橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)

濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)II=2\*ROMANII1前言……….…………….….……………11.1起重機(jī)械的用途及工作特點(diǎn)………….………….………11.2起重機(jī)械的發(fā)展簡(jiǎn)史……………….………….………11.3起重機(jī)械的組成和種類(lèi)….………..………21.3.1橋式起重機(jī)的分類(lèi)和用途.…….…….………32吊鉤橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)…..….……………..43橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)算3.1主要技術(shù)參數(shù).……….………………...………………53.2主起升機(jī)構(gòu)5

3.2.1主起升機(jī)構(gòu)5

3.2.2主起升電動(dòng)機(jī)63.2.3主起升減速器83.2.4主起升制動(dòng)器83.2.5主起升機(jī)構(gòu)載荷103.2.6主卷筒設(shè)計(jì)113.3副起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1副起升機(jī)構(gòu)133.3.2副起升電動(dòng)機(jī)153.3.3副起升減速器163.3.4副起升制動(dòng)器163.3.5副起升機(jī)構(gòu)載荷173.3.6副卷筒設(shè)計(jì)204小車(chē)行走機(jī)構(gòu)214.1輪壓計(jì)算214.2車(chē)輪組選擇234.3電動(dòng)機(jī)選擇244.4減速器選擇244.5制動(dòng)器選擇254.6機(jī)構(gòu)載荷計(jì)算275大車(chē)行走機(jī)構(gòu)285.1輪壓計(jì)算285.2車(chē)輪組選擇305.3電動(dòng)機(jī)選擇315.4減速器選擇325.5制動(dòng)器選擇335.6機(jī)構(gòu)載荷計(jì)算336橋架計(jì)算6.1主梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)346.2有限元分析模型366.3分布載荷366.4工況及載荷組合366.5靜剛度和強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果376.6強(qiáng)度計(jì)算討論377整機(jī)檢驗(yàn)7.1抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算387.2總體穩(wěn)定性計(jì)算398結(jié)論……….………….……..….……...…40參考文獻(xiàn)…………….…..….…..……………….……...….41致謝….……..…….…………...…………421前言

1.1起重機(jī)械的用途及工作特點(diǎn)

起重機(jī)械主要用于裝卸和搬運(yùn)物料，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要設(shè)備。它不僅廣泛應(yīng)用于工廠、礦山、港口、車(chē)站、建筑工地、電站等生產(chǎn)領(lǐng)域，而且也應(yīng)用到人們的生活領(lǐng)域。使用起重運(yùn)輸機(jī)械，能減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低裝卸費(fèi)用，減少貨物的破損，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的機(jī)械設(shè)備。起重機(jī)械是以間歇、重復(fù)工作方式，通過(guò)起重吊鉤或其它吊具的起升、下降，或升降與運(yùn)移重物的機(jī)械設(shè)備。其工作特點(diǎn)具有周期性。在每一工作循環(huán)中，它的主要機(jī)構(gòu)作一次正向及反向運(yùn)動(dòng)，每次循環(huán)包括物品的裝載及卸載，搬運(yùn)物品的工作行程和卸載后的空鉤回程，前后兩次裝載之間還有包括輔助準(zhǔn)備時(shí)間在內(nèi)的短暫停歇。1.2起重機(jī)械的發(fā)展簡(jiǎn)史中國(guó)古代灌溉農(nóng)田用的桔?是臂架型起重機(jī)的雛形。14世紀(jì)，西歐出現(xiàn)了人力和畜力驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)臂架型起重機(jī)。19世紀(jì)前期，出現(xiàn)了橋式起重機(jī)；起重機(jī)的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開(kāi)始采用金屬材料制造，并開(kāi)始采用水力驅(qū)動(dòng)。19世紀(jì)后期，蒸汽驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)逐漸取代了水力驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)。20世紀(jì)20年代開(kāi)始，由于電氣工業(yè)和內(nèi)燃機(jī)工業(yè)迅速發(fā)展，以電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力裝置的各種起重機(jī)基本形成。1.3起重機(jī)械的組成和種類(lèi)起重機(jī)械是一種作循環(huán)、間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)械。一個(gè)工作循環(huán)包括：取物裝置從取物地把物品提起，然后水平移動(dòng)到指定地點(diǎn)降下物品，接著進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)，使取物裝置返回原位，以便進(jìn)行下一次循環(huán)。

