10t單梁橋式起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計【起重量100KN橋架跨度16.5m大車運(yùn)行速度90m-min起重機(jī)重量168KN小車的重量40KN橋架采用箱形結(jié)構(gòu)】【說明書+CAD】,起重量100KN,橋架跨度16.5m,大車運(yùn)行速度90m-min,起重機(jī)重量168KN,小車的重量40KN,橋架采用箱形結(jié)構(gòu),說明書+CAD,10,橋式起重機(jī),大車,運(yùn)行,機(jī)構(gòu),設(shè)計,起重,kn,跨度 橋式起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 摘 要：橋式起重機(jī)是一種工作性能比較穩(wěn)定，工作效率比較高的起重機(jī)。隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，橋式起重機(jī)越來越多的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。在工廠中搬運(yùn)重物，機(jī)床上下件，裝運(yùn)工作吊裝零部件，流水在線的定點(diǎn)工作等都要用到起重機(jī)。在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，綜述了橋式起重機(jī)的開發(fā)和研究成果,重點(diǎn)對橋式起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、端梁、主梁、焊縫及連接進(jìn)行設(shè)計并進(jìn)行強(qiáng)度核算,主要是進(jìn)行端梁的抗震性設(shè)計及強(qiáng)度計算和支承處的接觸應(yīng)力分析計計算過程。設(shè)計包括電動機(jī),減速器,聯(lián)軸器,軸承的選擇和校核。設(shè)計中參考了許多相關(guān)數(shù)據(jù), 運(yùn)用多種途徑, 利用現(xiàn)有的條件來完成設(shè)計。本次設(shè)計通過反復(fù)考慮多種設(shè)計方案, 認(rèn)真思考, 反復(fù)核算, 力求設(shè)計合理;通過采取計算機(jī)輔助設(shè)計方法以及參考他人的經(jīng)驗(yàn), 力求有所創(chuàng)新;通過計算機(jī)輔助設(shè)計方法, 繪圖和設(shè)計計算都充分發(fā)揮計算機(jī)的強(qiáng)大輔助功能, 力求設(shè)計高效。 關(guān)鍵詞:橋式起重機(jī),大車運(yùn)行機(jī)構(gòu),主梁;端梁;焊縫 The Design Of 10t Single Beam Bridge Crane Traveling Mechanism Abstract：Bridge crane is a kind of performance is stability, the working efficiency is relatively high crane. Along with the development of China's manufacturing industry,bridge crane is applied to industrial production more and more . Carrying heavy loads in factories , machine tool fluctuation pieces, shipping work on the assembly line for hoisting parts, the designated work with a crane.On the basis of literature review, summarized the bridge crane development and research results, focusing on bridge crane during operation organization, main beam,end beam weld and connection for design and the strength calculation; Mainly for the girders extent design and strength calculation and the support of contact stress analysis program in calculation. Design including motor, reducer, coupling, bearing choosing and chec- king. The design refer to many related information, reference to apply a variety of ways, make the existing conditions to complete design. By considering various design scheme repeatedly, thinking deeply,strive to design reasonable; By taking computer aided design method and reference the experience of others,strive to make innovation; Through computer aided design method, graphics and design calculations give full play to the powerful auxiliary function, computer to design efficient. Keywords: bridge crane; during operation organization; main beam; end beam; weld 1 緒論 1.1 起重機(jī)背景及其理論 橋式起重機(jī)是橋架在高架軌道上運(yùn)行的一種橋架型起重機(jī)，又稱天車。橋式起重機(jī)的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運(yùn)行，起重小車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運(yùn)行，構(gòu)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(yùn)物料，不受地面設(shè)備的阻礙。