箱型梁式起重机设计

CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕毕 业业 设设 计计 说说 明明 书书 题目 题目 箱型梁式起重机设计箱型梁式起重机设计 二级学院 直属学部 专业 班级 学生姓名 学号 指导教师姓名 职称 评阅教师姓名 职称 2014 年 11 月 常州工学院毕业设计 摘摘 要要 起重机被喻为 巨人之臂 是广泛用于国民经济各部门进行物质生产和装卸搬运 的重要设备 起重机的设计制造 从一个侧面反映了国家的工业现代化水平 我国起 重机制造业奠基于 20 世纪 50 年代 70 年代以来 起重机的类型 规格 性能和技术 水平获得很大的发展 近年来在物流和工业企业发展的带动下 起重机行业进入飞速 发展时期 起重机主要分为桥梁式 悬臂式 塔式 龙门式 拉索式 液压伸缩臂式等形式 本设计以桥式双梁单小车集装箱起重机为例 介绍起重机的设计思路 设计内容以及 设计方法 起重机设计主要根据客户要求 在符合国家标准及机械工业标准中对起重机的要 求下进行设计 设计方案的选择主要通过与客户沟通取得一致意见后确定 设计内容 主要包括在起重机的实际工作环境下确定起重机的最大额定载荷 非正常载荷 如冲 击载荷 风力载荷 震动载荷等 操纵形式 使用寿命 检修方式以及安全等级等 确定起重机主要零部件的选材以及机加工和材料处理的方法 确定起重机的工作级别 确定其主要受力梁的截面形式 截面大小以及梁的材料选择和加工方法 由于桥梁式 起重机体积和质量都比较大 所以在设计过程中还应考虑起重机的运输方案和安装方 法 关键词 关键词 起重机 梁式 机械工业 载荷 箱型梁式起重机设计 目目 录录 1 主要设计内容及参数 1 2 主起升机构的设计 2 2 1 主起升机构方案的选择 2 2 2 选择滑轮组和吊钩组的型式 2 2 2 1 吊钩的选择 2 2 2 2 吊钩螺母的计算 3 2 2 3 滑轮及滑轮轴承的选择 3 2 3 钢丝绳的选择 3 2 4 卷筒的计算 4 2 4 1 卷筒的基本尺寸 4 2 4 2 验算卷筒强度 4 2 4 3 卷筒转速 5 2 5 电动机的确定 5 2 5 1 电动机的选择 5 2 5 2 电动机发热及过载验算 6 2 6 减速器的选择 6 2 7 制动器与联轴器的选择 6 2 7 1 制动器的选择 6 2 7 2 联轴器的选择 7 3 副起升机构的设计 8 3 1 副起升机构方案的选择 8 3 2 选择滑轮组和吊钩组的型式 8 3 2 1 吊钩的选择 8 3 2 2 吊钩螺母的计算 9 3 2 3 滑轮及滑轮轴承的选择 9 3 3 钢丝绳的选择 9 3 4 卷筒的计算 10 3 4 1 卷筒的基本尺寸 10 3 4 2 验算卷筒强度 11 3 4 3 卷筒转速 11 3 5 电动机的确定 12 3 5 1 电动机的选择 12 3 5 2 电动机发热及过载验算 12 3 6 减速器的选择 12 3 7 制动器与联轴器的选择 13 常州工学院毕业设计 3 7 1 制动器的选择 13 3 7 2 联轴器的选择 13 4 主梁结构设计 14 5 小车设计 16 5 1 小车行走机构 16 5 2 锚定装置 16 5 3 小车架结构设计 16 5 4 小车架端梁 18 6 金属结构的设计 19 6 1 桥式起重机金属结构设计参数 19 6 2 总体设计 19 6 2 1 桥架尺寸的确定 19 6 2 2 主端梁尺寸 19 6 3 主端梁截面积几何性质 20 6 4 载荷的计算 21 6 4 1 固定载荷的计算 21 6 4 2 小车轮压 21 6 4 3 惯性载荷 21 6 4 4 偏斜运行侧向力 22 6 5 主梁计算 23 6 5 1 内力 23 6 5 2 强度的计算 27 6 5 3 疲劳强度的计算 29 6 6 端梁的计算 30 6 6 1 载荷与内力的计算 30 6 6 2 水平载荷的计算 32 6 6 3 端梁的静强度计算 32 6 7 主梁和端梁的连接 36 6 8 刚度计算 37 6 8 1 桥架的垂直静刚度 37 6 8 2 桥架的垂直动刚度 37 6 8 3 桥架的水平动刚度 38 6 9 桥架拱度 38 结 论 40 致 谢 41 箱型梁式起重机设计 参考文献 42 常州工学院毕业设计 1 1 主要设计内容及参数主要设计内容及参数 1 起重机首先要确定的是工作级别 本设计的起重机用于集装箱生产制造或物流行业 起吊件为生产下线的集装箱 或物流行业待装货的集装箱 所以都是空箱 起吊 重量为 5T 根据起重机行业标准 不管是集装箱生产行业还是物流行业都是生产节奏 比较快的 因此该起重机的工作级别定为 A5 级 起吊机构工作级别为 M5 2 根据以上所规定级别设置设计内容及参数 a 主梁结构 主梁涉及到的主要设计内容或参数主要有 主梁的截面形式 截面大小 所用材 料 制作方法 主梁上平面的平面度 侧面的平面度和垂直度 主梁应该具有的上拱 度 还有主梁上的轨道安装等等 b 支架结构 支架需要设计的主要内容和参数包括 截面形式 截面大小 使用材料 制作方 法 支腿的垂直度误差 支腿与地面的连接方式等等 c 小车机构 小车机构要设计的主要内容和参数包括 小车架设计 起吊机构设计 小车行走 机构设计 根据起吊重量设计小车架截面 根据所需要元件的安装位置设计小车架的 结构 