橋式起重機(jī)畢業(yè)設(shè)計

內(nèi)容摘要 起重機(jī)械用來對物料作起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，它可以減輕體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率和在生產(chǎn)過程中進(jìn)行某些特殊的工藝操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。 本設(shè)計通過對橋式起重機(jī)的小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計計算，以及電動機(jī)、聯(lián)軸器、緩沖器、制動器的選用；運(yùn)行機(jī)構(gòu)減速器的設(shè)計計算和零件的校核計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成了橋式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)機(jī)械部分的設(shè)計。通過本次設(shè)計，完成了一臺30t起重量、橋跨度為31米的設(shè)計要求，并且整個傳動過程比較平穩(wěn)，且小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，維修容易，價格低廉。 關(guān) 鍵 詞 橋式起重機(jī)；小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)；小車架 Abstract Crane is a kind of mechanical equipments used for lifting, moving, loading/unloading, and installing. It can low the manual workload and upgrade productivity. It can be operated in some special environment, and work with high automatic level. This paper is main deal with mechanical design for crab of crane, including all design calculation selection of electrical motors, clutch, buffer, and brakes, the design and calculation of the reducer, calibration and verification of the calculation for the parts, and structure designs. Through a series of work, the design is satisfied with the functional requirements, 30 t lifting power and 31 meter bridge span. The course of drive is quite smooth. The mechanical structure of crab of crane is simple, easy to install/disassemble, and to be maintain. And it has low cost. Key words Bridge crane;crab of crane;trolley frame 1. 緒論 1.1起重機(jī)發(fā)展展望 隨著新世紀(jì)全球工業(yè)格局的新變化和我國工業(yè)技術(shù)水平盼陜速發(fā)展，創(chuàng)新設(shè)計越來越引起院校和企業(yè)的重視。隨著現(xiàn)代計算機(jī)控制技術(shù)飛速發(fā)展，使得起重機(jī)的設(shè)計在綜合考慮控制系統(tǒng)安全可靠性、操作的舒適性、機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)廣義優(yōu)化等方面有了更高層次的要求，因此起重機(jī)的設(shè)計必須從原來的常規(guī)設(shè)計模式中跳出來，用新觀點(diǎn)、新原理、新方法、新技術(shù)、新工藝來設(shè)計適應(yīng)新形勢的新產(chǎn)品，創(chuàng)新設(shè)計的課題已實(shí)實(shí)在在地擺在了起重機(jī)設(shè)計師們的面前。 