3320 橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3320 橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),橋式起重機(jī),主體,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
華 東 交 通 大 學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題 目: 橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Design of main body structure of bridge-type hoist crane學(xué) 院: 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 班 級(jí): 01 機(jī)設(shè)（1）班 學(xué)生姓名: 陳向城 學(xué) 號(hào): 20010310010807 指導(dǎo)教師: 范士娟 完成日期: 2005-6-13 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。就我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表和撰寫(xiě)的研究成果，也不包含為獲得華東交通大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)所使用過(guò)的材料。如在文中涉及抄襲或剽竊行為，本人愿承擔(dān)由此而造成的一切后果及責(zé)任。本人簽名 導(dǎo)師簽名 2005 年 6 月 13 日華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)姓 名 陳向城 學(xué) 號(hào) 20010310010807 畢業(yè)屆別 2005 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師 范士娟 學(xué) 歷 碩 士 職 稱(chēng) 講 師具體要求：一、設(shè)計(jì)參數(shù)1起重量：Q=10t,工作級(jí)別為 A5（中級(jí) JC=25%） ；2跨度 L=16.5m,大車(chē)輪距 B=4.5m,小車(chē)輪距 b=1.6m；3大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)重 Gy=2200kg,小車(chē)自重 Gx=4800kg；4小車(chē)運(yùn)行速度 u=40m/min，大車(chē)運(yùn)行速度 v=90m/min；二、任務(wù)要求1進(jìn)行橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算；2編制詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)；3繪制主梁結(jié)構(gòu)圖、端梁結(jié)構(gòu)圖、橋式起重機(jī)總圖。進(jìn)度安排：4.164.20 做好各項(xiàng)準(zhǔn)備，查閱相關(guān)的文獻(xiàn)及書(shū)籍4.215.15 完成所有的設(shè)計(jì)計(jì)算5.165.30 畫(huà)出設(shè)計(jì)要求的圖紙：主梁結(jié)構(gòu)圖、端梁結(jié)構(gòu)圖、橋式起重機(jī)總圖；6.16.10 打出計(jì)算說(shuō)明書(shū)及畢業(yè)總結(jié)（含英文摘要）6.116.18 為畢業(yè)論文答辯作準(zhǔn)備6.206.22 畢業(yè)答辯指導(dǎo)教師簽字：年 月 日教研室意見(jiàn)：教研室主任簽字：年 月 日題目發(fā)出日期 設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間附注：華東交通大學(xué)學(xué)生開(kāi)題報(bào)告書(shū)課題名稱(chēng) 橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課題來(lái)源 課題類(lèi)型 AY 導(dǎo) 師 范士娟學(xué)生姓名 陳向城 學(xué) 號(hào) 20010310010807 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容：起重機(jī)是在建筑工地、工廠(chǎng)等場(chǎng)所廣泛使用的一種機(jī)械裝置，它的廣泛應(yīng)用是現(xiàn)代化生產(chǎn)特點(diǎn)的標(biāo)志，它將人們從繁重是體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，提高生產(chǎn)率。這次設(shè)計(jì)是橋式起重機(jī)的主體結(jié)構(gòu)部分，主要包括橋式起重機(jī)的主梁和端梁的設(shè)計(jì)計(jì)算。通常把橋式起重機(jī)的主梁與端梁等部件組成的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為橋架，本次設(shè)計(jì)采用正軌箱形梁橋架，正軌箱形梁橋架由兩根主梁和端梁構(gòu)成。主梁外側(cè)分別設(shè)有走臺(tái)。主梁與端梁通過(guò)連接板焊接在一起形成剛性結(jié)構(gòu)。為了運(yùn)輸方便在端梁中間設(shè)有接頭，通過(guò)連接板和角鋼使用螺栓連接。這種結(jié)構(gòu)運(yùn)輸方便、安裝容易。小車(chē)軌道通過(guò)焊接在主梁上的壓板固定于蓋板中央，故稱(chēng)正軌箱形梁。橋式起重機(jī)是廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠(chǎng)房里的一種起重運(yùn)輸裝置。設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)合理、使用方便、工作可靠的橋式起重機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。方法及預(yù)期目的：方法：（1）確定起重機(jī)的總體方案，主梁采用正軌箱形結(jié)構(gòu)； （2）確定起重機(jī)的各個(gè)參數(shù)，初定跨度 L=16.5m；（3）計(jì)算橋架主梁結(jié)構(gòu)，初步確定主梁的各個(gè)尺寸；（4）在確定主梁的初定尺寸后，對(duì)所選參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，然后合理調(diào)整尺寸；（5）對(duì)橋架結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核，使之符合基本設(shè)計(jì)要求；（6）用 AUTOCAD 繪制主梁、端梁以及總體結(jié)構(gòu)圖；（7）編輯論文預(yù)期目的：主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合基本要求，功能實(shí)現(xiàn)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用、工作可靠。指導(dǎo)教師簽名： 日期：課題類(lèi)型：（1）A工程設(shè)計(jì)；B技術(shù)開(kāi)發(fā)；C軟件工程；D理論研究；（2）X真實(shí)課題；Y模擬課題；Z虛擬課題 （1） 、 （2）均要填，如 AY、BX 等。華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評(píng)閱書(shū)(1)姓 名 陳向城 學(xué) 號(hào) 20010310010807 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目 橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師簽字：年 月 日評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)：評(píng)閱人簽字：年 月 日得分得分等級(jí)華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評(píng)閱書(shū)(2)姓 名 陳向城 學(xué) 號(hào) 20010310010807 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目 橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)答辯小組評(píng)語(yǔ)：等級(jí)組長(zhǎng)簽字：年 月 日答辯委員會(huì)綜合評(píng)語(yǔ)： 等級(jí)答辯委員會(huì)主任簽字：年 月 日（學(xué)院公章）注：答辯小組根據(jù)評(píng)閱人的評(píng)閱簽署意見(jiàn)、初步評(píng)定成績(jī)，交答辯委員會(huì)審定，蓋學(xué)院公章?！暗燃?jí)”用優(yōu)、良、中、及、不及五級(jí)制（可按學(xué)院制定的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 成績(jī)?cè)u(píng)定辦法評(píng)定最后成績(jī)） 。華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄姓 名 陳向城 學(xué) 號(hào) 20010310010807 畢業(yè)屆別 2005 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)題目 橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 答辯時(shí)間答辯組成員（簽字）：答辯記錄：記錄人（簽字）：年 月 日答辯小組組長(zhǎng)（簽字）：年 月 日附注：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要起重機(jī)的用途是將物品從空間的某一個(gè)地點(diǎn)搬運(yùn)到另一個(gè)地點(diǎn)。為了完成這個(gè)作業(yè)，起重機(jī)一般具有使物品沿空間的三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。橋式類(lèi)型的起重機(jī)是依靠起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組合運(yùn)動(dòng)使所搬運(yùn)的物品在長(zhǎng)方形平面內(nèi)作運(yùn)動(dòng)。起重機(jī)是現(xiàn)代生產(chǎn)不可缺少的組成部分，借助起重機(jī)可以實(shí)現(xiàn)主要工藝流程和輔助作業(yè)的機(jī)械化，在流水線(xiàn)和自動(dòng)線(xiàn)生產(chǎn)車(chē)間中，起重機(jī)大大提高了生產(chǎn)效率。本文主要完成了橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)及主梁和端梁的校核計(jì)算。采用正軌箱形梁橋架，正軌箱形梁橋架由兩根主梁和端梁構(gòu)成。主梁外側(cè)分別設(shè)有走臺(tái)，并與端梁通過(guò)連接板焊接在一起形成剛性結(jié)構(gòu)。為了運(yùn)輸方便在端梁中間設(shè)有接頭，通過(guò)連接板和角鋼使用螺栓連接，這種結(jié)構(gòu)運(yùn)輸方便、安裝容易。小車(chē)軌道固定于主梁的壓板上，壓板焊接在蓋板的中央。本文正確選擇了起重機(jī)橋架鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式和構(gòu)件截面，以保證其在使用過(guò)程中的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)還注意了起重機(jī)的結(jié)構(gòu)制造工藝性、省料、安裝以及維修方便等問(wèn)題。