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I 摘 要 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在兩側高架 上的軌道縱向運行 起重小車沿鋪設在橋架上的軌道橫向運行 構成一矩形的工作 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 本文講述了 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁的設計 首先 通過對橋式起重機總體構成及工作原理進行分析 在此分析基礎上提出了橋式起重 機各機構的設計方案 接著 對大車運行機構各主要構成件并進行了設計與校核 然后 對主梁行了設計與強度校核 最后 通過 AutoCAD 制圖軟件繪制了本橋式起 重機傳動運行機構及主梁裝配圖及主要零件圖 通過本次設計 鞏固了大學所學專業(yè)知識 如 機械原理 機械設計 材料力 學 公差與互換性理論 機械制圖等 掌握了起重機械產品的設計方法并能夠熟練 使用 AutoCAD 制圖軟件 對今后的工作于生活具有極大意義 關鍵字 起重機 運行機構 主梁 設計 II Abstract Bridge crane is a kind of important material handling machinery Bridge crane bridge laying along the elevated track in the vertical sides of runs heavy cart along the laying on the bridge transverse running track constitute a rectangular scope of work you can make full use of space below the bridge lifting material from the ground equipment hindered Bridge crane can be divided into ordinary bridge crane simple beam bridge crane and metallurgical special bridge crane 3 This paper describes the design of 10T and 10 5m span bridge crane girder and the transmission mechanism First of all through the bridge crane overall composition and working principle analysis this analysis is proposed based on the mechanism of bridge crane design scheme then trolley traveling mechanism of the main components and the design and verification then on the main beam the design and strength check Finally through the AutoCAD drawing software drawn the bridge type crane drive mechanism and assembly diagram of main girder and main parts figure Through the design the consolidation of the University of the professional knowledge such as mechanical principles mechanical design mechanics of materials tolerance and interchangeability theories mechanical drawing master the design method of hoisting machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software for the future work in life is of great significance Keywords Crane Operating mechanism Main beam Design III 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒 論 1 1 1 選題背景及意義 1 1 2 橋式起重機的研究現(xiàn)狀 1 1 3 橋式起重機簡介 2 第 2 章 總體方案設計 5 2 1 設計要求 5 2 2 方案設計 5 2 2 1 起升機構布置方案 5 2 2 2 小車運行機構布置方案 5 2 2 3 大車運行機構布置方案 6 第 3 章 大車運行機構的設計 7 3 1 設計基本準則 7 3 2 總體參數(shù)計算 7 3 2 1 傳動方案確定 7 3 2 2 車輪 軌道的選擇與驗算 7 3 2 3 運行阻力計算 9 3 3 驅動裝置設計與驗算 9 3 3 1 選擇電動機 9 3 3 2 減速器的選擇 10 3 4 其他附件的選擇 13 3 4 1 制動器的選擇 13 3 4 2 聯(lián)軸器的選擇 14 3 4 3 緩沖器的選擇 14 3 4 4 浮動軸的驗算 15 第 4 章 主梁的設計 17 4 1 總體橋架結構設計 17 4 1 1 箱形雙梁橋架的構成 17 4 1 2 箱形雙梁橋架的選材 17 4 2 主梁總體參數(shù)計算 17 4 3 主梁的受力分析 19 4 3 1 計算載荷確定 19 IV 4 3 2 主梁垂直最大彎矩 20 4 3 3 主梁水平最大彎矩 20 4 4 主梁的校核計算 21 4 4 1 強度驗算 21 4 4 2 垂直剛度驗算 22 4 4 3 水平剛度驗算 22 4 5 