5T單梁橋式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含SW三維及17張CAD圖

5T單梁橋式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含SW三維及17張CAD圖,橋式起重機(jī),鋼結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì),sw,三維,17,cad 摘 要 起重機(jī)械是一種循環(huán)、間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)械。常用于物品的裝卸。經(jīng)過這些年得發(fā)展，橋式起重機(jī)在現(xiàn)代生產(chǎn)活動(dòng)中已一個(gè)不可取代的地位。隨著時(shí)代的進(jìn)步，起重機(jī)的自動(dòng)化程度也逐步提高，從原始的用人和牲畜控制到了現(xiàn)代的機(jī)器控制。因此工廠對起重機(jī)的要求也是逐漸提高。起重機(jī)正面臨著一場改革變化。 起重機(jī)一般指既有起升機(jī)構(gòu)又有水平運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的起重設(shè)施，這些機(jī)構(gòu)均是起重機(jī)基本的機(jī)械結(jié)構(gòu)。我們一般根據(jù)其不同的水平運(yùn)動(dòng)形式，將起重機(jī)分為橋式起重機(jī)和臂架式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)。本次設(shè)計(jì)中我選用的是橋式起重機(jī)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本次設(shè)計(jì)主要是一個(gè)滿足5T承載量的鋼體結(jié)構(gòu)，主要設(shè)計(jì)計(jì)算端梁、主梁的尺寸，并對其進(jìn)行校核，端梁與主梁之間采用法蘭式螺栓連接，并對緩沖器進(jìn)行了選擇和校核。文章后面還對焊接工藝進(jìn)行了選擇和分析。最終完善CAD工程圖以及三維圖，使其在實(shí)際生產(chǎn)操作中能夠準(zhǔn)確穩(wěn)定的完成各項(xiàng)工作，提高生產(chǎn)效率，并成功投入到市場。 關(guān)鍵詞：單梁橋式起重機(jī)；主梁；端梁；法蘭連接 IV ABSTRACT Lifting machinery is a circulating, intermittent movement of machinery. Commonly used in the loading and unloading of items. After these years of development, bridge cranes have an irreplaceable position in modern production activities. With the progress in these years, the degree of automation of the crane has been gradually improved, from the original employment and livestock control to the modern machine control. So the factory requirements for the crane is gradually increased. The crane is facing a reform and change. Cranes generally refer to hoisting facilities with both lifting and horizontal movements, which are the basic mechanical structures of the crane. We generally divide cranes into bridge cranes and boom-type rotary cranes according to their different levels of movement. According to the design requirement, This design mainly for a steel structure satisfy 5T load, and determine the size of crane girder and main beam. The size also need to be check and calculate. Bolt connection is used between girder and main beam. And I also choose the buffer, calculate and check whether it meet the design requirements. Finally, the welding process is designed and analyzed. CAD drawing and the graphic being finished, make it accurate and stable in actual production operations to complete the work, improve productivity, and finally being successfully brought on to the market. Keywords: Single bridge crane；main beam; end beam; flanged coupling 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 2 箱形結(jié)構(gòu)主梁和端梁的設(shè)計(jì) 