电动双梁桥式起重机设计.docx
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电动双梁桥式起重机设计
电动双梁桥式起重机设计
摘要
40/10-14吨电动桥式起重机主要由桥架，大车运行机构和装有起升，运行机构的小车组成。
其桥架由钢板焊成的正规箱体主梁，端梁和走台等组成。
主梁上铺设了供小车运行的钢轨。
两主梁的外侧装有走台。
一侧为安装及检修大车运行机构而设。
另一侧为安装小车导电装置而设。
在主梁下面悬挂着全视野的操纵室，操纵室内装有联动控制台和单个控制器，操纵室与走台装有斜梯，主梁连接在中间带有接头的两端梁上。
大车运行机构采用分别驱动形式。
起重机大车轮为四个，车轮与带有滚动轴承的角形轴承箱组装以后安装在端梁的两端。
起重机小车由起升机构和小车运行机构所组成。
此起重机的跨距大车为14m，小车3m，起重量主起升40t，副起升10t，工作级别A3，运行速度为大车1-10m/s，小车为2-20m/s。
复合本起重机实际要求。
关键字：
桥架；大车运行；小车运行；主梁；端梁；走台
Abstract
40/10-14tonsofelectricbridge-stylecranesconsistsmainlyofbridge,travelingmechanismandequippedwithliftingmechanism,thecar.Thebridgebysteelboxgirderofregularwelded,girdersandTaiwan,etc.Thecarwaslaidforthegirderofrailoperation.Twoofthegirderwithwalk.Sideforinstallationandmaintenanceduringoperation.Theothersideofthecarforinstallationandconductivedevice.Inviewofthehangingbelowthecontrolroom,manipulationofindoorandindividualcontrollerwithlinkageconsole,roomwithTaiwanwithinclinedladder,walkinthemiddleofthegirderconnectionwithjointatbothendsofthebeam.Travelingmechanismdrivenbyrespectively.Cranewheelsforthebigfourwheelsandrollingbearingswiththeangularbearingassemblyinstalledontheclientafterbothendsofthebeam.Cranecarbyliftingmechanismandthecarruninstitutes.Thiscranespanfor14m,car3mcart,weightlifting,Lord40t10thoistingworkinglevel,andspeedasA3cart1-10m/s,carfor2-20m/s.Theactualrequirementsofcrane.
Keywords:
bridge,Duringoperation,Carsrun,Girders,End,Walkingmachin
绪论
被人们誉为“巨人之臂”，“画在天空中的弧”，“力与美的象征”的起重机，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。
1起重机械的概述
起重机械是用来对物料进行起重，运输，装卸和安装作业的机械。
它可以完成靠人力无法完成的物料搬运工作，减轻人们的体力劳动，提高劳动生产率，在工厂，矿山，港口，车站，建筑工地，仓库，水电站等多个领域和部门中得到广泛的应用。
