冶金鑄造雙梁橋式起重機結構設計【全套含CAD圖紙】,全套含CAD圖紙,冶金,鑄造,鍛造,橋式起重機,結構設計,全套,cad,圖紙 河南理工大學萬方科技學院 本科畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 指導教師： 秦歌 職稱： 副教授 所在系部（單位）：機械與動力工程學院 教研室（研究室）： 機制系 題 目 冶金鑄造雙梁橋式起重機結構設計 學生姓名 王偉 專業(yè)班級 08機制3班 學號 0828070112 一、選題質量 （主要從以下四個方面填寫：1、選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標，能否體現(xiàn)綜合訓練要求；2、題目難易程度； 3題目工作量；4、題目與生產、科研、經(jīng)濟、社會、文化及實驗室建設等實際的結合程度） 所選的題目與書本學習知識聯(lián)系緊密,比較貼近生產實際情況，比較有代表性;設計題目在 日常學習和實習中都有遇到，設計機械型號可選范圍大，具有非常大的發(fā)揮空間和巧活多樣的 設計思路，對于本科機制專業(yè)的學生來說，題目難度適中;課題對學生的專業(yè)素質要求較高，并 且該題目由該同學單獨完成，工作量大，需要同學認真查閱資料，扎實學好專業(yè)知識，與任課 老師，相關的技術人員溝通，認真完成畢業(yè)論文;選題完全符合專業(yè)培養(yǎng)目標， 對即將畢業(yè)的 學生的再學習有較好的指引作用,綜合訓練的要求也得到充分的體現(xiàn) 二、開題報告完成情況 開題報告已經(jīng)完成。 從適合實際工作環(huán)境出發(fā)，確定了明確的課題設計方向，并對冶金鑄造雙梁橋式起重機結構設計在使用中經(jīng)常出現(xiàn)的問題有一定的研究；對雙梁橋式起重機的結構和工作過程已經(jīng)有了一定的認識了解。已經(jīng)對課題進行了設計、分析，并有了突破性的進展。同時，已完成了對相關資料的查閱，對課題有了總體的分析，開題報告完成質量較高。 三、階段性成果 1、本次設計的開題報告已經(jīng)完成，總體布置方案和主要結構參數(shù)已確定，并完成一些標準件的選型及和大多數(shù)零部件的設計計算工作。 2、部分零件圖的繪制已經(jīng)基本完成，設計說明書已經(jīng)開始整理。 3、英文翻譯工作已經(jīng)基本完成，現(xiàn)在正對一些結構設計進行校核。 四、存在主要問題 由于專業(yè)基礎知識學習不夠深入，設計經(jīng)驗欠缺，參考資料收集有限，設計主題思路把握 不夠，簡單問題解決不夠靈活；另外沒有仿真軟件的支持，無法確定設計是否有應有的設計效 果，并且有較多的專業(yè)相關知識的綜合運用，所遇需要進一步更多細致耐心的工作。 五、指導教師對學生在畢業(yè)實習中，勞動、學習紀律及畢業(yè)設計（論文）進展等方面的評語 指導教師： （簽名） 年 月 日 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目名稱 冶金鑄造雙梁橋式起重機結構設計 學生姓名 專業(yè)班級 學號 一、選題的目的和意義： 起重機的出現(xiàn)大大提高了人們的勞動效率，以前需要許多人花長時間才能搬動的大型物件現(xiàn)在用起重機就能輕易達到效果，尤其是在小范圍的搬動過程中起重機的作用是相當明顯的。雙梁橋式起重機作為物料搬運機械中的一種，在各行各業(yè)中得到廣泛的應用，起重范圍可以從幾噸到幾十噸甚至幾百噸，在機械制造、冶金、鋼鐵、碼頭集裝箱裝運等行業(yè)都有很廣泛的應用，在工廠的廠房內搬運大型零件或重型裝置橋式起重機是不可獲缺的。因此對其進行研究、改進使其結構更加合理，使用更加方便，成本更加低廉，具有重要的現(xiàn)實意義。通過對冶金鑄造雙梁橋式起重機的研究和創(chuàng)新設計，能夠讓我很好的掌握結構力學、材料力學在金屬結構件和起重機運輸中的運用。作為畢業(yè)設計的一大課題，在融合貫通機械專業(yè)的同時，更能很好的使自己所學專業(yè)知識全面化、系統(tǒng)化。 橋式起重機小車主要包括起升機構、小車架、小車運行機構、吊具等部分。其中的小車運行機構主要由減速器、主動輪組、從動輪組、傳動軸和一些連接件組成。 此次設計的冶金鑄造雙梁橋式起重機結構設計，安裝于冶金工程廠房內，用于冶金過程供吊運鐵水注入混鐵爐，煉鋼爐和吊運鋼水注入連續(xù)鑄錠設備或鋼錠模等用。主小車調運盛桶，副小車進行翻轉盛桶等輔助工作，對橋式起重機的載荷要求較高，所以對減速器性能要求較高。 本次設計不僅是對專業(yè)知識的考察，更能體現(xiàn)自己對待生活和學習的態(tài)度，通過這次全面的鍛煉，希望能為今后真正走上工作崗位，踏實工作奠定堅實的基礎。 二、國內外研究綜述： 2011年由武橋重工制造的我國最大的一臺龍門起重機該起重機跨度為230米，為國內最大跨度，標準載重為900噸，實際載重可以達到1500噸。隨著我國基本建設高峰的逐漸到來，造船、風力發(fā)電安裝、石油化工(包括煤化工)建設、冶金建設、火電(包括核電)建設、市政等等的發(fā)展，使大型起重機吊裝市場出現(xiàn)供不應求的“火暴”現(xiàn)象。國外制造大型廠商主要有美國的Paceco、德國的Noell、英國的Morris、芬蘭的Valmet、韓國的三星和現(xiàn)代，以及日本的三菱、三井、住友等。