1、 毕业 设计 类 型： 毕业设计说明书 毕业论文 题 目： 400t 梁场门式起重机设计 指导教师： 学生姓名： 专 业： 船舶工程 技术 班 级： 学 号： 时 间： 2013 年 5 月 400t 梁场门式起重机设计 I 400t梁场门式起重机设计 摘 要 本设计以梁场门式起重机结构设计为设计目标，内容包括主梁、支腿、上下横梁等结构的设计。重点为部分结构的载荷计算及载荷组合。其设计很好的体现了结构力学、材料力学在金属结构件和起重机运输中的重要运用。 我国的铁 路工业进入了快速发展的轨道，梁场门式起重机因其在露天作业环境中有其它类型起重机无法替代的优势，因此对其进行研究、创新，使其结构更合理
2、，使用更方便，具有重要的战略和现实意义。 关键词 ： 门式起重机 、 金属结构 、 载荷计算 400t 梁场门式起重机设计 II ABSTRACT The design Beam field gantry crane design goals for design, including the main beam, legs, upper and lower beams and other structures. Focus on part of the structure of the load and load combinations. Good indication of the de
3、sign of structural mechanics, mechanics of materials in the metal structure and the importance of transport used cranes. Chinas railways industry has entered a rapid development track, Beam field gantry crane in its operating environment in the open air there are other types of cranes can not be rep
4、laced advantage, so its research, innovation, its structure is more reasonable, More convenient, has important strategic and practical significance. Key word: Gantrycranes， metal structure， load calculation II 400t 梁场门式起重机设计 III 目 录 1.绪论 . 1 2.金属结构设计计算 . 4 2.1 基本设计参数 . 4 2.2 载荷 . 4 2.3 抗倾覆稳定性 . 6 2.
5、4 金属结构的截面几何特性 . 6 2.5 主梁强度计算 . 8 2.6 主梁静刚度 . 9 2.7 主梁整体稳定性验算 . 9 2.8 主梁局部稳定性验算 . 9 2.9 主梁拼接设计 .11 2.10 支腿强度计算 . 12 2.11 支腿整体稳定性计算 . 14 2.12 支腿局部稳定性计算 . 14 2.13 支腿拼接设计 . 14 3.起升 机构设计计算 . 17 3.1 概述 . 17 3.2 钢丝绳选择 . 17 3.3 卷筒 . 17 3.4 电动机选择 . 19 3.5 开式齿轮传动 . 20 3.6 减速器选择 . 20 3.7 制动器的选择 . 20 3.8 高速轴联轴器
6、 . 21 3.9 低速轴联轴器 . 21 3.10 液压失效保护制动器 . 21 3.11 机构起动时间计算 . 21 3.12 零件疲劳计算实例 . 22 3.13 吊杆的强度校核 . 24 4.大车走行机构设计计算 . 26 4.1 概述 . 26 4.2 运行静阻力 . 26 4.3 电动机的选择与计算 . 27 4.4 选择减速器 . 27 4.5 选择缓冲器 . 27 4.6 车轮与轨道 . 28 400t 梁场门式起重机设计 IV 5.起重小车牵引机构设计计算 . 30 5.1 概述 . 30 5.2 运行静阻力 . 30 5.3 牵引绳的选择 . 30 5.4 卷筒的选择 .
