1、河南機電高等專科學校QD16.5-8t起重機金屬結構課程設計系別：機械工程系班級：起機112班學號：110125244姓名：齊國防目 錄第一章緒論31.1橋式起重機概述31.2橋式起重機金屬結構設計參數4第二章 載荷計算52.1總體尺寸設計52.1.1橋架尺寸的確定52.1.2.主梁尺寸52.1.3 端梁尺寸52.2垂直載荷的計算62.2.1垂直集中載荷的計算62.2.2垂直均布載荷的計算62.2.3動力效應系數72.4 水平慣性載荷8第三章 主梁的設計計算及校核103.1主梁尺寸的確定103.2主梁載荷的計算103.3主梁強度的校核13第四章 端梁的設計計算及校核154.1端梁尺寸的確定15

2、4.2端梁載荷的計算154.2.1計算載荷的確定164.2.2端梁垂直最大彎矩164.2.3端梁水平最大彎矩164.3端梁強度的校核17第五章 主梁和端梁連接設計計算及校核195.1主梁和端梁連接的設計計算195.1.1主要焊縫的計算195.1.2主梁與端梁焊接計算195.2主梁和端梁連接的校核20第六章 橋架剛度的校核216.1橋架靜剛度的校核216.1.1橋架垂直剛度校核216.1.2橋架水平剛度驗算216.2橋架動剛度的校核22第七章 總結23參考文獻24第一章 緒 論1.1橋式起重機概述橋式起重機是橫架于車間、倉庫和料場上空進行物料吊運的起重設備。由于它的兩端坐落在高大的水泥柱或者金屬

3、支架上，形狀似橋。橋式起重機的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。它是使用范圍最廣、數量最多的一種起重機械。橋式起重機分為電動單梁橋式起重機、電動雙梁橋式起重機、單主梁橋式起重機和電動葫蘆雙兩橋式起重機等幾種類型。橋式起重機通常由起升機構和運行機構組成。橋式起重機組成：起重小車由起升機構、小車運行機構和小車架組成。起升機構包括電動機、制動器、減速器、卷筒和滑輪組。電動機通過減速器帶動卷筒轉動，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。小車架是支托和安裝起升機構和小車運行機構等部件的機架，通常為焊接結構。橋架的金屬結構由主梁和端梁組成，分

4、為單主梁橋架和雙梁橋架兩類。單主梁橋架由單根主梁和位于跨度兩邊的端梁組成，雙梁橋架由兩根主梁和端梁組成。主梁與端梁剛性連接，端梁兩端裝有車輪，用以支承橋架在高架上運行。主梁上焊有軌道，供起重小車運行。橋架主梁的結構類型較多，比較典型的有：1.箱形結構（1）正軌箱形雙梁是廣泛采用的一種基本形式，主梁由上、下翼緣板和兩側的垂直腹板組成，小車鋼軌布置在上翼緣板的中心線上，它的結構簡單，制造方便，適于成批生產，但自重較大。（2）偏軌箱形雙梁和偏軌箱形單主梁的截面都是由上、下翼緣板和不等厚的主、副腹板組成，小車鋼軌布置在主腹板上方，箱體內的短加勁板可以省去，其中偏軌箱形單主梁是由一根寬翼緣箱形主梁代替兩

5、根主梁，自重較小，但制造較復雜。2.四桁架式結構由 4片平面桁架組合成封閉型空間結構，在上水平桁架表面一般鋪有走臺板，自重輕，剛度大，但與其他結構相比，外形尺寸大，制造較復雜，疲勞強度較低，已較少生產。3.空腹桁架結構類似偏軌箱形主梁，由4片鋼板組成一封閉結構，除主腹板為實腹工字形梁外，其余 3片鋼板上按照設計要求切割成許多窗口，形成一個無斜桿的空腹桁架，在上、下水平桁架表面鋪有走臺板，起重機運行機構及電氣設備裝在橋架內部，自重較輕，整體剛度大，這在中國是較為廣泛采用的一種型式。驅動方式:1.集中驅動，即用一臺電動機帶動長傳動軸驅動兩邊的主動車輪；2.分別驅動，即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅

6、動；3. "三合一"驅動方式，即制動器、減速器和電動機組合成一體的驅動方式。運作方式：普通橋式起重機主要采用電力驅動，一般是在司機室內操縱，也有遠距離控制的。起重量可達500噸，跨度可達60米。大起重量的普通橋式起重機為便于安裝和調整，驅動裝置常采用萬向聯軸器。起重機運行機構一般只用 4個主動和從動車輪，如果起重量很大，常用增加車輪的辦法來降低輪壓。當車輪超過 4個時，必須采用鉸接均衡車架裝置，使起重機的載荷均勻地分布在各車輪上。某廠加工車間使用的電動雙梁吊鉤橋式起重機金屬結構設計計算1.2橋式起重機金屬結構設計參數起重量Q=8t，跨度L=16.5m，起升高度H=10m,工

7、作級別A5，起升速度8m/min，小車運行速度40m/min，大車運行速度90m/min，估計自重：小車重量4t，總重16.8t，采用Q235鋼，該鋼材技術參數：厚度時，屈服點為，抗拉強度。第二章 載荷計算2.1總體尺寸設計 2.1.1橋架尺寸的確定 大車輪距：，取=4000mm。 小車軌距取，小車輪距。 2.1.2.主梁尺寸 箱型主梁高度， 取箱型主梁高度 （理論值）。 初選截面時取梁高作為腹板高度，則腹板厚度： 取腹板厚度。 兩腹板內壁間距離：；為施焊方便，還應使； 故取。 箱型梁翼緣板總寬度 翼緣板厚度按局部穩定條件決定 取翼緣板厚度。 主梁實際高度 主梁寬度 橋架端部梯形長度： 取。

8、主梁支承截面腹板高度取 主梁支承截面實際高度 上下翼緣板相同，為8mm×385.3mm×16.5m 2.1.3 端梁尺寸 端梁高度 查設計手冊確定直徑為500mm大車車輪寬為148mm 考慮大車輪安裝，端梁內寬=200mm 端梁與主梁翼緣板厚度相同 端梁腹板高度 端梁腹板與主梁腹板厚度相同 端梁中部下蓋板厚度 端梁頭部下蓋板厚度 端梁寬度取 端梁長度取決于大車輪距K，即 主、端梁采用焊接連接，端梁為拼接式。2.2垂直載荷的計算 2.2.1垂直集中載荷的計算 起升載荷為 小車自重 小車輪壓：查書二表7-4得小車輪壓為 空載輪壓： 2.2.2垂直均布載荷的計算 （1）梁自重：由

9、“機械裝備金屬結構設計”公式7-26 （2-1） 式中 梁的高度，單位mm 箱形梁的兩塊腹板厚度，單位mm 鋼材密度，取為Q235鋼，密度為7.85×10-3g/ mm3 梁的跨度,單位mm 構造系數。沒有加勁肋時，=1.0。有橫向加勁肋時，=1.2。 所以單根主梁的質量為： 重量： 單根主梁均布載荷： 雙梁均布載荷 本次設計大車運行為分別驅動，主梁所受的全部均布載荷就是橋架自重引起的均布載荷。 單根端梁的質量為： 重量： 單根端梁均布載荷： （2）小車軌道 查機械裝備金屬結構設計附錄7，選用輕軌12； 軌道參數：軌道理論重量 軌道長度：兩根10.0m和兩根6.5m 大車軌道 查機械

10、裝備金屬結構設計附錄8，選用鐵路用鋼軌38； 軌道參數：軌道理論重量 軌道寬（3） 走臺、欄桿等質量 重量 （4）大車運行機構估計重量（分別驅動） 查起重機課程設計（陳道南 主編）表7-3一套機構重量，重心作用位置 （5）司機室重量：,重心作用位置到主梁一端距離。 2.2.3動力效應系數 起升沖擊系數 起升動載系數： 所以 運行沖擊系數 所以 2.4 水平慣性載荷 大小車都是4個車輪，其中主動輪各占一半，按車輪打滑條件確定大小車運行的慣性力 （1）一根主梁上的小車慣性力： 考慮起升動載系數，則小車動載荷輪壓為： 單根主梁上受到的總輪壓： （2）水平慣性載荷小車起（止）動產生的水平慣性力： 大車

