桥式起重机主梁设计

绪论起重机的用途是将物品从空间的某一个地点搬运到另一个地点。为了完成这个作业，起重机一般具有使物品沿空间的三个方向运动的机构。桥式类型的起重机是依靠起重机运行机构和小车运行机构的组合运动使所搬运的物品在长方形平面内作运动。起重机是现代生产不可缺少的组成部分，借助起重机可以实现主要工艺流程和辅助作业的机械化，在流水线和自动线生产车间中，起重机大大提高了生产效率。本文主要完成了桥式起重机主体结构部分的设计及主梁和端梁的校核计算。采用正轨箱形梁桥架，正轨箱形梁桥架由两根主梁和端梁构成。主梁外侧分别设有走台，并与端梁通过连接板焊接在一起形成刚性结构。为了运输方便在端梁中间设有接头，通过连接板和角钢使用螺栓连接，这种结构运输方便、安装容易。小车轨道固定于主梁的压板上，压板焊接在盖板的中央。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。在建桥工程中所用的起重机械，根据其构造和性能的不同，一般可分为轻小型起重设备，桥式类型起重机械和臂架类型起重机三大类。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。桥式起重机广泛应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。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在线，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它取物装置上的重物在空间实现垂直升降或水平运移。参数：副钩起升高度H1=22m；主起升高度H=20m；跨度L=22m；工作级别A5；起重机利用等级U4主钩起升速度v=4m/min；副钩起升速度v1=8m/min；小车运行速度v2=40m/min；起重机运行速度v3=80m/min。第1章起升机构的设计1.1主起升机构的计算1.1.1确定起升机构的传动方案起升机构是起重机械中最主要和最基本的机构，是起重机不可缺少的组成部分。它的工作好坏对整台起重机的性能有着最直接的影响。因起重量、起升速度和起升高度等设计参数的不同，桥式起重机小车有多种传动方案。在这些方案中大体上可分为闭式传功和带有开式齿轮传动的两类：闭式传动和带有开式齿轮的传动。由于开式齿轮易于磨损，因此现代起重机已很少采用，并且按照布置宜紧凑的原则，决定采用图1-1的传动方案。图1-1起升机构驱动装置1-减速器；2-制动器；3-带制动轮的联轴器；4-浮轴器；5-联轴器；6-电动机；7-卷筒；8-卷筒支座。1.1.2选择钢丝绳根据起重机的额定起重量,选择双联起升机构滑轮组，双联起升机构滑轮组倍率为m=6，因而承载绳的分支数z=2m=2×6=12.查《起重机设计手册》查得取物装置的重力q=2.5%Q=2.5t若采用滚动轴承。当m=6时，查得钢丝绳轮组效率η=0.97。钢丝绳所受最大静拉力为：max21000002500260.9788.5zQqSmkN式中Q—起升载荷，Q=100t；q为取物装置的重力q=2.5%Q=2.5t，当起升高度大于50m时，起升钢丝绳的重力亦应计算；m-滑轮组倍率，m=6；ηz滑轮组效率ηz=0.97。钢丝绳的选择：计算钢丝绳破断拉力为Sb由公式得：max5.588.5486.75bSnSkN式中n-钢丝绳安全系数,对于中级工作类型n=5.5.选择钢丝绳6W(19)，公称抗拉强度，光面钢丝，右交互捻，直径d=25.5.mm，其钢丝破段拉力总和，标记如下：钢丝绳6W(19)—25.5.—185—光面—右交（GB1102--74）国内标准。1.1.3滑轮的计算为了确保钢丝绳具有一定的使用寿命，滑轮的直径（子绳槽底部算起的直径）应满足Dh：125.5201484.5hDdemm式中：e----系数，对中级工作类型的起重机，取e=20；d——所选择的钢丝绳的直径，d=25.5mm。取滑轮的直径为Dk=500mm。平衡滑轮名义直径：k=mmd平0.6D300取平衡滑轮名义直径=mmd平300选用滑轮直径D=500mm，取平衡轮滑直径d平=315mm。滑轮绳槽断面尺寸由附表3查的。选用钢丝绳直径d=22.5mm，D=500mm，滑轮轴直径D1=120mm的E1型滑轮，标记为：滑轮E122.5×500-120（ZBJ80006.8-87）由附表5平衡滑轮选用d=22.5mm，D=300mm，滑轮轴直径D2=65mm的F型滑轮，标记为：滑轮F22.5×300-65（ZBJ80006.8-87）专业标准1.1.4卷筒的计算并验算强度1)卷筒的直径：125.5201484.5hDdemm取500hDmm式中e----系数，对中级工作类型的起重机，取e=20；d——所选择的钢丝绳的直径，d=25.5mm。