桥式起重机毕业设计方案.doc

摘 要
桥式起重机关键应用于大型加工企业，如钢铁、冶金和建材等行业，完成生产过程中起重和吊装等工作。其中用于生产车间桥式起重机，是起重机一个关键类型，因为起重机行驶在高空，作业范围能扫过整个厂房建筑面积，含有很关键和不可替换作用，所以深受用户欢迎，得到了很大发展。
桥式起重机关键由机械部分、金属结构和电气三大部分所组成。机械部分是指起升、运行、变幅和旋转等机构，还有起升机构，金属结构是组成起重机械躯体，是安装各机构和支托它们全部重量主体部分。电气是起重机械动作能源，各机构全部是单独驱动。
组成桥式起重机关键金属结构部分是桥架，它横架在车间两侧吊车梁轨道上，并沿轨道前后运行。除桥架外，还有小车，小车上装有起升机构和运行机构，能够带着吊起物品沿桥架上轨道运行。于是桥架前后运行和小车沿桥架运行和起升机构升降动作，三者所组成立体空间范围是桥式起重机吊运物品有效空间。通用桥式起重机通常全部含有三个机构:起升机构(起重量稍大有主副两套起升机构)、小车运行机构和大车运行机构。另外还包含栏杆、司机室等。
本论文研究是电动双梁桥式起重机，额定起重量75/20t。设计关键内容是小车运行机构和小车起升机构设计计算，大车起升机构关键计算。

目 录
第一章 背景技术 1
第二章 文件评定 6
第三章 起重机技术和说明 11
3.1 主起重小车起升机构计算 11
3.2 主起重小车运行机构计算 20
3.3 副起重小车起升机构计算 29
3.4 副起重小车运行机构计算 38
3.5 大车运行机构计算 47
致 谢 56
参考文件 57

第一章 背景技术
起重机作为冶金行业安全、正常生产必不可少关键和关键设备，其工作可靠性、安全性、优异性一直受到大家高度重视，但受传统冶金工艺制约，改革开放前三十年中国冶金起重机基础是在原苏联模式下做部分小型改善和发展。伴随改革开放不停深入，大量国外优异技术引入，现代冶金起重机也发生了较大改变。本文结合中国冶金企业冶金工艺改善及最终用户使用要求，对冶金起重机发展趋势谈部分见解。
比如：冶金起重机作为冶金行业安全、正常生产必不可少关键和关键设备，其工作可靠性、安全性、优异性一直受到大家高度重视，但受传统冶金工艺制约，改革开放前三十年中国冶金起重机基础是在原苏联模式下做部分小型改善和发展。伴随改革开放不停深入，大量国外优异技术引入，现代冶金起重机也发生了较大改变。本文结合中国冶金企业冶金工艺改善及最终用户使用要求，对冶金起重机发展趋势谈部分见解。
冶金起重机通常大家关键指服务于冶金企业铸造起重机、料箱加料起重机、板坯搬运起重机、钢卷夹钳起重机、磁盘起重机和服务于冶金厂工作等级较高其它桥式起重机。因为冶金企业炼钢、铸坯(铸锭)、轧钢工艺改变，脱锭起重机、均热炉夹钳起重机、刚性料耙起重机、平炉桥式加料起重机、均热炉揭盖起重机等传统冶金起重机已逐步趋于淘汰，这里不做深入分析。仅就前面多个现在冶金企业大量使用起重机其发展趋向做部分初步分析探讨。
起重量大型化，工作速度高速化现代冶金起重机发展关键趋势之一，是起重量大型化，工作速度高速化，伴随社会发展对冶金企业要求也在逐步提升，这不仅表现在对冶金产品数量要求上，更关键是表现在对冶金产品质量和品种方面，因为社会需求增加推进和促进了冶金企业技术改造和技术进步，大型转炉、连铸、连轧技术应用，对冶金起重机大型化和高速度提出了更高要求，现就中国关键冶金起重机生产企业铸造起重机发展情况做一简单统计：从上表能够看出，五十年来主钩起升速度和起重量全部有较大幅度提升。
