1、18T桥式起重机大车运行机构设计摘 要：桥式起重机是一种工作性能比较稳定，工作效率比较高的起重机。随着我国制造业的发展，桥式起重机越来越多的应用到工业生产当中。在工厂中搬运重物，机床上下件，装运工作吊装零部件，流水在线的定点工作等都要用到起重机。在查阅相关文献的基础上，综述了桥式起重机的开发和研究成果,重点对桥式起重机大车运行机构、端梁、主梁、焊缝及连接进行设计并进行强度核算,主要是进行端梁的抗震性设计及强度计算和支承处的接触应力分析计计算过程。设计包括电动机,减速器,联轴器,轴承的选择和校核。设计中参考了许多相关数据, 运用多种途径, 利用现有的条件来完成设计。本次设计通过反复考虑多种设计方
2、案, 认真思考, 反复核算, 力求设计合理;通过采取计算机辅助设计方法以及参考他人的经验, 力求有所创新;通过计算机辅助设计方法, 绘图和设计计算都充分发挥计算机的强大辅助功能, 力求设计高效。关键词:桥式起重机；大车运行机构；主梁；端梁；焊缝；The Design of 8T Bridge Crane Traveling Mechanism Abstract：Bridge crane is a kind of performance is stability, the working efficiency is relatively high crane. Along with the de
3、velopment of Chinas manufacturing industry,bridge crane is widely used in industrial production . Carrying heavy loads in factories , machine tool fluctuation pieces, shipping work on the assembly line for hoisting parts, the designated work with a crane.On the basis of literature review, summarized
4、 the bridge crane development and research results, focusing on bridge crane during operation organization, main beam,end beam weld and connection for design and the strength calculation; Mainly for the girders extent design and strength calculation and the support of contact stress analysis program
5、 in calculation. Design including motor, reducer, coupling, bearing choosing and checking. The design refer to many related information, reference to apply a variety of ways, make the existing conditions to complete design. By considering various design scheme repeatedly, thinking deeply,strive to d
6、esign reasonable; By taking computer aided design method and reference the experience of others,strive to make innovation; Through computer aided design method, graphics and design calculations give full play to the powerful auxiliary function, computer to design efficient.Keywords: bridge crane; du
7、ring operation organization; main beam; end beam; weld;21 绪论1.1 起重机背景及其理论起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运比较重的物件以及不方便或者需要消耗大量人力搬运的物件的多动作起重机械。桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。二十世纪以来，随着钢铁、机械制造业为代表各行各业的快
