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河 北 建 筑 工 程 學(xué) 院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題
目
QD20t-25.5m箱形雙梁橋式起重機(jī)
主梁及端梁設(shè)計(jì)
學(xué) 科 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 機(jī)094班
姓 名 孟令法
指 導(dǎo) 教 師 王占英 任玉燦
輔 導(dǎo) 教 師
摘要
橋式起重機(jī)的梁有多種結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)采用箱形雙梁結(jié)構(gòu)。主梁跨度25.5m ,是由上、下蓋板和兩塊垂直的腹板組成封閉箱形截面實(shí)體板梁連接。因本設(shè)計(jì)的起重量比較大，故主梁內(nèi)部設(shè)置橫縱加勁板，以保證主梁橋架受載后的穩(wěn)定性。
端梁部分在起重機(jī)中有著重要的作用，它是承載平移運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵部件。端梁部分是由車輪組合端梁架組成，端梁部分主要有上蓋板，腹板和下蓋板組成；端梁是由兩段通過(guò)連接板和角鋼用高強(qiáng)螺栓連接而成。在端梁的內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋，以保證端梁架受載后的穩(wěn)定性。
本設(shè)計(jì)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)部分采用分別驅(qū)動(dòng)，分別驅(qū)動(dòng)省去了中間部分的傳動(dòng)軸，使得質(zhì)量減輕，尺寸減小。分別驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)不因主梁的變形而在大車傳動(dòng)性機(jī)能方面受到影響，從而保證了運(yùn)行機(jī)構(gòu)多方面的可靠性。所以，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用分別驅(qū)動(dòng)。
設(shè)計(jì)中參考了各種資料, 運(yùn)用各種途徑, 努力利用各種條件來(lái)完成此次設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)通過(guò)反復(fù)斟酌各種設(shè)計(jì)方案, 認(rèn)真討論, 不斷反復(fù)校核, 力求設(shè)計(jì)合理;通過(guò)采取計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法以及參考前人的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn), 力求有所創(chuàng)新;通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法, 繪圖和設(shè)計(jì)計(jì)算都充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大輔助功能, 力求設(shè)計(jì)高效。
關(guān)鍵詞:箱形雙梁 橋式起重機(jī) 主梁 端梁
ABSTRACT
The beam has a variety of structure of bridge crane，This design uses the box beam structure. Girder span 25.5 m, is composed of upper and lower cover plate and two vertical web form closed entity board box section beam connection. Because the weight is large since the design of main girder internal setting transverse and longitudinal stiffening plate, to ensure the stability of the main girder bridge frame after loading.
Beam section has an important role in the crane, it is the key of the carrying truck transportation parts. Beam section is made up by the wheels of side beams, beam of a cover plate, web plate and the lower cover plate; Beam is made up of two paragraphs by connecting plate and Angle iron with high strength bolt connection and into. In the end beam with internal stiffeners, to ensure the stability of side beams after loading.
This part adopts respectively drive design supporting institutions, respectively to drive out the middle part of the drive shaft, make the quality to reduce, reduce the size. Respectively drive structure is not due to deformation of the girder in cart driving function of sex is affected, thus ensuring the reliability of the operation aspects. So, cart running mechanism driven by respectively.
Reference in the design of various materials, using various channels, trying to use a variety of conditions to complete the design. This design through a premade each kind of design scheme of serious discussion, is repeated, strive to design reasonable; By adopting the computer aided design method and reference the advanced experience of predecessors, makes every effort to innovate; By the method of computer aided design, drawing and design calculation are powerful auxiliary function to give full play to the computer, to design high efficiency.
