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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，CAD图纸等，联系153893706 18t桥式起重机机械部分设计摘 要：桥式起重机是一种提高劳动生产率重要物品搬运设备，主要适应车间物品搬运、设备的安装与检修等用途。桥式起重机由桥架、小车运行机构、大车运行机构和电气设备构成。在系统整体设计中采用传统布局的典型结构，小车运行机构采用集中驱动。起升机构滑轮组采用双联滑轮组，重物在升降过程中没有水平移动，起升过程平稳，且钢丝绳的安装和更换容易。相应的卷绕装置采用单层卷筒，有与钢丝绳接触面积大，单位压力低的优点。在起升机构中还涉及到钢丝绳、减速器、联轴器、电动机和制动器的选择等。小车运行机构中涉及小车轮压计算、小车车轮、小车轨道、减速器、联轴器、电动机和制动器的选择计算等。关键词：桥式起重机；起升机构；小车运行机构；大车运行机构TheDesignofMachineryofthe18-tonBridgeCrane Abstract：Bridge crane is a significant increase labor productivity goods handling equipment, primarily to carry goods workshops, equipment installation and maintenance, and other purposes. Beam from the bridge crane, the trolley running, traveling mechanism and electrical equipment constituted. The overall design of the system using the traditional layout of the typical structure and operation of institutions used car driven focus. Pulley group or agency from using double-pulley blocks, heavy objects in the process of lifting the level of no movement, or from the process smooth, and the installation and replacement of wire rope easily. Winding installations in the corresponding single reel, a large area of contact with the rope, the advantages of low pressure units. In lifting bodies also involves rope, reducer, couplings, electrical and brake the choice. Vehicles involved in the operation of institutions pressure on the wheels, car wheels, car track, reducer, couplings, electrical and brake the choice of calculation. Key words：bridge crane; hoisting mechanism car; agencies operating; cane traveling mechanism1 前言1.1 桥式起重机的简介 桥式起重机是生产车间、料场、电站厂房和仓库中为实现生产过程机械化和自动化，减轻体力劳动，提高劳动生产率的重要物品搬运设备。