随着生产规模日益扩大，特别是现代化，专业化生产的要求，我国专门用途的起重机相继产生，在许多重要的部门中，它不仅是生产过程中的辅助机械，而且已成为生产流水作业线上不可缺少的重要机械设备，它的发展对国民经济建设起着积极地促进作用。
起重机械是一种循环的，间歇工作的，短程搬运物料的机械。
一个工作循环一般包括上料，运送，卸料及回到原位的过程，即取物装置从取物地点由起升机构把物料提起，由运行，回转或变幅机构把物料移位，然后物料在指定地点下放，接着进行相反动作，使取物装置回到原位，以便进行下一次的工作循环。
在两个工作循环之间一般有短暂的停歇。
起重机工作时，各机构经常是处于起动，制动以及正向，反向等相互交替的运动状态之中。
2起重机械的发展
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。
除了满足国民经济建设对起重机日益增长的需要外，还向国外出口各种类型的高性能，高水平的起重机。
随着现代科学技术的发展，各种新技术，新材料，新结构，新工艺在工程起重机上得到广泛的应用。
所有这些因素都促进了工程起重机的发展。
根据国内外现有工程起重机产品和技术资料的分析，近年来工程起重机的发展趋势主要体现在以下几个方面：
（1）广泛采用液压技术
由于液压传动具有体积小，重量轻，机构紧凑，能无级调速，操纵简便，运转平稳和工作安全的优点。
近年来在国内外各种类型的起重机上已得到广泛应用。
（2）通用型起重机以中小型为主，专用起重机向大型大功率发展。
为了提高建筑工程的装卸和安装作业的机械化程度，工程起重机的发展，仍然是以轻便灵活的中小型起重机为主。
在中小型起重机得到广泛应用的同时，大型工程用起重机也得到了很好的发展。
目前超过100吨级的轮式起重机的品种逐渐增多，总的来看，大型和特大型轮式起重机以发展桁架臂式起重机为主，而伸缩臂式起重机，由于受伸缩臂的重量和行驶状态的长度限制，其发展有待于技术和材料的进一步研究。
由于大型高炉，大型电站，化工建设和高层建设的需要，塔式起重机，门座起重机的起重量，幅度，工作速度，起升高度都有了大幅度的提高，桥式起重机，龙门起重机的起重量不但提高，缆式起重机的起重性能不断完善。
（3）重视“三化”，逐步过渡采用国际标准。
三化是指：
标准化，系统化，通用化。
一些国家对工程起重机制订了国家标准，规定了起重量系列。
有些国家虽然没有对起重量进行统一的规定，但制造成自成系列，注意使用通用零部件，为生产和使用提供了有利条件。
目前世界上许多国家，不仅重视制定本国的产品标准，而且非常重视采用国际标准（ISO）。
有的国家甚至废除了本国国家标准而直接采用国际标准，我国政府也提出：
全面加速采用国际标准和国外先进标准，尽快缩短我国产品质量水平与世界先进水平的差距，改变我国产品质量落后的面貌。
（4）发展一机多用产品。
为了充分发挥工程起重机的作用，扩大其使用范围，有的国家在设计起重机是重视了产品的多样性。
例如在工作装置设计方面，除了使用吊钩外，还设计配备了电磁吸盘抓斗，拉铲和木料抓取器等取物装置。
有的还设计成使用于建筑基础工程中，如装设钻孔装置和掀动打桩拔桩装置等一机多用的产品。
又如在整机设计方面，塔式起重机的组合设计在国外发展较快，为了适应不同用户的不同需要，国外的大型塔式起重机厂还有着完整的系列，国内外在提高塔式起重机的工作性能方面做了大量的工作。
长吊臂固定式自升塔式起重机有着服务范围大，成本低，适应性强等优点，受到越来越多的人们的重视。
（5）采用新技术，新材料，新结构，新工艺。
为了减轻起重机的自重，提高起重机的性能，保证起重机可靠地工作，各国都采用新技术，新材料，新结构，新工艺来生产起重机械。
新技术的应用除表现在广泛采用液压传动外，有的起重机还采用液力传动。
