2534 電力建設(shè)新型龍門(mén)起重機(jī)設(shè)計(jì),電力,建設(shè),新型,龍門(mén),起重機(jī),設(shè)計(jì)
0密級(jí)_____________本 科 畢 業(yè) 論 文電 力 建 設(shè) 新 型 龍 門(mén) 起 重 機(jī) 設(shè) 計(jì)院（系）名 稱(chēng)：工學(xué)院專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng) ：機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化學(xué) 生 姓 名 ：指 導(dǎo) 教 師 ： 教授二○一一年四月 BACHELOR'S DEGREE THESISConstruction of a new gantry crane design power College ：Institute of TechnologySubject ：Machine Design and AutomationName ： Directed by ： Professor June 2011學(xué)術(shù)聲明示例： 鄭 重 聲 明本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： (手寫(xiě))日期： 摘要隨著我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展，起重運(yùn)輸機(jī)械的需求量越來(lái)越大，其使用性能的要求也越來(lái)越高。因此起重運(yùn)輸機(jī)械的設(shè)計(jì)方法需要不斷地更新和完善，使其更注重經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性、可靠性和安全性。火電建設(shè)廣泛應(yīng)用龍門(mén)起重機(jī)作為組合場(chǎng)吊裝機(jī)械。由于火電建設(shè)工程經(jīng)常轉(zhuǎn)移工作場(chǎng)地，龍門(mén)起重機(jī)經(jīng)常要拆卸和安裝，龍門(mén)起重機(jī)的拆卸和安裝既需要其他大型起重機(jī)而且準(zhǔn)備周期長(zhǎng)。因此根據(jù)火電建設(shè)龍門(mén)起重機(jī)存在的實(shí)際問(wèn)題，本課題通過(guò)龍門(mén)起重機(jī)架設(shè)安裝方法研究，提出解決自安裝的新型龍門(mén)起重機(jī)結(jié)構(gòu)型式。同時(shí)通過(guò)龍門(mén)起重機(jī)系列化設(shè)計(jì)研究，起重機(jī)安全性設(shè)計(jì)研究、龍門(mén)起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及起重機(jī)人機(jī)工程學(xué)研究，為電力建設(shè)提供系列新型龍門(mén)起重機(jī)。關(guān)鍵詞：龍門(mén)起重機(jī)；火電建設(shè)；系列化研究；安全性設(shè)計(jì)AbstractWith the development of transportation industry in China, there is an increasing demand for Lifting the transport machinery as well as higher requirements for its operational performance. Therefore, the design method of Lifting the transport machinery needs constant updating and improvement with importance attached to its economic efficiency scientificity, reliability and security. Thermal power construction should extensively apply gantry crane as combined field assembly equipment. Due to the current transfers of operation sites in thermal power construction, Gantry crane needs frequent dismantlement and installation, which requires other heavy life and long preparation period. Consequently, according to the real problems existing in gantry crane of thermal power construction, this paper is aimed to propose a new-type gantry crane structural style which solves the auto- installation based on the research of installation and design method for gantry crane frame. At the same time, according to the research on series design, security design, and Girder structure size optimization design for gantry crane as well as research on ergonomics of Lifting the transport machinery, this paper will provide series of new-type gantry cranes for electric power construction.Key words: gantry crane; thermal power construction; series studies; security design目錄第一章 緒言 .............................................11.1 引言 ................................................11.1.1 課題背景 .........................................11.1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況 .....................................11.1.3 國(guó)外發(fā)展概況 .....................................11.1.4 國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) ...................................21.2 設(shè)計(jì)目的意義及設(shè)計(jì)內(nèi)容 ...................................21.2.1 設(shè)計(jì)目的意義 ......................................21.