根據(jù)現(xiàn)實(shí)和發(fā)展，設(shè)計手段越來越體現(xiàn)出精確化、自動化、虛擬化號陜捷的特點(diǎn)?，F(xiàn)代的起重機(jī)產(chǎn)品正朝著機(jī)電一體化、集成化、模塊化、個性化方向發(fā)展。自動檢測、自動數(shù)據(jù)處理(運(yùn)算、判斷、存儲、記憶)、自動顯示、自動控制、故障診斷和自動保護(hù)及維護(hù)等功能得到了大量的應(yīng)用。因此起重機(jī)產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計以降低設(shè)計成本，提高設(shè)計速度，縮短設(shè)計周期為目的，包括降低成本設(shè)計、可靠性設(shè)計、快速設(shè)計、并行設(shè)計、等現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)。 1.2現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展趨勢 二戰(zhàn)以后的幾十年來，各主要發(fā)達(dá)工業(yè)國家先后開始重視對設(shè)計技術(shù)的研究，起重機(jī)的設(shè)計技術(shù)水平也得到快速發(fā)展。英國從60年代開始，就以國家政策和財力來支持發(fā)展與推廣創(chuàng)新設(shè)計；德國提出“設(shè)計就是科學(xué)”，使其設(shè)計學(xué)的發(fā)展已達(dá)到相當(dāng)規(guī)模；美國成立了“設(shè)計委員會”；日本同樣也非常重視設(shè)計技術(shù)的發(fā)展，將設(shè)計看作是技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、美學(xué)和人機(jī)工程學(xué)的一體化整體，并極力推廣和采用新技術(shù)?？傊?jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)達(dá)國家越來越重視設(shè)計工作并大量引入創(chuàng)新設(shè)計，使得整個機(jī)電產(chǎn)品也包括起重機(jī)械產(chǎn)品的造型設(shè)計、安全可靠性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等方面發(fā)生著越來越快的變化，設(shè)計水平也日益提高。 我國起重機(jī)設(shè)計的發(fā)展經(jīng)歷了一個曲折的過程。以前多是以模仿原蘇聯(lián)的設(shè)計為主，憑借設(shè)計者的經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品設(shè)計的局限性很大。從60年代起，開始了新產(chǎn)品、新部件的開發(fā)設(shè)計與實(shí)驗(yàn)研究工作，從而使設(shè)計從仿制和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計逐漸走向?qū)嶒?yàn)研究和計算分析階段。到了80年代，隨著寶鋼等一些超大型企業(yè)對國外起重機(jī)的引進(jìn)及與國外進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計國內(nèi)制造等形式的采用，開始在國內(nèi)引入了一些國際上的先進(jìn)技術(shù)與設(shè)計方法。同時將計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)引入設(shè)計領(lǐng)域，對起重機(jī)設(shè)計工作的發(fā)展起了很大的推動作用。通過專家系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地推進(jìn)了創(chuàng)新設(shè)計的進(jìn)程，并且利用系統(tǒng)論和信息論等現(xiàn)代計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)研究成果，使得起重機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計開始向智能化方向發(fā)展。 1）降低設(shè)計、采購和制造成本。在產(chǎn)品設(shè)計過程中采用面向成本設(shè)計技術(shù)和并行的成本估算技術(shù)是使產(chǎn)品成本降低的關(guān)鍵，其中重點(diǎn)要研究的是成本結(jié)構(gòu)分析技術(shù)和價值工程分析技術(shù)，且需要構(gòu)造多種專用的設(shè)計知識庫和成本數(shù)據(jù)庫來精確地并行估算成本。