单梁桥式起重机结构设计

摘要

我做的毕业设计课题是单梁桥式起重机。单梁桥式起重机是一种轻型起重设备，它适用起重量为0.5~5 吨，适用跨度4.5～16.5米，工作环境温度C在-20℃到40℃范围内，适合于车间、仓库、露天堆场等处的物品装卸工作。桥架由一根主梁和两根端梁刚接组成。根据起重量和跨度，主梁采用普通工字钢和U形槽组合焊接形成。主梁和端梁之间采用承载凸缘普通螺栓法兰连接。提升机构采用CD型电葫芦。

此次设计的主要内容有：问题的提出、总体方案的构思，结构设计及对未知问题的探索和解决方案的初步设计，装配图、零件图等一系列图纸的设计与绘制，以及毕业设计说明书的完成。

关键词：起重机；桥式起重机；大车运行机构；小车运行结构；小车起升；结构桥架；主端梁

ABSTRACT

The topic of my graduation design is list the beam bridge type derrick of design the list beam bridge type derrick is a kind of light heavy equipments, it start to apply the weight as 0.5~5 tons, apply to across degree 4.5~16.5 meters, the work environment temperature is -20℃to 40℃.Inside scope, suitable for car, warehouse, open-air heap field etc. of the product pack to unload a work. The bridge was carried beam by a lord beam and 2 to just connect to constitute.Accordingto weight with across a degree, lord beam adoption common the work word steel and U form slot combination weld formation.Lord beam and carry an of beam an adoption loading To good luck common stud bolt method orchid conjunction.Promote the organization adoption CD type an electricity bottle gourd.

The main contents of this time design have:The problem put forward, conceive outline of total project, possibility design, structure design and draw towards doing not know a problem of investigate and solution of first step design, assemble diagram, spare parts diagram wait a series the design of the diagram paper with, end include graduation design manual of completion.

Keywords: cranes;bridge type derrick；During operation organization; Car running structure; Car hoisting structure; Bridge; Main girders.

目录

前言 (6)

1 单梁桥式起重机的概述 (7)

1.1单梁桥式起重机的整体描述 (7)

1.1.2 单梁桥式起重机机构的特点 (8)

1.1.3 单梁桥式起重机的基本参数 (8)

1.1.4 桁架梁和箱形梁的比较 (8)

1.2 LD型电动单梁桥式起重机各部件的作用（位结构） (8)

1.2.1 主梁 (8)

1.2.2 端梁 (8)

1.2.3主梁和端梁的联接 (9)

1.2.4 电动葫芦 (9)

1.2.5 大车 (9)

1.2.6 小车架 (10)

1.2.7 小车 (10)

1.2.8操纵室 (10)

1.3 运行机构 (10)

1.3.1 小车运行机构 (11)

1.3.2 大车运行机构 (11)

2 工作条件及设计要求 (12)

2.1 型式及设计的构造特点 (13)

2.2 选择电动葫芦的规格型号 (14)

2.3 主梁设计计算 (14)

2.3.1 主梁断面几何特性 (14)

2.3.2 主梁强度的计算 (16)

2.3.3刚度计算 (21)

2.3.4 稳定性计算 (23)

2.4 端梁设计计算 (23)

2.4.1 轮距的确定 (24)

2.4.2 端梁中央断面几何特性 (24)

2.5 起重机最大轮压 (25)

2.5.1起重机支座及作用 (25)

2.5.2 起重机最大轮压的计算 (26)

2.6 最大歪斜侧向力 (30)

2.7 端梁中央断面合成应力 (31)

2.8 车轮轴对端梁腹板的挤压应力 (31)

2.9 主、端梁连接计算 (32)

2.9.1 主、端梁连接形成式及受力分析 (32)

2.9.2 螺栓拉力的计算 (33)

3 小车起升和运行机构的设计计算 (36)

3.1 电动葫芦起升机构设计计算 (37)

3.1.1 电动葫芦的基本设计参数 (37)

3.1.2 电动葫芦起升机构简要设计步骤 (38)

3.2 电动葫芦运行机构设计计算 (45)

3.2.1.电动小车运行静阻力计算 (45)

3.2.2.电动机的初选预验算 (46)

3.2.3 传动比 (47)

3.2.4 制动器的选择与计算 (48)

4 大车运行机构设计计算 (50)

4.1 确定机构传动方案 (50)

4.2 选择车轮和轨道，验算车轮强度 (50)

4.3 验算车轮的疲劳强度 (50)

4.4 传动装置设计计算 (52)

4.4.1 选择电动机 (52)

4.4.2 大车运行机构的功率计算 (53)

