18吨桥式起重机的设计—机械部分

18吨桥式起重机设计—机械部分 目录

中文摘要 ……………………………………………………………………… Ⅰ 英文摘要 ……………………………………………………………………… Ⅰ 1绪论 …………………………………………………………………………… 1 1.1桥式起重机简介 ………………………………………………………… 1 1.2普通桥式起重机的主要组成部分 ……………………………………… 1 1.2.2大车 ………………………………………………………………… 1 1.2.2小车 ………………………………………………………………… 1 1.2.3动力装置和控制系统 ……………………………………………… 1 1.3普通桥式起重机的运行方式 …………………………………………… 1 2设计任务及参数 ……………………………………………………………… 2 2.1主要技术参数 …………………………………………………………… 2 2.2起重机工作机构的级别 ………………………………………………… 2 3吊钩组的设计计算 …………………………………………………………… 2 3.1原始参数 ………………………………………………………………… 2 3.2设计步骤 ………………………………………………………………… 2 4滑轮组的设计计算 …………………………………………………………… 6 5钢丝绳的选择 ……………………………………………………………… 8 6卷筒的设计计算……………………………………………………………… 9 7钢丝绳在卷筒上的固定……………………………………………………… 11 8起升机构的设计计算………………………………………………………… 12 8.1原始参数 ……………………………………………………………… 12 8.2设计计算步骤…………………………………………………………… 12 9小车运行机构的设计计算…………………………………………………… 16 9.1原始参数………………………………………………………………… 16 9.2设计计算步骤…………………………………………………………… 16 10起重机主梁的设计计算 …………………………………………………… 22 10.1桥式起重机主梁的设计计算主要涉及内容 ………………………… 22 11安全装置的选择说明 ……………………………………………………… 23 11.1主要安全装置的说明 ………………………………………………… 23 11.1.1走台与栏杆 …………………………………………………… 23 11.1.2排障板 ………………………………………………………… 23 11.1.3小车行程限位开关……………………………………………… 23 11.1.4起升高度限位开关……………………………………………… 23 11.1.5大车行程限位开关……………………………………………… 23 11.1.6缓冲器与挡铁…………………………………………………… 23 11.2小车缓冲器选择计算 ………………………………………………… 24 11.3大车缓冲器选择计算 ………………………………………………… 24 12 18吨桥式起重机的控制系统设计………………………………………… 25

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结束语 ……………………………………………………………………………25 参考文献 …………………………………………………………………………26 附录1 外文资料………………………………………………………………… 28

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桥式起重机是一种提高劳动生产率重要物品搬运设备，主要适应车间物品搬运、设

备的安装与检修等用途。我国生产的吊钩电动双梁桥式起重机额定起重范围为5～500t，一般10t以上，起重机有主、副两套起升机构；300t以上，起重机还有三套起升机构。

电动双梁起重机由桥架、小车运行机构、大车运行机构和电气设备构成。在系统整体设计中采用传统布局的典型结构，小车运行机构采用集中驱动。起升机构滑轮组采用双联滑轮组，重物在升降过程中没有水平移动，起升过程平稳，且钢丝绳的安装和更换容易。相应的卷绕装置采用单层卷筒，有与钢丝绳接触面积大，单位压力低的优点。在起升机构中还涉及到钢丝绳、减速器、联轴器、电动机和制动器的选择等。小车运行机构中涉及小车轮压计算、小车车轮、小车轨道、减速器、联轴器、电动机和制动器的选择计算等。

在起重机控制方面，起升机构用主令控制器和磁力控制屏来实现控制，大、小车运行机构用凸轮控制器直接控制。在控制系统设计中，主要针对起升机构、大车运行机构、小车运行机构电路控制系统的设计及保护电路的设计。利用低压电气元件控制起重机，其使用寿命较长，适合车间恶劣环境。

关键词：桥式起重机 起升机构 小车运行机构 电气控制系统

18吨桥式起重机设计

摘要

ABSTRACT

Bridge crane is a significant increase labor productivity goods handling equipment, primarily to carry goods workshops, equipment installation and maintenance, and other purposes. China's production of electrical hook rated double-beam bridge crane lifting the range of 5 ~ 500 t, generally more than 10 t, cranes are the main, two sets of lifting300 t above, there are three sets of cranes lifting bodies.

