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1、设计项目计算与说明结果第1章 前言桥式起重机是一种重要的物料搬运机械。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机可分为普通桥式起重机简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机3种。 物料搬运成了人类生产活动的重要组成部分，距今已有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。起重机正经历着一场巨大的变革。大型化和专业化、模块化和组合化、轻型化和多元化、自动化
2、和智能化、成套化和系统化以及新型化和实用化是这场变革得主题。经过几十年的发展，我国桥式起重机行业已经形成了一定的规模，市场竞争也越发激烈。桥式起重机行业在国内需求旺盛和出口快速增长的带动下，依然保持高速发展，产品几近供不应求。尽管我国起重机行业发展迅速，但是国内起重机仍缺乏竞争力。从技术实力看，与欧美日等发达地区相比，中国的技术实力还有一定差距。目前，过内大型起重机尚不具备大量生产能力。从产品结构看，由于技术能力所限，中国起重机在产品结构上也不完善，难以同国外匹敌。桥式起重机可分为以下几类：1.通用桥式起重机1）抓斗桥式起重机抓斗桥式起重机的装置为抓斗，以钢丝绳分别联系抓斗起升、起升机构、开闭
3、机构。主要用于散货、废旧钢铁、木材等的装卸、吊运作业。这种起重机除了起升闭合机构以外，其结构部件等与通用吊钩桥式起重机相同。2）电磁桥式起重机电磁桥式起重机的基本构造与吊钩桥式起重机相同，不同的是吊钩上挂1个直流起重电磁铁(又称为电磁吸盘)，用来吊运具有导磁性的黑色金属及其制品。通常是经过设在桥架走台上电动发电机组或装在司机室内的可控硅直流箱将交流电源变为直流电源，然后再通过设在小车架上的专用电缆卷筒，将直流电源用挠性电缆送到起重电磁铁上。3）通用吊钩桥式起重机通用吊钩桥式起重机由金属结构、大车运行机构、小车运行机构、起升机构、电气控制系统及司机室组成。取物装置为吊钩。额定起重量为10t以下的
4、多为1个起升机构；16t以上的则多为主、副两个起升机构。这类起重机能在多种作业环境中装卸和搬运物料及设备。4）两用桥式起重机两用桥式起重机有3种类型：抓斗吊钩桥式起重机、电磁吊钩桥式起重机和抓斗电磁桥式起重机。其特点是在一台小车上设有两套各处独立的起升机构，一套为抓斗用，一套为吊钩用(或一套为电磁吸盘用一套为吊钩用，或一套为抓斗用一套为电磁吸盘用)。5）三用桥式起重机三用桥式起重机是一种多用的起重机。其基本构造与电磁桥式起重机相同。根据需要可以用吊钩吊运重物，也可以在吊钩上挂一个马达抓斗装卸物料，还可以把抓斗卸下来再挂上电磁盘吊运黑色金属，故称为三用桥式(可换)起重机。这种起重机适用于经常变换
5、取物装置的物料场所。6）双小车桥式起重机这种起重机与吊钩桥式起重机基本相同，只是桥架上装有两台起重量相同的小车。这种机型用于吊运与装卸长形物件。2.电动葫芦型桥式起重机其特点是桥式起重机的起重小车用自行式电动葫芦代替，或者用固定式电动葫芦作起重小车的起升机构，小车运行、大车运行等机构的传动装置也尽量与电动葫芦部件通用化。因此，与上述通用桥式起重机相比，电动葫芦型桥式起重机虽然一般起重量较小、工作速度较慢、工作级别较低，但其自重轻、能耗较小、易采用标准产品电动葫芦配套，对厂房建筑压力负载较小，建筑和使用经济性都较好。因此在中小起重量范围的一般使用场合使用越来越广泛，甚至有替代某些通用桥式起重机的
