用化11。现阶段国内起重机的生产制造，已经能够达到以 销定产的水平，根据用户的实际要求，设计完成用户所需的，能够达到用户指定要求 的起重设备。目前，国内所生产的起重机，具有起重量系列化，跨度系列化等品种类 型各种各样的特点，能够设计生产完成满足在强腐蚀、强磁场、易爆、绝缘等具有特 殊要求的场合作业的起重机械。国内起重机行业发展迅速，需求量呈现上升的趋势， 占据了国内绝大多数的生产制造工业，所以，国内具有一定规模的起重机生产厂家也 有上百家之多。 随着冶金矿山、机械制造、港口装卸、交通运输、化工、轻工、林业和建筑等各 行业对起重机械要求的不断提高和用量的不断上升，起重机行业也在不断的改革，品 种的多样化，结构的轻量化，质量的上升，成本的降低，操作的简便，运行的稳定等 等。势必朝着以下几个趋势发展12,13： 1、为满足使用要求而扩大系列范围。由不同使用要求，确定起重机类型。根据不 同结构形式，及不同操作形式等增加派生系列产品，以满足不同情况下的使用要求。 将主要参数的使用范围进行放大，并且组合出多种形式，以满足更多的使用要求。 4 2、为满足特殊使用要求而扩大品种。在当下已有的葫芦起重机基础之上，为了满 足在发展新阶段，能够适用于防腐、防爆、防磁和绝缘等特殊要求的场合，研制开发 相应产品。 3、提高安全可靠性。葫芦起重机在运行过程中，需要考虑的首要因素就是安全可 靠无故障工作，在满足以上要求的前提下，被要求能够将无故障工作时间延长，同时， 加强对金属结构和电器的使用寿命的考核，能够保证做到安全装置齐全，尽可能将安 全可靠性达到最大值。 4、提高自动化程度。自动化控制和生产时当今工业发展的整体方向，葫芦起重机 的发展也不例外，将朝着自动化的方向发展，同时，也朝着高速重载的方向发展。随 着在特殊使用场合的使用增多，对遥控、数显、微机自动化控制要求也在逐步提高。 5、采用新技术。起重机的发展，必将朝着旧技术被新技术所取代的方向发展，所 以，起重机技术的发展，要加快采用优化设计、计算机辅助设计技术、机器人焊接技 术，多种加工中心和全自动数控机床技术、激光校准检测等技术。 6、采用新结构。结构的性能决定了起重机的性能，为提高起重机性能，可以采用 高强度螺栓连接结构，采用 H 型工字钢作为主梁结构，锥套或无键连接车轮，滑道式 扁平电缆引入结构等。 7、采用新材料。起重机整体的性能主要取决于材料的选择，性能好的材料可以让 起重机性能大幅度上升，在起重机设计制造中，可以采用高强度球墨铸铁车轮，H 型 工字钢型钢主梁，硬铝合金承载构件，机械寿命高的电器元件等。 8、淘汰旧技术。随着对起重机械使用要求的提高，和外形美观的要求，这就加快 了淘汰旧技术的速度，应加快淘汰手工除锈和涂漆、手工电弧焊，通用机床一台机床 加工一道工序的加工工艺，盘齿拉线检测技术，及转子离心浇铸工艺等技术。 本次设计以 20t 22.5m 电动单梁桥式起重机设计为例，主要讲述了起重行金属结 构14的设计计算，并查阅参考起重机设计手册，机械设计手册等参考文献进行设计。 综合多种方案的比较，选取最优方案。本次设计对金属结构有详细的计算过程，对金 属结构的设计具有一定的指导意义。 起重机的金属结构主要包含了三个部分，分别是主梁、端梁和主梁和端梁的连接 部分15。主梁作为起重机的主要承载构件，同时又经常作为电动葫芦直接运行的轨道。 它不仅被要求要支撑载荷，而且主梁的性能将直接影响到电动葫芦的运行性能，其采 5 用冷轧好的钢板直接组焊成箱形承载构件，再和工字钢组合焊接成箱形实腹梁的框架 结构。