10t桥式起重机小车运行机构及小车架

毕业设计（论文）报告
题目 10t桥式起重机小车运行机构及小车架
设计
__ __院（系）_ 专业
学号_____
学生姓名___________
指导教师__________
起讫日期___ 2011.2.21-2011.6.12
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论文作者签名：导师签名：
日期：年月日日期：年月日
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
第一章绪论................................................................................................................... I II
1.1起重机械的发展简史及发展动向.................................................................... I II
1.2起重机械的应用和意义.................................................................................... I V
1.3桥式起重机机构特征简介................................................................................ V I 第二章小车起升机构的设计计算 (8)
2.1设计数据 (8)
2.2确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组 (8)
2.3选择钢丝绳 (9)
2.4确定滑轮主要尺寸 (9)
2.5确定卷筒尺寸并验算强度 (9)
2.6选电动机 (10)
2.7验算电动机发热条件 (11)
2.8选择标准减速器 (11)
2.9验算起升速度和实际所需功率 (11)
2.10校核减速器输出轴强度 (11)
2.10.1输出轴最大径向力验算 (11)
2.10.2输出轴最大扭矩验算 (12)
2.11选择制动器 (12)
2.12选择联轴器 (12)
2.13验算起动时间 (13)
2.14验算制动时间 (13)
2.15高速浮动轴计算 (13)
2.15.1疲劳验算 (13)
2.15.2静强度计算 (14)
第三章小车运行机构的设计计算 (15)
3.1 确定机构传动方案 (15)
3.2 选择车轮与轨道并验算其强度 (15)
3.2.1疲劳计算 (15)
3.2.2强度校核 (16)
3.3 运行阻力计算 (16)
3.4 选电动机 (16)
3.5 验算电动机发热条件 (17)
3.6 选择减速器 (18)
3.7验算运行速度和实际所需功率 (18)
3.8 验算起动条件 (18)
3.9 按起动工况校核减速器功率 (19)
3.10验算起动不打滑条件 (20)
3.11选择制动器 (20)
3.12选择联轴器 (20)
3.12.1高速轴联轴器的选择 (20)
3.12.2低速轴联轴器的选择 (22)
3.13 验算低速浮动轴强度 (22)
3.13.1疲劳验算 (22)
3.13.2静强度验算 (22)
第四章小车架的设计 (24)
4.1 确定小车架的型式 (24)
4.2 确定小车架的结构 (24)
4.3 计算各构件的尺寸，决定小车架的具体构造 (26)
总结 (27)
致谢 (28)
参考文献 (29)
10t桥式起重机小车运行机构及小车架设计
摘要
桥式起重机在工业中占据一个至关重要的角色。

在世界上成千上万的船舶码头、建筑工地、钢铁厂、仓库、核动力站、垃圾废旧贮藏工厂以及其他大工业中心都有使用它们。

这种省时、有效的操作处理体系对工业生产有着重要的贡献。

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，另外还有一些安全防护装置。

起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。

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，同时它也是承受和传递全部起重载荷的结构件。

本课题的主要内容就是起重小车和小车架的设计，即完成小车起升机构和运行机构参数的设计和零部件的选用以及小车架型式和结构的设计，并要运用CAD作图软件完成起重小车和小车架的装配图和重要零件的零件图的绘制。