主要焊縫的計算 23 4 6 焊接工藝設計 23 總 結 25 參考文獻 26 致 謝 27 附錄 28 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 1 第一章 緒 論 1 1選題背景及意義 起重機械用來對物料作起重 運輸 裝卸和安裝等作業(yè)的機械設備 它可以完 成靠人力無法完成的物料搬運工作 減輕人們的體力勞動 提高勞動生產率 在工 廠 礦山 車站 港口 建筑工地 倉庫 水電站等多個領域部門中得到了廣泛的 使用 隨著生產規(guī)模的日益擴大 特別是現(xiàn)代化 專業(yè)化的要求 各種專門用途的 起重機相繼產生 在許多重要的部門中 它不僅是生產過程中的輔助機械 而且已 成為生產流水作業(yè)線上不可缺少的重要機械設備 它的發(fā)展對國民經濟建設起著積 極的促進作用 起重機械是起升 搬運物料及產品的機械工具 起重機械對于提高 工程機械各生產部門的機械化 縮短生產周期和降低生產成本 起著非常重要的作 用 在高層建筑 冶金 華工及電站等的建設施工中 需要吊裝和搬運的工程量日 益增多 其中不少組合件的吊裝和搬運重量達幾百噸 因此必須選用一些大型起重 機進行吊裝工作 通常采用的大型起重機有龍門起重機 門座式起重機 塔式起重 機 履帶起重機 輪式起重機以及在廠房內裝置的橋式起重機等 在道路 橋梁和水利電力等建設施工中 起重機的使用范圍更是極為廣泛 無 論是裝卸設備器材 吊裝廠房構件 安裝電站設備 吊運澆注混凝土 模板 開挖 廢渣及其他建筑材料等 均須使用起重機械 尤其是水電工程施工 不但工程規(guī)模 浩大 而且地理條件特殊 施工季節(jié)性強 工程本身又很復雜 需要吊裝搬運的設 備 建筑材料量大品種多 所需要的起重機數(shù)量和種類就更多 在電站廠房及水工 建筑物上也安裝各種類型的起重機 供檢修機組 起閉雜們及起吊攔污柵之用 在這些起重機中 橋式起重機是生產批量最大 材料消耗最多的一種 由于這 種起重機行駛在高空 作業(yè)范圍能掃過整個廠房的建筑面積 因而受到用戶的歡迎 得到很大的發(fā)展 1 2橋式起重機的研究現(xiàn)狀 目前 在工程起重機械領域 歐洲 美國和日本處于領先地位 歐洲作為工程 起重機的發(fā)源地 輪式起重機生產技術水平最高 該地區(qū)的工程起重機械業(yè)主要生 產全地面起重機 履帶式起重機和緊湊型輪胎起重機 也生產少量汽車起重機 其 中 全路面起重機 履帶起重機以中大噸位為主 緊湊型輪胎起重機則以小噸位為 主 汽車起重機一般為通用底盤組裝全地面上車 即以改裝為主 其產品技術先進 性能高 可靠性高 產品銷往全球 美國工程起重機行業(yè)的技術水平相對落后于歐洲 不過近年來 美國工程起重機 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 2 械業(yè)通過收購和合并手段 得以蓬勃發(fā)展 目前該地區(qū)主要生產輪胎起重機 履帶 式起重機 全路面起重機和汽車起重機 主要生產企業(yè)為馬尼托瓦克公司 特點是 技術較先進 性能較高 可靠性能高 其中汽車底盤技術和全路面技術領先于歐洲 產品主要銷往美洲地區(qū)和亞太地區(qū) 日本作為二戰(zhàn)后崛起的經濟強國 輪式起重機開發(fā)生產雖然起步較晚 起步于 20 世紀 70 年代 但是發(fā)展速度很快 很受亞太市場歡迎 此外 日本還通過收購 手段更新生產技術 如日本多田野通過收購德國法恩底盤公司 發(fā)展全路面技術 日本工程起重機械業(yè)主要生產汽車起重機 履帶起重機 越野輪胎起重機和全路面 起重機 其中 越野輪胎起重機的產量最大 汽車起重機的產量次之 呈減少趨勢 全路面起重機的產量最少 呈上升趨勢 主要生產企業(yè)包括多田野 加藤 神鋼 日立和小松等 產品特點是技術水平和性能較高 但可靠性落后于歐美 隨著我國經濟建設步伐的加快 生產和生活各個領域的建設規(guī)模的逐年擴大 也促進了施工機械化程度的迅速提高 先進的施工機械已成為加快施工速度 保證 工程質量和降低成本的物質保證 起重機行業(yè)也因此得到了很大的發(fā)展 為促進社 會主義建設事業(yè)的發(fā)展 提高勞動生產率 充分發(fā)揮其中運輸機械的作用是具有重 要意義的 1 3橋式起重機簡介 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在兩側高架 上的軌道縱向運行 起重小車沿鋪設在橋架上的軌道橫向運行 構成一矩形的工作 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 隨著生產規(guī)模的擴大 自動化程度的提高 作為物料搬運重要設備的起重機在現(xiàn)代 化生產過程中應用越來越廣 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 經過幾十年的發(fā)展 我國橋式起重機行業(yè)已經形成了一定的規(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 產品幾近供不應求 盡管我國起重機行業(yè)發(fā)展迅速 但是國內起重機仍缺 乏競爭力 從技術實力看 與歐美日等發(fā)達地區(qū)相比 中國的技術實力還有一定差 距 目前 過內大型起重機尚不具備大量生產能力 從產品結構看 由于技術能力 所限 中國起重機在產品結構上也不完善 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 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 3 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 開閉 機構 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 閉合機構以外 其結構部件等與通用吊鉤橋式起重機相同 電磁橋式起重機 電磁橋式起重機的基本構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 