起升、运行机构均采取调速系统早在70～80年代，伴随交流调速技术发展和成熟，国外各著名起重机制造厂纷纷推出各机构调速承诺。调速范围因采取调速方法不一样而不一样。现设计大量使用是定子调压和变频调速系统，起升机构以定子调压为多，运行机构以变频为多。机构采取调速以后含有以下显著优点：
a)机构起、制动平稳当机构起、制动时仅以正常速度1／10或1／20微速起动或制动时，被吊物体平稳运行，对起吊钢水包铸造起重机尤其有利；
b)可有效降低制动器闸块磨损；
　　c)被吊物体能正确定位；
　　d)降低对金属结构(桥架或小车架)和传动系统冲击，延长使用寿命；
　　e)可有效改善操作工人工作环境；
　　f)降低起动对电网冲击。
使用调速系统后也带来以下问题：
　　a)起重机造价提升；
　　b)对维修电工技术水平要求较高。即使采取调速系统后会增加设备成本，加大维修难度，但伴随技术进步，调速系统造价也在逐步降低，而其优越性却越加显著。系统调速以后，其工作情况改变为其发展奠定了坚实基础。
监测传感控制技术广泛应用，使用性能和可靠度大大提升伴随科学技术进步，多种监测、传感控制技术在冶金起重机上得到了广泛应用，从而使起重机使用性能得到很大提升，使冶金起重机从以前简单意义上物料搬运工具变成现在物流、信息流综合传送设备。
秤量装置：在铸造起重机上设置数字式秤量装置，小显示器放在司机室内，大显示器设在主端梁下，朝向地面，使盛钢桶内钢水重量随时显示，该数据联到计算机房内，首先可累计每日产量，其次可依据连续板坯大小、块数来决定盛钢桶应盛放钢水量，降低浪费。伴随多种大型高精度电子秤应用，冶金起重机在搬运物品同时，还可完成产量统计、超载断电和报警等功效。
故障显示、统计、打印装置在连续生产钢铁企业里，时间就是金钱。在起重机出了故障后，期望维修时间减至最短。故障显示装置可将正发生故障部、零件名称在司机室内显示器上显示出来，维修人员立即知道故障发生部位，可大大缩短维修时间。易出故障电气和机械零部件，由业主列出清单，起重机制造厂按业关键求设置故障显示点，一旦被监测零部件出现故障，就会在屏幕上显示出来，避免更大故障发生。该装置除含有显示功效外，还含有统计、打印功效，备查找故障原因，落实查对责任需要。
二、三维定位装置吊具在空间位置可经过本装置在司机室内显示器上显示，定位精度可控制在±10mm以下，可满足各类自动作业线工艺要求。司机可经过显示器上显示数字直观地确定吊具或物体是否已抵达该物体应抵达位置，大大缩短起吊时间，也避免物体晃动，可有效提升生产效率。
防碰撞装置过去为预防二台起重机碰撞，仅安装限位开关和缓冲器，现有激光式或雷达式防碰撞装置。在一台起重机设发射装置，在另一台起重机设接收或反射装置，达成预先设定间距时，就发出报警，避免发生相撞。
安全制动器在吊运关键物体，如：核原料、液态金属、大水电站发电机转子等，起重机主起升机构卷筒上设置安全制动器。在该卷筒一侧法兰轮缘上依据制动力矩需要可设置一对、二对甚至三对瓦块，由专设液压站进行控制。起动时，安全制动器先打开，设在高速轴上工作制动器后打开。制动时，工作制动器先制动，安全制动器滞后几秒再制动。安全制动器作用是确保工作制动器和安全制动器之间全部传动链步骤中任一传动件损坏或断裂时，被吊物件均可安全。把多种监测、传感技术合适地应用在起重机上，实现对冶金起重机有线或无线控制，既是现代冶金起重机发展方向，同时也应成为个设计工作者应该努力目标。
