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1、 XI 本科毕业设计（论文）桥式起重机设计摘要：建国以来，我国起重机械行业在产品设计、生产和科学研究方面取得了很大的成绩，积累了不少的经验，为了总结这些经验，提高生产效率，以适应国民经济日益发展的需要，制造行业中对桥式起重机的各方面的要求越来越高。本设计要完成了桥式起重机主体结构部分的设计及主梁和端梁的校核计算。采用正轨箱形梁桥架，正轨箱形梁桥架由两根主梁和端梁构成。主梁外侧分别设有走台，并与端梁通过连接板焊接在一起形成刚性结构。为了运输方便在端梁中间设有接头，通过连接板和角钢使用螺栓连接，这种结构运输方便、安装容易。小车轨道固定于主梁的压板上，压板焊接在盖板的中央。本设计正确选择了起重机桥架
2、钢结构构造形式和构件截面，以保证其在使用过程中的强度、刚度和稳定性。设计时，同时还注意了起重机的结构制造工艺性、省料、安装以及维修方便等问题，使大车运行和起升机构能够工作中得到更好的安全和使用性能保证。关键词：桥式起重机；大车运行机构；主梁Bridge-type hoist craneAbstract : since the founding of new China, Chinas crane industry in product design, production and scientific research has made great achievement, accumulat
3、ed a lot of experience, in order to sum up these experience, improve production efficiency, to meet the growing needs of the development of national economy, manufacturing industry of bridge crane in the various aspects of increasingly high demand. this design to complete the bridge crane main struc
4、ture design and calculation of main girder and end girder. The track box girder bridge, track box girder bridge consists of two main beams and side beams. Main beam are respectively arranged outside the platform, and with the end beam through a connecting plate are welded together to form a rigid st
5、ructure. In order to convenient transportation in the end beam is arranged in the middle of a joint, through the connection plate and the angle steel bolt connection structure, the convenient transportation, easy installation. Trolley rail is fixed on the main beam of the platen, platen welding in t
6、he flat central. The design correct selection of crane steel structure form and component section, in order to ensure its use in the process of strength, stiffness and stability. The design, but also pay attention to the crane structure manufacturing process, material saving, convenient installation
7、 and repair wait for a problem, make the engine operation and the hoist mechanism can work to get better safety and performance guarantee.Keywords: crane; crane traveling mechanism; girder目 录摘要 IABSTRACT II1绪论 11.1桥式起重机的概述 11.2桥式起重机的综述和原理 11.3起重机国内外发展情况 2 1.3.1 国外起重机制造业发展趋势 2 1.3.2 国内起重机存在的问题 31.4双梁