關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)；主體結(jié)構(gòu)；橋架Design of main body structure of bridge-type hoist crane AbstractThe usage of hoist crane is to transport goods from some place to another one. In order to accomplish this job, there is mechanism in the hoist crane which makes the goods move along the space in three directions. The bridge type hoist crane carries the goods to move in the rectangular plane depending upon the combination of the hoist crane movement mechanism and the car movement.The hoist crane plays an important role in the modern age. It is possible to realize the mechanization of main technical process and assistance work with the help of the hoist crane. The hoist crane can improve the production efficiency greatly in the assembly line and production workshop.This paper mainly completes the design of main-body structure and checking up calculation of the bridge-type hoist crane. Box-girder bridge type is adopted which is made up of two main beams and end girders. The main beams have walking platform on outside plates and welded with end girders to form rigid structure. For transportation convenience, joints are adopted in the middle of the end girders, and connected together with junction panels, angle-steels and bolts, which brings about transportation convenience and easy fixing. The car rails are fixuped on up-plates of the main beams which are welded in the middle of the up-plates.The hoist crane bridge types and the structural cross sections are chosen correct to ensure their intensity, the rigidity and the stability in the use process. Meanwhile, the structure manufacture technology capability, materials saving, fixing and convenience of maintenance and so on are paid attention to.Key word: Bridge-type hoist crane; main body structure; bridge目 錄第 1 章 緒言11.1 起重機(jī)的概述11.2 起重機(jī)發(fā)展趨勢(shì)1第 2 章 起重機(jī)總體方案設(shè)計(jì)32.1 起重機(jī)參數(shù)確定32.2 起重機(jī)總體方案32.3 橋架主體結(jié)構(gòu)方案3第 3 章 起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53.1 起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)載荷情況53.2 橋架金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算53.2.1 主梁計(jì)算載荷53.2.2 主梁截面尺寸的選擇7第 4 章 主體結(jié)構(gòu)各承載部分的計(jì)算與校核94.1 主梁主要截面計(jì)算94.2 主梁支承附近截面計(jì)算104.3 端梁計(jì)算16總結(jié)20參考文獻(xiàn)21附錄 A：英文原文22附錄 B：英文譯文25謝辭28華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)姓名 陳向城 學(xué)號(hào) 20010310010807 畢業(yè)屆別 2005 專(zhuān)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)及 制造畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師 范士娟 學(xué) 歷 碩士 職 稱(chēng) 講師具體要求：一、設(shè)計(jì)參數(shù)1起重量：Q=10t, 工作級(jí)別為 A5（中級(jí) JC=25%） ；2跨度 L=16.5m,大車(chē)輪距 B=4.5m,小車(chē)輪距 b=1.6m；3大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)重 Gy=2200kg,小車(chē)自重 Gx=4800kg；4小車(chē)運(yùn)行速度 u=40m/min，大車(chē)運(yùn)行速度 v=90m/min；二、任務(wù)要求1進(jìn)行橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算；2編制詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)；3繪制主梁結(jié)構(gòu)圖、端梁結(jié)構(gòu)圖、橋式起重機(jī)總圖。三、進(jìn)度安排：4.164.20 做好各項(xiàng)準(zhǔn)備，查閱相關(guān)的文獻(xiàn)及書(shū)籍4.215.15 完成所有的設(shè)計(jì)計(jì)算5.165.30 畫(huà)出設(shè)計(jì)要求的圖紙：主梁結(jié)構(gòu)圖、端梁結(jié)構(gòu)圖、橋式起重機(jī)總圖；6.16.10 打出計(jì)算說(shuō)明書(shū)及畢業(yè)總結(jié)（含英文摘要）6.116.18 為畢業(yè)論文答辯作準(zhǔn)備6.186.21 畢業(yè)答辯指導(dǎo)教師簽字：2005 年 月 日教研室意見(jiàn)：教研室主任簽字：2005 年 月 日題目發(fā)出日期 設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間附注：華東交通大學(xué)學(xué)生開(kāi)題報(bào)告書(shū)課題名稱(chēng) 橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課題來(lái)源 模擬課題 課題類(lèi)型 AY 導(dǎo) 師 范士娟學(xué)生姓名 陳向城 學(xué) 號(hào) 20010310010807 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)及制造開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容：起重機(jī)是在建筑工地、工廠(chǎng)等場(chǎng)所廣泛使用的一種機(jī)械裝置，它的廣泛應(yīng)用是現(xiàn)代化生產(chǎn)特點(diǎn)的標(biāo)志，它將人們從繁重是體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，提高生產(chǎn)率。這次設(shè)計(jì)是橋式起重機(jī)的主體結(jié)構(gòu)部分，主要包括橋式起重機(jī)的主梁和端梁的設(shè)計(jì)計(jì)算。通常把橋式起重機(jī)的主梁與端梁等部件組成的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為橋架，本次設(shè)計(jì)采用正軌箱形梁橋架，正軌箱形梁橋架由兩根主梁和端梁構(gòu)成。主梁外側(cè)分別設(shè)有走臺(tái)。主梁與端梁通過(guò)連接板焊接在一起形成剛性結(jié)構(gòu)。為了運(yùn)輸方便在端梁中間設(shè)有接頭，通過(guò)連接板和角鋼使用螺栓連接。這種結(jié)構(gòu)運(yùn)輸方便、安裝容易。小車(chē)軌道通過(guò)焊接在主梁上的壓板固定于蓋板中央，故稱(chēng)正軌箱形梁。橋式起重機(jī)是廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠(chǎng)房里的一種起重運(yùn)輸裝置。設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)構(gòu)合理、使用方便、工作可靠的橋式起重機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。方法及預(yù)期目的：方法：（1）確定起重機(jī)的總體方案，主梁采用正軌箱形結(jié)構(gòu)； （2）確定起重機(jī)的各個(gè)參數(shù)，初定跨度 L=16.5m；（3）計(jì)算橋架主梁結(jié)構(gòu)，初步確定主梁的各個(gè)尺寸；（4）在確定主梁的初定尺寸后，對(duì)所選參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，然后合理調(diào)整尺寸；（5）對(duì)橋架結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核，使之符合基本設(shè)計(jì)要求；（6）用 AUTOCAD 繪制主梁、端梁以及總體結(jié)構(gòu)圖；（7）編輯論文預(yù)期目的：主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合基本要求，功能實(shí)現(xiàn)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用、工作可靠。課題類(lèi)型：（1）A工程設(shè)計(jì)；B技術(shù)開(kāi)發(fā)；C軟件工程；D理論研究；（2）X真實(shí)課題；Y模擬課題；Z虛擬課題（1） 、 （2）均要填，如 AY、BX 等。橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要起重機(jī)的用途是將物品從空間的某一個(gè)地點(diǎn)搬運(yùn)到另一個(gè)地點(diǎn)。為了完成這個(gè)作業(yè)，起重機(jī)一般具有使物品沿空間的三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。橋式類(lèi)型的起重機(jī)是依靠起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組合運(yùn)動(dòng)使所搬運(yùn)的物品在長(zhǎng)方形平面內(nèi)作運(yùn)動(dòng)。起重機(jī)是現(xiàn)代生產(chǎn)不可缺少的組成部分，借助起重機(jī)可以實(shí)現(xiàn)主要工藝流程和輔助作業(yè)的機(jī)械化，在流水線(xiàn)和自動(dòng)線(xiàn)生產(chǎn)車(chē)間中，起重機(jī)大大提高了生產(chǎn)效率。本文主要完成了橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)及主梁和端梁的校核計(jì)算。采用正軌箱形梁橋架，正軌箱形梁橋架由兩根主梁和端梁構(gòu)成。主梁外側(cè)分別設(shè)有走臺(tái)，并與端梁通過(guò)連接板焊接在一起形成剛性結(jié)構(gòu)。為了運(yùn)輸方便在端梁中間設(shè)有接頭，通過(guò)連接板和角鋼使用螺栓連接，這種結(jié)構(gòu)運(yùn)輸方便、安裝容易。小車(chē)軌道固定于主梁的壓板上，壓板焊接在蓋板的中央。本文正確選擇了起重機(jī)橋架鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式和構(gòu)件截面，以保證其在使用過(guò)程中的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)時(shí)，同時(shí)還注意了起重機(jī)的結(jié)構(gòu)制造工藝性、省料、安裝以及維修方便等問(wèn)題。關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)；主體結(jié)構(gòu)；橋架Design of main body structure of bridge-type hoist crane AbstractThe usage of hoist crane is to transport goods from some place to another one. In order to accomplish this job, there is mechanism in the hoist crane which makes the goods move along the space in three directions. The bridge type hoist crane carries the goods to move in the rectangular plane depending upon the combination of the hoist crane movement mechanism and the car movement.The hoist crane plays an important role in the modern age. It is possible to realize the mechanization of main technical process and assistance work with the help of the hoist crane. The hoist crane can improve the production efficiency greatly in the assembly line and production workshop.This paper mainly completes the design of main-body structure and checking up calculation of the bridge-type hoist crane. Box-girder bridge type is adopted which is made up of two main beams and end girders. The main beams have walking platform on outside plates and welded with end girders to form rigid structure. For transportation convenience, joints are adopted in the middle of the end girders, and connected together with junction panels, angle-steels and bolts, which brings about transportation convenience and easy fixing. The car rails are fixuped on up-plates of the main beams which are welded in the middle of the up-plates.The hoist crane bridge types and the structural cross sections are chosen correct to ensure their intensity, the rigidity and the stability in the use process. Meanwhile, the structure manufacture technology capability, materials saving, fixing and convenience of maintenance and so on are paid attention to.Key word: Bridge-type hoist crane; main body structure; bridge 橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第 1 章 緒言1.1 起重機(jī)的概述工程起重機(jī)是各種工程建設(shè)廣泛使用的重要起重設(shè)備，它對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力，降低建設(shè)成本，提高施工質(zhì)量，加快建設(shè)速度，實(shí)現(xiàn)工程施工機(jī)械化起著十分重要的作用。