機(jī)械畢業(yè)設(shè)計（論文）-10噸位橋式起重機(jī)總體設(shè)計【全套圖紙】

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1、I 編編 號號 無錫太湖學(xué)院 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計計（論論文文） 題目：題目： 十噸位橋式起重機(jī)總體設(shè)計十噸位橋式起重機(jī)總體設(shè)計 信機(jī) 系系 機(jī)械 工程 及自動化 專專 業(yè)業(yè) 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱： 講師 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠誠 信信 承承 諾諾 書書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 十噸位橋式 起重機(jī)總體設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的 成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用， 表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、 集體已發(fā)表

2、或撰寫的成果作品。 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 班 級： 機(jī)械 96 學(xué) 號： 0923283 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院無錫太湖學(xué)院 信信機(jī)機(jī) 系系 機(jī)機(jī)械械 工工程程 及及自自動動化化 專業(yè)專業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計論論 文文 任任 務(wù)務(wù) 書書 一、題目及專題：一、題目及專題： 、題目 十噸位橋式起重機(jī)總體設(shè)計 、專題 二、課題來源及選題依據(jù)二、課題來源及選題依據(jù) 生產(chǎn)實(shí)踐所得。根據(jù)起重機(jī)主要技術(shù)參數(shù)包括起重量 Q=10t，起 升高度 H=16m，跨度 L=22.5m，起升速度 V=13.3m/min 運(yùn)行速度 V=116.8m/min 運(yùn)

3、行速度 V=43.8m/min,機(jī)器重量 G=23.471t，小車軌 距 l=2m，工作級別為 M6 進(jìn)行選擇。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 熟悉橋式起重機(jī)的工作特點(diǎn)和基本參數(shù)； 熟練掌握橋式起重機(jī)的主要零部件和工作原理； 熟練掌握橋式起重機(jī)的大小車及起升機(jī)構(gòu)的布置型式； 掌握主梁的受力分析及各種載荷的驗(yàn)算； 能夠熟練了解變頻調(diào)速的基本原理橋式起重機(jī)的變頻調(diào)速； 熟練使用 plc 對橋式起重機(jī)進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計。 四、接受任務(wù)學(xué)生：四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 96 班班 姓名姓名 五、開始及完成日期：五、開始及完成日期： 自自 2012 年年 1

4、1 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）：六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 簽名簽名 簽名簽名 簽名簽名 教教研研室室主主任任 學(xué)科組組長研究所所學(xué)科組組長研究所所 長長 簽名簽名 系主任系主任 簽名簽名 2012 年年 11 月月 12 日日 VI 摘摘 要要 經(jīng)過十幾年的發(fā)展，我國工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，起重行業(yè)的需求進(jìn)一步增大。橋式起 重機(jī)是橋架型起重機(jī)中最主要的型式,它具有場地利用率高、作業(yè)范圍大、適應(yīng)面廣、通 用性強(qiáng)等特點(diǎn)。橋式起重機(jī)一般由橋架，起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，操 縱室，小車導(dǎo)電裝置，起重機(jī)總

5、電源導(dǎo)電裝置等組成。本設(shè)計采用 10 噸位電動雙梁橋式 起重機(jī)進(jìn)行研究。 全文分五部分內(nèi)容來完成本次設(shè)計課題內(nèi)容： 第一部分為緒論部分，簡要介紹了起重機(jī)械的作用、國內(nèi)外起重機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r及存 在的問題、我國起重機(jī)械的發(fā)展方向。 第二部分為總體結(jié)構(gòu)布置的確定，該部分主要分析了起重機(jī)的工作特點(diǎn)，主要參數(shù)及 組成部分包括起升機(jī)構(gòu)、大小車機(jī)構(gòu)的布置方案，輪壓的計算。 第三部分為橋架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，該部分包括橋式起重機(jī)主要尺寸如大車輪距、主梁高度、 端梁高度、加勁板的布置尺寸等和計算載荷，箱型結(jié)構(gòu)主梁，主要焊縫的驗(yàn)算。 第四部分為電氣部分的設(shè)計，該部分介紹了變頻調(diào)速的基本原理及發(fā)展現(xiàn)狀，橋式起 重機(jī)的變頻調(diào)

6、速，起升機(jī)構(gòu)的變頻調(diào)速，大小車的變頻調(diào)速及整體 PLC 設(shè)計。 第五部分為結(jié)論及展望部分，對本設(shè)計進(jìn)行分析總結(jié)，論證橋式起重機(jī)基本尺寸和電 氣部分的可靠性，同時也指出其不足待改進(jìn)之處。 關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)；起升機(jī)構(gòu)；橋架結(jié)構(gòu)；PLC Abstract After more than ten years of development, the industrialization of China has continuously promoted, and the crane industry demands further increase.Overhead travelling crane

7、is the main type of overhead type crane and it has the following advantages: high field utilization rate,greater scope of work, wide range adaption,good universality and so on. In general,overhead travelling crane is composed of srane span structure,hoisting mechanism ,wheeling mechanism,travelling

8、mechanism of the larger traveller ,control carbin,the car conductive device,the general supply conductive device of srane etc.This design uses the electric double girder overhead travelling crane research. The full text is divided into 5 parts to complete this design topic content: The first part is

9、 the preface.In this part,the effect of crane, the development of the situation and existing problems of lifting equipment at home and abroad,the development direction of China will be introduced. The second part is the determination of the overall layout of the structure.This part mainly analyzes t

10、he work characteristics and technical parameters of the crane.The constiturnt part of layout scheme include hoisting mechanism , wheeling mechanism,travelling mechanism of the larger traveller and calculation of wheel pressure will also be mentioned.This part include The third part is the design of

