2t电动单梁起重机设计说明书

成都学院学士学位论文 设计 1 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 题 目 机械加工车间吊车设计 学 院 工业制造学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 霍海龙 学 号 20081011329 年级 08 级 指导教师 龚一龙 职称 教授 2012 年 5 月 28 日 成都学院学士学位论文 设计 2 摘要 起重设备应用十分广泛 例如在建筑工地 工矿企业 车站仓库 港口码头 海 洋开发 宇宙航行等各个行业占有十分重要的位置 可以说它在陆地 海洋 空中等 各个方面都发挥着重要作用 本次设计是为机械加工车间设计一个起重设备 为提高适应性和操作性 起重设 备采用单梁起重机的形式 所以此次设计将主要对单梁桥式起重机进行设计与计算 说明书包括八章 第一章主要介绍了起重机的发展趋势和本设计的主要组成部分 第 二章主是确定电动葫芦 第三 四章主要是对主梁和端梁的设计计算 第五 六主要 是主 端梁连接计算和大车运行机构设计计算 第七 八章主要是起重机安全装置和 试车要求 对于车间内使用的吊车主要用于搬运车间内较大型工件和一些加工设备 可以极大 的提高工作效率 同时使用起重设备还可以极大的节省车间的空间 方便布置其它设 备 关键词关键词 起重机 主梁设计 端梁设计 成都学院学士学位论文 设计 3 Abstract Lifting equipment is widely used in the construction sites industrial and mining enterprises stations ports warehouse marine development space navigation and other industries You can tell it play an important role in the land sea air and other aspects This design is for the mechanical processing plant design of a lifting device in order to improve the adaptability and operability lifting equipment using single beam crane form So the design will focus on single beam bridge crane design and calculation and the specification includes eight chapters The first chapter mainly introduces the crane and the development trend of the design of the main part second chapter main is to determine the electric hoist third the four chapter is mainly about the design and calculation of main girder and end girder fifth six main is the main end beam connection calculation and traveling mechanism design seventh the eight chapter crane safety device and test requirements For the used in the workshop crane is mainly used for handling workpieces with large workshop and some processing equipment can greatly improve the working efficiency At the same time the use of lifting equipment can greatly save workshop space convenient layout and other equipment Keywords Crane Girder design End beam design 成都学院学士学位论文 设计 4 目 录 摘 要 Abstract Error No bookmark name given 一 绪 论 1 1 单梁桥式起重机的工作方 式 1 2 单梁桥式起重机的机构特 点 1 3 桁架梁和箱的比 较 1 4 LD 型电动单梁桥式起重机各部件作 用 1 5 运行机 构 3 6 发展趋 势 4 7 工作条件及设计要 求 成都学院学士学位论文 设计 5 4 8 型式及设计的构造特 点 5 二 选择电动葫芦的型号规 格 6 三 主梁设计计 算 6 1 主梁断面几何特 性 6 2 主梁强度的计 算 7 3 主梁刚度的计 算 10 4 主梁稳定性的计 算 12 四 端梁设计计 算 12 1 轮距的确 定 12 2 端梁中央断面集合特 点 成都学院学士学位论文 设计 6 13 3 起重机最大轮 压 14 4 最大歪斜侧向 力 19 