3 2.1 箱形梁式橋架的主要尺寸確定 3 2.2 主梁主要尺寸的確定 5 2.3 端梁截面尺寸的確定 6 3 主梁和端梁的校核 7 3.1 主梁強(qiáng)度計(jì)算 7 3.2 主梁強(qiáng)度的校驗(yàn) 10 3.3 剛度計(jì)算 12 3.4 主梁的穩(wěn)定性計(jì)算 12 3.5 端梁強(qiáng)度計(jì)算 13 3.6 端梁強(qiáng)度校核 14 4 主要焊縫的計(jì)算 17 4.1 主梁翼緣焊縫計(jì)算 17 4.2 主梁上蓋板焊縫 17 4.3 端梁的焊縫計(jì)算 17 4.3 主梁、端梁連接焊縫計(jì)算 18 4.4 角焊縫強(qiáng)度計(jì)算 18 5 主梁與端梁連接計(jì)算 19 5.1 法蘭板連接焊縫計(jì)算 20 5.2 法蘭連接螺栓的計(jì)算 21 6 起重機(jī)的機(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲繩選擇 23 6.1 機(jī)構(gòu)利用等級、 23 6.2 機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài) 23 6.3 機(jī)構(gòu)工作級別 23 6.4 鋼絲繩的選用 23 6.5 鋼絲繩直徑的計(jì)算 23 7 起重機(jī)小車的設(shè)計(jì) 25 7.1 起重小車軌道的選擇 25 7.2 起重機(jī)小車軌道的尺寸校核 25 8 焊接工藝設(shè)計(jì) 28 8.1 焊接 28 9 緩沖器 32 結(jié) 論 35 參考文獻(xiàn) 36 附錄1：外文翻譯 37 附錄2：外文原文 45 致謝 55 56 1 緒論 橋式起重機(jī)是一種重要的物料搬運(yùn)機(jī)械。橋式起重機(jī)的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運(yùn)行，起重小車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運(yùn)行，構(gòu)成一矩形的工作范圍,就可以充分利用橋架下面的空間吊運(yùn)物料，不受地面設(shè)備的阻礙。橋式起重機(jī)可分為普通橋式起重機(jī)﹑簡易梁橋式起重機(jī)和冶金專用橋式起重機(jī)3種[1] 。 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機(jī)行業(yè)已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，市場競爭也越發(fā)激烈。橋式起重機(jī)行業(yè)在國內(nèi)需求旺盛和出口快速增長的帶動(dòng)下，依然保持高速發(fā)展，產(chǎn)品幾近供不應(yīng)求[4]。盡管我國起重機(jī)行業(yè)發(fā)展迅速，但是國內(nèi)起重機(jī)仍缺乏競爭力。從技術(shù)實(shí)力看，與歐美日等發(fā)達(dá)地區(qū)相比，中國的技術(shù)實(shí)力還有一定差距。目前，過內(nèi)大型起重機(jī)尚不具備大量生產(chǎn)能力。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，由于技術(shù)能力所限，中國起重機(jī)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上也不完善，難以同國外匹敵[5]。 生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大及自動(dòng)化程度的提高，橋式起重機(jī)應(yīng)用越來越廣泛，所起的作用也愈來愈大，這樣對橋式起重機(jī)的要求也越來越高，安全、可靠、經(jīng)濟(jì)。而目前CAD技術(shù)在起重機(jī)行業(yè)應(yīng)用水平參差不齊，很多企業(yè)CAD技術(shù)的應(yīng)用僅僅停留在繪圖層面上，力學(xué)性能分析還是手工計(jì)算，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。面對橋式起重機(jī)輕型化智能化發(fā)展大趨勢，橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)必須改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式。 起重機(jī)作為物料搬運(yùn)、裝卸或用于安裝的機(jī)械設(shè)備可以減輕或代替人們的體力勞動(dòng)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。它被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域之中。隨著時(shí)代的發(fā)展制造工廠和裝卸作業(yè)場所開始轉(zhuǎn)向室內(nèi)使橋式起重機(jī)占據(jù)了主導(dǎo)地位。橋式起重機(jī)主要應(yīng)用于大型加工企業(yè)如鋼鐵、冶金和建材等行業(yè)完成生產(chǎn)過程中的起重和吊裝等工作。在系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)中采用傳統(tǒng)布局的典型結(jié)構(gòu)，橋式起重機(jī)是一種提高勞動(dòng)生產(chǎn)率重要物品搬運(yùn)設(shè)備，主要適應(yīng)車間物品搬運(yùn)、設(shè)備的安裝與檢修等用途。5t橋式起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)是將電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒、制動(dòng)器和運(yùn)行小車等緊湊地合為一體的起重機(jī)械，由于它輕巧、靈活、成本較低，且安全可靠，零部件通用程度大，互換性強(qiáng)，單重起重能力高，維護(hù)方便等特點(diǎn)，是目前用途廣泛，深受歡迎的輕型起重設(shè)備。