電動(dòng)雙梁起重機(jī)橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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****學(xué) 院 ****屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書1畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書電動(dòng)雙梁起重機(jī)橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 學(xué) 院： 系 名： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 年 6 月機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化****學(xué) 院 ****屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書電動(dòng)雙梁起重機(jī)橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)是在保證金屬結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的前提下，選擇起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)材料時(shí)，通過金屬結(jié)構(gòu)的形式、連接形式、承受的載荷的性質(zhì)以及起重機(jī)的工作環(huán)境等因素來決定金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件的許用應(yīng)力。在設(shè)計(jì)過程中主要采用許用應(yīng)力法來對(duì)橋式起重機(jī)橋架金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先用估計(jì)的橋式起重機(jī)各結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)對(duì)起重機(jī)的強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、穩(wěn)定性、剛度進(jìn)行粗略的校核計(jì)算，待以上因素都達(dá)到材料的許用要求后，畫出橋架結(jié)構(gòu)圖。然后計(jì)算出主梁和端梁的自重載荷，再用此載荷進(jìn)行橋架強(qiáng)度和剛度的精確校核計(jì)算。在設(shè)計(jì)過程中參考了多種資料并且進(jìn)行了實(shí)地考察,盡量利用各種條件力求能夠更好的來完成此次設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)通過反復(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)經(jīng)濟(jì)合理;通過采取參考前人的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),力求能夠有所創(chuàng)新；通過計(jì)算機(jī)輔繪圖和設(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,力求使設(shè)計(jì)更加高效精準(zhǔn)。關(guān)鍵詞: 橋式起重機(jī)，校核，許用應(yīng)力****學(xué) 院 ****屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書Designof bridge structure ofelectric double girder craneabstract The project designs metal framework of bridge crane in use of allowable stress method and CAD. At first . I chose size assumably. Then. proofreaded the size. If the proof was not passed. must choose the size again up to pass the proof. If the proof was passed. it could carry on the specific structural design. At last. it’s plot and clean up the calculation process.Designed to make reference to the various of data in the process. make use of various paths. work hard to make use of the various of condition to complete this design in reason. I considered various design projects. discussed earnestly. calculated time after time. try hard for a reasonable design. via CAD and make reference advanced experiences. try hard for a innovatory design. via CAD, ploting and calculation can make good use of powerfull computer. try hard for a high efficiency design. I knew the various of design methods. newest machine design methods both here and abroad also found various of good data.Key Words: bridge crane;proofread;allowable stress****學(xué) 院 ****屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 Ⅰ 頁 共 Ⅱ 頁目錄第一章 緒論 11.1 引言 .11.2 課題研究的背景 .11.3 課題研究的內(nèi)容 .21.4 課題研究的目的和意義 .41.5 橋式起重機(jī)發(fā)展概述 .61.5.1 國(guó)內(nèi)橋式起重機(jī)發(fā)展動(dòng)向 61.5.2 國(guó)外橋式起重機(jī)發(fā)展動(dòng)向 6第二章 主要部分的設(shè)計(jì)計(jì)算 