设计说明书论文-10吨桥式起重机设计

1、 II摘 要在经济飞速发展的时代，我国的制造业也正在往智能化、自动化、现代化迈进，在制造业中，起重设备仍然不可或缺。起重机作为应用广泛的工业设备，在我国生产制造业有着重要地位。本设计是对10吨桥式起重机的设计，设计内容主要为10吨桥式起重机的外形结构及运行机构，对其大车运行机构、小车运行机构、起升机构等进行计算校核，包括其中的减速器、制动器、电动机的对比选择等，再对起重机的桥架结构、主梁及梁端及其零部件和焊接工艺的设计和它们的布置计算及强度校核。利用ANSYS软件对关键部位进行仿真分析，如：起重机主梁、大车运行机构车轮。根据仿真结果分析所设计的结构是否能够完成施工作业要求。10吨桥式起重机相比

2、其他大型起重机，体量更轻，结构更加紧凑，可以使其更接近工作环境，从而提高了现有厂房的工作空间和工作效率。在工厂生产制造方面有着重大意义。关键词: 起重机；大车运行机构；小车运行结构；主梁；仿真分析AbstractIn the era of rapid economic development, Chinas manufacturing industry is also moving towards intelligence, automation and modernization. In the manufacturing industry, lifting equipment is sti

3、ll indispensable. As a widely used industrial equipment, crane plays an important role in Chinas manufacturing industry.This design is the design of 10t bridge crane. The design content mainly includes the appearance structure and operating mechanism of 10t bridge crane, and the calculation and veri

4、fication of its crane operating mechanism, trolley operating mechanism and lifting mechanism, including the comparison and selection of reducer, brake and motor, and then the bridge structure Design of main beam, beam end, its parts and welding process, their layout calculation and strength check. U

5、se ANSYS software to simulate and analyze key parts, such as crane main beam, crane running mechanism wheel. According to the simulation results, analyze whether the designed structure can meet the construction requirements.Compared with other large cranes, the 10 ton bridge crane has lighter volume

6、 and more compact structure, which can make it closer to the working environment, so as to improve the working space and work efficiency of the existing plant. It is of great significance in factory manufacturing.Key words:Crane; Crane operating mechanism; Trolley running structure; Main beam; HYPER

7、LINK /?aldtype=16047 l # HYPERLINK javascript:void(0); o 添加到收藏夹 Simulation translation V目 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc18943 摘 要 PAGEREF _Toc18943 h I HYPERLINK l _Toc9776 Abstract PAGEREF _Toc9776 h II HYPERLINK l _Toc15724 第1章 绪 论 第1章 绪 论1.1 选题目的和意义随着现代制造业的飞速发展，工业所追求的不只是生产，更重要的是通过科技的进步和技术的革新来保证质

8、量优越，效率高效，能耗降低，从而迎接“中国制造20251”的顺利到来，为制造业智能化转型助力2。而起重机在工业中所起到作用是举足轻重的，其主要作用是完成物料的起重、输运、装卸、装备等施工作业，从而提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，降低劳动成本3。桥式起重机是众多起重机中的一种，桥式起重机3是一种以吊车为主的桥架起重机，它的工作原理是由升降机构3和两个在水平面上互相垂直运动4的运动机构组成，它可以在长方形场地和上方进行工作，是一种被广泛应用于工业生产的起重运输工具5。其特点是大型承载能力，很高的工作可靠性以及相对简单的制造工艺。桥式起重机整体包括由大车运行机构的桥架6、起重机构、起重小车、电气

9、设备、司机室等机构。其中起升机构的作用时用于垂直提升物体，负载的横向运动由起重小车7来承载并带动，并在一定的高度范围内，形成一个立体的空间，从而达到一个搬运、装卸货物的功能。桥式起重机是目前使用最广泛、最多的一种起重机7，其载重从几吨至数百吨不等。通用钓钩桥式起重机是最基本的形式，其它类型的起重机都是从这种最基本的起重机发展而来的。10t桥式起重机8是一种轻型的起重运输工具，其结构紧凑，重量轻，轮压小9，具有很高的安全可靠性10，零部件具有很高的通用性具有很强的互换性，并且其装载能力能力也不弱，维护简单方便。轻型起重机是一种应用范围很广的起重机械。轻型起重机是一种起重设备10，它比其他传统的起

10、重机吊钩与墙壁之间的距离较短，净空高度也较低，可以使其更接近工作环境，从而提高了现有厂房的工作空间和工作效率。对小型厂房生产运输制造有着重大意义。1.2 国内外研究现状和发展趋势随着我国经济的发展，起重机械制造业取得了长足的进步，用到起重机的领域也越来越多，而且很多空间不支持大型起重机展开工作，所以这样的工作环境就需要有特殊技能或构造的起重机产品的出现。统计数据显示，我国起重机械工业总产值、销售收入和利润总额的年平均增长率超过额15%10，截止到2012年，起重机械行业的工业总产值达到了2670亿元，销售收入达到了2560亿元，利润总额达到148亿元。起重机自重一直是各式型号的起重机技术性能的

11、一个重要指标，随着工业技术的发展，对于起重机载重能力的要求也越来越大，其本身的的自重也越来越大11。比如三峡项目太重公司生产的起重机重量为800吨，而大连重工生产的起重机自身重量则高达1000吨12。所以很容易看到，在起重机的制造工业上使用了更多的金属材料13。但由于起重机自身重量大，很容易导致轮压增加，所以对码头和公路等建筑的承载力要求更高。因此，在设计中，既要做到能够保证其基本性能，同时又要做到降低自身重量的要求。起重机的自重主要由结构和机械的重量两部分组成。在其总重量中，结构物占了很大比例，占到了自身总重量的80%，而且与国外的起重设备相比，我国起重量为10t、跨度为20的通用双梁桥式输