关键词：桥式起重机；起重小车；小车起升机构；小车运行机构；小车架。

The design of car running mechanism and car frame
of bridge crane
Abstract
Bridge crane occupies a crucial role within industry. It is used throughout the world in thousands of ship terminals, construction sites, steel mills, warehouses, nuclear power and waste storage facilities, and other industrial complexes. The timeliness and effectiveness of this manipulation system are important contributors to industrial productivity.
Generally common bridge crane consists of crane carriage、bridge mechanism and bridge metal structure. And crane carriage consists of three parts of car lifting mechanism、car running mechanism and car frame, in addition to some safety protection devices. Car lifting mechanism includes the motor, brake, reducer, drum and pulleys. Motor drives rotating drum through reducer to make the wire rope around or from rolling down the tube, to put the weights up and down. Car frame is the frame of supporting and installing the car lifting mechanism、car running mechanism and other parts, while it is also the structure of bearing and transmitting all hoisting loads. The main content of this project is the design of crane carriage and car frame，to complete the parameter design of car lifting mechanism and car running mechanism、the selections of the parts and the design of the type and the structure of car frame, and to use the CAD software to draw the assembly of crane carriage and car frame and the parts drawing of the important parts.
Key words: bridge crane; crane carriage; car lifting mechanism; car running mechanism; car frame.
10t桥式起重机小车运行机构及小车架设计
第一章绪论
1.1起重机械的发展简史及发展动向
起重机械和其他自然科学一样，是人类生产斗争经验的总结，它是随着人们的生产实践逐渐发展并不断丰富完善的。

中华民族有着悠久的历史，我国古代人民在起重机械方面也有过伟大的发明和创造。

公元前1765～1760年间，我国还处于在奴隶社会的商朝时期，由于农业灌溉的需要，就已发明了桔槔，它就是由杠杆、对重和取物装置组成的简单的起重工具。

公元前1100年发明了辘轳。

它由支架、卷筒、曲柄、绳索等组成的人力驱动的原始绞车。

辘轳用卷筒的回转运动代替了杠杆的升降，因而加大了物品的起重高度，从而扩大了应用范围。

宋代嘉佑年间（约1000年以前），华北地区怀丙和尚从汹涌的黄河中打捞出几万公斤的镇桥铁牛，从而修复了黄河上的通道－蒲津浮桥（现山西永济县境）。

怀丙所采用的利用水的浮力起吊沉没于河底的铁牛的打捞方法可以说是现代用浮筒打捞沉船方法的起源。

解放前，由于长期受到帝国主义，封建势力和官僚资产阶级的黑暗统治，我国古代的科学技术未能得到继承、发展，不要讲自己设计制造新型的起重机械，就连最简单的起重工具大多也要靠国外进口。

1949年到1957年，是我国起重运输机械制造的创业阶段。

当时由于缺少设计能力，大多数产品是按国外图纸仿造的。

解放后，在中国共产党和人民政府的领导下，陆续在大连、上海建立了起重机械的专业工厂。

1952年又在上海交通大学成立了我国第一个起重运输机械专业，培养专业技术人才。

接着又成立了全国性起重运输机械的科研单位。

1958年到1965年，各企业逐渐由仿造走上了自行设计的道路。

先后进行了通用桥式起重机、带式输送机、斗式提升机等八种产品系列设计，同时，还逐渐开展了以改进产品结构、性能、提高产品质量和开发新产品为目标的科研工作。

1966年到1978年，起重运输机械行业的生产虽然历经艰难曲折，但在技术上仍有发展。

主要表现在：对一些量大面宽的产品进行了系列设计或系列更新设计，如CD、MD和CD1、MD1型电动葫芦，LD型电动单梁桥式起重机，LH型电动葫芦双梁桥式起重机，TD75型带式输送机，DX型钢丝绳芯带式输送机，HS型手拉葫芦等；发展和制造了一批国家急需的新产品，如450t桥式和门式起重机以及2300t双小车桥式起重机。

1979年以后，由于实行改革开放政策，我国起重运输机械行业的技术水平有了很大提高。

主要是增强了成套设备的供应能力，如国内研制的首都机场行李包装卸
输送系统和旅客登机桥全套设备，与国外合作生产的年产量2000～3000万吨的秦皇岛煤炭出口码头成套装卸设备，宝钢140mm无缝钢管厂、1900mm板坯连轧厂、2030mm冷连轧厂与2050mm热连轧厂等冶金专用成套设备；引进了一批起重运输机械产品和通用零部件的设计制造技术，如电动葫芦、带式输送机、液压推杆、液力耦合器、起重电磁铁等；研制了一批新产品；产品的制造工艺水平普遍有了提高。