5 断面中央断面合成压 力 20 五 主 端梁连接计 算 20 1 主 端梁连接形成及受理分 析 20 2 螺栓拉力的计 算 20 六 大车运行机构设计计 算 23 1 确定机构的传动方 案 23 2 选择车轮和轨道 并验算车轮强 度 23 3 传动装置设计计 算 24 4 验算电动 成都学院学士学位论文 设计 7 机 25 5 设计减速装 置 27 七 起重机有关机构的安全装 置 29 八 起重机的组装及试车要 求 29 1 起重机的安装应注意的事 项 2 9 2 起重机的试车要 求 30 3 维 护 31 设计小 结 32 致 谢 参考文 献 33 成都学院学士学位论文 设计 8 一 绪论 起重机是具有起重吊钩或其它取物装置在空间内容实现垂直升降和水平运移重物的 起重机械 单梁桥式起重机为一般用途的起重机用于机械制造 装配 仓库等场所 此次设 计的是用于机械加工车间 是一种有轨运行的轻小型起重机 适用于额定起重载荷不 超过两吨 工作环境温度在 35 35 范围内 电动单梁桥式起重机不适于用来调 运熔化金属 赤热金属 易燃品及其危险物品 也不适用于具有酸性或其它有腐蚀性 化学气体的车间 1 单梁桥式起重机的工作方式 它安装在产房高出两侧的吊车梁上 整机可在吊车梁上铺设的轨道上横向行驶 起 重小车沿小车轨道行驶 横向 吊钩做升降运动 即与 CD1型 或 MD1 的电动葫 芦配套使用完成重物的升降 平移等人们难以做到的需要 成都学院学士学位论文 设计 9 2 单梁桥式起重机机构的特点 主要优点是 结构简单 重量轻 对厂房的负荷小 建筑高度小 耗电少 主梁 与端梁采用螺栓连接 拆装 运输和储存方便 补充备件方便 轮压小 工艺性好 适合采用自动焊接和流水作业加工 安装快 维修方便 缺点是起重量不大 3 桁架梁河箱形梁的比较 桁架自重和挡风面积小 风阻力小 节省钢材 缺点是外形尺寸大 要求厂房建 筑高度大 而且桥梁是由很多根不同型号和规格的杆件逐件焊接而成 费工 费钱 箱型梁的优点 外形尺寸小 用整块钢板焊成 便于下料和采用自动焊接 适合 大批量生产 缺点是自重较大 4 电动单梁桥式起重机各部件的作用及结构 主梁 主梁是采用钢板压延成型的 U 型槽钢与工字钢组焊而成的箱型实腹梁 作用是支 承着可移动的小车 并能沿铺设的专用轨道运行 将起重机的全部质量的 重力传给厂房建筑结构 端梁 由两种形式 一种是压制成形 在焊接车门那个箱形结构 适用于做中 小起重 机吊钩桥式起重机的端梁 另一种是四块钢板拼成的箱形结构 通常配制带角形轴承 箱的车轮组 但焊接工作量大 生产效率低于前种 本产品采用前一种 主梁和端梁的联接 两种形式 一种是在主梁的两端 用法兰和高度的螺栓与端梁的法兰相连接 这 种方式的优点是 主 端梁可以分批生产再组装 加工及库存的占地面积小 输送方 便 费用较低 另一种形式是加连接板再焊接的方法联接 优点是 制造简单 装拆 方便 成本低 是我国中 小起重机吊钩桥式起重机端梁和主梁的主要连接形式 电动葫芦 它是一种由电机驱动 经卷筒 滑轮或有巢链轮卷方起重机或起重链条 带动取 物装置升降的轻小型起重设备 它具有体积小 重量轻 操作维修方便 价格低 安 全可靠等特点 主要应用于起重量及工作范围要求不大或对工作速度要求不高的场合 将上部固定 可将起重设备单独使用或是通过小车悬挂在工字钢轨上运行 作电动单 梁桥式起重机 龙门起重机 臂架型起重机的起重小车 使用作业面积扩大 使用场 合增多 由于如此灵活 可作工厂 码头 仓库 货场等常用的起重设备 电动葫芦 的简述其 有渐开线外啮合齿轮传动和行星齿轮传动两类 但前者具有制造简单 维 成都学院学士学位论文 设计 10 修方便 效率高等特点 大车 使起重机作水平运动 用于搬运货物或调整工作位置 同时可将作用在起重机上 的载荷传给支承它的基础 小车架 是支承和安装起升机构 电动葫芦 和小车运行机构的几家 同时又是之家和传 递起升载荷的金属结构 小车 是小车作水平运动 用以搬运货物或调整工作位置 同时将作用在小车上的载荷 传给支承的主梁 5 运行机构 运行机构的任务是使起重机或小车作水平运动 用于搬运货物或调整工作位置 同 时可将作用在起重机或小车上的载荷传给支承它们的基础 陆上的起重机的运行机构 分为有轨道运行和无轨道运行两类 而桥式起重机的运行属于前一类 桥式起重机上的运行机构 由电机 传动装置 传动轴 联轴器和减速器等 制 动器和车轮组成 运行机构按其特点 构造 可分为得当分组式和一体是两种 按其 主动轮驱动的方式 可分为几种驱动和分别驱动两种 运行机构是依靠主动车轮与轮道间的摩擦力 通常称为附着力或粘着力 来实现 驱动的 为了保证有足够大的驱动轮 主动车轮 驱动车轮应布置得当 在任何情况 下 都应使其具有足够大的轮压 桥式起重机上运行机构的驱动轮 通常为总轮数的 一半 采用对称布置成四角布置 遮掩可保证驱动轮轮压之和不变 不会发生打滑现 象 使机构运行正常 小车运行机构 电动单梁桥式起重机采用自行式的自动葫芦 其小车运行机构就是电动葫芦的自行 式电动小车 大车运行机构 电动单梁桥式起重机的大车运行机构一般均作分别驱动的型式 即 每一边轨道 上的大车运行机构的主动车轮分别单独的电动机来驱动 电动机采用封闭自扇冷式 带制动器的绕线型电动机或带制动器的变极笼型电动机 一级开式齿轮减速器的型式 其中闭式齿轮部分是专用同轴式减速机 这种型式的传动装置简单 轻巧 零件数量 成都学院学士学位论文 设计 11 少 通用化程度高 