200吨超大吨位桥式起重机设计.doc

1、武汉科技大学本科毕业设计 I 摘 要 因科学技术的发展，生产效率有很大的提高，原有的大吨位桥式起重机已经不能满足生产的需要，故要求设计 200 吨超大吨位桥式起重机来适应生产的需要。桥式起重机一般主要包括四个部分：即起升机构、大车运行机构、小车运行机构和金属结构。其中金属结构主要就是指桥架结构。 本次设计的是 200 吨铸造起重机，大吨位起重机桥架主要采用箱形结构。该桥架结构主要由两根副主梁，两根主主梁和两根端梁所组成。小车运行的轨道铺设在主腹板的上方，即采用全偏轨布置形式。为了保证副小车能在主小车下方顺利通过，端梁采用中间下沉的形式，保 证主小车和副小车有足够的高差。为便于运输，将端梁作成分

2、段式，用高强受剪螺栓进行联接。在此超大吨位桥式起重机中，主梁的截面足够宽，为减轻桥架自重，用主主梁上平面作为走台。因炼钢车间工作环境比较恶劣，因而采用闭式司机室。 设计时先确定桥架结构的总体布局方式，选定各梁的截面尺寸。然后根据所选尺寸对各梁的强度、刚度、动刚度和局部稳定性等进行校核，同时对连接螺栓的强度也要进行校核，以保证整个桥架结构满足工作要求。 关键字 ： 铸造起重机； 桥架结构； 主主梁； 副主梁； 端梁 武汉科技大学本科毕业设计 II Abstract With the development of science and technology, production efficie

3、ncy has greatly improved. The original casting crane has been unable to meet the needs of production, Therefore, the requirements of 200 tons of super-large casting crane to meet production needs. Bridge of casting crane general consists of four key components: the lifting mechanisms, bridge traveli

4、ng mechanism, traveling mechanisms and metal structure, which is the bridge structure. This design is 200 tons of casting crane; box girder structure generally is used in large tonnage bridge cranes. The bridge structure main consists of two auxiliary girders, two main girders, and two end girders.

5、Trolley running rail built on the top of the main web, and full bias-rail layout is used. To ensure vice trolley could travel under the main trolley freely, middle part of the end girders is subsided. For transporting easily, the end girder is departed into two parts, and connected by high-strength

6、bolts. In this super-large-tonnage bridge crane, the main girders cross-section is wide enough, to ensure enough horizontal stiffness to it. To reduce the weight of bridge, top flange plate of main girders is used as a flatform. Because the environment of the steel-making plant is very bad, closed c

7、ab is adopted. The lay out of the bridge is decided firstly and then the size of the girders is decided. According to the decided size of girders, the intensity, stiffness, dynamic stiffness and stability for local is verified. Meanwhile the intensity of bolts connecting should also be checked to en

8、sure that the entire bridge structure can meet the requirements of the job. Key words: Casting crane; Bridge structure; Main girder; Auxiliary girder; End girder 武汉科技大学本科毕业设计 III 目 录 1 绪 论 . 1 2 冶金起重机概况 . 2 2.1 冶金起重机发展总趋势 . 2 2.1.1 国内形势 . 3 2.1.2 发展趋势 . 3 3 设计任务 . 6 3.1 设计内容： . 6 3.2 设计参数： . 6 3.3 设

9、计目的： . 6 4 桥架结构 . 7 5 主主梁的计算 . 8 5.1 主主梁主要尺寸的确定 . 8 5.2 主主梁载荷的计算 . 10 5.2.1 主主梁垂直最大弯矩 . 11 5.2.2 主主梁水平最大弯矩 . 12 5.3 主主梁的强度验算 . 13 5.4 主主梁刚度的计算 . 15 5.4.1 主主梁垂直刚度验算 . 15 5.4.2 主主梁水平刚度验算 . 16 5.4.3 主主梁动刚度的计算 . 17 5.4.4 主主梁上供度的计算 . 19 5.4.5 主主梁疲劳强度的验算 . 19 5.5 主主梁腹板局部稳 定性的计算 . 19 6 副主梁的计算 . 22 6.1 主要尺寸

