5T單梁橋式起重機鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計含SW三維及17張CAD圖

5T單梁橋式起重機鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計含SW三維及17張CAD圖,橋式起重機,鋼結(jié)構(gòu),設(shè)計,sw,三維,17,cad 摘 要起重機械是一種循環(huán)、間歇運動的機械。常用于物品的裝卸。經(jīng)過這些年得發(fā)展，橋式起重機在現(xiàn)代生產(chǎn)活動中已一個不可取代的地位。隨著時代的進步，起重機的自動化程度也逐步提高，從原始的用人和牲畜控制到了現(xiàn)代的機器控制。因此工廠對起重機的要求也是逐漸提高。起重機正面臨著一場改革變化。起重機一般指既有起升機構(gòu)又有水平運動機構(gòu)的起重設(shè)施，這些機構(gòu)均是起重機基本的機械結(jié)構(gòu)。我們一般根據(jù)其不同的水平運動形式，將起重機分為橋式起重機和臂架式旋轉(zhuǎn)起重機。本次設(shè)計中我選用的是橋式起重機。根據(jù)設(shè)計要求，本次設(shè)計主要是一個滿足5T承載量的鋼體結(jié)構(gòu)，主要設(shè)計計算端梁、主梁的尺寸，并對其進行校核，端梁與主梁之間采用法蘭式螺栓連接，并對緩沖器進行了選擇和校核。文章后面還對焊接工藝進行了選擇和分析。最終完善CAD工程圖以及三維圖，使其在實際生產(chǎn)操作中能夠準確穩(wěn)定的完成各項工作，提高生產(chǎn)效率，并成功投入到市場。關(guān)鍵詞：單梁橋式起重機；主梁；端梁；法蘭連接IVABSTRACTLifting machinery is a circulating, intermittent movement of machinery. Commonly used in the loading and unloading of items. After these years of development, bridge cranes have an irreplaceable position in modern production activities. With the progress in these years, the degree of automation of the crane has been gradually improved, from the original employment and livestock control to the modern machine control. So the factory requirements for the crane is gradually increased. The crane is facing a reform and change.Cranes generally refer to hoisting facilities with both lifting and horizontal movements, which are the basic mechanical structures of the crane. We generally divide cranes into bridge cranes and boom-type rotary cranes according to their different levels of movement. According to the design requirement, This design mainly for a steel structure satisfy 5T load, and determine the size of crane girder and main beam. The size also need to be check and calculate. Bolt connection is used between girder and main beam. And I also choose the buffer, calculate and check whether it meet the design requirements. Finally, the welding process is designed and analyzed. CAD drawing and the graphic being finished, make it accurate and stable in actual production operations to complete the work, improve productivity, and finally being successfully brought on to the market.Keywords: Single bridge crane；main beam; end beam; flanged coupling目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論12 箱形結(jié)構(gòu)主梁和端梁的設(shè)計32.1 箱形梁式橋架的主要尺寸確定32.2 主梁主要尺寸的確定52.3 端梁截面尺寸的確定63 主梁和端梁的校核73.1 主梁強度計算73.2 主梁強度的校驗103.3 剛度計算123.4 主梁的穩(wěn)定性計算123.5 端梁強度計算133.6 端梁強度校核144 主要焊縫的計算174.1 主梁翼緣焊縫計算174.2 主梁上蓋板焊縫174.3 端梁的焊縫計算174.3 主梁、端梁連接焊縫計算184.4 角焊縫強度計算185 主梁與端梁連接計算195.1 法蘭板連接焊縫計算205.2 法蘭連接螺栓的計算216 起重機的機構(gòu)工作級別和鋼絲繩選擇236.1 機構(gòu)利用等級、236.2 機構(gòu)載荷狀態(tài)236.3 機構(gòu)工作級別236.4 鋼絲繩的選用236.5 鋼絲繩直徑的計算237 起重機小車的設(shè)計257.1 起重小車軌道的選擇257.2 起重機小車軌道的尺寸校核258 焊接工藝設(shè)計288.1 焊接289 緩沖器32結(jié) 論35參考文獻36附錄1：外文翻譯37附錄2：外文原文45致謝55561 緒論 橋式起重機是一種重要的物料搬運機械。橋式起重機的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運行，構(gòu)成一矩形的工作范圍,就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設(shè)備的阻礙。橋式起重機可分為普通橋式起重機簡易梁橋式起重機和冶金專用橋式起重機3種1 。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機行業(yè)已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，市場競爭也越發(fā)激烈。橋式起重機行業(yè)在國內(nèi)需求旺盛和出口快速增長的帶動下，依然保持高速發(fā)展，產(chǎn)品幾近供不應(yīng)求4。盡管我國起重機行業(yè)發(fā)展迅速，但是國內(nèi)起重機仍缺乏競爭力。從技術(shù)實力看，與歐美日等發(fā)達地區(qū)相比，中國的技術(shù)實力還有一定差距。目前，過內(nèi)大型起重機尚不具備大量生產(chǎn)能力。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，由于技術(shù)能力所限，中國起重機在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上也不完善，難以同國外匹敵5。生產(chǎn)規(guī)模的擴大及自動化程度的提高，橋式起重機應(yīng)用越來越廣泛，所起的作用也愈來愈大，這樣對橋式起重機的要求也越來越高，安全、可靠、經(jīng)濟。而目前CAD技術(shù)在起重機行業(yè)應(yīng)用水平參差不齊，很多企業(yè)CAD技術(shù)的應(yīng)用僅僅停留在繪圖層面上，力學性能分析還是手工計算，費時費力。