李登_電動單梁起重機實體建模及強度分析_論文定稿

1、河北工業(yè)大學(xué)2013屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文）河 北 工 業(yè) 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者： 李登 學(xué) 號： 090311 學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 系(專業(yè))： 車輛工程 題 目： 電動單梁起重機實體建模及強度分析 指導(dǎo)者： 劉茜 副教授 (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 2013 年 5 月 24 日畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要 電動單梁起重機實體建模及強度分析摘要：起重機在現(xiàn)在的生產(chǎn)和生活中應(yīng)用得十分廣泛，對于實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化、自動化、提高搬運效率起著十分重要的作用，有力地推動了工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。電動單梁起重機是一種小型起重類機械，具有操縱方便、結(jié)構(gòu)簡單的特

2、點，主要應(yīng)用于在倉庫或者車間里搬運重物。在此次畢業(yè)設(shè)計中，主要根據(jù)電動單梁起重機生產(chǎn)廠家已有的設(shè)計圖紙，利用UG對起重機的組成零部件進行實體建模，并根據(jù)裝配圖完成起重機的裝配工作。為了保證起重機在工作過程中的安全，本次設(shè)計還要利用有限元軟件對起重機的主要受力部件進行強度校核。通過查閱書籍和資料，學(xué)習(xí)了起重機的結(jié)構(gòu)類型、功能作用、使用場合，并且根據(jù)給定的圖紙，了解了起重機主要部件主梁、端梁的具體結(jié)構(gòu)和各零件的功能，利用UG完成了起重機的實體建模工作，并對主要受力部件進行了有限元分析，得到的有限元分析的應(yīng)力應(yīng)變圖均在允許的范圍內(nèi)，確保了起重機的安全。關(guān)鍵詞：電動單梁起重機 實體建模 有限元分析 U

3、G畢業(yè)設(shè)計（論文）外文摘要Title：Modeling and analysis of the intensity of electric single girder craneAbstract：Cranes are now widely used in production and daily life, they play a very important role for the realization of the production process mechanization, automation, improving the handling efficiency, and t

4、hat is a strong impetus to the development of industrial production. Electric single beam crane is a small lifting of a simple structure, convenient operation, mainly used for carrying heavy loads in a warehouse or shop.In the graduation design, I completed the solid modeling for components of a cra

5、ne according to the design drawings of electric single girder crane manufacturer. And according to the assembly work assembly complete crane. In order to ensure the safety in the working process of the crane, this design will check the parts of crane which is mainly controlled by the intensity compo

6、nent of force using the finite element software. Through the consulting books and materials, I learned the structure type, crane function, using cases. And according to the given drawings, I understood the main components of crane end beam, concrete structure and the functions of the parts .After th

7、at I finished the modeling work of crane, and then the main stress components are analyzed by finite element analysis with the help of UG and ANSYS. The finite analysis of the stress strain diagram is in the allowed range. The safety of the crane is ensured.Keywords： Electric single beam crane Solid

8、 modeling Finite element analysis目 錄1 引言52 電動單梁起重機概述62.1梁式起重機72.2單梁橋式起重機的分類83 電動單梁起重機的結(jié)構(gòu)93.1電動單梁起重機主梁各部件、總成及功能93.2電動單梁起重機端梁各部件、總成及功能143.3電動單梁起重機的其他部件及功能174 利用UG軟件對電動單梁起重機進行實體建模184.1 UG在建模過程中的應(yīng)用184.2 UG在零件裝配中的應(yīng)用194.3電動單梁起重機主梁裝配圖214.4電動單梁起重機端梁裝配圖234.5電動單梁起重機的主、端梁裝配圖244.6利用UG得到的建模結(jié)果255 電動單梁起重機其他部件簡析265

9、.1起重機大車運行機構(gòu)275.2主梁與端梁的連接275.3電動單梁起重機主梁結(jié)構(gòu)形式285.4電動單梁起重機材料的選擇295.5端梁驅(qū)動電動機的選擇296 電動單梁起重機主梁與端梁的受力分析及有限元分析306.1電動單梁起重機主梁的分析306.2電動單梁起重機端梁的分析346.3有限元分析的結(jié)果及自己的見解36結(jié) 論38參 考 文 獻39致 謝401 引言從古代開始，人們在從事工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中，為了提高生產(chǎn)效率，總會發(fā)明出一些工具來代替人力，從而更快更好地完成工作，起重機便是從開始的十分簡陋的工具發(fā)展至今成為種類齊全的重要起重機械，成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的不可或缺的搬運工具，有效地提高了生產(chǎn)效率，