便于制造和修理 但开式齿轮较易磨损 传动效率稍低 在有特 殊要求时 传动装置也可采用二级定轴式摆线行星式 少齿差渐开线行星式等 采用 全封闭型减速器或采用带制动器的电动机 减速器套装组各式的传动装置 它便于专 业化生产 传动效率较高 但制造及安装 5 齿面圆柱精度要求较高 QS 系列 三合一 减速器为三级渐开线布置平行轴传动外啮合渐开线硬齿面圆柱齿轮减速器 中华人民 共和国专业标准号为 ZBJ19027 90 减速器直接按与带制动器的绕线是或鼠笼式电 动相配 集减速器 电动机 带制动器为一体 制动器不需配电源 所配电机具有双 重功能接通电源即可旋转 切断电源后 电机本身即产生制动力矩而制动 电动机 减速器驱动部件利用减速器机体直接固定在端梁或主梁的伸出支架上 主动车轮利用 其伸出轴端直接插入到驱动部件减速器的低速空心轴内 通过花键连接 靠力矩支承 铰保持平衡 大车运行机构中采用 三合一 驱动部件 使机构变得非常紧凑 自重 轻 分组性好 装配与更换方便 不受桥架起台和小车架变形的影响 并由于驱动部 件不与走台相连接 可以减少主梁的扭转载荷 而且可使走台的构造也大为简化 但 当电动机容量增大时 悬臂受力复杂化 故大型起重机的运行机构 目前仍采用分组 式分别驱动 大车轮采用圆柱形踏面的双轮缘车轮 小车车轮采用圆锥鼓形车轮 6 发展趋势 新的发展是动态刚度计算 测试它的挠性变形 节省材料 整个结构小 计算机 控制吊车 摄像机摄像 计算机处理 用于恶劣的环境的场合 载荷限制器是限制起 重机起吊极限载荷的一种安全装置 称量装置是用来象是起重机吊物品具体重量的装 置 从桥架上讲有正轨箱形梁和斜轨箱形梁两种 从传动机构上讲 老式的传动机构是采用齿轮连接 新式的传动机构采用的是梅 花弹性联轴器 直接与车轮联接 中间加个方向联轴节 从导出方式讲 最早是排好架子 后期改为挂缆 直接有厂家生产出挂极式 导 电部分不外漏 吊车比较好的操纵方式 如遥控吊车 人可以无线操纵起升高度过高 可直接地 面操纵 LD 型吊车遥控发展得较早 自动取物装置采用计算机控制 传感器控制 设计采用 ZAD 缩短设计周期 7 该起重设备工作条件及设计要求 成都学院学士学位论文 设计 12 目的是为为机械加工车间设计一台吊车起重设备 拟定为电动单梁起重机 具体 要求如下 起重量 2 吨 起升高度 6 米 电动葫芦运行速度 30m min 电动葫芦的起升速度 8 m min 葫芦最大轮压 Pmax 1900 公斤 kg 葫芦自重 G 221kg 起重机跨度 10m 大车运行速度 45m min 大车轮距 2m 整机工作级别 A4 机构工作级别 起升 M5 小车运行 M3 大车运行 M5 工作环境 一般常温 使用寿命 10 年 8 型式及设计的构造特点 电动单梁桥式起重机由桥梁 小车 大车运行机构 电器设备构成 桥架由一根 主梁和两根端梁用螺栓连接而成 电动单梁桥式起重机是一种有轨运行的轻小型起重 机 它适用于额定起重量为 1 10 吨 适用跨度为 6 22 5 米 工作环境温度在 30 40 范围内 起重机的工作级别为 A3 A5 电动桥式起重机是按中级工件类型 设计和制造的 本次设计的起重设备采用电动单梁桥式起重机的主梁结构式采用钢板压延成形的 U 形槽钢 与工字钢组焊成的箱形实腹梁 横梁也是用钢板压延成 U 形槽钢 在组焊成 箱形封闭箱 为贮存 运输方便 在主梁与横梁之间用 M20的螺栓 45 号钢制 连接 而成 大车运行时靠两台锥形转子电机 通过齿轮减速装置驱动两边的主动车轮实现 的起升机构与小车运行机构采用 CD1 MD1形成的电动葫芦 运行机构采用分别驱动形 式制动靠锥形转子制动的交流异步电机来完成 起重机主电源由厂房一侧的角钢或圆 钢滑触线引入 电动葫芦由电缆供电 电动单梁桥式起重机的外形如下图所示 成都学院学士学位论文 设计 13 9 设计计算中的几点说明 1 起升机构 即电动葫芦 这里不在作计算 2 电动单梁起重机是按配用 CD MD 型电动葫芦考虑设计的 凡是与电动葫芦有关 的数据均按 CD MD 型电动葫芦考虑设计 3 凡是借用 CD MD 型电动葫芦的零部件 通用件 此处暂不做计算 4 均按中级工作制 JC25 设计计算 2 选择电动葫芦的规格型号 电动葫芦的形式与参数 参见产品样本 选用目前应用得最多的 CD1 或者 MD1 型 CD1 型和 MD1 型电动葫芦的起重量一般为 0 5 10 吨 起重高度为 6 30m 起升 速度为 8 m min 起重量为 10t 时为 7 m min 而 MD1型电弧炉具有两种起升速度 除 常速外 还有 0 8 m min 的慢速可满足精密装卸 砂箱合模等精细作业的要求 电动葫 芦的总体结构可分为起升机构和运行机构两部分 起升机构由电动机 制动器 减速 装置 卷筒装置以及吊钩滑轮组等组成 本次设计的电动小车采用 CD1型 2t 电动葫芦 CD1型电动葫芦的主辅电机为带锥形 成都学院学士学位论文 设计 14 制动器的锥形转子电机 电机和制动器制成一体 使电动葫芦结构紧凑 自重轻 据 资料查得 电动葫芦型号 CD12 6D 自重为 221kg 结果 选用 CD12 6D 三 主梁设计计算 1 主梁断面几何特性 根据系列产品资料 粗布给出主梁的断面尺寸如图示 主梁跨中断面图 根据系列产品资料 查得 25a 普型工字钢 GB706 65 的尺寸参数 h 250mm b 116mm d 8mm t 13mm F1 48 54 q 38 105 公斤 m 