用來吊運具有導磁性的黑色金屬及其制品 通常 是經過設在橋架走臺上電動發(fā)電機組或裝在司機室內的可控硅直流箱將交流電源變 為直流電源 然后再通過設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 通用吊鉤橋式起重機 通用吊鉤橋式起重機由金屬結構 大車運行機構 小車運行機構 起升機構 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 16t 以上的則多為主 副兩個起升機構 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備 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有兩套各處獨立的起升機構 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 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 機適用于經常變換取物裝置的物料場所 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 小車運行 大車運行等機構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 準產品電動葫蘆配套 對廠房建筑壓力負載較小 建筑和使用經濟性都較好 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 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 4 機的趨勢 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 跨度小時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 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 小車運采用行機構也多采用 電動葫蘆零部件作成簡單的構造形式 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 橋架的結構主要有箱形結構 空腹桁架式結構 偏軌空腹箱形結構及 箱形單主梁結構等 5 80 噸中小起重量系列起重機一般采用箱形結構 且為保證起 重機穩(wěn)定 選擇箱形雙梁結構作為橋架結構 為了操縱和維護的需要 在傳動側走 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 橋架結構應根據(jù)其工作類型和使用環(huán) 境溫度等條件 按照有關規(guī)定來選 用鋼材 橋式起重機一般由裝有大車運行機構的橋架 裝有起升機構和小車運行機構的 起重小車 電氣設備 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用來將起重小車和物品作縱向移動 以 達到在跨度內和規(guī)定高度內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上派生發(fā)展出來的 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 5 第 2章 總體方案設計 2 1設計要求 本次起重機設計的主要參數(shù)要求如下 10T 跨度 10 5m 小車軌距 2 5m 起升高度 16m 工作級別 A5 A6 主起升 速度 M5 10m min 大車運行速度 M5 71m min 小車運行速度 M5 32m min 最 大輪壓 103kN 參考鋼軌 P43 2 2方案設計 一個正常起重機由運行機構和起升機構 橋架金屬結構和電力設施組成 其中 運行機構和起升機構是使物體作升降及水平方向上的移動 以此來完成一個周期運 動 橋架金屬結構是根據(jù)起重機的結構進行設計的 像運行機構和起升機構 被掉 重物 橋架本身等這些重力將作用在金屬結構上并要滿足一定條件下載荷的要求 電力設施為起重機提供動力來源 并相應提供一些輔助功能 2 2 1 起升機構布置方案 本起升機構由吊鉤 鋼絲繩 制動器 減速器 電動機等部分組成 其中有些 零件采用標準件 起升機構的連接方式為 電動機依靠聯(lián)軸器同減速器進行連接 再經過減速器 與卷筒相連 而卷筒上的鋼絲繩因為連著吊鉤而使物體可以進行升降 起升機構需先確定技術參數(shù)方可考慮布置方案 主要的標準件根據(jù)計算進行選 用 而非標準件要對零件受彎矩 剪力和組合載荷等情況進行考慮 布置方案如圖 2 1 所示 圖 2 1 起升機構的傳動簡圖 2 2 2 小車運行機構布置方案 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 6 小車運行機構依靠電動機與聯(lián)軸器相連 并通過減速器 低速聯(lián)軸器與小車主 動輪進行連接 起重小車運行機構的功能是讓小車在水平方向進行移動 使被吊重物能改變工 作位置從而滿足不同要求 而被吊重物又可通過小車傳遞載荷 小車運行機構分為支撐裝置和驅動裝置 支撐裝置主要通過車輪組傳遞載荷 運行時可通過平衡梁來減小輪壓 而緩沖器安裝在小車上可保證運行的安全 因為 開式齒輪摩擦嚴重 因此驅動裝置采用閉式齒輪傳動 驅動方式為集中驅動 小車 傳動方案如圖 2 2 所示 圖 2 2 小車運行機構傳動簡圖 1 電動機 2 制動器 3 減速器 4 車輪 5 聯(lián)軸器 6 浮動軸 7 聯(lián)軸器 本方案傳動軸所受的扭矩較小 每邊軸的扭矩是減速器輸出軸扭矩的一半 減 速器輸出軸與車輪軸之間的聯(lián)接采用了半齒聯(lián)軸器 5 和浮動軸 6 因而便于安裝 且允許有較大的安裝誤差 由于齒輪的維護保養(yǎng)條件好 齒輪傳動構成獨立的減速 器部件 因而機構的拆裝分組性好 但這種方案中 車輪軸承和聯(lián)軸器不可避免增 多會使運行機構的結構復雜化 造成制造難度加大 2 2 3 大車運行機構布置方案 在連接方式上 