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河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計計算書
指導(dǎo)教師：王少雷
設(shè)計題目：10t橋式起重機設(shè)計 設(shè)計人：侯雪鵬
設(shè)計項目
計算與說明
結(jié)果
第1章 前言
橋式起重機是一種重要的物料搬運機械。橋式起重機的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運行，構(gòu)成一矩形的工作范圍﹐就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設(shè)備的阻礙。橋式起重機可分為普通橋式起重機﹑簡易梁橋式起重機和冶金專用橋式起重機3種。
物料搬運成了人類生產(chǎn)活動的重要組成部分，距今已有五千多年的發(fā)展歷史。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，自動化程度的提高，作為物料搬運重要設(shè)備的起重機在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。起重機正經(jīng)歷著一場巨大的變革。大型化和專業(yè)化、模塊化和組合化、輕型化和多元化、自動化和智能化、成套化和系統(tǒng)化以及新型化和實用化是這場變革得主題。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機行業(yè)已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，市場競爭也越發(fā)激烈。橋式起重機行業(yè)在國內(nèi)需求旺盛和出口快速增長的帶動下，依然保持高速發(fā)展，產(chǎn)品幾近供不應(yīng)求。盡管我國起重機行業(yè)發(fā)展迅速，但是國內(nèi)起重機仍缺乏競爭力。從技術(shù)實力看，與歐美日等發(fā)達地區(qū)相比，中國的技術(shù)實力還有一定差距。目前，過內(nèi)大型起重機尚不具備大量生產(chǎn)能力。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，由于技術(shù)能力所限，中國起重機在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上也不完善，難以同國外匹敵。
橋式起重機可分為以下幾類：
1.通用橋式起重機
1）抓斗橋式起重機
抓斗橋式起重機的裝置為抓斗，以鋼絲繩分別聯(lián)系抓斗起升、起升機構(gòu)、開閉機構(gòu)。主要用于散貨、廢舊鋼鐵、木材等的裝卸、吊運作業(yè)。這種起重機除了起升閉合機構(gòu)以外，其結(jié)構(gòu)部件等與通用吊鉤橋式起重機相同。
2）電磁橋式起重機
電磁橋式起重機的基本構(gòu)造與吊鉤橋式起重機相同，不同的是吊鉤上掛1個直流起重電磁鐵(又稱為電磁吸盤)，用來吊運具有導(dǎo)磁性的黑色金屬及其制品。通常是經(jīng)過設(shè)在橋架走臺上電動發(fā)電機組或裝在司機室內(nèi)的可控硅直流箱將交流電源變?yōu)橹绷麟娫?，然后再通過設(shè)在小車架上的專用電纜卷筒，將直流電源用撓性電纜送到起重電磁鐵上。
3）通用吊鉤橋式起重機
通用吊鉤橋式起重機由金屬結(jié)構(gòu)、大車運行機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、起升機構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)及司機室組成。取物裝置為吊鉤。額定起重量為10t以下的多為1個起升機構(gòu)；16t以上的則多為主、副兩個起升機構(gòu)。這類起重機能在多種作業(yè)環(huán)境中裝卸和搬運物料及設(shè)備。
4）兩用橋式起重機
兩用橋式起重機有3種類型：抓斗吊鉤橋式起重機、電磁吊鉤橋式起重機和抓斗電磁橋式起重機。其特點是在一臺小車上設(shè)有兩套各處獨立的起升機構(gòu)，一套為抓斗用，一套為吊鉤用(或一套為電磁吸盤用一套為吊鉤用，或一套為抓斗用一套為電磁吸盤用)。
5）三用橋式起重機
三用橋式起重機是一種多用的起重機。其基本構(gòu)造與電磁橋式起重機相同。根據(jù)需要可以用吊鉤吊運重物，也可以在吊鉤上掛一個馬達抓斗裝卸物料，還可以把抓斗卸下來再掛上電磁盤吊運黑色金屬，故稱為三用橋式(可換)起重機。這種起重機適用于經(jīng)常變換取物裝置的物料場所。
6）雙小車橋式起重機
這種起重機與吊鉤橋式起重機基本相同，只是橋架上裝有兩臺起重量相同的小車。這種機型用于吊運與裝卸長形物件。
2.電動葫蘆型橋式起重機
其特點是橋式起重機的起重小車用自行式電動葫蘆代替，或者用固定式電動葫蘆作起重小車的起升機構(gòu)，小車運行、大車運行等機構(gòu)的傳動裝置也盡量與電動葫蘆部件通用化。因此，與上述通用橋式起重機相比，電動葫蘆型橋式起重機雖然一般起重量較小、工作速度較慢、工作級別較低，但其自重輕、能耗較小、易采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品電動葫蘆配套，對廠房建筑壓力負(fù)載較小，建筑和使用經(jīng)濟性都較好。因此在中小起重量范圍的一般使用場合使用越來越廣泛，甚至有替代某些通用橋式起重機的趨勢。