10、促進了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。中國古代的提水工具桔槔便是起重機的雛形，此后，起重機從材料、結(jié)構(gòu)到驅(qū)動方式不斷更新?lián)Q代，到了今天，起重機的技術(shù)已經(jīng)非常成熟而且門類齊全，有適用于各種場合的不同操縱方式的起重機?，F(xiàn)在的起重機主要以電動機和內(nèi)燃機為驅(qū)動裝置，能夠完成全天候的起重作業(yè)。從起重機結(jié)構(gòu)、性能和使用場合來劃分，主要將其分為輕型起重設(shè)備、橋式起重機、門式起重機、臂架類型起重機。輕型起重設(shè)備包括電動葫蘆、手拉葫蘆、千斤頂?shù)?，此類起重設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小，使用維修方便，且便于操作攜帶；橋式起重機使用最為普遍，它在建筑物上的固定軌道運行，本次設(shè)計中的電動單梁起重機屬于橋式起重機的一種；門式起重機使用兩個

11、高大的支架來支撐主梁，可以在露天工作；臂架類型起重機有固定式回轉(zhuǎn)起重機、門座式起重機、汽車起重機；塔式起重機等。1 圖1.1電動葫蘆 圖1.2汽車起重機 圖1.3門式起重機 圖1.4塔式起重機在我們的生活中到處都有起重機的身影，汽車幾乎隨車攜帶千斤頂，當(dāng)輪胎遇到問題，可以用來起升汽車修理輪胎；在大城市里到處可見施工的建筑，塔式起重機可以完成在高空的重物搬運，很好地適應(yīng)了當(dāng)今高層建筑的建設(shè)；在規(guī)模不大的車間里，幾乎都裝有手動或者電動單梁起重機，其操作方便靈活，可以完成不同質(zhì)量零件的即時搬運；在港口上，大型的集裝箱起重機將輪船上的集裝箱升起轉(zhuǎn)移到岸上，集裝箱起重機起重量高，幾乎是不間斷工作；火箭的

12、發(fā)射也需要大型起重機的搬運才能到達制定發(fā)射場地。由此可見，起重機在生活和生產(chǎn)中都有不可替代的作用，并且也改變著人們的生活。各種類型的起重機在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，有效地提高了生產(chǎn)效率，促進了生產(chǎn)過程的機械化，提高了生產(chǎn)的自動化水平。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，更多類型的起重機將會被研發(fā)并應(yīng)用到實際生產(chǎn)中，更大噸位的起重機將會得到開發(fā)應(yīng)用，各種特種起重機械也將會有更廣闊的發(fā)展空間。由于起重機搬運的物件一般都比較大，因此其安全問題應(yīng)該格外注意，一旦在搬運過程中出現(xiàn)意外，容易造成人身安全損害，因此起重機在投入使用前應(yīng)進行全面的安全檢測。本次設(shè)計主要對電動單梁起重機進行實體建模，由于起重機主

13、梁受到的力較為集中，尤其是重物位于主梁中間位置和邊緣位置兩種工況，主梁的應(yīng)力和應(yīng)變比較大，容易發(fā)生損壞，因此對其主要受力部件進行強度分析，確認(rèn)其安全性能。以確保起重機在工作過程中的安全。22 電動單梁起重機概述電動單梁起重機主要應(yīng)用在車間以及倉庫里，工作環(huán)境不是很繁忙的場合，它容易操作，維護簡單，價格較低，應(yīng)用較為普遍。2.1梁式起重機梁式起重機的工作環(huán)境需要長方形場地，可以完成露天、車間、廠房等場所的搬運工作。單梁橋式起重機和雙梁橋式起重機是目前在實際中很普遍的兩種梁式起重機，如下圖：圖2.1單梁式起重機圖2.2雙梁橋式起重機這次畢業(yè)設(shè)計中，圖紙?zhí)峁┑氖菃瘟簶蚴狡鹬貦C，單梁橋式起重機主梁是鋼

