QD10t-22.5m 箱型雙梁橋式起重機主梁及端梁設計（含CAD圖紙和說明書）

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焊縫的計 算 4.4.1腹板螺栓受力計算 4.4.2腹板 連接角鋼 焊縫計算 4.4.3計算 腹板角鋼 的連接焊 縫所受的 拉力和彎 矩 4.4.4計算焊縫強度 4.4.5上翼 緣板角鋼 焊縫計算 5.2.1計算 輪壓，選擇 車輪與軌 道 5.2.2驗算 接觸疲勞 強度 5.3.1運行 阻力的計 算 5.3.2選擇 電動機確 定減速器 5.3.3起動 時間與起 動平均加 速度的驗 算 5.3.4電動 機發(fā)熱驗 算 5.3.5起動 時不打滑 驗算 5.4.1確定 容許制動 減速度 5.4.2按空 載計算制 動力矩 5.4.3換算 到制動軸 上的空載 運行靜阻 力矩 5.4.4計算 制動器制 動力矩 5.4.5計算 空載制動 的最小制 動路程 5.4.6計算 滿載制動 減速度 5.4.7滿載 制動的制 動路程 5.5.1電動 機最大起 動力矩 5.5.2制動 器的制動 力矩 5.5.3打滑 力矩 5.5.4減速 器的輸入 扭矩 5.5.5減速器的輸出扭矩 5.6.1高速軸計算轉矩 5.6.2低速 軸計算轉 矩 5.7.1 車輪 的計算輪 壓 5.7.2 車輪踏面接觸應力的計算 5.8.1疲勞計算 5.8.2強度 計算 第1章 前言 1.1 起重機的基礎知識 起重機是從事起吊、空中搬運的一種設備。在上古時期，人類還沒有創(chuàng)造出所謂的工具，只能靠自己的力量去搬運捕獲物。單靠個人的力量搬不動的重物，在很長的一個時期只能靠幾個人一起來搬運。對于無論個人的力量怎樣合起來都無法搬動的重物，人們終于發(fā)明了撬杠、繩索、滾子和滑輪等工具。到了今天，利用滾子特性的搬運裝置有輸送帶，而在滑輪、繩索和卷筒發(fā)展的基礎上出現(xiàn)了起重機。 按用途分類：工業(yè)起重機、建筑業(yè)起重機等。 按結構形式分類：橋式起重機（包括冶金起重機）、門式起重機、裝卸橋、纜索起重機、塔式起重機、門座起重機、汽車起重機、輪胎起重機、鐵路起重機、履帶起重機、浮式起重機、桅桿起重機、船用起重機等。 其中，橋式起重機是機械制造工業(yè)和冶金工業(yè)用得最廣泛的一種起重機機械。 1.2 橋式起重機的基礎知識 隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，橋式起重機越來越多的應用到工業(yè)生產(chǎn)當中。在工廠中搬運重物，機床上下件，裝運工作吊裝零部件，流水線上的定點工作等都要用到起重機。起重機中種數(shù)量最多，在大小工廠之中均有應用的就是小噸位的起重機，小噸位的橋式起重機廣泛的用于輕量工件的吊運，在我國機械工業(yè)中占有十分重要的地位。 橋式起重機是橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機，又稱天車。橋式起重機的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設在橋架上的軌道橫向運行，構成一矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。橋式起重機廣泛地應用在室內(nèi)外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。 取物裝置懸掛在可沿橋架運行的起重小車或運行式葫蘆上的起重機，稱為“橋架型起重機”；橋架兩端通過運行裝置直接支撐在高架軌道上的橋架型起重機，稱為“橋式起重機”。 橋架式起重機由機械部分、金屬結構和電氣部分組成。 1.機械部分：機械部分由起升機構、小車運行機構和大車運行機構等三大工作機構組成。起升機構連同懸掛取物裝置固定在起重小車上，用來升降吊物；小車運行機構驅(qū)動起重小車沿主梁運行；大車運行機構驅(qū)動起重機整機在建筑物高架結構的軌道上運行。三大機構在三維坐標上的組合運動完成物料搬運作業(yè)任務。 2.電氣部分:電氣部分包括電氣設備和控制線路，適應起重機頻繁啟制動、換向、負載無規(guī)律和過載。沖擊的工作特點，一些主要電氣設備采用起重機專用設備。 3.金屬結構:金屬結構的作用是將起重機各組成部分連接成一個有機整體，承受吊物和起重機自身質(zhì)量的重力。主要由主梁、端梁、支腿、欄桿走臺、司機室等組成。 橋式起重機的種類很多，按其主梁的數(shù)量，可分為單梁的和雙梁的兩大類。其中單梁的，有用按鈕站操縱的和用人駕駛的之分。電動的雙梁橋式起重機用通用、鍛造和鑄造等各種類型。 1.橋式通用起重機的類型 通用橋式起重機是指在一般環(huán)境中工作的普通用途的橋式起重機(見標準GB/T14405-93)。