5t橋式起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)可以式固定的也可以通過小車和橋梁組成電動(dòng)單梁橋式起重機(jī)、簡單雙梁橋式起重機(jī)和簡單龍門式起重機(jī)等，稍加改動(dòng)，還可作卷揚(yáng)作用。 橋式起重機(jī)，有時(shí)稱為天車，是一種具有可移動(dòng)橋梁的起重機(jī)，該橋梁起重機(jī)懸掛在高架梁上。這樣的懸空允許負(fù)載在三個(gè)軸上移動(dòng)到起重機(jī)操作空間中的任何點(diǎn)。 除了主梁之外，橋式起重機(jī)系統(tǒng)還包括可以在整個(gè)主梁橫向運(yùn)行的運(yùn)行小車，以及起升機(jī)構(gòu)。小車由操作室來操控。除此之外，還包括大車及其運(yùn)行軌道——主梁可以在該軌道上前后運(yùn)行。而起重小車則可以從主梁的一端移到另一端，該運(yùn)動(dòng)和大車的運(yùn)動(dòng)相互垂直。而起升機(jī)構(gòu)可以從地面升起和下降以使負(fù)載在不同的高度定位。運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要是由聯(lián)軸器、減速器、制動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)組成。 隨著時(shí)代的進(jìn)步，起重機(jī)發(fā)展越來越快，國外起重機(jī)走向智能化多元化，環(huán)保等發(fā)展，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，工作效率大幅提升，而在國內(nèi)起重機(jī)設(shè)計(jì)較為落后 ，起重機(jī)的使用方式也是車間的簡單使用，我們需要不斷的開發(fā)和設(shè)計(jì)，才能創(chuàng)造更好的產(chǎn)品。 2 箱形結(jié)構(gòu)主梁和端梁的設(shè)計(jì) 2.1 箱形梁式橋架的主要尺寸確定 箱型結(jié)構(gòu)橋架制造簡單，工藝性好，節(jié)省人力，適用于大批量生產(chǎn)。而這些條件的對于尺寸規(guī)格較多如橋式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品來說是有利的，更多的是，常規(guī)的箱梁橋是最典型的橋梁。所以此次設(shè)計(jì)中采用箱形結(jié)構(gòu)。并采用電動(dòng)葫蘆作為小車。 箱形結(jié)構(gòu)橋架所采用的是兩根箱形的結(jié)構(gòu)。主梁的主要是由上下翼緣板、和兩塊腹板所組成。小車鋼軌布置在截面中心上[1]。 其中箱形主梁截面的幾何尺寸主要在下列范圍內(nèi)選擇： 主梁的高度可以首先確定。在它的跨度中部的高度可以設(shè)為H，根據(jù)起重機(jī)手冊，主梁與端梁跨度之比為（H＝L14~L18），可以設(shè)H=L17。主梁與端梁在此條件下法蘭式螺栓連接,在法蘭板處也就是連接處的高度取H0=0.4~0.6H 為了使起重機(jī)的橋架水平剛度足夠，保持其平穩(wěn)性，我們所選擇的主梁兩腹板內(nèi)壁間距ｂ不能過小，通常范圍如下：b23H b≥L50 因此取b=400㎜ ，腹板的厚度均取6mm。根據(jù)該厚度可以對上下蓋板取值，其值σ1=8mm 該厚度適用于此箱形結(jié)構(gòu)。再根據(jù)b，可以進(jìn)行下一步計(jì)算，確定主梁上下蓋板之間的寬度B=b+2(δ+20) 當(dāng)h/δ≥70時(shí)，主梁腹板內(nèi)部在該條件下，需要一些大加勁板，其勁板在水平面橫向放置。這樣腹板的局部穩(wěn)定性得到了充分的保證。在跨中處的兩塊勁板的距離a=（1.5～20）h，且a≥2.2m。因此取a=2m 接近端梁處加勁板a≈h取1m。為了防止懸臂重量過大而使主梁腹板發(fā)生局部撓曲變形，大加勁板的位置應(yīng)該合理選擇，應(yīng)與傳動(dòng)軸的軸承部分位置、走臺上運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)以及減速器相配合，。 為了增加腹板的局部穩(wěn)定性，并將小車的壓力傳到腹板上去，從而使小車平穩(wěn)運(yùn)行，一些垂直的小加勁板可以添加到大加勁板之間腹被壓縮的位置處，其高度約為ｈ/3，取320mm?？梢愿鶕?jù)上蓋板的局部應(yīng)力為兩個(gè)板的間距取值。 圖2.1 箱形主梁簡圖 1—上方蓋板 2—下部蓋板 3—主梁腹板 4—大的加勁板 5—小的加勁板 6—水平的加勁角鋼 圖2.2a 主梁結(jié)構(gòu)簡圖 圖2.2b 主梁結(jié)構(gòu)簡圖 圖2.2c 主梁渲染圖 2.2 主梁主要尺寸的確定 根據(jù)任務(wù)說明書，已知數(shù)據(jù)： 表2.1 已知數(shù)據(jù) 主梁高度 H=L17=16.517=0.97 (2.1) 端梁的高度 H0=0.4~0.6H=0.388~0.582 （2.2） 取H0=0.4m C=110~15L=110~15×16.5=1.65~3.3 （2.3） 其中，C為端部體型的高度 取C=2.6m 主梁計(jì)算高度H=0.97 可以確定腹板高度h=0.954 確定主梁截面尺寸 主梁截面應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，由剛度、強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)等條件選擇[1]根據(jù)其中及手冊表格26-5可知 腹板厚δ=6mm，上下蓋板厚δ1=8mm 根據(jù)下列關(guān)系式： b>H3.5 b>L50=1650050=330mm （2.4） 兩塊腹板間的距離可以確定。