這些企業(yè)在設計團隊、經(jīng)費、設計思想、設計經(jīng)驗方面都有著國內無法抗衡的優(yōu)勢。目前世界上比較先進的機型其堆高已達7~8層、吊具下的起重量已達45t、滿載起升速度達30m/min、小車速度超過50m/min、大車運行速度超過120m/min。 研究成果主要體現(xiàn)在以下幾點： 1)新裝置的研制和新零部件的采用 三合一減速器、新型徑向棒銷聯(lián)軸器、新型電力液壓塊式制動器、鉗式制動器、電線滑車、滑接輸電裝置等等行裝置的采用,使起重機的啟動、傳動、制動等方面的性能都有了很大的提高。 2)新設計工具和思想的應用 Proe、ANSYS、APDL語言等方便快捷的設計和測試等計算機軟件的開發(fā)和運用大大提高了新產品的研發(fā)能力，縮短了研發(fā)周期。門式起重機進行了按靜強度、靜剛度、動剛度等多項控制指標的綜合分析優(yōu)化設計,從單機優(yōu)化到系列優(yōu)化設計理論方面的開拓和探索都已進入實用階段。再加上模塊單元化設計等等整個起重機行業(yè)的技術、生產和管理水平、新產品的研發(fā)速度都將大大加快。 3) 自動糾偏技術 跨度大于40 m的龍門起重機在實際使用中由于眾多因素的影響，剛、柔腿運行一段時間后會產生快慢不一的現(xiàn)象，常用電氣自動糾偏的方法通常有計算脈沖編碼器輸入PLC的脈沖、通過安裝在柔腿頂部的角位移傳感器 、用橡膠摩擦輪帶動旋轉編碼器的閉環(huán)控制等 4)啃軌現(xiàn)象的改善 啃軌，就是起重機運行過程中車輪輪緣與鋼軌側面壓觸，發(fā)生強烈的磨損。嚴重的啃軌，使車輪與軌道劇烈磨損，并且大大增加附加載荷，運行阻力比正常狀態(tài)時增大3.5 倍左右，一般中型工作類型的龍門起重機車輪的使用壽命約8~10年，若有啃軌現(xiàn)象，壽命可降為1~2年，甚至幾個月。在實際生產中最常用而且最有效的方法是調整和移動車輪，消除過大的誤差橫向力。 5)控制元件的研發(fā) 采用轉角碼盤、齒輪鏈、激光頭等裝置,使定位精度可到±1mm。接收器、控制器遙控系統(tǒng)應用節(jié)省人力,提高工作效率,而且使操作者的作業(yè)條件得到改善。在距離檢測方面,采用無線電信號型防撞裝置來監(jiān)控起重機前端行駛距離,在發(fā)出警告信號后,大車車速將減小到50%,最后切斷電機電源,將大車制動。起重機的剎車系統(tǒng)也應用微機進行控制和監(jiān)視工作。 我國工程起重機發(fā)展狀況 我國工程起重機行業(yè)已經(jīng)歷了5年的快速發(fā)展。近一兩年全行業(yè)新產品的開發(fā)力度很大，不斷有新產品涌現(xiàn)，繁榮并迎合了市場的需求。 目前起重機的配套件是關鍵問題，這已成為生產大型起重機和擴大出口的瓶頸。由于液壓泵、閥、馬達、高端傳動部件、發(fā)動機、高強度鋼材，基本上依靠進口，不但價格高，而且供貨時間長，制約力大型起重機的研發(fā)和生產，并給企業(yè)帶來了風險。 國外工程起重機發(fā)展狀況： 1） 完備的載荷型譜 國外吊裝業(yè)已非常成熟與完善，其吊裝用起重機也隨之得到了長足發(fā)展。目前工程起重機的設計與制造主要集中在德國、美國與日本。其產品的型譜的覆蓋面很大，且非常細致。 2） 擴大作業(yè)空間的新結構 為了最大限度的使用起重機，要求起重機既能滿足大起重量要求，又能滿足作業(yè)空間的需要。因此大起升高度、大幅度時的起重量也就逐漸成為衡量起重機的一個重要指標。 三、畢業(yè)設計（論文）所用的主要技術與方法： 本次設計為60T冶金鑄造雙梁橋式起重機，結構較復雜，在滿足疲勞強度、剛度和穩(wěn)定性的前提下，盡可能節(jié)約材料設計出符合滿足要求使用性能的起重機結構。從本次畢業(yè)設計的選題、構思以及將來冶金鑄造雙梁橋式起重機的研究和發(fā)展方向為出發(fā)點，所用到的研究方法主要有經(jīng)驗總結法、比較研究法、文獻資料法等。借鑒前人對起重機結構設計的成熟經(jīng)驗，結合目前冶金鑄造雙梁橋式起重機所存在的缺點及不足進行起重機的創(chuàng)新性結構設計。通過搜集大量書籍資料和向專業(yè)人士和老師請教相結合的方法，完成起重機復雜結構的設計和大量計算。特別是兩主梁的結構設計和載荷計算以及主梁與端粱的連接方式等。在課題設計過程中，經(jīng)查閱相關起重機圖書的理論知識和從畢業(yè)實習的實踐經(jīng)驗著手，同時參閱大量關于起重機方面的書籍和從互聯(lián)網(wǎng)中獲得的起重機的最新發(fā)展方向，最后綜合起來加以完成。比較研究法可以理解為是根據(jù)一定的標準，對兩個或兩個以上有聯(lián)系的事物進行考察，尋找其異同，探求普遍規(guī)律與特殊規(guī)律的方法。 具體要求： A 本設計中要注意的問題是結構較復雜，在滿足疲勞強度、剛度和穩(wěn)定性的前提下，盡可能節(jié)約材料；計算量較多。 B 預期效果：通過本次設計，熟練掌握結構力學、材料力學在金屬結構件和起重機運輸中的運用。 C 完成校院要求的工作量和畢業(yè)設計論文的撰寫。 四、主要參考文獻與資料獲得情況： [1]萬力 徐格寧，等-GB3811-08《起重機設計規(guī)范》.北京：國家標準局出版社，2008. [2] 張志文 王金諾等，《起重機設計手冊》[M]. 北京.中國鐵道出版社，1998. [3] 王金諾 于蘭峰，《起重機金屬機構》.北京：中國鐵道出版社.2002. [4]徐格寧，《機械裝備金屬結構的設計》[M].