14、板與工字鋼的組合截面，即箱形工字梁截面，配合電動葫蘆作為起升機構(gòu)，電動葫蘆在工字鋼的下翼板上緣往復(fù)運動。另外根據(jù)軌道安裝方式，分為支承式和懸掛式兩種，如圖：圖2.3 懸掛式圖2.4支承式2.2單梁橋式起重機的分類單梁起重機按照操縱方式可分為手動式和電動式，本次畢業(yè)設(shè)計是針對電動單梁起重機，因此對手動式單梁起重機只做簡單介紹，不做過多贅述。手動單梁起重機，顧名思義，就是人工手動操縱的起重機，它的簡寫為SL，它可以在無電源的條件下工作，主要用于工況簡單，起重量不大，運行速度要求較低的工作場合，它有自身的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，維修保養(yǎng)方便；價格成本較低，適合于規(guī)模小的車間；質(zhì)量較小，操作靈活。手動單梁起重

15、機多采用手拉葫蘆作為起升機構(gòu)，端梁采用鋼板焊接而成，主梁一般情況下為單根工字鋼。電動單梁起重機的簡寫為LD（LDA），相對于手動單梁起重機，它有更高的運行速度和工作效率，更高的起重量，由于起重量的提高，對主梁及端梁的結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，因此它的成本較手動單梁起重機高。電動單梁起重機主要由橋架、大車運行機構(gòu)、電動葫蘆及電氣設(shè)備組成。橋架與運行機構(gòu)相配合，電動葫蘆沿著主梁下翼緣移動，兩者運動方向相垂直，可以實現(xiàn)貨物的搬運工作。電動單梁起重機是一種在工作環(huán)境不繁忙的工礦企業(yè)的車間或倉庫內(nèi)做起重運輸物件之用的特種起重設(shè)備它具有重量輕、造價低、組裝維修方便等突出優(yōu)點。不適用于有酸堿性或者其他腐蝕性化學(xué)

16、氣體的車間，也不能用來吊運熔化金屬、熾熱金屬；易燃品及危險品。3作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中至關(guān)重要的搬運起重機械，電動單梁起重機在各個部門領(lǐng)域廣泛使用。本次設(shè)計通過對電動單梁起重機進行實體建模與強度分析，增加了理論與實踐的聯(lián)系，有利于把學(xué)到的知識在實際應(yīng)用中找到落腳點。下面我將會對電動單梁起重機的各部件結(jié)構(gòu)進行介紹。3 電動單梁起重機的結(jié)構(gòu)電動單梁起重機主要由四部分組成，橋架、大車運行機構(gòu)、電動葫蘆及電氣設(shè)備，其中電動葫蘆用于升降重物和沿著主梁運動，相當(dāng)于起重小車；電氣設(shè)備用來控制起重機的升降及運行；橋架和大車運行機構(gòu)則負責(zé)物件的運行。本次設(shè)計主要是對電動單梁起重機實體建模及強度分析，下面我將對起重機

17、各零部件進行介紹，運行機構(gòu)、電動葫蘆、電氣設(shè)備將會做簡要分析。本次畢業(yè)設(shè)計所提供的電動單梁起重機的各技術(shù)參數(shù)如下：起重量：10噸;跨度：12.5米；起升高度：10米；起升速度：7米/分鐘；起重機運行速度：30米/分鐘；電源380伏 50赫茲；起重機運行軌道面寬：68毫米。3.1電動單梁起重機主梁各部件、總成及功能在本次畢業(yè)設(shè)計提供的圖紙中，主梁采用箱形工字梁，主梁鋼結(jié)構(gòu)采取焊接連接，圖紙?zhí)峁┲髁航Y(jié)構(gòu)如下圖：圖3.1主梁結(jié)構(gòu)及剖視圖主梁主要包括隔板、腹板、連接板1、連接板2、工字鋼、緩沖器支架、緩沖器、側(cè)板及其他部件，部件如下圖3.2至3.10。1. 隔板圖3.2主梁隔板2. 腹板圖3.3主梁腹

18、板圖3. 連接板1圖3.4主梁與端梁的連接板圖4. 連接板2圖3.5連接板圖5. 工字鋼圖3.6工字鋼圖6. 緩沖器支架圖3.7緩沖器支架7. 緩沖器圖3.8緩沖器8. 側(cè)板圖3.9側(cè)板9. 其他部件圖3.10其他部件10.電動單梁起重機主梁總成及功能將主梁的以上零件按照圖紙對其進行焊接組裝，可以得到主梁的總成圖。如圖3.11。圖3.11主梁總成圖主梁的功能：主梁是承載物件質(zhì)量和運輸物件的主要載體，電動葫蘆將物件吊起并沿著主梁工字鋼運行，在電氣系統(tǒng)的控制下，橋架沿著軌道運行，將物件搬運到指定位置。在起重機工作過程中，主梁是主要的受力部件，它的工作條件比較嚴(yán)峻，因此為了保證主梁的強度，確保安全，