控制技术程序化，遥控技术在特殊环境中使用伴随计算机软、硬件技术发展和日臻完善，实现程序化控制起重机也已成为可能，且其控制范围变得日益广泛，控制功效变得日益完善，多种冶金起重机根据大家事先约定模式实施一定工作任务已成为现实。为了更正确、即时完成多种工作任务，多种冶金起重机经过有线或无线和主控设备联动。在主控室控制已成为可能，遥控冶金起重机和程控冶金起重机已在部分冶金企业中使用。遥控冶金起重机通常见在部分高粉尘、高污染危险作业区，如武钢一炼钢出渣跨、珠江钢厂、八一钢厂等全部有遥控起重机在用。而程控冶金起重机通常见在部分作业效率较高场所。为提升起重机使用寿命，减小冲击、提升操作正确性、运行效率和改善司机操作环境，宝钢三期工程中1580、干熄焦提升机等全部有一定范围使用，程控起重机和遥控起重机将得到一定发展，并逐步被冶金企业所采取。
结构型式标准化、生产模式国际化我们之所以把“结构型式标准化，生产模式国际化”作为现代冶金起重机关键发展趋势提出，关键出于以下两方面考虑：
a)市场经济对冶金起重机客观要求因为经济运行体制已由计划转向了市场，这么为设备采购单位在短时间内利用招投标形式选择质优、价低产品提供了有力和有利条件，设备生产厂没有结构型式标准化和生产模式国际化就极难达成用户要求；
　　b)信息、通信技术发展为实现产品结构型式标准化、生产模式国际化提供了充足物质和技术支持。实现结构型式标准化还能够把经过实践检验成熟可靠结构型式应用于新产品中，避免结构型式不合理产生技术质量问题，从而提升产品质量。
吊车型式一般化、吊具型式专用化把“吊车型式一般化、吊具型式专用化”作为现代冶金起重机一个发展趋势提出，关键是出于冶金企业铸坯轧制技术更新，即由传统铸锭→脱锭→钢锭加热→初轧→热轧，到现在连铸→连轧。配合传统工艺时，冶金企业需要有：桥式加料起重机、料箱加料起重机、铸造起重机、脱锭起重机、均热炉钳式起重机、均热炉揭盖起重机、板坯夹钳起重机、刚性料耙起重机、(含磁盘)钢卷夹钳起重机等多个起重机来完成其工艺过程，而采取连铸→连轧工艺时，冶金厂只要有料箱加料、铸造、板坯夹钳、钢卷夹钳等多个起重机即可完成全部工艺过程中物料搬运，使吊车型式得到极大简化。因为冶金产品品种需求多样性，多种专用吊具也应用而生，如配合精整跨卧卷吊具、立卷吊具、自对中立卷吊具、揭盖吊具、L型钩钢板吊具、C型钩，和可人控旋转吊钩配合使用，可实现多个操作功效。
　　2.经典结构和传动型式分析和认识2.1铸造起重机主起升机构发展趋势铸造起重机主传动采取星形减速机应成为现代铸造起重机发展趋势。现在在用铸造起重机大部分是采取棘轮棘爪传动，之所以采取棘轮棘爪传动有两个原因，一是棘轮棘爪对确保铸造起重机安全运行确有其优点。二是星形减速机最初在铸造起重机上使用时连续出过几次问题，冶金部专门下文对星形传动给予停用。经过几十年反思，和星形减速机在进口铸造起重机上使用验证良好业绩和控制监测技术发展。我们认为星形传动在铸造起重机上应用将逐步扩大，原因有二，其一星形传动基础含有原棘轮棘爪传动优点，还可实现单电机长时间连续安全运行；其二对以前星形传动造成事故原因认识逐步趋于一致，即结构性问题而非原理性问题，只要经过改善和完善设计就能够避免，加之电气控制监测技术进步，星形传动安全运行已经能够得到有效确保。