1）電動梁式起重機
其特點是用自行式電動葫蘆替代通用橋式起重機的起重小車，用電動葫蘆的運行小車在單根主梁的工字鋼下翼緣上運行?？缍刃r直接用工字鋼作主梁，跨度大時可在主梁工字鋼的上面再作水平加強，形成組合斷面主梁。其主梁可以是單根主梁(電動單梁式起重機)，也可以是兩根主梁(電動雙梁式起重機)，其橋架可以是像通用橋式起重機那樣通過運行裝置直接支撐在高架軌道上，也可以通過運行裝置懸掛在房頂下面的架空軌道上(懸掛式)。
2）電動葫蘆橋式起重機
其特點是固定式電動葫蘆裝在小車上作起升機構(gòu)，小車運采用行機構(gòu)也多采用電動葫蘆零部件作成簡單的構(gòu)造形式，小車也極為簡便輕巧，其整體高度小，小車及橋架自重輕、重心低、有很廣泛的使用適應(yīng)性。
箱形雙梁橋式起重機是由一個有兩根箱形主梁和兩根橫向端梁構(gòu)成的雙梁橋架,在橋架上運行起重小車,可起吊和水平搬運各類物體, 它適用于機械加工和裝配車間料場等場合。橋架的結(jié)構(gòu)主要有箱形結(jié)構(gòu)，空腹桁架式結(jié)構(gòu)，偏軌空腹箱形結(jié)構(gòu)及箱形單主梁結(jié)構(gòu)等，5-80 噸中小起重量系列起重機一般采用箱形結(jié)構(gòu)，且為保證起重機穩(wěn)定，選擇箱形雙梁結(jié)構(gòu)作為橋架結(jié)構(gòu)。為了操縱和維護的需要，在傳動側(cè)走臺的下面裝有司機室。司機室有敞開式和封閉式兩種，一般工作環(huán)境的室內(nèi)采用敞開式的司機室，在露天或高溫等惡劣環(huán)境中使用封閉式的司機室。箱形雙梁橋架具有加工零件少，工藝性好，通用性好等優(yōu)點。橋架結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)其工作類型和使用環(huán)境溫度等條件，按照有關(guān)規(guī)定來選 用鋼材。
橋式起重機一般由裝有大車運行機構(gòu)的橋架、裝有起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)的起重小車、電氣設(shè)備、司機室等幾個大部分組成。外形像一個兩端支撐在平行的兩條架空軌道上平移運行的單跨平板橋。起升機構(gòu)用來垂直升降物品，起重小車用來帶著載荷作橫向運動；橋架和大車運行機構(gòu)用來將起重小車和物品作縱向移動，以達到在跨度內(nèi)和規(guī)定高度內(nèi)組成三維空間里作搬運和裝卸貨物用。
橋式起重機是使用最廣泛、擁有量最大的一種軌道運行式起重機，其額定起重量從幾噸到幾百噸。最基本形式是通用吊鉤橋式起重機，其他形式的橋式起重機基本上都是在通用吊鉤橋式的基礎(chǔ)上派生發(fā)展出來的。
通過本次設(shè)計學(xué)會對橋架金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計,加深對橋式起重機各部分功能和設(shè)計特點的掌握,學(xué)會使用許用應(yīng)力法設(shè)計.設(shè)計中認(rèn)真參考各種資料如<<起重機設(shè)計手冊>>,運用各種途徑如上網(wǎng),采取計算機輔助設(shè)計AutoCAD2012努力對橋式起重機橋架金屬結(jié)構(gòu)進行合理設(shè)計；進一步提高機械設(shè)計能力和鞏固所學(xué)過的起重機械及機械零件等課程的理論知識。在設(shè)計中不僅學(xué)會整部機器的設(shè)計方法，并且要熟悉零件的工藝性、機器的裝配和安全技術(shù)等方面的知識，從而提高分析問題和解決問題的能力。
此外，本次起重機設(shè)計還具有所采用的零部件工藝性好，裝拆檢修容易，操作方便和使用安全，機器重量輕，成本低等特色，在學(xué)習(xí)和繼承現(xiàn)有技術(shù)資料和典型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行了改造和大膽創(chuàng)新。
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指導(dǎo)教師：王少雷
設(shè)計題目：10t橋式起重機設(shè)計 設(shè)計人：侯雪鵬
設(shè)計項目
計算與說明
結(jié)果
確定機構(gòu)傳動方案
運行阻力計算
驗算電機發(fā)熱
驗算運行速度和實際所需功率
驗算起動時間
起動工況下校核減速器功率
驗算起動不打滑條件
大車輪距
主梁高度
端梁高度
橋架端部梯形高度
主梁腹板高度
確定主梁截面尺寸
加筋板的布置尺寸
計算載荷確定
主梁垂直最大彎矩
主梁水平最大彎矩
主梁的強度驗算
主梁的垂直剛度驗算
主梁的水平剛度驗算
計算載荷的確定
端梁垂直最大彎矩
端梁水平最大彎矩
端梁截面尺寸的確定
端梁的強度驗算
端梁端部上翼緣焊縫
端梁端部下翼緣焊縫
主梁與端梁的連接焊縫
主梁上蓋板焊縫
第2章 總體設(shè)計
2.1總體參數(shù)
通用橋式起重機一般由橋架、起升機構(gòu)、大車運行機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、電氣設(shè)備、司機室等幾大部分組成。本設(shè)計為某廠機械加工車間使用的電動雙梁吊鉤橋式起重機。
