李登 - 电动单梁起重机实体建模及强度分析 - 论文定稿 - 图文

河北工业大学2013届本科毕业设计（论文）

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河 北 工 业 大 学

毕业设计说明书(论文)

作 者： 李登 学 号： 090311 学 院： 机械工程学院

系(专业)： 车辆工程

题 目： 电动单梁起重机实体建模及强度分析

指导者： 刘茜 副教授

(姓 名) (专业技术职务)

评阅者：

(姓 名) (专业技术职务)

2013 年 5 月 24 日

河北工业大学2013届本科毕业设计（论文）

毕业设计（论文）中文摘要

电动单梁起重机实体建模及强度分析 摘要： 起重机在现在的生产和生活中应用得十分广泛，对于实现生产过程机械化、自动化、提高搬运效率起着十分重要的作用，有力地推动了工业生产的发展。电动单梁起重机是一种小型起重类机械，具有操纵方便、结构简单的特点，主要应用于在仓库或者车间里搬运重物。 在此次毕业设计中，主要根据电动单梁起重机生产厂家已有的设计图纸，利用UG对起重机的组成零部件进行实体建模，并根据装配图完成起重机的装配工作。为了保证起重机在工作过程中的安全，本次设计还要利用有限元软件对起重机的主要受力部件进行强度校核。通过查阅书籍和资料，学习了起重机的结构类型、功能作用、使用场合，并且根据给定的图纸，了解了起重机主要部件主梁、端梁的具体结构和各零件的功能，利用UG完成了起重机的实体建模工作，并对主要受力部件进行了有限元分析，得到的有限元分析的应力应变图均在允许的范围内，确保了起重机的安全。 关键词：电动单梁起重机 实体建模 有限元分析 UG

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毕业设计（论文）外文摘要

Title：Modeling and analysis of the intensity of electric single girder crane

Abstract：

Cranes are now widely used in production and daily life, they play a very important role for the realization of the production process mechanization, automation, improving the handling efficiency, and that is a strong impetus to the development of industrial production. Electric single beam crane is a small lifting of a simple structure, convenient operation, mainly used for carrying heavy loads in a warehouse or shop.

In the graduation design, I completed the solid modeling for components of a crane according to the design drawings of electric single girder crane manufacturer. And according to the assembly work assembly complete crane. In order to ensure the safety in the working process of the crane, this design will check the parts of crane which is mainly controlled by the intensity component of force using the finite element software. Through the consulting books and materials, I learned the structure type, crane function, using cases. And according to the given drawings, I understood the main components of crane end beam, concrete structure and the functions of the parts .After that I finished the modeling work of crane, and then the main stress components are analyzed by finite element analysis with the help of UG and ANSYS. The finite analysis of the stress strain diagram is in the allowed range. The safety of the crane is ensured.

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Keywords： Electric single beam crane Solid modeling Finite element analysis

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目 录

1 引言.......................................................................................................................... 5 2 电动单梁起重机概述.............................................................................................. 6 2.1梁式起重机.............................................................................................................. 7 2.2单梁桥式起重机的分类.......................................................................................... 8 3 电动单梁起重机的结构.......................................................................................... 9 3.1电动单梁起重机主梁各部件、总成及功能.......................................................... 9 3.2电动单梁起重机端梁各部件、总成及功能........................................................ 14 3.3电动单梁起重机的其他部件及功能.................................................................... 17 4 利用UG软件对电动单梁起重机进行实体建模 ................................................ 18 4.1 UG在建模过程中的应用 ..................................................................................... 18 4.2 UG在零件装配中的应用 ..................................................................................... 19 4.3电动单梁起重机主梁装配图................................................................................ 21 4.4电动单梁起重机端梁装配图................................................................................ 23 4.5电动单梁起重机的主、端梁装配图.................................................................... 24 4.6利用UG得到的建模结果 .................................................................................... 25 5 电动单梁起重机其他部件简析............................................................................ 26 5.1起重机大车运行机构............................................................................................ 27 5.2主梁与端梁的连接................................................................................................ 27 5.3电动单梁起重机主梁结构形式............................................................................ 28 5.4电动单梁起重机材料的选择................................................................................ 29 5.5端梁驱动电动机的选择........................................................................................ 29 6 电动单梁起重机主梁与端梁的受力分析及有限元分析.................................... 30 6.1电动单梁起重机主梁的分析................................................................................ 30 6.2电动单梁起重机端梁的分析................................................................................ 34 6.3有限元分析的结果及自己的见解........................................................................ 36 结 论.......................................................................................................................... 38 参 考 文 献................................................................................................................ 39 致 谢........................................................................................................................ 40

