箱形雙梁橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)

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1、起重機(jī)的介紹 箱形雙梁橋式起重機(jī)是由一個(gè)有兩根箱形主梁和兩根橫向端梁構(gòu)成的雙梁橋 架，在橋架上運(yùn)行起重小車(chē)，可起吊和水平搬運(yùn)各類(lèi)物體，它適用于機(jī)械加工和裝配 車(chē)間料場(chǎng)等場(chǎng)合。 起重機(jī)設(shè)計(jì)的總體方案 本次起重機(jī)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)如下： 起重量10t,跨度16.5m，起升高度為10m起升速度8m/min小車(chē)運(yùn)行速度 v=40m/min大車(chē)運(yùn)行速度V=90m/min大車(chē)運(yùn)行傳動(dòng)方式為分別傳動(dòng);橋架主梁型 式,箱形梁.小車(chē)估計(jì)重量4t，起重機(jī)的重量16.8t .工作類(lèi)型為中級(jí)。 根據(jù)上述參數(shù)確定的總體方案如下： 主梁的設(shè)計(jì)： 主梁跨度16.5m，是由上、下蓋板和兩塊垂直的腹板組成封閉箱形截面

2、實(shí)體板 梁連接，主梁橫截面腹板的厚度為6mm,翼緣板的厚度為10mm，主梁上的走臺(tái)的 寬度取決于端梁的長(zhǎng)度和大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的平面尺寸，主梁跨度中部高度取 H=L/17，主梁和端梁采用搭接形式，主梁和端梁連接處的高度取H0=0.4-0.6H， 腹板的穩(wěn)定性由橫向加勁板和，縱向加勁條或者角鋼來(lái)維持，縱向加勁條的焊接 采用連續(xù)點(diǎn)焊，主梁翼緣板和腹板的焊接采用貼角焊縫，主梁通常會(huì)產(chǎn)生下?lián)献?形，但加工和裝配時(shí)采用預(yù)制上拱。 小車(chē)的設(shè)計(jì)： 小車(chē)主要有起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車(chē)架組成。 起升機(jī)構(gòu)采用閉式傳動(dòng)方案，電動(dòng)機(jī)軸與二級(jí)圓柱齒輪減速器的高速軸之間 采用兩個(gè)半齒聯(lián)軸器和一中間浮動(dòng)軸聯(lián)系起來(lái)，減速器的

3、低速軸魚(yú)卷筒之間采用 圓柱齒輪傳動(dòng)。 運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用全部為閉式齒輪傳動(dòng)，小車(chē)的四個(gè)車(chē)輪固定在小車(chē)架的四周， 車(chē)輪采用帶有角形軸承箱的成組部件，電動(dòng)機(jī)裝在小車(chē)架的臺(tái)面上，由于電動(dòng)機(jī) 軸和車(chē)輪軸不在同一個(gè)平面上，所以運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用立式三級(jí)圓柱齒輪減速器，在 減速器的輸入軸與電動(dòng)機(jī)軸之間以及減速器的兩個(gè)輸出軸端與車(chē)輪軸之間均采用 帶浮動(dòng)軸的半齒聯(lián)軸器的連接方式。 小車(chē)架的設(shè)計(jì)，采用粗略的計(jì)算方法，靠現(xiàn)有資料和經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行，采用鋼板 沖壓成型的型鋼來(lái)代替原來(lái)的焊接橫梁。 端梁的設(shè)計(jì)： 端梁部分在起重機(jī)中有著重要的作用，它是承載平移運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵部件。端梁 部分是由車(chē)輪組合端梁架組成，端梁部分主要有上蓋板

4、，腹板和下蓋板組成；端 梁是由兩段通過(guò)連接板和角鋼用高強(qiáng)螺栓連接而成。在端梁的內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋， 以保證端梁架受載后的穩(wěn)定性。端梁的主要尺寸是依據(jù)主梁的跨度，大車(chē)的輪距 和小車(chē)的軌距來(lái)確定的；大車(chē)的運(yùn)行采用分別傳動(dòng)的方案。 在裝配起重機(jī)的時(shí)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(lái)。 本章主要對(duì)箱形橋式起重機(jī)進(jìn)行介紹，確定了其總體方案并進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單 的分析。箱形雙梁橋式起重機(jī)具有加工零件少，工藝性好、通用性好及機(jī)構(gòu)安裝 檢修方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，因而在生產(chǎn)中得到廣泛采用。我國(guó)在5噸到10噸的中、 小起重量系列產(chǎn)品中主要采用這種形式，但這種結(jié)構(gòu)形式也存在一些缺點(diǎn)

