5吨电动单梁桥式起重机.doc

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1、前 言 毕业设计是我们毕业生毕业前的一次设计,是一个关键的环节,它全面地把我们以前所学的知识综合起来进行一次实践的尝试,是综合考察毕业生的应用能力,是走向社会,走向工程技术人员过渡的一座桥梁。 同时毕业设计还使我们去接触参阅大量的参考文献和大量有关书籍,并联系到几年来所学的知识,并加以巩固和消化,使之成为我们自身的本领,为将来奠定基础。 对于我们机械工程系的学生,毕业设计是综合素质的反映,我们要认真对待它,以一种严谨,勤奋的精神投入其中,真正对自己所学知识有一个检验,给出一个圆满的结局,给毕业打上一个满意的句号。 由于时间仓促,水平有限,本设计一定存在许多不足之处,希望得到老师的指正。第1章

2、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,仓库等场地 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:（1） 起重量 Q=510N（2） 跨距 L=16.5m（3） 工作制度 中级JC 25%（4） 起升速度 V起=8m/min（5） 起升高度 H=9m（6） 电动葫芦自重 G=0.510N 电动葫芦运行速度 V=30 m/min（7） 操纵室尺度 1.51.82.0 m（8） 主体结构 主梁结构与横梁结构均采用钢板压制U槽钢与Z字钢组焊成箱型实腹板梁,两者见电焊联接。（9） 机构动力 起升结构与小车运行结构,均采用

3、CD ,MD等形式的电动葫芦:运行机构采用分别驱动形式,驱动靠锥形制动电动机来完成。 初定外形尺度,见下图11 图11外形尺度第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Z字钢,初定主梁断面尺寸,见下图21 ，工字型截面尺寸F=33mm一、 计算主梁断面面积FF=0.5（L-2）+2h+2l+ F h+l=0.5(400-25)+25400+25255+220330+10105计算得F=151cm图21主梁断面二、 求主梁断面水平形心轴X-X位置y=式中：主梁断面的总面积（cm） 各部分面积对xx轴的静矩之和（cm） y各部分面积形心至xx轴的

4、距离（cm）计算得 y=37cm三 计算主梁断面惯性距J、J J=+（cm） J=+（cm）计算得J=111545（cm） J=21849（cm）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,活动载荷可近似地按集中载荷布置在跨中,跨中断面弯曲应力包括梁的整体弯曲应力和有小车轮压在Z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的影响很小,故予忽略) 梁的整体弯曲,在垂直平内内按简支梁计算,在水平面内按刚性框架计算,受力见下图22图22刚性框架受力图一、 垂直载荷在下翼缘引起的弯曲正应力=Mpa式中 Q额定起

5、重量,Q=510N G电动葫芦自重, G=0.510N 动力系数,对中级工作类型=1.2 冲击系数,对操纵室操纵时 , =1.1 G操纵室重量,取G=0.410N q桥架单位长度重量N/ m q= 其中:F主梁断面面积 F=r材料比重, N/ 主梁横加筋板的重量所产生的均布载荷,取=75N/ m计算得q=1260 N/ m =106.0Mpa二、主梁Z字钢下翼缘局部弯曲计算(1)计算轮压作用点位置i及系数见下图23 i=a+c-e 式中：i轮压作用点位置与腹极表面的距离。（cm） c轮缘与工字钢翼缘之间的间隙，取c=0.4cm a=5.675cm 对普通Z字钢，缘翼表面斜度为，葫芦走轮踏面曲率

6、半径R，取标准样本查得R=17.5cm。e=0.164R=2.87cm 所以: i=3.205cm，=0.57图23主梁Z字钢下翼缘局部弯曲(2)工字钢下翼缘局部弯曲应力计算 1）.图23中I点横向（至xy平面内）局部弯曲应力有下式计算 = Mpa式中：a翼缘结构形式系数，贴板补强度时取a=0.9 P葫芦走轮集中压力，取P=1.910N 局部弯曲系数，查图24， t工字钢翼缘平均厚度，t=1.37cm 补强板厚度,=1cm计算得:=0.5710Mpa 2）. 图23中I点纵向（至yz平面内）局部弯曲应力,有下式计算 = 式中：K局部弯曲系数，查表（五）K=0.6 计算得：=0.1810N 3）