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 ..........................................31) 內(nèi)容 ..............................................................................................32) 主要技術(shù)參數(shù)和條件 ..................................................................3第二章 總體設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 ...............................42.1 已知技術(shù)參數(shù)和條件 .......................................42.2 懸臂長(zhǎng)度的確定 ...........................................42.3 主梁高度的確定 ...........................................42.4 主梁寬度的確定 ...........................................42.5 小車(chē)軌距 .................................................42.6 大車(chē)輪距的確定 ...........................................42.7 小車(chē)輪距的確定 ...........................................42.8 桁架的節(jié)間長(zhǎng)度的確定 .....................................52.9 自定義數(shù)據(jù) ...............................................5第三章 載荷計(jì)算 .........................................53.1 自重載荷 .................................................53.2 移動(dòng)載荷 .................................................53.3 慣性力 ...................................................63.3.1 小車(chē)水平慣性力 ....................................61) 沿大車(chē)運(yùn)行方向 ..........................................................................62) 沿小車(chē)行走方向 ..........................................................................63.3.2 主梁桁架水平慣性力 ................................63.3.3 剛性支腿與柔性支腿的慣性力忽略不計(jì) ................73.4 風(fēng)載荷 ...................................................73.4.1 貨物風(fēng)載 ..........................................73.4.2 主梁桁架風(fēng)載 ......................................71) 沿大車(chē)行走方向的主梁桁架風(fēng)載 ..............................................72) 沿小車(chē)行走方向的主梁桁架風(fēng)載 ..............................................73) 剛性腿風(fēng)載 ..................................................................................84) 柔性腿風(fēng)載 ..................................................................................8第四章 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 ...............................84.1 主梁桁架內(nèi)力計(jì)算及校核 ...................................84.1.1 龍門(mén)起重機(jī)橫梁內(nèi)力計(jì)算 ............................81) 橫梁豎直方向最大彎矩 ..............................................................82) 橫梁水平方向最大彎矩 ............................................................103) 橫梁上主弦桿最大彎曲應(yīng)力 ....................................................104) 工字鋼 63c 的局部彎曲強(qiáng)度校核 ............................................114.1.2 主梁剛度校核 .....................................114.2 剛性腿支撐梁內(nèi)力計(jì)算及強(qiáng)度校核 ..........................114.2.1 支腿的幾何尺寸 ...................................114.2.2 