80∕30T 28m 通用桥式起重机设计毕业论文

80∕30T 28m 通用桥式起重机设计毕业论文

前言

桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。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。

桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、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、简易粱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。小车架是支托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。

起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。

起重机运行机构一般用两个主动车轮和两个从动车轮，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，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。

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，特殊型式也有四梁的。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。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。

箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。正轨箱形双粱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，适于成批生产，但自重较大。

偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主粱是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主粱，自重较小，但制造较复杂。

- 1 -

设计中，在满足强度、刚度、稳定性的前提下，尽可能节省材料，采用大截面，薄钢板，以减少起重机自身重量。全部采用国家标准，对桥架的受力进行了较详尽的分析，在结构上进行了改进。

近20年世界工程起重机行业发生了很大变化。RT(越野轮胎起重机)和AT(全地面起重机)产品的迅速发展，打破了原有产品与市场格局，在经济发展及市场激烈竞争冲击下，导致世界工程起重机市场进一步趋向一体化。目前世界工程起重机年销售额已达75亿美元左右。主要生产国为美国、日本、德国、法国、意大利等，世界顶级公司有10多家，主要集中在北美、日本（亚洲）和欧洲。

起重机的发展状况：1.重点产品大型化，高速化和专用化；2.用模块化设计代替传统的整机设计方法；3.通用产品小型化、轻型化和多样化；4.产品性能自动化、智能化和数字化；5.产品组合成套化、集成化和柔性化；6.产品构造新型化、美观化和实用化。

本次设计课题为80/30t通用桥式起重机设计，设计者在参观实习和借鉴各种文献资料的基础上，同时在老师的精心指导下及同学的共同努力下完成。

设计过程中，主要需要设计起升机构、运行机构以及双梁桥架，计算过程能将我们所学的知识最大限度的贯穿起来，使我们学以致用。因此，以此机型作为研究对象，具有一定的现实意义，又能便于我们理论联系实际。全面考察我们的设计能力及理论联系实际过程中分析问题、解决问题的能力。由于我们的设计是一种初步尝试，而且知识水平有限，在设计中难免会有错误和不足之处，敬请各位老师给予批评指正，在此表示感谢！

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- 3 - 第一部分 机构设计计算

第1章 主起升机构计算

1.1 确定传动方案，选择滑轮组和吊钩组

按照构造宜紧凑的原则,决定采用下图的传动方案。如图1—1所示，采用了双联滑轮组.按Q=80t ，由文献[1]表5-3查取滑轮组倍率h i =5，因而承载绳分支数为 Z=2h i =10。由文献[4]表8-1-100，选125号吊钩，得其质量0G =1740Kg ，两动滑轮间距A=620mm

图1—1 主起升机构简图 1.2 选择钢丝绳(钢丝绳的选择方法不新，应改进)

滑轮组采用滚动轴承，h i =5,由文献[1]表5-4得滑轮组效率η=0.96。

钢丝绳所受最大拉力:

kN i Q G S h 15.8596.05217408000020max =??+=?+=

η

由文献[1]表5-1，工作组别M8时，安全系数n=9， 钢丝绳计算破断拉力b S ：b S =n max S ?=9×85.15=766.35kN

由文献[4]表8-1-18选用瓦林吞型钢芯钢丝绳6×19W+IWR 钢丝绳公称抗拉强度1870MPa ，光面钢丝，右交互捻，直径34mm ，钢丝绳最小破断拉力[b S ]=770kN 。 标记：34NAT 6×19W+IWR1870ZS770 GB8918-2006

