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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文
摘 要
我做的畢業(yè)設(shè)計課題是單梁橋式起重機設(shè)計。單梁橋式起重機是一種輕型起重設(shè)備，它適用起重量為1～20 噸，適用跨度4.5～16.5米，工作環(huán)境溫度在≥-35。C與≤+35。C范圍內(nèi)，適合于車間、倉庫、露天堆場等處的物品裝卸工作。橋架由一根主梁和兩根端梁剛接組成。根據(jù)起重量和跨度，主梁采用普通工字鋼和U形槽組合焊接形成。主梁和端梁之間采用承載突緣普通螺栓法蘭連接。提升機構(gòu)采用CD型電葫蘆。
此次設(shè)計的主要內(nèi)容有：問題的提出、總體方案的構(gòu)思，結(jié)構(gòu)設(shè)計及對未知問題的探索和解決方案的初步設(shè)計，裝配圖、零件圖等一系列圖紙的設(shè)計與繪制，以及畢業(yè)設(shè)計說明書的完成。
關(guān)鍵詞 ：起重機；橋式起重機；大車運行機構(gòu)；小車運行結(jié)構(gòu)；小車起升；結(jié)構(gòu)橋架；主端梁 。
ABSTRACT
The topic of my graduation design is list the beam bridge type derrick of design the list beam bridge type derrick is a kind of light heavy equipments, it start to apply the weight as 1~20 tons, apply to across degree 4.5~16.5 meters, the work environment temperature is in the ≥ -35.C and ≤ +35.Inside scope, suitable for car, warehouse, open-air heap field etc. of the product pack to unload a work. The bridge was carried beam by a lord beam and 2 to just connect to constitute. According to weight with across a degree, lord beam adoption common the work word steel and U form slot combination weld formation. Lord beam and carry an of beam an adoption loading To good luck common stud bolt method orchid conjunction. Promote the organization adoption CD type an electricity bottle gourd.
The main contents of this time design have: The problem put forward, conceive outline of total project, possibility design, structure design and draw towards doing not know a problem of investigate and solution of first step design, assemble diagram, spare parts diagram wait a series the design of the diagram paper with, end include graduation design manual of completion.
Keywords: cranes;bridge type derrick ； During operation organization; Car running structure; Car hoisting structure; Bridge; Main girders.
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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文
目錄
前 言 1
1 單梁橋式起重機的概述 2
1.1單梁橋式起重機的整體描述 2
1.1.2 單梁橋式起重機機構(gòu)的特點 3
1.1.3 單梁橋式起重機的基本參數(shù) 3
1.1.4 桁架梁和箱形梁的比較 3
1.2 LD型電動單梁橋式起重機各部件的作用（位結(jié)構(gòu)） 3
1.2.1 主梁 4
1.2.2 端梁 4
1.2.3主梁和端梁的聯(lián)接 4
1.2.4 電動葫蘆 4
1.2.5 大車 5
1.2.6 小車架 5
1.2.7 小車 5
1.2.8操縱室 5
1.3 運行機構(gòu) 6
1.3.1 小車運行機構(gòu) 6
1.3.2 大車運行機構(gòu) 7
1.4 發(fā)展趨勢 8
1.4.1 國內(nèi)橋式起重機發(fā)展有三大特征 8
1.4.2 國外橋式起重機發(fā)展四大特征 9
1.4.3 機械化運輸系統(tǒng)的組合應(yīng)用 10
2 工作條件及設(shè)計要求 11
2.1 型式及設(shè)計的構(gòu)造特點 11
2.2 選擇電動葫蘆的規(guī)格型號 12
2.3 主梁設(shè)計計算 13
2.3.1 主梁斷面幾何特性 13
2.3.3剛度計算 20
2.3.4 穩(wěn)定性計算 23
2.4 端梁設(shè)計計算 23
2.4.2 端梁中央斷面幾何特性 24
2.5 起重機最大輪壓 26
2.5.1起重機支座及作用 26
2.5.2 起重機最大輪壓的計算 26
2.6 最大歪斜側(cè)向力 33
2.7 端梁中央斷面合成應(yīng)力 34
2.8 車輪軸對端梁腹板的擠壓應(yīng)力 34