取b=400mm 蓋板寬度： B=b+2δ+40=452mm 取整 B=450mm 能夠求出梁的實(shí)際高度： H=h+2δ1=954+2×8=970mm （2.5） 以及輪距： K=18~15L=2.063~3.3 （2.6） 取 K=2.6 同樣可知，腹板高度可以取h0=500mm H0=h+2δ1=516mm （2.7） 2.3 端梁截面尺寸的確定 箱形結(jié)構(gòu)制造工藝簡單，因此橋架的端梁同樣也采用箱形的截面 根據(jù)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)布置，大車軌道面和下蓋板不能接觸，應(yīng)保持一定距離(大于50mm)；車輪的輪緣要低于端梁頭部上蓋板的下面 (不小于20mm)；上下蓋板間的距離為500mm。為了方便能夠拆卸車輪，該結(jié)構(gòu)內(nèi)部要安裝千斤頂，即螺旋千斤頂。所以起重機(jī)的設(shè)計(jì)需要考慮到千斤頂?shù)穆菽肝恢?，注意不能與軌道產(chǎn)生摩擦。同時(shí)要有軌道排障板。該板安在其兩個(gè)端面的位置上。 下圖為端梁典型構(gòu)造圖 圖2.3a 端梁結(jié)構(gòu)三維裝配圖 圖2.3b端梁三維渲染圖 由起重機(jī)課程設(shè)計(jì)手冊，該起重機(jī)端梁的各個(gè)板的尺寸能夠得到確定：上蓋板δ0＝8mm，下蓋板δ1＝8mm，頭部下蓋板δ2＝12mm，腹板δ=6mm，輪距K＝(18~58)L＝2.063～3.3m 端梁高度H0＝450～500mm，高度可以取500mm（因?yàn)槁菽敢惭b在端頭）。由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊表19－4?500的尺寸，我們應(yīng)首先確定好支撐輪截面，保證車輪與端梁之間不發(fā)生摩擦，之后可以進(jìn)行下一步。確定端梁截面尺寸。支撐處兩板內(nèi)邊與車輪的兩側(cè)面的距離確定為10mm。同時(shí)，端梁上蓋板長度可確定為3330m。端梁內(nèi)部放置隔 穩(wěn)固作用。每個(gè)隔板間相距40mm。法蘭板放置在腹板上。其結(jié)構(gòu)和尺寸如圖所示： 圖2.4 端梁截面圖 3 主梁和端梁的校核 3.1 主梁強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)[1]得半個(gè)橋架的自重， Gq/2=4tf （3.1） 因?yàn)闃蚣苡幸欢ǖ淖灾?，因此在這個(gè)條件下主梁所產(chǎn)生的中部載荷： ql=Gq2L=16.54=0.24tf/m （3.2） 查手冊表11-5得主梁集中載荷為（根據(jù)起重機(jī)結(jié)構(gòu)可知，該載荷是因?yàn)榧序?qū)動(dòng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生）： GD=0.7tf （3.3） 因此可得主梁的總均布載荷： q=q1+qy=0.24+0.062=0.302tf/m 根據(jù)已知系數(shù)主梁總均布載荷： k=kπq`=1×1.302=1.302tf/m （3.4） 式中 表示沖擊系數(shù)，由表中查得。 圖3.1 主梁三維受均布載荷示意圖 小車的自重會對主梁產(chǎn)生向下的力，及輪壓力。其大小為 p1=2100kgf p2=1800kgf 圖3.2 受力分析簡支圖 動(dòng)力系數(shù)考慮進(jìn)去： p1=ψπp1=1.06×2100=2226kgf （3.5） p2=ψπp2=1.06×1800=1908kgf （3.6） 在校核強(qiáng)度時(shí)，可從主梁的垂直彎矩和水平彎矩分別校核。 考慮到自重引起的均布載荷，因此在均布載荷的作用下梁最大垂直彎矩應(yīng)該在梁的中部 Mmax(G-P)=[p1+p2L-BxcL+ql+kπGd2]24(p1+p2L+q2)=2.92×106kgf.cm （3.7） 同樣，根據(jù)公式還需確定主梁水平最大彎矩（該最大值在跨中位置） Mg=PgL41-L2r+qgL224(3-2Lr） （3.8） r=L+8c33K2×Iy1Iy2=1700 （3.9） 圖3.3 主梁的受力簡圖 圖3.4 彎矩圖 根據(jù)前面的數(shù)據(jù)可以確定在水平方向上起重機(jī)主梁集中慣性載荷為； Pg=p1+p210=390kgf （3.10） 根據(jù)這些數(shù)據(jù)并可以得出均布慣性載荷為（該載荷作用在主梁上）； qg=q`10=0.30210=0.0302tf/m (3.11) 根據(jù)比值 Iy1Iy2=2 （3.12） 可取系數(shù)r為2。 C=（K-Lxc）2=75cm （3.13） 其中，K=265cm Lxc=150 Mgmax=390×165041-16502×1700+0.302×1650224(3-2×16501700)=8.437×104kgf.cm 3.2 主梁強(qiáng)度的校驗(yàn) 根據(jù)對主梁的力學(xué)分析可知，主梁中間截面的彎曲最大，該處彎曲應(yīng)力根據(jù)公式（3.14）計(jì)算 σ=σG+P+σg=Mmax(G-P)Wx+MgmaxWy≤[σ]π (3.14) 其中，Wx表示主梁的中間截面對于主梁的水平重心軸線x-x其相對應(yīng)的抗彎截面模數(shù)。 Wx=hδ3+Bδ1h=95.4×0.63+45×0.8×95.4=5255cm2 (3.15) 其中，Wy表示主梁的中間截面對于主梁的另一重心軸線y-y的抗彎截面模數(shù)，能夠求出 Wy=Bδ13+hδb=45×0.83+95.4×0.6×40=2769.6cm3 (3.16) σ=6.6×1065255+2.534×1052769.6=586.121kgf/cm2 (3.17) 查表可知鋼材許用應(yīng)力為： [σ]π=1600kgf/cm2 (3.18) 可得：σ<[σ]π 因此許用應(yīng)力合格 剪切應(yīng)力 圖3.5a p1、p2作用下剪力受力圖 圖3.5b 均布載荷作用下的簡力受力圖 由圖可知，主梁最大剪力在左端截面處。 