查得选用D=500mm2）卷筒槽计算绳槽半径：R=（0.53~0.56）d=11.93~12.6mm=12mm绳槽深度（标准槽）：h1=（0.25~0.4）d=5.63~9mm=8.0mm绳槽节距：t=d+（2~4）=24.5~26.5mm=25mm卷筒名义直径：D=Dh+d=525.5mm以上计算中：D-卷筒名义直径（卷筒槽底直径）；d-钢丝绳直径；3)确定卷筒长度并验算起强度卷筒的总长度：01024HmLZtLD式中H——最大起升高度H＝20m；Z0——附加安全圈数n1.5取n=2；t——绳槽节距t=25mm；1L——双联卷筒中间不切槽部分的长度取1L=185；0D——卷筒的计算直径（按缠绕钢丝绳的中心计算）,0D＝D＋绳d=500＋25.5=525.5mm；带入上式得：L=4121mm，取L=4200mm卷筒壁厚(铸铁卷筒)δ=0.02D+(6~10)mm=0.02×525.5+(6~10)=14.51~18.51mm取δ=15mm卷筒壁压应力验算：maxmax885002361525yStMPa选用灰铸铁HT300，最小抗拉强度1200bMPa，许用压力12002664.5bMPan,故抗压强度足够。卷筒拉应力验算：由于卷筒长度L＞3D,尚应校验由弯矩产生的拉应力，卷筒弯矩图于图1图1卷筒弯矩图卷筒的最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时:1max5203185885003547955022WLLMSNmm卷筒断面系数:D-卷筒外径，D=500mm；444435004700.10.12740638500iDDWmmD式中D-卷筒外径，D=500mm；Di=卷筒内径，Di=D-2δ=470mm。于是1wMW12.94MPa所以合成应力：1max2.58812.9423626615.23blyMPa所以l＜，卷筒强度演算通过。故选定卷筒直径D=500；长度L=4200mm。卷筒槽形的槽底半径r=12mm，槽距t=25mm；倍率m=6,；起升高度H=20mm；靠近减速器的一端的卷筒槽向为左的A型卷筒，标记为：卷筒A500×4200-12×25-18×2左ZBJ80.007.2-874）卷筒转速0hiDVnj=4614.54/min3.140.5255r1.1.5选电动机起升机构静功率：601020VQNGj式中——起升机构的总效率，一般η=0.8～0.9，取η=0.85；301002.5101.210260102600.85iQGVN23.64kw电动机计算功率：edjNKN=20.09kw式中:Kd对于M1~M6级机构，Kd=0.75~0.85，取Kd=0.85选用较接近的电动机YZR315S-10(ZBK26008-YZR-系列起重及冶金用绕线转自三相异步电动机)在JC%=25时，功率22kw，转速n=715r/min，，G=335kg。222.56DGDkgm1.1.6验算电动机发热条件按等效功率法求得，当JC%=25时，所需等效功率为：250.750.8720.0913.1xjNKNKW式中K25——工作级别系数，查得75.025K；——系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比，取87.0。由以上计算结果NNex，故所选电动机能满足发热条件。2.1.7选择减速器起升机构总的传动比00171549.1714.54nin根据传动比i=49.17，电动机转速n=715r/min，电动机功率N=22KW，工作类型中级，由JB/ZQ4282-2006减速器中选用ZQ-1000-Ⅰ-3CA型减速器，传动比050i，许用功率为65NKW，自重2140gkgG，输入轴端直径d=90mm，轴端长l=135mm（锥形）。1.1.8实际起升速度和实际所需功率的验算实际起升速度为：049.17'43.9/min50iVvmi误差：'3.94100%100%2.5%4vvev由于e＜[e]=15%实际所需等效功率：'3.9'13.112.774xxvNNKWv由于25%'xeNN所以满足要求。1.1.9校核减速器输出轴强度输出轴最大扭矩：MM～Me0'0maxmaxi8.07.0）（式中eM——电动机的额额定扭矩,25%02297509750300715eeNMNmni——传动比,i=49.17；0——电动机至减速器被动轴的传动效率,0=0.95；——电动机最大转矩倍数,=2.8，当25%JC电动机最大力矩倍数；M——减速器低速轴上最大短暂准许扭矩.M=350000Nmmax0.82.830049.170.9531390.1MNm∴maxMM.输出轴最大径向力验算:输出轴最大径向力为：maxmax122iRSG式中maxS——卷筒上钢丝绳最大拉力,maxS=88.5KNjG——卷筒重量,jG=2610Kg。估计值R——低速轴端的最大容许径向载荷由附表40,R=164KN4max1288.52.61101312RkNR∴RMmax，故所选减速器满足要求。1.1.10制动器的选择制动器装在高速轴上,所需静制动力矩：'0()002(1000002500)0.52551.750.95151.715172649.17ZzjzMKMKQGDmikgmNm式中KZ——制动安全系数，查得75.1KZ。根据以上