82.1 基本參數(shù) .82.2 載荷 82.2.1 固定載荷 82.2.2 動(dòng)力效應(yīng)系數(shù) 82.2.3 慣性載荷 92.2.4 偏斜運(yùn)行側(cè)向力 .92.2.5 扭轉(zhuǎn)載荷 102.3 主梁計(jì)算 .112.3.1 內(nèi)力 112.3.2 強(qiáng)度 .162.3.3 主梁疲勞強(qiáng)度 .182.3.4 主梁穩(wěn)定性 .202.4 端梁計(jì)算 .252.4.1 載荷與內(nèi)力 252.4.2 強(qiáng)度 282.4.3 疲勞強(qiáng)度 302.4.4 穩(wěn)定性 332.4.5 端梁拼接 332.5 主梁與端梁的連接 .37****學(xué) 院 ****屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 Ⅱ 頁 共 Ⅱ 頁第三章 校核計(jì)算 393.1 橋架的垂直剛度 .393.1.1 橋架的垂直靜剛度 .393.1.2 垂直動(dòng)剛度 .393.2 橋架的水平剛度 .403.2.1 橋架的水平慣性位移 .403.2.2 水平動(dòng)剛度 .403.3 橋架拱度 .41第四章 Solidworks 的建模及工程圖的生成 .434.1 雙梁橋架端梁設(shè)計(jì) .434.2 雙梁橋架主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .464.3 雙梁起重機(jī)橋架整體設(shè)計(jì) .47第五章 總結(jié) 49參考文獻(xiàn) 50致 謝 51學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 0 頁 共 51 頁第一章 緒論1.1 引言 起重機(jī)(Crane)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)是減輕體力勞動(dòng)、提高作業(yè)效率、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的起重運(yùn)輸設(shè)備。它作為關(guān)鍵的工藝設(shè)備或重要的輔助機(jī)械，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的物質(zhì)生產(chǎn)和物資流通中。起重機(jī)的設(shè)計(jì)制造，從一個(gè)側(cè)面反映了國(guó)家的工業(yè)現(xiàn)代化水平 [1]。歐式起重機(jī)采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)理念，具有尺寸小，重量輕，輪壓小的特點(diǎn)。與傳統(tǒng)起重機(jī)相比，吊鉤至墻面的極限距離最小，凈空高度最低，科力起重機(jī)更能貼近前面作業(yè)，起升高度更高，實(shí)際增加了現(xiàn)有廠房的有效工作空間。由于起重機(jī)具有重量輕，輪壓小的特點(diǎn)，新廠房空間可以設(shè)計(jì)的更小，功能更齊全。較小的廠房意味著初期建設(shè)投資，以及長(zhǎng)期供熱、空調(diào)及其他維護(hù)費(fèi)中可以節(jié)省一筆可觀的資金。通常起重機(jī)械由起升機(jī)構(gòu)(使物品上下運(yùn)動(dòng))、運(yùn)行機(jī)構(gòu)(使起重機(jī)械移動(dòng))、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(使物品作水平移動(dòng))，再加上金屬機(jī)構(gòu)，動(dòng)力裝置，操縱控制及必要的輔助裝置組合而成 [2]。1.2 課題研究的背景隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，橋式起重機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，目前產(chǎn)品己經(jīng)形成多個(gè)系列，用戶對(duì)產(chǎn)品的個(gè)性要求越來越多樣化。但是目前國(guó)內(nèi)的橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)型式仍然比較落后，和國(guó)外同類產(chǎn)品相比還存在很大差距。。與此同時(shí)，國(guó)外同行憑借雄厚的資本、先進(jìn)的技術(shù)和管理優(yōu)勢(shì)搶占市場(chǎng)，對(duì)國(guó)內(nèi)的起重機(jī)行業(yè)形成了巨大的沖擊。因此，國(guó)內(nèi)的起重機(jī)企業(yè)迫切需要先進(jìn)、有效、快捷的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法來提高產(chǎn)品開發(fā)的速度和質(zhì)量 [3]。起重機(jī)設(shè)計(jì)制造需按用戶的要求承擔(dān)特殊的設(shè)計(jì)，即包括起重機(jī)的所有部學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 1 頁 共 51 頁件和起升高度、所必須移動(dòng)物料的距離等，設(shè)計(jì)起重機(jī)的外形及確定其主要參數(shù)，確認(rèn)后，開始設(shè)計(jì)制造。這個(gè)過程，國(guó)內(nèi)起重機(jī)制造廠與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家有很多相似之處。但目前國(guó)內(nèi)起重機(jī)行業(yè)存在的問題己嚴(yán)重阻礙著自身的發(fā)展。設(shè)計(jì)手段不完善、工藝水平較低。長(zhǎng)期以來，利用圖板手工設(shè)計(jì)制圖，需要較長(zhǎng)的設(shè)計(jì)周期。雖然三維CAD技術(shù)在國(guó)內(nèi)起重機(jī)行業(yè)得到廣泛的作用，但應(yīng)用水平卻參差不齊，關(guān)鍵問題是由于“設(shè)計(jì)”上的差異。國(guó)內(nèi)一些應(yīng)用水平較高的部門已真正做到了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，而還有相當(dāng)一部分用戶仍停留在傳統(tǒng)型CAD應(yīng)用系統(tǒng)上，對(duì)一些重大非標(biāo)準(zhǔn)起重機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)人員的頭腦中完成，再利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)幾何信息的處理，把CAD技術(shù)作為一種繪圖、描圖的工具 [5]。