单梁桥式起重机

江苏师范大学连云港校区江苏师范大学连云港校区 海洋港口学院海洋港口学院 课程设计报告书课程设计报告书 课程名称课程名称 专专 业业 班班 级级 学学 号号 姓姓 名名 指导教师指导教师 年年 月月 日日 摘要摘要 桥式起重机运行大车中最主要的结构有 电动机 减速器 联轴器 等等 桥式起重机的大车设有起升机构和小车运行机构 为使小车轮压呈均匀分布 应对大车的机构布置进行优化设计 以知大车轨迹和轴矩为例 以车轮轮压均 匀分配为目标函数 按单钩起重大车的条件提出约束条件 对优化设计的结果 进行分析如下 首先 电动机 起重机械的驱动电动机要根据所需功率 最大转矩 接电持续率 起动等级 控制类型 速度变化范围 供点方式 保 护等级 环境温度 与使用地区海拔高度等因素进行选择 其次 减速器 起 重机械设计时 根据理论指导和工作经验 对机构形式 中心距 公称传动比 及齿轮参数的选择应遵守原则和注意事项 再次 联轴器 起升机构装有 联轴器 其电动机工况驱动力矩 起升过程 减速传动装置的载荷等 与电动 机通过减速器直接驱动的起重运行机构有差别 本文根据在 MH 葫芦桥式起重机 系列设计中的应用的经验 提出了把联轴器传动与起重机机构设计相结合的设 计计算方法 其设计计算结果在该系列试验中得到证实 关键词关键词 起重大车 机构布置 优化设计 电动机选择 减速器 设计 原则 联轴器 目录目录 第一章 绪论 1 1 1 单梁桥式起重机的综合评述 1 1 2 发展趋势 1 1 3 设计任务与设计要求 3 第二章 单梁桥式起重机的总体设计 4 2 1 起重机总体机构的确定 4 2 2 LD 型电动单梁桥式起重机各部件的作用 位结构 5 2 3 运行机构 6 2 4 单梁桥式起重机的基本参数 7 2 5 选择电动葫芦的规格型号 7 2 6 主梁设计计算 7 2 7 端梁设计计算 14 2 8 起重机最大轮压 15 2 9 最大歪斜侧向力 18 2 10 端梁中央断面合成应力 19 2 11 车轮轴对端梁腹板的挤压应力 19 2 12 主 端梁连接计算 19 第三章 小车起升和运行机构的设计计算 22 3 1 电动葫芦起升机构设计计算 22 3 2 电动葫芦运行机构设计计算 27 总 结 32 参考文献 33 第一章第一章 绪论绪论 1 1 单梁桥式起重机的综合评述单梁桥式起重机的综合评述 1 1 1 单梁桥式起重机机构的特点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 1 1 2 单梁桥式起重机的工作方式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 1 1 3 桁架梁和箱形梁的比较桁架梁和箱形梁的比较 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 1 2 发展趋势发展趋势 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 称量装置是用来像是起重机 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 CAD 缩短设计周期 1 2 1 国内桥式起重机发展有三大特征国内桥式起重机发展有三大特征 1 改进机械结构 减轻自重 国内桥式起重机多已经采用计算机优化设计 以此提高整机的技术性能和 减轻自重 并在此前提下尽量采用新结构 与正轨箱型相比 可减少或取消加 筋板 减少结构重量 节省加工工时 2 充分吸收利用国外先机技术 起重机大小车运行机构采用了德国 Demang 公司的 三合一 驱动装置 吊挂于端梁内侧 使其不受主梁下挠和振动的影响 提高了运行机构的性能和 寿命 并使结构紧凑 外形美观 安装维修方便 3 向大型化发展 由于国家对能源工业的重视和资助 建造了许多大中型水电站 发电机组 越来越大 特别是长江三峡的建设对大型起重机的需求量迅速提升 三峡电厂 需要 1200 吨桥式起重机和 2000 吨大型塔式起重机 1 2 2 国外桥式起重机发展四大特征国外桥式起重机发展四大特征 1 简化设备结构 减轻自重 降低生产成本 法国 Patain 公司采用了一种以板材为基本构件的小车架结构 其重量轻 加工方便 实用于中 小吨位的起重 该结构要求起升采用行星 圆锥齿轮减 速器 小车架不直接与车架相连接 以此来降低对小车架的刚度 简化小车架 的结构 减轻自负 Patain 公司的起重机大小车运行机构采用三合一驱动装置 结构比较紧凑 自重较轻 简化了总体布置 此外 由于运行机构与起重机走 台没有联系 走台的振动也不会影响传动机构 2 更新零部件 提高整机性能 法国 Patain 公司采用窄偏轨箱型梁作主梁 其高 宽比为 4 3 5 左右 大 筋板间距为梁高的两倍 不用小筋板 主梁与端梁的连接采用搭接的方式 使 垂直力直接作用于端梁的上盖板 由此可以降低端梁的高度 