起重機(jī)作業(yè)是使物品沿空間的三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。其中作上下移動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)是不可缺少的。平面運(yùn)動(dòng)可以用兩種不同的運(yùn)動(dòng)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。按照這種組合方式不同，起重機(jī)可分為兩大類(lèi)型：橋式起重機(jī)和回轉(zhuǎn)類(lèi)型起重機(jī)。橋式類(lèi)型起重機(jī)就依靠起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組合使所搬運(yùn)的物品在長(zhǎng)方形平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)起重機(jī)運(yùn)動(dòng)的是起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)、安放這些機(jī)構(gòu)并承受載荷，起重機(jī)必須有足夠的強(qiáng)度和剛度的金屬結(jié)構(gòu)，有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的動(dòng)力控制系統(tǒng)；以及，為保證起重機(jī)安全并可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的安全和信號(hào)指示裝置。起重機(jī)的特點(diǎn)是：短周期的循環(huán)作業(yè)。一個(gè)工作循環(huán)包括：取物，起升并運(yùn)行靠卸貨點(diǎn)，下降，卸料，然后空車(chē)返回原地。一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間一般只要幾十秒種到幾分鐘，最長(zhǎng)的也不會(huì)超過(guò)一、二十分鐘。這一特點(diǎn)對(duì)它的動(dòng)力裝置的選擇及電氣設(shè)備容量的計(jì)算有較大的影響。經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)引起傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈沖擊和振動(dòng)，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的動(dòng)載荷，由于這種載荷是非常平穩(wěn)的，這使得強(qiáng)度和疲勞計(jì)算變得較為復(fù)雜。此外，對(duì)于裝卸散裝物料的起重機(jī)，生產(chǎn)效率是一個(gè)很重要的性能指標(biāo)， 它不僅取決于各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度，而且也依賴(lài)裝卸物料的輔助時(shí)間的大小。因此對(duì)于速度、加速度值，運(yùn)動(dòng)的重疊程度，取物及卸貨的自動(dòng)化程度的選擇等都應(yīng)仔細(xì)考慮。雙梁橋式起重機(jī)尤其適合室內(nèi)重物的起升和搬運(yùn)，所以廣泛被工廠(chǎng)所采用。橋架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)好與壞對(duì)起重機(jī)的性?xún)r(jià)比（性能與價(jià)格的比）提高有很重要的意義。長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)械設(shè)計(jì)工作者沿用類(lèi)比的設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)過(guò)程可概括為“設(shè)計(jì)分析再設(shè)計(jì)”的過(guò)程。即首先根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求進(jìn)行調(diào)查研究和收集有關(guān)資料，參照相同或類(lèi)似任務(wù)現(xiàn)有的、已經(jīng)完成的較為成熟的設(shè)計(jì)方案。憑借設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)輔以必要的分析計(jì)算。確定一個(gè)合適的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)估算初步確定有關(guān)參數(shù)，然后對(duì)初定方案進(jìn)行必要的分析及校核計(jì)算；如果某些設(shè)計(jì)要求得不到滿(mǎn)足。則可進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改。設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整，并再次的進(jìn)行分析計(jì)算。如此多次反復(fù)，直到獲得滿(mǎn)意的設(shè)計(jì)方案為止。此方法不僅需要花費(fèi)較多的時(shí)間，增加設(shè)計(jì)周期，而且只限于在少數(shù)方案中進(jìn)行分析比較。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，以線(xiàn)性規(guī)劃與非線(xiàn)性規(guī)劃為主要內(nèi)容的新的數(shù)學(xué)規(guī)劃應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)問(wèn)題。雙梁橋式起重機(jī)橋架設(shè)計(jì)應(yīng)用該優(yōu)化方法，將迅速得到一對(duì)相對(duì)很合理的截面參數(shù)。這不僅降低了設(shè)計(jì)者的工作強(qiáng)度，而且與提高了設(shè)計(jì)方案的可行性。使得起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，對(duì)減輕起重機(jī)自重，提高起重性能，節(jié)約鋼材，提高起重機(jī)的可靠性都有重要意義。2.2 起重機(jī)發(fā)展趨勢(shì)對(duì)工程起重機(jī)，特別是大功率的工程起重機(jī)的需要量日以增加。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝在工程起重機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用。所有這些因素都有里地促進(jìn)了工程起重機(jī)的發(fā)展。根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有工程起重機(jī)產(chǎn)品和技術(shù)資料的分析，近年來(lái)工程起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）廣泛采用液壓技術(shù)液壓傳動(dòng)具有體積小、重量輕、機(jī)構(gòu)緊湊、能無(wú)級(jí)調(diào)速、操縱簡(jiǎn)便、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和工作安全的優(yōu)點(diǎn)。（2）通用型起重機(jī)以中小型為主，專(zhuān)用起重機(jī)向大型大功率發(fā)展為了提高建設(shè)工程的裝卸和安裝作業(yè)的機(jī)械化程度，工程起重機(jī)的發(fā)展，仍然是以輕便靈活的中小型起重機(jī)為主。（3）重視“三化” ，逐步過(guò)渡采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)三化是指：標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化（4）發(fā)展一機(jī)多用產(chǎn)品為了充分發(fā)揮工程起重機(jī)的作用，擴(kuò)大其使用范圍，有的國(guó)家在設(shè)計(jì)起重機(jī)是重視了 產(chǎn)品的多用性。（5）采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝為了減輕起重機(jī)的自重，提高起重機(jī)的性能，保證起重機(jī)可靠地工作，現(xiàn)在都多采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝。第 2 章 起重機(jī)總體方案設(shè)計(jì)2.1 起重機(jī)參數(shù)確定（1）室內(nèi)工作（2）額定起重量：Q = 10 噸（3）起升高度：H = 12 米（4）起升速度：v 升 = 8 米/分 （5）小車(chē)運(yùn)行速度：v 小 = 40 米/分（6）大車(chē)運(yùn)行速度：v 大 = 90 米/分選跨度 L = 16.5 米，機(jī)構(gòu)工作類(lèi)別 中級(jí)（JC = 25%）2.2 起重機(jī)總體方案對(duì)于起重量為 10 噸的橋式起重機(jī)，可以設(shè)計(jì)成電動(dòng)單梁葫蘆式，即橋式起重機(jī)采用單主梁結(jié)構(gòu)，在主梁的下端焊接有工字鋼來(lái)作為電動(dòng)葫蘆的運(yùn)行軌道，起吊貨物直接通過(guò)電動(dòng)葫蘆完成；還可以采用雙梁小車(chē)式方案，即采用雙主梁結(jié)構(gòu)，小車(chē)運(yùn)行于安裝在主梁上的軌道上，起吊貨物由小車(chē)起升機(jī)構(gòu)來(lái)完成。對(duì)這兩種方案都是可行的，同時(shí)也是現(xiàn)在比較通用的兩個(gè)設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)認(rèn)真比較，決定采用雙梁小車(chē)式。首先，雖然現(xiàn)在起重量為 10 噸的電動(dòng)葫蘆已經(jīng)大量生產(chǎn)，但還沒(méi)有實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，設(shè)計(jì)資料相對(duì)殘缺和稀少；而運(yùn)行小車(chē)式橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)資料相對(duì)多一點(diǎn)，有利于進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。其次，這次設(shè)計(jì)的起重機(jī)選用跨度為 16.5 米，如果采用單梁電動(dòng)葫蘆式，勢(shì)必使主梁結(jié)構(gòu)龐大，由于主梁大都采用箱形焊接結(jié)構(gòu)，尺寸增大就會(huì)增加焊接難度，且增大焊接變形。再次，采用雙梁小車(chē)式，設(shè)計(jì)制造安裝方便，設(shè)備維護(hù)和維修簡(jiǎn)單。雙梁橋式起重機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要包括起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及大車(chē)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要采用電力驅(qū)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)軸器和減速器再把動(dòng)力傳遞到工作機(jī)構(gòu)，對(duì)于這種傳遞系統(tǒng)，由于電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器及減速器均以標(biāo)準(zhǔn)化，因而可以選用標(biāo)準(zhǔn)件而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。2.3 橋架主體結(jié)構(gòu)方案（1）主梁采用正軌箱形結(jié)構(gòu)（如圖 1 a） a 正軌箱形梁；b 偏軌箱形梁；c 半偏軌箱形梁圖 1 正軌箱形結(jié)構(gòu)圖（2）橋架為焊接結(jié)構(gòu)（如圖 2）圖 2 箱形梁焊接圖第 3 章 起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)載荷情況作用在起重機(jī)上的外載荷有：起升載荷、自重載荷、動(dòng)載荷和風(fēng)載荷等。（1）起升載荷起升載荷就是由起升機(jī)構(gòu)吊起的貨物和取物裝置以及其它隨同升降的裝置重量之總合。對(duì)起升高度很大的鋼絲繩起升機(jī)構(gòu)，起升載荷應(yīng)包括掛著的鋼絲繩重量。