Two-electric beam from the bridge crane, the trolley running, traveling mechanism and electrical equipment constituted. The overall design of the system using the traditional layout of the typical structure and operation of institutions used car driven focus. Pulley group or agency from using double-pulley blocks, heavy objects in the process of lifting the level of no movement, or from the process smooth, and the installation and replacement of wire rope easily. Winding installations in the corresponding single reel, a large area of contact with the rope, the advantages of low pressure units. In lifting bodies also involves rope, reducer, couplings, electrical and brake the choice. Vehicles involved in the operation of institutions pressure on the wheels, car wheels, car track, reducer, couplings, electrical and brake the choice of calculation.

In the crane control, or from the institutions with the main controller and magnetic control of the screen to achieve control, big and small car cam

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controller running institutions with direct control. In the control system design, mainly for lifting bodies, traveling mechanism, the car run institutions circuit design and control system for the protection of the circuit design. Use of low-voltage electrical components control crane, a longer service life for workshop harsh environment.

Key words: bridge crane hoisting mechanism car agencies operating electric control system

1 绪论

1.1桥式起重机的简介

桥式起重机是生产车间、料场、电站厂房和仓库中为实现生产过程机械化和自动化，减轻体力劳动，提高劳动生产率的重要物品搬运设备。它通常用来搬运物品，也可用于设备的安装与检修等用途。桥式起重机安装在厂房高处两侧的吊车梁上，整机可以沿铺设在吊车梁上的轨道纵向行驶，而起重小车又可沿小车轨道（铺设在起重机的桥架上）横向行驶，吊钩则作升降运动。因此，它的工作范围是其所能行驶地段的长方体空间，正好与一般车间形式相适应。

1.2普通桥式起重机的主要组成部分

1.2.1 大车 大车由桥架和大车运行机构组成。桥架：桥架为起重机的金属结构，一

方面支撑小车，允许小车在它上面横向行驶；另一方面又是起重机行走的车体，可沿铺设在厂房上面的轨道行驶。在其两侧的走台上，安装有大车运行机构和电器设备，大车运行机构用来驱动大车行走，大车上一般还有驾驶室，用来操纵起重机和安装各机构的控制设备。桥架主要由主梁和端梁组成。设计时要考虑其强度，刚度和稳定性要求，也应考虑自重和外形尺寸要小，加工制造简单，运输、存放和使用维修方便，成本低等因素。1.2.2 小车 小车由起升机构，小车运行机构，小车架和保护装置等组成。小车架要承受起升载荷和各机构自重，应有足够的强度和刚度，同时又要尽量减轻自重，以降低轮压和桥架受载。小车的电力则由滑线或软电缆引入。设计时要考虑改善零部件的受力情况、减少外形尺寸和自重、安全可靠、工作平稳、装配维修方便等因素。

1.2.3动力装置和控制系统 动力装置是驱动起重机运动的动力设备，它在很大程度上决定了起重机的性能和构造特点，桥式起重机的动力装置一般采用电动机。控制系统包括操纵装置和安全装置。各机构的启动、调速、改向、制动和停止，都通过操纵控制系统来实现。

1.3普通桥式起重机的运行方式

桥式起重机是一种循环的、间隙动作的、短程搬运机械。一个工作循环一般包括上料、运送、卸料及回到原位的过程，即取物装置从取物地点由起升机构把物料提起，由运行机构把物料移位，然后物料在指定地点下放，接着进行相反动作，使取物装置回到原处，以便进行下一次工作循环。在两个工作循环之间一般有短暂的停歇。起重机工作时，各机构经常处于起动、制动以及正向、反向等相互交替的运动状态之中。

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2 设计任务及技术参数

2.1主要技术参数：

最大起重量： 18吨 粱跨度： 31500mm

起升速度: 18 ~ 28m/min 起升高度: 14mm

起重机运行速度: 80 ~ 95m/min

起升机构运行速度: 40 ~ 45m/min

2.2起重机工作机构的级别: 起重机工作级别A6; 其中载荷状态为Q2(有时起升额

6定载荷,一般起升中等载荷);利用等级为T6(总工作循环次数N=110,不经常繁忙使用)