　　板坯夹钳起重机夹钳装置重力夹钳、电动开闭重力夹钳、动力夹钳三种夹钳装置中，动力夹钳因其成本较高，扩大推广受到一定影响，但因为其优越工作性能，尤其是钳口可实现正确三维跟踪、可靠夹起梯形坯、较高工作效率和不损失起升高度，为实现冶金企业自动化含有没有可比拟优点。所以我们认为动力式板坯夹钳起重机在现代冶金起重机发展上将占越来越关键作用。
　　桥架、小车架整体加工：桥架、小车架包含部分大型结构件整体加工是确保冶金起重机产品质量一项关键方法和有效路径。因为冶金起重机工作特殊性，对质量提出了较高要求，小车架整体加工指焊在小车架上电动机底座，制动器底座，减速器支承座，卷筒支承座，和小车车轮支承座等机座一次性地划线加工而成，相互间形位、尺寸公差由机床确保，所以装配工作变得尤其简单。只要把电动机、制动器、减速器、卷筒、车轮就位即可，不像旧措施，它们间形位、尺寸误差靠塞垫片来调整。简而言之，这些部件间形位公差由机床精度确保和装配工人技术等级无关，排除了人为原因，所以大大提升了装配精度和使用性能，同时也大大缩短了用户维修时间。
基础传动和控制伴随冶金工业连续化生产，要求冶金起重机含有可靠性高，调试及定位性能好，含有故障自诊疗，操作平稳舒适等功效，其控制结构为：工业PC机+PLC+基础传动。基础传动采取变频调速。运行过程由传统人为速度控制将逐步过分到正确PLC位置控制，工作信息将自动传给上位机(工业PC)，最终和整个工厂管理和控制系统相联是冶金起重机基础传动和控制发展关键趋势。
基础传动基础传动将以全数字式可控硅定子调压调速，变频调速为主导。起升机构将采取调压调速或无逆变失败可逆变式变频调速(比如西门子AFE)，运行将以变频调速为主。
自动控制：PLC将完成全部自动控制功效，经过现场总线(如Profibus)实现对各机构调速装置速度及定位控制，该方法通讯信息量大，连线简单，可靠性高。对于板坯连铸使用板坯夹钳连续自动堆垛，连轧后钢卷连续自动堆垛，PLC将依据设定，自动完成定时、定位自动夹坯，自动定位堆垛，整个过程将自动完成，反复循环，系统将含有自诊疗功效，以确保运行可靠性。故障时，可切换到司机人工操作，并随时从任一工艺步骤点切入自动过程，这将使效率更高，设备运行更合理。
故障监测和控制；装在司机室PC机或触摸屏人机界面，将能够显示各机构运行状态故障信息，并可在PC机上设置工艺要求指令，下载至PLC。开启自动控制功效，实现工艺要求自动控制过程。工业PC机还可经过通讯实现和工厂管理网联网，从而实现生产管理自动化。
第二章 文件评定
沈阳工业大学 吴芳在《大型塔式起重机非接触式力矩保护技术研究》一文中分析了塔式起重机是工业和民用建筑施工中完成重物吊装工作关键设备，含有工作效率高，使用范围广，操作轻易，安装拆卸简便等优点。多年来，核电站及建筑业快速发展，为塔式起重机发展发明了前所未有发展机会，但同时也提出了挑战，塔式起重机安全事故伴随起重机数量猛增而频繁发生。降低塔式起重机事故，提升塔式起重机安全性能和作业效率迫在眉睫。力矩限制器是装备在塔式起重机上关键超载保护装置，它为塔式起重机安全工作提供保障。传统力矩保护装置是采取一个机械式力矩传感器，利用机械变形产生电信号，再将这一信号放大，为操作者提供显示或保护信号；但这种接触式力矩保护存在着不可避免误差，为了提升其可靠性和精度，减小误差，本文在对中国外现有力矩限制器进行了深入详尽对比和分析基础上，借鉴和传承了它们成功经验，充足利用现代电子、计算机、传感测控等方面技术结果，提出了非接触式设计思想，进行了新型起重机力矩限制器研制。该系统处理方案含有通用性好、高精度、低成本等优点【1】 。