便于运输 3 设备大型化 随着世界经济的发展 起重机械设备的体积和重量越来越趋于大型化 起 重量和吊运幅度也有所增大 为节省生产和使用费用 其服务场地和使用范围 也随着增大 1 2 3 机械化运输系统的组合应用机械化运输系统的组合应用 国外一些大厂为了提高生产率 降低生产成本 把起重运输有机的结合在 一起 构成先进的机械化运输系统 1 3 设计任务与设计要求设计任务与设计要求 1 3 1 设计任务设计任务 为机修车间设计一台 LD 型电动单梁桥式起重机 具体要求如下 起重量 5 吨 起升高度 9 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 500kg 起重机跨度 16 5 m 大车运行速度 45m min 大车轮距 2 5m 工作级别 M5 工作环境 一般常温 使用寿命 10 年 操纵室操纵 G 操 400 公斤 1 3 2 设计要求设计要求 主要设计桥梁式起重机的起升机构和变幅机构 要求如下 1 设计的起重机能够满足使用功能要求 安全可靠 结构合理 操作使用 方便 2 工作机构 传动及控制方案合理可行 3 设计计算正确 标准件及设备选型合理 4 图纸绘制要符合国家标准 布图合理 图面整洁 美观 第二章第二章 单梁桥单梁桥式起重机的总体设计式起重机的总体设计 2 1 起重机总体机构的确定起重机总体机构的确定 LD 型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 5 吨 适用跨度为 7 5 22 5 米 工作环境温度在 25 40 范围内 起重机的工作级别为 A3 A5 LD 型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 LD 型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 1 所示 图 1 电动单梁桥式起重机 2 2 LD 型电动单梁桥式起重机各部件的作用 位结构 型电动单梁桥式起重机各部件的作用 位结构 LD 型电动单梁主要由主梁 端梁 主动轮 被动轮 工字钢 大车驱动 装置和小车 电动葫芦起升装置 组成 2 2 1 主梁主梁 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 结构简单适用 工艺性好 2 2 2 端梁端梁 由两种形式 一种是钢板压延成型的 U 型槽钢组焊成形 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 2 2 3 主梁和端梁的联接主梁和端梁的联接 两种形式 一种是在主梁的两端 螺栓加减载凸缘连接形式 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 本产品采用第一种连接方式 2 2 4 电动葫芦电动葫芦 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 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 维修方便 效率高等 特点 2 2 5 大车大车 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 大车轨道中心间的距离称为跨度 S 在该轨道 上运行的动作称为大车运行 在桥架的中心或两端装有大车运行电动机 从电 动机的水平轴引出动力 驱动半数的车轮 2 2 6 小车架小车架 是支承和安装起升机构 电动葫芦 和小车运行机构的机架 同时又是机架 和传递起升载荷的金属结构 LD 型起重机采用工字钢 2 2 7 小车小车 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 本品采用电动机 卷筒 制动器 钢丝绳和吊钩于一体 的 CD 型电动葫芦 2 2 8 操纵室操纵室 用于司机操纵作起重机的运行工作 操作室的构造与位置安装 应保证使司 机有良好的视野 其结构分为敞开式与封闭是两种 桥式起重机的操作室应安 装在无滑线一侧的桥架上 2 3 运行机构运行机构 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 2 3 1 小车运行机构小车运行机构 LD 型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 2 4 单梁桥式起重机的基本参数单梁桥式起重机的基本参数 起重量 起升高度 起升速度 葫芦运行速度 大车运行速度 跨度 车轮 与轨距 2 5 选择电动葫芦的规格型号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 5t 电动葫芦 CD1型电动葫芦的主辅电机为带锥形制动 