根据工作级别设计行走机构中电机的功率和类型 根据起吊高度确定卷筒的直 径和长度 根据工作级别确定主电机的功率以及减速机的型号 确定其他一些元件的 型号 d 控制机构 控制机构主要设计其控制室的制作和安装 控制电路的安装 进出控制室的方法 控制室的制作和安装应符合起重机行业标准中的相关内容 控制电路属于电气范畴在 此不予讨论 f 安装调试 根据起重机行业标准规定 起重机在生产完备后需要在本厂安装调试 合格后方 能出厂 调试的主要内容有小车的运行情况 司机室的视野状况和温度 在 1 25 倍额 定起重量下把小车开到中跨 持续 30 分钟 卸载后主梁不得有永久变形 主梁和其它 部件上的油漆不得有剥落现象 小车架不能有永久变形 箱型梁式起重机设计 2 2 2 主起升机构的设计主起升机构的设计 2 1 主起升机构方案的选择主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 1 所示 1 电动机 2 联轴器 3 传动轴 4 制动器 5 减速器 6 卷筒 7 轴承座 8 平滑滑轮 9 钢丝绳 10 滑轮组 11 吊钩 图图 2 1 起升机构配置方案起升机构配置方案 常见的起升机构钢丝绳卷绕如图 3 2 所示 采用双联滑轮组 滑轮组倍率 m 5 图图 2 2 滑轮组的型式滑轮组的型式 2 2 选择滑轮组和吊钩组的型式选择滑轮组和吊钩组的型式 2 2 1 吊钩的选择吊钩的选择 吊钩尾部螺纹直径的确定 常州工学院毕业设计 3 2 1 22 4 d P F P QQ 69 4mm 75 5814 3 20400009 1 4 4 2 1 Q P d 式中 最大其中载荷 起动动载系数 由 起重机械 表 1 9 确定 Q P 2 螺纹根部面积 螺纹根部直径 许用应力 09 1 2 F 1 d n s 选等级强度为 则 4 nM as MP235 a MP75 58 采用短型吊钩组 根据额定起重量和工作类型 M5 来选择直柄单钩 LM16 tQ50 MGB T10051 1 1988 吊钩材料为 DG20 螺纹外径 螺纹根部直径mmd80 mmd69 1 2 2 2 吊钩螺母的计算吊钩螺母的计算 螺母高度不得小于 H mm dd tP H Q 51 8 3069 803 14 102000004 4 222 1 2 式中 t 10mm 螺距 许用挤压应力 钢对钢 公制螺母的高度pMPap35 30 考虑放止动垫片的尺寸取螺母高度 螺母外mmd96802 11 2H mm100H 径 mmdD144801 8 1 8 外 2 2 3 滑轮及滑轮轴承的选择滑轮及滑轮轴承的选择 由钢丝绳直径 动滑轮直径 选择滑轮的型号为滑轮mmd24 绳 mm504D 滑 滑轮用内轴套和隔环 内轴套1997 365JB T900545081A 隔环 滑轮轴承 46216 滑19995 4110JB T900T65 199905 4H140JB T90 轮挡盖 1999005 4AG140JB T9 2 3 钢丝绳的选择钢丝绳的选择 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 KN xm pP S Q 469 50 96 0 52 484 5 0 max 滑 式中 额定起升载荷载荷 吊具的自重载荷 Q P 0 P KNPPQ 5 4848 9 1000050000 0 X 绕上卷筒的钢丝绳分支数 X 2 m 滑轮组倍率 m 5 滑轮组效率 z 箱型梁式起重机设计 4 0 96 z 所选钢丝绳 其破断拉力必须满足 P S n S SP max nSSP max 547 50 34 252 n 钢丝绳许用安全系数 n 5 钢丝绳最大工作静拉力 max S 所选钢丝绳的直径应满足 max SCd 504691 0 22 465mm 式中 C 选择系数 与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 mmd24 6W19 24 155I 19968918 TGB 2 4 卷筒的计算卷筒的计算 2 4 1 卷筒的基本尺寸卷筒的基本尺寸 取卷筒直径 卷筒的计算直径 mm800D mm785D 卷 卷筒长度 100 6040745 2 2 310 光 LLLLLs mm2000 202 578 14 3 416 1 0 max 0 o pZ D mH L mm745 其中 最大起升高度 滑轮组倍率 卷筒计算直径 max Hm 0 D 固定钢丝绳安全圈数 取 绳槽槽距 查 机mmdDD578 0 1 Z2 1 Zp 械设计手册 表 8 1 49 得 无绳槽卷筒端部尺寸 20 p 1 LmmpL402 1 固定钢丝绳区段的长度 左右螺旋槽之间的距离 2 LmmpL603 2 光 L 88mm 4130022702 min tgtghlL 光 其中 两侧滑轮绳槽中心线之间的距离 当吊钩滑轮位于最lmml270 min h 上部极限位置时 卷筒轴和滑轮轴之间的距离 绕上卷筒的钢丝mmh1300 min 绳分支相对于垂直位置的允许偏角 取 4 mmL100 光 其壁厚按经验公式确定 mmD208 856002 0 10 602 0 常州工学院毕业设计 5 2 4 2 验算卷筒强度验算卷筒强度 卷筒的采莲采用 HT30 抗压强度为 