雙梁箱形門式起重機(jī)設(shè)計(jì)摘要中國(guó)的雙梁門式起重機(jī)不管是總體和金屬結(jié)構(gòu)方面還是在對(duì)于各個(gè)機(jī)構(gòu)的制造方面都取得了令世人矚目的成就，并在極短的時(shí)間內(nèi)完成了對(duì)一些西方國(guó)家設(shè)計(jì)方面的超越，但在取得成就的同時(shí)，我們也應(yīng)該去反思思考在雙梁箱形門式起重機(jī)的設(shè)計(jì)中是否還存在著問題，在金屬結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中能否使整機(jī)更加的穩(wěn)固。本文初段部分先對(duì)整體起重機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展形式進(jìn)行了分析和國(guó)內(nèi)門式起重機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)的指出，對(duì)雙梁箱形門式起重機(jī)中總體設(shè)計(jì)的部分做出了分析，再對(duì)雙梁箱形門式起重機(jī)做出了可靠分析，最后在多種方案中選中了U型支腿結(jié)構(gòu)。中段部分對(duì)雙梁箱形U型支腿結(jié)構(gòu)門式起重機(jī)進(jìn)行了分析并進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)和大致機(jī)構(gòu)分結(jié)構(gòu)計(jì)算，對(duì)主體金屬結(jié)構(gòu)和門式起重機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)部分做出了分析計(jì)算，進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度校核。后半段為箱形門式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)選擇了鋼絲繩、卷筒與滑輪，完成了電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器還有聯(lián)軸器的選型及校核計(jì)算，對(duì)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行了分析計(jì)算并選用合適的電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器和制動(dòng)器等。關(guān)鍵詞：箱形，門式起重機(jī)，主梁金屬結(jié)構(gòu)，U型支腿結(jié)構(gòu)，起升機(jī)構(gòu)，運(yùn)行機(jī)構(gòu)目錄TOC\o"1-4"\h\z\u第一部分課題摘要及引言部分 2第一章課題背景及意義 21.1課題背景 21.2課題意義 2第二章國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 22.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 22.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 2第二部分雙梁箱形門式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2第一章設(shè)計(jì)初始參數(shù) 2第二章支腿的初步總體形式確定 2第三章金屬結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì) 23.1主梁設(shè)計(jì) 23.1.1主梁的截面尺寸與高度設(shè)計(jì)計(jì)算 23.1.2主梁自重 23.2支腿 2第四章載荷的計(jì)算 24.1自重載荷 24.1.1主梁自重 24.1.2剛性支腿 24.1.3下橫梁 24.1.4上橫梁 24.1.5附加自重 24.2起升載荷 24.3水平慣性力 24.4偏斜側(cè)向力 24.5風(fēng)載荷 24.5.1平行小車軌道方向的風(fēng)載荷 24.5.2垂直小車軌道方向的風(fēng)載荷 2第五章內(nèi)力計(jì)算 25.1門架平面的計(jì)算內(nèi)力 25.2端部 25.3跨中位置 25.4對(duì)圖示的受力分析 25.5下橫梁 2第六章承載能力校核 26.1強(qiáng)度驗(yàn)算 26.1.1主梁靜強(qiáng)度 26.1.2主梁的疲勞強(qiáng)度 26.1.3支腿強(qiáng)度 26.1.4下橫梁靜強(qiáng)度 26.2剛度計(jì)算 26.2.1主梁跨中垂直靜剛度 26.2.2主梁有效懸臂處境撓度 26.2.3主梁在門架平面的縱向水平位移 2第七章金屬結(jié)構(gòu)的連接形式 27.1主梁的拼接 27.1.1拼接接頭的設(shè)計(jì) 27.2主梁與支腿的法蘭連接 27.2.1連接螺栓的強(qiáng)度驗(yàn)算 27.2.2支腿與下橫梁螺栓連接 2第八章整體抗傾覆穩(wěn)定性校核 28.1抗傾覆穩(wěn)定性校核條件 28.2門機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算 2第三部分起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2第一章小車起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇 21.1門式起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 2第二章鋼絲繩、卷筒、滑輪組的選型以及計(jì)算 22.1鋼絲繩的選型與計(jì)算 22.1.1鋼絲繩所受的最大靜拉力 22.1.2鋼絲繩的選型 22.2滑輪、卷筒的選型與計(jì)算 22.2.1卷筒最小直徑的計(jì)算確定 22.2.2工作滑輪直徑的計(jì)算確定 22.2.3卷筒長(zhǎng)厚度與強(qiáng)度校核計(jì)算 2第三章電機(jī)的選型和校核計(jì)算 23.1計(jì)算電動(dòng)機(jī)的靜功率 2第四章減速器的選型 2第五章制動(dòng)器、聯(lián)軸器的選型和校核計(jì)算 26.1制動(dòng)器的選擇 26.2聯(lián)軸器的選擇 2第四部分運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2第一章小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 21.1輪壓計(jì)算 21.2電動(dòng)機(jī)的選擇 21.2.1運(yùn)行阻力的計(jì)算 21.2.2電機(jī)初步選擇 21.3減速器的選擇 21.4聯(lián)軸器的選擇 21.5制動(dòng)器的選用 2第二章大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 22.1主要參數(shù)與機(jī)構(gòu)布置 22.2電動(dòng)機(jī)選擇 22.2.1運(yùn)行阻力的計(jì)算 22.2.2選擇電動(dòng)機(jī) 22.3選擇減速器 22.4滿載運(yùn)行時(shí)的電動(dòng)機(jī)軸上的靜力矩 2參考文獻(xiàn) 2第一部分課題摘要及引言部分1課題背景及意義1.1課題背景在世界漫長(zhǎng)的歷史中，起重機(jī)對(duì)于中國(guó)乃至世界發(fā)展史的意義極其重大，對(duì)于社會(huì)的發(fā)展而言，起重機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，它為人力無法完全的高額且巨型的工作量的完成提供了可能性。它在中國(guó)乃至世界科技、建筑機(jī)械、功能機(jī)械以及道路橋梁機(jī)械的發(fā)展中應(yīng)運(yùn)而生卻對(duì)其產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用。于公元前10年，古羅馬的建筑師維特魯維斯就在他的建筑手冊(cè)里描述了一種起重機(jī)械，它是人類對(duì)于起重機(jī)機(jī)械方面的一次重大進(jìn)展和有效的探索。這種機(jī)械有一根桅桿，在這根桿的頂上安裝上了一個(gè)滑輪，然后用纜索牢固地固定住桅桿的位置，再利用絞接的盤去拉動(dòng)幾根在滑輪中通過的纜索，最后通過用這種方式才能把人力抬起極其困難的較重的東西吊起來。那個(gè)時(shí)候有一些機(jī)械是在用用兩根桅桿，將這兩根桅桿拼接成一個(gè)類似于人字的形狀，才能把吊起的東西橫向移動(dòng)，但是這種機(jī)械的缺點(diǎn)就在于它的幅度很小，而且吊起的重物不符合生產(chǎn)的要求，操作也十分的麻煩，不適合人們操作和利用。