单梁桥式起重机结构设计说明毕业论文.doc

毕业论文单梁桥式起重机结构设计说明毕业论文1 单梁桥式起重机的概述1.1单梁桥式起重机的整体描述 起重机是具有起重吊钩或其它取物装置在空间内实现垂直升降和水平运移重物的起重机械。 LD型电动单梁桥式起重机为一般用于机械制造、装配、仓库等场所（此次设计的是用于机修车间）。LD型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，也不适用于在有爆炸危险、火灾危险、充满腐蚀性气体和相对湿度大于85%的场所工作。LD型电动单梁起重机是在天津起重设备厂70年代初开发的DL型电动单梁起重机基础上，经全国联合设计研发而成，配套的电动葫芦为CD和MD型。是一种有轨运行的轻小型起重机，额定起重 0.55.0 吨,适用跨度7.522.5米，工作级别在A3A5，工作环境温度在-25 40 范围内。起重机运行速度小于45m/min时，采用地面跟随式操纵，运行速度大于45m/min时，采用操纵室操纵。 1.1.1 单梁桥式起重机的工作方式 它安装在厂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。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。 1.1.2 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、耗电少。主梁与端梁采用螺栓连接、拆装、运输、补充备件方便，轮压小，安装快，维修方便。缺点是起重量不大。 1.1.3 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。 1.1.4 桁架梁和箱形梁的比较桁架梁挡风面积小、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 LD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组成。 1.2.1 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。 1.2.2 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） 。 1.2.3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） 1.2.4 电动葫芦它是一种由电机驱动，经卷筒、滑轮或起重链条，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，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、等常用的起重设备。电动葫芦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。 1.2.5 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。 1.2.6 小车架是支承和安装电动葫芦和小车运行机构的机架，同时又是传递起升载荷的金属结构，LD型起重机采用工字钢。 1.2.7 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。 1.2.8操纵室用于司机操纵起重机的运行工作，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。1.3 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、制动器和车轮组成。 运行机构是依靠主动车轮与轮道间的摩擦力来实现驱动的。为了保证有足够大的驱动轮，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，采用对称成四角布置，这样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。 1.3.1 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。 1.3.2 大车运行机构LD型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（每一边轨道上的大车运行机构的主动车轮分别用单独的电动机来驱动），电动机采用带制动器的绕线型电动机或带制动器的变极笼型电动机。司机室操纵室用绕线的电动机，传动装置采用自行式电动葫芦电动小车的闭线减速器。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、零件数量少、通用化程度高，便于制造和修理，开式齿轮较易磨损，传动效率稍低。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合式的传动装置便于专业化生产，传动效率较高，但制造及安装精度要求较高。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：ZBJ1902790）。减速器直接按与带制动器的绕线鼠笼式电动机相配，集减速器、电动机、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。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。 2 工作条件及设计要求 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：P max=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2.1 型式及设计的构造特点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：0.55吨，适用跨度为4.516.5米，工作环境温度在-2540范围内，起重机的工作级别为A3A5，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。端梁也是用钢板压延成U形槽钢，再组焊成箱形封闭箱，为贮存，运输方便，在主梁与端梁之间用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移动。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 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型。CD1型电动葫芦的起重量一般为0.510吨，起重高度为630m，起升速度为8 m/min，起重量为10t时为7 m/min。而CD1型电葫芦具有两种起升速度，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。