2.9 主、端梁連接計算 35
2.9.1 主、端梁連接形成及受力分析 35
2.9.2 螺栓拉力的計算 36
3 小車起升和運行機構(gòu)的設(shè)計計算 40
3.1 電動葫蘆起升機構(gòu)設(shè)計計算 41
3.1.1 電動葫蘆的基本設(shè)計參數(shù) 41
3.1.2 電動葫蘆起升機構(gòu)簡要設(shè)計步驟 42
3.2 電動葫蘆運行機構(gòu)設(shè)計計算 49
3.2.1.電動小車運行靜阻力計算 49
3.2.2.電動機的初選預(yù)驗算 50
3.2.3 傳動比 51
3.2.4 制動器的選擇與計算 52
4 大車運行機構(gòu)設(shè)計計算 55
4.1 確定機構(gòu)傳動方案 55
4.2 選擇車輪和軌道，驗算車輪強度 55
4.3 驗算車輪的疲勞強度 55
4.4 傳動裝置設(shè)計計算 57
4.4.1 選擇電動機 57
4.4.2 大車運行機構(gòu)的功率計算 58
4.4.3 驗算電動機 58
4.5設(shè)計減速裝置 60
4.5.1選擇減速器的類型 60
4.5.2確定減速器的型號 61
4.6 起重機有關(guān)使用機構(gòu)的安全裝置 62
4.6.1 緩沖器 62
4.6.2 起升高度限位器 63
4.6.3 行程限位器 63
4.6.4 安全開關(guān) 63
4.7 起重機的組裝及試車要求 63
4.7.1起重機的安裝注意事項 63
4.7.2 起重機的試車要求 65
5 焊縫連接分析 67
5.1 連接方法 67
5.1.1焊接 67
5.1.2 對接焊縫 67
5.1.3 角焊縫 68
致 謝 74
參考文獻 75
河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文
前 言
光陰似箭，歲月如水，轉(zhuǎn)眼間四年大學(xué)生活即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計是對我們四年大學(xué)生活的一個總結(jié)，更是對四年大學(xué)學(xué)習(xí)成果的檢驗。它要求我們應(yīng)用所掌握的基本理論和專業(yè)知識去解決現(xiàn)實中的一些問題。是實現(xiàn)學(xué)與用、理論實踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)，進而提高我們各方面的能力，如：收集信息的能力，發(fā)現(xiàn)問題的能力，獨立分析和解決實際問題的能力，獲取新知識的能力以及創(chuàng)新意識和嚴(yán)肅認真的科學(xué)作風(fēng)，綜合運用所學(xué)知識和技能的能力。
為積極響應(yīng)院方號召，更好的完成本次畢業(yè)設(shè)計工作，畢業(yè)設(shè)計工作展開前我進行了畢業(yè)實習(xí)，我曾在河南省鄭州起重設(shè)備有限公司實習(xí)兩個月，通過在以上工廠的實習(xí)，我在對橋式起重機理論認識的基礎(chǔ)上又增加了很多感性認識，重點了解了橋式起重機的基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理，從而為順利完成畢業(yè)設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)。
我畢業(yè)設(shè)計的課題是單梁橋式起重機設(shè)計。單梁橋式起重機是一種輕型起重設(shè)備，適合于車間、倉庫、露天堆場等處的物品裝卸工作。橋架由一根主梁和兩根端梁剛接組成。根據(jù)起重量和跨度，主梁采用普通工字鋼和U形槽組合焊接形成。主梁和端梁之間采用承載突緣普通螺栓法蘭連接。這次設(shè)計主要是對其主梁和端梁等橋架重點設(shè)計，包括一些常規(guī)性的強度剛度及穩(wěn)定性的設(shè)計，除此還有一些驅(qū)動裝置的計算和焊接方面的知識，從而達到初步具備設(shè)計起重機重要部件的基本能力，為以后的設(shè)計和選用起重機奠定一定的基礎(chǔ)。
1 單梁橋式起重機的概述
1.1單梁橋式起重機的整體描述
起重機是具有起重吊鉤或其它取物裝置在空間內(nèi)容實現(xiàn)垂直升降和水平運移重物的起重機械。
LD型電動單梁橋式起重機為一般用途的起重機用于機械制造、裝配、倉庫等場所（此次設(shè)計的是用于機修車間）。LD型電動單梁橋式起重機不適于用來調(diào)運熔化金屬﹑赤熱金屬、易燃品及其危險物品，不適用于有爆炸危險、火災(zāi)危險、充滿腐蝕性氣體的介質(zhì)工作，不適用于相對濕度大于85%的場所工作，也不適用于具有酸性或其它有腐蝕性化學(xué)氣體的車間。
LD型電動單梁起重機是在天津起重設(shè)備廠70年代初開發(fā)的DL型電動單梁起重機基礎(chǔ)上，經(jīng)全國聯(lián)合設(shè)計研發(fā)而成，配套的電動葫蘆為CD和MD型。是一種有軌運行的輕小型起重機，適用于額定起 0.5～5.0 噸,適用跨度7.5～22.5米，工作級別在A3~A5和工作環(huán)境溫度在-25℃ ～40℃ 范圍內(nèi)。
起重機運行速度小于45m/min時，采用地面跟隨式（隨吊載而運動）操縱，運行速度大于45m/min時，采用操縱室操縱，操縱室設(shè)有開閉兩種形式及端面和側(cè)面二種開門方式。
1.1.1 單梁橋式起重機的工作方式
它安裝在產(chǎn)房高出兩側(cè)的吊車梁上，整機可在吊車梁上鋪設(shè)的軌道上橫向行駛，起重小車沿小車軌道行駛（橫向）。吊鉤做升降運動，即與CD1型（或MD1）的電動葫蘆配套使用完成重物的升降、平移等人們難以做到的需要。
1.1.2 單梁橋式起重機機構(gòu)的特點
主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、對廠房的負荷小、建筑高度小、耗電少。主梁與端梁采用螺栓連接、拆裝、運輸和儲存方便，補充備件方便、輪壓小、工藝性好，適合采用自動焊接和流水作業(yè)加工，安裝快，維修方便。缺點是起重量不大。
1.1.3 單梁橋式起重機的基本參數(shù)
起重量、起升高度、起升速度、葫蘆運行速度、大車運行速度、跨度、車輪與軌距。