19、需要對主梁進行有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果確定起重機的安全情況是否符合要求。3.2電動單梁起重機端梁各部件、總成及功能電動單梁起重機的端梁安裝有主動和被動車輪，車輪與運行軌道相接觸，電動機安裝在端梁上主動車輪處，驅(qū)動端梁沿軌道運行。端梁結(jié)構(gòu)圖如下：圖3.12端梁結(jié)構(gòu)及剖視圖端梁主要包括蓋板裝置、端梁前板、端梁后板、端梁頂板、端梁底板、筋板和連接板，各部件如圖1.蓋板圖3.13蓋板圖2.端梁前板圖3.14端梁前板3.端梁后板圖3.15端梁后板4.端梁頂板圖3.16端梁頂板3.蓋板裝置圖3.17蓋板裝置4.底板圖3.18底板圖5.其他部件圖3.19筋板圖圖3.20端梁連接板6.電動單梁起重機端梁總成及

20、功能將端梁各部件按照給定圖紙進行焊接組裝，可得到端梁的總成圖。如下：圖3.21端梁裝配圖端梁功能：端梁通過螺栓與主梁連接，對主梁起到支持的作用，端梁上的車輪與運行軌道接觸，主動輪由電動機驅(qū)動，從而實現(xiàn)電動單梁起重機在軌道上的運行，完成重物的搬運。3.3電動單梁起重機的其他部件及功能1.電氣設(shè)備電氣設(shè)備是控制電動單梁起重機工作的樞紐，是起重機的大腦。操作人員通過控制電氣設(shè)備來實現(xiàn)起重機的運行，進而完成物件的搬運工作。當(dāng)前電動單梁起重機的操縱方式主要有室內(nèi)操作和地面操作，地面操縱采用按鈕控制；室內(nèi)操縱則是在橋架的適當(dāng)位置安裝具備了電動葫蘆控制器、電動機控制器以及配電盤的駕駛室，操縱人員在駕駛室內(nèi)便

21、可以完成對搬運過程的控制。兩種操縱方法各有優(yōu)勢，有不同的應(yīng)用場合。3起重機通過安裝在橋架一端的導(dǎo)電裝置將電流引入起重機，起重機的端梁兩端有限位開關(guān)，電動葫蘆上裝有提升高度的限位開關(guān)，當(dāng)限位開關(guān)動作后即切斷電流，該機構(gòu)立即停止，再接通電源時。機構(gòu)反向運轉(zhuǎn)。32.電動葫蘆電動葫蘆一般由電動機、減速器、電動小車、卷筒裝置、電氣部分組成。電動機用來驅(qū)動電動小車沿主梁工字鋼運行；減速器可以將小車的運行速度控制在一定的安全范圍內(nèi)；卷筒裝置用來提升物件，并且可以固定物件提升的高度；電動小車可以帶動物件運動；電氣部分則與控制系統(tǒng)相連，用來控制電動葫蘆的工作與停止，并可以控制小車的行進速度以及小車的移動距離。設(shè)

22、計圖紙里小車共有八個車輪兩個電動機，兩個電動機分別用來驅(qū)動小車和卷筒裝置。圖3.22電動葫蘆3.電動單梁起重機大車運行機構(gòu)電動單梁起重機運行機構(gòu)包括驅(qū)動裝置、主動車輪裝置、被動車輪裝置、減速器及電氣部分。驅(qū)動裝置采用適當(dāng)?shù)碾妱訖C，與主動車輪通過齒輪傳動，進一步帶動被動車輪運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)起重機沿軌道的行駛；減速器將運行速度控制在安全范圍內(nèi)；電控系統(tǒng)通過電氣部分實現(xiàn)對運行機構(gòu)運行速度、運行方向、運行距離的控制；車輪通過軸承裝于角形軸承箱上，便于對運行機構(gòu)進行檢查及維修保養(yǎng)。4 利用UG軟件對電動單梁起重機進行實體建模本次畢業(yè)設(shè)計的題目為“電動單梁起重機實體建模及強度分析”，因此設(shè)計的主要內(nèi)容是根據(jù)現(xiàn)有