以下類型的起重機都屬于通用橋式起重機。 1）通用吊鉤橋式起重機 通用吊鉤橋式起重機由金屬結構、大車運行機構、小車運行機構、起升機構、電氣控制系統(tǒng)及司機室組成。取物裝置為吊鉤。額定起重量為10t以下的多為1個起升機構；16t以上的則多為主、副兩個起升機構。這類起重機能在多種作業(yè)環(huán)境中裝卸和搬運物料及設備。 2）抓斗橋式起重機 抓斗橋式起重機的裝置為抓斗，以鋼絲繩分別聯(lián)系抓斗起升、起升機構、開閉機構。主要用于散貨、廢舊鋼鐵、木材等的裝卸、吊運作業(yè)。這種起重機除了起升閉合機構以外，其結構部件等與通用吊鉤橋式起重機相同。 3）電磁橋式起重機 電磁橋式起重機的基本構造與吊鉤橋式起重機相同，不同的是吊鉤上掛1個直流起重電磁鐵(又稱為電磁吸盤)，用來吊運具有導磁性的黑色金屬及其制品。通常是經(jīng)過設在橋架走臺上電動發(fā)電機組或裝在司機室內(nèi)的可控硅直流箱將交流電源變?yōu)橹绷麟娫?，然后再通過設在小車架上的專用電纜卷筒，將直流電源用撓性電纜送到起重電磁鐵上。 4）兩用橋式起重機 兩用橋式起重機有3種類型：抓斗吊鉤橋式起重機、電磁吊鉤橋式起重機和抓斗電磁橋式起重機。其特點是在一臺小車上設有兩套各處獨立的起升機構，一套為抓斗用，一套為吊鉤用(或一套為電磁吸盤用一套為吊鉤用，或一套為抓斗用一套為電磁吸盤用)。 5）三用橋式起重機 三用橋式起重機是一種多用的起重機。其基本構造與電磁橋式起重機相同。根據(jù)需要可以用吊鉤吊運重物，也可以在吊鉤上掛一個馬達抓斗裝卸物料，還可以把抓斗卸下來再掛上電磁盤吊運黑色金屬，故稱為三用橋式(可換)起重機。抓斗靠交流電源工作，電磁盤靠直流電源工作。因此，該機型必須同電磁橋式起重機一樣，設置電動發(fā)電機組或可控硅直流電源箱。這種起重機適用于經(jīng)常變換取物裝置的物料場所。 6）雙小車橋式起重機 這種起重機與吊鉤橋式起重機基本相同，只是在橋架上裝有兩臺起重量相同的小車。這種機型用于吊運與裝卸長形物件。 2.電動葫蘆型橋式起重機 其特點是橋式起重機的起重小車用自行式電動葫蘆代替，或者用固定式電動葫蘆作起重小車的起升機構，小車運行、大車運行等機構的傳動裝置也盡量與電動葫蘆部件通用化。因此，與上述通用橋式起重機相比，電動葫蘆型橋式起重機雖然一般起重量較小、工作速度較慢、工作級別較低，但其自重輕、能耗較小、易采用標準產(chǎn)品電動葫蘆配套，對廠房建筑壓力負載較小，建筑和使用經(jīng)濟性都較好。因此在中小起重量范圍的一般使用場合使用越來越廣泛，甚至有替代某些通用橋式起重機的趨勢。 1）電動梁式起重機 其特點是用自行式電動葫蘆替代通用橋式起重機的起重小車，用電動葫蘆的運行小車在單根主梁的工字鋼下翼緣上運行，跨度小時直接用工字鋼作主梁，跨度大時可在主梁工字鋼的上面再作水平加強，形成組合斷面主梁。其主梁可以是單根主梁(電動單梁式起重機)，也可以是兩根主梁(電動雙梁式起重機)，其橋架可以是像通用橋式起重機那樣通過運行裝置直接支撐在高架軌道上，也可以通過運行裝置懸掛在房頂下面的架空軌道上(懸掛式)。 2）電動葫蘆橋式起重機 其特點是采用固定式電動葫蘆裝在小車上作起升機構，小車運行機構也多采用電動葫蘆零部件作成簡單的構造形式，小車也極為簡便輕巧，其整體高度小，小車及橋架自重輕、重心低、有很廣泛的使用適應性[4]。 3.橋式冶金起重機的類型 這種類型的起重機是專用起重機的一個方面。主要是用來完成黑色金屬的冶煉和成形工作的，是冶金工業(yè)上不可缺少的調(diào)運工具。常用的有以下幾種類型： 1)鍛造起重機 鍛造起重機是在鍛錘或水壓機的鍛制過程中進行調(diào)運和翻轉鍛件的，其目的是使工件達到預想的形狀。它是一種專用起重機。 它的橋架有主副之分，并且有主副兩臺小車，每臺小車都在各自的軌道上行走。主副小車的速度基本一致，這樣就便于兩臺小車同時協(xié)調(diào)的工作。有主小車上設有翻料機，用于鍛制過程中的翻轉工件。主鉤橫梁上設有銷子，用來防止吊鉤自由旋轉。 隨著時代的發(fā)展，制造工廠和裝卸作業(yè)場所開始轉向室內(nèi)，使橋式起重機占據(jù)了主導地位。 橋式起重機的特點在于：既不占地面面積，有不妨礙地面的作業(yè)，而且以較少的物資材料和極為穩(wěn)定的形態(tài)把建筑物內(nèi)各處都當作可能的作業(yè)范圍，進行高速、高效的服務，可以在起升高度和大、小車軌道所允許的空間內(nèi)負擔任意位置的吊運工作。此外，橋式起重機容易以廉價實現(xiàn)借助控制盤和操縱盤進行自動操縱、或半自動操縱、內(nèi)裝電腦的程序操縱。設置在室內(nèi)的起重機中，橋式起重機約占90%。 