5T工業(yè)行車(chē)橫梁設(shè)計(jì)論文

5T工業(yè)行車(chē)橫梁設(shè)計(jì) 摘要： 本設(shè)計(jì)參考 QD5200/50T 釣鉤式起重機(jī)。提供了一種生產(chǎn)更為簡(jiǎn)便、工藝簡(jiǎn)單、自重輕的主梁截面；將單梁橋式起重機(jī)主、橫梁的剛性連接在其一端，用鉸接連接，解決了因制造和軌道安裝誤差造成大車(chē)運(yùn)行 3 條腿問(wèn)題，提高了運(yùn)行性能；并用可調(diào)大車(chē)運(yùn)行水平輪中心距的設(shè)計(jì)，不用帶輪緣的大車(chē)輪，提高了大車(chē)輪的使用壽命。從 品的市場(chǎng)情況來(lái)看，需求量越來(lái)越大。目前，隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的加快，世界各國(guó)的生產(chǎn)有了較大的發(fā)展，從最初的小型單一產(chǎn)品，已發(fā)展成全系列、大力矩、多功能、外型美觀(guān)、操作簡(jiǎn)單、使用安全，并能進(jìn)行有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)遙控的先進(jìn)產(chǎn)品，可以說(shuō)的發(fā)展已進(jìn)入了成熟期。由于國(guó)外勞動(dòng)力費(fèi)用高，強(qiáng)調(diào)工作效率，施工中基本不存在人工裝卸，有使用靈活、技術(shù)成熟等特點(diǎn)，所以在歐洲市場(chǎng)市場(chǎng)前景廣闊。我國(guó)起步較晚，但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)需求的增加，我國(guó)的生產(chǎn)水平將會(huì)日益發(fā)展和完善，產(chǎn)品將具有更大的市場(chǎng)潛力。目前，在沿海城市和地區(qū)，的銷(xiāo)售形勢(shì)正逐步好轉(zhuǎn)，特別是大噸位，正受到南方個(gè)體用戶(hù)的青睞，并有向內(nèi)地推進(jìn)的趨勢(shì)。 從產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)來(lái)看，正朝著大型化、多功能化和智能化的方向發(fā)展。安裝的底盤(pán)已不再局限于箱式貨車(chē)底盤(pán)，越來(lái)越多的重 型平板車(chē)也安裝了大噸位，以滿(mǎn)足其自裝卸大型貨物的需要。的作業(yè)裝置也不再局限于吊鉤，各種高空作業(yè)平臺(tái)、抓具、夾具、吊籃、螺旋鉆、板叉、裝輪胎機(jī)械手、拔樁器等已逐漸被采用。隨著的噸位越來(lái)越大，對(duì)安全控制、操作方便舒適性的要求也越來(lái)越高，智能化也已被提上日程。 現(xiàn)代冶金起重機(jī)發(fā)展的主要趨勢(shì)之一，是起重量大型化，工作速度高速化，隨著社會(huì)的發(fā)展對(duì)冶金企業(yè)的要求也在逐步提高，這不僅表現(xiàn)在對(duì)冶金產(chǎn)品的數(shù)量要求上，更重要的是表現(xiàn)在對(duì)冶金產(chǎn)品的質(zhì)量和品種方面，由于社會(huì)需求的增加推動(dòng)和促進(jìn)了冶金企業(yè)的技術(shù)改造和技術(shù)進(jìn)步，大型 轉(zhuǎn)爐、連鑄、連軋技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)冶金起重機(jī)的大型化和高速度提出了更高的要求 . 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各種監(jiān)測(cè)、傳感控制技術(shù)在冶金起重機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，從而使起重機(jī)的使用性能得到很大的提高，使冶金起重機(jī)從以前簡(jiǎn)單意義上物料搬運(yùn)工具變成目前的物流、信息流綜合傳送 . 關(guān)鍵詞： 主梁截面；鉸接；水平輪 本設(shè)計(jì)共有 3 個(gè)內(nèi)容：新型主梁截面；主橫梁鉸接結(jié)構(gòu)；大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的可調(diào)中心距的水平輪設(shè)計(jì)。 前言： 近 20 年世界工程起重機(jī)行業(yè)發(fā)生了很大變化。 RT(越野輪胎起重機(jī) )和 AT(全地面起重機(jī) )產(chǎn)品的迅速發(fā)展 ,打破了原有產(chǎn)品與市場(chǎng)格 局 ,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展及市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)沖擊下 ,導(dǎo)致世界市場(chǎng)進(jìn)一步趨向一體化。目前世界工程起重機(jī)年銷(xiāo)售額已達(dá) 75 億美元左右。