起升机构工作级别M6;其中利用等级为T6,载荷状况为L2 小车运行机构工作级别M4;其中利用等级为T4,载荷状况L3

大车运行机构工作级别M4;其中利用等级为T4,载荷状况L2

3 吊钩组的选择计算

3.1原始参数

机构工作级别:M6, 采用双联滑轮组,倍率: m=4

起升质量: 起升速度:

mQ= 18 t 起升载荷: PQ180KN

~ 28m/min 初取

Vn20m/minVn18

3.2设计步骤

3.2.1.吊钩形式选择 吊钩采用倍率m=4的双联滑轮组,故采用长形吊钩组

吊钩用普通的短吊钩

3.2.2.吊钩结构及制造方法的确定 选用吊钩断面为梯形的吊钩,其受力情况合

理.用锻造方式制造,材料为20钢,机加工前热处理,硬度小于或等于156HBS 3.2.3.吊钩主要尺寸的确定

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单钩 D(3~3.5)Q额 即D(3~3.5)18=148.4 mm 150mm 则由公式

h1.0~1.2得，h=150 (因为吊钩断面为梯形，故h=D) DQ额 ：额定起重量（吨）

3.2.4.钩身强度计算 1—2和3—4断面为危险断面，通常垂直断面3—4取与水平

断面1—2相同的断面，而最大拉应力约为1—2断面的50% ，故只验算1—2面。计算

2•PQ2e11.56180103265公式： 1158.81 150A•BD158400.0962式中：A—断面面积，A=15840mm

e1—断面重心坐标，e1=65mm

B—断面形状系数，B=0.096 2—起升动力系数，2=1.56

对于20钢，查表得；取安全系数n=1.3，则许用应力为： 0S220169N/mm2169N/mm20 n1.31 < 0钩身验算通过

s220N/mm23.2.5.吊钩尾部螺纹直径的确定 42PQ2•PQA2 24d141.56180103即d1=80.62mm 3.1455式中：2 PQ 同上

PQ=180KN

d1—螺纹根部直径 —材料许用应力

A-螺纹根部截面面积

S22055N/mm2n4 查表取梯形圆螺纹：TY9010

3.2.6.确定吊钩螺母尺寸 螺母最小工作高度：H=0.8d=72mm根据实际结构，需设

防松螺栓，故取螺母高度为：90mm 螺栓外径D=（1.7~2）d=153~180mm 选取D=160mm 上式中d为螺纹公称直径，d=90mm

3.2.7.选择推力轴承 根据所选吊钩螺母尺寸，查表初选推力轴承型号：81124 其

C额定静载荷0=660KN，因轴承在工作时很少转动，只需校验额定静载荷即可。当量静负荷：PD2PQ1.56180280.8KN

Cjn0PD1.25280.8351KN

n—安全系数，取0=1.25 CjC < 0校验通过选择 81124型推力轴承

n0湘潭大学兴湘学院毕业设计

3.2.8.吊钩横梁的计算 根据滑轮尺寸，吊钩组装置示意图为

吊钩梁可看作简支梁，受力图如下：

受力图弯矩图

横梁中间断面尺寸如下示：

吊钩横梁中间断面图集中载荷：P=2PQ1.56180KN280.8KN

PL95mmL=475mm L178mm L2112mm 3 P1=P2=2 L=475mm l1=237.5mm D=106mm B=160mm P=280.8KN