根據(jù)公式（3.19），進(jìn)一步計(jì)算其支撐截面的最大剪力： Qmax（G+P）=P1+P2L-BXCL+qL+kπGd2=6848.3kgf (3.19) 根據(jù)上式求得主梁截面最大剪力Qmax（G+P） 3.19式中 Ix0≈Wx0H02=h0δ3+Bδ1h0×H02=59340cm4 (3.20) 該值表示主梁支撐面對其截面的水平的重心軸線x-x的所求出的慣性矩 式中 S=2h0δ2×h04+Bδ1h02+δ12=1289.4cm3 (3.21) 因此根據(jù)3.20可得： τmax=124kgf/cm2 （3.22） 由材料力學(xué)手冊132頁查得鋼的許用剪應(yīng)力為 [τ]π=950kgf/cm2 (3.23) τmax<[τ]π 故其剪切應(yīng)力也滿足條件。 3.3 剛度計(jì)算 垂直靜鋼度即也是垂直的撓度撓度，是指梁軸線在垂直軸線方向線位移。不能超過一定范圍 f=P1L3[1+a+(1-6β2+4β2)48EIx （3.24） 式中 ,P表示靜載荷，L是跨度，E衡量材料彈性，采用3號鋼。 E=2.1×103×103kgcm2 β=BxcL=1101650=0.07 Ix≈Wx×H2=2.55×105 可知許用撓度 [f]= cm （3.25） f=5500×165034.8×2.1×106×111545=210cm （3.26） f<[f] 所以撓度滿足要求 水平靜剛度計(jì)算 fg=PgL348EJY=0.56cm≤fg=L2000=0.825cm (3.27) 式中,fg為水平撓度，Pg為水平慣性力，Jy為水平慣性矩，值為21849cm4 根據(jù)上式可知，水平剛度滿足要求。 3.4 主梁的穩(wěn)定性計(jì)算 主梁整體穩(wěn)定性根據(jù)下面的關(guān)系驗(yàn)算 h/b=950/350=2.714< 3 （3.28） 主梁的整體穩(wěn)定性合格 其在垂直方向的自振周期： T=2π≤[T] ＝0.3s （3.29） 式中，T為其自振周期，M代表的是是起重機(jī)與葫蘆的轉(zhuǎn)換重量重量 M=0.5qlk+G=1.75kgf*s2/cm （3.30） 其中,g為重力加速度，L為跨度，q為上面所求的的主梁均布載荷，G為電動(dòng)葫蘆重量。 所以：M=(0.5×1.26×1650＋500)=1.75Kg·s2／cm K==5006kg／cm （3.31） T=0.1112s T＜[T]=0.3s 其穩(wěn)定性合格 3.5 端梁強(qiáng)度計(jì)算 3.51 輪距的確定 k=(～)L （3.32） =(～) ×16.5 =2.357～3.3m 取 k=2.5m 3.52 計(jì)算載荷的確定 首先假設(shè)兩根主梁對端梁的作用力 是相互等價(jià)的，因此我們可以知道，端梁的最大支反力 RA=QmaxG+P(Lxc-2a2)K （3.33） 式中 K=250cm； Lxc=150cm； a2為主梁中心線與傳動(dòng)策輪軸線間的距離 取 a2=110cm, 因此 可得: RA=8406.2kgf 3.53 端梁垂直彎距 主梁產(chǎn)生的最大彎距主要是因?yàn)橹髁褐Х戳Φ淖饔茫ㄊ┘佑诙肆?）因此在中間截面處，彎矩可以求得 Mzmax=RA×a1=8446.2*90=760161.3kgf*cm （3.34） 式中a1表示導(dǎo)電車輪軸線至起重機(jī)主梁中心線之間的距離，a1=90cm； 3.54 端梁水平彎距 端梁中間截面彎距由公式計(jì)算得（該彎矩是由于車輪側(cè)向載荷所引起的）： MPmax=S×a1 （3.35） 式中 S――車輪側(cè)向載荷，根據(jù)計(jì)算可得S=λ×p； ――側(cè)壓系數(shù)，由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊查得，=0.08 P――車輪輪壓， P=RA 因此 Mpmax=λ×RA×a1=0,08×8406.2×90=60812.64kgf*cm （3.36） Mpmax2=pxg(Lxc+2a2)Ka1 (3.37) 式中 Pxg表示電動(dòng)葫蘆慣性載荷， 根據(jù)由公式得： Pxg=p17=318kgf （3.38） 所以， Mpmax2=318(150+2×110)265×90=35298kgf.cm （3.39） 根據(jù)Mpmax進(jìn)行強(qiáng)度校核 3.6 端梁強(qiáng)度校核 中間截面對水平中心線x-x 這個(gè)軸線的截面模數(shù)根據(jù)式子可以求得 wx=hδ3+Bδ1h=1750.2cm4 （3.40） 對水平重心線 x－x 慣性距： Ix=wx×H2=1750.2×502=26880cm4 （3.41） 對y-y截面模數(shù) wy=Bδ13+hδb=1051cm4 （3.42） 端梁中間截面對水平重心線x－x的半面積矩： sx=2×hδ2×h4+Bδ1×h+δ12=867.1cm3 （3.43） 中間截面最大彎曲應(yīng)力為： σmax=MzmaxWx+MpmaxWy=RA×a1WX+Sa1WY=546.7kgf/cm2 （3.44） 其端梁中間截面剪硬力： τ=Qmax(G+P)×SxIx×2δ=240.7kgf/cm2 （3.45） 端梁支撐截面的截面模數(shù)，以及對水平重心線x－x的慣性矩，還有面積矩計(jì)算如下： 上蓋板中線與水平中心線的距離： c1=2×18×0.6×0.5×18+0.5+2×11×1.2×0.5+18+0.635×0.8+2×18×0.6×2×11×1.2 （3.46） =10.24cm 腹板中心線與水平重心線之間的距離： c2＝8.96-0.5-0.5×18＝-0.66cm （3.47） 下蓋板中線與水平中心線之間的距離： c3＝（18+0.5+0.6）-8.96＝10.36cm （3.48） 端梁支撐截面對水平重心線x－x這個(gè)軸所產(chǎn)生的的慣性距： Ix0=112×35×1+35×10.36×10.36+212×18×0.8+29×1.29+0.2× 11×1.44+2×11×1.2×10.36×10.36=5064.2cm4 （3.49） 對x-x水平重心線慣性矩： wx0=Ix0×1c3+δ22=553.6 （3.50） 水平重心線x－x軸處有的半面積矩（在端梁支撐面處）： Sx0=2×11×1.2×11.1+11.1-0.