5吨电动单梁桥式起重机设计

绪论随着国民经济的发展，起重机械已成为许多部门必不可少的设备，在现代化大生产的条件下，随着工艺流程的机械化和自动化程度的不断提高，起重机械在生产过程中，从辅助设备逐渐成为连续生产流程中的一种专用设备。

在生产技术不断发展的条件下，起重机的种类越来越多，通用桥式起重机（俗称天车或行车）和门式起重机（又称龙门起重机）是其中被广泛应用的两种。

起重机是一种间歇动作的机械，其工作特点具有周期性，在每一个工作循环中，他的主要机构作一次正向及反向运动，每次循环包括物品的装载及卸载，搬运物品的行程和卸载后的空钩回程，前后两次装卸之间还包括辅助准备时间在内的短暂停歇。

在工作循环中，起重机各机构一般不同时开动，而是根据工作需要彼此协同工作的，但在一个循环中各机构都有自己的动作延续时间，此外，即使在开动阶段，机构的负载情况有带载和空载之分，即使是带载，载荷大小也有变化，另外操作熟练程度对机构的受力情况也有影响，操作不平稳会使构件带来冲击载荷，加剧疲劳，磨损或发热。

严重的可能导致事故，除上述工作条件外，还需考虑起重机的工作环境，如在高温车间，酸碱车间，都会影响机械的强度，为了充分估计这些情况和避免产生意外的后果，在设计、选择或效验起重机以及选择电动机和电器设备，必须从实际出发，根据不同的工作情况，应用不同的安全系数和许用应力，为此，要把起重机械根据忙闲程度和负荷情况分为不同的工作类型，但起重机械是由各机构组成的，起重机械在工作，也就是他的机构在运行，因而必须考虑到各机构的工作类型，由于这些机构的用途不同，工作时间长短也不同，（例如起升机构在装卸物品时，其他机构停歇不动），而且在工作过程中，各机构运行速度和所受载荷业不同，所以在同一起重机械中，各机构的运行速度和所受的载荷是不同的，因此，在设计计算各机构的零部件时，应根据零部件的工作类型分别进行，整体起重机械和金属结构的工作类型是根据主起升机构决定的，而且于他属于不同的同一种工作类型。

第1章 主要技术参数选择电动单梁桥式起重机属于有轨运行的轻小型起重机。

常用于机械制造、装配、仓库等场所。

根据设计任务书要求并参考同类产品及有关技术资料，初步确定本起重机主要技术参数如下：起重量：N Q 4105⨯= 跨 距：L=16.5 m 工作制度：中级JC 25﹪ 起升速度：m in /8m V =起 起升高度：H = 9m电动葫芦自重：N G 4105.0⨯=电动葫芦运行速度：V=30 m/min 操纵室尺度：30.28.15.1m ⨯⨯主体结构：主梁结构与横梁结构均采用钢板压制U 槽钢与工字钢组焊成箱形实腹板梁，两者间电焊连接。

机构动力：起升机构与小车运行机构，均采用CD 、MD 等形式的电动葫芦；运行机构采用分别驱动形式，驱制动靠锥形制动电动机来完成。

初定外形尺度，见下图（1）图（1）外型尺寸第2章 主梁计算2.1主梁断面几何特性参考同类产品，查型材标准GB705-65 选 I28a 普型工字钢，初定主梁断面尺寸，见下图（2-1）型截面尺寸 mm F 331=2.1.1 计算主梁断面面积F 1051033220255524005240052)52400(5.02)2(5.033122111⨯+⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯-==⨯++⨯⨯+⨯⨯-=l h F l h L σσσ计算得2151cm F =Χ图（2-1）截面尺寸2．1.2 求主梁断面水平形心轴x-x 位置∑∑⋅=i ixi fy F y 1式中：∑i F——主梁断面的总面积)(2cm∑⋅ixiyF ——各部分面积对x ＇-x ＇轴的静距之和)(3cmixy ——各部分面积形心至x ＇-x ＇轴的距离(cm)计算得：cmy i 37=2. 1.3 计算主梁断面惯性矩J х 、J у)(42cm y F i x J i i x ∑∑⋅+=)(42cm x F i y J i i y ∑∑⋅+=计算得 )(1115454cm J x = )(218494cm J y =2.2主梁强度计算主梁强度计算按Ⅱ类载荷进行组合。