在15世紀(jì)時(shí)，此時(shí)意大利通過了一系列的工業(yè)上面的革命又發(fā)明了一些能夠解決這個(gè)問題的起重機(jī)械，其中就包括了一種名叫轉(zhuǎn)臂式起重機(jī)的起重機(jī)械。這種起重機(jī)是由一根傾斜的懸臂、滑輪組成，它的優(yōu)點(diǎn)是可以升降又可以旋轉(zhuǎn)。但是從這個(gè)時(shí)候一直到18世紀(jì)，人類所發(fā)明并使用的起重機(jī)械都只是以較小的動(dòng)力（如人力、畜力）來驅(qū)動(dòng)起重機(jī)械的，因此所使用的起重機(jī)械的無論是起重量還是使用范圍、使用要求都有極大的局限性。但這一情況在18世紀(jì)中后期得到了較大的解決，工業(yè)革命后，蒸汽機(jī)開始出現(xiàn)并在瓦特的改進(jìn)下，人類開始使用以蒸汽為動(dòng)力的機(jī)械，此時(shí)動(dòng)力的發(fā)展得到了飛躍。到了1805年，有一名名為倫尼的工程師在大環(huán)境的要求下建造了歷史上第一批蒸汽起重機(jī)。1846年，英國(guó)的阿姆斯特朗進(jìn)行了一次動(dòng)力的改革，他開始研究轉(zhuǎn)換蒸汽起重機(jī)動(dòng)力的方法并設(shè)計(jì)制造了以水動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)的水力起重機(jī)。而20世紀(jì)初期，歐洲的各個(gè)國(guó)家開始了研究并制造使用塔式起重機(jī)的路途，歐洲各國(guó)進(jìn)入了工程機(jī)械的高速發(fā)展時(shí)期。自此，起重機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了正軌，人類的機(jī)械科技得到了飛躍性的發(fā)展。1.2課題意義起重機(jī)是社會(huì)發(fā)展的必不可少的機(jī)械設(shè)備，它可以實(shí)現(xiàn)出產(chǎn)過程的機(jī)械化，自身?xiàng)l件的主動(dòng)化。同時(shí)，它在發(fā)展國(guó)家國(guó)力，改善物資搬運(yùn)的基礎(chǔ)條件，改善人民的物質(zhì)文化需要上都起著極為關(guān)鍵的作用。隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展速度越來越快，社會(huì)產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化程度和主動(dòng)性也在其發(fā)展速度下開始同步地提高，每一臺(tái)起重機(jī)相對(duì)應(yīng)的起重機(jī)性能也在不斷發(fā)展，起重機(jī)的種類也在不斷增加，使用范圍也越來越廣。但是一些小型企業(yè)也許會(huì)因?yàn)闆]有起重機(jī)械導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)效率低下，同時(shí)也會(huì)是工人的工作強(qiáng)度變得較大，使工程延期，使工人們?cè)谌粘谧髦袚p害自己的身體。在高層建筑或者是大型船只高達(dá)萬噸級(jí)的建造施工中，火箭和導(dǎo)彈在發(fā)射前物資零件的組裝、搬運(yùn)和準(zhǔn)備工作，大型發(fā)電站中有些基礎(chǔ)設(shè)施的建造安裝等，都已經(jīng)開始離不開起重機(jī)了。起重機(jī)除了可以使用輔助設(shè)備的出產(chǎn)，還可以用其裝卸、搬運(yùn)各類貨物及物資，更可以用其吊裝、運(yùn)輸船體分段和機(jī)電設(shè)備。而大多數(shù)的重量級(jí)物資的搬運(yùn)和運(yùn)輸，都必須要依靠起重機(jī)進(jìn)行大規(guī)模作業(yè)才能夠順利完成。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在國(guó)內(nèi)的冶煉金屬和煤炭部門的機(jī)械設(shè)備的總數(shù)量或總自重中，起重運(yùn)輸機(jī)械的機(jī)械設(shè)備的總量占其中的一半。起重機(jī)也是機(jī)械化作業(yè)的重要的事物基礎(chǔ)，是大多數(shù)工業(yè)企業(yè)中主要的固定資產(chǎn)。對(duì)于一些港口碼頭、企業(yè)部門、大型搭建地區(qū)、高科技重型施工地區(qū)和火箭制造場(chǎng)或宇宙探索基地等，起重機(jī)在其中也是特別重要的出產(chǎn)量要素，在施工場(chǎng)地和出產(chǎn)作業(yè)中進(jìn)行著穩(wěn)定而且高效率的工作，它幾乎所有流水式機(jī)械作業(yè)的基礎(chǔ)，是資源出產(chǎn)的根基，也是現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)不可或缺的標(biāo)志之一。如今在起重機(jī)械中，門式起重機(jī)也擔(dān)任了不可或缺的角色，門式起重機(jī)的起重重量范圍最高能達(dá)到幾千噸。在門式起重機(jī)出現(xiàn)在冶金、機(jī)械制造或者鋼鐵、港口碼頭集裝箱實(shí)行裝運(yùn)的今天，它正在起著積極的作用。2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外起重機(jī)的發(fā)展方向包括:一、簡(jiǎn)化設(shè)備的總體大致結(jié)構(gòu)，減少起重機(jī)部分不需要的結(jié)構(gòu)以達(dá)到減輕自重的目的，同時(shí)還能降低門式起重機(jī)設(shè)計(jì)和制造的成本。本芬蘭Kone公司生產(chǎn)的起重機(jī)作為一個(gè)典型的例子在這一點(diǎn)上做的非常的到位。它們公司所制造的起升機(jī)構(gòu)的減速器外殼與小車架——端梁合二為一，將吊鉤滑輪組與卷筒組合到了一起，同時(shí)，它的絞車運(yùn)行結(jié)構(gòu)采用了三合一驅(qū)動(dòng)裝置來驅(qū)動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)，而這樣一來起重機(jī)其中大部分自重都有很大幅度的減輕，但是在起重量、強(qiáng)度和剛度也不需要有較大的變化。二、更新并改進(jìn)了大部分零件的組件，這種做法能夠有效的提高整個(gè)起重機(jī)的各項(xiàng)性能。這個(gè)發(fā)展方向的典型例子就是法國(guó)的Patain公司。他們有一種起重機(jī)的研制方法是采用窄偏軌箱形梁做主梁，用搭建的方式來連接主梁和端梁，這種方法可以使垂直方向上的力直接作用在主梁兩側(cè)的上蓋板上，與此同時(shí)，端梁的高度也得到了極大程度的降低，而它的目的和作用就是使整個(gè)起重機(jī)在運(yùn)輸中顯得比較方便。三、實(shí)現(xiàn)設(shè)備的大型化。在工業(yè)化生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展逐漸進(jìn)步的今天，與此同時(shí)，起重機(jī)的重量以及可以用以調(diào)運(yùn)的幅度范圍也在持續(xù)不斷地增加。所以為了省去在起重機(jī)設(shè)計(jì)制造中所需要承擔(dān)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)費(fèi)用，也要增大全國(guó)各地的服務(wù)場(chǎng)地和使用范圍。近年來,電子計(jì)算機(jī)在全世界的應(yīng)用得到了發(fā)展，變得越來越廣泛，有許許多多的國(guó)外起重機(jī)制造廠家都在從計(jì)算機(jī)運(yùn)算應(yīng)用中得到靈感。其根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查預(yù)測(cè)的統(tǒng)計(jì)圖表和數(shù)字資料，在較為先進(jìn)和嚴(yán)密的科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)了許多關(guān)于起重機(jī)結(jié)構(gòu)的組件模塊化單元。起重機(jī)采用模塊單元化設(shè)計(jì)的形式影響著整個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)水平，同時(shí)，它也是一次對(duì)設(shè)計(jì)方法上的改革。對(duì)起重機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的改進(jìn)，在按照它的方法之后只需要去標(biāo)注并修改出一兩個(gè)需要去修改或者觀察有沒有能夠修改的模塊。這樣在拆卸了起重機(jī)之后可以用起重機(jī)的不同構(gòu)件模塊組合成不同的新的起重機(jī)整機(jī)。