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1 引言

从古代开始，人们在从事工农业生产的过程中，为了提高生产效率，总会发明出一些工具来代替人力，从而更快更好地完成工作，起重机便是从开始的十分简陋的工具发展至今成为种类齐全的重要起重机械，成为工农业生产中的不可或缺的搬运工具，有效地提高了生产效率，促进了工农业生产的发展。

中国古代的提水工具桔槔便是起重机的雏形，此后，起重机从材料、结构到驱动方式不断更新换代，到了今天，起重机的技术已经非常成熟而且门类齐全，有适用于各种场合的不同操纵方式的起重机。现在的起重机主要以电动机和内燃机为驱动装置，能够完成全天候的起重作业。

从起重机结构、性能和使用场合来划分，主要将其分为轻型起重设备、桥式起重机、门式起重机、臂架类型起重机。轻型起重设备包括电动葫芦、手拉葫芦、千斤顶等，此类起重设备结构简单紧凑、体积小，使用维修方便，且便于操作携带；桥式起重机使用最为普遍，它在建筑物上的固定轨道运行，本次设计中的电动单梁起重机属于桥式起重机的一种；门式起重机使用两个高大的支架来支撑主梁，可以在露天工作；臂架类型起重机有固定式回转起重机、门座式起重机、汽车起重机；塔式起重机等。[1]

图1.1电动葫芦 图1.2汽车起重机

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图1.3门式起重机 图1.4塔式起重机

在我们的生活中到处都有起重机的身影，汽车几乎随车携带千斤顶，当轮胎遇到问题，可以用来起升汽车修理轮胎；在大城市里到处可见施工的建筑，塔式起重机可以完成在高空的重物搬运，很好地适应了当今高层建筑的建设；在规模不大的车间里，几乎都装有手动或者电动单梁起重机，其操作方便灵活，可以完成不同质量零件的即时搬运；在港口上，大型的集装箱起重机将轮船上的集装箱升起转移到岸上，集装箱起重机起重量高，几乎是不间断工作；火箭的发射也需要大型起重机的搬运才能到达制定发射场地。由此可见，起重机在生活和生产中都有不可替代的作用，并且也改变着人们的生活。

各种类型的起重机在现代工业生产的各个领域发挥着不可替代的作用，有效地提高了生产效率，促进了生产过程的机械化，提高了生产的自动化水平。随着生产的发展，更多类型的起重机将会被研发并应用到实际生产中，更大吨位的起重机将会得到开发应用，各种特种起重机械也将会有更广阔的发展空间。

由于起重机搬运的物件一般都比较大，因此其安全问题应该格外注意，一旦在搬运过程中出现意外，容易造成人身安全损害，因此起重机在投入使用前应进行全面的安全检测。本次设计主要对电动单梁起重机进行实体建模，由于起重机主梁受到的力较为集中，尤其是重物位于主梁中间位置和边缘位置两种工况，主梁的应力和应变比较大，容易发生损坏，因此对其主要受力部件进行强度分析，确认其安全性能。以确保起重机在工作过程中的安全。[2]

2 电动单梁起重机概述

电动单梁起重机主要应用在车间以及仓库里，工作环境不是很繁忙的场合，

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它容易操作，维护简单，价格较低，应用较为普遍。

2.1梁式起重机

梁式起重机的工作环境需要长方形场地，可以完成露天、车间、厂房等场所的搬运工作。单梁桥式起重机和双梁桥式起重机是目前在实际中很普遍的两种梁式起重机，如下图：

图2.1单梁式起重机

图2.2双梁桥式起重机

这次毕业设计中，图纸提供的是单梁桥式起重机，单梁桥式起重机主梁是钢板与工字钢的组合截面，即箱形工字梁截面，配合电动葫芦作为起升机构，电动葫芦在工字钢的下翼板上缘往复运动。另外根据轨道安装方式，分为支承式和悬挂式两种，如图：