主要生產(chǎn)國(guó)為美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)、意大利等 ,世界頂級(jí)公司有 10 多家 ,世界市場(chǎng)主要集中在北美、日本 /亞洲和歐洲。 美國(guó)既是生產(chǎn)工程起重機(jī)的主要國(guó)家 ,又是最大的世界市場(chǎng)之一。由于日本、德國(guó)起重機(jī)工業(yè)的迅速發(fā)展及 RT 和 AT 產(chǎn)品的興起 ,美國(guó)廠(chǎng)商曾在 60 70 年代世界市場(chǎng)中占有的主導(dǎo)地位受到削弱 ,從而形成美國(guó)、日本和德國(guó)三足鼎立之勢(shì)。近幾年美國(guó)經(jīng)濟(jì)回升 ,市場(chǎng)活躍 ,外國(guó)廠(chǎng)商紛紛參與競(jìng)爭(zhēng)。美國(guó)制造商的實(shí)力也有 所增強(qiáng) ,特雷克斯起重機(jī)公司的崛起即是例證。 日本從 70 年代起成為工程起重機(jī)生產(chǎn)大國(guó) ,產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量提高很快 ,已出口到歐美市場(chǎng) ,年總產(chǎn)量居世界第一。自 1992 年以來(lái) ,由于受日元升值、國(guó)內(nèi)基建投資下降和亞洲金融危機(jī)影響 ,年產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。年總產(chǎn)值從 1991 年約 5100 億日元下降到 1997 年的 3100 億日元左右 ,1998年又比 1997年下降 1/3以上。 1998年日本工程起重機(jī)總產(chǎn)量為 25560臺(tái) ,其中 ,RT產(chǎn)品 2087 臺(tái) ,汽車(chē)起重機(jī) 820 臺(tái) ,履帶起重機(jī) 692 臺(tái) ,隨車(chē)起重機(jī) 15032 臺(tái) ,其他兩類(lèi)機(jī)種共7029 臺(tái)。 RT 產(chǎn)品年總產(chǎn)值達(dá) 550 億日元 ,為各機(jī)種之首 ,其次為履帶起重機(jī) ,約 400 億日元。 （一）起重機(jī)電氣控制 . 1 起重機(jī)電氣傳動(dòng)： 起重機(jī)對(duì)電氣傳動(dòng)的要求有：調(diào)速、平穩(wěn)或快速起制動(dòng)、糾偏、保持同步、機(jī)構(gòu)間的動(dòng)作協(xié)調(diào)、吊重止擺等。其中調(diào)速常作為重要要求。 一般起重機(jī)的調(diào)速性能是較差的，當(dāng)需要準(zhǔn)確停車(chē)時(shí)，只能采取“點(diǎn)車(chē)”的操縱方法，如果“點(diǎn)車(chē)”次數(shù)很多，不但增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且由于電器接電次數(shù)和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)次數(shù)增加，而使電器、電動(dòng)機(jī)工作年限大為縮短，事故增多，維修量增大。 由于起重機(jī)調(diào)速絕大多數(shù)需在運(yùn) 行過(guò)程中進(jìn)行，而且變化次數(shù)較多，故機(jī)械變速一般不太合適，大多數(shù)需采用電氣調(diào)速。本次設(shè)計(jì)采用：直流調(diào)速。 直流調(diào)速本設(shè)計(jì)采用：固定電壓供電的直流串激電動(dòng)機(jī)，改變外串電阻和接法的直流調(diào)速。 直流調(diào)速具有過(guò)載能力大、調(diào)速比大、起制動(dòng)性能好、適合頻繁的起制動(dòng)、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、需要直流電源等。 2.起重機(jī)的自動(dòng)控制 可編程序控制器 程序控制裝置一般由電子數(shù)字控制系統(tǒng)組成，其程序自動(dòng)控制功能主要由可編程序控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。 自動(dòng)定位裝置 起重機(jī)的自動(dòng)定位一般是根據(jù)被控對(duì)象的使用環(huán)境、精度 要求來(lái)確定裝置的結(jié)構(gòu)形式。自動(dòng)定位裝置通常使用各種檢測(cè)元件與繼電接觸器或可編程序控制器，相互配合達(dá)到自動(dòng)定位的目的。 大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的糾偏和電氣同步 糾偏分為人為糾偏和自動(dòng)糾偏。人為糾偏是當(dāng)偏斜超過(guò)一定值后，偏斜信號(hào)發(fā)生器發(fā)出信號(hào)，司機(jī)斷開(kāi)超前支腿側(cè)的電機(jī)，接通滯后支腿側(cè)的電機(jī)進(jìn)行調(diào)整。