桥梁式集装箱起重机设计.docx

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桥梁式集装箱起重机设计

目录

1．前言………………………………………………………………………3

2．主要设计内容及参数……………………………………4

3．主梁结构设计……………………………………………………5

4．小车机构设计……………………………………………………7

7．起吊机构设计…………………………………………………11

6．支架设计……………………………………………………………14

8．设计小结……………………………………………………………15

9．主要参考文献…………………………………………………16

10.图纸文件

设计前言

起重机被喻为“巨人之臂”，是广泛用于国民经济各部门进行物质生产和装卸搬运的重要设备。

起重机的设计制造，从一个侧面反映了国家的工业现代化水平。

我国起重机制造业奠基于20世纪50年代。

70年代以来，起重机的类型、规格、性能和技术水平获得很大的发展。

近年来在物流和工业企业发展的带动下，起重机行业进入飞速发展时期。

起重机主要分为桥梁式、悬臂式、塔式、龙门式、拉索式、液压伸缩臂式等形式。

本设计以桥式双梁单小车集装箱起重机为例，介绍起重机的设计思路、设计内容以及设计方法。

起重机设计主要根据客户要求，在符合国家标准及机械工业标准中对起重机的要求下进行设计。

设计方案的选择主要通过与客户沟通取得一致意见后确定，设计内容主要包括在起重机的实际工作环境下确定起重机的最大额定载荷、非正常载荷（如冲击载荷，风力载荷、震动载荷等）、操纵形式、使用寿命、检修方式以及安全等级等；确定起重机主要零部件的选材以及机加工和材料处理的方法；确定起重机的工作级别；确定其主要受力梁的截面形式、截面大小以及梁的材料选择和加工方法。

由于桥梁式起重机体积和质量都比较大，所以在设计过程中还应考虑起重机的运输方案和安装方法。

一主要设计内容及参数

1、起重机首先要确定的是工作级别

本设计的起重机用于集装箱生产制造或物流行业。

起吊件为生产下线的集装箱，或物流行业待装货的集装箱，所以都是空箱。

起吊重量为5T根据起重机行业标准，不管是集装箱生产行业还是物流行业都是生产节奏比较快的，因此该起重机的工作级别定为A5级，起吊机构工作级别为M5。

2、根据以上所规定级别设置设计内容及参数

a.主梁结构

主梁涉及到的主要设计内容或参数主要有：

主梁的截面形式、截面大小、所用材料、制作方法、主梁上平面的平面度、侧面的平面度和垂直度、主梁应该具有的上拱度，还有主梁上的轨道安装等等。

b.支架结构

支架需要设计的主要内容和参数包括：

截面形式、截面大小、使用材料、制作方法、支腿的垂直度误差、支腿与地面的连接方式等等。

c.小车机构

小车机构要设计的主要内容和参数包括：

小车架设计；起吊机构设计；小车行走机构设计。

根据起吊重量设计小车架截面；根据所需要元件的安装位置设计小车架的结构；根据工作级别设计行走机构中电机的功率和类型；根据起吊高度确定卷筒的直径和长度；根据工作级别确定主电机的功率以及减速机的型号。

确定其他一些元件的型号。

d.控制机构

控制机构主要设计其控制室的制作和安装、控制电路的安装、进出控制室的方法。

控制室的制作和安装应符合起重机行业标准中的相关内容；控制电路属于电气范畴在此不予讨论。

f.安装调试

根据起重机行业标准规定，起重机在生产完备后需要在本厂安装调试，合格后方能出厂。

调试的主要内容有小车的运行情况；司机室的视野状况和温度；在1.25倍额定起重量下把小车开到中跨，持续30分钟，卸载后主梁不得有永久变形，主梁和其它部件上的油漆不得有剥落现象，小车架不能有永久变形。