端梁作为起重机金属结构主要承载构件之一，主要用来支撑主梁和载荷，同时 又扮演着将主梁与运行机构连接在一起的角色，其采用由钢板直接组焊成箱形承载构 件，再组焊成箱形封闭箱的结构。主端梁采用螺栓连接，通过主梁和端梁上各一块连 接板，采用止口配合连接。 该设计所设计的起重量为 20 吨，跨度为 22.5 米，此起重量和跨度偏于轻型起重机 的较大值，这在电动单梁桥式起重机中属于非常见参数设计，主要适用于钢厂车间、 冶金车间、机械制造和仓库存储等一些具有特殊要求的场合。本设计优点明显，能在 一些对起重量和跨度有特殊要求的场合满足起吊要求，并且大的起重量能满足该核定 起重量之内的任一重量，且在此跨度允许的范围内实现自由移动，满足起升和移动的 要求。同样也存在着自己的缺点，大的起重量和跨度要求具有一定的承载能力，这在 设计制造方面就要用到较多的钢板，用料不是最省，且较大的跨度在加工上造成了一 定的难度，有多条焊缝，一定程度上会影响到结构的强度，使强度下降。 1.2 论文主要研究内容论文主要研究内容 本论文主要对 20t 22.5m 电动单梁桥式起重机金属结构进行设计计算，其主要是 对主梁、端梁和主端梁的连接进行设计计算，并且回顾了国内起重机的发展历程，分 析了国内起重机的现状，对国内起重机的发展前景及意义进行了研究。在设计中对金 属结构的方案进行了讨论和研究，最重要的是对金属结构进行了详细的设计计算和校 核，而且对金属结构的相关部件的作用、设计及选择做了讨论，指出了合理选择部件 的重要性。 6 第第 2 章章 整体方案设计整体方案设计 2.1 主梁整体方案设计主梁整体方案设计 本次设计中，主梁作为葫芦式起重机的主要受力构件，同时又是电动葫芦的运行 轨道，所以对主梁的性能和结构都有一定的要求。要求主梁具有坚固耐用可靠、结构 合理适用、便于安装运输与储存和足够的制造精度的性能，在满足了以上要求的同时， 主梁还应该尽可能的保证外形的美观。 根据结构形式和性能的要求，同时又受到原材料来源难易程度和加工工艺好坏等 因素的影响，葫芦式起重机主梁断面形式不一，主要分为以下四类：工字钢主梁、型 钢组合主梁、组合断面主梁、箱形主梁。 2.1.1 工字钢主梁工字钢主梁 工字钢主梁作为起重机的主要受力构件，主要有轧制和焊接两种形式，同时又根 据电动葫芦和主梁的安装形式的不同，又可以分为悬挂形和支撑形两种形式9。 悬挂形工字钢主梁直接将工字钢本身作为起重机的主梁，并且葫芦小车直接悬挂 在工字钢下翼缘上，工字钢下翼缘既承受载荷，又作为葫芦运行轨道存在。这种主梁 被广泛应用于单梁起重机、单梁悬挂起重机和单梁门式起重机。悬挂式工字钢主梁截 面形状如图 2-1 所示： 图 2-1 悬挂形工字钢主梁 图 2-1 a 所示主梁，被应用于起重量较小，跨度也较小的单梁悬挂起重机，该种主 7 梁不能承受过大的载荷，且工字钢下翼缘易变形。当电动葫芦轮压超过图 2-1 a 所示主 梁工字钢下翼缘局部抗弯能力时，应采用国产热轧工字钢。图 2-1 b 所示工字钢主梁， 因为工字钢翼缘厚度大、建筑高度低、配用低建筑高度电动葫芦，不仅广泛应用于桥 架、立柱和承轨梁，还常被用作葫芦式起重机主梁。该主梁不仅降低了厂房高度，降 低了厂房造价，还将起升高度进一步提升，而且加工简单，外形美观，是主梁以后发 展的主要方向。 