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1、绪论随着国民经济的发展，起重机械已成为许多部门必不可少的设备，在现代化 大生产的条件下，随着工艺流程的机械化和自动化程度的不断提高，起重机械在 生产过程中，从辅助设备逐渐成为连续生产流程中的一种专用设备。在生产技术不断发展的条件下，起重机的种类越来越多，通用桥式起重机（俗 称天车或行车）和门式起重机（又称龙门起重机）是其中被广泛应用的两种。起重机是一种间歇动作的机械，其工作特点具有周期性，在每一个工作循环 中，他的主要机构作一次正向及反向运动，每次循环包括物品的装载及卸载，搬 运物品的行程和卸载后的空钩回程，前后两次装卸之间还包括辅助准备时间在内 的短暂停歇。在工作循环中，起重机各机构一般不同
2、时开动，而是根据工作需要彼此协同 工作的，但在一个循环中各机构都有自己的动作延续时间，此外，即使在开动阶 段，机构的负载情况有带载和空载之分，即使是带载，载荷大小也有变化，另外 操作熟练程度对机构的受力情况也有影响，操作不平稳会使构件带来冲击载荷， 加剧疲劳，磨损或发热。严重的可能导致事故，除上述工作条件外，还需考虑起 重机的工作环境，如在高温车间，酸碱车间，都会影响机械的强度，为了充分估 计这些情况和避免产生意外的后果，在设计、选择或效验起重机以及选择电动机 和电器设备，必须从实际出发，根据不同的工作情况，应用不同的安全系数和许 用应力，为此，要把起重机械根据忙闲程度和负荷情况分为不同的工作
3、类型，但 起重机械是由各机构组成的，起重机械在工作，也就是他的机构在运行，因而必 须考虑到各机构的工作类型，由于这些机构的用途不同，工作时间长短也不同，（例 如起升机构在装卸物品时，其他机构停歇不动），而且在工作过程中，各机构运行 速度和所受载荷业不同，所以在同一起重机械中，各机构的运行速度和所受的载 荷是不同的，因此，在设计计算各机构的零部件时，应根据零部件的工作类型分 别进行，整体起重机械和金属结构的工作类型是根据主起升机构决定的，而且于 他属于不同的同一种工作类型。第1章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、 仓库等场所。根据设计任务书要求并
4、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：起重量：Q 5 104N跨距：L=16.5 m工作制度：中级JC 25%起升速度：V起8m/min起升高度：H = 9m电动葫芦自重：G .5 104N电动葫芦运行速度：V=30 m/min操纵室尺度：L5 L8 2-0m3主体结构：主梁结构与横梁结构均采用钢板压制U槽钢与工字钢组焊成箱形实腹 板梁，两者间电焊连接。机构动力：起升机构与小车运行机构，均采用CD、MD等形式的电动葫芦；运行机 构采用分别驱动形式，驱制动靠锥形制动电动机来完成。初定外形尺度，见下图（1）图（1）外型尺寸第2章主梁计算2.1主梁断面几何特性参考同类产品，
5、查型材标准GB705-65选I28a普型工字钢，初定主梁断面尺寸，见下图(2-1)型截面尺寸Fi = 33mm2.1.1计算主梁断面面积F = 0.5( L - 2 xb ) x h + 2 xb x l + Fh +bx l11122133=0.5(400 - 2 x 5) + 2 x 5 x 400 + 2 x 5 x 400 + 2 x 5 x 255 + 220 x 33 +10 x 105计算得F = 151cm2-招ruH星3UH图(2-1 )截面尺寸2. 1.2求主梁断面水平形心轴x-x位置IF yi式中：1 Fi 主梁断面的总面积(cm 2)i yix各部分面积对x x 轴的静
6、距之和(Cm3)yix 各部分面积形心至x -x轴的距离(cm)计算得：y. = 37cm2. 1.3计算主梁断面惯性矩Jx 、JyJ 4 + SF , 2(g)J 工5i + SF x 2(cm4) 计算得 J = 111545(cm4)J = 21849(cm 4)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，活动载荷可近似的 按集中载荷布置车跨中，验算主梁跨中断面的弯曲应力和跨断面的剪应力。跨中断面弯曲应力包括梁的整体弯曲应力和由小车轮压在工字钢下翼缘引起 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影响很小，故予