KEY WORDS: box double beam bridge crane main beam below beam
目錄
第1章 前言··········································································1
1.1 概述·············································································1
1.2我國(guó)的發(fā)展前景·································································2
第2章 總體設(shè)計(jì)····································································5
2.1起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)······························································5
2.2選擇確定總體參數(shù)······························································6
2.3主要尺寸的確定·································································6
2.4 主、端梁的連接································································7
第3章 主要部分的計(jì)算··························································9
3.1 主梁的計(jì)算·····································································9
3.2 端梁的計(jì)算····································································18
3.3 主要焊縫的計(jì)算·······························································23
第4章 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的計(jì)算···················································26
4.1 確定機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案··························································26
4.2 車輪材料的選擇·······························································28
4.3 車輪強(qiáng)度驗(yàn)算··································································29
4.4 運(yùn)行阻力計(jì)算··································································30
4.5 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算··································································30
4.6 減速器的選擇··································································31
4.7 驗(yàn)算啟動(dòng)時(shí)間··································································32
4.8 選擇制動(dòng)器·····································································34
4.9 疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算···································································35
第5章 畢業(yè)設(shè)計(jì)小節(jié)······························································37
參考文獻(xiàn)···············································································38
附：英文原文
英文翻譯
畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
河北建筑工程學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書
指導(dǎo)教師：王占英 任玉燦
設(shè)計(jì)題目：QD20t-25.5m箱形雙梁橋式起重機(jī)主梁及端梁設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)人：孟令法
設(shè)計(jì)項(xiàng)目
計(jì)算與說(shuō)明
結(jié)果
第1章 前言
1.1概述
起重機(jī)屬于起重機(jī)械的一種，是一種作循環(huán)、間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)械。一個(gè)工作循環(huán)包括：取物裝置從取物地把物品提起，然后水平移動(dòng)到指定地點(diǎn)降下物品，接著進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)，使取物裝置返回原位，以便進(jìn)行下一次循環(huán)。
起重機(jī)械可以分為橋式起重機(jī)、門式起重機(jī)、塔式起重機(jī)、流動(dòng)式起重機(jī)、鐵路起重機(jī)、門座起重機(jī)、升降機(jī)、纜索起重機(jī)、桅桿起重機(jī)、旋臂式起重機(jī)、輕小型起重機(jī)和機(jī)械式停車設(shè)備。