目前起重运输机械在我国已发展成为包括科学研究、高等教育、设计制造的完整的专业体系；全国有数百家专业工厂生产着各式各样的起重运输机械产品。

现在我国已能自行设计制造冶金用的350t铸造起重机、300t锻造起重机、350t液压脱锭起重机、水电站用的400t和500t坝顶门式起重机，造船用的200t门式起重机、160t门座起重机和新型80t圆筒形门座起重机，最大起重量达200t的全回转浮式起重机、起重力矩120t.m的高层建筑用自升式塔式起重机和最大起重力矩已达3000t.m的电站设备安装用塔式起重机等。

我国的起重机械制造行业起步较晚，原有的基础比较薄弱，与工业先进国家相比，差距不小。

但是，我国起重运输机械行业经过了四十多年的不断发展，目前的差距明显缩小，已经建立起自己的起重运输机研究部门、生产厂和专业人才培养的高等学校，并能够批量生产各种类型的起重机械，不仅初步满足了国内市场的需求，部分产品还打入了国际市场。

纵观世界各国起重运输机械发展的现状，对今后的动向，可归纳如下：
1、大型化
由于石油、化工、冶炼、造船以及电站等的工程规模越来越大，所以吊车起吊物品的重量也越来越大。

如海上采油平台的超大型结构件重达3000t，所以目前世界上起重量最大的起重机是3000t的浮式起重机。

2、重视“三化”，逐步采用国际标准。

所谓“三化”，是指起重机械的标准化、系列化和通用化。

贯彻“三化”可以缩短设计周期，保证产品制造质量，便于管理和提高产品效益。

世界上许多国家，不仅重视产品的“三化”工作，而且非常注意采用国际标准（ISO）。

有的国家甚至废除本国标准而直接采用国际标准，其目的是为了促进商品的国际交流。

3、实现产品的机电一体化
机械产品需要更新换代。

在当今计算机技术、自控技术及数显技术大发展的年代里，更新换代的重要标志是实现产品的机电一体化。

在起重运输机械上应用计算机技术，可以提高作业性能，增加安全性，以至实现无人自动操作。

4、人机工程学的应用
起重运输机械一般应用在沉重和繁忙的、环境比较恶劣的场合。

为减少司机的作业强度，保持旺盛的注意力，应根据人机工程学的理论，设计驾驶室，改善振动和噪声的影响，防止废气污染，使其符合健康规范的要求。

1.2起重机械的应用和意义
工业正创造时代和改变时代，是它构筑、支持和培育着社会。

现在，主导各文明国家人民的理想正从高度工业化的社会转向梦幻般的21世纪，单若离开了工业就
不能期望人类的进步，而在使人类产生新的需求的同时，提供满足该需求的各种手段，还是工业。

起重机，曾使诗人赞叹为“画在天空中的弧”、“力与美”、“巨人之臂”。

当前，各产业部门所用的起重机仍以桥式起重机和龙门起重机为主。

在土木建筑领域内，龙门起重机的应用也日趋增加，成为不可缺少的装卸设备。

近年来，起重机已由过去的桁架结构变为单腹结构或箱形结构，外形也更美观了，其性能和功能也有了很大的发展。

就拿运用较多的桥式起重机来简要说明：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。

桥式起重机的主要特点在于：它不占据建筑物内的主要底面，却能以较少的物资材料和极为稳定的形态把建筑物内各处都当作可能的作业范围，进行高速、高效的服务。

此外，桥式起重机容易以廉价实现借助控制盘和操纵盘进行自动操纵、或半自动操纵、内装电脑的程序操纵。

设置在室内的起重机中，桥式起重机约占90%。

起重机械广泛应用于工矿企业、港口码头、车站仓库、建筑工地、海洋开发、宇宙航行等各个工业部门，可以说陆地、海洋、空中、民用、军用各个方面都有起重机械在进行着有效的工作。