北京，機械工業(yè)出版社，2009.3-290. [5] 陳道南 盛漢中，等《起重機課程設計》.北京：冶金工業(yè)出版社，2000.191-290 [6]陳國璋 孫桂林 金永懿 孫學偉 徐秉業(yè)，等《起重機設計實例》.中國鐵道出版社，1985.12. [7]《材料力學》 [M].北京：高等教育出版社.. [8]《結構力學》 [M].北京：高等教育出版社, [9] 徐格寧、智浩.鑄造起重機橋架空間結構分析與疲勞計算.太原重機學院學報.1993年第四期第14卷，1993 五、畢業(yè)設計（論文）進度安排（按周說明） 第一到四周：畢業(yè)實習、寫畢業(yè)實習報告、熟悉畢業(yè)題目內容， 查資料，定幾種方案 第五到十周：各種方案分析，定具體方案，需要計算的，再此期間完成計算，翻譯英文 第十一到十四周：畫草圖——修改——最終圖 第十五到十六周：撰寫畢業(yè)設計說明書 第十七周：答辯（一般會是在6月初或者是6月中旬） 六、指導教師審批意見： 指導教師： 年 月 日 7 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計 摘要 本設計以冶金鑄造雙梁橋式起重機結構設計為設計目標，采用許用應力法以及計算機輔助設計方法對橋式起重機橋架金屬結構進行設計。內容包括主主梁、副主梁、端梁等結構的設計。首先采用需用應力法和第四強度理論對主主梁、副主梁、端梁等結構進行載荷計算及強度校核。其設計很好的體現(xiàn)了結構力學、材料力學在金屬結構件和起重機設計中的重要運用。設計過程先用橋式起重機各結構尺寸數(shù)據(jù)對起重機的強度、疲勞強度、穩(wěn)定性、剛度進行初步的校核計算，在以上因素都達到材料的許用要求后，計算出主梁和端梁的自重載荷，再用此載荷進行橋架強度和剛度的精確校核計算。若不符合要求，再重復上述步驟，直到滿足要求。 關鍵詞: 橋式起重機， 校核， 許用應力 Abstract This design by metallurgy casting double girder crane structure design for design goal，the project designs metal framework of bridge crane in use of allowable stress method and CAD. Content including main girders, and vice girders, and the beam and other structure design。Use of allowable stress method and the fourth strength theory to the Lord girders, and vice girders, and the structure of the beam and other load calculation and strength check. The design is very good embodies the structural mechanics, material mechanics in a metal structure and the important using crane design。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. Key Words: bridge crane; proofread; allowable stress 目錄 摘要 I Abstract II 前言 IV 1 總體方案設計 1 1.2總體結構及設計 1 1.3 材料選擇及許用應力 2 1.4各部件尺寸及截面性質 2 2 橋架分析 13 2.1 載荷組合的確定 13 2.2 橋架假定 13 2.3 載荷計算 13 2.4簡化模型 23 2.5 垂直載荷 25 2.6 水平載荷 28 3 主主梁計算 35 3.1 強度校核 35 3.2 主主梁疲勞強度校核 37 3.3 主梁的穩(wěn)定性 39 3.4 剛度計算 45 4 副主梁校核 49 4.1 強度校核 49 4.2 副主梁疲勞強度校核 51 4.3 副主梁的穩(wěn)定性 53 4.4 剛度計算 57 4.5 橋架拱度 59 5 端梁校核 61 5.1 主主梁端部耳板設計 61 5.2 副主梁一側端梁的校核 65 結論 72 致謝 73 參考文獻 74 前言 起重機的出現(xiàn)大大提高了人們的勞動效率，以前需要許多人花長時間才能搬動的大型物件現(xiàn)在用起重機就能輕易達到效果，尤其是在小范圍的搬動過程中起重機的作用是相當明顯的。雙梁橋式起重機作為物料搬運機械中的一種，在各行各業(yè)中得到廣泛的應用，起重范圍可以從幾噸到幾十噸甚至幾百噸，在機械制造、冶金、鋼鐵、碼頭集裝箱裝運等行業(yè)都有很廣泛的應用，在工廠的廠房內搬運大型零件或重型裝置橋式起重機是不可獲缺的。因此對其進行研究、改進使其結構更加合理，使用更加方便，成本更加低廉，具有重要的現(xiàn)實意義。 橋式起重機小車主要包括起升機構、小車架、小車運行機構、吊具等部分。其中的小車運行機構主要由減速器、主動輪組、從動輪組、傳動軸和一些連接件組成。 此次設計的冶金鑄造雙梁橋式起重機結構設計，安裝于冶金工程廠房內，用于冶金過程供吊運鐵水注入混鐵爐，煉鋼爐和吊運鋼水注入連續(xù)鑄錠設備或鋼錠模等用。