橋式起重機(jī)是橫架于車間、倉(cāng)庫(kù)和料場(chǎng)上空進(jìn)行物料吊運(yùn)的起重設(shè)備。由于它兩端坐落在高大的水泥柱上或金屬支架上，形狀似橋，所以俗稱“天車”和“行車”。它是適用范圍最廣、數(shù)量最多的一種起重機(jī)械。
橋式起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和起重運(yùn)輸中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化的重要工具和設(shè)備，可減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。橋式起重機(jī)在工礦企業(yè)、鋼鐵化工、鐵路交通、港口碼頭以及物流周轉(zhuǎn)等部門和場(chǎng)所均得到廣泛的運(yùn)用，它是人們生產(chǎn)活動(dòng)中不可缺少的一種設(shè)備。
橋式起重機(jī)的類型很多，其中通用橋式起重機(jī)和龍門起重機(jī)最為普遍，這兩種類型起重機(jī)的的結(jié)構(gòu)和操作方法基本相同，不同之處在于大車運(yùn)行軌道的位置，通用橋式起重機(jī)是在高空，龍門起重機(jī)是在地面，由此帶來(lái)支承結(jié)構(gòu)的不同。
我們通常把橋式起重機(jī)的主梁與端梁等部件組成的結(jié)構(gòu)稱為橋架。正軌箱型梁橋架由兩根主梁和兩根端梁構(gòu)成。主梁外側(cè)分別設(shè)有走臺(tái)。該鋼架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是主梁與端梁通過(guò)連接板焊接在一起形成剛性結(jié)構(gòu)，為了
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設(shè)計(jì)題目：QD20t-25.5m箱形雙梁橋式起重機(jī)主梁及端梁設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)人：孟令法
設(shè)計(jì)項(xiàng)目
計(jì)算與說(shuō)明
結(jié)果
2.1.1主梁的設(shè)計(jì)
2.1.2端梁的設(shè)計(jì)
2.3.1大車輪距
2.3.2主梁高度
2.3.3端梁高度
2.3.4橋架端部梯形高度
2.3.5確定主梁截面尺寸
2.3.6加勁板的布置尺寸
3.1.1計(jì)算載荷確定
3.1.2計(jì)算主梁垂直最大彎矩
3.1.3計(jì)算主梁水平最大彎矩
3.1.4主梁的強(qiáng)度驗(yàn)算
3.1.5主梁的垂直剛度驗(yàn)算
3.1.6主梁的水平剛度驗(yàn)算
3.1.7主梁穩(wěn)定性驗(yàn)算
3.1.8加勁板端部表面擠壓應(yīng)力計(jì)算
3.1.9小加勁板的彎曲計(jì)算
3.1.10 端梁斷面的選擇
3.2.1 端梁構(gòu)造的確定
3.2.2端梁計(jì)算載荷的確定
3.2.3端梁垂直最大彎矩
3.2.4端梁水平最大彎矩
3.2.5端梁截面尺寸的確定
3.2.6端梁的強(qiáng)度驗(yàn)算
3.3.1端梁端部上翼緣焊縫
3.3.2端梁端部下翼緣焊縫
3.3.3主梁與端梁的連接焊縫
3.3.4主梁上蓋板焊縫
4.1.1已知數(shù)據(jù)
4.1.2確定傳動(dòng)方案
4.2.1選擇車輪與軌道
4.2.2 驗(yàn)算其強(qiáng)度
4.4.1滿載運(yùn)行時(shí)，最大摩擦阻力
4.4.2 起重機(jī)滿載時(shí),最大坡度阻力
4.4.3 起重機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)最大靜阻力
4.4.4 空載：最小摩擦阻力
4.4.5坡度阻力
4.4.6靜阻力
4.7.1起動(dòng)時(shí)間：
4.7.2兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)同時(shí)起動(dòng)
4.8.1取制動(dòng)時(shí)間
4.8.2機(jī)構(gòu)高速軸上的計(jì)算扭矩
4.9.1高速軸的等效扭矩
4.9.2靜強(qiáng)度驗(yàn)算
運(yùn)輸方便在端梁中間沒(méi)有接頭，通過(guò)連接板和角鋼使用螺栓連接，這種鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸方便，安裝容易；小車軌道通過(guò)焊在主梁上的壓板固定于蓋板中央，故稱正軌箱型梁；工藝性好，主梁、端梁等部件可采用自動(dòng)焊接，生產(chǎn)效率高。偏軌箱形橋架是由兩根偏軌箱型梁和兩根端梁構(gòu)成。該鋼架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是小車軌道安裝在上蓋板邊緣主腹頂處，小車輪壓直接作用在主腹板上；偏軌箱型梁的高度與正軌箱型梁一樣，但高、寬比很接近H：B=1~1.2，這種結(jié)構(gòu)形式主梁的剛度比正軌箱型梁大，主梁在制造過(guò)程中，焊接下?lián)献冃瘟恳脖容^?。挥捎谄壪湫土菏菍捫瘟?，可以省掉走臺(tái)，使制造簡(jiǎn)化。單主梁橋架采用一根主梁。與小車輪的布置相應(yīng)，主要有垂直反滾輪單主梁、水平反滾輪單主梁和梯形單主梁。垂直反滾輪單主梁，主梁制造工藝性同偏軌箱型梁一樣。用戶使用維修方便。但小車垂直輪壓較大，適用于起重量較小的起重機(jī)。水平反滾輪單主梁，小車的垂直輪壓始終等于小車及載荷重，適用于起重量較大的起重機(jī)。缺點(diǎn)是吊鉤一側(cè)的水平滾輪不便于維修和更換。對(duì)稱軌道的梯形主梁，由一根主梁代替兩根主梁的作用。雖然梁的截面大些，但比雙梁制造成本要低得很多。這種結(jié)構(gòu)形式適用于起重量較大，跨度較大的門式起重機(jī)或裝卸橋。
1.2我國(guó)的發(fā)展前景
我國(guó)生產(chǎn)的橋式起重機(jī), 不論是通用橋式起重機(jī)或是冶金工廠用特種橋式類型起重機(jī),在1958年以前由于設(shè)計(jì)力量薄弱, 基本上是沿用國(guó)外的設(shè)計(jì), 橋架結(jié)構(gòu)以箱型和四桁架型等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式為主。一直到1958年大躍進(jìn)以后, 由于破除迷信, 在群眾性的技術(shù)革新運(yùn)動(dòng)推動(dòng)下, 才試制了一些新型橋架結(jié)構(gòu)的橋式起重機(jī), 其中主要的如偏軌箱型、單主梁結(jié)構(gòu)、三角桁架結(jié)構(gòu)等等。但是由于沒(méi)有及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn), 研究試驗(yàn)工作也做得不夠, 沒(méi)有在改進(jìn)與提高以后進(jìn)行推廣, 因此橋架選型工作仍然是我們當(dāng)前迫切要做的工作, 應(yīng)該比較系統(tǒng)的有組織的研究適合我國(guó)各個(gè)產(chǎn)業(yè)部門采用的橋架結(jié)構(gòu)型。