11、the bridge structure.It includes the main dimensions of overhead travelling crane such as the wheelbase of cart,height of main beam,end beam heigt,layout size of the stiffened plate and so on. We will consider the checking of calculating load,box structure beam and main weid. The fourth part is the

12、design of electrical part.The fundamental and development status of frequency control will be talked about. Overhead travelling crane，hoisting mechanism，cart and trolley all need consider frequency control.There is a design of global PLC. In the last part ,according to the conclusion,the paper has m

13、ade analysis and summary to this design,giving the basic size and electrical part of Overhead travelling crane to be proved,pointing to the deficiencies and needing improvements of the argument. Key words: Overhead travelling crane; ,hoisting mechanism; bridge structure; PLC V 目目 錄錄 摘 要.V AbstractVI

14、 目 錄.V 1 緒論1 1.1 引言 .1 1.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀 .1 1.3 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀和目標(biāo) .1 2 起重機(jī)總體結(jié)構(gòu)的布置方案2 2.1 起重機(jī)工作時的特點(diǎn) .2 2.2 起重機(jī)主要參數(shù)的確定 .2 2.3 起重機(jī)的主要組成部分 .2 2.3.1 起升機(jī)構(gòu)的布置方案.2 2.3.2 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的布置方案.3 2.3.3 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的布置方案.3 2.4 起重機(jī)的輪壓的計算 .4 2.4.1 橋架支撐反力的計算.4 2.4.2 小車支承反力的計算.5 3 橋式起重機(jī)橋架結(jié)構(gòu)的計算6 3.1 主要尺寸的確定 .6 3.1.1 已確定尺寸.6 3.1.2 大車輪距的計算.6 3.1.3

15、 主梁高度的計算.6 3.1.4 端梁高度的計算.6 3.1.5 橋架端部梯形高度的計算.6 3.1.6 主梁腹板高度的選用.6 3.1.7 主梁截面尺寸的確定.6 3.1.8 加勁板的布置尺寸.7 3.2 計算載荷 .9 3.2.1 固定載荷的計算.9 3.2.2 移動載荷的計算.10 3.2.3 水平慣性載荷的計算.10 3.2.4 車輪側(cè)向載荷的計算.11 3.2.5 載荷組合.12 3.3 箱形結(jié)構(gòu)主梁的計算 .12 3.3.1 主梁垂直方向最大彎矩和剪力的計算情況.12 3.3.2 主梁水平方向最大彎矩的計算.13 3.3.3 主梁的強(qiáng)度驗(yàn)算.14 VI 3.3.4 主梁的垂直剛度驗(yàn)

16、算.16 3.3.5 主梁的水平剛度驗(yàn)算.16 3.4 主要焊縫的計算 .17 3.4.1 主梁與端梁的連接焊縫.17 3.4.2 主梁上蓋板焊縫.17 3.5 計算總結(jié) .18 4 電氣部分的設(shè)計19 4. 1 變頻調(diào)速的基本原理及發(fā)展現(xiàn)狀 19 4.1.1 變頻器工作原理.19 4.1.2 變頻調(diào)速的方式.19 4.1.3 變頻器的類型.20 4.1.4 變頻調(diào)速時電動機(jī)的過渡狀態(tài).20 4.1.5 變頻器的功能.21 4.2 橋式起重機(jī)的變頻調(diào)速 .21 4.2.1 橋式起重機(jī)的負(fù)載特點(diǎn).21 4.2.2 橋式起重機(jī)的調(diào)速方法和節(jié)能比較.22 4.2.3 電動機(jī)容量選擇.23 4.2.4

17、 變頻器容量選擇.24 4.3 起升機(jī)構(gòu)的變頻調(diào)速 .24 4.3.1 起升機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩分析.24 4.3.2 起升過程中電動機(jī)的工作狀態(tài).24 4.3.3 起升機(jī)構(gòu)對拖動系統(tǒng)的要求.26 4.3.4 起升機(jī)構(gòu)變頻器的調(diào)速方案.26 4.4 大車的變頻調(diào)速 .28 4.4.1 大車拖動系統(tǒng).28 4.4.2 大車變頻調(diào)速控制要點(diǎn).28 4.5 小車的變頻調(diào)速 .29 4.6 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計.29 4.6.1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計原則29 4.6.2 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟29 4.6.3 PLC 制控系統(tǒng)的類型30 4.6.4 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計30 5 結(jié)論與展望41 5.1

18、結(jié)論 .41 5.2 不足及展望 .41 致謝42 參考文獻(xiàn)43 十噸位橋式起重機(jī)總體設(shè)計 1 1 緒論緒論 1.1 引言引言 起重機(jī)最基本要求是對物體進(jìn)行垂直升降，同時帶動物體在較短的一段距離進(jìn)行移 動，以此來適應(yīng)物體在不同狀態(tài)下的需求。隨著時代的發(fā)展，起重機(jī)在現(xiàn)代生活中扮演 著越來越重要的角色，它為人們節(jié)省了大量的人力、物力并在機(jī)械自動化方面得到進(jìn)一 步的發(fā)展。 因?yàn)榭雌饋硐窠饘俚臉蚣?，橋式起重機(jī)因此得名。橋式起重機(jī)主要被放置在倉庫、 工廠等場所并只能在指定的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行工作。 1.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀國外發(fā)展現(xiàn)狀 在國外，起重機(jī)發(fā)展速度較快，水平較高。國外在集成電路、微處理器、微型計算 器及電