4.4.3 验算电动机 (53)

4.5设计减速装置 (55)

4.5.1选择减速器的类型 (55)

4.5.2确定减速器的型号 (56)

4.6 起重机有关使用机构的安全装置 (57)

4.6.1 缓冲器 (57)

4.6.2 起升高度限位器 (58)

4.6.3 行程限位器 (58)

4.6.4 安全开关 (58)

4.7 起重机的组装及试车要求 (58)

4.7.1起重机的安装注意事项 (58)

4.7.2 起重机的试车要求 (60)

致谢 (62)

参考文献 (63)

前言

光阴似箭，转眼间四年大学生活即将结束，毕业设计是对我们四年大学生活的一个总结，更是对四年大学学习成果的检验。它要求我们应用所掌握的基本理论知识去解决现实中的一些问题，进而提高我们各方面的能力，如：收集信息的能力，发现问题的能力，独立分析和解决实际问题的能力，获取新知识的能力以及综合运用所学知识和技能的能力。

为积极响应院方号召，更好的完成本次毕业设计工作，毕业设计工作展开前我进行了毕业实习，通过工厂实习，了解了桥式起重机的基本结构和基本工作原理，从而为顺利完成毕业设计奠定了坚实的基础。

我毕业设计的课题是单梁桥式起重机。单梁桥式起重机是一种轻型起重设备，适合于车间、仓库、露天堆场等处的物品装卸工作。桥架由一根主梁和两根端梁刚接组成。根据起重量和跨度，主梁采用普通工字钢和U形槽组合焊接形成。主梁和端梁之间采用承载凸缘普通螺栓法兰连接。这次设计主要是对其主梁和端梁等桥架重点设计，包括一些常规性的强度刚度及稳定性的设计，除此还有一些驱动装置的计算，从而达到初步具备设计起重机重要部件的基本能力，为以后的设计和起重机选用奠定一定的基础。

1 单梁桥式起重机的概述

1.1单梁桥式起重机的整体描述

起重机是具有起重吊钩或其它取物装置在空间内实现垂直升降和水平运移重物的起重机械。

LD型电动单梁桥式起重机为一般用于机械制造、装配、仓库等场所（此次设计的是用于机修车间）。LD型电动单梁桥式起重机不适于用来调运熔化金属﹑赤热金属、易燃品及其危险物品，也不适用于在有爆炸危险、火灾危险、充满腐蚀性气体和相对湿度大于85%的场所工作。

LD型电动单梁起重机是在天津起重设备厂70年代初开发的DL型电动单梁起重机基础上，经全国联合设计研发而成，配套的电动葫芦为CD和MD型。是一种有轨运行的轻小型起重机，额定起重0.5～5.0 吨,适用跨度7.5～22.5米，工作级别在A3~A5，工作环境温度在-25℃～40℃范围内。起重机运行速度小于45m/min时，采用地面跟随式操纵，运行速度大于45m/min时，采用操纵室操纵。

1.1.1 单梁桥式起重机的工作方式

它安装在厂房高出两侧的吊车梁上，整机可在吊车梁上铺设的轨道上横向行驶，起重小车沿小车轨道行驶。吊钩做升降运动，即与CD1型或MD1的电动葫芦配套使用完成重物的升降、平移。

1.1.2 单梁桥式起重机机构的特点

主要优点是：结构简单、重量轻、对厂房的负荷小、耗电少。主梁与端梁采用螺栓连接、拆装、运输、补充备件方便，轮压小，安装快，维修方便。缺点是起重量不大。

1.1.3 单梁桥式起重机的基本参数

起重量、起升高度、起升速度、葫芦运行速度、大车运行速度、跨度、车轮与轨距。

1.1.4 桁架梁和箱形梁的比较

桁架梁挡风面积小、风阻力小、节省钢材；缺点是外形尺寸大，要求厂房建筑高度大，而且桥梁是由很多根不同型号和规格的杆件逐件焊接而成，费工、费钱。

箱型梁的优点：外形尺寸小，用整块钢板焊成，便于下料和采用自动焊接，适合大批量生产；缺点是自重较大。

1.2 LD型电动单梁桥式起重机各部件的作用（位结构）

LD型电动单梁主要由主梁、端梁、主动轮、被动轮、工字钢、大车驱动装置和小车组成。

1.2.1 主梁

主梁是采用钢板压延成型的U型槽钢与工字钢组焊而成的箱型实腹梁。作用是支承着可移动的小车，并能沿铺设的专用轨道运行，将起重机的全部质量的重力传给厂房建筑结构，结构简单适用，工艺性好。

