5t电动单梁桥式起重机的设计说明.docx
《5t电动单梁桥式起重机的设计说明.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《5t电动单梁桥式起重机的设计说明.docx（32页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
5t电动单梁桥式起重机的设计说明
密级：
内部
5吨电动单梁桥式起重机的设计
5-tonelectriesinglegirder
overheadcranedesign
学院：
机械工程学院
专业班级：
机自0602
学号:
060101037
学生姓名：
邵帅
指导教师：
台立钢（讲师）
2010年6月280
随着经济建设的迅速发展，我国的基础建设力度正逐渐加大，道路交通，机场，港口，水利水电，市政建设等基础设施的建设规模也越来越大，市场桥式起重机的需求也随之增加。
起重机是工矿企业、车站码头、实现搬运机械化、自动化，提高劳动生产效率的重要设备。
它是以间歇、重复工作方式，通过取物装置的起升、下降与运移来实现物料搬运的设备。
国起重机多已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。
电动单梁起重机主要由桥架、电动葫芦、大车运行机构、电气备四大部分成。
桥架部分主要由主梁、横梁、小车导电支架、操纵室以及其他辅件组成。
主梁主要采用钢板拼接成U型，再与工字钢组焊成箱型实腹梁，并按照标准预制出相应的拱度；横梁是采用钢板焊接成箱型，在箱型梁上铠孔以安装车轮组;在主梁和横梁之间采用连接板形式，并用螺栓联结而成为一体。
本文通过对5吨电动单梁桥式起重起的整体研究，和校核计算，进一步进行主梁的设计，大车运行机构的设计，端梁的设计等，最后用CAD绘制成图。
关键词：
5吨电动单梁桥式起重机；主梁设计；大车运行机构；端梁设计
Abstract
Withtherapiddevelopmentofeconomicconstruction,China'sinfrastructureisgraduallyincreasetheintensity,roadtraffic,airports,ports,waterconservancyandhydropower,municipalconstructionofinfrastructuresuchasthescaleofconstructionisalsogrowing,eranemarketdemandwiththeincrease・
Craneistheminingindustryandthestationterminaltoachieveremovalofmechanizationandautomationtoimprovelaborproductivityvitalequipment・Itisintermittent,repetitivework,throughextractsfromthedeviceup,downandtransporttoachievematerialhandlingequipment.Chinahasusedcomputeroptimizedmulti-cranedesign,thusimprovingthemachine'stechnicalperformanceandreduceweight,andinthiscontextasfaraspossiblethenewstructure・
Bridgeismainlycomposedofgirderbeams,car,conductivestents,controlroomandotherauxiliaryparts・MainlyUSESthesteelplategirderu-shapedTthenbecomesrealchoicesandcompoundtypecrate,accordingtostandardandabdominalbeamprefabricatedcorrespondingarch,Usingsteelweldingbeamisinthebox,typeacrateofbeamtoinstallwheel,boring,Inbetweengirderandbeams,andbyconnectingplateformsloosenessandbecomeone・