11、起（止）動產生的水平慣性力： 式中 起重機小車和起升載荷的質量，單位kg； 總起升質量，單位kg； 運行平均加（減）速度，單位；-運行速度，單位m/s；起重機加速運行時間單位s；查表3-5正常使用中速運行，小車的加速度0.1975，大車的加速度0.3091； 考慮起重機運行驅動力突變時對結構的動力效應系數，由表3-4查取，。第三章 主梁的設計計算及校核 3.1主梁尺寸的確定由第二章節主梁尺寸計算可知主梁高度主梁寬度腹板厚度腹板高度翼緣板寬度翼緣板厚度主梁支承截面高度主梁中間截面尺寸和支承截面的尺寸如上圖所示。3.2主梁載荷的計算 由第二章節可知單根主梁質量： 單根主梁重量： 單根主梁均布載荷：

12、 考慮動載系數小車輪壓值： 大車運行機構為分別驅動時，主梁的最大彎矩： 故主梁的最大彎矩 主梁水平最大彎矩： 因此主梁水平最大彎矩：梁的翼緣板極限寬厚比和加勁肋的設置 箱型梁在兩腹板之間的受壓翼緣板取： 因為 所以箱型梁翼緣板不需要設置加勁肋。梁腹板的極限寬度比和加勁肋的設置 因為 所以需設置加勁肋。 因為 所以除設置橫向加勁肋外，還需在腹板最大受壓區設置一條縱向加勁肋，將腹板分隔成上、下兩個區格。縱向加勁肋宜設置在距腹板受壓邊：，取橫向加筋肋間距取： 腹板加勁肋的外伸寬度： 腹板加勁肋的厚度：，取 橫隔板間距 通常小隔板最小間距。 大隔板間距梁的拱度：（如圖3.2所示）圖3.23.3主梁強度

13、的校核 主梁中間截面的最大彎曲應力根據公式（7-19）計算： 因此可得： 由表2-19查得Q235鋼的許用應力為： 故。主梁支承截面的最大剪應力根據公式（7-20）計算： 式中主梁支承截面所受的最大剪力，由公式（7-15）計算：主梁支承截面對水平重心軸線的慣性矩，其近似值；主梁支承截面半面積對水平重心軸線的靜距因此可得：由表2-19查的Q235鋼許用剪切應力為，故由上面計算可知，強度足夠。第四章 端梁的設計計算及校核4.1端梁尺寸的確定 由第二章節可知端梁的尺寸： 端梁高度 考慮大車輪安裝，端梁內寬 端梁上蓋板與主梁翼緣板厚度相同 端梁腹板高度 端梁腹板與主梁腹板厚度相同 端梁中部下蓋板厚度

14、端梁頭部下蓋板厚度 端梁總寬 端梁長度取決于大車輪距K，即4.2端梁載荷的計算4.2.1計算載荷的確定 設兩根主梁對端梁對端梁的作用力相等，則端梁的最大支反力由公式（7-30）計算： 因此可得：4.2.2端梁垂直最大彎矩 端梁在主梁支反力作用下產生的垂直最大彎矩由公式（7-27）計算：式中 ；4.2.3端梁水平最大彎矩 端梁因車輪在側向載荷作用下而產生的最大水平彎矩由公式（7-31）計算：因此 端梁因小車起、止動慣性載荷作用下而產生的最大水平彎矩由公式（7-32）計算：因此 比較和兩值可知，應取其中較大值進行強度計算。4.3端梁強度的校核端梁中間截面對水平重心線的截面模數：端梁中間截面對水平重