大車運行機構和小車運行機構基本相同 都是通過電動機與聯(lián) 軸器 減速器的連接將動力矩傳遞到到主動車輪組上 其與小車運行機構的主要區(qū) 別在于兩者間軌距的差別 因為大車運行機構比起小車運行機構對負載的要求更大 所以大車運行機構采 用分別驅動 這樣即方便了安裝又不會因一側電動機損壞而在運行時造成停止 傳 動方案如圖 2 3 所示 圖 2 3 大車運行機構 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 7 1 電動機 2 制動器 3 高速浮動軸 4 聯(lián)軸器 5 減速器 6 聯(lián)軸器 7 低速浮動軸 8 聯(lián)軸器 9 車輪 第 3章 大車運行機構的設計 3 1設計基本準則 大車運行機構的設計通常和橋架的設計一起考慮 兩者的設計工作要交叉進行 一般的設計步驟 1 確定橋架結構的形式和大車運行機構的傳方式 2 布置橋架的結構尺寸 3 安排大車運行機構的具體位置和尺寸 4 綜合考慮二者的關系和完成部分的設計 對大車運行機構設計的基本要求是 1 機構要緊湊 重量要輕 2 和橋架配合要合適 這樣橋架設計容易 機構好布置 3 盡量減輕主梁的扭轉載荷 不影響橋架剛度 4 維修檢修方便 機構布置合理 3 2總體參數(shù)計算 已知數(shù)據(jù) 10T 跨度 10 5m 大車運行速度 M5 71m min 最大輪壓 103kN 參考鋼軌 P43 另外根據(jù)常用市場現(xiàn)有起重機的估計重量 G 168KN 小車的重量為 Gxc 40KN 橋架采用箱形結構 3 2 1傳動方案確定 本起重機采用分別傳動的方案如圖 3 1 圖 3 1 大車運行機構 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 8 1 電動機 2 制動器 3 高速浮動軸 4 聯(lián)軸器 5 減速器 6 聯(lián)軸器 7 低速浮動軸 8 聯(lián)軸器 9 車輪 3 2 2車輪 軌道的選擇與驗算 按照如圖所示的重量分布 計算大車的最大輪壓和最小輪壓 滿載時的最大輪壓 Pmax 95 6KNL eQ 2Gxc4 5 162401 68 空載時最大輪壓 P max 50 2KN e 2xc4 5 16240 168 空載時最小輪壓 P min 33 8KNL e 2Gxc4 5 16240 168 式中的 e 為主鉤中心線離端梁的中心線的最小距離 e 1 5m 載荷率 Q G 100 168 0 595 由 1 表 19 6 選擇車輪 當運行速度為 Vdc 60 90m min Q G 0 595 時工作類 型為中級時 車輪直徑 Dc 500mm 軌道為 P38 的許用輪壓為 150KN 故可用 1 疲勞強度的計算 疲勞強度計算時的等效載荷 Qd 2 Q 0 6 100000 60000N 式中 2 等效系數(shù) 有 1 表 4 8 查得 2 0 6 車論的計算輪壓 Pj KCI r Pd 1 05 0 89 77450 72380N 式中 Pd 車輪的等效輪壓 Pd 77450NL Qd5 12Gxc4c 5 162406 8 r 載荷變化系數(shù) 查 1 表 19 2 當 Qd G 0 357 時 r 0 89 Kc1 沖擊系數(shù) 查 1 表 19 1 第一種載荷當運行速度為 V 1 5m s 時 Kc1 1 05 根據(jù)點接觸情況計算疲勞接觸應力 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 9 j 4000 4000 13555Kg cm2 321 rDcPj32301578 j 135550N cm2 式中 r 軌頂弧形半徑 由 3 附錄 22 查得 r 300mm 對于車輪材料 ZG55II 當 HB 320 時 jd 160000 200000N cm2 因此滿足疲勞強度計算 2 強度校核 最大輪壓的計算 Pjmax KcII Pmax 1 1 95600 105160N 式中 KcII 沖擊系數(shù) 由 3 表 2 7 第 II 類載荷 KcII 1 1 按點接觸情況進行強度校核的接觸應力 jmax 15353Kg cm2 321max rDcPj32301506 jmax 153530N cm2 車輪采用 ZG55II 查 1 表 19 3 得 HB 320 時 j 240000 300000N cm2 jmax j 故強度足夠 3 2 3運行阻力計算 摩擦總阻力距 Mm Q G K d 2 由 1 表 19 4 Dc 500mm 車輪的軸承型號為 22220K 軸承內徑和外徑的平均 值為 100 180 2 140mm 由 1 中表 9 2 到表 9 4 查得 滾動摩擦系數(shù) K 0 0006m 軸承摩擦系數(shù) 0 02 附加阻力系數(shù) 1 5 代入上式中 當滿載時的運行阻力矩 Mm Q Q Mm Q Q Q G 2 d 1 5 100000 168000 0 0006 0 02 0 14 2 804N m 運行摩擦阻力 Pm Q Q 3216N2 DcQMm 5 084 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 10 空載時 Mm Q 0 G K d 2 1 5 168000 0 0006 0 02 0 14 2 504N P m Q 0 Mm Q 0 Dc 2 504 2 0 5 2016N 3 3驅動裝置設計與驗算 3 3 1選擇電動機 1 電動機選擇計算 電動機靜功率 Nj Pj Vdc 60 m 3216 90 60 0 95 2 2 54KW 式中 Pj Pm Q Q 滿載運行時的靜阻力 P m Q 0 2016N m 2 驅動電動機的臺數(shù) 初選電動機功率 N Kd Nj 1 3 2 54 3 3KW 式中 Kd 電動機功率增大系數(shù) 由 1 表 9 6 查得 Kd 1 3 查 2 表 31 27 選用電動機 YR160M 8 Ne 4KW n1 705rm GD2 0 567kgm2 電動機的重量 Gd 160kg 2 驗算電動機的發(fā)熱功率條件 等效功率 Nx K25 