Basedontheoverallstudyof5-tonelectricsinglegirderoverheadcrane,checkcalculationisgiven,thedesignofmainbeam,endbeamandcartsrunningmechanism,ismadefurther,andfinallythedrawingsareoutputwithCAD・
Keywords：
5-tonelectricsinglegirderoverheadcrane；designofthemainbeam；designofcartsrunningmechanism；endbeamdesign
摘要II
AbstractIll
第一章绪论1
1.1起重的工作特点及在国民经济中的地位1
1.2国起重机发展趋势2
1.2.1改进起重机械的结构，减轻自重2
1.2.2充分吸收利用国外先进技术2
1.2.3向大型化发展3
1.3国外起重发展趋势3
1.3.1简化设备结构，减轻自重，降低生产成3
1.3.2更新零部件，提高整机性能4
1.3.3设备大型化4
1.3.4机械化运输系统的组合应用4
第二章5吨电动单梁桥式起重机的工作级别5
2.1起重机利用等级5
2.2起重机的载荷状态6
2.3起重机工作级别的确定7
第三章5吨电动单梁桥式起重机的主梁计算8
3.1主梁断面的几何特性8
3.1.1主梁断面面积8
3.1.2主梁断面水平形心轴位置8
3.1・3主梁断面惯性距9
3.2主梁强度的计算10
3.2.1垂直载荷在下翼丝引起的弯曲正应力10
3・2.2主梁工字钢下翼局部弯曲计算11
3.2.3工字钢下翼缘局部弯曲应力计算12
3.2.3主梁跨中断面当量应力计算14
第四章刚度计算15
4.1垂直静刚度的计算15
4.2水平静刚度计算15
4.3动刚度计算16
第五章端梁的计算17
5.1轮距的确定17
5.2端梁中央断面几何特性17
5.2.I断面总面积18
5.2.2形心位置18
5.2.3断面惯性矩18
5.3起重机最大轮压19
5.3.1起重机支承反力作用19
5.3.2起重机最大轮压的计算20
5.4最大歪斜侧向力23
5.5端梁中央断面合成应力23
5.6车轮轴对端梁腹板的挤压应力24
第六章主、端梁连接计算25
6.1主、梁连接形式及受力分25
6.2螺栓拉力的计算25
6.2.1起重机歪斜侧向力矩的计算25
6.2.2歪斜侧向力矩对螺栓拉力的计算25
6.2.3起重机支承反力对螺栓的作用力矩26
6.2.4支反力矩对螺栓的拉力27
6.2.5验算螺栓强度27
6.2.6凸缘垂直剪切应力验算28
6.2.7凸缘挤压应力计算28
第七章结论29
参考文献3031
第一章绪论
1.1起重的工作特点及在国民经济中的地位
起重机在国民经济中的地位物料搬运在整个国民经济中有着十分重要的地位，提高起重运输机械的生产效率，确保运行的安全可靠性，降低物料搬运成本是十分重要的⑴。
据统计在美国每百元工业产品成本中，物料搬运费用要占20〜25美元，美国某厂生产流程中物料搬运所用的工时占总生产周期的80%。
英国每年用于工厂及工地物料搬运的费用高达10亿英磅，相当于全国工资支出的九分之一。
1974年英国工业部下属的物料搬运费用调查委员会曾对30家公司进行调查指出：
"工序间的物料搬运费用占加工费的12%以上，如果加上工序和工厂外的搬运费用估计要达到成本的20%〜25%”12）。
前联用于运输的费用每年髙达867亿卢布，其中装卸费用为217亿卢布，占总运输费用的四分之一⑶。
德国Demag公司也曾作过详细调查，证实物料搬运费用占生产费用的45%（工序间物料搬运占30%,工序的物料搬运费用占
15%）叭
起重机是工矿企业、车站码头、实现搬运机械化、自动化，提髙劳动生产效率的重要设备。
起重机是以间歇、重复工作方式，通过取物装置的起升、下降与运移来实现物料搬运的设备⑸。
起重机的工作特点，可概括如下：
（1）起重机通常都具有庞大的金属结构和比较复杂的机构，能完成一个或几个升、下降和水平运动，作业过程中常常是几个不同方向的运动同时操作，技术难度较大。
（2）所吊运的物料多种多样，载荷是变化的，重达成百上千吨，长则几十米至上百米，形状很不规则，还有散粒、液体.热融，易燃、易爆，强酸碱等危险品，使吊运过程复杂而危险。
（3）大多数起重机需要在较大围运行，活动空间较大，危险面也增大。
（4）暴露的，活动的零部件较多，且常与吊运作业人员直接接触（吊钩、钢丝绳等），潜在着许多偶发的危险因素。
（5）作业环境复杂：
工矿企业、码头、车站、建筑工地等场所都有起重机在运行，作业场所还常会遇到高温、髙压、易燃、易爆、输电线路、强磁场、暴风雨等危险因素，这些都会对设备及人员构成威胁。