2.3 主梁设计计算 2.3.1 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：图2 主梁断面尺寸根据系列产品资料，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 J x=7114cm J y=345cm F=0.5（l1-21）+21h1+22l2+F1+l3 = 151cm 主梁断面水平形心轴x-x位置 y1= 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 =37cm y2 =4cm结果：F=151cm y1=37cm y2 =4cm 主梁断面惯性矩 J x=J xi+F i y1 =111545J y=J y i+F iy1 =21849 结果：J x=111545 J y=21849 2.3.2 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，水平面内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，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/厘米式中：P=Q+KIIG葫其中：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 ；Y x-主梁跨中断面对x-x轴惯性力矩，y x=111545； 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= 1000F+q其中： F-主梁断面面积，F=0.0151 m -材料比重，对钢板，=7.85tm q-材料横加筋板的重量所产生的均布载荷，q=7.5 tm；所以：x=1060公斤/厘米主梁工字钢下翼局部弯曲计算图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=5.675cme=0.164R（cm）对普型工字钢，翼缘表面斜度为.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=0.16417.5=2.87 cm所以：i=5.6750.4-2.87=3.205 =3.2055.675=0.57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oxy平面内），局部弯曲应力1由下式 计算： x=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 cmt=1.37 cm t0=（1.37+1）=2.37=5.61 cm所以：1=(0.91.919005.61)=579公斤/厘米结果：1=579公斤厘米如图，1点纵向局部弯曲应力为2由下式计算：2=式中：k2由图得：k2=0.6所以：2=183公斤厘米如图中得点纵向局部弯曲应力为3，由下式计算： 3= 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=（1.50.419005.61）=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= =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 2.3.3刚度计算垂直静钢度计算 f= f= 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=2.11010公斤/厘米J x-主梁断面垂直惯性矩（）J x=111545 f-许用垂直静挠度（cm），取f= 厘米所以： f=2.2cm f=1650700=2.36cm ff 所以满足要求结果水平静刚度计算 f水=f水= 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； J y-主梁断面水平惯性矩； J y=21849 ； f水-许用水平静挠度，取f水= 厘米。 f水=1650200=0.825cm； f水=0.56cm f水f水=0.825厘米满足要求动刚度计算： 在垂直方向的自振周期： T=2T 0.3s 式中：T-自振周期（秒） M-起重机和葫芦的换重量， M=(0.5qlk+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=(0.51.261650500)=1.75公斤秒厘米 K=5006公斤厘米则：T=0.1112秒 TT=0.3s 2.3.4 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，通过每隔一米间距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。2.4 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，再组焊成箱形端梁，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。图7 端梁 2.4.1 轮距的确定 = 即k=()L =() 16.5 =2.3573.3m 取k=2.5m=250厘米 2.4.2 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=2300.5+2210.5+28.51=79.5cm(2) 形心位置 (相对于z-z)则： y1=15.4cm 所以：y2=30-15.4=14.7cm (相对于y-y)则：z1=(300.522.75+300.51.25+28.510.5+2210.512) 79.5 =7.9cm 所以：z2=23-z1=15.1cm(3) 断面惯性矩 J x=8452.34 J y=6659.6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=I z+aA I z=(4) 断面模数 W x=J x/y1=8452.3415.4=751cm W y=J y/Z2=6659.615.1=441cm2.5 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。 2.5.1起重机支座及作用 起重机支座反力作用见下图：图8 起重机支反力作用 2.5.2 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+ )+ KG轮主+ KG驱+ Nb=(1-)+ KG轮主+ KG驱+ N c=(1-)+ KG轮从+ KG驱+ Nd=(1+ )+ KG轮从+ KG驱+ 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； s1=841.5cm s2=1310cm 均出自起重机计算实例。