7、. 图23中II点纵向（至yz平面内）局部弯曲应力有下式计算 = 式中：K局部弯曲系数，查图（24）K=0.4 a翼缘结构形式系数，贴板补强时取a=1.5 计算得：=0.2010N图24局部弯曲系数三、 主梁跨中断面当量应力计算 (1) 图23中I点当量应力 = = =107.7Mpa (2) 图23中II点当量应力 =+=106.0+20.3=126.310N四、 强度核校(1) 材质 主梁与横主梁与横梁结构全部采用A3钢板和A3型材焊接而成,并用结422或427焊条焊接。查GB70079、GB70965、GB70665材质的屈服=210240Mpa (2) 安全系数n对于II类载荷,一般情

8、况下取n=1.4(3) 许用应力 =150171Mpa(4) 强度校核、按=150Mpa计算，主梁跨中当量应力与均小于，满足强度要求。 2.3 刚度验算一、 主梁跨中断面的垂直静挂度ff=式中：Q额定起重量510N G电动葫芦自量0.510N L跨距，L=1605cm E材料弹性模量，对A钢E=2.110Mpa J主梁断面垂直惯性距，J=111487 cm 许用垂直静挠度cm，取= =2.36cm计算得：f=2.2cm2.36cm，满足要求。二、 主梁跨中断面的水平挂度ff=式中：J主梁断面水平惯性矩，J=21849 cm 许用水平静挠度cm，取=0.825cm计算得：f=0.56cm0.82

9、5cm，满足要求。三、 主梁动刚度验算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,在垂直方向的自对于由操纵室操纵的电动单梁起重机,须进行桥梁的动刚度性验算.验算可用控制主梁振周期T： T=2式中：M起重机和电动葫芦的换算质量。M= g重力加速度，g=980cms q主梁均布载荷，q=12.5Ncm G电动葫芦重量，G=0.510N K主梁刚性系数，K=510Ncm 许用自振周期（s） 计算得：T=0.1112s0.3s，满足要求。四、 主梁稳定性验算(1) 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。(2) 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

10、区,所以主梁腹板局部稳定性不予计算。(3) 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形槽钢,通过每隔一米间距的横向加筋板及斜侧板同Z字钢组焊成一体U型槽的两圆角将大大加强上翼缘板的稳定性,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型再组焊成端梁结构，车轮利用心轴安装左端梁两端腹板上，端梁则通过车轮将主要及载荷支承在轨道上。见图31图31端梁通过车轮主要载荷支承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积压应力。3.1确定轮距k k=（）L=2.3573.3m取k=2.5m3.2 端梁中央断面几何特性参考同类产品数据，

11、初定端梁端面尺寸，见图32、 断面总面积 F=79.5cm、 形心位置y=15.4cm z=7.9cmy=14.6cm z=15.1cm、 断面惯性距J=6659.6 cm J=8452.34 cm、 断面模数W =441cm W=549 cm图32端梁端面图3.3 最大轮压计算起重机支承反力俯视图，见图33图33起重机支承反力俯视图一、起重机受力情况及主要数据据初定结构尺寸及查有关零部件标准重量，主要计算数据如下：（1）Q额定起重量Q=510N（2）G电动葫芦重量，G=0.510（3）K冲击系数，对有操纵室的取K=1.1（4）动力系数，对中级工作类型的取=1.2（5）G端梁重，初估G=0.1

12、6510N（6）G主动车轮装置重量，初估G=0.06510N（7）G从动车轮装置重量，初估G=0.04610N （8）G驱动装置重量，G=0.04910N（9）G司机室重量，初估G=0.4010N（10）q主梁单位长度重量，q=12.6Ncm（11）L跨距，L=1650cm（12）k轮距，k=250cm（13）L、L电动葫芦极限位置距中尺寸，L=740cm，L=694cm（14）K司机室重心距从动轮轴尺寸，K=25 cm（15）l司机室重心距端轨道尺寸，l=100cm二、 最大轮压计算在额定负荷情况下，小车移至主梁两端极限位置时，端梁受力最大，按第类载荷计算最大轮压。（） 载荷位于主梁左端时（