自動(dòng)糾偏是當(dāng)偏斜超過(guò)一定值時(shí)，糾偏指令發(fā)生器發(fā)出指令，系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)糾偏。電氣同步是在交流傳動(dòng)中，常采用帶有均衡電機(jī)的電軸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電氣同步。 地面操縱、有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)遙控 地面操縱多為葫蘆式起重機(jī)采用，其關(guān)鍵部件是手動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān) ，即通常所稱(chēng)的手電門(mén)。有線(xiàn)遙控是通過(guò)專(zhuān)用的電纜或動(dòng)力線(xiàn)作為載波體，對(duì)信號(hào)用調(diào)制解調(diào)傳輸方式，達(dá)到只用少通道即可實(shí)現(xiàn)控制的方法。無(wú)線(xiàn)遙控是利用當(dāng)代電子技術(shù)，將信息以電波或光波為通道形式傳輸達(dá)到控制的目的。 起重電磁鐵及其控制 起重電磁鐵的電路，主要是提供電磁鐵的直流電源及完成控制 (吸料、放料 )要求。其工作方式分為：定電壓控制方式和可調(diào)電壓控制方式。 3起重機(jī)的電源引入裝置 本設(shè)計(jì)的電源引入裝置采用：硬滑線(xiàn)供電。 硬滑線(xiàn)電源引入裝置有裸角鋼平面集電器、圓鋼 (或銅 )滑輪集電器和內(nèi)藏式滑觸線(xiàn)集電器進(jìn)行電源引入。 4起重機(jī)的電氣設(shè)備與電氣回路 不同類(lèi)型的起重機(jī)的電氣設(shè)備是多種多樣的，其電氣回路也不一樣，但電氣回路基本上還是由主回路、控制回路、保護(hù)回路等組成。在這里不必一一介紹，只簡(jiǎn)要地介紹一下電動(dòng)起重機(jī)的典型產(chǎn)品通用橋式起重機(jī)的主要電氣設(shè)備和基本電氣回路。 (1).通用橋式起重機(jī)的電氣設(shè)備 通用橋式起重機(jī)的電氣設(shè)備主要有各機(jī)構(gòu)用的電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)電磁鐵、控制電器和保護(hù)電器。 1 .電動(dòng)機(jī) 橋式起重機(jī)各機(jī)構(gòu)應(yīng)采用起重專(zhuān)用電動(dòng)機(jī)，它要求具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和較大的過(guò)載能力。應(yīng)用最廣泛的是繞線(xiàn)式 異步電動(dòng)機(jī)。 繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 JZR、 JZR：和 JZRH 和 YZR 系列電動(dòng)機(jī) .制動(dòng)電磁鐵 制動(dòng)電磁鐵是各機(jī)構(gòu)常閉式制動(dòng)器的打開(kāi)裝置。本設(shè)計(jì)采用的打開(kāi)裝置為液壓推動(dòng)器 (TY1 系列 )。 .操作電器 又稱(chēng)為控制電器，它包括控制器、接觸器、控制屏和電阻器等。 主令控制器主要用于大容量電動(dòng)機(jī)或工作繁重、頻繁起動(dòng)的場(chǎng)合 (如抓斗操作 )。它通常與控制屏中相應(yīng)的接觸器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)主電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)停止與調(diào)速工作。其常用型號(hào)為L(zhǎng)K4 系列和 LK14 系列。 電阻器在起重機(jī)各機(jī)構(gòu)中用于限制起動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)和調(diào)速之用。 要求應(yīng)有足夠的導(dǎo)電能力，各部分連接必須可靠。 保護(hù)電器 橋式起重機(jī)的保護(hù)電器有保護(hù)柜、控制屏、過(guò)電流繼電器、各機(jī)構(gòu)的行程限位、緊急開(kāi)關(guān)、各種安全聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)及熔斷器等。對(duì)于保護(hù)電器要求保證動(dòng)作靈敏、工作安全可靠、確保起重機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)。 (2).電氣回路 橋式起重機(jī)電氣回路主要有主回路、控制回路及照明信號(hào)回路等。 1 主回路 直接驅(qū)使各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的那部分回路稱(chēng)為主回路，如圖 1 18 所示。