最大弯矩计算如下：

P280.80.2375MmaxL1 KN•m=33.345KN•m

22中间断面的弯曲系数：

(Bd)h2(160106)h2W66

最大弯曲应力为：

Mmax33.34561063.71062maxW(160106)h2N/mm h2N/mm2

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横梁材料为45钢，查表得屈服极限： s290N/mm2

取安全系数n=3，则许用强度： s29096.7N/mm2n3 由 max < , 则有

2058777.8146mm96.7h >

取h=200mm

2Mmax33.345KN•m 96.7N/mm h=200mm

3.2.9.吊钩拉板强度计算 拉板结构尺寸如下图所示，断面A—A受拉伸应力，计

2PQ1.561801031760N/mm2 l算如下：lN/mm2 其中 为拉板厚

2(bd)2(200120)s240N/mm2度，因拉板材料为A3钢，查表得屈服极限：

cs240141N/mm2n1.7取安全系数n=1.7,则许用拉伸应力为： 因： l < C 则

176012.48mm因轴孔要受挤压应力，则有：有： >

1412PQ1.56180000j 取安全系数 n=3.5, 则有

2d23.14120S24068.57N/mm2n3.5

372.615.43mm 取 20mm 由上可得：68.57拉板结构图如下：

 > 12.48mm n=3.5 5.43mm 20mm b=200mm d=120mm h=100mm

4 滑轮组的设计计算

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4.1.滑轮结构形式及相关尺寸的确定 采用铸钢滑轮，因为其强度和冲击韧性

好，材料选：2G230—450

材料2G230—450 A=63mm B=45mm S=14mm C=37mm R=12mm M=14mm R120mm R216mm r=3m r15mm

4.2.轮直径的确定 普通滑轮直径的选择：

D(h1)d(22.41)20428mm 查表选取D=630mm

式中：h—与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数，查表取h=22.4 d—钢丝绳直径，d=20mm

DD0maxhd22.420448mm平衡轮直径的选择：P

4.3. 吊钩组上滑轮轴的计算（1）吊钩装置简图如下；

L=475mm L1=78mm L2=112mm L3=95mm

（2）.滑轮轴可简化为简支梁，认为作用四个集中载荷受力情况图如下：

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受力图 '

弯矩图

A B C D 2PQ2PQ1.56180'140.4KN P1P2P3P4KN=70.2KN P0P244Mmax78P078140.4103N•mm=10951.2103N•mm

M20904Wmax3W0.1dZ弯曲应力为： 290N/mm滑轮轴材料为45钢，S 则有：W <

2Sn290121N/mm22.4

420904103120mm121即：d > 查手册选取 d=130mm

P0140.4KN Mmax10951.210N•mm 材料：45钢

3S290N/mm2

d=130mm

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4.4轮轴承的选择计算 轴承的圆周速度：

v'mVn420m/min80m/min

v'800n4.045r/minD3.14630工作转数：每个滑轮中均采用两个径向滚动轴承，根

C148KN据滑轮组的选择，查表选用6226型轴承。查表得，额定静载荷：0r 额定动

C165KN载荷：0 所选轴承的验算：

ff21.5ChFP39KN123.2KNfnfT0.951

C123.2KN < C0r148KN (C0165KN)验算通过

ff式中：h—寿命系数，取h=2 fF—负荷系数，fF=1.5 fn—速度系数，

fn=0.95

fT—温度系数，fT=1

轴承径向负荷：PPr39KN

Fr2PQ8Fa1.56200KNF08 =39KN由于a，Fr < e 因此有

5 钢丝绳的选择

5.1钢丝绳的最大静拉力

1801030.02180103=23660N所选钢丝绳直径应满足： SmaxXmZ240.97SPnSmax623660N141960N

PQP01m10.984z0.97'4(10.98)m(1)其中

式中：—滑轮效率，取=0.97 m—起升倍率，m=4 n—安全系数，取n=6

5.2.钢丝绳的选择 初选钢丝绳：查手册选纤维芯钢丝绳，直径d=20mm,确定其抗拉

2强度为1670N/mm钢丝绳的校核：

SPnPX0.85220KN187KN SP187KN > nSmax141.96KN

校核通过

式中n —为钢丝绳折减系数，取n=0.85 PxP—钢丝绳最小破断拉力，查手册选取x=220KN

5.3.钢丝绳的标记选取钢丝绳为：直径20mm，光面钢丝，结构形式为619西鲁式，

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2纤维芯，抗拉强度为1670N/mm，右交互捻，最小破断拉力为220KN，单位长度重量147Kg/100mm

标记：20NAT6×19S+FC1670ZS220147GB/T8918—1996

6 卷筒的设计计算

6.1.卷筒类型的初步选择 由于起升高度比较高，根据滑轮倍率和起升速度，采用

双联卷筒，标准槽形，用铸造方式制造，材料为灰铸铁

（h1）d(201)20380mm 6.2. 卷筒直径的定 （1）直径确定：D查手册选用A型卷筒，直径D=400mm

式中： h—与机构级别有关的系数，取h=20 d—钢丝绳的直径，d=20mm

（2）卷筒的槽形的选择：查手册，选标准槽形，其尺寸如下：槽底半径R=11mm,槽距P122mm，表面精度为1级，

标记为：槽形11221 JB/T9006.1—19993.

