单梁桥式起重机结构设计

摘要

我做的毕业设计课题是单梁桥式起重机。单梁桥式起重机是一种轻型起重设备，它适用起重量为0.5~5 吨，适用跨度4.5～16.5米，工作环境温度C在-20℃到40℃范围内，适合于车间、仓库、露天堆场等处的物品装卸工作。桥架由一根主梁和两根端梁刚接组成。根据起重量和跨度，主梁采用普通工字钢和U形槽组合焊接形成。主梁和端梁之间采用承载凸缘普通螺栓法兰连接。提升机构采用CD型电葫芦。

此次设计的主要内容有：问题的提出、总体方案的构思，结构设计及对未知问题的探索和解决方案的初步设计，装配图、零件图等一系列图纸的设计及绘制，以及毕业设计说明书的完成。

关键词 ：起重机；桥式起重机；大车运行机构；小车运行结构；小车起升；结构桥架；主端梁

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单梁桥式起重机结构设计

ABSTRACT

The topic of my graduation design is list the beam bridge type derrick of design the list beam bridge type derrick is a kind of light heavy equipments, it start to apply the weight as 0.5~5 tons, apply to across degree 4.5~16.5 meters, the work environment temperature is -20℃to 40℃.Inside scope, suitable for car, warehouse, open-air heap field etc. of the product pack to unload a work. The bridge was carried beam by a lord beam and 2 to just connect to constitute.Accordingto weight with across a degree, lord beam adoption common the work word steel and U form slot combination weld formation.Lord beam and carry an of beam an adoption

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单梁桥式起重机结构设计

loading To good luck common stud bolt method orchid conjunction.Promote the organization adoption CD type an electricity bottle gourd.

The main contents of this time design have:The problem put forward, conceive outline of total project, possibility design, structure design and draw towards doing not know a problem of investigate and solution of first step design, assemble diagram, spare parts diagram wait a series the design of the diagram paper with, end include graduation design manual of completion.

Keywords: cranes;bridge type derrick ；During operation organization; Car running structure; Car hoisting structure; Bridge; Main girders.

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目录

前 言6

1 单梁桥式起重机的概述 .............................................. 7

1.1单梁桥式起重机的整体描述7

1.1.2 单梁桥式起重机机构的特点8 1.1.3 单梁桥式起重机的基本参数8 1.1.4 桁架梁和箱形梁的比较8

1.2 LD型电动单梁桥式起重机各部件的作用（位结构）8

1.2.1 主梁8 1.2.2 端梁8

1.2.3主梁和端梁的联接9 1.2.4 电动葫芦9 1.2.5 大车9 1.2.6 小车架10 1.2.7 小车10 1.2.8操纵室10 1.3 运行机构10

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1.3.1 小车运行机构11 1.3.2 大车运行机构11

2 工作条件及设计要求12

2.1 型式及设计的构造特点13 2.2 选择电动葫芦的规格型号14 2.3 主梁设计计算14

2.3.1 主梁断面几何特性14 2.3.2 主梁强度的计算16 2.3.3刚度计算21 2.3.4 稳定性计算29 2.4 端梁设计计算30

2.4.1 轮距的确定24

2.4.2 端梁断面几何特性24 2.5 起重机最大轮压25

2.5.1起重机支座及作用33 2.5.2 起重机最大轮压的计算33 2.6 最大歪斜侧向力30 2.7 端梁断面合成应力31 2.8 车轮轴对端梁腹板的挤压应力39

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2.9 主、端梁连接计算40

2.9.1 主、端梁连接形成式及受力分析40 2.9.2 螺栓拉力的计算41

3 小车起升和运行机构的设计计算36

3.1 电动葫芦起升机构设计计算37

3.1.1 电动葫芦的基本设计参数37 3.1.2 电动葫芦起升机构简要设计步骤38 3.2 电动葫芦运行机构设计计算45

3.2.1.电动小车运行静阻力计算45 3.2.2.电动机的初选预验算46 3.2.3 传动比47

3.2.4 制动器的选择及计算48

4 大车运行机构设计计算62

4.1 确定机构传动方案62

4.2 选择车轮和轨道，验算车轮强度62 4.3 验算车轮的疲劳强度63 4.4 传动装置设计计算65

4.4.1 选择电动机65

4.4.2 大车运行机构的功率计算66

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4.4.3 验算电动机67 4.5设计减速装置55

4.5.1选择减速器的类型55 4.5.2确定减速器的型号56

4.6 起重机有关使用机构的安全装置57

4.6.1 缓冲器57

4.6.2 起升高度限位器58 4.6.3 行程限位器58 4.6.4 安全开关58

4.7 起重机的组装及试车要求58

4.7.1起重机的安装注意事项58 4.7.2 起重机的试车要求60

致 谢62 参考文献63

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前 言

光阴似箭，转眼间四年大学生活即将结束，毕业设计是对我们四年大学生活的一个总结，更是对四年大学学习成果的检验。它要求我们应用所掌握的基本理论知识去解决现实中的一些问题，进而提高我们各方面的能力，如：收集信息的能力，发现问题的能力，分析和解决实际问题的能力，获取新知识的能力以及综合运用所学知识和技能的能力。

为积极响应院方号召，更好的完成本次毕业设计工作，毕业设计工作展开前我进行了毕业实习，通过工厂实习，了解了桥式起重机的基本结构和基本工作原理，从而为顺利完成毕业设计奠定了坚实的基础。

我毕业设计的课题是单梁桥式起重机。单梁桥式起重机是一种轻型起重设备，适合于车间、仓库、露天堆场等处的物品装卸工作。桥架由一根主梁和两根端梁刚接组成。根据起重量和跨度，主梁采用普通工字钢和U形槽组合焊接形成。主梁和端梁之间采用承载凸缘普通螺栓法兰连接。这次设计主要是对其主梁和端梁等桥架重点设计，包括一些常规性的强度刚度及稳定性的设计，除此还有一些驱动装置的计算，从而达到初

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步具备设计起重机重要部件的基本能力，为以后的设计和起重机选用奠定一定的基础。

1 单梁桥式起重机的概述

1.1单梁桥式起重机的整体描述

起重机是具有起重吊钩或其它取物装置在空间内实现垂直升降和水平运移重物的起重机械。

LD型电动单梁桥式起重机为一般用于机械制造、装配、仓库等场所（此次设计的是用于机修车间）。LD型电动单梁桥式起重机不适于用来调运熔化金属﹑赤热金属、易燃品及其危险物品，也不适用于在有爆炸危险、火灾危险、充满腐蚀性气体和相对湿度大于85%的场所工作。

LD型电动单梁起重机是在天津起重设备厂70年代初开

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发的DL型电动单梁起重机基础上，经全国联合设计研发而成，配套的电动葫芦为CD和MD型。是一种有轨运行的轻小型起重机，额定起重 0.5～5.0 吨,适用跨度7.5～22.5米，工作级别在A3~A5，工作环境温度在-25℃ ～40℃ 范围内。起重机运行速度小于45m/min时，采用地面跟随式操纵，运行速度大于45m/min时，采用操纵室操纵。 1.1.1 单梁桥式起重机的工作方式

它安装在厂房高出两侧的吊车梁上，整机可在吊车梁上铺设的轨道上横向行驶，起重小车沿小车轨道行驶。吊钩做升降运动，即及CD1型或MD1的电动葫芦配套使用完成重物的升降、平移。

1.1.2 单梁桥式起重机机构的特点

主要优点是：结构简单、重量轻、对厂房的负荷小、耗电少。主梁及端梁采用螺栓连接、拆装、运输、补充备件方便，轮压小，安装快，维修方便。缺点是起重量不大。

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1.1.3 单梁桥式起重机的基本参数

起重量、起升高度、起升速度、葫芦运行速度、大车运行速度、跨度、车轮及轨距。 1.1.4 桁架梁和箱形梁的比较

桁架梁挡风面积小、风阻力小、节省钢材；缺点是外形尺寸大，要求厂房建筑高度大，而且桥梁是由很多根不同型号和规格的杆件逐件焊接而成，费工、费钱。

箱型梁的优点：外形尺寸小，用整块钢板焊成，便于下料和采用自动焊接，适合大批量生产；缺点是自重较大。 1.2 LD型电动单梁桥式起重机各部件的作用（位结构） LD型电动单梁主要由主梁、端梁、主动轮、被动轮、工字钢、大车驱动装置和小车组成。 1.2.1 主梁