設(shè)計參數(shù)：起重量10t，起升高度15m，橋架跨度22.5m;起升速度；小車運行速度；大車運行速度；工作類型均為中級；機構(gòu)運轉(zhuǎn)持續(xù)率；小車軌距；小車輪距；起重機估計總重；估計小車重量。
2.2小車總體布置
總體設(shè)計是起重機設(shè)計中極為關(guān)鍵部分，它是對起重機本身構(gòu)思、設(shè)計的總體思路?？傮w設(shè)計關(guān)系到起重機出廠后的性能、經(jīng)濟性、環(huán)保性、操作的舒適性等等，所以總體設(shè)計直接決定了起重機設(shè)計的成敗。
同時對設(shè)計對象進行構(gòu)想設(shè)計思路的過程，也至關(guān)重要。在拿到設(shè)計題目后，進行了具體的分析研究，參考同類型起重機的有關(guān)資料之后制定了總體設(shè)計原則。設(shè)計原則應(yīng)當(dāng)保證在滿足使用要求的前提下，所設(shè)計的機型應(yīng)結(jié)構(gòu)合理并符合相關(guān)的性能、經(jīng)濟、環(huán)保等要求。
小車主要有起升機構(gòu)、運行機構(gòu)和小車架組成。
整臺起重機與廠房建筑物的配合以及小車與橋架的配合要適當(dāng)。小車與橋架的互相配合，主要在于小車軌距和橋架上的小車軌距應(yīng)相同；其次，小車上的緩沖器與橋架上的擋鐵位置要配合好，小車上的撞尺和橋架上的行程限位開關(guān)要配合恰當(dāng)。小車的平面布置愈緊湊，小車到橋架的兩端愈遠，起重機工作范圍也就愈大。小車的高度小，相應(yīng)地可使起重機的高度減小，從而可降低廠房建筑物的高度。
小車上機構(gòu)的布置及同一機構(gòu)中各零部件間的配合要求適當(dāng)。起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)在小車架平面上的布置要合理緊湊，但二者之間的距離不應(yīng)太小，否則維修不便，或造成小車架難以設(shè)計。
小車車輪的輪壓分布要求均勻。如能滿足這個要求，則可以獲得最小的車輪、軸承及軸承箱尺寸，并且使起重機橋架主梁受到均勻的輪壓載荷。一般最大輪壓不應(yīng)超過平均輪壓的20%。
小車架上的機構(gòu)與小車架結(jié)構(gòu)的配合要適當(dāng)。為使小車上的起升、運行機構(gòu)與小車架配合的好，要求二者之間的配合尺寸相符；聯(lián)接零件要選擇適當(dāng)和安裝方便。在設(shè)計原則上，要以機構(gòu)為主，應(yīng)盡量用小車架去配合機構(gòu)；同時機構(gòu)的布置也要盡量使鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計制造方便。因為小車架是用來安置與支撐起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)的，所以小車架要按照起升和運行機構(gòu)的要求設(shè)計，但在不影響機構(gòu)工作的條件下，機構(gòu)的布置也應(yīng)配合小車架的設(shè)計，使其構(gòu)造簡單、合理和便于制造。
在設(shè)計橋式起重機小車時，必須滿足以下方面要求：
1） 整臺起重機與廠房建筑物的配合，以及小車與橋架的配合要適當(dāng)；
2） 小車上機構(gòu)的布置及同一機構(gòu)中各零件間的配合要求適當(dāng)；
3） 小車車輪的輪壓分不要均勻；
4） 小車架上的機構(gòu)與小車架配合要適當(dāng)；
5） 盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)零部件，以提高設(shè)計與制造的工作效率，降低生產(chǎn)成本；
6） 小車各部分的設(shè)計應(yīng)考慮制造、安裝和維護檢修方便，盡可能保證各部件拆下修理時而不需移動鄰近的部件。
對于具有四個車輪其中半數(shù)為主動輪的校車運行機構(gòu)，其傳動方案可分為兩大類：即帶有開式齒輪傳動和全部為閉式齒輪傳動。由于開式齒輪、輪齒的磨損嚴(yán)重，因此，一般用途的橋式起重機小車運行機構(gòu)，大多采用閉式齒輪傳動。
起升系統(tǒng)的傳動原理。起升機構(gòu)的動力來源，是由電動機發(fā)生，經(jīng)齒輪聯(lián)軸器，補償軸，制動軸聯(lián)軸器，將動力傳遞給減速器的高速軸端，最終減速器把電動機的高轉(zhuǎn)數(shù)降低到所需的轉(zhuǎn)數(shù)之后，由減速器低速軸輸出經(jīng)卷筒上的內(nèi)齒圈，把動力傳遞給卷筒組，再經(jīng)過鋼絲繩和滑輪組使吊鉤進行升降，從而完成升降重物的目的。
起升機構(gòu)采用閉式傳動方案，電動機軸與二級圓柱齒輪減速器的高速軸之間采用兩個半齒聯(lián)軸器和一中間浮動軸聯(lián)系起來，減速器的低速軸與卷筒之間采用圓柱齒輪傳動。 布置起升機構(gòu)的各零部件時，應(yīng)使機構(gòu)總重心接近小車架的縱向中心線，以便能最后得道比較均勻的小車輪壓。
起重小車運行系統(tǒng)的傳動原理：動力由電動機發(fā)出，經(jīng)制動輪聯(lián)軸器，補償軸和半齒聯(lián)軸器，將動力傳遞給立式三級減速器的高速軸端，并經(jīng)立式三級減速器把電動機的高轉(zhuǎn)數(shù)降低到所需要的轉(zhuǎn)數(shù)之后，再由低速軸端輸出，又通過半齒聯(lián)軸器補償軸，半齒聯(lián)軸器與小車主動車輪軸聯(lián)接，從而帶動了小車主動輪的旋轉(zhuǎn)，完成小車的橫向運送重物的目的。