它是由起重機(jī)主滑觸線(xiàn)開(kāi)始，經(jīng)保護(hù)柜刀開(kāi)關(guān) 1QS、保護(hù)柜接觸器主觸頭，再經(jīng)過(guò)各機(jī)構(gòu)控制器定子觸 頭至各相應(yīng)電動(dòng)機(jī)，即由電動(dòng)機(jī)外接定子回路和外接轉(zhuǎn)子回路組成。 控制回路 橋式起重機(jī)的控制回路又稱(chēng)為聯(lián)鎖保護(hù)回路，它控制起重機(jī)總電源的接通與分?jǐn)?，從而?shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)的各種安全保護(hù)。由控制回路控制起重機(jī)總電源的通斷，原理如圖 1 19 所示。左邊部分為起重機(jī)的主回路，即直接為各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)供電并使其運(yùn)轉(zhuǎn)的那部分電路。右邊部分則為起重機(jī)的控制回路。從圖 1 19 中可知，在主回路刀開(kāi)關(guān) 1DK 推合后，控制回路于 A、 B 處獲得接電，而主回路因接觸器 KM 主觸頭分?jǐn)辔茨芙与?，故整個(gè)起重機(jī)各機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)均未接通電源而無(wú)法工作。因 此，起重機(jī)總電源的接通與分?jǐn)?，就取決于主接觸器主觸頭 KM 的接通與否，而控制回路就是控制主接觸器 KM 主觸頭的接通與分?jǐn)?，也就是控制起重機(jī)總電源的接通與分?jǐn)?，故把這部分控制主回路通斷的電路稱(chēng)之為控制回路。 .控制回路的組成 如圖 1 19 所示，控制回路由三部分組成：號(hào)電路零位起動(dòng)部分電路、號(hào)電路限位保護(hù)部分電路和號(hào)電路聯(lián)鎖保護(hù)部分電路。在號(hào)電路內(nèi)包括起升、小車(chē)、大車(chē)控制器的零位觸頭 (它們分別用 SCHO、 SCSO、 SCLO 表示 )和起動(dòng)按鈕 SB；在號(hào)電路內(nèi)包括起升、小車(chē)和大車(chē)限位器的常閉觸頭 (它們分別 用 SQH、 SQS1、 SQS2、 SQL1、 SQL2表示 )；在電路中包括主接觸器 KM 的線(xiàn)圈、緊急開(kāi)關(guān) SE、端梁門(mén)開(kāi)關(guān) SQ1、 SQ2 及各過(guò)電流繼電器 FA0、 FA1 FA4 的常閉觸頭。號(hào)電路與號(hào)電路通過(guò)主接觸器 KM之常開(kāi)聯(lián)鎖觸頭 KMl、 KM2 并接后與號(hào)電路中串聯(lián)接入電源而組成一個(gè)完整的控制回路。 照明信號(hào)回路 橋式起重機(jī)的照明信號(hào)回路如圖 1 22 所示。其回路特點(diǎn)如下： 照明信號(hào)回路為專(zhuān)用線(xiàn)路，其電源由起重機(jī)主斷路器的進(jìn)線(xiàn)端分接，當(dāng)起重機(jī)保護(hù)柜主刀開(kāi)關(guān)拉開(kāi)后 (切斷 1QS)，照明信號(hào)回路仍然有電供 應(yīng)，以確保停機(jī)檢修之需要。 照明信號(hào)回路由刀開(kāi)關(guān) 2QS 控制，并有熔斷器作短路保護(hù)之用。 手提工作燈、司機(jī)室照明及電鈴等均采用 36V 的低電源，以確保安全。 照明變壓器的次級(jí)繞組必須作可靠接地保護(hù)。 （二）梁的截面設(shè)計(jì) . 1. 新型主梁截面 目前生產(chǎn)的 LD 單梁橋式起重機(jī)和 LX 單梁懸掛起重機(jī)的主梁截面如圖 1(a)所示。 LD 和 LXF E與工字鋼焊接的主梁截面。斜腹板也需要冷壓彎邊，改善焊接條件和保證焊接質(zhì)量。它共有 4 條主焊縫連接。電動(dòng)葫蘆門(mén)式起重機(jī)的主梁截面 如圖 1(b)所示。它是由一塊蓋板 B B、兩塊斜腹板 B C與工字鋼上腿焊成的主梁截面。它也有 4 條主焊縫連接。除以上兩種實(shí)腹截面外，還有圓管與工字鋼焊接的截面、焊接的組合工字鋼截面、 4 塊鋼板焊接的矩形截面等實(shí)腹截面及桁架結(jié)構(gòu)主梁。實(shí)用新型專(zhuān)利鉸接單梁橋式起重機(jī)提供的是圖 1(c)截面。它是由一塊鋼板冷壓成上“人”字形與工字鋼上腿焊接的截面，它只有兩條主焊縫?，F(xiàn)比較圖 1 中 3 種截面的優(yōu)劣。 圖 1.主梁截面圖 a.圖 1(a)截面，工字鋼的上腿 C C對(duì)截面的慣性矩 I、抗彎模量 W 及對(duì)水平形心軸而言增加值較小，沒(méi)有充分發(fā)揮它的承載能力。也就是說(shuō)，由于上腿 C C截面很接近整個(gè)截面的水平形心軸 xx，它對(duì)截面的慣性矩和抗彎模量增加值較小，因此，截面的最大垂直方向的正應(yīng)力和靜剛度的下?lián)现当葓D 1(b)、 (c)要大。圖 1(b)、 (c)截面的上腿距水平形心軸較遠(yuǎn)，增大了截面的垂直抗彎能力，提高了主梁的強(qiáng)度和剛度。 b.