主梁断面面积 F 0 5 l1 2 1 2 1 h1 2 2 l2 F1 l3 0 5 25 25 35 48 541 25 116cm2 主梁断面水平形心轴 x x 位置 y1 11x 1 F y F 式中 F1 主梁面的面积 cm2 F1 y1x 各部分面积对x x轴的静矩之和 cm 3 y1x 各部分面积形心至 x x 轴的距离 cm 则 y1 0 5 35 2 0 5 55 25 2 0 5 25 43 2 0 5 25 5 30 48 54 13 1 10 5 0 5 成都学院学士学位论文 设计 15 116 30cm y2 56 30 26cm 结果得 F 116cm2 y1 30cm y2 26cm 主梁断面惯性矩 Jx Jxi Fi y1 2 Jxi 为对自身惯性矩 34 0 5 3 12 34 0 5 25 75 2 2 0 5 25 3 12 2 0 5 25 17 75 2 2 0 5 cos47 25 5 3 12cos47 2 0 5 25 5 8 25 2 48 54 17 75 2 10 5 1 2 12 10 5 1 29 5 2 32336 4 cm Jy Jyi Fi y1 2 Jyi为对自身惯性矩 0 5 34 3 12 2 25 0 53 12 2 0 5 25 17 252 2 0 5 sin47 25 5 3 12sin47 2 0 5 25 5 8 52 1 10 53 12 11434 4 cm 结果 Jx 32336 Jy 11434 4 cm 4 cm 2 主梁强度的计算 根据这种起重机的结构形式及特点 可以不考虑水平惯性对主梁造成的应力及其 水平面内载荷对主梁的扭转作用也可以忽略不计 该主梁的强度计算按第 类载 荷进行组合 对活动载荷由于小车的轮距很小 可近似的按集中载荷计算 跨中 断面弯曲正应力包括 梁的整体弯曲应力载荷由小车轮压在工字钢下翼缘引起的 局部弯曲应力两部分 合成后进行强度校核 梁的整体弯曲在垂直平 面内按简支梁计算 在水平面内按刚度的框架计算 成都学院学士学位论文 设计 16 垂直载荷在下翼缘引起的弯曲应力 由于载重不大 使用条件一般顾为设置操作室 在地面操作即可达到要求 根据 P543 26 99 计算 x 单位 公斤 厘米 2 2 1 x yk Gk y48 PLqL 操 2 式中 P Q G葫 2000 1 2 221 1 1 2643 1 其中 Q 额定起重量 Q 2000Kg G葫 电动葫芦自重 G葫 221Kg 动力系数 对于中级工作类型 1 2 k 冲击系数 对于操纵室操纵时 k 1 1 y1 主梁下表面距断面形心轴 x x 的距离 y1 30 厘米 yx 主梁跨中断面对 x x 轴惯性力矩 yx 32336 4 cm G葫 电动葫芦的自重 G葫 221Kg q 桥架单位长度重量 Kg m q 1000 F q 1000 0 016 7 85 7 5 98 56kg m99kg m 其中 F 主梁断面面积 F 0 0126 m2 材料比重 对钢板 7 85t m2 q 材料横加筋板的重量所产生的均布载荷 q 7 5 t m 所以 x 30 32336 1 2 2000 1 1 221 4 1000 1 1 1 26 1000 2 8 30 32336 779300 723Kg cm2 结果得 x 723Kg cm2 主梁工字钢下翼局部弯曲计算 成都学院学士学位论文 设计 17 p轮 L da c R 图6 b a 计算轮压作用点位置 i 及系数 i a c e 式中 i 轮压作用点与腹板表面的距离 cm c 轮缘同工字钢翼缘边缘之间的间隙 取 c 0 4 cm a 11 6 0 54 2 5 53cm b d 2 e 0 164R cm 对普型工字钢 翼缘表面斜度为 1 6 R 为葫芦定轮踏面曲率半径 由机械手册 31 84 查得 R 14 4 cm 则 e 0 164 14 4 2 36 cm 所以 i 5 53 0 4 2 36 3 57 3 57 5 53 0 65 i a 结果 i 3 57 0 65 b 工字钢下翼缘局部曲应力计算 如上图所示 L 点横向 在 xy 平面内 局部弯曲应力 1由下式计算 x 11 2 a k P轮 0t 成都学院学士学位论文 设计 18 式中 a1 翼缘结构形成系数 贴板补强时取 a1 0 9 P轮 葫芦走轮最大轮压 Kg P轮 葫 GQ 12 2 起升载荷动载系数 2 1 2 Q 额定起重重量 1 起升冲击系数 1 1 1 葫 G 电葫芦自身重量 k1 局部弯曲系数 由图可得 k1 1 9 t0 t 其中 t 工字钢翼缘平均厚度 t 1 30 cm 0 7 0 4 0 5 0 8 0 6 1 2 1 6 2 8 2 0 2 4 K1 K K2 0 8 i a K3 成都学院学士学位论文 设计 19 补强板厚度 1 cm t02 1 30 1 2 2 302 5 29 cm2 所以 1 0 9 2 1 843 5 29 301 19Kg cm2 结果 1 301Kg cm2 如图 1 点纵向 在 yz 平面内 局部弯曲应力为 2由下式计算 2 12 2 a k P轮 0t 式中 k2由图得 k2 0 6 所以 2 0 9 0 6 8435 6 81Kg cm2 如图中得 点纵向 yz 平面内 局部弯曲应力为 3 由下式计算 3 23 2 a k P轮 t 0 式中 K3 局部弯曲系数 查图得 k3 0 9 a2 翼缘结构形式系数 