液力变矩器与发动机的恰当匹配，使发动机扭矩自动地适应行驶条件；采用动力换挡变速箱和液压转向装置以减轻司机的操作强度。
采用新技术特别是电子技术和信息控制技术，进一步完善操作条件，提高控制性能，是国内外发展工程机械的一个普遍倾向，即所谓机电一体化。
起重机械也不例外，为了进一步改善司机操作环境，除司机室做的宽敞，视野良好，保温隔热和各隔声外，还装置有远程联系设备和工业电视设备等。
为了减轻起重机的自重，除了采用高强度钢材外，在结构形式方面的改进也是十分重要的。
设计先进合理的箱型吊臂目前已引起了各国的普遍重视，近年来轮式起重机出现了盆形底座，其上车通过同转支承安装在盆形底座上。
依托盆形底座在对角方向安装四个辐射式支腿。
这样吊重负荷经由盆形底座直接传递给支腿，使起重机底盘只承受行驶时的自重，从而减轻起重机的自重。
新材料，新结构的应用，促使采用各种新的加工工艺。
国外为了扩大高强度钢材的应用。
非常重视高强度钢的焊接工艺等技术的研究和应用。
3起重机的种类
起重机的种类很多，通常按主要用途和构造特征对其进行进行分类，按主要用途可分为通用起重机，建筑起重机，冶金起重机，铁路起重机，造船起重机，甲板起重机等。
按构造特征可分为龙门起重机，塔式起重机，门坐式起重机，履带起重机，轮式起重机，桥式起重机，固定卷扬起重机等。
本文所介绍的是40/10—14A3吊钩桥式起重机。
本起重机主要由桥架，大车运行机构和装有起升，运行机构的小车组成。
其桥架由钢板焊成的正规箱体主梁，端梁和走台等组成。
应用范围较广，在各起重行业得到广泛应用。
第一章起重机的技术参数
1.1起重量与自重载荷
1.1.1起重量
起重机正常工作时允许一次起升的最大质量称为额定起重量。
起重机的起重量常用符号Q或P,C等表示，起重量是质量单位（kg），但习惯用起重量单位为吨（t），这可视为非国际单位制的质量单位（1t=1000kg），当起重量视为载荷时，起升载荷的单位为牛（N）或千牛（KN），常以P表示，P=Q·q≈10Q。
此起重机为吊钩起重机，其额定起重量不包括吊钩和动滑轮组的自重，而且其为桥式起重机，起重量是定值，主起升起重量定为40t，因为桥式类型起重机的付起升起重量由作业要求确定，是主起升起重量的1/5～1/3.定位付起升起重量为10t。
1.1.2自重载荷
自重载荷是指起重机金属结构，机构，动力或电气设备，以及装在起重机上的料仓，连续输送机及相应的物料等质量的重力（起升质量的重力除外）。
在起重机设计计算的初始阶段，自重载荷尚属未知，必须预先估出。
最常用的估算方法是参考相近或相似的现有起重机，或利用统计经验公式和图标，进行初估，最后加以校核修正。
自重载荷的作用方式视计算类型和作用特点而定。
起重机总体计算时，将自重载荷视为通过各个部件重心的集中力。
进行结构强度和刚度计算时，此起重机为桁架结构，自重载荷分布在各个节点。
考虑物品起吊离地或下降制动时对起重机金属结构的振动影响，必须对起重机质量（自重）产生的重力，乘以系数＆1，＆1称为起升冲击系数。
＆1=1。
在计算起重机金属结构及其支承时，必须考虑起升冲击系数＆1，为了反映震动脉冲影响的上下限，一般都给出＆1的两个值。
本起重机的总质量（包括主梁，端梁，小车，大车运行机构，司机室和电气设备等）可根据下式估算：
G=0.45Q+0.82L（1-1）
起重小车的质量Gt为：
Gt=0.4Q（1-2）
式中Q—额定起重量（t）
L—起重机跨度（m）
额定起重量为50t，起重机总跨度为17m，则本起重机的总质量为32.39t。
1.2起升高度与起升载荷
1.2.1起升高度
起升高度是指从地面或轨道顶面至取物装置最高起升位置的铅垂距离（本机吊钩取物环中心），单位为米。
本机的取物装置能下放到地面，从地面到取物装置最低下放位置间的铅垂距离称为下放深度。
本机的总起升高度H为轨面以上的起升高度h1和轨面以下的下方深度h2之和，即H=h1+h2.