12、设备要重22吨，同等量级的德国的设备却只有7吨13。国外对此种设备的研究比较早，欧美，日本等国家都是世界上最先进的设备制造国家。欧洲是世界上最先进的工程运输装备的发祥地14。其类型也多种多样，包括履带式起重机，小型轮胎起重机，以及少量的汽车起重机15。中大吨位起重机主要是全路面起重机和履带起重机；小型轮胎吊车是主要的小型吨位；汽车起重设备通常采用通用的底盘来装配整个地面的车辆，也就是主要的改装16。公司的产品技术先进，生产的设备具有优良的性能17，高可靠性，产品设备远销世界各地。如今很多国外企业已经采用模块化的设计，在降低制造成本的同时也提到了产品的设计效率和产品零件的通用化，这使得其公司取得

13、了显而易见的效益。相较之下，国外的技术更为成熟完善，且具有丰富的经验。可以说20世纪以来，起重机被国外垄断，但近年，随着国内企业的飞速发展，很多企业着手参与大吨位起重机的研究市场，并且也取得了很多成绩17。在起重机市场全面增长的情况下，企业着力点各有不同阶段市场仍以起重机为主导产品，以大吨位18起重机为科研方向。因为大吨位19是以技术为导向的，没有科研能力20就没有发言权。尽管现在不断加码实现大吨位方向的技术突破已经形成了一种趋势，但是中小吨位仍然有着很大的进步空间，众多中小型企业也应有所抉择21，紧抓规模化中小吨位市场。1.3 研究内容1.3.1 研究内容此次毕业设计是10吨桥式起重机设计，

14、主要对其运行机构22和外形承载机构进行参数设计23，包括对其大车运行机构进行传动方案的选择设计，计算大车车轮的轮压，并对其进行校核验算24，然后选择合适的减速器、电动机、联轴器、制动器并对它们进行校核验算25；再进行小车运行机构和起升机构的设计，计算相关参数，根据参数选择合适的减速器、电动机、联轴器、制动器，验算启动时间并对其按照启动工况进行功率校核，对低速浮动轴进行强度验算，然后选择钢丝绳，及结算滑轮、卷筒的相关参数及选择联轴器。其中外形结构的设计包括：桥架结构、主梁结构、梁端结构以及主端梁连接以及它们的布置计算及校核；在整体设计完成后，对起重机的主梁和大车车轮进行仿真分析。用AutoCAD

15、绘制工程图；用Croe绘制三维工程图，用ANSYS仿真软件进行完整分析与模拟。1.3.2 研究方法（1）信息研究法：通过对所掌握的资料和在设计过程中所完成的信息进行分析研究,明确设计思路，不断完善设计。（2）三维建模法：通过运用Creo软件进行三维建模20，绘制出关键部位模型，更直观的观察设计的产品。（3）仿真分析法：运用ANSYS仿真软件，来模拟在设备工作时的工况和可能出现的问题，利用仿真软件分析发现产生问题的原因，并加以改进1.3.3 技术路线对于本次毕业设计的设计思路如图1-1所示。（1）确定起重机的基本参数根据任务书，确定起重机起重量，跨度，起升高度，然后通过翻阅文献，设定其起升速度和

16、各运行机构运行速度。（2）设计大车运行机构确定大车运行机构传动方案，计算其轮压等相关数据并验算校核，选择合适的电动机，减速器，制动器，联轴器并进行验算，以达到设计要求。（3）设计小车运行机构和起升机构通过确定的参数，设计小车运行机构和起升机构并选取合适的电动机，减速器，制动器，联轴器，浮动轴及相应的一些零部件并对其进行验证。（4）梁端及相关部件设计通过前面设计的大车运行机构和小车运行机构的相关尺寸及参数，设计主梁及相关零件。（5）对主梁及大车车轮仿真分析利用Ansys Workbench仿真软件对主梁和大车车轮进行有限元分析，以确保其能正常工作。图1-1 设计路线第2章 大车运行机构的设计2.

17、1 大车运行机构传动方案的确定关于大车运行机构的要求及步骤：（1）机构要紧凑，重量要轻；（2）考虑桥架的结构及尺寸，和桥架之间的配合要适合，是桥架设计简单一些，不要让总体结构设计和整体布置过大；（3）尽量使主梁的扭转在和降低，至少不能影响桥架的刚度；（4）设备布局要合理，要方便维护保修，操作员和维护人员上下设备要方便，便于对设备的零件拆装维护和操作。大车运行机构的传动方案有两类：一种是分别驱动15，如图2-1所示，另一种是集中驱动，如图2-2所示。分别驱动是在桥式起重机上装两套相同但又互不联系的驱动装置。其特点是省去了传动轴而使运行机构自重减轻，由于分组性好，使安装和维护保养都很方便。集中驱动

18、是由一台电动机通过传动轴装置将转动力矩传递到两个大车主动车轮上的传动方式。集中驱动有三种形式：低速集中驱动、中速集中驱动、高速集中驱动。高速集中驱动的大车运行机构，由电动机通过制动轮直接与联轴器、传动轴联接，减速器在主梁走台的两端。这种运行机构的传动轴转速较高，传递转矩小，而传动轴和轴系零件尺寸也较小、传动机构的重量轻。低速集中驱动的大车运行机构，由电机通过制动轮直接与减速器联接，减速器在主梁走台的中间。这种传动方式的特点是传动轴转速低，比较安全，但传动轴转矩大，因而一些零件的尺寸较大，使整个机构较重。图2-1 分别驱动 图2-2 集中驱动2.2 大车运行机构的设计计算设备额定起重量，桥架的两