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图2.3 悬挂式

图2.4支承式

2.2单梁桥式起重机的分类

单梁起重机按照操纵方式可分为手动式和电动式，本次毕业设计是针对电动单梁起重机，因此对手动式单梁起重机只做简单介绍，不做过多赘述。

手动单梁起重机，顾名思义，就是人工手动操纵的起重机，它的简写为SL，它可以在无电源的条件下工作，主要用于工况简单，起重量不大，运行速度要求较低的工作场合，它有自身的优点：结构简单，维修保养方便；价格成本较低，

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适合于规模小的车间；质量较小，操作灵活。手动单梁起重机多采用手拉葫芦作为起升机构，端梁采用钢板焊接而成，主梁一般情况下为单根工字钢。

电动单梁起重机的简写为LD（LDA），相对于手动单梁起重机，它有更高的运行速度和工作效率，更高的起重量，由于起重量的提高，对主梁及端梁的结构提出了更高的要求，因此它的成本较手动单梁起重机高。

电动单梁起重机主要由桥架、大车运行机构、电动葫芦及电气设备组成。桥架与运行机构相配合，电动葫芦沿着主梁下翼缘移动，两者运动方向相垂直，可以实现货物的搬运工作。

电动单梁起重机是一种在工作环境不繁忙的工矿企业的车间或仓库内做起重运输物件之用的特种起重设备它具有重量轻、造价低、组装维修方便等突出优点。不适用于有酸碱性或者其他腐蚀性化学气体的车间，也不能用来吊运熔化金属、炽热金属；易燃品及危险品。[3]

作为现代工业生产中至关重要的搬运起重机械，电动单梁起重机在各个部门领域广泛使用。本次设计通过对电动单梁起重机进行实体建模与强度分析，增加了理论与实践的联系，有利于把学到的知识在实际应用中找到落脚点。下面我将会对电动单梁起重机的各部件结构进行介绍。

3 电动单梁起重机的结构

电动单梁起重机主要由四部分组成，桥架、大车运行机构、电动葫芦及电气设备，其中电动葫芦用于升降重物和沿着主梁运动，相当于起重小车；电气设备用来控制起重机的升降及运行；桥架和大车运行机构则负责物件的运行。本次设计主要是对电动单梁起重机实体建模及强度分析，下面我将对起重机各零部件进行介绍，运行机构、电动葫芦、电气设备将会做简要分析。 本次毕业设计所提供的电动单梁起重机的各技术参数如下：

起重量：10吨;跨度：12.5米；起升高度：10米；起升速度：7米/分钟；起重机运行速度：30米/分钟；电源380伏 50赫兹；起重机运行轨道面宽：68毫米。

3.1电动单梁起重机主梁各部件、总成及功能

在本次毕业设计提供的图纸中，主梁采用箱形工字梁，主梁钢结构采取焊接

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连接，图纸提供主梁结构如下图：

图3.1主梁结构及剖视图

主梁主要包括隔板、腹板、连接板1、连接板2、工字钢、缓冲器支架、缓冲器、侧板及其他部件，部件如下图3.2至3.10。 1. 隔板

图3.2主梁隔板

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2. 腹板

图3.3主梁腹板图

3. 连接板1

图3.4主梁与端梁的连接板图

4. 连接板2

图3.5连接板图

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5. 工字钢

图3.6工字钢图

6. 缓冲器支架

图3.7缓冲器支架

7. 缓冲器

图3.8缓冲器

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8. 侧板

图3.9侧板

9. 其他部件

图3.10其他部件

10.电动单梁起重机主梁总成及功能

将主梁的以上零件按照图纸对其进行焊接组装，可以得到主梁的总成图。如图3.11。

图3.11主梁总成图

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主梁的功能：主梁是承载物件质量和运输物件的主要载体，电动葫芦将物件吊起并沿着主梁工字钢运行，在电气系统的控制下，桥架沿着轨道运行，将物件搬运到指定位置。在起重机工作过程中，主梁是主要的受力部件，它的工作条件比较严峻，因此为了保证主梁的强度，确保安全，需要对主梁进行有限元分析，根据分析结果确定起重机的安全情况是否符合要求。