通常，起重機(jī)械由起升機(jī)構(gòu)(使物品上下運(yùn)動(dòng))、運(yùn)行機(jī)構(gòu)(使起重機(jī)械移動(dòng))、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(使物品作水平移動(dòng))，起重機(jī)是一種作循環(huán)、間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)械。一個(gè)工作循環(huán)包括：取物裝置從取物地把物品提起，然后水平移動(dòng)到指定地點(diǎn)降下物品，接著進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)，使取物裝置返回原位，以便進(jìn)行下一次循環(huán)。

通常，起重機(jī)械由起升機(jī)構(gòu)(使物品上下運(yùn)動(dòng))、運(yùn)行機(jī)構(gòu)(使起重機(jī)械移動(dòng))、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(使物品作水平移動(dòng))，再加上金屬機(jī)構(gòu)，動(dòng)力裝置，操縱控制及必要的輔助裝置組合而成。

根據(jù)其構(gòu)造和性能的不同，一般可分為輕小型起重設(shè)備、橋式類(lèi)型起重機(jī)械和臂架類(lèi)型起重機(jī)三大類(lèi)。輕小型起重設(shè)備如：千斤頂、葫蘆、卷?yè)P(yáng)機(jī)等。橋架類(lèi)型起重機(jī)械如梁式起重機(jī)、龍門(mén)起重機(jī)等。臂架類(lèi)型起重機(jī)如固定式回轉(zhuǎn)起重機(jī)、塔式起重機(jī)、汽車(chē)起重機(jī)、輪胎、履帶起重機(jī)等。1.3.1橋式起重機(jī)的分類(lèi)和用途橋式起重機(jī)可分為普通橋式起重機(jī)、簡(jiǎn)易梁橋式起重機(jī)和冶金專(zhuān)用橋式起重機(jī)三種。

普通橋式起重機(jī)一般由起重小車(chē)、橋架運(yùn)行機(jī)構(gòu)、橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。起重小車(chē)又由起升機(jī)構(gòu)、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車(chē)架三部分組成。起升機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒和滑輪組。電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器，帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。小車(chē)架是支托和安裝起升機(jī)構(gòu)和小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)等部件的機(jī)架，通常為焊接結(jié)構(gòu)。起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)為集中驅(qū)動(dòng)，即用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)長(zhǎng)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)兩邊的主動(dòng)車(chē)輪；另一類(lèi)為分別驅(qū)動(dòng)、即兩邊的主動(dòng)車(chē)輪各用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。中、小型橋式起重機(jī)較多采用制動(dòng)器、減速器和電動(dòng)機(jī)組合成一體的“三合一”驅(qū)動(dòng)方式，大起重量的普通橋式起重機(jī)為便于安裝和調(diào)整，驅(qū)動(dòng)裝置常采用萬(wàn)向聯(lián)軸器。起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般只用四個(gè)主動(dòng)和從動(dòng)車(chē)輪，如果起重量很大，常用增加車(chē)輪的辦法來(lái)降低輪壓。當(dāng)車(chē)輪超過(guò)四個(gè)時(shí)，必須采用鉸接均衡車(chē)架裝置，使起重機(jī)的載荷均勻地分布在各車(chē)輪上。橋架的金屬結(jié)構(gòu)由主梁和端梁組成，分為單主梁橋架和雙梁橋架兩類(lèi)。單主梁橋架由單根主梁和位于跨度兩邊的端梁組成，雙梁橋架由兩根主梁和端梁組成。主梁與端梁剛性連接，端梁兩端裝有車(chē)輪，用以支承橋架在高架上運(yùn)行。主梁上焊有軌道，供起重小車(chē)運(yùn)行。橋架主梁的結(jié)構(gòu)類(lèi)型較多比較典型的有箱形結(jié)構(gòu)、四桁架結(jié)構(gòu)和空腹桁架結(jié)構(gòu)。箱形結(jié)構(gòu)又可分為正軌箱形雙梁、偏軌箱形雙梁、偏軌箱形單主梁等幾種。正軌箱形雙梁是廣泛采用的一種基本形式，主梁由上、下翼緣板和兩側(cè)的垂直腹板組成，小車(chē)鋼軌布置在上翼緣板的中心線上，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，適于成批生產(chǎn)，但自重較大。偏軌箱形雙梁和偏軌箱形單主梁的截面都是由上、下翼緣板和不等厚的主副腹板組成，小車(chē)鋼軌布置在主腹板上方，箱體內(nèi)的短加勁板可以省去，其中偏軌箱形單主梁是由一根寬翼緣箱形主梁代替兩根主梁，自重較小，但制造較復(fù)雜。四桁架式結(jié)構(gòu)由四片平面桁架組合成封閉型空間結(jié)構(gòu)，在上水平桁架表面一般鋪有走臺(tái)板，自重輕，剛度大，但與其他結(jié)構(gòu)相比，外形尺寸大，制造較復(fù)雜，疲勞強(qiáng)度較低，已較少生產(chǎn)?？崭硅旒芙Y(jié)構(gòu)類(lèi)似偏軌箱形主梁，由四片鋼板組成一封閉結(jié)構(gòu)，除主腹板為實(shí)腹工字形梁外，其余三片鋼板上按照設(shè)計(jì)要求切割成許多窗口，形成一個(gè)無(wú)斜桿的空腹桁架，在上、下水平桁架表面鋪有走臺(tái)板，起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)及電氣設(shè)備裝在橋架內(nèi)部，自重較輕，整體剛度大，這在中國(guó)是較為廣泛采用的一種型式。普通橋式起重機(jī)主要采用電力驅(qū)動(dòng)，一般是在司機(jī)室內(nèi)操縱，也有遠(yuǎn)距離控制的。起重量可達(dá)五百噸，跨度可達(dá)60米。簡(jiǎn)易梁橋式起重機(jī)又稱(chēng)梁式起重機(jī)，其結(jié)構(gòu)組成與普通橋式起重機(jī)類(lèi)似，起重量、跨度和工作速度均較小。橋架主梁是由工字鋼或其他型鋼和板鋼組成的簡(jiǎn)單截面梁，用手拉葫蘆或電動(dòng)葫蘆配上簡(jiǎn)易小車(chē)作為起重小車(chē)，小車(chē)一般在工字梁的下翼緣上運(yùn)行。橋架可以沿高架上的軌道運(yùn)行，也可沿懸吊在高架下面的軌道運(yùn)行，這種起重機(jī)稱(chēng)為懸掛梁式起重機(jī)。冶金專(zhuān)用橋式起重機(jī)在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中可參與特定的工藝操作，其基本結(jié)構(gòu)與普通橋式起重機(jī)相似，但在起重小車(chē)上還裝有特殊的工作機(jī)構(gòu)或裝置。

