臂行式悬臂起重机结构设计与分析Word文档格式.docx
《臂行式悬臂起重机结构设计与分析Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《臂行式悬臂起重机结构设计与分析Word文档格式.docx（45页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
1.3.1主要研究内容、研究思路 4
1.3.2采用的设计思路和设计方案 5
2壁行式起重机总体结构设计
2.1壁行式起重机总体设计 6
2.1.1大车轮距的确定 6
2.1.2悬臂梁选用类型和尺寸的确定 6
2.1.3端梁尺寸的确定 8
2.2主梁（悬臂梁）的受力计算 8
2.2.1主梁的弯矩计算 9
2.2.2对于悬臂梁的强度校核 10
2.2.3悬臂梁稳定性分析 13
2.3悬臂梁与端梁、（上）下端梁焊缝连接计算 14
2.3.1悬臂梁上翼缘板与斜板连接焊缝计算 15
2.3.2端梁连接板焊缝计算 16
2.3.3下端梁连接板焊缝计算 19
3螺栓连接、刚度和翘度的计算
3.1螺栓连接计算 20
3.2刚度计算 26
3.2.1悬臂梁垂直静挠度 26
3.2.2悬臂梁水平惯性位移 27
3.2.3起重机垂直动刚度 27
3.2.4起重机水平动刚度 28
3.3 悬臂梁的翘度 28
4三维建模
4.1三维模型展示 30
4.2二维图展示 33
5有限元分析
5.1有限元分析软件介绍 34
5.2分析过程及结果 34
6 总结 39
参考文献 40
致 谢 41
1.1起重机的发展现状和趋势
（1）、重点产品大型化，高速化和专用化
由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。
起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。
起重机不但要容易操作，容易维护，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。
目前世界上最大的履带起重机起重量3000t，最大的桥式起重机起生日一1200t，集装箱岸连装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min，堆垛起重机级最大运行速度240m／min，垃圾处理用起重机的起升速度达100m／min。
（2）、系列产品模块化、组合化和标准化
用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。
对起重机进行改进，只需针对某几个模块。
设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。
可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理。
达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。
目前，德国、英国、法国、美国和日本的著名起重机公司都已采用起重机模块化设计，并取得了显著的效益。
德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化设计后，比单件设计的设计费用下降12％，生产成本下降45％，经济效益十分可观。
德国德马格公司还开发了一种
KBK柔性组合式悬挂起重机，起重机的钢结构由冷轧型轨组合而成，起重机运行线路可沿生产工艺流程任意布置，可有叉道、转弯、过跨、变轨距。
所有部件都可实现大扎遏生产，再根据用户的不同需求和具体物料搬运路线在短时间内将各种部件组合搭配即成。
这种起重机组合性非常好，操作方便，能充分利用空间，运行成本低。
有手动、自动多种形式，还能组成悬挂系统、单梁悬挂起重机、双梁悬挂起重机、悬臂起重机、轻型门式起重机及手动堆垛起重机，甚至能组成大型自动化物料搬运系统。
（3）、通用产品小型化、轻型化和多样化
有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。