對(duì)于起重機(jī)三維模型的二次開發(fā)，如起重機(jī)方案設(shè)計(jì)和起重機(jī)械零部件輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)還未完善。起重機(jī)方案圖設(shè)計(jì)，只是把預(yù)先設(shè)計(jì)外形尺寸及主要參數(shù)輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，顯示并打印出所需起重機(jī)的圖紙，不能對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力進(jìn)行分析，不能進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和標(biāo)準(zhǔn)部件的選擇。一些起重機(jī)廠家，對(duì)成系列、成批量的通用起重機(jī)產(chǎn)品，為了降低成本，簡(jiǎn)化生產(chǎn)管理，通用化設(shè)計(jì)也只能做到對(duì)車輪組、滑輪組、卷筒組和聯(lián)軸器的通用化設(shè)計(jì)，對(duì)于運(yùn)行機(jī)構(gòu)、小車架，仍只能按不同起重量設(shè)計(jì)，橋架端梁則按不同起重量，不同小車軌距多款設(shè)計(jì)，對(duì)橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)不能使整機(jī)與機(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu)與部件、部件與零件之間的參數(shù)匹配[4]。國(guó)內(nèi)企業(yè)，普遍缺乏生產(chǎn)技術(shù)，工藝水平較低，一些起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的工裝設(shè)備、裝配及檢測(cè)手段比較落后，嚴(yán)重影響了起重機(jī)的質(zhì)量。新設(shè)計(jì)方法在起重機(jī)行業(yè)的應(yīng)用越來越引起從業(yè)人員的重視。起重機(jī)市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展給起重機(jī)的設(shè)計(jì)帶來了更高層次的發(fā)展要求，新設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用已經(jīng)成為各起重機(jī)企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)能力的主要手段和途徑 [7]?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)日新月異的發(fā)展，使得起重機(jī)的設(shè)計(jì)不能局限于常規(guī)的傳統(tǒng)模式，客戶對(duì)于操作的舒適性、機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)廣義優(yōu)化、控制系統(tǒng)安全可靠性等方面有了更高層次的要求，因此用新觀點(diǎn)、新原理、新方法、新技術(shù)、來適應(yīng)新形勢(shì)的新起重機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，切切實(shí)實(shí)的擺在了起重機(jī)設(shè)計(jì)人員的面前。學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 2 頁 共 51 頁1.3 課題研究的內(nèi)容本課題是要通過把數(shù)量十分有限的主要參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，由專用的程序控制出其他所有結(jié)構(gòu)尺寸和工藝參數(shù)，并經(jīng)過強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算合格后，自動(dòng)生成產(chǎn)品三維模型和工程圖紙，包括全部材料明細(xì)，設(shè)計(jì)計(jì)算書等，并可在三維，二維設(shè)計(jì)環(huán)境的人機(jī)交互進(jìn)行局部修改設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)能方便地設(shè)計(jì)出參數(shù)不同而結(jié)構(gòu)相同的產(chǎn)品，能夠改變某些零件的結(jié)構(gòu)，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完善的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能，對(duì)系列件、通用件，完成其所有規(guī)格的系列設(shè)計(jì)；對(duì)相似件完成主要參數(shù)控制的相似設(shè)計(jì)，形成大量模塊化的快速設(shè)計(jì)。參數(shù)化技術(shù)是面向系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一種快速設(shè)計(jì)方法。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指通過改動(dòng)圖形某一部分或某幾部分的尺寸，自動(dòng)完成對(duì)圖形中相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)尺寸對(duì)圖形的驅(qū)動(dòng) [3]。參數(shù)化設(shè)計(jì)極大地改善了圖形的修改手段，提高了設(shè)計(jì)的柔性，在概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、實(shí)體造型、裝配、公差分析與綜合、機(jī)構(gòu)仿真、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用。參數(shù)化為產(chǎn)品模型的可變性、可重用性和并行設(shè)計(jì)提供了豐富的技術(shù)手段，使設(shè)計(jì)人員可以利用以前的模型方便地建立新的模型，并可在遵循原設(shè)計(jì)意圖的情況下便捷地改動(dòng)模型，生成系列產(chǎn)品。參數(shù)化設(shè)計(jì)包括三維模型參數(shù)化驅(qū)動(dòng)和生成二維工程圖兩部分，三維模型參數(shù)化驅(qū)動(dòng)主要完成了機(jī)械產(chǎn)品各個(gè)零部件相關(guān)參數(shù)的變化，是為生成二維工程圖服務(wù)的。