我國(guó)在橋式起重機(jī)的產(chǎn)品系列化、通用化和標(biāo)誰(shuí)化方面雖然也做了一些工作, 但為了使橋架結(jié)構(gòu)定型, 還要做大量的工作。目前生產(chǎn)的基本情況是5～50噸小起重量橋式起重機(jī)仍以箱型結(jié)構(gòu)為主,箱型結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它具有制造簡(jiǎn)便、生產(chǎn)工效高、通用性強(qiáng)等一系列的優(yōu)點(diǎn), 因而迄今仍然是國(guó)內(nèi)外橋式起重機(jī)的常用橋架形式。在國(guó)內(nèi), 在50年代和60年代初期, 5～50噸的小起重量系列產(chǎn)品和75～250噸的大起重量系列產(chǎn)品都采用箱型結(jié)構(gòu)。
隨著工業(yè)的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，橋式起重機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和自動(dòng)化程度上相繼出現(xiàn)了一些新的變化和新的特點(diǎn)。例如，在結(jié)構(gòu)上，國(guó)內(nèi)起重設(shè)備已采用計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及提高起重機(jī)的機(jī)械性能，降低自重。在性能上，不斷引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，采用了新穎的節(jié)能調(diào)速系統(tǒng)，如晶閘管串級(jí)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)，調(diào)速比可達(dá)1:30，隨著對(duì)調(diào)速要求的提高，變頻調(diào)速系統(tǒng)和微機(jī)控制技術(shù)也在起重機(jī)中得到應(yīng)用，如三峽工程600t壩頂門式起重機(jī)采用了高頻調(diào)速系統(tǒng)、微機(jī)自動(dòng)糾偏以及大揚(yáng)程高精度微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。許多單位還研制開(kāi)發(fā)了遙控起重機(jī)。在起重量方面逐步向大型化發(fā)展，起重量為400t、600t的大型起重機(jī)正在鋼鐵、水利、發(fā)電等行業(yè)中出現(xiàn)，令人注目的三峽大壩發(fā)電工程，相繼安裝了2臺(tái)1200t/125t橋式起重機(jī)，2007年9月，起重量為2萬(wàn)噸的“泰山”號(hào)橋式起重機(jī)，在山東煙臺(tái)萊佛士船業(yè)有限公司正式投入使用，這是全球起重量最大的起重機(jī)，它標(biāo)志著我國(guó)起重機(jī)行業(yè)已達(dá)到了世界先進(jìn)水平。
總之，隨著科技的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)各種先進(jìn)的電氣控制和機(jī)械技術(shù)正逐步應(yīng)用到起重機(jī)上，起重機(jī)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)日趨簡(jiǎn)單，性能更加可靠，起重量越來(lái)越大，品種也越來(lái)越齊全。
第2章 總體設(shè)計(jì)
2.1 起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)
1) 主梁跨度25.5m ,是由上、下蓋板和兩塊垂直的腹板組成封閉箱形截面實(shí)體板梁連接。
2) 端梁部分在起重機(jī)中有著重要的作用，它是承載平移運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵部件。端梁部分是由車輪組合端梁架組成，端梁部分主要有上蓋板，腹板和下蓋板組成；端梁是由兩段通過(guò)連接板和角鋼用高強(qiáng)螺栓連接而成。在端梁的內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋，以保證端梁架受載后的穩(wěn)定性。
主梁跨度25.5m ,是由上、下蓋板和兩塊垂直的腹板組成封閉箱形截面實(shí)體板梁連接，主梁橫截面腹板的厚度為6mm,翼緣板的厚度為10mm，主梁上的走臺(tái)的寬度取決于端梁的長(zhǎng)度和大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的平面尺寸，主梁跨度中部高度取H=L/17 ，主梁和端梁采用搭接形式，主梁和端梁連接處的高度取H0=0.4～0.6H，腹板的穩(wěn)定性由橫向加勁板和，縱向加勁條或者角鋼來(lái)維持，縱向加勁條的焊接采用連續(xù)點(diǎn)焊，主梁翼緣板和腹板的焊接采用貼角焊縫，主梁通常會(huì)產(chǎn)生下?lián)献冃?，但加工和裝配時(shí)采用預(yù)制上拱。
端梁部分在起重機(jī)中有著重要的作用，它是承載平移運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵部件。端梁部分是由車輪組合端梁架組成，端梁部分主要有上蓋板，腹板和下蓋板組成；端梁是由兩段通過(guò)連接板和角鋼用高強(qiáng)螺栓連接而成。在端梁的內(nèi)部設(shè)有加強(qiáng)筋，以保證端梁架受載后的穩(wěn)定性。端梁的主要尺寸是依據(jù)主梁的跨度，大車的輪距和小車的軌距來(lái)確定的；大車的運(yùn)行采用分別傳動(dòng)的方案。
在裝配起重機(jī)的時(shí)候，先將端梁的一段與其中的一根主梁連接在一起，然后再將端梁的兩段連接起來(lái)。
本設(shè)計(jì)主要對(duì)單梁橋式起重機(jī)進(jìn)行介紹，確定了其總體方案并進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的分析。
2.2 選擇確定總體參數(shù)
橋架形式為雙梁橋架，軌道放置為偏軌
總體參數(shù)：1.主鉤額定起重量：20000kg
2.跨度：L=25.5m
3.工作級(jí)別：A5
4.起重機(jī)利用等級(jí)：U5
5.起升高度：12 m
6.工作速度：主起升速度：v=8m/min
小車運(yùn)行速度：v=43m/min
大車運(yùn)行速度：v=90m/min
7.小車軌距：2m
8.大車走輪：4只，其中2只為驅(qū)動(dòng)輪
9.大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用分別驅(qū)動(dòng)方式
2.3 主要尺寸的確定
取
m（理論值）
取
取