它横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。由于它的两端坐落在高大的水泥柱或者金属支架上，形状似桥。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，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。它是使用范围最广、数量最多的一种起重机，它通常用来搬运物品，也可用于设备的安装与检修等用途。桥式起重机安装在厂房高处两侧的吊车梁上，整机可以沿铺设在吊车梁上的轨道纵向行驶，而起重小车又可沿小车轨道（铺设在起重机的门架上）横向行驶，吊钩则作升降运动。因此，它的工作范围是其所能行驶地段的长方体空间，正好与一般车间形式相适应。1.2 普通桥式起重机的主要组成部分1.2.1 小车 小车由起升机构，小车运行机构，小车架和保护装置等组成。小车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上卷筒从卷筒放下，以达到起升的目的。小车架要承受起升载荷和各机构自重，应有足够的强度和刚度，同时又要尽量减轻自重，以降低轮压和门架受载。小车的电力则由滑线或软电缆引入。小车的运行机构有两种方式，本设计采用的是集中驱动，用四轮支撑，车轮选圆柱双轮缘车轮。设计时要考虑改善零部件的受力情况、减少外形尺寸和自重、安全可靠、工作平稳、装配维修方便等因素。1.2.2 大车 大车由桥架和大车运行机构组成。桥架：桥架为起重机的金属结构，一方面支撑小车，允许小车在它上面横向行驶；另一方面又是起重机行走的车体，可沿铺设在厂房上面的轨道行驶。在其两侧的走台上，安装有大车运行机构和电器设备，大车运行机构用来驱动大车行走，大车上一般还有驾驶室，用来操纵起重机和安装各机构的控制设备。门架主要由主梁和端梁组成。设计时要考虑其强度，刚度和稳定性要求，也应考虑自重和外形尺寸要小，加工制造简单，运输、存放和使用维修方便，成本低等因素。1.2.3 动力装置和控制系统 动力装置是驱动起重机运动的动力设备，它在很大程度上决定了起重机的性能和构造特点，桥式起重机的动力装置一般采用电动机。控制系统包括操纵装置和安全装置。各机构的启动、调速、改向、制动和停止，都通过操纵控制系统来实现。1.3 普通桥式起重机的运行方式 桥式起重机是一种循环的、间隙动作的、短程搬运机械。一个工作循环一般包括上料、运送、卸料及回到原位的过程，即取物装置从取物地点由起升机构把物料提起，由运行机构把物料移位，然后物料在指定地点下放，接着进行相反动作，使取物装置回到原处，以便进行下一次工作循环。在两个工作循环之间一般有短暂的停歇。起重机工作时，各机构经常处于起动、制动以及正向、反向等相互交替的运动状态之中。2 设计任务及技术参数2.1 主要技术参数表1主要技术参数Table 1 Main technical parameters名 称数 据最大起重量18t粱跨度31500mm起升速度1828m/min起升高度14mm起重机运行速度8095m/min起升机构运行速度4045m/min2.2起重机工作机构的级别 起重机工作级别A6；其中载荷状态为Q2(有时起升额定载荷,一般起升中等载荷)；利用等级为U6(总工作循环次数N=,不经常繁忙使用)起升机构工作级别M6；其中利用等级为T6,载荷状况为L2；小车运行机构工作级别M4；其中利用等级为T4,载荷状况L3；大车运行机构工作级别M4；其中利用等级为T4,载荷状况L2。3 小车起升机构的设计与计算 3.1 吊钩组的选择计算 3.1.1 原始参数机构工作级别:M6, 采用双联滑轮组,倍率: m=4，起升质量: = 18t，起升速度: ，初取。3.1.2 设计步骤（1）吊钩形式选择。吊钩采用倍率m=4的双联滑轮组,故采用长形吊钩组，吊钩用普通的短吊钩。（2）吊钩结构及制造方法的确定。