武汉科技大学机械自动化学院 谢建刚, 李尧在《新型双粱铸造起重机设计》一文中对新型双梁铸造起重机重新进行设计. 使其新设计中有四根钢绳，而且能够利用现有50t起重机桥架及小车架达成原四梁铸造起重机功效和安全指标.铸造起重机工作任务是很危险，因为其起吊钢水包里液态金属温度高达1200˚C，一旦钢水包脱落，带来是灾难性后果。故铸造起重机设计规则中对可靠性要求很高。国家标准GB11-83《起重机设计规范》里面对起升机构制动器安全贮备作出了要求。而《炼钢操作规程》里面要求了起吊钢水包应采取铸造起重机，这一要求也正和其对应工作任务一致。此文优点在于：新设计双梁铸造起重机和四梁起重机一样有四根承载钢绳。其中任何一根钢绳忽然脱落或断裂均不影响吊钩平衡，不会造成钢水包倾覆。运输钢水一类液态金属，必需使用有安全冗余设计铸造起重机，这么能够避免相关事故发生。本文设计双梁铸造起重机在中小钢厂因其价格廉价，改造工作量较小，有一定推广价值【2】。
上海西重所重型机械成套 蔡丽娟 孙承波和宝山钢铁股份 戴至前 陈平原在所发表 《桥式起重机节能调速技术改造》一文中叙述了自己在桥式起重机节能调速方面改造方案，即：在国外进口产品技术基础上，借鉴其它行业应用经验，采取变频调速控制装置改造桥式起重机调压调速装置，并尽可能地保留原有设备配置，实现了低成本高性能改造目标。为同类设备改造提供了技术借鉴。这么做优点：我认为变频调速系统运行可靠、响应速度快、节能环境保护、调速稳定、故障率低，是起升机构理想控制装置，完全达成了改造目标。在AFE产品基础上自主集成桥式起重机变频调速系统为中国首创，技术性能和西门子成套产品相同，但装置成本显著降低，调试和现场服务费用更低，能为系统正常运行和维护提供技术支持。改造后变频调速系统节能效果显著，1台160 kW电机主钩，以1年330 d、天天工作16 h计算，能节电40万kW．h，节省电费超出25万元【3】。
杨丹对《轨道集装箱龙门起重机运动数值仿真及动力学分析》一文中龙门起重机主梁结构是起重机工作时最关键承载部件，其力学性能对整机正常运转有直接影响。现在在龙门起重机结构设计和故障诊疗中有以下两方面问题有待处理：1)过去，在设计和验算中仅是对起重机金属结构在工作状态下起始、中间等多个在经验上看来是危险位置进行结构分析，而对起重机在从小车起吊载荷到终止整个工作过程中应力等力学参量均不知晓，关键是因为实际工作中这项工作太繁琐而无法实现。本文第一个处理问题便是对龙门起重机结构在工作状态下整个运动过程进行运动数值仿真；2)起升机构起制动时对龙门起重机结构产生强烈冲击动载荷，其对整个龙门起重机结构动态响应未知。针对以上两个问题，本论文以龙门起重机结构为研究对象，以有限元法和机械动力学为理论基础和分析手段，利用参数化技术和有限元分析软件ANSYS对小车吊载运行过程中龙门起重机结构进行了运动数值仿真，研究了龙门起重机结构动态特征和龙门起重机结构在起吊时动力学响应，并采取VisualBasic开发了对应数值运动和动力仿真软件。关键研究工作以下：
1)用ANSYS内部命令和
APDL语言和参数化技术建立了龙门起重机结构有限元参数化模型。它使得有限元分析过程中对模型修改和再次计算很方便、快捷，而且不轻易犯错。
2)用建立好有限元参数化模型和ANSYS内部命令和APDL语言编写了小车吊载运动过程中起重机运动数值仿真命令流文件，具体实现