主梁是采用钢板压延成型的U型槽钢及工字钢组焊而成的箱型实腹梁。作用是支承着可移动的小车，并能沿铺设的专用

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轨道运行，将起重机的全部质量的重力传给厂房建筑结构，结构简单适用，工艺性好。 1.2.2 端梁

由两种形式：一种是钢板压延成型的U型槽钢组焊成形，在焊接车门那个箱形结构，适用于做中、小起重机吊钩桥式起重机的端梁；另一种是四块钢板拼成的箱形结构，通常配制带角形轴承箱的车轮组，但焊接工作量大，生产效率低于前种（本产品采用前一种） 。 1.2.3主梁和端梁的联接

两种形式：一种是在主梁的两端，螺栓加减载凸缘连接形式。这种方式的优点是：主、端梁可以分批生产再组装，加工及库存的占地面积小、输送方便、费用较低。另一种形式是加连接板再焊接的方法联接。优点是：制造简单、装拆方便、成本低，是我国中、小起重机吊钩桥式起重机端梁和主梁的主要连接形式。（本产品采用第一种连接方式）

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1.2.4 电动葫芦

它是一种由电机驱动，经卷筒、滑轮或起重链条，带动取物装置升降的轻小型起重设备。它具有体积小、重量轻、操作维修方便、价格低、安全可靠等特点，主要应用于起重量及工作范围要求不大或对工作速度要求不高的场合。将上部固定，可将起重设备单独使用或是通过小车悬挂在工字钢轨上运行，电动单梁桥式起重机、龙门起重机、臂架型起重机的起重小车，使用作业面积扩大，使用场合增多，由于如此灵活，可作工厂、码头、仓库、等常用的起重设备。电动葫芦有渐开线外啮合齿轮传动和行星齿轮传动两类，但前者具有制造简单、维修方便、效率高等特点。 1.2.5 大车

使起重机作水平运动，用于搬运货物或调整工作位置，同时可将作用在起重机上的载荷传给支承它的基础。大车轨道中心间的距离称为跨度S，在该轨道上运行的动作称为大车运行。在桥架的中心或两端装有大车运行电动机，从电动机的水平轴引出动力，驱动半数的车轮。

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1.2.6 小车架

是支承和安装电动葫芦和小车运行机构的机架，同时又是传递起升载荷的金属结构，LD型起重机采用工字钢。 1.2.7 小车

是小车作水平运动，用以搬运货物或调整工作位置，同时将作用在小车上的载荷传给支承的主梁。本品采用电动机、卷筒、制动器、钢丝绳和吊钩于一体的CD型电动葫芦。 1.2.8操纵室

用于司机操纵起重机的运行工作，操作室的构造及位置安装应保证使司机有良好的视野。其结构分为敞开式及封闭是两种，桥式起重机的操作室应安装在无滑线一侧的桥架上。 1.3 运行机构

运行机构的任务是使起重机或小车作水平运动，用于搬运货物或调整工作位置，同时可将作用在起重机或小车上的载荷传给支承它们的基础。陆上的起重机的运行机构分为有轨道运行和无轨道运行两类，而桥式起重机的运行属于前一类。

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桥式起重机上的运行机构：由电机、传动装置、制动器和车轮组成。 运行机构是依靠主动车轮及轮道间的摩擦力来实现驱动的。为了保证有足够大的驱动轮，驱动车轮应布置得当，在任何情况下，都应使其具有足够大的轮压。桥式起重机上运行机构的驱动轮，通常为总轮数的一半，采用对称成四角布置，这样可保证驱动轮轮压之和不变，不会发生打滑现象，使机构运行正常。

1.3.1 小车运行机构

LD型电动单梁桥式起重机采用自行式的自动葫芦。 1.3.2 大车运行机构

LD型电动单梁桥式起重机的大车运行机构一般均作分别驱动的型式（每一边轨道上的大车运行机构的主动车轮分别用单独的电动机来驱动），电动机采用带制动器的绕线型电动机或带制动器的变极笼型电动机。司机室操纵室用绕线的电动机，传动装置采用自行式电动葫芦电动小车的闭线减速器。一级开式齿轮减速器的型式。其中闭式齿轮部分是专用同轴式减速机，这种型式的传动装置简单、轻巧、零件数量少、通用化

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程度高，便于制造和修理，开式齿轮较易磨损，传动效率稍低。采用全封闭型减速器或采用带制动器的电动机减速器套装组合式的传动装置便于专业化生产，传动效率较高，但制造及安装精度要求较高。QS系列“三合一”减速器为三级渐开线布置平行轴传动外啮合渐开线硬齿面圆柱齿轮减速器（中华人民共和国专业标准号为：ZBJ19027—90）。减速器直接按及带制动器的绕线鼠笼式电动机相配，集减速器、电动机、制动器为一体，制动器不需配电源，所配电机具有双重功能接通电源即可旋转，切断电源后，电机本身即产生制动力矩而制动。大车运行机构中采用“三合一”驱动部件，使机构变得非常紧凑、自重轻、分组性好、装配及更换方便，不受桥架起台和小车架变形的影响，并由于驱动部件不及走台相连接，可以减少主梁的扭转载荷，而且可使走台的构造也大为简化，但当电动机容量增大时，悬臂受力复杂化。故大型起重机的运行机构，目前仍采用分组式分别驱动，大车轮采用圆柱形踏面的双轮缘车轮，小车车轮采用圆锥鼓形车轮。

2 工作条件及设计要求

为机修车间设计一台LD型电动单梁桥式起重机，具体要求如

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下：

⑴起重量：5吨 ⑵起升高度：9米

⑶电动葫芦运行速度：30m/min ⑷电动葫芦的起升速度：8 m/min

⑸葫芦最大轮压：P max=1900公斤（kg） ⑹葫芦自重：G=500kg ⑺起重机跨度：16.5 m ⑻大车运行速度：45m/min ⑼大车轮距：2.5m

⑽工作级别：M5 ⑾工作环境：一般常温 ⑿使用寿命：10年

⒀操纵室操纵：G操=400公斤 2.1 型式及设计的构造特点

LD型电动单梁桥式起重机由桥梁、小车、大车运行机构、电器设备构成。桥架由一根主梁和两根端梁用螺栓连接而成。电动单梁桥式起重机是一种有轨运行的轻小型起重机。它适用

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于额定起重量为：0.5～5吨，适用跨度为4.5～16.5米，工作环境温度在-25℃～40℃范围内，起重机的工作级别为A3～A5，LD型电动桥式起重机是按中级工件类型设计和制造的。

本次设计的LD型电动单梁桥式起重机的主梁结构式采用钢板压延成形的U形槽钢及工字钢组焊成的箱形实腹梁。端梁也是用钢板压延成U形槽钢，再组焊成箱形封闭箱，为贮存，运输方便，在主梁及端梁之间用M20的螺栓（45号钢制）连接而成。大车运行时靠两台锥形转子电机，通过齿轮减速装置驱动两边的主动车轮实现移动。运行机构采用分别驱动形式制动靠锥形转子制动的交流异步电机来完成。起重机主电源由厂房一侧的角钢或圆钢滑触线引入，电动葫芦由电缆供电。

电动单梁桥式起重机的外形如下图1所示：

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图1 电动单梁桥式起重机

2.2 选择电动葫芦的规格型号

电动葫芦的形式及参数，参见产品样本，选用目前应用得最多的CD1型。CD1型电动葫芦的起重量一般为0.5～10吨，起重高度为6～30m，起升速度为8 m/min，起重量为10t时为7 m/min。而CD1型电葫芦具有两种起升速度，除常速外，还有0.8 m/min的慢速可满足精密装卸，砂箱合模等精细作业的要求。电动葫芦的总体结构可分为起升机构和运行机构两部分，起升机构由电动机、制动器、减速装置、卷筒装置以及吊钩滑轮组等组成。

本次设计的电动小车采用CD1型5t电动葫芦，CD1型电动葫芦的主电机为带锥形制动器的锥形转子电机，电机和制动器制成一体。使电动葫芦结构紧凑、自重轻。据资料查得，电动葫芦型号CD15-9D,自重为500kg。 结果：选用CD15-9D。其设计计算见后面。

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2.3 主梁设计计算 2.3.1 主梁断面几何特性

根据系列产品资料，粗布给出主梁的断面尺寸如图示：

l1=400yxh1=400x1234σ1=5y2l2=25y15β=47°σ2=51h1=220Fh2=280H=800l3=105b=122x'x'σ=1051-压制成型的U形槽钢；2-加劲隔板；3-斜侧板；4-工字钢；5-补强钢板 图2 主梁断面尺寸

根据系列产品资料，查得28a普型工字钢（GB706-65）

的尺寸参数：

h= 280mm b=122mm d=8.5mm t=13.7mm F1=55.45 q=43.4公斤/m 主梁断面面积

J x=7114cm² J y=345cm²

F=0.5（l1-2×δ1）+2δ1×h1+2×δ2×l2+F1+δ×l3 = 151cm²

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主梁断面水平形心轴x-x位置 y1=

式中：∑F1—主梁面的面积（cm²）.

