单梁桥式起重机结构设计Word文档格式.doc
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1.1.3单梁桥式起重机的基本参数 8
1.1.4桁架梁和箱形梁的比较 8
1.2LD型电动单梁桥式起重机各部件的作用（位结构） 8
1.2.1主梁 8
1.2.2端梁 8
1.2.3主梁和端梁的联接 9
1.2.4电动葫芦 9
1.2.5大车 9
1.2.6小车架 10
1.2.7小车 10
1.2.8操纵室 10
1.3运行机构 10
1.3.1小车运行机构 11
1.3.2大车运行机构 11
2工作条件及设计要求 12
2.1型式及设计的构造特点 13
2.2选择电动葫芦的规格型号 14
2.3主梁设计计算 14
2.3.1主梁断面几何特性 14
2.3.2主梁强度的计算 16
2.3.3刚度计算 21
2.3.4稳定性计算 23
2.4端梁设计计算 23
2.4.1轮距的确定 24
2.4.2端梁中央断面几何特性 24
2.5起重机最大轮压 25
2.5.1起重机支座及作用 25
2.5.2起重机最大轮压的计算 26
2.6最大歪斜侧向力 30
2.7端梁中央断面合成应力 31
2.8车轮轴对端梁腹板的挤压应力 31
2.9主、端梁连接计算 32
2.9.1主、端梁连接形成式及受力分析 32
2.9.2螺栓拉力的计算 33
3小车起升和运行机构的设计计算 36
3.1电动葫芦起升机构设计计算 37
3.1.1电动葫芦的基本设计参数 37
3.1.2电动葫芦起升机构简要设计步骤 38
3.2电动葫芦运行机构设计计算 45
3.2.1.电动小车运行静阻力计算 45
3.2.2.电动机的初选预验算 46
3.2.3传动比 47
3.2.4制动器的选择与计算 48
4大车运行机构设计计算 50
4.1确定机构传动方案 50
4.2选择车轮和轨道，验算车轮强度 50
4.3验算车轮的疲劳强度 50
4.4传动装置设计计算 52
4.4.1选择电动机 52
4.4.2大车运行机构的功率计算 53
4.4.3验算电动机 53
4.5设计减速装置 55
4.5.1选择减速器的类型 55
4.5.2确定减速器的型号 56
4.6起重机有关使用机构的安全装置 57
4.6.1缓冲器 57
4.6.2起升高度限位器 58
4.6.3行程限位器 58
4.6.4安全开关 58
4.7起重机的组装及试车要求 58
4.7.1起重机的安装注意事项 58
4.7.2起重机的试车要求 60
致谢 62
参考文献 63
前言
光阴似箭，转眼间四年大学生活即将结束，毕业设计是对我们四年大学生活的一个总结，更是对四年大学学习成果的检验。
它要求我们应用所掌握的基本理论知识去解决现实中的一些问题，进而提高我们各方面的能力，如：
收集信息的能力，发现问题的能力，独立分析和解决实际问题的能力，获取新知识的能力以及综合运用所学知识和技能的能力。
为积极响应院方号召，更好的完成本次毕业设计工作，毕业设计工作展开前我进行了毕业实习，通过工厂实习，了解了桥式起重机的基本结构和基本工作原理，从而为顺利完成毕业设计奠定了坚实的基础。
我毕业设计的课题是单梁桥式起重机。
单梁桥式起重机是一种轻型起重设备，适合于车间、仓库、露天堆场等处的物品装卸工作。