根據(jù)起重機(jī)起重量為20t，跨度為25.5m，工作級(jí)別為查參考書【1】P620表4-3-13的主梁截面尺寸：
（單位：mm）
取
圖2-1 主梁中間截面的尺寸簡(jiǎn)圖 圖2-2 主梁支撐截面的尺寸簡(jiǎn)圖
為了保證主梁截面中受壓構(gòu)件的局部穩(wěn)定性，需要設(shè)置一些加勁構(gòu)件。
主梁端部大加勁板的間隔如圖2-3：
取
圖2-3 主梁縱橫筋板布置圖
主梁端部（梯形部分）小加勁板的間距：
主梁中部大加勁板的間距：
，取
采用角鋼作水平加勁桿
2.4 主、端梁的連接
主、端梁采用手工焊接連接，采用E4341焊條，端梁為拼接式。橋架結(jié)構(gòu)與主、端梁截面示意圖。
圖2-4 雙梁橋架結(jié)構(gòu)
圖2-5 主梁和端梁的截面圖
第3章 主要部分的計(jì)算
3.1 主梁的計(jì)算
查參考書【3】P140圖7-11的曲線得半個(gè)橋架（不包括端梁）的自重：
則主梁由于橋架自重引起的均布載荷：
查參考書【3】P140表7-3得主梁由于分別驅(qū)動(dòng)全部均布載荷就是橋架自重引起的均布載荷即:
由參考書【3】P140表7-3查得運(yùn)行機(jī)構(gòu)的一套機(jī)構(gòu)重量
主梁的總均布載荷：
主梁的總計(jì)算均布載荷：
—沖擊系數(shù)
作用在一根主梁上的小車兩個(gè)車輪的輪壓值可根據(jù)參考書【3】P141表7-4中所列數(shù)據(jù)選用：
考慮動(dòng)力系數(shù)的小車車輪的計(jì)算輪壓值為：
式中=1.27—?jiǎng)恿ο禂?shù)，由參考書【3】P12圖2-2中曲線查得。
由公式（7-12）計(jì)算主梁垂直最大彎矩：
參考書【3】P144公式7-12（【3】為參考書的編號(hào)）
設(shè)操縱室的重量為，其重心距支點(diǎn)的距離為，將各已知數(shù)值代入上式計(jì)算得：
由公式（7-18）計(jì)算主梁水平最大彎矩：
參考書【3】P140公式7-18
式中g(shù)—重力加速度，，
—大車起動(dòng)、制動(dòng)加速度平均值，
則；
—不計(jì)及沖擊系數(shù)和動(dòng)載系數(shù)時(shí)主梁垂直最大彎矩，由下式算得：
因此得主梁水平最大彎矩：
取
主梁中間截面的最大彎曲應(yīng)力根據(jù)公式（7-19）計(jì)算：
參考書【3】P146公式7-19
式中—主梁中間截面對(duì)水平重心軸線x-x的抗彎截面模數(shù)，其近似值：
—主梁中間截面對(duì)垂直重心軸線y-y的抗彎截面模數(shù)，其近似值：
由此可得：
由參考書【3】P25表2-19查得Q235鋼的作用應(yīng)力為:
故
主梁支撐截面的最大剪力根據(jù)公式（7-20）計(jì)算：
參考書【3】P147公式7-20
式中—主梁支撐截面所受的最大剪力，由公式（7-13）計(jì)算：
參考書【3】P144公式7-13
—主梁支撐截面對(duì)水平重心軸線x-x的慣性矩，其近似值：
S—主梁支撐截面半面積對(duì)水平重心軸線x-x的靜距
由此可得：
由參考書【3】P25表2-19得鋼的許用剪應(yīng)力
由上面的計(jì)算可知，主梁強(qiáng)度足夠。
主梁在滿載小車輪壓作用下，在跨中所產(chǎn)生的最大垂直撓度按公式（7-23）進(jìn)行計(jì)算：
參考書【3】P148公式7-23
式中
由此可得：
允許的撓度值由公式（7-22）得：
參考書【3】P147公式7-22
因此
主梁在大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)慣性載荷作用下，產(chǎn)生的水平最大撓度可按公式（7-25）計(jì)算得（略去第三項(xiàng)，簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁）：
參考書【3】P148公式7-25
式中：—作用在主梁上的集中慣性載荷
取
—作用在主梁上的均布慣性載荷
取
由此可得：
水平撓度的許用值：
因此
由上面計(jì)算可知：主梁的垂直和水平剛度均滿足要求
當(dāng)起重機(jī)工作無(wú)特殊要求時(shí)，可以不必進(jìn)行主梁的動(dòng)剛度驗(yàn)算。
箱形截面主梁抗扭的剛性比較大，而且在水平方向也有一定的抗彎剛性，所以可不驗(yàn)算整體穩(wěn)定性。
腹板局部穩(wěn)定性計(jì)算：主梁（材料Q235鋼）筋板的布置原則：腹板只加垂直橫筋板；腹板應(yīng)布置垂直橫筋板還要加一道水平縱向筋。
，此時(shí)采用縱向加勁板離腹板受壓邊緣高度
??；此時(shí)，橫向加勁板的間距a，按下式計(jì)算。
參考書【2】P132
式中—所計(jì)算區(qū)段內(nèi)腹板最大的平均剪應(yīng)力（）；
式中
參考書【2】P132
參考書【2】P132
式中：— 考慮影響的增大系數(shù)，??；
因?yàn)閍是負(fù)值，所以取
(見(jiàn)圖3-1)；
圖3-1主梁縱橫筋板布置圖
短的橫向加勁板間距：
橫向加勁板的設(shè)計(jì)：
彎身寬度：
厚度：
縱向加勁板的設(shè)計(jì)
對(duì)縱向加勁要求的慣性矩：
當(dāng)時(shí)，
參考書【2】P133
式中 a—橫向大加勁板的間距，；
—腹板的高度，；
—腹板的厚度，；
圖3-2 角鋼計(jì)算示意圖
先選用角鋼，它對(duì)（如圖3-2）軸的慣性矩： ；
式中 —角鋼對(duì)x-x軸的慣性矩（）；
；
—角鋼的截面積（），=6.91；
—自軸之間的距離（）；
；
因?yàn)?所以安全。
參考書【2】P137
式中 —小車計(jì)算輪壓（），；
—加勁板斷面的計(jì)算面積（），
；
其中 —加勁板厚度（），
—加勁板斷面計(jì)算長(zhǎng)度（）
其—軌道底面寬度對(duì)24軌道（），
—上蓋板厚度（），；
彎曲應(yīng)力：
參考書【2】P137
中間小加勁板計(jì)算彎曲力矩：
參考書【2】P137
式中
—小加勁板長(zhǎng)度，；
由于加勁板與上蓋板緊緊連接并焊牢，所以加勁板斷面系數(shù)計(jì)算時(shí)，取“T”字形斷面（圖3-3），在這一斷面中上蓋板寬度取為16（—蓋板厚度）。
圖3-3 加勁板斷面示意圖
符合要求。
3.2 端梁的計(jì)算
箱形結(jié)構(gòu)橋架的端梁一般采用箱形斷面。端梁構(gòu)造如圖3-4所示：
圖3-4 端梁構(gòu)造圖
設(shè)兩根主梁對(duì)端梁的作用力相等，則端梁的最大支反力可按公式（7-30）計(jì)算（如圖3-5）：
圖3-5 端梁的計(jì)算簡(jiǎn)圖
參考書【3】P150公式7-30
式中：K—大車輪距(cm)，K=500cm
（ 取K=5m）
—小車軌距(cm)，=200cm
—傳動(dòng)側(cè)車輪軸線至主梁中心線的距離，取，由此可得：
端梁在主梁支反力作用下而產(chǎn)生的垂直最大彎矩由公式（7-29）計(jì)算：
參考書【3】P150公式7-29
端梁因車輪在側(cè)向載荷作用下而產(chǎn)生的最大水平彎矩由公式（7-31）計(jì)算：
參考書【3】P151公式7-31
式中S—車輪側(cè)向載荷，由參考書【3】P13公式（2-6）計(jì)算;