面對橋式起重機輕型化智能化發(fā)展大趨勢，橋式起重機設(shè)計必須改變傳統(tǒng)的設(shè)計模式。起重機作為物料搬運、裝卸或用于安裝的機械設(shè)備可以減輕或代替人們的體力勞動提高勞動生產(chǎn)率。它被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域之中。隨著時代的發(fā)展制造工廠和裝卸作業(yè)場所開始轉(zhuǎn)向室內(nèi)使橋式起重機占據(jù)了主導(dǎo)地位。橋式起重機主要應(yīng)用于大型加工企業(yè)如鋼鐵、冶金和建材等行業(yè)完成生產(chǎn)過程中的起重和吊裝等工作。在系統(tǒng)整體設(shè)計中采用傳統(tǒng)布局的典型結(jié)構(gòu)，橋式起重機是一種提高勞動生產(chǎn)率重要物品搬運設(shè)備，主要適應(yīng)車間物品搬運、設(shè)備的安裝與檢修等用途。5t橋式起重機小車運行機構(gòu)是將電動機、減速器、卷筒、制動器和運行小車等緊湊地合為一體的起重機械，由于它輕巧、靈活、成本較低，且安全可靠，零部件通用程度大，互換性強，單重起重能力高，維護方便等特點，是目前用途廣泛，深受歡迎的輕型起重設(shè)備。5t橋式起重機小車運行機構(gòu)可以式固定的也可以通過小車和橋梁組成電動單梁橋式起重機、簡單雙梁橋式起重機和簡單龍門式起重機等，稍加改動，還可作卷揚作用。橋式起重機，有時稱為天車，是一種具有可移動橋梁的起重機，該橋梁起重機懸掛在高架梁上。這樣的懸空允許負載在三個軸上移動到起重機操作空間中的任何點。 除了主梁之外，橋式起重機系統(tǒng)還包括可以在整個主梁橫向運行的運行小車，以及起升機構(gòu)。小車由操作室來操控。除此之外，還包括大車及其運行軌道主梁可以在該軌道上前后運行。而起重小車則可以從主梁的一端移到另一端，該運動和大車的運動相互垂直。而起升機構(gòu)可以從地面升起和下降以使負載在不同的高度定位。運行機構(gòu)主要是由聯(lián)軸器、減速器、制動器、電動機組成。隨著時代的進步，起重機發(fā)展越來越快，國外起重機走向智能化多元化，環(huán)保等發(fā)展，結(jié)合計算機技術(shù)，工作效率大幅提升，而在國內(nèi)起重機設(shè)計較為落后 ，起重機的使用方式也是車間的簡單使用，我們需要不斷的開發(fā)和設(shè)計，才能創(chuàng)造更好的產(chǎn)品。2 箱形結(jié)構(gòu)主梁和端梁的設(shè)計2.1 箱形梁式橋架的主要尺寸確定箱型結(jié)構(gòu)橋架制造簡單，工藝性好，節(jié)省人力，適用于大批量生產(chǎn)。而這些條件的對于尺寸規(guī)格較多如橋式起重機標準化產(chǎn)品來說是有利的，更多的是，常規(guī)的箱梁橋是最典型的橋梁。所以此次設(shè)計中采用箱形結(jié)構(gòu)。并采用電動葫蘆作為小車。箱形結(jié)構(gòu)橋架所采用的是兩根箱形的結(jié)構(gòu)。主梁的主要是由上下翼緣板、和兩塊腹板所組成。小車鋼軌布置在截面中心上1。其中箱形主梁截面的幾何尺寸主要在下列范圍內(nèi)選擇：主梁的高度可以首先確定。在它的跨度中部的高度可以設(shè)為H，根據(jù)起重機手冊，主梁與端梁跨度之比為（HL14L18），可以設(shè)H=L17。主梁與端梁在此條件下法蘭式螺栓連接,在法蘭板處也就是連接處的高度取H0=0.40.6H為了使起重機的橋架水平剛度足夠，保持其平穩(wěn)性，我們所選擇的主梁兩腹板內(nèi)壁間距不能過小，通常范圍如下：b23H bL50 因此取b=400 ，腹板的厚度均取6mm。根據(jù)該厚度可以對上下蓋板取值，其值1=8mm 該厚度適用于此箱形結(jié)構(gòu)。再根據(jù)b，可以進行下一步計算，確定主梁上下蓋板之間的寬度B=b+2(+20)當h/70時，主梁腹板內(nèi)部在該條件下，需要一些大加勁板，其勁板在水平面橫向放置。這樣腹板的局部穩(wěn)定性得到了充分的保證。在跨中處的兩塊勁板的距離a=（1.520）h，且a2.2m。因此取a=2m 接近端梁處加勁板ah取1m。為了防止懸臂重量過大而使主梁腹板發(fā)生局部撓曲變形，大加勁板的位置應(yīng)該合理選擇，應(yīng)與傳動軸的軸承部分位置、走臺上運行機構(gòu)的電動機以及減速器相配合，。為了增加腹板的局部穩(wěn)定性，并將小車的壓力傳到腹板上去，從而使小車平穩(wěn)運行，一些垂直的小加勁板可以添加到大加勁板之間腹被壓縮的位置處，其高度約為/3，取320mm?？梢愿鶕?jù)上蓋板的局部應(yīng)力為兩個板的間距取值。 圖2.1 箱形主梁簡圖 1上方蓋板 2下部蓋板 3主梁腹板 4大的加勁板 5小的加勁板6水平的加勁角鋼圖2.2a 主梁結(jié)構(gòu)簡圖圖2.2b 主梁結(jié)構(gòu)簡圖圖2.2c 主梁渲染圖2.2 主梁主要尺寸的確定根據(jù)任務(wù)說明書，已知數(shù)據(jù)：表2.1 已知數(shù)據(jù)主梁高度 H=L17=16.517=0.97 (2.1) 端梁的高度H0=0.40.6H=0.3880.582 （2.2）取H0=0.4mC=11015L=1101516.5=1.653.3 （2.3）其中，C為端部體型的高度取C=2.6m主梁計算高度H=0.97可以確定腹板高度h=0.954確定主梁截面尺寸主梁截面應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求，由剛度、強度、經(jīng)濟等條件選擇1根據(jù)其中及手冊表格26-5可知腹板厚=6mm，上下蓋板厚1=8mm根據(jù)下列關(guān)系式： bH3.5 bL50=1650050=330mm （2.4）兩塊腹板間的距離可以確定。取b=400mm 蓋板寬度： B=b+2+40=452mm取整 B=450mm能夠求出梁的實際高度： H=h+21=954+28=970mm （2.5）以及輪距：K=1815L=2.0633.3 （2.6）取 K=2.6同樣可知，腹板高度可以取h0=500mmH0=h+21=516mm （2.7）2.3 端梁截面尺寸的確定箱形結(jié)構(gòu)制造工藝簡單，因此橋架的端梁同樣也采用箱形的截面根據(jù)起重機的結(jié)構(gòu)布置，大車軌道面和下蓋板不能接觸，應(yīng)保持一定距離(大于50mm)；車輪的輪緣要低于端梁頭部上蓋板的下面 (不小于20mm)；上下蓋板間的距離為500mm。為了方便能夠拆卸車輪，該結(jié)構(gòu)內(nèi)部要安裝千斤頂，即螺旋千斤頂。所以起重機的設(shè)計需要考慮到千斤頂?shù)穆菽肝恢茫⒁獠荒芘c軌道產(chǎn)生摩擦。同時要有軌道排障板。該板安在其兩個端面的位置上。 下圖為端梁典型構(gòu)造圖圖2.3a 端梁結(jié)構(gòu)三維裝配圖圖2.3b端梁三維渲染圖由起重機課程設(shè)計手冊，該起重機端梁的各個板的尺寸能夠得到確定：上蓋板08mm，下蓋板18mm，頭部下蓋板212mm，腹板=6mm，輪距K(1858)L2.0633.3m端梁高度H0450500mm，高度可以取500mm（因為螺母要安裝在端頭）。由起重機設(shè)計手冊表194500的尺寸，我們應(yīng)首先確定好支撐輪截面，保證車輪與端梁之間不發(fā)生摩擦，之后可以進行下一步。確定端梁截面尺寸。支撐處兩板內(nèi)邊與車輪的兩側(cè)面的距離確定為10mm。同時，端梁上蓋板長度可確定為3330m。端梁內(nèi)部放置隔穩(wěn)固作用。每個隔板間相距40mm。法蘭板放置在腹板上。其結(jié)構(gòu)和尺寸如圖所示：圖2.4 端梁截面圖3 主梁和端梁的校核3.1 主梁強度計算根據(jù)1得半個橋架的自重， Gq/2=4tf （3.1） 因為橋架有一定的自重，因此在這個條件下主梁所產(chǎn)生的中部載荷：ql=Gq2L=16.54=0.24tf/m （3.2）查手冊表11-5得主梁集中載荷為（根據(jù)起重機結(jié)構(gòu)可知，該載荷是因為集中驅(qū)動運行機構(gòu)產(chǎn)生）：GD=0.7tf （3.3）因此可得主梁的總均布載荷：q=q1+qy=0.24+0.062=0.302tf/m根據(jù)已知系數(shù)主梁總均布載荷： k=kq=11.302=1.302tf/m （3.4）式中 表示沖擊系數(shù)，由表中查得。