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 CD15 9D 自重为 500kg 结果 选用 CD15 9D 其设计计算见后面 2 6 主梁设计计算主梁设计计算 2 6 1 主梁断面几何特性主梁断面几何特性 根据系列产品资料 粗布给出主梁的断面尺寸如图示 l1 400 y xx l2 255 y2y1 h1 400 H 800 1 5 2 5 47 x x F1 h2 280 l3 105 b 122 1 2 3 4 5 1 压制成型的U形槽钢 2 加劲隔板 3 斜侧板 4 工字钢 5 补强钢板 h1 220 10 图 2 主梁断面尺寸 主梁跨中断面图 根据系列产品资料 查得 28a 普型工字钢 GB706 65 的尺寸参数 h 280mm b 122mm d 8 5mm t 13 7mm F1 55 45 q 43 4 公斤 m 主梁断面面积 Jx 7114cm Jy 345cm F 0 5 l1 2 1 2 1 h1 2 2 l2 F1 l3 0 5 40 2 0 5 2 0 5 40 2 0 5 25 5 55 45 1 10 5 151cm 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 cm F1 y1x 各部分面积对x x 轴的距离 cm y1x 各部分面积形心至x x 轴的距离 cm 则 y1 0 5 40 2 0 5 79 75 2 0 5 40 60 2 0 5 25 5 31 5 55 45 15 1 10 5 0 5 151 37cm y2 4cm 结果 F 151cm y1 37cm y2 4cm 主梁断面惯性矩 Jx Jxi Fi y1 39 0 5 12 39 0 5 42 75 2 0 5 40 12 2 0 5 40 23 2 0 5 17 4 12cos47 2 0 5 25 5 5 7 7114 55 45 22 10 5 1 12 10 5 1 36 5 111545 4 cm Jy Jyi Fi y1 0 5 39 12 2 40 0 5 12 2 0 5 40 19 75 2 0 5 19 12sin47 2 0 5 25 5 10 345 1 10 5 12 21849 4 cm 结果 Jx 111545 Jy 21849 4 cm 4 cm 2 6 2 主梁强度的计算主梁强度的计算 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 水平面内在和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 对活动在和由于小车的论据很小 可近似的按集中载荷计算 跨中断面弯曲 正应力包括 梁的整体弯曲应力和由小车 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 图 3 简支梁受力分析 垂直载荷在下翼缘引起的弯曲应力 根据 起重机设计手册 计算 x 单位 公斤 厘米 2 1 x yk Gk y48 PLqL 操 2 式中 P Q KIIG葫 5000 1 2 500 1 1 6550 其中 Q 额定起重量 Q 5000 公斤 G葫 电动葫芦自重 G葫 500 公斤 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 37 厘米 yx 主梁跨中断面对 x x 轴惯性力矩 yx 111545 4 cm l 操纵室重心到支点的距离 l 100cm G操 操纵室的重量 G操 400 公斤 G葫 电动葫芦的自重 G葫 500 公斤 q 桥架单位长度重量 公斤 米 q 1000 F q 1000 0 0151 7 85 7 5 126kg m 其中 F 主梁断面面积 F 0 0151 m 材料比重 对钢板 7 85t m 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 37 111545 1 2 5000 1 1 500 4 1650 1 1 400 100 2 1 1 1 26 1650 8 1060 公斤 厘米 结果 x 1060 公斤 厘米 主梁工字钢下翼局部弯曲计算 p轮 L da c R 图6 b 图 4 工字钢下翼轮压局部 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 12 2 0 85 2 5 675cm 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 17 5 cm 则 e 0 164 17 5 2 87 cm 所以 i 5 675 0 4 2 87 3 205 3 205 5 675 0 57 i a 结果 i 3 205 0 57 工字钢下翼缘局部曲应力计算 图 5 主梁工字钢 