1、金属结构课程设计说明书 1 第一章 绪论 1-1 桥式起重机概述 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。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。 普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。 起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑
2、轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。 起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两 边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的 “ 三合一 ” 驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用制动器、减速器和电动机分散安装的驱动方式。 起重机运行机构一般只用两个主动和两个从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四
3、个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。 桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由 单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和两根端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。 箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。金属结构课程设计说明书 2 正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单
4、，制造方便，适于成批生产，但自重较大。 偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截 面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁，自重较小，但制造较复杂。 四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其它结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。 空腹桁架结构类似偏轨箱形主梁，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形梁外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上 、下水平桁架表面铺有走台板，
5、起重机运行机构及电气设备装在桥架内部， 自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。 桥式起重机分类： 1) 普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达 60 米。 2) 简易梁桥式起重机又称梁式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主梁是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面梁，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字梁的下翼缘上运行。桥架可以 沿高架上面的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂梁式起重机。 3) 冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中
6、可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。主要有五种类型。 4) 铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。 5) 夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉 中，或把它取出放到运锭车上。 金属结构课程设计说明书 3 6) 脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢
7、锭。 7) 加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。 8) 锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起 工件。 在设计过程中，结合起重机的实际工作条件，要注意以下几方面的要求：整台起重机与厂方建筑物的配合，以及小车与桥架的配合要恰当。小车与桥架的相互配合，主要在于：小车轨距（车轮中心线间的水平距离）和桥架上的小车轨距应相同，其次，在于小车的缓冲器与桥架上的挡铁位置要配合好，小车的撞尺和桥架上的行程限位装置要配合好。小车
8、的平面布置愈紧凑小车愈能跑到靠近桥架的两端，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，从而降低了厂房建筑物的高度。 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，并且使起重机桥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，要求二者之间的配合尺寸相符；连接
9、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。小车各部分的设计应考虑制造，安装和维护检修的方便，尽量保证各部件拆下修理时而不需要金属结构课程设计说明书 4 移动邻近的部件。总之，要兼顾各个方面的相互关系，做到个部分之间的配合良好。 本次设计为 8t 电动双梁吊钩桥式起重机设计，我在参观，实习和借鉴各种文献资料的基础上，同时在老师的精心指导下及本组成员
10、的共同努力下完成 1-2 桥式起重机设计参数 设计某厂 加工车间使用的电动双梁吊钩桥式起重机 : 起重量 Q 8t 跨度 L 19.5m 工作级别 A5 起升高度 10m 起升速度 8m/min 小车运行速度 40m/min 大车运行速度 90m/min 起重机总重 19.2t 小车自重 4t 小车轮距 xcB 1.4m 小车轨距 K 3m 大 ,小车工作级别 M5 金属结构课程设计说明书 5 第二章 载荷计算 2-1 固定载荷 （ 1）梁自重：由 “ 文献 一 ” ，中公式 7-26 12 ( )3G hSm （ 4-1） 式中 h-梁的高度，单位 mm -箱形梁的两块腹板厚度，单位 mm