主小車調運盛桶，副小車進行翻轉盛桶等輔助工作，對橋式起重機的載荷要求較高，所以對減速器性能要求較高。 本設計為180/50t橋式鑄造起重機金屬結構設計，由于此橋式鑄造起重機的起重量大、跨度大、工作級別高，在設計計算時疲勞強度為其首要約束條件。因此在選材時選用穩(wěn)定性好，對應力集中情況不敏感的Q235-A，降低材料的成本。 為減少結構的超靜定次數(shù)，改善受力，同時又方便運輸，橋架采用六梁鉸接式結構。主、副小車的起重量均偏大，故采用偏軌箱型梁橋架。偏軌箱型梁橋架不僅可減小小車的外形尺寸，同時也增大了起升空間，有利于鑄造廠間的應用。 在設計時，本著滿足疲勞強度、剛度、穩(wěn)定性的前提下，盡可能節(jié)約材料。考慮鑄造起重機主、副小車之間有一定得高度差，使副小車能自如地從主小車下面通過，故在設計主主梁時采用大截面、薄鋼板，從而達到節(jié)省材料、重量輕的要求。同時采用大截面又提高了梁的剛度和穩(wěn)定性。 根據(jù)梁的受力特點，偏軌箱型梁主腹板上側受局部壓應力，將主腹板上側的板加厚。而其它受力較小的地方則采用較薄的板，以節(jié)約材料。 在設計過程中，全部采用國家標準。在結構上進行改進，對橋架的受力進行了較詳盡的分析。整個設計安全、可靠、節(jié)材、耐用，滿足了設計要求。 V 1 總體方案設計 1.1 原始參數(shù) 起重量Q(主/副) 180/50t 跨度S 22m 工作級別Ai A6 起升高度H(主/副) 20/22m 起升速度V(主/副) 4.5/11.4 m/min 運行速度(主/副/大車) 36/33.7/73.5 m/min 輪距(主/副) 4080/1850 mm 軌距(主/副) 8700/3000 mm 1.2總體結構及設計 根據(jù)已給參數(shù)，此橋式鑄造起重機噸位、跨度較大，為減少結構的超靜定次數(shù)，改善受力，方便運輸，選用六梁鉸接式結構。結構框架如圖(1)。 圖(1)橋架結構框架圖 1.3 材料選擇及許用應力 根據(jù)總體結構，鑄造起重機工作級別A6為重級，工作環(huán)境溫度較高，起重量大，頻繁起吊，設計計算時疲勞強度為其首要約束條件，選用對應力集中不敏感的Q235-A，考慮起重量較大，主/副梁均采用偏軌箱型梁。 材料的許用應力及性能常數(shù)見表1、表2。 表1.1 材料許用應力 板厚 正應力 剪應力 mm >16 370 152.0 167.9 184.4 87.76 96.94 106.5 370 158.8 175.4 192.6 91.7 101.3 111.2 表1.2 材料性能常數(shù)表 彈性模量E 剪切彈性模量G 密度 1.4各部件尺寸及截面性質 1.4.1 主主梁尺寸及截面性質 1 主主梁跨中截面尺寸 初選高度=1294～1571mm 考慮大車運行機構安裝在主梁內，且主主梁與副主梁的高度差必須滿足一定得要求，故將主主梁取為大截面薄鋼板的形式，以達到節(jié)省材料、重量輕的要求。因此取腹板高度mm。 為了省去走臺，對寬型偏軌箱型梁，主主梁腹板內側間距取mm>=440mm。上下翼緣板厚度mm，上翼緣板長2530mm，下翼緣板長2326mm，主腹板厚度 mm，副腹板厚度 mm。上下翼緣板外伸部分長不相同。有軌道一側上翼緣板外伸長度mm，取250mm。其它翼緣外伸部分長度 mm。 mm (焊縫厚度) 取=50mm。 軌道側主腹板受局部壓應力，應將板加厚，由局部壓應力的分布長度，設計離上翼緣板350mm的一段腹板板厚取為18mm。 主主梁跨中截面尺寸如圖(2)所示。 圖(2)主主梁跨中截面尺寸 2 主主梁跨端截面尺寸 高度mm 要確定主主梁跨端截面尺寸，只需確定其高度，取=1300mm，跨端下翼緣板厚度為18mm。 主主梁跨端截面尺寸如圖(3) 圖（3）主主梁跨端截面尺寸 3 主主梁跨中截面性質 建立如圖(2)所示的坐標系，計算形心位置 =1256.851257mm。 =1238.881239mm 計算彎心位置mm 彎心近似地在截面對稱形心軸上，其至主腹板中線的距離為1021mm。 凈截面面積 毛截面面積 計算慣性矩 對形心軸的慣性矩 對形心軸的慣性矩 4 主主梁跨端截面性質 凈截面面積 毛截面面積 建立圖（3）所示的坐標系，計算形心位置 =674.6675mm =1236.861237mm 計算慣性矩，對形心軸的慣性矩 對形心軸的慣性矩 1.4.2副主梁尺寸及截面性質 1 副主梁跨中截面尺寸 初選梁高=1294~1571mm，取腹板高度 ，上下翼緣板厚度 ，腹板厚度：主腹板 ，副腹板厚度，副主梁總高 副主梁寬度 ，取腹板內側間距 且 1100，主腹板一側上翼緣板外伸長度 ，取外伸長 ，其余懸伸長大于1.5倍的焊縫厚度，取。其尺寸如下圖 圖(4)副主梁跨中截面尺寸 2. 副主梁跨端截面尺寸 確定其高度 ，取腹板高度為800 副主梁跨端截面尺寸如圖(5) 圖(5)副主梁跨端截面尺寸 3. 副主梁跨中截面性質 建立圖（4）所示的直角坐標系，求形心位置 凈截面面積 毛截面面積 計算彎心位置 彎心距主腹板板厚中線的距離為 計算慣性矩 對形心軸的慣性矩： 對形心軸的慣性矩： 4副主梁跨端截面性質 建立圖（5）所示的坐標系，求截面形心位置 凈截面面積 毛截面面積 對形心軸的慣性矩： 對形心軸的慣性矩： 1.4.3 端梁截面尺寸 考慮大車車輪的安裝及臺車的形狀尺寸，端梁內寬取為600。