使用起重运输机械，能减轻工人劳动强度，降低装卸费用，减少货物的破损，提高劳动生产率，甚至完成人们无法直接完成的某项工作。

起重机械的基本任务是垂直升降重物，并可兼使重物作短距离的水平移动，以满足重物装卸、转载、安装等作业的要求。

起重机械是现代化生产必不可少的重要机械设备，它对于减轻繁重的体力劳动、提高劳动生产率和实现生产过程的机械化、自动化以及改善人民的物质，文化生活需要都具有重大的意义
没有起重机械，不仅工作效率低、劳动强度大、甚至难以工作。

高层建筑的施工、安装、等等都离不开起重机械。

例如一个20万千瓦的火力发电站，如果全部用煤作燃料，那么每天需消耗煤约2400吨。

如果考虑从煤场到锅炉仅有半公里的路程，则每天就需1500名工人搬运，这么多的人如何组织工作，遇有风雨冰雪又将如何!又例如一艘时速18海里的5万吨级的货船，往返7000海里的航线需时仅16天，而在6个港口停靠装卸的时间却有37天，装卸费用约占总运费的40%～60%，由此可见起重机械的重要性和提高装卸效率的迫切性。

起重机械不仅可以作为辅助的生产设备，完成原料、半成品、产品的装卸、搬运，进行机电设备的安装、装修，而且它也是一些生产过程工艺操作中的必须设备，例如钢铁冶金生产中的各个环节，从炉料准备、加料到炼好的钢水浇铸成锭以及脱模取锭等。