（2）自重載荷起重機(jī)本身重量包括機(jī)械部分、金屬結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)備等的重量。如果起重機(jī)上裝有運(yùn)輸機(jī)，則應(yīng)考慮運(yùn)輸機(jī)及其上的貨物的重量。自重在設(shè)計(jì)前一般是未知的，可參考同類(lèi)型參數(shù)接近的起重機(jī)的自重做初步選定。有些手冊(cè)上列有各類(lèi)起重機(jī)依照起重量或載重力矩而定的自重表可供參考。自重的分配根據(jù)結(jié)構(gòu)情況而定。機(jī)械及電氣設(shè)備一般可看作是集中載荷，箱形結(jié)構(gòu)和連續(xù)運(yùn)輸機(jī)上的貨物可看作是連續(xù)分布的。（3）動(dòng)載荷動(dòng)載荷是由運(yùn)動(dòng)速度改變而引起的質(zhì)量力，即慣性力。在啟動(dòng)與制動(dòng)期間，剛體做平移運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的質(zhì)量產(chǎn)生加速或減速慣性力。（4）風(fēng)載荷由于本設(shè)計(jì)是屬于室內(nèi)工作，故不存在風(fēng)載荷。3.2 橋架金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算所計(jì)算是起重機(jī)橋架由兩根用鋼板焊接是箱形主梁組成，主梁固定在裝有大車(chē)輪的端梁上。此外，裝有大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的輔助橫梁和縱梁也固定在橋架上。橋架上設(shè)有欄桿和走臺(tái)在端梁頭部裝有緩沖器。橋架跨度 L = 16.5 米初定起重機(jī)輪距 B = 4.5 米初定小車(chē)軌距 K 小車(chē) =2 米初定小車(chē)輪距 b= 1.6 米橋架為正軌箱形焊接結(jié)構(gòu)。橋架材料選用 Q215 鋼（GB700-88）3.2.1 主梁計(jì)算載荷假定小車(chē)車(chē)輪輪壓相等，則起重機(jī)在額定載荷下每一個(gè)車(chē)輪到軌道上的移動(dòng)載荷為：P = K + = 1.2 + = 4200 公斤1動(dòng) 4Q小 車(chē)G4108式中 K 動(dòng) 動(dòng)力系數(shù)，考慮貨物提升或下降時(shí)的慣性力，K 動(dòng) = 1.1 ；1.2 ；1.3 相應(yīng)于輕級(jí)、中級(jí)和重級(jí)工作類(lèi)型，本設(shè)計(jì)采用中級(jí)工作類(lèi)型。假定大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的重量均勻地作用在一根梁上，則雙梁橋架半邊的重量和運(yùn)行機(jī)構(gòu)自重所產(chǎn)生的均布載荷為：q = 公斤/米梁 4801.5.6205.0cKLG機(jī)橋式中 半邊焊接箱形雙梁橋架自重（不包括端梁） ， 近似為 = 5000 公斤橋G5.0 橋G5.（如圖 3） ； 大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)重量，近似為 = 2200 公斤；機(jī) 機(jī)G 考慮起重機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)的系數(shù)；cK當(dāng) v 時(shí)， = 1.0；起 秒米 /1cK當(dāng) 1.5 米/秒 v 時(shí)， = 1.1；起 秒米 /1c當(dāng) 3 米/秒 v 時(shí)， = 1.2。起 秒米 /5.1cK圖 3 雙梁橋架焊接箱形重量曲線(xiàn)圖司機(jī)室和電氣設(shè)備重量產(chǎn)生的集中載荷為：p = G = 1.1 2000 = 2200 公斤2cK司 式中 G 司 司機(jī)室和電氣設(shè)備的重量，G 司 = 2000 公斤 集中驅(qū)動(dòng)的大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)裝在與主梁相連的懸臂橫梁上，其扭矩為：M = e = 2200 0.75 = 1650 公斤 米1機(jī)G式中 e 為大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)重心至主梁截面中心的水平距離。M根據(jù)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)起重機(jī)的加速度為 0.25 米/秒 和 0.5 米/秒 ，而當(dāng)22猛烈起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，假定加速度增加一倍，即 0.5 米/秒 和 1.0 米/秒 。根據(jù)車(chē)輪和軌2道的粘著條件，最大加速度為：0.98 米/秒48.920max總驅(qū)ng2因此，猛烈制動(dòng)時(shí) = 0.98 米/秒 。橋架猛烈制動(dòng)時(shí)在水平面內(nèi)引起的橫向均布ax制 2慣性載荷為： maxmax5.0制機(jī)橋制慣 gLGLq公斤/米498.168925猛烈制動(dòng)時(shí)，由司機(jī)室重量在水平面內(nèi)引起的橫向集中慣性載荷為：200 公斤.0max1制司慣 gGp猛烈制動(dòng)時(shí)，小車(chē)自重和吊重在水平面內(nèi)引起的橫向集中慣性載荷為：740 公斤98.21482ax制小 車(chē)慣 Q根據(jù)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，小車(chē)的加、減速度為 0.1 米/秒 和 0.25 米/秒 ，當(dāng)22猛烈起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，小車(chē)的加速度可為 0.2 米/秒 和 0.5 米/秒 。根據(jù)車(chē)輪和軌道的粘著條件加速度值可達(dá) 0.98 米/秒 。因此，小車(chē)猛烈制動(dòng)時(shí) a 制 max= 0.5 米/秒 。當(dāng)負(fù)載2小車(chē)猛烈制動(dòng)時(shí)，在水平面內(nèi)的縱向集中慣性載荷為：378 公斤5.08.9214max3制小 車(chē)慣 gQGp3.2.2 主梁截面尺寸的選擇橋架中部箱形主梁的高度：H =（ ）L = （ ） 1650020162016=1030 825 毫米取 H = 900 毫米支承處的梁高為：H =（0.6 0.7）H =（0.6 0.7） = 540 630 毫米1 90取 H = 600 毫米1變截面傾斜長(zhǎng)度：L =（0.1 0.2）L =（0.1 0.2） = 1650 3300 毫米c 1650取 L = 2000 毫米c上、下翼緣板寬度：B =（0.5 0.33）H =（0.5 0.33） = 450 297 毫米90此外，翼緣寬度應(yīng)滿(mǎn)足條件：B 毫米35160L取 B = 350 毫米初算時(shí)取腹板厚度 毫米，而上、下翼緣板厚度 毫米（圖 4）61 82a 跨中；b 支承附近圖 4 橋架主梁橫截面第 4 章 主體結(jié)構(gòu)各承載部分的計(jì)算與校核4.1 主梁主要截面計(jì)算上、下翼緣的截面積： F = 2 厘米1568.032腹板的截面積 F = 2 厘米1.4截面總面積： F = F + F = 56 + 106 = 162 厘米12 2對(duì) x x 軸的截面慣性矩：翼緣：I 231 4.08.52.0x= 111400 厘米 4腹板：I = 厘米x26801.034截面總慣性矩：I I I = 111400 + 68080Xx12= 180480 厘米 4對(duì) x x 軸的截面模數(shù)：W = 厘米x01581ZI3對(duì) y y 軸的截面慣性矩翼緣：I = 厘米y171238.04腹板：I 232 3.056.481.y= 26483 厘米截面總慣性矩：I I I = 5717 + 26483y1y2= 32200 厘米 4對(duì) y y 軸的截面模數(shù)：W = 厘米y 1840352BIy 34.2 主梁支承附近截面的計(jì)算上、下翼緣的截面積： F = 56 厘米12腹板的面積 ： F = 2 厘米706.4582截面總面積： F = F + F = 56 + 70 = 162 厘米12對(duì) x x 軸的截面慣性矩：翼緣：I 231 4.098.52.0x= 49068 厘米 4腹板：I = 厘米x2198.56034截面總慣性矩：I I I = 49068 + 19918X1x2= 68986 厘米 4對(duì) x x 軸的截面模數(shù)：W = 厘米x2306891HI 3對(duì) y y 軸的截面慣性矩：翼緣：I = 厘米y1571238.04腹板：I 232 3.06.481.5y= 17496 厘米截面總慣性矩：I I I = 5717 + 17496y1y2= 23213 厘米 4對(duì) y y 軸的截面模數(shù)：W = 厘米y 132652BIy 3按額定載荷時(shí)橋架和小車(chē)同時(shí)猛烈制動(dòng)的最不利載荷情況計(jì)算主梁。此外，也考慮由大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和司機(jī)室重量對(duì)梁引起的載荷。對(duì)主梁 0 0 軸（如圖 5）的扭矩圖 5 扭矩計(jì)算圖M 35740160215.64213 hpMlpLeq慣慣慣扭= 33490 公斤 厘米當(dāng)改變力 和 的方向時(shí)，對(duì)主梁 0 0 軸的扭矩為：慣 2慣 16025.1645374311 lpLeqhp慣慣慣扭= -490 公斤 厘米取最大值（ = 33490 公斤 厘米）作為扭矩計(jì)算值。求由固定載荷和移動(dòng)載荷在扭M垂直和水平內(nèi)產(chǎn)生的主梁最大彎矩。當(dāng)跨度中心至載荷 p 的距離與跨度中心至合力 R 的1 距離相等時(shí)，即主梁跨中至載荷 p 之間的距離為 時(shí)，兩個(gè)移動(dòng)載荷在左邊車(chē)輪下面的14b梁截面內(nèi)產(chǎn)生最大彎矩。在垂直面內(nèi)主梁的支承反力：由固定載荷的作用（如圖 6a）圖 6 主梁計(jì)算圖a 和 b 分別為由固定載荷和移動(dòng)載荷在垂直面內(nèi)的作用；c 和 b 分別為有固定載荷和移動(dòng)載荷的慣性力在水平面內(nèi)的作用；e 由于扭矩的作用。 公 斤梁 58605.162.480.202 LqlpRkB 公 斤梁 4.22 lKA由活動(dòng)載荷的作用（如圖 6b） 公 斤3965.164.24021 LbpRB公 斤4035.16.24021 LbpRA= 2.25 米 ， b = 1.6 米Kl彎矩值：= 3996 = 31369 公斤 米1BM42b4.21RL22 4bLqlbpK梁= 5860 46.15 246.152805.61.0= 18892 公斤 米由垂直載荷在截面 1 1 引起的最大彎矩：公斤 米502613982 M在水平面內(nèi)主梁的支承反力 （圖 6c、d）：公斤5365.16.4.021 LqpRKB慣慣水公斤90.221 lKA慣慣水公斤35.1647045.022 LbpRB慣“水公斤8.2.2 A慣”水彎矩值：= 352 = 2763 公斤 米“水BRM24bL46.125水2 21 4bLqlbpK慣慣= 536 46.25 246.152.6125.0= 1732 公斤 米華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)1第 1 章 緒言1.1 起重機(jī)的概述工程起重機(jī)是各種工程建設(shè)廣泛使用的重要起重設(shè)備，它對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力，降低建設(shè)成本，提高施工質(zhì)量，加快建設(shè)速度，實(shí)現(xiàn)工程施工機(jī)械化起著十分重要的作用。起重機(jī)作業(yè)是使物品沿空間的三個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。其中作上下移動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)是不可缺少的。平面運(yùn)動(dòng)可以用兩種不同的運(yùn)動(dòng)組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。按照這種組合方式不同，起重機(jī)可分為兩大類(lèi)型：橋式起重機(jī)和回轉(zhuǎn)類(lèi)型起重機(jī)。橋式類(lèi)型起重機(jī)就依靠起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組合使所搬運(yùn)的物品在長(zhǎng)方形平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)起重機(jī)運(yùn)動(dòng)的是起升機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)、安放這些機(jī)構(gòu)并承受載荷，起重機(jī)必須有足夠的強(qiáng)度和剛度的金屬結(jié)構(gòu)，有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制的動(dòng)力控制系統(tǒng)；以及，為保證起重機(jī)安全并可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的安全和信號(hào)指示裝置。起重機(jī)的特點(diǎn)是：短周期的循環(huán)作業(yè)。一個(gè)工作循環(huán)包括：取物，起升并運(yùn)行靠卸貨點(diǎn)，下降，卸料，然后空車(chē)返回原地。一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間一般只要幾十秒種到幾分鐘，最長(zhǎng)的也不會(huì)超過(guò)一、二十分鐘。這一特點(diǎn)對(duì)它的動(dòng)力裝置的選擇及電氣設(shè)備容量的計(jì)算有較大的影響。