圖 1(a)、 (b)均有 4 條 主焊縫，而圖 1(c)截面僅有 2 條主焊縫，沒(méi)有集中載荷作用在腹板上的梁翼緣焊縫主要受剪應(yīng)力作用，翼緣焊縫剪應(yīng)力計(jì)算公式 =QSx/2Ixhf h，其中Q 為截面內(nèi)力 (剪力 )， Sx為截面靜矩， hf為計(jì)算點(diǎn)的剪應(yīng)力距中心形心軸的高度。 F F和B B的焊縫剪應(yīng)力要比 CC 焊縫剪應(yīng)力值大。 2 條主焊縫比 4 條焊縫工時(shí)減少一半。 c.圖 1(a)截面在 E E的焊接，是在工字鋼腰上同一位置，相當(dāng)于十字焊縫。在疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，考慮應(yīng)力集中情況等級(jí)，水平載荷作用時(shí)為 K4級(jí)。而 C C和 CC 焊縫應(yīng)力集中情況等級(jí)為 K2。所以 E E焊縫降低了抗疲勞的能力。 d.按類(lèi)載荷組合校核主梁危險(xiǎn)截面的靜強(qiáng)度時(shí)，圖 1(a)、 (b)截面，垂直載荷和水平載荷產(chǎn)生的正應(yīng)力在 B點(diǎn)和 B點(diǎn)最大，是垂直正應(yīng)力 和水平正應(yīng)力 的最大壓應(yīng)力之和 B max 和 B max。而圖 1(c)則不同。垂直載荷在 A 點(diǎn)產(chǎn)生最大正應(yīng)力 A ，而在 B 點(diǎn)的正應(yīng)力并不是最大值，它等于 B = A h2/h1。水平載荷產(chǎn)生的正應(yīng)力在 A 點(diǎn)等于零，在 B 點(diǎn)正應(yīng)力最大， Bmax= B + ，該截面對(duì)靜強(qiáng)度校核有利。 e.用一塊平鋼板冷壓成上“人”字形截面，可省去 3 塊鋼板、可減 少兩種冷壓成形過(guò)程、可少焊兩條主焊縫 (詳見(jiàn)圖 1(a)，這樣既省料，省工，又降低了成本 本設(shè)計(jì)的圖 1(c)截面的成形方法：是用壓力機(jī)先將鋼板冷壓成“”，然后再用一套模具，將“”字結(jié)構(gòu)再冷壓成上“人”字形，在與工字鋼的上腿焊接。 現(xiàn)在生產(chǎn)的 LD 和 LX 的主梁鋼板厚度是 5mm 和 6mm，最大寬度是 1.6m。按 GB709 88 規(guī)定，5mm 厚鋼板寬度最大 1.8m； 6mm 厚度鋼板寬度最大 2.0m。生產(chǎn)圖 1(c)截面的主梁，周邊長(zhǎng)度之和超過(guò)鋼板寬度時(shí)，要兩側(cè)對(duì)稱(chēng)各對(duì)接一塊鋼板 如果將圖 1 中 3 種主梁截面的截面積取為相等， 然后求出截面各部位尺寸，將截面幾何性質(zhì)和性能作一比較，就可以充分說(shuō)明鉸接單梁橋式起重機(jī)主梁的優(yōu)越性了。以 LD 單梁橋式起重機(jī)起重量 5t、跨度 22.5m 的主梁截面為依據(jù)，分別求得圖 1(b)、 (c)的截面尺寸，在載荷、速度和各載荷系數(shù)等條件均相同的情況下，比較 3 種截面的靜強(qiáng)度、靜剛度、局部穩(wěn)定性和 A6 工作級(jí)別的疲勞強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果，并表示在表 1 和表 2 中，其中圖 1(c)截面正應(yīng)力較小，而且翼緣板局部穩(wěn)定性應(yīng)力也合格，不需要象圖 1(b)截面增加縱向加強(qiáng)筋板。 表 1 主梁截面幾何性 質(zhì)、靜強(qiáng)度、靜剛度計(jì)算值 主梁截面圖 LD 單梁起重機(jī) 圖 1(a) 門(mén)式起重機(jī) 圖 1(b) 實(shí)用新型鉸接單梁 橋式起重機(jī)圖 1(c) 鋼板厚度 /mm “”型鋼板 =6 斜腹板厚 1=5 =6 1=6 =6 主梁截面積 (mm2) (包括 I30 異型工字 鋼截面積 8240mm2) 21880 21880 21880 20536 截面尺寸 /mm H 1100 1086.28 1173.17 1100 h0 509.563 554.908 562.014 523.298 h1 590.437 531.372 611.156 576.702 h2 511.110 483.643 截面慣性矩 (108mm4) Ix 30.63 33.01 32.62 28.203 Iy 4.745 5.142 4.475 4.039 截面抗彎模量 (106mm3) WAx 5.188 6.212 5.338 4.86 WDx 6.012 5.948 5.804 5.356 WBy 2.099 1.647 1.453 1.41 靜強(qiáng)度計(jì)算 應(yīng)力值 /MPa =180MPa A -95.7 -79.95 -93.0 -102.2 D 82.6 83.49 85.1 92.73 B -95.7 -79.95 -77.78 -85.70 B 8.72 11.12 12.63 12.99 Bmax -104.42 -91.07 -90.41 -98.69 靜剛度 (A6) yL 21.154 19.629 19.864 23.118 表 2 疲勞強(qiáng)度和板的局部穩(wěn)定性計(jì)算值 主梁截面圖 LD 單梁起重機(jī) 圖 1(a) 門(mén)式起重機(jī) 圖 1(b) 