这类起重机批量大、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，也可命名整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。
因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位的一般用途桥式起重机。
德国德马格公司经过几十年的开发和创新，已形成了一个轻型组合式的标准起重机系列。
起重量1~80吨，工作级别A1~A7，整个系列由工字形和箱型单梁、悬挂箱形单梁、角形小车箱形单梁和箱形双梁等多个品种组成。
主梁与端梁相接以及起重小车的布置有多种型式，可适合不同建筑物及不同起吊高度的要求。
根据用户需要每种规格起重机都有三种单速及三种双速供任意选择，还可以选用变频调速。
操纵方式有地面手电门自行移动、手电门随小车移动、手电门固定、无线遥控、司机室固定、司机室随小车移动、司机室自行移动等七种选择。
大车及小车的供电有电缆小车导电、DVS系统两种方式。
如此多的选择项，通过不同的组合，可搭配成百上千种起重机，充分满足用户不同的需求。
这种起重机的另一最大优点是轻型化，自重轻、轮压轻、外形尺寸高度小，可大大降低厂房建筑物的建造成本，同时也可减小起重机的运行功率和运行成本。
与通用产品相比较，起重量10t，跨度22.5m，通用双梁桥式起重机自重24t，起重机轨面以上高度1876mm，起重机宽度5980mm；
德马格起重机的自重只有8.7t，重量轻了176％，起重机轨面以上高度920mm，降低了104％，起重机宽度2980mm，外形尺寸减少了100%。
（4）、产品性能自动化、智能化和数字化
起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。
将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能
化。
大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。
主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。
变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。
使起重机具有更高的柔性，以适合多批次少批量的柔性生产模式，提高单机综合自动化水平。
重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，特殊场合的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。
1.2壁行式起重机的介绍和应用领域
壁行式起重机运行于3条轨道上，安装于厂房的墙壁上或立式支撑上，沿着轨道可做横向运动，同时点动葫芦又可完成沿悬臂的横向运动以及垂直方向的起吊。
简单介绍如下：
1、壁行式起重机运用于大跨度厂房单边工作区域的使用。
其运行轨道全部在墙壁或立柱上方，地面没有任何障碍，可以让客户更灵活地布置工作区域。
2、大车运行标准速度为25m／min（无级变频），小车运行标准速度为：
20／5m／min（双速变频）。
3、所有的壁行起重机除了标准双速起升速度外还有多种速度可供选择，也可选择变频控制起升，在起升高度方面也有多种选择，一般起升范围为3m到9m之间。
4、壁行起重机有多种控制方式：
手电门、遥控器、手电门＋遥控器。
以下我们对壁行式起重机的一种产品—CXT系列壁行式起重机的结构来进行分析，介绍它的一些简单功能和它的优势。
新一代革新产品CXT－钢丝绳电动葫芦打破传统的设计，为物流业展现一个全新的解决方案。
KCI科尼公司为CXT的更新改造申请了十多项研制专利。
新颖的结构设计，稳定的速度控制和高性能电机使钢丝绳电动葫芦的技术进入了一个崭新的时代。
CXT钢丝绳电动葫芦性能优越，结构紧凑，尺寸更小，符合人体工学的设计，使装载更容易，更安全。
无论是工业用起重机，单轨起重机，还是老式起重设备的改造，CXT钢丝绳电动葫芦的应用将为您的投资带来更丰厚的回报。