3.2电动单梁起重机端梁各部件、总成及功能

电动单梁起重机的端梁安装有主动和被动车轮，车轮与运行轨道相接触，电动机安装在端梁上主动车轮处，驱动端梁沿轨道运行。端梁结构图如下：

图3.12端梁结构及剖视图

端梁主要包括盖板装置、端梁前板、端梁后板、端梁顶板、端梁底板、筋板和连接板，各部件如图 1.盖板

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图3.13盖板图

2.端梁前板

图3.14端梁前板

3.端梁后板

图3.15端梁后板

4.端梁顶板

图3.16端梁顶板

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3.盖板装置

图3.17盖板装置

4.底板

图3.18底板图

5.其他部件

图3.19筋板图

图3.20端梁连接板

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6.电动单梁起重机端梁总成及功能

将端梁各部件按照给定图纸进行焊接组装，可得到端梁的总成图。如下：

图3.21端梁装配图

端梁功能：端梁通过螺栓与主梁连接，对主梁起到支持的作用，端梁上的车轮与运行轨道接触，主动轮由电动机驱动，从而实现电动单梁起重机在轨道上的运行，完成重物的搬运。

3.3电动单梁起重机的其他部件及功能

1.电气设备

电气设备是控制电动单梁起重机工作的枢纽，是起重机的大脑。操作人员通过控制电气设备来实现起重机的运行，进而完成物件的搬运工作。

当前电动单梁起重机的操纵方式主要有室内操作和地面操作，地面操纵采用按钮控制；室内操纵则是在桥架的适当位置安装具备了电动葫芦控制器、电动机控制器以及配电盘的驾驶室，操纵人员在驾驶室内便可以完成对搬运过程的控制。两种操纵方法各有优势，有不同的应用场合。[3]

起重机通过安装在桥架一端的导电装置将电流引入起重机，起重机的端梁两端有限位开关，电动葫芦上装有提升高度的限位开关，当限位开关动作后即切断电流，该机构立即停止，再接通电源时。机构反向运转。[3] 2.电动葫芦

电动葫芦一般由电动机、减速器、电动小车、卷筒装置、电气部分组成。电动机用来驱动电动小车沿主梁工字钢运行；减速器可以将小车的运行速度控制在一定的安全范围内；卷筒装置用来提升物件，并且可以固定物件提升的高度；电动小车可以带动物件运动；电气部分则与控制系统相连，用来控制电动葫芦的工

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作与停止，并可以控制小车的行进速度以及小车的移动距离。设计图纸里小车共有八个车轮两个电动机，两个电动机分别用来驱动小车和卷筒装置。

图3.22电动葫芦

3.电动单梁起重机大车运行机构

电动单梁起重机运行机构包括驱动装置、主动车轮装置、被动车轮装置、减速器及电气部分。驱动装置采用适当的电动机，与主动车轮通过齿轮传动，进一步带动被动车轮运转，实现起重机沿轨道的行驶；减速器将运行速度控制在安全范围内；电控系统通过电气部分实现对运行机构运行速度、运行方向、运行距离的控制；车轮通过轴承装于角形轴承箱上，便于对运行机构进行检查及维修保养。

4 利用UG软件对电动单梁起重机进行实体建模

本次毕业设计的题目为“电动单梁起重机实体建模及强度分析”，因此设计的主要内容是根据现有图纸对起重机各部件进行实体建模。为了完成建模工作，需要对UG软件进行学习。掌握一定的UG知识。[4]

4.1 UG在建模过程中的应用

电动单梁起重机主要由钢板焊接而成，因此其板类部件较多，对于这种情况，我充分利用UG的草图功能，先按照图纸画出零件的草图，再对草图进行拉伸，即可得到相应的部件。部分零件图如下：

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图4.1腹板草图及腹板图

在部分零件处由于要用螺栓进行固定或者安装轴承（端梁两侧板车轮处需要安装轴承），需要在部件上打孔，这既可以直接通过孔来进行操作，也可以在草图上画出孔的具体位置，利用反向拉伸求差生成孔，如主端梁的连接板：

图4.2端梁连接板草图及连接板

对于一些中心对称的零件，可以利用回转来完成建模，步骤为先画出零件的基本的回转轮廓，确定回转轴，再利用回转操作对草图进行回转，即可得到结果如下图：

图4.3车轮草图及回转体

在建模过程中，应用最多的为拉伸、体、孔、回转、边倒圆、布尔运算等，其余零件也基本用这些命令完成，因此不再赘述。

4.2 UG在零件装配中的应用

UG的功能十分全面，除了可以建模外，还可以进行零件的装配。在完成所有必要零件的建模后，就可以打开UG的装配模块进行装配了，首先，新建一个装配模型，然后按照图纸，按顺序添加零件，利用装配约束中接触对齐、同心、