r Nj 0 75 1 3 2 54 2 48KW 式中 K25 工作類型系數(shù) 由 1 表 8 16 查得當 JC 25 時 K25 0 75 r 由 1 按照起重機工作場所得 tq tg 0 25 由 1 圖 8 37 估得 r 1 3 由此可知 Nx Ne 故初選電動機發(fā)熱條件通過 選擇電動機 YR160M 8 3 3 2減速器的選擇 1 減速器選擇計算 車輪的轉數(shù) nc Vdc Dc 90 3 14 0 5 57 3rpm 機構傳動比 i n1 nc 705 57 3 12 3 查 2 表 19 11 選用兩臺 ZLZ 160 12 5 IV 減速器 i 12 5 N 9 1KW 當輸 入轉速為 750rpm 可見 Nj N 中級 電動機發(fā)熱條件通過 減速器 ZLZ 160 12 5 IV 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 11 2 驗算運行速度和實際所需功率 實際運行的速度 V dc Vdc i i 90 12 3 12 5 88 56m min 誤差 Vdc V dc Vdc 90 88 56 90 100 1 6 15 合適 實際所需的電動機功率 N j Nj V dc Vdc 2 54 88 56 90 2 49KW 由于 N jN 故所選減速器功率合適 5 驗算啟動不打滑條件 由于起重機室內使用 故坡度阻力及風阻力不考慮在內 以下按三種情況計算 1 兩臺電動機空載時同時驅動 n nz2 601 1cqdcDkpdkptvgGf 式中 p1 max in 33 8 50 2 84KN 主動輪輪壓 p2 p1 84KN 從動輪輪壓 f 0 2 粘著系數(shù) 室內工作 nz 防止打滑的安全系數(shù) nz 1 05 1 2 n 2 9725 0 06 184 6 10847 56108 333 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 13 n nz 故兩臺電動機空載啟動不會打滑 2 事故狀態(tài) 當只有一個驅動裝置工作 而無載小車位于工作著的驅動裝置這一邊時 則 n nz2 601 1cqdcDkpdkptvgGf 式中 p1 50 2KN 主動輪輪壓 maxp p2 2 2 33 8 50 2 117 8KN 從動輪輪壓 in 一臺電動機工作時空載啟動時間 qt 13 47 s qt24 3750 95 012685 012 n 2 942 06 7 1608 n nz 故不打滑 3 事故狀態(tài) 當只有一個驅動裝置工作 而無載小車遠離工作著的驅動裝置這一邊時 則 n nz2 601 1cqdcDkpdkptvgGf 式中 P1 33 8KN 主動輪輪壓 minP P2 2 33 8 2 50 2 134 2KN 從動輪輪壓 ip ax qt 13 47 S 與第 2 種工況相同 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 14 n 1 89 故也不會打滑2 5 006 831 46 21347 60581 8 結論 根據(jù)上述不打滑驗算結果可知 三種工況均不會打滑 3 4其他附件的選擇 3 4 1制動器的選擇 由 1 中所述 取制動時間 tz 5s 按空載計算動力矩 令 Q 0 得 Mz 20121 3751iGDmctnMCzj 式中 19 2N m 0 min 2 Dpcj 5 129 346 Pp 0 002G 168000 0 002 336N Pmin G 1344N2 1 cDd 25 0 14 6 68 M 2 制動器臺數(shù) 兩套驅動裝置工作 Mz 41 2 N m 95 1684 15370192 2 現(xiàn)選用兩臺 YWZ 200 25 的制動器 查 1 表 18 10 其制動力矩 M 200 N m 為避免打滑 使用時將其制動力矩調制 3 5 N m 以下 3 4 2聯(lián)軸器的選擇 根據(jù)傳動方案 每套機構的高速軸和低速軸都采用浮動軸 1 機構高速軸上的計算扭矩 110 6 1 4 154 8 N m jsMIn 式中 MI 連軸器的等效力矩 MI 2 55 3 110 6 N mel 1 等效系數(shù) 取 2 查 2 表 2 71 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 15 Mel 9 75 55 3 N m705 4 由 2 表 33 20 查的 電動機 Y160M1 8 軸端為圓柱形 d1 48mm L 110mm 由 2 19 5 查得 ZLZ 160 12 5 iv 的減速器 高速軸端為 d 32mm l 58mm 故在靠電機端從由 表 2 選聯(lián)軸器 ZLL2 浮動軸端 d 40mm MI 630N m GD2 ZL 0 063Kg m 重量 G 12 6Kg 在靠近減速器端 由 2 選用兩個聯(lián)軸器 ZLD 在靠近減速器端浮動 軸端直徑為 d 32mm MI 630 N m GD2 L 0 015Kg m 重量 G 8 6Kg 高速軸上轉動零件的飛輪矩之和為 GD2 ZL GD2 L 0 063 0 015 0 078 Kg m 與原估算的基本相符 故不需要再算 2 低速軸的計算扭矩 154 8 15 75 0 95 2316 2 N m 0 iMjsjs 3 4 3緩沖器的選擇 1 碰撞時起重機的動能 W 動 g Gv20 G 帶載起重機的重量 G 168000 100000 0 1 178000N V0 碰撞時的瞬時速度 V0 0 3 0 7 Vdx g 重力加速度取 10m s2 則 W 動 5006 25 N m 1025 78220 Gv 2 緩沖行程內由運行阻力和制動力消耗的功 W 阻 P 摩 P 制 S 式中 P 摩 運行阻力 其最小值為 Pmin Gf0min 178000 0 008 1424N f0min 最小摩擦阻力系數(shù)可取 f0min 0 008 P 制 制動器的制動力矩換算到車輪踏面上的力 亦可按最大制動減 速度計算 