運行機構(gòu)采用全部為閉式齒輪傳動，小車的四個車輪固定在小車架的四周，車輪采用帶有角形軸承箱的成組部件，電動機裝在小車架的臺面上，由于電動機軸和車輪軸不在同一個平面上，所以運行機構(gòu)采用立式三級圓柱齒輪減速器，在減速器的輸入軸與電動機軸之間采用全齒聯(lián)軸器直接連接；減速器的兩個輸出軸端與車輪軸之間均采用帶浮動軸的半齒聯(lián)軸器的連接方式。
第3章 大車運行機構(gòu)計算
3.1大車運行機構(gòu)概述及設(shè)計要求
大車運行機構(gòu)的設(shè)計通常是和橋架的設(shè)計一起考慮，兩者的設(shè)計工作要交叉進行。一般的設(shè)計包括：1）確定橋架結(jié)構(gòu)的形式和大車運行機構(gòu)的傳動方式；2）布置橋架的尺寸；3）安排大車運行機構(gòu)的具體位置和尺寸；4）綜合考慮二者的關(guān)系和完成各部分的設(shè)計。
大車運行機構(gòu)的傳動方案，基本分兩類，即：分別傳動和集中傳動。在橋式起重機常用的跨度（10.5～32m）范圍內(nèi)，均可用分別傳動的方案。若采用集中傳動時，對于大跨度（≥16.5m），宜采用高速集中傳動方案，而對于小跨度（≤13.5m），可采用低速集中傳動方案。
分別驅(qū)動省去了中間部分的傳動軸，使得質(zhì)量減輕，尺寸減小。分別驅(qū)動的結(jié)構(gòu)不因主梁的變形而在大車傳動性機能方面受到影響，從而保證了運行機構(gòu)多方面的可靠性。所以，大車運行機構(gòu)采用分別驅(qū)動。
大車運行系統(tǒng)的傳動原理。動力由電動機發(fā)出，經(jīng)制動輪聯(lián)軸器，補償軸和半齒聯(lián)軸器將動力傳遞給減速器的高速軸端，并經(jīng)減速器把電動機的高轉(zhuǎn)數(shù)降低到所需要的轉(zhuǎn)數(shù)之后，由低速軸傳出，又經(jīng)全齒聯(lián)軸器把動力傳遞給大車的主動車輪組，從而帶動了大車主動車輪的旋轉(zhuǎn)，完成橋架縱行吊運重物的目的。大車兩端的驅(qū)動機構(gòu)是一樣的。
對大車運行機構(gòu)的設(shè)計基本要求是：
1） 機構(gòu)要緊湊，重量要輕；
2） 和橋架的配合要合適，這樣，橋架容易設(shè)計，機構(gòu)好布置，并且使走臺不致過大；
3） 盡量減輕主梁的扭轉(zhuǎn)載荷，不影響橋架的剛度；
4） 維護檢修方便，機構(gòu)布置合理，使司機上下走臺方便，便于裝拆零件及操作。
1
5
6
2
跨度22.5m為中等跨度，為減輕重量，決定采用電動機與減速器間、減速器與車輪間均有浮動軸的布置傳動方案如圖3-1所示。
圖3-1 分別傳動大車運行機構(gòu)布置圖
3
4
7
5
1-電動機；2-制動器；3-帶制動輪的半齒輪聯(lián)軸器；4-浮動軸；5-半齒聯(lián)軸器；6-減速器；7-車輪
3.2選擇車輪與軌道，并驗算其強度
按圖3-2所示的重量分布，計算大車車輪的最大輪壓和最小輪壓
圖3-2 輪壓計算圖
滿載時，最大輪壓：
空載時，最大輪壓：
空載時，最小輪壓：
載荷率： （3-4）
由[2]中表19-6選擇車輪：當(dāng)運行速度時，；工作類型為中級時，車輪直徑；軌道為Qu70的許用輪壓為18.9t，故可用：
疲勞計算時的等效載荷：
式中：—等效系數(shù)，查[1]第五章第三節(jié)可得
車輪的計算輪壓：
（3-6）
式中：—車輪的等效輪壓
—載荷變化系數(shù)，查[1]表5-3可得，當(dāng)時，；
—沖擊系數(shù)，查[1]表5-2可知，第一種載荷，當(dāng)運行速度時，
根據(jù)點接觸情況計算疲勞接觸應(yīng)力：
式中：r—軌頂弧形半徑，由[7]查表2-32得
對于車輪材料ZG55Ⅱ，由[1]表5-4得，接觸許用應(yīng)力，因此，，故疲勞計算通過計算最大輪壓：
(3-9)
式中：—沖擊系數(shù)，由表[1]第Ⅱ類載荷，當(dāng)時，
按點接觸情況進行強度校核的接觸應(yīng)力：
車輪材料采用ZG55Ⅱ，查[1]表5-4得：
，故強度足夠
摩擦總阻力矩：
(3-11)
由[2]表19-4得車輪的軸承型號為7520，軸承內(nèi)徑和外徑的平均值為：；由[1]中表表7-3查得：滾動摩擦系數(shù)k=0.0006m；軸承摩擦系數(shù)；附加阻力系數(shù)β=1.5。代入上式得：
運行摩擦阻力：
(3-13)
當(dāng)空載時：
(3-15)
3.3選擇電動機
電動機靜功率：
(3-16)
式中：—滿載運行時的靜阻力m=2（驅(qū)動電機臺數(shù)）
初選電動機功率：
(3-17)
式中：—電動機功率增大系數(shù)，由[1]表中7-6查得
查[2]表33-6選用電動機JZR2-12-6；；；；電動機重量
等效功率：
(3-18)
式中：—工作類型系數(shù)，由[1]表6-4查得當(dāng)時，；
—由[1]按起重機工作場所得查得。
由此可知，，故初選電動機發(fā)熱條件通過
3.4選減速器
車輪轉(zhuǎn)數(shù)：
(3-19)
機構(gòu)傳動比：
(3-20)
查[8]中附表10及附表13，選用兩臺ZQ-350-V-1Z減速器；
；；（當(dāng)輸入轉(zhuǎn)數(shù)為1000rpm時）?？梢娭屑?