19、子監(jiān)控技術(shù)等方面具有較大的運(yùn)用，并在節(jié)能、環(huán)保方面等方面加大了投入。 1.3 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀和目標(biāo)國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀和目標(biāo) 隨著時代的發(fā)展，我國起重機(jī)械的種類不斷增加，但在集成電路和微型計算機(jī)方面 仍需不斷加強(qiáng)。對比國外發(fā)展情況，我國應(yīng)大力發(fā)展機(jī)電一體化產(chǎn)品，加強(qiáng)起重機(jī)可靠 性和技術(shù)水平，應(yīng)用新技術(shù)來改善惡劣工作條件，進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。 相關(guān)業(yè)內(nèi)人士指出，未來全球起重機(jī)行業(yè)將向重點(diǎn)產(chǎn)品大型化、高速化和專業(yè)化方 向，系列產(chǎn)品模塊化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化和實(shí)用化方向及通用產(chǎn)品小型化、輕型化、簡易 化和多樣化方向發(fā)展。因此本土起重行業(yè)應(yīng)加大開發(fā)，注重人才的培養(yǎng)和引進(jìn)，切實(shí)增 強(qiáng)行業(yè)的核心競爭力，積極參與國際市場

20、競爭。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2 橋式起重機(jī)總體結(jié)構(gòu)上布置橋式起重機(jī)總體結(jié)構(gòu)上布置方案方案的確定的確定 2.1 起重機(jī)工作時的特點(diǎn)起重機(jī)工作時的特點(diǎn) 起重機(jī)械是間歇動作并具有一定的重復(fù)特點(diǎn)，在搬運(yùn)物體時，首先起升重物，然后 進(jìn)行水平方向的移動，隨著降落被吊物會回到原始位置。像起升機(jī)構(gòu)包括空載和負(fù)載兩 種升降情況，而對于大車這類運(yùn)行機(jī)構(gòu)則具有空載和負(fù)載下的往復(fù)運(yùn)動。對于起重機(jī)械 的一個工作循環(huán)，即搬運(yùn)一次物品的過程中，相關(guān)的工作機(jī)構(gòu)需要進(jìn)行一次正向和反向 的運(yùn)動。對于起重機(jī)械和連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械的區(qū)別就在于前者是以周期性的短暫工作循環(huán)往 復(fù)運(yùn)送物品，而后者是以長期連續(xù)單向的工作運(yùn)送物品。就是這

21、種差異導(dǎo)致起重機(jī)械與 連續(xù)運(yùn)輸在結(jié)構(gòu)和用途上有著區(qū)別。 2.2 起重機(jī)主要參數(shù)起重機(jī)主要參數(shù)的確定的確定 對于起重機(jī)，它的主要參數(shù)有額定起重量、上升高度、起升速度、主梁跨度QH qs V 、大車額定工作速度、小車額定工作速度、起重機(jī)總質(zhì)量、軌距、大小車輪L dc V xc VG xc l 距、最大和最小輪壓和額定工作級別。BF 6 M 其具體數(shù)值如下： ; ; ; ;10Qt16Hm22.5Lm qs V13.3m/ min dc V116.8m/ min ; ; ; ; ; ; xc V43.8m/ minG23.471t2 xc lm5 dc Bm1.4 xc Bm 4 xcmax F3.

22、5 10 N ; ;額定工作級別為。 4 xcmin F1 10 N dcmax F117kN dcmin F52.32kN 6 M 2.3 起重機(jī)的主要組成起重機(jī)的主要組成部分部分 一個正常起重機(jī)由運(yùn)行機(jī)構(gòu)和起升機(jī)構(gòu)、橋架金屬結(jié)構(gòu)和電力設(shè)施組成。其中運(yùn)行 機(jī)構(gòu)和起升機(jī)構(gòu)是使物體作升降及水平方向上的移動，以此來完成一個周期運(yùn)動。 橋架金屬結(jié)構(gòu)是根據(jù)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的，像運(yùn)行機(jī)構(gòu)和起升機(jī)構(gòu)、被掉重物、 橋架本身等這些重力將作用在金屬結(jié)構(gòu)上并要滿足一定條件下載荷的要求。 電力設(shè)施為起重機(jī)提供動力來源，并相應(yīng)提供一些輔助功能。 2.3.1 起升機(jī)構(gòu)的布置方案起升機(jī)構(gòu)的布置方案 本起升機(jī)構(gòu)由吊鉤，

23、鋼絲繩，制動器，減速器，電動機(jī)等部分組成，其中有些零件 采用標(biāo)準(zhǔn)件。 起升機(jī)構(gòu)的連接方式為：電動機(jī)依靠聯(lián)軸器同減速器進(jìn)行連接，再經(jīng)過減速器與卷 筒相連，而卷筒上的鋼絲繩因?yàn)檫B著吊鉤而使物體可以進(jìn)行升降。 起升機(jī)構(gòu)需先確定技術(shù)參數(shù)方可考慮布置方案。主要的標(biāo)準(zhǔn)件根據(jù)計算進(jìn)行選用， 而非標(biāo)準(zhǔn)件要對零件受彎矩、剪力和組合載荷等情況進(jìn)行考慮。 布置方案如圖 2.1 所示： 十噸位橋式起重機(jī)總體設(shè)計 3 圖 2.1 起升機(jī)構(gòu)的傳動簡圖 2.3.2 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的布置方案小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的布置方案 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)依靠電動機(jī)與聯(lián)軸器相連，并通過減速器，低速聯(lián)軸器與小車主動輪 進(jìn)行連接。 起重小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的功能是讓小

24、車在水平方向進(jìn)行移動，使被吊重物能改變工作位 置從而滿足不同要求，而被吊重物又可通過小車傳遞載荷。 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)分為支撐裝置和驅(qū)動裝置。支撐裝置主要通過車輪組傳遞載荷。運(yùn)行 時可通過平衡梁來減小輪壓，而緩沖器安裝在小車上可保證運(yùn)行的安全。因?yàn)殚_式齒輪 摩擦嚴(yán)重，因此驅(qū)動裝置采用閉式齒輪傳動，驅(qū)動方式為集中驅(qū)動，小車傳動方案如圖 2.2 所示： 圖 2.2 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動簡圖 1、電動機(jī) 2、制動器 3、減速器 4、車輪 5 聯(lián)軸器 6 浮動軸 7 聯(lián)軸器 本方案傳動軸所受的扭矩較小，每邊軸的扭矩是減速器輸出軸扭矩的一半。減速器 輸出軸與車輪軸之間的聯(lián)接采用了半齒聯(lián)軸器 5 和浮動軸 6，因而