主梁受對(duì)稱(chēng)單位力作用時(shí)的內(nèi)力分析 .................124.2.3 小車(chē)位于支腿處的應(yīng)力校核 .........................131) 壓桿穩(wěn)定性校核 ........................................................................132) 壓桿強(qiáng)度校核 ............................................................................143) 壓桿彎矩和剪切校核 ................................................................144.2.4 小車(chē)位于懸臂端處剛性支腿校核 ......................141) 支反力計(jì)算 ................................................................................142) 壓桿穩(wěn)定性校核 ........................................................................143) 強(qiáng)度校核 ....................................................................................154) 彎矩和剪切校核 ........................................................................15第五章 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ..................................155.1 副鉤電葫蘆的選擇 ........................................155.2 主鉤小車(chē)的設(shè)計(jì) ..........................................165.2.1 小車(chē)起升機(jī)構(gòu)計(jì)算 .................................161) 鋼絲繩的計(jì)算 ............................................................................162) 滑輪的計(jì)算 ................................................................................173) 卷筒的計(jì)算 ................................................................................174) 根據(jù)靜功率選擇電動(dòng)機(jī) ............................................................185) 減速器的選擇 ............................................................................196) 制動(dòng)器的選擇 ............................................................................207) 聯(lián)軸器的選擇 ............................................................................208) 驗(yàn)算制動(dòng)時(shí)間 ............................................................................219) 起動(dòng)時(shí)間與起動(dòng)平均加速度的驗(yàn)算 ........................................2110)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)可靠性的驗(yàn)算 ....................................................2211)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱驗(yàn)算 .......................................................................225.2.2 小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)計(jì)算 .................................221) 主要參數(shù)和機(jī)構(gòu)布置簡(jiǎn)圖 ........................................................22第六章 參考文獻(xiàn) ........................................231第一章 緒言1.1 引言1.1.1 課題背景龍門(mén)起重機(jī)是橋式起重機(jī)的一種變形。主要用于室外的貨場(chǎng)、料場(chǎng)貨、散貨的裝卸作業(yè)。它的金屬結(jié)果像門(mén)形框架，承載主梁下安裝兩條支腿，可以直接在地面的軌道上行走，主梁兩端可以具有外伸懸臂梁。龍門(mén)起重機(jī)具有場(chǎng)地利用率高、作業(yè)范圍大、適應(yīng)面廣、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)?；痣娊ㄔO(shè)廣泛應(yīng)用龍門(mén)起重機(jī)作為組合場(chǎng)吊裝機(jī)械。1.1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況近幾十年來(lái)，隨著我國(guó)生產(chǎn)制造業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，龍門(mén)起重機(jī)械也得到了很大的發(fā)展和應(yīng)用，一批龍門(mén)起重機(jī)械的科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)工廠逐步建立，設(shè)計(jì)、研發(fā)力量日趨壯大。