1.3橋式起重機的一般構造 橋式起重機的構造：沿建筑物較長方向的兩壁設置的承軌梁，在梁上鋪設大車運行軌道，將裝有4個車輪（載荷大時裝有6個或8個車輪）的橋架跨在軌道上；裝有起升機構和運行機構的電動小車在橋架上運行。 大車軌道中心間到距離成為跨距，在該軌道上運行的動作成為大車運行。在橋架的中心或兩端裝有大車運行電動機，從電動機的水平軸引出動力，驅(qū)動半數(shù)的車輪。 起升、小車運行及大車運行的速度，按工況和起重量的大小適當選定。一般來說，在起重量小和使用頻繁時，速度較高。 小車運行速度同大車運行速度相比低很多。原因是小車運行距離接近建筑物的寬度，它不會太長，一般小于40cm，而大車沿建筑物長度方向運行，所以多數(shù)運行距離都是相當長的。 小型和低速的起重機，多數(shù)在地面上用按鈕進行操縱，而大型的高速的起重機，幾乎都坐在駕駛室進行操作。 起重量5t以下的起重機，多半用帶有電動運行機構的電葫蘆代替電動小車。最近已有30t級的電葫蘆作為標準產(chǎn)品在市場上銷售。 當起重量超過20t時，一般起升速度比較低，只用單一的起升機構長時間處理小件貨物效率很低。因此，在這種起重機上，一般并設一個副起升機構。副起升也設在小車上，但不用主起升電動機，而用獨立的電動機進行驅(qū)動，工作速度比較高。 起重量較小的起重機主梁，用工字梁或?qū)捯砭壒ぷ咒撟鳛橹饕獦嫾?，而大型起重機的主梁，多數(shù)采用單腹板梁、箱形梁等焊接結構。 在主梁兩側社有輕型水平梁，成為副梁。它通過水平構件同主梁一起構成一個水平框架，這對因主梁在大車運行時產(chǎn)生的慣性力所引起的水平載荷，是一個十分堅固的結構。 此外，主副梁之間布置大車運行驅(qū)動電動機、與其相的減速機構、傳動軸、軸承等。在它們的上方鋪設走臺板，設置立欄桿，以便檢修人員行走。對箱形結構或殼體結構的主梁來說，因為水平抗彎剛度大，所以多數(shù)都不帶副梁。 小車是用型鋼和鋼板制成一個構架，在上面設有主副起升用電動機、支持貨物用制動器及和它們相聯(lián)的減速齒輪機構，通過該機構驅(qū)動卷筒旋轉。必要時，在該機構上還設速度制動器，它經(jīng)過齒輪減速降低速度并驅(qū)動車輪旋轉，使小車運行。從各個卷筒各引出兩條鋼絲繩，掛上吊鉤滑輪組，帶動貨物進行升降。 乘坐駕駛式起重機，在主梁的一側設有箱形駕駛室，其中裝設配電盤、控制器等，司機坐在室內(nèi)進行操作。 1.4起重機各部分的功能及動作原理 箱型雙梁橋式起重機有一個由兩根箱型主梁和兩根橫向端梁構成的雙梁橋架，在橋架上運行起重小車，可起吊和水平搬運各類物件。它適用于機械加工和裝配車間、倉庫和料場等場合。 它的主要組成部分由小車（起升機構、小車運行機構和小車架）、橋架（主梁和端梁）、大車運行機構和電氣設備等。 橋架是由兩個主梁和兩根端梁及走臺和護欄等零部件組成。此次設計其結構形式為箱形。 箱形結構的主梁，是由鋼板來先加以預應力，并使之產(chǎn)生一定的上拱度然后焊接而成的。主梁是承擔小車重量和外載荷的，因此必須有足夠的強度，剛度和穩(wěn)定性，以保證在額定載荷作用下，其主梁的彈性下?lián)现翟谠试S的范圍內(nèi)，以及運行時不發(fā)生變形。此外，為了不使主梁過早的出現(xiàn)下?lián)希髁簯哂幸欢ǖ纳蠐隙?，以此來抵消工作中主梁所產(chǎn)生的下?lián)虾蜏p輕小車的爬坡，下滑及保障大車運行機構的傳動性能。 主梁跨度22.5m ,主要構件是上蓋板、下蓋板和兩塊垂直腹板，主梁和端梁采用搭接形式，走臺的寬度取決于端梁的長度和大車運行機構的平面尺寸，司機室采用閉式一側安裝，腹板上加橫向加勁板和縱向加勁條或者角鋼來固定，縱向加勁條的焊接采用自動焊，主梁翼緣板和腹板的焊接采用貼角焊縫，腹板的下邊和下蓋板硬做成拋物線形。 端梁采用箱型的實體板梁式結構，是由車輪組合端梁架組成，端梁的中間截面也是由上蓋板，下蓋板和兩塊腹板組成；通常把端梁制成制成三個分段，端梁是由兩段通過連接板和角鋼用高強螺栓連接而成。端梁的主要尺寸是依據(jù)主梁的跨度，大車的輪距和小車的軌距來確定的；大車的運行采用分別驅(qū)動的方案。在裝配起重機的時候，先將端梁的一段與其中的一根主梁連接在一起，然后再將端梁的兩段連接起來。 大車運行機構的作用是驅(qū)動大車的車輪轉動并使車輪沿著起重機軌道作水平方向的運動。它包括電動機，制動器，減速器，聯(lián)軸器，傳動軸，角型軸承箱和車輪等零部件。車輪又是通過角型軸承箱，端梁和主梁，支承著起重機自身的重量及其全部外載荷的。本次設計的驅(qū)動方式為分別驅(qū)動，即由兩套各自獨立的驅(qū)動裝置，來驅(qū)動橋架兩邊主動車輪的轉動。 大車運行機構按傳動形式不同分為集中驅(qū)動和分別驅(qū)動兩類。當起重機跨度小于16.5m時，可以采用集中驅(qū)動或分別驅(qū)動；跨度大于16.5m時，一律采用分別驅(qū)動。