7、忽略)梁的整体弯曲，在垂直内按简支梁计算，在水平面内按刚性框架计算。受力分析见(图2-2)图（2-2）受力图2.2.1垂直载荷在下翼缘引起的弯曲应力xMPa(甲 Q + K Gn) L K G L K qL i 42 s”8式中：Q额定起重量，Q = 5x104NGn电动葫芦自重，Gn= 0.5 X 104 N七i 动力系数，对中级工作类型i】T.2气1冲击系数，对操控室操纵时，气 IG、一操纵室重量，取Gs = 0.4 x 104 N q桥梁单位长度重量N/mq - 1000 - F - r + q其中：F主梁断面面积F = 151 x 10-4m2r材料比重，N / m3q 一一主梁横加筋
8、板的重量所产生的均布载荷，取q =75N/m计算得：q=1260N/m=106.0Mpa2.2.2主梁工字钢下翼缘局部弯曲计算：A计算轮压作用点位置i及系数等，见下图（2-3）i=a+c-e式中：i轮压作用点位置与腹板表面的距离。（cm）C轮缘与工字钢翼缘之间的间隙，取c=0.4cma = = 5.675cm21由标对普通工字钢，翼缘表面斜度为6，葫芦走轮踏面曲率半径R，准样本得R=17.5cm e=0.164R=2.87cm匚=i = 0.57所以，i = 3.205cma图（2-3）工字钢B工字钢下翼缘局部弯曲应力计算 图（2-3）中I点横向（在xy平面内）局部弯曲应力 1由下式计算c =
9、 1气匕 Mpa1120式中：1 翼缘结构形式系数，贴板补强度时取1=0.9PL 葫芦走轮集中压力，取CT X 104 NK1局部弯曲系数，查图5-13，K1=L9t工字钢翼缘平均厚度，t=1.37cm。补强板厚度，。=1cm计算得. =0.57 x 104 Mpa 图（2-3）中I点纵向（在yz平面内）局部弯曲应力 2 = OKP2 120式中：K2局部弯曲系数，查图（2-4） K2 = 0.6计算得. 2 = 0.18 X104 N 图（2-4）中II点纵向（在yz平面内）局部弯曲应力3由下式计算_a2 . K3 七3 120式中：K3局部弯曲系数，查图（2-4） K3 = 0.4a2 翼
10、缘结构形式系数， 贴板补强时取a 2=L5 计算得 3 = 0.20 X104 N图(2-4 )弯曲系数2.2.3主梁跨中断面当量应力计算图(2-3)中I点当量应力 idc ID=护 2 + ( + )2 - ( +b )=气；5792 + (183 +1060)2 579 x (183 +1060)=107.7 Mpa图(2-3)中I点当量应力 iid膈= z + 3 = 106.0 + 20.3 = 126.3 x 104 N2.2.4强度校核A材质主梁与主梁结构全部采用A3钢板和A3型材焊接而成，并用结422 或427焊条焊接。查GB700-79、GB709-65, GB706-65材质
11、的屈服限 = 210 240MpaB安全系数n对于II类载荷，一般情况下取n=1.4C许用应力。 so = n =150171MpaD强度校核 按。 = 150Mpa计算，主梁跨中当？应力与页万均小于 。，满足强度要求。2.3刚度验算2.3.1主梁跨中断面的垂直静挠度f 1(Q + G ) Lf =48EJ 一忍f式中：Q额定起重量5X 104NG一电动葫芦自量0.5X 104NL一跨距，L=1650cmE材料弹性模量，对A3钢E=2.1 X 107 MpaJx一主梁断面垂直惯性距，Jx=11148g cm4f 1 许用垂直静挠度cm，取f 1 = 700 =2.36 cm计算得f1 =2.2
12、 cmV2.36 cm，满足要求。2.3.2主梁跨中断面的水平挠度fQ + G ) Lf2= 960涂日f 2式中：Jy一主梁断面水平惯性距，Jy=21849m4f2 许用水平静挠度cm，取f 2 = 2000 =0.825 cm计算得：f2 =0.56 cmV0.825 cm，满足要求2.3.3主梁动刚度验算对于有操纵室控制的电动单梁起重机，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 直方向的自振周期T (s)：MI一T=2nK w T式中：M起重机和电动葫芦的换算质量，M= g (0.5gL+Gn)g重力加速度，g=980 cm
13、/S2q=125N/cmG = 0.5 x 104 N nq主梁均布载荷，Gn电动葫芦重量K主梁刚性系数，K = 96 EJx = 5 x 104 N / cmLT许用自振周期(s)计算得T=0.11125 2.75 x 105 N1. 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。4.2.2滑轮和卷筒滑轮的设计：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，它是起重机起升机构的重要组成部分。1）滑轮的材料工作繁忙的宜用铸钢；一般条件下可采用灰铸铁或球墨铸铁，近来为了减轻自重，愈来愈多地