二主梁结构设计

主梁是主要受力梁之一，主梁结构设计是重中之重。

在本设计中主梁所受应力主要为长度方向的弯曲应力。

根据GB的有关规定，主梁在1.25倍额定压力的作用下最大扰度FMAX≦S/1000，S表示主梁长度。

主梁的受力情况可简化为上图所示形式

根据扰曲线方程可列出公式如下

FMAX=Pb（3L2-4b2）3/2/24EI

P为梁上所受的压力F为饶度L为梁的跨度E为材料的弹性模量I为截面惯性矩

实际情况中当小车开到跨中时主梁的扰度最大

根据以上公式算得截面惯性矩

I=Pb（3L2-4b2）3/2/24EF

在这里P=5000×10/4N=12500NE=210×106Pa

L=6.5mFMAX=6.5/1000m=0.0065m

b=1.67m

将以上数字代入公式中得I=0.79*108cm4

根据以上计算结合设计经验得出以下截面为主梁截面

在本设计中，主梁采用常用的焊接箱型结构梁，这种梁具有结构相对简单，便于生产加工，生产周期短、生产成本低等特点。

因此广泛应用于起重机行业。

主梁截面如上图所示。

根据我国现有钢材生产状况和钢材质量，主梁材料应选用Q235B以上材料为宜。

Q235B具有良好的焊接性，和比较好的综合力学性能，再加之生产成本较低，生产量较大，市场价格相对较低。

因此Q235是性价比较好的碳素结构钢。

主梁在制作完成后不加载荷的情况下应具有3mm的上拱度。

此项内容在调试时用坐标测量仪检测。

轨道安装应符合起重机行业标准，为了减小冲击载荷对起重机的破坏，轨道接口一般焊接上。

如不焊接，接口处两轨道的高度差不大于2mm，两轨道的距离不大于2mm，水平偏差不大于1mm。

另外轨道压板的安装应符合起重机行业标准，轨道压板可直接焊接在主梁上。

主梁在最后验收合格后要涂上防锈漆，涂漆前要祛除各表面上的焊渣、灰尘、锈迹等以免影响涂装质量。

最后要在醒目位置喷涂起重机的额定起重量，提示不得超载工作、起重机类型、生产厂家等字样。

三小车设计

小车的主要作用是拖动起吊装置到达需要的起吊位置，用小车上的起吊装置将重物吊起到一定高度，然后小车偕同起吊重物一起运动到需要的卸载位置，在该位置放下重物，小车运行到初始位置。

以上为小车的一个工作循环。

由以上运动描述，小车需具备行走装置、起吊装置、锚定装置、制动装置等。

（一）行走装置

小车行走主要依靠主动车轮带动下，在小车轨道上行走，在本设计中考虑到小车跨度比较大，采用两组“三合一”（电机、减速器、制动器）电机分别安装在两组主动车轮上。

（二）起吊装置

起吊装置包括主卷筒、主电机、减速器、吊具、滑轮、钢丝绳等等。

这些物品的选择主要依据小车的工作级别。

在本设计中小车的工作级别为A5级，在后面将具体提到起吊装置的设计。

（三）锚定装置

小车必须可以在轨道上的任意位置稳定，所以需要一套锚定装置保证其停止运行时不发生左右移动。

本设计中没有另外制造锚定装置，而是利用三合一电机的制动器代替锚定功能。

（四）制动装置

在起吊重物到一定高度的时候，小车运行到一定的位置再卸载，在此期间重物不能有向下的位移，为安全起见，必须在主卷筒输入轴处设置制动器，以确保在主电机停止工作或者发生断电事故时，起吊重物不会掉下来。