實際運行速度：
(3-21)
誤差：
(3-22)
實際所需電動機功率：
(3-23)
由于，故所選電動機與減速器均合適
起動時間：
(3-24)
式中：
m=2（驅(qū)動電動機臺數(shù)）
滿載時運行靜阻力矩：
(3-26)
空載運行時的靜阻力矩：
(3-27)
初步估算高速軸上聯(lián)軸器的飛輪矩：
(3-28)
機構(gòu)總飛輪矩：
(3-29)
滿載起動時間：
(3-30)
空載起動時間：
(3-31)
由[2]知，起動時間在允許范圍（8-10sec）之內(nèi)，故合適。
起動工況下減速器傳遞的功率：
(3-32)
式中：
—計算載荷
—運行機構(gòu)中，同一級傳動減速器的個數(shù)，=2
因此
所選減速器的,所以所選減速器功率合適。
由于起重機系室內(nèi)使用，故坡度阻力及風(fēng)阻力矩不考慮在內(nèi)。以下按三種工況進行驗算：
1. 二臺電動機空載時同時驅(qū)動：
(3-34)
式中：
—主動輪輪壓
—從動輪輪壓
f=0.2—粘著系數(shù)（室內(nèi)工作）
—防止打滑的安全系數(shù)，
，故兩臺電動機空載起動不會打滑
2. 事故狀態(tài)：
當(dāng)只有一個驅(qū)動裝置工作，而無載小車位于工作著的驅(qū)動裝置這一邊時，則
(3-35)
式中：—主動輪輪壓
—從動輪輪壓
—一臺電動機工作時的空載起動時間；
，故不打滑
根據(jù)上述不打滑驗算結(jié)果可知，三種工況均不會打滑。而其中防止打滑安全系數(shù)最大的是第（2）種工況（）；最小的是第（3）種工況（）。因此，由計算結(jié)果分析，應(yīng)按第（3）種工況驗算。
3.5選擇制動器
由[1]取制動時間，按空載計算制動力矩，令Q=0得：
(3-36)
式中：
m=2—制動器臺數(shù)，兩套驅(qū)動裝置工作
∴
現(xiàn)選用兩臺YWZ-200/25制動器，查[7]表23-32其額定制動力矩，為避免打滑，使用時需將其制動力矩調(diào)到2.8kg·m以下。
考慮到所取的制動時間,在驗算起動不打滑條件時是足夠安全的。
3.6選擇聯(lián)軸器
根據(jù)機構(gòu)傳動方案，全套機構(gòu)的高速軸和低速軸都采用浮動軸。
1.機構(gòu)高速軸上的計算扭矩：
（3-37）
式中：—聯(lián)軸器的等效力矩：
—等效系數(shù)，查[8]表2-7得取=2
由[2]表33-6查得：電動機-6,軸端為圓柱形，；l=80mm；由[2]表21-15ZQ-350減速器高速軸端為圓錐形d=40mm，l=60mm，故在[8]中附表17中靠電動機端選兩個帶制動輪的半齒聯(lián)軸器S196（靠電動機一側(cè)為圓柱形孔，浮動軸端d=40mm）；;；重量G=15kg。在靠減速器端，選用兩個半齒輪聯(lián)軸器S193（靠減速器端為圓錐形，浮動軸端直徑d=40mm）；其；；重量G=8.36kg
高速軸上轉(zhuǎn)動零件的飛輪矩之和為：
（3-38）
與原估計基本相符，故有關(guān)計算則不需要重復(fù)
1.低速軸的計算扭矩
查[8]中附表12得ZQ-350減速器低速軸端為圓柱形，d=55mm，l=85mm
查[2]表19-4中表得的主動車輪的伸出軸為圓柱形，d=75mm，l=105mm
從[7]表21-11中選用4個聯(lián)軸節(jié)：
其中兩個為：(靠減速器端）
另兩個為：(靠車輪端）
所有的；；重量G=25.5kg
3.7浮動軸的驗算
1.疲勞強度的驗算：
低速浮動軸的等效扭矩：
（3-40）
式中：—等效系數(shù)，查[8]表2-7得
由上節(jié)已取浮動軸端直徑d=60mm，故其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：
（3-41）
由于浮動軸載荷變化為對稱循環(huán)（因為浮動軸在運行過程中正反轉(zhuǎn)之扭矩相同），所以許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：
（3-42）
式中：材料用45號鋼，?。?。
所以，
—考慮零件幾何形狀，表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)。查[8]中第二章第五節(jié)及[2]第四章表可得：；
—安全系數(shù)，由[8]中表2-21查得。
，故疲勞強度驗算通過。
1.靜強度驗算：
計算靜強度扭矩：
（3-43）