圖3.1 主梁三維受均布載荷示意圖小車的自重會對主梁產(chǎn)生向下的力，及輪壓力。其大小為p1=2100kgf p2=1800kgf圖3.2 受力分析簡支圖動力系數(shù)考慮進去：p1=p1=1.062100=2226kgf （3.5）p2=p2=1.061800=1908kgf （3.6）在校核強度時，可從主梁的垂直彎矩和水平彎矩分別校核。考慮到自重引起的均布載荷，因此在均布載荷的作用下梁最大垂直彎矩應(yīng)該在梁的中部Mmax(G-P)=p1+p2L-BxcL+ql+kGd224(p1+p2L+q2)=2.92106kgf.cm （3.7）同樣，根據(jù)公式還需確定主梁水平最大彎矩（該最大值在跨中位置）Mg=PgL41-L2r+qgL224(3-2Lr） （3.8）r=L+8c33K2Iy1Iy2=1700 （3.9）圖3.3 主梁的受力簡圖圖3.4 彎矩圖根據(jù)前面的數(shù)據(jù)可以確定在水平方向上起重機主梁集中慣性載荷為；Pg=p1+p210=390kgf （3.10）根據(jù)這些數(shù)據(jù)并可以得出均布慣性載荷為（該載荷作用在主梁上）；qg=q10=0.30210=0.0302tf/m (3.11)根據(jù)比值Iy1Iy2=2 （3.12）可取系數(shù)r為2。C=（K-Lxc）2=75cm （3.13）其中，K=265cm Lxc=150Mgmax=390165041-165021700+0.3021650224(3-216501700)=8.437104kgf.cm3.2 主梁強度的校驗根據(jù)對主梁的力學分析可知，主梁中間截面的彎曲最大，該處彎曲應(yīng)力根據(jù)公式（3.14）計算=G+P+g=Mmax(G-P)Wx+MgmaxWy (3.14)其中，Wx表示主梁的中間截面對于主梁的水平重心軸線x-x其相對應(yīng)的抗彎截面模數(shù)。Wx=h3+B1h=95.40.63+450.895.4=5255cm2 (3.15)其中，Wy表示主梁的中間截面對于主梁的另一重心軸線y-y的抗彎截面模數(shù)，能夠求出Wy=B13+hb=450.83+95.40.640=2769.6cm3 (3.16)=6.61065255+2.5341052769.6=586.121kgf/cm2 (3.17)查表可知鋼材許用應(yīng)力為：=1600kgf/cm2 (3.18)可得：因此許用應(yīng)力合格剪切應(yīng)力圖3.5a p1、p2作用下剪力受力圖圖3.5b 均布載荷作用下的簡力受力圖由圖可知，主梁最大剪力在左端截面處。根據(jù)公式（3.19），進一步計算其支撐截面的最大剪力：Qmax（G+P）=P1+P2L-BXCL+qL+kGd2=6848.3kgf (3.19)根據(jù)上式求得主梁截面最大剪力Qmax（G+P） 3.19式中Ix0Wx0H02=h03+B1h0H02=59340cm4 (3.20)該值表示主梁支撐面對其截面的水平的重心軸線x-x的所求出的慣性矩式中S=2h02h04+B1h02+12=1289.4cm3 (3.21)因此根據(jù)3.20可得：max=124kgf/cm2 （3.22）由材料力學手冊132頁查得鋼的許用剪應(yīng)力為=950kgf/cm2 (3.23)max故其剪切應(yīng)力也滿足條件。3.3 剛度計算垂直靜鋼度即也是垂直的撓度撓度，是指梁軸線在垂直軸線方向線位移。不能超過一定范圍 f=P1L31+a+(1-62+42)48EIx （3.24）式中 ,P表示靜載荷，L是跨度，E衡量材料彈性，采用3號鋼。E=2.1103103kgcm2=BxcL=1101650=0.07IxWxH2=2.55105可知許用撓度 f= cm （3.25） f=5500165034.82.1106111545=210cm （3.26）ff所以撓度滿足要求水平靜剛度計算 fg=PgL348EJY=0.56cmfg=L2000=0.825cm (3.27)式中,fg為水平撓度，Pg為水平慣性力，Jy為水平慣性矩，值為21849cm4根據(jù)上式可知，水平剛度滿足要求。 3.4 主梁的穩(wěn)定性計算主梁整體穩(wěn)定性根據(jù)下面的關(guān)系驗算 h/b=950/350=2.714 3 （3.28）主梁的整體穩(wěn)定性合格其在垂直方向的自振周期： T=2T 0.3s （3.29）式中，T為其自振周期，M代表的是是起重機與葫蘆的轉(zhuǎn)換重量重量 M=0.5qlk+G=1.75kgf*s2/cm （3.30）其中,g為重力加速度，L為跨度，q為上面所求的的主梁均布載荷，G為電動葫蘆重量。所以：M=(0.51.261650500)=1.75Kgscm K=5006kgcm （3.31）T=0.1112sTT=0.3s其穩(wěn)定性合格3.5 端梁強度計算3.51 輪距的確定 k=()L （3.32） =() 16.5 =2.3573.3m取 k=2.5m3.52 計算載荷的確定首先假設(shè)兩根主梁對端梁的作用力 是相互等價的，因此我們可以知道，端梁的最大支反力RA=QmaxG+P(Lxc-2a2)K （3.33）式中 K=250cm；Lxc=150cm；a2為主梁中心線與傳動策輪軸線間的距離取 a2=110cm,因此 可得:RA=8406.2kgf 3.53 端梁垂直彎距主梁產(chǎn)生的最大彎距主要是因為主梁支反力的作用（施加于端梁 ）因此在中間截面處，彎矩可以求得Mzmax=RAa1=8446.2*90=760161.3kgf*cm （3.34）式中a1表示導(dǎo)電車輪軸線至起重機主梁中心線之間的距離，a1=90cm；3.54 端梁水平彎距端梁中間截面彎距由公式計算得（該彎矩是由于車輪側(cè)向載荷所引起的）：MPmax=Sa1 （3.35）式中 S車輪側(cè)向載荷，根據(jù)計算可得S=p； 側(cè)壓系數(shù)，由起重機設(shè)計手冊查得，=0.08P車輪輪壓， P=RA因此 Mpmax=RAa1=0,088406.290=60812.64kgf*cm （3.36）Mpmax2=pxg(Lxc+2a2)Ka1 (3.37)式中 Pxg表示電動葫蘆慣性載荷，根據(jù)由公式得：Pxg=p17=318kgf （3.38）所以， Mpmax2=318(150+2110)26590=35298kgf.cm （3.39） 根據(jù)Mpmax進行強度校核3.6 端梁強度校核中間截面對水平中心線x-x 這個軸線的截面模數(shù)根據(jù)式子可以求得wx=h3+B1h=1750.2cm4 （3.40）對水平重心線 xx 慣性距：Ix=wxH2=1750.2502=26880cm4 （3.41）對y-y截面模數(shù) wy=B13+hb=1051cm4 （3.42） 端梁中間截面對水平重心線xx的半面積矩：sx=2h2h4+B1h+12=867.1cm3 （3.43）中間截面最大彎曲應(yīng)力為：max=MzmaxWx+MpmaxWy=RAa1WX+Sa1WY=546.7kgf/cm2 （3.44）其端梁中間截面剪硬力：=Qmax(G+P)SxIx2=240.7kgf/cm2 （3.45）端梁支撐截面的截面模數(shù)，以及對水平重心線xx的慣性矩，還有面積矩計算如下：上蓋板中線與水平中心線的距離：c1=2180.60.518+0.5+2111.20.5+18+0.6350.8+2180.62111.2 （3.46） =10.24cm腹板中心線與水平重心線之間的距離： c28.96-0.5-0.518-0.66cm （3.47）下蓋板中線與水平中心線之間的距離： c3（18+0.5+0.6）-8.9610.36cm （3.48）端梁支撐截面對水平重心線xx這個軸所產(chǎn)生的的慣性距： Ix0=112351+3510.3610.36+212180.8+291.29+0.2 111.44+2111.210.3610.36=5064.2cm4 （3.49）對x-x水平重心線慣性矩：wx0=Ix01c3+22=553.6 （3.50）水平重心線xx軸處有的半面積矩（在端梁支撐面處）： Sx0=2111.211.1+11.1-0.80.611.5-0.62 （3.51） =301.4cm3端梁支撐截面的彎矩：MzRAd8446.214118246.8 kgf*cm （3.52）該面彎曲應(yīng)力計算：1=MzWx0=213.2kgf/cm2 （3.53）端梁支撐截面的剪應(yīng)力：=RASX01nIx0=560kgf/cm2 （3.54）合成應(yīng)力計算得:=12+32=847kgf/cm2 （3.55）根據(jù)材料力學手冊，可以查得端梁材料得許用應(yīng)力：d（0.800.85） d1280013600N/cm2 d=(0.800.85) =76008070N/cm2在上述中強度所有計計算應(yīng)力均小于材料的許用應(yīng)力，所以強度合格，滿足端梁強度要求。