（6）作业人员常需多人配合，存在较大难度，要求驾驶、指挥、司索等作业人员熟炼配合，协调工作，互相照应。
161
1.2国起重机发展趋势
1.2.1改进起重机械的结构，减轻自重
国起重机多已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。
如5〜50t通用桥式起重机中采用半偏轨的主梁结构，与正轨箱形梁相比，可减少或取消主梁中的小加筋板，取消短加筋板，减少结构重量，节省加工工时。
目前国家星火计划提出桥架采用四根分体式不等高结构，使它在与普通桥式起重机同样的起升高度时，厂房的牛腿标高可下降115m；两根主梁的端部置于端梁上，用高强度螺栓连接；车轮踏面高度因此下降，也就使厂房牛腿标高下降⑺。
在垂直轮压的作用下，柱子的计算高度降低，使厂房基建费用减少，厂房寿命增加。
1.2.2充分吸收利用国外先进技术
起重机大小车运行机构采用了德国Demag公司的'‘三合一”驱动装置，吊挂于端梁侧，使其不受主梁下挠和振动的影响，提高了运行机构性能与寿命，并使结构紧凑，外形美观，安装维修方便。
随着国机械加工能力的提高，大车端梁和小车架整体镇孔成为可能，因而45°剖分和车轮组或圆柱形的轴承箱将有可能代替角形轴承箱，装在车轮轴上的车轮轴孔中心线与端梁中心线构成标准的90°,于是车轮的水平和垂直偏斜即可严格控制在规定围，避免发生啃轨现象。
由于小车架为焊后一次镇孔成形，使四个车轮孔的中心线在同一平面，故成功地解决了三点落地的问题。
起升机构采用中硬齿面或硬齿面的减速器，齿轮精度达到7级，齿面硬度达到320HB,因而提高了承载能力，延长了使用寿命。
电气控制方面吸收消化了国外的先进技术，采用了新颖的节能调速系统。
如晶闸管串级开环或闭环系统，调整比可
达1：
30171。
随着对调速要求的提高，变频调速系统也将使用于起重机上。
同时，微机控制也将在起重机上得到应用，如三峡工程600t坝顶门式起重机要求采用变频调速系统，微机自动纠偏，以及大扬程高精度微机监测系统。
遥控起重机随着生产发展需要量也越来越大，宝钢在考察了国外钢厂起重机之后，提出了大力发展遥控起重机的建议，以提高安全性，减少劳动力⑻。
1.2.3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。
特别是长江三峡工程的建设对大型起重机的需要量迅速上升。
三峡电厂需要1200t桥式起重机,2000tm大型塔式起重机⑼。
目前在建设中的大、中型水电站还有很多，例如岩滩、龙滩、清江隔河岩、水口电站等等；还有很多核电站和大、中型火力发电厂需要建设，可以预计，大吨位髙性能起重机的需要量是非常大的何。
纵观国外起重机的动态与发展，前景广阔。
1.3国外起重发展趋势
1.3.1简化设备结构，减轻自重，降低生产成
本芬兰Kone公司为某火力发电厂生产的起重机就是一个典型的例子。
其中起升机构减速器的外壳与小车架一端梁合二为一，卷简一端与减速器相连，另一端支撑于小车架的另一端梁上何。
定滑轮组与卷筒组连成一体，省去了支撑定滑轮组的承梁，简化了小车架的整体结构。
同时，小车运行机构采用三合一驱动装置，即减轻了小车架和小车的自重。
副起升机构为电动葫芦置一台车上，由主起升小车牵引。
小车自重的减轻使起重机主梁截面亦随之减小，因而整机自重大幅度减轻。
国生产的7520t、3115m跨度起重机自重94t,而Kone公司生产的8020t.2914m跨度起重机自重只有60t。
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，适用于中、轻级中小吨位的起重机血。
该结构要求起升机构采用行星一圆锥齿轮减速器，不直接与车架相连接，以此来降低小车架的刚度要求，减化小车架结构，减轻自重。
Patain公司的起重机大小车运行机构采用"三合
一''驱动装置，结构较紧凑，自重较轻，简化了总体布置问。
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。
1.3.2更新零部件，提高整机性能
法国Patain公司采用窄偏轨箱形梁作主梁，其髙、宽比为4〜315左右，大筋板间距为梁高的2倍，不用小筋板。
主梁与端梁的连接采用搭接方式，使垂直力直接作用于端梁上盖板，由此可降低端梁的高度，便于运输。
在电控系统上该公司采用涡流联轴器和涡流制动器多电机调速系统，可实现有载及空载的有级或无级调速，其工作原理图如附图。