11、-钢材密度，取为 Q235 钢，密度为 7.8510 -3g/ mm3 S-梁的 跨度 ,单位 mm -构造系数。 没有 加劲肋时， =1. 0。有横向加劲肋时， =1.2 。 主梁 图 2 1 主梁基本尺寸 根据经验公式主梁 高 度 h=（ 1114 17 ） L=1147 1393mm； 取腹板高度 0h =1300mm； 腹板厚度 =8 mm； 翼缘板厚度 0 =10mm 主梁总高度 1H =0h +2 0 = 1320mm； 主梁宽度 0b =(0.4 0.5) 1H = 528 660mm 取 腹板内侧间距 0b =550 mm60L =325 mm 且 13H =440 mm，符合
12、要求。 金属结构课程设计说明书 6 则主梁宽 1B =0b +2 =550+16=566mm 上下翼缘板相同为 10 mm600mm； 腹板左右相同为 8mm1300mm 端梁 图 2 2 端梁基本尺寸 根据经验公式 高度 2H (1/2 1) 0h =650 1300mm，取 2H =700mm 取翼缘板厚度 1 =10； 则腹板高度 h= 2H -21 =680mm 端梁内宽 b=（ 0.4 0.5） 2H =280 350 取 b=300mm 取腹板厚度 2 =8mm； 端梁 总宽 2B =b+21 =300+20=320mm 其中 端梁长度 初步估算取 S=3500mm 所以 1)单根
13、主梁的质量为 1Gm 2 1300 87.8510 -3 19500 （ 1.2-13） =2759kg 重量 1GP = 1Gm g=27599.81N= 27066N 2)单根端梁的质量 2Gm =2 680 87.8510 -3 3500 （ 1.0-13） =199kg 重量 2GP = 2Gm g=1999.81N= 1952N； 则 端梁均布载荷 F均 =1952/5.8=337N/m （ 2）小车轨道质量 查 “文献二” 起重机课程设计附表 22 轨道选用轻轨 15（线密度 q=15kg/m）。 质量 1m =Lq =19.515=292kg 重量 GgP = 1m g=2929
14、.81= 2865N 金属结构课程设计说明书 7 （ 3）走台、栏杆 、 等质量 参照以往类似跨度双梁桥式起重机的设计 取半桥架上的走台、栏杆等 质量 Glm =0.4t 重量 GlP = Glm g=4009.81N= 3924N （ 4）半桥架总重量 3 3 8 5 5P g1 GlGGBQ PPP N 半桥架总质量 kg3 4 5 111 GGlBQ mmmm 主梁的均布载荷 qF = SPBQ =33855/19.5=1736N/m （ 5）一组大车运行机构的重量： 大车运行机构的设计 ： 由于本起重机跨度为 19.5m，在起重机的常用跨度（ 10.5-32m） ,大车运行机构的传动方
15、案采用分别驱动。其大车运行机构的布置方式如图所示 图 2 3 大车运行机构 1-电动机 ;2-制动器： 3-带制动轮的半齿联轴器； 4-浮动轴 ;5-半齿联轴器； 6-减速器； 7-全齿联轴器； 8-车轮 查 “文献 二 ” 中表 7-3 大车运 行机构的估计重量，由前面知大车运行机构采用分别驱动，则单套 GlP =4500N 重心作用位置 1l =1.5m 金属结构课程设计说明书 8 （ 6） 选 司机室重量： 查“文献二”表 7-3 知，司机操纵室的重量是固定的集中载荷，初算时可取 KN1510 ,考虑大车运行机构的电动机和减速器等较沉部件重量。取NPGs 10000 ， 敞开式操纵室，
16、其中 重心作用位置 0l =2.8m。 综上可知起重机总重 tPPmmmM GsGjGBQ 6.2381.9)2()(2 2 与已知条件 22.3 相差不大，因此满足要求。 2-2 小车轮压 起升载荷为 QP = Qm g=80009.81=78480N 有题意知 小车 总 质量 m=4000kg 小车自重 GxP =39240N 小车轮压： 2221)/5.0()(/5.0(lKebPPlbKebPPGxxGxx NP 370001 NP 360002 空载轮压 NPP Gx 98104/ 2-3 动力效应系数 起升冲击系数 1.11 起升动载系数 q min22 查“文献一”综合表 3-1
17、和 3-2得 式中 min2 =1.10； 2 =0.34； q =8m/min；起升速度 所以 2 =1.10+0.348/60=1.145 运行冲击系数 hy 058.01.14 金属结构课程设计说明书 9 式中 y =90m/min=1.5m/s；大车运行速度； H=1mm，轨道接头处两轨面高度差； 所以 4 =1.1+0.0581=1.158 2-4 惯性载荷 大小车都是 4 个车轮，其中主动轮各占一半，按车轮打滑条件确定大小车运行的惯性力 （ 1）一根主梁上的小车惯性力： 考虑起升动载系数 2 ，则小车轮压为 NPP 42365121 ； NpP 41220222 ； 单根主梁上 受
18、到的总轮压 21 PPp =83585N 83585 59702 7 1 4xg PP N N （ 2）大车运行起制动惯性力 小车质量和总起升质量产生的水平惯性力 15maPH 式中 5 -动力效应载荷系数，查 文献 一表 3-4取为 1.5； m=12000kg； 1a -大车起制动平均加速度，为 0.15m /s2 NP H 2 7 0 015.01 2 0 0 05.1 ； 由半桥架质量引起的水平惯性力 NamF BQH 7.67715.03 0 1 25.115 主梁跨端设备惯性力影响力小，忽略。 （ 3）小车起制动产生的水平惯性力 25maPH 式中 2a -小车起制动时平均加速度，
19、为 0.098/s2 所以 NP H 5 8 80 9 8.04 0 0 05.1 金属结构课程设计说明书 10 2-5 偏斜运行侧向力 由于偏斜运行侧向力与最大轮压之和，有效轴距，跨度有关，下面分两种情况讨论： 图 2 4 满载小车在主梁跨中央 的受力分析 1.满载小车在主梁跨中央 1 2 j 2 1 x cy = 0 P 2 + 0 . 5 ( P + P )R R G G G G S QP P P P P 1 2 j 1 0= 0 P 0 . 5 ( - L 1 ) + 0 . 2 5 ( P + P ) L + 0 . 5 P 1 ( )B R G G Q X C G G j G SM
20、 L P L P L L P L P L L 解得 1PR =104932N 2RP =92156N 则左侧端梁总静轮压 1=2RPP =209864N 由 LB =13.5/5=2.7 查得 =0.15； 侧向力 1SP =12P =12209864 0.15=15740N 2.满载小车在主梁左端极限位置 *1 2 j 2 1 x cy = 0 P 2 + 0 . 5 ( P + P )R R G G G G S QP P P P P * 1 2 j 1 0= 0 P 0 . 5 ( - L 1 ) + 0 . 2 5 ( P + P ) 2 + 0 . 5 P 1 ( )B R G G Q X C X C G G j G SM L P L P L L P L P L L （ L-B ）解得 *1RP =132956N *2RP =64131N 左侧端梁总静轮压为 * 1=2 RPP =265912N 侧向力 2SP = 12P =19944 N