經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)引起傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈沖擊和振動(dòng)，導(dǎo)致產(chǎn)生較大的動(dòng)載荷，由于這種載荷是非常平穩(wěn)的，這使得強(qiáng)度和疲勞計(jì)算變得較為復(fù)雜。此外，對(duì)于裝卸散裝物料的起重機(jī)，生產(chǎn)效率是一個(gè)很重要的性能指標(biāo)， 它不僅取決于各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度，而且也依賴(lài)裝卸物料的輔助時(shí)間的大小。因此對(duì)于速度、加速度值，運(yùn)動(dòng)的重疊程度，取物及卸貨的自動(dòng)化程度的選擇等都應(yīng)仔細(xì)考慮。雙梁橋式起重機(jī)尤其適合室內(nèi)重物的起升和搬運(yùn)，所以廣泛被工廠(chǎng)所采用。橋架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)好與壞對(duì)起重機(jī)的性?xún)r(jià)比（性能與價(jià)格的比）提高有很重要的意義。長(zhǎng)期以來(lái)，機(jī)械設(shè)計(jì)工作者沿用類(lèi)比的設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)過(guò)程可概括為“設(shè)計(jì)分析再設(shè)計(jì)”的過(guò)程。即首先根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求進(jìn)行調(diào)查研究和收集有關(guān)資料，參照相同或類(lèi)似任務(wù)現(xiàn)有的、已經(jīng)完成的較為成熟的設(shè)計(jì)方案。憑借設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)輔以必要的分析計(jì)算。確定一個(gè)合適的設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)估算初步確定有關(guān)參數(shù)，然后對(duì)初定方案進(jìn)行必要的分析及校核計(jì)算；如果某些設(shè)計(jì)要求得不到滿(mǎn)足。則可進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改。設(shè)計(jì)參數(shù)的調(diào)整，并再次的進(jìn)行分析計(jì)算。如此多次反復(fù)，直到獲得滿(mǎn)意的設(shè)計(jì)方案為止。此方法不僅需要花費(fèi)較多的時(shí)間，增加設(shè)計(jì)周期，而且只限于在少數(shù)方案中進(jìn)行分析比較。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，以線(xiàn)性規(guī)劃與非線(xiàn)性規(guī)劃為主要內(nèi)容的新的數(shù)學(xué)規(guī)劃應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)問(wèn)題。雙梁橋式起重機(jī)橋架設(shè)計(jì)應(yīng)用該優(yōu)化方法，將迅速得到一對(duì)相對(duì)很合理的截面參數(shù)。這不僅降低了設(shè)計(jì)者的工作強(qiáng)度，而且與提高了設(shè)計(jì)方案的可行性。使得起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，對(duì)減輕起重機(jī)自重，提高起重性能，節(jié)約鋼材，提高起重機(jī)的可靠性都有重要意義。2.2 起重機(jī)發(fā)展趨勢(shì)對(duì)工程起重機(jī)，特別是大功率的工程起重機(jī)的需要量日以增加。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝在工程起重機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用。所有陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2這些因素都有里地促進(jìn)了工程起重機(jī)的發(fā)展。根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有工程起重機(jī)產(chǎn)品和技術(shù)資料的分析，近年來(lái)工程起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）廣泛采用液壓技術(shù)液壓傳動(dòng)具有體積小、重量輕、機(jī)構(gòu)緊湊、能無(wú)級(jí)調(diào)速、操縱簡(jiǎn)便、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和工作安全的優(yōu)點(diǎn)。（2）通用型起重機(jī)以中小型為主，專(zhuān)用起重機(jī)向大型大功率發(fā)展為了提高建設(shè)工程的裝卸和安裝作業(yè)的機(jī)械化程度，工程起重機(jī)的發(fā)展，仍然是以輕便靈活的中小型起重機(jī)為主。（3）重視“三化” ，逐步過(guò)渡采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)三化是指：標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化（4）發(fā)展一機(jī)多用產(chǎn)品為了充分發(fā)揮工程起重機(jī)的作用，擴(kuò)大其使用范圍，有的國(guó)家在設(shè)計(jì)起重機(jī)是重視了 產(chǎn)品的多用性。（5）采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝為了減輕起重機(jī)的自重，提高起重機(jī)的性能，保證起重機(jī)可靠地工作，現(xiàn)在都多采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝。華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)3第 2 章 起重機(jī)總體方案設(shè)計(jì)2.1 起重機(jī)參數(shù)確定（1）室內(nèi)工作（2）額定起重量：Q = 10 噸（3）起升高度：H = 12 米（4）起升速度：v 升 = 8 米/分 （5）小車(chē)運(yùn)行速度：v 小 = 40 米/分（6）大車(chē)運(yùn)行速度：v 大 = 90 米/分選跨度 L = 16.5 米，機(jī)構(gòu)工作類(lèi)別 中級(jí)（JC = 25%）2.2 起重機(jī)總體方案對(duì)于起重量為 10 噸的橋式起重機(jī)，可以設(shè)計(jì)成電動(dòng)單梁葫蘆式，即橋式起重機(jī)采用單主梁結(jié)構(gòu)，在主梁的下端焊接有工字鋼來(lái)作為電動(dòng)葫蘆的運(yùn)行軌道，起吊貨物直接通過(guò)電動(dòng)葫蘆完成；還可以采用雙梁小車(chē)式方案，即采用雙主梁結(jié)構(gòu)，小車(chē)運(yùn)行于安裝在主梁上的軌道上，起吊貨物由小車(chē)起升機(jī)構(gòu)來(lái)完成。對(duì)這兩種方案都是可行的，同時(shí)也是現(xiàn)在比較通用的兩個(gè)設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)認(rèn)真比較，決定采用雙梁小車(chē)式。首先，雖然現(xiàn)在起重量為 10 噸的電動(dòng)葫蘆已經(jīng)大量生產(chǎn)，但還沒(méi)有實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，設(shè)計(jì)資料相對(duì)殘缺和稀少；而運(yùn)行小車(chē)式橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)資料相對(duì)多一點(diǎn)，有利于進(jìn)一步的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。其次，這次設(shè)計(jì)的起重機(jī)選用跨度為 16.5 米，如果采用單梁電動(dòng)葫蘆式，勢(shì)必使主梁結(jié)構(gòu)龐大，由于主梁大都采用箱形焊接結(jié)構(gòu)，尺寸增大就會(huì)增加焊接難度，且增大焊接變形。再次，采用雙梁小車(chē)式，設(shè)計(jì)制造安裝方便，設(shè)備維護(hù)和維修簡(jiǎn)單。雙梁橋式起重機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要包括起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及大車(chē)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要采用電力驅(qū)動(dòng)，通過(guò)聯(lián)軸器和減速器再把動(dòng)力傳遞到工作機(jī)構(gòu)，對(duì)于這種傳遞系統(tǒng)，由于電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器及減速器均以標(biāo)準(zhǔn)化，因而可以選用標(biāo)準(zhǔn)件而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。2.3 橋架主體結(jié)構(gòu)方案（1）主梁采用正軌箱形結(jié)構(gòu)（如圖 1 a）陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4a 正軌箱形梁；b 偏軌箱形梁；c 半偏軌箱形梁圖 1 正軌箱形結(jié)構(gòu)圖（2）橋架為焊接結(jié)構(gòu)（如圖 2）圖 2 箱形梁焊接圖華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)5第 3 章 起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)載荷情況作用在起重機(jī)上的外載荷有：起升載荷、自重載荷、動(dòng)載荷和風(fēng)載荷等。（1）起升載荷起升載荷就是由起升機(jī)構(gòu)吊起的貨物和取物裝置以及其它隨同升降的裝置重量之總合。對(duì)起升高度很大的鋼絲繩起升機(jī)構(gòu)，起升載荷應(yīng)包括掛著的鋼絲繩重量。（2）自重載荷起重機(jī)本身重量包括機(jī)械部分、金屬結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)備等的重量。如果起重機(jī)上裝有運(yùn)輸機(jī)，則應(yīng)考慮運(yùn)輸機(jī)及其上的貨物的重量。自重在設(shè)計(jì)前一般是未知的，可參考同類(lèi)型參數(shù)接近的起重機(jī)的自重做初步選定。有些手冊(cè)上列有各類(lèi)起重機(jī)依照起重量或載重力矩而定的自重表可供參考。自重的分配根據(jù)結(jié)構(gòu)情況而定。機(jī)械及電氣設(shè)備一般可看作是集中載荷，箱形結(jié)構(gòu)和連續(xù)運(yùn)輸機(jī)上的貨物可看作是連續(xù)分布的。（3）動(dòng)載荷動(dòng)載荷是由運(yùn)動(dòng)速度改變而引起的質(zhì)量力，即慣性力。在啟動(dòng)與制動(dòng)期間，剛體做平移運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的質(zhì)量產(chǎn)生加速或減速慣性力。（4）風(fēng)載荷由于本設(shè)計(jì)是屬于室內(nèi)工作，故不存在風(fēng)載荷。3.2 橋架金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算所計(jì)算是起重機(jī)橋架由兩根用鋼板焊接是箱形主梁組成，主梁固定在裝有大車(chē)輪的端梁上。此外，裝有大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的輔助橫梁和縱梁也固定在橋架上。橋架上設(shè)有欄桿和走臺(tái)在端梁頭部裝有緩沖器。橋架跨度 L = 16.5 米初定起重機(jī)輪距 B = 4.5 米初定小車(chē)軌距 K 小車(chē) =2 米初定小車(chē)輪距 b= 1.6 米橋架為正軌箱形焊接結(jié)構(gòu)。橋架材料選用 Q215 鋼（GB700-88）3.2.1 主梁計(jì)算載荷假定小車(chē)車(chē)輪輪壓相等，則起重機(jī)在額定載荷下每一個(gè)車(chē)輪到軌道上的移動(dòng)載荷為：P = K + = 1.2 + = 4200 公斤1動(dòng) 4Q小 車(chē)G4108式中 K 動(dòng) 動(dòng)力系數(shù)，考慮貨物提升或下降時(shí)的慣性力，K 動(dòng) = 1.1 ；1.2 ；1.3 相應(yīng)于輕級(jí)、中級(jí)和重級(jí)工作類(lèi)型，本設(shè)計(jì)采用中級(jí)工作類(lèi)型。假定大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的重量均勻地作用在一根梁上，則雙梁橋架半邊的重量和運(yùn)行機(jī)構(gòu)自重所產(chǎn)生的均布載荷為：陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6q = 公斤/米梁 4801.5.6205.0cKLG機(jī)橋式中 半邊焊接箱形雙梁橋架自重（不包括端梁） ， 近似為 = 5000 公斤橋G5.0 橋G5.（如圖 3） ； 大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)重量，近似為 = 2200 公斤；機(jī) 機(jī)G 考慮起重機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)的系數(shù)；cK當(dāng) v 時(shí)， = 1.0；起 秒米 /1cK當(dāng) 1.5 米/秒 v 時(shí)， = 1.1；起 秒米 /1c當(dāng) 3 米/秒 v 時(shí)， = 1.2。