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10t桥式起重机总体设计

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软件简介

 本次毕业设计是针对毕业实习中桥式起重机所做的具体到吨位级别的设计。我国现在应用的各大起重机还是仿造国外落后技术制造出来的,而且已经在工厂内应用了多年,有些甚至还是七八十年代的产品,无论在质量上还是在功能上都满足不了日益增长的工业需求。如何设计使其成本最低化,布置合理化,功能现代化是我们研究的课题。本次设计就是对小吨位的桥式起重机进行设计,主要设计内容是10t桥式起重机的结构及运行机构,其中包括桥架结构的布置计算及校核,主梁结构的计算及校核,端梁结构的计算及校核,主端梁连接以及大车运行机构零部件的选择及校核包括: 轮压计算及强度验算, 运行阻力计算,选择电动机,减速器的选择验算,运行速度及实际功率,选择制动器,选择联轴器,低速浮动轴的验算,缓冲器的选择等计算。还有小车的运行和起升机构零部件的选择及校核包括: 运行阻力计算,选电动机,选择减速器验算起动时间,按起动工况校核减速器功率,选择制动器,选择高速轴联轴器及制动轮,验算低速浮动轴强度,钢丝绳的选择,滑轮、卷筒的计算,联轴器的选择。

关键词: 起重机;大车运行机构;小车运行结构;小车起升结构;桥架 ;主端梁 。

目 录
目 录 I
序 言 1
第1章 桥式起重机的概述 2
1.1 桥式起重机分类及工作特点 2
1.2 桥式起重机的用途 4
1.3 桥式起重机的基本参数 5
1.4 桥式起重机主要零部件 6
1.4.1吊钩 6
1.4.2钢丝绳 8
1.4.3 滑轮和滑轮组 10
1.4.4 滑轮组类型及选配原则 11
1.5滑轮组及其滑轮组的倍率 12
1.6 卷筒 13
1.7 位置限位器 13
1.8 缓冲器 14
1.9桥式起重机发展概述 15
1.9.1 国内桥式起重机发展动向 15
第2章 大车运行机构的设计 17
2.1大车运行结构设计的基本思路及要求 17
2.2 大车运行机构传动方案的确定 17
2.3 大车运行机构具体布置时要注意的问题 18
2.4 大车运行机构的设计计算 18
2.4.1 大车运行结构的传动方案 19
2.5轮压计算及强度验算 20
2.5.1计算大车的最大轮压和最小轮压: 20
2.5.2 强度计算及校核 21
2.6 运行阻力计算 23
2.7 选择电动机 24
2.8 减速器的选择 25
2.9 验算运行速度及实际功率 25
2.10 验算启动时间 26
2.11 起动工况下校核减速器功率 28
2.12 验算起动不打滑条件 28
2.13 选择制动器 31
2.14 选择联轴器 32
2.15 低速浮动轴的验算 32
2.16 缓冲器的选择 34
第3章 起升小车的计算 36
3.1 确定机构的传动方案 36
3.2小车运行机构的计算 37
3.3选择车轮与轨道并验算起强度 37
3.4运行阻力计算 39
3.5 选电动机 40
3.6 验算电动机发热条件 41
3.7 选择减速器 41
3.8 验算运行速度和实际所需功率 42
3.9验算起动时间 42
3.10 按起动工况校核减速器功率 43
3.11 验算起动不打滑条件 44
3.12 选择制动器 45
3.13 选择高速轴联轴器及制动轮 45
3.14 验算低速浮动轴强度 47
3.15 起升机构的设计参数 48
3.16 钢丝绳的选择 49
3.17 滑轮、卷筒的计算 51
3.18 根据静功率初选电动机 52
3.19 减速器的选择 53
3.20 制动器的选择 54
3.21 启动时间及启动平均加速度的验算 54
3.22 联轴器的选择 55
第4章 桥架结构的设计 57
4.1 桥架的结构形式 57
4.1.1 箱形双梁桥架的构成 57
4.1.2 箱形双梁桥架的选材 57
4.2 桥架结构的设计计算 58
4.2.1 主要尺寸的确定 58
4.2.2 主梁的计算 60