所以： N a=3936N N b=9600N N c=9060N N d=41920N 操纵室操纵当载荷移到右端极限位置时各车车轮轮压： N a= (1- )+ KG轮主+ KG驱+ N b=(1+ )+ KG轮主+ KG驱+ N c=(1+ )+ KG轮从+ KG驱+ Nd=(1- )+ KG轮从+ KG驱+ 式中：l2=694cm所以：N a=10890N N b=38050N N c=37520N N d=13450N当起重机满载时，无论在左端或右端 NA=ND NBNC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+ )+ KG轮主+ KG驱+ Nb空=(1-)+ KG轮主+ KG驱+ N c空=(1-)+ KG轮从+ KG驱+ Nd空=(1+ )+ KG轮从+ KG驱+ 式中的各参数与前面所表示的一样则： N a空=10900N N b空=8050N N c空=7510N N d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- )+ KG轮主+ KG驱+ Nb空=(1+ )+ KG轮主+ KG驱+ N c空=(1+ )+ KG轮从+ KG驱+ N d空=(1- )+ KG轮从+ KG驱+ 所以：N a空=8510N N b空=10440N N c空=9900N N d空=11070N所以，电动单梁桥式起重机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：N D为最大轮压N max=41920N.N min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N min=N B空=8050N2.6 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NAND,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。对于轮距同跨度的比例关系在 之间，可取=0.1 。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： 2.7 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。 式中：K-轮距，K=250cm； 断面模数，； -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；=3805250(2549)+380.5250(2441)=974公斤/厘米所以=1400公斤/厘米.安全2.8 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，最大轮压在D轮上，即=4192公斤；端梁腹板轴孔直径，=7cm;端梁支撑腹板厚，=1.5cm挤许用压应力，对3号钢取挤=1150公斤/ cm所以挤 =4192（271.5）=200公斤/厘米挤=1150公斤/ cm，安全2.9 主、端梁连接计算 2.9.1 主、端梁连接形式及受力分析 本产品的主、端梁连接是采用螺栓和减载凸缘结构的形式，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。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。 2.9.2 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=45mmin如（歪斜侧向力简图）所示：起重机歪斜侧向力矩为：MS=sk式中;s-歪斜侧向力，由前节得：s=se=380.5公斤 k-轮距 k=2.5m所以：MS=380.52.5=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=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y-y轴的平方之和（m）所以：N1=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=75570.12=907kgm （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=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）；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=3048kg （5）螺栓d承受的总拉力N0=N1+N2=1522+3048=4570kg （6）验算螺栓强度受拉螺栓强度= 式中：N0-螺栓总拉力， N0=4570公斤； F0-螺栓的净断面面积cm，F0= ；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=3.141.675 4=2.2cm -螺栓的许用应力（公斤厘米）；=（0.50.6）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：=45702.2=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：=cRB/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=154=54cm ；-材料许用剪切应力，=950公斤厘米。所以: =1.5755754=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=0.454=21.6cm；端-材料的端面挤压应力，端=2400公斤厘米。所以：端=755721.6=350公斤厘米 端端=2400公斤厘米验算通过。3 小车起升和运行机构的设计计算 CD、MD型钢丝绳电动葫芦是我国70年代各兄弟厂联合设计研发的第二代电动葫芦，CD型电动葫芦最突出的特点是采用了锥形电动机，为此，常称CD型电动葫芦为锥形葫芦。CD型为常速、MD型为慢速。CD、MD型电动葫芦为一般用途的钢丝绳电动葫芦。其工作级别为M2M4，工作环境温度为-2540摄氏度。它不适合用于充满腐蚀性气体或相对湿度大于85%的场所，不能代替防爆葫芦，不宜吊运熔化金属或有毒、易燃和易爆物品。 （1）结构特点： CD、MD型电动葫芦由起升机构、运行机构和电控三部分组成。起升机构：起升机构由驱动、制动、传动和取物缠绕四种装置组成，MD型葫芦的起升电动机为双机组成，两个电机之间通过齿轮减速，速比为1:10；传动装置为四级圆柱齿轮减速器；取物装置由吊钩、钢丝绳、卷筒等组成。总体布局是卷筒在中间，一端为锥形制动电动机，另一端为减速器，通过长轴和橡胶联轴节将电机轴与减速器高速轴连接在一起，卷筒外壳为圆筒形，有悬挂形和固定形之分。 （2） 运行机构： 运行机构由驱动、制动、传动和车轮四种传动装置组成，驱动制动装置为二合一的鼠笼锥形制动电动机，制动器为平面制动器；传动装置减速器为一开一闭式圆柱齿轮传动，车轮是踏面近似圆锥形的单轮缘锻钢车轮。运行小车有手动、电动和链动之分。 （3）电控： 采用两套标准的磁力启动器，一套控制起升电动机的正反转，即上升与下降；一套控制运行电动机的正反转，即左右横行。操作控制是利用手动按钮，操作电压多为380V，为了安全有的采用低压36V，为了防止乱绳，卷筒上装有导绳器，导绳器横向移动与起升限位开关配合动作，以控制起升极限位置。3.1 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12档，或者高12档对整机寿命更为有利，在整十年设计寿命中允许更换23次钢丝绳等。 