7、30 5.5 选择电动机 . 31 5.6 选择减速机 . 31 5.7 选择联轴器 . 32 5.8 选择制动器 . 32 5.9 小车车轮的强度计算 . 33 6.结论与展望 . 34 参考文献 . 35 致谢 . 36 400t 梁场门式起重机设计 1 1.绪论 起 重机械是用来升降物品或人员的，有的还能使这些物品或人员在其工作范围内作水平或空间移动的机械。取物装置悬挂在可沿门架运行的起重小车或运行式葫芦上的起重机，称为 “ 门架型起重机 ” 。门式起重机一般有大车运行机构的门架、装有起升机构和小车运行机构的起重小车、电气设备、司机室等几大部分组成。外形像一个屹立在工作场所的大门。起升机
8、构用来垂直升降物品，起重小车用来带着载荷作横向移动，以达到在跨度内和规定高度内组成的三维空间里做搬运和装卸货物用。门式起重机是使用最广泛、拥有量最大的一种轨道运行式起重机，其额定起重量从几吨到几百吨。最基本的形式是通用吊钩门式起重机，其他形式的门式起重机都是在通用吊钩门式起重机的基础上派生发展出来的。 在设计过程中，结合起重机的实际工作条件，注意了以下几方面的要求 ：整台起重机与工作场所的配合，以及小车与门架的配合要恰当。小车与门架的相互配合，主要在于：小车轨距（车轮中心线间的水平距离）和门架上的小车轨距应相同，其次，在于小车的缓冲器与门架上的挡铁位置要配合好，小车的撞尺和门架上的行程限位装置
9、要配合好。小车的平面布置愈紧凑小车愈能跑到靠近门架的两端，起重机工作范围也就愈大。小车的高度小，相应的可使起重机的高度减小，从而减少了起重机的自重，节约了材料。小车上机构的布置及同一机构中各零件间的配合要求适当。起升机构和小车平面的布置要合理，二者之间的距离不应太小，否则维修不便 ，或造成小车架难以设计。但也不应太大，否则小车就不紧凑。小车车轮的轮压分布要求均匀。如能满足这个要求，则可以获得最小的车轮，轮轴及轴承箱的尺寸，并且使起重机门架主梁上受到均匀的载荷。一般最 大轮压不应该超过平均轮压得 20%。小车架上的机构与小车架配合要适当。为使小车上的起升、运行机构与小车架配合得好，要求二者之间的
10、配合尺寸相符；连接零件选择适当和安装方便。 在设计原则上，要以机构为主，尽量用小车架去配合机构；同时机构的布置也要尽量使钢结构的设计制造和运行机构的要求设计，但在不影响机构的工作的条件下 ， 机构的布 置也应配合小车架的设计 ， 使其构造简单，合理和便于制造。尽量选用标准零部件，以提高设计与制造的工作效率，降低生产成本 。 本起重机是在高速铁路工程的混凝土梁制作场（简称 “ 梁场 ” ）使用；梁场400t 梁场门式起重机设计 2 制作的混凝土箱梁，质量为 800t，通常用两台跨铁路线的 400t 门式起重机联合吊装；这台起重机也可用来组装架桥机。 梁场的布置情况与作业方式不同，起重机的跨度和起
11、升高度也不同。为适应不同的要求，结构形式也有差异。这类起重机主梁大都采用箱型双梁，支腿采用A 型结构，与主梁为刚性连接。 为改善支腿的受力情况，支腿与主梁的连接也可采用一 侧为刚性，一侧为柔性的结构。柔性支腿与主梁的连接，通常有三种形式：假想铰；球铰；圆柱铰。老式设计用的事球铰，可用推力向心球面滚子轴承来实现。这样，整个门架为一个静定系统，消除由于吊重所产生的侧向（水平）推力；大车歪斜运行时静定门架系统的受力状态也比较明确。随着近代大型结构分析计算软件的普遍应用柔性支腿与桥架的连接，一般都采用假想铰，也就是把一侧的支腿设计成柔性结构。 梁场的使用年限都比较短，轨道基础比较浅，所以起重机的轮压控
12、制在 35t以内。 对梁场使用的门式起重机的金属结构，由于工作级别低，使用年限短 ，可不进行疲劳强度计算。 本起重机的跨度大，为了减少小车自重，采用牵引式小车。这种小车的运行用绳索牵引，绳索驱动机构装在起重机的端梁上。起升机构装在支腿的横梁上，起升绳索通过端梁的导向滑轮，绕过小车的起升滑轮组，从滑轮组出来的钢丝绳固定在另一侧的端梁上。这样，当起升机构停止、运行机构运动时，起升 滑轮组的绳索在运动，但吊钩只作水平运动（无升降运动）；运行机构停止、起升机构运动时，吊钩只作铅垂运动。当两个机构同时开动时，吊钩作倾斜运动。 根据客户的要求，起重机的原始参数如下： 额定起重量： Cp=400000kg