6.3. 双联卷筒长度及壁厚的确定

L0（（1）卷筒上有螺旋槽部分长

140004(3)221000.18mm =3.14420 式中：a—滑轮组倍率， a4

D0Hmax•aZ1）P1•D0

—卷筒计算直径

D0Dd40020420mm

HmaxH14000mm—最大起升高度，max Z1—固定钢丝绳安全圈数，Z13

P1—绳槽槽距，P1=22mm

L（2L0L1L2）L3（2）双联卷筒长度L： 2（1000.187066）1802452.36mm取L=2500mm

式中：L1—卷筒两端的边缘长度根据结构取L1=70mm L2—固定钢丝绳所需长度L23P32266mm

3左右，则有：—中间光滑部分长度根据钢丝绳允许偏角

l40.2hminL3l40.2hmin3190.21500L33190.21500

hmin—取物装置处于上极限时，动滑轮轴线与卷筒轴线的间距，取hmin=1500mm l4—由卷筒出来的两根钢丝绳引入悬挂装置的两动滑轮的间距: l4=319mm 所选卷筒标记为：卷筒A40025001122144左 JB/T9006.2—1999 （3）卷筒壁厚确定 对铸铁卷筒，按经验公式初选：0.02D

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（6~10）=0.02400+（6~10）=14~18mm 取18mm

6.4. 卷筒强度的计算 因卷筒长度L=2500mm>3D=1200mm需计算压应力和弯曲应力。（1）压应力的计算卷筒最大压应力在筒壁的内表面，

S26288.7压max66.4MPa•P11822

y750y176.47MPa66.4MPa176.47MPa压n4.25 SS上式中：max—钢丝绳最大静拉力 max=26288.7N

—许用压应力

yy—抗压强度，查手册y=750Mpa n—安全系数，取n=4.25

P1—钢丝绳卷绕节距，P1=22mm

(2) 弯曲应力的计算受力和弯曲简图：

扭扭弯

因扭转应力很小，故忽略不计。

M弯25145141.55弯W215969011.64MPa M式中：弯—弯矩； M弯Smax956.5=26288.7956.5=25145141.55N•mm

W—卷筒断面抗弯模量；

D4(D2)44004(400220)4W32D32400 ==2159690

弯卷筒所受合应力：

=35.8Mpa

35.8Mpa < 拉64MPa校核通过

拉B32064MPan5式中：

压拉压11.646466.4176.47

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B—材料的抗拉强度，B=320Mpa n—安全系数；取n=5

PPkn

6.5.卷筒的抗压稳定性验算 验算公式：

式中：n—稳定系数；取n=1.5 P—卷筒壁单位面积受的外压力；

2Smax226288.7P5.97N/mm2D•P140022

Pk—受压失稳临界压力；

32035510()10()PkD=（2~2.6）40025~32.5N/mm2 （2~2.6）

Pk2516.7N/mm2P=5.97 < n1.5满足稳定性要求

7 钢丝绳在卷筒上的固定计算

7.1. 固定方法的选择 采用压板固定；因其构造简单，装拆方便，便于观察和检查，

并安全可靠。其固定形式如下图示：

7.2绳尾固定处拉力计算 计算式如下：

式中：

SmaxSGSmax26288.70.14224530.1Nee

—钢丝绳最大静拉力

—钢丝绳与卷筒的摩擦系数，取0.14

—安全圈在卷筒上的包角；取22

e—自然对数的底数; e=2.718

7.3. 螺栓预紧力计算 因选压板槽为半圆形，故：

PSG(e1)4530.14756.4N0.14220.14(e1)