式中：—動力系數(shù)，查[8]中2-5表可得=2.5
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： （3-44）
許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：
（3-45）
，故靜強度驗算通過
第4章 橋架計算
4.1橋架概述及設(shè)計要求
箱形梁式橋架結(jié)構(gòu)乃是國內(nèi)外橋式起重機中應(yīng)用最普遍的一種橋架結(jié)構(gòu)型式，因為箱形梁式橋架結(jié)構(gòu)（特別是小車軌道正中鋪設(shè)的正軌型）具有設(shè)計簡單、制造工藝性好等優(yōu)點，而這些有利條件對于尺寸規(guī)格多、生產(chǎn)批量大的橋式起重機標(biāo)準(zhǔn)化系列產(chǎn)品來說，就顯得更加重要。所以正軌箱形梁式橋架結(jié)構(gòu)至今仍然是我國成批生產(chǎn)的、最常用的、典型的一種橋架。
主梁結(jié)構(gòu)目前有兩類形式。
第一類：主梁是桁架結(jié)構(gòu)。大車傳動機構(gòu)采用開始齒輪傳動結(jié)構(gòu)，大車車輪采用滑動軸承支撐在兩端梁的下面，制動裝置采取短行程和長行程交流電磁鐵瓦塊式制動器，傳動軸相互之間采用彈性聯(lián)軸器或剛性聯(lián)軸器進行連接，主要的傳動零件都不進行熱處理，如車輪，齒輪和傳動軸，各機構(gòu)都是單件形式進行裝配的，如車輪采用滑動軸承，減速裝置采用開始齒輪等，組合精度比較低。此類起重機為過去的產(chǎn)品，現(xiàn)已不生產(chǎn)。
第二類：主梁是箱形結(jié)構(gòu)。變速裝置采用減速器，所有車輪部分的支撐，都采用滾動軸承，制動裝置增添了液壓推桿瓦塊式制動器和液壓電磁瓦塊式制動器，主要傳動零件，如車輪，齒輪，齒輪軸等，均采用較好的鋼材并進行熱處理；盡可能采用組合機構(gòu)進行裝配，如角型軸承箱和減速器等，因此提高了裝配精度，傳動軸之間的聯(lián)接采用半齒聯(lián)軸器和全齒聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)形式。
箱形梁式橋架結(jié)構(gòu)主要是由兩根主梁和兩根端梁組成的。主梁是由上下蓋板和兩塊垂直腹板組成封閉的箱形截面的實體板梁結(jié)構(gòu)。如果為了減輕重量做成等強度梁，則腹板的下邊和下蓋板應(yīng)做成拋物線形，但通常為制造方便，腹板中部為矩形而兩端做成梯形，同時使下蓋板兩端向上傾斜。小車運行的軌道鋪設(shè)在主梁上蓋板的正中間，因此兩根主梁的間距便取決于小車的軌距。
安裝大車運行機構(gòu)和小車輸電滑觸線用的走臺通常是懸臂固定在主梁的外側(cè)。
為了操縱和維護的需要，在傳動側(cè)走臺的下面裝有司機室。司機室有敞開式和封閉式兩種。一般工作環(huán)境在室內(nèi)使用敞開式司機室，露天或者高溫等惡劣工作環(huán)境中使用封閉式司機室。
設(shè)計橋架時，必須滿足以下基本要求：
1） 橋架的強度和剛度要足夠；要保證橋架的整體剛性，就不僅要求主、端梁的剛度必須大些外，而且要求主、端梁之間的連接十分牢固；
2） 橋架和大車運行機構(gòu)要配合好，以保證運行機構(gòu)正常運轉(zhuǎn)。這就要求支承傳動機構(gòu)的走臺要和運行機構(gòu)配合好，并且使走臺撐處由足夠的剛度；
3） 橋架和起重小車要配合好；
4） 橋架自重要盡可能減輕，因為橋架是起重機最沉重的一部分，橋架重量的減輕具有很大的經(jīng)濟意義；
5） 盡量減少橋架各部分組裝件的規(guī)格數(shù)量，以求最大限度的通用性；
6） 在滿足使用可靠，制造容易以及維修操作方便的前提下，設(shè)計時還應(yīng)盡量做到造型美觀。
4.2 主要尺寸的確定
取
（理論值）
取
取
根據(jù)主梁計算高度，最后選定腹板高度。
主梁中間截面各構(gòu)件板厚度根據(jù)表[8]中7-1推薦確定如下：
腹板厚；上下蓋板厚
主梁兩腹板內(nèi)壁間距根據(jù)下面的關(guān)系式來決定：
因此取
蓋板寬度：
（4-1）
取
主梁的實際高度：
（4-2）
同理，主梁支承截面的腹板高度取，這時支承截面的實際高度。
主梁中間截面和支承截面的尺寸簡圖分別示于圖4-1和圖4-2。
圖4-1 主梁中間截面尺
寸簡圖
圖4-2 主梁支承截面
尺寸簡圖
