QZ20桥式起重机桥架及大车运行机构设计.docx
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QZ20桥式起重机桥架及大车运行机构设计
目录
目录1
1前言3
1.1起重机简介3
1.2起重机械的发展4
1.2.1国外起重机发展动向4
1.2.2国内起重机发展动向4
1.3桥式起重机的组成和分类5
1.3.1桥式起重机的组成5
1.3.2桥式起重机的分类5
1.4桥式起重机设计的目的内容和要求6
1.4.1设计的目的6
1.4.2设计的内容6
1.4.3设计的要求7
2大车运行机构的设计8
2.1设计的基本原则和要求8
2.1.1机构传动方案8
2.1.2大车运行机构具体布置的主要问题8
2.2大车运行机构的计算9
2.2.1确定机构的传动方案9
2.2.2选择车轮与轨道，并验算其强度9
2.2.3运行阻力计算11
2.2.4选择电动机12
2.2.5验算电动机的发热功率条件12
2.2.6减速器的选择12
2.2.7验算运行速度和实际所需功率13
2.2.8验算起动时间13
2.2.9起动工况下校核减速器功率15
2.2.10验算启动不打滑条件15
2.2.11选择制动器17
2.2.12选择联轴器18
2.2.13浮动轴的验算18
3.端梁的设计20
3.1端梁的尺寸的确定20
3.1.1端梁的截面尺寸20
3.1.2端梁总体的尺寸20
3.2端梁的计算21
3.2.1计算载荷的确定21
3.2.2端梁垂直最大弯矩21
3.2.3端梁的水平最大弯矩21
3.2.4端梁的强度验算22
3.3主要焊缝的计算25
3.3.1端梁端部上翼缘焊缝25
3.3.2下盖板翼缘焊缝的剪应力验算25
4主梁的设计计算26
4.1主梁辅助尺寸计算26
4.2主梁计算载荷的确定26
5结论28
1前言
1.1起重机简介
桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车[1]。
桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。
桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。
桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易粱桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。
普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。
起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。
起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。
电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。
小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。
起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：
一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。
中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。
起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。
当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。
桥架的金属结构由主粱和端粱组成，分为单主粱桥架和双粱桥架两类。
单主粱桥架由单根主粱和位于跨度两边的端粱组成，双粱桥架由两根主粱和端粱组成。
主粱与端粱刚性连接，端粱两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。
主粱上焊有轨道，供起重小车运行。
桥架主粱的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。
箱形结构又可分为正轨箱形双粱、偏轨箱形双粱、偏轨箱形单主粱等几种。
正轨箱形双粱是广泛采用的一种基本形式，主粱由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大[2]。
偏轨箱形双粱和偏轨箱形单主粱的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主粱是由一根宽翼缘箱形主粱代替两根主粱，自重较小，但制造较复杂。
四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其他结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。
空腹桁架结构类似偏轨箱形主粱，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形粱外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。
普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。
起重量可达五百吨，跨度可达60米。
简易梁桥式起重机又称粱式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。
桥架主粱是由工字钢或其他型钢和板钢组成的简单截面粱，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字粱的下翼缘上运行。
桥架可以沿高架上的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂粱式起重机。
冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。
这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高[2]。
主要有五种类型。
铸造起重机：
供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。