4 主要焊縫的計算4.1 主梁翼緣焊縫計算常用焊接方法有三種，手工弧焊、埋焊和氣保焊。主梁焊縫主要采用CO2氣體保護電弧焊，焊縫中氫的含量較小，金屬力學性能好11，因此采用此種方法。焊腳尺寸為6mmhmax=FQmax2IX0=124kgfcm2 （4.1）hmax=max=586120kgf/cm2 （4.2）h=0.8=468.9kgf/cm2 （4.3）h=12h=3316kfg/cm2 (4.4)hmaxh (4.5) hmaxh (4.6)因此焊縫強度滿足要求4.2 主梁上蓋板焊縫主梁上蓋板因為主梁在支撐處所受到地最大剪切力的作用，因而受焊縫剪應(yīng)力如下式：QmaxG+PS20.7hfI0 (4.7)式中，S是主梁上蓋板對主梁的截面的水平中心線的慣性矩 S=45*0.8*25.4=914.4cm3 （4.8）=6848.3914.420.70.659340=125kgf/cm2 （4.9）可查焊縫許用應(yīng)力=9500N/cm3,因此該焊縫合格，滿足設(shè)計要求4.3 端梁的焊縫計算端梁上蓋板焊縫的剪切應(yīng)力根據(jù)下式可得：=RAS1n1IX00.7hf=237.5kgf/cm2 （4.10）n1為上蓋板翼緣焊縫數(shù)同理，下蓋板的翼緣焊縫的剪切力根據(jù)該式可得： 2=RAS2n1IX00.7hf2=256cm3 （4.11）可查焊縫許用應(yīng)力=9500N/cm3因此該焊縫合格，滿足設(shè)計要求4.3 主梁、端梁連接焊縫計算QmaxG+P0.7n3hfI0=170kgf/cm2 （4.12）h0為連接處焊縫的高度，為0.9h，即46cm該式可求得主梁與腹板連接處焊縫的剪切應(yīng)力可查焊縫許用應(yīng)力=9500N/cm3因此該焊縫合格，滿足設(shè)計要求4.4 角焊縫強度計算端梁上蓋板角鋼和腹板的鋼采用角焊縫該角焊縫主要承受剪切應(yīng)力，其計算公式如下：=N2lh （4.13）式中 h表示焊縫計算厚度 l表示焊縫的計算長度(對不采用引弧板的焊縫，實際長度減少10mm) 表示焊縫許用剪應(yīng)力焊縫1、焊縫2的剪應(yīng)力為:1=N1l1h （4.14）2=N2l2h (4.15)根據(jù)起重機設(shè)計手冊可查：=17000N/cm2其中 1=15900N/cm2 2=11506Ncm2 1 2所以焊縫滿足要求。5 主梁與端梁連接計算主梁與端梁有兩種連接方式：一種為主梁與端梁焊接，另一種則是主梁與端梁用螺栓連接該連接采用可拆的凸緣法蘭連接。主梁和端梁之間的連接通過可拆卸的凸緣法蘭連接。忽略主梁的軸向力，法蘭受到主梁的支撐力，垂直彎矩和水平彎矩。 梁由法蘭的高強度螺栓固定。 法16x450x490mm和20x450x490mm兩個鋼板，左上寬度為4mm，承載臺階和法蘭（高度為10mm），法蘭和螺栓布置如下圖所示，法蘭連接可承受主梁支撐力，和水平彎矩垂直彎曲力矩。主梁支撐力FE=1（12FqL+pL-C1L） (5.1)式中 表示動力載荷系數(shù)，為1.18圖5.1a 主梁受力簡圖 圖5.1b 主梁端梁連接簡圖圖5.1c 主梁連接處與凸緣法蘭的焊縫結(jié)構(gòu)圖5.1d 法蘭板垂直撓度：Mx=FEb1=120856157=16898N (5.2)水平撓度:My=psB0+12r1FHL26+PEc11-c1L=39278 (5.3)式中PS=8580.6N,表示近側(cè)端梁的側(cè)向力，F(xiàn)H=192N，表示主梁的慣性力PH=3938N ，表示集中載荷慣性力 5.1 法蘭板連接焊縫計算計算法蘭板連接焊縫的時候，通過采用周邊貼角焊縫連接對法蘭板以及端梁周邊焊縫連接,其中焊縫的厚度為hf =8mm ,焊縫截面的簡化力矩為:Ihx=20.7hf12l3+20.7hfbf0.5h+0.35hf2 =20.78123603+20.710500202.8 =2.3108mm4Ihy=20.7hf12b3+20.7hfbf0.5b+0.35hf2 =1.7108mm4在此次設(shè)計中，我們可以假設(shè)數(shù)值焊縫來承受主梁的支撐力FE，因此可知焊縫處切應(yīng)力大小F=FE20.7hflf=25.4MPa在豎縫下端切應(yīng)力為（根據(jù)彎矩計算）Mx=MxyIhx=10.8MPa (5.4)wy=MyxIhx=35.8MPa (5.5)M=Mx+My=46.6MPa (5.6)hk=F2+M2=51.3MPa (5.7)hkh=0.82=99MPa (5.8)水平焊縫端點切應(yīng)力：Mx=MXyIhx=12.5MPa (5.9)Wx=MyxIhy=46.5MPa (5.10)hm=Mx+Wx=59MPa (5.11)hmh=99MPa (5.12)故滿足要求同理，法蘭板與主梁連接根據(jù)此計算滿足要求。.5.2 法蘭連接螺栓的計算根據(jù)常規(guī)的法蘭式連接，該法蘭板螺栓可以分成兩列，每列5個螺栓。它們的距離, x1=500mm其中一邊的螺栓距其較近的凸緣距離為y1=420mm,由下列公式我們能求出每一個螺栓至各邊緣距離的平方和:yi2=2602+1502+2402+3602+4502=831600mm2 (5.13)下邊角螺栓最大拉力:pl1=2Mxy1yi2+Mynx1=74205N (5.14)其中，n=5該連接共采用10個螺栓16-M30mm,螺紋小徑d0=26.3mm，孔徑32mm,其螺栓為高強度螺栓。單個螺栓的許用拉力:ll=0.8=140MPa (5.15)pll=d024ll=26.326.34140=7560N (5.16)pl1pll，所以合格。主梁軸向力的計算可以忽略,凸緣端面切應(yīng)力，壓應(yīng)力和都較小，省略計算。.6 起重機的機構(gòu)工作級別和鋼絲繩選擇上面的計算已經(jīng)得出起重機載荷的狀態(tài)，我們可以根據(jù)機構(gòu)的利用等級來確定本設(shè)計的工作級別。基本參數(shù)為：提升高度：12m，提升速度：12m/min，提升重量：5t。6.1 機構(gòu)利用等級、 機構(gòu)利用等級按機構(gòu)總設(shè)計壽命分為十級12，總設(shè)計壽命定義為機構(gòu)承擔運轉(zhuǎn)在年數(shù)之內(nèi)的總時數(shù)。 只是零部件的設(shè)計依據(jù)，不能視為保修期。 電動葫蘆通常處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。 根據(jù)GB / T3811-1983，機構(gòu)利用等級為： 機構(gòu)利用等級 T4，總設(shè)計壽命/h 32006.2 機構(gòu)載荷狀態(tài)負載狀態(tài)是指機構(gòu)受到最大負載和負載變化的影響。 電動葫蘆通常工作在額定負載以下，并不是經(jīng)常使用的。 根據(jù)GB / T3811-1983的規(guī)定，電動葫蘆經(jīng)常在中等載荷下運行，并不承受最大負載，所以機械負載狀態(tài)選擇為L2-中。6.3 機構(gòu)工作級別根據(jù)機構(gòu)利用等級和使用情況，根據(jù)GB / T3811-1983，工作級別選為M36.4 鋼絲繩的選用鋼絲繩對于起重機來說是十分重要不可或缺的，但容易損壞。使用時應(yīng)該注意使用的合理性以及其損壞程度的檢查。對其妥善維護。從而提高其使用壽命，減少事故。6.5 鋼絲繩直徑的計算根據(jù)鋼絲繩最大工作靜壓力可以得出合適的鋼絲繩直徑 d=cs （6.1）式中，d表示鋼絲繩的最小的直徑，s是鋼絲繩的最大工作靜壓力，c是選擇系數(shù)。鋼絲繩最大靜壓力：在提升機構(gòu)中，起升載荷可以決定鋼絲繩最大工作靜壓力，并且要考慮到滑輪組和軸承分支等因素，提升載荷是提升質(zhì)量的重力。 提升高度小于50m的升降高度可忽略不計。