23、圖紙對起重機各部件進行實體建模。為了完成建模工作，需要對UG軟件進行學(xué)習(xí)。掌握一定的UG知識。44.1 UG在建模過程中的應(yīng)用電動單梁起重機主要由鋼板焊接而成，因此其板類部件較多，對于這種情況，我充分利用UG的草圖功能，先按照圖紙畫出零件的草圖，再對草圖進行拉伸，即可得到相應(yīng)的部件。部分零件圖如下： 圖4.1腹板草圖及腹板圖在部分零件處由于要用螺栓進行固定或者安裝軸承（端梁兩側(cè)板車輪處需要安裝軸承），需要在部件上打孔，這既可以直接通過孔來進行操作，也可以在草圖上畫出孔的具體位置，利用反向拉伸求差生成孔，如主端梁的連接板： 圖4.2端梁連接板草圖及連接板對于一些中心對稱的零件，可以利用回轉(zhuǎn)來完成

24、建模，步驟為先畫出零件的基本的回轉(zhuǎn)輪廓，確定回轉(zhuǎn)軸，再利用回轉(zhuǎn)操作對草圖進行回轉(zhuǎn)，即可得到結(jié)果如下圖： 圖4.3車輪草圖及回轉(zhuǎn)體在建模過程中，應(yīng)用最多的為拉伸、體、孔、回轉(zhuǎn)、邊倒圓、布爾運算等，其余零件也基本用這些命令完成，因此不再贅述。4.2 UG在零件裝配中的應(yīng)用UG的功能十分全面，除了可以建模外，還可以進行零件的裝配。在完成所有必要零件的建模后，就可以打開UG的裝配模塊進行裝配了，首先，新建一個裝配模型，然后按照圖紙，按順序添加零件，利用裝配約束中接觸對齊、同心、距離、垂直、平行等命令，將零件裝配在正確的位置，然后保存，就可以得到裝配的結(jié)果。在UG裝配圖中，各個零件是引用到裝配圖中來的，

25、改變某一零件，其相應(yīng)的改變也會顯示在裝配圖中。這一點應(yīng)注意。5 部分裝配如圖：1.蓋板裝置圖 圖4.4蓋板裝置及裝配圖2.緩沖器圖 圖4.5緩沖器部件及裝配圖3.腹板圖圖4.6腹板部件及裝配圖4.電動機圖圖4.7電動機裝配圖4.3電動單梁起重機主梁裝配圖由于本設(shè)計中各零件的尺寸較大，要十分注意裝配的細節(jié)，確保正確裝配。主梁主要包括工字鋼、腹板、隔板、連接板，工字鋼是電動葫蘆的行走軌道，隔板起到加強主梁整體強度的作用，連接板用于主梁與端梁的連接，腹板是主梁的骨架。在添加完主梁各部件后，得到裝配圖各視角如下圖：圖4.8主梁裝配圖4.4電動單梁起重機端梁裝配圖端梁相對于主梁來說，它的尺寸較小，主要包

26、括前后側(cè)板，上板、底板、筋板、蓋板裝置，在完成各部件的建模后，按照圖紙的要求完成端梁的裝配。端梁的裝配圖如下：圖4.9端梁裝配圖4.5電動單梁起重機的主、端梁裝配圖在完成主梁和端梁的裝配后，根據(jù)主、端梁連接板螺栓孔的位置，利用同心約束以及主梁連接板的平面止口進行定位，即可得到電動單梁起重機主、端梁裝配在一起后的大體形狀。裝配圖的不同視角如下圖：圖4.10主、裝配圖端梁4.6利用UG得到的建模結(jié)果在完成起重機各零部件的建?；A(chǔ)上，并參看圖紙完成主、端梁的裝配工作，得到了電動單梁起重機的大體模型，再加上其他部件，如電動葫蘆、電動機，即可得到電動單梁起重機的總體裝配。電動葫蘆、電動機圖如下： 圖4.

27、11端梁驅(qū)動電動機 圖4.12電動葫蘆示意圖在完成主梁與端梁裝配的基礎(chǔ)上，完成主梁與電動葫蘆的裝配，電動機與端梁的裝配，最終完成了電動單梁起重機的總體裝配工作，不同視角圖如下：圖4.13電動單梁起重機總裝配圖5 電動單梁起重機其他部件簡析電動單梁起重機除主梁、端梁外的部件主要有電動葫蘆、大車運行機構(gòu)、電氣設(shè)備。電動葫蘆一般都有產(chǎn)品系列，可以根據(jù)實際要求進行合理選擇，在這里就不再做討論；電氣設(shè)備是與電動單梁起重機的各部件相互匹配的，由地面操縱或者室內(nèi)操縱具體控制，在這里我們只需了解一下；起重機的大車運行機構(gòu)使起重機沿著特定的軌道運動，實現(xiàn)物件的搬運，相當(dāng)于起重機的“腿”。此外，在查閱資料的過程中