不僅產(chǎn)品的種類(lèi)基本齊全，而且有了自己的系列和標(biāo)準(zhǔn)。但與設(shè)計(jì)先進(jìn)水平比較，無(wú)論在產(chǎn)品的品種、數(shù)量方面，還是機(jī)械的性能、質(zhì)量等方面都存在比較大的差距。主要表現(xiàn)為 1、產(chǎn)品性能一般；2、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力較弱；3、制造工藝水平較低；4、產(chǎn)品檢測(cè)水平不高；5、配套件供應(yīng)和質(zhì)量問(wèn)題影響較大；6、產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更新滯后、實(shí)施乏力。1.1.3 國(guó)外發(fā)展概況國(guó)外對(duì)龍門(mén)起重機(jī)科學(xué)的規(guī)范研究始于 20 世紀(jì) 80 年代，由于受實(shí)驗(yàn)技術(shù)、金屬材料的限制，當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)為了安全而偏于保守，變現(xiàn)為粗大笨重但堅(jiān)固耐用；90 年代以后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，龍門(mén)起重機(jī)的設(shè)計(jì)更注重科學(xué)和簡(jiǎn)捷，研究的方向是安裝的便捷性，工作的可靠性、穩(wěn)定性及節(jié)能環(huán)保性。在保證傳統(tǒng)設(shè)計(jì)安全的同時(shí)，采用許多新方法新技術(shù)。表現(xiàn)為：大型履帶起重機(jī)的出現(xiàn)，龍門(mén)起重機(jī)的主梁和支腿采用銷(xiāo)子連接，在擺放好行走臺(tái)車(chē)后，主梁和支腿一次吊裝就位，加快了安裝進(jìn)度，減少了高空作業(yè)的危險(xiǎn)；電機(jī)串級(jí)調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，在提高工作平穩(wěn)性的同時(shí)，節(jié)能效果十分明顯；行走機(jī)構(gòu)液力耦合器的使用，大大改善了龍門(mén)起重機(jī)啟動(dòng)和制動(dòng)的平柔性：安全裝置的設(shè)計(jì)和安裝標(biāo)準(zhǔn)提高；操作室注重設(shè)計(jì)的舒適性和操作的簡(jiǎn)便靈活：電纜卷筒改變?cè)瓉?lái)靠機(jī)械式配重和龍門(mén)起2重機(jī)行走收放動(dòng)力電纜的設(shè)計(jì)，改變力矩電機(jī)與龍門(mén)起重機(jī)行走同步收放電纜，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，提高了工作的可靠性，延長(zhǎng)了電纜的使用壽命。歐洲地區(qū)作為老牌起重機(jī)機(jī)械生產(chǎn)地區(qū)，技術(shù)先進(jìn)、性能高、可靠性高，產(chǎn)品遍布全球。美國(guó)起重機(jī)機(jī)械相對(duì)落后于歐洲水平，近年來(lái)通過(guò)收購(gòu)和合并手段使美國(guó)起重機(jī)行業(yè)得以蓬勃發(fā)展，技術(shù)較先進(jìn)、性能較高、可靠性能高。日本作為二戰(zhàn)后崛起的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)，起重機(jī)發(fā)展較晚，但發(fā)展很快，受到亞太地區(qū)歡迎。產(chǎn)品技術(shù)水平、性能、可靠性落后于歐美水平，40%的產(chǎn)品用于出口。1.1.4 國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)今起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)如下。1、向大型、高效和節(jié)能方向發(fā)展；2、向自動(dòng)化、智能化、集成化和信息化發(fā)展；3、向成套化、系統(tǒng)化、綜合化合規(guī)?；l(fā)展；4、向模塊化、組合化、系列化合通用化發(fā)展；5、向小型化、輕型化、簡(jiǎn)易化和多樣化發(fā)展；6、采用新理論、新方法、新技術(shù)和新手段提高設(shè)計(jì)質(zhì)量；7、采用新結(jié)構(gòu)、新部件、新材料和新工藝提高產(chǎn)品性能。1.2 設(shè)計(jì)目的意義及設(shè)計(jì)內(nèi)容1.2.1 設(shè)計(jì)目的意義火電建設(shè)廣泛應(yīng)用龍門(mén)起重機(jī)作為組合場(chǎng)吊裝機(jī)械。由于火電建設(shè)工程經(jīng)常轉(zhuǎn)移工作場(chǎng)地，龍門(mén)起重機(jī)經(jīng)常要拆卸和安裝，龍門(mén)起重機(jī)的拆卸和安裝既需要其他大型起重機(jī)而且準(zhǔn)備周期長(zhǎng)。因此根據(jù)火電建設(shè)龍門(mén)起重機(jī)存在的實(shí)際問(wèn)題，本課題通過(guò)龍門(mén)起重機(jī)架設(shè)安裝方法研究，提出解決自安裝的新型龍門(mén)起重機(jī)結(jié)構(gòu)型式。同時(shí)通過(guò)龍門(mén)起重機(jī)系列化設(shè)計(jì)研究，起重機(jī)安全性設(shè)計(jì)研究、龍門(mén)起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及起重機(jī)人機(jī)工程學(xué)研究，為電力建設(shè)提供系列新型龍門(mén)起重機(jī)。本課題的設(shè)計(jì)涉及到大學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的綜合體現(xiàn)，涉及到機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、電工電子技術(shù)、單片機(jī)原理與接口技術(shù)、機(jī)械控制工程基礎(chǔ)、傳感器與檢測(cè)技術(shù)、PLC 原理與應(yīng)用、互換性與技術(shù)測(cè)量、電機(jī)傳動(dòng)與控制、數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造3等相關(guān)知識(shí)，是對(duì)所有課程的綜合應(yīng)用，培養(yǎng)了我們運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)和查閱有關(guān)技術(shù)資料的能力，掌握了通用機(jī)械零件的設(shè)計(jì)原理、方法、機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，進(jìn)而具有綜合而運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，研究改進(jìn)或開(kāi)發(fā)新的基礎(chǔ)件及設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的機(jī)械的能力。