10、的确定 . 22 武汉科技大学本科毕业设计 IV 6.2 副主梁载荷的计算 . 23 6.2.1 副主梁垂直最大弯矩 . 24 6.2.2 副主梁水平最大弯矩 . 25 6.3 副主梁的强度验算 . 26 6.4 副主梁刚度的计算 . 28 6.4.1 副主梁的垂直刚度验算 . 28 6.4.2 副主梁的水平刚度验算 . 28 6.4.3 副主梁动刚度的验算 . 29 6.4.4 副主梁疲劳强度的验算 . 31 6.5 副主梁腹板局部稳定性的计算 . 31 结束语 . 34 参考文献 . 35 致谢 . 36 武汉科技大学本科毕业设计 1 1 绪 论 起重机通常用于搬运物料，随着科学技术的进步

11、，现代化大规模生产的发展，越来越广泛的应用于国民经济各部门。现在不仅在港口、车站、仓库、料场、电站、高层建筑和冶金行业等生产领域用到起重机，甚至在生活领域也用到起重机。所以它不仅在国民经济中占有重要的位置，而且它在社会生产和生活的应用领域正在不断扩大。 起重机作为物料搬运工具，在完成一个工作过程“储、装、运、卸”中，对于提高生产能力、保证产品质量、减轻劳动强度、降低成本、提高运输效率、加快 物资周转、流通等方面均有着重要的影响。同时对安全生产、减少事故也有显著的作用。现代的起重机技术已经超越了单纯的减轻体力劳动这一传统概念，因为它不仅是在搬运数量上有很大变化，而且具有严格的时间、速度概念，必须

12、根据系统的需要，及时地、迅速地、有节奏地“将必要的原材料或零部件，在规定的时间里，送到规定的工艺位置上”。否则，就不能实现现代化的生产。参观现代化大规模生产的汽车工业、冶金工业、电子工业以及先进高效的加工中心、数控机床、装配自动线，就会深深体会到起重机的重要性。我们经常可以听到：物料搬运技术是现代工业中最 薄弱、最迫切要解决的问题之一。因而可以看出，搬运技术是降低产品成本最有潜力的一个途径，而搬运的主要工具就是起重机 1。 在转炉炼钢生产过程中，最主要的物料搬运工具就是冶金桥式起重机。随着企业生产能力、规模的扩大，转炉的冶炼能力不断扩大，对冶金桥式起重机的额定起升量提出了更高的要求，使得冶金桥

13、式起重机朝着超大吨位方向发展。本次设计就是在这种背景下对大吨位 200 吨四梁桥式起重机进行设计，由于时间短暂，我与同组其他几名同学一起完成整台起重机的设计。其中我的主要工作是进行桥架结构的设计，主要包括两根主主梁、两根副 主梁的设计。 武汉科技大学本科毕业设计 2 2 冶金起重机概况 冶金起重机作为冶金行业安全、正常生产必不可少的关键和重要设备，其工作的可靠性、安全性、先进性一直受到人们的高度重视，但受传统冶金工艺的制约，改革开放前的三十年国内冶金起重机基本是在原苏联的模式下做一些小型的改进和发展。随着改革开放的不断深入，大量国外先进技术的引入，现代冶金起重机也发生了较大的变化。本文结合国内

14、冶金企业冶金工艺的改进及最终用户的使用要求，对冶金起重机的发展趋势谈一些看法 2。 冶金起重机一般人们主要指服务于冶金企业的铸造起重机、料 箱加料起重机、板坯搬运起重机、钢卷夹钳起重机、磁盘起重机和服务于冶金厂工作级别较高的其它桥式起重机。由于冶金企业炼钢、铸坯 (铸锭 )、轧钢工艺的改变，脱锭起重机、均热炉夹钳起重机、刚性料耙起重机、平炉桥式加料起重机、均热炉揭盖起重机等传统冶金起重机已逐步趋于淘汰，这里不做进一步的分析。仅就前面几种现在冶金企业大量使用的起重机其发展趋向做一些初步的分析探讨。 2.1 冶金起重机发展总趋势 现代冶金起重机发展的主要趋势之一，是起重量大型化，工作速度高速化，随