做到產(chǎn)品成本的即時反應(yīng)，通過設(shè)計方案的調(diào)整實(shí)現(xiàn)設(shè)計階段控制產(chǎn)品成本的真實(shí)實(shí)現(xiàn) 2）創(chuàng)新設(shè)計的快速反應(yīng)。建模及仿真軟件是計算機(jī)仿真技術(shù)中的重要研究課題，對創(chuàng)新設(shè)計的可觀化研究，以及將專家系統(tǒng)模糊決策和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)引入仿真系統(tǒng)的研究將有助于形成一個高效的、智能的起重機(jī)仿真系統(tǒng)。開展虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)的研究，將使起重機(jī)的仿真技術(shù)具有一個更加真實(shí)方便的輸入輸出系統(tǒng)，可以快捷地做出各種方案評價和決策。 3)仿真與虛擬設(shè)計技術(shù)。國內(nèi)外的研究均較為活躍，在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計的仿真建模中，目前應(yīng)用最廣泛的包括有限元方法(FEM)、有限差分法等。仿真技術(shù)得到了日益廣范的使用，從而能突破物理空間和時間的限制。數(shù)字化樣機(jī)的仿真設(shè)計對大型復(fù)雜起重機(jī)產(chǎn)品的方案評審、機(jī)構(gòu)動作原理審查、結(jié)構(gòu)干涉檢查等具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。同時在計算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)(VRS)環(huán)境中的虛擬設(shè)計(VD)技術(shù)方面的研究也開始受到人們的重視。 4)智能設(shè)計技術(shù)。各主要工業(yè)發(fā)達(dá)國家正從傳統(tǒng)的CAD技術(shù)不斷向智CAD(ICAD)和人機(jī)智能化設(shè)計系統(tǒng)方向發(fā)展，電氣控制系統(tǒng)自分析、自調(diào)整、自糾錯的智能化水平不斷提高，使得起重機(jī)的設(shè)計和使用全過程的自動化和智能化得以實(shí)現(xiàn)。 5)廣義優(yōu)化設(shè)計。起重機(jī)廣義優(yōu)化技術(shù)的研究將使得人們能夠從萬方數(shù)據(jù)模型的建立、處理、一直到優(yōu)化結(jié)果顯示等全過程進(jìn)行優(yōu)化?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)中的一般性優(yōu)化設(shè)計方法及其應(yīng)用已日趨成熟，普通的連續(xù)變量優(yōu)化設(shè)計、混合離散變量優(yōu)化設(shè)計，已發(fā)展到隨機(jī)變量優(yōu)化設(shè)計(可靠性優(yōu)化設(shè)計)、模糊變量優(yōu)化設(shè)計，單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計已發(fā)展到多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。 1.3起重機(jī)設(shè)計的總體方案 起重機(jī)設(shè)計的主要參數(shù)如下： 1) 起重量30t; 2) 跨度31m，起升高度16m; 3) 起升速度24m/min 2. 起重機(jī)的種類 2.1輕小型起重機(jī)設(shè)備 輕小型起重機(jī)設(shè)備主要有千斤頂、起重葫蘆、卷揚(yáng)機(jī)等。它們具有輕小簡單、使用方便等特點(diǎn)，適用于流動性和臨時性作業(yè)，手動的輕小型設(shè)備尤其適用于無電源的作業(yè)場合。 1）千斤頂 千斤頂，是一種利用剛性承重件頂起或起升重物的設(shè)備。它體積小重量輕，靠人力驅(qū)動頂起重物，可以用很小的外力來頂高很重的重物，千斤頂?shù)捻斏叨缺容^小，一般為100-400 mm，最大起重量可達(dá)500 t，自重約為10～500 kg，通常用于機(jī)械、車輛的檢修。按照結(jié)構(gòu)和工作原理的不同可分為齒條式千斤頂，螺旋式千斤頂和液壓式千斤頂。 2） 葫蘆 葫蘆是提升或牽引重物的輕小型起重機(jī)械。其外表尺寸結(jié)構(gòu)緊湊，自重輕、效率高、操作方便，廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、建筑工地、倉庫等固定工作場合的起重作業(yè)。