5、：自重 大、易下?lián)希谠O(shè)計(jì)和制造時(shí)必須采取一些措施來(lái)防止或者減少。 2. 大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)的基本原則和要求 大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)通常和橋架的設(shè)計(jì)一起考慮，兩者的設(shè)計(jì)工作要交叉進(jìn) 行，一般的設(shè)計(jì)步驟： 1. 確定橋架結(jié)構(gòu)的形式和大車(chē)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(chē)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(jì) 對(duì)大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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

6、機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案 大車(chē)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案，基本分為兩類(lèi)： 分別傳動(dòng)和集中傳動(dòng)，橋式起重機(jī)常用的跨度（10.5-32M）范圍均可用分別傳動(dòng) 的方案本設(shè)計(jì)采用分別傳動(dòng)的方案。 2.1.2大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體布置的主要問(wèn)題： 1. 聯(lián)軸器的選擇 2. 軸承位置的安排 3. 軸長(zhǎng)度的確定 這三著是互相聯(lián)系的。 在具體布置大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的零部件時(shí)應(yīng)該注意以幾點(diǎn)： 1. 因?yàn)榇筌?chē)運(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(dòng)性能和補(bǔ)償安裝的不準(zhǔn)確性著眼，凡是靠近電動(dòng)機(jī)、減速器和車(chē) 輪的軸，最好都用浮動(dòng)軸。

7、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(tái)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(duì)于分別傳動(dòng)的大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該參考現(xiàn)有的資料，在浮動(dòng)軸有足夠的 長(zhǎng)度的條件下，使安裝運(yùn)行機(jī)構(gòu)的平臺(tái)減小，占用橋架的一個(gè)節(jié)間到兩個(gè)節(jié)間的 長(zhǎng)度，總之考慮到橋架的設(shè)計(jì)和制造方便。 4. 制動(dòng)器要安裝在靠近電動(dòng)機(jī)，使浮動(dòng)軸可以在運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)時(shí)發(fā)揮吸收 沖擊動(dòng)能的作用。 2.2大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的計(jì)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(chē)運(yùn)行速度Vd「90m/min， 工作類(lèi)型為中級(jí)，機(jī)構(gòu)運(yùn)行持續(xù)率為JC%=25，起重機(jī)的估計(jì)重量G=

8、168KN，小車(chē) 的重量為Gx「40KN，橋架采用箱形結(jié)構(gòu)。 計(jì)算過(guò)程如下： 2.2.1確定機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案 本起重機(jī)采用分別傳動(dòng)的方案如圖（2-1） 大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)圖（2-1） 1—電動(dòng)機(jī)2一制動(dòng)器3—高速浮動(dòng)軸4一聯(lián)軸器5一減速器6一聯(lián)軸器7低速浮動(dòng) 軸8一聯(lián)軸器9一車(chē)輪 2.2.2選擇車(chē)輪與軌道，并驗(yàn)算其強(qiáng)度 按照如圖所示的重量分布，計(jì)算大車(chē)的最大輪壓和最小輪壓： 滿載時(shí)的最大輪壓： P _ G - Gxc Q + Gxc ? L - e max 4 2 L _ 168-40 100 + 40 16.5 -1.5 _ + ? 4 2 16.5 =95.6K

9、N 空載時(shí)最大輪壓: G - Gxc Gxc L - e P ‘ = + ? max 4 2 L _ 168-40 40 16.5 -1.5 = + X 4 2 16.5 =50.2KN 空載時(shí)最小輪壓： G - Gxc Gxc e P， = + ?— min 4 2 L _ 168-40 40 1.5 = + X 4 2 16.5 =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(chē)輪：當(dāng)運(yùn)行速度為Vdc=60-90m/min, Q/G=0.595時(shí)工作 類(lèi)型為

10、中級(jí)時(shí)，車(chē)輪直徑Dc=500mm，軌道為P’8的許用輪壓為150KN,故可用。 1) .疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的等效載荷： Qd=O2 ? Q=0.6*100000=60000N 式中中2一等效系數(shù)，有［1 ］表4-8查得中「0.6 車(chē)論的計(jì)算輪壓： Pj= KCI * r * Pd =1.05X0.89X77450 =72380N 式中：P一車(chē)輪的等效輪壓 d P = G - Gxc Qd + Gxc . L -1.5 d 42 ? L 168-40 60 + 40 16.5 -1.5 = + X 4 2 16.5 =77450N r一載荷變化系數(shù)，查［1

11、］表19-2，當(dāng)Q /G=0.357時(shí)，r=0.89 d 、一沖擊系數(shù)，查［1］表19-1。第一種載荷當(dāng)運(yùn)行速度為V=1.5m/s時(shí)， K1=1.05 根據(jù)點(diǎn)接觸情況計(jì)算疲勞接觸應(yīng)力： 「4000 3 ?，D 』 I （ 2 1 V =4000.172380x| 一 + 一 3 ［50 30J =13555Kg/cm2 =135550N/cm2 j 式中r-軌頂弧形半徑，由［3］附錄22查得r=300mm，對(duì)于車(chē)輪材料ZG55II， 當(dāng)HB>320時(shí)，［.「=160000-200000N/cm2，因此滿足疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 2）.強(qiáng)度校核 最大輪壓的計(jì)算： PjmMl