15、心線的慣性矩：端梁中間截面對垂直重心線的截面模數：端梁中間截面對水平重心線的面積矩：端梁中間截面的最大彎曲應力由公式（7-34）計算得：端梁中間截面的剪應力：端梁支承截面對水平重心的慣性矩、截面模數及面積矩的計算如下：首先求水平重心線的位置，水平重心線距上蓋板中線的距離：水平重心線距腹板中線的距離：水平重心線距下蓋板中線距離：端梁支承截面對水平重心線的慣性矩：端梁支承截面對水平重心線的最小截面模數：端梁支承截面水平重心線下部半面積矩：端梁支承截面附近的彎矩： 式中d即圖中H的尺寸，H=140mm端梁支承截面的彎曲應力由公式（7-36）計算：端梁支承截面的剪應力由公式（7-37）計算：端梁支承截

16、面的合成應力由公式（7-38）計算：端梁材料許用應力強度驗算結果，所有計算應力均小于材料的許用應力，故端梁的強度滿足要求。第五章 主梁和端梁連接設計計算及校核5.1主梁和端梁連接的設計計算5.1.1主要焊縫的計算1）端梁端部上翼緣焊縫端梁支承截面上蓋板對水平重心線的截面矩：端梁上蓋板翼緣焊縫的剪應力由公式（7-40）得：2）端梁端部下翼緣焊縫端梁支承截面下蓋板對水平重心線的面積矩：端梁下蓋板翼緣焊縫的剪應力由（7-41）計算得：3）主梁上蓋板焊縫主梁在支承處最大剪切力作用力，上蓋板焊縫剪應力由公式（7-43）計算得：因此計算得：5.1.2主梁與端梁焊接計算主梁與端梁腹板的連接焊縫的剪應力由公式

17、（7-42）計算；5.2主梁和端梁連接的校核焊縫的許用應力由第三章查得，因此各焊縫計算應力均滿足要求。第六章 橋架剛度的校核6.1橋架靜剛度的校核6.1.1橋架垂直剛度校核主梁在滿載小車輪壓作用下，在跨中所產生的最大垂直撓度可按照公式（7-23）進行計算：因此可得：允許的撓度值由公式（7-22）得：因此6.1.2橋架水平剛度驗算主梁在大車運行機構起、制動慣性載荷作用下，產生的水平最大撓度可按（7-25）計算：由此可得：水平撓度許用值：因此 由上面計算可知，主梁的垂直和水平剛度均滿足要求。6.2橋架動剛度的校核起重機工作無特殊要求，可不進行動剛度驗算。第七章 總結通過這次課程設計，我學到了許多關

18、于起重機的非常有用的知識。現對這次課程設計學習進行以下總結： 首先，在前期的設計計算過程中，溫習了以前所學的所有相關知識，特別是起重機金屬結構方面的專業知識，并對所學的知識進行了鞏固。在設計計算的過程中，碰到了一些疑難問題和自己以前沒有注意到的知識點，經過自己的不懈努力，最終順利的解決了這些問題。在規定的時間內完成了前期計算和設計工作。 其次，在繪圖過程中，通過運用AUTOCAD繪圖軟件繪制CAD圖形，是我熟練掌握了AUTOCAD的使用方法和技巧，特別是快捷鍵的應用。這使我能夠高質量、快速的完成自己的繪圖任務。同時還運用preo軟件完成三維圖形設計。 在這次起重機金屬結構設計過程中，我查閱了大量的相關資料，掌握了許多新知識和新方法，使自己的專業知識得到了一定的擴充，特別是一些課本上沒有介紹的知識。我對目前的起重機的發展情況以及以后的發展有了進一步的認識，并掌握一些最新技術和設計理論。在設計的過程中，也發現了設計存在的一些問題。由于缺乏相關的生產實踐知識，自己的設計與實際生產有沖突，在實際生產或加工有難度。因此在以后的工作和學習中需注意細節問題。 通過這次課程設計，使我收獲頗多。在設計中培養了大家的團隊合作精神，遇到問題大家集體討論進行解決。這對于即將走向工作崗位的新人是一個很好的培訓和鍛煉，同時這次設計將對今后工作和學習打下堅實的的理論知識基礎。參考文獻