这次设计主要是对其主梁和端梁等桥架重点设计，包括一些常规性的强度刚度及稳定性的设计，除此还有一些驱动装置的计算，从而达到初步具备设计起重机重要部件的基本能力，为以后的设计和起重机选用奠定一定的基础。
1单梁桥式起重机的概述
1.1单梁桥式起重机的整体描述
起重机是具有起重吊钩或其它取物装置在空间内实现垂直升降和水平运移重物的起重机械。
LD型电动单梁桥式起重机为一般用于机械制造、装配、仓库等场所（此次设计的是用于机修车间）。
LD型电动单梁桥式起重机不适于用来调运熔化金属﹑赤热金属、易燃品及其危险物品，也不适用于在有爆炸危险、火灾危险、充满腐蚀性气体和相对湿度大于85%的场所工作。
LD型电动单梁起重机是在天津起重设备厂70年代初开发的DL型电动单梁起重机基础上，经全国联合设计研发而成，配套的电动葫芦为CD和MD型。
是一种有轨运行的轻小型起重机，额定起重0.5～5.0吨,适用跨度7.5～22.5米，工作级别在A3~A5，工作环境温度在-25℃～40℃范围内。
起重机运行速度小于45m/min时，采用地面跟随式操纵，运行速度大于45m/min时，采用操纵室操纵。
1.1.1单梁桥式起重机的工作方式
它安装在厂房高出两侧的吊车梁上，整机可在吊车梁上铺设的轨道上横向行驶，起重小车沿小车轨道行驶。
吊钩做升降运动，即与CD1型或MD1的电动葫芦配套使用完成重物的升降、平移。
1.1.2单梁桥式起重机机构的特点
主要优点是：
结构简单、重量轻、对厂房的负荷小、耗电少。
主梁与端梁采用螺栓连接、拆装、运输、补充备件方便，轮压小，安装快，维修方便。
缺点是起重量不大。
1.1.3单梁桥式起重机的基本参数
起重量、起升高度、起升速度、葫芦运行速度、大车运行速度、跨度、车轮与轨距。
1.1.4桁架梁和箱形梁的比较
桁架梁挡风面积小、风阻力小、节省钢材；
缺点是外形尺寸大，要求厂房建筑高度大，而且桥梁是由很多根不同型号和规格的杆件逐件焊接而成，费工、费钱。
箱型梁的优点：
外形尺寸小，用整块钢板焊成，便于下料和采用自动焊接，适合大批量生产；
缺点是自重较大。
1.2LD型电动单梁桥式起重机各部件的作用（位结构）
LD型电动单梁主要由主梁、端梁、主动轮、被动轮、工字钢、大车驱动装置和小车组成。
1.2.1主梁
主梁是采用钢板压延成型的U型槽钢与工字钢组焊而成的箱型实腹梁。
作用是支承着可移动的小车，并能沿铺设的专用轨道运行，将起重机的全部质量的重力传给厂房建筑结构，结构简单适用，工艺性好。
1.2.2端梁
由两种形式：
一种是钢板压延成型的U型槽钢组焊成形，在焊接车门那个箱形结构，适用于做中、小起重机吊钩桥式起重机的端梁；
另一种是四块钢板拼成的箱形结构，通常配制带角形轴承箱的车轮组，但焊接工作量大，生产效率低于前种（本产品采用前一种）。
1.2.3主梁和端梁的联接
两种形式：
一种是在主梁的两端，螺栓加减载凸缘连接形式。
这种方式的优点是：
主、端梁可以分批生产再组装，加工及库存的占地面积小、输送方便、费用较低。
另一种形式是加连接板再焊接的方法联接。
优点是：
制造简单、装拆方便、成本低，是我国中、小起重机吊钩桥式起重机端梁和主梁的主要连接形式。
（本产品采用第一种连接方式）
1.2.4电动葫芦
它是一种由电机驱动，经卷筒、滑轮或起重链条，带动取物装置升降的轻小型起重设备。