這樣不僅提高了起重機(jī)在市場(chǎng)上的通用化程度，而且還能將不同的模塊單元化，使起重機(jī)的維修和成本利用得到有效的提升。另外，不同模塊的組成也可以成就其產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新性，使其在發(fā)展的同時(shí)還能成為該企業(yè)的發(fā)展創(chuàng)新標(biāo)志。在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)下，德馬克公司研發(fā)了一個(gè)名為“標(biāo)準(zhǔn)化車輪箱模塊”的系列，有多組連接孔不同型號(hào)的驅(qū)動(dòng)單元可以組裝成臺(tái)車與其他的金屬構(gòu)件組合就可以用來制造設(shè)計(jì)大型的門式起重機(jī)或者橋式起重機(jī)，這種機(jī)構(gòu)沒有輪距的限制，車輪的踏面形式也有較大的變化，較多的種類。所以它的使用就變得十分的靈活，同時(shí)它的自重也相較于國(guó)內(nèi)同樣起重機(jī)變得更加的小，深受人們的歡迎。這種設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造方面都產(chǎn)生了極其大的成本變化和工業(yè)化變化，使之在同樣的成本在它的手中能夠得到更大程度的有效利用[1]。2.1.1數(shù)據(jù)總線技術(shù)得到應(yīng)用利渤海爾有一臺(tái)LTM系列的典型產(chǎn)品是世界首臺(tái)其上裝有數(shù)據(jù)總線管理系統(tǒng)的高技術(shù)雙軸AT產(chǎn)品。這款產(chǎn)品采用的是控制域網(wǎng)總線技術(shù)，它的作用是能夠完成從發(fā)動(dòng)機(jī)一直到傳動(dòng)系統(tǒng)每個(gè)工程功能之間所有的數(shù)字式數(shù)據(jù)傳輸與控制。CAN-BUS總線和一些電子數(shù)據(jù)又被輸入到LSB控制系統(tǒng)中。而Liccon起重機(jī)控制系統(tǒng)最大的組成部位之一就是LSB控制裝置，這個(gè)系統(tǒng)可以編程所有數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)監(jiān)控。而它們采用的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可極大程度上簡(jiǎn)化布線，減少整個(gè)起重機(jī)的油耗及排放值，使起重機(jī)整機(jī)的維修變得更加方面，提高了它的穩(wěn)定性使其變得更加可靠。到現(xiàn)在為止，已經(jīng)有了許多鐘新型起重機(jī)通過裝配該技術(shù)來獲取自己設(shè)計(jì)技術(shù)的提高。格魯夫GMK6250和GMK5180也采用了上述數(shù)據(jù)總線技術(shù)[2]。2.1.2門式起重機(jī)安全評(píng)估軟件系統(tǒng)的研發(fā)近年來，隨著進(jìn)出口貿(mào)易的穩(wěn)步增長(zhǎng)，貨物運(yùn)輸呈現(xiàn)出越來越大型化、專業(yè)化、規(guī)范化的趨勢(shì)，推動(dòng)了大型碼頭的快速發(fā)展。因此，這些碼頭見證了越來越多的港口起重機(jī)。門式起重機(jī)在碼頭和貨場(chǎng)得到了廣泛的應(yīng)用。他們有一個(gè)巨大的身體和一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，但可以在戶外用于重型操作。隨著使用壽命的增加，伴隨門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)劣化而來的，就是開裂變形等等一系列的缺陷。這些缺陷對(duì)每個(gè)端口的工作安全構(gòu)成了潛在的威脅。碼頭事故中約30%是由門式起重機(jī)的設(shè)計(jì)、安裝、使用、維修及人為因素引起的。從這個(gè)角度來看，安全生產(chǎn)的嚴(yán)重性是相當(dāng)顯著的。因此，對(duì)該類設(shè)備在運(yùn)行過程中進(jìn)行安全評(píng)估是十分必要的。過于注重安全生產(chǎn)容易造成經(jīng)濟(jì)損失，而以降低成本的直觀感受使設(shè)備超出生命周期繼續(xù)使用，則可能造成災(zāi)難性事故。采用編程語言開發(fā)軟件，實(shí)現(xiàn)了門式起重機(jī)安全評(píng)估的信息管理。該軟件不僅能夠?qū)φ麄€(gè)門式起重機(jī)進(jìn)行評(píng)估，而且能夠幫助相關(guān)企業(yè)進(jìn)行科學(xué)管理，滿足不同用戶的需求。隨著該軟件的開發(fā)和應(yīng)用，門式起重機(jī)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的門檻將會(huì)降低。通過輸入現(xiàn)場(chǎng)檢查信息，可以有效地獲取門機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)狀況，從而大大降低事故風(fēng)險(xiǎn)，提高安全管理的科學(xué)化、信息化水平[3]。2.1.3港口門式起重機(jī)檢測(cè)多數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)力分布規(guī)律和應(yīng)力性能特征研究。在門式起重機(jī)惡劣的工作環(huán)境中，為了保證門式起重機(jī)的安全生產(chǎn)和有計(jì)劃的維修，國(guó)外的技術(shù)工作者主要著力于對(duì)門式起重機(jī)的應(yīng)力分布規(guī)律和應(yīng)力性能特性的研究。門式起重機(jī)潛在高應(yīng)力測(cè)量點(diǎn)集中在主干梁、螺旋槳支撐和固定柱/轉(zhuǎn)柱等高危結(jié)構(gòu)中。在三種高危結(jié)構(gòu)中，主梁的整體波動(dòng)最大，固定柱/轉(zhuǎn)柱的整體應(yīng)力一般較大，而螺旋槳支撐相對(duì)穩(wěn)定。在高?；蛘吒邚?qiáng)度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主梁中，前筋與后筋的應(yīng)力相差較小，但前筋的應(yīng)力波動(dòng)會(huì)在某些時(shí)候強(qiáng)于后筋。在高危結(jié)構(gòu)中，螺旋槳支柱各部分的應(yīng)力和應(yīng)力波動(dòng)是接近的。在高風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)固定柱/轉(zhuǎn)柱中，頂部的應(yīng)力和應(yīng)力波動(dòng)大于根部[4]。2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在在當(dāng)今起重機(jī)行業(yè)中，盡管中國(guó)的小噸位起重機(jī)出口和起重機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)成為世界最大，但中國(guó)的機(jī)械競(jìng)爭(zhēng)力仍不足以滿足超大噸位起重機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓電子元件，電子控制系統(tǒng)仍然阻礙了我們的行業(yè)發(fā)展。由于大噸位產(chǎn)品的技術(shù)定位，以及中小企業(yè)一般都沒有技術(shù)的進(jìn)步沉淀或者資金的支持，此時(shí)我國(guó)國(guó)內(nèi)大型企業(yè)有希望大噸位方面取得更多的技術(shù)突破。伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人才的逐漸涌出，我國(guó)的起重機(jī)行業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)中取得了巨大的進(jìn)步。目前，全國(guó)起重機(jī)械設(shè)備的企業(yè)有3500多家，其中有近兩千家企業(yè)獲得了許可證，它們具有鮮活的生命力和極其先進(jìn)的生產(chǎn)力。起重機(jī)械產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)值和銷售收入年均增長(zhǎng)30%，但此時(shí)我們也不得不去反思我國(guó)在技術(shù)與科技方面與國(guó)外仍存在較大差距的原因。2.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)利弊2.2.1.1優(yōu)勢(shì)(1)改革開放以來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，大型化、自動(dòng)化、高速化和專用化起重機(jī)，對(duì)起重機(jī)幫助生產(chǎn)的產(chǎn)品有著越來越大的需求。