28、，對主梁與端梁的連接方式以及主梁截面性能特點也有了一定的認(rèn)識。5.1起重機大車運行機構(gòu)起重機的驅(qū)動裝置是通過螺栓與配合止口連接于端梁上的，運行機構(gòu)是一個“三合一”的機構(gòu)，它的組成包括錐形電機和減速器，其中錐形電機還具有減速功能。該裝置安裝維護方便，結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲小。應(yīng)用普遍。65.2主梁與端梁的連接本次設(shè)計，圖紙采用的是螺栓連接，如下圖5.1，主梁一端有用于連接的連接板，在端梁中部的對應(yīng)位置，有與主梁連接板相對應(yīng)的連接板，主梁與端梁的連接板如下圖5.2和5.3。圖5.1主梁與端梁的連接 圖5.2主梁連接板 圖5.3端梁連接板在主梁的連接板的上部帶有平面止口，平面止口用來定位，主端梁的連接板通過

29、八個螺栓實現(xiàn)連接，這種連接方法較為簡單常見。主梁和端梁可以單獨生產(chǎn)，然后按照圖紙規(guī)定跨度進行組裝。7但我認(rèn)為這種連接方法使得主梁及重物的重力過于集中于端梁的一側(cè)，會對車輪的磨損造成一定影響。主梁和端梁除了這種連接方法外，還有其他方法，主梁搭在端梁上，這樣不僅可以增加端梁的剛度和強度，使端梁的兩側(cè)受力較為均勻，減少車輪磨損。增加端梁的平衡性。還可以稍微增加起重機的起升高度。8連接方法如下圖1從動輪2端梁3主梁4主梁加強支承板5主動車輪6動軸線輪系減速器7驅(qū)動電機8端梁上連接板9主梁上連接板10連接螺栓圖5.4主梁與端梁的搭接5.3電動單梁起重機主梁結(jié)構(gòu)形式本次設(shè)計中，電動單梁起重機采用的是箱形工

30、字梁，如下圖5.5，主梁是由工字鋼與型鋼或者鋼板焊接而成，工字鋼下翼緣板則作為電動葫蘆（小車）吊運物件的運行軌道。本次設(shè)計中，箱形工字梁有六條焊縫，兩個腹板與上蓋板焊接，再與兩個斜放置的側(cè)板焊接。最后側(cè)板與工字鋼焊接。9此外，在主梁內(nèi)，上蓋板、兩側(cè)腹板、與工字鋼之間按一定距離焊接有隔板，隔板起到加大強度的作用，隔板在圖5.5中也有顯示，其具體形狀如圖5.6 圖5.5主梁的箱形截面圖 圖5.6主梁隔板圖另外一種應(yīng)用較多的主梁結(jié)構(gòu)形式是箱形主梁，箱形主梁結(jié)構(gòu)如下圖，與箱形工字梁相比，箱形主梁具有一定的優(yōu)勢，箱形主梁共有四條焊縫，剪應(yīng)力、局部壓應(yīng)力小，因此其截面特性較好，而且制造過程較為簡單，生產(chǎn)率

31、較高。但箱形梁需要完全不同的電動葫蘆。不能與箱形工字梁通用。9圖5.7主梁箱形截面圖在現(xiàn)階段箱形工字梁的應(yīng)用還是占較大的比例，但箱形工字梁相對于箱形工字梁的優(yōu)勢是非常明顯的，尤其是在截面性能與生產(chǎn)效率方面。只要與箱型梁相配套的電動葫蘆在研發(fā)與投產(chǎn)方面加快腳步，我認(rèn)為箱型梁將逐步取代箱形工字梁。5.4電動單梁起重機材料的選擇電動單梁起重機的主梁是在搬運物件時的直接受力部件，其次端梁與主梁的連接部位也受到主梁、物件、電動葫蘆的整體的壓力，車輪受到軌道向上的支持力。電動單梁起重機的主梁各零件全部焊接而成，因此其受力情況為整體受力；端梁同樣為焊接件，車輪處通過軸承連接。普通碳素鋼在電動單梁起重機中應(yīng)用