橋式起重機(jī)廣泛地應(yīng)用在室內(nèi)外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處。二十世紀(jì)以來，由于鋼鐵、機(jī)械制造業(yè)和鐵路、港口及交通運(yùn)輸業(yè)的的發(fā)展，促進(jìn)了起重運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展。對起重運(yùn)輸機(jī)械的性能也提出了更高的要求?，F(xiàn)代起重運(yùn)輸機(jī)械擔(dān)當(dāng)著繁重的物料搬運(yùn)任務(wù)，是工廠、鐵路、港口及其他部門實(shí)現(xiàn)物料搬運(yùn)機(jī)械化的關(guān)鍵。因而起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)都用優(yōu)質(zhì)鋼材制造，并用焊接代替鉚接，不僅簡化了結(jié)。縮短了工期，而且大大地減輕了自重，焊接結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代金屬結(jié)構(gòu)的特征。我國是應(yīng)用起重機(jī)械最早的國家之一，古代我們祖先采用杠桿及轱轆取水，就是用起重設(shè)備節(jié)省人力的例子。幾千年的封建統(tǒng)治年代，工業(yè)得不到發(fā)展，我國自行設(shè)計制造的起重機(jī)很少，絕大多數(shù)起重運(yùn)輸設(shè)備主要依靠進(jìn)口。解放以后，隨著冶金、鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，起重運(yùn)輸機(jī)械獲得了飛速的發(fā)展，全國剛解放就建立了全國最大的大連起重機(jī)械廠，1949 年10月，在該廠試制成功我國第一臺起重量為50 噸，跨度為22.5m 的橋式起重機(jī)。為培養(yǎng)起重運(yùn)輸機(jī)械專業(yè)的人才，在上海交通大學(xué)等多所高等工業(yè)學(xué)校中，創(chuàng)辦了起重運(yùn)輸機(jī)械專業(yè)。到目前為止，我國通用門式起重機(jī)和工程起重機(jī)已從過去的仿制渡到惡劣自行設(shè)計制造的階段。有些機(jī)種和產(chǎn)品，無論從結(jié)構(gòu)形式，還是性能指針都達(dá)到了較高水平。 1.2 實(shí)際意義 我國起重運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)從上世紀(jì)五六十年代開始建立并逐步發(fā)展壯大，并已形成了各種門類的產(chǎn)品范圍和龐大的企業(yè)群體，服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，起重運(yùn)輸機(jī)械制造業(yè)也取得了長足的進(jìn)步。2005 年起重運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)銷售額達(dá)到1272 億元，“十五”期間平均每年超過30%，2006 年依然保持著持續(xù)增長的態(tài)勢，目前的市場前景非常好。 70年代以來，起重機(jī)的類型、規(guī)格、性能和技術(shù)水準(zhǔn)獲得了很大的發(fā)展，除了滿足國內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)對起重機(jī)日益增長的需要外，還向國外出口各種類型的高性能、高水平的起重機(jī)。由此可見，起重機(jī)的設(shè)計制造，從一個側(cè)面反映惡劣一個國家的工業(yè)現(xiàn)代化水平。 1.3 研究現(xiàn)狀及存在問題 上個世界70 年代以來，隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，起重機(jī)械無論在品種及質(zhì)量上都得到了極其迅速的發(fā)展。隨著國名經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是國家加大基礎(chǔ)工程建設(shè)的結(jié)構(gòu)件和機(jī)器設(shè)備的重量也越來越大，特別是大型水電站、石油、化工、路橋、冶煉、航天以及公用民用高層建筑的安裝作業(yè)的迫切需要，極大的促進(jìn)了起重機(jī)、特別是大型起重機(jī)的發(fā)展，起重機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)得到了迅速發(fā)展。隨著起重機(jī)的使用頻率、起重量的增大，對其安全性能、經(jīng)濟(jì)性能、效率及耐久性性等問題，也越來越引起人們的重視，并對設(shè)計理念、方法及手段的探討也日趨深入。由于在起重機(jī)設(shè)計中采取常規(guī)設(shè)計方法時，許多構(gòu)件存在不合理性，進(jìn)而影響整個設(shè)備性能。計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用在很大范圍內(nèi)解決了起重機(jī)的設(shè)計問題，尤其是有限元分析方法與 計算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，為起重機(jī)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確分析提供了強(qiáng)力的有效手段，在實(shí)際工程已日益普及，且今后的結(jié)構(gòu)分析從孤立的單獨(dú)構(gòu)件轉(zhuǎn)變到結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體空間分析。 1.4 起重機(jī)國內(nèi)與國外發(fā)展動向 起重機(jī)作為一種古老的機(jī)械，時至今日，在其承載結(jié)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、取物裝置、控制系統(tǒng)及安全裝置等各方面都有了很大的發(fā)展，其設(shè)計理論、制造工藝、檢測手段等都逐漸趨于完善和規(guī)范化，并已經(jīng)成為一種較完善的機(jī)械。