起 秒米5.c圖 3 雙梁橋架焊接箱形重量曲線(xiàn)圖司機(jī)室和電氣設(shè)備重量產(chǎn)生的集中載荷為：p = G = 1.1 2000 = 2200 公斤2cK司 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)7式中 G 司 司機(jī)室和電氣設(shè)備的重量，G 司 = 2000 公斤 集中驅(qū)動(dòng)的大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)裝在與主梁相連的懸臂橫梁上，其扭矩為：M = e = 2200 0.75 = 1650 公斤 米1機(jī) 式中 e 為大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)重心至主梁截面中心的水平距離。M根據(jù)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)起重機(jī)的加速度為 0.25 米/秒 和 0.5 米/秒 ，而當(dāng)22猛烈起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，假定加速度增加一倍，即 0.5 米/秒 和 1.0 米/秒 。根據(jù)車(chē)輪和軌2道的粘著條件，最大加速度為：0.98 米/秒48.920max總驅(qū)ng2因此，猛烈制動(dòng)時(shí) = 0.98 米/秒 。橋架猛烈制動(dòng)時(shí)在水平面內(nèi)引起的橫向均布ax制 2慣性載荷為： maxmax5.0制機(jī)橋制慣 gLGLq公斤/米498.168925猛烈制動(dòng)時(shí)，由司機(jī)室重量在水平面內(nèi)引起的橫向集中慣性載荷為：200 公斤.0max1制司慣 gGp猛烈制動(dòng)時(shí)，小車(chē)自重和吊重在水平面內(nèi)引起的橫向集中慣性載荷為：740 公斤98.21482ax制小 車(chē)慣 Q根據(jù)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，小車(chē)的加、減速度為 0.1 米/秒 和 0.25 米/秒 ，當(dāng)22猛烈起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)，小車(chē)的加速度可為 0.2 米/秒 和 0.5 米/秒 。根據(jù)車(chē)輪和軌道的粘著條件加速度值可達(dá) 0.98 米/秒 。因此，小車(chē)猛烈制動(dòng)時(shí) a 制 max= 0.5 米/秒 。當(dāng)負(fù)載2小車(chē)猛烈制動(dòng)時(shí)，在水平面內(nèi)的縱向集中慣性載荷為：378 公斤5.08.9214max3制小 車(chē)慣 gQGp3.2.2 主梁截面尺寸的選擇橋架中部箱形主梁的高度：H =（ ）L = （ ） 1650020162016=1030 825 毫米取 H = 900 毫米支承處的梁高為：H =（0.6 0.7）H =（0.6 0.7） = 540 630 毫米1 90陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8取 H = 600 毫米1變截面傾斜長(zhǎng)度：L =（0.1 0.2）L =（0.1 0.2） = 1650 3300 毫米c 1650取 L = 2000 毫米c上、下翼緣板寬度：B =（0.5 0.33）H =（0.5 0.33） = 450 297 毫米90此外，翼緣寬度應(yīng)滿(mǎn)足條件：B 毫米35160L取 B = 350 毫米初算時(shí)取腹板厚度 毫米，而上、下翼緣板厚度 毫米（圖 4）61 82a 跨中；b 支承附近圖 4 橋架主梁橫截面華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)9第 4 章 主體結(jié)構(gòu)各承載部分的計(jì)算與校核4.1 主梁主要截面計(jì)算上、下翼緣的截面積： F = 2 厘米1568.032腹板的截面積 F = 2 厘米1.4截面總面積： F = F + F = 56 + 106 = 162 厘米12 2對(duì) x x 軸的截面慣性矩：翼緣：I 231 4.08.52.0x= 111400 厘米 4腹板：I = 厘米x26801.034截面總慣性矩：I I I = 111400 + 68080Xx12= 180480 厘米 4對(duì) x x 軸的截面模數(shù)：W = 厘米x01581ZI3對(duì) y y 軸的截面慣性矩翼緣：I = 厘米y171238.04腹板：I 232 3.056.481.y陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10= 26483 厘米 4截面總慣性矩：I I I = 5717 + 26483y1y2= 32200 厘米 4對(duì) y y 軸的截面模數(shù)：W = 厘米y 18035BIy 34.2 主梁支承附近截面的計(jì)算上、下翼緣的截面積： F = 56 厘米12腹板的面積 ： F = 2 厘米706.4582截面總面積： F = F + F = 56 + 70 = 162 厘米12對(duì) x x 軸的截面慣性矩：翼緣：I 231 4.098.52.0x= 49068 厘米 4腹板：I = 厘米x2198.56034截面總慣性矩：I I I = 49068 + 19918X1x2= 68986 厘米 4對(duì) x x 軸的截面模數(shù)：W = 厘米x2306891HI 3對(duì) y y 軸的截面慣性矩：翼緣：I = 厘米y1571238.04腹板：I 232 3.06.481.5y華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)11= 17496 厘米 4截面總慣性矩：I I I = 5717 + 17496y1y2= 23213 厘米 4對(duì) y y 軸的截面模數(shù)：W = 厘米y 13265BIy 3按額定載荷時(shí)橋架和小車(chē)同時(shí)猛烈制動(dòng)的最不利載荷情況計(jì)算主梁。此外，也考慮由大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和司機(jī)室重量對(duì)梁引起的載荷。對(duì)主梁 0 0 軸（如圖 5）的扭矩圖 5 扭矩計(jì)算圖M 35740160215.64213 hpMlpLeq慣慣慣扭= 33490 公斤 厘米當(dāng)改變力 和 的方向時(shí)，對(duì)主梁 0 0 軸的扭矩為：慣 2慣 16025.1645374311 lpLeqhp慣慣慣扭= -490 公斤 厘米取最大值（ = 33490 公斤 厘米）作為扭矩計(jì)算值。求由固定載荷和移動(dòng)載荷在扭M陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12垂直和水平內(nèi)產(chǎn)生的主梁最大彎矩。當(dāng)跨度中心至載荷 p 的距離與跨度中心至合力 R 的1 距離相等時(shí)，即主梁跨中至載荷 p 之間的距離為 時(shí)，兩個(gè)移動(dòng)載荷在左邊車(chē)輪下面的14b梁截面內(nèi)產(chǎn)生最大彎矩。在垂直面內(nèi)主梁的支承反力：由固定載荷的作用（如圖 6a）圖 6 主梁計(jì)算圖a 和 b 分別為由固定載荷和移動(dòng)載荷在垂直面內(nèi)的作用；c 和 b 分別為有固定載荷和移動(dòng)載荷的慣性力在水平面內(nèi)的作用；e 由于扭矩的作用。 公 斤梁 58605.162.480.202 LqlpRkB華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)13公 斤梁 42605.16.4802022 LqlpRKA由活動(dòng)載荷的作用（如圖 6b） 公 斤3965.16.24021 bpB 公 斤40.1 LRA= 2.25 米 ， b = 1.6 米Kl彎矩值：= 3996 = 31369 公斤 米1BM42b46.1251RL22 4bLqlbpK梁= 5860 46.15 246.152805.61.0= 18892 公斤 米由垂直載荷在截面 1 1 引起的最大彎矩：公斤 米502613982 M在水平面內(nèi)主梁的支承反力 （圖 6c、d）：公斤5365.16.4.021 LqpRKB慣慣水公斤90.221 lKA慣慣水公斤35.1647045.022 LbpRB慣“水公斤8.2.2 A慣”水彎矩值：= 352 = 2763 公斤 米“水BRM24bL46.125陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14水BRM24bL21 442bLqlbLpK慣慣= 536 6.5126.152.65.0= 1732 公斤 米由水平載荷的作用，截面 1 1 的最大彎矩：公斤 米495276322 M由垂直載荷的作用，截面 1 1 的彎曲正應(yīng)力（載荷組合 A）：公斤/厘米 21405xW取安全系數(shù)為 n = 1.5,則1253 1.5 = 1880 公斤/厘米 2 A =3418 公斤/厘米 2，故符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。式中 A = 3418 公斤/厘米 Q215 鋼的許用應(yīng)力（查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) ）由水平載荷的作用，截面 1 1 的彎曲正應(yīng)力：公斤/厘米 22480952yWM由垂直載荷和水平載荷（載荷組合 B）的作用，截面 1 1 的最大彎曲正應(yīng)力：公斤/厘米 29715321MAX取安全系數(shù)為 n = 1.5，則1497 1.5 = 2246 公斤/厘米 2 3418 公斤/厘米 2，故符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。B主梁支承附近的截面按剪力和扭矩共同作用下產(chǎn)生的剪應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)滿(mǎn)載小車(chē)位于支承 B 的邊緣位置時(shí)，支承截面將出現(xiàn)最大剪力。合力 R 至支承 B的距離 = 1.5 米。1l當(dāng)載荷作用時(shí)：在垂直面內(nèi) LqlplRKB 2221max 梁= 5.1625.16480.0.5640華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)15= 12615 公斤在水平內(nèi) LLqlplpRKB 221max 慣慣慣水 = 5.165.16420.56740 2= 1131 公斤近支承處主梁截面的一半面積對(duì) x x 軸的靜矩為：厘米340.02.96.8035xS 3支承截面（x x 軸附近）處的剪應(yīng)力：公斤/厘米 = 2050 公斤/厘米5.269141 bIQx 2A2式中 Q 剪力（公斤） ，Q = maxBRb = 2 兩塊腹板的厚度厘 米.0公斤/厘米 載荷組合 A 的許用剪應(yīng)力96AA2在扭矩作用下支承截面處的剪應(yīng)力（扭矩由兩根主梁承受）：公斤/厘米5.76018234922 FMW扭扭扭 2式中 F 腹板和翼緣板中心線(xiàn)所圍成的矩形面積，F(xiàn) = 31.6 厘米 。187.92陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)16圖 7 主梁內(nèi)加勁板布置圖載荷組合 B 時(shí)在支承截面處的最大剪應(yīng)力：公斤/厘米 = 2050 公斤/厘米5.21.05212B2式中 = 0.6 = 2050 公斤/厘米 。BB由于小車(chē)自重和額定載荷對(duì)主梁產(chǎn)生下擾度的作用，故主梁需要預(yù)供（如圖 8）圖 8 主梁上拱示意圖華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)17由小車(chē)自重和額定載荷產(chǎn)生的主梁擾度：厘米36.28.1041.2486505485.0 33 fEILGQfx小 車(chē)所以預(yù)拱度符合設(shè)計(jì)要求。式中 允許擾度f(wàn)= 厘米f36.27015L在主梁內(nèi)用加強(qiáng)橫板（加勁板）來(lái)保證主梁腹板的穩(wěn)定性，其布置見(jiàn)（如圖 7）4.3 端梁計(jì)算以橋架自重和位于支承 B 附近（如圖 9）的帶額定載荷的小車(chē)重量所產(chǎn)生的載荷作用下來(lái)計(jì)算端梁，端梁上的載荷為：圖 9 端梁計(jì)算圖陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)18由負(fù)荷最大的主梁所產(chǎn)生的載荷 公 斤梁 1265max1BRp由負(fù)荷較小的主梁所產(chǎn)生的載荷（不考慮司機(jī)室和大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的重量）Lqlp221梁梁 = 5.16.387402= 10829 公斤式中 = 公斤；梁q 387.5.165.0ckLG導(dǎo)橋 導(dǎo)電架重量， = 800 公斤。導(dǎo) 導(dǎo)在水平內(nèi)端梁承受由于小車(chē)猛烈制動(dòng)時(shí)引起的載荷公斤378慣p在垂直和水平面內(nèi)端梁的支承反力為: 公 斤 梁梁1325.425.16.08912BaRC式中 B = 4.5 米；K = 2 米；a = 1.25 米。小 車(chē)= 14120 公斤DR= = 440 公斤cd截面 A A 的彎矩：公斤1765021401 aRMD梁 厘 米公斤2“梁 厘 米端梁通常采用箱形截面（圖） 。端梁的高度取與主梁支承處的高度相等（H毫米） 。上、下翼緣的寬度 毫米。