—側(cè)向系數(shù)，
P—車輪輪壓，即端梁的支反力
因此
端梁因小車在起、制動(dòng)慣性載荷作用下而產(chǎn)生的最大水平彎矩由公式（7-32）計(jì)算：
參考書【3】P151公式7-32
式中—小車慣性載荷，由公式（7-8）計(jì)算
參考書【3】P141公式7-8
因此：
比較兩值，應(yīng)取其中較大值進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算
根據(jù)參考書【3】P139表7-2推薦，選定端梁各構(gòu)件的板厚如下(見(jiàn)圖3-6）：
上蓋板
中部下蓋板
頭部下蓋板
腹板
查參考書【1】358表3-8-10得的車輪組的尺寸，確定端梁寬度和腹板高度時(shí)，首先應(yīng)配置好支撐車輪的截面，其次再?zèng)Q定端梁中間截面尺寸，如下圖配置的結(jié)果，車輪輪緣距上蓋板底面30mm，車輪兩側(cè)面距支撐處兩下蓋板內(nèi)邊為10mm，因此車輪與端梁不致摩碰，同時(shí)腹板中線正好通過(guò)車輪軸承箱的中心平面，最后，要檢查端梁中部下蓋板與軌道面的距離。此距離為62mm，合適。
圖3-6 端梁截面尺寸簡(jiǎn)圖
端梁中間截面對(duì)水平重心線x-x的截面模數(shù)：
端梁中間截面對(duì)水平重心線x-x的慣性矩：
端梁中間截面對(duì)垂直重心線y-y的截面模數(shù)：
端梁中間截面對(duì)水平重心線x-x的半面積距：
端梁中間截面的最大彎曲應(yīng)力由公式（7-34）計(jì)算得：
參考書【3】P151公式7-34
端梁中間截面的剪應(yīng)力：
端梁支撐截面對(duì)水平重心線x-x的慣性矩，截面模數(shù)及面積距的計(jì)算如下，首先求水平重心線的位置。
水平重心線距上蓋板中線的距離：
水平重心線距腹板中線的距離：
水平重心線距下蓋板中線的距離：
端梁支撐截面對(duì)水平重心線x-x的慣性矩：
端梁支撐截面對(duì)水平重心線x-x的最小截面模數(shù):
端梁支撐面水平重心線x-x下部半面積距：
端梁支撐截面附近的彎矩：
端梁支撐截面的彎曲應(yīng)力由公式（7-36）計(jì)算：
參考書【3】P151公式7-36
端梁支撐截面的剪應(yīng)力由公式（7-37）計(jì)算：
參考書【3】P151公式7-37
端梁支撐截面的合成應(yīng)力由公式（7-38）計(jì)算：
參考書【3】P151公式7-37
端梁材料的許用應(yīng)力：
強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果：所有計(jì)算應(yīng)力均小于材料的許用應(yīng)力，故端梁的強(qiáng)度滿足要求。
3.3主要焊縫的計(jì)算
端梁支撐截面上蓋板對(duì)水平重心線x-x的截面積距：
端梁上蓋板翼緣焊縫的剪應(yīng)力由公式（7-40）計(jì)算：
參考書【3】P153公式7-40
式中 —上蓋板翼緣焊縫數(shù)
—焊肉厚度(cm)，取
端梁支撐截面下蓋板對(duì)水平重心線x-x的面積距：
端梁下蓋板翼緣焊縫的剪應(yīng)力由公式（7-41）計(jì)算：
參考書【3】P153公式7-41
主梁與端梁腹板的連接焊縫的剪應(yīng)力由公式（7-42）計(jì)算得（如圖3-7）：
圖3-7 主梁和端梁的連接焊縫
參考書【3】P154公式7-42
式中 連接處焊縫計(jì)算厚度(cm)
主梁在支撐處最大剪應(yīng)力作用下，上蓋板焊縫剪應(yīng)力由公式（7-43）計(jì)算得：
參考書【3】P154公式7-43
式中 —主梁在支撐處截面對(duì)水平重心線x-x的慣性矩，前面已計(jì)算得：
S—主梁上蓋板對(duì)截面水平重心線的面積距：
因此計(jì)算得：
焊縫的許用應(yīng)力由第三章查得，因此各焊縫計(jì)算應(yīng)力均滿足要求
第4章 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的計(jì)算
4.1 確定機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案
起重量，跨度，大車運(yùn)行速度
大車走輪4只，其中2只為驅(qū)動(dòng)輪
工作級(jí)別：，機(jī)構(gòu)接電持續(xù)率。
起重機(jī)估計(jì)總重：
Q—額定起重量(t)
L—起重機(jī)跨度(m)
小車自重
大車驅(qū)動(dòng)形式：分別驅(qū)動(dòng)
大車輪距：
分別驅(qū)動(dòng)省去了中間部分的傳動(dòng)軸，使得質(zhì)量減輕，尺寸減小。分別驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)不因主梁的變形而在大車傳動(dòng)性機(jī)能方面受到影響，從而保證了運(yùn)行機(jī)構(gòu)多方面的可靠性。所以，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用分別驅(qū)動(dòng)。
起重機(jī)沒(méi)有以單機(jī)存在的理由，而應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)、物流、維修、等因素作為整套設(shè)備的一環(huán)，以某種形式發(fā)揮其功能，所以應(yīng)將起重機(jī)容量定的同其他設(shè)備相匹配，構(gòu)成一個(gè)合適的系統(tǒng)。
但是，如果起重機(jī)各部分每次都構(gòu)成一個(gè)完全任意的機(jī)組，那么它的效率和經(jīng)濟(jì)性都很差。起重機(jī)同其他工業(yè)設(shè)備樣，也有標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立部件，只要選擇互配的形式并根據(jù)需要改變其參數(shù)，那么它就能充分發(fā)揮其功能，提高其經(jīng)濟(jì)效益。
橋式起重機(jī)的運(yùn)動(dòng)，是由大車的縱向，小車的橫向及吊鉤的上下三種運(yùn)動(dòng)組成的。有時(shí)是單一的運(yùn)動(dòng)，有時(shí)是合成的動(dòng)作。他們都有各自的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)保證其運(yùn)動(dòng)形式的實(shí)現(xiàn)。
大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理：
(1)起升系統(tǒng)的傳動(dòng)原理。起升機(jī)構(gòu)的動(dòng)力來(lái)源，是由電動(dòng)機(jī)發(fā)生，經(jīng)齒輪聯(lián)軸器，補(bǔ)償軸，制動(dòng)軸聯(lián)軸器，將動(dòng)力傳遞給減速器的高速軸端，最終減速器把電動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)數(shù)降低到所需的轉(zhuǎn)數(shù)之后，由減速器低速軸輸出經(jīng)卷筒上的內(nèi)齒圈，把動(dòng)力傳遞給卷筒組，再經(jīng)過(guò)鋼絲繩和滑輪組使吊鉤進(jìn)行升降，從而完成升降重物的目的。