∑F1 y1x-各部分面积对x-x′轴的距离（cm³） y1x-各部分面积形心至x′-x′轴的距离(cm)

则：y1 =37cm y2 =4cm

结果：F=151cm²

y1=37cm y2 =4cm 主梁断面惯性矩

J x=ΣJ xi+ΣF iy1² =111545cm

4J y=ΣJ y i+ΣF iy1² =21849 cm

4结果：J x=111545cm J y=21849cm

442.3.2 主梁强度的计算

根据这种起重机的结构形式及特点，可以不考虑水平惯性对主梁造成的应力，水平面内对主梁的扭转作用也可以忽略不计。该主梁的强度计算按第Ⅱ类载荷进行组合，

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由于小车的轮距很小，可近似的按集中载荷计算。跨中断面弯曲正应力包括：梁的整体弯曲应力和由小车轮压在工字钢下翼缘引起的局部弯曲应力两部分，合成后进行强度校核。梁的整体弯曲在垂直平面内按简支梁计算，在水平面内按刚度的框架计算：

图3 简支梁受力分析

垂直载荷在下翼缘引起的弯曲应力

根据《起重机设计手册》计算：

y1PLkG操kqL2+) 单位：公斤/厘米² σx=(yx428式中：P=ψⅡQ+KIIG葫

其中：Q-额定起重量,Q=5000公斤； G葫-电动葫芦自重,G葫=500公斤；

ψⅡ-动力系数，对于中级工作类型,ψⅡ=1.2； kⅡ-冲击系数，对于操纵室操纵时 ,kⅡ=1.1；

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y1-主梁下表面距断面形心轴x-x的距离,y1=37厘米 ； Y x-主梁跨中断面对x-x轴惯性力矩，y x=111545cm；

4 l-操纵室重心到支点的距离，l=100cm； G操-操纵室的重量，G操=400公斤； G葫 –电动葫芦的自重， G葫=500公斤； q-桥架单位长度重量（公斤／米）；

q= 1000×F×γ+q´

其中： F-主梁断面面积，F=0.0151 m² γ-材料比重，对钢板，γ=7.85t／m²

q´-材料横加筋板的重量所产生的均布载荷，／m；

所以：σx=1060公斤/厘米² 主梁工字钢下翼局部弯曲计算

p轮LR dabc 图4 工字钢下翼轮压局部󰀂图6 23 / 81

q´=7.5 t单梁桥式起重机结构设计

计算轮压作用点位置i及系数ζ i=a+c-e

式中：i-轮压作用点及腹板表面的距离（cm）；

c-轮缘同工字钢翼缘边缘之间的间隙，取c=0.4 cm； a=

b-d=(12.2-0.85) ÷2=5.675cm 21e=0.1R（cm）对普型工字钢，翼缘表面斜度为.

6R-为葫芦定轮踏面曲率半径，由机械手册31.84查得R=17.5

cm

则： e=0.1×17.5=2.87 cm

所以：i=5.675＋0.4-2.87=3.205 ξ==3.205÷5.675=0.57

结果：i=3.205 ξ=0 .57 工字钢下翼缘局部曲应力计算：

ia

图5 主梁工字钢

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如上图所示L点横向（在oxy平面内），局部弯曲应

力σ1由下式 计算：

σx=±

式中：

a1-翼缘结构形成系数，贴板补强时取a1=0.9；

k1-局部弯曲系数，由图可得：k1=1.9

图6 局部弯曲系数

其中：t-工字钢翼缘平均厚度 δ-补强板厚度

t0=t+δ δ=1 cm

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t=1.37 cm

t0²=（1.37+1）²=2.37²=5.61 cm²

所以：σ1=±(0.9×1.9×1900÷5.61)=579公斤/

厘米²

结果：σ1=579公斤／厘米²

如图，1点纵向局部弯曲应力为σ2由下式计算：

σ2=±

式中：k2由图得：k2=0.6

所以：σ2==183公斤／厘米²

如图中得α´点纵向局部弯曲应力为σ3，由下式计算：

σ3=±

式中：

K3-局部弯曲系数，查图得：k3=0.4

a2-翼缘结构形式系数，贴板补强时a2=1.5

所以：σ3=±（1.5×0.4×1900÷5.61）=203公

斤／厘米²

主梁跨中断面当量应力计算

图中的1点当量应力为

2-1(+x) σ当=12+（2+x）226 / 81

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=1077公斤／厘米²＜[σ]=1800公

斤／厘米²

αˊ点当量应力为α当αˊ，由下式计算： α当i=αx+α3=1060+203=1263公斤／厘米² ＜[σ]=1800公斤／厘米²

2.3.3刚度计算

垂直静钢度计算

f=≤[f]=

L 700式中：f-主梁垂直静挠度（cm）

P-静载荷（公斤）

P=Q+G=5000+500=5500公斤 L-跨度 L=1100厘米

E-材料弹性衡量，对3号钢E=2.1×10³×10³

公斤/厘米²

J x-主梁断面垂直惯性矩（cm）

4J x=111545cm

4[f]-许用垂直静挠度（cm），取[f]=

L厘米 70027 / 81

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550016503所以： f==2.2cm .82.110111545[f]=1650÷700=2.36cm

f＜[f] 所以满足要求结果 水平静刚度计算 f水=≤[f水]=

式中:f水-主梁水平静挠度，cm； P′-水平惯性力，公斤；

P′==（5000+500）÷20=275公斤； J y-主梁断面水平惯性矩； J y=21849 cm；

4[f水]-许用水平静挠度，取[f水]= 厘米。 [f水]=1650÷200=0.825cm； f水==0.56cm

f水＜[f水]==0.825厘米满足要求 动刚度计算：

在垂直方向的自振周期： T=2πM≤[T] ＝0.3s K 式中：T-自振周期（秒）

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M-起重机和葫芦的换重量，

M=(0.5qlk+G)

其中：g-重力加速度，g=980cm/s²； L-跨度， L=1650cm；

q-主梁均布载荷，q=1.26公斤/厘米； G-电动葫芦的重量，G=500公斤。 所以：M=²／厘米

1(0.5×1.26×1650＋500)=1.75公斤·秒9801g K===5006公斤／厘米

则：T==0.1112秒 T＜[T]=0.3s 2.3.4 稳定性计算

(1) 主梁整体稳定性

由于本产品主梁水平刚度比较大，故可不计算主梁的整体稳定性。

(2) 主梁腹板的局部稳定性

由于葫芦小车的轮压作用在主梁的受拉区，所以主梁

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腹板局部稳定性不计算。

(3) 受压翼缘板局部稳定性

由于本产品主梁是冷压形成的U形槽钢，通过每隔一米间距的横向加筋板及斜侧板同工字钢组焊成一体。U形槽钢的两圆角都将大大加强上翼缘板稳定性，所以受压翼缘板局部稳定性可不计算。 2.4 端梁设计计算

本产品的端梁结构采用钢板冷压成U形槽钢，再组焊成箱形端梁，见下图，端梁通过车轮将主梁支承在轨道上，端梁同AC1BCC车轮的联接形成是将车轮通过心轴安装在端梁的腹板上。

A

K图9 C1B30 / 81

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220yy147510280285300ZC=79yc=153ZZZ151Zyy5 图7 端梁