主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。
夹钳起重机：
利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。
脱锭起重机：
用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。
小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：
有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。
加料起重机：
用以将炉料加到平炉中。
主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。
主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。
副小车用于修炉等辅助作业。
锻造起重机：
用以与水压机配合锻造大型工件。
主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。
1.2起重机械的发展
起重机的出现大大提高了人们的劳动效率，以前需要许多人花长时间才能搬动的大型物件现在用起重机就能轻易达到效果，尤其是在小范围的搬动过程中起重机的作用是相当明显的。
在工厂的厂房内搬运大型零件或重型装置桥式起重机是不可获缺的。
1.2.1国外起重机发展动向
从20世纪后期开始，国际上起重机装备的生产注重向大型化，微型化，多功能化，专用化和智能化方向发展。
德国，美国和日本当属工程机械强国，利勃海尔公司（德国），卡特波勒公司（美国），沃尔沃集团（瑞典），小松制作所（日本）等公司的产品以设计先进，安全可靠，使用寿命长而著称[3]。
1.2.2国内起重机发展动向
据介绍，亚洲其他国家，拉丁美洲和非洲的一些国家最近也相继出台了大规模扩大公路及其他公共设施的项目计划，这无疑对起重机械的需求将大幅增加，也为我国的起重机械发展全球市场策略提供了最有利的契机。
近年来，我国在国家宏观政策调控的影响下我国起重机械产业进入了加速增长阶段，呈现出前所未有的繁荣态势。
起重机械装备已经成为我国国民经济发展的产业支柱之一，占据世界起重工程机械总量的第七位。
随着国家西比大开发战略的实施，南水北调工程，西电东送工程，青藏铁路等工程以及振兴东北老工业基地等政策的实施。
都为国内起重机械产品的良好发展提供了广阔的空间，也为我国起重机发展全球市场战略提供了最有竞争力的契机。
我国起重机工程机械行业几经洗礼和经过业内人员的不懈努力，在国际市场上显示出强大的生命力。
在我国工业化发展过程中，起重机行业已经由初始发展阶段逐渐走上成熟时期。
一些主导产品的研发，设计和制造水平都有了相当程度的提高，一些产品的质量得到了用户的肯定。
同时，由于产品的价格相对低廉，在国际市场上具有一定的竞争力。
现在，我国起重机械行业的发展已经有了很好的基础，产品门类，生产规模，大，中，小企业构架和发展环境都比较好，但同国际先进工程制造厂家相比差距还比较大，主要表现在产品的可靠性，使用寿命，绿色工程设计，高新技术的常新应用以及管理模式上。
相对而言，我国自主开发能力较薄弱，由自主产权的产品技术较少，新产品的大部分关键技术还是依赖国外进口[3]。
另一方面面对国外的先进技术的消化，吸收，创新不足。
其次，对市场反应速度慢，产品更新周期长。
而美国的一些机械企业1990年已经做到了三个“3”即产品的生产周期为三年，产品的试制周期为三个月，产品的设计周期为三个周。
我国工程机械的规格还有空缺。
以上事实表明中国起重工程机械市场虽可保持持续增长的势头，但中国起重机械行业的技术发展让然任重而道远[4]。
1.3桥式起重机的组成和分类
1.3.1桥式起重机的组成
桥式起重机一般由大车运行机构，桥架，主梁，小车运行机构，起升机构，电气设备，司机室等几大部分组成。
外形像一个两端支撑在平行的两条空中轨道上平移运行的桥。
起升机构用来垂直升降，小车运行机构用来带着载荷横向移动，已达到在跨度内和规定高度内组成的三维空间里搬运装载货物[5]。
（1）桥式起重机小车主要由小车运行机构、起升机构、小车架三部分组成，另外还有一些安全防护装置。
（2）桥式起重机大车主要由大车运行机构、桥架两部分组成，另外还有一些防护、限位装置。
1.3.2桥式起重机的分类
桥式起重机主要分为三类：
通用桥式起重机、专用桥式起重机、电动葫芦型桥式起重机[6]
（1）通用桥式起重机。
通用桥式起重机是指在一般环境中工作的作为普通用途的起重机。
以下几种起重机都属于通用桥式起重机。
①通用吊钩桥式起重机
②抓斗桥式起重机
③电磁桥式起重机
④两用桥式起重机
⑤三用桥式起重机
⑥三小车桥式起重机
（2）专用桥式起重机[7]
桥式起重机按照起重机的结构及使用特性分类主要分为以下几种：
①冶金桥式起重机
②防爆吊钩桥式起重机
③绝缘吊钩桥式起重机
（3）电动葫芦型桥式起重机
电动葫芦型桥式起重机特点是起重小车用自行式电动葫芦代替，或者用固定式电动葫芦作为起升机构，小车、大车运行机构也尽量与电动葫芦部件通用，因此，电动葫芦型桥式起重机虽然起重量小、工作速度慢、工作级别低，但是它的自身重量小、能耗低，对建筑压力负载小，因此，在中小级别起重范围内使用越来越广泛。
电动葫芦型桥式起重机主要有两种：
①电动梁式起重机
②电动葫芦桥式起重机
1.4桥式起重机设计的目的内容和要求
1.4.1设计的目的
通过本次毕业设计，我可以掌握机械设计的基本方法与思路，为以后的进一步的学习机械方面的知识打下良好的基础。
1.4.2设计的内容
桥式起重机是一种常见的有轨运行的起重机，多用于机械制造、装配车间和仓库等场所，用来搬运和装卸物料。
本设计主要是进行QZ20桥式起重机的桥架及大车运行机构进行结构设计，确定各部分参数，并进行计算校核，绘制装配图和零件图。
设计参数如下的起重机：
表1.1设计参数
工作级别
起重量t
跨度m
最大起升高度m
起升速度m/min
运行速度m/min
大车
小车
A6
20
16.5
26
10
87.3
43.2
1.4.3设计的要求
大车运行机构的设计通常和桥架的设计一起考虑，两者的设计工作要交叉进行，一般的设计步骤：
（1）确定桥架结构的形式和大车运行机构的传方式
（2）布置桥架的结构尺寸
（3）安排大车运行机构的具体位置和尺寸
（4）综合考虑二者的关系和完成部分的设
已知参数：
起重量：
20t
跨度：
165m
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