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 式中 a1 翼缘结构形成系数 贴板补强时取 a1 0 9 k1 局部弯曲系数 由图可得 k1 1 9 图 6 局部弯曲系数 其中 t 工字钢翼缘平均厚度 补强板厚度 t0 t 1 cm t 1 37 cm t0 1 37 1 2 37 5 61 cm 所以 1 0 9 1 9 1900 5 61 579 公斤 厘米 结果 1 579 公斤 厘米 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 2 183 公斤 厘米 0 9 0 6 1900 5 61 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 4 a2 翼缘结构形式系数 贴板补强时 a2 1 5 所以 3 1 5 0 4 1900 5 61 203 公斤 厘米 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 22 579 183 1060 579 183 1060 1077 公斤 厘米 1800 公斤 厘米 点当量应力为 当 由下式计算 当 i x 3 1060 203 1263 公斤 厘米 1800 公斤 厘米 2 6 3 刚度计算刚度计算 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 5000 500 5500 公斤 L 跨度 L 1100 厘米 E 材料弹性衡量 对 3 号钢 E 2 1 10 10 公斤 厘米 Jx 主梁断面垂直惯性矩 4 cm Jx 111545 4 cm f 许用垂直静挠度 cm 取 f 厘米 L 700 所以 f 2 2cm 3 6 5500 1650 4 8 2 1 10111545 f 1650 700 2 36cm f f 所以满足要求结果 水平静刚度计算 f水 f水 13 y P L 48EJ L 2000 式中 f水 主梁水平静挠度 cm P 水平惯性力 公斤 P 5000 500 20 275 公斤 20 Q G Jy 主梁断面水平惯性矩 Jy 21849 4 cm f水 许用水平静挠度 取 f水 厘米 L 2000 f水 1650 200 0 825cm f水 0 56cm 3 6 275 1650 4 8 2 1 1021849 f水 f水 0 825 厘米满足要求 1650 2000 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 s a平 起重机运行机构的加速度 当驱动轮为总数的 时 取 a 0 5 m s 动刚度计算 在垂直方向的自振周期 T 2 T 0 3s M K 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 L 跨度 L 1650cm q 主梁均布载荷 q 1 26 公斤 厘米 G 电动葫芦的重量 G 500 公斤 所以 M 0 5 1 26 1650 500 1 75 公斤 秒 厘米 1 980 K 5006 公斤 厘米 3 96 JzE L 6 3 96 2 1 10111545 1650 则 T 0 1112 秒 1 57 2 3 14 5006 T T 0 3s 2 6 4 稳定性计算稳定性计算 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 稳定性计算 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 2 7 端梁设计计算端梁设计计算 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 yy 220 300 285 y ZZ Z yc 153 147 ZC 79 5 Z 280 5 10 y 151 图 7 端梁 2 7 1 轮距的确定轮距的确定 即 k L k L 1 5 1 7 1 5 1 7 16 5 1 5 1 7 2 357 3 3m 取 k 2 5m 250 厘米 2 7 2 端梁中央断面几何特性端梁中央断面几何特性 1 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 2 形心位置 相对于 z z 则 y1 2 30 0 5 15 21 0 5 29 75 21 0 5 1 25 28 5 1 15 75 79 5 15 4cm 所以 y2 30 15 4 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 23 z1 15 1cm 3 断面惯性矩 A K A BC1 BC1C 图9 C Jx 2 1 12 0 5 30 2 30 