（1）全新的CXT设计更加人性化 简便，有效的装载
CXT钢丝绳电动葫芦运行平稳，定位快捷。
小车运行中变频控制系统的应用有效地解决了装载物的摇摆。
大直径卷筒设计大大减少了吊钩起吊时的水平位移，从而使准确装载和定位变得更加快捷方便。
（2）紧凑型设计
革命性设计理念使CXT具有轻巧的结构和卓越的性能，同时在最大程度上缩小了吊钩的运行极限距离，有效地提高了空间使用率，轻巧的结构使设备的更新改造也变得轻而易举。
（3）全新的CXT为您带来更多利益
CXT钢丝绳电动葫芦的领先技术为您带来更多的利益。
通过设备的更新改造从而大大的提高设备性能和生产率，同时也增加了安全性。
（4）性能更优良
起升电机在想当程度上决定起重机的性能和起重量。
KCI科尼公司致力于开发高性能的起升电机，使其具有强劲的马力和良好的冷却特性。
60%的接电持续率不但可以满足短时期内频繁使用的要求，同时也增加了可靠性。
双速起升控制和变频运行控制机构有效地提高了生产率。
（5）更安全、更可靠
新型的CXT钢丝绳电动葫芦具有良好的安全性和可靠性。
从设计选材到制造工艺都采用了最先进科技，尤其在频繁作业时更显其优越性。
相对于传统的设计，CXT的大直径卷筒设计成倍地延长了钢丝绳的寿命，使磨损程序达到最低。
符合人体工学的吊钩和安全扣使装卸工作变得更加安全，快捷。
CXT完美的传动制动系统大大提高了它的安全性和可靠性。
高性能的制动器采用防尘设计，可自动调节，安全使用寿命超过100万次。
CXT的传动齿轮加工精确，齿面经硬化，研磨处理，确保长期无故障运行。
1.3主要研究内容、研究思路及方案
1.3.1主要研究内容、研究思路
壁行式起重机主要的组成部分有：
电动葫芦、端梁、大车及小车、驱动电气及电控设备等结构组成。
我们的设计内容是对它进行整体设计。
研究内容包括：
主要是选择和确定壁行式起重机的运行机构、起升机构的数据计算、梁的结构设计和参数计算等。
1、整体梁结构能满足承载要求,有足够的强度和刚度，能承受足够的弯矩。
2、大车运行机构要紧凑，重量要轻；
和上下轨道配合要平稳，避免端梁产生过大的倾覆力矩。
1.3.2采用的设计思路和设计方案
依据上面提出的设计要求，提出以下的设计方案：
1、整体梁的结构设计
整体梁结构主要是主梁和支撑架组成，主梁采用的是箱型梁的设计类型，主要焊接而成；
支撑架主要是连接主梁和大车，用焊接的方式将其连接为一个整体。
整体梁设计方案见图1.1所示。
主梁的跨度L为8.7m，支撑架的高度为3m。
支撑架用的是普通的立式的钢体结构，考虑到其要支撑的重量，在其顶部要固定在一运行轨道上。
图1.1 大梁的结构设计简图
依据课题设计任务书，提出以上设计方案。
通过对起重机的整体设计，应能达到预期的设计要求。
使起重机在正常工作条件下，正常工作。
根据毕业设计任务书上的基本参数，查找起重机设计手册得到以下的相关BX型号壁行式起重机的参数。
表2.1 BB型2t/8.7m壁行式起重机技术参数表
级别
A5
有效水平行程
7.4m
起升重量
2t
起重机运行速度
32m/min
起升高度
7.5m
电动葫芦运行速度
20/5m/min
起升速度
5/0.8m/min
大梁的跨度
8.7m
2.1壁行式起重机总体设计
根据《起重机设计手册》的中起重机的一些主要机构的尺寸参数设计要求和计算公式得壁行式起重机的金属机构主要尺寸。
2.1.1大车轮距的确定
根据参考文献[1]其中的L为大梁的最大跨度L=8.7m=8700mm
垂直滚轮轮距
B=2 2
（1.1）
0 （ ~ ）L
7 5
实际取B0=3000mm。
=（2~7
2）´
8700=2485.7~3480mm
5
根据参考文献[1]上水平反滚轮轮距
B=3 3
（1.2）
1 （ ~ ）L
实际取B1=4000mm。
=（3~7
3）´
8700=3728.5~5220mm
下水平反滚轮轮
实际取B2=4000mm
B2=B1=4000mm
2.1.2悬臂梁选用类型和尺寸的确定
查找桥式起重机设计及其计算一书，查得主梁的几种方案做比较。
将表2.2中方案进行对比，根据课题中的要求起升重量是2t，跨度为8.7m。
由于起重量和悬臂长都偏大，且壁行式起重机的主梁是悬臂梁，故宜选用箱形截面梁。