但由于生產(chǎn)發(fā)展提出新的使用要求，起重機(jī)的種類、形式也需要相應(yīng)地發(fā)展和創(chuàng)新，性能參數(shù)也需要不斷變化與究善。由于現(xiàn)代化設(shè)計方法的建立和計算機(jī)輔助設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計手段的應(yīng)用，使起重機(jī)設(shè)計思維觀念和方法有了進(jìn)一步的更新，其它技術(shù)領(lǐng)域和相鄰工業(yè)部門不斷取得的新科技成果在起重機(jī)上的滲透、推廣應(yīng)用等，更使起重機(jī)的各方面不斷地豐富更新。因此，起重機(jī)將向現(xiàn)代化、智慧化、更安全 可靠方便的方向發(fā)展。 1.4.1 國內(nèi)橋式起重機(jī)發(fā)展動向 加入世貿(mào)組織后，雖然國內(nèi)市場(特別是配套件)將受到較大沖擊，但同時也給我們帶來新技術(shù)的應(yīng)用，使國內(nèi)主機(jī)和配套件企業(yè)更清晰認(rèn)識到差距，更多地了解國產(chǎn)產(chǎn)品存在的致命問題，必將引導(dǎo)主機(jī)和配套件企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步。國內(nèi)工程機(jī)械產(chǎn)品近十年來隨著技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收，有了長足的進(jìn)步，產(chǎn)品性能、可靠性、外觀都有較大幅度的提高，但同國外工程機(jī)械比較來看，還存在較大差距，就工程起重機(jī)而言，今后的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個方面： （1）整機(jī)性能，由于先進(jìn)技術(shù)和新材料的應(yīng)用,同種型號的產(chǎn)品，整機(jī)重量要輕20%左右。隨著結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用和先進(jìn)設(shè)備的使用,結(jié)構(gòu)形式更加合理 （2）高性能、高可靠性的配套件,選擇余地大、適應(yīng)性好,性能得到充分發(fā)揮 （3）電液比例控制系統(tǒng)和智能控制顯示系統(tǒng)的推廣應(yīng)用 （4）操作更方便、舒適、安全、保護(hù)裝置更加完善 （5）向吊重量大、起升高度、幅度更大的大噸位方向發(fā)展。 1.4.2 國外起重機(jī)的發(fā)展動向 （1）重點(diǎn)產(chǎn)品大型化，高速化和專用化。 由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運(yùn)費(fèi)用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機(jī)的需求量不斷增長，起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。目前世界上最大的履帶起重機(jī)起重量3000t，最大的橋式起重機(jī)起生日一1200t，集裝箱岸連裝卸橋小車的最大運(yùn)行速度已達(dá)350m/min，堆垛起重機(jī)級最大運(yùn)行速度240m/min，垃圾處理用起重機(jī)的起升速度達(dá)100m/min。 （2）系列產(chǎn)品模塊化、組合化和標(biāo)準(zhǔn)化 用模塊化設(shè)計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機(jī)設(shè)計方法，將起重機(jī)上功能基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標(biāo)準(zhǔn)模塊，通過不同模塊的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機(jī)。 （3）通用產(chǎn)品小型化、輕型化和多樣化 有相當(dāng)批量的起重機(jī)是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機(jī)批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機(jī)盡量降低外形高度，簡化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，整個建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價。 （4）產(chǎn)品性能自動化、智能化和數(shù)字化 起重機(jī)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(jìn)。將機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的自動化和智能化。大型高效起重機(jī)新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。 （5）產(chǎn)品組合成套化、集成化和柔性化 在起重機(jī)單機(jī)自動化的基礎(chǔ)上，通過計算機(jī)把各種起重運(yùn)輸機(jī)械組成一個物料搬運(yùn)集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，與生產(chǎn)設(shè)備有機(jī)結(jié)合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。 （6）產(chǎn)品構(gòu)造新型化、美觀化和實(shí)用化 結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材和異形鋼、減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種高強(qiáng)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。 1.5 橋式起重機(jī)設(shè)計的總體方案 1.5 .1 主梁和橋架的設(shè)計 主梁跨度16.5m ,主要構(gòu)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(yùn)行機(jī)構(gòu)的平面尺寸,司機(jī)室采用閉式一側(cè)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。 