19、端距离（跨度），运行速度速度为，中级工作类型，机构运行持续率为，起重机的重量大约为，小车自重为，桥架采用箱形结构15。2.2.1 大车运行结构的传动方案经各方面综合考虑传动方案选用分别驱动，跨度介于10.5m32m范围内的桥式起重机用分别传动的方案，其传动路线如下图2-3所示图2-3大车运行机构传动方案1电动机 2制动器 3高速浮动轴 4联轴器 5减速器 6联轴器 7低速浮动轴 8联轴器 9车轮2.2.2 计算大车的最大轮压和最小轮压质量分布如图2-4所示图2-4 质量分布图满载时的最大轮压： （2-1）空载时最大轮压：空载时最小轮压：式中的e为主钩中心线离端梁的中心线的最小距离载荷率：由表1

20、9-61选择车轮：，当，中级工作类型时，大车的车轮直径，轨道许用轮压为，可以采用。2.2.3 强度计算及校核（1）疲劳强度的计算等效载荷： （2-2）式中 等效系数，由表4-81查得大车车轮的计算轮压为： （2-3）式中 Pd车轮的等效轮压（kN）r载荷变化系数，查表19-21，当时，Kc1冲击系数，查表19-11。当运行速度为时，点接触时，疲劳接触应力： （2-4）式中 r轨顶弧形半径（mm），由附录223查得大车车轮的材料为，当时，因此满足疲劳强度要求。（2）强度校核最大轮压的计算： （2-5）式中 Kc = 2 * ROMAN II为冲击系数，由表2-73可知，第 = 2 * ROMAN

21、 II类载荷冲击系数Kc = 2 * ROMAN II=1.1点接触时，强度校核的接触应力：查表19-31得，当时，故强度足够。2.2.4 运行阻力计算摩擦总阻力距：由表19-41，大车车轮直径，车轮的轴承型号为：，轴承内径和外径的平均值为：由表9-21到表9-41查得：滚动摩擦系数，轴承摩擦系数，附加阻力系数：当满载时的运行阻力矩： （2-6）运行摩擦阻力： （2-7）空载时的运行阻力矩： （2-8） （2-9）2.3 选择电动机和减速器2.3.1 电动机的选择电动机静功率： （2-10）式中 Pj满载运行时的静阻力（N），（）m驱动电动机的台数，机构传动效率，（1）初选电动机功率： （2-

22、11）式中 电动机功率增大系数，由表9-61查得查表31-273选用电动机YR160M-8，Ne=4kW，n1=705r/min，GD2=0.567kgm2，电动机的重量Gd=160kg。（2）电动机发热功率验算：等效功率：式中 工作类型系数，由表8-161查得当时，r按照起重机工作场所1得，由图8-371得，所以，该电动机符合要求。2.3.2 减速器的选择车轮的转速： （2-12）机构传动比： （2-13）查表19-112知，选用两台减速器，；，当输入转速为，所以减速器符合要求。（1）验算运行速度及实际功率实际运行的速度： （2-14）误差： （2-15）满足要求。实际所需的电动机功率：由于

23、，故所选的电动机和减速器都合适。（2）验算启动时间起动时间： （2-16）式中 n1电动机转速（r/min），n1=705r/minm驱动电动机台数，m=2满载时运行静阻力矩：空载运行时静阻力矩：高速轴上联轴器的飞轮矩： （2-17）机构总飞轮矩：满载起动时间： （2-18）=8.19s空载启动时间：=5.7s起动时间在允许范围内。（3）起动工况下校核减速器功率 （2-19）式中 （2-20）运行机构中，同一级传动减速器的个数，因此减速器的，所以减速器功率符合要求。（4）验算起动不打滑条件由于起重机是在室内工作，所以不考虑风阻，按以下三种情况计算1）空载时同时驱动两台电动机： （2-21）式中

24、 p1主动轮轮压（kN），P2从动轮轮压（kN），f粘着系数（室内工作）,防止打滑的安全系数，故不打滑。2）事故状态当只有一个驱动装置工作，而无载小车位于工作着的驱动装置这一边时，则 （2-22）式中 p1主动轮压（kN），P2从动轮轮压（kN）一台电动机工作时空载启动时间（s）nnz，故不打滑。3）事故状态当只有一个驱动装置工作,而无载小车远离工作着的驱动装置这一边时,则 （2-23）式中 p1主动轮轮压（kN），P2从动轮轮压（kN），一台电动机工作时空载启动时间（s），与第2）种工况相同所以，三种工况均不会打滑。2.4 选择制动器、联轴器及缓冲器2.4.1 制动器的选择取制动时间令，即计

25、算空载时动力矩得： （2-24）式中 （2-25） （2-26）制动器台数，这里，驱动装置为两套选用两台的制动器，查表18-101得制动力矩，使用时把制动力矩设置为以下，防止出现打滑现象。2.4.2 联轴器的选择根据传动方案,每套机构的高速轴和低速轴都采用浮动轴。（1）机构高速轴上的计算扭矩： （2-27）式中 连轴器等效力矩（Nm）等效系数，查表2-72，取=2由表33-202查得:电动机，轴端为圆柱形；由19-52查得减速器,高速轴端为,，故在靠电机端从由表20-22选联轴器（浮动轴端；,重量）高速轴上转动零件的飞轮矩和为：（2）低速浮动轴的验算1）疲劳强度的计算低速浮动轴的等效力矩：式中