8、桥式起重机研究的意义 42大车运行机构方案拟定及选择 52.1大车运行机构的可供选择的几种常用方案 5 2.1.1 低速集中驱动 5 2.1.2中速集中驱动 6 2.1.3高速集中驱动 6 2.1.4分别驱动 72.2大车运行机构的几种方案 7 2.2.1低速集中驱动 7 2.2.2中速集中驱动 7 2.2.3高速集中驱动 8 2.2.4分别驱动 82.3大车运行机构方案的选择 83. 大车运行机构的设计 93.1 运行阻力的计算 9 3.1.1摩擦阻力 9 3.1.2坡道阻力 113.1.3风阻力 113.2 电动机的选择 12 3.2.1概述 12 3.2.2电动机静功率 13 3.2.3
9、电动机初选 133.2.4电动机过载校验 143.2.5电动机发热校验15 3.2.6起动时间与起动平均加速度校验 153.2.7选择合适的电动机型号 173.3 减速器的选择 17 3.3.1概述 17 3.3.2总体设计 17 3.3.3确定传动比 18 3.3.4计算传动装置的传动参数 18 3.3.5齿轮的设计 19 3.3.6齿轮的强度结构设计 19 3.3.7齿轮的几何尺寸计算 21 3.3.8低速轴设计 213.3.9轴的结构设计 223.3.10轴上的载荷 243.3.11校核轴承的寿命强度验算 243.3.12按弯矩合成应力校核轴的强度 253.3.13减速器型号的选择 25
10、3.4 制动器的选择 26 3.4.1制动器概述 26 3.4.2制动器相关参数的计算 26 3.4.3制动器型号的选择 283.5 联轴器的选择 283.6 运行打滑验算 294. 主梁方案的拟定及选择 304.1 主梁可供选择的几种方案 30 4.1.1工字钢主梁 30 4.1.2桁架主梁 30 4.1.3箱形主梁 314.2 主梁方案分析 32 4.2.1工字钢主梁 32 4.2.2桁架主梁 32 4.2.3箱形主梁 324.3主梁方案选择 335. 主梁的设计及优化 335.1 主梁设计要求简介 345.2 主梁跨度的确定 345.3 主梁上钢轨的选择 355.4 主梁的合理强度设计
11、355.4.1梁的强度条件 355.4.2梁的合理截面形状 375.4.3变截面梁与等强度梁 385.4.4 梁的合理受力 385.5 主梁合理刚度设计 39 5.5.1梁的刚度条件 39 5.5.2 梁的合理刚度设计 396.结论 42致谢 43参考文献 44西南科技大学本科生毕业论文1 绪 论1.1桥式起重机的概述桥式起重机是横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。由于它的两端坐落在高大的水泥柱或者金属支架上，形状似桥，所以又称“天车”或者“行车”。 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
12、面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。它是使用范围最广、数量最多的起重机械。1.2桥式起重机的综述和原理 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三种。普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。 起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。 起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类
13、为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。 起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。 桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。 主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运
14、行。桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。 箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。 偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁，自重较小，但制造较复杂。 四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻
15、，刚度大，但与其他结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。 空腹桁架结构类似偏轨箱形主梁，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形梁外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。 普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达60米。 1.3起重机国内外发展情况1.3.1 国外起重机制造业的发展趋势 近年来，随着电子计算机的广泛应用，许多国外起重机制造商从应用计算机辅
16、助设计系统（CAD），提高到应用计算机进行起重机的模块化设计。根据市场调查预测的统计数字和积5累的资料、图表、图线规律，在严密的科学理论指导下，拟定起重机结构、机构、部件等多层次的标准化、模块化单元。起重机采用模块单元化设计，不仅是一种设计方法的改革，而且将影响整个起重机行业的技术、生产和管理水平，老产品的更新换代、新产品的研制速度都将大大加快。对起重机的改进，只需针对几个需要修改的模块；设计新的起重机只需选用不同的模块重新进行组合；提高了通用化程度，可使单件小批量的产品改换成相对批量的模块生产。亦能以较少的模块形式，组合成不同功能和不同规格的起重机，满足市场的需求，增加竞争能力。1.3.2
17、国内起重机存在的问题 起重机制造厂家要按用户的要求承担特殊的设计，即包括起重机的所有部件和起升高度、所必须移动物料的距离等，在厂房建好前，就必须将厂房建筑蓝图或厂房的主要尺寸提供给起重机制造厂家，设计者按用户的要求，设计起重机的外形及确定其主要参数，用户确认后，才开始设计制造。从这个过程，国内起重机制造厂与国外工业发达国家有很多相似之处。但目前国内起重机行业存在的问题已严重阻碍着自身的发展。(1)设计手段不完善、工艺水平较低长期以来，利用图板手工设计制图，需要较长的设计周期。虽然CAD技术在国内起重机行业得到广泛的作用，但应用水平却参差不齐，关键问题是由于“设计”上的差异。国内一些应用水平较高
18、的部门已真正做到了计算机辅助设计，而还有相当一部分用户仍停留在传统型CAD应用系统上，对一些重大非标准起重机产品设计，设计是在设计人员的头脑中完成，再利用计算机实现几何信息的处理，把CAD技术作为一种绘图、描图的工具。对于起重机CAD的二次开发，如起重机方案设计和起重机械零部件辅助工艺规程设计还未完善。起重机方案图设计，只是把预先设计外形尺寸及主要参数输入到计算机内，显示并打印出所需起重机的总图，计算机不能对主要受力点的应力进行分析，不能进行设计计算和标准部件的选择。一些起重机厂家，对成系列、成批量的通用起重机产品(如550t双梁桥式起重机)，为了降低成本，简化生产管理，通用化设计也只能做到对
19、车轮组、滑轮组、卷筒组和联轴器的通用化设计，对于运行机构、小车架，仍只能按不同起重量设计，桥架端梁则按不同起重量，不同小车轨距多款设计，对桥式起重机的设计不能使整机与机构、机构与部件、部件与零件之间的参数匹配。国内企业，普遍缺乏生产技术，工艺水平较低，一些起重机生产企业的工装设备、装配及检测手段比较落后，油漆及焊接工艺不过关，严重影响了起重机的质量。(2)专业化协作水平较低我国专业化协作目前只做到20%，80%仍靠企业自己设计、制造。一台起重机中只有电动机、减速器、制动器及一些电气元件可外购，其它铆焊件、机加工件、台主梁、车轮组、端梁、小车架仍靠企业自行设计，这样需花费大量的时间，影响了起重机
20、的生产周期。(3)交货期长由于设计及工艺原因，我们制作的非标准起重机交货期为46个月，是国外企业的2倍左右。这远远不能适应市场经济竞争的要求，使企业失掉了不少机遇。 1.4双梁桥式起重机研究的意义随着现代工业的迅速发展，电子计算机的广泛应用，系统工程、优化工程、创造性工程、人机工程等现代化理论的发展，大大加快了现代工业的发展进程，使社会生产力又跃上了一个新水平。当今世界工业生产，由于市场竞争的需要，生产方式由单一品种的大批量向着多品种的变批量方向发展。30年代以来，物料搬运技术仅指的是各类起重运输设备，而90年代的物料搬运系统逐渐增加了许多自动化内容，包括自动识别、自动导向、自动计数、自动称重