1.5.2 端梁的設(shè)計 端梁采用箱型的實(shí)體板梁式結(jié)構(gòu)，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??通常把端梁制成分成三個分段,端梁是由兩段通過連接板和角鋼用高強(qiáng)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(yùn)行采用分別驅(qū)動的方案。在裝配起重機(jī)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。下面對主梁,端梁,橋架進(jìn)行詳細(xì)計算和校核。 2 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計 2.1 設(shè)計的基本原則和要求 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計通常和橋架的設(shè)計一起考慮，兩者的設(shè)計工作要交叉進(jìn)行，一般的設(shè)計步驟： 1）確定橋架結(jié)構(gòu)的形式和大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的傳方式 2）布置橋架的結(jié)構(gòu)尺寸 3）安排大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的具體位置和尺寸 4）綜合考慮二者的關(guān)系和完成部分的設(shè)計 對大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本要求是： 1）機(jī)構(gòu)要緊湊，重量要輕 2）和橋架配合要合適，這樣橋架設(shè)計容易，機(jī)構(gòu)好布置 3）盡量減輕主梁的扭轉(zhuǎn)載荷，不影響橋架剛度 4）維修檢修方便，機(jī)構(gòu)布置合理 2.1.1 機(jī)構(gòu)傳動方案 大車機(jī)構(gòu)傳動方案，基本分為兩類： 分別傳動和集中傳動，橋式起重機(jī)常用的跨度（10.5-32M）范圍均可用分別傳動的方案本設(shè)計采用分別傳動的方案。 2.1.2 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體布置的主要問題： （1）聯(lián)軸器的選擇 （2）軸承位置的安排 （3）軸長度的確定 這三著是互相聯(lián)系的。在具體布置大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的零部件時應(yīng)該注意以幾點(diǎn)： （1）因?yàn)榇筌囘\(yùn)行機(jī)構(gòu)要安裝在起重機(jī)橋架上，橋架的運(yùn)行速度很高，而且受載之后向下?lián)锨?，機(jī)構(gòu)零部件在橋架上的安裝可能不十分準(zhǔn)確，所以如果單從保持機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性能和補(bǔ)償安裝的不準(zhǔn)確性著眼，凡是靠近電動機(jī)、減速器和車輪的軸，最好都用浮動軸。 （2）為了減少主梁的扭轉(zhuǎn)載荷，應(yīng)該使機(jī)構(gòu)零件盡量靠近主梁而遠(yuǎn)離走臺欄桿；盡量靠近端梁，使端梁能直接支撐一部分零部件的重量。 （3）對于分別傳動的大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該參考現(xiàn)有的資料，在浮動軸有足夠的長度的條件下，使安裝運(yùn)行機(jī)構(gòu)的平臺減小，占用橋架的一個節(jié)間到兩個節(jié)間的長度，總之考慮到橋架的設(shè)計和制造方便。 （4）制動器要安裝在靠近電動機(jī)，使浮動軸可以在運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動時發(fā)揮吸收沖擊動能的作用。 2.2 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的計算 已知數(shù)據(jù)： 起重機(jī)的起重量Q=100KN，橋架跨度L=16.5m，大車運(yùn)行速度Vdc=90m/min，工作類型為中級，機(jī)構(gòu)運(yùn)行持續(xù)率為JC%=25，起重機(jī)的估計重量G=168KN，小車的重量為Gxc=40KN，橋架采用箱形結(jié)構(gòu)。 計算過程如下： 2.2.1 確定機(jī)構(gòu)的傳動方案 本起重機(jī)采用分別傳動的方案如圖1 1—電動機(jī) 2—制動器 3—高速浮動軸 4—聯(lián)軸器 5—減速器 6—聯(lián)軸器 7低速浮動軸 8—聯(lián)軸器 9—車輪 圖1 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu) Fig.1 Crane traveling mechanism 2.2.2 選擇車輪與軌道，并驗(yàn)算其強(qiáng)度 按照如圖所示的重量分布，計算大車的最大輪壓和最小輪壓： 滿載時的最大輪壓： Pmax = （1） = =95.6KN 空載時最大輪壓： P‘max= = =50.2KN 空載時最小輪壓： P‘min = （2） = =33.8KN 式中的e為主鉤中心線離端梁的中心線的最小距離e=1.5m 載荷率：Q/G=100/168=0.595 由[1]表19-6選擇車輪：當(dāng)運(yùn)行速度為Vdc=60-90m/min，Q/G=0.595時工作類型為中級時，車輪直徑Dc=500mm，軌道為P38的許用輪壓為150KN，故可用。 （1）疲勞強(qiáng)度的計算 疲勞強(qiáng)度計算時的等效載荷： Qd=Φ2·Q=0.6*100000=60000N 式中Φ2—等效系數(shù)，由[1]表4-8查得Φ2=0.6 車論的計算輪壓： Pj= KCI· r ·Pd （3） =1.05×0.89×77450 =72380N 式中：Pd—車輪的等效輪壓 Pd = = =77450N r—載荷變化系數(shù)，查[1]表19-2，當(dāng)Qd/G=0.357時，r=0.89，Kc1—沖擊系數(shù)，查[1]表19-1。