6、趋势。1）电动梁式起重机其特点是用自行式电动葫芦替代通用桥式起重机的起重小车，用电动葫芦的运行小车在单根主梁的工字钢下翼缘上运行。跨度小时直接用工字钢作主梁，跨度大时可在主梁工字钢的上面再作水平加强，形成组合断面主梁。其主梁可以是单根主梁(电动单梁式起重机)，也可以是两根主梁(电动双梁式起重机)，其桥架可以是像通用桥式起重机那样通过运行装置直接支撑在高架轨道上，也可以通过运行装置悬挂在房顶下面的架空轨道上(悬挂式)。2）电动葫芦桥式起重机其特点是固定式电动葫芦装在小车上作起升机构，小车运采用行机构也多采用电动葫芦零部件作成简单的构造形式，小车也极为简便轻巧，其整体高度小，小车及桥架自重轻、重心
7、低、有很广泛的使用适应性。箱形双梁桥式起重机是由一个有两根箱形主梁和两根横向端梁构成的双梁桥架,在桥架上运行起重小车,可起吊和水平搬运各类物体, 它适用于机械加工和装配车间料场等场合。桥架的结构主要有箱形结构，空腹桁架式结构，偏轨空腹箱形结构及箱形单主梁结构等，5-80 吨中小起重量系列起重机一般采用箱形结构，且为保证起重机稳定，选择箱形双梁结构作为桥架结构。为了操纵和维护的需要，在传动侧走台的下面装有司机室。司机室有敞开式和封闭式两种，一般工作环境的室内采用敞开式的司机室，在露天或高温等恶劣环境中使用封闭式的司机室。箱形双梁桥架具有加工零件少，工艺性好，通用性好等优点。桥架结构应根据其工作类
8、型和使用环境温度等条件，按照有关规定来选 用钢材。桥式起重机一般由装有大车运行机构的桥架、装有起升机构和小车运行机构的起重小车、电气设备、司机室等几个大部分组成。外形像一个两端支撑在平行的两条架空轨道上平移运行的单跨平板桥。起升机构用来垂直升降物品，起重小车用来带着载荷作横向运动；桥架和大车运行机构用来将起重小车和物品作纵向移动，以达到在跨度内和规定高度内组成三维空间里作搬运和装卸货物用。桥式起重机是使用最广泛、拥有量最大的一种轨道运行式起重机，其额定起重量从几吨到几百吨。最基本形式是通用吊钩桥式起重机，其他形式的桥式起重机基本上都是在通用吊钩桥式的基础上派生发展出来的。通过本次设计学会对桥架
9、金属结构的设计,加深对桥式起重机各部分功能和设计特点的掌握,学会使用许用应力法设计.设计中认真参考各种资料如,运用各种途径如上网,采取计算机辅助设计AutoCAD2012努力对桥式起重机桥架金属结构进行合理设计；进一步提高机械设计能力和巩固所学过的起重机械及机械零件等课程的理论知识。在设计中不仅学会整部机器的设计方法，并且要熟悉零件的工艺性、机器的装配和安全技术等方面的知识，从而提高分析问题和解决问题的能力。此外，本次起重机设计还具有所采用的零部件工艺性好，装拆检修容易，操作方便和使用安全，机器重量轻，成本低等特色，在学习和继承现有技术资料和典型结构的基础上进行了改造和大胆创新。设计项目计算与
10、说明结果确定机构传动方案运行阻力计算验算电机发热验算运行速度和实际所需功率验算起动时间起动工况下校核减速器功率验算起动不打滑条件大车轮距主梁高度端梁高度桥架端部梯形高度主梁腹板高度确定主梁截面尺寸加筋板的布置尺寸计算载荷确定主梁垂直最大弯矩主梁水平最大弯矩主梁的强度验算主梁的垂直刚度验算主梁的水平刚度验算计算载荷的确定端梁垂直最大弯矩端梁水平最大弯矩端梁截面尺寸的确定端梁的强度验算端梁端部上翼缘焊缝端梁端部下翼缘焊缝主梁与端梁的连接焊缝主梁上盖板焊缝第2章 总体设计2.1总体参数 通用桥式起重机一般由桥架、起升机构、大车运行机构、小车运行机构、电气设备、司机室等几大部分组成。本设计为某厂机械加