因此可得S=（5t1000kg/t9.8N/kg）/2=24500N （6.2）系數(shù)c的選擇我們可以從機構(gòu)的工作級別中選取適當?shù)南禂?shù)c，可以根據(jù)據(jù)GB/T38111983,選擇c=0.093.我們可以根據(jù)鋼絲繩選擇系數(shù)c以及最大靜拉力s得到： d=0.09324500=14.557mm 15mm （6.3） 7 起重機小車的設(shè)計7.1 起重小車軌道的選擇可以根據(jù)起重機手冊，在常見的中小型起重機的小車當中，普遍均常采用P型鐵路鋼軌。設(shè)計如圖。圖7.1 軌道三維圖根據(jù)基本尺寸初定軌道型號為P38表6.1 軌道基本尺寸Cb1bb2dR0.41312.2150.8517.57.2 起重機小車軌道的尺寸校核小車軌道彎曲強度計算圖7.2工字鋼下翼輪壓局部根據(jù)已知量計算輪壓作用點位置，并求出系數(shù)i=a+c-e式中：i表示小車輪壓作用點和最近腹板表面之間相隔的距離； c-小車輪緣與鋼邊緣中間相貼合時所產(chǎn)生的間隙，取c=0.4 cm； a=(12.2-0.85) 2=5.675cm （7.1） e=0.164R（cm）因為該軌道選取的是普型工字鋼，所以根據(jù)手冊其翼緣表面斜度為.R在式中表示為小車定輪的踏面曲率半徑，我們可以根據(jù)手冊可以知道R=17.5 cme=0.16417.5=2.87 cm所以：i=5.6750.4-2.87=3.205 =3.2055.675=0.57 （7.2）因此：i=3.205 =0 .57軌道工字鋼下翼緣部分可以進行局部曲應(yīng)力的計算：在上圖中，橫向L點局部彎曲應(yīng)力可以根據(jù)該公式計算： x=a1k1P輪t02 （7.3）式中：a1在式中是結(jié)構(gòu)形成系數(shù)，取0.9，k1為局部彎曲系數(shù)，我們由下圖取1.9圖7.4 局部彎曲系數(shù) t02=（1.37+1）=2.37=5.61 cm （7.5）1=(0.91.919005.61)=579kg/cm （7.6）如圖所示，點L縱向（這里只在yz平面內(nèi)）其局部彎曲應(yīng)力為2，并可以根據(jù)下式得出：2=0.90.619005.61=183kg/cm2 （7.7）式中：k2由圖得：k2=0.6圖中1點縱向（這里只yz平面內(nèi)）其局部彎曲應(yīng)力為3，并可根據(jù)公式得出：3=a2k3p輪t02 （7.8）式中： K3-局部彎曲系數(shù)，根據(jù)上面的圖得：K3=0.4 a2-翼緣結(jié)構(gòu)形式系數(shù)，a2=1.5（貼板補強時選用）因此可以求得最終3=1.50.419005.61=203kg/cm2其中主梁的跨中斷面可以進一步進行當量應(yīng)力的計算當=12+（2+x）2=1077kgcm2=1800kg/cm2 (7.9)因此該鋼字型軌道符合要求8 焊接工藝設(shè)計8.1 焊接為保證焊接質(zhì)量，焊接工藝是極為重要的。我們應(yīng)遵守焊接工藝準則，不能隨意焊接，產(chǎn)品的工作效率與經(jīng)濟效率可以得到保證，質(zhì)量得到了提高，并且降低了返修概率。電焊和氣焊兩種焊接常用于當今各類起重機結(jié)構(gòu)。電焊主要包括電阻焊（常見于薄板焊接），電渣焊，電弧焊等。其中使用最廣泛的電弧焊接。 手工電弧焊是電弧焊的常用方式。焊接結(jié)構(gòu)，焊接部件的厚度不宜過大，除了在一些特殊情況之外。3號鋼焊接構(gòu)件厚度不應(yīng)大于40mm，16鋼錳鋼焊接厚度不能大于30mm。該設(shè)計應(yīng)采用薄焊縫，焊縫應(yīng)盡可能布置成重心的對稱方式。焊縫立體交叉應(yīng)盡量避免，同時不能出現(xiàn)某一處大量集中焊縫。8.1.1 對接焊縫對接焊縫的計算厚度h取等于被焊構(gòu)件中較薄構(gòu)件的厚度。為了使力流平滑傳遞，對較厚的構(gòu)件和較寬的構(gòu)件，應(yīng)作為坡度不大于1/4的斜角1。8.1.2 角焊縫對于角焊縫的側(cè)面和末端，角焊縫直角一般的尺寸比例a：b = 1：1; 在圓角焊縫的末端承受低溫結(jié)構(gòu)（-40左右）的動態(tài)載荷a：b = 1：1.5，則較大的直角邊緣b應(yīng)沿著焊縫的受力方向。 搭接長度應(yīng)等于或大于焊接部件最小厚度的5倍。角焊縫布置圖如下：圖9-1 角焊縫布置圖角焊縫存在最小厚度。該最小厚度就是較小的直角邊，其為a0.3max+1式中的max表示的是焊接件中相對來說比較大的厚度，但是同時也要保證其厚度不能過小，最小應(yīng)是4mm。因為當厚度的值比4mm小時，焊縫焊件具有一樣的厚度，不宜應(yīng)用。角焊縫的厚度(也就是較小的直角邊尺寸)也不能過大。不應(yīng)超過其薄焊件厚度的1.2倍，即a0.12max在計算強度時，可以根據(jù)h=ka，來求出角焊縫強度。其中k可以按下表選取。表8.1 角焊縫參數(shù)注：在表中，表面平滑的焊縫所用的數(shù)為分子，而對于凹面焊縫來說，采用的應(yīng)是分母數(shù)值。 計算長度時，首先應(yīng)確定的是，側(cè)面與端面焊縫要比4a還要小。但不宜過小，不能小于40mm。 能夠得到的邊角長度不可以過長，要在焊縫厚度的40倍這個數(shù)值之內(nèi)。 在大于40a時，在計算中不考慮超額。 在內(nèi)力按著全長進行分布時，角焊縫的長度不需要再考慮上面的因素。梁在承重載荷下，蓋板受壓應(yīng)力，下蓋受拉應(yīng)力，腹板處受力非常小。 對于上蓋和下蓋板，由于端梁的長度為3330mm，整個鋼板可以不用拼接使用。可以根據(jù)焊件厚度，尺寸和形狀結(jié)構(gòu)等因素采用手工電弧焊為焊接方法。焊接方式如下表： 表8.2 各焊縫焊接方法焊縫的名稱焊接的接頭型式主要方法焊接所用焊條蓋板腹板焊縫手弧焊E5015隔板焊縫手弧焊E5015彎板焊縫手弧焊E5015加強筋焊縫手弧焊E5015小腹板焊縫手弧焊E5015角鋼焊縫手弧焊E5015固定板焊縫手弧焊E5015主要工藝過程是：表8.3 主要焊接工藝主要工藝下料拼板焊接上蓋板和隔板焊接腹板焊接下蓋板焊接彎板裝配筋板焊接筋板焊接固定板9 緩沖器緩沖器在起重機中是不可或缺的裝置。為防止小車與起重機終端發(fā)生越軌現(xiàn)象，在小車軌道終端位置裝有擋鐵。但小車與擋鐵相撞仍會產(chǎn)生動能，容易發(fā)生設(shè)備損壞等故障。為了避免設(shè)備出現(xiàn)故障，故為起重機安裝緩沖器（一般當運行速度超過20m/min時安裝）橡膠緩沖器主要有彈性變一、選題依據(jù)1論文（設(shè)計）題目 5T單梁橋式起重機鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計2 研究領(lǐng)域 起重機械設(shè)計3 論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值理論意義：橋式起重機是一種廣泛在車間、廠房、倉庫等從事搬運、裝卸物料的一種運輸工具。其鋼結(jié)構(gòu)是主要的受力元件。它是承擔小車重量和外載荷及保持橋架穩(wěn)定的重要構(gòu)件。由于，起重機的跨度不同、承載的外部載荷的范圍不同等因素的影響，主梁容易發(fā)生下?lián)?。因此需要設(shè)計在不同條件下的主梁和端梁，以及緩沖期以滿足特定條件下的起重機的裝卸需要。應(yīng)用價值：起重機作為物料搬運、裝卸或用于安裝的機械設(shè)備可以減輕或代替人們的體力勞動提高勞動生產(chǎn)率。它被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域之中。在冶金行業(yè)、機械制造工業(yè)、電力工業(yè)、煤炭工業(yè)、交通運輸業(yè)、建筑工業(yè)、建材工業(yè)等國民經(jīng)濟支柱行業(yè)中起重運輸機械都扮演著重要的角色。隨著時代的發(fā)展制造工廠和裝卸作業(yè)場所開始轉(zhuǎn)向室內(nèi)使橋式起重機占據(jù)了主導(dǎo)地位。橋式起重機主要應(yīng)用于大型加工企業(yè)如鋼鐵、冶金和建材等行業(yè)完成生產(chǎn)過程中的起重和吊裝等工作。其中用于生產(chǎn)車間的橋式起重機是起重機的一個主要類型，由于起重機行駛在高空，作業(yè)范圍能掃過整個廠房的建筑面積，具有非常重要的不可替代的作用。