2.4.1 轮距的确定

111k1=～ 即k=(～)L

757L511 =(～)×16.5

57 =2.357～3.3m 取k=2.5m=250厘米 2.4.2 端梁断面几何特性

(1) 断面总面积

参数见断面图，则：

F=2×30×0.5+2×21×0.5+28.5×1=79.5cm (2) 形心位置

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(相对于z′-z′)则： y1=15.4cm

所以：y2=30-15.4=14.7cm (相对于y′-y′)则：

z1=(30×0.5×22.75+30×0.5×1.25+28.5×1×0.5+2×21×0.5×12) ÷79.5

=7.9cm

所以：z2=23-z1=15.1cm (3) 断面惯性矩 J x=8452.34cm

4 J y=6659.6cm

4以上的计算公式均出自《起重机设计手册》P146 平行移动轴公式：Iz1=I z+a²A

bh3 I z=

12(4) 断面模数

W x=J x/y1=8452.34÷15.4=751cm³

W y=J y/Z2=6659.6÷15.1=441cm³

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2.5 起重机最大轮压

一般的单梁桥式起重机是由四个车轮支承的，起重载荷通过这些支承点传到轨道道上。 2.5.1起重机支座及作用

起重机支座反力作用见下图：

BAG轮主G驱L1L2G驱G轮主G横KG载G桥G载G横G室K1G轮从D图12lSLK/2CG轮从 图8 起重机支反力作用

2.5.2 起重机最大轮压的计算

带额定载荷小车分别移到左、右两端极限位置时，按第Ⅱ类载荷计算最大轮压。

（1）操纵室操纵，当载荷移到左端极限位置时，各车轮轮压

Na=·(1+

2L1k1)+++ KⅡG轮主+ KⅡG驱+ ·

kL33 / 81

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2L1k)+++ KⅡG轮主+ KⅡG驱+ ·

kL2L1k-k1N c=·(1-)+++ KⅡG轮从+ KⅡG驱+ ·

kL2L1Nd=·(1+)+++ KⅡG轮从+

Lk-k1 KⅡG驱+ ·

kNb=·(1-

式中：Q-额定起重量，Q=5000公斤； G-电葫芦重量，G=500公斤；

KⅡ-冲击系数，对有操纵室的单梁吊取kⅡ=1.1；

ψⅡ-动力系数，对中级工作类型单梁吊取ψⅡ=1.2；

G端-端梁重，G端=165kg；

G轮主-主动轮装置重，G轮主=65.5； G轮从-从动轮装置重，G轮从=46公斤； G驱-驱动装置，G驱=497公斤； G操-操纵室重量，G操=400公斤；

q-主梁单位长度的重量.q=126公斤/m=1.26公斤/cm；

L-跨度，L=1650厘米； k-轮距，k=250cm；

s1=841.5cm s2=1310cm 均出自《起重机计算实例》。

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所以：

N a=3936N N b=9600N N c=9060N N d=41920N

⑵ 操纵室操纵

当载荷移到右端极限位置时各车车轮轮压： N a=·(1-2L2k1)+++ KⅡG轮主+ KⅡG驱+ · Lk2L2k1N b=·(1+)+++ KⅡG轮主+ KⅡG驱+ ·

Lk2L2k-k1N c=·(1+)+++ KⅡG轮从+ KⅡG驱+ ·

Lk2L2k-k1Nd=·(1-)+++ KⅡG轮从+ KⅡG驱+ · Lk式中：l2=694cm 所以：N a=100N N b=38050N N c=37520N

N d=13450N

当起重机满载时，无论在左端或右端 NA=ND NB≈NC

都相差不大，因此，计算均通过。

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⑶ 当起重机空载时

a.操纵室操纵起重机各轮的轮压（运行到左侧时）

2L1k1)+++ KⅡG轮主+ KⅡG驱+ ·

kL2L1k1 Nb空=·(1-)+++ KⅡG轮主+ KⅡG驱+ ·

kL2L1k-k1 N c空=·(1-)+++ KⅡG轮从+ KⅡG驱+ ·

kL2L1k-k1 Nd空=·(1+)+++ KⅡG轮从+ KⅡG驱+ ·

kLNa空=·(1+

式中的各参数及前面所表示的一样 则： N a空=10900N N b空==8050N N c空=7510N N d空=13460N

（4）操纵室操纵，空载时移到右端极限位置时，各车轮的轮压：

Na空=·(1-2L2k1)+++ KⅡG轮主+ KⅡG驱+ · Lk2L2k1Nb空=·(1+)+++ KⅡG轮主+ KⅡG驱+ ·

Lk2L2k-k1N c空=·(1+)+++ KⅡG轮从+ KⅡG驱+ ·

Lk2L2k-k1N d空=·(1-)+++ KⅡG轮从+ KⅡG驱+ · Lk所以：N a空=8510N

N b空=10440N

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N c空=9900N N d空=11070N

所以，电动单梁桥式起重机对操纵室操作满载时，它的最大轮压是当载荷移到左端极限位置时的从动轮D上，即：N D为最大轮压N max=41920N.N min为最小轮压，出现在当起重机空载时，电动葫芦移到左侧时B轮上的轮压，即N min=N B空=8050N 2.6 最大歪斜侧向力

起重机运行时，由于各种原因会出现跑偏、歪斜现象。此时，车轮轮缘及轨道侧面的接触，并产生运行方向垂直的侧向力s.

图9 桥架简图

由上图所示：当载荷移到左端极限位置时，操纵室操纵时最大轮压为ND=31公斤，并认为NA≈ND,这时的最大歪

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斜侧向力为：

SD=λ·N

式中：N-最大轮压 ,N=4192公斤； λ-测压系数。

对于轮距k同跨度l的比例关系在

之间，可取λ=0.1 。

所以： SD0.14192419.2公斤

当载荷移到右端极限位置时，操纵室操纵最大轮压为3805公斤，这时最大歪斜侧向力为：

SB0.13805380.5公斤

2.7 端梁断面合成应力

由于操纵室连接架加强了操纵室侧端梁的强度，所以最大侧向力考虑当载荷右移到极限位置时最大侧向力在B轮上。

=NKSKNBKSBK2Wx2Wy2Wx2Wy

式中：K-轮距，K=250cm；

3WxWy—断面模数，Wx=549cm3，Wy=441cm；

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〔σ〕-许用应力，由于端梁受力复杂，一般只计算垂直载荷和歪斜侧向力，所以许用应力3号钢取〔σ〕≤1400公斤／cm²；

σ=3805×250÷(2×549)+380.5×250÷(2×441)=974公斤/厘米²

所以σ＜[σ]=1400公斤/厘米².安全 2.8 车轮轴对端梁腹板的挤压应力

车轮轴对端梁腹板的挤压应力为σ挤 σ挤=

P0=≤〔σ挤〕 d00D式中N—操纵室操纵时，起重机最大轮压，当载荷小车移到左端极限位置时，最大轮压在D轮上，即N=4192公斤；

Dd0—端梁腹板轴孔直径，d0=7cm; 0—端梁支撑腹板厚，0=1.5cm

〔σ挤〕—许用压应力，对3号钢取〔σ挤〕=1150公斤/ cm²

所以σ挤 =4192÷（2×7×1.5）=200公斤/厘米² ＜〔σ挤〕=1150公斤/ cm²，安全

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2.9 主、端梁连接计算

2.9.1 主、端梁连接形式及受力分析

本产品的主、端梁连接是采用螺栓和减载凸缘结构的形式，如图所示，主梁两端同端梁之间各用六个M20螺栓(45号钢)连接。

A1Q横梁主梁AQ局部放大A10255Ayx7510x(6)3108585d20500540y(b)图16 图10 主、端梁连接

受力分析：这种连接形式，可以为在主、端梁之间，垂直载荷由凸缘承受剪力及挤压力，此情况下，螺栓主要承受由起重机运行时的歪斜侧向力和起重机支承反力所是使的造成的拉力。一般水平惯性力对螺栓的影响可忽略不计。

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本产品的操纵室是由一个刚强的连接架同时连接到主梁及端梁上。这样就加强了主、端梁之间的连接强度，所以这里仅验算非操作室一侧的主、端梁连接强度。 2.9.2 螺栓拉力的计算

（1）起重机歪斜侧向力力矩的计算

已知：起重量Q=5000公斤 跨度L=1650cm 起重机运行速度V=45m／min

如（歪斜侧向力简图）所示：起重机歪斜侧向力矩为：MS=s·k

式中;s-歪斜侧向力，由前节得：s=se=380.5公斤 k-轮距 k=2.5m

所以：MS=380.5×2.5=951公斤／米 （2）歪斜侧向力矩对螺栓拉力的计算

如上图（b）中，对螺栓d的计算

设歪斜侧向力矩MS对螺栓d的拉力为N1则N1= 式中系数2.5是考虑螺栓预案紧力及载荷分布不均匀性的系数。

式中：MS-歪斜侧向力矩，MS=951公斤／m²

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x-螺栓d距离图（b）中的y-y轴的距离 x=0.52m

∑Xi²-每个受拉螺栓距离y-y轴的平方之和（m²）

所以：N1=1522公斤

（3）起重机支承反力对螺栓的作用力矩

当载荷移动到非操纵室一侧的极限位置时，取端梁作为受力离体，其受力如下图：

图11 车轮受力分析

取ｃ点为受力平衡点∑ＭＣ=0 得：MR=MN=RBl0

式中：l0-力臂，如图中所示，取t0=12cm；

MR-支反力RB对C的作用力矩（公斤／m）； MN-所有受拉螺栓对C点得力矩之和（公斤／m）； RB-起重机右端支反力，可认为是RB=NB+NC；

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RB=3805+3752=7557公斤 ；

所以：ＭR=MN=RBl0=7557×0.12=907kg•m （4）支反力矩对螺栓的拉力

设支反力矩MR对螺栓d的拉力为N2.