26、 等效系数，由表2-72查得轴端直径，故扭转应力：因为浮动轴载荷循环变化，所以其许用扭转应力为：材料用45号钢，b=60000N/cm2；s=30000N/cm2则-1=0.22，b=0.2260000=13200N/cm2s=0.6，s=0.630000=18000N/cm2，K=KxKm=1.61.2=1.92应力集中系数，安全系数，由表2-212查得，所以疲劳强度符合要求。2）静强度的计算计算强度扭矩：式中 2动力系数，查表2-52的扭转应力：许用扭转剪应力：，符合要求。因为对于高速轴来说，其受到的扭矩比低速轴小，强度符合要求，所以省去其验算。2.4.3 缓冲器的选择（1）碰撞时起重机的

27、动能 （2-28）式中 G带载起重机的重量，V0碰撞时的瞬时速度，G重力加速度取则 （2-29）（2）缓冲行程内由运行阻力和制动力消耗的功 （2-30）式中 P摩运行阻力（N），其最小值为f0min最小摩擦阻力系数，P制制动器的制动力矩换算到车轮踏面上的力（N），按最大制动减速度 （2-31）S缓冲行程取（mm），因此（3）缓冲器的缓冲容量缓冲容量为： （2-32）式中 n缓冲器的个数，取n=1由表22-31选择弹簧缓冲器弹簧D=120mm，d=30mm2.5 本章小结本章主要计算大车运行机构相关数据，大车的传动方案选用自重较轻的分别驱动，车轮材料选用，经过强度计算与其参数对比，符合要求。车轮

28、的轴承型号为：，选择电动机：，减速器选用两台减速器。计算低速浮动轴相关数据并校核，其符合要求。第3章 起升小车的计算3.1 确定机构的传动方案小车运行机构主要由三部分组成：起升机构、运行机构、小车车架起升机构传动方案为闭式传动方案，通过圆柱齿轮来给减速器的低速轴和卷筒之间传动，通过两个半齿联轴器和一中间浮动轴来将电动机轴与二级圆柱齿轮减速器的高速轴联系起来。采用全闭式齿轮传动作为传动方式的运行机构，四轮小车固定在小车框架周围，电机安装在小车框架的工作台上，用带浮动轴的半齿联轴器连接减速器的输入轴和电机轴，齿轮减速器的两个输出轴端也采用这种联轴器与车轮之间的连接。小车架的设计，可采用查阅资料，粗

29、略简单的计算来实现对其设计，焊接横梁可以用钢板成型后的型钢替代。根据查阅的资料显示，起重范围在5吨至50吨内的双梁桥式起重机的小车，一般采用四个车轮支承的小车，其中两个车轮为主动车轮。驱动方式为集中驱动，小车运行机构机构简图如图3-1所示。图3-1 小车运行机构简1减速器 2电机联轴器 3电动机 4制动器 5联轴器6主动车轮 7轴承箱 8传动轴3.2 小车运行机构的计算小车的运行速度为3.2.1 选择车轮与轨道并验算起强度参考同类型规格相近的起重机，估计小车总重为车轮的最大轮压为： （3-1）车轮的最小轮压为：载荷率： （3-2）由附表171可知选择车轮，当运行速度小于并且，中级工作类型时，车

30、轮的直径，轨道型号为的许用轮压为3.19t，根据规定，初选。强度验算： （3-3）车轮材料取ZG340-640,线接触局部挤压强度； （3-4）式中 许用线接触应力常数（）,由表5-23查的=6；车轮与轨道有效接触强度，对于轨道型号可查附表221转速系数，由表5-33查的，车轮转速时，工作级别系数，由表5-43查的工作级别为6级所以点接触局部挤压强度 （3-5）式中 许用点接触应力常数(),由表5-23查的R曲率半径，车轮和轨道曲率半径的最大值（mm），车轮半径为 （3-6）由附表221所查，曲率半径为r2=90mm，则R=157.5mm由根据表5-53查得根据以上计算结果，选定直径Dc=31

31、5mm的单轮与缘车轮标记为车轮DYL-315GB6428-84。3.2.2 运行阻力计算摩擦阻力矩： （3-7）式中 查表7-31得起重机小车重量（kN）Q起重量（t）k滚动摩擦系数（mm），k=0.0005车轮轴承摩擦系数，查表7-21得d轴承内径（mm），d=0.125把、Gxc、Q、k、d带入上式得满载运行阻力矩： （3-8）式中 Dc车轮直径（mm）当无载时：3.3 选择电动机、减速器及制动器3.3.1电动机的选择（1）电动机的静功率 （3-9）式中 Pj小车满载运行时的静阻力（N），Vxc小车运行速度（m/min），小车运行机构传动效率，m驱动电动机台数，初选电动机功率： （3-10

32、）式中 Kd电动机起动时为克服惯性的功率增大系数，查表17-6取Kd=1.15查附表302，电动机选择JZR2-12-6型，其参数为：功率Ne=3.5kW，转速，转子飞轮矩，电机质量为80kg。（2）验算电动机发热条件当时，等效功率为：式中 K25工作类型系数，由表8-161查得K25=0.75由图8-372查得由以上计算结果，故所选电动机能满足发热条件3.3.2 选择减速器车轮转速： （3-11）机构传动比： （3-12）实际的运行速度可根据减速器的传动比计算得出：查附表402选用ZSC-400-II-2减速器，传动比（1）验算运行速度和实际所需功率实际运行速度： （3-13）误差：合适实际

33、所需电动机等效功率，故适合。（2）验算起动时间起动时间： （3-14）式中 n1电动机转速（r/min），m驱动电动机台数，m=1平均起动力矩：当满载时静阻力矩：空载运行时电动机上的运行静阻力矩：联轴器及制动轮的飞轮矩：=0.26kgm2机构总飞轮矩： （3-15）满载启动时间：无载启动时间：电动机能满足快速启动要求。（3）按起动工况校核减速器功率启动状况减速器传递的功率： （3-16）式中 Pd计算载荷（N） （3-17）=3111+机构中同一级传动减速器的个数=1。因此：NN，符合要求。（4）验算起动不打滑条件本次设计的起重机是在厂房室内进行工作，所以只验算空载和满载情况。空载起动时，轨道