1.4橋式起重機(jī)的基本參數(shù)1.質(zhì)量和載荷參數(shù)：起重量G，有效起重量Gp，額定起重量Gn，總起重量Gt，最大起重量Gmax，起重力矩M，起重傾覆力矩MA，起重機(jī)總質(zhì)量Go，輪壓P2.起重機(jī)尺寸參數(shù)：幅度L，最大幅度Lmax，最小幅度Lmin，懸臂有效伸縮距l(xiāng)，起升高度H，下降深度h，起升范圍D，起重臂長(zhǎng)度Lb，起重機(jī)傾角3.運(yùn)動(dòng)速度參數(shù)：起升（下降）速度Vn，微速下降速度Vm，回轉(zhuǎn)速度ω，起重機(jī)(大車(chē))運(yùn)行速度Vk，小車(chē)運(yùn)行速度Vt，變幅速度Vr4.與起重機(jī)運(yùn)行線路有關(guān)的參數(shù)：跨度S5.一般性能參數(shù)：工作級(jí)別，機(jī)構(gòu)工作級(jí)別

跨度指橋式起重機(jī)運(yùn)行軌道中心線之間的水平距離，單位為m，橋式起重機(jī)的小車(chē)運(yùn)行軌道中心線之間的距離稱(chēng)為小車(chē)的軌距，地面有軌運(yùn)行的臂架式起重機(jī)的運(yùn)行軌道中心線之間的距離稱(chēng)為該起重機(jī)的軌距。2吊鉤橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2.1設(shè)計(jì)參數(shù)

要求：最大額定起重量主鉤Gz=25T，副鉤Gf=5T，主鉤起升速度7<Vzn,<8m/s,副鉤起升速度18<Vfn<22m/s,大車(chē)運(yùn)行速度80<Vk<90m/s,小車(chē)運(yùn)行速度40<Vt<50m/s,寬度S=22.5m。