表2.2方案比较表
方案号
主梁类型
适用类型和优缺点
一
架主梁
它是一种用型钢连成三角架子连成的架子梁。
依靠梁弯曲的外力作用下，杆内产生轴向的拉力和压力。
优点：
只要增加架子的高度，就可以实现强度高，高负载的起升，而且它是架子组成，自重轻。
缺点：
体积太大，不适用于
室内的安装。
二
箱型梁
该梁主要是用薄钢板焊接而成的优化设计，中间是空心的，故自重轻，它能实现较大的跨度。
因为它是闭合的截面设计，所以抗扭刚度大，而且起重结构可以设计的紧
凑且美观。
三
单腹板梁
较多的适用于小吨位和小跨度的起重机上，由钢板焊接而成，截面为开字形，扭转刚度小，易于大车车轮通轨道良好的接触，改善大车运行性能。
但是因为它是开字形式截面，所以容易发生侧向屈曲，需要核实抗侧屈曲的安全性。
根据参考文献[1]悬臂梁根部截面的理论高度为：
H=h=（2
1 17
=（2
17
~2）L
14
~2）´
8700=1023.5~1242.8mm
（1.3）
根据参考文献[1]悬臂梁两腹板外侧间距为：
b³
1h
3
=341.2~414.3mm
（1.4）
1
根据参考文献[1]第三章第3小节悬臂梁翼缘板宽度B受钢丝绳电动葫芦尺寸的限制，故取B1=410mm，考虑到箱形梁内部焊接的要求，两腹板外侧间距取为b=312mm；
按箱形梁整体稳定性条件H1£
3b=936mm，实际取H1=h=768mm，这样选定的悬臂
梁截面尺寸偏小，只能采用较厚的翼缘和腹板才能满足强度要求，故选取翼缘板厚度
分别为上翼缘板厚度为12mm、下翼缘板厚度为16mm、腹板厚度为6mm。
2.1.3端梁尺寸的确定
根据参考文献[1]端梁理论高度为
H2=（0.4~0.6）h
=（0.4~0.6）´
768=307.2~460.8mm
（1.5）
2
根据参考文献[1]第四章第二小节实际取H=300mm，考虑到垂直大车轮安装尺寸，
端梁总宽取B2=200mm端梁两腹板外侧间距为182mm。
由于端梁受较大载荷，为满足强度要求。
上端梁理论高度为
H2上=（0.4~0.6）h=307.2~460.8mm，实际取H2上=300mm，考虑到水平大车轮安装尺寸，上端梁总宽取B2上=270mm，上端梁两腹板往外侧间距为218mm,由于上端梁
受较大载荷，为满足强度要求，选取较厚翼缘板和腹板，翼缘板厚度为16mm、腹板厚
度为14mm。
下端梁与上端梁由于受到的载荷基本相同，故取相同尺寸，下端梁总宽
B2下=B2上=270mm，两腹板外侧间距为218mm、翼缘板厚度为16mm、腹板厚度为
14mm。
悬臂梁与端梁连接采用焊缝连接，并尽量采用自动焊。
2.2主梁（悬臂梁）的受力计算
在梁的计算当中，载荷种类主要有垂直载荷、水平载荷和风载。
现在对主梁的受力进行计算。
主梁的垂直载荷和受力的计算分析：
根据参考文献[1]悬臂梁自重载荷为
Fq=krAg
=1.05´
7850´
0.02036´
9.81=1646.3N/m
根据参考文献[1]葫芦小车集中载荷为
Q x
å
P=（m+m）g
=（2000+248）´
9.81=22030.4N
（1.6）
（1.7）
mQ——起重质量（kg）；
mx——葫芦小车质量（kg）。
根据参考文献[1]表4.2动力效应系数为：
起升冲击系数j=1.1；
起升载荷动载系数j2=1+0.7vq， （1.8）
=1+0.7´
5
60
=1.058
vq——起升速度（m/s）
j3=1
运行冲击系数
j4=1.1+0.058vd
=1.1+0.058´
32=1.024
h
（h=1mm）
vd——起重机运行速度（m/s）
h——轨道连接焊缝处两轨道面的高度差，
2.2.1主梁的弯矩计算
当葫芦小车位于悬臂梁端部极限位置时，悬臂梁根部受到最大弯矩，按悬臂梁计算，如图2.1所示：
图2.1葫芦小车位于悬臂梁端部极限位置时悬臂梁受力和弯矩图
根据参考文献[8]悬臂梁根部的弯矩为
é
FL2
（ ）ù
é
1646.3´
8.72
Mmax=jê
q
x
4
+å
PL-cú
=1.024
+22030.4´
8.7-0.5
ë
ê
2
ê
ú
û
ú
ë
2 û
=2.488´
105N×
升级会员 