12、Tax = 1.1X95600 =105160N 式中Kcii-沖擊系數(shù)，由［3］表2-7第II類(lèi)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： jmaxF Pj maX 1 ￥ +一 r) + 50 30) I ( 1105160 [ =15353Kg/cm2 b =153530N/cm2 jmax 車(chē)輪采用 ZG55II，查[1 ]表 19-3 得，HB>320 時(shí)，[b j]=240000-300000N/cm2, b jmax < [ b j] 故強(qiáng)度足夠。 2.2.3運(yùn)行阻力計(jì)算 摩擦總阻力距 Mm=B(Q+G) (

13、K+u*d/2) 由［1］表19-4 D =500mm車(chē)輪的軸承型號(hào)為：22220K,軸承內(nèi)徑和外徑的平 c 均值為：(100+180)/2=140mm 由［1］中表9-2到表9-4查得：滾動(dòng)摩擦系數(shù)K=0.0006m，軸承摩擦系數(shù)U =0.02，附加阻力系數(shù)3=1.5，代入上式中： 當(dāng)滿載時(shí)的運(yùn)行阻力矩： Mm(QQ)= Mm(QQ)=(Q+G)( + |) =1.5 (100000+168000) X (0.0006+0.02 X0.14/2) =804N ? m 運(yùn)行摩擦阻力： p = Mm(Q = Q) = 804 m (Q=Q) Dc 0.5 T =3216

14、N 空載時(shí)： M 二BXGX(K+ud/2) m (Q=0) = 1.5X 168000X(0.0006+0.02X0.14/2) =504N P m(Q=0)= Mm(Q=0)/(DC/2) =504X2/0.5 =2016N 2.2.4選擇電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)靜功率： N=P?V /(60.m?門(mén)) j j dc =3216X90/60/0.95/2=2.54KW 式中Pj=Pm (Q=Q) 一滿載運(yùn)行時(shí)的靜阻力 (P m(Q0)=2016N) m=2驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的臺(tái)數(shù) 初選電動(dòng)機(jī)功率： N=Kd*Nj=1.3*2.54=3.3KW 式中K「電動(dòng)機(jī)功率增大系數(shù)

15、，由［1］表9-6查得Kd=1.3 查［2］表 31-27 選用電動(dòng)機(jī) YR160M-8； Ne=4KW，％=705rm，（GD2）=0.567kgm2, 電動(dòng)機(jī)的重量G =160kg d 2.2.5驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱功率條件 等效功率： Nx=K25 ?r? Nj =0.75X1.3X2.54 =2.48KW 式中K25—工作類(lèi)型系數(shù)，由［1］表8-16查得當(dāng)JC%=25時(shí)，K25=0.75 r一由［1］按照起重機(jī)工作場(chǎng)所得tq/tg=0.25，由［1］圖8-37估得r=1.3 由此可知：Nx

16、減速器的選擇 車(chē)輪的轉(zhuǎn)數(shù)： nc=Vdc/（n? Dc） =90/3.14/0.5=57.3rpm 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比： i =n1/nc=705/57.3=12.3 。 查［2］表 19-11，選用兩臺(tái) ZLZ-160-12.5-IV 減速器 i ,=12.5； ［N］=9.1KW，當(dāng)輸入 轉(zhuǎn)速為750rpm，可見(jiàn)Nj<［N］中級(jí)。（電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件通過(guò)，減速器： ZLZ-160-12.5-IV ） 2.2.7驗(yàn)算運(yùn)行速度和實(shí)際所需功率 實(shí)際運(yùn)行的速度： V dcf. i / i , c 。 。 =90X 12.3/12.5=88.56m/min 誤差： J（Vdc- Vdc

17、）/ Vdc =（90-88.56） /90X100%=1.6%<15%合適 實(shí)際所需的電動(dòng)機(jī)功率： N 亍"V dc/ Vdc =2.54X88.56/90=2.49KW 由于N ‘j

18、=Q) j (Q=Q) i/門(mén) 0 804 = =67.7N ? m 12.5 x 0.95 空載運(yùn)行時(shí)靜阻力矩: M M = m (Q=0) j(Q=O) i/^ 0 504 = =42.4N ? m 12.5 x 0.95 初步估算高速軸上聯(lián)軸器的飛輪矩: (GD2) zl+(GD2)L=0.78N?m 機(jī)構(gòu)總飛輪矩： (GD2) =(GD2)+(GD2)+(GD2) 1 ZL L d =5.67+0.78=6.45 N?m 滿載起動(dòng)時(shí)間: n1 t = q(Q=Q) 375(m ? Mq - Mj) (Q + G) D 2 mc(GD 2