在生產(chǎn)和作業(yè)過程中，起重機(jī)的物料搬運(yùn)條件要求變得越來越大。首先，大型起重機(jī)可以大大提高起重機(jī)的起重能力。如今全世界的起重機(jī)的大型起重機(jī)的起重量基本上都高達(dá)數(shù)千噸，其次，起重機(jī)的發(fā)展使企業(yè)的裝卸調(diào)運(yùn)生產(chǎn)過程操作變得更加的方便與便捷。用戶可以控制制造商在工廠設(shè)計(jì)前的方案，可以輕松完成物料的裝卸。第三，高速起重機(jī)可以加快起重機(jī)的裝卸速度，提升了起重機(jī)在工地上運(yùn)行時(shí)的裝卸效率。而這不僅提高了生產(chǎn)率，而且減少了手工操作的次數(shù)，此時(shí)減少了贅余勞動(dòng)力的運(yùn)作，節(jié)省了大量的人力物力。目前，垃圾處理起重機(jī)的起升速度已經(jīng)可以達(dá)到每分鐘起升100m的速度，堆垛起重機(jī)的運(yùn)行速度最高甚至到達(dá)了每分鐘240m。現(xiàn)在在一些企業(yè)，由于勞動(dòng)力的減少，將更多地依靠起重機(jī)的使用。核電、飛機(jī)制造、造紙。垃圾分揀、防爆、隔熱、防塵、防腐起重機(jī)和飛機(jī)、鐵路船舶、集裝箱起重機(jī)等特種起重機(jī)正在擴(kuò)大其功能。兩者都允許起重機(jī)擴(kuò)大其功能范圍，以滿足各種工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶的需要。(2)改進(jìn)起重機(jī)制造業(yè)的起重機(jī)制造工藝，以及產(chǎn)品材料的使用和工藝對(duì)起重機(jī)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和使用壽命起著關(guān)鍵作用。隨著我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展和新型鋼鐵技術(shù)的廣泛應(yīng)用，鋼鐵材料與起重機(jī)初期的發(fā)展相比有了很大的提高。為了使起重機(jī)具有更大的起重量，起重機(jī)主梁的強(qiáng)度和剛度往往很高，為了不改變或減輕起重機(jī)的重量，必須使用高強(qiáng)度的鋼材。當(dāng)起重機(jī)重量減輕時(shí)，就可以開始使用低功率驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)起重機(jī)，從而降低能耗，節(jié)約費(fèi)用，如電動(dòng)葫蘆車輪采用空氣淬火鎳鉻鉬合金鋼制造，可減少車輪的磨損，延長(zhǎng)車輪的使用壽命，而在生產(chǎn)線上，機(jī)器人代替了人工操作，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本[5]。2.2.1.2缺點(diǎn)(1)生產(chǎn)技術(shù)不足，生產(chǎn)水平低，一般國(guó)內(nèi)企業(yè)在生產(chǎn)起重機(jī)時(shí)，采用單一的設(shè)計(jì)手段，有類似功能起重機(jī)的需求，一般不做計(jì)算，但采用模擬放大，結(jié)果，橫截面變得越來越大，起重機(jī)的質(zhì)量、相關(guān)配套基礎(chǔ)設(shè)施、以及汽車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的投資都在增加，造成浪費(fèi)。(2)CAE等一系列高科技先進(jìn)技術(shù)不能得到其有效的推廣，各個(gè)工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)開始逐漸向CAE設(shè)計(jì)技術(shù)過渡，采用計(jì)算機(jī)來輔助解決一些復(fù)雜的過程，例如對(duì)復(fù)雜工程的解析計(jì)算和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的一些分析，從而優(yōu)化其結(jié)構(gòu)性能，使起重機(jī)變得更加的簡(jiǎn)便與輕巧。然而，國(guó)內(nèi)CAE方法和技術(shù)的研究和應(yīng)用相對(duì)滯后，推廣緩慢，應(yīng)用相對(duì)淺薄[6]。第二部分雙梁箱形門式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)初始參數(shù)門式起重機(jī)的橋梁部分是由箱形主梁和兩根上橫梁組成的梁橋，其可以通過在橋梁上行駛的起重小車吊起并水平運(yùn)輸各種貨物和物料。箱形雙梁結(jié)構(gòu)具有加工零件少、加工成本低、工藝性好、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。此外，該機(jī)構(gòu)的安裝和檢修也非常方便。其主要組成部分包括小車（小車包括主、副升降機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等)、橋梁(主梁)、大車行駛與運(yùn)行機(jī)構(gòu)和所需的電氣設(shè)備、駕駛室、月臺(tái)扶手和梯子平臺(tái)等組件。雙梁箱形門式起重機(jī)其中的橋架部分一個(gè)由箱形主梁和兩根橫向端梁構(gòu)成的雙梁橋架，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與起升載荷、需要的使用壽命等可初步確定本次設(shè)計(jì)的雙梁箱形門式起重機(jī)整機(jī)工作級(jí)別為A6。在材料和組件方面，參照文獻(xiàn)確定適合的材料參數(shù)，參考較為相近的文獻(xiàn)或論文以選取較為適合的組件參數(shù)[7]。鋼材彈性模量：2.06×鋼材剪切模量：7.496×泊松比：0.3鋼材比重：7850鋼材線膨脹系數(shù)：1.2×重力加速度：9.8車輪與軌道之間粘著系數(shù)：0.14鋼絲的平均彈性模量：1.0×小車輪數(shù)：4支腿結(jié)構(gòu)形式:兩剛性支腿下橫梁結(jié)構(gòu)形式：拆線式有臺(tái)車上橫梁結(jié)構(gòu)形式：梯形截面大車集電總重：608kg檢修平臺(tái)總重：4000kg走臺(tái)欄桿總重：4000kg梯子平臺(tái)：1304kg司機(jī)操縱室總重：2046kg2支腿的初步總體形式確定箱形門式起重機(jī)不同于其他起重機(jī)或橋式起重機(jī)的最大特點(diǎn)在于其支腿，本節(jié)內(nèi)容主要只為了初步確定支腿的形式，從而降低設(shè)計(jì)難度并較為順利的進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)和其余部分的設(shè)計(jì)。門式起重機(jī)根據(jù)其支腿的配置可分為單腿、雙腿、高低支腿三種支腿結(jié)構(gòu)。半門式起重機(jī)為單支腿結(jié)構(gòu)，在無支腿一側(cè)的大型車輛運(yùn)行機(jī)構(gòu)常被鋪設(shè)在倉(cāng)庫(kù)或工廠等起重機(jī)專用軌道或者特設(shè)高架軌道上用以運(yùn)行。高低支腿結(jié)構(gòu)的起重機(jī)的設(shè)計(jì)用以滿足地形要求。本設(shè)計(jì)配置可以確定為雙支腿配置情況。門式起重機(jī)根據(jù)其支腿的性質(zhì)可分為剛性支腿和柔性支腿兩種?？臻g剛性支腿具有較良好的空間剛度，不僅能承受支腿平面內(nèi)的水平載荷，還能承受門架平面內(nèi)的水平載荷;然則，柔性支腿卻因其在支腿平面具有較差剛性只能承載支腿平面內(nèi)的水平載荷。為了防止由溫度變化引起的卡軌現(xiàn)象，大跨度的門式起重機(jī)則采用了一個(gè)剛度支腿和一個(gè)柔性支腿結(jié)構(gòu)。另一方面，由手冊(cè)可得，如果跨度小于22m，則可以采用雙剛性支腿結(jié)構(gòu)。根據(jù)支腿類型門式起重機(jī)可分為L(zhǎng)形、O形、U形、C形等箱形支腿，還有有小車通道和無小車通道的實(shí)腹閉式支腿和箱形閉式支腿等。單主梁門式起重機(jī)一般采用L形和C形支腿，而雙梁門式起重機(jī)常采用O形和U形支腿。通過查閱《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》支腿決定初步采用u型支腿結(jié)構(gòu)，初步確定為雙梁偏軌箱形門式起重機(jī)u型支腿結(jié)構(gòu)[7][9]。3金屬結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)門式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)是支撐起整個(gè)起重機(jī)結(jié)構(gòu)的主體，所選取的主梁端梁支腿金屬結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度和硬度，在進(jìn)行設(shè)計(jì)之后要進(jìn)行有效的強(qiáng)度和剛度校核。