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距离、垂直、平行等命令，将零件装配在正确的位置，然后保存，就可以得到装配的结果。在UG装配图中，各个零件是引用到装配图中来的，改变某一零件，其相应的改变也会显示在装配图中。这一点应注意。[5] 部分装配如图： 1.盖板装置图

图4.4盖板装置及装配图

2.缓冲器图

图4.5缓冲器部件及装配图

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3.腹板图

图4.6腹板部件及装配图

4.电动机图

图4.7电动机装配图

4.3电动单梁起重机主梁装配图

由于本设计中各零件的尺寸较大，要十分注意装配的细节，确保正确装配。主梁主要包括工字钢、腹板、隔板、连接板，工字钢是电动葫芦的行走轨道，隔

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板起到加强主梁整体强度的作用，连接板用于主梁与端梁的连接，腹板是主梁的骨架。在添加完主梁各部件后，得到装配图各视角如下图：

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图4.8主梁装配图

4.4电动单梁起重机端梁装配图

端梁相对于主梁来说，它的尺寸较小，主要包括前后侧板，上板、底板、筋板、盖板装置，在完成各部件的建模后，按照图纸的要求完成端梁的装配。端梁的装配图如下：

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图4.9端梁装配图

4.5电动单梁起重机的主、端梁装配图

在完成主梁和端梁的装配后，根据主、端梁连接板螺栓孔的位置，利用同心约束以及主梁连接板的平面止口进行定位，即可得到电动单梁起重机主、端梁装配在一起后的大体形状。装配图的不同视角如下图：

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图4.10主、装配图端梁

4.6利用UG得到的建模结果

在完成起重机各零部件的建模基础上，并参看图纸完成主、端梁的装配工作，得到了电动单梁起重机的大体模型，再加上其他部件，如电动葫芦、电动机，即可得到电动单梁起重机的总体装配。电动葫芦、电动机图如下：

图4.11端梁驱动电动机 图4.12电动葫芦示意图

在完成主梁与端梁装配的基础上，完成主梁与电动葫芦的装配，电动机与端梁的装配，最终完成了电动单梁起重机的总体装配工作，不同视角图如下：

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图4.13电动单梁起重机总装配图

5 电动单梁起重机其他部件简析

电动单梁起重机除主梁、端梁外的部件主要有电动葫芦、大车运行机构、电气设备。电动葫芦一般都有产品系列，可以根据实际要求进行合理选择，在这里就不再做讨论；电气设备是与电动单梁起重机的各部件相互匹配的，由地面操纵或者室内操纵具体控制，在这里我们只需了解一下；起重机的大车运行机构使起重机沿着特定的轨道运动，实现物件的搬运，相当于起重机的“腿”。此外，在查阅资料的过程中，对主梁与端梁的连接方式以及主梁截面性能特点也有了一定

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的认识。

5.1起重机大车运行机构

起重机的驱动装置是通过螺栓与配合止口连接于端梁上的，运行机构是一个“三合一”的机构，它的组成包括锥形电机和减速器，其中锥形电机还具有减速功能。该装置安装维护方便，结构紧凑、噪声小。应用普遍。[6]

5.2主梁与端梁的连接

本次设计，图纸采用的是螺栓连接，如下图5.1，主梁一端有用于连接的连接板，在端梁中部的对应位置，有与主梁连接板相对应的连接板，主梁与端梁的连接板如下图5.2和5.3。

图5.1主梁与端梁的连接

图5.2主梁连接板 图5.3端梁连接板

在主梁的连接板的上部带有平面止口，平面止口用来定位，主端梁的连接板通过八个螺栓实现连接，这种连接方法较为简单常见。主梁和端梁可以单独生产，然后按照图纸规定跨度进行组装。[7]但我认为这种连接方法使得主梁及重物的重力过于集中于端梁的一侧，会对车轮的磨损造成一定影响。

主梁和端梁除了这种连接方法外，还有其他方法，主梁搭在端梁上，这样不

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仅可以增加端梁的刚度和强度，使端梁的两侧受力较为均匀，减少车轮磨损。增加端梁的平衡性。还可以稍微增加起重机的起升高度。[8]连接方法如下图