支撑形工字钢主梁主要靠工字钢支撑，承载载荷，是将钢轨直接焊接在工字钢上 表面上，或通过压板固定在上表面上，用来支撑葫芦小车运行的主梁。这种主梁能满 足双梁起重机要求，被广泛应用于双梁起重机，而且鉴于工字钢性能的需要，工字钢 常选 H 型。支撑形工字钢主梁截面形状如图 2-2 所示： 图 2-2 支撑形工字钢主梁 图 2-2 a 所示两种主梁为轧制而成的工字钢，图 2-2 b 所示两种主梁为焊接而成的 工字钢。采用方钢作为葫芦小车运行轨道时，方钢应焊接在工字钢上表面上，且保证 材料一致，以便于焊接；采用轻、重钢轨作为小车运行轨道时，应该用压板固定，保 证压板材料与工钢材料一致，以便于焊接。 2.1.2 型钢组合主梁型钢组合主梁 型钢组合主梁主要包括工、角、槽三类型钢，且大部分是轧制工字钢，靠工字钢 下翼缘支撑悬挂电动葫芦，并且作为电动葫芦的运行轨道。型钢组合主梁被广泛应用 于单梁式起重机中。型钢组合主梁截面形状如图 2-3 所示： 8 图 2-3 型钢组合主梁 图 2-3 a 所示是工字钢与槽钢组合主梁，槽钢与工字钢之间采用焊缝连接。图 2-3 b 所示是工字钢与角钢组合的水平桁架主梁，水平弯曲应力主要分布在由角钢组焊的水 平桁架上。图 2-3 c 所示是工字钢与角钢组合的三角形桁架组合主梁，该梁两部分弯曲 应力，即：水平弯曲应力，工字钢水平方向弯曲应力。图 2-3 d 所示是工字钢与槽钢组 焊的桁构梁组合主梁，该主梁的优点是刚性好，缺点是建筑高度较大，不能承受较大 的水平方向弯曲应力。图 2-3 e 所示是工字钢、角钢和槽钢组焊的下弦架组合主梁，电 动葫芦主要悬挂在工钢上。 2.1.3 组合断面主梁组合断面主梁 组合断面主梁为葫芦式起重机常用主梁，是由轧制工字钢和钢板或以钢板加工成 的其他断面形式组合的主梁，多用于单梁式葫芦起重机。组合断面主梁截面形状如图 2-4 所示： 9 图 2-4 组合断面主梁 图 2-4 a 所示主梁主要包括三个部分，即：上盖板、腹板、筋板和工字钢。图 2-4 b 所示是管形主梁，由钢板卷制成圆管，再与工字钢组焊成管形主梁。如图 1 所示，圆 管为开口圆管，将开口与工字钢焊接在一起，此焊接公益性不好，如图 2 所示，圆管 为闭口圆管，利用筋板与工字钢焊接，优点是焊接工艺性好，缺点是建筑高度大。图 2-4 c 所示是三角形断面主梁，利用三块钢板焊接成三角形断面，再与工字钢组焊成三 角形断面组合主梁，广泛应用于单梁门式起重机。图 2-4 d 所示是五边形断面主梁，由 钢板直接冷完成 U 型槽钢（起重量较大时采用三块钢板组焊成槽钢），再通过侧板与 工字钢组焊成实腹梁结构的主梁，该主梁承载能力好，被广泛采用，主要应用与 LD 型电动葫芦单梁起重机。图 2-4 e 是由钢板和 T 型钢组焊的组合主梁，该主梁焊缝较多， 工艺性差。 2.1.4 箱形主梁箱形主梁 箱形主梁断面多为箱式形状，作为起重机的主要承载构件，具有结构简单，工艺 性能好，加工简单，制造方便，建筑高度低等优点，但是该主梁承载能力低，刚度和 强度相对较小，不适于起重量偏大和跨度偏大的场合。箱形主梁断面形状如图 2-5 所 示： 10 图 2-5 箱形主梁 图 2-5 a 所示主梁是由钢板冷压成 U 型槽钢，再与厚板组焊成箱形主梁。图 2-5 b 所示主梁是由上下两块厚板再与两侧腹板组焊而成的主梁。这两种形式的主梁靠下盖 板的翼缘悬挂电动葫芦，所以，下盖板翼缘边缘处要求加工精度高，给加工制造造成 了一定的难度。 