×8×0.6×11.5-0.62 （3.51） =301.4cm3 端梁支撐截面的彎矩： Mz＝RA×d＝8446.2×14＝118246.8 kgf*cm （3.52） 該面彎曲應(yīng)力計(jì)算： σ1=MzWx0=213.2kgf/cm2 （3.53） 端梁支撐截面的剪應(yīng)力： τ`=RA×SX01nIx0δ=560kgf/cm2 （3.54） 合成應(yīng)力計(jì)算得: σ=δ12+3τ2=847kgf/cm2 （3.55） 根據(jù)材料力學(xué)手冊，可以查得端梁材料得許用應(yīng)力： [σd]π＝（0.80～0.85） [σd]Π＝12800～13600N/cm2 [τd]Π=(0.80~0.85) [τ]Π=7600~8070N/cm2 在上述中強(qiáng)度所有計(jì)計(jì)算應(yīng)力均小于材料的許用應(yīng)力，所以強(qiáng)度合格，滿足端梁強(qiáng)度要求。 4 主要焊縫的計(jì)算 4.1 主梁翼緣焊縫計(jì)算 常用焊接方法有三種，手工弧焊、埋焊和氣保焊。主梁焊縫主要采用CO2氣體保護(hù)電弧焊，焊縫中氫的含量較小，金屬力學(xué)性能好[11]，因此采用此種方法。焊腳尺寸為6mm τhmax=FQmax2IX0δ=124kgfcm2 （4.1） σhmax=σmax=σ=586120kgf/cm2 （4.2） [σh]=0.8σ=468.9kgf/cm2 （4.3） τh=12σh=3316kfg/cm2 (4.4) τhmax<τh (4.5) σhmax<σh (4.6) 因此焊縫強(qiáng)度滿足要求 4.2 主梁上蓋板焊縫 主梁上蓋板因?yàn)橹髁涸谥翁幩艿降刈畲蠹羟辛Φ淖饔茫蚨芎缚p剪應(yīng)力如下式： τ≡QmaxG+PS2×0.7hfI0 (4.7) 式中，S是主梁上蓋板對主梁的截面的水平中心線的慣性矩 S=45*0.8*25.4=914.4cm3 （4.8） τ=6848.3×914.42×0.7×0.6×59340=125kgf/cm2 （4.9） 可查焊縫許用應(yīng)力τ=9500N/cm3,因此該焊縫合格，滿足設(shè)計(jì)要求 4.3 端梁的焊縫計(jì)算 端梁上蓋板焊縫的剪切應(yīng)力根據(jù)下式可得： τ=RA×S1n1IX0×0.7hf=237.5kgf/cm2 （4.10） n1為上蓋板翼緣焊縫數(shù) 同理，下蓋板的翼緣焊縫的剪切力根據(jù)該式可得： τ2=RA×S2n1IX0×0.7hf2=256cm3 （4.11） 可查焊縫許用應(yīng)力τ=9500N/cm3因此該焊縫合格，滿足設(shè)計(jì)要求 4.3 主梁、端梁連接焊縫計(jì)算 τ≡QmaxG+P0.7n3hfI0=170kgf/cm2 （4.12） h0為連接處焊縫的高度，為0.9h，即46cm 該式可求得主梁與腹板連接處焊縫的剪切應(yīng)力 可查焊縫許用應(yīng)力τ=9500N/cm3因此該焊縫合格，滿足設(shè)計(jì)要求 4.4 角焊縫強(qiáng)度計(jì)算 端梁上蓋板角鋼和腹板的鋼采用角焊縫 該角焊縫主要承受剪切應(yīng)力，其計(jì)算公式如下： τ=N2lh≤[τ] （4.13） 式中 h――表示焊縫計(jì)算厚度 l――表示焊縫的計(jì)算長度(對不采用引弧板的焊縫，實(shí)際長度減少10mm) ――表示焊縫許用剪應(yīng)力 焊縫1、焊縫2的剪應(yīng)力為: τ1=N1l1h≤τ （4.14） τ2=N2l2h≤τ (4.15) 根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊可查：τ=17000N/cm2 其中 τ1=15900N/cm2 τ2=11506Ncm2 τ1<τ τ2<τ 所以焊縫滿足要求。 5 主梁與端梁連接計(jì)算 主梁與端梁有兩種連接方式：一種為主梁與端梁焊接，另一種則是主梁與端梁用螺栓連接 該連接采用可拆的凸緣法蘭連接。 主梁和端梁之間的連接通過可拆卸的凸緣法蘭連接。忽略主梁的軸向力，法蘭受到主梁的支撐力，垂直彎矩和水平彎矩。 梁由法蘭的高強(qiáng)度螺栓固定。 法16x450x490mm和20x450x490mm兩個(gè)鋼板，左上寬度為4mm，承載臺階和法蘭（高度為10mm），法蘭和螺栓布置如下圖所示，法蘭連接可承受主梁支撐力，和水平彎矩垂直彎曲力矩。 主梁支撐力 FE=φ1（12FqL+pL-C1L） (5.1) 式中 表示動(dòng)力載荷系數(shù)，為1.18 圖5.1a 主梁受力簡圖 圖5.1b 主梁端梁連接簡圖 圖5.1c 主梁連接處與凸緣法蘭的焊縫結(jié)構(gòu) 圖5.1d 法蘭板 垂直撓度： Mx=FE×b1=120856×157=16898N (5.2) 水平撓度: My=psB0+12r1FHL26+PEc11-c1L=39278 (5.3) 式中PS=8580.6N,表示近側(cè)端梁的側(cè)向力，F(xiàn)H=192N，表示主梁的慣性力 PH=3938N ，表示集中載荷慣性力 5.1 法蘭板連接焊縫計(jì)算 計(jì)算法蘭板連接焊縫的時(shí)候，通過采用周邊貼角焊縫連接對法蘭板以及端梁周邊焊縫連接,其中焊縫的厚度為hf =8mm ,焊縫截面的簡化力矩為: Ihx=2×0.7×hf12l3+2×0.7×hfbf0.5h+0.35hf2 =2×0.7×8123603+2×0.7×10×500×202.8 =2.3×108mm4 Ihy=2×0.7×hf12b3+2×0.7×hfbf0.5b+0.35hf2 =1.7×108mm4 在此次設(shè)計(jì)中，我們可以假設(shè)數(shù)值焊縫來承受主梁的支撐力FE， 因此可知焊縫處切應(yīng)力大小 τF=FE2×0.7×hflf=25.4MPa 在豎縫下端切應(yīng)力為（根據(jù)彎矩計(jì)算） τMx=MxyIhx=10.8MPa (5.4) τwy=MyxIhx=35.8MPa (5.5) τM=τMx+τMy=46.6MPa (5.6) τhk=τF2+τM2=51.3MPa (5.7) τhk<τh=0.8[σ]Π2=99MPa (5.8) 水平焊縫端點(diǎn)切應(yīng)力： τMx=MXyIhx=12.5MPa (5.9) τWx=MyxIhy=46.5MPa (5.10) τhm=τMx+τWx=59MPa (5.11) τhm<[τh]=99MPa (5.12) 故滿足要求 同理，法蘭板與主梁連接根據(jù)此計(jì)算滿足要求。. 