目前，二維工程圖參數(shù)化是參數(shù)化設(shè)計(jì)能夠真正應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際的關(guān)鍵所在。參數(shù)化設(shè)計(jì)的最終目的是要將驅(qū)動(dòng)后的產(chǎn)品參數(shù)準(zhǔn)確無誤地描述在二維工程圖上，以供工程生產(chǎn)實(shí)際之用。參數(shù)化建模在三維參數(shù)化模型設(shè)計(jì)過程中有著至關(guān)重要的地位，如果建模不當(dāng)或是與實(shí)際的設(shè)計(jì)思想不符，將會(huì)對(duì)后續(xù)的程序開發(fā)造成很大的困難，甚至?xí)苯佑绊懙皆O(shè)計(jì)結(jié)果。因此，為充分發(fā)揮參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，在建模過程中，首先確定主梁各零部件的性能參數(shù)，幾何尺寸系列，基本結(jié)構(gòu)布局與各零部件之間的結(jié)合形式，確定模型上每一個(gè)特征可能的變化情況以及變化過程中可能對(duì)其他特征的影響。主梁是橋式起重機(jī)中的核心部件，包含的零部件也最多，零部件形式比較全面，首先對(duì)主梁進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，以后對(duì)端梁或副主梁參數(shù)化設(shè)計(jì)的時(shí)候可以借鑒和共享主梁參數(shù)化設(shè)計(jì)中的模塊。在整個(gè)參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中，三維模型的參數(shù)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)是最重要的一部分，主要由零部件參數(shù)化建模，自定義屬性鏈接，裝配體設(shè)計(jì)，學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 3 頁 共 51 頁參數(shù)化驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)等幾部分組成 [4]。主梁的參數(shù)化建模包括單一零部件特征建模和裝配體建模。利用SolidWorks軟件進(jìn)行建模的時(shí)首先應(yīng)該定制好模板，模板中預(yù)先設(shè)置好滿足設(shè)計(jì)要求的單位，密度，材料屬性等。單一零部件特征建模主要注意一下幾點(diǎn)：(1)橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)大部分零件為板件，為了后續(xù)驅(qū)動(dòng)方便，建模時(shí)應(yīng)進(jìn)行對(duì)稱拉伸。(2)分步建立特征，考慮到后續(xù)參數(shù)化驅(qū)動(dòng)各個(gè)特征的變化情況，應(yīng)結(jié)合工藝方法分步進(jìn)行特征的建立，以便與程序設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的靈活性。(3)特征陣列時(shí)應(yīng)該考慮所以可能的陣列變化情況，建立靈活的陣列源。另外還應(yīng)該考慮潛在的陣列情況，有的時(shí)候在典型模型上可能只有一個(gè)特征，但是設(shè)計(jì)新模型的過程中這種特征有可能變成兩個(gè)或兩個(gè)以上，這時(shí)應(yīng)先做陣列特征，然后把陣列壓縮掉，在需要多個(gè)特征的時(shí)候通過壓縮形成陣列，然后驅(qū)動(dòng)陣列參數(shù)來實(shí)現(xiàn)多特征要求。本文結(jié)合工程實(shí)例，以三維軟件SolidWorks為平臺(tái)，著重討論三維參數(shù)化技術(shù)在橋式起重機(jī)產(chǎn)品中的開發(fā)和應(yīng)用。1.4 課題研究的目的和意義隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外各制造部門對(duì)橋式起重機(jī)的需求不斷增加。為適應(yīng)這種需要，根據(jù)各部門的不同需求，以最快的速度設(shè)計(jì)出與之相適應(yīng)的橋式起重機(jī)，從而減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的重復(fù)勞動(dòng)，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，橋式起重機(jī)的CAD系統(tǒng)開發(fā)變得非常必要。盡管國(guó)內(nèi)一些科研院所已做了類似的研究工作，但是效果不是特別理想。主要原因如下 [9]：(1)大部分的橋式起重機(jī)CAD系統(tǒng)都是根據(jù)傳統(tǒng)的橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行開發(fā)的，對(duì)于引進(jìn)和吸收國(guó)外新形式橋式起重機(jī)產(chǎn)品還較少涉及，而且這些設(shè)計(jì)系統(tǒng)都是針對(duì)給予橋式起重機(jī)的某一部分展開的，例如：太原重型機(jī)械集團(tuán)公司的橋式起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)CAD系統(tǒng)，武漢鋼鐵學(xué)院的“起重機(jī)零件CAD的參數(shù)化”等，目前還沒有一種完善的橋式起重機(jī)整體的CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)；(2)多數(shù)橋式起重機(jī)制造企業(yè)沒有發(fā)揮三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)手段以學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 4 頁 共 51 頁AutoCAD為主，繪制工程圖仍然是設(shè)計(jì)師的主要任務(wù)之一，先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)軟(SolidWorks、UG、Pro／E等)還沒有真正深入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中；(3)沒有針對(duì)目前的橋式起重機(jī)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀進(jìn)行研究，三維模塊化、參數(shù)化研發(fā)工作停留在三維模型上，基于SolidWorks廣義參數(shù)化深入研究開發(fā)與應(yīng)用的仍然是少數(shù)，對(duì)于此技術(shù)基礎(chǔ)上的工程圖自動(dòng)調(diào)整研究也不太成熟，有待進(jìn)一步研究。