小车行走机构

小车行走机构，主要解决小车在在主梁轨道上的稳定行走问题。

小车行走机构中行走装置电机的选择，主要依据起重机行业标准中对工作级别的各项要求。

本设计中小车的工作级别为M5，根据该级别规定的要求小车行走大概需要的功率为7KW，所以可以选用两个3.5KW的“三合一”电机，为小车行走提供动力。

“三合一”是指电机、减速器和制动器三个元件安装在一起。

该类型电机具有可靠性高、使用寿命长、工作效率高、体积小、重量轻、安装简便、出问题后容易更换等特点。

锚定装置

为了使小车在停止前进和暂不运行时，小车不会在轨道上自行滑动，必须设置锚定装置。

一般而言锚定装置都是独立的机构，但是在本设计中考虑到小车跨度比较大，而其起重量又不是很大，所以小车的自重不会很大。

如果另外设计锚定装置不但增加了小车的重量、增加了设计制作的成本，并且使小车架结构更加复杂，增加设计难度。

因此在本设计中，直接使用小车行走电机“三合一”电机中的制动器，兼负锚定功能。

这样即节省了材料，降低了生产成本；又使小车架结构更简单，也更紧凑。

小车架结构设计

小车架是小车上各个部件安装的载体，也是起重机的主要受力机构之一。

因此小车架的设计必须要能承受其所受的应力，必须解决各部件的安装问题，如卷筒，减速机，制动器等。

小车架

小车架的设计主要包括截面设计和结构设计，截面设计主要考虑小车架的受力情况根据起重机行业标准，小车架在额定载荷作用下，最大扰度不得大于S/1000，S表示小车的跨度；小车架的结构设计主要依据小车上主要部件的安装位置，如卷筒、减速机、制动器、定滑轮等等。

要确定卷筒座、卷筒轴承座、减速机座、制动器座还有定滑轮轴承座的安装位置。

因为以上列举都是受力元件，因此在以上列举的位置必须焊接加强板，并且加强板都要四周满焊以保证小车架的强度。

小车架截面的计算和主梁截面计算类似。

先根据起重机行业标准中对小车架的规定确定小车架主梁的扰度，再根据扰度计算其惯性矩，然后根据惯性矩和以往的设计经验确定截面形式和尺寸大小。

一般情况，小车架的截面形式应和主梁截面相似，在本设计中小车架的截面也设计成箱型结构。

上图为小车架主梁截面

此图为吊架上防摇杆通过小车架处的截面图。

小车架采用Q235B钢板、H钢、角钢等焊接制作。

手工气保焊使用E43电焊条。

重要结构部位使用埋弧焊。

焊接前要打磨焊接接口处，祛除油漆铁锈等可能影响焊接质量的覆盖物，保证焊缝无沙眼、气孔等明显缺陷，焊接完成后注意焊接变形，等其冷却后应该用火焰喷射或其他有效方法调整焊接变形。

祛除变形应力。

焊接完成后要进行超声波无损探伤。

小车架制作完成后，经质检部门检查无重大缺陷后要涂上防锈漆。

在喷涂防锈漆前应先祛除表面所有的铁锈、灰尘、焊渣等。

防锈漆应分三层喷涂使用的油漆种类主要通过和客户协商尽量满足客户要求为原则。

如客户是否要求环保油漆，客户所要求的外漆颜色等等。

小车架端梁

小车架端梁

小车架的端梁的作用主要是连接两个主梁，并支撑所有压力，安装车轮使小车能在主梁轨道上平稳行走。

所以端梁设计主要考虑是小车架主梁的间距，小车架的高度，车轮的大小、个数以及车轮安装形式等。

在本设计中端梁的高度应和小车架主梁相等或接近；也同样采用箱型结构梁；车轮采用直径350的铸造车轮，并且使用角型轴承箱。

角型轴承箱能有效保证车轮的位置度等其他方面的要求，具有很好的稳定性，又容易制作，并且能快速装卸车轮，为运输和以后的检修带来很大的方便。

车轮一般用65Mn的铸造件加工，表面淬火处理，使其踏面硬度达到HRB50～55。

另外车轮的安装误差参考起重机行业标准。

四起吊机构设计

起吊机构主要包括吊具、钢丝绳、滑轮、卷筒、减速机、制动器等等。

首先设计吊具要满足作业要求，要能灵活、稳定、安全、快速的起吊重物，还要便于操作。

在本设计中因为起吊物件体积相对比较大，本来使用电磁式吊具是最合适的，但是考虑到有些集装箱是不能被磁化的，所以不能使用电磁式吊具，而如果用吊钩式，很难保证集装箱的平稳起吊，综合各种因素最后确定使用如下图所示之桁架吊具。