参考表1-1：
表1-1：
3t～160t电动桥式起重机起升高度系列
（GB791—65）
起重机Q（t）
（主钩）
3～50
80
100
125
160
起升高度H（m）
主钩
12
15
20
30
20
30
20
30
24
30
副钩
14
20
22
32
22
32
22
32
26
32
本机的主起升最大起升高度为22m，负起升最大起升高度为30m。
1.2.2起升载荷
起升载荷是指起升质量的重力。
起升质量包括允许起升的最大物品，取物装置（下滑轮组，吊钩，吊梁，起重电磁铁等），以及其他随同升降的设备重量。
1.3跨度
本起重机为吊钩桥式起重机，其大车运行轨道中心线之间的水平距离称为跨度（L）.桥式起重机的跨度小于厂房跨度，根据本机的自身条件与业主的需要，所选取大车跨度L=14m，小车跨度l=3m。
1.4运行速度
运行速度是指运动机构电动机在额定转速时，或油泵输出额定流量时，起重机或小车的运行速度。
运行速度与起重机的类型和用途有关。
轮胎和汽车其汇总及需作长距离转移，常与汽车结队行驶，运行速度用公里/小时表示。
浮式起重机的运行速度常以“节”表示（1节=1mile/h=1.85km/h）。
铁路，轮胎，汽车，履带，浮式起重机的运行速度按空载情况考虑，其他类型的起重机按满载确定运行速度。
本机为桥式起重机，运行距离较短，运行速度一般用m/min表示。
大车运行速度定为1-10m/min，小车运行速度定为2-20m/min。
1.5工作级别
起重机在有效寿命期间有一定的总工作循环数。
起重机作业的工作循环是从准备起吊物品开始，到下一次起吊物品为止的整个作业过程。
确定适当的使用寿命时，要考虑经济，技术和环境因素，同时也要计及设备老化的影响。
这些决定了起重机的利用等级。
而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—起升机构受载的轻重程度。
（如果无法获得起重机在使用寿命期间起升载荷的次数盒起升物品的质量等数据，应由用户和制造厂家对名义载荷状态的选择协商一致）。
确定了起重机的利用等级和载荷状态以后，按表1-1,1-2确定起重机整机的工作级别，起重机整机的工作级别分为A1～A8八级。
表1-2：
桥式和门式起重机按工作条件整机及
机构工作级别划分指南
（摘自ISO4301—5:
1991）
起重机用途
工作条件
整机的
工作
级别
机构的工作级别
起升
小车运行
大车运行
人力驱动
起重机
A1
M1
M1
M1
电站用
起重机
A1
M2
M1
M3
车间
起重机
经常轻负荷使用
A2
M3
M2
M3
车间
起重机
经常继续使用
A3
M4
M3
M4
车间
起重机
繁忙使用
A4
M5
M3
M5
货场用
起重机
吊钩式，经常轻负荷使用
A3
M3
M3
M3
货场用
起重机
抓斗或电磁铁式，繁忙使用
A6
M6
M6
M6
表1—3：
起重机工作级别举例表
（摘自GB3811—83）
起重机类型
工作级别
桥式起重机
吊
钩
式
电站安装及检修用
A1～A3
车间及仓库用
A3～A5
繁重工作车间及仓库用
A6～A7
抓斗式
间断装卸用
A6～A7
连续装卸用
A8
门式起重机
一般用途吊钩式
A5～A6
装卸用抓斗式
A7～A8
电站用吊钩式
A2～A3
造船安装用吊钩式
A4～A5
装卸集装箱用
A6～A8
装卸桥
料场装卸用抓斗式
A7～A8
港口装卸用抓斗式
A8
港口装卸集装箱用
A6～A8
因为本机为40/10吊钩式电动桥式起重机，根据本机的自身条件和用途，选用本机的工作级别为A3,主起升，付起升，大车运行，小车运行的工作级别均为M3。
1.6起重机的材料