抗拉强度为 MPa750MPa250 卷筒所受压应力 107MPa 1620 34360Smax p 压 MPa k b 176 25 4 750 压 式中 对吊钩起重机的安全系数 4 25 kk 满足受压强度要求 压压 由于卷筒长度 尚应计算弯矩产生的拉应力 DL3 W M 拉 卷筒的最大弯矩产生在钢丝绳位于卷筒中央时 2 1 maxmax LL SlSM mmN 21986900 2 1001790 26020 式中 卷筒全长 左右螺旋槽之间的距离 L 1 L 卷筒断面系数 560 520560 1 01 0 44 4 1 4 D DD W 3 4505142mm 式中 卷筒直径 卷筒内径 DmmD560 1 DmmDD5202 1 弯矩产生的拉应力 4505142 21986900 W M 拉 拉 MPa88 4 合成应力 05 65 176 50 88 4 拉 压 拉 拉 MPa36 23 2 4 3 卷筒转速卷筒转速 min 11 74 8 0 3 14 55 9 D vm 0 rn 卷 箱型梁式起重机设计 6 2 5 电动机的确定电动机的确定 2 5 1 电动机的选择电动机的选择 起升机构静功率 KWP14 54 88 0 60000 5 9484500 60000 vPQ 静 式中 最大起升载荷 起升机构总效率 Q P 88 0 94 0 96 0 98 0 传筒滑 电动机的计算功率 静电P K jc P 由起重机的工作级别 M5 可以由 工程起重机 标 3 19 中得到 0 8 电 K KW3 4314 540 8P jc 根据 机械设计通用手册 选定 YZR315S 型电动机 主要指标为 转速 额定功率 转速 输出轴直径 min 750 0 rn kwP26 jc Pmin 708 1 rn 输出轴长度 键槽宽 mmD65 mmE140 mmF16 2 5 2 电动机发热及过载验算电动机发热及过载验算 等效功率 静效 rPP 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 t t起 r 0 88 查表 3 28 得K 0 75 KWrPP 4 19920 880 75 静效 KWPjc92 电动机满足不过热条件 效 PPjc 过载验算 符合要求 0 886000011 5 7 52040001 4 z60000 vHP P Q 静 KW0 72 2 6 减速器的选择减速器的选择 电动机的转速 708750 8 21 25 27 750 P P nn 10 jc 0 nn 静 min 5 697 r 传动比 2 24 16 53 697 5 i 卷 n n 根据 减速器选用手册 选定 1000PD PJ减速器型变速器 常州工学院毕业设计 7 主要参数 输入转速 许用输入功率 1991JB T5560 750r min31KW 2 7 制动器与联轴器的选择制动器与联轴器的选择 2 7 1 制动器的选择制动器的选择 根据物体下降时的扭矩 式 静降 T mi T 2 DP 0Q 静降 88 0 2 4242 578 0 204000 mN 3 349 中 最大载荷量 卷筒计算直径 滑轮 Q PNPQ204000 0 DmD578 0 0 m 组倍率 减速器传动比 总效率 4 mi 2 42 i 88 0 制动转矩 查 机械设计通用手册 选择制动器mN2451 5T 静降制 T 主要参数 制动轮直径 额定转矩 1600 MW40031250400 YWmm300m630N 2 7 2 联轴器的选择联轴器的选择 根据电动机输出轴的直径和变速器输入直径选用联轴器型齿轮联轴器和CL4 型齿轮联轴器 的主要参数 公称转矩 许用转速 CL2CL4m1400N 3000r min 转动惯量 的主要参数 公称转矩 许用转矩 2 m0 05kg CL2m5600N 2000r min 转动惯量 2 m0 21kg 联轴器力矩的校核 13max Tk k893 7 TN M 式中 传扭矩的计算值 按第类载荷计算的轴传最大扭矩 对高速T max T 轴 在此位电动及转矩的允许过载倍数 位电动机的额定转 max T nmT 8 07 0 m n T 矩 其中 联轴器重要参数 对于起升机构 1 8 mNTn 331 750 26 9550 1 k 1 k 角度偏差系数 联轴器符合要求 3 k1k3 箱型梁式起重机设计 8 3 副起升机构的设计副起升机构的设计 3 1 副起升机构方案的选择副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 1 所示 1 电动机 2 联轴器 3 传动轴 4 制动器 5 减速器 6 卷筒 7 轴承座 8 平滑滑轮 9 钢丝绳 10 滑轮组 11 吊钩 图图 3 1 起升机构配置方案起升机构配置方案 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 图图 3 2 滑轮组的型式滑轮组的型式 3 2 选择滑轮组和吊钩组的型式选择滑轮组和吊钩组的型式 3 2 1 吊钩的选择吊钩的选择 吊钩尾部螺纹直径的确定 常州工学院毕业设计 9 2 1 22 4 d P F P QQ 69 4mm 75 5814 3 20400009 1 4 4 2 1 Q P d 