0 5 0 4 1 12 1 28 5 1 28 5 0 35 1 12 21 0 5 21 0 5 14 5 1 12 21 0 5 21 0 5 14 15 8452 34 4 cm Jy 2 1 12 0 5 21 2 21 0 5 4 1 1 12 30 0 5 30 0 5 14 85 1 12 30 0 5 30 6 65 0 5 1 12 28 5 1 28 5 7 4 6659 6 4 cm 以上的计算公式均出自 起重机设计手册 P146 平行移动轴公式 Iz1 Iz a A Iz 3 bh 12 4 断面模数 Wx Jx y1 8452 34 15 4 751cm Wy Jy Z2 6659 6 15 1 441cm 2 8 起重机最大轮压起重机最大轮压 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 2 8 1 起重机支座及作用起重机支座及作用 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 图 8 起重机支反力作用 2 8 2 起重机最大轮压的计算起重机最大轮压的计算 带额定载荷小车分别移到左 右两端极限位置时 按第 类载荷计算最大轮压 1 操纵室操纵 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 G L l k L 操1k k Nb 1 K G轮主 K G驱 Q k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端G l k L 操 k k Nc 1 K G轮从 K G驱 Q k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端G l k L 操 1k k k Nd 1 K G轮从 Q k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端 K G驱 G L l k L 操1k k k 式中 Q 额定起重量 Q 5000 公斤 G 电葫芦重量 G 500 公斤 K 冲击系数 对有操纵室的单梁吊取 k 1 1 动力系数 对中级工作类型单梁吊取 1 2 G端 端梁重 G端 165kg 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 497 公斤 G操 操纵室重量 G操 400 公斤 q 主梁单位长度的重量 q 126 公斤 m 1 26 公斤 cm L 跨度 L 1650 厘米 k 轮距 k 250cm L2 694cm L1 740cm Ki 25cm l 100cm s1 841 5cm s2 1310cm 均出自 起重机计算实例 所以 Na 3936N Nb 9600N Nc 9060N Nd 41920N 操纵室操纵 当载荷移到右端极限位置时各车车轮轮压 Na 1 K G轮主 K G驱 Q k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端G L l k L 操 1k k Nb 1 K G轮主 K G驱 Q k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端G l k L 操1k k Nc 1 K G轮从 K G驱 Q k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端G l k L 操1k k k Nd 1 K G轮从 K G驱 Q k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端G L l k L 操 1k k k 式中 l2 694cm 所以 Na 10890N Nb 38050N Nc 37520N Nd 13450N 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G L l k L 操1k k Nb 空 1 K G轮主 K G驱 k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端G l k L 操1k k Nc 空 1 K G轮从 K G驱 k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端G l k L 操1k k k Nd 空 1 K G轮从 K G驱 k G 4 12L L k ql 4 k G 2 端G L l k L 操1k k k 式中的各参数与前面所表示的一样 则 Na 空 10900N Nb 空 8050N Nc 空 7510N Nd 空 13460N 4 操纵室操纵 空载时移到右端极限位置时 各车轮的轮压 Na 空 1 K G轮主 K G驱 