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由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书， CADCAD 图纸等，联系图纸等，联系 153893706153893706 5T5T 单梁桥式起重机金属结构设计单梁桥式起重机金属结构设计 摘 要：该文主要对桥式起重机的金属结构进行了设计。金属结构的设计包括其主要尺寸 的确定，主梁的设计、强度验算，以及刚度验算等，端梁的计算载荷的确定、主要焊缝的计算、 接接头的设计，焊接工艺设计等等。 关键词：关键词：桥式起重机；金属结构；主梁 The Design of the 5t sigle bean bridge crane metal structure design Abstract: This thesis mainly to the bridge crane metal structure for hoisting mechanism.Metal structure design including the main girder, the size of the design, to determine the intensity, and stiffness checking computations, calculation of girders load determination, main calculation, after welding joint design, welding process design, etc. Key words: Bridge Crane;Metal Structure; Main beam。 1 前言 2 桥式起重机是应用非常广泛的起重机械。随着社会主义建设的发展, 桥式起重机 的需要与日俱增, 我国每年的桥机产量在 10 万吨以上。桥式起重机的桥架结构是起 重机的重要组成部分, 它的重量占起重机自重的 40%60% , 要使用大量的钢材。桥 架自重也直接影响厂房建筑承重结构及基础的土建费用与材料消耗。在确保产品使用 安全及正常使用年限的前提下, 尽最减轻桥架自重是节约金属材料的重要途径。 我国生产的桥式起重机, 不论是通用桥式起重机或是冶金工厂用特种桥式类型起 重机,在 1958 年以前由于设计力量薄弱, 基本上是沿用国外的设计, 桥架结构以箱型 和四桁架型等传统结构型式为主。一直到 1958 年大跃进以后, 由于破除迷信, 在群 众性的技术革新运动推动下, 才试制了一些新型桥架结构的桥式起重机, 其中主要的 如偏轨箱型、单主梁结构、三角桁架结构等等。但是由于没有及时总结经验, 研究试 验工作也做得不够, 没有在改进与提高以后进行推广, 因此桥架选型工作仍然是我们 当前迫切要做的工作, 应该比较系统的有组织的研究适合我国各个产业部门采用的桥 架结构型。 我国在桥式起重机的产品系列化、通用化和标谁化方面虽然也做了一些工作, 但 为了使桥架结构定型, 还要做大量的工作。目前生产的基本情况是 550 吨小起重量 桥式起重机仍以箱型结构为主,箱型结构是应用最为广泛的传统结构。它具有制造简 便、生产工效高、通用性强等一系列的优点, 因而迄今仍然是国内外桥式起重机的常 用桥架形式。在国内, 在 50 年代和 60 年代初期, 550 吨的小起重量系列产品和 75250 吨的大起重量系列产品都采用箱型结构。 1.1 总体方案拟定 本次设计与以往的输送机主要有以下几点的改进： 1)吨位标注排为 5T 单梁桥式起重机。 3 1-铭牌装置；2-横梁；3-电动葫芦；4-吨位牌装置 图 1 5T 单梁桥式起重机简图 Fig.1 5t sigle bean bridge 2) 主梁跨度 34m ,是由上、下盖板和两块垂直的腹板组成封闭箱形截面实体板梁 连接。 3) 端梁部分在起重机中有着重要的作用，它是承载平移运输的关键部件。端梁部 分是由车轮组合端梁架组成，端梁部分主要有上盖板，腹板和下盖板组成；端梁是由 两段通过连接板和角钢用高强螺栓连接而成。在端梁的内部设有加强筋，以保证端梁 架受载后的稳定性。 （1）主梁的设计： 主梁跨度 34m ,是由上、下盖板和两块垂直的腹板组成封闭箱形截面实体板梁连 接，主梁横截面腹板的厚度为 6mm,翼缘板的厚度为 10mm，主梁上的走台的宽度取决 于端梁的长度和大车运行机构的平面尺寸，主梁跨度中部高度取 H=L/17 ，主梁和端 梁采用搭接形式，主梁和端梁连接处的高度取 H0=0.40.6H，腹板的稳定性由横向加 劲板和，纵向加劲条或者角钢来维持，纵向加劲条的焊接采用连续点焊，主梁翼缘板 和腹板的焊接采用贴角焊缝，主梁通常会产生下挠变形，但加工和装配时采用预制上 拱。 （2）端梁的设计： 端梁部分在起重机中有着重要的作用，它是承载平移运输的关键部件。端梁部分 是由车轮组合端梁架组成，端梁部分主要有上盖板，腹板和下盖板组成；端梁是由两 段通过连接板和角钢用高强螺栓连接而成。在端梁的内部设有加强筋，以保证端梁架 4 受载后的稳定性。