式中 最大其中载荷 起动动载系数 由 起重机械 表 1 9 确定 Q P 2 螺纹根部面积 螺纹根部直径 许用应力 09 1 2 F 1 d n s 选等级强度为 则 4 nM as MP235 a MP75 58 采用短型吊钩组 根据额定起重量和工作类型 M5 来选择直柄单钩 LM16 tQ20 MGB T10051 1 1988 吊钩材料为 DG20 螺纹外径 螺纹根部直径mmd80 mmd69 1 3 2 2 吊钩螺母的计算吊钩螺母的计算 螺母高度不得小于 H mm dd tP H Q 51 8 3069 803 14 102000004 4 222 1 2 式中 t 10mm 螺距 许用挤压应力 钢对钢 pMPap35 30 公制螺母的高度 考虑放止动垫片的尺寸取螺母高度mmd96802 11 2H 螺母外径 mm100H mmdD144801 8 1 8 外 3 2 3 滑轮及滑轮轴承的选择滑轮及滑轮轴承的选择 由钢丝绳直径 动滑轮直径 选择滑轮的型号为滑轮mmd81 绳 mm504D 滑 1997 365JB T900545081A 滑轮用内轴套和隔环 内轴套 隔环 19995 4110JB T900T65 滑轮轴承 46216 滑轮挡盖 199905 4H140JB T90 1999005 4AG140JB T9 3 3 钢丝绳的选择钢丝绳的选择 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 KN xm pP S Q 35 17 96 0 32 99 96 0 max 滑 式中 额定起升载荷载荷 吊具的自重载荷 Q P 0 P KNOOOOOOPPQ96 998 9 21 0 箱型梁式起重机设计 10 X 绕上卷筒的钢丝绳分支数 X 2 m 滑轮组倍率 m 3 滑轮组效率 z 0 96 z 所选钢丝绳 其破断拉力必须满足 P S n S SP max nSSP max 535 17 KN77 86 式中 n 钢丝绳许用安全系数 n 5 钢丝绳最大工作静拉力 max S 所选钢丝绳的直径应满足 max SCd 173501 0 13 17mm 式中 C 选择系数 与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 mmd5 14 6W19 14 5 155I 19968918 TGB 3 4 卷筒的计算卷筒的计算 3 4 1 卷筒的基本尺寸卷筒的基本尺寸 取卷筒直径 卷筒的计算直径 按缠绕钢丝绳的中心计算 mm400D mm 5 414D 卷 卷筒长度 100 6040745 2 2 310 光 LLLLLs mm1500 式中 卷筒上有螺旋槽部分长 0 L 202 578 14 3 416 1 0 max 0 o pZ D mH L mm745 其中 最大起升高度 滑轮组倍率 卷筒计算直径 max Hm 0 D 固定钢丝绳安全圈数 取 绳槽槽距 查 机mmdDD578 0 1 Z2 1 Zp 械设计手册 表 8 1 得 无绳槽卷筒端部尺寸 20 p 1 LmmpL402 1 光 L 左右螺旋槽之间的距离 常州工学院毕业设计 11 4130022702 min tgtghlL 光 mm88 其中 两侧滑轮绳槽中心线之间的距离 卷筒轴和滑轮轴之间的距lmml270 离 绕上卷筒的钢丝绳分支相对于垂直位置的允许偏角 mmh1300 min 取 4 mmL100 光 其壁厚按经验公式确定 mmD16840002 010 602 0 3 4 2 验算卷筒强度验算卷筒强度 卷筒的采莲采用 HT30 抗压强度为 抗拉强度为 MPa750MPa250 卷筒所受压应力 107MPa 1620 34360Smax p 压 MPa k b 176 25 4 750 压 式中 对吊钩起重机的安全系数 4 25 kk 满足受压强度要求 压压 卷筒的最大弯矩产生在钢丝绳位于卷筒中央时 2 1 maxmax LL SlSM mmN 21986900 2 1001790 26020 式中 卷筒全长 左右螺旋槽之间的距离 卷筒断面系数L 1 L 560 520560 1 01 0 44 4 1 4 D DD W 3 4505142mm 弯矩产生的拉应力 4505142 21986900 W M 拉 拉 MPa88 4 合成应力 05 65 176 50 88 4 拉 压 拉 拉 MPa36 23 3 4 3 卷筒转速卷筒转速 min 31 53 4 0 3 14 3 2 13 D vm 0 r X n 卷 箱型梁式起重机设计 12 3 5 电动机的确定电动机的确定 3 5 1 电动机的选择电动机的选择 起升机构静功率 14 2kw 式中 最大起升载荷 88 060000 7 599960 60000 vPQ 静 P Q P 起升机构总效率 88 0 94 0 96 0 98 0 传筒滑 电动机的计算功率 由起重机的工作级别 M5 可以由 工程起重机 静电P K jc P 标 3 19 中得到 0 8 电 Kkw36 11 2 140 8P jc 根据 机械设计通用手册 选定型电动机 主要指标为 转速 LYZR200 额定功率 转速 输出轴直径 min 750 0 rn kwP26 jc Pmin 708 1 rn mmD65 输出轴长度 