1.2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容1) 內(nèi)容本課題通過(guò)龍門(mén)起重機(jī)架設(shè)安裝方法研究，提出解決自安裝的新型龍門(mén)起重機(jī)結(jié)構(gòu)型式。同時(shí)通過(guò)龍門(mén)起重機(jī)系列化設(shè)計(jì)研究，起重機(jī)安全性設(shè)計(jì)研究、龍門(mén)起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及起重機(jī)人機(jī)工程學(xué)研究，為電力建設(shè)提供系列新型龍門(mén)起重機(jī)。2) 主要技術(shù)參數(shù)和條件起重量 Q：30t；跨度 L： 32m；起升速度 V：3—6m/min；起升高度 H：11—16m；結(jié)構(gòu)型式：帶雙懸臂的桁架結(jié)構(gòu)；電源：三相交流 380V，50Hz，電纜供電。4計(jì) 算 與 說(shuō) 明 結(jié) 果第二章 總體設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.1 已知技術(shù)參數(shù)和條件起重量 Q：30t；跨度 L： 32m；起升速度 V：3 6m/min，取~（主鉤）7m/min（電葫蘆） ；起升高度??=4.5??/??????H： 11 16m，取 H=10.5m（主鉤） /12m（電葫蘆） ；結(jié)構(gòu)型式：~帶雙懸臂的桁架結(jié)構(gòu)；電源：三相交流 380V，50Hz ，電纜供電；2.2 懸臂長(zhǎng)度的確定由參考文獻(xiàn)[2]可知，懸臂長(zhǎng)度： ，所以??1=(0.25~0.35)??，取 。??1=(0.25~0.35)×32=8~11.2????1=8.4??2.3 主梁高度的確定由參考文獻(xiàn)[2]可知，主梁高度： ，所以??1=(1/5~1/3)??1，取 。??1=(1/5~1/3)×8.4=1.68~2.8????1=2.55??2.4 主梁寬度的確定由參考文獻(xiàn)[1]可知，主梁寬度： ，所??2=(1/20~1/15)??以 ，取 。??2=(1/20~1/12)×32=1.6~2.67????2=2.55??2.5 小車(chē)軌距根據(jù)小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，取小車(chē)軌距與主梁寬度一致。2.6 大車(chē)輪距的確定由參考文獻(xiàn)[1]可知，大車(chē)輪距： ，所以 ，??≥1/6?? ??≥5.3??取 。??=7.85??2.7 小車(chē)輪距的確定5類(lèi)似大車(chē)輪距，小車(chē)輪距一般取大于等于小車(chē)軌距的 1/6。則取小車(chē)輪距為 1.842m。2.8 桁架的節(jié)間長(zhǎng)度的確定由參考文獻(xiàn)[1]可知，一般桁架的節(jié)間長(zhǎng)度 ，??=1.5~3.0??常取 ，所以 。??=??1 ??=2.55??2.9 自定義數(shù)據(jù)大車(chē)運(yùn)行速度 ，小車(chē)運(yùn)行速度 ，電葫蘆22??/?????? 21??/??????，大車(chē)制動(dòng)時(shí)間 3s。主梁設(shè)計(jì)成正三角形結(jié)構(gòu)形式，20??/??????主梁下部焊接工字鋼，工字鋼選 63c，桁架結(jié)構(gòu)由角鋼焊接而成，角鋼材料為 ，起重機(jī)司??160×160×10 ??235??機(jī)室選擇浙江箭環(huán)電器機(jī)械有限公司的 —Ⅲ型保溫式，使??????7用環(huán)境溫度為 的場(chǎng)所。?25~40°第三章 載荷計(jì)算3.1 自重載荷由參考文獻(xiàn)[3]，對(duì)于起重機(jī) 的龍門(mén)起重機(jī)，跨內(nèi)部??≤30??分主桁架總重量可用經(jīng)驗(yàn)公式 計(jì)算，所以：??????=10??(???5)+700。??????=10×300×(32?5)+700=81.7????3.2 移動(dòng)載荷由參考文獻(xiàn)[3]，對(duì)于單主梁小車(chē)自重當(dāng) 時(shí)，有??=20~50??，所以：??????=??3~3.5。??????=3003~3.5=100????因?yàn)橐苿?dòng)載荷 ， 是動(dòng)載系數(shù)，主鉤與副鉤?????=??????+??????速度都不高，所以在此取 ，所以：??=1。?????=100+300=400????63.3 慣性力3.3.1 小車(chē)水平慣性力1) 沿大車(chē)運(yùn)行方向當(dāng)大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)時(shí)，由小車(chē)和貨物重量引起的慣以力以一個(gè)集中 作用于中。由參考資料[1] 知，沿大車(chē)運(yùn)行方??????向水平慣性力為：??????=?????????平其中 —小車(chē)與起重量之和， ；????? ?????=400????重力加速度， ；??—— ??=10??/??2——平均加速度， ；??平 ??平 =????????????其中 —大車(chē)運(yùn)行速度， ；?????? ??????=22??/??????—大車(chē)制動(dòng)時(shí)間， ；?????? ??????=3??則 ；??平 =2260×3=0.12??/??2所以， 。??????=40010×0.12=4.8????2) 沿小車(chē)行走方向由參考文獻(xiàn)[1]知，沿小車(chē)行走方向的小車(chē)水平慣性力??????=17??????????0其中 n—小車(chē)驅(qū)動(dòng)輪數(shù)，n=2；—小車(chē)總輪速， ；??0 ??0=4所以 ,取 。??????=17×400×24=28.57??????????=30????3.3.2 主梁桁架水平慣性力沿大車(chē)運(yùn)行方向，當(dāng)大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)，主桁架引起的水平慣性力所用在主梁上。