毕业设计（论文）10t单梁桥式起重机大车运行机构设计（含）

由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706 10t单梁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 10t Single Beam Bridge Crane Traveling Mechanism Abstract：Bridge crane is a kind of performance is stability, the working efficiency is relatively high crane. Along with the development of Chinas manufacturing industry,bridge crane is applied to industrial production more and more . 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 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 in calculation. Design including motor, reducer, coupling, bearing choosing and chec-king. 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 design 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; during operation organization; main beam; end beam; weld1 绪论1.1 起重机背景及其理论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，由于钢铁、机械制造业和铁路、港口及交通运输业的的发展，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。现代起重运输机械担当着繁重的物料搬运任务，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，就是用起重设备节省人力的例子。几千年的封建统治年代，工业得不到发展，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，起重运输机械获得了飞速的发展，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。为培养起重运输机械专业的人才，在上海交通大学等多所高等工业学校中，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渡到恶劣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。1.2 实际意义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。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、高水平的起重机。由此可见，起重机的设计制造，从一个侧面反映恶劣一个国家的工业现代化水平。1.3 研究现状及存在问题上个世界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及质量上都得到了极其迅速的发展。随着国名经济的快速发展，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。1.4 起重机国内与国外发展动向起重机作为一种古老的机械，时至今日，在其承载结构、驱动机构、取物装置、控制系统及安全装置等各方面都有了很大的发展，其设计理论、制造工艺、检测手段等都逐渐趋于完善和规范化，并已经成为一种较完善的机械。但由于生产发展提出新的使用要求，起重机的种类、形式也需要相应地发展和创新，性能参数也需要不断变化与究善。由于现代化设计方法的建立和计算机辅助设计等现代设计手段的应用，使起重机设计思维观念和方法有了进一步的更新，其它技术领域和相邻工业部门不断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。1.4.1 国内桥式起重机发展动向加入世贸组织后，虽然国内市场(特别是配套件)将受到较大冲击，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，必将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随着技术的引进、消化、吸收，有了长足的进步，产品性能、可靠性、外观都有较大幅度的提高，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：（1）整机性能，由于先进技术和新材料的应用,同种型号的产品，整机重量要轻20%左右。随着结构分析应用和先进设备的使用,结构形式更加合理（2）高性能、高可靠性的配套件,选择余地大、适应性好,性能得到充分发挥（3）电液比例控制系统和智能控制显示系统的推广应用（4）操作更方便、舒适、安全、保护装置更加完善（5）向吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展。1.4.2 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，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。目前世界上最大的履带起重机起重量3000t，最大的桥式起重机起生日一1200t，集装箱岸连装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min，堆垛起重机级最大运行速度240m/min，垃圾处理用起重机的起升速度达100m/min。（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。（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、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。（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。（5）产品组合成套化、集成化和柔性化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，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合。（6）产品构造新型化、美观化和实用化结构方面采用薄壁型材和异形钢、减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。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 ,主要构件是上盖板、下盖板和两块垂直腹板,主梁和端梁采用搭接形式，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 端梁的设计端梁采用箱型的实体板梁式结构，是由车轮组合端梁架组成,端梁的中间截面也是由上盖板,下盖板和两块腹板组成通常把端梁制成分成三个分段,端梁是由两段通过连接板和角钢用高强螺栓连接而成。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驱动的方案。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。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：1）确定桥架结构的形式和大车运行机构的传方式2）布置桥架的结构尺寸3）安排大车运行机构的具体位置和尺寸4）综合考虑二者的关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，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本设计采用分别传动的方案。