选用吊钩断面为梯形的吊钩,其受力情况合理.用锻造方式制造,材料为20钢,机加工前热处理,硬度小于或等于156HBS。（3）吊钩主要尺寸的确定 图 1 吊钩Fig 1 Hook此处已删除。4.2 小车运行机构布局图1 制动器 2 电动机 3联轴器 4 减速器 5联轴器 6联轴器 7车轮图13小车运行机构布局图Fig 13 The car run institutions layout4.3 驱动方案初步确定 根据原始参数，采用集中驱动，用四轮支撑，车轮选圆柱双轮缘车轮。4.3.1 轮与轨道的选取 1)车轮轮压计算小车正常工作时最大轮压（满载时）：；小车正常工作时最小轮压（空载时）：；车轮的疲劳计算载荷：。2）选车轮与轨道根据；查手册，选车轮直径D=350mm；轨道型号：P24；轨道凸顶半径r=300mm；车轮材料：ZG310570；表面淬硬度为300380HBS。3）车轮踏面疲劳强度校核：=101180N=101.18KN因为=2.44KW，所以校验通过。式中：电机允许输出容量；=4.629KW工作循环中，负载稳态功率G稳态平均系数；取G=0.84.3.4 减速器选择 1）减速器传动比确定根据减速器手册，选取 =25式中：电机额定转速；=921r/min车轮转速；2）减速器选择计算输入功率： =7.7KW 根据设计需要选取运行机构减速器个数Z=1；因工作级别为M6，则按下式选择：查表取放大系数K=2，根据=25，=15.4KW，电机输入转速=921r/min ；查手册选用QJR23625VIP ， L， JB/T8905.11999；减速器高速轴许用功率 ：传动比：=25，中心距：。4.3.5 联轴器的选择1）选择联轴器公式： (15)式中：联轴器安全系数；取=1.35刚性动载系数；取=1.8电机额定转矩电机与浮动轴连接处联轴器选择：电机轴端尺寸，d=48mm（锥形）; L=110mm浮动轴尺寸，d=50mm ; 根据结构尺寸和 ,查手册选用LM8型梅花弹性联轴器，其 ；，转动惯量：， 。满足要求标注：LM7联轴器 GB/T 52722002。2）低速轴联轴器选择选用联轴器公式：=式中：减速器传动比；=25机构传动效率；=0.85其它同上减速器输出端与浮动轴联轴器选用：减速器低速端尺寸：d=80mm;L=130mm浮动轴尺寸：d=80mm。根据结构尺寸， 选取两个LM10型梅花弹性联轴器；其中： 转动惯量 ，故满足要求。标注为：LM10联轴器GB/T 52722002浮动轴与车轮轴的联轴器选用：浮动轴尺寸：d=80mm；车轮轴尺寸：d=65mm ，L=85 mm。根据结构尺寸和，选取LM9型梅花弹性联轴器。其中转动惯量： ，故满足要求。标注：LM9联轴器 GB/T 52722002。4.3.6 制动器的选择 制动器安装在电动机轴端，因制动时高速轴能起一部分缓冲作用，以减少制动时冲击制动转矩计算：=25.4选用YWZ100/18型电力液压制动器；其制动转矩：；制动轮直径D=100mm；转动惯量：，因25.45.66KW，故过载校验通过。式中：电机额定功率；=6.3KW平均起动转矩系数；取=1.7 m电机个数； m=1运行静阻力；=4012KNV运行速度；=0.67m/s机构传动效率；=0.88机构总转动惯量；计算公式为： 电机转动惯量；=0.1175电机轴上制动轮和联轴器的转动惯量；=0.0189k其它传动件飞轮矩影响系数；k=1.1n电机额定转速； n=921r/min机构初选起动时间；=4S4.3.8 起动时间与起动平均加速度的校验 1）满载上坡时的起动时间：t=2.02S=46S故满足要求。式中：电机平均起动转矩； 电机轴上的静阻力矩；2）起动平均加速度，查表可知满足要求。4.3.9 运行打滑验算 小车运行打滑按空载运行工况验算：1）起动时不打滑验算：左边=右边=9804.6N因为左边右边，制动打滑验算通过。