11、工车间使用的电动双梁吊钩桥式起重机。设计参数：起重量10t，起升高度15m，桥架跨度22.5m;起升速度；小车运行速度；大车运行速度；工作类型均为中级；机构运转持续率；小车轨距；小车轮距；起重机估计总重；估计小车重量。2.2小车总体布置 总体设计是起重机设计中极为关键部分，它是对起重机本身构思、设计的总体思路。总体设计关系到起重机出厂后的性能、经济性、环保性、操作的舒适性等等，所以总体设计直接决定了起重机设计的成败。 同时对设计对象进行构想设计思路的过程，也至关重要。在拿到设计题目后，进行了具体的分析研究，参考同类型起重机的有关资料之后制定了总体设计原则。设计原则应当保证在满足使用要求的前提下
12、，所设计的机型应结构合理并符合相关的性能、经济、环保等要求。小车主要有起升机构、运行机构和小车架组成。整台起重机与厂房建筑物的配合以及小车与桥架的配合要适当。小车与桥架的互相配合，主要在于小车轨距和桥架上的小车轨距应相同；其次，小车上的缓冲器与桥架上的挡铁位置要配合好，小车上的撞尺和桥架上的行程限位开关要配合恰当。小车的平面布置愈紧凑，小车到桥架的两端愈远，起重机工作范围也就愈大。小车的高度小，相应地可使起重机的高度减小，从而可降低厂房建筑物的高度。小车上机构的布置及同一机构中各零部件间的配合要求适当。起升机构和小车运行机构在小车架平面上的布置要合理紧凑，但二者之间的距离不应太小，否则维修不便
13、，或造成小车架难以设计。小车车轮的轮压分布要求均匀。如能满足这个要求，则可以获得最小的车轮、轴承及轴承箱尺寸，并且使起重机桥架主梁受到均匀的轮压载荷。一般最大轮压不应超过平均轮压的20%。小车架上的机构与小车架结构的配合要适当。为使小车上的起升、运行机构与小车架配合的好，要求二者之间的配合尺寸相符；联接零件要选择适当和安装方便。在设计原则上，要以机构为主，应尽量用小车架去配合机构；同时机构的布置也要尽量使钢结构的设计制造方便。因为小车架是用来安置与支撑起升机构和小车运行机构的，所以小车架要按照起升和运行机构的要求设计，但在不影响机构工作的条件下，机构的布置也应配合小车架的设计，使其构造简单、合
14、理和便于制造。在设计桥式起重机小车时，必须满足以下方面要求：1） 整台起重机与厂房建筑物的配合，以及小车与桥架的配合要适当；2） 小车上机构的布置及同一机构中各零件间的配合要求适当；3） 小车车轮的轮压分不要均匀；4） 小车架上的机构与小车架配合要适当；5） 尽量选择标准零部件，以提高设计与制造的工作效率，降低生产成本；6） 小车各部分的设计应考虑制造、安装和维护检修方便，尽可能保证各部件拆下修理时而不需移动邻近的部件。对于具有四个车轮其中半数为主动轮的校车运行机构，其传动方案可分为两大类：即带有开式齿轮传动和全部为闭式齿轮传动。由于开式齿轮、轮齿的磨损严重，因此，一般用途的桥式起重机小车运行