N2=

式中：MN-各螺栓的力矩和； MN=907公斤·米；

y-螺栓d中心线至上图z-z轴的距离（m）；

2.5-考虑螺栓预紧力及载荷分布不均及性的影响

系数。

所以：

N2=3048kg （5）螺栓d承受的总拉力

N0=N1+N2=1522+3048=4570kg

（6）验算螺栓强度

受拉螺栓强度σ=

N0≤[σ] F0式中：N0-螺栓总拉力， N0=4570公斤；

d02 F0-螺栓的净断面面积cm，F0=；

4其中：d0-螺纹根径，对于M20螺栓的螺纹底径d0=16.75mm

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即：1.675cm ；

所以 F0=3.14×1.675 ²÷4=2.2cm ²

〔σ〕-螺栓的许用应力（公斤／厘米²）； 〔σ〕=（0.5～0.6）σs

其中：σs-材料屈服极限，对端梁连接螺栓采用45号钢正火的M20螺栓，σs=3600公斤／厘米²。

所以：σ=4570÷2.2=2077公斤／厘米²﹤〔σ〕 所以:强度合格

（7）凸缘垂直剪切应力验算

剪应力：ι=c·RB/F′≤〔ι〕

式中：c-受剪断面形状系数，对矩形断面，c取1.5；

RB-支反力，RB=7557公斤； F´-受剪面积，F´=1×54=54cm²；

〔ι〕-材料许用剪切应力，〔ι〕=950公斤／厘米²。 所以:ι=1.5×7557÷54=210公斤/cm ²

ι＜〔ι〕

合格

（8）凸缘挤压应力验算

挤压应力

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σ挤=RB/ F´´≤〔σ端〕

式中：RB-支反力，RB=6919公斤；

F´-承压断面面积，由图（b）中得：F´´=0.4×

54=21.6cm²；

〔σ端〕-材料的端面挤压应力，〔σ端〕=2400公斤

／厘米²。

所以：σ端=7557÷21.6=350公斤／厘米² σ端﹤〔σ端〕=2400公斤／厘米²

验算通过。

3 小车起升和运行机构的设计计算

CD、MD型钢丝绳电动葫芦是我国70年代各兄弟厂联合设计研发的第二代电动葫芦，CD型电动葫芦最突出的特点是采用了锥形电动机，为此，常称CD型电动葫芦为锥形葫芦。CD型为常速、MD型为慢速。

CD、MD型电动葫芦为一般用途的钢丝绳电动葫芦。其工作级别为M2~M4，工作环境温度为-25~40摄氏度。它不适合用于充满腐蚀性气体或相对湿度大于85%的场所，不能代替防爆葫芦，不宜吊运熔化金属或有毒、易燃和易爆物品。

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（1）结构特点：

CD、MD型电动葫芦由起升机构、运行机构和电控三部分组成。

起升机构：起升机构由驱动、制动、传动和取物缠绕四种装置组成，MD型葫芦的起升电动机为双机组成，两个电机之间通过齿轮减速，速比为1:10；传动装置为四级圆柱齿轮减速器；取物装置由吊钩、钢丝绳、卷筒等组成。

总体布局是卷筒在中间，一端为锥形制动电动机，另一端为减速器，通过长轴和橡胶联轴节将电机轴及减速器高速轴连接在一起，卷筒外壳为圆筒形，有悬挂形和固定形之分。 （2） 运行机构：

运行机构由驱动、制动、传动和车轮四种传动装置组成，驱动制动装置为二合一的鼠笼锥形制动电动机，制动器为平面制动器；传动装置减速器为一开一闭式圆柱齿轮传动，车轮是踏面近似圆锥形的单轮缘锻钢车轮。运行小车有手动、电动和链动之分。 （3）电控：

采用两套标准的磁力启动器，一套控制起升电动机的正反转，即上升及下降；一套控制运行电动机的正反转，即左右横

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行。操作控制是利用手动按钮，操作电压多为380V，为了安全有的采用低压36V，为了防止乱绳，卷筒上装有导绳器，导绳器横向移动及起升限位开关配合动作，以控制起升极限位置。

3.1 电动葫芦起升机构设计计算

电动葫芦作为起升机构，其设计基准工作级别为M4,当起重量较大时采用M3作为设计基准更为经济合理，电动葫芦的整机设计寿命为10年，允许不同零件选用不同的总设计寿命，如减速器的易损坏轴承总设计寿命可比齿轮低1~2档，或者高1~2档对整机寿命更为有利，在整十年设计寿命中允许更换2~3次钢丝绳等。

3.1.1 电动葫芦的基本设计参数

起重量G，起升高度H和起升速度V n是设计电动葫芦起升机构必不可少的基本设计参数，必须满足用户使用要求。为了保证电动葫芦正确的进行设计，机构的工作级别和接电持续率的确定也是设计必不可少的。

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3.1.2 电动葫芦起升机构简要设计步骤

（1) 吊钩的选用，吊钩在我国已经标准化，并有相应的标准，根据起重量和工作级别从有关制造厂提供的性能参数表中选择所需要的吊钩。

(2) 计算钢丝绳最大静拉力并选择钢丝绳 钢丝绳最大静拉力S=

Q==29070N qa0式中：S-钢丝绳最大静拉力，N；

Q-起升载荷，Q=GP.g, N ；GP-起重量，kg；

-电动葫芦起升机构总效率，由起重机设计手册查得

0=0.85~0.90，取=0.86；

00 q-滑轮组倍率，qa为滑轮组分支数，取q=2；

a-滑轮组钢丝绳卷入卷筒的根数，去a=1。

钢丝绳绳径的确定，钢丝绳直径不应小于下式计算的最小直径：

d=CS=0.09529070=16mm

式中d-钢丝绳最小直径，mm；C-选择系数，mm/N；C由下表

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表1 选择系数C值

选出。机构工作级别为M4，取C=0.095

经整圆后再选择标准直径的钢丝绳，d为钢丝绳的计算值，整圆后d

选不应超过d计算值的25%，否则绳太粗，不易弯曲而寿命短。

由《起重机计算实例》附录选得d=18.5mm

验算钢丝绳安全系数：当按选择系数法选择钢丝绳后，可根据钢丝绳的实际破断力S0验算安全系数n。

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钢丝绳理论破断力按下式计算:

式中：S0-钢丝绳理论破断力，N；d-选用的钢丝绳直径，mm；

b-钢丝绳的抗拉强度极限，N/mm2按上表选取1700； -钢丝绳中金属丝截面及整个截面积的比值，及钢丝绳结构

有关，一般取=0.45~0.55，此处取=0.45；

k-钢丝绳编结损失系数，一般取k=0.82~0.92,此处取0.82；

3.1418.5217000.450.82=168534N 所以S0=

4安全系数按下式计算：

n=S0/S=168534/29070=5.84.5

因此所选钢丝绳满足要求。 (3) 卷筒基本尺寸、转速和强度计算

根据标准，卷筒材料一般选用铸铁或铸钢，对于工作级别为中度的卷筒，应选铸铁作为卷筒的制造材料。 卷筒及滑轮最小卷绕直径的确定D0=hd

式中：D0-按钢丝绳中心计算的卷筒及滑轮的最小卷绕直径，mm；

h-及机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数(卷筒为h1，

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滑轮为h2）mm；按下表选取：

表2 相关系数h

由于机构工作级别为M4，所以选择

h1=16mm,h2=18mm；

d-选用钢丝绳直径，mm； 所以D0=1618.5=296mm

卷筒相关尺寸的确定，电动葫芦卷筒绳槽采用浅槽，如下

图

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图12 卷筒

槽距t=d+(1~2)mm;绳槽半径R=0.55d；槽深h0=0.28d；圆角r=0.5~1.5mm。

综上计算可得：t=20mm,R=10mm,h0=5mm,r=1mm Z=

式中：Z-绳槽圈数；q-滑轮组倍率，q=2；

H-起升高度，H=9m；Z0-安全圈，一般取Z0=2。 经计算得Z==22。 采用导绳器时，卷筒长度

L=

式中：l1-卷筒左边缘预留长度，一般取l1=4mm； 一般取l2=（2~3）t,取l2=2t=40mm； l2-压绳板所占长度，

l3-卷筒右边残余长度，一般取l3=l1=4mm。

综上计算得卷筒长度L=4+40+4+20=428mm。

卷筒的转速：卷筒转速按下式计算

式中：ni-卷筒转速，r/min；q-滑轮组倍率；

Vn-起升速度，m/min；D0-卷筒卷绕直径，m。

所以=17r/min

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卷筒壁强度计算：卷筒壁中承受着复杂的应力，但主要是卷筒壁中的压应力，压应力计算如下： 〔〕

式中：p—卷筒壁内压应力，N/cm2； S—钢丝绳最大静拉力，N；

—卷筒壁厚，cm；

t—卷筒槽距，cm；

〔p〕—卷筒壁许用应力，N/cm2；钢制卷筒〔p〕=s/1.5； 铸铁卷筒〔p〕=b/4.25；

s—钢的屈服应力，N/cm2；b—铸铁抗拉强度极限，

N/cm2。

一般卷筒使用铸铁制造，由《机械设计手册》查得b=145 N/cm2，

则==12 N/cm2145÷4.25=34 N/cm2，满足要求。 (4) 电动机的选择及校验

按起升载荷、额定起升速度和起升机构的效率计算起升电动机功率：

N=

式中：N—电动机静功率，Kw；Vn—起升速度，m/s； Q—起升载荷力，N；—起升机构总效率。

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N===7.75Kw

根据上述计算的电动机静功率和按节点持续率初选电动机。 根据CD、MD电动葫芦技术性能和外形尺寸主要参数表，初步选择起升电动机为ZD141—4。

电动机过载能力校验：起升机构电动机可不验算发热，只校验过载能力，过载能力按下式计算：

式中：Pn—在机构接电持续率下电动机基准功率（每小时启动六次的功率），ｋｗ；

Ｈ—考虑电压降和转矩允差和静载实验超载系数，绕线电动机Ｈ＝2.1，鼠笼电动机Ｈ=2.2; m—电动机个数；

M—电动机的允许过载倍数。

(5) 起升减速器计算及选择：

起升机构传动比的计算：传动系统的总速比为电动机额定转速及卷筒转速之比。

卷筒转速按下式计算： 式中：nd—卷筒转速，r/min；

Vn—起升速度，m/min；

D0—卷筒卷绕直径，m。

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所以 nd60852r/min

3.142.96传动总速比按下式计算：

式中： i—传动总速比，即减速器速比；

nd—电动机转速，r/min；

ni—卷筒转速，r/min。

所以

减速器的选择及计算：电动葫芦的减速器为非标准减速器，应根据减速比和电动机功率进行设计计算。其中齿轮计算比较复杂，按GB3811—83《起重机设计规范》中附录S进行设计计算，需要计算齿轮的计算切向力、齿面计算接触应力、齿面接触疲劳许用应力、齿面接触疲劳计算安全系数、齿面静强度、齿根计算弯曲应力、齿根弯曲疲劳许用应力、齿根弯曲疲劳强度安全系数和齿根弯曲静强度。

(6) 制动器的设计计算：

目前电动葫芦的制动器均采用非标准的锥形制动器，及电动机共同构成制动电动机，锥形制动器的设计计算如下： 制动电动机轴需要的静扭转力矩计算：

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式中：Mjz—电动机轴需要的静扭转力矩，N—cm； Q—起升载荷力，N;

—起升机构总效率；

q—滑轮组倍率；

D0—卷筒卷绕直径，cm。

所以 Mjz500002960.86=120075N—cm

2226.53.2 电动葫芦运行机构设计计算

电动葫芦运行机构通常称为电动小车。 3.2.1.电动小车运行静阻力计算

Fs(112)(GG0)g2fd0.005(GG0)g D式中：Fs—满载稳定运动时的总阻力，N； G—起重量，kg；

G0—电动葫芦自重，kg；

D—小车车轮工作直径，cm；

d—车轮轴颈直径，cm；

f—车轮滚动摩擦系数，取f=0.06cm；

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—支撑处摩擦系数，采用滚动轴承时，取=0.015；

1—轮缘附加摩擦系数，车轮安装滚动轴承时，取1=1；

2—通过曲线轨道时的附加阻力系数，此处为直轨道，取2=0.

0.005系数是由于电动葫芦的运行轨道允许倾斜度为

1/200时的坡道运行阻力系数。对于电动葫芦不考虑风阻力。

所以

Fs(110)(5000500)9.810.005(5000500)9.81917N20.060.0156 353.2.2.电动机的初选预验算

在初选电动葫芦电动机时应考虑克服摩擦阻力、坡道阻力所需的电动机静功率和电动机启动阶段消耗的功率。

mVt2FsVtPn(PtPa)（1.2)

m0atm0at1000m0at1000ta11式中：Pn—基准接电持续率时电动机的额定功率，kw，为所选电动机的总功率；

Pt—克服运行阻力消耗的静功率，kw；

m0—电动机个数；

at—平均启动转矩倍数，对绕线电动机取1.7，鼠笼电动机取

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1.98；

Fs—运行总阻力，N；

Vt—电动小车运行速度， m/s ；

—运行小车总效率；

m—电动葫芦及吊载的总质量，kg；

ta—加速时间，S。初算时按下表选。

表3 加速时间

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经计算由CD、MD型系列电动葫芦技术性能和外形尺寸表，初选小车运行电动机ZDY121—4。电动葫芦运行小车运行速度低，利用等级和载荷状态都不高，所以运行电动机一般不必验算过载和发热。 3.2.3 传动比

电动葫芦运行机构用减速器，通常无标准产品可供选择。减速器的传动比按下式计算：

式中：i—减速器传动比；

nd—电动机转速，r/min； n0—车轮转速，r/min；

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==27.3

所以

3.2.4 制动器的选择及计算

电动葫芦运行机构多采用平面制动器，及电动机构成制动电动机为一体，也无标准制动器可供选用 ，需自行设计及验算。

摩擦阻力是有利于制动器制动的，只有坡道阻力需要制动器消耗制动力矩，对于轮缘摩擦和曲线轨道引起的附加阻力并不能帮助制动。因此对于在运行驱动车轮及轨道间有足够大的黏着力的情况下，运行制动器应满足下面条件：

式中： Mz—制动器制动力矩，N—m； D—车轮工作直径，m；

—运行机构总效率；

i—减速比；

Fp—坡道阻力，N；

Ff—电动小车运行时的最小摩擦阻力，N；

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式中：P—弹簧工作时轴向压力，N；

—制动轮及制动环间的摩擦系数，取=0.35；

Fp0.005(GG0)g

式中：G—起重量，kg；

G0—葫芦自重，kg；

g—重力加速度；

Fp—坡道阻力

所以

Fp0.005(5000500)9.81270N

Ff=(GG0)g2fd D式中：Ff—最小摩擦阻力，N。 其他参数同上。

所以 Ff=(5000500)9.8120.060.0156=324N

35综合上述计算和相关技术参数，应该选择起升电动机为ZD141—4，运行电动机为ZDY121—4的CD型5t电动葫芦作为起升和运行传动装置。结构外形如下图所示：

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图13 电动葫芦 4 大车运行机构设计计算

4.1 确定机构传动方案

图14 三合一驱动装置

4.2 选择车轮和轨道，验算车轮强度

由《起重机计算实例》的表2—9得：大车车轮采用圆柱形

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踏面的双轮缘车轮，材料选用ZG340-0（相当于ZG55，正火后回火）车轮直径φ350mm，轨道型号为P18。为了提高车轮的使用寿命，车轮踏面和轮缘内侧进行表面淬火，强度达到HBS300～380.对于淬硬层的深度，应大于15～20mm，因轮压N max=4192公斤，故选用P18型铁路钢轨，由于轨顶面是圆弧形能适应车轮的倾斜，一级起重机跑偏的情况具有足够的强度，使用寿命长，同时其轨顶应有足够的宽度以减少对基础的比压，截面具有足够的抗弯强度，轨面一般及车轮配用，不再进行强度校核。 4.3 验算车轮的疲劳强度