键槽宽 mmE140 mmF16 3 5 2 电动机发热及过载验算电动机发热及过载验算 等效功率 静效 rPP 根据表 3 27 查表 3 52 起升机构曲线 1 得r 0 88 查表 3 28 得 t t起 K 0 75 KWrPP 4 19920 880 75 静效 KWPjc92 电动机满足不过热条件 效 PPjc 过载验算 KW27 0 886000011 5 7 52040001 4 z60000 vHP P Q 静 故电动机符合要求 3 6 减速器的选择减速器的选择 电动机转速 708750 8 21 25 27 750 P P nn 10 jc 0 nn 静 min 5 697 r 传动比 2 24 16 53 697 5 i 卷 n n 根据减速器选择 ZSY224 型减速器 主要参数 输入转速1991JB T5560 许用输入功率 750r min31KW 常州工学院毕业设计 13 3 7 制动器与联轴器的选择制动器与联轴器的选择 3 7 1 制动器的选择制动器的选择 根据物体下降时的扭矩 静降 T mi T 2 DP 0Q 静降 88 0 2 4242 578 0 204000 mN 3 349 式中 最大载荷量 卷筒计算直径 滑 Q PNPQ204000 0 DmD578 0 0 m 轮组倍率 减速器传动比 总效率 制动转矩 4 mi 2 42 i 88 0 mN2451 5T 静降制 T 查 机械设计通用手册 选择制动器 10300 50YWZ 主要参数 制动轮直径 额定转矩 mm300m630N 3 7 2 联轴器的选择联轴器的选择 根据电动机输出轴的直径和变速器输入直径选用联轴器型齿轮联轴器和CL4 型齿轮联轴器 的主要参数 公称转矩 许用转速 转动CL2CL4m1400N 3000r min 惯量 的主要参数 公称转矩 许用转矩 转动惯 2 m0 05kg CL2m5600N 2000r min 量 按第类载荷计算的轴传最大扭矩 对高速轴 2 m0 21kg max T max T 位电动机的额定转矩 nmT 8 07 0 n TmNTn 331 750 26 9550 其中 联轴器重要参数 对于起升机构mNT 5 496331275 0 max1 k 1 8 角度偏差系数 联轴器符合要求 1 k 3 k1k3 箱型梁式起重机设计 14 4 主梁结构设计主梁结构设计 主梁是主要受力梁之一 主梁结构设计是重中之重 在本设计中主梁所受应力主 要为长度方向的弯曲应力 根据 GB 的有关规定 主梁在 1 25 倍额定压力的作用下最 大扰度FMAX S 1000 S 表示主梁长度 图图 4 1 主梁的受力情况可简化为上图所示形式主梁的受力情况可简化为上图所示形式 根据扰曲线方程可列出公式如下 FMAX Pb 3L2 4b2 3 2 24EI P 为梁上所受的压力 F 为饶度 L 为梁的跨度 E 为材料的弹性模量 I 为截面惯 性矩 实际情况中当小车开到跨中时主梁的扰度最大 根据以上公式算得截面惯性矩 I Pb 3L2 4b2 3 2 24EF 在这里P 5000 10 4 N 12500 N E 210 106 Pa L 6 5 m FMAX 6 5 1000 m 0 0065 m b 1 67m 将以上数字代入公式中得I 0 79 108 cm4 根据以上计算结合设计经验得出以下截面为主梁截面 在本设计中 主梁采用常用的焊接箱型结构梁 这种梁具有结构相对简单 便于 生产加工 生产周期短 生产成本低等特点 因此广泛应用于起重机行业 常州工学院毕业设计 15 图图 4 2 主梁截面如上图所示 主梁截面如上图所示 根据我国现有钢材生产状况和钢材质量 主梁材料应选用 Q235B 以上材料为宜 Q235B 具有良好的焊接性 和比较好的综合力学性能 再加之生产成本较低 生产量 较大 市场价格相对较低 因此 Q235 是性价比较好的碳素结构钢 主梁在制作完成后不加载荷的情况下应具有 3mm 的上拱度 此项内容在调试时用 坐标测量仪检测 轨道安装应符合起重机行业标准 为了减小冲击载荷对起重机的破坏 轨道接口 一般焊接上 如不焊接 接口处两轨道的高度差不大于 2mm 两轨道的距离不大于 2mm 水平偏差不大于 1mm 另外轨道压板的安装应符合起重机行业标准 轨道压板 可直接焊接在主梁上 主梁在最后验收合格后要涂上防锈漆 涂漆前要祛除各表面上的焊渣 灰尘 锈 迹等以免影响涂装质量 最后要在醒目位置喷涂起重机的额定起重量 提示不得超载 工作 起重机类型 生产厂家等字样 箱型梁式起重机设计 16 5 小车设计小车设计 小车的主要作用是拖动起吊装置到达需要的起吊位置 用小车上的起吊装置将重 物吊起到一定高度 然后小车偕同起吊重物一起运动到需要的卸载位置 在该位置放 下重物 小车运行到初始位置 以上为小车的一个工作循环 由以上运动描述 小车 需具备行走装置 起吊装置 锚定装置 制动装置等 1 行走装置 小车行走主要依靠主动车轮带动下 在小车轨道上行走 在本设计中考虑到小车 跨度比较大 采用两组 三合一 电机 减速器 制动器 电机分别安装在两组主动 车轮上 2 起吊装置 起吊装置包括主卷筒 主电机 减速器 吊具 滑轮 钢丝绳等等 这些物品的 选择主要依据小车的工作级别 在本设计中小车的工作级别为 A5 级 在后面将具体提 到起吊装置的设计 3 