15、机构，大多采用闭式齿轮传动。 起升系统的传动原理。起升机构的动力来源，是由电动机发生，经齿轮联轴器，补偿轴，制动轴联轴器，将动力传递给减速器的高速轴端，最终减速器把电动机的高转数降低到所需的转数之后，由减速器低速轴输出经卷筒上的内齿圈，把动力传递给卷筒组，再经过钢丝绳和滑轮组使吊钩进行升降，从而完成升降重物的目的。起升机构采用闭式传动方案，电动机轴与二级圆柱齿轮减速器的高速轴之间采用两个半齿联轴器和一中间浮动轴联系起来，减速器的低速轴与卷筒之间采用圆柱齿轮传动。 布置起升机构的各零部件时，应使机构总重心接近小车架的纵向中心线，以便能最后得道比较均匀的小车轮压。 起重小车运行系统的传动原理：动力
16、由电动机发出，经制动轮联轴器，补偿轴和半齿联轴器，将动力传递给立式三级减速器的高速轴端，并经立式三级减速器把电动机的高转数降低到所需要的转数之后，再由低速轴端输出，又通过半齿联轴器补偿轴，半齿联轴器与小车主动车轮轴联接，从而带动了小车主动轮的旋转，完成小车的横向运送重物的目的。运行机构采用全部为闭式齿轮传动，小车的四个车轮固定在小车架的四周，车轮采用带有角形轴承箱的成组部件，电动机装在小车架的台面上，由于电动机轴和车轮轴不在同一个平面上，所以运行机构采用立式三级圆柱齿轮减速器，在减速器的输入轴与电动机轴之间采用全齿联轴器直接连接；减速器的两个输出轴端与车轮轴之间均采用带浮动轴的半齿联轴器的连接
17、方式。 第3章 大车运行机构计算3.1大车运行机构概述及设计要求大车运行机构的设计通常是和桥架的设计一起考虑，两者的设计工作要交叉进行。一般的设计包括：1）确定桥架结构的形式和大车运行机构的传动方式；2）布置桥架的尺寸；3）安排大车运行机构的具体位置和尺寸；4）综合考虑二者的关系和完成各部分的设计。大车运行机构的传动方案，基本分两类，即：分别传动和集中传动。在桥式起重机常用的跨度（10.532m）范围内，均可用分别传动的方案。若采用集中传动时，对于大跨度（16.5m），宜采用高速集中传动方案，而对于小跨度（13.5m），可采用低速集中传动方案。分别驱动省去了中间部分的传动轴，使得质量减轻，尺寸
18、减小。分别驱动的结构不因主梁的变形而在大车传动性机能方面受到影响，从而保证了运行机构多方面的可靠性。所以，大车运行机构采用分别驱动。大车运行系统的传动原理。动力由电动机发出，经制动轮联轴器，补偿轴和半齿联轴器将动力传递给减速器的高速轴端，并经减速器把电动机的高转数降低到所需要的转数之后，由低速轴传出，又经全齿联轴器把动力传递给大车的主动车轮组，从而带动了大车主动车轮的旋转，完成桥架纵行吊运重物的目的。大车两端的驱动机构是一样的。对大车运行机构的设计基本要求是：1） 机构要紧凑，重量要轻；2） 和桥架的配合要合适，这样，桥架容易设计，机构好布置，并且使走台不致过大；3） 尽量减轻主梁的扭转载荷，
19、不影响桥架的刚度；4） 维护检修方便，机构布置合理，使司机上下走台方便，便于装拆零件及操作。跨度22.5m为中等跨度，为减轻重量，决定采用电动机与减速器间、减速器与车轮间均有浮动轴的布置传动方案如图3-1所示。图3-1 分别传动大车运行机构布置图 1-电动机；2-制动器；3-带制动轮的半齿轮联轴器；4-浮动轴；5-半齿联轴器；6-减速器；7-车轮3.2选择车轮与轨道，并验算其强度按图3-2所示的重量分布，计算大车车轮的最大轮压和最小轮压图3-2 轮压计算图满载时，最大轮压： 空载时，最大轮压：空载时，最小轮压：载荷率： （3-4） 由2中表19-6选择车轮：当运行速度时，；工作类型为中级时，车