箱形門式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)主要是由上部主梁、上橫梁、馬鞍結(jié)構(gòu)（或無馬鞍結(jié)構(gòu)）、支腿、下橫梁以及走臺(tái)欄桿、司機(jī)室等其余必需組件組成。[7]然而根據(jù)門架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，又可以分為有無懸臂梁結(jié)構(gòu)及懸臂數(shù)目，其金屬結(jié)構(gòu)分為無懸臂式、雙懸臂式和單懸臂式等[7]。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目標(biāo)為箱形門式起重機(jī)中的雙梁u型支腿型結(jié)構(gòu)門式起重機(jī)。由主梁、兩根剛性支腿、兩根上橫梁與兩根下橫梁構(gòu)成[10]?？傮w設(shè)計(jì)中包括主梁、支腿以及兩根橫向端梁的總體設(shè)計(jì)。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和給出的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。根據(jù)起重量來選用主梁尺寸，再進(jìn)行主梁截面幾何性質(zhì)的計(jì)算。由于跨度為22m，選用兩剛性支腿，并且選取支腿尺寸。通過上下橫梁與主梁的連接，確定上下橫梁的尺寸。3.1主梁設(shè)計(jì)主梁結(jié)構(gòu)采用箱形雙主梁結(jié)構(gòu)形式，其箱形橋架結(jié)構(gòu)見簡(jiǎn)圖圖2.3.1主梁結(jié)構(gòu)形式主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：起重量：主鉤Q主=100t，副鉤Q副=22t跨度：22m起升高度：12.5m工作級(jí)別：A63.1.1主梁的截面尺寸與高度設(shè)計(jì)計(jì)算取H主梁兩腹板外側(cè)間距：取b取翼緣板厚：δ1=24mm考慮到橋架和其設(shè)備的布置情況，取主梁上蓋板有軌一側(cè)外伸：s1=50mm,無軌一側(cè)外伸尺寸大概為有軌一側(cè)外伸長(zhǎng)度加上（50~120）mm：s截面尺寸如圖所示：圖2.3.2主梁的截面尺寸在自重作用下，懸臂的合理長(zhǎng)度約為l=0.35L在移動(dòng)載荷p作用下，懸臂的合理長(zhǎng)度約為l=0.25L綜上所述，懸臂長(zhǎng)度可取為l=（0.25~0.35）L懸臂有效長(zhǎng)度：7.5m綜上所述，理論上懸臂長(zhǎng)度可以取l=9m主梁全長(zhǎng)：LA=2500×10+18形心計(jì)算：yy2x1x2慣性矩計(jì)算： I=abIxIy3.1.2主梁自重mG∴3.2支腿支腿各部分尺寸如圖示：由于跨度小于30m，所選用兩個(gè)剛性支腿。在支腿平面內(nèi)：支腿上端寬度?。篵1=1~1.2b1取b1=2800mm，取支腿高度為10800mm，梯形部分高度為3100mm。4載荷的計(jì)算4.1自重載荷4.1.1主梁自重主梁：G=4.63×104.1.2剛性支腿AA∴A=G上端面形心：由于對(duì)稱性：y1慣性矩：IxIy下端面形心：由于對(duì)稱性：x1慣性矩：IxIy4.1.3下橫梁A=600×12+1200×10L暫定折算為9m。G下截面形心：由于對(duì)稱性可得：x1慣性矩：Ix4.1.4上橫梁A=556×18+800×10L=8.320m，G上4.1.5附加自重由經(jīng)驗(yàn)和翻閱大量文獻(xiàn)可確定：1大車集電：390kg2司機(jī)室：2046kg3梯子平臺(tái)：1304kg4主梁上集電電氣：1260kg5檢修平臺(tái)：608kg6走行臺(tái)車：10476kg7走臺(tái)欄桿：4200kg4.2起升載荷查閱《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，起升載荷是指吊運(yùn)物品質(zhì)量的重力。起升質(zhì)量包括允許或規(guī)定起升的最大物品、取物裝置自帶質(zhì)量（滑輪組、吊鉤、吊梁等）、以及懸掛撓性件和其他隨同升降的設(shè)備質(zhì)量[7]。在計(jì)算過程中，起升高度小于50m時(shí)，起升鋼絲繩的質(zhì)量在起升載荷中可以忽略掉[7]，所以以下為起升載荷動(dòng)載系數(shù)的計(jì)算與表述過程。由參考文獻(xiàn)可得：門式起重機(jī)的起升載荷常以小車輪壓的形式作用于主梁或主桁架上。[10]物品突然離地起升或下降制動(dòng)時(shí)，對(duì)承載結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生附加的動(dòng)載作用。因?yàn)槠鹕俣葀q=0.045ms且起升狀態(tài)級(jí)別由經(jīng)驗(yàn)與參考文獻(xiàn)確定為當(dāng)vq?2?2minvq?4vyh:軌道接頭處兩軌面高度差。小車自重此處暫不知，故由經(jīng)驗(yàn)確定：輪距為2500mm，輪壓分別為360KN與335KN。4.3水平慣性力通常為了減少慣性力的大小，將起動(dòng)與制動(dòng)時(shí)間的大小控制在5秒到8秒范圍之內(nèi)，而慣性力可以按照主動(dòng)輪與軌道之間的黏著力計(jì)算[7]。 PH=μPx在式中：μ：車輪與軌道間滑動(dòng)摩擦系數(shù)的平均值，μ=1PxPQPGxn：小車車輪總數(shù)，n0滿載時(shí)：PH空載時(shí)：PH4.4偏斜側(cè)向力門式起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)整機(jī)在各種地面上的軌道上面傾斜度運(yùn)行時(shí)，車輪的邊緣在和軌道的接觸面接觸就會(huì)產(chǎn)生水平的側(cè)向力。偏斜側(cè)向力的方向與起重機(jī)的運(yùn)行方向垂直，而通常此偏斜側(cè)向力的作用點(diǎn)在兩側(cè)支腿架中一側(cè)支腿架的底部。特殊情況在于當(dāng)門式起重機(jī)底部帶有柔性支腿時(shí)，那么這個(gè)力就一定會(huì)作用于剛性支腿的下面[7]。因本設(shè)計(jì)為雙剛性支腿設(shè)計(jì)，所以暫不討論帶有柔性支腿的情況。而對(duì)主梁應(yīng)考慮小車兩種工況來計(jì)算：一種是位于跨中，另一種是位于懸臂端，對(duì)兩種工況分別計(jì)算出支腿下橫梁的靜輪壓之和： PRc=隨后按下式計(jì)算側(cè)向力：P在該式子中：Psi：計(jì)算的側(cè)向力，Psc：小車位于跨中時(shí)；PRi:最不利的靜輪壓之和，PRcλ:側(cè)向力系數(shù)，λ=0.16小車在跨中時(shí)：P式中：GPMz小車質(zhì)量+吊具質(zhì)量小車在懸臂端時(shí)：P∴4.5風(fēng)載荷由于在戶外工作的起重機(jī)承受風(fēng)載荷作用，按照起重機(jī)在風(fēng)力作用下是否能正常工作，把風(fēng)載荷Pw分為工作狀態(tài)風(fēng)載荷Pwi和非工作狀態(tài)風(fēng)載荷Pwo風(fēng)載荷由風(fēng)壓和受風(fēng)物體的迎風(fēng)尺寸所決定，風(fēng)壓是風(fēng)載荷基本量，而風(fēng)壓的計(jì)算可以通過風(fēng)速和空氣密度得到[10]。查閱文獻(xiàn)，起重機(jī)或者起重機(jī)吊運(yùn)的貨物所受到的風(fēng)載荷可以統(tǒng)一按下式計(jì)算： Pw=CPw:起重機(jī)或物品的風(fēng)載荷C:風(fēng)力系數(shù)，由參考文獻(xiàn)可得C=1.95Kh:風(fēng)壓高度變化系數(shù)，在工作狀態(tài)下取β1:風(fēng)振系數(shù),對(duì)于常用起重機(jī)取PiA：起重機(jī)或物品垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積，取決于結(jié)構(gòu)的類型和類型尺寸，因要考慮校核載荷組合情況，一般門式起重機(jī)按最不利的迎風(fēng)方位（即垂直于最大面積）來計(jì)算其最大風(fēng)載荷[10]。