1.3 确定卷筒尺寸,转速及滑轮直径

卷筒和滑轮的最小卷绕直径0D ：

m i n 0D ≥h ?d

式中，h —表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数；

由文献[1]表5—2得：卷筒1h =25;滑轮2h =28；

卷筒最小卷绕直径m in j D =1h ?d=25?34=850mm ；

滑轮最小卷绕直径m in h D =2h ?d=28?34=952mm 。

- 4 - 考虑起升机构布置卷筒总长度不宜太长，定滑轮直径取950mm,卷筒直径取D=1250㎜。

卷筒长度：

15038)421284

51018(2)4(23100+?++????=+++?=ππL t Z D i H L h =2512mm ，取L=2500mm 。

式中，0Z —附加安全系数，取0Z =2

1L —卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮间距，1L =A=620mm ，

实际长度可适当增减。

0D —卷槽计算直径，0D =D+d=1250+32=1284mm

t — 卷筒槽距，由钢丝绳直径选出，t=38mm 。

卷筒壁厚[]mm mm D 3531)106(125002.0)106(02.0-=-+?=-+=δ

取mm 32=δ，进行卷筒壁的压力计算。

卷筒壁压应力验算；

MPa m N t S y 02.701002.70038

.0032.08515026max max =?=?==δσ 选用灰铸铁HT200，最小抗拉强度MPa b 195=σ，许用压应力： []y σ=MPa n b

1305.11951==

σ m ax y σ＜[]y σ 故抗压强度足够 卷筒转速min 4.17min 284

.114.31450r r D mv n n t =??==π。 标记：卷筒A1250×2500-18×38-18×5

1.4 计算起升静功率

η60102)(0?+=n j v G Q P =kW 22085

.06010214)174080000(=???+ 式中，η—起升时总机械效率η=0.85

1.5 初选电动机

电动机计算功率'JC P ≥G j P =0.8?220=176kW

式中 ，'JC P —JC 值时的功率，位为kW ；

G —稳态负载平均系数，根据电动机型号和JC 值查文献[1]表3—4得

G=0.8。

由文献[3]表5-1-13选用电动机型号为YZR400L2-10，JC P =177KW ，

JC n =591r/min ，

- 5 - 电机质量2950kg ，飞轮转矩GD 2=28.1kg.m 2。 电动机转速)]591600(177

220[600)(00-?-=--=JC JC j

d n n P P n n =588.8r/min 式中，d n —在起升载荷Q P =817.4kN 作用下电动机转速；

0n —电动机同步转速；

JC P ,JC n —是电动机在JC 值时额定功率和额定转速。

1.6 选用减速器 减速器总传动比：4

.178.588==t d n n i =33.84。 起升机构减速器按静功率j P 选取，根据j P =220kW ，

d n =588.8r/min ，i =33.84，工作级别为M8，由文献[3]表3-10-6选定减速器为QJS-D-800-40-IV-P-W ，减速器

许用功率[nj P ]=249KW,40'0

=i ，质量g G =6400kg ，入轴直径1d =95mm ，轴端长1l =170mm （锥形）

减速器在588.8r/min 时许用功率[nj P ']为[nj P ']=

6008.588249?=244.35>177kW 实际起升速度n v '=

40

84.3314?=11.8m/min 实际起升静功率j P =4084.33220?=186.12kW 。 1.7 验算电动机发热条件

按照等效功率法，求JC=60%（工作级别为M8）时所需的等效功率：

kW N k N j x 7.16222087.085.025=??=??≥γ

式中，25k —工作级别系数，25k =0.85；

γ—系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比值（g q t t ）查得。

由文献[1]表6-3，一般起升机构g q t =0.1—0.2，取g q t t =0.2，由

文献[1]图6-3查得γ=0.87.

由以上计算结果 x N ＜jc P ,故初选电动机能满足发热条件。

1.8 选择制动器

按下式计算，选制动器：

zh M ≥zh K j M '

式中，zh M —制动力矩,单位为N.m ；

- 6 - zh K —制动安全系数，查文献[1]表8-3得zh K =2.5；

j M '—下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m 。

j M '=405285.0284.110)4.17800(2)(3'00?????+=+ηmi D G Q =2230.28N.m η'—下降时总机械效率，通常取η'≈η≈0.85

zh M =zh K j M '=2.5?2230.28=5575.7N.m

由zh M =5575.7N.m 查文献[3]表3-7-17选用YWZ5-630/301制动器，其制动转矩ez E =4000~6300N.m,制动轮直径z D =600mm ，制动器质量z G =191kg 。

1.9 选择联轴器

根据电动机和减速器以及浮动轴的轴伸尺寸及形状选连轴器，使联轴器的许用应力矩[M]>计算的所需力矩M,则满足要求。

电动机的轴伸：d=130mm(锥形)，长度l=250mm ；

减速器轴伸:d=95mm(锥形)，长度l=170mm ；

浮动轴的轴头：d=110mm ， 长度l=212mm 。

由文献[3]表3-12-8选取带600φ制动轮的联轴器，最大允许转矩

[t M ]m N ?=19000，飞轮矩()2235m kg GD l ?=，最大质量kg G l 218=。 电动机额定力矩591

177********?==jc jc

n n P M =2860.15N.m 计算所需力矩M=n ?8φ?n M =1.5?1.8?2860.15=7722.4N.m

式中，n —安全系数取n=1.5；

8?—刚性动载系数，取8φ＝1.8。

[t M ]m N ?=19000>M=7722.4N.m

所选联轴器合格。

1.10 验算起动时间

起动时间：

]10)()([)(2.382220302η

m i D G Q GD c M M n t j q d q ??++-= =s 32.185.0540284.110)4.17800(1.9815.1[)89.308626.4862(2.388.588222

3=????++??-? 式中，()22221()()()d l z

GD GD GD GD =++ =28.1+35+35=98.12m kg ?