图中两处双点划线分别表示20英尺和40英尺的集装箱

本设计采用40英尺加强轻型吊架，设计了40尺位扭锁和20尺位扭锁，扭锁设计为高低位，当起吊40英尺集装箱时，20尺位扭锁处于悬空状态，不伤及40英尺集装箱的顶部；当起吊20英尺集装箱时，40尺位扭锁在箱外，也不伤及箱体，由此解决了通用性问题。

扭锁间通过链轮传递转动，这样解决快速锁定的问题。

为了防止集装箱在小车高速运行时发生大幅度摇摆，在桁架吊具之上焊接上四套防摇装置。

扭锁

1.承座2.转轴3.座垫4.链轮5.底基板6.顶盖板7.转锁头

该吊具共有以上所示扭锁8套，20尺位和40尺位各4套，8套扭锁通过链条联动，当链轮的上一传动级转动自然带动下一级转动，这样实现了8套扭锁一起同步转动，使用液压或气压传动扭锁的链轮、传动轴、转锁头为一体，当锁头及承座插入集装箱的顶角件起吊孔时，链轮带动锁头旋转90度锁定集装箱。

8套扭锁分别通过底基板图中所示5焊接在吊架上与集装箱顶角件起吊空对应的位置上。

起吊机构中的钢丝根据每根钢丝所受应力，确定采用14mm直径起重钢丝绳。

因为钢丝绳取的14mm直径，卷筒导向槽的直径应与钢丝一致，按照起重机行业标准卷筒上必须预留三圈，在加上起重高度算出所需要的钢丝长度和卷筒直径。

卷筒的的有效卷扬直径为Ǿ500mm卷筒长度为1500mm，卷筒具体尺寸、加工及安装要求请看零件图。

起吊机构的减速机和主电机的的选择由起重机的工作级别和小车的工作级别确定。

制动器是通过摩擦片和制动轮产生的摩擦力，再通过连接在制动轮上的转轴产生扭矩。

制动器的选择根据起吊重物产生的转矩，确定其制动轮的大小和制动力的大小。

制动器采用电控电磁式液压制动器，该类型制动器制动力稳定，可靠性高，使用寿命比较长，制动准确迅速。

五支架设计

在本设计中，主梁是安装在支腿上的因此支腿除需承受额定载重外，还需支撑主梁及小车的自重。

因此支腿的设计尤为重要，在本设计中采用一个主梁配两个支腿的结构。

如下图所示。

为了加强支架的稳定性，在支腿之间和两头加上了连接构件。

A-A、B-B和支腿的C-C截面分别如下图所示。

支腿用地脚螺栓直接固定连接在地面上。

设计小结

经过一段时间的努力，今天终于完成设计了。

首先感到的是欣慰之情，我在进入起重机行业大概只有一个月时间，在这个月中学到很多实际的解决问题的方法，我把这些方法都用到本次设计当中。

在本设计中着重从设计方法，设计步骤上反应起重机的设计过程。

在本次设计中有一些是具有独创性的，如吊架的防摇装置，联动扭锁系统等，这些机构虽然是常见机构，但是用在起重机的吊具上还是比较少的，在这方面我做了大胆的尝试。

在本设计的起重机，体积和重量都不是很大，并不存在安装上的困难，只需用液压伸缩悬臂式车载吊车就能完成安装工作。

完成本次设计，对我是很有帮助的。

首先，通过这次设计检验了我大学中所学的专业素质；通过这次设计也使我巩固了以前学习的成果，弥补了学习中存在的问题；通过这次设计学会了机构设计的过程，了解了设计内容的设定，清楚了设计目标的制定，以及按计划完成设计内容。

由于本人能力学识有限，在本次设计中也还是存在一些不足之处，如：

吊具只能起吊20英尺和40英尺两种集装箱。

事实上集装箱的尺寸是有很多种的20英尺和40英尺不过是其中比较常用的两种。

因此本设计不能解决多尺寸集装箱的通用问题，这将是我在以后的工作学习中考虑的问题。

最后要感谢xxx老师的悉心指导，在蒋教授的指导下，我才能顺利的完成此次设计工作。

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