端梁的主要尺寸是依据主梁的跨度，大车的轮距和小车的轨距来确 定的；大车的运行采用分别传动的方案。 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。 本设计主要对单梁桥式起重机进行介绍，确定了其总体方案并进行了一些简单的 分析。单梁桥式起重机具有加工零件少，工艺性好、通用性好及机构安装检修方便等 一系列的优点，因而在生产中得到广泛采用。我国在 5 吨到 10 吨的中、小起重量系 列产品中主要采用这种形式，但这种结构形式也存在一些缺点：自重大、易下挠，在 设计和制造时必须采取一些措施来防止或者减少。 2 主要设计尺寸计算 2.1 大车轮距 K=（）L=（）34=4.256.8m （1） 8 1 5 1 8 1 5 1 1 取 K=5m 2.2 主梁高度 H= （理论值） 89. 1 18 34 18 L 2.3 端梁高度 H0=（0.40.6）H=0.761.13m （2） 取 H0=0.8m 2.4 桥架端部梯形高度 C=（）L=（）34=3.46.8 （3） 10 1 5 1 10 1 5 1 取 C=2m 2.5 主梁腹板高度 根据主梁计算高度 H=1.89m，最后选定腹板高度 h=1.9m 2.6 确定主梁截面尺寸 主梁中间截面各构件板厚推荐确定如下： 腹板厚:=6mm;上下盖板厚=8mm 1 主梁腹板内壁间距根据下面关系式来决定： mm540 5 . 3 1890 5 . 3 H b mm680 50 34000 50 L b 5 因此取 b=700mm 盖板宽度：B=b+40=700+2 6+40=752mm 取 B=750mm 主梁的实际高度： H=1900+28=1916mm 同理，主梁支承截面的腹板高度取，这时支承截面的实际高度mmh900 0 。mmhH6162 100 2.7 加劲板的布置尺寸 为了保证主梁截面中受压构件的局部稳定性，需要设置一些加劲构件。 主梁端部大加劲板的间距： ，取=2mmha9 . 1 a 主梁端部（梯形部分）小加劲板的间距： m1 2 1 a a 主梁中部（矩形部分）大加劲板的间距：若小车钢轨采用轻轨。其对水平重心 15 P 轴线的最小抗弯截面模数，则根据连续梁由钢轨的弯曲强度条件xx 3 min 7 . 47 cmW 求得加劲板间距（此时连续梁的支点即加劲板所在位置；使一个车轮轮压作用在两加 劲板间距的中央）： （4）m P W a2 . 1 ) 4 10000040000 (15 . 1 17000 7 . 4766 2 min 1 式中 P小车的轮压，取平均值，并设小车自重为=40000N xc G 动力系数，查得=1.16 2 2 钢轨的许用应力，=170MPa 因此，根据布置方便，取=1.5m 2 1 a a 由于腹板的高厚比，所以要设置水平加劲杆，以保证腹180.7316 6 1900h 板局部稳定性。采用角钢做水平加劲杆54545 3 主梁的计算 3.1 计算载荷确定 此处已删除此处已删除 6 接板钻孔是应该同时钻孔。 下盖板与连接板的连接采用 M18 的螺栓，而角钢与腹板和上盖板的连接采用 M16 的螺栓。 6.1.1 腹板和下盖板螺栓受力计算 （1）腹板最下一排螺栓受力最大，每个螺栓所受的拉力为： N拉= 2 1 22 1 2 1 2 0 2 0 4)(2 5 . 2 )( n i i aabHn d dHn MbH 4 = (52) )40130220310(4)420800(16 16 18 5 . 2 80016 10.32)90800( 22222 2 22 7 =222126.7N （2）下腹板每个螺栓所受的剪力相等，其值为： N剪= 1 2 1 2 0 5 . 2)( N d d bH H =5.622126 16 18 5 . 2)90800( 800 2 2 =12621.5N (53) 式中 n0 下盖板一端总受剪面数；n0=16 N剪下盖板一个螺栓受剪面所受的剪力： N 侧腹板受拉螺栓总数；n=16 d1 腹板上连接螺栓的直径（静截面） d0 下腹板连接螺栓的直径；d1=16mm H 梁高；H=500 mm 7 M 连接处的垂直弯矩；M=7.06106 6.1.2 上盖板和腹板角钢的连接焊缝受力计算 （1）上盖板角钢连接焊缝受剪，其值为： Q (54) 拉 N d d bH Hn bH abHn )(5 . 2 )(2 2 1 2 001 =412147.8N (55).722126 16 18 )690800(5 . 2 80016 90800 42016 2 2 （2）腹板角钢的连接焊缝同时受拉和受弯，其值分别为： N腹= 拉 N bH abHn )( 1 = .722126 90800 )31090800(8 =99725.8N (56) M腹= 拉 N bH a n i i 2 1 2 2 =.722126 65500 )40130220310(2 2222 =10159560.42Nmm (57) 6.2 计算螺栓和焊缝的强度 6.2.1 螺栓的强度校核 （1）.精制螺栓的许用抗剪承载力： N剪= 4 2 dn剪 7 = 4 135008 . 114. 