25、便于安裝，且允許有較 大的安裝誤差。由于齒輪的維護(hù)保養(yǎng)條件好，齒輪傳動構(gòu)成獨(dú)立的減速器部件，因而機(jī) 構(gòu)的拆裝分組性好。但這種方案中，車輪軸承和聯(lián)軸器不可避免增多會使運(yùn)行機(jī)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)復(fù)雜化，造成制造難度加大。 2.3.3 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的布置方案大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的布置方案 在連接方式上，大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)基本相同，都是通過電動機(jī)與聯(lián)軸器， 減速器的連接將動力矩傳遞到到主動車輪組上，其與小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的主要區(qū)別在于兩者 間軌距的差別。 因?yàn)榇筌囘\(yùn)行機(jī)構(gòu)比起小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)對負(fù)載的要求更大，所以大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用分 別驅(qū)動，這樣即方便了安裝又不會因一側(cè)電動機(jī)損壞而在運(yùn)行時造成停止。傳動方案如 圖 2.3

26、所示： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 2.3 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的傳動簡圖 1、電動機(jī) 2、制動器 3、聯(lián)軸器 4、浮動軸 5、聯(lián)軸器 6、減速器 7、軸承座 8 車輪 2.4 起重機(jī)的輪壓起重機(jī)的輪壓的計算的計算 2.4.1 橋架支撐反力的計算橋架支撐反力的計算 考慮到橋架部分為柔性支撐架結(jié)構(gòu)。暫定橋架重心與橋架支承平面交與 O1點(diǎn)，此時 設(shè)小車的重心位于 xx 軸線上（如圖 2.4） ，那么橋架各支承點(diǎn)在靜止?fàn)顟B(tài)下的支承反力 如下： 圖 2.4 橋架支承反力計算圖 (2.1) 1 1 2+2 +11 4442 Q GGG A PPtPP t F LL 橋小運(yùn) (2.2) 1 1 2 t +2

27、t +1+1 4442 Q GGG B PPPP F LL 橋小運(yùn) (2.3) 1 1 2 t +2t +1+1 4442 Q GGG C PPPP F LL 橋小從 (2.4) 1 1 2 t +2t +11 4442 Q GGG D PPPP F LL 橋小從 式中：: 橋架自身重量（N）=145106 G P 橋 : 小車自重（N）39330 G P 小 : 起升載荷（N） Q P10000 : 起重機(jī)運(yùn)行部分自身重量（N）25204 G P 運(yùn) : 從動車輪組自重（N）8920 G P 從 十噸位橋式起重機(jī)總體設(shè)計 5 : 小車與橋架重心間的距離（m） 1 10.55t : 物品與小車

28、重心間的距離（m）0.2 : 起重機(jī)跨度（m）L22.5 當(dāng)小車位于右端極限位置時，、達(dá)到最大值；當(dāng)小車位于左端極限位置時， B F C F 、達(dá)到最大值。 A F D F 當(dāng)小車處于右極限位置時； 1 t10.55m 2 10.550.2145106393302 10.551000025204 1149690 4422.5422.52 A FN 2 10.550.2145106393302 10.551000025204 1172732 4422.5422.52 B FN 2 10.550.2145106393302 10.55100008920 1164590 4422.5422.52 C

29、 FN 2 10.550.2145106393302 10.55100008920 1141548 4422.5422.52 D FN 當(dāng)小車處于左極限位置時； 1 t10.55m 210.55210.550.2145106393301000025204 1+172732 4422.5422.52 A FN 210.55210.550.2145106393301000025204 1149690 4422.5422.52 B FN 210.55210.550.214510639330100008920 1141548 4422.5422.52 C FN 210.55210.550.214510

30、639330100008920 1164590 4422.5422.52 D FN 2.4.2 小車支承反力的計算小車支承反力的計算 由于小車車架剛度很大，所以為剛性支承架，小車各支承點(diǎn)的支承反力如下計算： (2.5) 2 +1 44b Q G AD PP FF 小 (2.6) 2 +1 44b Q G BC PP FF 小 式中 b 為小車輪距（m） ，其它符號同前。 故： 39300100002 0.2 111611 441.4 AD FFN 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 39300100002 0.2 111039 441.4 BC FFN 3 橋式起重機(jī)橋架結(jié)構(gòu)橋式起重機(jī)橋架結(jié)構(gòu)的計算

31、的計算 3.1 主要尺寸的確定主要尺寸的確定 3.1.1 已確定尺寸已確定尺寸 根據(jù)前面所知數(shù)據(jù)：額定起重量；主梁跨度；大車正常工作速度Q10tL22.5m ;小車的軌距；小車基距；額定速度; dc V116.8m/ min xc L2m xc B1.4mv13.3m/ min 起重機(jī)工作額定級別為 6 級；大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)以分別驅(qū)動進(jìn)行工作：; qs V13.3m/ min ;。 dc V116.8m/ min xc V43.8m/ minG23.471t xc l2m 3.1.2 大車輪距的計算大車輪距的計算 根據(jù)公式（3.1）計算大車輪距 (3.1) 11 84 LL 得： 11 22.52