1.2.2 端梁

由两种形式：一种是钢板压延成型的U型槽钢组焊成形，在焊接车门那

个箱形结构，适用于做中、小起重机吊钩桥式起重机的端梁；另一种是四块钢板拼成的箱形结构，通常配制带角形轴承箱的车轮组，但焊接工作量大，生产效率低于前种（本产品采用前一种）。

1.2.3主梁和端梁的联接

两种形式：一种是在主梁的两端，螺栓加减载凸缘连接形式。这种方式的优点是：主、端梁可以分批生产再组装，加工及库存的占地面积小、输送方便、费用较低。另一种形式是加连接板再焊接的方法联接。优点是：制造简单、装拆方便、成本低，是我国中、小起重机吊钩桥式起重机端梁和主梁的主要连接形式。（本产品采用第一种连接方式）

1.2.4 电动葫芦

它是一种由电机驱动，经卷筒、滑轮或起重链条，带动取物装置升降的轻小型起重设备。它具有体积小、重量轻、操作维修方便、价格低、安全可靠等特点，主要应用于起重量及工作范围要求不大或对工作速度要求不高的场合。将上部固定，可将起重设备单独使用或是通过小车悬挂在工字钢轨上运行，电动单梁桥式起重机、龙门起重机、臂架型起重机的起重小车，使用作业面积扩大，使用场合增多，由于如此灵活，可作工厂、码头、仓库、等常用的起重设备。电动葫芦有渐开线外啮合齿轮传动和行星齿轮传动两类，但前者具有制造简单、维修方便、效率高等特点。

1.2.5 大车

使起重机作水平运动，用于搬运货物或调整工作位置，同时可将作

用在起重机上的载荷传给支承它的基础。大车轨道中心间的距离称为跨度S，在该轨道上运行的动作称为大车运行。在桥架的中心或两端装有大车运行电动机，从电动机的水平轴引出动力，驱动半数的车轮。

1.2.6 小车架

是支承和安装电动葫芦和小车运行机构的机架，同时又是传递起升载荷的金属结构，LD型起重机采用工字钢。

1.2.7 小车

是小车作水平运动，用以搬运货物或调整工作位置，同时将作用在小车上的载荷传给支承的主梁。本品采用电动机、卷筒、制动器、钢丝绳和吊钩于一体的CD型电动葫芦。

1.2.8操纵室

用于司机操纵起重机的运行工作，操作室的构造与位置安装应保证使司机有良好的视野。其结构分为敞开式与封闭是两种，桥式起重机的操作室应安装在无滑线一侧的桥架上。

1.3 运行机构

运行机构的任务是使起重机或小车作水平运动，用于搬运货物或调整工作位置，同时可将作用在起重机或小车上的载荷传给支承它们的基础。陆上的起重机的运行机构分为有轨道运行和无轨道运行两类，而桥式起重机的运行属于前一类。

桥式起重机上的运行机构：由电机、传动装置、制动器和车轮组成。运行机构是依靠主动车轮与轮道间的摩擦力来实现驱动的。为了保证有足够大的驱动轮，驱动车轮应布置得当，在任何情况下，都应使其具有足够大的轮压。桥式起重机上运行机构的驱动轮，通常为总轮数的一半，采用对称成四角布置，这样可保证驱动轮轮压之和不变，不会发生打滑现象，使机构运行正常。

1.3.1 小车运行机构

LD型电动单梁桥式起重机采用自行式的自动葫芦。

1.3.2 大车运行机构

LD型电动单梁桥式起重机的大车运行机构一般均作分别驱动的型式（每一边轨道上的大车运行机构的主动车轮分别用单独的电动机来驱动），电动机采用带制动器的绕线型电动机或带制动器的变极笼型电动机。司机室操纵室用绕线的电动机，传动装置采用自行式电动葫芦电动小车的闭线减速器。一级开式齿轮减速器的型式。其中闭式齿轮部分是专用同轴式减速机，这种型式的传动装置简单、轻巧、零件数量少、通用化程度高，便于制造和修理，开式齿轮较易磨损，传动效率稍低。采用全封闭型减速器或采用带制动器的电动机减速器套装组合式的传动装置便于专业化生产，传动效率较高，但制造及安装精度要求较高。QS系列“三合一”减速器为三级渐开线布置平行轴传动外啮合渐开线硬齿面圆柱齿轮减速器（中华人民共和国专业标准号为：ZBJ19027—90）。减速器直接按与带制动器的绕线鼠笼式电动机相配，集减速器、电动机、制动器为一体，制动器不需配电源，所配电机具有双重功能接通电源即可