(2)起重小車運(yùn)行系統(tǒng)的傳動(dòng)原理。動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)發(fā)出，經(jīng)制動(dòng)輪聯(lián)軸器，補(bǔ)償軸和半齒聯(lián)軸器，將動(dòng)力傳遞給立式三級(jí)減速器的高速軸端，并經(jīng)立式三級(jí)減速器把電動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)數(shù)降低到所需要的轉(zhuǎn)數(shù)之后，再由低速軸端輸出，又通過(guò)半齒聯(lián)軸器補(bǔ)償軸，半齒聯(lián)軸器與小車主動(dòng)車輪軸聯(lián)接，從而帶動(dòng)了小車主動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)，完成小車的橫向運(yùn)送重物的目的。
(3)大車運(yùn)行系統(tǒng)的傳動(dòng)原理。動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)發(fā)出，經(jīng)制動(dòng)輪聯(lián)軸器，補(bǔ)償軸和半齒聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞給減速器的高速軸端，并經(jīng)減速器把電動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)數(shù)降低到所需要的轉(zhuǎn)數(shù)之后，經(jīng)全齒聯(lián)軸器把動(dòng)力傳遞給大車的主動(dòng)車輪組，從而帶動(dòng)了大車主動(dòng)車輪的旋轉(zhuǎn)，完成橋架縱行吊運(yùn)重物的目的。大車兩端的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是一樣的。
跨度為25.5m，為減輕重量，決定采用下圖傳動(dòng)方案。
圖4-1 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的布置方式
4.2 車輪材料的選擇
按照?qǐng)D4-2所示的重量分布，計(jì)算大車車輪的最大輪壓和最小輪
圖4-2 最大輪壓受力簡(jiǎn)圖
滿載時(shí)最大輪壓：
空載時(shí)，輪壓最?。?
車輪踏面疲勞計(jì)算載荷：
車輪材料：采用ZG340—640（調(diào)質(zhì)）。
，上面已選擇車輪直徑：
，由參考書【3】P125表5-1查得軌道型號(hào)為（起重機(jī)專用軌道）
按車輪與軌道為點(diǎn)接觸和線接觸兩種情況來(lái)驗(yàn)算車輪的接觸強(qiáng)度:
點(diǎn)接觸局部擠壓強(qiáng)度驗(yàn)算：
式中：—許用點(diǎn)接觸應(yīng)力常數(shù)（）取
R—曲率半徑(mm)，車輪和軌道兩者曲率半徑中取大值，取Qu70軌道的曲率半徑為R=400mm
m—由軌頂和車輪的曲率半徑之比（）所確定的系數(shù)，查得m=0.46
—轉(zhuǎn)速系數(shù)，由表5-3查得，車輪轉(zhuǎn)速
—工作級(jí)別系數(shù)，由表5-4查得：當(dāng)時(shí)，
因?yàn)? 故驗(yàn)算通過(guò)
4.3 車輪強(qiáng)度驗(yàn)算
線接觸局部擠壓強(qiáng)度驗(yàn)算：
式中—許用線接觸應(yīng)力常數(shù)（）查表5-2得：，而Qu70軌道的，按后者計(jì)算；
—車輪直徑（mm）
—同前
故驗(yàn)算通過(guò)
4.4 運(yùn)行阻力計(jì)算
—起重機(jī)運(yùn)行靜阻力(N)
—起重機(jī)運(yùn)行摩擦阻力(N)
—起重機(jī)在有坡度的軌道上運(yùn)行時(shí)須克服的由起重機(jī)重量分力引起的阻力(N)
式中：—起重機(jī)總重(KN)，
—起升載荷重量(KN)，
K—滾動(dòng)摩擦系數(shù)，
—軸承摩擦系數(shù)，
—附加摩擦阻力系數(shù)，
—車輪直徑(cm)，
d—軸承直徑(cm)，
—坡度阻力系數(shù)，
4.5 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算
電動(dòng)機(jī)靜功率：
—滿載運(yùn)行時(shí)的靜阻力
m=2—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)
—機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率
初選電動(dòng)機(jī)功率：
—電動(dòng)機(jī)功率增大系數(shù)，由表（7-6）查得：
查電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄選擇型電動(dòng)機(jī)，功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子飛輪矩，最大扭矩倍數(shù)，電動(dòng)機(jī)質(zhì)量115kg
等效功率：
式中：—工作級(jí)別系數(shù)，當(dāng)時(shí)，
—按起重機(jī)工作場(chǎng)所得，
滿足不發(fā)熱條件
4.6 減速器的選擇
車輪轉(zhuǎn)速：
機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比：
查參考書【1】P413表3-10-5選用兩臺(tái)型減速器
可見(jiàn)
實(shí)際運(yùn)行速度：
誤差：
實(shí)際所需電動(dòng)機(jī)靜功率：
由于，故所選減速器合適。
4.7 驗(yàn)算啟動(dòng)時(shí)間
式中：
（驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)）
—時(shí)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩
滿載運(yùn)行時(shí)的靜阻力矩：
空載運(yùn)行時(shí)的靜阻力矩：
初步估算高速軸上聯(lián)軸器的飛輪矩：
機(jī)構(gòu)總飛輪矩（高速軸）：
滿載起動(dòng)時(shí)間：
空載起動(dòng)時(shí)間：
起動(dòng)時(shí)間在允許范圍（7~10s）之內(nèi)，故合適
起動(dòng)工況下減速器傳遞功率：
式中：
—運(yùn)行時(shí)間中同一級(jí)減速器的個(gè)數(shù)，
因此，
所選用的減速器的所以合適
由于起重機(jī)是在室內(nèi)使用，故風(fēng)阻力不予考慮。
打滑系數(shù)的計(jì)算：
式中：—主動(dòng)輪輪壓和
—從動(dòng)輪輪壓和