由于车轮在使用中失效的主要原因是踏面疲劳损坏，车轮的计算主要是踏面疲劳强度的计算。

由《起重机设计手册》得踏面疲劳计算载荷：

PC=

式中：PC-车轮他民疲劳计算载荷（N）； P max-起重机正常工作时的最大轮压； P min-起重机正常工作时的最小轮压。 故PC=（2×41920﹢8050）÷3=30630N

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因圆柱形踏面及圆弧顶钢轨为点接触 所以车轮踏面的疲劳计算载荷应满足：

PC≤

式中：C1-转速系数，因n= V k／πD=45÷3.14×0.35=40.95r／min

查得C1=0.968；

C2-运行机构工作级别系数，查得：C2=1.00（工作级别为M5）；

K2-及车轮材料有关的点接触应力常熟，查得：K2=0.126；

查得：σb=0MPa〔s〕P3-39

R-曲率半径，P18型轨道顶面曲率半径，R=175mm，取车轮半径及轨道顶曲面曲率半径中之大值，故取R=175mm

m-由轨道顶面曲率半径及车轮半径之比所确定的系数：

m==

rR90=0.514 175根据比值，查得：m=0.487

则：PC≤0.968×1×0.126×175 ²÷0.487 ³=32.3KN

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R2 PC=28.6KN＜C1C2K2=323KN

m3所以车轮疲劳强度校核通过。 4.4 传动装置设计计算 4.4.1 选择电动机

大车运行机构的静功率计算：满载时，按下式计算：

N j=

⑴起重机自重（不含葫芦重）为3.24t，自﹝3﹞P309电动葫芦自重为0.5t,则：

PG=3.24+0.5=3.74t

所以PQ´+ PG=（15000+3740）×9.8=85652 出自[Ⅲ]P135

⑵查表6-5得，运行阻力系数，滚动轴承W=0.0083

所以，静阻力：W j=Mn=(PQ+PG)W=85652×0.0083=10.9≈711N

所以静功率N j=

式中：W j-静阻力W j=711N V n-起重机或小车运行速度V n=45

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Z-电动机的数目，分别驱动Z=2 η-运行机构的

效率，取η=0.95

则：N j= =711×45÷60000×2×0.95=0.28KW ⑶大车运行机构的惯性阻力

W g=(1.1～1.3)自[Ⅰ]表6-8

T q=3.2+(0.75-0.63)÷(1-0.63) ×(4-3.2)=3.5s

所以：W g=1.2×85652÷9.8×45÷60×3.5=2247N 4.4.2 大车运行机构的功率计算

⑴大车运行机构的动功率按下式计算：

N g= =2247×45÷60000×2×0.95=0.88KW

电动机功率计算：

电动机功率按下式计算

Nd=

由于是绕线型异步电动机，电动机的平均启动力矩倍数λp=1.7

则：Nd=（0.28+0.88）÷1.7=0.682KW

查表知J c= 25%.G=G2 .由资料《QS系列“三合一”减速器》P13表12初选电动机为型号：ZDR100-4C型绕线式

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电动机，功率：1.5KW转速n=1350r/min制动力矩为：10.0N·M 4.4.3 验算电动机

（1）电动机的发热计算

绕线型异步电动机的发热验算按《起重机设计手册》计算：

N w=GW（PQ´+ PG）

由表6-7得：G=G2=0.90

Vk=V k′=45m/min

则：N w=0.252KW＜1.5KW

电动机发热利用率为：0.252÷1.5×100%=16.8% 验算通过

（2）电动机的过载验算

电动机过载按公式[J]= +1.15ZJ计算 出自[Ⅰ] P117 总传动比：i=

nd=1350÷40.95=32.96 n[J]= 85652×0.35²÷4×9.8×0.95×32.96²+1.15×2×0.045=0.36kg·m²

按[Ⅰ] P118 6-52式得: Ne≥1／zλp[w（PQ´+ PG）+]

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验算电机的过载能力：

1÷2×1.07[0.0083×85652×45÷60000×0.95+0.36×0.105²×1400²÷1000×3.5]=0.729KW﹤1.5KW

电机的过载利用率为：0.72915×100%=48.6% （3）验算起动时是否打滑 求空载起动时间tq0

[J]=+1.15ZJ1=3.74×1000×0.35²÷4×32.96²×0.95+1.15×2 ×0.045=0.115kg·m²

M j= W m D／2iη

其中：Wm= PGg W=3740×9.8×0.0083=304N M q=1.7 Me=1.7×9550×1.5÷1350=18N·m 所以; Mg=304×0.35÷2×0.95×39.96=18N·m

tq0=

所以tq0=0.105×1350×0.115÷(2×18-1.7)=0.475s 按式[Ⅰ]（ 6-62）P120得：

Pmin

cnd2i[(Mq-1.15)J1]-PminWtq0D式中：ψ-粘着系数（滑动摩擦系数）对室内的起重机，一般取ψ=0.15

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n-粘着安全系数，一般取n=1.05-1.2

P min-为主动轮空载时的最小轮压，为NB空

=618公斤=6180N

所以:0.15×6180÷[(18-1.15×0.045×0.105×1350÷0.475) ×2×32.96×0.95÷0.35﹣6180×0.0083]=2.09

所以2.096﹥n=1.05-1.2（粘着安全系数）

不会打滑

注：由于近代起重机力求自重轻，且较高运行，这样电动机的驱动功率较大，而主动车轮又较小，在这种情况下，只要起重机能起动，起动力矩尖峰时期打滑，还是允许的。 4.5设计减速装置

Vk=45÷3.14×0.35=40.95r/min Dnd所以总传动比i==1350÷40.95=32.9856

n 因为n=

4.5.1选择减速器的类型

近年来，国内的好多桥式起重机采用“三合一”驱动部件的分别传动大车运行机构，此次设计所选用的减速器是参照德

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国马克公司技术标准设计的QS系列“三合一”减速器为三级折线布置平行轴传动外啮合渐开线。硬齿面（HRC56-62）。圆柱齿轮减速器（中华人民共和国专业标准号为：ZBJ19027-90）减速器直接及带制动器的绕线式电动机相配，集减速器、电动机、制动器为一体，制动器不需另配电源，所配电机具有双重功能，接通电源即可旋转，切断电源后，电机本身即产生制动力矩而制动。减速器齿轮采用高强度优质合金钢材料，淬硬、精制。其特点为：承载能力大、传动比范围广、传动效率高、结构紧凑美观、体积小、重量轻、运转平稳、噪音低。输出轴可两面装配，即可用于单独驱动，亦可用于集中驱动。

QS系列减速器主要用于3.2～50t桥式起重机及电动单、双梁起重机的运行机构，也适用于运输、冶金、钢铁、矿山、石油、化工、建筑、铁路、港口、国防工程、轻纺工业机械设备的传动机构。

减速器的使用条件：齿轮圆周速度≦20m／s，输入轴转速≦1500m／min工作环境温度-40℃～45℃（当低于0℃是启动前润滑油应预热至0℃以上），而且可正反两方向运转。

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4.5.2确定减速器的型号

由资料《QS系列“三合一”减速器》P6表6，选用QS160型减速器，工作级别为M6公称传动比i´=35.5许用功率P1=3.74KW输出扭矩T2=2N·m

由于配套电机功率P＜许用功率 =3.74÷(2～2.5)=1.87～1.497KW 而配套电机功率P=1.5KW＜P 所以所选的电机及减速器能配套

LD型电动单梁桥式起重机的工作级别为M5则应按下式进行计算：

P mi=Pm6×1.12

式中：i-工作级别 P mi相当于Mi工作级别的功率值 Pm6功率表中所列许用功率值

所以Pm5= Pm6×1.12 =3.74×1.12=4.1932KW 对惯性载荷较小起制动次数较少的机构，计算结果可直接按小于表列功率选用。但一般运行机构，惯性载荷较大起制动频繁选用减速器时，应按机起制动时，零件所承受的最大振动力矩计算，此时应把表列功率除以系数ψs.即P mi≥ψs P n