4.3 端梁的计算 66
4.4 端梁的尺寸的确定 70
4.4.1 端梁总体的尺寸 70
4.4.2端梁的截面尺寸 70
第5章 端梁接头的设计 72
5.1 端梁接头的确定及计算 72
5.1.1 腹板和下盖板螺栓受力计算 73
5.1.2 上盖板和腹板角钢的连接焊缝受力计算 74
5.2 计算螺栓和焊缝的强度 75
5.2.1 螺栓的强度校核 75
5.2.2 焊缝的强度校核 76
第6章 焊接工艺设计 78
参考文献 81
致 谢 82
式起重机主要零部件
1.4.1吊钩
吊钩是吊装作业中最常用的取物装置,是各类起重机,也是常用吊索、起重工具、专用吊具上的重要组成部分。根据制造方式,吊钩可分为锻造钩和板式钩,锻造钩一般应用GB699—1988中规定的20号钢,经过锻造和冲压、退火处理,再进行机械加工而成。热处理后要求表面硬度为95-135HB。锻造可以制成单钩和双钩,单钩主要用在70吨以下的起重机上,双钩用在50-100吨的起重机上。板式钩一般用在起重量较大的起重机上,板式钩有厚度为30mm成型板片重叠铆合而成。板式钩上有护板,板式钩一般应用GB700-1988《普通碳素钢结构钢技术条例》中规定的Q235A、Q235B或GB1519-1988《低合金结构钢技术条件》中规定的16Mn钢,轨制钢制成。板式钩由于其板片不可能同时断裂,所以可靠性好,修理方便。但是板式钩的断面形状只能制成矩形,因此钩体的材料不能充分利用。板式钩也分单钩和双钩两种。单钩多用于铸造起重机上。吊钩钩身的断面形状有圆形、矩形、梯形和T字形等,
吊钩的安全使用规范:
(1)新吊钩在投入使用前,应进行检查,应有制造厂的制造合格证,否则不准投入使用,新吊钩的开口度要进行测量并符合规定。
(2)新钩应做负荷试验,其检验荷载按起重量的不同而不同,并且测量钩口开度不应超过原开度的0.25%。
(3)对吊钩三个危险断面应用火油清洗,用放大镜看有无裂纹;对板式钩应检查其衬套、销子磨损情况。
(4)在起重吊装作业中使用的吊钩,其表面要光滑,不能有剥裂、刻痕、锐角、接缝和裂纹等缺陷。
(5)吊钩在使用过程中,应进行定期检查,主要检查是否有变形、裂纹、磨损、腐蚀等现象,并应做好记录。
(6)吊钩不准超负荷作业,吊钩不得补焊,且吊钩上应装有防止脱钩的安全装置。
(7)吊钩停止使用时,应对其它进行仔细的清洗、除锈,上好防锈油放在通风干燥的地方。
1.4.2钢丝绳
钢丝绳是由高强度碳素钢丝围绕绳芯绕捻而成的,被广泛应用于起重作业。其中吊运用钢丝绳通常指起重滑车组使用的起重或牵引绳、立扒杆用的绑扎绳和缆风绳及吊具索具使用的钢丝绳。其有以下优点:
(1)重量轻、强度高、能承受冲击载荷。
(2)挠性较高,使用灵活。
(3)钢丝绳磨损后,外表会产生许多毛刺,易于检查。破段前有断丝预兆,其整根钢丝绳不会立即断裂。
(4)其中作业用钢丝绳成本低。
主要缺点刚性大,不易弯曲。起重作业选用的钢丝绳一般为点接触类型,如果配用的滑轮直径过小或直角弯折,钢丝绳易受损坏且影响安全使用和缩短使用寿命。
钢丝绳的种类
1.根据钢丝绳的捻向分类
(1)交互捻钢丝绳 绳与股的捻向相反,这是常用的钢丝绳,由于绳与股的自行松捻趋势相反,互相抵消,没有扭转打结的趋势,使用方便。根据绳的捻向,又分别有右捻和左捻绳。起重机多用右捻钢丝绳。
(2)同向捻钢丝绳 绳与股的捻向相同,在自行松捻和扭转的趋势,容易打结。由于其挠性较好。通常用于具有刚性的导轨的牵引。近来在制造工艺中采用预变形方法,成绳后消除了自行松散扭转的现象。这种绳又称为不松散绳。
(3)混合捻钢丝绳 有半数股左旋,另半数股右旋。这种钢丝绳应用较少。
2.根据绳股的构造分类
(1)点接触绳 绳股中各层钢丝绳直径相同,股中相邻各层钢丝的捻距不等,相互交叉,在交叉点上接触,因此,点接触绳易于磨损,寿命低。
(2)线接触绳 绳股中各层钢丝的捻距相等,外层钢丝位于里层钢丝之间的沟槽里,内外层钢丝相互接触在一条螺旋线上,改变了接触,增长了寿命,增加了挠性。相同直径的钢丝绳,线接触型比点接触型的金属断面面积大,因而承载能力大。