實(shí)用新型鉸接單梁 橋式起重機(jī)圖 1(c) 疲勞強(qiáng)度 (A6) 跨中截面 K1級(jí) -1 =190MPa max 49.370(E點(diǎn) ) 38.353(C點(diǎn) ) 39.674(C 點(diǎn) ) 39.107(C 點(diǎn) ) min 11.227(E點(diǎn) ) 8.764(C點(diǎn) ) 9.116(C 點(diǎn) ) 8.986(C 點(diǎn) ) r 0.2248 0.2285 0.2298 0.2298 rt 309.45 309.44 309.40 309.40 翼 緣 板 a mm 1000 1000 1000 1000 b 440 607 323.5 301.1 2.73 1.647 3.088 3.321 0.833 0.756 0.968 0.966 K 4.345 4.526 4.026 4.067 1cr MPa 193.45 105.88 334.0 386.5 cr 145.45 79.61* 251.13 290.5 腹 板 a mm 1000 1000 1000 1000 b 575 820 813 743 1.739 1.219 1.230 1.346 0.02614 -0.4211 -0.4388 -0.401 K 7.459 12.05 12.31 11.76 1cr MPa 194.43 154.26 160.55 183.36 cr 146.19 115.98 120.7 137.86 此處要說(shuō)明兩點(diǎn)。首 先是假定 3 種截面積相等，它們的動(dòng)態(tài)剛度 主梁的滿(mǎn)載自振頻率不進(jìn)行比較。因?yàn)橹髁涸诳缰袚Q算集中質(zhì)量與電動(dòng)葫蘆質(zhì)量之和相等，而主梁跨中的剛度系數(shù)Ks相差很小，分別為 Ksa=27.106kN/cm； Ksb=29.212kN/cm； Ksc=28.866kN/cm。其次， 3 種截面實(shí)腹梁的總體穩(wěn)定性，當(dāng) 時(shí)，也可以不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性， ba=440mm，bb=606mm， bc=602mm， 3 種截面的整體穩(wěn)定性也不作比較 如果將圖 1(c)截面主梁高度取為圖 1(a)截面的高度 H=1100mm，計(jì)算結(jié)果也表示在表 1 中，最大正應(yīng)力仍比圖 1(a)截面小，此時(shí)主梁自重圖 1(c)截面將比圖 1(a)截面減輕 6.14% 以上推薦的圖 1(c)截面主梁，不僅省工，省料，工藝簡(jiǎn)單，成本低，而且結(jié)構(gòu)更為合理本設(shè)計(jì)采用圖 c 。 （三） .梁鉸鏈的設(shè)計(jì)與水平輪的設(shè)計(jì) . 1.主橫梁鉸接結(jié)構(gòu) LD 單梁橋式起重機(jī)的主、橫梁剛性連接見(jiàn)圖 2，其 中一塊鋼板與橫梁焊接在一起，帶平面止口的鋼板與主梁焊接在一起。主、橫梁連接以平面止口定位，用 6 個(gè)或 8 個(gè)螺栓和螺母連接，它是典型的模塊化設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)是減小了生產(chǎn)占地，主、橫梁可以單獨(dú)生產(chǎn)，按合同組裝。但是，主梁兩端的平面止口相對(duì)扭轉(zhuǎn)角為 1時(shí)，對(duì)車(chē)輪軸距為 2m， 2.5m和 3m的 3 種橫梁安裝的車(chē)輪，當(dāng) 3 個(gè)車(chē)輪踏面在一個(gè)平面上時(shí)，另一個(gè)車(chē)輪踏面將分別高出該平面 34.9mm，43.63mm 和 52.36mm。出現(xiàn) 3 條腿現(xiàn)象不僅加快車(chē)輪輪緣磨損，而且會(huì)發(fā)生輪緣爬軌和車(chē)輪脫軌事故。當(dāng)分別驅(qū)動(dòng)的大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)一旦發(fā)生主動(dòng)車(chē)輪 抬起、單邊驅(qū)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力與運(yùn)行阻力總會(huì)構(gòu)成力偶，產(chǎn)生側(cè)壓力及附加阻力，造成驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載過(guò)大，使運(yùn)行速度減慢或運(yùn)行不了。當(dāng)然，造成平面止口相對(duì)誤差不見(jiàn)得是因?yàn)榕まD(zhuǎn)角為 1。造成 3 條腿的原因有：主梁軸線(xiàn)的扭轉(zhuǎn)變形使兩端面水平止口不在同一平面上；橫梁車(chē)輪軸孔加工位置誤差和橫梁的焊接變形；車(chē)輪直徑加工誤差；軌道安裝誤差等。 圖 2 主、橫梁連接圖 本設(shè)計(jì)采用鉸接單梁橋式起重機(jī)的主、橫梁連接，其一端仍保留圖 2 的剛性連接，而另一端用圖 3 的鉸接結(jié)構(gòu)。它是將帶平面止口的鋼板，先焊上一根圓軸，加工軸徑和平面后再與主梁焊接 。