k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端G L l k L 操1k k Nb 空 1 K G轮主 K G驱 k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端G l k L 操1k k Nc 空 1 K G轮从 K G驱 k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端G l k L 操1k k k Nd 空 1 K G轮从 K G驱 k G 4 22L L k ql 4 k G 2 端G L l k L 操1k k k 所以 Na 空 8510N Nb 空 10440N Nc 空 9900N Nd 空 11070N 所以 电动单梁桥式爱中级对操纵室操作满载时 它的最大轮压是当载荷移到左端极 限位置时的从动轮 D 上 即 ND为最大轮压 Nmax 4192 公斤 41920N Nmin为最小轮压 出 现在当起重机空载时 电动葫芦移到左侧时 B 轮上的轮压 即 Nmin NB空 805 公斤 8050N 2 9 最大歪斜侧向力最大歪斜侧向力 起重机运行时 由于各种原因会出现跑偏 歪斜现象 此时 车轮轮缘与轨道侧面的 接触 并产生运行方向垂直的侧向力 s 图 9 桥架简图 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 3891 公斤 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 4192 公斤 测压系数 对于轮距k同跨度l的比例关系在 11 57 l k 之间 可取 0 1 0 1 4192419 2 D S 所以 公斤 当载荷移到右端极限位置时 操纵室操纵最大轮压为 3805 公斤 这时最大歪斜侧向力 为 0 1 3805380 5 B S 公斤 2 10 端梁中央断面合成应力端梁中央断面合成应力 由于操纵室连接架加强了操纵室侧端梁的强度 所以最大侧向力考虑当载荷右移到 极限位置时最大侧向力在 B 轮上 BB xyxy N KS KNKSK 2W2W2W2W 式中 K 轮距 K 250cm x W y W 断面模数 x W 3 549cm y W 3 441cm 许用应力 由于端梁受力复杂 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 1400 公斤 cm 3805 250 2 549 380 5 250 2 441 974 公斤 厘米 所以 1400 公斤 厘米 安全 2 11 车轮轴对端梁腹板的挤压应力车轮轴对端梁腹板的挤压应力 车轮轴对端梁腹板的挤压应力为 挤 挤 挤 0 00 P d D 00 N 2d 式中 操纵室操纵时 起重机最大轮压 当载荷小车移到左端极限位置时 最大DN 轮压在 D 轮上 即 4192 公斤 DN 端梁腹板轴孔直径 7cm 0d0d 端梁支撑腹板厚 1 5cm0 0 挤 许用压应力 对 3 号钢取 挤 1150 公斤 cm 所以 挤 4192 2 7 1 5 200 公斤 厘米 挤 1150 公斤 cm 安全 2 12 主 端梁连接计算主 端梁连接计算 2 12 1 主 端梁连接形成及受力分析主 端梁连接形成及受力分析 本产品的主 端梁连接是采用螺栓和减载凸缘那你结构的形式 如图所示 主梁两端 同端梁之间各用六个 M20螺栓 45 号钢 连接 y 10 310 x 20 85 y 横 梁 图16 b 500 540 6 d x Q局部放大 AA A 1 A 主 梁 Q 25 10 5 8575 图 10 主 端梁连接 受力分析 这种连接形式 可以为在主 端梁之间 垂直载荷由凸缘承受剪力及挤压 力 此情况下 螺栓主要承受由起重机运行时的歪斜侧向力和起重机支承反力所是使的造 成的拉力 一般水平惯性力对螺栓的影响可忽略不计 本产品的操纵室是由一个刚强的连接架同时连接到主梁及端梁上 这样就加强了主 端梁之间的连接强度 所以这里仅验算非操作室一侧的主 端梁连接强度 2 12 2 螺栓拉力的计算螺栓拉力的计算 1 起重机歪斜侧向力力矩的计算 已知 起重量 Q 5000 公斤 跨度 L 1650cm 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 由前节得 s sB 380 5 公斤 k 轮距 k 2 5m 所以 MS 380 5 2 5 951 公斤 米 2 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 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 式中 MS 歪斜侧向力矩 MS 951 公斤 m x 螺栓 d 距离图 b 中的 y y 轴的距离 