13、跨度： L=38m 起升高度： H=29m 额定起升速度： y=0.55m/min 大车运行速度： h=10m/min 小车运行速度： x=5m/min 400t 梁场门式起重机设计 3 起重机整机的工作级别： A3 (U1， Q4) 金属结构的工作级别： E3 (B2， S4) 起升机构工作级别： M4 大车运行机构工作级别： M3 小车运行机构工作级别： M3 400t 梁场门式起重机设计 4 2.金属结构设计计算 2.1 基本设计参数 额定起重量： 400t 跨度： 38m 工作级别： E3 2.2 载荷 （ 1）移动载荷 移动载荷包括额定起重量、吊具质量和小车质量等的重力： （ 400
14、+10+44） 104N 454 104N 小车平均静轮压： P 静 454 104 8 N=56.75 104N 起升载荷动载系数 2：起升机构采用变频电机，查 表 1 取起升状态为 HC1对应的 2= 2min=1.05。 表 2-1 系数 2 及 2min的推荐值 起升等级 2 2min 起升等级 2 2min HC4 0.68 1.20 HC2 0.34 1.10 HC3 0.51 1.15 HC1 0.17 1.05 运行冲击系数 4：根据运行速度和轨头错位差可计算出： 4 1.1 0.058 y h0.5 1.1 0.058 0.0083 10.5 1.1 小车动轮压： P 动 =
15、 4P 静 =1.1 56.75 104 62.425 104N （ 2）单根主梁上由移动载荷产生的最大弯矩 1）载荷位于最不利位置（如 图 2-1）的支座反力 Ra=4 62.425 0.5 38 0.665 38 104N=120.48 104N 图 2-1 主梁载荷最不利位置 2） 载荷位于最不利位置的截面最大弯矩： 400t 梁场门式起重机设计 5 Mx1max=（ 120.48 18.335 69.3 1） 104N m =2139.7 104N m （ 3）主梁及附属物重力 主梁及附属物包括单根主梁、轨道、走台等的重力： （ 61.117+0.5 6.865+0.5 5.227）
16、104N 67.163 104N （ 4）主梁及附属物自重在跨中截面的弯矩： Mx2 1/8 67.163 1.1 38 104N m 351 104N m （ 5）大车运行机构起动、制动产生的水平惯性载荷和稳定力矩 表 2 大车运行机构制动时产生的水平惯性载荷： PH 5ma 1.5ma 根据大车运行 最高速度 10m/min，查表得 a 0.064m/s2，那么水平惯性力矩与垂直力之比为： 1.5a/g 1.5 0.064/9.81 0.00978 0.01。 大车运行机构的水平惯性载荷对主梁跨中截面的水平弯矩为： My1 1/4 454 1.1 /2 38 1/8 67.163 1.1
17、38 0.01 104N m 27.23 104N m 大车制动引起的水平惯性载荷见 表 2-2 表 2-2 大车制动引起的水平惯性载荷 名 称 重力 /kN 高度 /m 水平惯性载荷 /kN m 稳定力矩 /kN m 货物 4000 34 1530.00 货物吊具 138.3 34 47.02 953.99 小车 440 35 154.00 3033.80 电架、轨道、走台 111 33 36.63 766.01 主梁 1220 31.5 384.30 8424.71 上横梁 162 28.5 46.17 1120.15 加高节 246.3 22.6 55.66 1707.40 变截面节 102 16.06 16.38 709.09 分岔节 92 12.5 11.50 640.55 斜支腿 260 7.2 18.72 1814.38 下横梁 442 2.5 11.05 3090.69 大车 500 0.9 4.50 3498.65 合计 8213.6 2315.90 25759.40 （ 6）风载荷 风载荷对主梁截面产生的弯矩： My2 1/4 0.92 0.49 38 1/8 5.28 38 104N m 38.5 104N m 风力引起的水平力矩如 表 2-3 所示