- 7 - 静阻力矩：

ηmi D G Q M j 2)(00+==85

.05402284.1)17400800000(????+=3086.89N.m 电动机启动力矩：

q M =1.7?n M =1.7?2860.15=4862.26N.m

平均起动加速度：

60'?=q n q t a ν=

215.06032.18.11s m =? q a =0.15 m/s 2<[a ]=0.2 m/s 2（由文献[1]表8-5查得） 电动机启动时间合适。

1.11 验算制动时间

制动时间：

])([)(2.38222002'ηm i D G Q GD C M M n t h j zh d zh

++??-=

s 6.0]85

.0540284.110)4.17800(1.9815.1[)28.22306300(2.38609222

3=????++??-?

式中，'d n —电机满载下降转速，单位为r/min ；

'd n =m in 609591600220r n n d =-?=- m N M zh ?=6300

j M '=()()m N i i D G Q o n ?=????+=?+28.223040

5285.0284.11740080000020

0η []60

2.08.11?==zh zh a v t =0.98s ，zh t ＜[]zh t ，所以制动时间也合适。 1.12高速轴计算

1.1

2.1疲劳计算

轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩：

m N M M e ?=?==58402920211?

式中，21=?—等效系数；e M 相应于机构工作类型的电动机额定力矩传至计算轴

的力矩。

m N n N M e e ?===29205911779750975

%)60(1%)60(

- 8 - 由上节选择联轴器中,已确定浮动轴端直径d=110㎜.

因此扭转应力为:

()

MPa W M n 94.2111.02.0584031=?==τ 许用扭转应力: 1112][n k ok ?+=

-ηττ 轴材料用45钢, MPa b 600=σ，MPa s 300=σ

弯曲：()MPa s b 24327.01

=+=-σσσ ；扭转：MPa 140311==--στ MPa s s 1806.0==στ

m

x k k K ?=—考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数; x k —与零件几何形状有关,对于零件表面有急剧过度和开键槽及紧配合区

段, x k =1.5~2.5；

m

k —与零件表面加工光洁度有关,对于表面粗糙度3.2，2.1~15.1=m k ；对于表面粗糙度12.5，35.1~25.1=m k

此处取K=2?1.25=2.5

η—考虑材料对应力循环不对称的敏感系数,对碳钢,低合金刚，取h =0.2. n I —安全系数,n I =1.6. 因此MPa ok 8.646

.1)2.05.2(1402][=?+?=τ，故n τ[]ok τ< 通过。 1.12.2静强度计算

轴的最大扭矩：:

m N M M j c ?=?==8.617389.3086222?

式中: 2c ?—动力系数,由表查得,因轴的工作速度较高,取2c ?=2；

j M —按照额定起重量计算轴受静力矩, m N M J ?=89.3086。 最大扭转应力: ()

MPa W M 2.2311.02.08.617332max =?==τ 许用扭转应力: MPa n s

5.1126

.1180][22===ττ 式中: 2n —安全系数，2n =1.6。

[]2max ττ<故合适.

- 9 - 浮动轴的构造如图1—2所示,

中间轴径mm d mm d d 120,120~115)10~5(110)10~5(11==+=+=取。

图1—2 浮动轴（1）

- 10 - 第2章 副起升机构计算

2.1 确定传动方案,选择滑轮组和吊钩组

按照构造宜紧凑的原则，决定采用下图的传动方案。如图2—1所示，采用了双联滑轮组.按Q=30t ，取滑轮组倍率h i =4，因而承载绳分支数为 Z=8。

图2—1 副起升机构简图

查文献[4]表8-1-100,选50号吊钩，得其质量847kg ，两动滑轮间距A=432mm

2.2 选择钢丝绳

滑轮组采用滚动轴承， 当h i =4，查文献[1]表5-4得滑轮组效率h η=0.97，钢丝绳所受最大拉力：

kN i Q G S h 75.3997

.042847300002h 0max =??+=?+=η 查文献[1]表5-1，工作级别为M8时，安全系数n=9，钢丝绳计算破断拉力kN S n S b 75.35775.399max =?=?=

查文献[4]表8-1-18选用瓦林吞型钢芯钢丝绳6×19W+IWR ，钢丝绳公称抗拉强度1770MPa ，光面钢丝，右交互捻，直径24mm ，钢丝绳最小破断拉力[]kN S b 363= 标记：24NAT 6×19W+IWR1770ZS363 GB8918-2006