根據(jù)驅(qū)動方式的不同，可分為手動、電動和氣動三大類。手動葫蘆又可分為手拉和手扳葫蘆。電動葫蘆根據(jù)撓性件的不同可分為鋼絲繩電動葫蘆和鏈條電動葫蘆。 2.2橋式起重機(jī) 橋式類起重機(jī)是指由具有能運(yùn)行的橋架結(jié)構(gòu)和設(shè)置在橋架上的，能運(yùn)行的起升機(jī)構(gòu)組成的起重機(jī)械。常用的橋式類起重機(jī)包括梁式起重機(jī)、通用橋式起重機(jī)、龍門起重機(jī)、裝卸橋等。這類起重機(jī)多是固定式，完成固定空間的吊運(yùn)作業(yè)。適用于所有工礦企業(yè)、倉庫、露天堆場物料的裝卸和吊運(yùn)等作業(yè)。 1） 梁式起重機(jī) 梁式起重機(jī)由橋梁、起重小車兩部分組成，根據(jù)橋架不同可分為單梁橋式起重機(jī)和雙梁橋式起重機(jī)。單梁橋式起重機(jī)橋架的主梁多采用工字型截面。起重小車為手動葫蘆、電動葫蘆或葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)部件裝配而成。梁式起重機(jī)各機(jī)構(gòu)的工作速度較低，起重量也較小，屬于輕型起重機(jī)，具有自重輕、成本低、制作生產(chǎn)容易的特點(diǎn)。 雙梁起重機(jī)由直軌、起重機(jī)主梁、電動環(huán)鏈葫蘆和小車、送配電系統(tǒng)和電路控制系統(tǒng)組成，特別適合于大懸掛跨度和大起重量的平面物料范圍輸送。 2） 通用橋式起重機(jī) 通用橋式起重機(jī)屬電動起重機(jī)械，又稱“天車”、“行車”，具有起升機(jī)構(gòu)，運(yùn)行機(jī)構(gòu)。其吊運(yùn)方式由大車的縱向運(yùn)動，小車的橫向運(yùn)動以及起升機(jī)構(gòu)的升降運(yùn)動所組成。這些運(yùn)動構(gòu)成了一個長方形的大范圍作業(yè)空間。 通用橋式起重機(jī)的大車軌道通常安裝在倉庫、作業(yè)場所的兩側(cè)梁柱或兩側(cè)地面上，因而具有起重量大、占地面積小，且運(yùn)行時不妨礙同一作業(yè)場所的其他工作特點(diǎn)。 通用橋式起重機(jī)由起重小車、橋架、電器控制部分、安全裝置和司機(jī)室等部分組成。起重小車由卷筒、電動機(jī)、減速器、制動器、雙梁換輪組、吊鉤等組成的起升結(jié)構(gòu)，以及由電動機(jī)、減速器、制動器、小車輪等組成的小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和小車架構(gòu)成。卷筒一般采用帶螺旋槽的形式。小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)多采用分別驅(qū)動的形式，起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的所有部件都裝在小車架上。起升機(jī)構(gòu)一般在起重量小于10t，只設(shè)一套，當(dāng)起重量大于10t時，須安裝兩套起升機(jī)構(gòu)，起重量大的稱主起升機(jī)構(gòu)，起重量小的稱副起升機(jī)構(gòu)。他們的吊鉤分別稱為主鉤和副鉤。一般副鉤的額定起重量為主鉤的15%～20%。 2.3門式起重機(jī) 門式起重機(jī)又稱龍門吊或龍門式起重機(jī)，是橋式起重機(jī)的另一種機(jī)型。在港口，主要用于室外貨場的料場貨、散貨的裝卸作業(yè)。它的金屬結(jié)構(gòu)像門型框架，承載主梁下安裝的兩條支腳，可以直接在地面的軌道上行走，主梁兩端可以具有外伸懸臂梁。門式起重機(jī)具有場地利用率高、作用范圍大、適應(yīng)面廣、通用性強(qiáng)等特定，在港口貨場得到廣泛使用。 2.4其它類型起重機(jī) 門座式起重機(jī) 門座式起重機(jī)是有軌運(yùn)行的懸臂類、可旋轉(zhuǎn)、可移動的起重機(jī)，多用于港口、碼頭、車站庫場等地的貨物裝卸。港口和貨場使用的門座式起重機(jī)一般分為通用式和專用式兩種。通用門座式起重機(jī)用吊鉤或抓斗裝卸貨物；專用門座式起重機(jī)則只能用于某一種貨物的裝卸，如帶斗門座式起重機(jī)專用于煤炭裝卸，通常它的生產(chǎn)率要比通用門座式起重機(jī)高。其優(yōu)點(diǎn)是：工作機(jī)構(gòu)有較高的運(yùn)行速度；額定起重范圍廣；使用效率高；體積縱向延伸，節(jié)省場地面積；高速靈活，安全可靠。 裝卸橋 裝卸橋通常把跨度大于35 m，起重量不大于40 t的門式起重機(jī)稱為裝卸橋。