大車運行機構采用雙輪緣車輪，驅(qū)動力靠主動車輪輪壓與軌道之間的摩擦產(chǎn)生的附著力．因此，必須要進行主動輪的打滑驗算，以確保足夠的驅(qū)動力。 　 大車運行機構的安全裝置有行程限位開關、緩沖器和軌道端部止擋。室外起重機必須 配備夾軌器、掃軌板和支承架，以及暴露的活動零部件防護罩。 起重小車是由小車架，起升機構和小車運行機構組成。起升機構是用來升降重物的，是起重機的重要組成部分。起重小車的運行機構承擔著重物的橫向運動。起重小車架按其制造方式分為鑄鋼和焊接兩種。起重小車架上面裝設起重機的起升機構和小車的運行機構，還承擔著所有外加載荷。它也是由主梁和端梁組成的。沿小車軌道的方向的梁，稱為主梁，是箱行結構的，小車車輪即安裝在此梁下面。與小車軌道相垂直的梁，稱為端梁。主梁與端梁連接的地方，在主梁內(nèi)設有隔板。此外，小車架上還設有安全保護裝置，如安全壓尺，緩沖器，排障板和護欄等。 小車運行機構為多集中驅(qū)動自行式結構，由電動機、減速機、聯(lián)軸器和傳動軸、制動器。車輪組和軌道，以及安全裝置等組成。由于運行軌距較小，使用單輪線車輪，方鋼或扁鋼形狀的鋼軌直接鋪設在金屬結構上。采用立式減速機將驅(qū)動部分和行走車輪布置在起重小車上下兩個層面上。小車安全裝置有行程限位開關、緩沖器和軌道端部止擋，防止小車超行程運行脫軌。 司機室是起重機操作者工作的地方。里面設有操縱起重機的設備，保護裝置和照明設備。 橋式起重機的運動由大車的縱向,小車的橫向及吊鉤的上下運動組成起升機構是由電動機發(fā)出,經(jīng)齒輪連軸器,將動力傳遞給減速器的高速軸端,并經(jīng)減速器把電動機的高轉數(shù)降低到所需要的轉數(shù)之后,由減速器低速軸輸出,經(jīng)卷筒上的內(nèi)齒圈,把動力傳遞給卷筒組,再通過鋼絲繩和滑輪組進行升降.起重小車運行系統(tǒng)的傳動為:由電動機發(fā)出,經(jīng)制動輪聯(lián)軸器,補償軸和半齒聯(lián)軸器,將動力傳遞給立式三級減速器的高速軸端,并經(jīng)立式三級減速器的高速軸端,把電動機的高轉數(shù)降低到所需要的轉數(shù)之后,再由低速軸端輸出,又通過半齒聯(lián)軸器,補償軸, 半齒聯(lián)軸器與小車主動車輪軸聯(lián)接,從而帶動了小車主動車輪的旋轉,完成小車的橫向運送重物的目的.大車運行系統(tǒng)動力由電動機發(fā)出,經(jīng)制動輪聯(lián)軸器,補償軸和半齒聯(lián)軸器將動力傳遞給大車的主動車輪組,從而帶動了大車主動車輪的旋轉,完成橋架縱向吊運重物的目的,大車的兩端驅(qū)動機構是一樣的[4]。 1.5 橋式起重機的發(fā)展趨勢 橋式起重機在國內(nèi)外的研究狀況和發(fā)展趨勢:由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料卸載運費所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長。橋式起重機是各種工程建設中不可缺少的設備，它對減輕勞動強度，節(jié)省人力，降低建設成本，提高施工質(zhì)量，加快建設速度，實現(xiàn)工程施工機械化起著十分重要的作用。 下面我們介紹一下國內(nèi)外橋式起重機發(fā)展具體表現(xiàn)。 用模塊化設計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設計方法，將起重機上功能基本相同的構件、部件和零件制成有多用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標準模塊，通過不同模塊的的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機?？墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機改換成具有相當批量的模塊生產(chǎn)，實現(xiàn)高效率的專業(yè)生產(chǎn)。企業(yè)的生產(chǎn)組織可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理，達到改善整機性能，降低制造成本，提高通用化程度，得到多系列的產(chǎn)品，充分滿足用戶需求。 目前，德國、英國、法國、美國和日本的著名起重機公司都已采用起重機模塊化設計，并取得了顯著的效益。德國德馬格公司的標準起重機系列改用模塊化設計后，比單件設計的設計費用下降12%，生產(chǎn)成本下降45%，經(jīng)濟效益十分可觀。 