由于小车轮距很小，活动载荷可近似的按集中载荷布置车跨中，验算主梁跨中断面的弯曲应力和跨断面的剪应力。

跨中断面弯曲应力包括梁的整体弯曲应力和由小车轮压在工字钢下翼缘引起的局部弯曲应力，合成后进行强度校核（水平惯性力对主梁造成的应力及其水平面内载荷对主梁扭转产生影响很小，故予忽略）梁的整体弯曲，在垂直内按简支梁计算，在水平面内按刚性框架计算。

受力分析见（图2-2）图（2-2）受力图2.2.1 垂直载荷在下翼缘引起的弯曲应力MPa qL K L G K L Gn K Q J y II S II II II x i ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++=824)(2ϕσ式中：Q ——额定起重量，N Q 4105⨯= nG ——电动葫芦自重，NG n 4105.0⨯=Ⅱφ——动力系数，对中级工作类型2.1=Ⅱφ ⅡK ——冲击系数，对操控室操纵时，1.1=ⅡKsG ——操纵室重量，取NG s 4104.0⨯=q ——桥梁单位长度重量N/m'1000q r F q +⋅⋅=其中：F ——主梁断面面积 2410151m F -⨯=r ——材料比重，3/m Nq ’——主梁横加筋板的重量所产生的均布载荷，取q ’=75N/m计算得：q=1260N/mMpa 0.1062=σ2.2.2 主梁工字钢下翼缘局部弯曲计算：A 计算轮压作用点位置i 及系数等，见下图（2-3）i=a+c-e式中：i ——轮压作用点位置与腹板表面的距离。

（cm ）C ——轮缘与工字钢翼缘之间的间隙，取c=0.4cmcmd b a 675.52=-=对普通工字钢，翼缘表面斜度为61，葫芦走轮踏面曲率半径R ，由标准样本得 R=17.5cm e=0.164R=2.87cm所以，cm i 205.3=57.0==a iζ图（2-3）工字钢B 工字钢下翼缘局部弯曲应力计算① 图（2-3）中I 点横向（在xy 平面内）局部弯曲应力1σ由下式计算Mpa t P K a L2111±=σ式中：1a ——翼缘结构形式系数，贴板补强度时取9.01=aL P ——葫芦走轮集中压力，取N P 42109.1⨯= 1K ——局部弯曲系数，查图5-13，9.11=K t ——工字钢翼缘平均厚度，t=1.37cmσ――补强板厚度，σ=1cm 计算得：Mpa 411057.0⨯±=σ② 图（2-3）中I 点纵向（在yz 平面内）局部弯曲应力2σ202212t P K a ⋅=σ式中：2K ——局部弯曲系数，查图（2-4）6.02=K计算得：N 421018.0⨯=σ ③ 图（2-4）中Ⅱ点纵向（在yz 平面内）局部弯曲应力3σ由下式计算20323t P K a L⋅⋅=σ式中：3K ——局部弯曲系数，查图（2-4）4.03=K2a ——翼缘结构形式系数，贴板补强时取5.12=a计算得N431020.0⨯=σ图（2-4）弯曲系数2.2.3主梁跨中断面当量应力计算图（2-3）中I 点当量应力ID σIDσMpaZ Z 7.107)1060183(579)1060183(579)()(22212221=+⨯-++=+-++=σσσσσσ图（2-3）中I 点当量应力D ⅡσNZ D 43103.1263.200.106⨯=+=+=σσσⅡ2.2.4 强度校核A 材质 主梁与主梁结构全部采用A3钢板和A3型材焊接而成，并用结422或427焊条焊接。