3.1.1 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V n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 （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=0.850.90，取=0.86； q-滑轮组倍率，为滑轮组分支数，取q=2； -滑轮组钢丝绳卷入卷筒的根数，去=1。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=16mm式中d-钢丝绳最小直径，mm；C-选择系数，；C由下表表1 选择系数C值选出。机构工作级别为，取C=0.095 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d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。钢丝绳理论破断力按下式计算:式中：-钢丝绳理论破断力，N；d-选用的钢丝绳直径，mm； -钢丝绳的抗拉强度极限，N按上表选取1700； -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=0.450.55，此处取=0.45； k-钢丝绳编结损失系数，一般取k=0.820.92,此处取0.82；所以=168534N安全系数按下式计算：n=16853429070=5.84.5 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=hd式中：-按钢丝绳中心计算的卷筒与滑轮的最小卷绕直径，mm； 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：表2 相关系数h由于机构工作级别为，所以选择=16mm, =18mm； d-选用钢丝绳直径，mm；所以=1618.5=296mm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+(12)mm;绳槽半径R=0.55d；槽深=0.28d；圆角r=0.51.5mm。综上计算可得：t=20mm,R=10mm, =5mm,r=1mm Z=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。经计算得Z=22。采用导绳器时，卷筒长度L=式中：-卷筒左边缘预留长度，一般取=4mm； -压绳板所占长度，一般取=（23）t,取=2t=40mm； -卷筒右边残余长度，一般取=4mm。综上计算得卷筒长度L=4+40+4+=428mm。卷筒的转速：卷筒转速按下式计算式中：-卷筒转速，；q-滑轮组倍率； -起升速度，；-卷筒卷绕直径，m。所以=17 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： 式中：卷筒壁内压应力，N； S钢丝绳最大静拉力，N； 卷筒壁厚，cm； 卷筒槽距，cm； 卷筒壁许用应力，N；钢制卷筒=； 铸铁卷筒=； 钢的屈服应力，N；铸铁抗拉强度极限，N。一般卷筒使用铸铁制造，由机械设计手册查得=145 N，则= =12 N 1454.25=34 N，满足要求。(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=式中：N电动机静功率，Kw；起升速度，； Q起升载荷力，N；起升机构总效率。 N= =7.75Kw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ZD1414。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：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），；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。 (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：式中：卷筒转速，；起升速度，；卷筒卷绕直径，m。所以 传动总速比按下式计算： 式中：传动总速比，即减速器速比； 电动机转速，；卷筒转速，。所以 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。其中齿轮计算比较复杂，按GB381183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器，与电动机共同构成制动电动机，锥形制动器的设计计算如下：制动电动机轴需要的静扭转力矩计算： 式中：电动机轴需要的静扭转力矩，Ncm； Q起升载荷力，N; 起升机构总效率； 滑轮组倍率； 卷筒卷绕直径，cm。所以 =120075Ncm 3.2 电动葫芦运行机构设计计算 电动葫芦运行机构通常称为电动小车。 3.2.1.电动小车运行静阻力计算 式中：满载稳定运动时的总阻力，N； G起重量，kg； 电动葫芦自重，kg； D小车车轮工作直径，cm； 车轮轴颈直径，cm； f车轮滚动摩擦系数，取f=0.06cm；支撑处摩擦系数，采用滚动轴承时，取=0.015；轮缘附加摩擦系数，车轮安装滚动轴承时，取=1；通过曲线轨道时的附加阻力系数，此处为直轨道，取=0.0.005系数是由于电动葫芦的运行轨道允许倾斜度为时的坡道运行阻力系数。对于电动葫芦不考虑风阻力。所以 3.2.2.电动机的初选预验算 在初选电动葫芦电动机时应考虑克服摩擦阻力、坡道阻力所需的电动机静功率和电动机启动阶段消耗的功率。 式中：基准接电持续率时电动机的额定功率，kw，为所选电动机的总功率； 克服运行阻力消耗的静功率，kw； 电动机个数； 平均启动转矩倍数，对绕线电动机取1.7，鼠笼电动机取1.98； 运行总阻力，N； 电动小车运行速度，； 运行小车总效率； 电动葫芦与吊载的总质量，kg； 加速时间，S。初算时按下表选。表3 加速时间 经计算由CD、MD型系列电动葫芦技术性能和外形尺寸表，初选小车运行电动机ZDY1214。电动葫芦运行小车运行速度低，利用等级和载荷状态都不高，所以运行电动机一般不必验算过载和发热。 3.2.3 传动比 电动葫芦运行机构用减速器，通常无标准产品可供选择。减速器的传动比按下式计算： 式中：减速器传动比； 电动机转速，； 车轮转速，；=所以 3.2.4 制动器的选择与计算 电动葫芦运行机构多采用平面制动器，与电动机构成制动电动机为一体，也无标准制动器可供选用 ，需自行设计与验算。 摩擦阻力是有利于制动器制动的，只有坡道阻力需要制动器消耗制动力矩，对于轮缘摩擦和曲线轨道引起的附加阻力并不能帮助制动。因此对于在运行驱动车轮与轨道间有足够大的黏着力的情况下，运行制动器应满足下面条件：式中： 制动器制动力矩，Nm； D车轮工作直径，m； 运行机构总效率； 减速比； 坡道阻力，N； 电动小车运行时的最小摩擦阻力，N；式中：P弹簧工作时轴向压力，N； 制动轮与制动环间的摩擦系数，取=0.35；式中：起重量，kg； 葫芦自重，kg； g重力加速度； 坡道阻力所以式中：最小摩擦阻力，N。 其他参数同上。所以 =324N综合上述计算和相关技术参数，应该选择起升电动机为ZD1414，运行电动机为ZDY1214的CD型5t电动葫芦作为起升和运行传动装置。结构外形如下图所示：图13 电动葫芦4 大车运行机构设计计算4.1 确定机构传动方案图14 三合一驱动