了仿真，取得了仿真动画，经分析得出了有参考价值结论。
3)研究了龙门起重机结构动态特征。结合有限元参数化模型编写了模态分析命令流文件。提取了前10阶固有频率、主振型及其振型图，并对结果进行了分析。
4)对龙门起重机结构在货物忽然起吊受到动载荷情况进行了瞬
态分析。结合有限元参数化模型编写了瞬态分析命令流文件。该瞬态分析关键是以小车满载跨中为基点进行分析，取得了龙门起重机忽然起吊瞬态动力响应，包含龙门起重机结构主梁垂直位移、垂直速度、垂直加速度和时间响应曲线，并对结果进行了分析。
5)有效地利用VisualBasic软件对龙门起重机结构运动数值仿真和动力学分析进行了封装。独立开发了龙门起重机运动和动力数值仿真软件【4】。
单海云对《起重机结构安全性评价系统及基于有限元法可靠性研究》一文该论文以港口起重机为研究对象,考虑影响起重机结构多种原因,确定金属结构技术状态,对其安全使用期限进行估计,并采取Vi sual C++6.0开发了一套关键针对装卸桥和门座起重机安全性综合评价系统.另外,利用有限元分析软件ANSYS对一台龙门起重机进行可靠性分析.全文总体结构以下：全文共分为7章,在第一章绪论中综合叙述了中国外对起重机结构安全性评价研究和现实状况、未来发展趋势和方向、机械可靠性发展和应用和该文研究目标和意义,简单介绍了该文所做工作.第二章关键叙述了起重机结构安全性评价理论基础.在该章第二节中,对起重机金属结构裂纹形式和分类进行比较具体描述,同时应用断裂力学知识,推导出裂纹扩展速度公式,控制裂纹深入扩展.该章第三节叙述了起重机金属结构关键技术性能指标,具体讨论了指标状态指数和权重,并提出了基于模糊数学随机模糊法来深入细化结构状态指数和权重.依据结构裂化指数评价结构状态,并对结构安全使用期限进行估计.第三章是开提议重机结构安全性评价系统软件技术基础.简单介绍了面向对象可视化技术和程序设计语言、Windows程序消息和程序步骤.在第二章和第三章理论支撑基础上,第四章就是起重机结构安全性评价系统软件实际应用实例,并对计算结果进行分析,确定起重机金属结构使用状态.第五章对有限元基础思想和有限元分析软件ANSYS进行了简单介绍,同时也关键介绍了三种可靠性分析方法:蒙特卡罗法、响应面法、基于敏感性分析方法.第六章是有限元法在可靠性分析中应用实例,以一台龙门起重机为例,具体描述了在有限元中进行可靠性分析三个关键步骤:模型文件生成、可靠性分析阶段、后处理和结果提取,所以该文将理论和实践亲密结合起来了.该文最终一章对全文进行了总结,提出了几点在未来应该继续研究问题【5】。
毛文刚对《起重机疲惫寿命估算和疲惫可靠性安全检测》一文起重机因为能快速方便地对货物进行搬运、转移，在国民经济建设中发挥了越来越大作用，但在工作过程中其结构要承受反复交变载荷作用，很轻易产生疲惫破坏，据统计金属结构破坏有50％~90％属于疲惫破坏，所以需要对其结构进行疲惫寿命估算，并依据起重机服役情况进行对应安全检测，从而确保其能安全有效地运行。本文经过对多种不一样起重机实际工作情况下结构受力特征进行计算分析，并参考相关检测规范和同类型起重机结构发生破坏历史统计情况，选择起重机结构应力测试点；然后在起重机正常工作情况下测试这些点在不一样工况下应力值，并选择应力对应比较大点作为疲惫寿命估算点，测量其应力—时间历程；采取雨流计数法对动态采样得到应力—时间历程进行循环计数统计，编制出结构测试疲惫载荷谱。