8、速发展，促进了起重运输机械的发展。对起重运输机械的性能也提出了更高的要求。现代起重运输机械主要任务是繁重的物料搬运，是工厂、铁路、港口及其他部门实现物料搬运机械化的关键。因而起重机的金属结构都用优质钢材制造，并用焊接代替铆接，不仅简化了结。缩短了工期，而且大大地减轻了自重，焊接结构是现代金属结构的特征。我国是应用起重机械最早的国家之一，古代我们祖先采用杠杆及轱辘取水，就是利用了起重设备原理来节省人力的例子。几千年的封建统治年代，导致工业发展停滞，所以我国自行设计制造的起重机很少，绝大多数起重运输设备主要依靠进口。解放以后，随着冶金、钢铁工业的发展，起重机的必需性使得起重运输机械获得了飞速的发展
9、，全国刚解放就建立了全国最大的大连起重机械厂，1949 年10月，在该厂试制成功我国第一台起重量为50 吨，跨度为22.5m 的桥式起重机。为了培养起重运输机械专业的人才，在全国许多高等工业学校中，创办了起重运输机械专业。到目前为止，我国通用门式起重机和工程起重机已从过去的仿制过渡到自行设计制造的阶段。有些机种和产品，无论从结构形式，还是性能指针都达到了较高水平1。1.2 实际意义据资料显示我国起重运输机械行业从上世纪五六十年代开始建立并逐步发展壮大，并已形成了各种门类的产品范围和庞大的企业群体，服务于国民经济各行各业。随着我国经济的快速发展，起重运输机械制造业也取得了长足的进步。2005 年
10、起重运输机械行业销售额达到1272 亿元，“十五”期间平均每年超过30%，2006 年依然保持着持续增长的态势，目前的市场前景非常好 2。70年代以来，起重机的类型、规格、性能和技术水准获得了很大的发展，除了满足国内经济建设对起重机日益增长的需要外，还向国外出口各种类型的高性能、高水平的3起重机。由此可见，起重机的设计制造，从一个侧面反映出一个国家的工业现代化水平。按照现在我国发展的方向来看，我国现在发展工业的脚步一直向前，现在不仅仅是工厂，还有铁路，运输等等许多地方都需要用到起重机，而这些不同的情景下面对起重机的要求都是不一样的，这就促使了起重机的发展，使得现在起重机的产品越来越多样化以其不
11、同的性能来适应不同的需要。所以起重机成为了不可或缺的一种常见工厂设备。所以我认为起重机的地位也是很重要的 3。1.3 研究现状及存在问题在学校组织我们去实习的工厂起重机随处可见，比如在湘电集团有限公司，南车株洲电力机车有限公司的厂房里，基本上都配置了2台或以上的起重机。当时给我的感觉就是这个设备已经成为了一般厂房里的必备了。据资料显示，上个世界70 年代以来，随着生产和科学技术的发展，起重机械无论在品种还是质量上都得到了极其迅速的发展。随着国民经济的快速发展，特别是国家加大基础工程建设的结构件和机器设备的重量也越来越大，特别是大型水电站、石油、化工、路桥、冶炼、航天以及公用民用高层建筑的安装作
12、业的迫切需要，极大的促进了起重机、特别是大型起重机的发展，起重机的设计制造技术得到了迅速发展。随着起重机的使用频率、起重量的增大，对其安全性能、经济性能、效率及耐久性性等问题，也越来越引起人们的重视，并对设计理念、方法及手段的探讨也日趋深入。由于在起重机设计中采取常规设计方法时，许多构件存在不合理性，进而影响整个设备性能。计算机技术的应用在很大范围内解决了起重机的设计问题，尤其是有限元分析方法与计算机技术的结合，为起重机结构的准确分析提供了强力的有效手段，在实际工程已日益普及，且今后的结构分析从孤立的单独构件转变到结构系统的整体空间分析 4。1.4 起重机国内与国外发展动向从古到今，起重设备一
13、直以不同的形式在人们的生活生产当中出现，时至今日，在其细化到承载结构、驱动机构等等各方面都有了很大的发展，而起重机的设计理论、制造工艺、检测手段等也都相比以前更加完善和规范化，并已经成为一种较为完善的机械。但由于生产发展提出新的使用要求，起重机的种类、形式也需要不停发展和创新，性能参数也需要不断变化与究善。由于现代化设计方法的先进性，使起重机设计思维观念有了进一步的提升，其它技术领域和相邻工业部门所取得的新科技成果在起重机上的渗透、推广应用等，更使起重机的各方面不断地丰富更新。因此，起重机将向现代化、智慧化、更安全可靠方便的方向发展 5。1.4.1 国内桥式起重机发展动向4加入世贸组织后，虽然
14、国内市场(特别是配套件)由于自身设备条件原因受到较大冲击，但同时也给我们带来新技术的应用，使国内主机和配套件企业更清晰认识到差距，更多地了解国产产品存在的致命问题，但是我觉得这就其实就使得国内起重机的安全性，稳定性及各方面的性能都将大大的提高，而这过程是引导主机和配套件企业的技术创新和技术进步。国内工程机械产品近十年来一直在发展和进步，但同国外工程机械比较来看，还存在较大差距，就工程起重机而言，今后的发展主要表现在如下几个方面 6：（1）整机性能。（2）高性能、高可靠性的配件。（3）控制系统和智能控制显示系统。（4）操作更方便、舒适、安全、保护装置。（5）向吊重量大、起升高度、大吨位。1.4.