14、用焊接代替铸造，钢材采用焊接性好的A 3钢。2）滑轮的支承滑轮通常支承在固定心轴上，近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。3）滑轮槽底表面直径D：查资料U表5-22可知D ed （e任20） d为钢丝绳直径.D 270mm （d =13.5,其选择见计算）滑轮槽底圆弧半径r=0.55-0.65d滑轮绳槽两侧壁的夹角为35 -60卷筒的设计：1）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；大直径的或单 件生产的可用A厂16M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2) 卷筒的直径D (e - 1)de
15、取 25则 D 324mm 取 D=380mm3) 卷筒的长度多层绕卷筒的长度L=1.1Hmd兀 n( D + nd)式中，H起升高度H=16x 103mmM 滑轮组倍率，查资料I取m=7D 钢丝绳直径，d=13.5mmN 附加安全圈数，使钢丝绳绳数受力减小，便于固定，取n=2D 卷筒名义直径(槽底直径)D=324mm计算得 L=806.7mm，取 L=1000mm4) 卷筒厚度b =0.02D+ (6-10) mm计算得b =18mm5) 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
16、 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虑其安全 性，应防止坠落或其他损伤。对于桥式起重机来说，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，与起升机构的挠性构件连系在一起。4.3.1吊钩的材料吊钩断裂可能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。目前吊钩广泛采用低碳钢，选择20号钢，进行锻造，锻造吊钩的自 身较小，截面形状较合理。4.3.2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。4.3.3吊钩的构造单钩的孔径a+（30-35） *m（）（1012人（仙）mm根
17、据起吊重量可计算得a=85mm吊钩钩身（弯曲部分）的断面形状有：圆形、矩形、梯形与T字形，从受力 情况来看，T字形断面最合理，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，锻造也较容易。故吊钩截面选择梯形。4.4.4吊钩的计算钩身强度验算：Q=500kghB5(4-1)钓钩图最大拉应力:2e1 a=+ KFKB最大压应力:KQ2e2FKb a + 2h式中：F断面面积ei 断面重心全内缘距离梯形面积 F = 2800mm2B + 2b he 32.3mm1 B + b 3e 2 断面重心全外缘距离K动力系数K=1.1e = h e = 49.7 mmKb依曲梁断面形状而定的
18、系数 KB =0.17代入计算得：b = 89N / mm2 b 1b 2 = 30.4N / mm2 490N m根据制动力矩，可在产品目录中选取所需类型 标准制动器 的规格型号TJ2 - 300 制动力矩为500N m 电磁铁型号为MZD1- 300第6章运行机构的设计运行机构的任务是使起重机做水平运动，它可用来搬运货物，它必须在专门 铺设的钢轨上运行，负载能力大，运行阻力小。运行机构主要由运行支撑装置与运行驱动装置两大部分组成，其支撑装置的 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、减速器与制动器 等。6.1运行驱动机构的计算6.1.1电动机容量的初选根据运行静功率选电动机
19、，每组运行驱动机构的静功率为:M = 1咋 j m 1000 x 60n式中：W,电动机等效阻力 W, = 4.3KWV 小车运行速度 v=44m/minn总效率 n =0.9计算得：N . = 1.75KW所以 N = KdN = 1.2 x 1.75 = 2.1KW则电动机容量选定为YZR132M1 功率为2.2KW 转速为908r/min6.1.2传动比电动机转速：n , = n -d (n - n ) d 0 p 0 da1.75,= 1000(1000 - 908) = 926.8, / min2.2车轮转速:Vn -l兀D144兀 x 0.4-35r /min. n926.8 =所