19、) + c / i/2 ?門(mén) 705 375(2x829-67.7) _ (100000+168000) x 0.25 2 x1.15x 6.45 + 12.5 x12.5 x 0.95 =8.91s 空載啟動(dòng)時(shí)間: t = q (Q=0) n1 375(m ? Mq - Mj) (Q + G) D 2 mc(GD 2) + c / i/2 ?門(mén) 705 168000x 0.25 375(2 x 82.9 - 67.7) _ 2 x1.15x 6.45+ 12.5 x12.5 x 0.95 =5.7s 起動(dòng)時(shí)間在允許范圍內(nèi)。 2.2.9起動(dòng)工況

20、下校核減速器功率 起動(dòng)工況下減速器傳遞的功率: n"* 60n ? m / 式中 p =p +p =p + Q^G一K一 d j g j g 60t q (Q=Q) =3216+100000 +168000 x_^5L =7746.2N 10 60 x 8.91 m/--運(yùn)行機(jī)構(gòu)中，同一級(jí)傳動(dòng)減速器的個(gè)數(shù),m/=2. 因此 N= 774$2 x 88.56 =5.89KW 60 x 0.95 x 2 所以減速器的［N］中級(jí)二9.1KW>N,故所選減速器功率合適。 2.2.10驗(yàn)算啟動(dòng)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(jì) 算.

21、 1. 兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)同時(shí)驅(qū)動(dòng)： n= E^ >n d z G v/ p2(5 2)P + pik 4 + g 60t D ~2： 式中 p=p / + p / 1 min max =33.8+50.2=84KN---主動(dòng)輪輪壓 p2= P1=84KN 從動(dòng)輪輪壓 f=0.2——粘著系數(shù)(室內(nèi)工作) 七一防止打滑的安全系數(shù).七> 1.05?1.2 n = 84x103 x0.2 84x103 (0.0006+ 0.02014) x1.5+84x103 x 0.0006 168x103 x10 8&56 2 1B x 60x5.7 052 =2.

22、97 n>nz,故兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)不會(huì)打滑 2. 事故狀態(tài) 當(dāng)只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置工作,而無(wú)載小車(chē)位于工作著的驅(qū)動(dòng)裝置這一邊時(shí)，則 n= P^ > n dz G v/ P2(k +四I)P+ P1k + g 60t D q 式中p1= p/ =50.2KN——主動(dòng)輪輪壓 p =2 p / + p / 2 min max =2X33.8+50.2=117.8KN---從動(dòng)輪輪壓 t / ---一臺(tái)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)空載啟動(dòng)時(shí)間 q 705 t / = q 375 x 4.24 1.15 x 0.645 + 16800 x 0.52 12.52 x 0.95

23、= 13.47 s n= 502x02 =2.94 168 88.56 1178(0.000$0.02x0.07)1.5+5Q2x0.0006 0.5 ~2 10 60x13.47+ n>nz,故不打滑. 3. 事故狀態(tài) 當(dāng)只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置工作，而無(wú)載小車(chē)遠(yuǎn)離工作著的驅(qū)動(dòng)裝置這一邊時(shí)，則 n= P^. n d z G v / p2(k +四 I)P + P1k 4 + g 60t D q 項(xiàng) 式中P「p/n =33.8KN---主動(dòng)輪輪壓 P= p / + 2 p / =33.8+2*50.2=134.2KN---從動(dòng)輪輪壓 2 min m ax t

24、/ = 13.47 S q 一與第⑵種工況相同 n= 33.8x0.2 014 1 1342(0.000儕 0.02x一)1.5+33.8x0.0006 168 88.56 2 一x + 燈 10 60x13.47 0.52 =1.89 故也不會(huì)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(huì)打滑 2.2.11選擇制動(dòng)器 由［1〕中所述，取制動(dòng)時(shí)間tz=5s 按空載計(jì)算動(dòng)力矩，令Q=0,得: , 、 GD 2 mc(GD 2) + —門(mén) 0 式中 M / )(P「Pmm2￡2 j 2i / 0 _(336 — 1344)x 0.5

25、x 0.95 2 x 12.5 =-19.2N - m Pp=0.002G=16800OXO.OO2=336N Pmn=G(K + 四 2)— 2 c 2 0.14 168000 x (0.0006 + 0.02 ——) 2 =1344N M=2----制動(dòng)器臺(tái)數(shù).兩套驅(qū)動(dòng)裝置工作 A" 1 I me 705 M = — {—19.2+ z 2 I 375x5 2 x1.15x 0.645+ 168000k 0.52 125 0.95 =41.2 N - m 現(xiàn)選用兩臺(tái)YWZ-200/25的制動(dòng)器，查［1］表18-10其制動(dòng)力矩M=200 N?m, 為避