变频调速在国外起重机上已开始应用，ABB公司、日本富士、奥地利伊林公司已广泛采用。
该调速方案具有髙调速比，甚至可达到无级调速，并可节能等优点。
另外，遥控装置用于起重机在国外也已普遍化，特别是在大型钢铁厂的广泛使用。
1.3.3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，其服务场地和使用围也随之增大。
例如新加坡裕廊船厂要求岸边的修船门座起重机能为并排的两条大油轮服务，其吊运幅度为105m,且在70m幅度时能起吊100t；我国三峡工程中使用的1200t桥式起重机就对调速要求很高，为三维坐标动态控制。
1.3.4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，把起重运输机械有机的组合在一起，构成先进的机械化运输系统日本村田株式会社尤山工厂在车间中部建造了一个存放半成品的立体仓库，巷道式堆垛机按计算机系统规定的程序向生产线上发送工件。
堆垛机把要加工的工件送到发货台，然后由单轨起重小车吊起，按计算机的指令发送到指定工位进行加工。
被加工好的工件再由单轨起重小车送到成品库。
较大型工件由地面无人驾驶车运送，车间只有几个人管理，生产效率很髙。
德国Demag公司在飞机制造厂中采用了一套先进的单轨或悬挂式运输系统，大大减化了运输环节。
将所运物品装入专用集装箱（有单轨系统的轨道）由码头运至工厂，厂的单轨系统与集装箱的轨道对
接，物品进入厂房，并由单轨运输系统按计算机的指令入库或进入工位，实现门对门的运输购。
第二章5吨电动单梁桥式起重机的工作级别
2.1起重机利用等级
起重机在有效工作期间有一定总工作循环数，起重机作业的工作循环是从准备其吊物品开始到下一次其吊物品为止的过程。
工作循环次数表征起重机的利用程度，是起重机分级的基本参数之一。
确定适当的使用寿命时要考虑经济,技术和环境等因素，同时还要考虑设备老化的影响o1,61
工作循环次数除了可根据经验确定，还可根据下式进行计算:
式中：
Y—起重机的使用寿命以年计算，与起重机的类型、用途、环境、技术、
经济因素有关o由于本设计为5吨，参见《起重机设计手册》不同
类型起重机使用寿命表），可知桥式起重机选用Y二25年。
B—起重机一年中的工作天数，取B=265天。
H—起重机每天工作小时数，取H=4小时。
T—起重机一个工作循环的时间，设定为T=200秒°
根据以上计算所得出的数据，0=4.77x105（次）
参见《起重机设计手册》起重机利用等级表，如表2-2所示，可以选择起重机的利用等级为卩5,起重机的使用情况为，经常中等的使用。
2-2起重机利用等级
利用等
总的工作循
起重机使用
利用等
总的工作循
起重机使
级
环次数N
情况
级
环次数N
用的情况
U。
1.6xl04
叽
5x10s
经常中等
3.2xl（/
lxlO5
不繁忙用
U,
■
6.3xl04
不经常使用
U?
2xlO5
1.25x10’
%
4x10s
繁忙使用
2.5xl05
%
4xlO5
2.2起重机的载荷状态
载荷状态是起重机分级的另一个基本参数，它表明起重机的主要机构一起升机构受载的轻重程度。
载荷状态与两个因素有关：
一个是实际起升载荷0,与额定起升载荷Qmax之比，令一个是实际起升载荷0的作用次数N1,与工作循环次数N之比。
此次设计根据实际情况及单梁起重机实际的使用情况，可根据表2-3选择K°=0.25,即有时起升额定载荷，一般起升中等载荷。
表2-3起重机的载荷状态及其名义载荷谱系数K°
载荷状态
名义载荷谱系数
说明
Q厂轻
0.125
很少起升额定载荷，一般轻载
Q，一中
■
0.25
有时起升额定载荷，一般中等载荷
Q3-t
0.5
经常起升额定载荷，一般重载
Q4—特重
1.0
频繁的起升额定载荷
2.3起重机工作级别的确定
划分起重机的工作级别，示为了对起重机金属结构和机构设计提供了合理的基础，它能使起重机胜任它需要完成的工作任务，起重机的工作级别使根据起重机的利用等级和起重机的载荷状态而确定，根据《起重机设计手册》中，起重机工作级别的划分，可以确定，此单梁桥式起重机的工作级别为比。
第三章5吨电动单梁桥式起重机的主梁计算
3.1主梁断面的几何特性
根据资料，初步给出主梁断面尺寸如图3.1。
查得/28a普型钢工字钢（GB706-65）的尺寸参数：
h二280mm；b二122mm；d=8.5mm；t=13.7mm；
F[=55.45mm；q,=43.4kg/m；J.=7114min：
J严345mm"
3.1.1主梁断面面积
F=0.5（/]-2xq）+lxqx/?