锚定装置 小车必须可以在轨道上的任意位置稳定 所以需要一套锚定装置保证其停止运行 时不发生左右移动 本设计中没有另外制造锚定装置 而是利用三合一电机的制动器 代替锚定功能 4 制动装置 在起吊重物到一定高度的时候 小车运行到一定的位置再卸载 在此期间重物不 能有向下的位移 为安全起见 必须在主卷筒输入轴处设置制动器 以确保在主电机 停止工作或者发生断电事故时 起吊重物不会掉下来 5 1 小车行走机构小车行走机构 小车行走机构 主要解决小车在在主梁轨道上的稳定行走问题 小车行走机构中行走装置电机的选择 主要依据起重机行业标准中对工作级别的 各项要求 本设计中小车的工作级别为 M5 根据该级别规定的要求小车行走大概需要 的功率为 7KW 所以可以选用两个 3 5KW 的 三合一 电机 为小车行走提供动力 三合一 是指电机 减速器和制动器三个元件安装在一起 该类型电机具有可 靠性高 使用寿命长 工作效率高 体积小 重量轻 安装简便 出问题后容易更换 等特点 5 2 锚定装置锚定装置 为了使小车在停止前进和暂不运行时 小车不会在轨道上自行滑动 必须设置锚 定装置 一般而言锚定装置都是独立的机构 但是在本设计中考虑到小车跨度比较大 而其起重量又不是很大 所以小车的自重不会很大 如果另外设计锚定装置不但增加 了小车的重量 增加了设计制作的成本 并且使小车架结构更加复杂 增加设计难度 因此在本设计中 直接使用小车行走电机 三合一 电机中的制动器 兼负锚定 功能 这样即节省了材料 降低了生产成本 又使小车架结构更简单 也更紧凑 常州工学院毕业设计 17 5 3 小车架结构设计小车架结构设计 小车架是小车上各个部件安装的载体 也是起重机的主要受力机构之一 因此小 车架的设计必须要能承受其所受的应力 必须解决各部件的安装问题 如卷筒 减速 机 制动器等 图图 5 1 小车架小车架 小车架的设计主要包括截面设计和结构设计 截面设计主要考虑小车架的受力情 况根据起重机行业标准 小车架在额定载荷作用下 最大扰度不得大于 S 1000 S 表 示小车的跨度 小车架的结构设计主要依据小车上主要部件的安装位置 如卷筒 减 速机 制动器 定滑轮等等 要确定卷筒座 卷筒轴承座 减速机座 制动器座还有 定滑轮轴承座的安装位置 因为以上列举都是受力元件 因此在以上列举的位置必须 焊接加强板 并且加强板都要四周满焊以保证小车架的强度 小车架截面的计算和主梁截面计算类似 先根据起重机行业标准中对小车架的规 定确定小车架主梁的扰度 再根据扰度计算其惯性矩 然后根据惯性矩和以往的设计 经验确定截面形式和尺寸大小 一般情况 小车架的截面形式应和主梁截面相似 在本设计中小车架的截面也设 计成箱型结构 箱型梁式起重机设计 18 图图 5 2 上图为小车架主梁截面上图为小车架主梁截面 此图为吊架上防摇杆通过小车架处的截面图 小车架采用 Q235B 钢板 H 钢 角钢等焊接制作 手工气保焊使用 E43 电焊条 重要结构部位使用埋弧焊 焊接前要打磨焊接接口处 祛除油漆铁锈等可能影响焊接 质量的覆盖物 保证焊缝无沙眼 气孔等明显缺陷 焊接完成后注意焊接变形 等其 冷却后应该用火焰喷射或其他有效方法调整焊接变形 祛除变形应力 焊接完成后要 进行超声波无损探伤 小车架制作完成后 经质检部门检查无重大缺陷后要涂上防锈漆 在喷涂防锈漆 前应先祛除表面所有的铁锈 灰尘 焊渣等 防锈漆应分三层喷涂使用的油漆种类主 要通过和客户协商尽量满足客户要求为原则 如客户是否要求环保油漆 客户所要求 的外漆颜色等等 5 4 小车架端梁小车架端梁 图图 5 3 小车架端梁小车架端梁 小车架的端梁的作用主要是连接两个主梁 并支撑所有压力 安装车轮使小车能 在主梁轨道上平稳行走 所以端梁设计主要考虑是小车架主梁的间距 小车架的高度 车轮的大小 个数以及车轮安装形式等 在本设计中端梁的高度应和小车架主梁相等或接近 也同样采用箱型结构梁 车 轮采用直径 350 的铸造车轮 并且使用角型轴承箱 角型轴承箱能有效保证车轮的位 置度等其他方面的要求 具有很好的稳定性 又容易制作 并且能快速装卸车轮 为 运输和以后的检修带来很大的方便 车轮一般用 65Mn 的铸造件加工 表面淬火处理 使其踏面硬度达到 HRB 50 55 另外车轮的安装误差参考起重机行业标准 常州工学院毕业设计 19 6 6 金属结构的设计金属结构的设计 6 16 1 桥式起重机金属结构设计参数桥式起重机金属结构设计参数 表表 6 1 桥式起重机金属结构的设计参数桥式起重机金属结构的设计参数 6 2 总总体设体设 计计 6 2 1 桥架尺桥架尺 寸的确定寸的确定 L 19 5 3 25 4 875 m 0 B 11 46 11 46 根据小车轨距和中轨箱型梁宽度以及大车运行机构的设置 取大车车轮轮距 4 8m 端梁全长 B 5 716m 0 B 小车轨距选为 2 5m 大车轮距为 4 8m 端梁全长为 5 716m 走台宽度为 1 1 5m 栏杆高为 1m 小车导电架高为 1 5 2m 6 2 2 主端梁尺寸主端梁尺寸 主梁的设计 翼缘板选择 550mmx22mm 的钢板 腹板选择 1150mmx6mm 的钢板 端梁的设计 翼缘板选择 600mmx16mm 的钢板 腹板选择 768mmx8mm 的钢板 主梁 起重机类型通用 工作级别 M5 轨道放置中轨 桥架形式双梁 