又例如原子能工业中的一些工艺操作等人所难达之处，没有起重机械，简直无法生产。

据统计，在我国冶金、煤炭部门的机械设备总台数或总重中，起重运输机械约占25%～65%。

起重机械与运输机械发展到现在，已经成为合理组织成批大量生产和机械化流
水作业的基础，是现代化生产的重要标志之一。

在我国四个现代化的发展和各个工业部门机械化水平、劳动生产率的提高中，起重机械必将发挥更大的作用。

1.3桥式起重机机构特征简介
桥式起重机小车主要由起升机构，小车运行机构和小车架三部分所组成；另外还有一些安全防护装置。

我国制造的桥式起重机的小车具有下列特征：
1）起升和运行机构由独立的部件构成。

这些部件间采用补偿联轴器联系起来。

齿轮联轴器补偿了转轴中心线的偏差和歪斜。

这些偏差和歪斜系因制造与安装不精确，以及小车架变形而发生部件间彼此位移所引起的。

由于采用了分组的独立部件，因此采用了分组的独立部件，因此使机构的装拆方便。

2）在设计机构和小车架的时候，遵循“三化”（标准化，通用化和系列化）的原则。

这使得零部件的互换性得到了保证，大大地降低了制造和使用维护起重机的费用，并使所需零件和部件的备品量缩减到最少。

3）小车的车架用钢板焊接而成。

在车架上焊有底板，电动机、减速器、制动器和可拆卸的轴承座等均安装在这种地板上。

为了简化车架的加工，底板的加工面应尽量布置在同一水平面或垂直面上。

4）起升机构和运行机构采用减速器式传动装置，仅在起重量较大、传动比高时，低速级才采用一级开式齿轮，而高速级仍采用减速器传动。

5）所有机构中都采用滚动轴承。

卷筒和车轮安装在带有两个角形轴承箱的转动心轴上。

而主动车轮安装在带有两个角形轴承箱的独立转轴上。

它与转速器的输出轴端用联轴器相连接。

因此，拆卸联轴器后车轮可与其轴承箱一起从轨道上推出。

减速器也可以单独地装拆。

6）过去都采用短行程或长行程交流电磁铁、弹簧上闸的瓦块式制动器，而重坠上闸的长行程电磁铁制动器已经很少使用。

近年来趋向用制动性能良好的电动液压推杆和电磁液压推杆式制动器来取代上述几种制动器。

要求制动平稳和容易得到直流电源的地方，还可应用直流电磁铁制动器。

为使部件容易装拆，通常，将制动轮与齿轮联轴器做成一个部件。

单根据机构布置需要，也可以将制动轮作成独立的零件来安装。

7）在制造起重机时，由于零件的热处理得到了广泛的应用，从而大大提高了零件表面的耐磨性，延长了它们的使用寿命。

8）为简化起重机机构的维护工作，轴承的润滑最好采用集中润滑系统。

起重小车除有起升、运行机构和小车架外，还必须有必要的安全保护装置：如栏杆、排障板、限位开关、撞尺和缓冲器等。

9）起重机的起升机构有闭式传动和开式两种传动方案。

大起升高度的起升机构解决大起升高度的合理方案有：减小滑轮组倍率、双层卷绕和多层卷绕三种。

起升机构的机械变速方法有：拨叉变速减速器、双电动机-行星减速器传动、双电动机-行星联轴器（微动装置）传动。

小车运行机构有带有开式齿轮传动的方案和全部为闭式齿轮传动的方案两种。

组成桥式起重机小车的主要部件有：电动机、减速器、联轴器、制动器、车轮组、缓冲器、定滑轮组、卷筒、吊钩装置
和小车架等。

10）小车架是支承和安装起升机构和小车运行机构的机架。

在设计时，要求有足够的强度和具有一定的刚度，重量轻，制造安装方便。

因此它是重量较大的一个部件，所以在保证强度、刚度足够的前提下，减轻它的重量，对于降低小车轮压、减轻桥架负载和节约钢材方面都具有一定的意义。

小车架的主要受力构件有：两根顺着小车轨道的纵梁，两根或数根与之相垂直的横梁。

纵梁支承在车轮的轴承上；横梁与纵梁焊在一起形成一刚性整体。

起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。

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，驱动装置常采用万向联轴器。

起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，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。

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，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，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。

第二章小车起升机构的设计计算
2.1设计数据
一、起重量；起升高度；
二、起升速度；
三、小车运行速度；
四、大车运行速度；
五、整机工作级别均；
六、机构工作级别；
七、钢结构为双箱梁。

2.2确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组
考虑到结构紧凑的原则决定采用如图2.1所示的传动方案，采用双联滑轮组。

已知起重量，查[1]中表4-1取滑轮组倍率：
因而承载绳分支数为：
图2.1 起升机构计算简图
查[1]附表5选型号为吊钩组，所选滑轮吊钩组自重；两动滑轮间距
2.3选择钢丝绳
滑轮组采用滚动轴承，当，查[12]中表2-1的滑轮组效率：
钢丝绳所受最大拉力：
查[16]中表2-3得中级工作类型，安全系数，钢丝绳选用6×19型钢丝绳，其破断拉力换算系数.钢丝绳的计算钢丝破断拉力总和：
查GB1102-74，选择6×19钢丝绳，公称抗拉强度1550N/mm2,直径，其钢丝破断拉力总和为,标记如下：
钢丝绳6×19－14－1550－I－光－右交（GB1102-74）
2.4确定滑轮主要尺寸
滑轮的许用最小尺寸：
式中系数由[12]中表2-3查得。

由[1]附表1中选用标准滑轮，由[1]中附表2取平衡滑轮直径；可由[15]中表23-10查得两种滑轮的绳槽部分的尺寸。

2.5确定卷筒尺寸并验算强度
卷筒直径：
选用。

由[15]表23-12查得绳槽螺距。

卷筒长度：
取（注：取较大数据是考虑到减速器输出轴的强度问题）
式中—附加安全圈数，取
—卷筒中央不切槽部分长度，取其约等于吊钩组两工作动滑轮的间距，即，实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；
—卷筒的计算直径.
卷筒壁厚：
取
卷筒壁的压应力验算：
对于HT15-33铸铁材料：
抗压强度极限：；
抗拉强度极限为：。

故许用压应力：
,故强度足够。

由于卷筒的长度，尚应计算由弯矩产生的拉应力(弯矩图如图2.2所示)：。