1.1.4 桁架梁和箱形梁的比較
桁架自重和擋風(fēng)面積小、風(fēng)阻力小、節(jié)省鋼材；缺點是外形尺寸大，要求廠房建筑高度大，而且橋梁是由很多根不同型號和規(guī)格的桿件逐件焊接而成，費工、費錢。
箱型梁的優(yōu)點：外形尺寸小，用整塊鋼板焊成，便于下料和采用自動焊接，適合大批量生產(chǎn)；缺點是自重較大。
1.2 LD型電動單梁橋式起重機各部件的作用（位結(jié)構(gòu)）
LD型電動單梁主要由主梁、端梁、主動輪、被動輪、工字鋼、大車驅(qū)動裝置和小車（電動葫蘆起升裝置）組成。
1.2.1 主梁
主梁是采用鋼板壓延成型的U型槽鋼與工字鋼組焊而成的箱型實腹梁。作用是支承著可移動的小車，并能沿鋪設(shè)的專用軌道運行，將起重機的全部質(zhì)量的重力傳給廠房建筑結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單適用，工藝性好。
1.2.2 端梁
由兩種形式：一種是鋼板壓延成型的U型槽鋼組焊成形，在焊接車門那個箱形結(jié)構(gòu)，適用于做中、小起重機吊鉤橋式起重機的端梁；另一種是四塊鋼板拼成的箱形結(jié)構(gòu)，通常配制帶角形軸承箱的車輪組，但焊接工作量大，生產(chǎn)效率低于前種（本產(chǎn)品采用前一種） 。
1.2.3主梁和端梁的聯(lián)接
兩種形式：一種是在主梁的兩端，螺栓加減載凸緣連接形式。這種方式的優(yōu)點是：主、端梁可以分批生產(chǎn)再組裝，加工及庫存的占地面積小、輸送方便、費用較低。另一種形式是加連接板再焊接的方法聯(lián)接。優(yōu)點是：制造簡單、裝拆方便、成本低，是我國中、小起重機吊鉤橋式起重機端梁和主梁的主要連接形式。（本產(chǎn)品采用第一種連接方式）
1.2.4 電動葫蘆
它是一種由電機驅(qū)動，經(jīng)卷筒、滑輪或有巢鏈輪卷方起重機或起重鏈條，帶動取物裝置升降的輕小型起重設(shè)備。它具有體積小、重量輕、操作維修方便、價格低、安全可靠等特點，主要應(yīng)用于起重量及工作范圍要求不大或?qū)ぷ魉俣纫蟛桓叩膱龊?。將上部固定，可將起重設(shè)備單獨使用或是通過小車懸掛在工字鋼軌上運行，作電動單梁橋式起重機、龍門起重機、臂架型起重機的起重小車，使用作業(yè)面積擴大，使用場合增多，由于如此靈活，可作工廠、碼頭、倉庫、貨場等常用的起重設(shè)備。電動葫蘆的簡述其，有漸開線外嚙合齒輪傳動和行星齒輪傳動兩類，但前者具有制造簡單、維修方便、效率高等特點。
1.2.5 大車
使起重機作水平運動，用于搬運貨物或調(diào)整工作位置，同時可將作用在起重機上的載荷傳給支承它的基礎(chǔ)。大車軌道中心間的距離稱為跨度S，在該軌道上運行的動作稱為大車運行。在橋架的中心或兩端裝有大車運行電動機，從電動機的水平軸引出動力，驅(qū)動半數(shù)的車輪。
1.2.6 小車架
是支承和安裝起升機構(gòu)（電動葫蘆）和小車運行機構(gòu)的機架，同時又是機架和傳遞起升載荷的金屬結(jié)構(gòu)，LD型起重機采用工字鋼。
1.2.7 小車
是小車作水平運動，用以搬運貨物或調(diào)整工作位置，同時將作用在小車上的載荷傳給支承的主梁。本品采用電動機、卷筒、制動器、鋼絲繩和吊鉤于一體的CD型電動葫蘆。
1.2.8操縱室
用于司機操縱作起重機的運行工作，操作室的構(gòu)造與位置安裝，應(yīng)保證使司機有良好的視野。其結(jié)構(gòu)分為敞開式與封閉是兩種，橋式起重機的操作室應(yīng)安裝在無滑線一側(cè)的橋架上。
1.3 運行機構(gòu)
運行機構(gòu)的任務(wù)是使起重機或小車作水平運動，用于搬運貨物或調(diào)整工作位置，同時可將作用在起重機或小車上的載荷傳給支承它們的基礎(chǔ)。陸上的起重機的運行機構(gòu)分為有軌道運行和無軌道運行兩類，而橋式起重機的運行屬于前一類。
橋式起重機上的運行機構(gòu)：由電機、傳動裝置（傳動軸、聯(lián)軸器和減速器等）、制動器和車輪組成。運行機構(gòu)按其特點（構(gòu)造）可分為得當(dāng)分組式和一體是兩種。按其主動輪驅(qū)動的方式，可分為幾種驅(qū)動和分別驅(qū)動兩種。
運行機構(gòu)是依靠主動車輪與輪道間的摩擦力（通常稱為附著力或粘著力）來實現(xiàn)驅(qū)動的。為了保證有足夠大的驅(qū)動輪（主動車輪），驅(qū)動車輪應(yīng)布置得當(dāng)，在任何情況下，都應(yīng)使其具有足夠大的輪壓。橋式起重機上運行機構(gòu)的驅(qū)動輪，通常為總輪數(shù)的一半，采用對稱布置成四角布置，遮掩可保證驅(qū)動輪輪壓之和不變，不會發(fā)生打滑現(xiàn)象，使機構(gòu)運行正常。
1.3.1 小車運行機構(gòu)
LD型電動單梁橋式起重機采用自行式的自動葫蘆，其小車運行機構(gòu)就是電動葫蘆的自行式電動小車。
1.3.2 大車運行機構(gòu)
LD型電動單梁橋式起重機的大車運行機構(gòu)一般均作分別驅(qū)動的型式（即：每一邊軌道上的大車運行機構(gòu)的主動車輪分別單獨的電動機來驅(qū)動）電動機采用封閉自扇冷式，帶制動器的繞線型電動機或帶制動器的變極籠型電動機。司機室操縱時用繞線的電動機，傳動裝置采用自行式電動葫蘆電動小車的閉線減速器。一級開式齒輪減速器的型式。其中閉式齒輪部分是專用同軸式減速機，這種型式的傳動裝置簡單、輕巧、零件數(shù)量少、通用化程度高，便于制造和修理，但開式齒輪較易磨損，傳動效率稍低，在有特殊要求時，傳動裝置也可采用二級定軸式擺線行星式、少齒差漸開線行星式等。采用全封閉型減速器或采用帶制動器的電動機—減速器套裝組各式的傳動裝置。它便于專業(yè)化生產(chǎn)。傳動效率較高，但制造及安裝 5齒面圓柱精度要求較高。QS系列“三合一”減速器為三級漸開線布置平行軸傳動外嚙合漸開線硬齒面圓柱齒輪減速器（中華人民共和國專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)號為：ZBJ19027—90）。減速器直接按與帶制動器的繞線是或鼠籠式電動相配，集減速器、電動機、帶制動器為一體，制動器不需配電源，所配電機具有雙重功能接通電源即可旋轉(zhuǎn)，切斷電源后，電機本身即產(chǎn)生制動力矩而制動。電動機—減速器驅(qū)動部件利用減速器機體直接固定在端梁或主梁的伸出支架上，主動車輪利用其伸出軸端直接插入到驅(qū)動部件減速器的低速空心軸內(nèi)。通過花鍵連接，靠力矩支承鉸保持平衡。大車運行機構(gòu)中采用“三合一”驅(qū)動部件，使機構(gòu)變得非常緊湊、自重輕、分組性好、裝配與更換方便，不受橋架起臺和小車架變形的影響，并由于驅(qū)動部件不與走臺相連接，可以減少主梁的扭轉(zhuǎn)載荷，而且可使走臺的構(gòu)造也大為簡化，但當(dāng)電動機容量增大時，懸臂受力復(fù)雜化。故大型起重機的運行機構(gòu)，目前仍采用分組式分別驅(qū)動，大車輪采用圓柱形踏面的雙輪緣車輪，小車車輪采用圓錐鼓形車輪。