2.1.5 主梁设计方案选择主梁设计方案选择 本次设计，共设计三套截面形式不同的主梁形式，其断面分别如图 2-6 所示： 图 2-6 主梁断面形式 上图所示三种断面形式中，b 图采用圆形钢管与工字钢组合焊接的结构形式，该种 结构焊接工艺性不好，且圆管和工字钢直接组合焊接，承载能力低，不能满足较大的 起重量的要求。c 图所示结构，虽然结构简单，工艺性能好，实用性强，维修保养运输 方便，但是该结构适用于轻量级的起重要求的起重机中，承载能力低，不能满足起重 量较大的情况。a 图所示结构采用了多块钢板先组合焊接成箱形结构，再和工字钢组合 11 焊接成实腹箱形组合框架结构，该种结构承载能力好，能承载较大的载荷，满足大的 起重量要求，同时，钢板之间直接采用焊接的方式连接，焊接工艺性好，加工方便、 牢靠。 综上所述，鉴于本次设计的起重量为 20t，跨度为 22.5m，属于轻量级起重机中起 重参数偏大的主参数设计要求，为满足此起重机使用要求，要求起重机主梁要求有足 够的刚度和一定的承载能力，故本次设计主梁选用图 2-6 中 a 所示的断面形式的组合主 梁。 2.2 端梁整体方案设计端梁整体方案设计 本次设计中，端梁作为起重机支撑主梁和承载载荷的基础，通常又被叫做横梁， 是起重机金属结构主要承载构件之一，因此对端梁的强度和刚度的要求也相对较高。 通常根据对端梁的结构要求、使用要求和承载要求，端梁根据断面形状的不同，又可 以分为型钢断面端梁和组合断面箱形端梁15。 2.2.1 型钢断面端梁型钢断面端梁 型钢断面端梁是直接利用轧制好的型钢，组合构成端梁构件，该种形式的端梁在 起重机行业中应用较为广泛。型钢断面端梁的断面形状如图 2-7 所示： 图 2-7 型钢端梁 图 2-7 a 所示端梁，直接利用两根槽钢通过与钢板局部焊接从而组成端梁，该端梁 结构简单，但是焊接点较多，对强度有一定的削弱，承载能力较低，在起重量较小的 单梁悬挂起重机中，应用颇为广泛。图 2-7 b 是直接利用矩形方管作为端梁，该端梁结 构简单，工艺性能好，但是受轧钢品种限制，制造较为困难。 12 2.2.2 组合断面箱形端梁组合断面箱形端梁 组合断面箱形端梁是利用钢板冷压或钢板拼焊成 U 形槽钢，再与钢板组焊成箱形 端梁，该终端梁外形美观，刚性好。组合断面箱形端梁断面形状如图 2-8 所示： 图 2-8 组合端梁 图 2-8 a 所示端梁是直接用钢板组焊成箱形端梁，该种端梁在起重量和跨度较大的 起重机中应用较为广泛。图 2-8 b 所示的端梁是采用钢板冷弯压制成 U 形槽钢，再和 钢板组焊成箱形端梁，该端梁的制造工艺较为简单，焊缝少，外形美观，但是承载能 力不是很大，适用于中小起重量的起重机上。 2.2.3 端梁设计方案选择端梁设计方案选择 本次设计，共设计两套截面形式不同的端梁形式，其断面分别如图 2-9 所示： 图 2-9 端梁断面形式 这两种断面形式的端梁结构较为相近，但是 b 图所示结构，采用一块钢板通过对 13 钢板进行加工工艺处理，直接冷弯折压成 U 型槽的形式，再与钢板组合焊接成箱体结 构，结构简单，在轻量级起重机中应用广泛。但是，这种断面形式的端梁受加工工艺 的限制，所以只能冷弯折压钢板厚度不是太大的钢板，所以该种端梁承载能力低，不 适用于起重量大的起重机中。a 图所示结构，直接利用钢板组合焊接成箱形结构，该种 结构在起重机中应用广泛，组合形式多样化，可以根据起重量的要求，在已有钢板厚 度范围内自由选择使用钢板的厚度，组合灵活，所以承载能力范围广，能满足承载能 力大的情况，呈现出承载能力系列化的特点。