7??????=??????????平 =81.710×0.12=0.98????3.3.3 剛性支腿與柔性支腿的慣性力忽略不計(jì)3.4 風(fēng)載荷3.4.1 貨物風(fēng)載??????=?????其中 q—計(jì)算風(fēng)壓， ；??=0.15????/??2—貨物迎風(fēng)面積， ；??? ???=18??2因此 。??????=0.15×18=2.7????3.4.2 主梁桁架風(fēng)載1) 沿大車(chē)行走方向的主梁桁架風(fēng)載由參考文獻(xiàn)[1]知， ??????=???????????其中 c—迎風(fēng)面積系數(shù)，取 ；??=1.6—高度修正系數(shù)，取 ；??? ???=1—計(jì)算風(fēng)壓， ；?? ??=0.15????/??2—沿大車(chē)行走方向主梁迎風(fēng)面積， ，???? ????=????1+??????2式中 —前片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積，取 ；????1 ????1=107.77??2—后片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積，取 ；????2 ????2=107.77??2—結(jié)構(gòu)的充實(shí)率，取 ；?? ??=0.4故 ；????=107.77+0.4×107.77=150.88??2所以 。??????=1.6×1×0.15×150.88=36.2????2) 沿小車(chē)行走方向的主梁桁架風(fēng)載??????=???????????其中 ， ，??=1.6???=1 ??=150??/??2—沿小車(chē)行走方向主梁迎風(fēng)面積， ；???? ????1=2.8??2所以 。上式中乘??????=1.6×1×0.15×2.8×20=13.44????8以 20 表示斜桿的根數(shù)。3) 剛性腿風(fēng)載??????=????????其中 —?jiǎng)傂酝扔L(fēng)面積， ；?????? ??????=33.15??2所以 。??????=0.15×33.15=4.97????4) 柔性腿風(fēng)載因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)柔性支腿的計(jì)算同剛性支腿一樣，只是與地梁的連接方式不同而已，所以 。??????=0.15×20.52=3????第四章 金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核4.1 主梁桁架內(nèi)力計(jì)算及校核4.1.1 龍門(mén)起重機(jī)橫梁內(nèi)力計(jì)算1) 橫梁豎直方向最大彎矩當(dāng)?shù)踔卦谌我槐鄱藭r(shí)， 受力分析簡(jiǎn)圖如圖 1，彎矩圖如圖2，經(jīng)過(guò)計(jì)算，在 處彎矩最大。??1圖 19圖 2??1=8.4?????+12? ??????48.8?8.42=3419???????當(dāng)?shù)踔卦诹褐袝r(shí)，受力簡(jiǎn)圖如圖 3，彎矩圖如圖 4。圖 210圖 3由彎矩圖可知，最大彎矩出現(xiàn)在梁的中間，彎矩大小??2=16??1?12??????48.8?24.42=3355.23???????2) 橫梁水平方向最大彎矩當(dāng)起重機(jī)帶載啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，由慣性力與風(fēng)載引起橫梁的水平方向變形，慣性力與風(fēng)載相對(duì)來(lái)說(shuō)都比較小，在此不以計(jì)算。 3) 橫梁上主弦桿最大彎曲應(yīng)力由《材料力學(xué)》書(shū)知，彎曲應(yīng)力公式為：??=???????其中 —最大彎矩， ；?? ??=??1=3419????y—梁的下表面距截面形心的距離， ??=0.736??I—慣性矩，這里我們把主桁架視為實(shí)體梁時(shí)，該梁的折算慣性矩。計(jì)算公式為： ??=????×????×?2??(????+????)式中 —主桁架的上、下弦桿截面積，上弦桿、下弦????、 ????桿皆為 角鋼，查資料得160×160×10????=????=31.502×10?4??211h—主桁架的計(jì)算高度， ；?=??1=2.55??u—系數(shù)，由參考文獻(xiàn)[1]查表的， ；??=0.8所以 ；??=(31.502×10?4)2×2.5520.3×2×(31.502×10?4)=341.4×10?4??4所以 ??1=3419×103×0.736341.4×10?4 =73.7??????厚度 16mm 以下的 角鋼的屈服強(qiáng)度 ，??235?? [??]=235??????，滿足要求。??11所以滿足穩(wěn)定要求。2) 壓桿強(qiáng)度校核由《材料力學(xué)》知，拉、壓應(yīng)力公式為：，F(xiàn)=R=51.12kN ， ，所以??=???? ??=31.502×10?4??2。Q235 角鋼的許用拉應(yīng)力為??3=51.12×10331.502×10?4=16.23??????， ，所以拉桿強(qiáng)度要求合格。[??]=450????????31所以滿足穩(wěn)定要求。3) 強(qiáng)度校核由《材料力學(xué)》知，拉、壓應(yīng)力公式為：，F(xiàn)=R=69.766kN ， ，所以??=???? ??=31.502×10?4??2。Q235 角鋼的許用拉應(yīng)力為??4=69.766×10331.502×10?4=22.15??????， ，所以拉桿強(qiáng)度要求合格。[??]=450????????4<[??]164) 彎矩和剪切校核因?yàn)橐桓鶆傂灾扔蓛山M由角鋼組成的立柱，一組的彎矩和剪切力由另一組立柱來(lái)平衡，因此不用計(jì)算。第五章 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)5.1 副鉤電葫蘆的選擇已知條件：載重量 10T、起升高度 12m、起升速度7m/min、運(yùn)行速度 20m/min。網(wǎng)絡(luò)查找，綜合考慮，我們最終選擇煙臺(tái)龍海起重工具有限公司 CD1 型鋼絲繩 10T 電動(dòng)葫蘆，主要數(shù)據(jù)如下：載重量10T、基準(zhǔn)工作級(jí)別 M3、起升高度 12m、起升速度 7m/min、運(yùn)行速度 20m/min、滑輪倍數(shù) 2/1、起升電機(jī)型號(hào)及功率 ZDS1-1.5/13、運(yùn)行電機(jī)型號(hào)及功率 2×ZDY21-4(0.8)、防護(hù)等級(jí) IP54、工字鋼軌道型號(hào) 63c、最小彎矩半徑 1.5、自重 650kg。