34 2 =137343.6N (58) （2）螺栓的许用抗拉承载力 N拉= 4 2 d 8 = 4 135006 . 114. 3 2 =27129.6N (59） 式中=13500N/cm2 =13500N/cm2 由于 N拉N拉 ,N剪N剪 则有所选的螺栓符合强度要求 6.2.2 焊缝的强度校核 （1）对腹板由弯矩 M 产生的焊缝最大剪应力： M=7753.02N/ cm2 I Mb 2 4 . 3952 782.41019560 式中 I) 6 78 7( 2 788 . 0 ) 6 ( 2 22 h l hb =5115.06 焊缝的惯性矩 （2）由剪力 Q 产生的焊缝剪应力： Q= bh Q = 8 . 078 .424327 =3931.5N/ cm2 折算剪应力： = 22 QM 22 .539312.07753 =7572.1 N/ cm2=17000 N/ cm2 由表查得 式中 h焊缝的计算厚度取 h=6mm （3）对上角钢的焊缝 =138.8N/ cm2 lh N 28 . 082 8 . 1776 由上计算符合要求。 7 焊接工艺设计 对桥式起重机来说，其桥架结构主要是由很多钢板通过焊接的方法连接在一起， 焊接的工艺的正确与否直接影响桥式起重机的力学性能和寿命。 角焊缝最小厚度为： a0.3max+1 max 为焊接件的较大厚度，但焊缝最小厚度不小于 4mm，当焊接件的厚度小于 9 4mm 时，焊缝厚度与焊接件的厚度相同。 角焊缝的厚度还不应该大于较薄焊接件的厚度的 1.2 倍，即: a1.2min 按照以上的计算方法可以确定端梁桥架焊接的焊角高度 a=6mm. 定位板和弯板的焊接时候，由于定位板起导向作用，在焊接时要特别注意，焊角 高度不能太高，否则车轮组在和端梁装配的时，车轮组不能从正确位置导入，焊接中 采用 E5015（J507）焊条，焊条直径 d=3.2mm,焊接电流 160A,焊角高度最大 4。 角钢和腹板、上盖板的焊接采用的是搭接的方法，在焊好后再将两段端梁拼在一块进 行钻孔。 由于所用的板材厚度大部分都小于 10mm ,在焊接过程中都不开坡口进行焊接。 参考文献参考文献 1张质文.等.起重机设计手册M.北京中国铁道出版社 1998 2陈道南. 起重运输机械M.北京 冶金工业出版社 1997 3陈道南.起重机课程设计M.北京 冶金工业出版社 1993 4东北工学院机械零件设计手册编写组.机械零件设计手册 第二版 .冶金工业出版社 1987 5中华人民共和国国家标准 GB3811-83 起重机设计规范.北京中国标准出版社 1983 6大连起重机厂.起重机设计手册M.辽宁人民出版社 1979 7扬长骙.起重机械M.北京机械工业出版社,1982 8中国工程机械网.工程起重机产业现状及发展趋势. http:/ 9丁中立. 国外工程起重机发展趋势. http:/ 2004.11.3 10成大先.机械设计手册M.北京 机械工业出版社 2004 11王昆等.机械设计基础课程设计M.北京 高等教育出版社 1996 12宋寅. 起重机运行机构减速器选择中的几个问题J.铁道货运 2003 2 26-30 13国家机械工业委员会西安重型机械研究所.重型机械标准S.北京 国家机械工业委员会重 机械局 1987。 14Purdum.T. Machine DesignM.Journal of Coal Science &Engineering,1978. 15Yang Jung HuaYang Kuang Shine. Adaptive coupling control foreverh ead cranesystemsJ .IEEE Control System Magazine. 16中国机械工程学会焊接学会编. 焊接手册 机械工业出版社，1992 17徐格宁编 机械装备金属结构设计，机械工业出版社 2009 18Gordon SG，Beveridge and Robert SSchechter,Optimization Theory and PracticsM 19堂增宝等主编，机械设计课程设计（第二版） 。华中科技大学出版社，1998 20刘鸿文主编.材料力学. 高等教育出版社 ,2003 10 致 谢 首先向机械专业的全体老师表示衷心的感谢，在这四年的时间里，他们为我们 的成长和进步做出了贡献。在这次毕业设计中，有许多老师给予了指导和帮助,尤其是 吴老师和全老师，在这次毕业设计的整个过程中，给了我们很大帮助,做为我们的辅导 老师，尽职尽责，一丝不苟。 至此，这次毕业设计也将告以段落，但老师的教诲却让人终生难忘，通过这次毕 业设计，不但使我学到了知识，也让我学到了许多的道理，总之是受益匪浅。 尽管我在毕业设计过程中做出了很多的努力，但由于我的水平有限，设计中的错 误和不当之处仍在所难免，望老师提出宝贵的意见。 最后，向文中引用到其学术论著及研究成果的学术前辈与同行们致谢！ 再次向敬爱的老师表示衷心的感谢。 附录 附录 1：（装配图 A01） 附录 2：（零件图 A12） 附录 5：（零件图 A45）
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