因此，橋式起重機(jī)的三維CAD系統(tǒng)研究無論在理論上還是工程實(shí)際應(yīng)用上都有其必要性。它將把設(shè)計(jì)人員從大量的重復(fù)勞動(dòng)中解放出來，投入主要精力到新產(chǎn)品的開發(fā)中去，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師的能力，同時(shí)也使前輩工程師的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)得到很好的繼承，這對(duì)于提高橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率，應(yīng)用三維建模技術(shù)。增強(qiáng)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求的響應(yīng)速度，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的實(shí)際意義 [5]。本課題的研究通過選擇一種結(jié)構(gòu)較為通用的機(jī)型作為樣機(jī)，從而建立一套完整的零部件三維模型和與此相關(guān)連的、全面的工程設(shè)計(jì)詳圖，如此，大部分零部件的模型和工程圖就可由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，設(shè)計(jì)人員只需做組裝、特殊零部件的設(shè)計(jì)和局部修改，即可完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)。這樣極大的簡(jiǎn)化了工程人員的工作量，從而提高了工作效率 [6]。橋式起重機(jī)在重型機(jī)械產(chǎn)品中標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度較高，具備良好的參數(shù)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，對(duì)其主梁采用三維SolidWorks參數(shù)化設(shè)計(jì)方法建立一套完整的零部件三維模型和與此相關(guān)聯(lián)的工程圖，并對(duì)其主要參數(shù)完成程序控制 [7]。隨著行業(yè)生產(chǎn)能力的提高，市場(chǎng)對(duì)起重機(jī)械需求量的不斷增加，使得起重機(jī)發(fā)展呈大型化、模塊化、智能化和信息化的趨勢(shì)。為適應(yīng)各部門的不同需求，應(yīng)以最快的速度設(shè)計(jì)出與之相適應(yīng)的起重機(jī)械產(chǎn)品，從而減少設(shè)計(jì)過程中的重復(fù)勞動(dòng)，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此，橋式起重機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)變得尤為必要。隨著CAD／CAE／CAM／CAPP等計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)起重機(jī)設(shè)計(jì)中的計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用提出了更高的目標(biāo) [8]。橋式起重機(jī)的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究無論在理論上還是工程實(shí)際應(yīng)用上都有其必要性，針對(duì)起重機(jī)行業(yè)的專業(yè)軟件系統(tǒng)的開發(fā)變得非常重要，起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，減少了設(shè)計(jì)人員計(jì)算、繪圖的重復(fù)性工作，縮短了設(shè)計(jì)周期，有利于緩解資源和任務(wù)間的矛盾，也能為更新結(jié)構(gòu)留有隨時(shí)添加的余地，充分考慮和發(fā)揮設(shè)計(jì)師的能力，使設(shè)計(jì)工程師們能夠從繁重的生產(chǎn)任務(wù)及重復(fù)學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 5 頁 共 51 頁勞動(dòng)中解放出來，把主要精力放在新產(chǎn)品的研發(fā)當(dāng)中，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，同時(shí)也使前輩工程師的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)得到很好的繼承，這對(duì)于提高橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率，應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)增強(qiáng)企業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求的響應(yīng)速度，加速產(chǎn)品的更新，提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的實(shí)際意義 [9]。本文采用的完全程序驅(qū)動(dòng)參數(shù)化建模方法，為參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)提供了新的解決手段、積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量也具有極其重要的意義。1.5 橋式起重機(jī)發(fā)展概述1.5.1 國(guó)內(nèi)橋式起重機(jī)發(fā)展動(dòng)向國(guó)內(nèi)橋式起重機(jī)發(fā)展有三大特征：1）改進(jìn)機(jī)械結(jié)構(gòu)，減輕自重國(guó)內(nèi)橋式起重機(jī)多已經(jīng)采用計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此提高整機(jī)的技術(shù)性能和減輕自重，并在此前提下盡量采用新結(jié)構(gòu)。如5～50t通用橋式起重機(jī)中采用半偏軌的主梁結(jié)構(gòu)。與正軌箱形相比，可減少或取消加筋板，減少結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省加工工時(shí)。