26、免打滑，使用時(shí)將其制動(dòng)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(dòng)方案，每套機(jī)構(gòu)的高速軸和低速軸都采用浮動(dòng)軸. 1. 機(jī)構(gòu)高速軸上的計(jì)算扭矩： M / = M建廣110.6X1.4=154.8 N - m 式中M 一連軸器的等效力矩. I M「七? M 廣2X55.3=110.6 N - m 也一等效系數(shù) ?。?2查［2］表2-7 M =9.75* 4000 =55.3 N - m el 705 由［2］表33-20查的：電動(dòng)機(jī)Y160M1-8，軸端為圓柱形,d「48mm,L=110mm;由 ［2］19-5查得ZLZ-160-12.5-iv的減速器，高速軸

27、端為d=32mm,l=58mm,故在靠電 機(jī)端從由表［2］選聯(lián)軸器ZLL（浮動(dòng)軸端d=40mm;［Mi］=630N偵，（GD2）z「0.063Kg偵,重量G=12.6Kg)；在靠近減速器端，由［2］選用兩個(gè)聯(lián)軸器ZLD,在靠近減速器 端浮動(dòng)軸端直徑為 d=32mm;［MI］=630 N ?m, (GD2)「0.015Kg - m,重量 G=8.6Kg. 高速軸上轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)算扭矩： M - = M， . i' .門(mén) js js 0 二

28、154.8X 15.75X0.95=2316.2 N - m 2.2.13浮動(dòng)軸的驗(yàn)算 1) .疲勞強(qiáng)度的計(jì)算 低速浮動(dòng)軸的等效力矩： M「叩］i = 1.4X55.3X 12.5X0.95=919.4Nm ■ 式中中］一等效系數(shù)，由［2］表2-7查得中「1.4 由上節(jié)已取得浮動(dòng)軸端直徑D=60mm，故其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為： 91940 0.2 x 63 =2128 N/cm2 由于浮動(dòng)軸載荷變化為循環(huán)(因?yàn)楦?dòng)軸在運(yùn)行過(guò)程中正反轉(zhuǎn)矩相同)，所 以許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為： 丁 _" . 1 _ 13200 -1k - k " - 1.92 x 1.4 =4910 N/cm2

29、 式中，材料用 45 號(hào)鋼，取 「60000 N/cm2; =30000N/cm2，則 「0.22 =0.22 X 60000=13200N/cm2； =0.6 =0.6X 30000=18000N/cm2 b s s K=KK =1.6X1.2=1.92 x m 考慮零件的幾何形狀表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)％=1.6, K「1.2,氣=1.4—安 全系數(shù)，由［2］表2-21查得 卜官?。莨势趶?qiáng)度驗(yàn)算通過(guò)。 2） .靜強(qiáng)度的計(jì)算 計(jì)算強(qiáng)度扭矩： M^ =中 =2.5X55.3X 12.5X0.95=1641.7 Nm ■ 式中中2一動(dòng)力系數(shù)，查［2］表2-5的中「2.5 扭

30、轉(zhuǎn)應(yīng)力： =E =些0 =3800N/cm2 W 0.2 x 63 許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力： ]T 18000 =12860 N/cm2 =―^ = 【I n 1.4 ii ＜［］iz，故強(qiáng)度驗(yàn)算通過(guò)。 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(shí)起重機(jī)的動(dòng)能 Gv 2 W =—0 動(dòng)2g G一帶載起重機(jī)的重量G=168000+100000X0.1 =178000N V°一碰撞時(shí)的瞬時(shí)速度，V。二（0.3?0.7） Vdx g一重力加速度取10m/s2 MW =竺=178000 x(P.5 X 1.5*

31、動(dòng) 2g 2x10 =5006.25 N m 2. 緩沖行程內(nèi)由運(yùn)行阻力和制動(dòng)力消耗的功 耽阻=（L+P制）S 式中P摩一運(yùn)行阻力，其最小值為 P . =Gf0. =178000X0.008=1424N f0min—最小摩擦阻力系數(shù)可取f0min=0.008 P 一制動(dòng)器的制動(dòng)力矩?fù)Q算到車(chē)輪踏面上的力，亦可按最大制動(dòng)減速 制 度計(jì)算 P制二宜 L制］=17800X 0.55=9790N L 制］=0.55 m /s2 S—緩沖行程取S=140 mm 因此 W = (1424+9790)X0.14=1569.96N m 阻 3. 緩沖器的緩沖容量 一個(gè)緩沖器要吸收的能

32、量也就是緩沖器應(yīng)該具有的緩沖容量為: =5006.25-1569.96 =3436.29 N m 式中n一緩沖器的個(gè)數(shù) 取n=1 由［1］表22-3選擇彈簧緩沖器彈簧D=120 mm，d=30 mm 3. 端梁的設(shè)計(jì) 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 i=10mm, 中部下蓋板 =10 mm 1 頭部下蓋板 =12mm 2 按照［1］表19-4直徑為500mm的車(chē)輪組尺寸，確定端梁蓋板寬度和腹板的 高度時(shí)，首先應(yīng)該配置好支承車(chē)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(chē)輪輪緣距上蓋板底面為25mm;車(chē)輪兩