(3)面接触绳 股与股之间成面接触,制作工艺复杂,多用于缆索起重机和架空索道的支承缆索。
3.根据绳芯分类
按绳芯的不同有麻芯、棉纱芯、石棉芯和软钢芯,其中带浸油麻芯及棉纱芯、的钢丝绳,比较温软,容易弯曲,芯中含油可经常润滑钢丝,但不耐高温高压;带石棉芯的钢丝绳能耐高温;带软钢芯的钢丝绳能耐高温高压,但芯硬不易弯曲。使用要根据具体条件选用。
1.根据绳股数和每股中钢丝绳数量分类
按绳股数和每股中钢丝绳数量不同表示,例如常用普通结构钢钢丝绳中分为6、77、619、637、661等种类(前者数字表示股数,后者数字表示每股丝数)。
钢丝绳中钢丝越细越不耐磨,但比较柔软,弹性较好,钢丝绳月粗越耐磨,但比较硬不易弯曲,故应视用途不同而选用。在滚筒直径较大且磨损厉害处,如索道牵引、斜井卷扬可用钢丝较粗的67、619钢丝绳;弯曲较多,滚筒直径较小如穿挂滑车组、绞车绞磨、悬吊构件、绑扎扒杆等应用钢丝较细的637以及661钢丝绳。
4. 钢丝绳选用注意事项:
(1)钢丝绳的规格,应根据不同的用途来选择。如作起吊重物或穿绕滑轮用的钢丝绳,可选择637或者661规格的钢丝绳;作缆风绳或牵引绳,可选择619规格的钢丝绳。
(2)钢丝绳应优先选用6股线接触交绕绳,且钢丝绳的直径应根据所要承受载荷的大小及钢丝绳的许用拉力来选择,在有腐蚀性的环境中工作时,应选用镀锌钢丝绳。
(3)起重机用张紧绳、牵引绳应选用顺绕绳,在需要有耐酸要求的场合应选用镀铅钢丝绳,在高温环境中工作的起重机应选用具有特级韧性石棉芯钢丝绳或具有钢芯的钢丝绳,
1.4.3 滑轮和滑轮组
起重滑轮是利用杠杆原理制成的一种简单机械,它能借助起重机绳索的作用产生旋转运动,以改变作用李的方向。在实际中,为了扩大滑轮的效用,往往把一定数量的动滑轮和一定数量的定滑轮组合起来使用,组成滑轮组,她经常配合卷扬机进行吊装、搬运等工作,是重要的吊装、搬运工具。
滑轮的构造与用途
1.滑轮有轮毂、轮辐、加强筋、绳槽和轮缘组成,滑轮的材料一般为HT150铸铁或者ZG230-450、ZG270-500铸钢。大尺寸滑轮为了减轻自重也有钢板焊制而成的。
2.滑轮按用途可划分为定滑轮、动滑轮、均衡滑轮、和导向滑轮,各轮组可简述如下:
(1)定滑轮是用作支承绳索的运动,通常作为导向滑轮和平衡轮使用。它只能改变绳索的受力方向,不能改变绳索的速度,也不能省力。
(2)使用动滑轮时,因设备或者构件由两根钢丝绳分担,每根钢丝绳所分担的力只有设备或者构件质量的50%。
(3)导向滑轮也叫开门滑轮,它同定滑轮一样,既不省力,也不能改变速度,只能改变钢丝绳的走向,这种滑轮的夹板可以开启,使用时,将钢丝绳的中间部分从开口处放进去。导向滑轮通常用在起重桅杆低脚处。
(4)滑轮组是由一定数量的动滑轮和定滑轮,通过绳索穿绕而组成的。他具有动、定两种滑轮的特点,机能改变力的方向,由能省力,用多组滑轮组起吊设备或构件,其牵引力会更小。
1.4.4 滑轮组类型及选配原则
1.滑轮的类型
(1)按制作材质分有木滑轮和钢滑轮。木滑轮通常适用于麻绳滑轮组,滑轮数一般在三个以下,吊装轻;钢滑轮多用于钢丝绳滑轮组中,滑轮数按起重量的大小从1-8个不等。
(2)按使用方法有定滑轮、动滑轮以及动、定组成的滑轮。
(3)按滑轮数多少分为单滑轮、双滑轮、三轮、四轮以至多轮等多种。单滑轮的夹板有开口和闭口两种。
(4)按连接方式分为吊钩式、链环式、吊环式和吊梁式,一般中小滑轮采用吊钩式,链环式和吊环式,而大型的滑轮均采用吊环和吊梁式。这些滑轮和轴套等易损部件,大都采用标准和通用件,按品种、规格可以互换。
2.选配滑轮原则:
(1)设备或构件的质量和提升(下落)高度,是选配滑轮的重要依据。
(2)当卷扬机的牵引力一定时,滑轮的轮数越多。速比越大,起吊能力也越大。
(3)提升设备或构件时,卷烟机要克服全部滑轮的阻力才能工作,而下方时则相反。因滑轮阻力在某种意义上帮助了卷扬机工作,因此,下放时牵引力比提升机牵引力小的多。
1.5滑轮组及其滑轮组的倍率
1.滑轮组的组成