2）充分吸收利用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)起重機(jī)大小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用了德國(guó)Demang公司的“三合一”驅(qū)動(dòng)裝置，吊掛于端梁內(nèi)側(cè)，使其不受主梁下?lián)虾驼駝?dòng)的影響，提高了運(yùn)行機(jī)構(gòu)的性能和壽命，并使結(jié)構(gòu)緊湊，外觀美觀，安裝維修方便。遙控起重機(jī)的需要量隨著生產(chǎn)發(fā)展頁越來越大，寶鋼在考察國(guó)外鋼廠起重機(jī)之后，提出大力發(fā)展遙控起重機(jī)的建議，以提高安全性，減少勞動(dòng)力。3）向大型化發(fā)展由于國(guó)家對(duì)能源工業(yè)的重視和資助，建造了許多大中型水電站，發(fā)電機(jī)組越來越大。特別是長(zhǎng)江三峽的建設(shè)對(duì)大型起重機(jī)的需求量迅速提升。三峽電廠需要1200t橋式起重機(jī)和2000t大型塔式起重機(jī)。1.5.2 國(guó)外橋式起重機(jī)發(fā)展動(dòng)向當(dāng)前，國(guó)外橋式起重機(jī)發(fā)展有四大特征：學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 6 頁 共 51 頁1）簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，減輕自重，降低生產(chǎn)成本法國(guó)Patain公司采用了一種以板材為基本構(gòu)件的小車架結(jié)構(gòu)，其重量輕，加工方便，適應(yīng)于中、小噸位的起重機(jī)。該結(jié)構(gòu)要求起升采用行星——圓錐齒輪減速器，小車架不直接與車架相連接，以此來降低對(duì)小車架的剛度要求，簡(jiǎn)化小車架結(jié)構(gòu)，減輕自重。Patain公司的起重機(jī)大小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用三合一驅(qū)動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)比較緊湊，自重較輕，簡(jiǎn)化了總體布置。此外，由于運(yùn)行機(jī)構(gòu)與起重機(jī)走臺(tái)沒有聯(lián)系，走臺(tái)的振動(dòng)也不會(huì)影響傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。2）更新零部件，提高整機(jī)性能法國(guó)Patain公司采用窄偏軌箱形梁作主梁，其高、寬比為4～3.5左右，大筋板間距為梁高的2倍，不用小筋板，主梁與端梁的連接采用搭接的方式，使垂直力直接作用于端梁的上蓋板，由此可以降低端梁的高度，便于運(yùn)輸。3）設(shè)備大型化隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，起重機(jī)械設(shè)備的體積和重量越來越趨于大型化，起重量和吊運(yùn)幅度也有所增大，為節(jié)省生產(chǎn)和使用費(fèi)用，其服務(wù)場(chǎng)地和使用范圍也隨之增大。4）機(jī)械化運(yùn)輸系統(tǒng)的組合應(yīng)用國(guó)外一些大廠為了提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，把起重運(yùn)輸機(jī)械有機(jī)的結(jié)合在一起，構(gòu)成先進(jìn)的機(jī)械化運(yùn)輸系統(tǒng)。學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 7 頁 共 51 頁第二章 主要部分的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 基本參數(shù)雙梁起重機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)：主起升起重量：50t，起升高度：18m，起升速度：16m/min，工作級(jí)別：M6負(fù)起升起重量：10t，起升高度：20m，起升速度：18m/min，工作級(jí)別：M5大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)：大車軌距 22m，運(yùn)行速度 40m/min，工作級(jí)別 M5小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)：小車軌距 2.5m，運(yùn)行速度 40m/min，工作級(jí)別 M52.2 載荷2.2.1 固定載荷主梁自重載荷F’q=kρAg=1.2×7850×0.0397×1×9.81N/m=3668.7N/m小車軌道重量Fɡ=mɡg=38.86×9.81=381N/m欄桿等重量Fl=mlg=100×9.81=981N/m主梁的均布載荷Fq=F’q+Fɡ+Fl=5031N/m2.2.2 動(dòng)力效應(yīng)系數(shù)起升沖擊系數(shù) ψ 1=1.1動(dòng)載系數(shù) ψ 2=1+0.7vq=1+0.7×13/60=1.1517學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 8 頁 共 51 頁運(yùn)行沖擊系數(shù) ψ 4=1.1+0.058vd =1.1+0.058×1.5=1.187≈1.9h（h=1mm）統(tǒng)一取較大值 ψ 4=1.192.2.3 慣性載荷大、小車都是 4 個(gè)車輪，其中主動(dòng)輪各占一半，按車輪打滑條件去確定大、小車運(yùn)行的慣性力。一根主梁上的小車慣性力為Pxg= =16343N14?大車運(yùn)行起、制動(dòng)慣性力（一根主梁上）為FH= =16343NPH= = N/m=359.4N/m14q503主梁跨端設(shè)備慣性力影響小可以忽略。