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式中：ψs-弹性振动矩增大系数，根据实践经验和《起重机用QS型减速器》标准应取ψs=2～2.5

PN-电动机额定功率

所以：

Pm5≥（2～2.5）PN=（2～2.5）×1.5=（3～3.75）KW

实际运行速度V k′=i V k／L′=32.96×45÷35.5=41.79m/min

速度误差; ε= V k- V k′／V k=(45-41.79) ÷45×100%=7.1%

速度误差虽超过4%，但对工作无多大的影响 4.6 起重机有关使用机构的安全装置 4.6.1 缓冲器

为了阻止起重机和小车越轨，在起重机和小车轨道两极端位置装有挡铁。挡铁能吸收及小车相撞的动能，保证设备不受损坏，当运行速度超过20m/min应装缓冲器。

本次设计所从所采用的是：橡胶缓冲器，因弹性变量较少，

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吸收动能有限，常用于运行速度50m/min一下的小车或25m/min以下的起重机上，其环境温度在-30℃～50℃为宜。 4.6.2 起升高度限位器

用来防止司机操作失误或其它原因而引起的吊钩过卷扬，从而造成拉断起升钢丝绳，造成人生事故危害，为此必须装有起升高度限位器。 4.6.3 行程限位器

小车行程限位开关装在桥架端部，碰杆装在小车架上，起重机则装在主梁上。 4.6.4 安全开关

为了保护维修工人的安全，走台和作业平台的铺板应采用防漏性能钢板制成，走台和平台间必须设置牢固栏杆，栏杆高度H≥1000mm铺板约450mm处应有中间扶杆，地步不低于70mm挡板。

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4.7 起重机的组装及试车要求 4.7.1起重机的安装注意事项

⑴安装前：检查电动跑车和行走机构所有零部件，是否有锈蚀和损伤，桥架是否有整体变形，各构件是否有局部变形，若零件生锈损伤，应把机构拆开清洗干净，对于损伤零件，视损伤程度进行修理或是更换，再装配。

⑵装前.在安装地点把桥式搁平，然后把电动跑车挂装在工字钢下翼，挂装时，应使跑车车轮的轮缘的内表面及工字钢下翼有3mm的间隙，跑车上所有的螺母应预紧固，开口销须销好。如果使电动跑车和桥架一道吊装，则应先用直径为15～18mm的坚韧麻绳或棉绳将跑车可靠的捆扎在工字钢中不或稍偏一点的部位，使之不能沿工字钢窜动。

⑶安装起重机所使用的各种工具，如手摇卷扬机（绞车）、吊具、复滑轮、钢绳和桅杆等应事先做严密的质量检查，只有在证实这些工具安全可靠的情况下，方可使用。

在安装时起吊起重机的钢绳，其安全系数不得小于5，这就是说，如果起吊起重钢绳在工作时最大可能承受的拉力为S，那么所选的钢绳的破断拉力应小于5S.

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⑷起吊起重机是，只允许捆扎桥架的工字钢禁止捆扎传动轴、机械零件或桥架的其他构件，用钢丝绳捆扎工字钢时，必须垫以厚的木板或橼带，以防损伤机体。

⑸起重机钢丝绳的固定轴（按头）必须用钢绳卡子可靠的连接，钢绳卡子的数目根据受力大小而定。但不得少于三个，起重钢绳及水平所成的夹角，尽可能不大于45°.

⑹所用滑轮的直径，不宜小于钢绳直径的20倍。 ⑺不论采用何种方法按装起重机，起吊的动作应平稳和缓慢，当起吊中途出现卡阻现象时，应赶快找出原因，并予以消除，不得盲目用强力拉引。

⑻起吊起重机时，应先把起重机吊到离地约100mm左右的高度，停放15～20mm.以观察所有机构是否可靠，查实之后，再继续起吊

⑼手摇卷扬机（绞车）及基础的固定必须可靠

⑽在安装起重机的地点，应划出进行安装工作的区域，在安装起重机的工作进行时，除了指挥人员和安装人员外，其他人不准进入，以保证安装工作安全顺利进行

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4.7.2 起重机的试车要求

起重机安装好之后，在正式的投厂使用之前应先进行试车。试车应由专人进行负责，该产品的试车包括三个程序，只有在前一个程序试车合格后，方许进入下一个试车程序。 试车前应做好检查工作，试车人员检查所有机构的装配是否完整、正确，所有的紧固是否可靠，机构是否有充足的润滑油（脂）。以及桥架的各构件是否固定安装，是否具有不慎造成的变形等。

①无负荷试车

无无负荷试车是指：在电动跑车不吊重物的情况下得试车，先开动电动跑车，让它沿工字钢钢梁下翼全程行走2～3次，再让空钩上、下3次，最后，反复开动行走机构电动机，观察车轮是否打滑。

无负荷试车应符合如下的要求：

⑴电动跑车在进行沿工字钢下翼行走时，无卡阻现象。 ⑵电动跑车的行走和空钩的升降，不应有异常的摆动、振动、冲击和跳跃。

⑶电动跑车的四个车轮全部及工字钢下翼接触。

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⑷起重机不应有卡轨现象。 ⑸车轮不应打滑。 ②静负荷试车

把电动跑车开到起重机中部，让电动跑车提升额定负荷离地面约100～200mm悬停时间不少于10min.反复三次后，桥架不应有永久变形，卸载后，实际上拱值不应少于0.71100L，试验载荷为1.25倍的额定载荷。

③动负荷试车

在静负荷试车合格后，方可进行动负荷试车，试验时起吊1.1倍额定载荷，开动机构反复起动、运转、停车、反转等动作达1小时

动负荷试车应符合如下要求：

⑴各机构应动作灵敏、工作平稳可靠，各限位开关、安全保护联锁装置应动作准确可靠，各零部件无裂纹等损坏的现象，各联按处不得松动，不应有异常的冲击和震动。

⑵提升机构在制动后的下滑距离S≤.V为提升速度cm/min

⑶起重机的桥架在卸载后不得产生永久性变形。

以上试车全部结束后，应将那个试车结果写成报告，提交

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主管部门审核和保存，方可对该产品进行正式的投产使用。

致 谢

本次毕业设计是严格按照任务书中的要求来完成的，总体感觉：在毕业设计中的每一项工作，都是环环相扣的，从毕业实习、搜集资料，到设计计算、绘制图件均是紧密联系在一起的。在指导老师高爱华教授的讲解及实习单位的讲解下，使我对于起重机的相关知识得以进一步的提升，对一些抽象的东西

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得到初步的认识，认识到它的相关外形及构造、作用，比如说机构的一些零部件的外形结构、安装方式等，使自己对毕业设计课题的思路有了初步的头绪，并找到相应的突破口。 通过编写设计说明书及绘制图纸，提高了自己的综合运用所学知识的能力，也锻炼了自己查阅资料的能力。CAD配套图纸QQ2833052805

此次毕业设计，是对我四年来所学知识的一次全面考察和能力的检验。使我受益匪浅。再次感谢我的指导老师高爱华教授和所有帮助我的老师和同学。

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参考文献

[1] 罗义新.《起重运输机械》.冶金工业出版社出版 ,1993.4 [2] 郑志祥.《机械零件》.高等教育出版社出版,1987.10 [3] 《起重运输机械产品样本：起重机械卷》.机械工业出版社 ,1991.7

[4] 《机械设计手册》. 化学工业出版社出版 ,1970.10 [5] 《现代机械传动手册》.机械工业出版社，1995 [6] 徐灏.机械设计手册[M].机械工业出版社，1991.9 [7] 《起重机设计手册》.机械工业出版 ,1980.3

[8] 卢颂峰.《机械零件课程设计手册》.广播电视大学出版社 版,1986.1

[9] 潘震苍.《机械原理》 . 高等教育出版社出版 ,1987.5 [10] 汤慧瑾.《机械零件课程设计》.高等教育出版社出版 ,1990.5

[11] 宫本智.《葫芦式起重机》.天津科学技术出版社出版,1986.5

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