初設截面尺寸如下圖 圖(6)端梁截面尺寸 形心即對稱中心 對形心軸的慣性矩： 對形心軸y的慣性矩 凈截面面積 毛截面面積 1.4.4 各截面尺寸及性質匯總表 梁截面示意圖如圖（7）所示，各截面性質如表（1.3）表（1.4）所示。 圖(7)梁截面示意圖 尺寸匯總表 1.3 單位：mm 主 主 梁 跨 中 18 18 14 12 2530 2326 2200 2400 跨 端 18 18 14 12 2530 2326 2200 1264 副 主 梁 跨 中 16 16 10 8 1270 1180 1100 1500 跨 端 16 16 10 8 1270 1180 1100 800 端梁 12 12 10 10 660 660 600 776 截面性質匯總表1.4 凈面積 毛面積 主主梁 跨 中 1239 1257 151208 5351034 跨 端 1237 675 121672 2837066 副主梁 跨 中 629 782 66200 1681244 跨端 624 427 53600 904944 端梁 330 400 31360 480680 2 橋架分析 2.1 載荷組合的確定 2.1.1 動力效應系數(shù)的計算 1．起升沖擊系數(shù) 0.9 對橋式鑄造起重機 2．起升動載系數(shù)主主梁 ，副主梁 3．運行沖擊系數(shù) 為大車運行速度 =73.5，為軌道街頭處兩軌面得高度差 ，根據(jù)工作級別，動載荷用載荷組合Ⅰ進行計算，應用運行沖擊系數(shù)。 2.2 橋架假定 為了簡化六梁鉸結橋架的計算，特作如下假定： 1． 根據(jù)起重機的實際工作情況，以主、副小車一起工作為最不利載荷工況。 2． 主主梁、副主梁的端部與端梁在同一水平面內。 3． 由于端梁用鉸接分成5段，故副主梁的垂直載荷對相互間受力分析互不影響。 4． 將端梁結構看作多跨靜定梁，主主梁受力作為基本結構對副主梁無影響；副主梁受力作為附屬部分對主主梁有影響。 5． 計算副主梁水平載荷時，將鉸接點看成剛性連接。 2.3 載荷計算 2.3.1 主主梁 1. 主主梁自重 查表得主小車輪壓34500kg，選用車輪材料ZG35CrMnSi，車輪直徑，軌道型號QU120，許用值38700kg。由軌道型號QU120查得軌道理論重量，主小車軌道重量 欄桿等重量，主梁的均布載荷 。 2．主小車布置，兩側起升機構對稱布置，重心位于對稱中心。 吊具質量 起升載荷 小車重量 因主小車噸位較大，采用臺車形式八個車輪，可求實際主小車滿載時的靜輪壓 一根主主梁上 空載小車輪壓 3．慣性載荷 一根主主梁上小車慣性力 主小車上主動輪占一半，按主動車輪打滑條件確定主小車的慣性力 大車起、制動產生的慣性力 4．偏斜運行側向力 一根主主梁的重量為 主主梁跨端焊接上兩塊耳板，與副主梁端梁連接，在計算時，按假想端梁截面進行計算。如圖（8）所示 圖(8)端梁假想截面 與主主梁連接的端梁部分如圖（9）所示（將超出軌距的一部分所假想而成的端梁截面尺寸） 圖（9）端梁與主主梁連接部分 其截面尺寸如圖（10） 圖（10）端梁假想截面尺寸 形心 對形心軸 的慣性矩： 對形心軸的慣性矩： 端梁凈截面積 端梁毛截面積 一根端梁單位長度重量 一組大車運行機構重量 司機室及其電氣設備的重量 主主梁側假想端梁尺寸如圖（11）所示 主主梁側假想端梁重 圖（11）主主梁側假想端梁尺寸 （1） 滿載小車在主主梁跨中 左側端梁總靜輪壓由下圖(12)計算 圖（12）左側端梁受力分布圖 由 查得，側向力為 滿載小車在主主梁左端極限位置 左側端梁總靜輪壓為 側向力 扭轉載荷 偏軌箱型梁由和的偏心作用而產生移動扭轉，其它載荷，產生的扭矩較小且作用方向相反，故不計算。偏軌箱型梁彎心A在梁截面的對稱形心軸上（不考慮翼緣外伸部分），由前計算可知，彎心至主腹板中線的距離為，查表可知軌高 。 移動扭矩 2.3.2 副主梁 1．副主梁自重 由查表得出副主梁小車輪壓 19640kg，查表選用車輪材料ZG50MnMo，車輪直徑，軌道型號QU70，許用值21800kg。查得軌道理論重量，副小車軌道重量 欄桿等重量 副主梁的均布載荷 2．小車輪壓 小車布置如圖(13) 圖（13）小車布置圖 主鉤鉛垂線中心通過小車中線的E點（按比例布置作用點位置） 小車重心F點位置 起升載荷為 吊具質量 小車重量 按受載大的AB梁計算小車輪壓，見圖(14) 圖（14）AB梁受力分布圖 滿載小車的靜輪壓 空載小車輪壓為 3．慣性載荷 一根副主梁上小車的慣性力 副小車上主動輪占一半，按主動車輪打滑條件確定副小車的慣性力 大車起、制動產生的慣性力 4．偏斜運行側向力 一根副主梁的重量為 一根端梁單位長度的重量 與副主梁焊接端梁重量 （1）滿載小車在副主梁跨中 見圖(15) 圖（15）副主梁受力分布圖 左側端梁總靜輪壓為 由，查得 （2）滿載小車在副主梁左端極限位置 左側端梁總靜輪壓 側向力 5．扭轉載荷 偏軌箱型梁由和產生，彎心，查表可知軌高 ， 移動扭矩 2.4簡化模型 大車主主梁端部有兩個臺車，可簡化為一個滑動鉸支座：（1.2.5.6）副主梁端部支撐車輪（3.4）簡化為一個可動鉸支座；簡化模型見圖（16） 超靜定次數(shù) 圖（16）簡化模型 進一步簡化：主主梁端部采用兩個臺車，只是增加了支撐裝置，減小了輪壓。將兩個滑動鉸支座分別用一個固定鉸支座代替，約束一樣，只是取消了對扭矩的抵制作用。將滑動鉸支座換成固定鉸支座。如圖（17）。 圖（17）橋架進一步簡化圖 將此端梁結構看成多跨超靜定梁，沿處拆分，主主梁（基本部分）+副主梁（附屬部分）；主主梁受力對副主梁無影響；副主梁受力對主主梁有影響。