式中：附着系数；取=0.15K附着安全系数；取K=1.05 轴承摩擦系数；=0.02 d 轴承内径； d=90mm 驱动轮最小轮压；=17500N 打滑侧电机起动转矩；= k 飞轮矩影响系数；k=1.2起动平均加速度；制动平均加速度；打滑侧制动转矩；=25.45 起重机金属结构的设计计算5.1 桥式起重机主梁的设计计算主要涉及内容1）主梁材料的选择：选用Q235，其力学性能好。2）桥式起重机主梁结构形式及截面尺寸的确定：根据标准选用后，验算是否符合要求。本设计选用箱形结构主梁，其组成由上下盖板及左右腹板焊接而成，断面为封闭的箱形，小车轨道安装在上盖板上。本设计选用了轨道安装在主梁的正中形式。为了防止上盖板变形，在箱形主梁内部，每隔一定间隔加焊了“长加劲板”和“短加劲板”。门架的刚度由两主梁保证，两主梁外侧，一侧走台上安放大车运行机构，另一侧安放电气设备，走台增加了门架的整体刚度，便于起重机的维修，但也增大了门架的自重和对主梁的附加扭矩。在设计中应尽量减少走台的宽度。从主梁受力来考虑，主梁纵向外形以抛物线为优，但制造费时，故一般将两端做成斜线段式。3）主梁载荷的组合情况：由于起重机主梁受力情况复杂，在分析计算过程中，应合理处理。4）主梁强度以及刚度的计算：主梁中间截面的最大弯曲应力：式中：主梁中间截面对水平重心轴线x-x的抗弯截面模数，其近似值：主梁中间截面对垂直重心轴线y-y的抗弯截面模数，其近似值：cm3因此可得： 由资料查得16Mn钢的许用应力为，故主梁支承截面的最大剪应力： 式中：主梁支承截面所受的最大剪力。 KN主梁支承截面对水平重心轴线x-x的惯性矩，其近似值为： cm4S主梁水平截面半面积对水平重心轴线x-x的静矩。 cm3因此可得： 因故知强度足够。主梁的垂直刚度计算:主梁在满载小车轮压的作用下，在跨中所产生的最大垂直挠度为：cm式中： 允许的挠度值为:cm因此，材料的弹性模量，GP。主梁的水平刚度计算:主梁在大车运行机构起、制动惯性载荷作用下，产生的水平最大挠度为：cm式中：KN；KN/m； cm4水平挠度的许用值。cm因此,由上计算可知，主梁的垂直和水平刚度均满足要求。当起重机工作无特殊要求时，可以不必进行主梁的动刚度验算。5）端梁的计算：端梁采用压制成型，再焊接成箱形结构，有焊缝和加工工时少，端梁变形小，重量轻，外形美观等优点。选用后进行强度较核。6）主梁与端梁的连接形式的选择：采用加连接扳用焊接的形式连接，门架的运输分割位置在端梁的中间区段，接头处的下盖板用连接板螺栓联接，侧面与顶面用角钢法兰联接。有制造简单、装拆方便、成本低等优点。7）司机室的选用：司机室的构造与安装位置，应保证司机有良好的视野，司机室一般与门架固定，并应安装在无滑线一侧。司机室的结构有敞开式和封闭式两种，若无特殊要求，室温在1040摄氏度的厂房内工作的一般制成敞开式，在多灰尘和有害气体的场合，露天及高温车间工作的司机室，一般制成封闭式。司机室的内部尺寸一般以满足视线要求为条件，宽度不宜过大，一般取1.3m1.6m，长度不小于2m，高度不低于1.9m，司机室内部具体尺寸根据电器设备和工作要求确定. 司机室的骨架应有足够的强度和刚度，一般有轧制的型钢和冲压的薄板焊成。地板应用厚20mm的木板制成，地板离骨架100mm，人形过道处铺以45mm厚的橡胶板，地板和墙壁内用留有电缆线槽，玻璃窗的玻璃厚度应不小于5mm玻璃窗的尺寸和位置应保证司机坐着能看见起重机的取物装置在任何位置的工作情况，根据需要可设置上视窗和下视窗。6 大车运行机构的设计计算6.1 大车行走机构的确定 本起重机采用分别传动的方案如图所示：1 电动机 2 制动器 3传动轴 4 告诉齿轮联轴器 5减速器 6低俗轴齿轮联轴器 7 车轮图14 大车运行机构布局图Fig 14 Traveling mechanism layout6.2 选择车轮和轨道并验算其强度根据上面的设计可知主钩中心线离梁端中心线最小距离（极限尺寸），起重量为Q=180KN,小车重量=70KN，起重机总重=323K,起重机运行速度取v=80m/min。