34、与主动车轮接触处的圆周切向力为： （3-18）式中 车轮与轨道黏着力： （3-19）故无载起动时不会打滑。3.3.4 选择制动器由表16-61查得，当小车运行机构的制动时间tz在3s到4s之间时，制动时间tz取3s，即tz=3s。所以，制动力矩：由附表151查得，制动器选用型号为其制动转矩。3.4 选择高速轴联轴器及制动轮（1）机构高速轴上全齿联轴器的计算扭矩： （3-20）式中 Me为电动机额定转矩，n联轴器的安全系数，n=1.35；8机构刚性懂载系数，取由表13-51电动机伸出轴的两端形状皆为圆柱形，d=35mm，l=80mm。由表21-151查得型减速器的高速轴，轴端的形状为圆柱形，所以

35、选择GCL鼓式齿式联轴器，主动端A型键槽，从动端A型键槽，标记为联轴器其公称转矩，飞轮矩，质量高速轴端制动轮：由于制动器已经选定为型号为的制动器，所以由附表161；根据制动器已选定，直径，圆柱形轴的参数：，标记为制动轮、，飞轮矩为，质量。以上飞轮矩估计制动轮和联轴器的飞轮矩：与估计值相符所以不需要修改。（2）低速轴的计算扭矩低速轴联轴器计算转矩，可有钱面得计算转矩Mc求出由表16-43查得减速器轴端为圆柱形d=65mm，l=85mm，取浮动轴装联轴器轴径d=50mm，l=85mm。由附表421查的选用的联轴器为式齿式联轴器，联轴器的主动端Y型轴孔A型键槽尺寸为d1=65mm，从动端，Y型轴孔A

36、型键槽尺寸为d2=60mm，l=85mm。3.4.1 验算低速浮动轴强度（1）疲劳计算低速浮动轴的等效扭矩为： （3-21）由前面算的直径为86所以扭转应力为 （3-22）因为运行机构的正反转扭矩值是相同的，所以浮动轴的载荷变化为对称循环，所以许用扭转应力： （3-23）式中 K工作类型系数n1安全系数浮动轴计算相同，疲劳验算通过。（2）强度验算式中考虑到弹性振动的力矩增大系数，对启动的机构，这里选择最大扭转应力：许用扭转应力：，故通过。浮动轴直径d1取70mm3.5 起升机构的设计参数起重量：10吨，工作类别：中级最大起升高度：10m，起升速度：8m/min起升机构传动简图如下所示图3-2

37、起升机构传动简图3.5.1 钢丝绳的选择根据起重机的额定起重量，选择双联起升机构，滑轮倍率为4，钢丝绳缠绕方式如下图3-3所示图3-3钢丝绳缠绕方式（1）钢丝绳所受到的最大静拉力： （3-24）式中 Q额定起重量（kg），Q=10000kgG钩吊钩组质量（kg），G钩=300kgm滑轮组倍率，m=4组滑轮组效率，组=0.98Smax=1314kg（2）钢丝绳的选择所选择的钢丝绳应满足的的破断拉力：，S绳=aS绳式中 S绳破断拉力（N）S绳钢丝绳破断拉力总和（N）a折减系数，对于钢丝绳的钢丝绳，n绳表示钢丝绳安全系数，对于中级工作类型，所以，S绳查询钢丝绳的S绳，因S绳，所以选择的钢丝绳符合要求

38、。选用钢丝绳。3.5.2 滑轮、卷筒的计算（1）滑轮、卷筒最小直径的确定为了使钢丝绳的使用寿命足够满足工作要求，那么滑轮、卷筒应满足的直径为：对中级工作类型的桥式起重机，一般取所以卷筒直径和滑轮直径为（2）卷筒长度和厚度的计算对于双联卷筒其结构如下： （3-25） （3-26）式中 Hmax最大起升高度（m），n钢丝绳安全圈数，又，取n=2t线槽间距（mm），取L1，L2空余部分和固定钢丝绳所需要的长度（mm），D0卷筒的计算直径（mm），L光卷筒左右绳槽之间部分长度（mm），其中 （3-27）L3吊钩组两侧滑轮绳槽中心线之间的距离（mm），L3=415mm；Hmin当吊钩滑轮组处于上极限位置

39、时滑轮轴与卷筒轴的间距（mm），Hmin=1300mm；a卷筒上绕出的钢丝绳分支相对于铅垂线的允许偏斜角，取0.1所以，卷筒半边的绳槽部分长度(；卷筒长度，它的壁厚可按经验确定（3）卷筒转速 （3-28）3.5.3 根据静功率初选电动机起升机构及功率的计算： （3-29）式中 为升降机的总功率，其中电动机原则满足其中K电为起升机构按静功率初选电动机的系数，因取，查电动机产品目录，选用电动机型号为型电动机,在时，功率，转速3.5.4 减速器、制动器及联轴器的选择（1）减速器的选择1）起升机构总的传动比：根据传动比，电动机功率，电动机转速，中级工作类型等参数来选择减速器，所以从减速器产品目录4中选