該截面的慣性601H端 3065.0端端B矩為 厘米 ， 厘米 ， 厘米 ， 厘米 ，97xI41598yI42xW17y3華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)19厘米1932xS3在垂直和水平面內(nèi)由于彎矩在截面 A A 處引起的正應(yīng)力為：公斤/厘米854206171xWM梁2公斤/厘米2y梁 2在截面 A A 上總的正應(yīng)力為：公斤/厘米906528421C 2截面 A A（在 x x 軸附近）的剪應(yīng)力:公斤/厘米376.0261791 bISRxD 2截面 A A 的強(qiáng)度條件： 21C公/03679022取安全系數(shù) n = 1.5 ，則1110 1.5 = 1665 2 公/418所以截面 A A 的強(qiáng)度條件符合設(shè)計(jì)要求。陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)20總結(jié)對(duì)橋式起重機(jī)的主體結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算并對(duì)其校核計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)符合基本設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)在橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用了目前廣泛流行的箱形結(jié)構(gòu)，而且采用正軌箱形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可減輕整機(jī)重量和焊接變形。端梁采用可拆角型軸承箱式，這種結(jié)構(gòu)運(yùn)輸方便、安裝容易，其功能實(shí)現(xiàn)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用。華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)21參 考 文 獻(xiàn)1 張 質(zhì) 文 起 重 機(jī) 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) M 中 國(guó) 鐵 道 出 版 社 ， 1998 2 倪 慶 興 ， 王 煥 勇 起 重 機(jī) 械 M 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 19833 單 輝 祖 材 料 力 學(xué) M 高 等 教 育 出 版 社 ， 19994 東 北 大 學(xué) 機(jī) 械 零 件 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 編 委 會(huì) 機(jī) 械 零 件 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) M 冶 金 工 業(yè)出 版 社 ， 19915 伊 萬(wàn) 琴 柯 起 重 運(yùn) 輸 機(jī) 械 計(jì) 算 M 中 國(guó) 鐵 道 出 版 社 ， 19826 倪 慶 興 ， 王 殿 臣 起 重 輸 送 機(jī) 械 圖 冊(cè) M 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 19927 洪 家 娣 ， 許 玢 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 指 導(dǎo) M 江 西 高 校 出 版 社 ， 20018 紀(jì) 名 剛 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) M 高 等 教 育 出 版 社 ， 20029 付 榮 柏 起 重 機(jī) 鋼 結(jié) 構(gòu) 制 造 工 藝 M 中 國(guó) 鐵 道 出 版 社 ， 199611申 永 勝 機(jī) 械 原 理 教 程 M 清 華 大 學(xué) 出 版 社 ， 199312 陳統(tǒng)堅(jiān) 機(jī)械工程英語(yǔ)M機(jī)械工業(yè)出版社， 1996陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)22附錄 A：英文原文Archive of Applied Mechanics Springer-Verlag 2000Applicability of the Hertz contact theoryto rail-wheel contact problemsW. Yan, F. D. FischerSummary Rail-wheel contact problems have been analyzed by applying three-dimensional nite element models. Based on these models, the applicability of the Hertz contact theory (HCT) to rail-wheel contact problems is verified in the present paper. Beside a standard rail, also a crane rail and a switching component are considered in the verification. In the case of a contact between the standard rail UIC60 and the standard wheel UICORE, different transverse contact positions are analyzed. Numerically calculated distributions of the contact pressure for different types of rails with respect to different initial contact positions agree with the results from the HCT only if either the contact zone does not spread into a region of changed surface curvature or if plastification does not occur. Finally, the convective part of the dissipation power due to friction is calculated, which cannot be provided directly by the HCT.Key words: Hertz contact theory;rail-wheel contact;elastic-plastic material1IntroductionSince Heinrich Hertz published his contact theory in 1882, 1, it has been extensively applied in many engineering elds which deal with contact problems. The application of the Hertz contact theory (HCT) in rail-wheel contact problems can be found also in the recent literature. For example, the HCT is applied in 2, 3 to investigate the growth of shell-type defects in the head of a railroad rail. Hertzian contact pressure is applied in a fatigue life model 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)23to describe the damage of wheels in 4. An approx- imation of the HCT is used in the three-dimensional (3D) rail-fatigue model PHOENIX to describe the fatigue initiation in rail subsurface, 5, etc. The program CONTACT of the Delft group, 6, 7 can be considered as one of the most prominent programs in Europe for calculating the contact area and the corresponding deformation and stress state. However, CONTACT is based on the theory of an elastic halfspace.Besides the HCT, a point load iteration method has recently been used to obtain the contact pressure in order to investigate the state of residual stress in a rail head, 8. With the development of computational tools, numerical calculations have recently been extended to every corner of scientic research. For instance, a self-developed nite element (FE) code is applied in 9 to analyze rail-rolling contact fatigue cracks.The HCT leads to an elliptical contact area and a semi-ellipsoid contact pressure distribution in the contact region. Due to its effciency and simplicity, this theory has been extensivelyapplied since its publication. However, as mentioned in 10, there are two limiting conditions for the applications of the HCT:the contact between elastic bodies should be frictionless,the significant dimensions of the contact area should be much smaller than the dimensions and the radii of curvature of the bodies in contact.The first condition is approximately satisfied for rolling contact. Usually, the friction between the rail and the wheel can be considered separately, because its in influence on the stress state introduced by the normal compressive load can be neglected.The second condition is often violated, e.g. in the case of a switching component or for some special contact positions, such as gauge corner contact due to the transverse movement of the wheel axle. In this case, the contact zone may spread into regions of changed surface curvature. Moreover, plastic deformation can happen both in the wheel and in the rail, especially in cases with high axle loads.In the last few years, a large number of 3D FE investigations were performed by our group applying ABAQUS, 11, for real rail/wheel/sleeper/bedding configurations. Based on this extensive study, the numerical results from the 3D FE calculations were compared to the HCT. Some interesting results concerning the application of the HCT to rail-wheel contact problems have been obtained, and will be presented in this paper.2Hertz contact theoryIf two elastic nonconforming bodies contact together then, according to the HCT, 10, the contact area is elliptical in shape with a major semi-axis a and a minor semi-axis b. The distribution of the contact pressure in this elliptical area represents a semi-ellipsoid, which can be expressed as，201byxPbyx,陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24Here, the origin of the coordinate system is located at the contact center, which is the initial contact point; p0 is the