在計算水平載荷時將鉸四個鉸點看作剛節(jié)點進行計算。將主主梁看作一個單梁橋架，副主梁對其影響在或處相當于加了一個可動鉸支座。如圖（18）所示。 圖（18）橋架最終簡化圖 忽略副主梁對主主梁端部軸受力影響，使主主梁水平面內彎矩值偏大，設計可靠性增強，計算偏保守。主主梁水平剛架計算模型如圖(19)所示。 圖（19）主主梁水平剛架計算模型 副主梁水平剛架計算時，主主梁對副主梁相當于固定鉸支座。如圖（20）所示。 圖（20）主主梁副主梁相對關系示意圖 2.5 垂直載荷 2.5.1 主主梁 在固定載荷與移動載荷作用下，主梁按簡支梁計算。見圖(21) 圖（21）主主梁垂直載荷分布圖 1 .固定載荷作用下在主主梁跨中的彎矩為 跨端剪切力為 2. 移動載荷作用下主梁的內力 輪壓合力與左側臺車軸線距離 滿載小車在跨中，跨中E點彎矩為 跨中E點的剪切力 跨中內扭矩 滿載小車在跨端極限位置 小車左輪距梁端距離取為0.7 跨端剪切力 跨端內扭矩為 主主梁跨中總彎矩為 主梁跨端總剪切力為 2.5.2 副主梁 在固定載荷與移動載荷作用下，主梁按簡支梁計算。 1. 固定載荷作用下在副主梁跨中的彎矩為 跨端剪切力為 2. 移動載荷作用下主梁的內力 輪壓合力與左輪的距離為 滿載小車在跨中，跨中E點彎矩為 跨中E點的剪切力 跨中內扭矩 滿載小車在跨端極限位置 小車左輪距梁端距離取為0.5 跨端剪切力 跨端內扭矩為 副主梁跨中總彎矩為 副主梁跨端總剪切力為 2.6 水平載荷 如前面模型簡化，將主主梁的一根梁看作單梁橋架，副主梁看作雙梁橋架。 2.5.1 主主梁 1. 主主梁的水平慣性載荷 模型如前面圖(18) 小車在跨中，剛架的計算系數(shù)為 跨中水平彎矩 跨中水平剪切力 跨中軸力為 小車在跨端，跨端水平剪切力 2. 偏斜側向力 計算簡圖如(22) 圖（22）主主梁偏斜側向力計算簡圖 小車在跨中，側向力 超前力為 B處軸力 B處水平剪切力 主梁跨中水平彎矩 主梁軸力 主梁跨中總水平彎矩為 小車在跨端 側向力為　 超前力 B端水平剪切力 主梁跨端水平彎矩 主梁跨端的水平剪切力為 主梁跨端總的水平剪切力為 2.5.2副主梁 副主梁求解水平載荷的模型，見圖(23) 圖（23）副主梁水平載荷受力模型 在水平載荷及作用下，橋架按剛架計算，因偏軌箱型梁與端梁連接面較寬，應取兩主梁軸線間距代替原小車軌距構成新的水平剛架，這樣比較符合實際，于是 ，。 1. 副主梁水平慣性載荷 小車在跨中，剛架的計算系數(shù)為 跨中水平彎矩 跨中水平剪切力 跨中軸力為 小車在跨端，跨端水平剪切力 2. 偏斜側向力 在偏斜側向力作用下，橋架也按水平剛架分析，計算簡圖如(24) 圖（24）副主梁偏斜側向力計算簡圖 計算系數(shù)為 小車在跨中，側向力 超前力為 端梁中點的軸力 端梁中點的水平剪切力 副主梁跨中的水平彎矩 副主梁軸力 副主梁跨中總水平彎矩為 小車在跨端 側向力為　 超前力 端梁中點的水平剪切力 副主梁跨端的水平彎矩 副主梁跨端的水平剪切力為 副主梁跨端總的水平剪切力為 3 主主梁計算 3.1 強度校核 圖（25）主主梁應力危險點分布圖 需要計算主梁跨中截面危險點①、②、③的應力，見圖(25) 主腹板上邊緣點①的應力 主腹板邊至軌頂?shù)木嚯x為 主腹板邊的局部壓應力為 垂直彎矩產生的應力 水平彎矩產生的應力 慣性載荷與側向力對主梁產生的軸向力較小且作用方向相反，應力很小，故不計算。 主梁上翼緣的靜矩為 主腹板上邊的切應力為 點①的折算應力 滿足要求 點②的應力 滿足要求 點③的應力 下翼緣板與副腹板連接處的外側表面應力 滿足要求 主梁跨端的切應力 主腹板 承受垂直剪力及，故主腹板中點切應力為 滿足要求 翼緣板 （承受水平剪切力） 主梁跨端的水平剪切力 跨端內扭矩 3.2 主主梁疲勞強度校核 橋架工作級別為A6，應按載荷組合Ⅰ計算主梁跨中的最大彎矩截面E的疲勞強度。由于水平慣性載荷產生的應力很小，為了計算簡明而忽略慣性應力求截面E的最大彎矩和最小彎矩，滿載小車位于跨中E點，則 空載小車位于右側跨端時，見圖(26)， 圖（26）最小應力計算簡圖 左端支反力為 驗算主腹板受拉翼緣焊縫④的疲勞強度，見圖(25) 應力循環(huán)特性 根據(jù)工作級別A6，應力集中等級及材料Q235，查得， 焊縫拉伸疲勞許用應力為 合格 1． 驗算橫隔板下端焊縫與主腹板連接處⑤的疲勞強度 應力循環(huán)特性 顯然，相同工況下的應力循環(huán)特性是一致的。 由A6及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60mm，應力集中等級為，查得疲勞許用應力，拉伸疲勞許用應力為 合格 3.3 主梁的穩(wěn)定性 1．整體穩(wěn)定性 主梁高寬比 （穩(wěn)定） 2. 局部穩(wěn)定性 翼緣板　，需設置兩條縱向加勁肋。 驗算 （穩(wěn)定） 翼緣板最大外伸部分 （穩(wěn)定） 主腹板 副腹板 故需設置橫隔板和兩條縱向加勁肋，主、副腹板相同，隔板間距，縱向加勁肋位置 ，取550mm，去900mm，其布置示于圖(27) 圖（27）加強筋布置圖 驗算跨中主腹板上區(qū)格Ⅰ的穩(wěn)定性。