按下图所示的重量分布，计算大车的的最大轮压和最小轮压：图15 受力图Fig 15 By trying满载时，最大轮压：式中：起重机自重；=323KN 小车自重；=70KN 起升载荷；=180KN 桥架跨度；=31.5m 吊钩中心线至端粱中心线的最小距离；=1.5m空载时，最小轮压：=64.91KN车轮踏面疲劳计算载荷：车轮材料采用：采用ZG340-640（调质），由起重机课程设计附表18选择车轮直径=500mm,轨道型号为P38或者Qu70.线接触局部压强验算：式中：-许用线接触应力常数，由起重机设计手册查的=6.6L车轮与轨道的有效接触长度，按Qu70轨道l=70mm车轮直径500mm转速系数，车轮转速时，=0.95工作级别系数，当M5级时=1由，故验算通过。6.3 运行阻力计算6.3.1 摩擦总阻力距由起重机设计手册表3-8-10查的车轮的轴承型号为7527，轴承内径外径的平均值为140mm由起重机运输机构表7-1 7-2 7-3查的滚动摩擦系数K=0.0006m，轴承摩擦系数=0.02，附加阻力系数=1.5。6.3.2 运行摩擦阻力当空载时:6.4 选择电动机电动机静功率:式中：-满载时的静阻力M=2-驱动电动机台数-机动传动效率初选电动机功率：式中电动机功率增大系数由表7-6查得=1.3,有附表30查的选用电动机JZR2-22-6 Ne=7.5kw, =9300.58电动机质量为115kg。验算电动机的发热功率条件。 等效功率： 式中：K25工作类型系数，由起重机设计手册表8-16查得当JC%=25时，K25=0.75r按照起重机工作场所得，由起重机设计手册图8-37估得r=1.3由此可知： ,故初选电动机发热条件通过。6.5 减速器的选择6.5.1 车轮转速6.5.2 机构传动比由附表35查的选用两台ZQ-350-V-1Z减速器当输入转速为1000是，因，故验算通过。6.5.4 验算运行速度和实际所需功率1）实际运行速度误差:实际所需电动机静功率:因，所以选择的电动机减速器都合适。2）验算起动时间起动时间：式中： m=2（驱动电动机台数）s时电动机额定扭矩满载运行时的静阻力矩：空载运行时的静阻力矩：初步估计告诉轴上联轴器的飞轮矩：0.468机构总飞轮矩；满载起动时间：空载起动时间：因起动时间在允许范围内，故合适。3）起动工况下校核减速器功率式中+=12658N运行机构中同一级数减速器的个数，。因此，所选用减速器的合适。6.6 验算启动不打滑条件由于起重机在室内使用，故坡度阻力及风阻力均不予考虑。以下三种工况进行验算。6.6.1 二台电动机空载时间时启动式中：N主动轮轮压从动轮轮压和f=0.2室内工作的粘着系数n=1.051.2防止打滑的安全系数=3.14因，故两台电动机空载启动不会打滑。6.6.2 事故状态当只有一个驱动装置工作，而五载小车位于工作着的驱动装置这一边时，则：式中-非主动轮轮压之和工作的主动轮轮压；一台电动机工作时的空载启动时间因，故不打滑。事故状态。当只有一个驱动装置工作，而无载小车远离工作着的驱动装置这一边时，则：与第2种工况相同故不打滑6.6.3 选择制动器 由起重机设计手册中所述,取制动时间按空载计算制动力矩，即Q=0代入 式中：-坡度阻力m=2-制动器台数，两套驱动装置工作现选用两台YWZ，得其额定制动力矩N 为避免打滑，使用时需将制动力矩调至28以下，考虑到所取的制动时间，在验算启动不打滑条件时已知是足够安全的，故制动不答话验算从略。7 安全装置的选择说明7.1 主要安全装置的说明电动双梁门式起重机有相应的电气保护装置以外，还有其他保护装置。7.1.1 走台和栏杆走台与作业平台的铺设采用具有防滑性能的钢板制成，设置牢固的栏杆，栏杆离铺板的垂直高度不低于1000mm,离铺板约450mm处应有中间夹栏，底部有不低于70mm的挡板。7.1.2 排障板装在大车和小车的车轮前，用来推开轨道上可能有的障碍物，以利于大车和小车的顺利运行。