32、較多，如Q195、Q215、Q235、Q255等，另外鋼板型鋼的低合金材料也應(yīng)用于電動單梁起重機，如16Mn。根據(jù)實際工作情況、成本、制作工藝等方面的因素，在材料的選擇上我傾向于Q235，其中Q代表屈服極限，即發(fā)生塑性變形的極限，235為屈服值。Q235的屈服極限在235MPa左右。105.5端梁驅(qū)動電動機的選擇雖然在本次設(shè)計中沒有要求對電動機進行分析，而且在實際中根據(jù)起重機的起重量及跨度有對應(yīng)功率的電動機供選擇，但通過對電動機的分析可以熟悉起重機的受力情況，因此對電動機的功率計算作簡要介紹。首先分析起重機運行時的受力，主要有摩擦阻力、坡道阻力、以及風(fēng)阻力，電動單梁起重機一般在室內(nèi)工作，風(fēng)阻力

33、可以忽略，另外起重機的運行軌道一般是水平的，因此坡道阻力也可以忽略，因此在起重機的行進過程中主要受到摩擦力的作用，F(xiàn)=（起升重量+起重機自重）*摩擦系數(shù)。然后計算起重機的穩(wěn)定運行功率，功率P=(F*運行速度V)/(1000*電動機效率*電動機數(shù)量)，功率的單位是千瓦。由于要考慮實際運行及安裝情況，選擇電動機的功率硬幣計算功率稍大，應(yīng)為計算功率乘以（1.11.3）。再根據(jù)結(jié)果選擇合適的電動機。106 電動單梁起重機主梁與端梁的受力分析及有限元分析電動單梁起重機屬于應(yīng)用廣泛的起重機械，起重量較大，存在一定的危險性，因此其安全性能必須得到保證。為了避免在使用過程中發(fā)生意外，對操作人員造成人身傷害，應(yīng)

34、對其主要受力部件進行有限元分析，確保其強度，保證其在使用年限內(nèi)不出現(xiàn)意外損壞。使生產(chǎn)作業(yè)安全有序進行。11畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書要求對電動單梁起重機的主要受力部件進行強度分析，我選取ANSYS對進行有限元分析。ANSYS是一款十分強大的有限元分析軟件，由美國ANSYS公司開發(fā)，它的應(yīng)用范圍十分廣泛，幾乎涵蓋所有的重要工業(yè)領(lǐng)域，可以求解結(jié)構(gòu)、流體等問題，并且可以與眾多的CAD軟件進行數(shù)據(jù)的共享，ANSYS的單元類型提供了眾多的用來模擬的材料供用戶選擇，為有限元的分析提供了最大限度的便利。在本次設(shè)計中，我主要使用ANSYS的結(jié)構(gòu)靜力分析功能，來求解載荷對電動單梁起重機引起的位移和應(yīng)力，來確定其加載后的變化

35、是否在允許的范圍內(nèi)。從而確保工作過程中的安全。126.1電動單梁起重機主梁的分析對于電動單梁起重機主梁的分析分為兩種情況，針對起重機工作過程中的兩種極限工作狀況，分別是電動葫蘆吊運最大起重量運行到主梁中間和一端，保證這兩種工況的安全即可確保主梁的安全。首先，把電動單梁起重機的主梁從UG6.0導(dǎo)出成適合ANSYS的格式，然后用ANSYS打開，接著對主梁進行網(wǎng)格劃分，對主梁進行固定并將起重機的最大起重載荷加到指定位置，起重載荷包括起重量10噸、電動葫蘆1010kg，進一步按照規(guī)程進行分析，主梁的網(wǎng)格圖、應(yīng)力圖、應(yīng)變圖如下：1.對主梁進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格圖如圖6.1圖6.1主梁網(wǎng)格圖2.在對主梁進行有

36、限元網(wǎng)格劃分后繼續(xù)對其進行有限元分析，首先將主梁的兩端連接板進行固定，然后首先在主梁的中間位置加載荷，在這里為了模擬電動葫蘆的小車對主梁工字鋼的力的作用，在主梁工字鋼的中間位置加一個小平面做為受力平面，電動葫蘆的小車有8個車輪，其加載力的形式為8個輪子分散加載，因此這個平面的受力情況比小車的情況更嚴(yán)峻，假如這種情況安全，小車在主梁工字鋼上運行也就是安全的。在分析完主梁中間的受力情況后，繼續(xù)分析重物在主梁工字鋼一端時的情況，分析過程與中間位置的分析類似。下面圖6.2至6.6是有限元分析時的兩種情況的應(yīng)力應(yīng)變圖圖6.2用來模擬主梁受力的平面3.重物在中間位置時的應(yīng)變圖圖6.3主梁應(yīng)變圖3.重物在中