裝卸橋的取物裝置以雙繩抓斗或其他專用吊具為主，工作對象都是大批量的散狀物料，常用在電廠、車站、港口、林區(qū)貨場等場合。通常以生產(chǎn)率來衡量和選擇裝卸橋。裝卸橋的起升和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)式工作性機(jī)構(gòu)，速度較高。起升速度大于60 m／min，小車運(yùn)行速度在120 m／min以上，最高達(dá)360 m／min，為減少沖擊力，在小車上設(shè)置減速震器。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)是非工作性機(jī)構(gòu)，為調(diào)整裝卸橋工作位置而運(yùn)行，速度相對較低，一般為25 m／min左右。裝卸橋的結(jié)構(gòu)形式有桁架式和箱形門架式兩種。采用桁架結(jié)構(gòu)可減少整機(jī)自身質(zhì)量，而采用箱形結(jié)構(gòu)便于制造。 流動式起重機(jī) 流動式起重機(jī)汽車起重機(jī)、輪胎起重機(jī)和履帶起重機(jī)屬于流動式起重機(jī)。這類起重機(jī)機(jī)動靈活，移動迅速，操縱簡單方便，作業(yè)范圍大，廣泛應(yīng)用于港口、車站、廠礦、貨場等地的裝卸和安裝作業(yè)。流動式起重機(jī)按運(yùn)行部分的結(jié)構(gòu)不同，可分為汽車起重機(jī)、輪胎起重機(jī)、履帶起重機(jī)和軌道起重機(jī)，其中輪胎起重機(jī)、汽車起重機(jī)擁有量最大，使用普遍。 3. 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的計算 3.1主要參數(shù)和機(jī)構(gòu)布置簡圖 圖1：小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)簡圖 1--電動機(jī)；2--制動器；3--減速器；4--傳動軸； 5--聯(lián)軸器；6--角軸承箱；7--車輪 起重量在5噸至50噸范圍內(nèi)的雙梁橋式起重機(jī)的小車，一般采用四個車輪支撐的小車，其中兩個車輪為主動輪。主動車輪由小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)集中驅(qū)動。 主要參數(shù)：Q主=30噸;Q副=5噸； 工作制度：中級JC%=25 小車運(yùn)行速度：小車=100 m/min 車輪數(shù)：4個； 驅(qū)動形勢：集中驅(qū)動； 圖1為小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)簡圖。 3.2輪壓的計算 參考同類型規(guī)格相近的起重機(jī)，估計行車總重為10.5t，近似認(rèn)為由四個車輪平均承受。吊鉤位于小車軌道的縱向?qū)ΨQ軸線上，根據(jù)小車架布置圖偏離主、從動輪之間的中心線為80mm。 根據(jù)起重小車架的平衡方程式，可分別求出主動輪和從動輪的輪壓： 主動輪： 2P= P1max=11958 kg P1min=2625 kg 同理，可得從動輪輪壓P2為： P2max=10791 kg P2min=2625 kg 3.3電動機(jī)的選擇 1.運(yùn)動阻力的計算 1）小車滿載運(yùn)行時的最大摩擦阻力 P摩滿=（Q+G+G架） =458 kg 2)小車滿載運(yùn)行時的最大坡度阻力 P坡滿=（Q+G+G架)坡=（35000+10500）*0.002=91 kg 3)小車滿載運(yùn)行時的最大靜阻力 P靜滿=P摩滿+P坡滿=549 kg(P靜滿=81+16=97) 2.選擇電動機(jī)，確定減速器 1）滿載運(yùn)行時電動機(jī)的靜功率 N靜===9.8 kw 2)選擇電動機(jī) N=K電N靜=1.2*9.8=11.76 kw 查電動機(jī)產(chǎn)品目錄選擇JZR242-8型電動機(jī)，功率N=16 kw，轉(zhuǎn)速710，轉(zhuǎn)子飛輪矩=1.717 km2，最大扭矩倍數(shù)=3.92。 3）確定減速器 減速器的傳動比： i====7.8 起動時的慣性力： P慣===372 kg 起動時減速器輸入功率 N===16.72 根據(jù)起動時期的輸入功率、減速比、輸入轉(zhuǎn)速及工作類型查產(chǎn)品目錄，選取立式減速器ZSC-400-I,i=9,N=2.8 kw。加速器看來偏小，不過在標(biāo)準(zhǔn)立式減速器中，只有此種較合適，實(shí)踐證明使用尚可。 根據(jù)減速器的傳動比，計算出實(shí)踐的運(yùn)行速度： V小車===86.7 速度偏差： =||<10% 所以通過。 