2.3 确定卷筒尺寸并验算强度

卷筒直径：

卷筒和滑轮的最小卷绕直径0

D ： m i n 0D ≥h ?d

式中，h —表示与机构工作级别和钢丝绳结构的有关系数；

查文献[1]表5-2得：卷筒1h =25；滑轮2h =28

卷筒最小卷绕直径m in 0D =1h ?d=25?24=600mm

滑轮最小卷绕直径m in 0D =2h ?d=28?24=672mm

考虑起升机构布置及卷筒总长度不宜太长，定滑轮直径和卷筒直径一致取

- 11 - D=650㎜。

卷筒长度：L=2000mm

卷筒壁厚δ=0.02D+(6~10)=[0.02?650+(6~10)]mm=19~23mm ，取δ=22mm ，应进行卷筒壁的压力计算，MPa t S y 92.66027

.0022.039750max max =?==δσ，选用灰铸铁HT200，最小抗拉强度MPa b 195=σ，需用压应力[]MPa n b

y 1305

.11951===σσ，[]y y σσ

.014.3244??r/min=45.34r/min 。 2.4 计算起升静功率

η60102)(0?+=n j v G Q P =85

.01026024)84730000(???+=142.3kW 式中，η—起升时总机械效率η=0.85

2.5 初选电动机

电动机计算功率 JC P ≥G j P =0.8?142.3=113.85kW

式中，JC P —在JC=60﹪时的功率,单位为kW;

G —稳态负载平均系数,根据电动机型号和JC 值查文献[1]表3-4得G=0.8。

由文献[3]表5-1-13选用电动机型号为YZR3552L -10，

JC P =132KW ，JC n =591r/min ，飞轮转矩GD 2=19.18kg.m 2，电机质量1810kg ，外伸轴d=110mm （锥形），l=210mm 。 电动机转速)]591600(1323.142[600)(00-?-=--=JC JC j

d n n P P n n =590r/min 式中，d n —在起升载荷Q P =308.47kN 作用下电动机转速；

0n —电动机同步转速；

JC P ,JC n —是电动机在JC 值时额定功率和额定转速。

2.6 选用减速器

减速器总传动比： 34

.45590==i d n n i =13.01， 起升机构减速器按静功率j P 选取，根据j P =142.3kW ，

d n =590r/min ，i =13.01，工作级别为M8，查文献[3]表3-10-5选定减速器为QJR-D-500-l6-IV-P-W ，减速器许用功率[nj P ]=155KW 。低速轴最大扭矩为M=42500N.m 。入轴直径mm d 901=，轴

端长mm l 1701=（圆柱），16'0

=i ，质量1760kg 。

- 12 - 减速器在590r/min 时许用功率[nj P ']为[nj P ']=

600590155?=152.42kW>132kW 实际起升速度n v '=

16

01.1324?=19.52m/min ； 实际起升静功率j P =1601.133.142?=115.7kW 。 2.7 验算电动机发热条件

按照等效功率法，求JC=60%（工作级别为M8）时所需的等效功率： kW N k N j x 23.1053.14287.085.025=??=??≥γ

式中， 25k —工作级别系数，25k =0.85；

γ—系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比值（g q t t ）查得。

由[1]表6-3，一般起升机构g q t =0.1—0.2，取g q t t =0.2，由文献

[1]图6-3查得γ=0.87.

由以上计算结果 x N ＜jc P ,故初选电动机能满足发热条件。

2.8 选择制动器

按下式计算，选制动器

zh M ≥zh K j M '

式中， zh M —制动力矩，单位为N.m ；

zh K —制动安全系数，查文献[1]表8-3得zh K =2.5；

j M '—下降时作用在电动机轴上的静力矩，单位为N.m ；

j M '=164285.0674.010)47.8300(2)(3'00?????+=+ηmi D G Q =1380.64N.m η'—下降时总机械效率，通常取η'≈η≈0.85

zh M =zh K j M '=2.5?1380.64=3451.61N.m

根据zh M =3451.61N.m 查文献[3]表3-7-17，选用YWZ5-630/201制动器，其制动转矩m N M ez ?=4000~2500 ，制动轮直径mm D z 600=，制动器质量kg G z 3.188=

2.9 选择联轴器

根据电动机和减速器以及浮动轴的轴伸尺寸及形状选连轴器，使联轴器的许用应力矩[M]>计算的所需力矩M,则满足要求。

电动机的轴伸：d=110mm(锥形)，长度l=210mm ；

减速器轴伸：d=90mm(柱形)，长度l=170mm ；

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/iz5l.html