1.4 發(fā)展趨勢
新的發(fā)展是動態(tài)剛度計算，測試它的撓性變形，節(jié)省材料，整個結(jié)構(gòu)小，計算機控制吊車，攝像機攝像，計算機處理，用于惡劣的環(huán)境的場合，載荷限制器是限制起重機起吊極限載荷的一種安全裝置。稱量裝置是用來像是起重機吊物品具體重量的裝置。從橋架上講有正軌箱形梁和斜軌箱形梁兩種。從傳動機構(gòu)上講，老式的傳動機構(gòu)是采用齒輪連接，新式的傳動機構(gòu)采用的是梅花彈性聯(lián)軸器，直接與車輪聯(lián)接，中間加個方向聯(lián)軸節(jié)。從導(dǎo)出方式講，最早是排好架子，后期改為掛纜，直接有廠家生產(chǎn)出掛極式，導(dǎo)電部分不外漏。吊車比較好的操縱方式：如遙控吊車，人可以無線操縱起升高度過高，可直接地面操縱。LD型吊車遙控發(fā)展得較早。自動取物裝置采用計算機控制，傳感器控制。設(shè)計采用CAD縮短設(shè)計周期。
1.4.1 國內(nèi)橋式起重機發(fā)展有三大特征
(1) 改進機械結(jié)構(gòu)，減輕自重
國內(nèi)橋式起重機多已經(jīng)采用計算機優(yōu)化設(shè)計，以此提高整機的技術(shù)性能和減輕自重，并在此前提下盡量采用新結(jié)構(gòu)。如5~50噸通用橋式起重機中采用半偏軌的主梁結(jié)構(gòu)。與正軌箱型相比，可減少或取消加筋板，減少結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省加工工時。
(2) 充分吸收利用國外先機技術(shù)
起重機大小車運行機構(gòu)采用了德國Demang公司的“三合一”驅(qū)動裝置，吊掛于端梁內(nèi)側(cè)，使其不受主梁下?lián)虾驼駝拥挠绊懀岣吡诉\行機構(gòu)的性能和壽命，并使結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀，安裝維修方便。
遙控起重機的需要量隨著生產(chǎn)發(fā)展業(yè)的壯大規(guī)模越來越大，寶鋼在考察國外鋼廠起重機之后，提出了大力發(fā)展遙控起重機的建議，以提高安全性，減少勞動量。
(3) 向大型化發(fā)展
由于國家對能源工業(yè)的重視和資助，建造了許多大中型水電站，發(fā)電機組越來越大。特別是長江三峽的建設(shè)對大型起重機的需求量迅速提升。三峽電廠需要1200噸橋式起重機和2000噸大型塔式起重機。
1.4.2 國外橋式起重機發(fā)展四大特征
(1)簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，減輕自重，降低生產(chǎn)成本
法國Patain公司采用了一種以板材為基本構(gòu)件的小車架結(jié)構(gòu)，其重量輕，加工方便，實用于中、小噸位的起重。該結(jié)構(gòu)要求起升采用行星---圓錐齒輪減速器，小車架不直接與車架相連接，以此來降低對小車架的剛度，簡化小車架的結(jié)構(gòu)，減輕自負。Patain公司的起重機大小車運行機構(gòu)采用三合一驅(qū)動裝置，結(jié)構(gòu)比較緊湊，自重較輕，簡化了總體布置，此外，由于運行機構(gòu)與起重機走臺沒有聯(lián)系，走臺的振動也不會影響傳動機構(gòu)。
(2)更新零部件，提高整機性能
法國Patain公司采用窄偏軌箱型梁作主梁，其高、寬比為4～3.5左右，大筋板間距為梁高的兩倍，不用小筋板，主梁與端梁的連接采用搭接的方式，使垂直力直接作用于端梁的上蓋板，由此可以降低端梁的高度，便于運輸。
(3) 設(shè)備大型化
隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，起重機械設(shè)備的體積和重量越來越趨于大型化，起重量和吊運幅度也有所增大，為節(jié)省生產(chǎn)和使用費用，其服務(wù)場地和使用范圍也隨著增大。
1.4.3 機械化運輸系統(tǒng)的組合應(yīng)用
國外一些大廠為了提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，把起重運輸有機的結(jié)合在一起，構(gòu)成先進的機械化運輸系統(tǒng)。
2 工作條件及設(shè)計要求
為機修車間設(shè)計一臺LD型電動單梁橋式起重機，具體要求如下：
⑴起重量：5噸
⑵起升高度：9米
⑶電動葫蘆運行速度：30m/min
⑷電動葫蘆的起升速度：8 m/min
⑸葫蘆最大輪壓：Pmax=1900公斤（kg）
⑹葫蘆自重：G=500kg
⑺起重機跨度：16.5 m
⑻大車運行速度：45m/min
⑼大車輪距：2.5m
⑽工作級別：M5
⑾工作環(huán)境：一般常溫
⑿使用壽命：10年
⒀操縱室操縱：G操=400公斤
2.1 型式及設(shè)計的構(gòu)造特點
LD型電動單梁橋式起重機由橋梁、小車、大車運行機構(gòu)、電器設(shè)備構(gòu)成。橋架由一根主梁和兩根端梁用螺栓連接而成。電動單梁橋式起重機是一種有軌運行的輕小型起重機。它適用于額定起重量為：1～5噸，適用跨度為7.5～22．5米，工作環(huán)境溫度在-25℃～40℃范圍內(nèi)，起重機的工作級別為A3～A5，LD型電動橋式起重機是按中級工件類型設(shè)計和制造的。