—室內(nèi)工作的黏著系數(shù)
—防止打滑的安全系數(shù)
=3.52
，故兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)不會(huì)打滑
4.8 選擇制動(dòng)器
制動(dòng)時(shí)間：
按空載計(jì)算制動(dòng)力矩，即Q=0代入下式：
式中：
—坡度阻力
—制動(dòng)器臺(tái)數(shù)，兩套驅(qū)動(dòng)裝置工作
現(xiàn)選用兩臺(tái)型制動(dòng)器（起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)），制動(dòng)輪直徑400mm，質(zhì)量78.4kg，將制動(dòng)力矩調(diào)至以下。
考慮到所取的制動(dòng)時(shí)間，在驗(yàn)算起動(dòng)不打滑條件時(shí)已知是足夠安全的，故制動(dòng)不打滑驗(yàn)算從略。
根據(jù)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案，每套機(jī)構(gòu)的高速軸采用浮動(dòng)軸。
式中：—聯(lián)軸器的等效力矩
—等效系數(shù)，見(jiàn)表2-6取
由表31查得：電動(dòng)機(jī)軸端為圓柱形，
；由參考書【1】P413表3-10-5查得QJ—335—Ⅳ型減速器高速軸端為圓錐形，故在靠近電動(dòng)機(jī)端從參考書【1】P451表3-12-10中選兩個(gè)帶制動(dòng)輪的彈性套柱銷聯(lián)軸器TLL4（靠電動(dòng)機(jī)一側(cè)為圓柱形孔，浮動(dòng)軸端），
，重量。在靠近減速器端，由參考書【1】P451表3-12-10選用兩個(gè)彈性套柱銷聯(lián)軸器TLL8(靠減速器端為圓錐形，浮動(dòng)軸直徑)，其
重量。
高速軸上轉(zhuǎn)動(dòng)零件的飛輪矩之和為：
與原估計(jì)基本相符，故有關(guān)計(jì)算不需要重復(fù)。
4.9 疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
式中：—等效系數(shù)，由參考書【3】P16表2-6查得
由上節(jié)已取浮動(dòng)軸端直徑，故其扭矩應(yīng)力為：
式中：材料用45號(hào)鋼，取，所以
—考慮零件幾何形狀，表面狀況的集中系數(shù)，由第二章第五節(jié)及第四章查得
—安全系數(shù)
故疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算通過(guò)。
計(jì)算靜強(qiáng)度扭矩：
—?jiǎng)恿ο禂?shù)，查表2-5的=2.5，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力：
許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力：
故靜強(qiáng)度驗(yàn)算通過(guò)
第5章 畢業(yè)設(shè)計(jì)小節(jié)
通過(guò)3個(gè)月的金屬結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，使我學(xué)到了許多非常重要的知識(shí)和技術(shù)。馬上就要結(jié)束了現(xiàn)對(duì)在3個(gè)月的學(xué)習(xí)進(jìn)行以下總結(jié)：
首先，在前期的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，溫習(xí)了以前所學(xué)的所有知識(shí)，并對(duì)其進(jìn)行了鞏固。在計(jì)算過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一些疑難問(wèn)題和自己以前沒(méi)有注意的知識(shí)點(diǎn)和方法，通過(guò)老師的指導(dǎo)和講解，自己的復(fù)習(xí)對(duì)其進(jìn)行了理解和掌握。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成了前期計(jì)算過(guò)程。
其次，通過(guò)應(yīng)用CAD技術(shù)繪圖，使我掌握了CAD的使用方法，同時(shí)也從中學(xué)到了許多繪圖方法和技巧，特別是快捷鍵的應(yīng)用。使我在比較短的時(shí)間內(nèi)能夠完成所要畫的圖紙。在寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書的過(guò)程中，掌握了word和公式編輯器的應(yīng)用。雖然在編寫過(guò)程中遇到的難題，通過(guò)向自己的摸索和同學(xué)的幫助都的到了解決。
在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我查閱了大量的相關(guān)資料。掌握了許多新方法和新知識(shí)。使自己的專業(yè)知識(shí)的到了大大補(bǔ)充。特別是一些自己平時(shí)所學(xué)課本上沒(méi)有介紹的知識(shí)。例如：翼緣板和腹板加勁肋的選用、計(jì)算和校核。同時(shí)還了解了目前的起重機(jī)的發(fā)展情況以及以后的發(fā)展，并掌握一些最新技術(shù)和設(shè)計(jì)理論。
針對(duì)此次的設(shè)計(jì)，隨著對(duì)整機(jī)的不斷深入了解，也發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)存在的一些問(wèn)題。一方面，由于缺乏必要的生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)，我們的設(shè)計(jì)還局限于一定的想象空間上，實(shí)際中不生產(chǎn)或加工比較困難。另一方面，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，缺乏對(duì)細(xì)節(jié)的考慮，只抓住了其中大的框架，后續(xù)的工作還有很多。
通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我感覺(jué)收獲頗多。在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)了大家的團(tuán)隊(duì)合作精神，遇到問(wèn)題大家集體討論進(jìn)行解決，還有CAD技術(shù)的應(yīng)用，這些對(duì)于我們即將走向工作崗位的新人是一個(gè)很好的培訓(xùn)和鍛煉，同時(shí)也是平時(shí)所學(xué)的理論和實(shí)踐的一次結(jié)合。這次設(shè)計(jì)將對(duì)我們的以后工作和學(xué)習(xí)奠下重要的理論知識(shí)基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。