33、側(cè)面距離支承處兩下蓋板內(nèi)邊 為10 mm，因此車(chē)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(3-1) 端梁的截面尺寸圖(3-1) 3.1.2端梁總體的尺寸 大車(chē)輪距的確定：K= (1?1) L= (1?1 )X16.5=2.06?3.3m 8 5 8 5 取K=3300啞 端梁的高度H0= (0.4?0.6) H主取H°=500啞 確定端梁的總長(zhǎng)度L=4100啞 3.2端梁的計(jì)算 1. 計(jì)算載荷的確定 設(shè)兩根主梁對(duì)端梁的作用力Q（G+P）max相等，則端梁的最大支反力: q（q+p）（L + 2 a） A K 式中K一大車(chē)輪距

34、，K=330cm L 一小車(chē)輪距，L =200cm a2—傳動(dòng)側(cè)車(chē)輪軸線至主梁中心線的距離，取a2=70 cm Q（Q+p） = 114237N max 因此Ra= 114237x 囂 + 2 X70） =117699N 2. 端梁垂直最大彎矩 端梁在主梁支反力Q （G+P）作用下產(chǎn)生的最大彎矩為： max Mm 二RAa「117699X60=7.06X 106N 4一導(dǎo)電側(cè)車(chē)輪軸線至主梁中心線的距離，*=60 cm。 3. 端梁的水平最大彎矩 1） .端梁因車(chē)輪在側(cè)向載荷下產(chǎn)生的最大水平彎矩： Ml 式中：S一車(chē)輪側(cè)向載荷，S= P； 一側(cè)壓系數(shù)，由圖2-3查得，

35、=0.08； P一車(chē)輪輪壓，即端梁的支反力p=r A 因此： M = Ra p max A 1 =0.08 X 117699 X 60=564954N - cm 2） .端梁因小車(chē)在起動(dòng)、制動(dòng)慣性載荷作用下而產(chǎn)生的最大水平彎矩: M =）之。）a p max K 1 式中P 一小車(chē)的慣性載荷：P=1 P1=37000/7=5290N 因此: 5290 x (200 + 2 x 70) = x 60 =327018N ? cm p max 330 比較M '和M"兩值可知，應(yīng)該取其中較大值進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 p max p max 4. 端梁的強(qiáng)度驗(yàn)算 端梁

36、中間截面對(duì)水平重心線X-X的截面模數(shù): h8 ° W ' = (h_ + B8「h 48 x 0 6 一 =( + 40 x 1) x 48 =2380.8 cm 3 3 端梁中間截面對(duì)水平重心線X-X的慣性矩： I = W ?h x x 2 =2380.8 x 50 =59520 Cm4 2 端梁中間截面對(duì)垂直重心線Y-Y的截面模數(shù)： 40 乂 1 二(―^— + 48 x 0.6) x 27.4 1154.4 Cm2 端梁中間截面對(duì)水平重心線X-X的半面積矩: S = 2 x也x如+班x勺主 x 2 4 1 2 =48 x 0.6 x 12 + 40 x 1

37、 x 48+1 =1325.6 Cm^ 2 端梁中間截面的最大彎曲應(yīng)力： b max + M_ y =7.06 x 106 + 564954 =2965+489=3454N/cm2 2380.8 1154.4 端梁中間截面的剪應(yīng)力: Q（q+p） ? S T — 節(jié)'.28 * 114237 x 1325.6, = =2120 N/cm2 59520 x 2 x 0.6 端梁支承截面對(duì)水平重心線X-X的慣性矩、截面模數(shù)及面積矩的計(jì)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： C = 1.2 x 12.7(0.5 x 12.7 + 0

38、.5) + 2 x 11 x 1.2(0.5 +12.7 + 0.6) 1 40 x 1 + 2 x 12.7 x 0.6 + 2 x 11 x 1.2 =5.74 cm 水平重心線距腹板中線的距離: C=5.74-0.5-0.5X12.7 2 =-1.11 cm 水平重心線距下蓋板中線的距離: C= (12.7+0.5+0.6) -5.74 3 =8.06cm 端梁支承截面對(duì)水平重心線X-X的慣性矩： 1 .一 .一 __.一 1 .一— 一一一 .一— 一一 I' = — X 40X 13+40 X 1 X 5 . 742+2 X — X 12 .