本次設(shè)計的LD型電動單梁橋式起重機的主梁結(jié)構(gòu)式采用鋼板壓延成形的U形槽鋼，與工字鋼組焊成的箱形實腹梁。橫梁也是用鋼板壓延成U形槽鋼，在組焊成箱形封閉箱，為貯存，運輸方便，在主梁與橫梁之間用M20的螺栓（45號鋼制）連接而成。大車運行時靠兩臺錐形轉(zhuǎn)子電機，通過齒輪減速裝置驅(qū)動兩邊的主動車輪實現(xiàn)的起升機構(gòu)與小車運行機構(gòu)采用CD1、MD1形成的電動葫蘆。運行機構(gòu)采用分別驅(qū)動形式制動靠錐形轉(zhuǎn)子制動的交流異步電機來完成。起重機主電源由廠房一側(cè)的角鋼或圓鋼滑觸線引入，電動葫蘆由電纜供電。
電動單梁橋式起重機的外形如下圖1所示：
圖1 電動單梁橋式起重機
2.2 選擇電動葫蘆的規(guī)格型號
電動葫蘆的形式與參數(shù)，參見產(chǎn)品樣本，選用目前應(yīng)用得最多的CD1或者MD1型。
CD1型和MD1型電動葫蘆的起重量一般為0.5～10噸，起重高度為6～30m，起升速度為8 m/min，起重量為10t時為7 m/min。而MD1型電弧爐具有兩種起升速度，除常速外，還有0.8 m/min的慢速可滿足精密裝卸，砂箱合模等精細作業(yè)的要求。電動葫蘆的總體結(jié)構(gòu)可分為起升機構(gòu)和運行機構(gòu)兩部分，起升機構(gòu)由電動機、制動器、減速裝置、卷筒裝置以及吊鉤滑輪組等組成。
本次設(shè)計的電動小車采用CD1型5t電動葫蘆，CD1型電動葫蘆的主輔電機為帶錐形制動器的錐形轉(zhuǎn)子電機，電機和制動器制成一體。使電動葫蘆結(jié)構(gòu)緊湊、自重輕。據(jù)資料查得，電動葫蘆型號CD15-9D,自重為500kg。
結(jié)果：選用CD15-9D。其設(shè)計計算見后面。
2.3 主梁設(shè)計計算
2.3.1 主梁斷面幾何特性
根據(jù)系列產(chǎn)品資料，粗布給出主梁的斷面尺寸如圖示：
圖2 主梁斷面尺寸
主梁跨中斷面圖
根據(jù)系列產(chǎn)品資料，查得28a普型工字鋼（GB706-65） 的尺寸參數(shù)：
h= 280mm b=122mm d=8.5mm
t=13.7mm F1=55.45 q=43.4公斤/m
主梁斷面面積
Jx=7114cm2 Jy=345cm2
F=0.5（l1-2×δ1）+2δ1×h1+2×δ2×l2+F1+δ×l3
=0.5×（40-2×0.5）+2×0.5×40+2×0.5×25.5+55.45+1×10.5
= 151cm2
主梁斷面水平形心軸x-x位置
y1=
式中：∑F1—主梁面的面積（cm2）.
∑F1 y1x-各部分面積對x-x′軸的距離（cm 3）
y1x-各部分面積形心至x′-x′軸的距離(cm)
則：y1=〔0.5×（40-2×0.5）×79.75+2×0.5×40×60+2×0.5×25.5×31.5+55.45×15+1×10.5×0.5〕÷151
=37cm
y2 =4cm
結(jié)果：F=151cm2
y1=37cm y2 =4cm
主梁斷面慣性矩
Jx=ΣJxi+ΣFi y1 2
=(39×0.5 3) ÷12+39×0.5×42.75 2+ 2×0.5×40 3÷12+2×0.5×40×23 2+（2×0.5×17.4 3）÷12cos47°+2×0.5×25.5×5.7 2+7114+55.45×22 2+(10.5×1 2) ÷12+10.5×1×36.5 2=111545
Jy=ΣJyi+ΣFi y1 2
=(0.5×39 3) ÷12+2×40×0.53÷12+2×0.5×40×19.752+2 ×0.5×193÷12sin47°+2×0.5×25.5×102+345+1×10.53÷12
=21849
結(jié)果：Jx=111545 Jy=21849
2.3.2 主梁強度的計算
根據(jù)這種起重機的結(jié)構(gòu)形式及特點，可以不考慮水平慣性對主梁造成的應(yīng)力及其水平面內(nèi)在和對主梁的扭轉(zhuǎn)作用也可以忽略不計。該主梁的強度計算按第Ⅱ類載荷進行組合，對活動在和由于小車的論據(jù)很小，可近似的按集中載荷計算。跨中斷面彎曲正應(yīng)力包括：梁的整體彎曲應(yīng)力和由小車；輪壓在工字鋼下翼緣引起的局部彎曲應(yīng)力兩部分，合成后進行強度校核。 梁的整體彎曲在垂直平面內(nèi)按簡支梁計算，在水平面內(nèi)按剛度的框架計算：
圖3 簡支梁受力分析
垂直載荷在下翼緣引起的彎曲應(yīng)力
根據(jù)《起重機設(shè)計手冊》計算：
σx= 單位：公斤/厘米2
式中：P=ψⅡQ+KIIG葫
=5000×1.2+500×1.1
=6550
其中：Q-額定起重量,Q=5000公斤；
G葫-電動葫蘆自重,G葫=500公斤；
ψⅡ-動力系數(shù)，對于中級工作類型,ψⅡ=1.2；
kⅡ-沖擊系數(shù)，對于操縱室操縱時 ,kⅡ=1.1；
y1-主梁下表面距斷面形心軸x-x的距離,y1=37厘米 ；
yx-主梁跨中斷面對x-x軸慣性力矩，yx=111545；
l-操縱室重心到支點的距離，l=100cm；
G操-操縱室的重量，G操=400公斤；
G葫 –電動葫蘆的自重， G葫=500公斤；
q-橋架單位長度重量（公斤／米）；
q= 1000×F×γ+q′
=1000×0.0151×7.85+7.5=126kg／m
其中： F-主梁斷面面積，F(xiàn)=0.0151 m2
γ-材料比重，對鋼板，γ=7.85t／m2
q′-材料橫加筋板的重量所產(chǎn)生的均布載荷，q′=7.5 t／m；
所以：σx=37÷111545×〔(1.2×5000+1.1×500) ÷4×1650+1.1×400×100÷2+1.1×1.26×1650 2÷8〕
=1060公斤/厘米2
結(jié)果：σx=1060公斤／厘米
主梁工字鋼下翼局部彎曲計算
圖4 工字鋼下翼輪壓局部
計算輪壓作用點位置i及系數(shù)ζ
i=a+c-e
式中：i-輪壓作用點與腹板表面的距離（cm）；
c-輪緣同工字鋼翼緣邊緣之間的間隙，取c=0.4 cm； a==(12.2-0.85) ÷2=5.675cm
e=0.164R（cm）對普型工字鋼，翼緣表面斜度為.