因而深受用戶歡迎，得到了極大發(fā)展。4目前研究的概況和發(fā)展趨勢我國從50年代開始著手研制門吊，由于受各方面條件的限制，與國外同類產(chǎn)品相比，國產(chǎn)軌道吊還存在不少差距，如技術(shù)性能、質(zhì)量水平、作業(yè)效率等相對較低，尤其是海港堆場使用的現(xiàn)代化軌道吊，國內(nèi)尚屬空白，國內(nèi)市場均被進口產(chǎn)品所占領(lǐng)。在設(shè)計技術(shù)上極限應(yīng)力設(shè)計法有很大局限性應(yīng)加強向塑性應(yīng)力設(shè)計法的理論研究工作。大型起重機設(shè)備的可靠性研究還有待進一步完善提高、大車高速運行狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)變形問題嚴重。大車高速運行狀態(tài)下的輸配電問題，大車高速運行對整機的輸配電系統(tǒng)提出了較高要求，采用電纜卷筒供電，高速運行時大車與電纜卷筒須有較好的同步性。傳統(tǒng)的磁滯式電纜卷筒不能滿足這一要求，因此需采用由專門控制的電纜卷筒。目前電纜卷筒需從國外進口。大車高速運行狀態(tài)下的電氣控制問題，因為采用了高速行走的大車，兩條軌道上的大車電機運行必須高度同步，否則很容易發(fā)生大車跑偏以至啃 軌的現(xiàn)象。集裝箱橋吊的遠程管理系統(tǒng)通訊系統(tǒng)未解決，遠程控制的電氣控制問題亟待解決。隨著時代的發(fā)展制造工廠和裝卸作業(yè)場所開始轉(zhuǎn)向室內(nèi)使橋式起重機占據(jù)了主導(dǎo)地位。橋式起重機主要應(yīng)用于大型加工企業(yè)如鋼鐵、冶金和建材等行業(yè)完成生產(chǎn)過程中的起重和吊裝等工作。其中用于生產(chǎn)車間的橋式起重機是起重機的一個主要類型，由于起重機行駛在高空，作業(yè)范圍能掃過整個廠房的建筑面積，具有非常重要的不可替代的作用。因而深受用戶歡迎，得到了極大發(fā)展。二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容1.重點解決的問題 1.箱式結(jié)構(gòu)的主梁的設(shè)計計算與校核2.箱式結(jié)構(gòu)的端梁設(shè)計計算與校核3.主梁與端梁的法蘭連接焊縫的設(shè)計計算、法蘭鏈接螺栓的設(shè)計計算。4.主梁和端梁的焊接工藝設(shè)計5.運用三維軟件對所設(shè)計進行三維建模，并作仿真分析，繪制仿真結(jié)果圖。2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）（1）5T單梁橋式起重機傳動裝置總體設(shè)計（2）5T單梁橋式起重機主要技術(shù)參數(shù)（3）5T單梁橋式起重機主要機構(gòu)設(shè)計（4）5T單梁橋式起重機結(jié)構(gòu)設(shè)計計算（5） 鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝設(shè)計（6） 起重機小車設(shè)計3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果設(shè)計一個滿足5T承載量的鋼體結(jié)構(gòu)，主要設(shè)計計算端梁、橫梁的尺寸，并對其進行校核，對小車的運行結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計。完善CAD工程圖以及三維圖，使其在實際生產(chǎn)操作中能夠準確穩(wěn)定的完成各項工作，提高生產(chǎn)效率，并成功投入到市場。三、論文（設(shè)計）工作安排1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）；技術(shù)路線：(1)查閱文獻資料，詳細研究橋式起重機起升裝置，了解橋式起重機起升裝置的結(jié)構(gòu)。(2)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)選取橋式起重機主梁和端梁的選擇。(3)制定緩沖器機構(gòu)設(shè)計方案分析。(4)利用solidworks等軟件畫出三維立體圖，并進行力學分析。設(shè)計參數(shù)： 已知起重機的起重量為Q=5噸，橋架跨度L=16.5m，大車運行速度Vdc=6m/min,電動葫蘆運行速度V=8m/min，起重速度V=12m/min，起重高度為12m,操作方式為地面。橋架采用箱式結(jié)構(gòu)。2.論文（設(shè)計）進度計劃第1周：了解題目研究的主要內(nèi)容和技術(shù)路線，查閱有關(guān)文獻。第2周：查閱文獻、閱讀文獻第3周：閱讀文獻并完成外文文獻翻譯第4周：撰寫文獻綜述并完成開題報告第5周：單梁橋式起重機鋼結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計，繪制二維總裝配圖草圖第6周：.箱式結(jié)構(gòu)的主梁的設(shè)計計算與校核第7周：箱式結(jié)構(gòu)的端梁設(shè)計計算與校核第8周：主梁與端梁的法蘭連接焊縫的設(shè)計計算、法蘭鏈接螺栓的設(shè)計計算。第9周：主梁和端梁的焊接工藝設(shè)計第10周：緩沖器的選擇及校核第11周：修改并完成二維總裝配圖。第12周：修改并完成二維部件圖及主要零件圖第13周：繪制主梁和端梁法蘭連接部分的的三維裝配圖，并做仿真分析繪制仿真結(jié)果圖。第14周：撰寫設(shè)計說明書第15周：提交論文、圖紙、查重報告四、需要閱讀的參考文獻1張質(zhì)文.起重機設(shè)計手冊第二版（上下卷），北京：中國鐵道出版社，20132范利格. 門式起重機金屬結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計：鄭州大學，20133王文浩，王安邦，王舒祎某單梁橋式起重機主梁有限元分析機械工程與自動化2013.(8):16184劉玉峰.基于ANSYS的橋式起重機結(jié)構(gòu)力學性能分析及優(yōu)化西安西安建筑科技大學,20125齊玉紅.基于ANSYS的橋式起重機主梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究D河南：鄭州大學，20116趙超凡.20t龍門起重機箱形主梁力學分析及優(yōu)化設(shè)計D蘭州：蘭州理工大學，20097 任遠. 單梁橋式起重機結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計D山西：太原理工大學,20148 龔道雄.基于solidworks的橋式起重機參數(shù)化設(shè)計D.武漢:武漢理工大學，20099 張雨.橋式起重機主梁的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計D武漢：武漢工程大學，201410范勤董海濤，魏國前.電動單梁橋式起重機整機力學性能研究J.機械設(shè)計與制，2013（1）:959711中國機械工程學會焊接學會編 焊接手冊第3卷焊接結(jié)構(gòu) 機械工業(yè)出版社2016年4月出版12濮良貴，紀名剛主編.機械設(shè)計（第八版）M.北京：高等教育出版社，2006.513魯欣豫.大型起重機鋼結(jié)構(gòu)焊接制造工藝D天津：天津大學，200914劉鴻文 林建興 曹曼玲 材料力學（第五版）高等教育出版 2011年1月出版15 Valerii Kushner Michael Storchak ,Determining mechanical characteristics of material resistanceto deformation in machining， J.2014.416 Ken P Chong，Daniel C Davis， ENGINEERING MECHANICS AND MATERIALS RESEARCH IN THE INFORMATION TECHNOLOGY AGEJ.1999.1217 P. F. Liu L. J. Xing Y. L. Liu J. Y. Zheng，Strength Analysis and Optimal Design for Main Girder of Double-Trolley Overhead Traveling Crane Using Finite Element MethodJ.2013.818 Gang Shi, Fangxin Hu, and Yongjiu Shi, Recent Research Advances of High Strength Steel Structures and Codification of Design Specification in ChinaJ.2014.1附：文獻綜述或報告文獻綜述前言橋式起重機是一種重要的物料搬運機械。