起重机机构零件，金属结构，联接件和附件均由黑色金属，有色金属和非金属等材料加工制成。
设计起重机时，应根据起重机机构和结构的载荷状态，利用等级，安全要求和经济合理等因素，正确选择材料。
1.6.1机构零件材料
本机机构零件由锻件，轧制件，焊接件，锻件作为柸件，经机械加工而成。
锻件，轧件和焊接件主要采用碳素结构钢和低合金结构钢。
机构零件通过不同的热处理方法，获得与其受载情况相适应的机械性能。
按照零件的载荷性质和工作要求，逐渐采用铸钢，铸铁。
为了改善材料的机械性能，提高零件的承载能力和使用寿命，铸件进行了热处理。
1.6.2金属结构材料
本起重机使用的结构材料主要是钢材。
铝合金虽然坚固耐用，但铝合金比钢的比重小，延伸率大，弹性模量仅为钢的1/3，价格昂贵，国内起重机金属结构均尚未采用。
普通碳素钢Q235是制造起重机金属结构最常用的材料。
与碳素钢相比，低合金钢具有更高的屈服极限与拉伸强度，更好的抗低温冷脆性和耐磨性，较好的可焊性，但有效应力集中系数较高。
如果结构的强度由最大载荷控制，不决定于受变载荷作用的疲劳寿命，这种情况下采用16Mn低合金钢效果最好。
起重机金属结构主要承载构件应符合GB700－88《普通碳素结构钢钢号和一般技术条件》的规定，又由于普通碳素钢Q235比较常用，则本机的金属结构选择的材料为普通碳素钢Q235B。
1.6.3联接材料
焊接中，焊条或焊丝型号应与主题金属强度相适应。
由于本机工作级别高以及客户的要求，保证焊条或焊丝材料有足够的韧性和塑性。
本机的制造采用气体保护焊，选用的是焊缝质量与主题金属材料性能相似的实心焊丝。
各个部件的焊接采用的是二氧化碳（CO2）气体保护焊。
所选用的焊条型号多为E506电焊条，焊丝为H08A自动焊或半自动焊焊丝。
螺栓联接的常用材料符合GB3098－82《紧固件机械性能》的规定。
因为本起重机在常温下（-20℃以上）工作，采用的是非绞制孔螺栓和螺母联结，螺栓和螺母使用的是材料是Q235碳素结构钢。
1.7结构连接
起重机的金属结构所采用的连接方式有焊接连接，铆钉连接，普通螺栓连接和高强度螺栓连接。
本机主要采用焊接连接与普通螺栓连接。
焊接连接是起重机金属结构最主要的连接形式。
焊接连接又分电弧焊，接触焊，气焊和电渣焊等。
本机主要采用的是电弧焊，又称焊缝连接。
焊缝连接分为对接，搭接和T形接。
焊缝有对接焊缝和角焊缝两种。
对接焊缝的静力和动力工作性能较好，而且省料，但加工要求较高。
角焊缝构造简单，施工方便，但静力及动力性能较差。
在正常情况下，焊缝厚度不大于50mm。
在设计时不能任意加大焊缝。
普通螺栓分为精制螺栓和粗制螺栓两种。
精制螺栓是经机械加工制成的，表面光洁，尺寸准确，一般孔径比栓径大0.3mm～0.5mm，安装时需轻轻敲打才能装入，因此精制螺栓安装比较困难，仅适用于受剪力的连接。
粗制螺栓的螺杆表面不经特别加工，相配合的孔径比栓径大2mm～4mm，由于配合间隙较大，当传递剪力时，其连接变形较大，故只能用于受拉力的连接或作安装临时固定用。
1.8生产率
起重机在一定作业条件下，单位时间内完成的物品作业量叫生产率。
生产率可用小时，工班，天，月，年或用起重机整个使用寿命期间累计完成的物品作业量来表示（质量（t），体积（m3），件数等）。
生产率分计算生产率（理论生产率）和技术生产率（实际生产率）。
按额定起重量，额定工作速度和规一化作业周期算出的生产率为计算生产率。
公式：
计算生产率P按下式计算：
P·Qe·n=3600Qe/Te（1-3）
式中Qe—起重机每个作业循环吊运的物品质量，即起重量（t）（或体积（m3））或数量（件）；
n—每小时作业循环数，n=3600/Te；