贴板补强时 a2 1 5 所以 3 1 5 0 9 843 5 29 215Kg cm2 c 主梁跨中断面当量应力计算 图中的 1 点当量应力为 当 2 2 12x1x 2 7238130172381301 22 703 6Kg cm2 1800Kg cm2 点当量应力为 当 由下式计算 当 i x 3 723 215 938Kg cm2 1800Kg cm2 3 刚度计算 垂直静钢度计算 f f 3 x P L 48EJ L 700 式中 f 主梁垂直静挠度 cm P 静载荷 公斤 P Q G 2000 221 2221 公斤 L 跨度 L 1000 厘米 E 材料弹性衡量 对 3 号钢 E 2 1 103 103 公斤 厘米 2 成都学院学士学位论文 设计 20 Jx 主梁断面垂直惯性矩 4 cm Jx 32336 4 cm f 许用垂直静挠度 cm 取 f 厘米 L 700 所以 f 2221 10003 48 2 1 103 103 32336 0 68cm f 1000 700 1 43cm f f 所以满足要求结果 水平静刚度计算 f水 f水 出自 26 108 式 13 y P L 48EJ L 200 式中 f水 主梁水平静挠度 cm P 水平惯性力 公斤 P 2000 221 20 111 05 公斤 20 Q G Jy 主梁断面水平惯性矩 Jy 11434 4 cm f水 许用水平静挠度 取 f水 厘米 L 200 f水 1000 200 5cm f水 111 05 1000 3 48 2 1 103 103 11434 0 1cm f水 f水 满足要求 注 系数的选取是按 P惯 a平 Q G 9 8 0 5 Q G 1 20 p g 1 20 P惯 水平惯性力 公斤 g 重力加速度 取 g 9 8m s2 a平 起重机运行机构的加速度 当驱动轮为总数的 时 取 a平 0 5 m s2 注均自 P12表 6 8 得 动刚度计算 在垂直方向的自振周期 T 2 T 0 3s M K 成都学院学士学位论文 设计 21 式中 T 自振周期 秒 M 起重机和葫芦的换重量 M 0 5qlk G 1 g 其中 g 重力加速度 g 980cm s 2 L 跨度 L 1000cm q 主梁均布载荷 q 0 99kg cm G 电动葫芦的重量 G 221kg 所以 M 0 5 0 99 1000 221 0 73kg s2 cm 1 980 则 T 2 3 14 0 04s 16895 73 0 T 0 04s T 0 3s 4 稳定性计算 稳定性计算包括主梁整体稳定性计算和主梁腹板 受压翼缘的局部稳性计算 1 主梁整体稳定性 由于本产品主梁水平刚度比较大 故可不计算主梁的整体稳定性 2 主梁腹板的局部稳定性 由于葫芦小车的轮压作用在主梁的受拉区 所以主梁腹板局部稳定性不计 算 3 受压翼缘板局部稳定性 由于本产品主梁是冷压形成的 U 形槽钢 通过每隔一米艰巨的横向加筋板 及斜侧板同工字钢组焊成一体 U 形槽钢的两圆角都 将大大加强上翼缘板稳定性 所 以受压翼缘板局部稳定性可不计算 四 端梁设计计算 本产品的端梁结构采用钢板冷压成 U 形槽钢 在组焊成箱形端梁 见下图 端梁 通过车轮将主梁支承在轨道上 端梁同车轮的联接形成是将车轮通过心轴安装在端梁 的腹板上 A K A BC1 BC1C 图9 C 成都学院学士学位论文 设计 22 横梁通过车轮将主梁支撑在轨道上 而横梁和车轮的连接形式常见的有两种如下 图 一种是由角轴承箱独立的将车轮安装在横梁端部 如左图 一种是通过心轴安装 在横梁端部腹板上 如右图 本次设计采用后一种 这是由于运行机构采用葫芦运行 小车驱动传动装置所致 即是采用一开一闭式减速器所致 在设计计算中横梁主要承受主梁以及载荷对它的垂直压力和起重机运行时对它产 生的水平歪斜侧向力 1 轮距的确定 为减少 起重机运行中的歪斜和轮缘同轨道的摩擦阻力 起重机的轮距 K 和跨度 S 要满足一定比例关系 对于本次设计而言比例关系为 7 1 5 1 L k yy 220 300 285 y ZZ Z yc 153 147 ZC 79 5 Z 280 5 10 y 151 即 k L k L 1 5 1 7 1 5 1 7 10 1 5 1 7 1 42 2 0m 成都学院学士学位论文 设计 23 取 k 2 0m 2 端梁中央断面几何特性 断面总面积 参数见中央断面图 则 F 2 30 0 5 2 21 0 5 28 5 1 79 5cm 形心位置 相对于 z z 则 y1 2 30 0 5 21 0 5 29 75 21 0 5 1 25 28 5 1 15 75 79 5 15 3cm 所以 y2 30 15 3 14 7cm 相对于 y y 则 z1 30 0 5 22 75 30 0 5 1 25 28 5 1 0 5 2 21 0 5 12 79 5 7 9cm 所以 z2 26 z1 18 1cm 断面惯性矩 Jx 2 1 12 0 5 30 3 2 30 0 5 0 3 2 1 12 1 28 5 3 1 12 3 21 0 5 3 21 0 5 14 45 2 1 12 21 0 5 3 1 12 21 0 5 3 21 0 5 14 05 2 8410 4 cm Jy 2 1 12 0 5 213 2 21 0 5 4 12 1 12 30 0 53 30 0 5 14 8 52 1 12 30 0 53 35 6 652 0 5 1 