橋式起重機的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運行，構(gòu)成一矩形的工作范圍,就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設(shè)備的阻礙。橋式起重機可分為普通橋式起重機簡易梁橋式起重機和冶金專用橋式起重機3種1 。 物料搬運成了人類生產(chǎn)活動的重要組成部分，距今已有五千多年的發(fā)展歷史。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，自動化程度的提高，作為物料搬運重要設(shè)備的起重機在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高1 。起重機正經(jīng)歷著一場巨大的變革。大型化和專業(yè)化、模塊化和組合化、輕型化和多元化、自動化和智能化、成套化和系統(tǒng)化以及新型化和實用化是這場變革得主題1 。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機行業(yè)已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，市場競爭也越發(fā)激烈。橋式起重機行業(yè)在國內(nèi)需求旺盛和出口快速增長的帶動下，依然保持高速發(fā)展，產(chǎn)品幾近供不應(yīng)求4。盡管我國起重機行業(yè)發(fā)展迅速，但是國內(nèi)起重機仍缺乏競爭力。從技術(shù)實力看，與歐美日等發(fā)達地區(qū)相比，中國的技術(shù)實力還有一定差距。目前，過內(nèi)大型起重機尚不具備大量生產(chǎn)能力。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，由于技術(shù)能力所限，中國起重機在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上也不完善，難以同國外匹敵5。 隨生產(chǎn)規(guī)模的擴大及自動化程度的提高，橋式起重機應(yīng)用越來越廣泛，所起的作用也愈來愈大，這樣對橋式起重機的要求也越來越高，安全、可靠、經(jīng)濟。而目前CAD技術(shù)在起重機行業(yè)應(yīng)用水平參差不齊，很多企業(yè)CAD技術(shù)的應(yīng)用僅僅停留在繪圖層面上，力學性能分析還是手工計算，費時費力。面對橋式起重機輕型化智能化發(fā)展大趨勢，橋式起重機設(shè)計必須改變傳統(tǒng)的設(shè)計模式4。1、橋式起重機分類 1.通用橋式起重機1）抓斗橋式起重機抓斗橋式起重機的裝置為抓斗，以鋼絲繩分別聯(lián)系抓斗起升、起升機構(gòu)、開閉機構(gòu)。主要用于散貨、廢舊鋼鐵、木材等的裝卸、吊運作業(yè)。這種起重機除了起升閉合機構(gòu)以外，其結(jié)構(gòu)部件等與通用吊鉤橋式起重機相同。2）電磁橋式起重機電磁橋式起重機的基本構(gòu)造與吊鉤橋式起重機相同，不同的是吊鉤上掛1個直流起重電磁鐵(又稱為電磁吸盤)，用來吊運具有導(dǎo)磁性的黑色金屬及其制品。通常是經(jīng)過設(shè)在橋架走臺上電動發(fā)電機組或裝在司機室內(nèi)的可控硅直流箱將交流電源變?yōu)橹绷麟娫?，然后再通過設(shè)在小車架上的專用電纜卷筒，將直流電源用撓性電纜送到起重電磁鐵上。3）通用吊鉤橋式起重機通用吊鉤橋式起重機由金屬結(jié)構(gòu)、大車運行機構(gòu)、小車運行機構(gòu)、起升機構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)及司機室組成。取物裝置為吊鉤。額定起重量為10t以下的多為1個起升機構(gòu)；16t以上的則多為主、副兩個起升機構(gòu)。這類起重機能在多種作業(yè)環(huán)境中裝卸和搬運物料及設(shè)備。4）兩用橋式起重機兩用橋式起重機有3種類型：抓斗吊鉤橋式起重機、電磁吊鉤橋式起重機和抓斗電磁橋式起重機。其特點是在一臺小車上設(shè)有兩套各處獨立的起升機構(gòu)，一套為抓斗用，一套為吊鉤用(或一套為電磁吸盤用一套為吊鉤用，或一套為抓斗用一套為電磁吸盤用)。5）三用橋式起重機三用橋式起重機是一種多用的起重機。其基本構(gòu)造與電磁橋式起重機相同。根據(jù)需要可以用吊鉤吊運重物，也可以在吊鉤上掛一個馬達抓斗裝卸物料，還可以把抓斗卸下來再掛上電磁盤吊運黑色金屬，故稱為三用橋式(可換)起重機。這種起重機適用于經(jīng)常變換取物裝置的物料場所。6）雙小車橋式起重機這種起重機與吊鉤橋式起重機基本相同，只是橋架上裝有兩臺起重量相同的小車。這種機型用于吊運與裝卸長形物件。2.電動葫蘆型橋式起重機其特點是橋式起重機的起重小車用自行式電動葫蘆代替，或者用固定式電動葫蘆作起重小車的起升機構(gòu)，小車運行、大車運行等機構(gòu)的傳動裝置也盡量與電動葫蘆部件通用化。因此，與上述通用橋式起重機相比，電動葫蘆型橋式起重機雖然一般起重量較小、工作速度較慢、工作級別較低，但其自重輕、能耗較小、易采用標準產(chǎn)品電動葫蘆配套，對廠房建筑壓力負載較小，建筑和使用經(jīng)濟性都較好。因此在中小起重量范圍的一般使用場合使用越來越廣泛，甚至有替代某些通用橋式起重機的趨勢。1）電動梁式起重機其特點是用自行式電動葫蘆替代通用橋式起重機的起重小車，用電動葫蘆的運行小車在單根主梁的工字鋼下翼緣上運行?？缍刃r直接用工字鋼作主梁，跨度大時可在主梁工字鋼的上面再作水平加強，形成組合斷面主梁。其主梁可以是單根主梁(電動單梁式起重機)，也可以是兩根主梁(電動雙梁式起重機)，其橋架可以是像通用橋式起重機那樣通過運行裝置直接支撐在高架軌道上，也可以通過運行裝置懸掛在房頂下面的架空軌道上(懸掛式)10。2）電動葫蘆橋式起重機其特點是固定式電動葫蘆裝在小車上作起升機構(gòu)，小車運采用行機構(gòu)也多采用電動葫蘆零部件作成簡單的構(gòu)造形式，小車也極為簡便輕巧，其整體高度小，小車及橋架自重輕、重心低、有很廣泛的使用適應(yīng)性10。 箱形雙梁橋式起重機是由一個有兩根箱形主梁和兩根橫向端梁構(gòu)成的雙梁橋架,在橋架上運行起重小車,可起吊和水平搬運各類物體, 它適用于機械加工和裝配車間料場等場合。橋架的結(jié)構(gòu)主要有箱形結(jié)構(gòu)，空腹桁架式結(jié)構(gòu)，偏軌空腹箱形結(jié)構(gòu)及箱形單主梁結(jié)構(gòu)等，5-80 噸中小起重量系列起重機一般采用箱形結(jié)構(gòu)，且為保證起重機穩(wěn)定，選擇箱形雙梁結(jié)構(gòu)作為橋架結(jié)構(gòu)。為了操縱和維護的需要，在傳動側(cè)走臺的下面裝有司機室。司機室有敞開式和封閉式兩種，一般工作環(huán)境的室內(nèi)采用敞開式的司機室，在露天或高溫等惡劣環(huán)境中使用封閉式的司機室。箱形雙梁橋架具有加工零件少，工藝性好，通用性好等優(yōu)點。橋架結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)其工作類型和使用環(huán)境溫度等條件，按照有關(guān)規(guī)定來選用鋼材。橋式起重機一般由裝有大車運行機構(gòu)的橋架、裝有起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)的起重小車、電氣設(shè)備、司機室等幾個大部分組成。外形像一個兩端支撐在平行的兩條架空軌道上平移運行的單跨平板橋。