13、操纵室一端）、轮的反力N、N、N、N：N= N=N=N=计算得：N=3.8610N N=0.8910N N=0.9410N N=4.1110N（）载荷位于主梁右端时计算得： N=1.0610N N=3.6810N N=2.7310N N=1.3210N（）最大轮压最大轮压由现在载荷靠近操纵室一端的从动车轮D上。N=4.1110N3.4 最大歪斜侧向力起重机运行时可能会出现跑偏、歪斜现象，此时车轮轮缘与轨道侧面接触并产生侧向力，侧向力与轮压成正比，对于轮距k=（）L时，比例系数可取0.1。计算得侧向应力为：S=0.1 N=0.4110N S=0.1 N=0.3710N3.5 端梁中央断面合成应力

14、端梁中央承受主梁及载荷重力，两端受车轮的支承反力及可能出现的侧向力。考虑到司机室与端梁的联接对端梁侧向起加强作用，故最大合成应力应按非操纵室一端进行验算。既当载荷位于右端极限位置时，合成应力 =式中：k轮距，k=250cm W、W断面模数，W=549 cm、W =441cm 许用应力，对A钢板取=137.2Mpa计算得=95.5 Mpa，满足要求。3.6 车轮轴对端梁腹板的积压应力车轮轴对端梁支承腹板的积压应力应满足： = 式中：N最大轮压，N=4.1110N d端梁腹板轴孔直径，取d=7cm 端梁支承腹板，取=1.5cm许用挤压应力，对A钢板取=112.7Mpa 计算得：=19.6 Mpa1

15、12.7 Mpa，满足要求第4章 机构电动机和标准部件的选择4.1 机构电动机的选择电机功率:P=式中起重机的回转阻力矩（） N起重机的回转转速（） 机构总效率。起升机构取=0.8 运行机构取=0.8起升机构电动机型号：YZR160L6运行机构电动机型号：YZR132M164.2标准部件的选择一、钢丝绳钢丝绳是起重机械中最长使用的绕性件，其品种规格及机械性能见国家标准GB110286。（一）钢丝绳的选用： 一般情况可选用麻芯和棉芯钢丝绳。高温环境工作而宜用石棉芯，或 尾钢丝绳。室内环境一般用光面钢丝绳，室外、水下及潮温或腐蚀环境宜用镀锌丝绳。顺绕绳只适用于带绳槽的卷筒及物品上升时不会自行旋转的

16、场合，交绕绳比顺绕绳寿命较低和较硬，但通常情况下均可选用，本机构选用顺绕绳的光面钢丝绳。（二）钢丝绳的选择计算： 根据 来选择 式中 钢丝绳的破断拉力 额定起重量时钢丝绳的静拉力（N） n钢丝绳的安全系数，查资料II 表5-21，取n=5.5 2.751）选用6股绳的钢丝绳2）选用交互捻钢丝：因为交互捻钢丝绳与股的扭转趋势相反，互相抵消，没有扭转打结的趋势，使用方便。4.3 滑轮和卷筒 钢丝绳滑轮是用来改变钢丝绳的方向的，可以作为导向滑轮，更多地是用来组成滑轮组，它是起重机起升机机构的重要组成部分。一、滑轮的材料工作繁重的宜用铸钢，一般条件下可采用灰铸铁或球墨铸铁,为了减轻自重，愈来愈多地用焊

17、接代替铸造，钢材采用焊接性好的A3钢。二、 滑轮的支承滑轮通常支承在固定心轴上，还代起重机的滑轮一般用滚动轴承支承，滑轮的支承座应当有适当的润滑防尘装置及防护挡罩滑轮槽底表面直径D查资料II表5-22可知， ，（=13.5，）滑轮槽底圆弧半径r=0.550.65 滑轮绳槽两侧壁的夹角为 三、 卷筒的设计（） 卷筒的材料卷筒通常用灰铸铁制造：工作繁重的可用ZG25、ZG35 号铸钢；大直径或单件生产的可用A3、16Mn等钢材焊接，卷筒表面，一般制成钢丝绳螺旋槽。通常用标准绳槽（） 卷筒的直径 ,e取25 则，取（） 卷筒的长度多层绕卷筒的长度 式中 H起升高度 m滑轮组倍率 查资料I 取7 d钢