1从动轮2端梁3主梁4主梁加强支承板5主动车轮6动轴线轮系减速器7驱动电机8端梁上连接板9主梁上连接板10连接螺栓

图5.4主梁与端梁的搭接

5.3电动单梁起重机主梁结构形式

本次设计中，电动单梁起重机采用的是箱形工字梁，如下图5.5，主梁是由工字钢与型钢或者钢板焊接而成，工字钢下翼缘板则作为电动葫芦（小车）吊运物件的运行轨道。本次设计中，箱形工字梁有六条焊缝，两个腹板与上盖板焊接，再与两个斜放置的侧板焊接。最后侧板与工字钢焊接。[9]此外，在主梁内，上盖板、两侧腹板、与工字钢之间按一定距离焊接有隔板，隔板起到加大强度的作用，隔板在图5.5中也有显示，其具体形状如图5.6

图5.5主梁的箱形截面图 图5.6主梁隔板图

另外一种应用较多的主梁结构形式是箱形主梁，箱形主梁结构如下图，与箱

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形工字梁相比，箱形主梁具有一定的优势，箱形主梁共有四条焊缝，剪应力、局部压应力小，因此其截面特性较好，而且制造过程较为简单，生产率较高。但箱形梁需要完全不同的电动葫芦。不能与箱形工字梁通用。[9]

图5.7主梁箱形截面图

在现阶段箱形工字梁的应用还是占较大的比例，但箱形工字梁相对于箱形工字梁的优势是非常明显的，尤其是在截面性能与生产效率方面。只要与箱型梁相配套的电动葫芦在研发与投产方面加快脚步，我认为箱型梁将逐步取代箱形工字梁。

5.4电动单梁起重机材料的选择

电动单梁起重机的主梁是在搬运物件时的直接受力部件，其次端梁与主梁的连接部位也受到主梁、物件、电动葫芦的整体的压力，车轮受到轨道向上的支持力。电动单梁起重机的主梁各零件全部焊接而成，因此其受力情况为整体受力；端梁同样为焊接件，车轮处通过轴承连接。普通碳素钢在电动单梁起重机中应用较多，如

Q195、Q215、Q235、Q255等，另外钢板型钢的低合金材料也应用

于电动单梁起重机，如16Mn。根据实际工作情况、成本、制作工艺等方面的因素，在材料的选择上我倾向于Q235，其中Q代表屈服极限，即发生塑性变形的极限，235为屈服值。Q235的屈服极限在235MPa左右。[10]

5.5端梁驱动电动机的选择

虽然在本次设计中没有要求对电动机进行分析，而且在实际中根据起重机的起重量及跨度有对应功率的电动机供选择，但通过对电动机的分析可以熟悉起重机的受力情况，因此对电动机的功率计算作简要介绍。

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首先分析起重机运行时的受力，主要有摩擦阻力、坡道阻力、以及风阻力，电动单梁起重机一般在室内工作，风阻力可以忽略，另外起重机的运行轨道一般是水平的，因此坡道阻力也可以忽略，因此在起重机的行进过程中主要受到摩擦力的作用，F=（起升重量+起重机自重）*摩擦系数。

然后计算起重机的稳定运行功率，功率P=(F*运行速度V)/(1000*电动机效率*电动机数量)，功率的单位是千瓦。由于要考虑实际运行及安装情况，选择电动机的功率硬币计算功率稍大，应为计算功率乘以（1.1~1.3）。再根据结果选择合适的电动机。[10]

6 电动单梁起重机主梁与端梁的受力分析及有限元分析

电动单梁起重机属于应用广泛的起重机械，起重量较大，存在一定的危险性，因此其安全性能必须得到保证。为了避免在使用过程中发生意外，对操作人员造成人身伤害，应对其主要受力部件进行有限元分析，确保其强度，保证其在使用年限内不出现意外损坏。使生产作业安全有序进行。[11]

毕业设计任务书要求对电动单梁起重机的主要受力部件进行强度分析，我选取ANSYS对进行有限元分析。

ANSYS是一款十分强大的有限元分析软件，由美国ANSYS公司开发，它的应用范围十分广泛，几乎涵盖所有的重要工业领域，可以求解结构、流体等问题，并且可以与众多的CAD软件进行数据的共享，ANSYS的单元类型提供了众多的用来模拟的材料供用户选择，为有限元的分析提供了最大限度的便利。

在本次设计中，我主要使用ANSYS的结构静力分析功能，来求解载荷对电动单梁起重机引起的位移和应力，来确定其加载后的变化是否在允许的范围内。从而确保工作过程中的安全。[12]

6.1电动单梁起重机主梁的分析

对于电动单梁起重机主梁的分析分为两种情况，针对起重机工作过程中的两种极限工作状况，分别是电动葫芦吊运最大起重量运行到主梁中间和一端，保证这两种工况的安全即可确保主梁的安全。