5.2 法蘭連接螺栓的計(jì)算 根據(jù)常規(guī)的法蘭式連接，該法蘭板螺栓可以分成兩列，每列5個(gè)螺栓。它們的距離, x1=500mm其中一邊的螺栓距其較近的凸緣距離為y1=420mm,由下列公式我們能求出每一個(gè)螺栓至各邊緣距離的平方和: yi2=2602+1502+2402+3602+4502=831600mm2 (5.13) 下邊角螺栓最大拉力: pl1=2Mxy1yi2+Mynx1=74205N (5.14) 其中，n=5 該連接共采用10個(gè)螺栓16-M30mm,螺紋小徑d0=26.3mm，孔徑Φ32mm,,其螺栓為高強(qiáng)度螺栓。 單個(gè)螺栓的許用拉力: σll=0.8σΠ=140MPa (5.15) pll=πd024σll=π×26.3×26.34×140=7560N (5.16) pl1<[pll]，所以合格。 主梁軸向力的計(jì)算可以忽略,凸緣端面切應(yīng)力，壓應(yīng)力和都較小，省略計(jì)算。. 6 起重機(jī)的機(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲繩選擇 上面的計(jì)算已經(jīng)得出起重機(jī)載荷的狀態(tài)，我們可以根據(jù)機(jī)構(gòu)的利用等級來確定本設(shè)計(jì)的工作級別?；緟?shù)為：提升高度：12m，提升速度：12m/min，提升重量：5t。 6.1 機(jī)構(gòu)利用等級、 機(jī)構(gòu)利用等級按機(jī)構(gòu)總設(shè)計(jì)壽命分為十級[12]，總設(shè)計(jì)壽命定義為機(jī)構(gòu)承擔(dān)運(yùn)轉(zhuǎn)在年數(shù)之內(nèi)的總時(shí)數(shù)。 只是零部件的設(shè)計(jì)依據(jù)，不能視為保修期。 電動(dòng)葫蘆通常處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。 根據(jù)GB / T3811-1983，機(jī)構(gòu)利用等級為： 機(jī)構(gòu)利用等級 T4，總設(shè)計(jì)壽命/h 3200 6.2 機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài) 負(fù)載狀態(tài)是指機(jī)構(gòu)受到最大負(fù)載和負(fù)載變化的影響。 電動(dòng)葫蘆通常工作在額定負(fù)載以下，并不是經(jīng)常使用的。 根據(jù)GB / T3811-1983的規(guī)定，電動(dòng)葫蘆經(jīng)常在中等載荷下運(yùn)行，并不承受最大負(fù)載，所以機(jī)械負(fù)載狀態(tài)選擇為L2-中。 6.3 機(jī)構(gòu)工作級別 根據(jù)機(jī)構(gòu)利用等級和使用情況，根據(jù)GB / T3811-1983，工作級別選為M3 6.4 鋼絲繩的選用 鋼絲繩對于起重機(jī)來說是十分重要不可或缺的，但容易損壞。使用時(shí)應(yīng)該注意使用的合理性以及其損壞程度的檢查。對其妥善維護(hù)。從而提高其使用壽命，減少事故。 6.5 鋼絲繩直徑的計(jì)算 根據(jù)鋼絲繩最大工作靜壓力可以得出合適的鋼絲繩直徑 d=cs （6.1） 式中，d表示鋼絲繩的最小的直徑，s是鋼絲繩的最大工作靜壓力，c是選擇系數(shù)。 鋼絲繩最大靜壓力： 在提升機(jī)構(gòu)中，起升載荷可以決定鋼絲繩最大工作靜壓力，并且要考慮到滑輪組和軸承分支等因素，提升載荷是提升質(zhì)量的重力。 提升高度小于50m的升降高度可忽略不計(jì)。因此可得 S=（5t1000kg/t9.8N/kg）/2=24500N （6.2） 系數(shù)c的選擇 我們可以從機(jī)構(gòu)的工作級別中選取適當(dāng)?shù)南禂?shù)c，可以根據(jù)據(jù)GB/T3811—1983,選擇c=0.093. 我們可以根據(jù)鋼絲繩選擇系數(shù)c以及最大靜拉力s得到： d=0.093×24500=14.557mm ≈15mm （6.3） 7 起重機(jī)小車的設(shè)計(jì) 7.1 起重小車軌道的選擇 可以根據(jù)起重機(jī)手冊，在常見的中小型起重機(jī)的小車當(dāng)中，普遍均常采用P型鐵路鋼軌。設(shè)計(jì)如圖。 