18、丝绳直径 n附加安全圈数，使钢丝绳绳尾受力减小，便于固定，取n=2 D卷筒名义直径（槽底直径） 计算得 取（） 卷筒厚度 计算得（） 钢丝绳尾在卷筒上的固定常用的方法是用压板固定绳尾，其构造简单，装拆很方便。4.3 吊钩的设计 起重机必须通过取物装置将起吊物品与起升机构联系起来，从而进行这些物品的装卸，吊运以及安装等作业，对于这些取物装置在设计时一定需考 其安全性，应防止坠落或其他损伤，对于桥势起重机来说，吊钩是最常用的取物装置，通常与滑轮组的动滑轮组合成吊钩组，与起升机构的绕性构件联系在一起一、 吊钩的材料吊钩断裂方法导致重大的人身及设备事故，因此，吊钩的材料要求没有突然断裂的危险，目前吊钩

19、广泛采用低碳钢，选择20号钢，进行锻炼，锻造吊钩的自重较小截面形状较合理二、吊钩的形状吊钩有单钩和双钩两种，单钩的优点是制造与使用比较方便，而且要求起重的起重量较小，故设计成单钩形状三、 吊钩的构造单钩的孔径根据起重量可计算得吊钩钩身（弯曲部分）的断面形状有；圆形、矩形、梯形与T字型，从受力情况来看，T字型断面最合理，可以得到较轻的吊钩，但锻造工艺复杂，梯形截面的受力情况比较合理，锻造也比较容易，故吊钩截面选择梯形。四、 吊钩的计算钩身强度验算图41吊钩断面形状图最大拉应力：最大压应力：式中： 断面面积。梯形面积 断面重心至内缘距离， 断面重心至外缘距离， 动力系数， 依曲梁断面形状而定的系数

20、。代入可计算得：故吊钩钩身强度验算第5章 起升机构的设计5.1 起升机构的组成起升机构主要由驱动装置，传动装置，卷绕系统，取物装置与制动装置组成，该起升机构由电动机驱动，电动机通过联轴器与减速器的高速相连，机构工作时，减速器的低速轴带动卷筒，将细钢丝绳卷上或放下，经过滑轮组系统，使吊钩实现上升或下降，机构停止工作时，制动器使吊钩连同货物悬吊在空中。吊钩的升降靠电动机改变转向来达到。起升机构筒图见下图511电动机 2联轴器 3制动器 4减速器5钢丝绳 6吊钩组 7卷筒图51起升机构筒图5.2 起升机构的计算一、 钢丝绳直径吊取额定起重量的货物使绕上卷筒的钢绳分支的静拉 力Smax额定起升重量。吊

21、具自重。 查资料II 表8-1 ，可知X绕上卷筒的钢丝绳分支数，X=2m滑轮组倍率，m=2滑轮组效率，查资料II 表5-9，导向滑轮效率，计算得 即选用的钢丝绳，其破断拉力，必须满足 钢丝绳许用安全系数，见表52， 故钢丝绳 查表5-5 可选择线接触钢丝绳瓦林吞型6W（19股）GB1102-74钢丝绳直径，钢丝绳总断面积二、 卷筒的尺寸与转速卷筒的尺寸在前面P17已经设计了，其转速为（）式中 起升速度， 卷筒的卷绕直径， 滑轮组倍率 三、 起升静功率式中：起升重量， 吊具自重， 起升速度， 起升时的总效率，计算得四、 初选电动机 由于不同的起升机构的工作情况不同，工作的繁重程度各不相同，各种电