為了限制鉸接橫梁水平面的擺動(dòng)，可控制軸孔配合和保持原連接板的寬度560mm 和 600mm。為了限制鉸接橫梁垂直平面的擺動(dòng)，也可以保留水平止口，但是要使主梁 水平止口平面高出橫梁水平止口一個(gè)值，值就限制了橫梁垂直面的擺動(dòng)角度。鉸接結(jié)構(gòu)徹底地解決了 3 條腿現(xiàn)象。 圖 3 主、橫梁鉸接結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)的鉸接軸是一根空心軸?？?的一端用鋼板焊接封閉，軸端開(kāi)槽用軸端定位板固定。軸的設(shè)計(jì)是按最大剪力校核剪切應(yīng)力，承壓面的擠壓應(yīng)力 cd應(yīng)小于各自的許用應(yīng)力。 2. 水平輪設(shè)計(jì) 車(chē)輪輪緣與軌道的摩擦是一種無(wú)法避免的現(xiàn)象，一旦輪緣與軌道劇烈摩擦發(fā)生啃道現(xiàn)象時(shí)，便加快了輪緣的磨損和車(chē)輪的報(bào)廢，也使軌道磨損嚴(yán)重。由于輪緣磨損報(bào)廢的車(chē)輪比車(chē)輪踏面磨損報(bào)廢的車(chē)輪多，為改變這一現(xiàn)象，用無(wú)輪緣車(chē)輪代替輪緣車(chē)輪，用水平輪導(dǎo)向運(yùn)行，將輪緣與軌道的滑動(dòng)摩擦改為水平輪的滾動(dòng)摩擦，附加阻力系數(shù)由 =1.5 降低到 =1.1，從而減小了運(yùn)行阻力，提高了車(chē)輪壽命。 圖 4 是大車(chē)輪與水平輪的簡(jiǎn)圖。用水平輪導(dǎo)向運(yùn)行，為適合不同軌面寬度 b 的要求，水平輪中心距 L一定要求可調(diào)。作者是用水平輪安裝在偏心軸上的方法獲得水平輪中心距 L的變化。偏心距 e 用下式計(jì)算： 式中： Bmax=bmax+，為水平輪間最大寬度 (mm)； Bmin=bmin+，為水平輪間最小寬度 (mm) 圖 4 大車(chē)車(chē)輪和水平輪 （四） .起重機(jī)的計(jì)算 . 1. 鋼絲繩的選用 因?yàn)?5T 是輕級(jí)工作類(lèi)型 ,所以動(dòng)載系數(shù) k=1.1,安全系數(shù) k =5, e,=20 查表得 :吊具自重 Q0=2% Q=0.02 50000=1000N 最大的靜拉力為 : Smax=mgxQQ 0 = 80.032 100050000 =10625N 最大是計(jì)算拉力為 : S/max=K Smax=1.1 10625=11687.5N 鋼絲繩破斷的拉力為 : Sp K S/ max =5 11687.5=58437.5N 6 37 的鋼絲繩 =0.82；6 19 的鋼絲繩 =0.85 如何選擇 =14002mmN則有 ； Pp=pS =82.0 5.58437=71265.244N Pp=pS =85.0 5.58437=68750N 查表得 : 6 37 的鋼絲繩 d=13.0mm pP=87800N 6 19 的鋼絲繩 d=12.5mm pP=80100N 2. 卷筒尺寸計(jì)算 : 卷筒的直徑為 D e,ed=20 1 11=260mm (其中 ,交 互捻e=1) 因?yàn)榫硗驳臉?biāo)準(zhǔn)直徑為 :300mm ,400mm ,500mm ,650mm .700mm ,800mm ,1000mm 所以卷筒直徑應(yīng)圓整為 mmD 300 卷筒長(zhǎng)度的計(jì)算 : 由于 : mmmmdl 5.155.21332 有 : mmtl 315.15221 mmtl 5.465.15332 mmtDml 5.8035.153313.0 31624 000 其中 : mmdDD 313133000 取安全圈數(shù) 30 則 mml 603 因而 ,卷筒長(zhǎng)度為 : mmllllL 276210005.8035.463122 3021 壁厚 (選 T200)為 : mmmmD 14830002.010602.0 校核 : 對(duì)于aBy MPT 400,200 其許用壓應(yīng)力為 : aByy MP9425.440025.4 此卷筒承受的壓力為 : ay MPtS 8.535.1514 5.116878m ax y 因此 ,此 卷筒設(shè)計(jì)符合要求 . 卷筒轉(zhuǎn)速為 : mi mDmVn t 6.3898.0 8.37313.0 6.1230 3. 電動(dòng)機(jī)的初選 : 起升靜功率為 : KWVQQPj 39.1380.01000606.12510001000 0 查表 . 取空鉤影響系數(shù) 75.0kd , 則 : KWPkdP jjc 04.1039.1375.0 查表 . 選 YZR200l 8 型電動(dòng)機(jī) , 其 kwPn 15 min712 rn 859.0 221 67.0 mkgGD 過(guò)載能力校核公式為 : nm PKWVQQmH 04.1080.01000606.12510005.21.21000 0 因此 ,該電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力滿(mǎn)足要求 . 