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）因为大车运行机构要安装在起重机桥架上，桥架的运行速度很高，而且受载之后向下挠曲，机构零部件在桥架上的安装可能不十分准确，所以如果单从保持机构的运动性能和补偿安装的不准确性着眼，凡是靠近电动机、减速器和车轮的轴，最好都用浮动轴。（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。（3）对于分别传动的大车运行机构应该参考现有的资料，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，总之考虑到桥架的设计和制造方便。（4）制动器要安装在靠近电动机，使浮动轴可以在运行机构制动时发挥吸收冲击动能的作用。2.2 大车运行机构的计算已知数据：起重机的起重量Q=100KN，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11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，并验算其强度按照如图所示的重量分布，计算大车的最大轮压和最小轮压：满载时的最大轮压：Pmax = （1）= =95.6KN 空载时最大轮压：Pmax= = =50.2KN 空载时最小轮压：Pmin = （2） = =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=100/168=0.595由1表19-6选择车轮：当运行速度为Vdc=60-90m/min，Q/G=0.595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*100000=60000N 式中2等效系数，由1表4-8查得2=0.6车论的计算轮压：Pj= KCI r Pd （3）=1.050.8977450 =72380N式中：Pd车轮的等效轮压Pd = = =77450Nr载荷变化系数，查1表19-2，当Qd/G=0.357时，r=0.89，Kc1冲击系数，查1表19-1。第一种载荷当运行速度为V=1.5m/s时，Kc1=1.05根据点接触情况计算疲劳接触应力： sj=4000 （4） =4000 =13555Kg/cm2sj =135550N/cm2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，sjd =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）=1.195600=105160N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= （6）=15353Kg/cm2jmax =153530N/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：（100+180）/2=140mm。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：Mm（Q=Q）= Mm(Q=Q)=b(Q+G)( k +m) =1.5（100000+168000）（0.0006+0.020.14/2） =804Nm 运行摩擦阻力：Pm（Q=Q）= （8） =3216N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 选择电动机此处已删除图7(a)图7(b) 焊缝位置Fig.7 Position of welding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。 如图8位弯板和定位板的焊接角钢和腹板、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。图8 定位板焊接Fig.8 The positioning plate welding主要焊缝的焊接过程如下表：表1主要焊缝的焊接过程Table 1 The main welding process焊接顺序焊接名称焊接方法接头形式焊接工艺1小筋板腹板手工电弧焊双面角接不开坡口，采用E5015（J507）焊条，焊条直径d=4mm,焊接电流160210A2筋板腹板手工电弧焊双面角接同上3端面板腹板手工电弧焊双面角接同上 续表1焊接顺序焊接名称焊接方法接头形式焊接工艺4定位板弯板手工电弧焊搭接不开坡口，采用E5015（J507）焊条，焊条直径d=3.2mm,焊接电流160A弯板腹板手工电弧焊双面角接不开坡口，采用E5015（J507）焊条，焊条直径d=4mm,焊接电流160210A5角钢腹板手工电弧焊搭接同上角钢上盖板手工电弧焊搭接同上6腹板大筋板手工电弧焊角接同上7下盖板腹板手工电弧焊双面角接同上8大筋板下盖板手工电弧焊角接同上9上盖板腹板手工电弧焊角接同上10大筋板上盖板手工电弧焊角接同上总 结经过三个多月的努力，我终于完成了10t 桥式起重机大车运行机构及整体结构的设计。在前期的设计计算过程中，复习了以前所学的所有知识，并对其进行了巩固。然后用CAD绘图使我更进一步的学习了CAD的使用方法，掌握了更多的技巧,尤其是快捷键的应用。通过我不断的查阅资料，不懈的努力,逐渐从对起重机了解的模糊到熟悉，并最终展现在图纸上。为了做好这次毕业设计，我查阅了很多资料,发现发达国家的起重机现代管理状况是强调理论性、科学性、全面性、经济性、综合性、生产性和全员性。我国起重机管理现状正处在传统管理向现代化管理过渡的阶段。我国起重机管理现状中存在着技术管理与经济管理相脱离的现象。有些只重视技术管理、忽视经济管理，随着企业经营机制的转换与社会观念的变革，目前已有所改进,尤其以港口、冶金部门起重机管理的步伐扭转较快。对起重机进行术、组织、经济等方面的综合管理，在技术方面、把机械、电气、电子、化学、环保、安全、人机学等专门科学技术横向联系起来研究,在组织方面运用管理工程、系统工程、价值工程、质量控制管理方法，在经济性方面周密计算与起重机、人员、物质有关的各种经济数据。此次毕业设计将使我受益终身，对我以后工作和学习奠下重要的理论知识基础和实践经验同时让我明白了只有认真仔细计才能做出优秀的成果。参考文献1 起重机设计手册 起重机设计手册编写组，机械工业出版社，19802 机械设计师手册 吴宗泽主编，机械工业出版社，20023 起重机课程设计 北京钢铁学院编，冶金工业出版社，19824 焊接手册 中国机械工程学会焊接学会编，机械工业出版社，19925徐灏等.机械设计手册M.北京:机械工业出版社,2000:112-120.6郑提,唐可洪.机电一体化设计基础M.北京:机械工业出版社,1997：26-30.7张建中. 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Machine DesignM.Journal of Coal Science &Engineering,1978.23 Yang Jung Hua,Yang Kuang Shine. Adaptive coupling control foreverhead cranesystemsJ .IEEE Control System Magazine, 2005, :1858-1863 .致 谢 本论文是在吴彬老师的悉心指导和热情关怀下完成的。经过3 个多月的努力，毕业设计终于接近尾声。在这段时间里,我结合了大学四年所学的专业知识,查阅了大量的相关资料加上老师的指导,使我对起重机械的设计有了全新的系统的了解。在这里衷心地向在此次设计中给予我帮助的吴彬老师和同学表示最真挚的感谢。特别是要感谢在此次设计中给我全程细心指导的吴彬老师。每次遇到难题,我都会向老师求教,而老师每次不管忙或闲,总会抽空来帮助我解决问题。由于学识水平和设计经验的缺乏,在设计的开始阶段,遇到了很多棘手的问题,在后来的绘图过程中,又暴露很多实际的画图问题,吴老师的及时耐心有效的指导,才使我能顺利、如期的完成毕业设计。最后,向毕业设计评审委员会的各位老师表示崇高敬意和衷心感谢。附录附录1：A01附录2：A12附录3：A22