32、.8 5.6m 84 L 取 5mL 3.1.3 主梁高度的計算主梁高度的計算 根據(jù)公式（3.2）計算主梁高度 (3.2) 18 L H 得： （理論值） 22.5 1.25m 18 H 3.1.4 端梁高度的計算端梁高度的計算 端梁高度由公式（3.3）進(jìn)行計算 (3.3) 0 0.4 0.6HH 得： 0 0.4 0.6 1.250.5 0.75mH 取 0 0.7mH 3.1.5 橋架端部上梯形高度橋架端部上梯形高度大小大小 由公式（3.4）可知端部梯形高度為 11 2.25 4.5m 105 CL （3.4） 得: 11 22.52.25 4.5m 105 C 取 2.25mC 十噸位橋

33、式起重機(jī)總體設(shè)計 7 3.1.6 主梁腹板高度的選用主梁腹板高度的選用 由上可知主梁計算高度為 1.25mh 3.1.7 主梁截面尺寸的確定主梁截面尺寸的確定 主梁中間截面各構(gòu)件板厚根據(jù)表 3-1 推 薦確定如下： 起重機(jī)Q(t）5.810（12.5） 15（16）2030（32）50 66.3 12,1416-22 6 8,1010,12 1 腹板厚 1 腹板厚 選取腹板厚；上下蓋板厚主梁兩腹板間距根據(jù)公式（3.5） （3.6）來 1=6mm 2=8mm 選擇： (3.5)b 3.5 H (3.6)b 50 L 得: b357mm b450mm 因此取 b=500mm 蓋板的寬度由公式（3.

34、7）： b+2 +40B （3.7） 得: 5002 640552mmB 取 550mmB 實(shí)際的主梁高度由公式（3.8）： 2Hh （3.8） 得: 12502 81266Hmm 因?yàn)橹髁褐С薪孛娴母叨热?h0=700mm，那么實(shí)際支承截面的高度為： 0 700+2 8=716mmH 此時主梁對于支承和中間截面尺寸圖如下： 表 3-1 箱型主梁腹板和蓋板厚度的薦用值 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 3.1.8 加勁板的布置尺寸加勁板的布置尺寸 由于考慮到主梁截面里受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性，所以一些加勁板的增加必不可少，如圖 3.3。 1間距較大加勁板 2間距較小的加勁板 3加勁角鋼 大加勁板在主梁端部

35、的距離： , 1.25ahm 取 。 , 1.2am 小加勁板在主梁端部的距離： , , 1 1.2 0.6 22 a am 大加勁板在主梁中部的距離由公式（3.9）： (1.5 2)ah （3.9） 得: (1.5 2)1.251.875 2.5am 取 a2m 小加勁板在主梁中部的距離：當(dāng)小車鋼軌用 P15輕軌鋼，此時在水平重心線 xx 的 最小抗彎截面模數(shù)為 Wmin=47.7cm3，則小加勁板根據(jù)連續(xù)梁由鋼軌的彎曲強(qiáng)度條件得到 （加勁板所在位置為連續(xù)的支點(diǎn)；此時加勁板中間受車輪輪壓作用）： 由公式（3.10） 圖 3.3 箱形主梁的構(gòu)造圖 十噸位橋式起重機(jī)總體設(shè)計 9 (3.10) 1

36、 6minW a P 得： 1 6min6 47.7 1700 1.2 4000 10000 1.15 4 W am P 式中：小車的輪壓，設(shè)P xc G4000kg ：動力系數(shù) 1.15 ：鋼軌的許用應(yīng)力， 2 1700/kgfcm 因此可知小加勁板間距 a1= =1m。 2 a2 2 考慮到腹板的高厚比,因此要加入水平加勁桿， ；來使腹板保持 1250 208160 8 h 穩(wěn)定。選擇角鋼作水平加勁桿。50 50 5 3.2 計算載荷計算載荷 3.2.1 固定載荷的計算固定載荷的計算 橋式起重機(jī)橋架上受多種載荷的作用：像固定載荷、移動載荷、水平慣性載荷和大 車運(yùn)行側(cè)向載荷等。 對于固定載荷

37、，分為均布載荷和集中載荷兩類。受載方面對于箱形主梁（主梁、軌 道、走臺和欄桿等） ，是為均布載荷；對于司機(jī)室、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和安裝在走臺上的起重 機(jī)電氣設(shè)備等，這些為集中載荷。設(shè)半個橋架的自重： /2 6400 q Gkg 司機(jī)室的重量，其與主梁一端重心的距離；大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的 0 G1000kg 0 l280mm 重量，其到主梁一端重心的距離為。 1 G750kg 1 l150cm 主梁的均布載荷根據(jù)公式（3.11）： /2q l G q L (3.11)得 l 6400 q =2.84kg/cm 2250 主梁的總均布載荷: , 2.84/ l qqkg cm 考慮到當(dāng)起重機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)的的情況

38、，橋架由于發(fā)生震動，造成固定載荷對橋架的動 力加載。故在計算固定載荷時,要考慮一個沖擊系數(shù)。k 主梁的均布載荷如公式（3.12）： , qk q （3.12） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 式中： 根據(jù)表 3-2 得到 1.1K m/sec運(yùn)行速度1.01.01.5:1.63.0: 3.0 K1.01.11.31.3 得: q1.1 2.843.13kg /cm 3.2.2 移動載荷的計算移動載荷的計算 移動載荷的產(chǎn)生主要來源于小車及被吊重物對主梁的作用。由于起升機(jī)構(gòu)在上升或 下降重物時會產(chǎn)生與運(yùn)動方向相反的慣性力，所以當(dāng)計算作用在主梁上的輪壓時，要引 用一個動力系數(shù)來抵消慣性力產(chǎn)生的額外作