查GB700-79、GB709-65，GB706-65材质的屈服限Mpas 240210～=σ B 安全系数n 对于Ⅱ类载荷，一般情况下取n=1.4C 许用应力[σ][σ]=n sσ =150～171MpaD 强度校核 按[σ]=150Mpa 计算，主梁跨中当？应力ID 与D ∏均小于[σ]，满足强度要求。

2.3刚度验算2.3.1 主梁跨中断面的垂直静挠度f 11f =EJ L G Q n 483）（+≤[f]式中：Q —额定起重量5×410Nn G—电动葫芦自量0.5×410N L —跨距，L=1650cmE —材料弹性模量，对A3钢E=2.1×710MpaJx —主梁断面垂直惯性距，Jx=1114874cm 1][f —许用垂直静挠度㎝，取1][f =700L=2.36㎝计算得1f =2.2㎝＜2.36㎝，满足要求。

2.3.2 主梁跨中断面的水平挠度2f2f =EJy L G Q n 9603）（+≤2][f式中：Jy —主梁断面水平惯性距，Jy=218494cm 2][f —许用水平静挠度㎝，取2][f =2000L=0.825㎝计算得：2f =0.56㎝＜0.825㎝，满足要求2.3.3 主梁动刚度验算对于有操纵室控制的电动单梁起重机，须进行桥梁的动刚度性验算。

验算可用控制主梁振动衰减时间或控制自振周期的办法，以下按自振周期法计算。

在垂直方向的自振周期T （s ）：T=2πK M≤[T]式中：M ——起重机和电动葫芦的换算质量，M=g 1（0.5gL+Gn ）g ——重力加速度，g=980㎝/2Sq ——主梁均布载荷，q=125N/cm n G ——电动葫芦重量，N G n 4105.0⨯=K ——主梁刚性系数，cm N L EJ K x /1059643⨯== [T]——许用自振周期（s ）计算得 T=0.11125<0.35 满足要求2.3.4 主梁稳定性验算主梁整体稳定性：由于主梁水平刚度比较大，可不计算主梁的整体稳定性主梁腹板的局部稳定性：由于电动葫芦小车的轮压作用在主梁的受拉区，所以主梁腹板局部稳定性不予计算主梁受压翼板的局部稳定：由于本起重机主梁采用冷压成形的U 型槽钢，通过每隔一米间距的横向加筋板及斜侧板同工字钢组焊成一体，U 型钢的两圆角将大大加强上翼缘板稳定性，所以受压翼缘板的局部稳定性可不计算。

第3章 端梁计算采用钢板冷压成U 形再组焊成端梁结构，车轮利用心轴安装在端梁两端腹板上，端梁则通过车轮将主梁及载荷支撑在轨道上，见图（3-1）图（3-1）端梁结构端梁强度计算应包括：端梁中央断面的弯曲应力、支承车轮断面的剪应力及车轮轴对腹板的挤压应力。

3.1 确定轮距KK=（71~51）L=2.357-3.3m 取K=2.5m3.2 端梁中央断面几何特性参考同类产品数据，初定端梁断面尺寸，见图（3-2）图（3-2）断面尺寸3.2.1 断面总面积 F=79.5cm 23.2.2 形心位置y 1=15.4cm 1z =7.9cm y 2=14.6cm z 2=15.1cm3.2.3 断面惯性距J y =6659.6cm 4 J z =8452.34cm 43.2.4 断面模板W y =3441cm Z J zy= W z =31549cm Y J y=3.3 最大轮压计算起重机支承反力俯视图，见图（3-3）图（3-3）起重机支承反力俯视图3.3.1 起重机受力情况及主要数据据初定结构尺寸及查有关零件标准重量，主要计算数据如下：Q — 额定起重量。