有相當批量的起重機是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機批量很大、用廣，考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結構，減小自重和輪壓，也可以使整個建筑物高度下降，建筑結構輕型化，降低造價。因此電動葫蘆橋式起重機和梁式起重機會有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位的一般用途橋式起重機。 起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術和電子技術相結合，將先進的計算機技術、微電子應用到機械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。其電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)，主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測等設備組成。 在起重機單機自動化的基礎上，通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，與生產(chǎn)設備有機結合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。這類起重機自動化程度高，具有信息處理功能，可將傳感器檢測出來的各種信息實施存儲、運算、邏輯判斷、變換等處理加工，進而向執(zhí)行機構發(fā)出控制指令。這種起重機還有較好的信息輸入、輸出接口，實現(xiàn)信息全部、準確、可靠地在整個物料搬運集成系統(tǒng)中的傳輸。 結構方面采用薄壁型材和異形鋼、減少結構的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種高強度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力條件，減輕自重和增加外形美觀。 在機構方面進一步開發(fā)新型傳動零部件，簡化結構?！叭弦弧边\行機構是當今世界輕、中級起重機運行機構的主流，將電動機、減速器和制動器合為一體，具有結構緊湊、輕巧美觀、拆裝方便、調(diào)整簡單、運行平穩(wěn)、配套范圍大等優(yōu)點，國外一廣泛應用到各種起重機運行機構上。 在電控方面開發(fā)性能好、成本低、可靠性高的調(diào)速系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，發(fā)展半自動和全自動操縱。采用機電儀液一體化技術，提高使用性能和可靠性，增加起重機的功能。今后會更加注重起重機的安全性，研制新型安全保護，裝置。德國近年為解決起重機吊鉤的防擺控制，開發(fā)了模糊邏輯電路的控制技術，用神經(jīng)信息和模糊技術尋找開始加速的最佳時刻，將有經(jīng)驗司機防擺實際操作的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，實現(xiàn)最優(yōu)控制，取得了更高的效率和安全性。 第2章 總體設計 2.1 概述 總體設計是機械設計中非常關鍵的環(huán)節(jié)，它是對所設計的機械的總的設想，總體設計的成敗，關系到整部機械的經(jīng)濟技術指標，直接決定了機械設計的成敗。 總體設計指導機構設計和部件設計的進行，一般由主任工程師（或總工程師）主持進行。在接受設計任務以后，應進行深入細致的調(diào)查研究，收集國內(nèi)外同類機械的有關資料，了解其使用、生產(chǎn)、設計和科研情況，并進行分析和比較，制定總的設計原則，設計原則應當保證所設計機型符號有關的方針、政策，在滿足使用要求的基礎上，力求結構合理、技術先進、經(jīng)濟性好、壽命長。 總體設計應遵循以下原則： 1.遵循“三化”原則：零件標準化，產(chǎn)品系列化，部件通用化。 2.采用“四新”原則：新技術，新工藝，新結構，新材料。 3.滿足“三好”原則：好造，好用，好修。 好造,即具有良好的工藝性，制造簡單；好用，即具有良好的使用性能，表現(xiàn)為生產(chǎn)率高,操作輕便，機動靈活，安全而且耐用可靠；好修，即一旦發(fā)生故障，易于拆卸，維修護理方便。 4.對部件設計和零件設計負責的原則。把各部件的設計制造特點作為部件和零件指導性文件，必須為零部件的設計人員創(chuàng)造方便條件，而零部件設計必須滿足總體設計提出的工作條、尺寸、性能參數(shù)等方面的要求。 制定設計總則以后，便可以編寫設計任務書。在調(diào)研的基礎上，運用所學的知識，從優(yōu)選擇，確定總體參數(shù)，保證設計的成功。 2.2 設計任務 箱形雙梁橋式起重機主要組成部分有小車（主、副起升機構、小車運行機構和小車架）、橋架（主梁、端梁）、大車運行機構和電氣設備等。 