39、73 X 0. 6+2 X 12 . 7 X 0. 6 X X0 12 12 1.112+2 X 11X 1.23+2 X 11 X 1.2X8.062=3297cm4 端梁支承截面對(duì)水平重心線X-X的最小截面模數(shù)： 1 w 了1: 0 X 6 3 2 1 =3297X 8.06 + 0.6 =406.1 cm3 端梁支承截面水平重心線X-X下部半面積矩： S' =2X11X1.2X8.06+ (8.06-0.6)X0.6X(8.06-0.6) /2 x 0 =229.5 cm3 端梁支承截面附近的彎矩： M =RAd=117699X14=1647786Nc

40、m 式中一 端梁支承截面的彎曲應(yīng)力: ,M 1647786 ° =儼= ^56F x 0 二4057.6N/cm2 端梁支承截面的剪應(yīng)力： , R ? S' 117699 x 229.5 T =——A X0 = nI ?§ 2x3297x0.6 x 0 =6827.4 N/cm2 端梁支承截面的合成應(yīng)力： q = \。'2 + 3T '2 = *4057.62 + 3 x 6827.42 =12501.5 N/cm2 端梁材料的許用應(yīng)力： [「『(0.80?0.85) [ [j 二 (0.80?0.85) 16000=12800?13600 N/cm2 [

41、"=(0.80?0.85) [ ]口 =(0.80?0.85)9500 =7600 ?8070 N/cm2 故端梁的強(qiáng)度滿足要 驗(yàn)算強(qiáng)度結(jié)果，所有計(jì)算應(yīng)力均小于材料的許用應(yīng)力， 求。 3.3主要焊縫的計(jì)算 3.3.1端梁端部上翼緣焊縫 端梁支承截面上蓋板對(duì)水平重心線x-x的截面積矩: S '=40X1X5.74=229.6 cm3 1 端梁上蓋板翼緣焊縫的剪應(yīng)力： ― R, ?S _ 117699x 229.6 T = n /= 0.72h - 4 X 3297 x 0.7 x 0.6 =4878.8 N/cm2 式中氣一上蓋板翼緣焊縫數(shù)； hf一焊肉的高度，取hf=

42、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(duì)水平重心線x-x的面積矩： S "=2X 12X 1.2X8.06=232.128 cm3 1 端梁下蓋板翼緣焊縫的剪應(yīng)力： ° _ RA ? S_ 117699x 232.128 T 2 - n /A .0.7 h - 4 x 3297 x 0.7 x 0.6 2 x0 ? f =4929.8 N/cm2 由［1 ］表 查得［］=9500 N/cm2，因此焊縫計(jì)算應(yīng)力滿足要求。 4端梁接頭的設(shè)計(jì) 4.1端梁接頭的確定及計(jì)算 端梁的安裝接頭設(shè)計(jì)在端梁的中部，根據(jù)端梁輪距K大小，則端梁有一個(gè)安 裝接頭。

43、 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(shí)在下 蓋板與連接板鉆孔是應(yīng)該同時(shí)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。 （a） 連接板和角鋼連接圖4-1(b) d2 M ? _^ ? N d 2 1 1 500 = .—— (500 - 65)2.5 162 182 ?12500 4.1.1腹板和下蓋

44、板螺栓受力計(jì)算 1. 腹板最下一排螺栓受力最大，每個(gè)螺栓所受的拉力為: (H - b)M n % 乂 H2 ?生 + 2n(H - b - a )2 + 花 a2 2.5 d 2 1 i 1 i=1 (500 - 65) x 7.06 x 107 12 * 5002 ?182 +12(500 - 250)2 + 4(1852 +1152 + 452) 2.5 162 =12500N 2. 下腹板每個(gè)螺栓所受的剪力相等，其值為: M H N = 剪(H - b)2.5 =7200N 式中n。一下蓋板一端總受剪面數(shù)；n0=12 N剪一下蓋板一個(gè)螺栓受剪面所受的剪

45、力: n——側(cè)腹板受拉螺栓總數(shù)；n=12 d一腹板上連接螺栓的直徑（靜截面） 1 d0一下腹板連接螺栓的直徑；dj16mm H一梁高；H=500 mm M一連接處的垂直彎矩；M=7.06X106 其余的尺寸如圖示 4.1.2上蓋板和腹板角鋼的連接焊縫受力計(jì)算 1.上蓋板角鋼連接焊縫受剪，其值為: Q=[2n( Lb -氣)+ nH .止 H - b 2.5(H - b) d 2 拉 1 =[^ + 12x500 ?竺]x 12500 = 172500N 500 — 65 2.5(500 — 65) 162 2.腹板角鋼的連接焊縫同時(shí)受拉和受彎，其值分別為

46、: N腹二'n（二二氣）N拉 =6 6 (550藝；185) x 12500 =43100N n 2* a 2 i M腹 H - b N拉 2(1852 +1152 + 452) 500 - 65 二 x 12500 =2843000Nmm 4.2計(jì)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.&2 [T] 剪 4 =3 x 3」4 X 1.82 X135°。=10300*n 2.螺栓的許用抗拉承載力 ［N拉卜罕E =3?14 X 1.62 X13500 =27129.6N 式中[] = 13500N/