產(chǎn)品如圖5.1 所示。17圖 5.15.2 主鉤小車(chē)的設(shè)計(jì)5.2.1 小車(chē)起升機(jī)構(gòu)計(jì)算按照布置宜緊湊的原則，決定采用圖 5.2 的起升方案。1) 鋼絲繩的計(jì)算根據(jù)起重機(jī)的額定起重量 Q=30t，查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取滑輪組倍率 m=4。起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩纏繞系統(tǒng)如圖 5.3 所示。鋼絲繩最大拉力： ????????=??+??2????式中 Q—額定起重量， Q=300kN；G—吊鉤組重量，查表得 G=6.97kN；m—滑輪組倍率，m=4；η—滑輪組效率，查表得 η=0.97。所以 ????????=300+6.972×4×0.97=39.558????18所選擇的鋼絲繩破斷拉力應(yīng)滿足條件： ??繩 ≥??繩 ?????????而 ??繩 =???∑??絲式中 —鋼絲繩的破斷拉力；??繩—鋼絲繩破斷拉力總和；∑??絲a—折減系數(shù)，對(duì)于 6×19+1 的鋼絲繩 a=0.85；—鋼絲繩安全系數(shù)，對(duì)于中級(jí)工作類(lèi)型 。??繩 ??繩 =5.5由上式可得： ∑??絲 ≥??繩 ?????????? =5.5×39.5580.85 =255.96????查鋼絲繩產(chǎn)品目錄表得：鋼絲繩型號(hào) 6×(19)?16?1700??? ???? 1102?742) 滑輪的計(jì)算滑輪的許用最小直徑： ????????=??繩 ??式中 —鋼絲繩直徑， ；??繩 ??繩 =16????e—系數(shù)，對(duì)于中級(jí)工作類(lèi)型的龍門(mén)起重機(jī)，e=25。所以 ????????=16×25=400????查表，選取滑輪直徑 。???=450????3) 卷筒的計(jì)算卷筒的名義直徑 ，取 。????=(???1)??=384????????=400????卷筒的選取單層繞雙聯(lián)卷筒如圖 5.4。19圖 5.4卷筒的長(zhǎng)度 ??雙 =2(??0+??1+??2)+??光式中 —卷繞部分長(zhǎng)度，??0 ??0=(?????????????????1+??)??其中 —最大起升高度，???????? ????????=10.5??m—滑輪組倍率，m=4—卷筒計(jì)算直徑，????1 ????1=????+??=416????z—固定鋼繩的安全圈數(shù)，取 z=2t—繩槽節(jié)距，t=d+(2 ～4)=18～22，取 t=20mm所以 ；??0=(10500×43.14×416+2)×20=683????—無(wú)繩槽卷筒空余部分，取 ；??1 ??1≈3??=60????—固定鋼絲繩所需要的長(zhǎng)度，取 ；??2 ??2≈3??=60????—中間光滑部分長(zhǎng)度，根據(jù)鋼繩允許偏差角確定，取偏??光差角為 3°， ；??光 =120????所以 ??雙 =2(683+60+60)+120=1726????取 。??雙 =1800????卷筒壁厚： ??=0.02????+(6~10)=14~18????取 。??=15????卷筒軸上扭矩： ??卷 =????????????????? =39558×0.40.98=16146?????卷筒轉(zhuǎn)速： ??卷 =??????????=4×4.53.14×0.4=14.33??/??????4) 根據(jù)靜功率選擇電動(dòng)機(jī)起升機(jī)構(gòu)靜功率計(jì)算公式： ??靜 =(??+??)??6120??0其中 —起升機(jī)構(gòu)的總效率，對(duì)于封閉式齒輪傳動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)，??0取 ??0=0.9??靜 =(30000+697)×4.56120×0.9 =25????按下式初選與 JC%=25 相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)功率??????%=25≥??電 ???靜20式中 —起升機(jī)構(gòu)按靜功率初選電動(dòng)機(jī)的系數(shù)，取??電 ??電 =0.85所以 ，查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄??????%=25≥0.85×25=21.25????初選：YZR225M，功率 22kW，轉(zhuǎn)速 715r/min，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。0.82kg???25) 減速器的選擇總傳動(dòng)比： ??=??電??卷式中 —電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速， ；??電 ??電 =715??/??????—卷筒的轉(zhuǎn)速， ；??卷 ??卷 =14.33??/??????所以 。??=71514.33=49.9根據(jù)總傳動(dòng)比 i=49.9，電動(dòng)機(jī)功率 N=22kW，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=715r/min，工作制度 JC%=25，查減速器產(chǎn)品目錄，選用ZQA650-50ⅢCA 型減速器：傳動(dòng)比 i=50，輸入功率 15.8kW。最大扭矩驗(yàn)算： ????????=0.75????額 ????≤[??]式中 —電動(dòng)機(jī)的額定扭矩， ；??額 ??額 =9750×22715=300?????i—傳動(dòng)比，i=50；—電動(dòng)機(jī)至減速器被動(dòng)軸的傳動(dòng)效率，取 ；?? ??=0.94—電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)， ；?? ??=0.8—減速器低速軸上容許的最大扭矩，[??] [??]=11382?????因?yàn)?，所以滿足要求。????????=8460?????≤[??]最大徑向力的驗(yàn)算： ????????=????????+??卷2≤[??]式中 —卷筒上鋼絲繩最大拉力， ；???????? ????????=39558??—卷筒質(zhì)量，??卷 ??卷 =6970??—最大容許徑向載荷，[??] [??]