圖7.1 軌道三維圖 根據(jù)基本尺寸初定軌道型號為P38 表6.1 軌道基本尺寸 C b1 b b2 d R 0.4 13 12.2 15 0.85 17.5 7.2 起重機(jī)小車軌道的尺寸校核 小車軌道彎曲強(qiáng)度計(jì)算 圖7.2工字鋼下翼輪壓局部 根據(jù)已知量計(jì)算輪壓作用點(diǎn)位置，并求出系數(shù) i=a+c-e 式中：i表示小車輪壓作用點(diǎn)和最近腹板表面之間相隔的距離； c-小車輪緣與鋼邊緣中間相貼合時(shí)所產(chǎn)生的間隙，取c=0.4 cm； a==(12.2-0.85) ÷2=5.675cm （7.1） e=0.164R（cm） 因?yàn)樵撥壍肋x取的是普型工字鋼，所以根據(jù)手冊其翼緣表面斜度為. R在式中表示為小車定輪的踏面曲率半徑，我們可以根據(jù)手冊可以知道R=17.5 cm e=0.164×17.5=2.87 cm 所以： i=5.675＋0.4-2.87=3.205 ξ==3.205÷5.675=0.57 （7.2） 因此：i=3.205 ξ=0 .57 軌道工字鋼下翼緣部分可以進(jìn)行局部曲應(yīng)力的計(jì)算： 在上圖中，橫向L點(diǎn)局部彎曲應(yīng)力可以根據(jù)該公式計(jì)算： σx=a1k1P輪t02 （7.3） 式中：a1在式中是結(jié)構(gòu)形成系數(shù)，取0.9，k1為局部彎曲系數(shù)，我們由下圖取1.9 圖7.4 局部彎曲系數(shù) t02=（1.37+1）2=2.372=5.61 cm2 （7.5） σ1=±(0.9×1.9×1900÷5.61)=579kg/cm2 （7.6） 如圖所示，點(diǎn)L縱向（這里只在yz平面內(nèi)）其局部彎曲應(yīng)力為σ2，并可以根據(jù)下式得出： σ2=±0.9×0.6×19005.61=183kg/cm2 （7.7） 式中：k2由圖得：k2=0.6 圖中1點(diǎn)縱向（這里只yz平面內(nèi)）其局部彎曲應(yīng)力為σ3，并可根據(jù)公式得出： σ3=±a2k3p輪t02 （7.8） 式中： K3-局部彎曲系數(shù)，根據(jù)上面的圖得：K3=0.4 a2-翼緣結(jié)構(gòu)形式系數(shù)，a2=1.5（貼板補(bǔ)強(qiáng)時(shí)選用） 因此可以求得最終 σ3=±1.5×0.4×19005.61=203kg/cm2 其中主梁的跨中斷面可以進(jìn)一步進(jìn)行當(dāng)量應(yīng)力的計(jì)算 σ當(dāng)=σ12+（σ2+σx）2=1077kgcm2<σ=1800kg/cm2 (7.9) 因此該鋼字型軌道符合要求 8 焊接工藝設(shè)計(jì) 8.1 焊接 為保證焊接質(zhì)量，焊接工藝是極為重要的。我們應(yīng)遵守焊接工藝準(zhǔn)則，不能隨意焊接，產(chǎn)品的工作效率與經(jīng)濟(jì)效率可以得到保證，質(zhì)量得到了提高，并且降低了返修概率。 電焊和氣焊兩種焊接常用于當(dāng)今各類起重機(jī)結(jié)構(gòu)。電焊主要包括電阻焊（常見于薄板焊接），電渣焊，電弧焊等。其中使用最廣泛的電弧焊接。 手工電弧焊是電弧焊的常用方式。 焊接結(jié)構(gòu)，焊接部件的厚度不宜過大，除了在一些特殊情況之外。3號鋼焊接構(gòu)件厚度不應(yīng)大于40mm，16鋼錳鋼焊接厚度不能大于30mm。 該設(shè)計(jì)應(yīng)采用薄焊縫，焊縫應(yīng)盡可能布置成重心的對稱方式。焊縫立體交叉應(yīng)盡量避免，同時(shí)不能出現(xiàn)某一處大量集中焊縫。 8.1.1 對接焊縫 對接焊縫的計(jì)算厚度h取等于被焊構(gòu)件中較薄構(gòu)件的厚度。為了使力流平滑傳遞，對較厚的構(gòu)件和較寬的構(gòu)件，應(yīng)作為坡度不大于1/4的斜角[1]。 8.1.2 角焊縫 對于角焊縫的側(cè)面和末端，角焊縫直角一般的尺寸比例a：b = 1：1; 在圓角焊縫的末端承受低溫結(jié)構(gòu)（-40℃左右）的動(dòng)態(tài)載荷a：b = 1：1.5，則較大的直角邊緣b應(yīng)沿著焊縫的受力方向。 搭接長度應(yīng)等于或大于焊接部件最小厚度的5倍。 角焊縫布置圖如下： 圖9-1 角焊縫布置圖 角焊縫存在最小厚度。該最小厚度就是較小的直角邊，其為 a≥0.3δmax+1 式中的δmax表示的是焊接件中相對來說比較大的厚度，但是同時(shí)也要保證其厚度不能過小，最小應(yīng)是4mm。因?yàn)楫?dāng)厚度的值比4mm小時(shí)，焊縫焊件具有一樣的厚度，不宜應(yīng)用。 角焊縫的厚度(也就是較小的直角邊尺寸)也不能過大。不應(yīng)超過其薄焊件厚度的1.2倍，即a≥0.12δmax 在計(jì)算強(qiáng)度時(shí)，可以根據(jù)h=ka，來求出角焊縫強(qiáng)度。其中k可以按下表選取。 表8.1 角焊縫參數(shù) 注：在表中，表面平滑的焊縫所用的數(shù)為分子，而對于凹面焊縫來說，采用的應(yīng)是分母數(shù)值。 計(jì)算長度時(shí)，首先應(yīng)確定的是，側(cè)面與端面焊縫要比4a還要小。但不宜過小，不能小于40mm。 能夠得到的邊角長度不可以過長，要在焊縫厚度的40倍這個(gè)數(shù)值之內(nèi)。。 在大于40a時(shí)，在計(jì)算中不考慮超額。 在內(nèi)力按著全長進(jìn)行分布時(shí)，角焊縫的長度不需要再考慮上面的因素。 梁在承重載荷下，蓋板受壓應(yīng)力，下蓋受拉應(yīng)力，腹板處受力非常小。 對于上蓋和下蓋板，由于端梁的長度為3330mm，整個(gè)鋼板可以不用拼接使用。 可以根據(jù)焊件厚度，尺寸和形狀結(jié)構(gòu)等因素采用手工電弧焊為焊接方法。 焊接方式如下表： 表8.2 各焊縫焊接方法 焊縫的名稱 焊接的接頭型式 主要方法 焊接所用焊條 蓋板－腹板焊縫 手弧焊 E5015 隔板焊縫 手弧焊 E5015 彎板焊縫 手弧焊 E5015 加強(qiáng)筋焊縫 手弧焊 E5015 小腹板焊縫 手弧焊 E5015 角鋼焊縫 手弧焊 E5015 固定板焊縫 手弧焊 E5015 主要工藝過程是： 表8.3 主要焊接工藝 主要工藝 下料 拼板 焊接上蓋板和隔板 焊接腹板 焊接下蓋板 焊接彎板 裝配筋板 焊接筋板 焊接固定板 9 緩沖器 緩沖器在起重機(jī)中是不可或缺的裝置。為防止小車與起重機(jī)終端發(fā)生越軌現(xiàn)象，在小車軌道終端位置裝有擋鐵。但小車與擋鐵相撞仍會產(chǎn)生動(dòng)能，容易發(fā)生設(shè)備損壞等故障。為了避免設(shè)備出現(xiàn)故障，故為起重機(jī)安裝緩沖器（一般當(dāng)運(yùn)行速度超過20m/min時(shí)安裝） 橡膠緩沖器主要有彈性變