39、用。由表 3-3 選用不同主起升量下兩個車輪 的輪壓值。 521001800 1037003600 1556005700 2073006700 301100010700 501750017000 吊具類型 主起重量 輪壓（kg）輪距（mm） b 3850 2700 吊鉤式 1100 1400 2400 2400 1 P 2 P 注：和還要考慮動力系數(shù)的影響 1 P 2 P , 1 3700Pkg , 2 3600Pkg 考慮動力系數(shù)的影響,小車車輪的輪壓值由公式（3.13）計算： (3.13) , PP 得： 11 1.15 37004255PPkg 22 1.15 36004140PPkg

40、式中： 動力系數(shù)。1.15 3.2.3 水平慣性載荷的計算水平慣性載荷的計算 當(dāng)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)在起動或制動時沿著水平方向會產(chǎn)生慣性載荷，垂直作用在主梁上。 如圖 3.5 所示，其中 Pg為起重小車在滿載時的質(zhì)量所造成的水平慣性載荷，依靠與軌道 的接觸在跨中作用于主梁；qg為橋架本身的重量產(chǎn)生的水平慣性載荷，在主梁上以均布 載荷的方式進(jìn)行作用。 由于主動輪只占全部車輪的一半，水平慣性載荷取各個垂直載荷（即起重小車的輪 壓集中載荷和主梁的均布載荷）的 1/10。作用位置參照 3.5。則： 表 3-2 軌道沖擊載荷 表 3-3 吊鉤小車的輪壓值 圖 3.4 小車輪壓情況 十噸位橋式起重機(jī)總體設(shè)計 11

41、 , 12 37003600 730 1010 g PP Pkg , 2.84 0.284/ 1010 g q qkg cm 3.2.4 車輪側(cè)向載荷的計算車輪側(cè)向載荷的計算 在不同狀態(tài)下，起重機(jī)工作時經(jīng)常會出現(xiàn)一定程度的歪斜，此時歪斜車輪的輪緣和軌 道側(cè)面產(chǎn)生側(cè)向載荷 S,其方向垂直于起重機(jī)運(yùn)行方向，根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，側(cè)向載荷與輪壓、 跨度 L 和大車輪距 K 有關(guān)，可根據(jù)（3.14）計算： (3.14) SP 式中： P輪壓，選擇機(jī)構(gòu)運(yùn)行最大輪壓值； 3.7側(cè)壓系數(shù)，可按圖中曲線取值。 、 3.2.5 載荷組合載荷組合 在一個起重機(jī)的運(yùn)行過程中，所受的載荷不斷變化，如起重載荷，自重載荷等為經(jīng)

42、圖 3.5 水平慣性載荷的作用簡圖 圖 3.6 大車運(yùn)行歪斜時側(cè)向載荷作用簡圖 圖 3.7 側(cè)壓系數(shù)值和輪壓 K 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 常作用于起重機(jī)的，但像慣性載荷等出現(xiàn)時間并不長。即使是經(jīng)常作用的載荷大小也不 一定保持不變，這時應(yīng)將載荷在某些特殊的位置進(jìn)行分析以確保起重機(jī)在各個狀態(tài)下都 能正常工作。對于一些特殊狀態(tài)可見表 3-4 主 梁 12 大車不動，小車在 規(guī)定位置起升或下 降載荷 大車平穩(wěn)制動，小 車在跨中，滿載下 降制動 橋架自重Gq 小車自重 起升載荷 大車起、制動時的慣性載荷 小車起、制動時的慣性載荷 大車運(yùn)行歪斜時的側(cè)向載荷 q K G 載荷種類 載荷情況 構(gòu)件 x

43、c G xc G 11 Q 11 Q gg .qP 其中第 1 種載荷組合情況用于計算結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度；而第 2 種載荷組合情況用于結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計算。 3.3 箱形結(jié)構(gòu)主梁的計算箱形結(jié)構(gòu)主梁的計算 3.3.1 主梁垂直方向上最大彎矩和剪力的主梁垂直方向上最大彎矩和剪力的驗(yàn)算驗(yàn)算 當(dāng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)為分別驅(qū)動時，如圖 3.8 所示： 主梁垂直方向的最大彎矩由公式（3.15）可得： （3.15） 2 0 0 12 max1 10 0 12 2 4 2 xc G P LBk G lqL PP LL Mk Glk G l PPq L 式中： G1=450kg大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的重量； l1=150cm大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的作用

44、位置； G0=1000kg司機(jī)室與支點(diǎn)重心的距離； 根據(jù)上面已知條件： 2 2250 1403.12 22501.1 1000 280 42554140 225022250 max 425541403.12 4 22502 1.1 750 150 1.1 1000 280 6 6647553.766.65 10 GP M kg cm 表 3-4 主梁與端梁的載荷組合情況 圖 3.8 主梁垂直方向載荷簡圖 十噸位橋式起重機(jī)總體設(shè)計 13 主梁截面上的最大剪力由（3.16） 計算： 0 max1210 2 G P xc LBLlqL QPPk Gk G LL （3.16） 得： max 2250

45、1403.13 22502250280 425541401.1 100013114.5 225022250 G P Qkg 3.3.2 主梁水平方向最大彎矩的計算主梁水平方向最大彎矩的計算 主梁水平方向的彎矩是因?yàn)榇筌囘\(yùn)行機(jī)構(gòu)在突然啟動或者制動情況下所產(chǎn)生的水平 慣性載荷造成的。對于作用在橋架主梁上的水平慣性載荷是由兩部分組成：其中一個是 起重小車在吊著重物時產(chǎn)生的集中慣性載荷 Pg；另一個為橋架本身重量引起的均布慣性 載荷 qg。根據(jù)上面條件將水平慣性載荷按照他們的重量的 1/10 取值。將下車部分慣性載 荷由兩個車輪傳遞給主梁簡化并為一個集中載荷 Pg作用于主梁的跨中。在確定主梁水平 方向