2.2.4 偏斜運(yùn)行側(cè)向力一根主梁的重量為PQ=Fq（L-0.4）=5031×（22-0.4）N=126278N一根端梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的重量為Fq1=kpAg=1.1×7850×0.021184×9.81N/m=1794.5N/m一根端梁的重量為PGd=Fq1B=1794.5×6.7N=12023N一組大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的重量（兩組對(duì)稱配置）為PGj=mjg=803×9.81N=7877N司機(jī)室及設(shè)備的重量（按合力記）為PGs=msg=2000×9.81N=19620N（1）滿載小車在主梁跨中央左側(cè)端梁總靜輪壓學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 9 頁 共 51 頁圖 2.1 端梁總輪壓計(jì)算 PR1= (PQ+PGx)+ (2PQ)+PGs(1- )+PGj+PGd 21Ld2=[ (323730+107910)+126278+19620(1-)+7877+21023]N 23=379310N由 = =4.397,查的 λ=0.1720LB8.5側(cè)向力為 P s1= ×PR1λ= ×379310×0.172N=32620.7N21（2）滿載小車在主梁左端極限位置左側(cè)端梁總靜輪壓為PR2=(PQ+PGx)（1- ）+ ×(2PQ)+PGs(1- )+PGj+PGd=561275.7NLe12Ld2側(cè)向力為 P s2= ×PR2λ= ×561275.7×0.172=48270N21故選取大車車輪直徑為 Φ800 mm,軌道為 QU70。2.2.5 扭轉(zhuǎn)載荷偏軌箱型梁由 Pn和 PH的偏心作用而產(chǎn)生移動(dòng)扭矩，其它載荷 PGj、P Gs，產(chǎn)生的扭矩較小且作用方向相反，故不計(jì)算。學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 10 頁 共 51 頁圖 2.2 扭轉(zhuǎn)載荷計(jì)算偏軌箱型梁彎心 A 在梁截面的對(duì)稱形心軸 x 上（不考慮翼緣外伸部分）彎心至主腹板中線的距離為e1= ×( - - )= ×(760-7)mm=322.7mm2&?b1246軌高 hg=134mm，故小車軌道選用 P38h”= +hg=( ×1620+134)mm=944mm 1H移動(dòng)扭矩為Tp=Pne1=228800×322.7N·mm=73834N·mTH=PHh”=16343×944N·mm=15428N·m2.3 主梁計(jì)算2.3.1 內(nèi)力 （1）垂直載荷計(jì)算大車傳動(dòng)側(cè)的主梁。在固定載荷與移動(dòng)載荷作用下，主梁按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，如圖 2.3。學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 11 頁 共 51 頁圖 2.3 主梁計(jì)算模型固定載荷作用下主梁跨中的彎矩為Mq=ψ 4 ）（ 2G8Fj2inqdPL?=1.19× mN23196024.0785031 ????）（=530455N·m跨端剪切力為Fqc≈ψ 4[ ]21(1)2qGjsdLPL??= =106307.5NN)]3(960785039. ??移動(dòng)載荷作用下主梁的內(nèi)力1）滿載小車在跨中，跨中 E 點(diǎn)彎矩為MP= 214n)(bL??輪壓合力 Pn與左輪的距離為b1= =1.344mmn7.280392??則 M P= N·m4.1-4. ）（?=1557600N·m跨中 E 點(diǎn)剪切力為學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 12 頁 共 51 頁FP≈ ψ 4Pn(1- )=128960.8N21Lb1跨中內(nèi)扭矩為 Tn= (ψ 4TP+TH)=51645N·m2）滿載小車在跨端極限位置（z=e 1） 。小車左輪距梁端距離為c1=e1-L1=0.7m跨端剪切力為FPc= =1.19× =250447.5NLb)(P1n4??N7.0-34.1280）（跨端內(nèi)扭矩為Tn1=(ψ 4TP+TH)(1- )=(1.19×73834+15428)× N·m=95189N·me1 ）（ 2-主梁跨中總彎矩為Mx=Mq+Mp=(530455+1557600)N·m=2088055N·m主梁跨端總剪切力（支承力）為FR=Fc=Fpc+Fqc=(106307.5+250447.5)N=356755N（2）水平載荷1）水平慣性載荷。在水平載荷 PH及 FH作用下，橋架按剛架計(jì)算。因偏軌箱形梁與端梁連接面較寬，應(yīng)采取兩主梁軸線間距 K’代替原小車軌距 K 構(gòu)成新的水平剛架，這樣比較符合實(shí)際，因此K'=K+2x1=(2.5+2×0.331)m≈3.16mb= K'=1.58m2a= (Bo-K')=1.32m水平剛架計(jì)算模型如圖所示：學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 13 頁 共 51 頁圖 2.4 水平剛架計(jì)算模型①小車在跨中。剛架的計(jì)算系數(shù)為r1=1+ =1+123()abIL?891025.9.34??=1.1342跨中水平彎矩（與單梁橋架公式相同）MH=211()()483HPLFLrr???= N·m）（）（ 342.-82.3594.12-4163 ??=70299N·m跨中水平剪切力為PPH≈ PH=8171.5N21跨中軸力為NH=21()8HFLabr??= N=-7866N）（ 8216342.3594.532.- ????②小車在跨端。跨端水平剪切力為學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 14 頁 共 51 頁F'cH= H1LeP()2??= N)]2(634.359[?=19643.5N2)偏斜側(cè)向力。在偏斜側(cè)向力作用下，橋架也按水平剛架分析。圖 2.5 剛架側(cè)向力作用分析這時(shí)計(jì)算系數(shù)為rs=1+ = =1.2948123IL'K891025.46.??①小車在跨中。側(cè)向力為Ps1=0.5PR1λ=32620.7N超前力為= N=7419.6N10sBL??28.5736?端梁中點(diǎn)的軸力為=3710N1dNP?端梁中點(diǎn)的水平剪切力為Fd1=Ps1 =32620.7 N=5786.4N）（ srK'a-2）（ 2948.163-?主梁跨中的水平彎矩為學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 15 頁 共 51 頁Ms= 112dLPabN??= N·m=4899.3N·m）（ 370-58.47632.160??主梁軸力為Ns1=Ps1-Fd1=26834N 主梁跨中總的水平彎矩為My=MH+Ms=(70299+4899.3)N·m=75198.3N·m②小車在跨端。側(cè)向力為Ps2=48270N超前力為Pw2= =48270.5× N=10979NLBs0228.5端梁中點(diǎn)的軸力為Nd= Pw2=5489.5N21端梁中點(diǎn)的水平剪切力為Fd2=Ps2( )=48270 N=8562.4NsrK'a-21）（ 2948.163-?