R-為葫蘆定輪踏面曲率半徑，由機械手冊31.84查得R=17.5 cm
則： 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
結(jié)果：i=3.205 ξ=0 .57
工字鋼下翼緣局部曲應(yīng)力計算：
圖5 主梁工字鋼
如上圖所示L點橫向（在xy平面內(nèi)），局部彎曲應(yīng)力σ1由下式 計算：
σx=±
式中：
a1-翼緣結(jié)構(gòu)形成系數(shù)，貼板補強時取a1=0.9；
k1-局部彎曲系數(shù)，由圖可得：k1=1.9
圖6 局部彎曲系數(shù)
其中：t-工字鋼翼緣平均厚度
δ-補強板厚度
t0=t+δ
δ=1 cm
t=1.37 cm
t02=（1.37+1）2=2.372=5.61 cm2
所以：σ1=±(0.9×1.9×1900÷5.61)=579公斤/厘米2
結(jié)果：σ1=579公斤／厘米2
如圖，1點縱向（在yz平面內(nèi)）局部彎曲應(yīng)力為σ2由下式計算：
σ2=±
式中：k2由圖得：k2=0.6
所以：σ2==183公斤／厘米2
如圖中得α′點縱向（yz平面內(nèi)）局部彎曲應(yīng)力為σ3，由下式計算：
σ3= ±
式中：
K3-局部彎曲系數(shù)，查圖得：k3=0.4
a2-翼緣結(jié)構(gòu)形式系數(shù)，貼板補強時a2=1.5
所以：σ3=±（1.5×0.4×1900÷5.61）=203公斤／厘米2
主梁跨中斷面當(dāng)量應(yīng)力計算
圖中的1點當(dāng)量應(yīng)力為
σ當(dāng)=
=
=1077公斤／厘米2＜[σ]=1800公斤／厘米2
αˊ點當(dāng)量應(yīng)力為α當(dāng)αˊ，由下式計算：
α當(dāng)i=αx+α3=1060+203=1263公斤／厘米2
＜[σ]=1800公斤／厘米2
2.3.3剛度計算
垂直靜鋼度計算
f= ≤[f]=
式中：f-主梁垂直靜撓度（cm）
P-靜載荷（公斤）
P=Q+G=5000+500=5500公斤
L-跨度 L=1100厘米
E-材料彈性衡量，對3號鋼E=2.1×103×103公斤/厘米2
Jx-主梁斷面垂直慣性矩（）
Jx=111545
[f]-許用垂直靜撓度（cm），取[f]= 厘米
所以： f==2.2cm
[f]=1650÷700=2.36cm
f＜[f] 所以滿足要求結(jié)果
水平靜剛度計算
f水=≤[f水]=
式中: f水-主梁水平靜撓度，cm；
P′-水平慣性力，公斤；
P′==（5000+500）÷20=275公斤；
Jy-主梁斷面水平慣性矩；
Jy=21849 ；
[f水]-許用水平靜撓度，取[f水]= 厘米。
[f水]=1650÷200=0.825cm；
f水==0.56cm
f水＜[f水]==0.825厘米 滿足要求
注：系數(shù)的選取是按P慣=a平=(Q+G)/9.8×0.5≈(Q+G)
P慣-水平慣性力，公斤；
g-重力加速度，取g=9.8m/s2；
a平-起重機運行機構(gòu)的加速度，當(dāng)驅(qū)動輪為總數(shù)的?時，取a=0.5 m/s2。
動剛度計算
在垂直方向的自振周期：
T=2π≤[T] ＝0.3s
式中：T-自振周期（秒）
M-起重機和葫蘆的換重量，
M=(0.5qlk+G)
其中：g-重力加速度，g=980cm/s 2；
L-跨度， L=1650cm；
q-主梁均布載荷，q=1.26公斤/厘米；
G-電動葫蘆的重量，G=500公斤。
所以：M=(0.5×1.26×1650＋500)=1.75公斤·秒2／厘米
K===5006公斤／厘米
則：T==0.1112秒
T＜[T]=0.3s
2.3.4 穩(wěn)定性計算
穩(wěn)定性計算包括主梁整體穩(wěn)定性計算和主梁腹板，受壓翼緣的局部 穩(wěn)定性計算:
(1) 主梁整體穩(wěn)定性
由于本產(chǎn)品主梁水平剛度比較大，故可不計算主梁的整體穩(wěn)定性。
(2) 主梁腹板的局部穩(wěn)定性
由于葫蘆小車的輪壓作用在主梁的受拉區(qū)，所以主梁腹板局部穩(wěn)定性不計算。
(3) 受壓翼緣板局部穩(wěn)定性
由于本產(chǎn)品主梁是冷壓形成的U形槽鋼，通過每隔一米艱巨的橫向加筋板及斜側(cè)板同工字鋼組焊成一體。U形槽鋼的兩圓角都 將大大加強上翼緣板穩(wěn)定性，所以受壓翼緣板局部穩(wěn)定性可不計算。
2.4 端梁設(shè)計計算
本產(chǎn)品的端梁結(jié)構(gòu)采用鋼板冷壓成U形槽鋼，在組焊成箱形端梁，見下圖，端梁通過車輪將主梁支承在軌道上，端梁同車輪的聯(lián)接形成是將車輪通過心軸安裝在端梁的腹板上。
圖7 端梁
2.4.1 輪距的確定
=～ 即k=(～)L
=(～) ×16.5
=2.357～3.3m
取k=2.5m=250厘米
2.4.2 端梁中央斷面幾何特性
(1) 斷面總面積
參數(shù)見中央斷面圖，則：
F=2×30×0.5+2×21×0.5+28.5×1=79.5cm
(2) 形心位置
(相對于z′-z′)則：
y1=(2×30×0.5×15+21×0.5×29.75+21×0.5×1.25+28.5×1×15.75) ÷79.5
=15.4cm
所以：y2=30-15.4=14.7cm
(相對于y′-y′)則：
z1=(30×0.5×22.75+30×0.5×1.25+28.5×1×0.5+2×21×0.5×12) ÷79.5
=7.9cm
所以：z2=23-z1=15.1cm
(3) 斷面慣性矩
Jx=2×1/12×0.5×30 3+2×30×0.5×0.4 2+1/12×1× 28.5 3+1×28.5×0.35 2+1/12×21×0.5 3+21×0.5×14.5 2+1/12×21×0.5 3+21×0.5×14.15 2