46、的彎矩時，可以認(rèn)為橋架平面是一個 6 次超靜定鋼架結(jié)構(gòu)，如圖 3.9 所示： 此時作用在主梁跨中的水平彎矩由（3.17）計算： (3.17) 2 max 2 13 4224 gg g P Lq L LL M 式中： 33 1 2 2 8 3 y xc y I cL L KI （3.18） 主梁截面對垂直重心軸線 yy 的慣性矩（cm4） ； 1y I 端梁截面在垂直方向的 2y I yy 的慣性矩（cm4） ； 圖 3.9 主梁水平方向彎矩簡圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 集中慣性載荷在主梁上的大?。?, 12 37003600 730 1010 g PP Pkg 均布載荷在主梁上的大小：

47、 , 2.84 0.284/ 1010 g q qkg cm 取 =2； 1 2 y y I I ; 500200 ()/ 2150 2 xc CKLcm 并且已知： K=500cm;Lxc=200cm。 因此可得： 33 2 8 150200 225022297.7 3 500 2 max 730 225022500.284 22502 2250 1(3) 42296.7 2242296.7 g M =263568.1 5 2.64 10 kg cm: 3.3.3 主梁的強(qiáng)度驗(yàn)算主梁的強(qiáng)度驗(yàn)算 主梁中間截面的最大彎曲應(yīng)力根據(jù)公式（3.19）計算： () max max () G P g G

48、Pg xy M M WW （3.19） 式中：Wx主梁對軸線 xx 的彎曲截面模數(shù)，由公式（3.20）計算： 1 3 x h WBh （3.20） 主梁對軸線 yy 的抗彎截面模數(shù)，由公式（3.21）計算： y W (3.21) 1 = 3 y B Whb 因此可得： 3 125 0.6 55 0.81258625cm 3 x W Wy= 3 55 0.8 125 0.6504483.3cm 3 65 2 6.65 102.64 10 830/ 86254483.3 kg cm 表 3-5 類載荷組合時鋼材的許用應(yīng)力 十噸位橋式起重機(jī)總體設(shè)計 15 第1組第2,3組第1組第2組第3組 拉伸，壓

49、縮和彎曲16001400230022002050 剪切950850140013001200 端面承壓24002150335032003000 圓柱形軸樞局部緊接擠壓11501050170016001500 應(yīng)力種類符號3號鋼16錳鋼 許用應(yīng)力 ty i 查表 3-5 得：A3鋼的許用應(yīng)力為： 2 1600/kg cm 故 對于最大剪應(yīng)力在主梁上的大小根據(jù)（3.22）： max max 0 2 G P x QS I （3.22） 式中： 主梁截面上所產(chǎn)生的最大剪力，： max G P Q max 13114.5 G P Qkg Ix0主梁支承截面對水平重心軸線 xx 的慣性矩，根據(jù)公式(3.23

50、)計算： (3.23) 0 00 2 xx H IW S主梁支承截面在 yy 垂直重心軸線上的靜矩： 0001 1 2 2422 hhh SB （3.24） 因此可得： 4 0 70 0.671.6 55 0.870145348 32 x Icm 3 70 0.670700.8 255 0.82292.6 2422 Scm 2 max 13114.5 2292.6 172.4/ 145348 2 0.6 kg cm 根據(jù)表 3-5 可知 A3鋼的許用應(yīng)力， 2 950/kg cm 故： max 在主梁同時受有彎矩和剪力作用的任意截面中，由彎曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力產(chǎn)生的合 根據(jù)公式（3.25）： 22

51、 3 （3.25） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 即： ,22222 maxmaxmax 38303 172.4822.1/kg cm 由以上可知，滿足強(qiáng)度條件。 3.3.4 主梁的垂直剛度驗(yàn)算主梁的垂直剛度驗(yàn)算 主梁在吊著重物時，最大垂直撓度根據(jù)（3.26）： 324 1 11 64 48 x PLa f EI （3.26） 式中： 2 1 3600 0.97 3700 P a P 140 0.062 2250 xc B L 5 126.6 8625545962.55.46 10 22 xx H IW 因此可得： 324 65 3700 22501 0.973 1 6 0.0624 0.0

52、62 1.5 48 2.1 105.46 10 fcm 許用撓度值根據(jù)（3.27）： (3.27) 11 7001000 fL 得： 11 22503.21 2.25 7001000 fcm 因此 ff 由上面的計算可知，主梁的垂直剛度足夠。 3.3.5 主梁的水平剛度驗(yàn)算主梁的水平剛度驗(yàn)算 主梁在大車運(yùn)行時，機(jī)構(gòu)受到慣性載荷的作用下，在水平方向最大撓度根據(jù) （3.28）計算： (3.28) 4 34 15 484384 gg g yy P Lq L LL f EIEJ 式中： g P730kg g q0.284kg /cm 2296.7 4 55 4483.3123290 22 yy B I

53、Wcm 十噸位橋式起重機(jī)總體設(shè)計 17 由此可得： 34 730 22503 22500.284 22504 2250 15 66 4 2296.72296.7 48 2.1 10123290384 2.1 10123290 0.455 fg cm 水平撓度的許用值： 2250 1.125 20002000 g L fcm 因此： gg ff 由上面計算可知，主梁的垂直和水平剛度均滿足要求。當(dāng)起重機(jī)不超過額定狀態(tài)時， 不需要再進(jìn)行驗(yàn)算。 3.4 主要焊縫的計算主要焊縫的計算 3.4.1 主梁與端梁的連接焊縫主梁與端梁的連接焊縫 主梁與端梁腹板的連接焊縫的剪應(yīng)力由公式（3.29）計算（查看圖 3