區(qū)格兩邊正應力為 （屬于不均勻壓縮板） 區(qū)格Ⅰ的歐拉應力為 區(qū)格分別受，，作用時的臨界應力為 ，板邊彈性嵌固系數(shù)=1.2， 屈曲系數(shù) 則，故需修正， 當區(qū)格受腹板邊局部壓應力 時，壓力分布長 ，，按計算，， 區(qū)格Ⅰ屬雙邊局部壓縮板，板的屈曲系數(shù) 需修正，則 當區(qū)格Ⅰ受平均切應力時： 由， 板的屈曲系數(shù) 故需修正 區(qū)格上邊緣的復合應力為 ，區(qū)格的臨界復合應力為 所以，區(qū)格Ⅰ的局部穩(wěn)定性合格。 驗算跨中副腹板上區(qū)格Ⅰ的穩(wěn)定性 區(qū)格Ⅰ只受及的作用，區(qū)格兩邊的正應力為 切應力 區(qū)格Ⅰ的歐拉應力 （屬于不均勻壓縮板） 屈曲系數(shù) 則 ，故需修正， 當剪應力作用時 故需修正 區(qū)格上邊緣的復合應力為 ，區(qū)格的臨界復合應力為 所以，區(qū)格Ⅰ的局部穩(wěn)定性合格。 加勁肋的確定 橫隔板厚度 ，板中開孔尺寸為 ，鑲邊板厚 ，鑲邊板寬 ，其尺寸如圖(28) 圖（28）加筋板截面尺寸 翼緣板縱向加勁肋選用角鋼， 縱向加勁肋對翼緣板與加勁肋接觸面的慣性矩為 （合格） 主、副腹板采用相同的縱向加勁肋 縱向加勁肋對腹板板厚中心線的慣性矩為 綜上所述，選擇的加勁肋合格。 3.4 剛度計算 1．橋架的垂直靜剛度 滿載小車位于主梁跨中產生的靜撓度，見圖(28) 圖（28）滿載小車位于主梁跨中受力圖 滿足要求 2．橋架的水平慣性位移 小車位于跨中，計算起動工況的跨中位移： 3．垂直動剛度 起重機垂直動剛度以滿載小車位于橋架跨中的垂直自振頻率來表征，計算如下： 主梁質量 全橋架中點換算質量 起升質量 起升載荷 起升鋼絲繩滑輪組的最大下放長度為 取，為吊具最小下放距離 橋架跨中靜位移為 查表選用倍率 ，， 由鋼絲繩靜拉力 選用型鋼絲繩 起升鋼絲繩滑輪組的靜伸長 結構質量影響系數(shù) 橋式起重機的垂直自振頻率 4．水平動剛度 起重機水平動剛度以物品高位懸掛，滿載小車位于橋架跨中的水平自振頻率來表征。 半橋架中點的換算質量為 半剛架跨中在單位水平力作用下產生的水平位移為 橋式起重機的水平自振頻率為 3.5 橋架拱度 主主梁的橋架拱度與副主梁的一樣，見后面副主梁橋架拱度設置。 4 副主梁校核 4.1 強度校核 圖（30）副主梁應力危險點分布圖 需要計算主梁跨中截面危險點①、②、③的應力，見圖(30) 主腹板上邊緣點①的應力 主腹板邊至軌頂?shù)木嚯x為 主腹板邊的局部壓應力為 垂直彎矩產生的應力 水平彎矩產生的應力 副主梁上翼緣的靜矩為 主腹板上邊的切應力為 點①的折算應力 滿足要求 點②的應力 滿足要求 點③的應力 滿足要求 副主梁跨端的切應力 主腹板 承受垂直剪力及，故主腹板中點切應力為 滿足要求 翼緣板 （承受水平剪切力） 主梁跨端的水平剪切力 跨端內扭矩 主梁翼緣焊縫厚度 ，采用自動焊。 4.2 副主梁疲勞強度校核 橋架工作級別為A6，應按載荷組合Ⅰ計算主梁跨中的最大彎矩截面E的疲勞強度。由于水平慣性載荷產生的應力很小，為了計算簡明而忽略慣性應力求截面E的最大彎矩和最小彎矩，滿載小車位于跨中E點，則 空載小車位于右側跨端時，見圖(31)，左端支反力為 圖（31）最小應力計算簡圖 1．驗算主腹板受拉翼緣焊縫④的疲勞強度，見圖(30) 應力循環(huán)特性 根據(jù)工作級別A6，應力集中等級及材料Q235，查得， 焊縫拉伸疲勞許用應力為 合格 2．驗算橫隔板下端焊縫與主腹板連接處⑤的疲勞強度 應力循環(huán)特性 顯然，相同工況下的應力循環(huán)特性是一致的。 由A6及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，應力集中等級為，查得疲勞許用應力， 拉伸疲勞許用應力為 合格 4.3 副主梁的穩(wěn)定性 整體穩(wěn)定性 主梁高寬比 （穩(wěn)定） 局部穩(wěn)定性 翼緣板　，需設置一條縱向加勁肋。 驗算 （穩(wěn)定） 翼緣板最大外伸部分 （穩(wěn)定） 主腹板 副腹板 故需設置橫隔板和一條縱向加勁肋，主、副腹板相同，隔板間距，縱向加勁肋位置 ，取350mm，其布置示于圖(32) 圖（32）副主梁加強筋布置圖 1. 驗算跨中副腹板上區(qū)格Ⅰ的穩(wěn)定性 區(qū)格Ⅰ只受及的作用，區(qū)格兩邊的正應力為 切應力 區(qū)格Ⅰ的歐拉應力 （屬于不均勻壓縮板） 屈曲系數(shù) 則 ， 故需修正， 當剪應力作用時 故需修正 區(qū)格Ⅰ的復合應力為 ， 區(qū)格的臨界復合應力為 所以，區(qū)格Ⅰ的穩(wěn)定性合格。 2. 加勁肋的確定 橫隔板厚度 ，板中開孔尺寸為 。翼緣板縱向加勁肋選用角鋼， 。 縱向加勁肋對翼緣板與加勁肋接觸面的慣性矩為 （合格） 主、副腹板采用相同的縱向加勁肋 縱向加勁肋對腹板板厚中心線的慣性矩為 綜上所述，選擇的加勁肋合格。 4.4 剛度計算 1．橋架的垂直靜剛度 滿載小車位于主梁跨中產生的靜撓度，見圖(33) 圖（33）副主梁靜剛度計算簡圖 滿足要求 2．橋架的水平慣性位移 小車位于跨中，計算起動工況的跨中位移： 3.垂直動剛度 起重機垂直動剛度以滿載小車位于橋架跨中的垂直自振頻率來表征，計算如下： 主梁質量 全橋架中點換算質量 起升質量 起升載荷 起升鋼絲繩滑輪組的最大下放長度為 取，為吊具最小下放距離 橋架跨中靜位移為 查表選用倍率 ，， 由鋼絲繩靜拉力 選用型鋼絲繩 起升鋼絲繩滑輪組的靜伸長 結構質量影響系數(shù) 橋式起重機的垂直自振頻率 4．水平動剛度 起重機水平動剛度以物品高位懸掛，滿載小車位于橋架跨中的水平自振頻率來表征。 