15、2 国外起重机的发展动向（1）重点产品大型化，高速化和专用化。由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高的这个趋势，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求 7。（2）系列产品模块化、组合化和标准化用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机 8。（3）通用产品小型化、轻型化和多样化有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大
16、、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价 9。（4）产品性能自动化、智能化和数字化起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统 10。（5）产品组合成套化、集成化和柔性化5在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，与生
17、产设备有机结合，与生产系统协调配合 11。1.5 桥式起重机设计的总体方案1.5 .1 主梁和桥架的设计主梁跨度：16.5m 主要构件：上盖板、下盖板和两块垂直腹板形式：主梁和端梁采用搭接，方案：走台的宽度取决于端梁的长度和大车运行机构的平面尺寸,司机室采用闭式一侧安装,腹板上加横向加劲板和纵向加劲条或者角钢来固定,纵向加劲条的焊接采用自动焊,主梁翼缘板和腹板的焊接采用贴角焊缝,腹板的下边和下盖板硬做成拋物线形。1.5.2 端梁的设计端梁的中间截面构件：上盖板,下盖板和两块腹板结构：端梁采用箱型的实体板梁式结构，是由车轮组合端梁架组成。由上盖板,下盖板和两块腹板组成 通常把端梁制成分成三个分段
18、,端梁是由两段通过连接板和角钢用高强螺栓连接而成。主要尺寸：端梁的是依据主梁的跨度,大车的轮距和小车的轨距来确定的方案：大车的运行采用分别驱动的。在装配起重机的时候,先将端梁的一段与其中的一根主梁连接在一起，然后再将端梁的两段连接起来。下面对主梁,端梁,桥架进行详细计算和校核。2 大车运行机构的设计2.1 设计的基本原则和要求大车运行机构的设计通常和桥架的设计一起考虑，两者的设计工作要交叉进行，一般的设计步骤 12：（1）确定桥架结构的形式和大车运行机构的传动方式（2）确定车轮与轨道并完成验算（3）确定电动机，减速器，制动器，联轴器，浮动轴，缓冲器的选择。（4）综合考虑端梁与大车的受力装配的关
19、系和完成部分的设计 对大车运行机构设计的基本要求是：（1）机构要紧凑，重量要轻6（2）和桥架配合要合适，这样桥架设计容易，机构好布置（3）尽量减轻主梁的扭转载荷，不影响桥架刚度（4）维修检修方便，机构布置合理2.1.1 机构传动方案大车机构传动方案，基本分为两类：分别传动和集中传动，据起重机设计手册上，桥式起重机常用的跨度（10.5-32M）范围均可用分别传动的方案。方案：分别传动。2.1.2 大车运行机构具体布置的主要问题：（1）联轴器的选择（2）轴承位置的安排（3）轴长度的确定这三着是互相联系的。在具体布置大车运行机构的零部件时应该注意以几点：（1）大车运行机构要安装在起重机桥架上，桥架的
20、运行速度很高，而且受载之后向下挠曲，机构零部件在桥架上的安装会有细微误差，综上原因，凡是靠近电动机、减速器和车轮的轴，最好都用浮动轴 13。（2）为了减少主梁的扭转载荷，应该使机构零件尽量靠近主梁而远离走台栏杆；尽量靠近端梁，使端梁能直接支撑一部分零部件的重量 14。（3）参考资料，对于分别传动的大车运行机构，在浮动轴有足够的长度的条件下，使安装运行机构的平台减小，占用桥架的一个节间到两个节间的长度，总之以桥架的设计和制造方便来考虑 15。（4）制动器要安装在靠近电动机，这样就可以使浮动轴在运行机构制动时发挥吸收冲击动能的作用 16。2.2 大车运行机构的计算已知数据：起重机的起重量 Q=80
21、KN，查手册选择数据，桥架跨度 L=16.5m，大车运行速度Vdc=90m/min，工作类型为中级，机构运行持续率为 JC%=25，起重机的估计重量G=168KN，小车的重量为 Gxc=40KN，桥架采用箱形结构。计算过程如下：2.2.1 确定机构的传动方案本起重机采用分别传动的方案如图 171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1- Electric motor 2- Brake 3- High-speed floating shaft 4- Coupling 5- Reducer 6- Coupling 7- Low-speed f