本設計要求對箱形雙梁橋式起重機做總體設計，對主梁、端梁、大車運行機構進行設計。 原始數(shù)據(jù)：1.主鉤額定起重量：10000kg 2.跨度：L=22.5m 3.工作級別：A5 4.起重機利用等級：U5 5.起升高度：12 m 6.工作速度：主起升速度：v=8m/min 小車運行速度：v=40m/min 大車運行速度：v=90m/min 7.小車軌距：2m 8.大車走輪：4只，其中2只為驅(qū)動輪 技術要求： 1.主梁應有上拱，跨中上拱度應為（0.9/1000-1.4/1000）·S（S為跨度）；且最大上拱度應控制在跨中S/10的范圍內(nèi)。 2.主梁在水平方向產(chǎn)生的彎曲應不大于S1/2000（S1位為兩端始于第一塊大筋板的實測長度）； 3.箱形梁上冀緣板的水平偏斜值應不大于B/200（B為上冀緣板的寬度）； 4.箱形梁腹板的垂直偏斜值應不大于H/200（H為腹板高度）。 2.3 設計目的 畢業(yè)設計是工科大學生完成學業(yè)中最重要的實踐環(huán)節(jié)，是將在大學學到的理論知識系統(tǒng)化、條理化、實用化最關鍵的一環(huán)。通過本畢業(yè)設計培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎理論、專業(yè)知識和基本技能，提高分析與解決實際問題的能力；較復雜工程計算的工作能力；計算機繪圖的工程圖繪制能力。掌握一般機械機構的設計思路、方法和步驟，掌握常用工程材料的性能和選配能力。盡快完成學生到工程技術人員的過渡。 2.4主梁為桁架結構與箱形結構的比較 主梁采用桁架形式，大車傳動機構采用開始齒輪傳動結構，大車車輪采用滑動軸承支撐在兩端梁的下面，制動裝置采取短行程和長行程交流電磁鐵瓦塊式制動器，傳動軸相互之間采用彈性聯(lián)軸器或剛性聯(lián)軸器進行連接，主要的傳動零件都不進行熱處理，如車輪，齒輪和傳動軸，各機構都是單件形式進行裝配的，如車輪采用滑動軸承，減速裝置采用開始齒輪等，組合精度比較低。此類起重機為過去的產(chǎn)品，由于種種原因，現(xiàn)已不生產(chǎn)。 主梁采用箱形板梁結構，變速裝置采用減速器，所有車輪部分的支撐，都采用滾動軸承，制動裝置增添了液壓推桿瓦塊式制動器和液壓電磁瓦塊式制動器，主要傳動零件，如車輪，齒輪，齒輪軸等，均采用較好的鋼材并進行熱處理；盡可能采用組合機構進行裝配，如角型軸承箱和減速器等，因此提高了裝配精度，傳動軸之間的聯(lián)接采用半齒聯(lián)軸器和全齒聯(lián)軸器的結構形式。由以上兩種類型起重機的比較，考慮到起重量，零件耐用性，效率以及“三化”，國際化的趨勢，所以選用第二類橋式起重機。即箱式雙梁橋式起重機。 2.5傳動方案的比較 箱式雙梁橋式起重機主要組成部分有小車（主，副起升機構，小車運行機構和小車架），橋架（主梁，端梁，走臺和護欄等），大車運行機構和司機室（操縱機構和電器設備等）等部分組成。 橋式起重機的運動，是由大車的縱向，小車的橫向及吊鉤的上下三種運動組成的。有時是單一的運動，有時是合成的動作。它們都有各自的傳動機構來保證其運動形式的實現(xiàn)。 起升機構的動力來源，是由電動機發(fā)生，經(jīng)齒輪聯(lián)軸器，補償軸，制動軸聯(lián)軸器，將動力傳遞給減速器的高速軸端，最終減速器把電動機的高轉數(shù)降低到所需的轉數(shù)之后，由減速器低速軸輸出經(jīng)卷筒上的內(nèi)齒圈，把動力傳遞給卷筒組，再經(jīng)過鋼絲繩和滑輪組使吊鉤進行升降，從而完成升降重物的目的。 原有的雙梁橋式專用起重機，其小車起升機構是由兩個電機分別驅(qū)動的雙吊鉤起吊的，這樣就難以避免兩個電機不同步的問題，這也勢必造成兩個吊鉤的不同步，從而造成重物傾斜、晃動等一系列使用問題，這使得原起重機無法用于平衡起升作業(yè)。通過設計和改進，欲采用由一個電機驅(qū)動的集中驅(qū)動方式，即改分別驅(qū)動為集中驅(qū)動！兩個吊鉤由同一個電機同時驅(qū)動，這樣就可以很好的解決不同步問題，從而實現(xiàn)理想的起升效果。同時降低了整機的高度，精簡了結構，節(jié)省了空間，在一定程度上降低了生產(chǎn)成本。 動力由電動機發(fā)出，經(jīng)制動輪聯(lián)軸器，補償軸和半齒聯(lián)軸器，將動力傳遞給立式三級減速器的高速軸端，并經(jīng)立式三級減速器把電動機的高轉數(shù)降低到所需要的轉數(shù)之后，再由低速軸端輸出，又通過半齒聯(lián)軸器補償軸，半齒聯(lián)軸器與小車主動車輪軸聯(lián)接，從而帶動了小車主動輪的旋轉，完成小車的橫向運送重物的目的。 