4)滿載運(yùn)行時電動機(jī)軸上的靜力矩 M靜滿===11.86kgm 5）空載運(yùn)行時電動機(jī)軸上的靜力矩 M靜空===2.1kgm 3.起動時間與起動平均加速度的驗(yàn)算 = = =6.1 s 小車起動時間一般取4～6,計算得=6.1 秒，與推薦值基本相近。平均加速度驗(yàn)算 為了避免過大的沖擊以及物品擺動，應(yīng)使起動平均加速度 6.1 米/秒2。 ===0.24<0.3米/秒2 所以符合要求。 4. 電動機(jī)的發(fā)熱驗(yàn)算 電動機(jī)不過熱的條件： 當(dāng)=0.35時，查知=1.25。 =0.75x1.25x2.76=2.59 從計算可知，電動機(jī)滿足不發(fā)熱條件。 5.起動時的打滑驗(yàn)算 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)只作空載情況的打滑驗(yàn)算 R驅(qū)min==2x2625=5250 公式左邊： ==591 kg 公式右邊: ==590 kg 滿足要求，所以空載起動時不會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。 3.4制動器的選擇 為了避免制動時行輪在軌道上的滑移現(xiàn)象，必須控制適當(dāng)?shù)臏p速度，并按空載情況進(jìn)行制動力矩的計算和選擇制動器，最后進(jìn)行滿載制動驗(yàn)算。 1.容許制動減速度的確定 對粘著系數(shù)=0.15，1/2的情況下，推薦用=0.55米/秒2。 2.空載制動不滑動時，制動軸上所需的總制動力矩M總制動 M總制動= =4.23 3.換算到制動軸上的空載運(yùn)行（K附=1）靜阻力距M空（靜制） M空（靜制）==0.56 kgm ==0.34 kgm 4.制動器制動力矩M制動器的計算 M制動器=M總制動-M空（靜制）= 3.89 查制動器產(chǎn)品目錄選YDWZ--200/25型制動器，制動力矩[M2]=20 kgm，裝配時調(diào)整力矩為M制=5 kgm。 5.空載制動時的最小制動路程S最小的計算 S最小==0.5 m 6.滿載制動（在制動力矩M制動器不變時）減速度： = =0.195 m/s 7.滿載制動（M制動器不變時）的制動路程S（滿） S（滿）==1.42 3.5減速器強(qiáng)度驗(yàn)算 根據(jù)第II類載荷確定減速器承受的最大載荷，驗(yàn)算減速器輸出軸上的最大扭矩。 為了確定最大計算扭矩，首先要算出換算到減速器從動軸上的電動機(jī)最大啟動力矩，制動力矩及打滑力矩。 電動機(jī)的最大啟動力矩： ==178 kgm（其中=3.14） 制動器的制動力矩： ==78.4 kgm 打滑力矩： ==385 kgm 結(jié)果<< 所以取== 178 kgm 減速器額定的輸入扭矩為： ==3 kgm 減速器輸出軸扭矩為： ==323 kgm 因?yàn)?lt;，所以減速器扭矩滿足要求。 3.6聯(lián)軸器的計算 聯(lián)軸器應(yīng)滿足下式要求： 對于齒輪聯(lián)軸器： =，= 對高速軸上的聯(lián)軸器： =3.75 kgm =6 kgm ∴= 9.6 kgm 。 對低速軸上的聯(lián)軸器： ==204.3kgm 根據(jù)連接尺寸和查聯(lián)軸器的產(chǎn)品目錄，在高速軸上選用帶制動輪聯(lián)軸器序號1，允許最大扭矩71 kgm，它的飛輪矩=0.38 kgm。在低速軸上選用CL3型聯(lián)軸器，其允許最大扭矩315 kgm ，它的飛輪矩=0.42 kgm。 3.7車輪計算 根據(jù)輪壓、小車運(yùn)行速度、工作類型初選： 車輪：踏面直徑D=350 mm，材料ZG55II， 11B300； 軌道：P24（YB222-63）。 1.車輪計算輪壓 1）疲勞計算時的等效起升載荷由下式確定： =12300 kg 根據(jù)等效起升載荷確定車輪的等效輪壓，然后由下式確定車輪的計算輪壓。 4124 kg 2）強(qiáng)度校核時的最大計算輪壓 =10793 kg 2.車輪踏面接觸應(yīng)力計算 1）疲勞計算 因?yàn)椴捎密壍李^部有曲率的鋼軌，所以車輪與軌道成點(diǎn)接觸。局部接觸應(yīng)力為： =12920<=16000~20000 2）強(qiáng)度校核 =17800 kg/cm2<=240000~300000 符合要求。 3.8車輪軸的計算 1.疲勞計算 1）軸受純彎曲時的應(yīng)力 = 2）軸受純扭矩時的應(yīng)力 = kg/cm2 3）彎矩應(yīng)力和扭矩應(yīng)力合成時的計算應(yīng)力為 == 316 kg/cm2 疲勞計算通過。 2.