Te—作业循环周期（s）。
起重机作业时实际达到的生产率叫技术生产率。
影响生产率的因素有很多，一般只能由统计方法得到。
生产率是起重机的综合技术参数，它受起重机的起重量，机构工作质速度，起升和运行速度，物品包装和吊具完善情况，司机操作熟练程度等因素的影响。
设计本起重机，根据给定的生产率P按式（1-3）确定起重机的起重量Qe和机构工作速度。
第二章起重机的机构
2.1起升机构
在起重机中，用以提升或下降货物的机构称为起升机构。
起升机构是起重机中最重要，最基本的机构，其工作的好坏直接影响整台起重机的工作性能。
2.1.1起升机构的组成
本机起升机构由驱动装置，钢丝绳卷绕系统，取物装置和安全保护装置等组成。
驱动装置包括电动机，联轴器，制动器，减速机，卷筒等部件。
钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳，卷筒，定滑轮和动滑轮。
取物装置为吊钩式。
安全保护装置有超负荷限制器，起升高度限位器等。
起升机构有内燃机驱动，电动机驱动和液压驱动三种驱动方式。
本机的驱动方式主要为电动机驱动。
直流电动机的机械特性适合起升机构工作要求，调速性能好，但获得直流电源较为困难。
交流电动机驱动能直接从电网取得电能，操作简便，维护容易，机组重量轻，工作可靠。
所以本机采用的是交流电动机驱动。
设计起升机构时需给定的主要参数有：
起重量，工作级别，起重高度和起升高度（数值见第一章）。
由于本起重机的起重量高于10t，则本机设有两个起升机构，即主起升机构和副起升机构。
主升机构的起重量大（40t），用以起吊重的货物。
副起升机构的起重量小（10t），用以起吊较轻的货物或作辅助性工作，提高工作效率。
2.1.2起升机构计算
起升机构的计算是在给定了设计参数，并将机构布置方案确定后进行的。
通过计算，选用机构中所需要的标准部件（如电动机，减速机，制动器，联轴器，钢丝绳等）。
㈠钢丝绳计算
采用双联滑轮组，钢丝绳的最大静拉力
S=Q/（2m·ηz·η1·η2…）（2-1）
式中Q—起升载荷,Q=Q0+q，Qc为额定起升载荷，q为取物装置的重力，可采考表2-1，当起升高度大于50m时，起升钢丝绳的重力亦应计入（N）；
m—滑轮组倍率（表2-2）
ηz—滑轮组效率
η1，η2…—导向滑轮效率（表2-3）
起升载荷已给出，其它效率与倍率可通过查表得到，即可计算出钢丝绳的最大静拉力。
表2-1：
吊钩自重载荷q与额定起升载荷Q0的关系
额定起升载荷Q0（KN）
吊钩自重载荷q（KN）
32～80
100～200
320～500
630～1250
1600～2500
2%Q0
2.5%Q0
3%Q0
3.5%Q0
4%Q0
表2-2：
滑轮组倍率m
额定起重量Q（t）
3
5
8
12
16
25
40
65
100
倍率m
2
3
4～6
6
6～8
8～10
10
12～16
16～20
表2-3：
与包角a有关的导向滑轮效率值
a0
15
45
90
100
η
滑动轴承
0.985
0.975
0.96
0.95
滚动轴承
0.99
0.987
0.985
0.98
主起升：
Q=Q0+q=40+40×2%=40.8KNS=Q/（2m·ηz·η1·η2…）=40.8/2×10×0.985×0.975=2.124KN
副起升：
Q=Q0+q=10+10×2%=10.2KNS=Q/（2m·ηz·η1·η2…）=10.2/2×6×0.985×0.975=0.885KN
（二）电动机功率计算
电动
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