它具有体积小、重量轻、操作维修方便、价格低、安全可靠等特点，主要应用于起重量及工作范围要求不大或对工作速度要求不高的场合。
将上部固定，可将起重设备单独使用或是通过小车悬挂在工字钢轨上运行，电动单梁桥式起重机、龙门起重机、臂架型起重机的起重小车，使用作业面积扩大，使用场合增多，由于如此灵活，可作工厂、码头、仓库、等常用的起重设备。
电动葫芦有渐开线外啮合齿轮传动和行星齿轮传动两类，但前者具有制造简单、维修方便、效率高等特点。
1.2.5大车
使起重机作水平运动，用于搬运货物或调整工作位置，同时可将作用在起重机上的载荷传给支承它的基础。
大车轨道中心间的距离称为跨度S，在该轨道上运行的动作称为大车运行。
在桥架的中心或两端装有大车运行电动机，从电动机的水平轴引出动力，驱动半数的车轮。
1.2.6小车架
是支承和安装电动葫芦和小车运行机构的机架，同时又是传递起升载荷的金属结构，LD型起重机采用工字钢。
1.2.7小车
是小车作水平运动，用以搬运货物或调整工作位置，同时将作用在小车上的载荷传给支承的主梁。
本品采用电动机、卷筒、制动器、钢丝绳和吊钩于一体的CD型电动葫芦。
1.2.8操纵室
用于司机操纵起重机的运行工作，操作室的构造与位置安装应保证使司机有良好的视野。
其结构分为敞开式与封闭是两种，桥式起重机的操作室应安装在无滑线一侧的桥架上。
1.3运行机构
运行机构的任务是使起重机或小车作水平运动，用于搬运货物或调整工作位置，同时可将作用在起重机或小车上的载荷传给支承它们的基础。
陆上的起重机的运行机构分为有轨道运行和无轨道运行两类，而桥式起重机的运行属于前一类。
桥式起重机上的运行机构：
由电机、传动装置、制动器和车轮组成。
运行机构是依靠主动车轮与轮道间的摩擦力来实现驱动的。
为了保证有足够大的驱动轮，驱动车轮应布置得当，在任何情况下，都应使其具有足够大的轮压。
桥式起重机上运行机构的驱动轮，通常为总轮数的一半，采用对称成四角布置，这样可保证驱动轮轮压之和不变，不会发生打滑现象，使机构运行正常。
1.3.1小车运行机构
LD型电动单梁桥式起重机采用自行式的自动葫芦。
1.3.2大车运行机构
LD型电动单梁桥式起重机的大车运行机构一般均作分别驱动的型式（每一边轨道上的大车运行机构的主动车轮分别用单独的电动机来驱动），电动机采用带制动器的绕线型电动机或带制动器的变极笼型电动机。
司机室操纵室用绕线的电动机，传动装置采用自行式电动葫芦电动小车的闭线减速器。
一级开式齿轮减速器的型式。
其中闭式齿轮部分是专用同轴式减速机，这种型式的传动装置简单、轻巧、零件数量少、通用化程度高，便于制造和修理，开式齿轮较易磨损，传动效率稍低。
采用全封闭型减速器或采用带制动器的电动机减速器套装组合式的传动装置便于专业化生产，传动效率较高，但制造及安装精度要求较高。
QS系列“三合一”减速器为三级渐开线布置平行轴传动外啮合渐开线硬齿面圆柱齿轮减速器（中华人民共和国专业标准号为：
ZBJ19027—90）。
减速器直接按与带制动器的绕线鼠笼式电动机相配，集减速器、电动机、制动器为一体，制动器不需配电源，所配电机具有双重功能接通电源即可旋转，切断电源后，电机本身即产生制动力矩而制动。
大车运行机构中采用“三合一”驱动部件，使机构变得非常紧凑、自重轻、分组性好、装配与更换方便，不受桥架起台和小车架变形的影响，并由于驱动部件不与走台相连接，可以减少主梁的扭转载荷，而且可使走台的构造也大为简化，但当电动机容量增大时，悬臂受力复杂化。