=8452.34
Jy=2×1/12×0.5×213+2×21×0.5×4.12+1/12×30×0.53+30×0.5×14.852+1/12×30×0.53+30×6.652×0.5+1/12×28.5×13+28.5×7.42
=6659.6
以上的計算公式均出自《起重機設(shè)計手冊》P146
平行移動軸公式：Iz1=Iz+a2A
Iz=
(4) 斷面模數(shù)
Wx=Jx/y1=8452.34÷15.4=751cm3
Wy=Jy/Z2=6659.6÷15.1=441cm3
2.5 起重機最大輪壓
一般的單梁橋式起重機是由四個車輪支承的，起重載荷通過這些支承點傳到軌道道上。
2.5.1起重機支座及作用
起重機支座反力作用見下圖：
圖8 起重機支反力作用
2.5.2 起重機最大輪壓的計算
帶額定載荷小車分別移到左、右兩端極限位置時，按第Ⅱ類載荷計算最大輪壓。
（1）操縱室操縱，當(dāng)載荷移到左端極限位置時，各車輪輪壓
Na= ·(1+ )+++ KⅡG輪主+ KⅡG驅(qū)+ ·
Nb=·(1-)+++ KⅡG輪主+ KⅡG驅(qū)+ ·
Nc=·(1-)+++ KⅡG輪從+ KⅡG驅(qū)+ ·
Nd=·(1+ )+++ KⅡG輪從+
KⅡG驅(qū)+ ·
式中：Q-額定起重量，Q=5000公斤；
G-電葫蘆重量，G=500公斤；
KⅡ-沖擊系數(shù)，對有操縱室的單梁吊取kⅡ=1.1；
ψⅡ-動力系數(shù)，對中級工作類型單梁吊取ψⅡ=1.2；
G端-端梁重，G端=165kg；
G輪主-主動輪裝置重，G輪主=65.5；
G輪從-從動輪裝置重，G輪從=46公斤；
G驅(qū)-驅(qū)動裝置，G驅(qū)=497公斤；
G操-操縱室重量，G操=400公斤；
q-主梁單位長度的重量.q=126公斤/m=1.26公斤/cm；
L-跨度，L=1650厘米；
k-輪距，k=250cm；
L2=694cm，L1=740cm；
Ki=25cm，l=100cm；
s1=841.5cm s2=1310cm 均出自《起重機計算實例》。
所以：
Na=(1.2×5000+1.1×500) ÷4×(1+2×740÷1650)+1.1× 1.26×1650÷4+1.1×165÷2+ 1.1×65.5+ 1.1×49+ 1.1×400×（1650-100）÷1650×25÷250
=3936公斤
=3936N
Nb=(1.2×5000+1.1×500) ÷4×(1-2×465.85÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+ 1.1×65.5+ 1.149+ 1.1×400×100 ÷1650×25÷250
= 169+571+91+72+54+2.7
=960公斤
=9600N
Nc=(1.2×5000+1.1×500) ÷4×(1-2×740÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+1.1×46+ 1.1×400×100÷1650×(250-25)÷200
=906公斤
=9060N
Nd=(1.2×5000+1.1×500) ÷4×(1+2×740÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+ 1.1×46+1.1×400×（1650-100）÷1650×(250-25)÷250
= 3024+381+85+51+350
=4192公斤
=41920N
⑵ 操縱室操縱
當(dāng)載荷移到右端極限位置時各車車輪輪壓：
Na= ·(1- )+++ KⅡG輪主+ KⅡG驅(qū)+ ·
Nb=·(1+ )+++ KⅡG輪主+ KⅡG驅(qū)+ ·
Nc=·(1+ )+++ KⅡG輪從+ KⅡG驅(qū)+ ·
Nd=·(1- )+++ KⅡG輪從+ KⅡG驅(qū)+ ·
式中：l2=694cm
所以：Na=(1.2×5000+1.1×500) ÷4×(1-2×694÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+ 1.1×65.5+ 1.1×49+ 1.1×400×（1650-100）÷1650×25÷250
=1089公斤
=10890N
Nb=(1.2×5000+1.1×500) ÷4×(1+2×694÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+ 1.1×65.5+ 1.1×49+ 1.1×400×100÷1650×25÷250
=3805公斤
=38050N
Nc=(1.2×5000+1.1×500) ÷4×(1+2×694÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+1.1×46+ 1.1×400×100÷1100×(250-25)÷250
=3752公斤
=37520N
Nd=(1.2×5000+1.1×500) ÷4×(1-2×694÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+ 1.1×46+1.1×400×（1650-100）÷1650×(250-25)÷250
=1345公斤
=13450N
當(dāng)起重機滿載時，無論在左端或右端
NA=ND NB≈NC
都相差不大，因此，計算均通過。
⑶ 當(dāng)起重機空載時
a.操縱室操縱起重機各輪的輪壓（運行到左側(cè)時）
Na空= ·(1+ )+++ KⅡG輪主+ KⅡG驅(qū)+ ·
Nb空=·(1-)+++ KⅡG輪主+ KⅡG驅(qū)+ ·
Nc空=·(1-)+++ KⅡG輪從+ KⅡG驅(qū)+ ·
Nd空=·(1+ )+++ KⅡG輪從+ KⅡG驅(qū)+ ·