37、間位置是的應(yīng)力圖圖6.4主梁應(yīng)力圖4.重物在一端時的應(yīng)變圖圖6.5主梁應(yīng)變圖5.重物在一端時的應(yīng)力圖圖6.6主梁應(yīng)力圖由以上圖片可以看到，重物在主梁中間位置時的應(yīng)力、應(yīng)變分別為36.652MP和0.90937mm；重物在主梁一端時，應(yīng)力、應(yīng)變分別為25.078MP和0.07512mm。對于起重機本身的材料Q235來說，它的安全系數(shù)還是比較高的，能夠保證工作過程中的安全；其應(yīng)變相對于起重機的尺寸來說，也在允許的范圍內(nèi)。6.2電動單梁起重機端梁的分析對于電動單梁起重機的端梁，它的受力情況比主梁簡單，端梁通過連接板與主梁連接，采用的是螺栓連接，其受力集中在連接板的螺栓孔，通過車輪孔進行固定，將電動機

38、加在其相應(yīng)位置，將端梁可能受到的最大載荷加在螺栓孔，即可進行分析。端梁所受載荷包括主梁自重、電動葫蘆以及起重最大載荷，為了模擬端梁受力的極端情況，我將主梁的自重以及整個起重載荷加到端梁的受力處。按照主梁的分析過程，將端梁從UG導(dǎo)出成適合ANSYS的格式，再用ANSYS打開，按照分析步驟進行分析，得到的網(wǎng)格圖、應(yīng)力圖、應(yīng)變圖如下：1.對端梁劃分網(wǎng)格圖6.7端梁網(wǎng)格圖2.在對端梁劃分網(wǎng)格后，對其進行有限元分析，首先通過安裝車輪的孔對其進行固定。主梁及重物的自重通過端梁的連接板加到端梁上，主梁、端梁通過8個螺栓連接，因此我將載荷加到端梁連接板及前板的8個螺栓孔上，得到端梁的應(yīng)力應(yīng)變圖，如圖6.8和6

39、.9.端梁應(yīng)變圖圖6.8端梁應(yīng)變圖由圖6.8可以看出，在端梁的受力情況最糟糕的情況下，其最大應(yīng)變?yōu)?.78mm，這對于端梁整體來說在允許的范圍內(nèi)。3.端梁應(yīng)力圖圖6.9端梁應(yīng)變圖由圖6.9可以看出，端梁的最大應(yīng)力為159.07MP，遠小于材料的極限應(yīng)力值235MP，但這是將主梁自重、電動葫蘆以及起重物自重全部加在一個端梁的情形，在實際情況下，在起重過程中由兩處端梁共同承擔(dān)，因此實際工作時，其最大應(yīng)力遠小于此值，因此其安全系數(shù)是有保障的。由上面分析可知，在本次畢業(yè)設(shè)計中，電動單梁起重機的主梁和端梁的滿載受力情況都在安全的范圍內(nèi)，滿足使用要求。6.3有限元分析的結(jié)果及自己的見解經(jīng)過以上有限元分析，

40、在滿載的情況下，電動單梁起重機的應(yīng)變和應(yīng)力都在安全的范圍內(nèi)，能確保在工作過程中安全運行。我們選擇的電動單梁起重機的材料是Q235，與我們得到的應(yīng)力相比較可知，此次設(shè)計中的電動單梁起重機的安全系數(shù)還是比較高的，從節(jié)約成本的角度考慮，可以選擇其他較為便宜但滿足安全要求的材料來代替，也可以適當(dāng)減少鋼板的厚度，從而達到成本的降低，由于條件的限制，在這里不再做具體分析。結(jié) 論本次畢業(yè)設(shè)計以電動單梁起重機為主要研究對象，通過學(xué)習(xí)研究電動單梁起重機的CAD圖紙，對電動單梁起重機的具體結(jié)構(gòu)部件進行了分析，了解了其主梁端梁的結(jié)構(gòu)形式及連接方式，并對其零部件有了大體的認(rèn)識；利用UG對各個零件進行了建模，并在零件的基礎(chǔ)上完成了裝配工作，學(xué)到了更多的UG繪圖方法和裝配約束功能；對起重機的主要受力部件進行了有限元分析，懂得了有限元分析的原理和意義以及利用有限元分析中的應(yīng)力應(yīng)變分布狀況對受力部件進行安全評測。在此之前，我對UG建模以及隨后的有限元分析的了解十分有限，在畢業(yè)設(shè)計的過程中，我對UG的使用逐步熟練，并且掌握了UG裝配過程中的一些技巧，根據(jù)CAD圖紙，