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 16 P 制 17800 0 55 9790N max制gG 0 55 m s2ax制 S 緩沖行程取 S 140 mm 因此 W 阻 1424 9790 0 14 1569 96N m 3 緩沖器的緩沖容量 一個緩沖器要吸收的能量也就是緩沖器應該具有的緩沖容量為 n 阻動緩 5006 25 1569 96 3436 29 N m 式中 n 緩沖器的個數(shù) 取 n 1 由 1 表 22 3 選擇彈簧緩沖器彈簧 D 120 mm d 30 mm 3 4 4浮動軸的驗算 1 疲勞強度的計算 低速浮動軸的等效力矩 MI 1 Mel i 1 4 55 3 12 5 0 95 919 4N m 式中 1 等效系數(shù) 由 2 表 2 7 查得 1 1 4 由上節(jié)已取得浮動軸端直徑 D 60mm 故其扭轉應力為 N cm2 2186 0943 WMIn 由于浮動軸載荷變化為循環(huán) 因為浮動軸在運行過程中正反轉矩相同 所以許 用扭轉應力為 4910 N cm24 192 301 Ikn 式中 材料用 45 號鋼 取 b 60000 N cm2 s 30000N cm2 則 1 0 22 b 0 22 60000 13200N cm2 s 0 6 s 0 6 30000 18000N cm2 K KxKm 1 6 1 2 1 92 考慮零件的幾何形狀表面狀況的應力集中系數(shù) Kx 1 6 Km 1 2 nI 1 4 安全 系數(shù) 由 2 表 2 21 查得 n 1k 故疲勞強度驗算通過 2 靜強度的計算 計算強度扭矩 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 17 Mmax 2 Mel i 2 5 55 3 12 5 0 95 1641 7 N m 式中 2 動力系數(shù) 查 2 表 2 5 的 2 2 5 扭轉應力 3800N cm2362 0 147 WMI 許用扭轉剪應力 1804 ISIn N cm2 II 故強度驗算通過 高速軸所受扭矩雖比低速軸小 但強度還是足夠 故高速軸驗算省去 第 4章 主梁的設計 4 1總體橋架結構設計 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 18 橋架的結構主要有箱形結構 空腹桁架式結構 偏軌空腹箱形結構及箱形單主 梁結構等 參考 起重機設計手冊 5 80 噸中小起重量系列起重機一般采用箱形結 構 且為保證起重機穩(wěn)定 我選擇箱形雙梁結構作為橋架結構 4 1 1箱形雙梁橋架的構成 箱形雙梁橋架是由兩根箱形主梁和端梁構成 主梁一側安置水平走臺 用來安 裝大車運行機構和走人 主梁與端梁剛性地連接在一起 走臺是懸臂支撐在主梁的 外側 走臺外側安置有欄桿 在實際計算中 走臺個欄桿均認為是不承受力的構件 為了操縱和維護的需要 在傳動側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 4 1 2箱形雙梁橋架的選材 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 橋架結構應根據(jù) 其工作類型和使用環(huán)境溫度等條件 按照有關規(guī)定來選用鋼材 為了保證結構構件的剛度便于施工和安裝 以及運輸途中不致?lián)p壞等原因 在 橋架結構的設計中有最小型鋼的使用限制 如連接用鋼板的厚度應不小于 4mm 又 如對組合板梁的板材使用 因保證穩(wěn)定性和防止銹蝕后強度減弱等原因 雙腹板的 每塊厚度不能小于 6mm 單腹板的厚度不小于 8mm 作用在橋式起重機橋架結構上的載荷有 固定載荷 移動載荷 水平慣性載荷 及大車運行歪斜產生的車輪側向載荷等 在設計計算時候要考慮到這些載荷 4 2主梁總體參數(shù)計算 1 大車輪距 2 065 3 3K 85L 1 6 5 m 取 3m 2 橋架端部梯形高度 16 5 1 65 3 3C 105 L105 取 3 3 主梁腹板高度 根據(jù)主梁計算高度 0 92 最后選定腹板高度 0 9Hmhm 4 確定主梁截面尺寸 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 19 主梁中間截面各構件根據(jù) 起重機課程設計 表 7 1 確定如下 腹板厚 6 上下蓋板厚 8 m1 m 主梁兩腹板內壁間距根據(jù)下面的關系式來確定 2633 5 Hb 920 330 L16m 因此取 350b 蓋板寬度 350 2 6 40 402240B m 取 400 主梁的實際高度 5161Hh 主梁中間截面和支承截面的尺寸簡圖分別示于圖 2 1 和 2 2 主梁中間截面尺寸簡圖 主梁支承截面尺寸簡圖 5 加勁板的布置尺寸 為了保證主梁截面中受壓構件的局部穩(wěn)定性 需要設置一些加勁構件 主梁端部大加勁板的間距 0 9 取 0 8 ah m a 主梁端部 梯形部分 小加勁板的間距 0 4 1 20 8 主梁中部 矩形部分 大加勁板的間距 1 5 2 1 35 1 8 取 1 6a h ma 主梁中部小加勁板的間距 小車鋼軌采用 輕軌 其對水平重心軸線 的最15Px 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 20 小抗彎截面模數(shù) 47 7 則根據(jù)連續(xù)梁由鋼軌的彎曲強度條件求得加勁板間minW3c 距 此時連續(xù)梁的支點既加勁板所在位置 使一個車輪輪壓作用在兩加勁板間距的 中央 141 1 411a min 6P 47 108 5 2 cm 式中 小車的輪壓 取平均值 動力系數(shù) 由 起重機課程設計 圖 2 2 查得 1 15 鋼軌的許用應力 170 MPa 因此 根據(jù)布置方便 取 0 81a2m 由于腹板的高厚比 150 160 所以不需要設置水平加勁桿 906h 4 3主梁的受力分析 4 3 1計算載荷確定 查 起重機課程設計 圖 7 11 得半個橋架 不包括端梁 的自重 41 2qG 則主梁由于橋架自重引起的均布載荷 KN 241 5 6qlGKNmL 