2.2工作條件

工作制度A5，工作環(huán)境溫度為-25℃～40℃范圍內(nèi)，室內(nèi)工作，有線地面操作，設(shè)計(jì)整機(jī)壽命為20年

3.橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)3.1.主要技術(shù)參數(shù)3.1.1.主起升機(jī)構(gòu)起重量25t（250kN）起升速度7.99m/min起升高度12m工作級(jí)別M53.1.2.副起升機(jī)構(gòu)起重量5t（50kN）起升速度20.25m/min起升高度14m工作級(jí)別M53.1.3.小車(chē)行走機(jī)構(gòu)行走速度44.6m/min工作級(jí)別M6輪距3.3m軌距3.4m3.1.4.大車(chē)行走機(jī)構(gòu)行走速度83m/min工作級(jí)別M5軸距4.0m軌距2205m3.2機(jī)構(gòu)計(jì)算3.2.1.主起升機(jī)構(gòu)主起升機(jī)構(gòu)為雙吊點(diǎn)閉式傳動(dòng)，卷筒按螺旋繩槽、雙聯(lián)卷筒、單層纏繞設(shè)計(jì)。鋼絲繩A.鋼絲繩最大拉力Smax：EQSmax=\F(1.02Q,αqηh)=EQEQEQ\F(1.02*250000,2*4*0.97)=32860.8(N)式中，Q——額定起升載荷，Q=250000N；α——進(jìn)入卷筒的鋼絲繩分支數(shù)，對(duì)于雙聯(lián)卷筒，α=2；q——滑輪組倍率，q=4；ηh——滑輪組效率，ηh=0.97。B.鋼絲繩最小直徑dmin：EQdmin=C\R(,Smax)EQ=0.1×\R(,32860.8)=18mm式中，C——鋼絲繩選擇系數(shù)，C=0.1；C.鋼絲繩選擇按6×19W+FC-18.5-170-I-光-右交型鋼絲繩，d=18.5，σb=1700MPa（鋼絲繩公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度），鋼絲破斷拉力總和S0=219000N，鋼絲繩實(shí)際安全系數(shù)：EQn=\F(S0,Smax)=\F(219000,32860.8)=6.67>5，通過(guò)。鋼絲繩型號(hào)為：6×19W+FC-18.5-170-I-光-右交GB1102-74卷筒尺寸與轉(zhuǎn)速A.卷筒直徑卷筒最小直徑Dmin≥（e-1)d=19×18.5=351.5mm，式中，e——筒繩直徑比，e=20；取D0=400mm（卷筒名義直徑），實(shí)際直徑倍數(shù)es=EQ\F(400,18.5)=21.6>20，滿足。B.卷筒長(zhǎng)度繩槽節(jié)距p=20.5mm，繩槽半徑r=10.0+0.2mm，繩槽頂峰高h(yuǎn)=6.0mm。單邊固定圈數(shù)：ngd=2圈；單邊安全圈數(shù)：naq=1.5圈；單邊工作圈數(shù)：EQngz=\F(mH,πD)EQ=\F(4×12,π×0.4185)=36.5圈式中，H——起升高度，H=12m。D——卷繞直徑，D=D0＋d=0.4185m。取ngz=36.5圈；。單邊繩槽圈數(shù)：n=40圈。繩槽排列長(zhǎng)度：Lgz=40×20.5=820mm；卷筒長(zhǎng)度：Ljt=1800mm。C.卷筒轉(zhuǎn)速卷筒轉(zhuǎn)速：EQnt=\F(qυ,πD)EQ=\F(4×7.8,π×0.4185)=23.74(r/min)式中，υ——起升速度，υ=7.8m/min。3.2.2.電動(dòng)機(jī)A.機(jī)構(gòu)效率減速機(jī)效率：ηj=0.95卷筒效率：ηt=0.98機(jī)構(gòu)效率：η=ηjηtηh=0.95×0.98×0.97=0.9B.電動(dòng)機(jī)靜功率電動(dòng)機(jī)靜功率：EQNj=\F(1.02Qυ,1000η60)EQ=\F(1.02×250000×7.8,1000×0.9×60)=36.8(kW)選擇電動(dòng)機(jī)YZR250M1—8，S3，F(xiàn)C25%，Ne=42kW，ne=716r/min；S3，F(xiàn)C40%，N40=37kW，n40=720r/min，力矩Tn=3.13(飛輪矩)GDd2=7.0kg·m2，(自重)Gd=559kg。電動(dòng)機(jī)額定力矩：EQTn=9550\F(Ne,ne)EQ=9550×\F(42,716)=560.2(N·m)C.在靜功率下的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在靜功率下的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：EQnd=n0－\F(Nj,N40)(n0－n40)EQ=750－\F(50,37)×(750－720)=709.5(r/min)式中，n0——電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速，n0=750m/min；n40——電動(dòng)機(jī)在基準(zhǔn)制S3，F(xiàn)C40%時(shí)的轉(zhuǎn)速，n40=720m/min；N40——電動(dòng)機(jī)在基準(zhǔn)制S3，F(xiàn)C40%時(shí)的功率，N40=37kW。D.電動(dòng)機(jī)過(guò)載驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)必須滿足下式：EQN40