主梁跨端的水平彎矩為 Mcs=Ps2a+Fd2b=(48270×1.32+8562.4×1.58)N·m=77245N·m主梁跨端的水平剪切力為Fcs=Pw2-Nd=0.5Pw=5489.5N主梁跨端總的水平剪切力為FcH=F'cH+Fcs=25133N小車在跨端時(shí)，主梁跨中水平彎矩組合值較小，不需要計(jì)算。2.3.2 強(qiáng)度需要計(jì)算主梁跨中截面危險(xiǎn)點(diǎn)的強(qiáng)度學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 16 頁 共 51 頁（1）主腹板上邊緣危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力主腹板邊至軌頂距離為hy=hg+δ 0=144mm主腹板邊的局部壓應(yīng)力為б m= = MPa=50.57MPa??)52(P4?yji 8501429.??）（垂直彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力為б 01= = MPa=101.2MPaMxI1035962.-.708）（水平彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力為б 02= = MPa=5.9MPa1yxI93102.47.78?慣性載荷與側(cè)向力對(duì)主梁產(chǎn)生的軸向力較小且作用方向相反，應(yīng)力很小，故不計(jì)算。主梁上翼緣的靜矩為Sy=δ 0B1(y1-o.5δ 0)=10×930(783.6-5)mm3=7240980mm3主腹板上邊的切應(yīng)力為τ= = MPa02pynxFTAI???））（（ 81230564815962.740???=6.84MPa該點(diǎn)的折算應(yīng)力為 б 0=б 01+б 02=107.1MPaб 1= 2203m????= MPa2284.657.1-57 ??=93.6MPa0minax?根據(jù)工作級(jí)別 A6，應(yīng)力集中等級(jí) K1及材料 Q235，查的[б -1]=119MPa ,б b=370MPa.焊縫拉伸疲勞許用應(yīng)力為[б rl]=1.67[б -1]/[1-(1-119/0.45×370)×0.2843]MPa=216.3MPaб max=108.1MPa0inmax?顯然，相同工況下的應(yīng)力循環(huán)特性是一致的。根據(jù) A6 和 Q235，橫隔板采用雙面連續(xù)貼角焊縫連接，板底與受拉翼緣間隙為 50mm，應(yīng)力集中等級(jí)為 K3，查的[б -1]=71MPa拉伸疲勞許用應(yīng)力[б rl]=1.67[б -1]/[1-(1-71/0.45×370)×0.2842]MPa=141.7MPaб max=101.6MPa600?14-需設(shè)置一條縱向加勁肋，不在驗(yàn)算。翼緣板最大外伸部分 =150/10=15 (穩(wěn)定)0?b主腹板 1602408???h副腹板 03207.?故需設(shè)置橫隔板及兩條縱向加勁肋，主、副腹板相同，其布置示于圖 2.8。圖 2.8 主梁加勁肋設(shè)置及穩(wěn)定性計(jì)算隔板間距 a=1600mm,縱向加勁肋位置h1=h2=0.2h0=0.2×1600mm=320mm1）驗(yàn)算跨中主腹板上區(qū)格 I 的穩(wěn)定性，區(qū)格兩邊正應(yīng)力為б 1=б 01+б 02=(101.2+5.9)MPa=107MPaб 2 =б 01- +б 02 103?y=65.2MPa學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 21 頁 共 51 頁φ= =65.2/107= （屬于不均勻壓縮板） 12?016.??區(qū)格 I 的歐拉應(yīng)力為б E=18.6× MPa=116.25MPa (b=h1=320mm)22308.b0）（）（ ???區(qū)格分別受 б 1、б E和 τ 作用的臨界壓應(yīng)力為б 1cr=ΧK б б E嵌固系數(shù) Χ=1.2，α= =51,屈曲系數(shù) Kб = 則3206?ba .9124.8???б ’1cr=1.2×4.912×116.25MPa=685.2MPa0.75б s=176MPa需修正，則 б 1cr=б s（ ）'15.3scr??=235×(1- )MPa=219.8MPa 2.68.?腹板邊局部壓應(yīng)力 б m=50.57MPa壓力分布長(zhǎng) c=2hy+50=[2×(134+10)+50]mm=338mmα= =53,按 a=3b 計(jì)算 α=3baβ= =0.3523208??c區(qū)格 I 屬雙邊局部壓縮板，板的屈曲系數(shù)為128.352.017.0.K2???）） （（ ）） （（ ??mб 'mcr=ΧK mб E=1.2×2.128×116.25MPa=296.86Mpa0.75б s需修正，則б mcr=235( )MPa=200Mpa86.293.5-1?區(qū)格平均切應(yīng)力τ= = MPa=8.42Mpa002pnFTAh???]8123045)68(1.0[ ??學(xué) 院 屆 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書第 22 頁 共 51 頁由 α= =1600/320=51,板的屈曲系數(shù)為baKτ =5.34+ 5.43.522???τ 'cr=ΧK τ б E=1.2×5.5×116.25MPa 需修正=767.25MPa=1329MPa0.75б sMpar.763'c???需修正，則Mpa=227.16MPa）（ 1329.5-2cr?MPa=131.15MPa6.7cr?區(qū)格上邊緣的復(fù)合應(yīng)力為= MPa=93.85MPa22113m???? 222 4.8357.01-57.0???α= =52,區(qū)格的臨界復(fù)合應(yīng)力為baб cr=22112313()[()]()(44mmcrcrcrcr???????= MPa=160MPa 222)15.348()057.(]8.196.0-[8.21976.0 ?）（）（[б cr]= =160/1.33MPa=120.3MPacrn?1baKб = =4.898715.4.???б ’1cr=ΧK б б E=1.2×4.898×65.4MPa=384.4MPaб ’1cr0.75б s需要修正，則б 1cr=235( )MPa=208MPa4.38.52-1?α=51,K r=5.34+ =5.52?τ 'cr=ΧK τ б E=1.2×5.5×65.4MPa=431.6MPa×431.6MPa=747.55MPa0.75б s3?cr’?需要修正，則235( )MPa=221MPacr 74.5.2-1?τ cr= MPa=127.6MPa32復(fù)合應(yīng)力為= MPa=108.77MPa21???22.37.08??α=52,區(qū)格 I 的臨界復(fù)合應(yīng)力為