采用分別驅動 12 yq 查 起重機課程設計 表 7 3 得 4 1dGKN 主梁的總均布載荷 2 5 2 5 5 m 主梁的總計算均布載荷 1 1 5 5 5 qk 式中 1 1 沖擊系數(shù) 由 起重機課程設計 表 2 6 查得 k 作用在一根主梁上的小車兩個車輪的輪壓值可根據(jù) 起重機課程設計 表 7 4 中所列數(shù)據(jù)選用 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 21 37000 36000 1PN 2PN 考慮動力系數(shù) 的小車車輪的計算輪壓值為 1 15 37000 42550 1 1 15 36000 41400 2P N 4 3 2主梁垂直最大彎矩 計算主梁垂直最大彎矩 2012 max12 4 xcdGPLBqkGlLMP 0kl 設敞開式司機操縱室的重量為 9807 起重心距支點的距離為 280N0lcm 將各已知數(shù)值代入上式計算可得 2 max165041650 41 8425 2651 028 GPM 5105 10N Km 4 3 3主梁水平最大彎矩 計算主梁水平最大彎矩 2max 1 3 44gggPLqLM 式中 3128yxcIK 作用在主梁上的集中慣性載荷為 12gP 3706730N 作用在主梁上的均布慣性載荷為 0 25 gq 5Km 計算系數(shù) 時 取近似比值 2 100 12yIC 2xcL 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 22 且 400 200 因此可得 KcmxcL 1650 1716 328104 2max76 5 516 5 3 74716gM 8 9Nm 4 4主梁的校核計算 4 4 1強度驗算 主梁中間截面的最大彎曲應力 GPg maxaxGPgyMW 式中 主梁中間截面對水平中心軸線 的抗彎截面模數(shù) 其近似值 xW 45001 3xhB 90 6 4 8 903 3cm 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 y y 2263 1 3yBWhb 40 8 9 6 353 3cm 因此可得 0 1 121 6 65 1 0402MPa 由 起重機課程設計 表 2 24 查得 A3 鋼的許用應力為 160Pa 故 主梁支承截面的最大剪應力 maxa02GPQSI 式中 主梁支承截面所受的最大剪力 axP 0ma122GxcdLBqkGLl 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 23 42000 41400 165041650 4165028 2 137420 N 主梁支承截面對水平重心軸線 的慣性矩 其近似值 0 xI x 54180 0001 232xHhHWB 5 651 6 40 8 32 4cm 主梁支承截面半面積對水平重心軸線 的靜矩 S x 1266 00112 42hh 50 650 8 242 3c 由此可得 0 1 28 16max 3758 MPa 查得許用剪應力為 95 Pa 故 由以上計算可知 強度足夠 max 4 4 2垂直剛度驗算 主梁在滿載小車輪壓作用下所產生的最大垂直撓度 321 64 8xPLfEI 式中 0 973 210374 856xcBL 2x HIW 49502 01cm 由此可得 0 844 3 246576 97 0 8 0 481f cm 允許的撓度 因此 1 0fL 2 3cm f 4 4 3水平剛度驗算 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 24 主梁在大車運行機構起 制動慣性載荷作用下產生的水平最大撓度 43 1 5 488ggyyPLqLfEIEJ 式中 70gN 2 5qcm 16 45260 4023yBIW 4cm 由此可得 3 46 6701516502 510416504 8240473847gf cm 水平撓度的許用值 因此 0 825gLfc gf 由上面的計算可知 主梁的垂直和水平剛度均滿足要求 4 5主要焊縫的計算 1 主梁側面焊縫 端梁支承截面上蓋板對水平重心線 X X 的截面積矩 40 1 5 74 229 6 cm3S 端梁上蓋板翼緣焊縫的剪應力 4878 8 N cm2 6 073294 17 0 1 2 hInRfxA 式中 n1 上蓋板翼緣焊縫數(shù) hf 焊肉的高度 取 hf 0 6 cm 2 主梁側面焊縫的剪應力驗算 端梁支承截面下蓋板對水平重心線 X X 的面積矩 2 12 1 2 8 06 232 128 cm3S 1 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 25 端梁下蓋板翼緣焊縫的剪應力 4929 8 N cm2 6 0732941817 02 2 hInSRfxA 由 1 表 查得 9500 N cm2 因此焊縫計算應力滿足要求 4 6焊接工藝設計 對橋式起重機來說 其橋架結構主要是由很多鋼板通過焊接的方法連接在一起 焊接的工藝的正確與否直接影響橋式起重機的力學性能和壽命 角焊縫常用的確定焊角高度的方法 角焊縫最小厚度為 a 0 3 max 1 max 為焊接件的較大厚度 但焊縫最小厚度不小于 4mm 當焊接件的厚度小 于 4mm 時 焊縫厚度與焊接件的厚度相同 角焊縫的厚度還不應該大于較薄焊接件的厚度的 1 2 倍 即 a 1 2 min 按照以上的計算方法可以確定端梁橋架焊接的焊角高度 a 6mm 在端梁橋架連接過程中均采用手工電弧焊 在焊接的過程中焊縫的布置很關鍵 橋架的焊縫有很多地方密集交叉在設計時應該避免如圖 4 1 a 4 1 b 示 4 1 a 4 1 b 定位板和彎板的焊接時候 由于定位板起導向作用 在焊接時要特別注意 焊 角高度不能太高 否則車輪組在和端梁裝配的時 車輪組不能從正確位置導入 焊 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 26 接中采用 E5015 J507 焊條 焊條直徑 d 3 2mm 焊接電流 160A 