第一種載荷當(dāng)運(yùn)行速度為V=1.5m/s時，Kc1=1.05 根據(jù)點(diǎn)接觸情況計算疲勞接觸應(yīng)力： sj=4000 （4） =4000 =13555Kg/cm2 sj =135550N/cm2 式中r-軌頂弧形半徑，由[3]附錄22查得r=300mm，對于車輪材料ZG55II，當(dāng)HB>320時，[sjd] =160000-200000N/cm2，因此滿足疲勞強(qiáng)度計算。 （2）強(qiáng)度校核 最大輪壓的計算： Pjmax=KcII·Pmax （5） =1.1×95600 =105160N 式中KcII-沖擊系數(shù)，由[3]表2-7第II類載荷KcII=1.1 按點(diǎn)接觸情況進(jìn)行強(qiáng)度校核的接觸應(yīng)力：4 jmax= （6） = =15353Kg/cm2 jmax =153530N/cm2 車輪采用ZG55II，查[1]表19-3得，HB>320時， [j]=240000-300000N/cm2，jmax < [j]。故強(qiáng)度足夠。 2.2.3 運(yùn)行阻力計算 摩擦總阻力距 Mm=β（Q+G）（K+μ*d/2） （7） 由[1]表19-4 Dc=500mm車輪的軸承型號為：22220K， 軸承內(nèi)徑和外徑的平均值為：（100+180）/2=140mm。 由[1]中表9-2到表9-4查得：滾動摩擦系數(shù)K=0.0006m，軸承摩擦系數(shù)μ=0.02，附加阻力系數(shù)β=1.5，代入上式中： 當(dāng)滿載時的運(yùn)行阻力矩： Mm（Q=Q）= Mm(Q=Q)=b(Q+G)( k +m) =1.5（100000+168000）×（0.0006+0.02×0.14/2） =804N·m 運(yùn)行摩擦阻力： Pm（Q=Q）== （8） =3216N 空載時： Mm（Q=0）=β×G×（K+μd/2） =1.5×168000×（0.0006+0.02×0.14/2） =504N P m（Q=0） = Mm（Q=0）/（Dc/2） =504×2/0.5 =2016N 2.2.4 選擇電動機(jī) 電動機(jī)靜功率： Nj=Pj·Vdc/（60·m· ） （9） =3216×90/60/0.95/2=2.54KW 式中Pj=Pm（Q=Q）(P m（Q=0）=2016N)—滿載運(yùn)行時的靜阻力，m=2驅(qū)動電動機(jī)的臺數(shù) 初選電動機(jī)功率： N=Kd*Nj=1.3*2.54=3.3KW 式中Kd-電動機(jī)功率增大系數(shù)，由[1]表9-6查得Kd=1.3，查[2]表31-27選用電動機(jī)YR160M-8；Ne=4KW，n1=705r/min，（GD2）=0.567kg/m2，電動機(jī)的重量Gd=160kg 2.2.5 驗(yàn)算電動機(jī)的發(fā)熱功率條件 等效功率： Nx=K25·r·Nj （10） =0.75×1.3×2.54 =2.48KW 式中K25—工作類型系數(shù)，由[1]表8-16查得當(dāng)JC%=25時，K25=0.75，r—由[1]按照起重機(jī)工作場所得tq/tg=0.25，由[1]圖8-37估得r=1.3 由此可知：NxN,故所選減速器功率合適。 2.2.10 驗(yàn)算啟動不打滑條件 由于起重機(jī)室內(nèi)使用,故坡度阻力及風(fēng)阻力不考慮在內(nèi).以下按三種情況計算. （1）兩臺電動機(jī)空載時同時驅(qū)動： n=>nz （18） 式中 p1= =33.8+50.2=84KN---主動輪輪壓 p2= p1=84KN----------從動輪輪壓 f=0.2---------------粘著系數(shù)(室內(nèi)工作) nz—防止打滑的安全系數(shù).nz1.05~1.2 n = =2.97 n>nz,故兩臺電動機(jī)空載啟動不會打滑 （2）事故狀態(tài) 當(dāng)只有一個驅(qū)動裝置工作,而無載小車位于工作著的驅(qū)動裝置這一邊時,則 n=nz 式中p1==50.2KN----主動輪輪壓 p2=2+ =2×33.8+50.2=117.8KN---從動輪輪壓 ---一臺電動機(jī)工作時空載啟動時間 = =13.47 s n= =2.94 n>nz,故不打滑. （3）事故狀態(tài) 當(dāng)只有一個驅(qū)動裝置工作,而無載小車遠(yuǎn)離工作著的驅(qū)動裝置這一邊時,則 n=nz 式中P1==33.8KN---主動輪輪壓 P2 =2=33.8+2*50.2=134.2KN---從動輪輪壓 = 13.47 S —與第(2)種工況相同 n= =1.89 故也不會打滑 結(jié)論:根據(jù)上述不打滑驗(yàn)算結(jié)果可知,三種工況均不會打滑 2.2.11 選擇制動器 由[1]中所述,取制動時間tz=5s 按空載計算動力矩,令Q=0,得: Mz= （19） 式中 = =-19.2N·m Pp=0.002G=168000×0.002=336N Pmin=G ==1344N M=2----制動器臺數(shù).兩套驅(qū)動裝置工作 Mz= =41.2 N·m 現(xiàn)選用兩臺YWZ-200/25的制動器，查[1]表18-10其制動力矩M=200 N·m，為避免打滑，使用時將其制動力矩調(diào)制3.5 N·m以下。 2.2.12 選擇聯(lián)軸器 根據(jù)傳動方案,每套機(jī)構(gòu)的高速軸和低速軸都采用浮動軸. （1）機(jī)構(gòu)高速軸上的計算扭矩： ==110.6×1.4=154.8 N·m （20） 式中MI—連軸器的等效力矩. MI==2×55.3=110.6 N·m —等效系數(shù) 取=2查[2]表2-7 Mel=9.75*=55.3 N·m 由[2]表33-20查的:電動機(jī)Y160M1-8,軸端為圓柱形,d1=48mm,L=110mm;由[2]19-5查得ZLZ-160-12.5-iv的減速器,高速軸端為d=32mm,l=58mm,故在靠電機(jī)端從由表[2]選聯(lián)軸器ZLL2（浮動軸端d=40mm;[MI]=630N·m,(GD2)ZL=0.063Kg·m,重量G=12.6Kg） ；在靠近減速器端，由[2]選用兩個聯(lián)軸器ZLD，在靠近減速器端浮動軸端直徑為d=32mm;[MI]=630 N·m, (GD2)L=0.015Kg·m, 重量G=8.6Kg. 高速軸上轉(zhuǎn)動零件的飛輪矩之和為： (GD2)ZL+(GD2)L=0.063+0.015=0.078 Kg·m 與原估算的基本相符，故不需要再算。 （2）低速軸的計算扭矩： =154.8×15.75×0.95=2316.2 N·m 2.2.13 浮動軸的驗(yàn)算 （1）疲勞強(qiáng)度的計算 低速浮動軸的等效力矩： MI=Ψ1?Mel?i =1.4×55.3×12.5×0.95=919.4N?m 式中Ψ1—等效系數(shù)，由[2]表2-7查得Ψ1=1.4 由上節(jié)已取得浮動軸端直徑D=40mm，故其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為： N/cm2 （21） 由于浮動軸載荷變化為循環(huán)（因?yàn)楦虞S在運(yùn)行過程中正反轉(zhuǎn)矩相同），所以許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為： （22） =4910 N/cm2 式中，材料用45號鋼，取sb=60000 N/cm2; ss=30000N/cm2,則t-1=0.22sb=0.22×60000=13200N/cm2；ts=0.6ss=0.6×30000=18000N/cm2 K=KxKm=1.6×1.2=1.92 考慮零件的幾何形狀表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)Kx=1.6，Km=1.2，nI=1.4—安全系數(shù)，由[2]表2-21查得tn<[t-1k] 故疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算通過。 （2）靜強(qiáng)度的計算 計算強(qiáng)度扭矩： Mmax=Ψ2?Mel?I （23） =2.5×55.3×12.5×0.95=1641.7 N?m 式中Ψ2—動力系數(shù)，查[2]表2-5的Ψ2=2.5 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： t==3800N/cm2 許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力： N/cm2 t<[t]II,故強(qiáng)度驗(yàn)算通過。 高速軸所受扭矩雖比低速軸小，但強(qiáng)度還是足夠，故高速軸驗(yàn)算省去。 2.2.14 緩沖器的選擇 （1）碰撞時起重機(jī)的動能 W動= （24） G—帶載起重機(jī)的重量G=168000+100000×0.1 =178000N V0—碰撞時的瞬時速度，V0=（0.3～0.7）Vdx g—重力加速度取10m/s2 則W動= =5006.25 N m （1）緩沖行程內(nèi)由運(yùn)行阻力和制動力消耗的功 W阻=（P摩+P制）S 式中P摩—運(yùn)行阻力，其最小值為 Pmin=Gf0min=178000×0.008=1424N f0min—最小摩擦阻力系數(shù)可取f0min=0.008 P制—制動器的制動力矩?fù)Q算到車輪踏面上的力，亦可按最大制動減速度計算 P制 ==17800×0.55=9790N =0.55 m /s2 S—緩沖行程取S=140 mm 因此W阻=（1424+9790）×0.14=1569.96N·m （3）緩沖器的緩沖容量 一個緩沖器要吸收的能量也就是緩沖器應(yīng)該具有的緩沖容量為： （25） =5006.25-1569.96 =3436.29 N·m 式中 n—緩沖器的個數(shù) 取n=1 由[1]表22-3選擇彈簧緩沖器彈簧D=120mm，d=30mm 3 端梁的設(shè)計 3.1 端梁的尺寸的確定 3.1.1端梁的截面尺寸 （1）端梁截面尺寸的確定： 上蓋板d1=10mm, 中部下蓋板d1=10 mm 頭部下蓋板d2=12mm 按照[1]表19-4直徑為500mm的車輪組尺寸，確定端梁蓋板寬度和腹板的高度時，首先應(yīng)該配置好支承車輪的截面，其次再確定端梁中間截面的尺寸。配置的結(jié)果，車輪輪緣距上蓋板底面為25mm;車輪兩側(cè)面距離支承處兩下蓋板內(nèi)邊為10 mm，因此車輪與端梁不容易相碰撞；并且端梁中部下蓋板與軌道便的距離為55 mm。如圖示2 圖2 端梁的截面尺寸 Fig.2 End of beam cross sectio 36 3.1.2 端梁總體的尺寸 大車輪距的確定：K=（～）L=（～）×16.5=2.06～3.3m 取K=3300㎜ 端梁的高度 H0=（0.4～0.6）H 主取H0=500㎜ 確定端梁的總長度L=4100㎜ 3.2 端梁的計算 （1）計算載荷的確定 設(shè)兩根主梁對端梁的作用力Q(G+P)max相等，則端梁的最大支反力： RA= （26） 式中 K—大車輪距，K=330cm Lxc—小車輪距，Lxc=200cm a2—傳動側(cè)車輪軸線至主梁中心線的距離，取a2=70 cm =114237N 因此RA= =117699N （2）端梁垂直最大彎矩 端梁在主梁支反力作用下產(chǎn)生的最大彎矩為： Mzmax=RAa1=117699×60=7.06×106N a1—導(dǎo)電側(cè)車輪軸線至主梁中心線的距離，a1=60 cm。 （3）端梁的水平最大彎矩 端梁因車輪在側(cè)向載荷下產(chǎn)生的最大水平彎矩： =Sa1 （27） 式中：S—車輪側(cè)向載荷，S=lP； l—側(cè)壓系數(shù)，由圖2-3查得，l=0.08； P—車輪輪壓，即端梁的支反力P=RA 因此： =lRAa1 =0.08×117699×60=564954N·cm 端梁因小車在起動、制動慣性載荷作用下而產(chǎn)生的最大水平彎矩： =a1 （28） 式中—小車的慣性載荷：= P1=37000/7=5290N 因此： ==327018N·cm 比較和兩值可知，應(yīng)該取其中較大值進(jìn)行強(qiáng)度計算。 (4)端梁的強(qiáng)度驗(yàn)算 端梁中間截面對水平重心線X-X的截面模數(shù)： （29） ==2380.8 端梁中間截面對水平重心線X-X的慣性矩： （30） =2380.8 =59520 端梁中間截面對垂直重心線Y-Y的截面模數(shù)： （31） =1154.4 端梁中間截面對水平重心線X-X的半面積矩： （32） ==1325.6 端梁中間截面的最大彎曲應(yīng)力： （33） ==2965+489=3454N/cm2 端梁中間截面的剪應(yīng)力： （34） ==2120 N/cm2 端梁支承截面對水平重心線X-X的慣性矩、截面模數(shù)及面積矩的計算如下： 首先求水平重心線的位置 水平重心線距上蓋板中線的距離： C1= =5.74 cm 水平重心線距腹板中線的距離： C2=5.74-0.5-0.5×12.7 =-1.11 cm 水平重心線距下蓋板中線的距離： C3=（12.7+0.5+0.6）-5.74 =8.06cm 端梁支承截面對水平重心線X-X的慣性矩： =×40×13+40×1×5.742+2××12.73×0.6+2×12.7×0.6×1.112+2×11×1.23+2×11×1.2×8.062=3297cm4 端梁支承截面對水平重心線X-X的最小截面模數(shù)： =× （35） =3297× =406.1 cm3 端梁支承截面水平重心線X-X下部半面積矩： =2×11×1.2×8.06+（8.06-0.6）×0.6×（8.06-0.6）/2 =229.5 cm3 端梁支承截面附近的彎矩： =RAd=117699×14=1647786N·cm 端梁支承截面的彎曲應(yīng)力： （36） =4057.6N/cm2 端梁支承截面的剪應(yīng)力： （37） =6827.4 N/cm2 端梁支承截面的合成應(yīng)力： （38） =12501.5 N/cm2 端梁材料的許用應(yīng)力： [sd]II=(0.80～0.85) [s]II =(0.80～0.85)16000=12800～13600 N/cm2 [td]II=(0.80～0.85) [t]II = (0.80～0.85)9500 =7600～8070 N/cm2 驗(yàn)算強(qiáng)度結(jié)果，所有計算應(yīng)力均小于材料的許用應(yīng)力，故端梁的強(qiáng)度滿足要求。 3.3 主要焊縫的計算 3.3.1 端梁端部上翼緣焊縫 端梁支承截面上蓋板對水平重心線X-X的截面積矩： =40×1×5.74=229.6 cm3 端梁上蓋板翼緣焊縫的剪應(yīng)力： =4878.8 N/cm2 式中n1—上蓋板翼緣焊縫數(shù)； hf—焊肉的高度，取hf=0.6 cm 3.3.2 下蓋板翼緣焊縫的剪應(yīng)力驗(yàn)算 端梁支承截面下蓋板對水平重心線X-X的面積矩： =2×12×1.2×8.06=232.128 cm3 端梁下蓋板翼緣焊縫的剪應(yīng)力： =4929.8 N/cm2 由[1]表查得[t]=9500 N/cm2，因此焊縫計算應(yīng)力滿足要求。 4 端梁接頭的設(shè)計 圖3(a) 圖3(b)連接板和角鋼連接 Fig.3（a）（b）The connecting plate and the angle steel connection 4.1 端梁接頭的確定及計算 端梁的安裝接頭設(shè)計在端梁的中部，根據(jù)端梁輪距K大小，則端梁有一個安裝接頭。端梁的街頭的上蓋板和腹板焊有角鋼做的連接法蘭，下蓋板的接頭用連接板和受剪切的螺栓連接。頂部的角鋼是頂緊的，其連接螺栓基本不受力。同時在下蓋板與連接板鉆孔是應(yīng)該同時鉆孔。 如下圖為接頭的安裝圖 下蓋板與連接板的連接采用M18的螺栓，而角鋼與腹板和上蓋板的連接采用M16的螺栓。 4.1.1 腹板和下蓋板螺栓受力計算 （1）腹板最下一排螺栓受力最大，每個螺栓所受的拉力為： N拉= （39） = =12500N （2）下腹板每個螺栓所受的剪力相等，其值為： N剪= （40） = =7200N 式中n0—下蓋板一端總受剪面數(shù)；n0=12 N剪 —下蓋板一個螺栓受剪面所受的剪力： n—一側(cè)腹板受拉螺栓總數(shù)；n=12 d1—腹板上連接螺栓的直徑（靜截面） d0—下腹板連接螺栓的直徑；d1=16mm H—梁高；H=500 mm M—連接處的垂直彎矩；M=7.06×106 其余的尺寸如圖4示 圖4 腹板其余尺寸 Fig .4 Web remaining dimensions 4.1.2 上蓋板和腹板角鋼的連接焊縫受力計算 （1） 上蓋板角鋼連接焊縫受剪，其值為： Q= （41） ==172500N （2）腹板角鋼的連接焊縫同時受拉和受彎，其值分別為： N腹= = =43100N M腹= ==2843000Nmm 4.2 計算螺栓和焊縫的強(qiáng)度 4.2.1 螺栓的強(qiáng)度校核 （1）精制螺栓的許用抗剪承載力： [N剪]= （42） = =103007.7N （2）螺栓的許用抗拉承載力 [N拉]= （43） ==27129.6N 式中[t]=13500N/cm2 [s]=13500N/cm2 由[1]表25-5查得。由于N拉<[N拉] ,N剪<[N剪] 則有所選的螺栓符合強(qiáng)度要求 4.2.2 焊縫的強(qiáng)度校核 （1）對腹板由彎矩M產(chǎn)生的焊縫最大剪應(yīng)力： tM===15458.7N/ cm2 式中—I≈ =395.4 ——焊縫的慣性矩 其余尺寸見圖5 圖5 焊縫其余尺寸 Fig.5 The size of weld （2）由剪力Q產(chǎn)生的焊縫剪應(yīng)力： tQ= ==4427.7N/ cm2 折算剪應(yīng)力： t== =16079.6 N/ cm2<[t]=17000 N/ cm2 [t]由[1]表25-3查得 式中h—焊縫的計算厚度取h=6mm 3.對上角鋼的焊縫 t===211.5 N/ cm2<[t] 由上計算符合要求。 5 焊接工藝設(shè)計 對橋式起重機(jī)來說，其橋架結(jié)構(gòu)主要是由很多鋼板通過焊接的方法連接在一起，焊接的工藝的正確與否直接影響橋式起重機(jī)的力學(xué)性能和壽命。 角焊縫常用的確定焊角高度的方法 圖6 圖6 焊角高度 Fig.6 Welding angle 角焊縫最小厚度為：a≥0.3dmax+1，dmax為焊接件的較大厚度，但焊縫最小厚度不小于4mm，當(dāng)焊接件的厚度小于4mm時，焊縫厚度與焊接件的厚度相同。 角焊縫的厚度還不應(yīng)該大于較薄焊接件的厚度的1.2倍，即: a≤1.2dmin 按照以上的計算方法可以確定端梁橋架焊接的焊角高度a=6mm. 在端梁橋架連接過程中均采用手工電弧焊，在焊接的過程中焊縫的布置很關(guān)鍵，橋架的焊縫有很多地方密集交叉在設(shè)計時應(yīng)該避免如圖7（a）、7（b）示 圖7(a) 圖7(b) 焊縫位置 Fig.7 Position of welding 定位板和彎板的焊接時候，由于定位板起導(dǎo)向作用，在焊接時要特別注意，焊角高度不能太高，否則車輪組在和端梁裝配的時，車輪組不能從正確位置導(dǎo)入，焊接中采用E5015（J507）焊條，焊條直徑d=3.2mm,焊接電流160A,焊角高度最大4㎜。 