為了保證主梁截面中受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定性，需要設(shè)置一些加筋構(gòu)件如圖4-3所示。
圖4-3 主梁截面圖
主梁端部大加筋板的間距：
主梁端部（梯形部分）小加筋板的間距：
（4-3）
主梁中部（矩形部分）大加筋板的間距：
主梁中部小加筋板的間距：若小車鋼軌采用輕軌，其對水平重心軸線的最小抗彎截面模數(shù)，則根據(jù)連續(xù)梁由鋼軌的彎曲強度條件求得加筋板間距（此時連續(xù)梁的支點即加筋板所在位置；使一個車輪輪壓作用在兩加筋板間距的中央）：
（4-4）
式中：P—小車的輪壓，取平均值，并設(shè)小車自重為
；
—動力系數(shù)，由圖曲線查得；
—鋼軌的許用應(yīng)力，
因此，根據(jù)布置方便，取
由于腹板的高度比，所以要設(shè)置水平加筋桿，以保證腹板局部穩(wěn)定性。采用角鋼作水平加筋桿。
4.3主梁的計算
查[8]中7-11圖曲線得半個橋架（不包括端梁）的自重，則主梁由于橋架自重引起的均布載荷：
（4-5）
對于箱形主梁的受載而言，主梁，軌道，走臺和欄桿等組成的半個橋架的結(jié)構(gòu)自重，均屬于均布載荷。
大車運行機構(gòu)采用分別驅(qū)動，主梁所受的全部均布載荷就是橋架自重引起的均布載荷。
（4-6）
主梁的總均布載荷：
（4-7）
主梁的總計算均布載荷：
（4-8）
式中：—沖擊系數(shù)，查[8]中表2-6可得。
作用在一根主梁上的小車兩個車輪的輪壓值可根據(jù)[8]中表7-4中所列數(shù)據(jù)選用：
考慮動力系數(shù)的小車車輪的計算輪壓值為：
（4-9）
（4-10）
式中：—動力系數(shù)
司機操控室的重量為固定的集中載荷，重心作用位置到主梁一端的距離大約取。屬于固定載荷的還有大車運行機構(gòu)的電動機和減速器等較沉的部件重量。
主梁垂直方向載荷計算簡圖如下圖4-4所示：
圖4-4 主梁垂直方向載荷計算簡圖
由公式計算主梁垂直最大彎矩：
（4-11）
設(shè)敞開式司機操控室的重量為，其重心距支點的距離為。
將各已知數(shù)值帶入上式計算可得：
主梁水平方向載荷計算簡圖如圖4-5所示：
圖4-5 主梁水平方向載荷計算簡圖
主梁水平方向彎矩圖如圖4-6所示：
圖4-6 主梁水平方向彎矩圖
由公式計算主梁水平最大彎矩：
（4-12）
式中：
作用在主梁上的集中慣性載荷為：
（4-13）
作用在主梁上的均布慣性載荷為：
（4-14）
計算系數(shù)時，取近似比值；
并且已知，。因此可得：
（4-15）
主梁中間截面的最大彎曲應(yīng)力計算：
（4-17）
式中：—主梁中間截面對水平重心軸線的抗彎截面模數(shù)，其近似值：
—主梁中間截面對垂直重心軸線的抗彎截面模數(shù)，其近似值：
因此可得：
查[8]中表得Q235鋼的許用應(yīng)力為。
故
主梁支承截面的最大剪力計算：
（4-18）
式中：—主梁支承截面所受的最大剪力
—主梁支承截面對水平重心軸線的慣性矩，其近似值：
（4-20）
—主梁支撐截面半面積對水平重心軸線的靜矩：
因此可得：
查[8]中表2-24可知Q235鋼的許用剪應(yīng)力為,故，由上面的計算可知強度足夠。
主梁在滿載小車輪壓作用下，在跨中產(chǎn)生的最大垂直撓度計算：
（4-22）
式中：
因此可得：
允許的撓度值為：
因此
主梁在大車運行機構(gòu)起、制動慣性載荷作用下，產(chǎn)生的水平最大撓度計算：
（4-23）
式中：
由此可得：
水平撓度的許用值：
因此
由上面計算可知，主梁的垂直和水平剛度均滿足要求。
4.4端梁的計算
端梁的間距，即橋架的跨度。沿端梁下面最外側(cè)兩車輪軸線間的距離，叫做橋架的軸距。它起保證橋架水平剛度和穩(wěn)定性的作用。
端梁的上翼緣板做成平直的，在兩端，為了安裝可以推出的車輪部件，與起重小車架相似，將其下翼緣板做成兩塊彎成直角的鋼板。在兩端折彎的下翼緣板的直角板邊上焊接有墊板，用這些墊板使車輪部件兩側(cè)的角形軸承定位。
端梁腹板的間距，按車輪兩側(cè)的軸承箱的位置來決定，使兩腹板的中心正好通過車輪軸承箱的中心面。
端梁的中部截面的高度，主要取決于主梁和端梁的連接情況。
端梁頭部上翼緣板的下面高于車輪的輪緣，端梁中部的下翼緣板也要離開大車軌道面一定的距離，因為在端梁內(nèi)要安裝螺旋千斤頂，作裝拆車輪之用，而千斤頂?shù)穆菽敢斐鱿乱砭壈?，但不能與軌道磨碰。在端梁的兩端上翼緣板上要安裝緩沖器。