式中的各參數(shù)與前面所表示的一樣
則：Na空=1.1×500÷4×(1+2×740÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+ 1.1×65.5+ 1.1×49+ 1.1×400×（1650-100）÷1650×25÷250
=261+571+91+72+54+41
=1090公斤
=10900N
Nb空=1.1×500÷4×(1-2×740÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+ 1.1×65.5+ 1.1×49+ 1.1×400×100÷1650×25÷250
= 14+571+91+72+54+3
=805公斤
=8050N
Nc空=1.1×500÷4×(1-2×740÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+1.1×46+ 1.1×400×100÷1650×(250-25)÷250
= 14+571+91+51+24
=751公斤
=7510N
Nd空=1.1×500÷4×(1+2×740÷1650)+1.1×1.26×
1650÷4+1.1×165÷2+ 1.1×46+1.1×400×（1650-100）÷1650×(250-25)÷250
= 261+571+91+51+372
=1346公斤
=13460N
（4）操縱室操縱，空載時移到右端極限位置時，各車輪的輪壓：
Na空= ·(1- )+++ KⅡG輪主+ KⅡG驅(qū)+ ·
Nb空=·(1+ )+++ KⅡG輪主+ KⅡG驅(qū)+ ·
Nc空=·(1+ )+++ KⅡG輪從+ KⅡG驅(qū)+ ·
Nd空=·(1- )+++ KⅡG輪從+ KⅡG驅(qū)+ ·
所以：Na空=1.1×500÷4×(1-2×694÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+ 1.1×65.5+ 1.1×49+ 1.1×400×（1650-100）÷1650×25÷250
=22+571+91+72+54+41
=851公斤
=8510N
Nb空=1.1×500÷4×(1+2×694÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+ 1.1×65.5+ 1.1×49+ 1.1×400×100÷1650×25÷250
= 253+571+91+72+54+3
=1044公斤=10440N
Nc空=1.1×500÷4×(1+2×694÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+1.1×46+ 1.1×400×100÷1650×(250-25)÷250
= 253+571+91+51+24
=990公斤
=9900N
Nd空=1.1×500÷4×(1-2×694÷1650)+1.1×1.26×1650÷4+1.1×165÷2+ 1.1×46+1.1×400×（1650-100）÷1650×(250-25)÷250
= 22+571+91+51+372
=1107公斤
=11070N
所以，電動單梁橋式愛中級對操縱室操作滿載時，它的最大輪壓是當(dāng)載荷移到左端極限位置時的從動輪D上，即：ND為最大輪壓Nmax=4192公斤=41920N.Nmin為最小輪壓，出現(xiàn)在當(dāng)起重機空載時，電動葫蘆移到左側(cè)時B輪上的輪壓，即Nmin=NB空=805公斤=8050N
2.6 最大歪斜側(cè)向力
起重機運行時，由于各種原因會出現(xiàn)跑偏、歪斜現(xiàn)象。此時，車輪輪緣與軌道側(cè)面的接觸，并產(chǎn)生運行方向垂直的側(cè)向力s.
圖9 橋架簡圖
由上圖所示：當(dāng)載荷移到左端極限位置時，操縱室操縱時最大輪壓為ND=3891公斤，并認為NA≈ND,這時的最大歪斜側(cè)向力為：
SD=λ·N
式中：N-最大輪壓 ,N=4192公斤；
λ-測壓系數(shù)。
對于輪距同跨度的比例關(guān)系在
之間，可取λ=0.1 。
當(dāng)載荷移到右端極限位置時，操縱室操縱最大輪壓為3805公斤，這時最大歪斜側(cè)向力為：
2.7 端梁中央斷面合成應(yīng)力
由于操縱室連接架加強了操縱室側(cè)端梁的強度，所以最大側(cè)向力考慮當(dāng)載荷右移到極限位置時最大側(cè)向力在B輪上。
式中：K-輪距，K=250cm；
—斷面模數(shù)，，；
〔σ〕-許用應(yīng)力，由于端梁受力復(fù)雜，一般只計算垂直載荷和歪斜側(cè)向力，所以許用應(yīng)力3號鋼取〔σ〕≤1400公斤／cm2；
σ=3805×250÷(2×549)+380.5×250÷(2×441)=974公斤/厘米2
所以σ＜[σ]=1400公斤/厘米2.安全
2.8 車輪軸對端梁腹板的擠壓應(yīng)力
車輪軸對端梁腹板的擠壓應(yīng)力為σ擠
σ擠==≤〔σ擠〕
式中—操縱室操縱時，起重機最大輪壓，當(dāng)載荷小車移到左端極限位置時，最大輪壓在D輪上，即=4192公斤；
—端梁腹板軸孔直徑，=7cm;
—端梁支撐腹板厚，=1.5cm
〔σ擠〕—許用壓應(yīng)力，對3號鋼取〔σ擠〕=1150公斤/ cm2
所以σ擠 =4192÷（2×7×1.5）=200公斤/厘米2
＜〔σ擠〕=1150公斤/ cm2，安全
2.9 主、端梁連接計算
2.9.1 主、端梁連接形成及受力分析
本產(chǎn)品的主、端梁連接是采用螺栓和減載凸緣那你結(jié)構(gòu)的形式，如圖所示，主梁兩端同端梁之間各用六個M20螺栓(45號鋼)連接。
圖10 主、端梁連接
受力分析：這種連接形式，可以為在主、端梁之間，垂直載荷由凸