22、动机的过载能力也不完全相同，在初选电动机时可粗略的按下式进行，最后做精确验算。式中考虑吊钩升降（有利的影响）和起动期过电流（不利的影响）对于电动机发热的影响系数，见表8-2。=0.74查电机手册起升机构电动机形号为YZR160L6。功率，转速为五、 制动机的选用制动机的静力矩应满足下式式中：制动安全系数 查表8-4， 下降时作用在电动机轴上的静力矩 下降时的总效率， 传动比，故故根据别动力矩可在产品目录中选取所需类型标准制动器的规格，型号：，制动力矩为，电磁铁型号为MZR300第6章 运行机构的设计运行机构的任务使起重机做水平运动，它可用 搬运货物，它必经在专门铺设的钢轨上运行，负荷能力大，运

23、行阻力强运行机构主要由运行支承装置与运行驱动装置，两大部分组成，其支承装置的机械部分，主要是车轨与轨道，运行驱动装置为电动机或内燃机，减速机与制动器等其运行驱动机构的计算如下：一、 电动机容量的初选根据运行静功率选电动机每组运行驱动机构的静功率为式中：电动机等效阻力， 小车运行速度， 总效率，计算得： 选定，功率为，转速二、 传动比电动机转速车轮转速 三、制动机的选用制动机的制动力矩应当满足以下几个条件：（1）在最不利条件下制动时间不应太长。（2）在空载无风条件下，制动时间不宜太短。（3）对于露天工作的小车在附着力足够的条件下应使制动器力矩具有足够的抗暴风安全系数取最大制动时间为取制动器型号为

24、，制动力矩为，电磁铁型号为。第7章 电器控制原理的选择起升机构电气控制原理设计：起升机构电动机由一台型，11千瓦电动机拖动，用主令控制与控制屏组成的磁力控制器控制。其电气控制线路如图71。从图中可看出，接触器和用于控制电动机正反转。接触器控制三相交流制动电磁铁。转子回路接有七段电阻，其中两段反接制动电阻，以调节制动下降速度，四段起动电阻，一段常串电阻用以软化特征。各段电阻的接入与切除由主令控制器的触点通过接触器来控制7.1 吊钩起升控制先合上电源开关，将主令控制器手柄置“0位，接触点闭合，则零压保护继电器得电并自锁，接触控制电路电源，为启动电动机做好准备。主令控制器起升有6个位置，在不同位置上

25、，转子中串入大小不同的电阻，以便在一定负载下得的不同的提升速度。电动机 在磁力控制器控制下的机械特性如图72所示，图中第一象限的特性曲线16即为起升时的机械特性。例如：主令控制器在起升位置1，则触点闭合，则接触器得电，电磁机械制动器的抱闸松开，使电动机正转并切除第一段反接制动电阻。其相应的机械特性为图12所示的第一象限曲线1。同样，将主令控制器从起升位置1顺次转至位置2，3，4，5，6时，则接触器相继动作，电动机转子外接电阻逐个被删除，最后只留下一段为软化特性而接入的固定电阻，由上述可知，起升时电动机工作在电动运转状态起升上限保护开关串接于触点控制的电路的电源中，若起升到达上限位置时，则常用触

26、点断开，切除了所有接触器的的电源，电磁机械制动器报闸制动。若从上升的极限位置退出，可将手柄移至下降的35位置，触点闭合，可以重新反向起动电动机，使吊钩下降即可退出。7.2 吊钩的下降控制主令控制器下降也有六个控制位置。在位置时，电动机相序接法与起升相同，但在转子中串入较大的电阻，以便在一定位能转矩负载作用，使电动机运行在倒拉的反接制动状态，从而得到较小的下降速度。这种方式往往在重载下降时使用。 在下降位置上，转子串入四段电阻，使电动机运行在重物下降时的强烈制动中，其机械特性如图72显示的起升曲线.在第四象限的延伸。由图71可知，在下降J位置时，接触器断电，使电磁制动器断电，则电磁报闸制动。这J