半橋架中點的換算質量為 半剛架跨中在單位水平力作用下產生的水平位移為 橋式起重機的水平自振頻率為 4.5 橋架拱度 橋架跨度中央的標準拱度值 考慮制造因素，實取 跨度中央兩邊按拋物曲線 設置拱度，如下圖(34) 圖（34）拱度示意圖 距跨中為 的點， 距跨中為 的點， 距跨中為 的點， 5 端梁校核 5.1 主主梁端部耳板設計 計算主主梁跨端結構受力，工況：滿載小車位于主梁跨端，大小車同時運行起制動及橋架偏斜。 1．垂直載荷 主梁最大支承力 因作用點的變動引起的附加力矩為 按假想端梁計算自重 計算簡圖(35) 圖（35）端梁計算簡圖 端梁支座反力如圖， 截面1-1 彎矩 剪力 截面2-2 彎矩 剪力 2．水平載荷 端梁的水平載荷有，，，，亦按簡支梁計算，見圖(36) 圖（36）端梁水平載荷計算簡圖 因作用點外移引起的附加水平彎矩為 彎矩 截面1-1 剪切力 截面2-2 在，，，水平力作用下， 2-2處水平反力 3．主梁端部耳板設計 主梁端部耳板設計如圖（37）所示。 圖（37a）主梁端部截面尺寸 圖（37b）耳板截面尺寸 截面性質：建立如圖（37a）示坐標系 校核截面2-2處 腹板中軸處切應力 合格 截面1-1處銷軸所受剪應力在驗算端梁完計算，見后面。 5.2 副主梁一側端梁的校核 1.端梁校核 載荷計算：副主梁與端梁看作是多跨靜定梁的附屬部分；主主梁對附屬部分無影響。 工況：取滿載小車位于主梁跨端，大小車同時起、制動及橋架偏斜。 垂直載荷 端梁垂直載荷分布如圖（38）所示。主梁最大支承力 圖（38）端梁垂直載荷分布圖 因作用點的變動引起的附加力矩為 端梁自重 端梁在垂直載荷作用下按圖（38）所示簡支梁計算 端梁支反力 截面1-1 截面2-2 水平載荷 端梁的水平載荷有，，，，按圖（39）所示簡支梁計算。 圖（39）端梁水平載荷分布圖 因作用點外移引起的附加水平彎矩為 先求支反力： 端梁的水平反力 水平剪切力 彎矩 截面1-1 剪切力 軸向力 2．強度校核 只需校核2-2截面如圖（40） 圖（40）2-2截面應力危險點 截面角點①處應力 腹板邊緣的應力 翼緣板對中軸的靜矩為 折算應力為 滿足要求 3．疲勞強度 只考慮垂直載荷，工況：滿載小車位于跨中及跨端截面2-2。滿載小車在副主梁跨端時，端梁截面2-2的最大彎矩和剪切力為： 空載小車位于跨中時，端梁支反力 下翼緣板焊縫應力 根據(jù)A6及Q235，下翼緣板采用雙面貼角焊縫，應力集中等級，查得 。 焊縫拉伸疲勞許用應力 合格 ，按查得 取拉伸疲勞許用應力 合格 4．穩(wěn)定性 整體穩(wěn)定性 （穩(wěn)定） 局部穩(wěn)定性 翼緣板 （穩(wěn)定） 腹板 不需設置橫隔板。 5. 校核銷軸所受的力 端梁銷軸分布及受力簡圖如圖（41）所示。 圖（41）端梁銷軸分布及受力簡圖 耳板與端梁連接處銷軸1、4，所受垂直方向的剪力較大，而2、3受水平方向拉力，其在垂直方向幾乎不受力。只需校核受力較大的1、4銷軸。 設計銷軸直徑為 對銷軸 合格 對支撐板的擠壓應力，設支撐板厚20mm。 支撐板的擠壓力 合格 6．副主梁與端梁的連接 副主梁與端梁采用連接板貼角焊縫連接，主梁兩側各用一塊連接板與端梁的腹板焊接，連接板厚，高度 取。主梁腹板與端梁腹板之間留有的間隙，在組裝橋架時用來調整跨度。主梁翼緣板伸出梁端套裝在端梁翼緣板外側。用貼角焊縫，周邊焊住，必要時在主梁端部內側，主、端梁的上下翼緣板處焊上三角板，以增強連接的水平剛度，承受水平剪力。 副主梁最大支承力 連接處需要的焊縫長度為： （合格） 至此橋架設計全部合格。 結論 經(jīng)過近三個月的設計，我對橋式鑄造起重機的設計步驟、內容和方法有了深入的了解，同時鞏固了已學的金屬結構的相關知識，為以后的工作學習打下了堅實的基礎。 這次設計橋式鑄造起重機的突出特點是工作級別高、起重量大、工作環(huán)境差。在設計計算時采用需用應力法進行結構設計，強度校核時由于所用材料Q235為塑性材料因此用第四強度理論進行強度校核。同時高工作級別的結構所允許的疲勞強度許用值很低，疲勞強度成為設計計算的首要約束條件，因此要重點校核疲勞強度。 此橋式鑄造起重機由主主梁、副主梁和端梁構成。橋架采用六梁鉸接式結構以減少結構的超靜定次數(shù)，改善受力和方便運輸。主、副小車的起重量均偏大，故采用偏軌箱型梁橋架。偏軌箱型梁橋架不僅可減小小車的外形尺寸，同時也增大了起升空間，有利于鑄造廠間的應用。 另外根據(jù)結構受力的特點應用材料，將材料用到受力大的地方，而受力小的地方就盡可能少用材料以減小自重，節(jié)省材料。這種有針對性的設計能最大限度地節(jié)省材料，減小自重，使設計更加合理。 致謝 在設計過程中，得到了學院有關領導的關心和支持，尤其是指導老師給了我很大的幫助，在此對他們認真負責的精神和付出的辛苦表示衷心的感謝。 由于本人學識水平和設計經(jīng)驗的缺乏，在設計的開始階段，遇到了很多棘手的問題，在后來的設計繪圖過程中，又暴露很多實際的畫圖問題，自己毫無經(jīng)驗。秦老師的及時耐心有效的指導，才使我能順利、如期的完成畢業(yè)設計。老師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、高度的責任感和對我們時時刻刻的關懷之心，都深深的感染著我。 參考文獻 [1]萬力 徐格寧，等-GB3811-08《起重機設計規(guī)范》.北京：國家標準局出版社，2008. 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