故大型起重机的运行机构，目前仍采用分组式分别驱动，大车轮采用圆柱形踏面的双轮缘车轮，小车车轮采用圆锥鼓形车轮。
2工作条件及设计要求
为机修车间设计一台LD型电动单梁桥式起重机，具体要求如下：
⑴起重量：
5吨
⑵起升高度：
9米
⑶电动葫芦运行速度：
30m/min
⑷电动葫芦的起升速度：
8m/min
⑸葫芦最大轮压：
Pmax=1900公斤（kg）
⑹葫芦自重：
G=500kg
⑺起重机跨度：
16.5m
⑻大车运行速度：
45m/min
⑼大车轮距：
2.5m
⑽工作级别：
M5
⑾工作环境：
一般常温
⑿使用寿命：
10年
⒀操纵室操纵：
G操=400公斤
2.1型式及设计的构造特点
LD型电动单梁桥式起重机由桥梁、小车、大车运行机构、电器设备构成。
桥架由一根主梁和两根端梁用螺栓连接而成。
电动单梁桥式起重机是一种有轨运行的轻小型起重机。
它适用于额定起重量为：
0.5～5吨，适用跨度为4.5～16.5米，工作环境温度在-25℃～40℃范围内，起重机的工作级别为A3～A5，LD型电动桥式起重机是按中级工件类型设计和制造的。
本次设计的LD型电动单梁桥式起重机的主梁结构式采用钢板压延成形的U形槽钢与工字钢组焊成的箱形实腹梁。
端梁也是用钢板压延成U形槽钢，再组焊成箱形封闭箱，为贮存，运输方便，在主梁与端梁之间用M20的螺栓（45号钢制）连接而成。
大车运行时靠两台锥形转子电机，通过齿轮减速装置驱动两边的主动车轮实现移动。
运行机构采用分别驱动形式制动靠锥形转子制动的交流异步电机来完成。
起重机主电源由厂房一侧的角钢或圆钢滑触线引入，电动葫芦由电缆供电。
电动单梁桥式起重机的外形如下图1所示：
图1电动单梁桥式起重机
2.2选择电动葫芦的规格型号
电动葫芦的形式与参数，参见产品样本，选用目前应用得最多的CD1型。
CD1型电动葫芦的起重量一般为0.5～10吨，起重高度为6～30m，起升速度为8m/min，起重量为10t时为7m/min。
而CD1型电葫芦具有两种起升速度，除常速外，还有0.8m/min的慢速可满足精密装卸，砂箱合模等精细作业的要求。
电动葫芦的总体结构可分为起升机构和运行机构两部分，起升机构由电动机、制动器、减速装置、卷筒装置以及吊钩滑轮组等组成。
本次设计的电动小车采用CD1型5t电动葫芦，CD1型电动葫芦的主电机为带锥形制动器的锥形转子电机，电机和制动器制成一体。
使电动葫芦结构紧凑、自重轻。
据资料查得，电动葫芦型号CD15-9D,自重为500kg。
结果：
选用CD15-9D。
其设计计算见后面。
2.3主梁设计计算
2.3.1主梁断面几何特性
根据系列产品资料，粗布给出主梁的断面尺寸如图示：
图2主梁断面尺寸
根据系列产品资料，查得28a普型工字钢（GB706-65） 的尺寸参数：
h=280mmb=122mmd=8.5mm
t=13.7mmF1=55.45q=43.4公斤/m
主梁断面面积
Jx=7114cm²
Jy=345cm²
F=0.5（l1-2×
δ1）+2δ1×
h1+2×
δ2×
l2+F1+δ×
l3
=151cm²
主梁断面水平形心轴x-x位置
y1=
式中：
∑F1—主梁面的面积（cm²
）.