首先，把电动单梁起重机的主梁从UG6.0导出成适合ANSYS的格式，然后用ANSYS打开，接着对主梁进行网格划分，对主梁进行固定并将起重机的最大

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起重载荷加到指定位置，起重载荷包括起重量10吨、电动葫芦1010kg，进一步按照规程进行分析，主梁的网格图、应力图、应变图如下： 1.对主梁进行网格划分，网格图如图6.1

图6.1主梁网格图

2.在对主梁进行有限元网格划分后继续对其进行有限元分析，首先将主梁的两端连接板进行固定，然后首先在主梁的中间位置加载荷，在这里为了模拟电动葫芦的小车对主梁工字钢的力的作用，在主梁工字钢的中间位置加一个小平面做为受力平面，电动葫芦的小车有8个车轮，其加载力的形式为8个轮子分散加载，因此这个平面的受力情况比小车的情况更严峻，假如这种情况安全，小车在主梁工字钢上运行也就是安全的。在分析完主梁中间的受力情况后，继续分析重物在主梁工字钢一端时的情况，分析过程与中间位置的分析类似。下面图6.2至6.6是有限元分析时的两种情况的应力应变图

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图6.2用来模拟主梁受力的平面

3.重物在中间位置时的应变图

图6.3主梁应变图

3.重物在中间位置是的应力图

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图6.4主梁应力图

4.重物在一端时的应变图

图6.5主梁应变图

5.重物在一端时的应力图

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图6.6主梁应力图

由以上图片可以看到，重物在主梁中间位置时的应力、应变分别为36.652MP和0.90937mm；重物在主梁一端时，应力、应变分别为25.078MP和0.07512mm。对于起重机本身的材料Q235来说，它的安全系数还是比较高的，能够保证工作过程中的安全；其应变相对于起重机的尺寸来说，也在允许的范围内。

6.2电动单梁起重机端梁的分析

对于电动单梁起重机的端梁，它的受力情况比主梁简单，端梁通过连接板与主梁连接，采用的是螺栓连接，其受力集中在连接板的螺栓孔，通过车轮孔进行固定，将电动机加在其相应位置，将端梁可能受到的最大载荷加在螺栓孔，即可进行分析。端梁所受载荷包括主梁自重、电动葫芦以及起重最大载荷，为了模拟端梁受力的极端情况，我将主梁的自重以及整个起重载荷加到端梁的受力处。 按照主梁的分析过程，将端梁从UG导出成适合ANSYS的格式，再用ANSYS打开，按照分析步骤进行分析，得到的网格图、应力图、应变图如下： 1.对端梁划分网格

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图6.7端梁网格图

2.在对端梁划分网格后，对其进行有限元分析，首先通过安装车轮的孔对其进行固定。主梁及重物的自重通过端梁的连接板加到端梁上，主梁、端梁通过8个螺栓连接，因此我将载荷加到端梁连接板及前板的8个螺栓孔上，得到端梁的应力应变图，如图6.8和6..9. 端梁应变图

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图6.8端梁应变图

由图6.8可以看出，在端梁的受力情况最糟糕的情况下，其最大应变为0.78mm，这对于端梁整体来说在允许的范围内。 3.端梁应力图

图6.9端梁应变图

由图6.9可以看出，端梁的最大应力为159.07MP，远小于材料的极限应力值235MP，但这是将主梁自重、电动葫芦以及起重物自重全部加在一个端梁的情形，在实际情况下，在起重过程中由两处端梁共同承担，因此实际工作时，其最大应力远小于此值，因此其安全系数是有保障的。

由上面分析可知，在本次毕业设计中，电动单梁起重机的主梁和端梁的满载受力情况都在安全的范围内，满足使用要求。

6.3有限元分析的结果及自己的见解

经过以上有限元分析，在满载的情况下，电动单梁起重机的应变和应力都在安全的范围内，能确保在工作过程中安全运行。我们选择的电动单梁起重机的材料是Q235，与我们得到的应力相比较可知，此次设计中的电动单梁起重机的安全系数还是比较高的，从节约成本的角度考虑，可以选择其他较为便宜但满足安

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全要求的材料来代替，也可以适当减少钢板的厚度，从而达到成本的降低，由于条件的限制，在这里不再做具体分析。