15、着社会的发展对冶金企业的要求也在逐步提高，这不仅表现在 对冶金产品数量的要求上，更重要的是表现在对冶金产品的质量和品种方面，由于社会需求的增加推动和促进了冶金企业的技术改造和技术进步，大型转炉、连铸、连轧技术的应用，对冶金起重机的大型化和高速度提出了更高的要求，现就国内主要冶金起重机生产企业铸造起重机的发展情况做一简单的统计 ，统计情况见表 2.1 所示： 表 2.1 冶金起重机发展情况统计 年代 主钩起重量 (t) 主钩起升速度 (m min) 大车运行速度 (m min) 小车运行速度 (m min) 50 70年代 200 2 5 70 40 80 年代 280 10 80 40 90

16、年代 450 12 80 40 从上表可以看出，五十年来主钩起升速度和起重量均有较大幅度的提高。 然而进入21 世纪后， 随着企业生产能力、规模的扩大，转炉的冶炼能力不断扩大，对冶金桥式起重机的额定起升量提出了更高的要求，使得冶金桥式起重机朝着超大吨位方向发展，现在已经要求生产主起升量为 200 吨的超大吨位桥式起重机。 武汉科技大学本科毕业设计 3 2.1.1 国内形势 我国起重机设计的发展经历了一个曲折的过程。以前多是以模仿原苏联的设计为主，凭借设计者的经验，产品设计的局限性很大。从 60 年代起，开始了新产品、新 部件的开发设计与实验研究工作，从而使设计从仿制和经验设计逐渐走向实验研究和

17、计算分析阶段。到了 80 年代，随着宝钢等一些超大型企业对国外起重机的引进及与国外进行联合设计、国内制造等形式的采用，开始在国内引入了一些国际上的先进技术与设计方法。同时将计算机应用技术引入设计领域，对起重机设计工作的发展起了很大的推动作用。 目前许多的企业已大量采用新的计算机新技术，二维 CAD 早已普及，三维设计已推广。电气设计采用 ED 等先进设计手段，引入定子调压和变频调速， PLC 参与系统控制，采用了大量高新传感元器件，实现了定位准确，操 控方便，其安全可靠性也逐步提高。通过专家系统的应用，极大地推进了创新设计的进程，并且利用系统论和信息论等现代计算机应用技术研究成果，使得起重机的

18、创新设计开始向智能化方向发展。 根据现实和发展，设计手段越来越体现出精确化、自动化、虚拟化与快捷的特点。现代的起重机产品正朝着机电一体化、集成化、模块化、个性化方向发展。自动检测、自动数据处理（运算、判断、存储、记忆）、自动显示、自动控制、故障诊断和自动保护及维护等功能得到了大量的应用。因此起重机产品创新设计是以降低设计成本，提高设计速度，缩短设计周期为目的，包括降 低成本设计、可靠性设计、快速设计、并行设计、仿真与虚拟设计、智能设计、广义优化设计等现代设计技术。 2.1.2 发展趋势 随着新世纪全球工业格局的新变化和我国工业技术水平的快速发展，起重机市场近年来异常的活跃起来，现代计算机控制技

19、术飞速发展，使得起重机的设计在综合考虑控制系统安全、可靠性、操作的舒适性、机构及结构广义优化等方面有了更高层次的要求，因此起重机的设计必须从原来的常规设计模式中跳出来，用新观点、新原理、新方法新技术、新工艺来设计适应新形势的新产品，未来起重机的设计是基于现代设计理论和方法，应用微 电子、信息、管理等现代科学技术，以提高产品质量、用户满意的价格和造型、提高产品的功能、缩短产品开发周期。 在产品设计过程中采用面向成本设计技术和并行的成本估算技术是使产品成本降低的关键，其中重点要研究的是成本结构分析技术和价值工程分析技术，且需要构造多种专用的设计知识库和成本数据库来精确地并行估算成本。做到产品成本的