50 10t 19 5m 起升机构主起升副起升 额定起重量 吨 5010 起升高度 米 1214 起升速度 米 分 5 913 2 工作级别 M5M5 运行结构大车小车 轮距 米 4 83 58 轨距 米 19 52 5 速度 米 分 72 835 5 工作级别 M5M5 车轮直径 700800 轮压 MPa 441179 7 轨道型号 QU80P43 箱型梁式起重机设计 20 高度为 1194mm 主梁宽度为 550mm 主梁端部变截面长度为 1350mm 变截面端部高度 为 800mm 图图 6 1 双梁桥架结构双梁桥架结构 6 36 3 主端梁截面积几何性质主端梁截面积几何性质 图图 6 2 主梁与端梁截面尺寸主梁与端梁截面尺寸 1 主梁截面 A1 550 22 1150 6 2 0 038m2 惯性矩 x I 2 1941 115022490 3 61150 94 8 94 10 mm 惯性矩 1 71202 109 mm4 y I 2 250 4916160 3 3454 2 端梁截面 A2 0 031488m22876816600 常州工学院毕业设计 21 惯性矩 4 2641 109 mm4 x I76 2 80 260 3 8076 惯性矩 6 8221 108 mm4 y I 60 237 6 76 0 836 32 6 46 4 载荷的计算载荷的计算 6 4 1 固定载荷的计算固定载荷的计算 主梁自重载荷 k Ag 9 81 1 2 4165 3 N 小车轨道 F 81 9 104512 0 7850 重 38 86 9 81 381 22 N m 栏杆等重量 g 100 9 81 981 N m 主梁的均布 g F l F l m 载荷 5527 52 N m q F F g F l F 6 4 2 小车轮压小车轮压 起升载荷为 g 49000 N 小车自重 Q p Q m 89100050 170422 N 小车自重载荷 mg 12 12 9 81 1000 107910 2 N GX p 8 917390 Qx p 小车重力产生的静轮压和 QX P X1 P X2 P 50666 N X1 P gb k e 50 b PQX 170422 0 3 0 53 7 1 9 2 5 3 7 53480 38 N X2 P 2 QX L e 50 b P k 额定起升载荷产生的和 a P O1 P O2 P P01 125810 8 N P02 119189 1 N b cb 2 P 1Q b2 P 1Q l 175476 8 N P02 172669 8 N 1 Pj O1 P X1 P 2j P X2 P 小车轮压 349146 68 NP 1 j P 2j P 空载轮压 33 5k N 38 3k N 1 P 2 P 6 4 3 惯性载荷惯性载荷 大小车都是 4 个车轮 其中主动轮各占一半 按车轮打滑条件确定大小车运行的 惯性力 一根主梁上的小车惯性力 24939 05 N xg P 2 7 P 大车运行起制动惯性力 箱型梁式起重机设计 22 24939 05 N 359 82 N m H P 2 7 P H F 2 7 q F 6 4 4 偏斜运行侧向力偏斜运行侧向力 一根主梁的重量力 5527 52 28 0 4 152559 5 N Q p 一根端梁单位长度的重量 1 1 3059 97 N 1 FqAgk 81 936160 07850 一根端梁的重量为 B 1794 5 6 46 3059 97 18714 76 N Qd P 1 Fq 一组大车运行机构的重量为 g 5623 2 9 81 27552 7 N Qj P j m 满载小车在主梁跨中央 左侧端梁总静轮压按图 7 3 计算 图图 6 3 端梁总轮压计算端梁总轮压计算 1R p 2 11 2 1 22 QGXQGsGjGd d pppppp L 490000 170422 152559 5 27552 7 113714 76 1 2 529037 46 N 由 28 5 5 6 查得 0 1345 2 L B 侧向力 529037 96 0 1345 35577 8 N 1S P 1 2 1R P 1 2 满载小车在主梁左端极限位置 左侧端梁总静轮 2R P 12 1 1 2 1 2 QGXQGsGjGd ed pppppp LL 812075 96N 侧向力 54612 1 N 估算大车轮压 P 18 t 选取大车车轮直径为 2S P 1 2 2R P 800 mm 轨道为 QU80 常州工学院毕业设计 23 6 56 5 主梁计算主梁计算 6 5 1 内力内力 计算大车传动侧的主梁 在固定载荷与移动载荷作用下 主梁按简支梁计算 如 图所示 7 4 图图 6 4 主梁计算模型主梁计算模型 固定载荷作用下主梁跨中的弯矩 q M 4 2 82 q i Gj F L d P 1 18 2 2 1 5 27552 7 8 82527 255 2 687939 47 N 跨端剪切力 qc F 4 2 1 1 2 qGjGs d F LPP L 1 18 5527 25 28 27552 73 19620 1 1 2 3 28 123822 36 N 满载小车在跨中 跨中 E 点弯矩为 p M 4 2 1 4 P Lb L 轮压合力与左轮的距离为 P 