40、用型减速器，其传动比为i=35.5。2）验算减速器的被动轴的最大扭矩及最大径向力最大扭矩的验算式中 M额电动机额定扭矩（Nm），电动机至减速器被动轴的传动功率，最大转矩倍数，其中M减速器低速轴上的最大短暂容许扭矩（Nm），传动比其中所以，实际起升速度的验算实际起升速度为：除此之外，起升速度还必须满足小于15%。所以满足要求。（2）制动器的选择在高速轴上装制动器，其制动力矩应满足以下关系式： （3-30）式中 K制制动安全系数，中级类型M制静满载时制动轴上的静力矩（Nm） （3-31）式中 0机构总效率，0=0.91根据以上计算，可选制动器型号为制动器3，制动器制动轮直径为200mm，其最大制动

41、力矩为40Nm。（3）启动时间及启动平均加速度的验算1）启动时间的验算 （3-32）式中 n电动机转速（r/min），v起升速度（m/s），0起升机构效率，K飞轮矩影响系数，换算到电动机轴上时，K=1.2电动机转子飞轮矩（Nm），电动机轴上联轴器的飞轮矩（Nm），M平起电动机的平均启动力矩（Nm）M静电动机轴上的静力矩（Nm），符合起动时间在01s范围之间要求标准。2）启动加速度的验算 （3-33），符合要求。（4）联轴器的选择带制动轮的联轴器通常采用齿轮联轴器，根据其所传递的扭矩、被连接的轴颈和转速，从系列表4中选出具体型号，须满足：式中 联轴器传递的计算力矩（Nm）M联轴器的许用扭矩（Nm

42、），其中n1相应于第类载荷的安全系数，联轴器的等效力矩（Nm），实际起重量变动影响的等效静载荷系数，机构动载荷对传动零件的等效动载荷系数，机构JC%值的电动机额定力矩传至计算零件力矩（Nm），根据电机轴连接尺寸和计算扭矩M计，在计算扭矩的同时还需要考虑制动轮的直径，选择带制动轮联轴器，所允许扭矩，所以选出LZ3型联轴器4，其允许扭矩，。又因为，满足条件。3.6 本章小结本章主要对小车运行机构和起升进行设计和相关计算，传动方案为闭式传动方案，确定了车轮的最大压力和最小压力，确定了浮动轴的参数并进行强度验算，符合条件；起升结构选择双联起升机构，滑轮倍率为4，根据钢丝绳所受最大破断拉力选择钢丝绳型号

43、为主619-17-1700-GB，1102-74。第4章 桥架结构及焊接工艺的设计4.1 桥架的结构形式桥式起重机的桥架的结构主要有以下几类：空腹桁架式结构1，偏轨空腹箱形结，构箱形结构，箱形单主梁结构等，经查阅资料，5-80吨起重量系列起重机一般采用箱形结构，箱型结构制造工艺简单，组装方便，通用性强，抗扭刚度好，同时为了保证起重机其他运行机构保持稳定，这里选择桥架结构为箱形双梁结构。4.1.1 箱形双梁桥架的构成箱形双梁桥架是由两个箱形主梁和一个端梁组成，在主梁的一面设有一个横向行走平台，用于安装车辆的运转机构和走人，主梁与端梁牢固地联结在一起，行走平台的外部是悬臂，平台的外部有一个护栏。在

44、实际计算中，所有的楼梯扶手都被视为非承载构件。在驱动装置的行走架下方设有驾驶室，用于方便操作和维修1。司机室分为开放式和封闭两种，普通的作业场所的驾驶室为开放式驾驶室，室外或高温等其他恶劣条件下应为封闭式驾驶室。4.1.2 箱形双梁桥架的选材箱形双梁桥架加工部件少、工艺简单、通用性强。桥架结构的选择要依据不同的工作方式、不同的工作环境、不同的环境温度等情况，选择不同的材料。在桥梁结构的设计中，为确保构件的刚性，便于施工和安装，避免在运输过程中的损伤，对桥梁结构的设计有最小限度的限制：例如，连接板的厚度不得低于4毫米。再如复合板梁的板料，为了确保稳定性，避免腐蚀后的强度降低2，双板的每一层厚度不

45、得低于6毫米，而单侧板的厚度不得低于8毫米。4.2 桥架结构的设计计算4.2.1 主要尺寸的确定大车轮距：取=3m桥架端部梯形高度：取主梁腹板高度：根据主梁计算高度最后选定腹板高度确定主梁截面尺寸：主梁中间截面各构件根据表7-11确定如下：腹板厚，上下盖板厚主梁两侧腹板的内壁间距由以下公式决定：因此取盖板宽度：取主梁的实际高度：主梁中间截面和支承截面的尺寸简图分别示于图4-1和4-2图4-1主梁中间截面尺寸简图 图4-2主梁支承截面尺寸简图加劲板的布置尺寸：在主梁截面上，应设置若干加劲件，以确保其局部稳定。主梁端部大加劲板的间距：，取主梁末端（梯形段）的小加强板间距：主梁中间（矩形段）的大加强

46、板的间距：，取在主梁中间加强板的间隔上，P18轻轨轨道的水平重心轴线最小抗弯截面模量为，按轨道的弯矩强度条件计算加强板间距（这时，连续梁的支点位于加劲板的位置，使得一个车轮轮压在两加强板之间的中间施加力）： （4-1）式中 小车的轮压，取平均值II动力系数，由图2-21查得钢轨的许用应力，因此，根据布置方便，取由于腹板的高厚比，所以不需要设置水平加劲杆。4.2.2 主梁的计算计算载荷确定查图7-111可知主梁一半桥架（不包括端梁）的自重，那么，主梁因桥架自身重量而产生的均匀荷载： （4-2）查表7-31得主梁的总均布载荷：主梁的总计算均布载荷：式中 kII冲击系数，由表2-61查得根据表7-4