21、等。为了使生产和流动能够紧密配合，构成更大、更高效的物流系统，计算机技术得到了广泛的应用，起重机的很多工作将被机器人和其它机器所取代。目前世界销售市场对起重机械的需量正在不断增加，从而使国外各种制造起重机企业在生产中更多地采用优化设计、机械自动化和自动化设备去提高劳动生产率，这对世界销售市场、制造商和用户都产生了巨大的影响。有关调查资料表明，65%的起重机械用户主要是为了提高生产率、减少劳动工资，因而要求采用先进的起重机设备的用户便越来越多。2大车运行机构方案拟定及选择 桥式起重机的大车运行机构常见的驱动方式有三种：集中低速驱动，集中高速驱动，集中中速驱动和分别驱动。桥式起重机的大车运行机构的
22、作用，是驱动大车的车轮转动并使车轮沿着起重机轨道做水平方向的运动。它包括有电动机、制动器、减速器、联轴器、传动轴、角型轴承箱和车轮等零部件。车轮又是通过角型轴承箱、端梁和主梁，支承着起重机自身的重量及其全部外载荷的。2.1大车运行机构的可供选择的几种常用方案大车运行机构一般有大车运行机构用于驱动大车的运行，是大车纵向运动的动力来源（其主要参数如下表）。大车运行机构一般有一个或两个大功率的电动机来提供转矩，供给各个与之联接的轴。轴再分别与减速器（一个或两个）联接，减速器再与车轮联接（也可以减速器与电动机联接，依据所选驱动方案而定），从而输出动力给车轮，驱动整个大车运行机构前进或后退。由此过程即可
23、以得出大车运行机构的传动原理：大车运行机构的动力由电动机发出，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端，并经减速器把电动机的高转速降低到所需要的的转速之后，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。 表32/5吨双梁桥式起重机大车运行机构及主梁技术性能表项目参数项目参数工作级别M6车轮直径（mm）800跨度（m）28减速器速比i18运行速度（m/min）80电动机功率（KW）11基距（m）5电动机转速（r/min）750三相交流电源AC380 50Hz最大轮压（KN）312缓冲行程（mm）100限位开关
24、LX33-12钢轨型号QU80起重机工作级别A7 大车运行机构由电动机、制动器、传动轴、联轴器、车轮等部件组成。大车运行机构可以分为低速集中驱动，中速集中驱动，高速集中驱动和分别驱动四种形式。由一套驱动装置，通过中间轴来驱使大车两边主动车轮旋转的驱动，叫做集中驱动。由两套各自独立的驱动装置，来驱使桥架两边主动车轮的转动，这种驱动方式叫做分别驱动。在新型的桥式起重机上，一般多采用分别驱动，只有在吨位小的时候或旧式的桥式起重机上仍采用集中驱动的形式。2.1.1低速集中驱动 它的结构（如图2.1）是有一台电动机通过减速器同时带动两个主动轮，传动轴又远离主梁，故使主梁承受较大的扭矩载荷，使传动轴的转速
25、低于电动机的转速，与车轮的转速相同，一般是50至100转/分。这种传动方式的优点是，传动轴转速低，因而安全。缺点是，传动扭矩大，因而轴.轴承.联轴节和轴承座尺寸较大，使整个机构较重，这种低速集中驱动形式采用开式齿轮传动结构的。因而，一般应用在510吨小起重量.小跨度的桥式起重机上。1主动轮； 2联轴器； 3减速器； 4制动器； 5电动机； 6传动轴； 图2-1 低速集中驱动运行机构 2.1.2中速集中驱动方式电动机经制动器和减速器带动传动轴旋转。传动轴又经开式齿轮驱动车轮沿轨道运行。各段传动轴是通过联轴器联接在一起的。这种传动形式与低速集中传动形式比较，由于转速增高到200300转/分，传动扭
26、矩相对减小了，所以轴、轴承、联轴器、轴承座的尺寸也随之减小，使整个运行机构减轻了重量。但传动轴两端的开式齿轮磨损却很快。另外，由于车轮安装在固定的心轴上，所以装卸和维修也不方便。现在这种结构已不再使用了。中速集中驱动如图2-2所示。 图2-2 中速集中驱动运行机构1-车轮；2-轴承座；3-联轴器；4-减速器；5-制动器；6-电动机；7-中速轴；8-开式齿轮2.1.3高速集中驱动（如图23）的大车运行机构，是有电动机通过制动轮直接与联轴节.传动轴联接，再通过减速器与车轮联接。运行机构的传动轴是转速与电动机的转速相同，一般是7001500转/分。所以传递扭矩小，传动轴和轴系零件尺寸也较小，传动机构
27、的重量也较轻。缺点是所传递的扭矩小，需要两个减速器，加工装配精度要求高，以减少偏心在高速旋转中所引起的激烈振动，一般要求轴在每米长度上的径向跳动不大于0.5毫米。适用于配合大跨度的桥梁，为了保证安全，在传动轴上联轴器处应加保护罩。 1主动轮； 2减速器； 3联轴器； 4制动器； 5电动机； 图2-3 高速集中驱动运行机构 2.1.4分别驱动方式（如图24所示）的大车传动机构中，中间没有较长的传动轴，在装有运行机构的走台两端各有一套驱动装置。每套驱动装置由电机通过制动轮.联轴节.减速器与大车车轮联接。分别驱动的运行机构，是用两台同样型号的电动机，用同一控制器控制。分别驱动是指采用两套各自独立的驱