27、位置的作用是使中午停止在一定位置不动，可用于制动和停止中午下降。在电气制动和电磁机械制动共同作用下，可避免溜钩，以实现准确停车。将控制手柄扳至下降1或2位置时，仍象位置一样接同控制电阻，接通接触器。电动机与电源接法与起升时相同，重物在位能转矩作用下，强迫电动机反转，其机械特性如图71的第四象限曲线1或2，呈制动状态。下降1和2位置的区别仅在于 是否闭合，使电动机转子分别串入五段或六段电阻。显然，在轻载或空钩7下放的情况下，位能转矩不足以使电动机运行在第四象限，而电动机克服负载转矩将运行在第一象限，将会出现吊钩能吊重物不但下降反而上升的现象。因此轻载或空钩应扳在位置，使其强力下放，不应在位置停留

28、，为防止误操作使吊钩上升超过欺生极限位置，能以在位置时，控制电源都能由触点通过开关接通。下降的位置，触点闭合，控制电源不受限位开关控制，触点闭合，使吸合，电动机被接成反转状态，将吊钩强力下放。由于此时电磁转矩 和转速 均与原来的方向相反，能以机械特性处于第三象限。下降位置，转子外接电阻分别是5段，4段和逐次切除而只留一段，其对应的特性曲线如图72中第三象限曲线。除了在制动状态，以高速放下重物外，在位能负载转矩作用下，起特性也可延伸至第四象限，作为再生发电制动状态，以高速放下重物。下降比曲线5陡.下放速度更快。若由下降位置5换策划能够下降位置时。为了避免由造成的过高的放下速度，可用和下常开触点串

29、联，使仍然通电，故下降始终按特性曲线5运行。而串接下触点的目的，在于不影响起升时的调速。线圈电路中常闭触点的作用在于，当由强迫下放位置过度到制动下放时，只有和线圈断电，才能够通电并自锁，这就保证了只有在转子电阻全部接入时才能进入反节制动，以防止在反接制动过程中造成能过大的冲击电流。主令控制器在下放位置2与3转换时，由倒拉反接制动下放转为强迫下放，并使接触器和进行换接，由于二者之间的电气和机械的联锁，势必出现一个释放，而另一个尚未吸上的现象。这时，若没有常开触点与常开触点并联，那么接触器断电，电动机由于高速下的机械制动而引起的强烈震动。线路中的欠压保护，是通过电压继电器来实现的，过流保护由过流继

30、电器来实现，通过限位开关起到吊钩的起升限位保护作用。图71起升机构电气控制图72起升机构电气控制特性曲线第8章 结论几个月的毕业设计在紧张而又繁忙中结束了，这次的毕业设计让我对起重机又有了更深的认识。需要我们运用多学科的理论、知识与技能，分析和解决系统的工程问题。通过这次设计能够更好的将在学校中所学习到的知识和实际生产联系结合起来。深化我们对理论知识的学习，从而为以后的实际生产带来更大的帮助。使我熟悉了实际设计中主梁结构与横梁结构，起升结构与小车运行结构，其次熟悉了起升机构电气控制原理的全方案。在这次毕业设计我的收获不小，使我对设计起重机有了全方面了解，及对它的设计工艺安排也有了比较清晰的思路

31、，我想以后再碰到相似的工程设计我就不会再感到陌生了，至少我有过这次经历。我有信心把它做好。 在老师的指导和自己的努力下，顺利完成了课程设计的任务和要求，使自己得到更进一步的发展。毕业设计虽已结束，但我们钻研的精神不能结束。为把自己培养成对社会有用的人才而不断努力。致谢末了，我要感谢许多在做设计的过程中帮助过我的老师和同学，特别是范丰老师。老师对我的设计的指导是这次设计顺利完成的关键并认真仔细的审查了我的设计图，指出设计图中的错误和不足之处。一些同学在设计的过程中给予了我很大的帮助。最后感谢学校、学院各位老师五年来给我的教育与指导、教育和培养，也感谢班了的各位同学与他们的交流让我获益良多。参考文献1.机械工程手册第12卷机械产品（二），机械工程手册。电气工程手册2.起重运输机械上海交通大学。1975年3月3.起重机设计手册起重机设计手册编写组机械工业出版社。1980年4.起重机械大连工学院杨长骥主编机械工业出版社。1982年11月5.起重机计算实例北京理工大学出版社。高等学院教材