如圖8位彎板和定位板的焊接 角鋼和腹板、上蓋板的焊接采用的是搭接的方法，在焊好后再將兩段端梁拼在一塊進(jìn)行鉆孔。由于所用的板材厚度大部分都小于10mm ,在焊接過程中都不開坡口進(jìn)行焊接。 圖8 定位板焊接 Fig.8 The positioning plate welding 主要焊縫的焊接過程如下表： 表1主要焊縫的焊接過程 Table 1 The main welding process 焊接順序 焊接名稱 焊接方法 接頭形式 焊接工藝 1 小筋板—腹板 手工電弧焊 雙面 角接 不開坡口，采用E5015（J507）焊條，焊條直徑d=4mm,焊接電流160～210A 2 筋板—腹板 手工電弧焊 雙面 角接 同上 3 端面板—腹板 手工電弧焊 雙面 角接 同上 續(xù)表1 焊接順序 焊接名稱 焊接方法 接頭形式 焊接工藝 4 定位板—彎板 手工電弧焊 搭接 不開坡口，采用E5015（J507）焊條，焊條直徑d=3.2mm,焊接電流160A 彎板—腹板 手工電弧焊 雙面 角接 不開坡口，采用E5015（J507）焊條，焊條直徑d=4mm,焊接電流160～210A 5 角鋼—腹板 手工電弧焊 搭接 同上 角鋼—上蓋板 手工電弧焊 搭接 同上 6 腹板—大筋板 手工電弧焊 角接 同上 7 下蓋板—腹板 手工電弧焊 雙面 角接 同上 8 大筋板—下蓋板 手工電弧焊 角接 同上 9 上蓋板—腹板 手工電弧焊 角接 同上 10 大筋板—上蓋板 手工電弧焊 角接 同上 總 結(jié) 經(jīng)過三個多月的努力，我終于完成了10t 橋式起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)及整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在前期的設(shè)計計算過程中，復(fù)習(xí)了以前所學(xué)的所有知識，并對其進(jìn)行了鞏固。然后用CAD繪圖使我更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)了CAD的使用方法，掌握了更多的技巧,尤其是快捷鍵的應(yīng)用。通過我不斷的查閱資料，不懈的努力,逐漸從對起重機(jī)了解的模糊到熟悉，并最終展現(xiàn)在圖紙上。為了做好這次畢業(yè)設(shè)計，我查閱了很多資料,發(fā)現(xiàn)發(fā)達(dá)國家的起重機(jī)現(xiàn)代管理狀況是強(qiáng)調(diào)理論性、科學(xué)性、全面性、經(jīng)濟(jì)性、綜合性、生產(chǎn)性和全員性。我國起重機(jī)管理現(xiàn)狀正處在傳統(tǒng)管理向現(xiàn)代化管理過渡的階段。我國起重機(jī)管理現(xiàn)狀中存在著技術(shù)管理與經(jīng)濟(jì)管理相脫離的現(xiàn)象。有些只重視技術(shù)管理、忽視經(jīng)濟(jì)管理，隨著企業(yè)經(jīng)營機(jī)制的轉(zhuǎn)換與社會觀念的變革，目前已有所改進(jìn),尤其以港口、冶金部門起重機(jī)管理的步伐扭轉(zhuǎn)較快。對起重機(jī)進(jìn)行術(shù)、組織、經(jīng)濟(jì)等方面的綜合管理，在技術(shù)方面、把機(jī)械、電氣、電子、化學(xué)、環(huán)保、安全、人機(jī)學(xué)等專門科學(xué)技術(shù)橫向聯(lián)系起來研究,在組織方面運(yùn)用管理工程、系統(tǒng)工程、價值工程、質(zhì)量控制管理方法，在經(jīng)濟(jì)性方面周密計算與起重機(jī)、人員、物質(zhì)有關(guān)的各種經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。此次畢業(yè)設(shè)計將使我受益終身，對我以后工作和學(xué)習(xí)奠下重要的理論知識基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)同時讓我明白了只有認(rèn)真仔細(xì)計才能做出優(yōu)秀的成果。 參考文獻(xiàn) [1] 起重機(jī)設(shè)計手冊 《起重機(jī)設(shè)計手冊》編寫組，機(jī)械工業(yè)出版社，1980 [2] 機(jī)械設(shè)計師手冊 吳宗澤主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2002 [3] 起重機(jī)課程設(shè)計 北京鋼鐵學(xué)院編，冶金工業(yè)出版社，1982 [4] 焊接手冊 中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會編，機(jī)械工業(yè)出版社，1992 [5徐灝等.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000:112-120. [6]鄭提,唐可洪.機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997：26-30. [7]張建中. 機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計. 中國礦業(yè)大學(xué)出版社, 2005.2 [8]龔湘義.哈爾濱工業(yè)大學(xué). 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計圖冊.第三版. 高等教育出版社, 2004.1 [9]龔湘義. 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書. 第二版.高等教育出版社,2004.4 [10]孫昭文，楊惠蘭.畫法幾何及機(jī)械制圖習(xí)題集 天津科學(xué)技術(shù)出版社,1993:50-60. [11]濮良貴 ,記名剛.機(jī)械設(shè)計[M].北京:高等教育出版社,2003:68-75. [12] 張質(zhì)文.王金諾.虞和謙等.起重機(jī)設(shè)計手冊[M].北京??中國鐵道出版社??1998 [13] 陳道南. 起重運(yùn)輸機(jī)械[M].北京，冶金工業(yè)出版社，1997 [14] 陳道南.盛漢中.起重機(jī)課程設(shè)計[M].北京，冶金工業(yè)出版社，1993 [15] 東北工學(xué)院?機(jī)械零件設(shè)計手冊?編寫組.機(jī)械零件設(shè)計手冊，第二版.冶金工業(yè)出版社，1987 [16] 中華人民共和國國