由參考文獻(xiàn)與經(jīng)驗(yàn)可得：工作狀態(tài)參數(shù)：K非工作狀態(tài)參數(shù)：α=0.3，4.5.1平行小車軌道方向的風(fēng)載荷4.5.1.1主梁與上橫梁迎風(fēng)面積：A=（8226×1530+1530×1000×2）PPPwiPwo5.5.1.2支腿迎風(fēng)面積：APP4.5.1.3下橫梁迎風(fēng)面積：APP4.5.2垂直小車軌道方向的風(fēng)載荷4.5.2.1主梁A‘P4.5.2.2上橫梁A‘P4.5.2.3支腿A1P4.5.2.4下橫梁A2P5內(nèi)力計(jì)算5.1門架平面的計(jì)算內(nèi)力圖2.5.1門架平面內(nèi)力計(jì)算簡(jiǎn)圖G上和q作用時(shí)支反力為Gd，Gj所以可得下式： FA'' Gd×10.050+解得：FFBF以上式中：q=1GGGG∴F跨中彎矩：M=?剪力：N=支腿內(nèi)側(cè)主梁：M=N=?q支腿外側(cè)（主梁）;M=1N=5.2端部受力見下圖示：圖2.5.2門架端部局部受力簡(jiǎn)圖輪壓：PA-A截面：MN=2P=247508.8N。B-B截面: FA+ 2P×7.5=FB得：FFMN=5.3跨中位置圖2.5.3跨中位置的受力簡(jiǎn)圖 FA+ 2P×11=FB得：FM=F5.4對(duì)圖示的受力分析圖2.5.4承受外力載荷時(shí)的內(nèi)力簡(jiǎn)圖R=M求支反力：F∴F∴M5.5下橫梁下橫梁受力如下圖示：圖2.5.5下橫梁受力簡(jiǎn)圖F=220000N,qPPGM=qV支腿與下橫梁連接處：M=下橫梁中截面彎矩：MM圖2.5.6下橫梁彎矩計(jì)算草圖qPVM6承載能力校核6.1強(qiáng)度驗(yàn)算6.1.1主梁靜強(qiáng)度主梁的跨中截面：最大彎矩：MMσ=1.15×小車在懸臂端時(shí)：支腿內(nèi)側(cè)：MM支腿外側(cè)：MM按支腿內(nèi)側(cè)主梁截面為危險(xiǎn)截面：σ=1.15×2125314.2所以合格，強(qiáng)度滿足。Q=2883.2+18507.1+84378=105768.3NA=11.23所以：τ=故強(qiáng)度滿足。6.1.2主梁的疲勞強(qiáng)度主梁的危險(xiǎn)截面為跨中部分最近的大隔板截面，危險(xiǎn)點(diǎn)在于大隔板下端焊縫的起點(diǎn)。只考慮基本載荷組合，即只考慮垂直載荷影響[10]。τmaxστ由小車（空載）位于懸臂極限位置：σ則：γ=由參考文獻(xiàn)，取σσ式中：στσ因有：σ故疲勞強(qiáng)度滿足。6.1.3支腿強(qiáng)度（1）：支腿上端面：σ=（2）：支腿下端面：σ==可忽略掉剪應(yīng)力較小的支腿部分。6.1.4下橫梁靜強(qiáng)度下橫梁跨中彎矩：Mσ=∴σ<支腿與下橫梁連接處：Mσ=∴σ<可以忽略較小的剪力和扭矩（軸線與支腿中心線較近）。6.2剛度計(jì)算6.2.1主梁跨中垂直靜剛度Y=YY<Y6.2.2主梁有效懸臂處境撓度Y=Y∴Y<Y6.2.3主梁在門架平面的縱向水平位移?=?∴?<?支腿底端位于0.72H處的慣性矩：I=870×K=門架水平慣性位移：?式中：P?主梁跨中的滿載垂直自振頻率：f7金屬結(jié)構(gòu)的連接形式7.1主梁的拼接7.1.1拼接接頭的設(shè)計(jì)主梁的安裝拼接通常是用螺栓來連接。螺栓連接的要求是在板的兩側(cè)都設(shè)置拼接板，一般采用精制或半精制的螺栓來連接，有時(shí)候也會(huì)采用一些高強(qiáng)度的螺栓來連接。由于拼接是對(duì)稱的，所以在大多數(shù)計(jì)算內(nèi)容中，只計(jì)算一邊的連接即可[11]。另外，翼緣板所需要的計(jì)算螺栓數(shù)目的方式是按照它傳遞的內(nèi)力來計(jì)算的。翼緣板在拼接處傳遞的內(nèi)力： My=在該式子中：Myx:兩塊翼緣板所受的對(duì)x軸的總彎矩，MxIxIyxh=3220mm,梁的全高度，δ0翼緣板拼接中拼接縫單邊所需要的螺栓數(shù)得： n=Ny取其螺栓數(shù)需要30個(gè)。式中：Pl一塊板所要承受的彎矩： Mf1式中：腹板的慣性矩：I腹板所受剪力： Ff1式中：δ1主梁常采用窄式拼接hb在接縫一側(cè)占最外一排的螺栓所受的總內(nèi)力： FM=式中：y1：腹板拼接中最靠近外排螺栓的間距，設(shè)接縫其中一側(cè)中每一排螺栓的數(shù)目為n1 P1=由于接縫一側(cè)的剪切力是平均分?jǐn)偟饺柯菟ㄉ系?，則每個(gè)螺栓的內(nèi)力為： PF=式中：m：拼接縫一側(cè)的螺栓總數(shù)。在腹板的拼接中，同時(shí)受彎矩和剪力作用時(shí)，此時(shí)應(yīng)該分別計(jì)算螺栓的每個(gè)受力點(diǎn)受力再將其組合。角點(diǎn)上的螺栓的最大合力為：P7.2主梁與支腿的法蘭連接7.2.1連接螺栓的強(qiáng)度驗(yàn)算在門式起重機(jī)中支腿和主梁連接時(shí)，構(gòu)造連接時(shí)常常采用粗制螺栓和一些精制螺栓相互配合，相互構(gòu)造連接，精制螺栓承剪（有時(shí)用擋板承剪則不再使用精致螺栓）及受拉，普通螺栓只受拉力[11]。無論是在有水平扭矩的情況下或者是無水平扭矩的情況下，都是由精制螺栓承受剪切力F。而螺栓最大內(nèi)力如何計(jì)算也是與承剪栓接相類似。但是在這種情況下受拉力的對(duì)象是所有的螺栓。假設(shè)此時(shí)法蘭板的強(qiáng)度剛度符合要求且足夠強(qiáng)。在彎矩作用下，法蘭板繞右邊列螺栓線（x軸）旋轉(zhuǎn)，使左邊列螺栓受最大拉力。距x軸最遠(yuǎn)的一個(gè)螺栓的拉力為： Pl=2M=153203.8NmN=259300.93Ne=425×Pσ=50.3MPa<式中：M，N：連接所受的彎矩和壓力e：壓力受力點(diǎn)到x軸的距離y1yii=1n7.2.1.2各螺栓預(yù)緊力不均勻系數(shù)精制螺栓桿此時(shí)既受到拉力，也受到剪力，所以應(yīng)計(jì)算并驗(yàn)證折算應(yīng)力： σ2+3式中：σ：螺桿的拉應(yīng)力τ：螺桿的切應(yīng)力7.2.2支腿與下橫梁螺栓連接7.2.2.1法蘭螺栓連接設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖下圖為剛性支腿法蘭盤連接：圖2.7.1法蘭螺栓連接設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖7.2.2.2連接螺栓的強(qiáng)度驗(yàn)算支腿與下橫梁螺栓的連接方式與主梁-支腿螺栓連接類似，所以計(jì)算方法與各個(gè)符號(hào)的含義是相同的。距x軸最遠(yuǎn)的一個(gè)螺栓的拉力為： Pl=2M=10045600.63NmN=228503.92+79626.87=308130.79Ne=1.500剪力方面由于較小可以忽略不計(jì)，精制螺栓只需要考慮受拉的情況。Plσ=P8整體抗傾覆穩(wěn)定性校核8.1抗傾覆穩(wěn)定性校核條件起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性的含義是起重機(jī)在自身重量下和外載荷作用下抵抗翻倒的能力，保證起重機(jī)具有足夠的抗傾覆穩(wěn)定性，是起重機(jī)設(shè)計(jì)中最基本的條件之一[11]。尤其是在對(duì)具有懸臂的門式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)整機(jī)總體設(shè)計(jì)時(shí)，必要的一點(diǎn)就是進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定性[7][10]。按照相關(guān)的結(jié)構(gòu)方面的設(shè)定，帶懸臂的門式起重機(jī)驗(yàn)算縱向與橫向平面必須要按照以下各種工況，而且考慮各個(gè)種類的載荷對(duì)于整機(jī)穩(wěn)定性的影響程度時(shí)必須采用不同的載荷系數(shù)，另外，要求對(duì)起重機(jī)穩(wěn)定作用與起傾覆作用的各項(xiàng)載荷力矩的代數(shù)和大于等于零。抗傾覆穩(wěn)定性校核的力矩表達(dá)通式為： M=K式中：MgMqMiMfKg，8.2門機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算縱向工況1：在門架與懸臂的平面之中，此時(shí)沒有風(fēng)載荷的影響，靜態(tài)試驗(yàn)的位置處于小車在懸臂極限位置的地方，此時(shí)它的抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算式為：M式中：KgKqG1c=17.5，a=7.55，門架重心以及小車重心到傾覆邊的水平距離Pq縱向工況2：與上述一致，但此時(shí)有風(fēng)載荷的影響，小車在懸臂的極限位置起動(dòng)和制動(dòng)，并伴隨著垂直于大車軌道方向的最大工作風(fēng)力作用，此時(shí)它的抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算式為：M式中：KiIpF1h1h2h3橫向工況：起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算式為：M式中：b，起重機(jī)重心至傾覆邊的水平距離，，即：b=BF1h1其余的符號(hào)含義與前面的符號(hào)含義大致一致。