動力由電動機發(fā)出，經(jīng)制動輪聯(lián)軸器，補償軸和半齒聯(lián)軸器將動力傳遞給減速器的高速軸端，并經(jīng)減速器把電動機的高轉數(shù)降低到所需要的轉數(shù)之后，由低速軸傳出，又經(jīng)全齒聯(lián)軸器把動力傳遞給大車的主動車輪組，從而帶動了大車主動車輪的旋轉，完成橋架縱行吊運重物的目的。大車兩端的驅(qū)動機構是一樣的。 原有雙梁橋式專用起重機的大車運行機構機構是由四個電機驅(qū)動的，電機較多，機構比較繁雜，這給安裝和維修帶來了許多不便，同時也提高了生產(chǎn)成本，改進后只在兩梁的兩側分別安裝一個電機，適當提高電機功率，由兩對主、被動車輪組成。在不影響行走性能的前提下，精簡了機構，減少了故障率，易于安裝維修，電機的減少有效地降低了成本。 2.6 基本參數(shù)的選擇 起重機正常工作時允許一次起升的最大質(zhì)量稱為額定起重量，單位為噸（t）或千克，常用符號Q、P或CP等表示。當額定起重量不只一個時，通常稱額定起重量為最大起重量，或簡稱起重量。工廠實際應用基本要求額定起重量為4t，考慮起重機的載荷效率和疲勞強度，最大起重量系列的國際標準得：額定起重量Q=10t。 起升高度是指從地面或軌道頂面至取物裝置最高位置的鉛垂距離（吊鉤的鉤環(huán)中心），單位為米?？紤]起重機的作業(yè)要求和客戶要求，確定起升高度為：H=12m 橋式起重機大車運行軌道中心線之間的水平距離稱為跨度（L），小車運行軌道中心線之間的水平距離稱為軌距(l)。橋式起重機的跨度小于廠房跨度，根據(jù)廠房結構圖選定跨度為：L=22.5 m。 根據(jù)整機的結構尺寸及馬廠長多年的實際經(jīng)驗初選軌距為：l=2m。 起重機機構工作速度根據(jù)作業(yè)要求而定?？紤]到起重機的頻繁使用、起重量的大小和起升高度及客戶的要求，起升速度如下；額定運行速度是指運行機構電動機在額定轉速時取物裝置從最大幅度到最小幅度的平均線速度（m/min），也可用從最大幅度到最小幅度所需的變幅時間（s）表示?？紤]起重機的實際使用情況，得出各機構的工作速度如下： 起升機構：V1=8m/min 大車運行機構：V2=90m/min 小車運行機構：V3=40m/min 起重機在一定作業(yè)條件下，單位時間內(nèi)完成的物品作業(yè)量叫生產(chǎn)率。 生產(chǎn)率： P==3600Qe/Te×60％ （2.1） 參考書【1】式1-1-3 式中 Qe—起重量，Qe=10t； Te—作業(yè)循環(huán)周期， Te=（12/96＋19/48＋8/15）×60＋180=244s。 P=3600×10/244×60％=88.5t/h 2.7起重機的工作級別 確定起重機的工作級別是為了對起重機金屬結構和結構設計提供合理的基礎，為和客戶進行協(xié)商時提供一個參考范圍，它能使起重機勝任它需要完成的工作任務。由利用等級和載荷狀態(tài)兩個因素來確定起重機的工作級別。 起重機在有效壽命期間有一定的總工作循環(huán)數(shù)。起重機作業(yè)的工作循環(huán)是從準備起吊物品開始，到下一次起吊物品為止的整個作業(yè)過程。工作循環(huán)總數(shù)表征起重機的利用程度，它是起重機分級的基本參數(shù)之一。 工作循環(huán)總數(shù)： N=3600YDH/T （2.2） 參考書【1】式1-2-1 式中 Y—起重機的使用壽命得，Y=20年； D—起重機一年中的工作天數(shù)，D=300； H—起重機每天工作小時數(shù)H=24； T—起重機一個工作循環(huán)時間T=244s。 N=3600×20×300×24/244=2.1× 起重機的利用等級: U5。 載荷狀態(tài)是起重機分級的另一個基本參數(shù)，它表明起重機的主要機構——起升機構受載的輕重程度。因為無法獲得起重機在使用壽命期間起升載荷的次數(shù)和起升物品的質(zhì)量等數(shù)據(jù)，名義載荷譜系數(shù)=0.5。 確定起重機的利用等級和載荷狀態(tài)以后，確定起重機的整機工作級別。起重機整機的工作級別分為A1～A8八級。 按不同工作條件，得工作級別如下：整機：A5。 2.8計算載荷 為保證起重機安全正常工作，起重機本身應具備三個基本條件：（1）金屬結構和機械零部件應具有足夠的強度、剛度和抗扭曲能力；（2）整機具有必要的抗傾覆穩(wěn)定性；（3）原動機具有滿足作業(yè)性能要求的功率，制動裝置提供必需的制動轉距。起重機設計計算時，首先要確定載荷，載荷計算是起重機機械設計計算的基礎。 自重載荷是指起重機金屬結構、機構、動力或電氣設備，以及裝在起重機上的料倉、連續(xù)輸送機及相應的物料等質(zhì)量的重力（起升質(zhì)量的重力除外）。 1.