7.1.3 小车行程限位开关安装在小车一根轨道两端外侧的主梁盖板上，小车架相应的端梁外侧，固定一根用角钢弯折的撞尺，当小车行至极限位置时，撞尺压迫限位开关的摇杆，使其转动，从而切断小车运行机构电动机的电源，由于接线关系电动机只能做反向运动。因而小车行程限位开关的位置要安装适当，及因考虑到小车撞尺与限位开关接触时，使电动机断电以后，小车由于惯性还要向前走一段距离。7.1.4 起升高度限位开关采用丝杆传动起升高度限位开关，其工作零件是螺杆和滑块。螺杆两端分别支承在壳体上的轴承中，一端通过十字联轴器与卷筒轴相连，卷筒转动，滑块沿螺杆移动，当吊钩上升到极限位置时，滑块移动到右端极限位置，螺栓压迫开关，切断电源，使起升机构停止运动，从而控制吊钩高度。安装时应注意，吊钩装置上升到极限位置时，应该与卷筒或定滑轮之间保持一定距离；机构设计上保证螺杆不能横向窜动，否则要出事故。7.1.5 大车行程限位开关由于大车运行速度可能大于80m/min，采用杠杆式限位开关不能提供可靠的保证，故采用无触点运行限位系统：光电装置来保证。7.1.6 缓冲器与挡铁为了阻止起重机和小车越轨，在起重机和小车轨道两极端位置装挡铁。为了吸收起重机和小车与挡铁相撞的能量，保证设备部受损坏，应采用缓冲器。由于本起重机的速度较大。选用弹簧缓冲器，它有吸收动能大，寿命长的优点，但是其自重大、成本高、工作时有硬性碰撞的缺点。参考文献1 机械设计手册编委会主编，机械设计手册起重运输机械零部件、操作件和小五金.北京：机械工业出版社，2007，32 严大考、郑兰霞主编，起重机械.郑州：郑州大学出版社，2003，93 余维张主编，起重机械检修手册.北京：中国电力出版社，1998，114 杨长睽，傅东明主编，起重机械（第2版）.北京：机械工业出版社，1992，55 机械设计手册编委会主编，机械设计手册联轴器、离合器与制动器.北京：机械工业出版社，2007，26 机械设计手册编委会主编，机械设计手册减速器和变速器.北京：机械工业出版社，2007，27 罗宗泽，罗圣国主编，机械设计课程设计手册（第3版）.北京：高等教育出版社，20068 张莹主编，机械设计基础.北京：机械工业出版社，1997，79 何焯主编，设备起重吊装工程便携手册（第2版）.北京：机械工业出版社，2005，210 黄大巍，李风，毛文杰等主编，现代起重运输机械.北京：化学工业出版社，2006，311 北京科技大学，东北大学主编，工程力学（静力学）.北京：高等教育出版社，199712 北京科技大学，东北大学主编，工程力学（材料力学）.北京：高等教育出版社，199713 余雷声主编，电气控制与PLC应用.北京：机械工业出版社，1998，1014 熊幸明主编，工厂电气控制技术.北京：清华大学出版社，2005，1015 张质文等主编，起重机设计手册.北京：中国铁道出版社，199716 赵秉衡主编，工厂电气控制设备.北京：冶金工业出版社，2001，817 苑尚尊，程岷沙主编，电工与电子技术.东营：石油大学出版社，2004，618 田复兴等主编，起重机械事故案例分析与预防.北京：中国水利水电出版社，200519 李铮主编，起重运输机械.北京：冶金工业出版社，1989，1020 陈敢泽主编，现代起重机管理与实用技术.北京：科学出版社，200021 孙桂林主编，起重与机械安全工程学.北京：北京经济学院出版社，1991，9致 谢四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。本论文是在翁伟老师的悉心指导和热情关怀下完成的。从选题、撰写到定稿，翁老师给予了我很多及时且建设性的指导意见，我在论文中的每一点进步，无不凝聚着恩师的心血。值此论文完成之际，谨向翁老师致以深深的感谢和崇高的敬意。附录附录1：卷筒零件CAD图（A31）附录2：小车架结构CAD图（A01）附录3：小车装配CAD图（A01）附录4：桥式起重机装配CAD图（A01）23
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