x 0 52m Xi 每个受拉螺栓距离图 b 中 y y 轴的距离的平方之和 m 所以 N1 2 5 951 0 52 0 52 0 52 0 52 0 02 0 02 0 02 1522 公斤 3 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 图 11 车轮受力分析 取 点为受力平衡点 0 得 MR MN RBl0 式中 l0 力臂 如图中所示 取 t0 12cm MR 支反力 RB对 C 的作用力矩 公斤 m MN 所有受拉螺栓对 C 点得力矩之和 公斤 m RB 起重机右端支反力 可认为是 RB NB NC RB 3805 3752 7557 公斤 所以 R MN RBl0 7557 0 12 907 公斤 米 4 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 s 2 i 2 5M y y 式中 MN 各螺栓的力矩和 MN 907 公斤 米 y 螺栓 d 中心线至上图 z z 轴的距离 m yi 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 5 907 0 245 0 245 0 245 0 16 0 16 0 075 0 075 3048 公斤 5 螺栓 d 承受的总拉力 N0 N1 N2 1522 3048 4570 公斤 6 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 4570 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 4 2 2cm 螺栓的许用应力 公斤 厘米 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 s 3600 公 斤 厘米 所以 4570 2 2 2077 公斤 厘米 所以 强度合格 7 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 7557 公斤 F 受剪面积 F 1 54 54cm 材料许用剪切应力 950 公斤 厘米 所以 1 5 7557 54 210 公斤 cm 合格 8 凸缘挤压应力验算 挤压应力 挤 RB F 端 式中 RB 支反力 RB 6919 公斤 F 承压断面面积 由图 b 中得 F 0 4 54 21 6cm 端 材料的端面挤压应力 端 2400 公斤 厘米 所以 端 7557 21 6 350 公斤 厘米 端 端 2400 公斤 厘米 验算通过 第三章第三章 小车起升和运行机构的设计计算小车起升和运行机构的设计计算 3 1 电动葫芦起升机构设计计算电动葫芦起升机构设计计算 电动葫芦作为起升机构 其设计基准工作级别为 M4 当起重量较大时采用 M3作为设 计基准更为经济合理 电动葫芦的整机设计寿命为 10 年 允许不同零件选用不同的总设计 寿命 如减速器的易损坏轴承总设计寿命可比齿轮低 1 2 档 或者高 1 2 档对整机寿命更 为有利 在整十年设计寿命中允许更换 2 3 次钢丝绳等 3 1 1 电动葫芦的基本设计参数电动葫芦的基本设计参数 起重量 G 起升高度 H 和起升速度 Vn 是设计电动葫芦起升机构必不可少的基本设计 参数 必须满足用户使用要求 为了保证电动葫芦正确的进行设计 机构的工作级别和接 电持续率的确定也是设计必不可少的 3 1 2 电动葫芦起升机构简要设计步骤电动葫芦起升机构简要设计步骤 作为起升机构的钢丝绳电动葫芦 其设计步骤是取物缠绕装置入手 然后向驱动装置 传动装置和制动装置展开设计计算与验算 能选用标准部件应尽量选用为佳 1 吊钩的选用 吊钩在我国已经标准化 并有相应的标准 根据起重量和工作级 别从有关制造厂提供的性能参数表中选择所需要的吊钩 2 计算钢丝绳最大静拉力并选择钢丝绳 钢丝绳最大静拉力 S 29070N 0 Q qa 50000 2 1 0 86 式中 S 钢丝绳最大静拉力 N Q 起升载荷 Q Gp g N Gp 起重量 kg 电动葫芦起升机构总效率 由起重机设计手册查得 0 85 0 90 取 0 0 0 86 0 q 滑轮组倍率 为滑轮组分支数 取 q 2 qa 滑轮组钢丝绳卷入卷筒的根数 去 1 aa 钢丝绳绳径的确定 钢丝绳直径不应小于下式计算的最小直径 d C 0 095 16mmS29070 式中 d 钢丝绳最小直径 mm C 选择系数 C 由下表 mmN 表 1 选择系数 C 值 选出 机构工作级别为 取 C 0 0954M 为钢丝绳的计算值 经整圆后再选择标准直径的钢丝绳 整圆后 dd 选不应超过 d 计算值的 25 否则绳太粗 不易弯曲而寿命短 由 起重机计算实例 附录选得 d 18 5mm 验算钢丝绳安全系数 当按选择系数法选择钢丝绳后 可根据钢丝绳的实际破断力 验算安全系数 