起升沖擊系數(shù) 考慮物品起吊離地或下降制動時對起重機金屬結構的震動影響，在計算起重機金屬結構極其支承時，必須考慮起升沖擊系數(shù)。 起升沖擊系數(shù)為： =1±α （2.3） 參考書【6】 式中 0≤α≤0.1； 結構計算時，常取0.9≤≤1.1。 2.起重機的總質(zhì)量G 起重機的總質(zhì)量G（包括主梁、端梁、小車、大車、運行機構、司機室和電氣設備等） G=0.45Q＋0.82L （2.4） 參考書【1】式1-3-1 式中 Q—額定起重量（t），Q=10t； L—起重機跨度（m），L=22.5m； G=0.45×10＋0.82×22.5=22.95t 起重小車的質(zhì)量為： =0.4Q=0.4×10=4t （2.5） 參考書【1】式1-3-2 單根主梁自重： =7.3t （2.6） 參考書【16】圖26-7 起升載荷是指起升質(zhì)量的重力。起升質(zhì)量包括允許起升的最大物品、取物裝置（滑輪、吊鉤等）和其他隨同升降的設備質(zhì)量。 1.起升載荷動載系數(shù) 物品突然離地起升或下降制動時，對承載結構和傳動機構將產(chǎn)生附加的動載作用。 由起升速度νh =8m/min=0.13m/s＜0.2m/s，起升載荷動載系數(shù)： =＋β2（0.2-νh） （2.7） 參考書【6】 式中 β2—起升狀態(tài)級別系數(shù)，β2=0.6； —起升載荷最小動載系數(shù)，=1.1。 =1.1＋0.6×（0.2－0.13）=1.142 2.在不平軌道面運行產(chǎn)生的沖擊載荷和運行沖擊系數(shù) 起重機或起重小車運行時，由于軌道接頭間隙或高低錯位，會使運動的質(zhì)量在鉛垂方向產(chǎn)生沖擊作用。因此應將自重載荷和起升載荷乘以大于1的運行系數(shù)，以考慮這種垂直沖擊作用。 小車的運行速度v=40m/min=0.67m/s＜1m/s，小車運行沖擊系數(shù)為：。 同理，大車運行速度v=90m/min=1.5m/s＜2m/s，大車運行沖擊系數(shù)大為：。 3.機構起動（制動）產(chǎn)生的水平慣性載荷和運行慣性力 起重機或小車運行機構起升或制動時，起重機或小車的自身質(zhì)量以及起升質(zhì)量產(chǎn)生水平運行慣性力PH得： PH=ma≤Pad （2.8） 參考書【1】式1-3-14 式中 m—運行部分的質(zhì)量，m大=17.83t，m小=2t； a—起動（制動）加速度：a大=0.19m/s2，a小=0.13m/s2 —系數(shù)，平均取=1.5； Pad—驅(qū)動輪和鋼軌間的粘著力：Pad=μPZ； μ—車輪與軌道間滑動摩擦系數(shù)的平均值，μ=1/7； PZ—起重機主動車輪靜壓之和（N）； PH大=1.5×17.83×0.19=5.08t PH小=1.5×2×0.13=0.39t 2.9 材料 起重機的機構零件、金屬結構、連接件和附件均由黑色金屬、有色金屬和非金屬等材料加工制成。起重機機構零件一般由采用碳素結構鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼和低合金結構鋼的鍛件、壓制件、焊接件和鑄件作為坯件，經(jīng)機加工而成；起重機金屬結構使用的材料主要是鋼材。碳素結構鋼Q235是制造起重機金屬結構最常用的材料?？紤]到設計的起重機機構和結構的載荷狀態(tài)、利用等級、安全要求和經(jīng)濟合理等因素，和本廠的實際及材料的供應情況初步選定材料：Q235A和Q235B。 第3章 主梁計算 3.1說明 計算箱形雙梁橋式起重機的主梁時，一般應計算驅(qū)動側主梁和導電側主梁中的負載較大的一根梁，作為計算對象。為保證起重機安全、正常地工作，主梁應滿足強度、穩(wěn)定性和剛度的要求。強度和穩(wěn)定性要求是指主梁在載荷作用下產(chǎn)生的內(nèi)力不應超過主梁材料需用的承載能力，剛度要求是指主梁在載荷作用下產(chǎn)生的變形量不應超過許用的變形值以及主梁的自振周期不應超過許用的振動周期。從強度、穩(wěn)定性和剛度三方面進行設計計算，強度、穩(wěn)定性考慮的是應力，剛度考慮撓度（即變形）及自振周期。 主要參數(shù) 1.額定起重量：Q=10000kg 2.跨度：L=22.5m 3.工作級別：A5 4.起重機利用等級：U5 5.起升高度：12m 6.工作速度：主起升速度:V=8m/min 小車運行速度：V=40m/min 大車運行速度:V=90m/min 7.小車軌距：2m 8.大車走輪：4只，其中2只為驅(qū)動輪 技術要求： 1.主梁有上拱，跨中上拱度為（0.9/1000-1.4/1000）·S（S為跨度）；且最大上拱度應控制在跨中S/10的范圍內(nèi)。 2.主梁在水平方向產(chǎn)生的彎曲應不大于S1/