47、1中所列数据，由小车运行机构的两个车轮作用在一根主梁上的轮压值可选用：，考虑动力系数的小车车轮的计算轮压值为：主梁垂直最大弯矩计算主梁垂直最大弯矩： （4-3）设敞开式司机操纵室的重量为9807N，起重心距支点的距离为将各数据代入式中，得：主梁水平最大弯矩计算主梁水平最大弯矩： （4-4） （4-5）主要的惯性力集中在主梁上时，惯性载荷为：主要的惯性力均布在主梁上时，惯性载荷为：计算系数时，取近似比值；K=400cm，Lxc=200cm因此可得：主梁的强度验算中间段主梁截面的最大弯曲应力： （4-6）Wx主梁中间截面对水平中心轴线的抗弯截面模数，其近似值 （4-7）Wy主梁中间截面对垂直重心轴

48、线的抗弯截面模数，其近似值因此可得：由表2-241查得的许用应力为：故主梁支承截面的最大剪应力： （4-8）主梁支承截面所受的最大剪应力 （4-9）Ix0主梁支承截面对水平重心轴线的惯性矩，其近似值S主梁支承截面半面积对水平重心轴线的静矩由此可得：查得许用剪应力为故由以上计算可知，强度足够。主梁的垂直刚度验算主梁承受最大载荷时的最大垂直挠度： （4-10）式中 （4-11） （4-12）由此可得：允许的挠度：因此主梁的水平刚度验算在大车启动、制动惯性载荷作用下，主梁产生的最大水平挠度： （4-13）式中 （4-14）由此可得：水平挠度的许用值：因此主梁的垂直和水平刚度均满足要求。4.3 端梁的

49、计算（1）计算载荷的确定设两根主梁对端梁的作用力相等，则端梁的最大支反力： （4-15）式中 K大车轮距（cm），Lxc小车轮距（cm），a2传动侧车轮轴线至主梁中心线的距离（cm），取因此（2）端梁垂直最大弯矩主梁支反力作用下梁端产生的最大弯矩为：式中 a1车轮轴线至主梁中心线的距离（cm），（3）端梁的水平最大弯矩1）端梁因车轮在侧向载荷下产生的最大水平弯矩： （4-16）式中 S车轮侧向载荷（N），侧压系数，由图2-3查得，P车轮轮压（N），即端梁的支反力因此：2）在小车起动和制动惯性载荷下，端梁处的最大水平横向弯矩： （4-17）式中 Pxg小车的惯性载荷（N），因此：在强度计算时，应

50、选取二者中最大的数值。（4）端梁的强度验算端梁中间截面对水平重心线X-X的截面模数： （4-18）端梁中间截面对水平重心线X-X的惯性矩： （4-19）端梁中间截面对垂直重心线Y-Y的截面模数：端梁中间截面对水平重心线X-X的半面积矩： （4-20）端梁中间截面的最大弯曲应力：端梁中间截面的剪应力： （4-21）端梁支承截面对水平中心线X-X的惯性矩、截面模数及面积矩的计算如下：首先求水平重心线的位置水平重心线距上盖板中线的距离：腹板中线与水平中心线的距离：下盖板中线与水平中心线的距离：端梁支承截面对水平中心线X-X的惯性矩：端梁支承截面对水平中心线X-X的最小截面模数： （4-22）端梁支承

51、截面水平重心线X-X下部半面积矩：端梁支承截面附近的弯矩：端梁支承截面的弯曲应力：端梁支承截面的剪应力：端梁支承截面的合成应力：端梁材料的许用应力：强度符合要求。4.4 端梁的尺寸的确定及梁端街头的设计4.4.1 端梁总体的尺寸大车轮距的确定：取端梁的高度：，确定端梁的总长度4.4.2 端梁的截面尺寸端梁截面尺寸的确定：上盖板,中部下盖板头部下盖板根据表19-41车轮组的直径为500mm，在决定端梁盖板的宽度和腹板的高度时，应先确定支撑轮的横断面，然后确定中间横梁的横断面尺寸2。轮缘与上盖底面的距离为25mm；车轮的两个侧面距离支撑件处两个下盖板的内侧得距离为10mm，所以车轮和端梁不易发生碰

52、撞；而在端梁中间部分下盖板与导轨之间的间距是55mm。端梁的截面尺寸如图4-3所示。图4-3端梁的截面尺寸4.4.3 端梁接头的确定及计算在端梁的中间位置有端梁的安装接头，端梁的轮距K的尺寸决定了它的安装位置。端梁的上盖与腹板焊接有角钢制成的连接法兰，而下盖的连接板则由连接板与剪切力螺栓联接。顶部角钢是顶紧状态，其联接螺栓3基本上不会受到任何作用力。要在连接板与下盖板上钻孔时，要同时进行打孔。如图4-4为接头的安装图用M18螺栓将下盖板和连接板连接起来，而用M16螺栓将角钢连接到腹板和上盖板。图4-4 接头安装图下盖板与连接板的连接，如图4-5所示图4-5 下盖板与连接板的连接4.4.4 腹板

53、和下盖板螺栓受力计算（1）腹板最下一排螺栓受力最大，受的力为拉力，每个螺栓所受的拉力为： （4-21）=12500N（2）下腹板的每个螺栓受到的剪应力相等，它的值为： （4-22）式中 一端下腹板的总受剪面数；下盖板一个螺栓受剪面所受的剪力（N）一侧腹板受拉螺栓总数；腹板上连接螺栓的直径（mm）下腹板连接螺栓的直径（mm）；梁高（mm）；连接处的垂直弯矩（Nm），其余的尺寸如图示图4-6 主梁其余尺寸4.4.5 上盖板和腹板角钢的连接焊缝受力计算（1）上盖板角钢连接焊缝受剪，其值为： （4-23）（2）腹板角钢的连接焊缝同时受拉和受弯，其值分别为： （4-24）4.5 计算螺栓和焊缝的强度4.