起升機構(gòu)用來垂直升降物品，起重小車用來帶著載荷作橫向運動；橋架和大車運行機構(gòu)用來將起重小車和物品作縱向移動，以達到在跨度內(nèi)和規(guī)定高度內(nèi)組成三維空間里作搬運和裝卸貨物用6。橋式起重機是使用最廣泛、擁有量最大的一種軌道運行式起重機，其額定起重量從幾噸到幾百噸。最基本形式是通用吊鉤橋式起重機，其他形式的橋式起重機基本上都是在通用吊鉤橋式的基礎(chǔ)上派生發(fā)展出來的。2.起重機的工作原理 起重機(Crane)屬于起重機械的一種，是一種作循環(huán)、間歇運動的機械。一個工作循環(huán)包括：取物裝置從取物地把物品提起，然后水平移動到指定地點降下物品，接著進行反向運動，使取物裝置返回原位，以便進行下一次循環(huán)。門式起重機整體運行在一定長度的軌道上，由操縱室控制，由大車運行機構(gòu)執(zhí)行，可控制起重機整體的橫向前后移動。小車是運行在橫梁上的，由操縱室控制，可以實現(xiàn)小車在主梁上的縱向移動。在主梁的小車上，電動機通過聯(lián)軸節(jié)與減速器的高速軸相連。機構(gòu)工作時，減速器的低速軸帶動卷筒，將鋼絲繩卷入或放出，經(jīng)過滑輪系統(tǒng)，使吊鉤實現(xiàn)上升或下降。機構(gòu)停止工作時，制動器使吊鉤連同貨物懸吊在空中，吊鉤的升降靠電動機改變轉(zhuǎn)向來達到11。3.起重機的主要結(jié)構(gòu) 起重機主要包括起升機構(gòu)、運行機構(gòu)、金屬機構(gòu)等，起升機構(gòu)包括電動機、制動器、減速器、卷筒和滑輪組。電動機通過減速器，帶動卷筒轉(zhuǎn)動，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。小車架是支托和安裝起升機構(gòu)和小車運行機構(gòu)等部件的機架，通常為焊接結(jié)構(gòu)1。運行機構(gòu)一般是由電動機、減速器、制動器、車輪、聯(lián)軸器等組成1。起重機運行機構(gòu)的驅(qū)動方式可分為兩大類：一類為集中驅(qū)動，即用一臺電動機帶動長傳動軸驅(qū)動兩邊的主動車輪；另一類為分別驅(qū)動、即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅(qū)動。中、小型 橋式起重機較多采用制動器、減速器和電動機組合成一體的“三 合一”驅(qū)動方式，大起重量的普通龍門起重機為便于安裝和調(diào)整，驅(qū)動裝置常采用萬向聯(lián)軸器。 4.國外起重機的特點和發(fā)展趨勢（1）重點產(chǎn)品大型化，高速化和專用化。 由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長，起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。目前世界上最大的履帶起重機起重量 3000t ，最大的橋式起重機1200t，集裝箱岸連裝卸橋小車的最大運行速度已達350m/min，堆垛起重機級最大運行速度 240m/min，垃圾處理用起重機的起升速度達100m/min17。（2）系列產(chǎn)品模塊化、組合化和標準化用模塊化設(shè)計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設(shè)計方法，將起重機上功能基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標準模塊，通過不同模塊的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機8 。 （3）通用產(chǎn)品小型化、輕型化和多樣化有相當批量的起重機是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可命名整個建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價13。（4）產(chǎn)品性能自動化、智能化和數(shù)字化 起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進的計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。大型高效起重機新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。（5）產(chǎn)品組合成套化、集成化和柔性化 在起重機單機自動化的基礎(chǔ)上，通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，與生產(chǎn)設(shè)備有機結(jié)合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。（6）產(chǎn)品構(gòu)造新型化、美觀化和實用化 結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材和異形鋼、減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種啟強度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力條件，減輕自重和增加外形美觀13。目前，橋式起重機被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟建設(shè)的各個領(lǐng)域，產(chǎn)品已經(jīng) 形成多個系列，設(shè)計生產(chǎn)技術(shù)不斷增強，發(fā)展前景廣闊。從國內(nèi)看，激烈的市場競爭條件下，降低成本，快速響應(yīng)用戶需求的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)對于提高企業(yè)效益和增強 企業(yè)市場競爭力有重要的意義，然而目前機械設(shè)計領(lǐng)域的主流設(shè)計手段還停留在以AutoCAD為代表的二維圖形數(shù)字化軟件設(shè)計階段，工作量大、重復(fù)性工作多，設(shè)計過程不直觀、設(shè)計中的錯誤也不容易發(fā)現(xiàn)8 。5.存在問題 我國從50年代開始著手研制門吊，由于受各方面條件的限制，與國外同類產(chǎn)品相比，國產(chǎn)軌道吊還存在不少差距，如技術(shù)性能、質(zhì)量水平、作業(yè)效率等相對較低，尤其是海港堆場使用的現(xiàn)代化軌道吊，國內(nèi)尚屬空白，國內(nèi)市場均被進口產(chǎn)品所占領(lǐng)。在設(shè)計技術(shù)上極限應(yīng)力設(shè)計法有很大局限性應(yīng)加強向塑性應(yīng)力設(shè)計法的理論研究工作。大型起重機設(shè)備的可靠性研究還有待進一步完善提高、大車高速運行狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)變形問題嚴重。大車高速運行狀態(tài)下的輸配電問題，大車高速運行對整機的輸配電系統(tǒng)提出了較高要求，采用電纜卷筒供電，高速運行時大車與電纜卷筒須有較好的同步性。傳統(tǒng)的磁滯式電纜卷筒不能滿足這一要求，因此需采用由專門控制的電纜卷筒。目前電纜卷筒需從國外進口。大車高速運行狀態(tài)下的電氣控制問題，因為采用了高速行走的大車，兩條軌道上的大車電機運行必須高度同步，否則很容易發(fā)生大車跑偏以至啃 軌的現(xiàn)象。集裝箱橋吊的遠程管理系統(tǒng)通訊系統(tǒng)未解決，遠程控制的電氣控制問題亟待解決。 總結(jié)隨著科學的進步和工業(yè)發(fā)展的需要，現(xiàn)代起重機械發(fā)展迅速，人們已制造出種類繁多的起重機械和設(shè)備，在國民經(jīng)濟各個部門起著重要作用。實踐證明：在某些關(guān)鍵崗位上增加一兩臺起重設(shè)備，勞動生存率就會成倍的增長，世界個工業(yè)發(fā)達國家十分重視物料吊裝搬運系統(tǒng)的投資，生產(chǎn)規(guī)模越大，物料吊裝搬運的重要性就月顯著，良好的物料吊裝搬運系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮生產(chǎn)能力，同時也能保證生產(chǎn)的安全14。11