20、即时反应，通过设计方案的调整实现设计阶段控制产品成本的真实实现。起重机的创新并不总等同于用较高的成本去发明新的零部件，利用标准构件，甚至标准件和外购件同样也可以组合成新产品，这也是一种创新。 下面是总结的近几年起重机的主要发展趋势： 武汉科技大学本科毕业设计 4 (1) 具有零部件集成化、机构简洁化、结构全面优化的整机设计； (2) 满足个性用户的特殊要求的个性化设计； (3) 满足市场多样性和低成本要求的具有新技术特征的起重机新系列产品的模块化设计； (4) 具有自分析、自调整、自纠错的智能化操作的全自动、半自动操作形式的高度机电一体化的起重机设计； (5) 采用新的传感技术具有高精度称量和

21、定位系统的起重机设计； (6) 高速起重机的设计及相应防摇摆、准确对位技术的应用； (7) 采用参数化专家系统的快速反 应设计； (8) 基于成本即时反应的经济性 DFC（ Design For Cost）设计； (9) 极短交货期要求采用并行设计及并行工程技术的设计； (10) 基于产品全寿命周期的方便维护维修的设计及免维护设计； (11) 大型单台复杂产品的虚拟设计及动态仿真的实现； (12) 采用广义优化技术的设计； (13) 起重机动力学（疲劳寿命的分析研究）研究成果的广泛应用。 目前国内外在起重机创新研究方面的主要研究内容有如下几个方面： (1) 创新设计技术 开展对起重机传动型式创

22、新、结构构 造创新和功能原理创新等方面理论及技术基础研究，为此着重研究新材料、新工艺、新的传动装置，从而通过对不同设计方案的优选、分解和组合来产生新的设计方案，不断推出传新创新设计成果。 (2) 降低成本的设计技术 在产品设计过程中采用面向成本设计技术和并行的成本估算技术是使产品成本降低的关键，其中重点要研究的是成本结构分析技术和价值工程分析技术，且需要构造多种专用的设计知识库和成本数据库来精确地并行估算成本。做到产品成本的即时反应，通过设计方案的调整实现设计阶段控制产品成本的真正实现。 (3) 快速设计技术 极短交货期的市场需求要求开展基于网络的协同（异地）设计技术、并行工程技术研究，这样可

23、以缩短产品的开发周期。其中，系列化、模块化设计技术、人工智能技术、产品专家设计系统技术和虚拟制造技术也是快速设计的所要研究的重要内容。 (4) 仿真与虚拟设计技术 建模及仿真软件是计算机仿真技术中的重要研究课题，对创新设计的可视化研究，以及将专家系统模糊决策和人工神经网络等技术引入仿真系统的研究将有助于形成一个高效的、智能的起重机仿真系统。开展虚拟现实（ VR）技术的研究，将使起重机的仿真技术具有一个更加真实方便的输入输出系 统，可以快捷地做出各种方案评价和决策。 (5) 智能设计技术研究 武汉科技大学本科毕业设计 5 起重机智能 CAD（ ICAD）技术和人机智能化设计系统技术的研究，使得面

24、向 CIMS的智能设计走向智能设计的高级阶段。原理方案智能设计；协同求解；基于实例的推理；知识获取、表达和利用等技术也是智能设计技术所要研究的重要内容。 起重机创新设计是起重机技术水平不断提高和发展的源泉，充分利用现代信息技术成果和现代管理手段，综合现代设计技术将对起重机技术发展起到极大的推动作用，起重机技术已处于快速发展阶段，谁的创新设计搞得好，谁就掌握了技术优势，谁 就掌握了市场。 武汉科技大学本科毕业设计 6 3 设计任务 3.1 设计内容： 200t 28m 冶金桥式起重机主梁。 3.2 设计参数： 主起升 起重量： 200t，起升高度： 24m，起升速度： 6m/min，工作级别： M7 付起升 起重量： 50t，起升高度： 28m，起升速度： 12m/min，工作级别： M7 大车运行速度： 80m/min 工作级别： M7 主小车运行速度： 40m/min 工作级别： M7 付小车运行速度： 36m/min 工作级别 ： M7 3.3 设计目的： 本次进行的起重机的设计主要是参照起重机设计规范及起重机设计手册对起重机桥架主梁进行设计计算，从方案论证到具体设计计算，充分发挥了计算机在整体设计中的作用，从而提高了设计质量、缩短了设计周期，提高了工作效率。