電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱驗(yàn)算 : 穩(wěn)態(tài)平均功率為 : KWPmVQQGPns 1537.980.01000606.12510007.01000 0 nP為額定功率 查表 , 得知穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù) 7.0G 因此 , 該電動(dòng)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象 靜力矩計(jì)算 : 傳動(dòng)比 44.186.3871 2 tnni 起升靜力矩為 : mNmiDQQmj 85.172512.881530080.044.1832 3.0510002 00 下降靜力矩為 : mNmi DQQmj 62.11080.044.1832 3.0510002 00 選擇制動(dòng)器 : mNMkM jhh 93.16562.1105.122 由表知 , 輕級(jí)工作類(lèi)型 5.12 hK 查表 , 選擇 250MW 315 型電磁快式制動(dòng)器其 mNMh 3152 （五） .梁的長(zhǎng)度，鋼度與材料的確定 . 1. 梁長(zhǎng)度的確定： 工業(yè)行車(chē)的長(zhǎng)度不一，絕多數(shù)是由工廠(chǎng)的大小來(lái)確定工業(yè)行車(chē)屬于輕級(jí)工作類(lèi)型用途廣 泛，本次設(shè)計(jì)將其梁的長(zhǎng)度定位為 22.5其長(zhǎng)度的大小由工廠(chǎng)確定 2. 梁的剛度選擇 : 采用 45C 號(hào)工字鋼 ,電葫蘆重 5KN 將行車(chē)梁簡(jiǎn)化為下圖所示的簡(jiǎn)支梁 ,電葫蘆的輪壓似地為一集中力 F,并作用于梁的中點(diǎn) (此時(shí)由 F 引起的擾度最大 )；梁的自重為一均布荷載集度為 q 計(jì)算有關(guān)數(shù)據(jù) KNF 55550 查型鋼表得 : mKNmkg fq 926550.94 mcmI 44 1053.335300 材料的彈性摸量 . aGPE 200 計(jì)算最大擾度 因 F 和 q 產(chǎn)生的最大擾度均位于梁的中心點(diǎn) C 查表得 : mEIFlW FC 249 333. 1027.201022.31020048 5.22105548 mEIqlW qc 249 44. 1076.431053.310200384 5.229265385 由疊加法 ,得梁的最大擾度 : cmW 71.204376.027.20max 校核剛度 :吊車(chē)梁的最大為 ml 2105.4500 5.22500 比較梁的最大擾度知 : 5.40 7 1.2max cmW 因此 ,該車(chē)梁滿(mǎn)足剛度要求 . 梁的切應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算： 受均布載荷作用簡(jiǎn)支梁如圖所示，梁發(fā)生彎曲變形，建立梁的力學(xué)模型均如圖 a 所示，畫(huà)出梁的彎矩圖如 b 所示梁中心點(diǎn)截面有最大彎矩，故該截面為梁的危險(xiǎn)截面。 其值為： KNFF BA 55 MkNFM am a z 5.12375.2255 最大正應(yīng)力： azm a z MPWM 88.71057.15.12373m a x 最大切應(yīng)力： aSn a x MPAF 06.204.010552323 3m ax 可見(jiàn)，最大切應(yīng)力比最大正應(yīng)力小的多一般可不必計(jì)算，梁的彎曲強(qiáng)度滿(mǎn)足。 3. 橫梁材料的選用 橋式起 重機(jī)重要構(gòu)件是指主梁、端梁、平衡梁、小車(chē)架、支腿、下橫梁等主要受力構(gòu)件。 橋式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)一般使用碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。本設(shè)計(jì)采用，低合金結(jié)構(gòu)鋼。鑄件可采用鑄鋼、鑄鐵和鑄銅。低合金結(jié)構(gòu)鋼按 GBl591， 工業(yè)行車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮滿(mǎn)足的三個(gè)基本條件 （ 1)、金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)械零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和抗屈曲能力 首先，要求起重機(jī)零部件和金屬結(jié)構(gòu)受載后不破壞，即滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。靜強(qiáng)度計(jì)算是最基本的計(jì)算。應(yīng)力循環(huán)少或重要性一般的零件，只作靜強(qiáng)度計(jì)算。承受循環(huán)應(yīng)力零件或構(gòu)件，除進(jìn)行疲勞計(jì)算