12 28 5 13 28 5 7 42 6650 4 cm 以上的计算公式均出自 P146 平行移动轴公式 Iz1 Iz a2A Iz 3 bh 12 断面模数 Wx Jx y1 8410 15 3 550cm3 成都学院学士学位论文 设计 24 Wy Jy Z2 6650 14 7 452cm3 3 起重机最大轮压 一般的单梁桥式起重机是由四个车轮支承的 起重载荷通过这些支承点传到轨 道道上 本起重设备的支反力 轮压 可按柔性支撑架来计算 起重机支座及作用 起重机支座反力作用见下图 G轮主G驱 G横 G载 G室 G轮从 图12 G轮主 G驱 G横 G载 G轮从 A L1L2 LK 2 S l D K1 K G桥 B C 124 43 起重机最大轮压的计算 按第 类载荷计算 当载荷 G载 Gn G 由于本起重机额定载荷不高 且操作简 单 在地面操作就完全可以达到要求完成相关任务 同时从节约角度出发因此没有设 置操作室 满载时 当载荷移动到左右两端极限位置时 A 轮和 B 轮承受最大轮压且有 NA NB 当空载时 电动葫芦移动到左右两极限位置时对应有 C 轮和 D 轮有最小轮压且 有 NC ND 1 当载荷移到左端极限位置时 各车轮轮压 Na 1 K G轮主 K G驱 Q k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端 Nb 1 K G轮主 K G驱 Q k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端 Nc 1 K G轮从 K G驱 Q k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端 Nd 1 K G轮从 K G驱 Q k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端 式中 Q 额定起重重量 Q 2000kg G 电葫芦重量 G 221kg K 冲击系数 对单梁吊取 k 1 1 成都学院学士学位论文 设计 25 动力系数 对中级工作类型单梁吊取 1 2 G端 端梁重 G端 155kg G轮主 主动轮装置重 G轮主 65 5 G轮从 从动轮装置重 G轮从 46 公斤 G驱 驱动装置 G驱 47 公斤 Q 主梁单位长度的重量 q 99kg m 0 99kg cm L 跨度 L 1000cm K 轮距 k 150cm Li 跨中至载荷极限位置 cm L1 L2 370cm 所以 Na 1 2 2000 1 1 221 4 1 2 370 1000 1 1 0 99 1000 4 1 1 155 2 1 1 65 5 1 1 47 1150 272 5 85 25 72 25 51 7 1631 5kg 16315N Nb 1 2 2000 1 1 221 4 1 2 370 1000 1 1 1 26 1000 4 1 1 155 2 1 1 65 5 1 1 47 171 8 272 5 85 25 72 05 51 7 653 3kg 6533N Nc 1 2 2000 1 1 221 4 1 2 370 1000 1 1 1 26 1000 4 1 1 155 2 1 1 46 171 8 272 5 85 25 50 6 51 7 631 85kg 6318 5N Nd 1 2 2000 1 1 221 4 1 2 370 1000 1 1 1 26 1000 4 1 1 155 2 1 1 46 1150 272 5 85 25 50 6 51 7 1610 5kg 16100 5N 成都学院学士学位论文 设计 26 当载荷移到右端极限位置时各车车轮轮压 由于没有操纵室所以两端对称 Na 1 K G轮主 K G驱 Q k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端 Nb 1 K G轮主 K G驱 Q k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端 Nc 1 K G轮从 K G驱 Q k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端 Nd 1 K G轮从 K G驱 Q k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端 式中 l2 370cm 所以 Na 1631 5kg 16315N Nb 653 3kg 6533N Nc 631 85kg 6318 5N Nd 1610 5kg 16100 5N 当起重机满载时 无论在左端或右端 NA ND NB NC 都相差不大 因此 计算均通过 当起重机空载时 a 操纵室操纵起重机各轮的轮压 运行到左侧时 Na 空 1 K G轮主 K G驱 k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端 Nb 空 1 K G轮主 K G驱 k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端 Nc 空 1 K G轮从 K G驱 k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端 Nd 空 1 K G轮从 K G驱 