20、以 i =- = 26.5n 356.1.3制动器的选用制动器的制动力距应当满足以下几个条件： 在最不利条件下，制动时间不应当太长.t34(s)zh max 在空载无风的条件下，制动时间不宜太短tzhmin N11.5(s) 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距具有足够的抗暴风安全系数KN1.25取最大制动时间为t =4szh max取制动器型号为TJ2-100,制动力距为20N-M，电磁铁型号为MZD100第7章电气控制原理的选择起升机构电气控制原理设计：起升机构电动机有一台YZR160L-6型，11千瓦 电动机拖动，用主令控制器与控制屏组成的磁力控制器控制其电气控制线路如图
21、 所以（7-1）从图中可看出，接触器ZC和FC用与控制电动机JD正反转，接触器ZDC控制 三相叫制动电磁铁1TJ和2TJ。转子回路接有七段电阻，其中2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性。各段电阻的 接入与切除有主令控制器的触点通过接触器1F，2F，1C4C来控制7.1吊钩起升控制先合上电源开关DK，1DK，2DK，将主令控制器手柄置“0”位，触点K1闭合， 则零压保护继电器YJ得电并自锁，接通控制电路电源，为起动电动机做好准备 主令控制器起升有六个位置，在不同位置上，转子中串入大小不通的电阻，以便 在一定负载下饿到不同的提升速度。电动机JD在磁力控制器
22、控制下的机械特性如 图（7-2）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K、k、k、k闭合，则接触器ZC，ZDC，1F得电，3467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（7-2）所示的第一象限曲线1。同样，将之令控制器从起升位置 1顺次转主位置2.3.4.5.6时，则接触器 2F.1C.2C.3C.4C相继动作，电动机转子外接电阻逐个被切除，最后只留一段为软 化特性而接入的固定电阻。由上述可知道，起升时电动机均工作在电动运转状态起升上限保护开关JXK串接于K3触点控制电路的电源中。若起升到达上限
23、位 置时，则JXK常闭触点断开，切除了所有接触器电源，电磁机械制动器抱闸制动。 若从上升的极限位置退出，可将手柄移至下降的35位置，K2触点闭合，可以 重新反向起动电动机，使吊钩下降既可退出。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J、1、2时，电动机相序揭发与 起升相同，但在转子中串入较大的电阻，以便在一定位能转距负载作用下，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（7-2）中所示的起升曲线2在第四象限的延伸，由图（7-1） 可知，在下降
24、J位置时，接触器ZDC断电，使电磁制动器1JT、2JT断电，则电磁 抱闸制动。这J位置的作用是使重物停止在一定位置不动，可用于制动和停止重 物下降。在电气制动和电磁机械制动共同作同下，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J位置一样接通控制电阻，K6接 通接触器ZC。电动机与电源接法与起升时相同，重物在位能转距作用下，强迫电 动机反转，其机械特性如图（7-2）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K7是否闭合，使电动机转子分别串入五段和六段电阻，虽 然在轻载或空钩下放况下，位能转距不组的使电动机运行在第四象限，而电动机 克服负载转距将运行在第一
25、象限，将会出现吊钩吊重物不但不下降反而上升的现 象。因此轻载或空钩应扳在35位置，使其强力下放，不应在J、1、2位置停留。 为防止误操作下使钓钩上升超过起升极限位置，能以在J、1、2位置时，控制电 源都由触点K3通过限位开关JXK接通。下降的35位置，K2触点闭合，控制电源不受象限位开关JXK控制，K5触点 闭合，使FC吸合，电动机被接成反转状态，将钓钩强力下放。由于此时电磁转距 M和转速N均与原来的方向相反，所以机械特性处于第三象限。下降3.4.5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 （7-2）中第三象限曲线3.4.5。处理在电动状态强力下放重物外，