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结 论

本次毕业设计以电动单梁起重机为主要研究对象，通过学习研究电动单梁起重机的CAD图纸，对电动单梁起重机的具体结构部件进行了分析，了解了其主梁端梁的结构形式及连接方式，并对其零部件有了大体的认识；利用UG对各个零件进行了建模，并在零件的基础上完成了装配工作，学到了更多的UG绘图方法和装配约束功能；对起重机的主要受力部件进行了有限元分析，懂得了有限元分析的原理和意义以及利用有限元分析中的应力应变分布状况对受力部件进行安全评测。

在此之前，我对UG建模以及随后的有限元分析的了解十分有限，在毕业设计的过程中，我对UG的使用逐步熟练，并且掌握了UG装配过程中的一些技巧，根据CAD图纸，得到了电动单梁起重机各个部件的建模图，并且完成了起重机的大体的总体装配；在有限元分析的过程中，我意识到先进的分析方法可以有效地提高研究效率，而且分析结果简单明确，令人一目了然，通过对电动单梁起重机主梁及端梁的有限元分析，得到了它们在满载情况下应力应变图并与材料的极限应力作比较，确定它们的安全性。在整个设计过程中，我学到的最多的还是严谨认真的学习和研究态度，毕业设计便是对我们这种一丝不苟精神的锻炼与培养，这是我们在今后的学习工作中必不可少的品质，将伴随我们的一生。这次毕业设计是对我们大学四年学习的总结，也是我们的下一个起点。

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参 考 文 献

1 须雷，现代起重机的特征和发展趋向，起重运输机械，1997/10

2 范雪琪，吴市，电动单梁起重机安全问题分析，机电信息，2010/066 3 胡水龙，单梁行车钢结构件的改装和设计，农业装备技术，2009/03 4 霍尚武，UG的CAD技术和UG/CAD在机械设计中的应用，2005.10 5 张云杰，陈锋正编著UG NX6.0 零件与装配设计，2010.11 6 李庆宇，LD型电动单梁起重机大车驱动装置的更新，起重运输机械，1990/07 7 陈登云，孙伟明，新结构电动单梁起重机的设计，起重运输机械，2000/04 8 朱长安，董春霞，朱延寿，电动单梁起重机端梁的改进，起重运输机械，2008/09 9 曹光敏，丁高耀，全维军，电动单梁起重机不同结构形式主梁性能分析，起重运输机械，2010/12

10 起重机设计手册经典版

11 王凤岐，张连洪，邵宏宇编著，现代设计方法，2008.2

12 凌桂龙，丁金滨，温正编著ANSYS Workbench 13.0 从入门到精通，2012.1 13 李峰，赵杰，UG软件在机械专业毕业设计中的研究与实践，2010.6 14 付荣柏，姜敏，箱形电动单梁起重机的特点及制造，起重运输机械，2002/01

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致 谢

大学四年的时光转眼就过去了，半个学期的毕业设计也接近尾声了，毕业设计是我大学生涯的最后一项任务，更是理论联系实际、提高实践能力的重要一环。通过大学教学的这一最后环节，一方面能培养学生自我学习并利用所学知识解决一项有实际应用价值的项目的能力；另一方面也培养了学生独立思考、分析问题解决问题的能力，为参加工作打下基础。

在整个毕业设计的过程中，我遇到了很多的问题，多亏了老师和同学的帮助，才顺利完成了毕业设计。在此，我要特别感谢刘茜老师，她给了我大量的指导，给我提供了许多参考资料，在我遇到问题时总是耐心为我解答，使我对毕设课题的认识越来越清晰，为顺利完成毕业设计打下基础。在整个毕业设计过程中，刘老师总是及时发现设计中存在的问题，并给我提醒和指点，使我避免走弯路。在此我向刘茜老师表示最诚挚的感谢。

随着毕业设计进入尾声，距离毕业也越来越近，顺利完成毕业设计，我们的大学生涯将会圆满地结束，这些点点滴滴都将成为大学时代的美好回忆，我们将带着对大学的回忆信心满满地走向社会，面对今后的工作和生活。在毕业设计中我收获了很多，这其中不仅是自己的努力，更重要的还有老师毫无保留的教导和同学热情的帮助，在这里我再次向帮助我的人表示深深的谢意，祝愿车辆专业所有的老师们在今后的日子里身体健康、工作顺利、万事如意，祝愿我的同学在步入社会后事业有成！

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