k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端 式中的各参数与前面所表示的一样 则 Na 空 1 1 221 4 1 2 370 1000 1 1 0 99 1000 4 1 1 155 2 1 1 65 5 1 1 49 105 7 272 25 85 25 72 05 53 9 589 2kg 5892N Nb 空 1 1 221 4 1 2 370 1000 1 1 0 99 1000 4 1 1 155 2 1 1 65 5 1 1 49 成都学院学士学位论文 设计 27 63 2 272 25 85 25 72 05 54 53 9 546 7kg 5467N Nc 空 1 1 221 4 1 2 370 1000 1 1 0 99 1000 4 1 1 155 2 1 1 46 63 2 272 25 85 25 50 6 53 9 555 2kg 5552N Nd 空 1 1 221 4 1 2 370 1000 1 1 0 99 1000 4 1 1 155 2 1 1 46 105 7 272 25 85 25 50 6 53 9 567 7kg 5677N b 空载时移到右端极限位置时 各车轮的轮压 由于对称与左端相同 Na 空 1 K G轮主 K G驱 k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端 Nb 空 1 K G轮主 K G驱 k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端 Nc 空 1 K G轮从 K G驱 k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端 Nd 空 1 K G轮从 K G驱 k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端 所以 Na 空 589 2kg 5892N Nb 空 546 7kg 5467N Nc 空 555 2kg 5552N Nd 空 567 7 公斤 5677N 所以 电动单梁桥式起重机操作满载时 它的最大轮压是当载荷移到两端极限位 置时的从动轮 D 上 即 为最大轮压 Nmax 1631 5 公斤 16315N Nmin为最小轮压 出 现在当起重机空载时 电动葫芦移到两侧时 AB 轮上的轮压 即 Nmin 546 7Kg 5467N 4 最大歪斜侧向力 起重机运行时 由于各种原因会出现跑偏 歪斜现象 此时 车轮轮缘与轨道侧 成都学院学士学位论文 设计 28 面的接触 并产生运行方向垂直的侧向力 s 由上图所示 当载荷移到左端极限位置时 操纵室操纵时最大轮压为 ND 1631 5kg 并认为 NA ND 这时的最大歪斜侧向力为 SD N 式中 N 最大轮压 N 1631 5 公斤 测压系数 对于轮距 K 同跨度 1 的比例关系在 之间 可取 0 1 1 k 1 5 1 7 所以 SD 0 1 1631 5 163 15Kg 当载荷移动到右端极限位置时最大轮压 NA NB 653 3Kg 并认为 NC NB这时的最大 歪斜侧向力为 SB 0 1 653 3 65 33Kg 5 端梁中央断面合成应力 最大侧向力考虑当载荷向右移动到极限位置时最大侧向力在 B 轮上即有 SB 65 33Kg x N K 2W y S K 2W B x N K 2W B y S K 2W 上式中 K 轮距 k 200cm WX和 WY 断面模数 WX 550cm3和 WY 452cm3 许用应力 由于端梁受理复杂 一般只计算垂直载荷和歪斜 侧向力 所以许用应力 3 号钢取 1400kg cm2 653 3 200 2 550 65 33 200 2 452 362 3kg cm2 所以 1400Kg cm2 所以经过校核是安全的 成都学院学士学位论文 设计 29 5 主 端梁连接计算 主梁与横梁是各自从独立部件的形式加工出来 通过一定的连接形式构成起重机 桥架 其连接形式主要有两种 一种是通过焊接一种是通过螺栓 我国生产的单梁起 重机一直采用的是焊接连接的方式 这种方式有很大优点 它的加工工艺简单 方便 可行 但是生产和储存占地面积大且运输不是很方便 因此根据实际需要 我决定采 用螺栓连接的方式 这样虽然会增加制造和设计的工作量 但是对于系列产品和有专 门制造的设备来说 这样可以达到横梁互换 这样主梁和横梁不仅可以分别加工制造 又极大的方便了储存 可以极大的节省储存空间和方便运输 常见的主梁和横梁连接形式有 如下图 其中 a b 为焊接连接 c d e 为螺 栓连接的结构形式 1 主 端梁连接形成及受力分析 本设计的主 端梁连接是采用螺栓和减载凸缘那你结构的形式 如下图所示 主梁两端同端梁之间各用六个 M20螺栓 45 号钢 连接 这种连接结构的连接形式 经过分析可以看成是在主梁和横梁之间 垂直载荷 由凸缘承受 凸缘将承受剪力以及挤压力 其拉力主要是由起重机运行时的歪斜侧向 力 S1和起重机支撑反力所造成的 一般水平惯性对螺栓的影响可以忽略不计 图中经 过分析 设螺栓 d 受拉力最大 以下主要以螺栓 d 为对象进行分析 成都学院学士学位论文 设计 30 2 螺栓拉力的计算 起重机歪斜侧向力力矩的计算 已知 起重量 Q 2000 公斤 跨度 L 1000cm 起重机运行速度 V 45m min 如 歪斜侧向力简图 所示 起重机歪斜侧向力矩为 