28、动装置，来驱使桥架两边主动车轮转动的方式。它的特点是: 大车两端的每套驱动机构都是单独的由电动机、制动器、补偿轴、减速器和主动车轮等零部件组成的。分别驱动又分为普通型和“三合一”方式两种不同结构。“三合一”的方式，即将电动机、制动器及减速器合成一个整体，使其体积小、重量轻、结构紧凑等优点更为显著（图2-4b）。“三合一”方式的缺点是行走部分的振动比较剧烈，对传动机构和金属结构有不良影响，不利于安全。 1主动轮； 2减速器； 3电动机； 4制动器； 5联轴器； 图2-4 桥式起重机分别驱动运行机构2.2大车运行机构的几种方案2.2.1低速集中驱动的特点主梁承受较大的扭矩载荷，使传动轴的转速低于电
29、动机的转速，与车轮的转速相同，一般是50至100转/分。这种传动方式的优点是，传动轴转速低，因而安全。缺点是，传动扭矩大，因而轴.轴承.联轴节和轴承座尺寸较大，使整个机构较重，这种低速集中驱动形式采用开式齿轮传动结构的。因而，一般应用在510吨小起重量.小跨度的桥式起重机上。2.2.2中速集中驱动的特点这种传动形式与低速集中传动形式比较，由于转速增高到200300转/分，传动扭矩相对减小了，所以轴、轴承、联轴器和轴承座的尺寸也随之减小，使整个运行机构减轻了重量。但传动轴两端的开式齿轮磨损却很快。另外，由于车轮安装在固定的心轴上，所以装卸和维修也不方便。现在这种结构已不再使用了。2.2.3 高速
30、集中驱动的特点电动机通过制动轮直接与联轴节.传动轴联接，再通过减速器与车轮联接。运行机构的传动轴是转速与电动机的转速相同，一般是7001500转/分。所以传递扭矩小，传动轴和轴系零件尺寸也较小，传动机构的重量也较轻。缺点是所传递的扭矩小，需要两个减速器，加工装配精度要求高。2.2.4 分别驱动的特点分别驱动的特点是：1）.保证了运行机构多方面的可靠性分别驱动的机构，不因其主梁的变形而在大车传动性能方面受到影响，从而保证了运行机构多方面的可靠性。2） .大车运行机构的重量减轻 由集中驱动形式改为分别驱动形式后。大车运行机构本身与走台部分一共可以减少3.5吨。由于省去了中间部分的传动轴，所以大车运
31、行机构的重量减轻很多，同时走台尺寸及大车重量也随之减少。许多单位做过统计，在起重量为10吨，跨度为25米的桥式起重机上。3） .避免造成停工或引起事故分别驱动与集中驱动相比具有以下优点：由于省去了传动轴，自重量油较轻，按转和维修方便，实践证明使用效果良好。目前我国生产的桥式起重机大部分采用分别驱动方式。分别驱动形式，当一端电动机损坏后，另一端的电动机依然可以维持短时间工作，而不致造成集中驱动结构形式那样由于电动机出现故障就马上会造成停工或引起事故。2.3大车运行机构方案选择这次设计的是桥式起重机大车及主梁，起重量为32/5T，加上其自重（约10吨左右），所以大车运行机构要驱动的最大负载为45吨
32、左右。使用分别驱动形式就可以大幅度减轻大车本身的自重，是整个电机的负荷和车轮的负载都尽量降低，从而达到最可靠的生产安全性和最大的经济效益。为了减少传动轴的使用和尽量减少联轴器的个数，这里选用如图2-4a结构的普通型分别驱动方式，以达到节省起重机生产成本和最佳工作效率的目的这种吨位属于重负荷大型起重机类型，由以上分析可以得知分别驱动更适合这种吨位的起重机。所以这里优选分别驱动形式。 3 大车运行机构的设计3.1 运行阻力的计算起重机或小车在稳定运行过程中所受到的即力称为静阻力。静阻力由摩擦阻力、坡道阻力和风阻力三项组成，即=+ （N） 式（3.1）表3-1 滚动摩擦系数车轮材料钢轨形式车轮踏面直
33、径（mm）100，160200，320400，500630，710800900，1000钢平顶钢轨0.250.30.50.60.70.7圆顶钢轨0.30.40.60.81.01.2铸铁平顶钢轨-0.40.60.80.90.9圆顶钢轨-0.50.70.91.21.4表3-2 轴承摩擦系数轴承形式滑动轴承滚动轴承轴承结构开式稀油润滑滚珠和滚柱式锥形滚子式0.10.080.0150.023.1.1摩擦阻力起重机或小车满载运行时的最大摩擦阻力为式（N） 式（3.2）式中：起升载荷（N）； 起重机运行小车自重载荷（N）； 滚动摩擦系数（mm），由表3-1查取； 车轮轴承摩擦系数，由表3-2查取； 与轴承相配合处车轮轴直径（mm）； 车轮踏面直径（mm）； 附加摩擦阻力系数，见表3-3； 摩擦阻力系数，初步计算时可按照表3-4选取。满载运行时的最小摩擦阻力（N） 式（3.3）空载运行时最小摩擦阻力（N） 式（3.4）由设计要求可知：Q=32T，G=9T，根据以下表分别选择参数计算可得=（32000+12800）0.013=582.4NFm1 =388NFm2 =111N表3-3 附加阻力系数车轮形状机构驱动形式圆锥车轮桥式起重机大车运行机构集中1.2圆柱车轮有轮缘桥式、门式和门座起重机的大车运行机构分别1.5无