20、轮直径；轨道为Qu70的许用轮压为18.9t，故可用：疲劳计算时的等效载荷：式中：等效系数，查1第五章第三节可得车轮的计算轮压： （3-6）式中：车轮的等效轮压载荷变化系数，查1表5-3可得，当时，；冲击系数，查1表5-2可知，第一种载荷，当运行速度时，根据点接触情况计算疲劳接触应力：式中：r轨顶弧形半径，由7查表2-32得对于车轮材料ZG55，由1表5-4得，接触许用应力，因此，故疲劳计算通过计算最大轮压： (3-9)式中：冲击系数，由表1第类载荷，当时，按点接触情况进行强度校核的接触应力：车轮材料采用ZG55，查1表5-4得：，故强度足够摩擦总阻力矩： (3-11)由2表19-4得车轮的轴
21、承型号为7520，轴承内径和外径的平均值为：；由1中表表7-3查得：滚动摩擦系数k=0.0006m；轴承摩擦系数；附加阻力系数=1.5。代入上式得：运行摩擦阻力： (3-13)当空载时： (3-15)3.3选择电动机电动机静功率： (3-16)式中：满载运行时的静阻力m=2（驱动电机台数）初选电动机功率： (3-17)式中：电动机功率增大系数，由1表中7-6查得查2表33-6选用电动机JZR2-12-6；电动机重量等效功率： (3-18)式中：工作类型系数，由1表6-4查得当时，；由1按起重机工作场所得查得。由此可知，故初选电动机发热条件通过3.4选减速器车轮转数： (3-19)机构传动比：
22、(3-20)查8中附表10及附表13，选用两台ZQ-350-V-1Z减速器；（当输入转数为1000rpm时）。可见中级实际运行速度： (3-21)误差： (3-22)实际所需电动机功率： (3-23)由于，故所选电动机与减速器均合适起动时间： (3-24)式中： m=2（驱动电动机台数）满载时运行静阻力矩： (3-26)空载运行时的静阻力矩： (3-27)初步估算高速轴上联轴器的飞轮矩： (3-28)机构总飞轮矩： (3-29)满载起动时间： (3-30)空载起动时间： (3-31)由2知，起动时间在允许范围（8-10sec）之内，故合适。起动工况下减速器传递的功率： (3-32)式中：计算载
23、荷运行机构中，同一级传动减速器的个数，=2 因此所选减速器的,所以所选减速器功率合适。 由于起重机系室内使用，故坡度阻力及风阻力矩不考虑在内。以下按三种工况进行验算：1. 二台电动机空载时同时驱动： (3-34)式中： 主动轮轮压从动轮轮压f=0.2粘着系数（室内工作）防止打滑的安全系数， ，故两台电动机空载起动不会打滑2. 事故状态： 当只有一个驱动装置工作，而无载小车位于工作着的驱动装置这一边时，则 (3-35)式中：主动轮轮压从动轮轮压一台电动机工作时的空载起动时间；，故不打滑 根据上述不打滑验算结果可知，三种工况均不会打滑。而其中防止打滑安全系数最大的是第（2）种工况（）；最小的是第（
24、3）种工况（）。因此，由计算结果分析，应按第（3）种工况验算。3.5选择制动器 由1取制动时间，按空载计算制动力矩，令Q=0得： (3-36)式中： m=2制动器台数，两套驱动装置工作 现选用两台YWZ-200/25制动器，查7表23-32其额定制动力矩，为避免打滑，使用时需将其制动力矩调到2.8kgm以下。 考虑到所取的制动时间,在验算起动不打滑条件时是足够安全的。3.6选择联轴器根据机构传动方案，全套机构的高速轴和低速轴都采用浮动轴。1.机构高速轴上的计算扭矩： （3-37）式中：联轴器的等效力矩： 等效系数，查8表2-7得取=2由2表33-6查得：电动机-6,轴端为圆柱形，；l=80mm