54、.10） （3.29） max 3 30 0.7 G P f Q nh h 式中：h0連接處焊縫計算高度， 0 h0.95h0.95 5855cm 因此： 2 3 13114.5 284/ 2 0.7 0.6 55 kg cm 3.4.2 主梁上蓋板焊縫主梁上蓋板焊縫 主梁在支承處剪力的作用，則上蓋板焊縫剪應(yīng)力根據(jù)（3.30）： max G P Q （3.30） max 0 2 0.7 G P fx QS h I 式中: Ix0主梁在支承處截面對水平重心線 xx 的慣性矩，前面已計算 ； 4 x0 I145348cm S主梁上蓋板對截面水平重心線的面積矩： 3 700.8 55 0.81557

55、.6 2 Scm 因此計算得： 圖 3.10 主梁與端梁的焊縫 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 2 13114.5 1557.6 167.3/ 2 0.7 0.6 145348 kg cm 因?yàn)楹缚p的許用應(yīng)力為，此時滿足要求。 2 950/kgfcm 3.5 計算總結(jié)計算總結(jié) 計 算 項(xiàng) 目 大車輪距主梁高度端部梯形高度腹板高度腹板厚 數(shù) 值 計 算 項(xiàng) 目 上下蓋板厚蓋板寬度大加勁板的間距小加勁板的間距主梁的總均布載荷 數(shù) 值 計 算 項(xiàng) 目 主梁的總計 算均布載荷 小車車輪 的輪壓值 主梁垂直最大彎矩 主梁截面上的最 大剪力 主梁跨中的最大水平 彎矩 數(shù) 值 5Lm1.25Hm2.25Cm

56、 1.25hm 1 6mm 550Bmm 2 8mm 2am 1 1am 2.84/qkg cm 3.13/qkg cm 1 2 4225 4140 Pkg Pkg 6 max 6.65 10. G P Mkg cm max 13114.5 G P Qkg 5 max 2.64 10. g Mkg cm 表 3-6 本章橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸 十噸位橋式起重機(jī)總體設(shè)計 19 4 電氣部分的設(shè)計電氣部分的設(shè)計 4. 1 變頻調(diào)速原理變頻調(diào)速原理 4.1.1 變頻器工作原理變頻器工作原理 由異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式（4.1）： （4.1） s p f snn1 6 1 1 0 根據(jù)上式，電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n 和電源

57、的頻率 f1成正比。 4.1.2 變頻調(diào)速的方式變頻調(diào)速的方式 電動機(jī)感應(yīng)電動勢 E1： （4.2） 1111 E0.44fk 如果不計電動機(jī)里定子阻抗壓降，端電壓 U1為： 11111 U E0.44fk 當(dāng)依靠改變電源頻率 f1來改變速度時，需保證電源電壓 U1隨之變化并使 U1/ f1不變， 這樣才不會造成磁通 變化。電動機(jī)的工作方式根據(jù) U1和 f1有以下三種： (1) 當(dāng)功率與轉(zhuǎn)矩為恒定的調(diào)速 隨著電源頻率慢慢大于額定頻率，此時電動機(jī)轉(zhuǎn)速將超過額定轉(zhuǎn)速，因?yàn)樾枰?為定值，則會造成實(shí)際電壓大于額定電壓，這種情況是不正常的。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速大于 11 /Uf 額定轉(zhuǎn)速時，只能增加頻率而電源電壓

58、始終為額定值，雖然這樣使電動磁通減小而造成 轉(zhuǎn)矩減弱，但總的輸出功率不變。 由上可知，此調(diào)速方法適合當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的情況，特別是功率需求不變 時；而當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速低于額定轉(zhuǎn)速時，需保證不變，此時輸出轉(zhuǎn)矩是不變的，具體如 11 /Uf 圖 4.1 圖（c）： (2) 當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩保持在最大值時 m M 為滿足工作過程中輸出轉(zhuǎn)矩為恒定，要為定值，這時工作電壓與頻率要保持一 11 /Uf 定關(guān)系，即能忽略電動機(jī)阻抗的影響。 當(dāng)工件條件是在額定轉(zhuǎn)速以下時，由于電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不變并在較低頻率下維持較 高轉(zhuǎn)矩，具體如圖 4.1（b）所示： (3) U1/ f1為常數(shù) 當(dāng)工作電壓和工作頻率小于額定值時，

59、在忽略定子壓降的條件下，此時磁通在工作 過程中維持不變。但由于工作電壓的降低，定子壓降漸漸不能忽視，則難以恒定， 11 /Uf 此時磁通減小，輸出轉(zhuǎn)矩隨之減小，即此調(diào)速范圍較小，只適合于如風(fēng)扇等負(fù)載，具體 如圖 4.1 圖（a）： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 (c)(b) 恒 轉(zhuǎn) 矩 恒功率 n n n n M0M00M (a) 圖 4.1 變頻調(diào)速機(jī)械特性 4.1.3 變頻器的類型變頻器的類型 (1) 交交變頻器 由周波變換器將電網(wǎng)的交流電變換成一個頻率可變的交流電供給電動機(jī)。由于它的 最高輸出頻率比起電網(wǎng)頻率的較低，所以此變頻器主要用在驅(qū)動低速電動機(jī)上面。 (2) 交直交型變頻器 由整流器將電網(wǎng)的交流電變成直流電，再通過逆變器將直流變換成頻率，電壓大小 可變化的交流電提供電動機(jī)。變頻器的輸出電壓則在電動機(jī)額定電壓以下進(jìn)行變化。但 變頻器的頻率可大于電網(wǎng)頻率。 (3) 兩種變頻器（電壓源，電流源） 電壓源和電流源兩種變頻器的主要區(qū)別在于對無功分量的處理方式上體現(xiàn)。 當(dāng)變頻器的輸出電壓波形為正弦波，輸出阻抗較高，采用電感來吸收無功分量且輸 出電流波為矩