下表中為對(duì)應(yīng)工況的抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果：表7.1門機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算工況穩(wěn)定力矩Mw傾覆力矩Mq合成力矩MM縱向工況11.081×8.63×1.87×>0縱向工況22.183×6.56×2.35×>0橫向工況1.962×3.94×1.91×>0第三部分起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)起升機(jī)構(gòu)是所有起重機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)造中都占有重要地位的部分。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，大體上，起升機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)裝置、取物裝置和卷繞系統(tǒng)等。而驅(qū)動(dòng)裝置又是起升機(jī)構(gòu)中的動(dòng)力來源，其結(jié)構(gòu)一般包括電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、卷筒及制動(dòng)器等部件。取物裝置型式多種多樣，類似于吊鉤、吊具和抓斗等一系列形式都是經(jīng)常在使用的取物裝置。而常用的鋼絲繩卷繞系統(tǒng)不僅包括鋼絲繩、卷筒，而且還有定滑輪、動(dòng)滑輪等部件。對(duì)于安全保護(hù)裝置，一般是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際要求進(jìn)行適配。常用的安全保護(hù)裝置包括下降深度限位器、超負(fù)荷限制器、超速保護(hù)開關(guān)、起升高度限位器等裝置。上述組件均需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的具體要求進(jìn)行配用。由于直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)秀的機(jī)械特性及其性能，所以起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)主要選擇電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。其主要是因?yàn)橹绷麟妱?dòng)機(jī)不論是機(jī)械特性還是他性能極其優(yōu)秀的調(diào)速性能都能極大程度地滿足起升機(jī)構(gòu)工作要求，一般對(duì)于工程選取，大型的工程選擇起重機(jī)時(shí)，一般采用內(nèi)燃機(jī)和直流發(fā)電機(jī)共同實(shí)現(xiàn)直流傳動(dòng)。而對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)而言，其在工作時(shí)，可以在電網(wǎng)中直接獲得電能，這樣的電機(jī)操作較為簡(jiǎn)單，而且平常進(jìn)行維護(hù)也較為容易，最關(guān)鍵的是在于它的機(jī)組優(yōu)秀的輕重量，所以交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)廣泛采用于電動(dòng)起升機(jī)構(gòu)中。起重量對(duì)于起升機(jī)構(gòu)的選擇設(shè)計(jì)等有著重要的影響，例如起升機(jī)構(gòu)的組成型式、電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率和傳動(dòng)部件的型號(hào)尺寸等均受限于起重量的參數(shù)[11]。合理選擇起重量是進(jìn)行起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)起重量超過10t時(shí)，會(huì)設(shè)置一個(gè)主起升機(jī)構(gòu)和一個(gè)副起升機(jī)構(gòu)。起重量大的主起升機(jī)構(gòu)，大多用以起吊較重的貨物。而副起升機(jī)構(gòu)的起重量雖然較小，但起升速度較快，一般用來起吊較輕型貨物或輔助主起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，以此來提高工作效率[11]。起升速度的選擇不僅依賴于工程實(shí)際中所要求的起升高度、起重量，而且還取決于工作級(jí)別及使用要求等參數(shù)設(shè)置。通常而言，高速起重速度適用于中、小起重量的起重機(jī)，這樣可以提高生產(chǎn)率；而對(duì)于大起重量的起重機(jī)而言，保證起重機(jī)工作中的安全及平穩(wěn)則成為了設(shè)計(jì)要求的重點(diǎn)，而低速的起重速度可以降低電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率，保證其他工作機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)運(yùn)行，因此，低速的起升速度較為適合大起重量的起重機(jī)。工作級(jí)別高、使用的頻率較高、生產(chǎn)率的要求較高的起重機(jī)宜選用高速。而工作級(jí)別低，使用頻率不是特別高、輔助性能比較豐富的起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)可以選用為低速，。用于安裝與設(shè)備維修的起重機(jī)不但需要選取低速設(shè)計(jì)、還需要常備微速或調(diào)速功能[7]。圖3.1.1小車起升機(jī)構(gòu)3D圖1小車起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇起升機(jī)構(gòu)的計(jì)算一般都是在給定了設(shè)計(jì)所需要的參數(shù)并在確定了機(jī)構(gòu)的布置方案下才能進(jìn)行的校核計(jì)算?？梢韵冗x用一些機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)部件（如電動(dòng)機(jī)、減速器和制動(dòng)器等），再對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)零部件對(duì)照著內(nèi)容需要做出強(qiáng)度和剛度計(jì)算。[7]起升機(jī)構(gòu)的載荷特點(diǎn)是：物品懸掛系統(tǒng)的主要組成為撓性鋼絲繩，機(jī)構(gòu)的影響部分只有較少部分是物品慣性引起的附加轉(zhuǎn)矩，而這個(gè)轉(zhuǎn)矩是不超過靜轉(zhuǎn)矩的百分之十的[12]。機(jī)構(gòu)起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，較大的動(dòng)載荷由電動(dòng)機(jī)出軸到制動(dòng)器之間的零件來承受，而其他部分如齒輪傳動(dòng)或者其他低速軸的零件受到的動(dòng)載荷較低。根據(jù)已知條件及典型布置方式可確定使用吊鉤起重機(jī)且布置一個(gè)主鉤與一個(gè)副鉤。大致如下：1—主起升機(jī)構(gòu)；2—副起升機(jī)構(gòu)圖3.1.2主、副鉤起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置1.1門式起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)起重量：主鉤Q=100t,跨度S=26m；起升高度：主鉤H工作級(jí)別：整機(jī)工作級(jí)別：A6工作速度：主起升速度：v=2.7m副起升速度：v=15小車運(yùn)行速度：v滿=20m大車運(yùn)行速度：v滿=23m2鋼絲繩、卷筒、滑輪組的選型以及計(jì)算2.1鋼絲繩的選型與計(jì)算2.1.1鋼絲繩所受的最大靜拉力 Smax=式中:Q——額定起重量，Q=100t；G鉤m——滑輪組倍率，雙聯(lián)滑輪組當(dāng)額定起重量為100t時(shí)，滑輪組倍率通常取6η——滑輪組效率其中滑輪組采用滾動(dòng)軸承η=1?2.1.2鋼絲繩的選型所選擇的鋼絲繩斷裂拉力應(yīng)滿足以下式子： S繩≥而n繩——安全系數(shù)，由參考文獻(xiàn)可得S繩Smax所以S繩通過設(shè)計(jì)手冊(cè)與規(guī)范可選用鋼絲繩：GB1102-74繩纖維芯，其鋼絲繩直徑為32.5，鋼絲直徑為1.5mm，鋼絲總斷面積為392.11mm2，鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度為1700Nmm2.2滑輪、卷筒的選型與計(jì)算卷筒組是起升機(jī)構(gòu)和牽引機(jī)構(gòu)中卷繞鋼絲繩的部件。