1 829 m 2 1 P bb P 3 7 349146 68 12669 81 箱型梁式起重机设计 24 则 2519489 4 N m p M 跨中 E 点剪切力 1 p F 1 2 4 P 1 b L 28 1 829 1349146 681 18 2 1 192540 5 N 2 满载小车在跨端极限位置 z 小车左轮距梁端距离为 1 e 2 1 8 0 2 mm 1 c 1 e 1 l 端梁剪切力 pc F 4 P 11 Lbc L 1 18 28 1 829 0 2 82 349146 68 382138 298 N m 跨端内扭矩为 1 1n T 4 P T H T l 1 e 28 2 1 23 2404138 8658818 1 117200 12 N m 主梁跨中总弯距为 687939 47 2519489 46 3207428 87 N m x M q M p M 主梁跨端总剪切力 123822 36 382138 298 505960 658 N R F c F qc F pc F 1 水平惯性力载荷 在水平载荷及作用下 桥架按刚架计算 H P H F K 2 5 b K 1 25 a K 5 2 5 1 25 1 2 1 2 0 B 1 2 水平刚架计算模型示表图 7 5 常州工学院毕业设计 25 图图 6 5 水平刚架计算模型水平刚架计算模型 小车在跨端 刚架的计算系数为 1 1 1 017 1 r 1 2 2 3 abI ab LI 9 9 2 1 25 1 25 1 712 10 1 25 1 2528 1 5132 10 跨中水平弯矩 H M 2 11 12 1 1 4283 HH P LF L rr 017 1 3 2 1 8 282 8394 17 012 1 1 4 284 024939 2 102074 35 N m 跨中水平剪切力为 12469 52 N PH P 1 2 H P 跨中轴力为 H N 2 1 128 HH F LP Lab abr 8 284 024939 12 28 8394 17 01 51 11 51 11 2 14657 8 N 小车在跨端 跨端水平剪切力为 cH F H1 H F Le P 1 2L 28 2 14 024939 12 282 8394 28685 16 N 2 偏斜侧向力 在偏斜侧向力作用下 桥架也按水平刚架分析 箱型梁式起重机设计 26 图图 6 6 侧向力作用下刚架的分析侧向力作用下刚架的分析 这时 计算系数为 1 1 04 s r 1 2 3 I LI K 5132 1283 10712 1 3 1 9 小车在跨中 侧向力 529037 96 0 1345 35577 8 N 1S P 1 2 1R P 1 2 超前力为 6607 3 N 10 1 P P s B L 32620 7 5 28 端梁中点的轴力为 3303 65 N 11 1 2 d NP 端梁中点的水平剪切力为 35577 8 4872 87 N 1d P 2 1 1 s s Kr a P 1 2 1 25 2 5 1 04 主梁跨中的水平弯距为 s M 111 2 sdd L P aP bN 35577 8 1 25 4872 87 1 25 3303 65 2 28 193 78 N 主梁轴力为 35577 8 4872 67 30704 93 N 111ssd NPP 主梁跨中总的水平弯矩为 102074 35 193 78 102268 13 N m y M hs MM 小车在跨端 侧向力为 54612 1 N 2S P 超前力为 10142 25 N 2 P 20 2 s P B54612 1 5 28 常州工学院毕业设计 27 端梁中点的轴力为 5071 12 N d N 1 2 2 P 端梁中点的水平剪切力为 54612 1 8051 78 N 2d P 2S P s Kr a 2 1 1 2 1 25 2 5 1 04 主梁跨端的水平弯矩为 a b 54612 1 1 25 8051 78 1 25 72150 98 N m cs M 2S P 2d P 主梁跨端的水平剪切力为 10142 25 5051 12 5071 12 N cs F 2 P d N 1 2 2 P 主梁跨端总的水平剪切力为 2868 16 5071 12 33756 28 N cH F cH cs FF 6 5 2 强度的计算强度的计算 需要计算主梁跨中截面危险点 的强度 1 主腹板上边缘 的应力 主腹板边至轨顶距离为 164 mm y h 0g h 主腹板边的局部压应力为 91 82MPa 4 250 ji m y P h 1 8 176476 8 2 164506 垂直弯矩产生的应力为 120 44 MPa 01 Mx x y I 3 10 3207428 87 10800 2 1305 10 水平弯矩产生的应力为 6 48 MPa 02 1y y M x I 3 10 102268 13 10270 0 42641 10 主梁上翼缘板的静矩为 24 540 805 10432800 mm4 y S 0110 0 5 B y 主腹板上边的切应力为 0 7 857 MPa 0 2 py n x F S T A I 10 192540 5 10432800 2 1305 1066 箱型梁