強(qiáng)度計算 1）受純彎曲時的計算應(yīng)力 ==755 kg/cm2 2）受純扭轉(zhuǎn)時的計算應(yīng)力 ==106 kg/cm2 3)彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力合成的計算應(yīng)力 ==784 ==2485.7 kg/cm2 因?yàn)?，所以?qiáng)度計算通過。 4. 小車架的計算 4.1小車架設(shè)計要求，計算說明及布置簡圖 1.小車架設(shè)計要求 圖2：布置簡圖 設(shè)計小車架時，應(yīng)根據(jù)小車架上的機(jī)構(gòu)布置簡圖進(jìn)行，同時要考慮安裝和維修個機(jī)構(gòu)的方便。小車架的構(gòu)造，一般使用剛性焊接車架，由縱梁和橫梁組成，上面鋪有走臺板和欄桿。機(jī)構(gòu)因盡量放在縱梁上。 小車架不僅承受彎曲，亦承受扭矩，因此梁的剛度非常重要，在設(shè)計計算車架時必須保證有足夠的剛性。當(dāng)車架的剛度不足時，會破壞機(jī)構(gòu)的正常工作。對于小車的縱、橫梁都必須有足夠的翼緣寬帶，以保證剛性。 2.小車架的計算說明 圖一 小車架的受力情況是十分復(fù)雜的，它與車架機(jī)構(gòu)布置和車架的結(jié)構(gòu)等有關(guān)系。小車架是有由很多梁和桿件組成的框架，梁與梁之間的剛性連接，要正確地計算出它們內(nèi)力是很復(fù)雜的。為了簡化計算，一般做出如下假定，即小 車自重認(rèn)為均勻分布于兩個縱梁上，固定滑輪處載荷傳到縱梁處時，縱梁不受扭曲?？紤]到剛度要求，小車架個部位應(yīng)力建議小于以下數(shù)值： 900 kg/cm2 800 kg/cm2 700 kg/cm2 3.小車架布置簡圖 上圖圖2是30/5噸雙鉤小車架平面布置簡圖： 4.2小車架的計算 按照主鉤起吊的額定載荷30噸工況來計算梁I、II、III、IV、V，此時梁VI、VII認(rèn)為不是受力桿件，但因考慮起吊副鉤額定載荷5噸的工況。 梁的受力及彎矩計算 1.梁I 1）集中力的計算 圖3：主懸掛系統(tǒng) 在梁I上作用的集中力P1是主固定滑輪重量一半及三倍主鋼絲繩最大張力（見圖3所示）之和，即 ==10281 kg 2） 支撐反力和最大彎矩計算（見圖4） =5836 kg =4445 kg =221768 kg 3）斷面特性（見圖5）及最大應(yīng)力計算 總斷面相對a-a軸的靜力矩 圖4：彎矩圖計算簡圖 So==1340 cm3 總的斷面積 F==66 cm2 總斷面重心到a-a軸的距離： ==20.3 cm 總斷面積對于x-x軸的慣性矩 Jx-x=14205 cm4 圖5：梁I的斷面圖 總斷面對于x-x軸的斷面系數(shù)： 對于下部邊緣 =700 cm3 對于上部邊緣 =794 cm3 在下部邊緣處拉應(yīng)力 =317 kg/cm2 在上部邊緣處壓應(yīng)力 =279 kg/cm2 4）I梁與II、III梁連接處焊接的計算： 連接焊縫的剪切應(yīng)力 ==193 kg/cm2 2.梁II 1）支撐反力和最大彎矩計算 =5773 kg =5899 kg =347535 kg/cm =344502 kg/cm 2）斷面特性及最大應(yīng)力計算 梁II選擇工字型斷面結(jié)構(gòu)，如圖6所示 總斷面相對a-a軸的靜力矩 So=678+691+7.2=1376 cm3 總的斷面積 F=18+36+12=66 cm2 總斷面重心到a-a軸的距離： ==20.8 cm 總斷面積對于x-x軸的慣性矩 圖6：梁II的斷面圖 Jx-x=14020 cm4 總斷面對于x-x軸的斷面系數(shù)： 對于下部邊緣 =674 cm3 對于上部邊緣 =806 cm3 在下部邊緣處拉應(yīng)力 =516 kg/cm2 在上部邊緣處壓應(yīng)力 =431 kg/cm2 3)II梁與IV、V梁連接處焊接的計算： 連接焊縫的剪切應(yīng)力 =195 kg/cm2 3.梁III 1)支撐反力和最大彎矩計算 梁III上作用的2個的集中力和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)減速器總量求支撐反力 =4479 kg =4577 kg =269636 kgcm =267297 kgcm 2）斷面特性及最大應(yīng)力計算 梁III選擇箱型斷面結(jié)構(gòu)，如圖7所示 圖7：彎矩簡圖和梁III斷面圖 總斷面相對a-a軸的靜力矩 So=1941 cm3 總的斷面積 F=97 cm2 總斷面重心到a-a軸的距離： = cm =17.8 cm 總斷面積對于x-x軸的慣性矩 Jx-x=22930 cm4 總斷面對于x-x軸的斷面系數(shù)： 對于下部邊緣 =1146 cm4 對于上部邊緣 =1288 cm4 在下部邊緣處拉應(yīng)力 =236 kg/cm2 在上部邊緣處壓應(yīng)力 =210 kg/cm2 3)III梁與IV、V梁連接處焊接的計算： 連接焊縫的剪切應(yīng)力 =151 kg/cm2 4.