26、在位能负载转 距作用下，其特性也可延伸至第四象限，成为再生发电制动状态，以高速放下重 物。下降曲线3.4比曲线5陡，下放速度更快。若由下降位置5换成下降位置J.1.2 时，为了避免由3.4造成的过高的下放速度，可用4C和FC常开触点串联，使4C 线圈电路形成自锁。即在中途经过3和4位置时，由于自锁回路保护，4C仍然通 电，故下降始终按特性曲线5运行。而串接FC触点的目的，在于不影响起升时的 调速。ZC线圈电路中4C常闭触点的作用在于，当由强迫下放位置5.4.3过度到制动下放2.1.J时，只有FC和4C线圈断电，ZC才能通过并自锁。这就保证了只有在 转子电阻全部接入时才能进入反接制动，以防止在反
27、接制动过程中造成过大的冲 击电流。主令控制器在下放位置2与3转换时，与倒拉反接制动下放转为强迫下放， 并使接触器ZC和FC进行转换，由于二者之间的电气和机械的联琐，势必出现一 个释放，而另一个尚未吸上的现象。这时若没有ZDC常开触点与ZC、FC常开触点 并联，那么ZDC接触器断电，电动机由于高速下的机械制动而引起强烈震动。线路中的欠压保护，是通过YJ电压继电器来实现的；过流保护由于过流继电 器LJ来实现；通过JXK限位开关起到吊钩的起升限位保护下作用。rrrm下降起升5 43S 1 . 0243 5UJJJJnj J J J+#+lJXK iiihIIII11 Imin图（7-1）吊钩起升机构
28、电器控制线路起升线性下降制动下降图（7-2）吊钩起升电动机的机械特性结论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，它全方位地 把我们以前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架桥梁。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。对于我们机械工程学院的学生，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，真正对自己所学的知识有一个检验， 给出一个圆满的结局，给毕业打上一个满意的句号。电动
29、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、 仓库等场所。整机结构新颖、工艺性好，操作灵活平稳，安全可靠，用途广泛 。主要设计 有参数的选择、主梁的计算、端梁的计算、机构电动机和标准部件的选择、提升 机构的设计、运行机构的设计以及电气控制原理的设计。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。致谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，由于经验的匮乏，难 免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们 的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的导师XXX。他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的 每个
30、阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详 细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐， 但是XXX老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩XXX老师的专业水平外， 他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的 学习和工作。其次要感谢和我一起作毕业设计的尚坤同学，她在本次设计中勤奋 工作，克服了许多困难来完成此次毕业设计，并承担了大部分的工作量。如果没 有她的努力工作，此次设计的完成将变得非常困难。然后还要感谢大学四年来所 有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是 因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。最后感谢学校三年来 对我的大力栽培。参考文献(1) 陈道南.起重运输机械M.北京：冶金工业出版社，1988.(2) 起重机设计手册编写组.起重机设计手册M.北京：起重机设计手册编写组、 机械工业出版社1980年.(3) 大连工学院杨长冀.起重机械M.北京：机械工业出版社，1982年11月.(4) 陈国章.起重机计算实例M.北京：铁道出版社，1985年12月.(5) 刘顺禧.电气控制技术M.北京：北京理工大学出版社 高等教育学院，2000 年11月.(6) 机械工程手册电机工程手册编辑委员会.机械工程手册M.北京：机械工业出 版社，1997年2月.
