桥式起重机结构设计

沈阳理工大学课程设计专用纸第1页共25页焊接结构课程设计任务书学院材料科学与工程学院专业焊接专业学生姓名学号设计题目桥式起重机结构设计设计要求及技术参数：参数：直径8m材质16Mn条件：工作压力20kgf/cm2实验压力2.5kgf/cm2常温下微冲击技术要求：1.写出该结构的几种设计方案2.强度计算及尺寸选择3.绘制结构设计图4.撰写主要工艺过程5.撰写设计说明书进度安排：1熟悉零件：讲授课程，熟悉零件2天2查阅相关资料，提出可行方案3天3上机画图6天4书写说明书5天5图纸及工艺的检测3天6答辩2天指导教师（签字）：年月日学院院长（签字）：年月日沈阳理工大学课程设计专用纸第2页共25页焊接结构课程设计任务书目录绪论-------------------------------------------------------------------------------------------------------31.设计方案-------------------------------------------------------------------------------------------32.桥架结构设计------------------------------------------------------------------------------------42.1.主要尺寸的确定----------------------------------------------------------------------------42.2.主梁的计算-----------------------------------------------------------------------------------52.3.端梁的计算-----------------------------------------------------------------------------------72.4.主要焊缝的计算---------------------------------------------------------------------------103.起重小车的设计--------------------------------------------------------------------------------113.1起升机构计算-------------------------------------------------------------------------------113.2小车运行机构计算------------------------------------------------------------------------134.大车设计------------------------------------------------------------------------------------------165.吊钩装置设计-----------------------------------------------------------------------------------196.焊接工艺------------------------------------------------------------------------------------------206.1.焊接方法--------------------------------------------------------------------------------------206.2.备料---------------------------------------------------------------------------------------------236.3.焊接工序--------------------------------------------------------------------------------------236.4.焊接检验--------------------------------------------------------------------------------------24参考文献--------------------------------------------------------------------------------------------------25沈阳理工大学课程设计专用纸第3页共25页绪论起重机属于起重机械的一种，是一种做循环、间歇运动的机械。通常起重机械由起升机构（使物品上下运动）、运行机构（使起重机械移动）、变幅机构和回转机构（使物品作水平移动）、再加上金属机构、动力装置、操纵控制及必要的辅助装置组合而成。桥式起重机是横架与车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。由于它的两端坐落在高大的水泥柱或者金属支架上，形状似桥，所以又称“天车”或者“行车”。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支拖和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法，来降低轮压，当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使得起重机的载荷均布的分布在各车轮上。桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类，单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。桥架主梁的结构类型较多，比较典型的有箱型结构、四桁架结构和空腹桁结构。箱型结构又可分为正轨箱型双梁、偏轨箱型单主梁几种。正轨箱型双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，造于成批生产，但自重较大。桥式起重机的特点是可以使拴在吊钩或是其他取物装置上的重物在空间实现垂直升降或水平运移。1.设计方案在绪论中，研究了各种桥式起重机，于是得到了以下几种设计方案可供选择：1、曲腹板梁式起重机曲腹板双梁桥式结构，它是由两根纵向主梁和两根横向端梁所组成，主梁采用薄壁的曲板结构，即有对梁的中心线左右摆动的折曲单腹板和上、下盖板所组成，代替传统形式的箱形梁。2、单梁桥式起重机单梁桥式的主梁结构是采用钢板压延成型的U槽钢，再与工字钢组焊成箱型实腹板梁也是用钢板压延成U形，再组焊成箱型横梁。3、箱型双梁结构沈阳理工大学课程设计专用纸第4页共25页箱型双梁结构有一个两根箱型主梁和两根横向端梁构成的双梁桥架,桥架上运行起重小车，可起吊和水平搬运物体。根据任务书所给的参数：跨度为30m，起重量为160/50t，起升速度10m/min，小车速度30m/min，大车速度60m/min，材质16Mn，考虑合理性，经济性和可靠性等设计原理，对上诉几种方案进行比较后决定本次设计采用箱型双梁结构。2.桥架结构设计参数：跨度L=30，起重量160t，起升速度10m/min，大车速度60m/min，材料16Mn，起重机类型：中级，小车轨距Lxc=500cm,小车轮距Bxc=385cm，小车架重量Gxj=1190kg，小车重计为17.5t。2.1主要尺寸的确定1）大车轮距K=（11~46）L=（11~46）30=5.0~7.5m取K=6m2）主梁高度h=L/20=1500mm取h=1.5m3）端梁高度H1=(0.4～0.6)h=（0.4～0.6）2=0.8～1.2m取=1m4)桥架端部梯形高度C=（1/10～1/5）L=3～6cm取C=3m5)主梁腹板高度根据梁计算高度：根据主梁计算高度h=150cm，最后选腹板高H=150cm.6）确定主梁截面尺寸：主梁中间截面各构件板厚，推荐确定如下：腹板厚=8mm,上下盖板厚0=24mm主梁两腹板内壁间距根据下面的关系式来决定：b=(0.4～0.5)h=60～75cm取b=70cm盖板宽度：B=80cm主梁的实际高度：H=h+2δ=150+20.8=151.6cm同理：主梁支撑截面的腹板高度取h=150cm，这时支撑截面的实际高度=h+20=150+22.4=154.8cm。主梁中间截面和支撑面的尺寸简图分别示与图中K=6mh=1.5mH1=1mC=3m=8mm0=24mb=700mmH=1516mm沈阳理工大学课程设计专用纸第5页共25页7）加劲板的布置尺寸为了保证主梁结构中受压构件的局部稳定性，需要设置一些加劲板构件，主梁端部大加劲板的间距：a=h=150cm主梁端部小加劲板的间距：60cm主梁端部小加劲板的高度：h/3=50cm主梁中部大加劲板的间距：a=(1.5～2)h=(1.5～2)150=225～300cm取a=250cm由于腹板的高度比为140.6130,所以要设置水平加劲板以保证腹板局部稳定性，采用45455角钢作水平加劲板杆。2.2主梁的计算：1）计算载荷确定查表得半个桥架的自重为43.8t，则主梁由于桥架自重引起的均布载荷为1.46t/m由表查得主梁由于集中驱动大车运行机构的大传动轴系引起的均布载荷为：0.065～0.07t/m取=0.07t/m由表7-查得运行机构中央驱动部件重量引起的集中载荷=0.75t主梁的总均布载荷：1.46+0.07=1.53t/m主梁的总计算均布载荷：q=1.11.53=1.683t/m式中1.1为冲击系数，由表2-中查得作用在一根主梁上的小车两个车轮的轮压值可根据表7-中所列数据选用：P1=305MPaP2=325MPa，2）主梁垂直最大弯矩由于公式2-1计算主梁垂直最大弯矩：a=2500mmq=1.683t/mP1=305MPaP2=325MPa沈阳理工大学课程设计专用纸第6页共25页设敞开司机操纵室的重量为=1000kg,其重心距支点的距离为：=2800mm将已知数值代入上式计算可得：Mmax=7.113)主梁水平最大弯矩由公式7-15计算主梁水平最大弯矩：Mgmax=Pg4(1--L2r)+24Lq2g(3--2Lr)=76.65r=L+8C3+L3xc3K2y2y1II=31.344)主梁的强度验算主梁中间截面的最大弯曲应力根据公式7-16计算：=（G+P）+g=WxMmax+WyMgmax[σ]Wx=646.6Wy=184.8所以：=1038kgf/cm2差得A3钢的许用应力为[]=1600kgf/cm2故[]主梁支撑面的最大剪应力为max=S2IxoQmax[]5)主梁的垂直刚度计算主梁在满载小车轮压作用下，在跨中所产生的最大垂直挠度可按照公式7-20进行计算：f=P1L3[1+a(1-62+44)4EIxα=21PP=0.996=0.06Ix=WxH/2=3.8105以此可得：f=1.9cm允许的挠度由公式7-22得：[f]=()L=2.25～3.2cm因此得到：f[f]6)主梁的水平刚度验算：主梁在大车运行机构起，制动惯性载荷作用下，产生的水平最大挠度按照公式7-23计算：Mmax=7.11Mgmax=76.65r=31.34Wx=646.6Wy=184.8Ix==3.8105沈阳理工大学课程设计专用纸第7页共25页fg=PgL48EIy(1-4L3)+qgL4384EJy(5-L4)式中Pg=730kg,qg=0.38kg/cm,=2066E=112983.75由此可知：fg=0.119cm水平