25、；由2表21-15ZQ-350减速器高速轴端为圆锥形d=40mm，l=60mm，故在8中附表17中靠电动机端选两个带制动轮的半齿联轴器S196（靠电动机一侧为圆柱形孔，浮动轴端d=40mm）；;；重量G=15kg。在靠减速器端，选用两个半齿轮联轴器S193（靠减速器端为圆锥形，浮动轴端直径d=40mm）；其；重量G=8.36kg高速轴上转动零件的飞轮矩之和为： （3-38）与原估计基本相符，故有关计算则不需要重复1.低速轴的计算扭矩 查8中附表12得ZQ-350减速器低速轴端为圆柱形，d=55mm，l=85mm查2表19-4中表得的主动车轮的伸出轴为圆柱形，d=75mm，l=105mm从7表2
26、1-11中选用4个联轴节：其中两个为：(靠减速器端）另两个为：(靠车轮端）所有的；重量G=25.5kg3.7浮动轴的验算1.疲劳强度的验算：低速浮动轴的等效扭矩： （3-40）式中：等效系数，查8表2-7得由上节已取浮动轴端直径d=60mm，故其扭转应力为： （3-41）由于浮动轴载荷变化为对称循环（因为浮动轴在运行过程中正反转之扭矩相同），所以许用扭转应力为： （3-42）式中：材料用45号钢，取；。所以， 考虑零件几何形状，表面状况的应力集中系数。查8中第二章第五节及2第四章表可得：；安全系数，由8中表2-21查得。，故疲劳强度验算通过。 1.静强度验算：计算静强度扭矩： （3-43）式中
27、：动力系数，查8中2-5表可得=2.5扭转应力： （3-44）许用扭转剪应力： （3-45），故静强度验算通过第4章 桥架计算4.1桥架概述及设计要求箱形梁式桥架结构乃是国内外桥式起重机中应用最普遍的一种桥架结构型式，因为箱形梁式桥架结构（特别是小车轨道正中铺设的正轨型）具有设计简单、制造工艺性好等优点，而这些有利条件对于尺寸规格多、生产批量大的桥式起重机标准化系列产品来说，就显得更加重要。所以正轨箱形梁式桥架结构至今仍然是我国成批生产的、最常用的、典型的一种桥架。主梁结构目前有两类形式。第一类：主梁是桁架结构。大车传动机构采用开始齿轮传动结构，大车车轮采用滑动轴承支撑在两端梁的下面，制动装置
28、采取短行程和长行程交流电磁铁瓦块式制动器，传动轴相互之间采用弹性联轴器或刚性联轴器进行连接，主要的传动零件都不进行热处理，如车轮，齿轮和传动轴，各机构都是单件形式进行装配的，如车轮采用滑动轴承，减速装置采用开始齿轮等，组合精度比较低。此类起重机为过去的产品，现已不生产。第二类：主梁是箱形结构。变速装置采用减速器，所有车轮部分的支撑，都采用滚动轴承，制动装置增添了液压推杆瓦块式制动器和液压电磁瓦块式制动器，主要传动零件，如车轮，齿轮，齿轮轴等，均采用较好的钢材并进行热处理；尽可能采用组合机构进行装配，如角型轴承箱和减速器等，因此提高了装配精度，传动轴之间的联接采用半齿联轴器和全齿联轴器的结构形式。箱形梁式桥架结构主要是由两根主梁和两根端梁组成的。主梁是由上下盖板和两块垂直腹板组成封闭的箱形截面的实体板梁结构。如果为了减轻重量做成等强度梁，则腹板的下边和下盖板应做成抛物线形，但通常为制造方便，腹板中部为矩形而两端做成梯形，同时使下盖板两端向上倾斜。小车运行的轨道铺设在主梁上盖板的正中间，因此两根主梁的间距便取决于小车的轨距。安装大车运行机构和小车输电滑触线用的走台通常是悬臂固定在主梁的外侧。为了操纵和维护的需要，在传动侧走台的下面装有司机室。司机室有敞开式和封闭式两种。一般工