采用直接焊接的加工方法，易于加工， 焊接工艺性好。 综上所述。因为本次设计的起重量为 20t，跨度为 22.5m，根据起重机设计要求， 同时鉴于起重量和跨度属于轻量级起重机中的较大值，起重机端梁要求有足够的刚度 和一定的承载能力，故本次设计端梁选用图 2-9 中 a 所示的断面形式的组合端梁。 2.3 主端梁连接整体方案设计主端梁连接整体方案设计 随着起重机使用要求的不断提高，和起重机的安装使用简便易行，维护保养方便 快捷，主梁与端梁的连接形式也在不断地进行着更新换代， 目前，主梁与端梁的连接已经有了很大的改进，逐步从焊接，发展到螺栓连接， 再发展到高强度螺栓连接的趋势。 在以往，主端梁之间采用焊接是非常普遍的，因为焊接连接制造简单、易于自动 化操作、生产效率高，还能节省材料，但是焊接易引起连接部分的残余应力和变形， 影响起重机性能。同时，主梁和端梁焊接在一起，对起重机的管理，贮存和运输都来 了不方便10。 螺栓连接在起重机的主端梁连接中得到了迅速的发展，已成为一个发展方向。主 端梁之间采用螺栓连接，解决了起重机在管理、运输上带来的不方便，同时螺栓连接 易于安装拆卸，且能满足连接的强度要求，根据连接强度选择螺栓数目。 本次设计，起重量为 20t，跨度为 22.5m，较大的起重量和较大的跨度要求主梁和 端梁的连接具有一定的强度，同时，为了满足拆装和维修方便的使用要求，主梁和端 梁之间采用螺栓连接，通过螺栓连接钢板，采用止口配合方式将主端梁连接在一起。 14 第第 3 章章 主梁设计计算主梁设计计算 主梁是葫芦是起重机的主要承载构件，同时又经常作为电动葫芦运行轨道。它不 仅要支撑载荷，而且也直接影响电动葫芦的运行性能，这就是葫芦式起重机主梁有别 于其他类型起重机主梁的突出特点之一。 3.1 主要技术参数选择主要技术参数选择 电动葫芦单梁桥式起重机属于轨道运行的小型起重机，广泛适用于机械制造、生 产装配、仓库等场合。 根据设计任务书要求，并参考相关技术文献资料，确定该起重机相关技术参数如 下： 1、 起重量：NkgmQ 5 10220000 2、葫芦自重：NkgmX 4 1007 . 1 1070 3、跨度：mmLK3500 4、大车轮距：mmB3500 5、起升冲击系数：，动载系数：，运行冲击系数：0 . 1 1 1 . 1 2 1 . 1 4 6、运行速度：min20 1 mv 7、起升速度：min5 . 3 2 mv 8、起升高度：mh6 9、许用应力：材料 Q235B MPa175 MPa100 MPa h 140 MPa h 100 10、许用挠度： 700 LK YL 许用水平位移： 2000 LK X 11、MPaE 5 1006 . 2 15 LD 型电动单梁起重机由主端梁、大小车运行机构、电气设备构成。起重机金属结 构中主要受力构件采用的钢板都为厚钢板，并且最小厚度是从 5mm 起始的，当前厚度 为 56mm 的钢板在轻小型葫芦式起重机金属结构中用量相当大。本次论文所设计的起 重机的主梁采用钢板直接组焊成箱形承载构件，然后和工字钢组合焊接成箱形实腹梁 的框架结构。端梁也是采用由钢板组焊成承载构件，再组焊成箱形封闭箱的结构。为 了方便贮存和运输，主梁和端梁之间使用 M24 的螺栓（40B）联接。大车运行机构靠 电机驱动装置完成驱动，通过齿轮减速装置将运动传递给两主动车