=106.3????所以 ，滿足條件。????????=39558+69702=43.043????≤[??]實(shí)際起升速度驗(yàn)算??實(shí)際 =????????????=3.14×0.4×7154×50 =4.49??/??????21因?yàn)?，滿足要求。???=?????實(shí)際?? =4.5?4.494.5=0.22%<15%6) 制動(dòng)器的選擇制動(dòng)器裝在高速軸上，其制動(dòng)力矩應(yīng)滿足： ??制 ≥??制 ??制靜式中 —制動(dòng)完全系數(shù)，對(duì)中級(jí)工作類(lèi)型， ；??制 ??制 =1.75—滿載時(shí)制動(dòng)軸上之靜力矩，??制靜 ??制靜 =(??+??)????12??????式中 —機(jī)構(gòu)總效率，?? ??=0.91??制靜 =(300000+6970)×0.4162×4×50 ×0.91=290.5???????制 ??制靜 =290.5×1.75=508.375?????從制動(dòng)器產(chǎn)品目錄選用 ，匹配推動(dòng)器為?????????300/50 ??????500-60，制動(dòng)輪直徑 300mm，最大制動(dòng)力矩為 630Nm。7) 聯(lián)軸器的選擇帶制動(dòng)輪的聯(lián)軸器通常采用齒形聯(lián)軸器，根據(jù)其所傳遞的扭矩、被連接軸的軸頸尺寸和轉(zhuǎn)速，從系列表中選出具體型號(hào)，使之滿足： ??計(jì) ≤[??]式中 —聯(lián)軸器傳遞的計(jì)算力矩；??計(jì)—聯(lián)軸器的許用扭矩；[??] ??計(jì) =??等效 ???1其中 —相應(yīng)于第一類(lèi)載荷的安全系數(shù)， ；??1 ??1=1.8—聯(lián)軸器傳遞的等效力矩，??等效 ??等效 =??等效 1???等效 2???零 額其中 —計(jì)及實(shí)際起重量變動(dòng)影響的等效靜載荷系數(shù)，取??等效 1；??等效 1=1—計(jì)及機(jī)構(gòu)起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)動(dòng)動(dòng)載荷對(duì)傳動(dòng)零件影響??等效 2的等效動(dòng)載荷系數(shù)，查表得 ；??等效 2=1.6—相應(yīng)于機(jī)構(gòu) JC%值的電動(dòng)機(jī)額定力矩傳至計(jì)算零??零 額22件的力矩， ；??零 額 =??額 =300???????等效 =1×1.6×286=480???????計(jì) =457.6×1.8=864?????查表知電動(dòng)機(jī)軸端為圓錐形 d=65mm，l=140 ，減速器高速級(jí)軸端為圓錐形 d=60mm，l=430mm?？拷妱?dòng)機(jī)軸端聯(lián)軸器查表選用 CⅡCLZ2 半聯(lián)軸器，最大容許轉(zhuǎn)矩 1120Nm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 0.01675 。 kg???2浮動(dòng)軸的兩軸端為圓柱形，d=45mm，l=85mm ?？繙p速器軸端聯(lián)軸器查表選用帶 300mm 制動(dòng)輪的半齒聯(lián)軸器，最大許用轉(zhuǎn)矩 1120Nm。8) 驗(yàn)算制動(dòng)時(shí)間??制 = 1??制 ???制靜 [0.975(??+??)??2?? ??0+??375??(????2電 +????2聯(lián) )]式中 —制動(dòng)器的制動(dòng)力矩， ；??制 ??制 =630?????—滿載時(shí)制動(dòng)軸上的靜力矩， ；??制靜 ??制靜 =290.5?????Q—額定起重量，Q=300kN ；G—吊鉤組重量，查表得 G=6.97kN；n—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，n=715r/min；v—實(shí)際起升速度，v=0.0748m/s；—起升機(jī)構(gòu)效率， ；??0 ??0=0.9K—考慮其余傳動(dòng)件飛輪矩影響的系數(shù)，取 K=1.2；—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子飛輪矩， 0.82 ；????2電 ????2電 = kg???2—電動(dòng)機(jī)軸上帶制動(dòng)輪聯(lián)軸器的飛輪矩，????2聯(lián)????2聯(lián) = 0.01675kg???2所以 ，合適。??制 =1.2??9) 起動(dòng)時(shí)間與起動(dòng)平均加速度的驗(yàn)算??起 = 1??平起 ???靜 [0.975(??+??)??2?? ??0+??375??(????2電 +????2聯(lián) )]23式中 —電動(dòng)機(jī)平均起動(dòng)力矩，??平起 ??平起 =1.6??額 =480?????—電動(dòng)機(jī)軸上靜力矩??靜??靜 =(??+??)????2??????=354.72?????所以 ，通常起動(dòng)時(shí)間在 1 到 5 秒，適合。??起 =3??起動(dòng)加速度驗(yàn)算??平 =????起 =0.07853 =0.025??/??2龍門(mén)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的起動(dòng)加速度一般應(yīng)小于 ，所0.2??/??2以平均加速度是滿足要求的。10) 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)可靠性的驗(yàn)算對(duì)于中級(jí)工作類(lèi)型的起升機(jī)構(gòu)，應(yīng)滿足 ??必平起 ≥1.5??靜式中 —電動(dòng)機(jī)必須發(fā)出的平均起動(dòng)力矩，查表得??必平起 ??必平起 =568?????1.5??靜 =532.08?????滿足要求。11) 電動(dòng)機(jī)發(fā)熱驗(yàn)算根據(jù)等效功率法，驗(yàn)算電動(dòng)機(jī)不過(guò)熱的條件為： ??25≥??????靜式中 —電動(dòng)機(jī)在 JC%=25 時(shí)額定功率， ；??25 ??25=22????K—系數(shù)，對(duì)中級(jí)工作類(lèi)型，K=0.75；—系數(shù)，查表取 ；?? ??=0.95—滿載靜功率， ；??靜 ??靜 =25??????????靜 =17.81
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