+2xx人+F,+Jx/,（3~1）
=0.5（40-2x0.5）+2x0.5x40+2x0.5x25.5+55.45-1x10.5=151（劲产）
3.1.2主梁断面水平形心轴x-x位置
（3-2）
式中：
工件-主梁断面的总面积（cm2）；
工斥儿-各部分面积对Z-Z轴的静距之和（cm3）:
九-各部分面积形心至Z-Z轴的距离（cm）o
0.5x（40-2x0.5）x79.75+2x0.5x40x60+
=37（cm）
2x0.5x25.5x31.5+55.45x15+lx10.5x0.5
151
3-1主梁跨中断面图
1—压制成型的U型槽钢；2—加劲隔板;
3—斜侧板；4—工字钢；5—补强钢板
3.1.3主梁断面惯性距
厶=工人+工斥昇（3-3）
=39X（）^+39x0.5x42.752+2x（）?
x4（）■+2x0.5x40x232
1212
+2X（）-5-174+2x0.5x25.5x5.72+7114^55.45x222+1（）'5-1-
12cos47o
+10.5x1x36.52=111545（cm4）
+2皿—+宵
=21849（E）
3.2主梁强度的计算
这种结构形式的起重机的特点，可以不考虑水平惯性力对主梁造成的应力，及其水平平面载荷对主梁的扭转作用也可以忽略不计。
对于活动载荷的轮距很小，可以近一集中的载荷来计算，验算主梁跨中断面弯曲正应力和跨端断面剪应力。
跨中断面弯曲正应力包括梁的整体弯曲应力和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按简支梁计算。
在水平面按刚接的框架计算。
3.2.1垂直载荷在下翼丝引起的弯曲正应力
I心2操•/|心・0・7?
28
/
式中：
P=（pnQ+Kn•Gfii
其中：
G—额定起重量，Q=5000kg；
G胡一电葫芦自重，=500kg；卩口一动力系数，对中级工作类型如=1.2；K^—冲击系数，对操纵室操纵时Kn=l.l；
y}—主梁下表面距断面形心轴X—x的距离，儿=37cm；
J；一主梁跨中断对X—X轴惯性矩，J：
=l11545cm4；
I一操纵室重心到支点的距离,/=100cm；
G操一操纵室重量,=400kg；
q一桥架单位长度重量（kg/m）
q=1000«F•v+ty
其中：
F—主梁断面面积，F=0.0151m2
a—材料比重,对钢板v=7.85t/m3
q‘一主梁横加筋板的重量所产生的均布载荷，q=7.5kg/mo所以：
37
6=x
111545
（1.2x5000）+（1.1x500）x16501.1x400x1001.1x1.26x1650
4*2*8
=1060（kg/cm2）
3.2.2主梁工字钢下翼局部弯曲计算
1•计算轮压作用点位置及系数纟
i二a+c-e
（3-5）
式中：
i—轮压作用点与腹板表面的距离
a"J
=12'2-°-85=5.675cW
c—轮缘同工字钢翼边缘之间的间隙，取c为0.4cm,
22
e二0.164R；对于普通工字钢，缘翼表面的斜度为1/6
R—葫芦走轮踏面曲率半径，可从葫芦样本查出R为17.5cm
e=0.164x17.5=2.87cm
所以:
i=5.675+0.4-2.87=3.205cm
3.205
a5.675
=0.57
3.2.3X字钢下翼缘局部弯曲应力计算
（3-6）
式中：
©—翼缘结构形式系数，贴板补强时取0.9；
K|—局部弯曲系数，查3.3得&为1.9t产t+5
其中：
t—工字钢翼平均厚度，t取1.37cm；
§一补强板厚度，S为lcm；
t02=（1.37+1）2=5.61cm2o
工w0.9x1.9x1900…八.八
5.61
图3-2中1点纵向局部弯曲应力o■由下公式计算
所以：
6=±=579伙g/c〃广）
式中：
心一局部弯曲系数，查图3.3得心为0.6。
■厶
所以：
±0.9x0.6x
升级会员 