47、cm2 [ ]=13500N/cm2 由[1]表 25-5 查得 由于N拉*拉］，NM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(duì)腹板由彎矩M產(chǎn)生的焊縫最大剪應(yīng)力: Mb 284300 x 43 , = = =15458.7N/ cm2 21 2 x 395.4 M -一 - ' hb 2 h 0.6 x432 43 式中—I^T(/ + 6) = -^(7 + T) =395.4 焊縫的慣性矩 其余尺寸見(jiàn)圖 用邛: 2. 由剪力Q產(chǎn)生的焊縫剪應(yīng)力： =Q Q bh 114237 = =4427.7N/ cm2 43

48、 x 0.6 折算剪應(yīng)力： =.'T 2 +T 2 = T15458.72 + 4427.72 V M Q = 16079.6 N/ cm2<[ ]=17000 N/ cm2 []由[1 ]表25-3查得 式中h—焊縫的計(jì)算厚度取h=6mm 3. 對(duì)上角鋼的焊縫 N 1776.8 =——= =211.5 N/ cm2<[] 2lh 2 x 7 x 0.6 由上計(jì)算符合要求。 5焊接工藝設(shè)計(jì) 對(duì)橋式起重機(jī)來(lái)說(shuō)，其橋架結(jié)構(gòu)主要是由很多鋼板通過(guò)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 5-1

49、角焊縫最小厚度為： aN0.3 max+1 max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(shí)，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： aW 1.2 min 按照以上的計(jì)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(guò)程中均采用手工電孤焊，在焊接的過(guò)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(jì)時(shí)應(yīng)該避免如圖5-1(a)、5-1(b)示 5-2 (a) 5-2 (b) 定位板和彎板的焊接時(shí)候，由于定位板起導(dǎo)向作用，在焊接時(shí)要特別注意，焊角 高度不能

50、太高，否則車(chē)輪組在和端梁裝配的時(shí)，車(chē)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啞。如圖5-2位彎板和定位板的焊接 5-3 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(guò)程中都不開(kāi)坡口進(jìn)行焊接。 主要焊縫的焊接過(guò)程如下表: 焊接 順序 焊接名稱(chēng) 焊接方法 接頭 形式 焊接工藝 1 小筋板一腹板 手工電孤焊 雙面 角接 不開(kāi)坡口，采用 E5015J507）焊條， 焊條直徑d=4mm, 焊接電流

51、160? 210A 2 筋板一腹板 手工電孤焊 雙面 角接 同上 3 端面板一腹板 手工電孤焊 雙面 角接 同上 4 定位板一彎板 手工電弧焊 搭接 不開(kāi)坡口，采用 E5015J507）焊條， 焊條直徑 d=3.2mm,焊接電流 160A 彎板一腹板 手工電弧焊 雙面 角接 不開(kāi)坡口，采用 E5015J507）焊條， 焊條直徑d=4mm, 焊接電流160? 210A 5 角鋼一腹板 手工電弧焊 搭接 同上 角鋼一上蓋板 手工電弧焊 搭接 同上 6 腹板一大筋板 手工電弧焊 角接 同上 7 下蓋板一腹板 手工電弧

52、焊 雙面 角接 同上 8 大筋板一下蓋板 手工電弧焊 角接 同上 9 上蓋板一腹板 手工電弧焊 角接 同上 10 大筋板一上蓋板 手工電弧焊 角接 同上 參考文獻(xiàn) [1] 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)組，機(jī)械工業(yè)出版社，1980 [2] 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)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(jì)北京鋼鐵學(xué)院編，冶金工業(yè)出版社，1982 [4] 焊接手冊(cè)中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編，機(jī)械工業(yè)出版社，1992 致謝 首先向機(jī)電工程系的全體老師表示衷心的感謝，在這三年的時(shí)間里，他們?yōu)?我們的成長(zhǎng)和進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，有許多老師給予了指導(dǎo)和幫 助，尤其是盧杉老師和張曙靈老師，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，給了我們很大 幫助,做為我們的輔導(dǎo)老師，盡職盡責(zé)，一絲不茍。 至此，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也將告以段落，但老師的教誨卻讓人終生難忘，通過(guò)這 次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但使我學(xué)到了知識(shí)，也讓我學(xué)到了許多的道理，總之是受益匪淺。 盡管我在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中做出了很多的努力，但由于我的水平有限，設(shè)計(jì)中 的錯(cuò)誤和不當(dāng)之處仍在所難免，望老師提出寶貴的意見(jiàn)。 最后，向文中引用到其學(xué)術(shù)論著及研究成果的學(xué)術(shù)前輩與同行們致謝！ 再次向敬愛(ài)的老師表示衷心的感謝！