常用卷筒組類型有齒輪聯(lián)接盤式、周邊大齒輪式、短軸式和內(nèi)裝行星齒輪式[7]。2.2.1卷筒最小直徑的計(jì)算確定由參考文獻(xiàn)及經(jīng)驗(yàn)可初步確定選用單層雙聯(lián)繞卷筒，而單層繞卷筒的表面通常要切出導(dǎo)向螺旋槽，單層繞卷筒的繩槽的形式分為標(biāo)準(zhǔn)槽和深槽兩種，通常采用標(biāo)準(zhǔn)槽這種形式。卷筒的幾何尺寸如下：為了能夠保證起重機(jī)能夠正常工作，吊鉤滑輪組的各個(gè)參數(shù)（如卷筒名義直徑和鋼絲繩卷繞直徑）應(yīng)滿足以下式子： D≥（e-1）d （24）在該式子中：D——卷筒的名義直徑e——系數(shù)，由于工作級(jí)別為M6，e=20d——鋼絲繩的直徑（mm）所以：D卷由參考文獻(xiàn)可知：其卷筒的繩槽半徑R為17mm，標(biāo)準(zhǔn)槽形p1=36mm，h1=12mm2.2.2工作滑輪直徑的計(jì)算確定 D滑≥D滑d——鋼絲繩直徑e——輪繩直徑比系數(shù)，由參考文獻(xiàn)可得e=25（由機(jī)構(gòu)工作級(jí)別決定）?？傻茫篋由參考文獻(xiàn)可得可大致選擇繩槽尺寸r=17.0mm，滑輪直徑大于812.5mm，輪轂寬度b=85mm的滑輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。其滑輪組滑輪倍率為六，采用滾動(dòng)滑輪組。2.2.3卷筒長(zhǎng)厚度與強(qiáng)度校核計(jì)算2.2.3.1卷筒長(zhǎng)度圖3.2.1由2.2.2，2.2.3可得：可取卷筒、滑輪直徑為1000mm計(jì)算由于使用單層卷繞卷筒，由參考文獻(xiàn)可得：卷筒選擇單層雙聯(lián)卷筒,其長(zhǎng)度為： L雙=2（L0+L1+L2L1——無繩槽卷筒端部的尺寸，由結(jié)構(gòu)需要決定，這里取5p，即L2——固定鋼繩所需長(zhǎng)度，L2P——繩槽節(jié)距，p=d+2~4L0——Hmax——取Z0——鋼絲繩安全圈數(shù)，取L光所以：L0卷筒長(zhǎng)度：L2.2.3.2卷筒轉(zhuǎn)速的計(jì)算單層卷繞卷筒轉(zhuǎn)速n1為： n1=式中：v——起升速度（msD0——卷筒卷繞直徑（m），Dn12.2.3.3卷筒強(qiáng)度計(jì)算卷筒壁不僅會(huì)受到鋼絲產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力，還會(huì)承受扭矩和彎曲產(chǎn)生的拉應(yīng)力。壓縮應(yīng)力的計(jì)算： （28）式中Smax——鋼絲繩的最大張力（工作時(shí)）；[σ]y——許用壓應(yīng)力，[σ][σ]by——抗壓強(qiáng)度極限，[σ]σ滿足條件。計(jì)算彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力（此處可以忽略掉較小的扭矩應(yīng)力）： （29）應(yīng)滿足合成應(yīng)力： （30）式中MW=SW——卷筒斷面系數(shù)，W=0.8；[σ]t——許用拉應(yīng)力，[σ]σb——抗拉強(qiáng)度極限，σσ使用要求。3電機(jī)的選型和校核計(jì)算3.1計(jì)算電動(dòng)機(jī)的靜功率起升機(jī)構(gòu)靜功率計(jì)算： N靜=式中───起升機(jī)構(gòu)的總效率，G——吊鉤組的質(zhì)量，由參考文獻(xiàn)可知=8400kgN由參考文獻(xiàn)可知：P其中G——穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)，可知其門式起重機(jī)為0.8.所以所選電動(dòng)機(jī)在相應(yīng)的cz值和實(shí)際接電持續(xù)率jc值下的功率應(yīng)大于53×0.8=42kw。參照相關(guān)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄，選擇較接近的電動(dòng)機(jī)，設(shè)其功率為60kw，轉(zhuǎn)速n=680轉(zhuǎn)/分[11]。4減速器的選型起升機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比：i=n根據(jù)傳動(dòng)比i=136，電動(dòng)機(jī)功率N=60KW，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=680轉(zhuǎn)/分，工作類型中級(jí)，從減速器產(chǎn)品目錄中選用合適的減速器[11]。5制動(dòng)器、聯(lián)軸器的選型和校核計(jì)算5.1制動(dòng)器的選擇在起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的選擇中，起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的要求如下： （32）式中：TZKZ——制動(dòng)安全系數(shù)取=1.75；i——起升機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比，其值=；——起升機(jī)構(gòu)總效率，其值=KZ故選用制動(dòng)力矩大于TZ的制動(dòng)器產(chǎn)品可滿足使用要求。[11]5.2聯(lián)軸器的選擇帶制動(dòng)輪的聯(lián)軸器通常是先通過依據(jù)（扭矩、轉(zhuǎn)速、軸徑）確定必需計(jì)算尺寸和條件，一般是采用齒輪形聯(lián)軸器。起升機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器應(yīng)滿足：式中：T——所傳遞的扭矩的計(jì)算值（Nm）Tmax——傳動(dòng)軸的最大扭矩（第二類載荷）。對(duì)高速軸，Tmax=（0.7~0.8），為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩允許過載倍數(shù)，Tn為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，Tn=9500Pn[T]——聯(lián)軸器許用扭矩（Nm）；k1k3T=k1故選用聯(lián)軸器最大扭矩大于T的聯(lián)軸器可滿足要求[11]。第四部分運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算1.1輪壓計(jì)算根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可估算小車質(zhì)量大致為17.36t，而小車的質(zhì)量可以被認(rèn)為是由四個(gè)車輪共同承受，小車軌道的縱向?qū)ΨQ軸上就是吊鉤的位置。由參考文獻(xiàn)可大致確定小車輪距為2500mm。主動(dòng)輪： （33）式中；P1——主動(dòng)輪輪壓；KτPP同理，可得從動(dòng)輪輪壓P2PP1.2電動(dòng)機(jī)的選擇1.2.1運(yùn)行阻力的計(jì)算 Fj=式中：Fj——靜阻力；Fm——摩擦阻力；（1）起重機(jī)（小車）滿載時(shí)的最大摩擦阻力： （35）Q——起升載荷（N）；G——起重機(jī)（小車）的自重載荷；f——流動(dòng)摩擦系數(shù)（mm）；μ——車輪軸承摩擦系數(shù)；d——外車輪軸（與軸承的配合）的直徑（mm）；D——車輪踏面直徑；β——附加摩擦阻力系數(shù)；W——摩擦阻力系數(shù)；（2）滿載運(yùn)行時(shí)最小摩擦阻力：（3）空載運(yùn)行時(shí)最小摩擦力：得：FFF坡道阻力：F式中：τ——坡道阻力系數(shù)（取決于起重機(jī)類型），橋架上的小車取為0.002；最大靜阻力：F電動(dòng)機(jī)靜功率的計(jì)算（參考最大靜阻力）：P式中：v0——運(yùn)行速度；η——機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率；m1.2.2電機(jī)初步選擇 （36）KdP=7.24×1.2=8.69kw所以選取符合功率的電動(dòng)機(jī)，設(shè)其轉(zhuǎn)速為800r/min。[11][12]電機(jī)發(fā)熱校驗(yàn)：P≥PS ps=1.3減速器的選擇通過前面得出的兩個(gè)轉(zhuǎn)速（即電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速）來確定所需傳動(dòng)比： i0=參考