∑F1y1x-各部分面积对x-x′轴的距离（cm³
）
y1x-各部分面积形心至x′-x′轴的距离（cm）
则：
y1=37cm
y2=4cm
F=151cm²
y1=37cmy2=4cm
主梁断面惯性矩
Jx=ΣJxi+ΣFiy1²
=111545
Jy=ΣJyi+ΣFiy1²
=21849
Jx=111545Jy=21849
2.3.2主梁强度的计算
根据这种起重机的结构形式及特点，可以不考虑水平惯性对主梁造成的应力，水平面内对主梁的扭转作用也可以忽略不计。
该主梁的强度计算按第Ⅱ类载荷进行组合，由于小车的轮距很小，可近似的按集中载荷计算。
跨中断面弯曲正应力包括：
梁的整体弯曲应力和由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内按简支梁计算，在水平面内按刚度的框架计算：
图3简支梁受力分析
垂直载荷在下翼缘引起的弯曲应力
根据《起重机设计手册》计算：
σx=单位：
公斤/厘米²
P=ψⅡQ+KIIG葫
其中：
Q-额定起重量,Q=5000公斤；
G葫-电动葫芦自重,G葫=500公斤；
ψⅡ-动力系数，对于中级工作类型,ψⅡ=1.2；
kⅡ-冲击系数，对于操纵室操纵时,kⅡ=1.1；
y1-主梁下表面距断面形心轴x-x的距离,y1=37厘米；
Yx-主梁跨中断面对x-x轴惯性力矩，yx=111545；
l-操纵室重心到支点的距离，l=100cm；
G操-操纵室的重量，G操=400公斤；
G葫–电动葫芦的自重，G葫=500公斤；
q-桥架单位长度重量（公斤／米）；
q=1000×
F×
γ+q´
F-主梁断面面积，F=0.0151m²
γ-材料比重，对钢板，γ=7.85t／m²
q´
-材料横加筋板的重量所产生的均布载荷，q´
=7.5t／m；
所以：
σx=1060公斤/厘米²
主梁工字钢下翼局部弯曲计算
图4工字钢下翼轮压局部
计算轮压作用点位置i及系数ζ
i=a+c-e
i-轮压作用点与腹板表面的距离（cm）；
c-轮缘同工字钢翼缘边缘之间的间隙，取c=0.4cm；
a==（12.2-0.85）÷
2=5.675cm
e=0.164R（cm）对普型工字钢，翼缘表面斜度为.
R-为葫芦定轮踏面曲率半径，由机械手册31.84查得R=17.5cm
则：
e=0.164×
17.5=2.87cm
i=5.675＋0.4-2.87=3.205
ξ==3.205÷
5.675=0.57
i=3.205ξ=0.57
工字钢下翼缘局部曲应力计算：
图5主梁工字钢
如上图所示L点横向（在oxy平面内），局部弯曲应力σ1由下式计算：
σx=±
a1-翼缘结构形成系数，贴板补强时取a1=0.9；
k1-局部弯曲系数，由图可得：
k1=1.9
图6局部弯曲系数
其中：
t-工字钢翼缘平均厚度
δ-补强板厚度
t0=t+δ
δ=1cm
t=1.37cm
t0²
=（1.37+1）²
=2.37²
=5.61cm²
σ1=±
（0.9×
1.9×
1900÷
5.61）=579公斤/厘米²
σ1=579公斤／厘米²
如图，1点纵向局部弯曲应力为σ2由下式计算：
σ2=±
k2由图得：
k2=0.6
σ2==183公斤／厘米²
如图中得α´
点纵向局部弯曲应力为σ3，由下式计算：
σ3=±
K3-局部弯曲系数，查图得：
k3=0.4
a2-翼缘结构形式系数，贴板补强时a2=1.5
σ3=±
（1.5×
0.4×
5.61）=203公斤／厘米²
主梁跨中断面当量应力计算
图中的1点当量应力为
σ当=
=1077公斤／厘米²
＜[σ]=1800公斤／厘米²
αˊ点当量应力为α当αˊ，由下式计算：
α当i=αx+α3=1060+203=1263公斤／厘米²
＜[σ]=1800公斤／厘米²
2.3.3刚度计算
垂直静钢度计算
f=≤[f]=
f-主梁垂直静挠度（cm）
P-静载荷（公斤）
P=Q+G=5000+500=5500公斤
L-跨度L=1100厘米
E-材料弹性衡量，对3号钢E=2.1×
10³
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