n 0S 钢丝绳理论破断力按下式计算 2 0 2 bd Sk 式中 钢丝绳理论破断力 N d 选用的钢丝绳直径 mm 0S 钢丝绳的抗拉强度极限 N按上表选取 1700 b 2 mm 钢丝绳中金属丝截面与整个截面积的比值 与钢丝绳结构有关 一般取 0 45 0 55 此处取 0 45 k 钢丝绳编结损失系数 一般取 k 0 82 0 92 此处取 0 82 所以 168534N0S 2 3 14 18 5 1700 0 45 0 82 4 安全系数按下式计算 n 168534 29070 5 84 50S S 因此所选钢丝绳满足要求 3 卷筒基本尺寸 转速和强度计算 根据标准 卷筒材料一般选用铸铁或铸钢 对于工作级别为中度的卷筒 应选铸铁作 为卷筒的制造材料 卷筒与滑轮最小卷绕直径的确定 hd0D 式中 按钢丝绳中心计算的卷筒与滑轮的最小卷绕直径 mm 0D h 与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数 卷筒为 滑轮为 mm 按下表选取 1h2h 表 2 相关系数 h 由于机构工作级别为 所以选择 16mm 18mm 4M 1h2h d 选用钢丝绳直径 mm 所以 1618 5 296mm0D 卷筒相关尺寸的确定 电动葫芦卷筒绳槽采用浅槽 如下图 图 12 卷筒 槽距 t d 1 2 mm 绳槽半径 R 0 55d mm 槽深 0 28d mm 圆角 r 0 5 1 5mm 0h 综上计算可得 t 20mm R 10mm 5mm r 1mm 0h Z 0 0 qH Z D 式中 Z 绳槽圈数 q 滑轮组倍率 q 2 H 起升高度 H 9m 安全圈 一般取 2 0Z0Z 经计算得 Z 22 2 9000 2 3 14 296 采用导绳器时 卷筒长度 L 123 0 qH lllt D 式中 卷筒左边缘预留长度 一般取 4mm 1l1l 压绳板所占长度 一般取 2 3 t 取 2t 40mm 2l2l2l 卷筒右边残余长度 一般取 4mm 3l3l1l 综上计算得卷筒长度 L 4 40 4 428mm 2 9000 3 14 296 20 卷筒的转速 卷筒转速按下式计算 0 n i qV n D 式中 卷筒转速 q 滑轮组倍率 in minr 起升速度 卷筒卷绕直径 m nV minm0D 所以 17 2 8 3 14 0 296 in minr 卷筒壁强度计算 卷筒壁中承受着复杂的应力 但主要是卷筒壁中的压应力 压应力 计算如下 p S t 式中 卷筒壁内压应力 N p 2 cm S 钢丝绳最大静拉力 N 卷筒壁厚 cm 卷筒槽距 cm t 卷筒壁许用应力 N 钢制卷筒 p 2 cmp 1 5s 铸铁卷筒 p 4 25b 钢的屈服应力 N 铸铁抗拉强度极限 N s 2 cmb 2 cm 一般卷筒使用铸铁制造 由 机械设计手册 查得 145 N b 2 cm 则 12 N 145 4 25 34 N 满足要求 p S t 2907 12 20 2 cm 2 cm 4 电动机的选择与校验 按起升载荷 额定起升速度和起升机构的效率计算起升电动机功率 N 1000 nQV 式中 N 电动机静功率 Kw 起升速度 nV m s Q 起升载荷力 N 起升机构总效率 N 7 75Kw 1000 nQV 50000 860 1000 0 86 根据上述计算的电动机静功率和按节点持续率初选电动机 根据 CD MD 电动葫芦技术性能和外形尺寸主要参数表 初步选择起升电动机为 ZD141 4 电动机过载能力校验 起升机构电动机可不验算发热 只校验过载能力 过载能力按下式 计算 1000 n n M HQV P m 式中 在机构接电持续率下电动机基准功率 每小时启动六次的功率 nP 考虑电压降和转矩允差和静载实验超载系数 绕线电动机 2 1 鼠笼电动机 2 2 m 电动机个数 电动机的允许过载倍数 M 5 起升减速器计算与选择 起升机构传动比的计算 传动系统的总速比为电动机额定转速与卷筒转速之比 卷筒转速按下式计算 0 60n d V n D 式中 卷筒转速 dn minr 起升速度 nV minm 卷筒卷绕直径 m 0D 所以 60 8 52 min 3 14 2 96 dnr 传动总速比按下式计算 d i n i n 式中 传动总速比 即减速器速比 i 电动机转速 dn minr 卷筒转速 in minr 所以 1380 26 5 52 i 减速器的选择与计算 电动葫芦的减速器为非标准减速器 应根据减速比和电动机功 率进行设计计算 起中齿轮计算比较复杂 按 GB3811 83 起重机设计规范 中附录 S 进 行设计计算 需要计算齿轮的计算切向力 齿面计算接触应力 齿面接触疲劳许用应力 齿面接触疲劳计算安全系数 齿面静强度 齿根计算弯曲应力 齿根弯曲疲劳许用应力 齿根弯曲疲劳强度安全系数和齿根弯曲静强度 6 制动器的设计计算 目前电动葫芦的制动器均采用非标准的锥形制动