焊角高度最大 4 如圖 7 2 位彎板和定位板的焊接 角鋼和腹板 上蓋板的焊接采用的是搭接的方法 在焊好后再將兩段端梁拼在 一塊進行鉆孔 由于所用的板材厚度大部分都小于 10mm 在焊接過程中都不開坡 口進行焊接 總 結 這次畢業(yè)設計幾乎用到了我們大學所學的所有專業(yè)課程 可以說是我們大學所 學專業(yè)知識的一次綜合考察和評定 通過這次畢業(yè)設計 使我們對以前所學的專業(yè)知 識有了一個總體的認識與融會貫通 例如我們在設計過程當中需要用到所學的工程制 圖 材料力學 機械工程材料 機械設計 極限配合與公差以及 CAD 計算機輔助制 圖等基礎的專業(yè)知識 在做畢業(yè)設計的過程中 不僅使我們熟悉了舊的的知識點 還 使我們發(fā)現(xiàn)了許多以前沒有注意的細節(jié)問題 而這些細節(jié)問題恰恰是決定我們是否 能夠成為一名合格的機械技術人才的關鍵所在 此外 我感覺兩個月的畢業(yè)設計極大的豐富了我們的知識面 使我學到了許多 知識 不僅僅局限于多學的專業(yè)知識 在做設計的過程中 由于需要用到課本外的知 識 這要求我們上網(wǎng)或者到圖書館等查閱資料 例如在設計方案時就需要我們對橋 式起重機傳動運行機構及主梁設計的工作環(huán)境和工作能力等由一定的了解才能選用 合適的方案 由于以前沒有注意此方面的問題 所以必須通過實踐認識和查閱資料 才能做到更好 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 27 參考文獻 1 吳麗萍 我國起重機新技術的進展與國外發(fā)展動向 J 山西機械 2002 4 51 52 2 田金金 陳志平 張巨勇等主編 橋式起重機安全檢測法綜述及展望 J 機電工程 2009 3 26 1 5 3 王小明 盧志強主編 國內外大型起重機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 J 機電產品開發(fā) 與創(chuàng)新 2009 2 22 6 8 4 李偉 李瑞華主編 起重機智能控制的發(fā)展現(xiàn)狀與思考 J 煤礦機械 2006 8 27 3 4 5 傅東明主編 起重機械 M 北京 機械工業(yè)出版社 1992 6 起重機設計規(guī)范 編寫組主編 國家標準 GB3811 83 起重機設計規(guī)范 M 北京 國家標準局出版社 1983 7 張質文等主編 起重機設計手冊 M 北京 中國鐵道出版社 2001 8 成大先主編 機械設計手冊 第三版 M 第 1 5 卷 北京 化學工業(yè)出版社 1994 9 劉曰奇 橋式起重機箱型主梁結構分析及優(yōu)化研宄 D 黑龍江 東北林業(yè)大學 2012 10 金星池 國內起重機設計展望 J 科技創(chuàng)業(yè)家 2012 16 96 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 28 11 焦洪宇 周奇才 吳青龍等主編 橋式起重機箱型主梁周期性拓撲優(yōu)化設計 J 礦山 機械 2014 23 50 134 139 12 王衛(wèi)輝 孟小胴 強寶民等主編 橋式起重機安全評估指標體系研究和系統(tǒng)設計 J 中國安全生產科學技術 2013 9 9 156 159 13 楊瑞剛 徐格寧 范小寧等主編 橋式起重機結構可靠性失效準則與剩余壽命評 估準則 J 中國安全科學學報 2009 10 19 95 100 14 Y Torrisi Crane grabs pole position M Australian Mining 1998 15 Enrique Castillo Roberton Minguez Carmen Castillo Sensitivity analysis in optimization and reliabilitly problems J Reliability Engineering and System Safety 2008 93 12 1788 1800 致 謝 大學生活即將結束 在這短短的四年里 讓我結識了許許多多熱心的朋友 工 作嚴謹教學相幫的教師 畢業(yè)設計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導老 師的精心指導 在此向所有給予我此次畢業(yè)設計指導和幫助的老師和同學表示最誠 摯的感謝 首先 向本設計的指導老師表示最誠摯的謝意 在自己緊張的工作中 仍然盡 量抽出時間對我們進行指導 時刻關心我們的進展狀況 督促我們抓緊學習 老師 給予的幫助貫穿于設計的全過程 從借閱參考資料到現(xiàn)場的實際操作 他都給予了 指導 不僅使我學會書本中的知識 更學會了學習操作方法 其次 要向給予此次畢業(yè)設計幫助的老師們 以及同學們以誠摯的謝意 在整 個設計過程中 他們也給我很多幫助和無私的關懷 更重要的是為我們提供不少技 術方面的資料 另外 也向給予我?guī)椭乃型瑢W表示感謝 總之 本次的設計是老師和同學共同完成的結果 在設計的一個月里 我們合 10T 跨度 10 5m 橋式起重機傳動運行機構及主梁設計 29 作的非常愉快 教會了大我許多道理 是我人生的一筆財富 我再次向給予我?guī)椭?的老師和同學表示感謝 附錄 The Use and History of Crane Every time we see a crane in action we remains without words these machines are sometimes really huge taking up tons of material hundreds of meters in height We watch with amazement and a bit of terror thinking about what would happen if the load comes off or if the movement of the crane was wrong It is a really fascinating system surprising both a