MS S K 式中 s 歪斜侧向力 由前面计算得 S SB 65 33 公斤 k 轮距 k 2 0m 所以有 MS 65 33 2 0 130 66kg m 歪斜侧向力矩对螺栓拉力的计算 如上图 b 中 对螺栓 d 的计算 成都学院学士学位论文 设计 31 设歪斜侧向力矩 MS对螺栓 d 的拉力为 N1则 N1 s 2 i 2 5M x x 式中 系数 2 5 是考虑螺栓预案紧力及载荷分布不均匀性的系数 MS 歪斜侧向力矩 MS 130 66kg m X 螺栓 d 距离图 b 中的 y y 轴的距离 X 0 52m Xi2 每个受拉螺栓距离图 b 中 y y 轴的距离的平方之和 m2 所以 N1 2 5 130 66 0 52 0 52 2 0 52 2 0 52 2 0 022 0 022 0 022 169 858 0 1824 931kg 起重机支承反力对螺栓的作用力矩 当载荷移动到非操纵室一侧的极限位置时 取端梁作为受力离体 其受力如下图 取 点为受力平衡点则有M 0 得 MR MN RBl0 式中 l0 力臂 如图中所示 取 t0 13 5cm MR 支反力 RB对 C 的作用力矩 Kg m MN 所有受拉螺栓对 C 点得力矩之和 kg m 成都学院学士学位论文 设计 32 RB 起重机右端支反力 可认为是 RB NB NC RB 6533 631 85 7164 85kg 所以 R MN RBl0 7164 85 0 135 967kg m 支反力矩对螺栓的拉力 设支反力矩 MR 对螺栓 d 的拉力为 N2 N2 i 2 5 2 Y YMN 式中 MN 各螺栓的力矩和 MN 967kg m y 螺栓 d 中心线至上图 z z 轴的距离 m yi2 每个受拉力螺栓到图中 z z 轴距离平方之和 2 5 考虑螺栓预紧力及载荷分布不均与性的影响系数 所以 N2 2 5 967 0 285 0 2852 0 2852 0 2852 0 1852 0 0852 0 0852 665 475 0 245 2812kg 螺栓 d 承受的总拉力 N0 N1 N2 931 2812 3743kg 验算螺栓强度 受拉螺栓强度 0 0 N F 式中 N0 螺栓总拉力 N0 3743 公斤 F0 螺栓的净断面面积 cm F0 2 0d 4 其中 d0 螺纹根径 对于 M20螺栓的螺纹底径 d0 16 75mm 即 1 675cm 所以 F0 3 14 1 675 2 4 2 2cm 2 螺栓的许用应力 kg cm2 0 5 0 6 s 其中 s 材料屈服极限 对端梁连接螺栓采用 45 号钢正火的 M20螺栓 成都学院学士学位论文 设计 33 s 3600 公斤 厘米 2 所以 3743 2 2 1701kg cm2 所以 强度合格 凸缘垂直剪切应力验算 剪应力 c RB F 式中 c 受剪断面形状系数 对矩形断面 c 取 1 5 RB 支反力 RB 7164kg F 受剪面积 F 1 54 54cm 2 F 见图 b 材料许用剪切应力 对强钢而取 950kg cm2 所以 1 5 7164 54 199kg cm 2 所以 199kg cm 2 950kg cm2 所以经过校核合格 凸缘挤压应力验算 挤压应力 挤 RB F 端 式中 RB 支反力 RB 7164kg F 承压断面面积 由图 b 中得 F 0 4 54 21 6cm2 端 材料的端面挤压应力 对强钢取 端 2400kg cm2 所以 端 7164 21 6 331 7kg cm2 端 331 7kg cm2 端 2400kg cm2 验算通过 六 大车运行机构设计计算 1 确定机构传动方案 2 选择车轮和轨道 验算车轮强度 大车车轮采用圆柱形踏面的双轮缘车轮 材料选用 ZG340 640 相当于 ZG55 成都学院学士学位论文 设计 34 正火后回火 车轮直径 350mm 为了提高车轮的使用寿命 车轮踏面和轮缘内侧进行 表面淬火 便面强度达到 HB300 380 对于淬硬层的深度 应大于 15 20mm 因轮压 Nmax 3891 公斤 故选用 P18型铁路钢轨 圆弧顶 由于轨顶面是圆弧形能适应车轮的 倾斜 一级起重机跑偏的情况具有足够的强度 使用寿命长 同时其轨顶应有足够的 宽度以减少对基础的比压 截面具有足够的抗弯强度 轨面一般与车轮配用 不再进 行强度校核 验算车轮的疲劳强度 由于车轮在使用中失效的主要原因是踏面疲劳损坏 车轮的计算蛀牙是踏面疲劳 强度的计算 踏面疲劳计算载荷 PC 自 P62 4 11 式 maxmin2P P 3 式中 PC 车轮他民疲劳计算载荷 N Pmax 起重机正常工作时的最大轮压 Pmin 起重机正常工作时的最小轮压 故 PC 2 16315 631 85 3 11 1KN 因圆柱形踏面与圆弧顶钢轨为点接触 所以车轮踏面的疲劳计算载荷应满足 PC 2 122 3 C C K R m 式中 C1 转速系数 表 4 4 因 n Vk D 45 3 14 0 35 40 95r min 查得 C1 0 968 插值法计算 C2 运行机构工作级别系数 表 4 5 得 C2 1 00 工作级别为 M5 K2 与车轮材料有关的点接触应力常数 查 4 6 得 K2 0 126 插值法计算 查得 b 640MPa s P3 39 R 曲率半径 P18型轨道顶面曲率半径 R 175mm 取车轮半径与轨道顶曲面曲 率半径中之大值 故取 R 175mm m 由轨道顶面曲率半径与车轮半