54、5.1 螺栓的强度校核（1）精制螺栓的许用抗剪承载力： （4-25）（2）螺栓的许用抗拉承载力由表25-51查得，由于，则有所选的螺栓符合强度要求4.5.2 焊缝的强度校核（1）对腹板由弯矩M产生的焊缝最大剪应力： （4-26）式中 焊缝的惯性矩其余尺寸如图4-7图4-7 腹板其余尺寸（2）由剪力Q产生的焊缝剪应力：折算剪应力：=17000N/cm2由表25-31查得式中 h焊缝的计算厚度（mm），h=6mm3、对上角钢的焊缝由上计算符合要求。4.6 焊接工艺设计对桥式起重机而言，它的桥架结构主要是用大量的钢板焊接4而成，焊接工艺的好坏将直接关系到它的的机械性能和使用寿命。角焊缝常用的确定焊角

55、高度的方法图4-8 焊接图角焊缝最小厚度为：max是指焊件的最大厚度，但其最小厚度应在4mm以下，而在焊件厚度小于4mm时，其厚度与焊件的厚度是一样的。角焊缝的厚度还不应该大于较薄焊接件的厚度的1.2倍，即：a1.2min端梁桥架焊接的焊角高度a=6mm端梁桥架的焊接时都是手工电弧焊，在焊接时，焊缝的排列是非常重要的，很多焊缝都是密集交叉的，应注意避免漏焊。梁端的焊缝如图4-9所示图4-9 梁端焊缝图在焊接定位板和弯曲板的时候，因为起引导的作用的是定位板，所以在焊接的时候，一定要注意，不要把角度过高，不然的话，在安装到端梁上的时候，车轮组就不能从合适的位置导入，所以，焊接时采用使用E5015(

56、J507)焊条，焊条的直径，焊接电流为，焊角高度最大为。如图4-10位置的弯板和固定板的焊接图4-10 弯板和定位板的焊接角钢、腹板、上盖板的焊接均采用搭接方式，焊完后，将两端梁拼接成一块进行钻孔。因为大多数板材的厚度都在以下，所以在焊接过程中都不需要开坡口。4.7 本章小结本章主要是对起重机桥架结构及其焊接方式的设计，采用箱形双梁桥架，材料为Q235，并进行强度验算，端梁桥架的焊接时都是手工电弧焊，角钢、腹板、上盖板的焊接均采用搭接方式焊接。第5章 主梁及大车车轮仿真分析5.1 软件的选用ANSYS软件是美国ANSYS公司旗下推出的一款有限元分析1软件，其功能丰富强大并且操作起来方便，是当今

57、时代应用最广泛的有限元分析软件。因其可与AutoCAD1、Creo等大量的计算机辅助设计软件进行数据互传，使得其在众多行业领域中都发挥着重要的作用，如机械制造2，航空航天，土木建造，能源水利，生物医学，电子科技2等。随着科技的发展，处于不同行业领域的人们为了可以更深得研究，对CAE的技术要求也越来越严格，种类也越来越全面使得有限元3所涉及的领域也随之越来越广，而ANSYS也正是这样一款多用途的有限元分析软件。对于本次毕业设计，使用ANSYS Workbench这款CAE软件整合平台，其相对ANSYS经典还是有很多不同的，相较而言ANSYS Workbench和其他CAE7软件具有更好的交流能力

58、并且与其他软件的界面也更为亲近友好，而且ANSYS经典更注重求解，而ANSYS Workbench虽然在功能上可能与ANSYS经典有一些差距，但因其强大的兼容性，并且更加贴近机械工程设计的需求，故本次有限元分析选用ANSYS Workbench。三维建模软件选用Creo进行建模，Creo是美国PTC公司所推出的产品，强大的三维参数化建模功能使其可以进行灵活的设计。并且很多无缝集成的三维CAD/CAID/CAM/CAE功能使其可以面对更多不同的客户并满足其更多的需求。互操作性、开放、易用三大特点使其在当今时代被广泛运用，相对与传统的CAD等软件所无法解决的难题，Creo的产生便是为此而来，给予这

59、些难题更多的解决方案。并且作为广受好评的三维应用软件9，PTC公司并没有停止其开发，随着科技的发展，我们所遇到的难题也逐渐增多，为使难题可以更容易处理，Creo10的技术也随之更新换代。作为面向工业设计师的产品其可以轻松快速得对复杂设计进行研究，并且其强大丰富的功能使其可以节省很多过去用于传输数据的时间来用于进行产品的设计，并且在此过程中，其可以无缝对物理模型和数字模型进行操作，这使得产品可以更早的投入生产，并且减少人力的付出，提高公司效率。5.2 主梁的建模与仿真无论是哪一种桥式起重机，最主要的部分都是结构主梁，它的重量占桥式起重机的大部分，大约可达整机重量的60%，主梁的工作就是运输与承载

60、货物，其质量的保障将严重关系到桥式起重机的可承载能力与使用安全。主梁式整个桥式起重机的重要部分，它是桥式起重机关键承重部位13。桥式起重机的主要承载结构就是桥架部分，它由2根主梁和2根端梁固接而成，支撑着整个起重机的自重载荷、起升载荷及其附属设施。而作为小车运行的主梁，承担着大部分的自重、起升载荷，且由于受自身跨度及结构原因，受载情况恶劣，因此，采用Ansys仿真软件对其分析，分析其是否满足该工作条件下的要求。主梁主要结构和尺寸如图5-1所示。图5-1主梁结构尺寸通过Creo对主梁进行三维建模，由于主梁结构复杂，大、小隔板（筋板）多，若考虑隔板，则需要大量的计算，因此在建立模型时对其进行了一些