largest contact pressure, which appears at the contact center; the x-axis extends along the major axis, and the y-axis along the minor axis. The values of p0, a and b depend both on the external normal compressive force F perpendicular to the initial tangent plane and on the geometry of the contacting bodies near the contact region. Hertz assumed that the profiles of the contacting bodies near the contact region can be described by quadratic surfaces. Thus, the geometrical conditions are completely defined by the principal radii of curvature and their relative orientation at the initial contact point. Finally, p0, a and b are determined by applying the following combinations of the principal radii of curvature:212121213 si RR2121214 cos R215 RRHere, R1 and R”1 are the minimum and maximum values, respectively, of the radius of curvature of the first body at the initial contact point, and R2 and R”2 are the corresponding values for body 2; the curvature radius is taken to be positive if the center of curvature lies within the body. Parameter is the angle between the principal normal sections with the minimum curvature radius in the first body and the second body. Tabular data from numerical computations for the values of p0, a and b computed from 3, 4and 5 can be found in 12. The orientation angle of the major axis of the contact ellipse relative to the principal normal section with minimum curvature radius of the first body can be determined by421 s2sRRThe maximum contact pressure p0 and external normal compressive force F are related by a 1/3-power law, p0 F1/33VerificationIn our verification, three kinds of rails and their corresponding wheels are considered. The first one is a crane rail Cr135. The geometrical conditions for the application of the HCT are well satisfied in this case. Thus, this configuration is also a good example to check our numerical calculations.The second one is the central component of a railway switch, named “frog”. The wheel moves from a wing rail to a frog during a switching-over process. This switching is 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)25accompanied by a sudden change in the inclination of the wheel-center path and, therefore, by the transfer of a momentum to the frog. The minor principal curvature radius at the contact point of the frog is relatively small. We will check whether the HCT can be applied in this case.Finally, a standard rail UIC60 is considered. The curvature radii of the cross-sectional profile are 300 mm, 80 mm and 13 mm. The initial contact position varies in practice due to the transverse shift of the wheel axle. Four typical transverse contact positions are considered both by the HCT and by 3D FE calculations.Furthermore, results are presented for elastic-plastic material behavior which, of course,leads to a significant deviation from the HCT.附錄 B：英文譯文Archive of Applied Mechanics Springer-Verlag 2000赫茲觸點(diǎn)理論在鐵軌和車(chē)輪接觸問(wèn)題上的應(yīng)用W. Yan, F. D. Fischer摘要 運(yùn)用三維的 nite 元素模型分析鐵軌和車(chē)輪接觸問(wèn)題?；谶@些模型，這篇文章是檢驗(yàn)赫茲觸點(diǎn)理論(HCT)在鐵軌車(chē)輪接觸問(wèn)題上的應(yīng)用。在一條標(biāo)準(zhǔn)的軌道旁邊，一條起重機(jī)軌道和一個(gè)交換的組成部分也在檢驗(yàn)中被考慮。在標(biāo)準(zhǔn)軌道 UIC60 和標(biāo)準(zhǔn)輪子UICORE 之間的一種接觸情況下，分析不同橫向的接觸位置。為了不同類(lèi)型的軌道關(guān)于不同的初始接觸位置而在數(shù)目上計(jì)算分配接觸壓力僅當(dāng)接觸地區(qū)不傳播到變化的表面曲率的一個(gè)地區(qū)中，任一個(gè)或者僅當(dāng)軟化作用不發(fā)生時(shí)，HCT 符合結(jié)果。最后，計(jì)算由于摩擦的對(duì)流部分的消散力，這不能被 HCT 直接提供。關(guān)鍵詞：赫茲觸點(diǎn)理論；鐵軌車(chē)輪接觸；有彈性塑料1介紹自從海因里希赫茲在 1882 年出版他的觸點(diǎn)理論，它已經(jīng)被廣泛地在處理接觸問(wèn)題的很多工程領(lǐng)域方面使用。赫茲觸點(diǎn)理論(HCT)在鐵軌車(chē)輪接觸問(wèn)題的應(yīng)用也能發(fā)現(xiàn)在新近的著作內(nèi)。例如，HCT 被應(yīng)用來(lái)研究鐵路軌道頭的殼式缺陷生長(zhǎng)。赫茲接觸壓力在描述車(chē)輪的損害方面 疲勞壽命模式內(nèi)使用。HCT 近似用于三維(3D) 軌道疲勞模式來(lái)描述在軌道表面下的菲尼克斯（P HOENIX）疲勞開(kāi)始，等等。這個(gè)計(jì)劃與荷蘭德?tīng)柗蛱靥掌鹘M有聯(lián)系，可以認(rèn)為是適合計(jì)算接觸面積和相應(yīng)的變形和壓力狀態(tài)的歐洲的最卓越的程序之一。不過(guò)，接觸基于一個(gè)有彈性的半空間理論。除 HCT 以外，為了研究在一軌道頭內(nèi)的殘余應(yīng)力狀態(tài)最近用一點(diǎn)負(fù)荷迭代法來(lái)獲得接觸壓力。隨著計(jì)算工具的發(fā)展，數(shù)值計(jì)算最近已經(jīng)被延伸到科學(xué)研究的每個(gè)角落。例陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26如，一種自我發(fā)展的 nite 元素(FE)代碼被使用來(lái)分析滾動(dòng)軌道的接觸疲勞裂紋。HCT 在接觸部位導(dǎo)致一個(gè)橢圓的接觸面積和半橢圓體接觸壓力分布。正是由于它的效率和簡(jiǎn)單，這個(gè)理論從它的出版起已經(jīng)被廣泛地使用了。不過(guò)，象提及的那樣,HCT 的應(yīng)用有兩種限制條件： 在有彈性的機(jī)構(gòu)之間的接觸應(yīng)該是無(wú)摩擦力， 接觸面積的相當(dāng)多的尺寸應(yīng)該比在接觸過(guò)程中的尺寸和身體的曲率半徑小得多。第一種狀態(tài)是用于近似地滿(mǎn)足滾動(dòng)接觸。通常，在鐵軌和車(chē)輪之間的磨擦可以被分別考慮，因?yàn)樗趯?duì)這壓力狀態(tài)的影響在那些正常壓縮負(fù)荷引入之前可以被忽視。第 2 種狀態(tài)經(jīng)常被褻瀆，例如在一個(gè)接通的組成部分情況下或者對(duì)一些特別的接觸位置，例如計(jì)量器角落接觸由于車(chē)輪軸的橫向運(yùn)動(dòng)。這樣的話(huà)，接觸區(qū)域可以傳播到變化的表面曲率的地區(qū)。而且，塑性變形既能在這個(gè)車(chē)輪內(nèi)又可在鐵軌里發(fā)生，特別是在高軸負(fù)載情況下。近幾年，許多 3D FE 研究由我們組(使用 ABAQUS)進(jìn)行，對(duì)于真正的鐵軌、車(chē)輪、枕木、基床構(gòu)造來(lái)說(shuō)?；谶@項(xiàng)廣泛的研究，來(lái)自 3D FE 計(jì)算的數(shù)值結(jié)果被比作 HCT。一些有趣結(jié)果關(guān)于 HCT 應(yīng)用在車(chē)輪接觸問(wèn)題上已經(jīng)獲得，并且將在這篇文章中介紹。2赫茲觸點(diǎn)理論如果兩個(gè)有彈性的非一致體接觸到一起，那么，根據(jù) HCT，接觸面積在外形上是橢圓的用一個(gè)主半軸 a 和副半軸 b 來(lái)表示。橢圓區(qū)域的接觸壓力的描述用半橢圓體的較小半軸 b，可以被表示為，201byaxPbyax,這里，坐標(biāo)系統(tǒng)的原點(diǎn)位于接觸中心，這是最初接觸點(diǎn)；p 0 是最大接觸壓力，p 0 位于接觸中心；x 軸沿著長(zhǎng)軸延伸，y 軸沿著短軸延伸。p 0 值，a 和 b 依靠?jī)蓚€(gè)與最初相切平面和接觸面附近的接觸部位的幾何外部法線(xiàn)垂直壓縮力 F。赫茲假定接觸面附近的接觸部位的側(cè)面外形可以用二次方程來(lái)描述。因此，幾何條件完全由曲率半徑和他們的最初接觸點(diǎn)的相對(duì)方位來(lái)定義。最后，p 0，a 和 b 使用下列主要曲率半徑的組合確定： 212121213 sin RR2121214 cos R215 RR這里，R 1 和 R”1 分別是最小和最大值，最初接觸點(diǎn)時(shí)的第一部位的曲率半徑，并且 R2和 R”2 是第 2 部位的相應(yīng)值；如果曲率中心位于體內(nèi)，曲率半徑是確定的。參數(shù) 是第 1個(gè)部位和第 2 個(gè)部位的最小曲率半徑的主正截面之間的夾角。從對(duì) p0 值的數(shù)值計(jì)算列表華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)27數(shù)據(jù)，a 和 b 從 3， 4 那里計(jì)算， 5 能被發(fā)現(xiàn)在12里.主正截面與第一部位的最小曲率半徑一起的接觸橢圓的主軸的定向角 可以確定由421 cos2cosRR最大的接觸壓力 p 和外部標(biāo)準(zhǔn)壓縮力 F 由一條 1/3 冪次方，p F 聯(lián)系。0 0313檢驗(yàn)在我們的檢驗(yàn)中，三個(gè)種類(lèi)的軌道和他們的相應(yīng)的輪子被考慮。第一個(gè)是一條 Cr135起重機(jī)軌道。在這種情況下應(yīng)用 HCT 的幾何條件是感到很滿(mǎn)意的，這樣，這種結(jié)構(gòu)也是檢查我們的數(shù)字計(jì)算的一個(gè)好例子。第二個(gè)是一條鐵路開(kāi)關(guān)的中心組成部分，名為“frog” 。輪子從一條機(jī)翼軌道到在交換期間的一只 frog 的行動(dòng)超過(guò)過(guò)程。這個(gè)交換同時(shí)伴著輪子中心路徑的突然傾斜；因此，通過(guò)轉(zhuǎn)移動(dòng)量 frog。在 Frog 的接觸點(diǎn)上的次要的曲率半徑是比較小的。我們將檢查在這種情況下，HCT 是否能被應(yīng)用。最后，考慮到標(biāo)準(zhǔn)的軌道 UIC60。具有代表性的側(cè)面的曲率半徑是 300 毫米，80 毫米和 13 毫米，實(shí)際上由于車(chē)輪軸的橫向移動(dòng)初期接觸位置會(huì)改變。四個(gè)典型的橫向接觸位置都被考慮用 HCT 和 3D FE 計(jì)算。進(jìn)而，結(jié)果為了彈性塑料的材料行為被提出，當(dāng)然，用 HCT 導(dǎo)致一種有意義的偏差。陳向城：橋式起重機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28謝辭畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生綜合運(yùn)用
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