旋转，切断电源后，电机本身即产生制动力矩而制动。大车运行机构中采用“三合一”驱动部件，使机构变得非常紧凑、自重轻、分组性好、装配与更换方便，不受桥架起台和小车架变形的影响，并由于驱动部件不与走台相连接，可以减少主梁的扭转载荷，而且可使走台的构造也大为简化，但当电动机容量增大时，悬臂受力复杂化。故大型起重机的运行机构，目前仍采用分组式分别驱动，大车轮采用圆柱形踏面的双轮缘车轮，小车车轮采用圆锥鼓形车轮。

2 工作条件及设计要求

为机修车间设计一台LD型电动单梁桥式起重机，具体要求如下：

⑴起重量：5吨

⑵起升高度：9米

⑶电动葫芦运行速度：30m/min

⑷电动葫芦的起升速度：8 m/min

⑸葫芦最大轮压：P max=1900公斤（kg）

⑹葫芦自重：G=500kg

⑺起重机跨度：16.5 m

⑻大车运行速度：45m/min

⑼大车轮距：2.5m

⑽工作级别：M5

⑾工作环境：一般常温

⑿使用寿命：10年

⒀操纵室操纵：G操=400公斤

2.1 型式及设计的构造特点

LD型电动单梁桥式起重机由桥梁、小车、大车运行机构、电器设备构成。桥架由一根主梁和两根端梁用螺栓连接而成。电动单梁桥式起重机是一种有轨运行的轻小型起重机。它适用于额定起重量为：0.5～5吨，适用跨度为4.5～16.5米，工作环境温度在-25℃～40℃范围内，起重机的工作级别为A3～A5，LD型电动桥式起重机是按中级工件类型设计和制造的。

本次设计的LD型电动单梁桥式起重机的主梁结构式采用钢板压延成形的U形槽钢与工字钢组焊成的箱形实腹梁。端梁也是用钢板压延成U形槽钢，再组焊成箱形封闭箱，为贮存，运输方便，在主梁与端梁之间用M20的螺栓（45号钢制）连接而成。大车运行时靠两台锥形转子电机，通过齿轮减速装置驱动两边的主动车轮实现移动。运行机构采用分别驱动形式制动靠锥形转子制动的交流异步电机来完成。起重机主电源由厂房一侧的角钢或圆钢滑触线引入，电动葫芦由电缆供电。

电动单梁桥式起重机的外形如下图1所示：

图1 电动单梁桥式起重机

2.2 选择电动葫芦的规格型号

电动葫芦的形式与参数，参见产品样本，选用目前应用得最多的CD1型。CD1型电动葫芦的起重量一般为0.5～10吨，起重高度为6～30m，起升速度为8 m/min，起重量为10t时为7 m/min。而CD1型电葫芦具有两种起升速度，除常速外，还有0.8 m/min的慢速可满足精密装卸，砂箱合模等精细作业的要求。电动葫芦的总体结构可分为起升机构和运行机构两部分，起升机构由电动机、制动器、减速装置、卷筒装置以及吊钩滑轮组等组成。

本次设计的电动小车采用CD1型5t电动葫芦，CD1型电动葫芦的主电机为带锥形制动器的锥形转子电机，电机和制动器制成一体。使电动葫芦结构紧凑、自重轻。据资料查得，电动葫芦型号CD15-9D,自重为500kg。结果：选用CD15-9D。其设计计算见后面。

2.3 主梁设计计算

2.3.1 主梁断面几何特性

根据系列产品资料，粗布给出主梁的断面尺寸如图示：

l 1

=400

y x x l 2=255y 2y 1

h 1=400H =800

ζ1=5ζ2=5β=47°x'x'F 1h 2=280l 3=105b=122

12

3

451-压制成型的U形槽钢；2-加劲隔板；

3-斜侧板；4-工字钢；5-补强钢板h 1=220ζ=10

图2 主梁断面尺寸

根据系列产品资料，查得28a 普型工字钢（GB706-65） 的尺寸参数：

h= 280mm b=122mm d=8.5mm

t=13.7mm F1=55.45 q=43.4公斤/m

主梁断面面积

J x=7114cm 2 J y=345cm 2

F=0.5（l 1-23δ1）+2δ13h 1+23δ23l 2+F 1+δ3l 3

= 151cm 2

主梁断面水平形心轴x-x 位置

y 1= 11x

1F y F ?∑∑

式中：∑F 1—主梁面的面积（cm 2）.

∑F 1 y 1x -各部分面积对x-x ′轴的距离（cm 3）

y 1x -各部分面积形心至x ′-x ′轴的距离(cm)

则：y 1 =37cm