滑轮组是由一定数量的定滑轮和动滑轮及绳索组成。当利用滑轮组提升或拖运重物时,必须将一个滑轮固定在某一固定支点而另一滑轮则以绳索连接重物,滑轮组可分为省力滑轮组和增速滑轮组两种,一般起重作业中均采用省力滑轮组, 特别是吊装大重量物件时,都是靠用多门定滑轮和动滑轮连接在一起组成的滑轮组来完成吊装任务。
2.根据滑轮组的作用分为省力滑轮组和增速滑轮组两种。
省力滑轮组是在省力滑轮中绕入卷筒的绳索分支为主动部分,而动滑轮为从动部件。若被提升的物件重量为Q,而绕入卷筒的绳索分为支拉力Ft只有Q的一半通过它可以用较小的绳索拉力吊起较重的货物,起到省力作用,它是最常用的滑轮组。
增速滑轮组是用液压缸或汽缸直接驱动动滑轮,动滑轮为主动部分,移动的绳索端为从动部分,当主动部分施力大时,从动部分得到的力小,但是主动部分只需移动较小的距离,就可使从动部分得到较大的位移及较大的速度,起到增速作用。3.滑轮组的倍率
滑轮组可以省力,省力的倍数(也是减速的倍数)称为滑轮组的倍率,用m表示。单联滑轮组的倍率等于钢丝绳分支的一半。双联滑轮组是由两个倍率相同的单联滑轮组并联而成的,绳索两端都固定在带有左右螺旋曹的卷筒上。为了使绳索由一边的单联滑轮组过渡到另一边的单联滑轮组,中间用一个均衡轮来调整两边滑轮组的绳索拉力和长度,当滑轮组的倍率为单数时,均衡滑轮布置在动滑轮上,当滑轮组的倍率为双数时,均衡轮布置在定滑轮上。
1.6 卷筒
卷筒组件有卷筒、连接盘以及轴承支架组成,卷筒有长轴卷筒和短轴卷筒,长轴卷筒有齿轮连接盘和带大齿轮的卷筒组,这是一种应用较多的一种结构形式,短轴卷筒是一种新的结构形式。卷筒与减速器输出轴用法兰盘刚性连接,减速器底座通过钢球或者圆柱销与小车架连接。这种结构形式的优点是,结构简单,调整与安装方便,此外还有采用行星减速器放在卷筒内部的形式,优点是驱动装置紧凑、质量轻。铸造卷筒材料一般用HT20-HT40,焊接滚筒采用A3钢制造。
1.7 位置限位器
1.上升极限位置
上升极限位置限制器又称起升限位位置、过卷扬限制装置等,他用来限制高度,当起升到上极限位置时,限位器发生作用,使起升重物停止上升,可以防止起升重物继续上升而发生钢丝绳被拉断、重物下坠的事故。此时再去操纵手柄,则只能得到起升重物下降的动作。
2.行程极限位置限制器
行程极限位置限制器实际上由顶杆和限位开关组成。当行程到达极限位置后,顶杆触动限位开关的转动柄,它的转动可以断电源,使机构停止工作,起重机的大、小车为控制行程的范围都装有行程开关。
3.开关的检验要求
(1)限位开关应有坚固的外壳,并应有良好的绝缘性能,密封性较好,在室外或者粉尘场所能有效的防护。
(2)触点不应有明显的磨损和变形,应能准确地复位。
(3)限位开关动作灵敏可靠。
(4)上升极限位置限位器的动作距离。一般情况下,吊钩滑轮组与上方接触物的距离应不小于25mm。
1.8 缓冲器
缓冲器的作用是吸收起重机与终端挡板相撞时或起重间相撞产生的动能,要求它能在最小的外廓尺寸下吸收最多的能量,并且反座力尽量小,以保证起重机平移定车,起重机上常用的缓冲器有橡胶、弹簧和液压缓冲器。橡胶缓冲器具有结构简单、制造方便、可以用于防爆场所等优点,但是缓冲能力小,他所吸收的能量比较小,最大也不过215kg.m,主要起阻力作用,因此,一般只用于运行速度不大于50m/min的起重机上,不宜用于环境温度过高或过低的场所,适用温度在-30-500C范围内。弹簧缓冲器具有结构简单、维修方便和不受环境温度影响等优点,因此目前应用较为广泛,但是由于它的缓冲过程中,撞击的动能大部分转化为弹簧的压缩势能,储藏在弹簧内部,因此在缓冲完毕后,会产生反弹力作用在起重机上,使起重机向相反方向运动,这对起重机零件有害。液压缓冲器与弹簧缓冲器比较,具有无反弹作用、缓冲力恒定、吸收能力大、缓冲行程短、外形尺寸小的优点,因此适用于碰撞速度大于2m/min的起重机上,他的缺点是构造复杂,维修不便,油缸密封要求较高和受环境温度影响等。

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