為了保證橋架和端梁的強度和剛度足夠，在運行時不致因歪斜過大而發(fā)生啃軌現(xiàn)象，除了主梁和端梁本身結(jié)構(gòu)之外，主梁和端梁的連接方式保證牢固可靠。
因為端梁是在沿廠房側(cè)壁鋪設(shè)的軌道上運行，所以它要受到工作方式的很大制約。因此，從使用上考慮，輪距要盡可能小；與此相反，從起重機性能方面考慮，則希望輪距大一些。
在小起重量的情況下，端梁主要構(gòu)件采用槽鋼，當(dāng)起重量超過一定值時，就采用鋼板焊接成的槽型截面或箱形截面。
箱形梁式橋架結(jié)構(gòu)的端梁一般也采用箱形的的實腹板梁式結(jié)構(gòu)。端梁的中部截面也是由上、下蓋板和兩塊垂直腹板所組成。由于運輸和安裝的需要，通常把端梁制成兩個（或三個）分段。在制造廠施工時，都是先把一根主梁和端梁的一個分段焊接在一起形成半個橋架，然后在使用地點安裝時再將兩個半橋架在端梁接頭處用螺栓連接在一起，成為一臺完整的橋架。端梁的安裝接頭國內(nèi)一般都采用普通螺栓連接，而在國外也有采用高強度螺栓連接。
在國產(chǎn)的5～50t系列橋式起重機橋架結(jié)構(gòu)中，端梁原來的安裝接頭，腹板和上下蓋板均利用連接板及受剪切的普通螺栓連接，這種連接方式給制造和安裝帶來許多不便。因此近年來已做了設(shè)計改進。改進后的端梁安裝接頭采用受剪切螺栓和受拉伸螺栓混合連接的方式。這種接頭的上蓋板和腹板焊有角鋼做的連接法蘭，下蓋板的接頭仍用連接板和受剪切螺栓連接。
設(shè)兩根主梁對端梁的作用力相等，則端梁的最大支反力如圖4-7計算：
圖4-7 端梁支反力計算簡圖
（4-24）
式中：—大車輪距，；
—小車軌跡，；
—傳動側(cè)車輪軸線至主梁中心線的距離，取
由此可得：
端梁在主梁支反力作用下產(chǎn)生的垂直最大彎矩計算：
（4-25）
式中：—導(dǎo)電側(cè)車輪軸線至主梁中心線的距離，
。
端梁因車輪在側(cè)向載荷作用下而產(chǎn)生的最大水平彎矩計算：
（4-26）
式中：—車輪側(cè)向載荷，由公式計算：；
—側(cè)壓系數(shù)，查[8]中圖2-3可得,；
—車輪輪壓，即端梁的支反力
因此
端梁因小車在起、制動慣性載荷作用下而產(chǎn)生的最大水平彎矩計算：
（4-27）
式中：—小車慣性載荷，由公式計算：
因此
比較和兩值可知，取其中較大值進行強度計算。
根據(jù)[8]中表7-2中推薦，選定端梁各構(gòu)件的板厚如下：
上蓋板
中部下蓋板
頭部下蓋板
腹板
按照表中車輪組的尺寸，確定端梁梁蓋板寬度和腹板高度時，首先應(yīng)配置好支承車輪的截面，其次再決定端梁中間截面尺寸。如圖配置的結(jié)果，車輪輪緣距上蓋板底面30mm；車輪兩側(cè)面距支承處兩下蓋板內(nèi)邊為10mm因此車輪與端梁不致磨碰。同時腹板中線正好通過車輪軸承箱的中心平面。最后，要檢查端梁中部下蓋板與軌道面的距離。如圖4-8所示，此距離為60mm，合適。
端梁中間截面對水平重心線的截面模數(shù)：
（4-28）
端梁中間截面對水平重心線的慣性矩：
（4-29）
端梁中間截面對垂直重心線的截面模數(shù)：
（4-30）
端梁中間截面對水平重心線的半面積距：
（4-31）
端梁中間截面的最大彎曲應(yīng)力計算：
（4-32）
端梁中間截面的剪應(yīng)力：
（4-33）
端梁支承截面對水平重心線的慣性矩、截面模數(shù)及面積矩的計算：
水平重心線的位置
水平重心線距上蓋板中線的距離：
（4-34）
水平重心線距腹板中線的距離：
（4-35）
水平重心線距下蓋板中線的距離：
（4-36）
端梁支撐截面對水平重心線的慣性矩：
（4-37）
端梁支承截面對水平重心線的最小截面模數(shù)：
（4-38）
端梁支承截面水平重心線下部半面積矩：
端梁支撐截面附近的彎矩：
（4-40）
式中：d即圖中H尺寸。
端梁支承截面的彎曲應(yīng)力計算：
（4-41）
端梁支承截面的剪應(yīng)力計算：
（4-42）
端梁支承截面的合成應(yīng)力計算：
（4-43）
端梁材料的許用應(yīng)力
（4-44）
（4-45）
強度驗算結(jié)果，所有計算應(yīng)力均小于材料的許用應(yīng)力，故端梁的強度滿足要求。
4.5主要焊縫的計算
箱形橋架結(jié)構(gòu)的主梁和端梁都是由鋼板構(gòu)件焊接的組合箱形梁，除構(gòu)件的拼接用對接焊縫外，構(gòu)件間連接焊縫大