梁IV 1)支撐反力和最大彎矩計算,如圖8所示 小車自重減去主要集中載荷，其余的總量認(rèn)為均勻分布在兩個縱梁上。 梁IV除了受均勻分布的載荷外，還作用著集中載荷。 分布在縱梁IV的小車自重:=5.5 kg/cm =8122 kg 圖8：彎矩計算簡圖 =9952 kg =8319 kg/cm =315249 kg/cm =720496 kg/cm =722623 kg/cm =521021 kg/cm =362458 kg/cm =1719 kg/cm 2）斷面特性及最大應(yīng)力計算 梁IV選擇箱型斷面結(jié)構(gòu)，如圖9所示 總斷面相對a-a軸的靜力矩 So=2615 cm3 總的斷面積 圖9：梁IV中部斷面圖 F=123 cm2 總斷面重心到a-a軸的距離： =21.3 cm 總斷面積對于x-x軸的慣性矩 Jx-x=31208 cm2 總斷面對于x-x軸的斷面系數(shù)： 對于下部邊緣 =1465 cm2 對于上部邊緣 =1819 cm2 在下部邊緣處拉應(yīng)力 =493 kg/cm2 在上部邊緣處壓應(yīng)力 =382 kg/cm2 總的斷面面積，如圖10所示 F=93 cm 總斷面相對a-a軸的靜力矩 圖10：IV端部斷面圖 So=604 cm3 總斷面重心到a-a軸的距離： =6.5 cm 總斷面積對于x-x軸的慣性矩 Jx-x=1572 cm4 總斷面對于x-x軸的斷面系數(shù)： 對于下部邊緣 =242 cm3 對于上部邊緣 =393 cm3 支撐斷面承受的彎曲力矩 =11444i8 kgcm 在下部邊緣處拉應(yīng)力 =473 kgcm3 在上部邊緣處壓應(yīng)力 =291 kgcm3 支撐斷面剪切應(yīng)力的計算： x-x軸以上部分?jǐn)嗝鎸-x軸的靜力矩 Sx=179 cm3 支撐斷面的剪切應(yīng)力 472 kg/cm2 3)支撐斷面翼緣焊縫應(yīng)力的計算： 上蓋板的斷面對x-x軸的靜力矩： S1=168 cm3 =475 kg/cm2 上蓋板的斷面對x-x軸的靜力矩： S2=146 cm3 413 kg/cm2 5.梁IV 1)支撐反力和最大彎矩計算 梁V與梁IV相同，除了承受小車架自重產(chǎn)生均布載荷外，還承受集中力，他的作用簡圖，如圖11所示： =8460 kg =9604 kg =6075 kgcm =11239 kgcm 圖11：彎矩計算簡圖 =311195 kgcm =735362 kgcm =764770 kgcm =349408 kgcm =1719 kgcm 2）斷面特性及最大應(yīng)力計算 梁V選擇箱型斷面結(jié)構(gòu)，如圖12所示 圖12：梁V中部斷面圖 總斷面相對a-a軸的靜力矩 So=2691 cm3 總的斷面積 F=128 cm2 總斷面重心到a-a軸的距離： =21 cm 總斷面積對于x-x軸的慣性矩 Jx-x=33103 cm4 總斷面對于x-x軸的斷面系數(shù)： 圖13：梁V端部斷面圖 對于下部邊緣 =1576 cm3 對于上部邊緣 =197 cm3 在下部邊緣處拉應(yīng)力 =485 kg/cm2 在上部邊緣處壓應(yīng)力 =388 kg/cm2 梁的斷面結(jié)構(gòu)如圖13所示 總斷面相對a-a軸的靜力矩 So=624 cm2 總的斷面積 F=95 cm2 總斷面重心到a-a軸的距離： =6.6 cm 總斷面對于x-x軸的慣性矩 Jx-x=1595 cm4 總斷面對于x-x軸的斷面系數(shù)： 對于下部邊緣 =242 cm3 對于上部邊緣 =409 cm3 支撐斷面承受的彎曲力矩 =110446 kg`cm 在下部邊緣處拉應(yīng)力 =456 kg/cm2 在上部邊緣處壓應(yīng)力 =270 kg/cm2 3)支撐斷面翼緣焊縫應(yīng)力的計算： 軸以上部分?jǐn)嗝鎸S的靜力矩 =180 cm3 支持?jǐn)嗝娴募羟袘?yīng)力 =452 kg/cm2 支持?jǐn)嗝嬉砭壓缚p的應(yīng)力 上蓋板的斷面對x-x軸的靜力矩 S1=170 cm3 =457 kg/cm2 上蓋板的斷面對x-x軸的靜力矩 S2=149 cm2 =401 kg/cm2 參考文獻(xiàn) [1] 張質(zhì)文. 起重機(jī)設(shè)計手冊[M]. 北京: 中國鐵道出版社，1998. 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