22、loating shaft 8- Coupling 9- Wheel图 1 大车运行机构Fig.1 Crane traveling mechanism2.2.2 选择车轮与轨道，并验算其强度满载时，最大轮压：Pmax =（1）LeQ2Gxc4-= 5.160816=94.69KN空载时，最大轮压：Pmax= Le2Gxc4-= 5.160168=50.2KN空载时，最小轮压：Pmin =Le2Gxc4-（2）= 5.16240-1688=33.8KN式中的 e 为主钩中心线离端梁的中心线的最小距离 e=1.5m载荷率：Q/G=80/168=0.476由1表 19-6 选择车轮：当运行速度为 V
23、dc=60-90m/min，Q/G =0.476 时工作类型为中级时，车轮直径 Dc=500mm，轨道为 P38 的许用轮压为 150KN，故可用。（1）疲劳强度的计算疲劳强度计算时的等效载荷：Qd=2Q=0.6*80000=48000N 式中 2等效系数，由1表 4-8 查得 2=0.6车轮的计算轮压：Pj= KCI r Pd （3）=1.050.8977450=72380N式中：Pd 车轮的等效轮压Pd = LQd5.12Gxc4c-= .60816=72000Nr载荷变化系数，查1表 19-2，当 Qd/G=0.286 时，r=0.89，Kc1冲击系数，查1表 19-1。第一种载荷当运行
24、速度为 V=1.5m/s 时，Kc1=1.05根据点接触情况计算疲劳接触应力：j=4000321rDcPj（4）=4000323015728=13555Kg/cm2j =135550N/cm29式中 r轨顶弧形半径，由3附录 22 查得 r=300mm，对于车轮材料 ZG55II，当 HB320 时， jd =160000-200000N/cm2，因此满足疲劳强度计算。（2）强度校核最大轮压的计算：Pjmax=KcIIPmax （5）=1.194690=104159N式中 KcII冲击系数，由 3表 2-7 第 II 类载荷 KcII=1.1按点接触情况进行强度校核的接触应力：4jmax=32
25、1maxrDcPj（6）=3230151049=11258Kg/cm2jmax =112580N/cm2车轮采用 ZG55II，查1表 19-3 得，HB320 时， j=240000-300000N/cm2，jmax j。故强度足够。2.2.3 运行阻力计算摩擦总阻力距公式Mm=（Q+G）（K+*d /2） （7）由1表 19-4 Dc=500mm 车轮的轴承型号为：22220K， 轴承内径和外径的平均值为：（80+180）/2=130mm。由1中表 9-2 到表 9-4 查得：滚动摩擦系数 K=0.0006m，轴承摩擦系数=0.02，附加阻力系数 =1.5，代入上式中：当满载时的运行阻力矩
26、：Mm（Q=Q） = Mm(Q=Q)=(Q+G)( + ) =1.5（80000+168000）2d（0.0006+0.020.14/2）10=744Nm 运行摩擦阻力：Pm（Q=Q ） = =2)(DcQM5.074（8）=2976N空载时：Mm（Q=0） =G（K+d/2）=1.5168000（0.0006+0.020.14/2）=504NP m（Q=0 ） = Mm（Q=0） /（Dc/2）=5042/0.5=2016N2.2.4 选择电动机电动机静功率：Nj=PjVdc/（60m ） （9）=297690/60/0.95/2=2.34KW式中 Pj=Pm（ Q=Q）(P m（Q=0）= 2016N)满载运行时的静阻力，m=2 驱动电动机的台数初选电动机功率：N=Kd*Nj=1.3*2.34=3.1KW式中 Kd-电动机功率增大系数，由1表 9-6 查得 Kd=1.3，查2表 31-27 选用电动机 YR160M-8；Ne =4KW，n 1=705r/min，（GD 2）=0.567kg/m 2，电动机的重量Gd=160kg2.2.5 验算电动机的发热功率条件等效功率：Nx=K25rNj （10）=0.751.32.34