因为结构现场动态采样时间远比其整个疲惫寿命短，本文应用疲惫载荷谱理论将测试疲惫载荷谱外推，得出结构整个服役期间全寿命疲惫载荷谱；在依据起重机设计规范推导起重机结构构件S—N曲线时，本文考虑到小于疲惫极限应力幅值在结构疲惫载荷谱中占了很大部分，对结构累积损伤一样含有很大影响，所以本文将结构构件S—N曲线分成两个阶段来表示；最终结合Miner累积损伤法则，计算结构疲惫损伤值，并依据起重机实际工作情况，估算出其剩下疲惫寿命。同时根据上述原理，编制了一套起重机结果疲惫寿命估算程序，为起重机使用和检测部门提供了一个正确、实用估算起重机疲惫寿命新手段，为相关部门对起重机安全检测和合理应用提供了一个很好参考依据。现在中国起重机全部是经过定时对其关键部位进行检测后，来判定结构安全情况，这种检测方法含有很大盲目性。本文将基于疲惫可靠性安全检测方法应用到起重机结构安全检测中，并依据实际工作情况下测量应力—时间历程进行统计分析，确定出结构疲惫可靠度指标曲线，和确保起重机能够安全运行结构最低目标可靠度指标进行比较，来判定结构安全情况和下次需要再次进行检测时间间隔。这种基于疲惫可靠性起重机结构安全检测方法在起重机刚投入使用早期，要求检测次数较少，这么就节省了检测成本；但到了起重机结构服役后期，因为累积疲惫损伤影响，结构疲惫可靠度指标曲线下降显著，这么依据基于疲惫可靠性方法进行检测能够确保在检测期间起重机结构安全度水平一直能够满足安全需要。考虑到Matlab在数值计算、图形数据转换等方面优点，本文全部工作全部以它为计算平台，同时相关部门能够依据具体起重机形式，不一样工作环境情况对上述应用程序进行改善，以满足特殊需要【6】。
林伟华对《基于COSMOS/Works龙门起重机金属结构整体静态性能分析及结构细节设计研究》一文针对现在中国外龙门起重机大型起重设备金属结构设计现实状况、发展动态和发展方向及其在现代工业中关键作用，进行了龙门起重机金属结构整体和局部细节课题研究。现在中国起重机等大型设备金属结构设计方法多采取以经典力学和数学为基础半理论，半经验设计法和模拟法、直觉法等传统设计方法，使设计精度比较低，而且对于结构部分细节部分设计并没有做深入研究。本文利用有限元工程分析理论，对龙门起重机金属结构整体静态力学特征和结构局部细节处应力状态分布进行分析，期望达成指导设计、优化设计方案和提升起重机技术性能目标。依据上海振华港机企业设计需要，对其设计600t造船龙门起重机展开研究，就有限元方法用于起重机相关理论和实现原理进行了叙述，在现有结构分析基础上，对龙门起重机金属结构进行了建模，单元划分、约束处理，载荷处理和计算分析等方面工作。研究关键分龙门起重机整体结构静态特征分析和结构细节应力状态分析两个部分，分析过程使用了新兴CAD/CAE集成软件COSMOS/Works，对其在结构分析中实用性做了研究，得到了结构关键力学特征和结构开孔和相贯钢管节点应力集中情况，对设计产品进行了较为科学评价并总结了设计中应给予重视问题。本文意在对中国起重机计算机工程分析应用手段及设计细节做深入分析研究，期望本文中用于分析部分手段和方法和部分分析结论对中国起重机行业相关研究有借鉴作用【7】。
邪小健在对《港口起重机钢结构抗脆断设计研究》一文港口起重机钢结构是起重机关键组成部分,是整台起重机骨架.《起重机设计规范》(GB3811-83)对钢结构提出了抗屈服、抗失稳和抗疲惫失效安全性核实要求,但不能确保抗脆性破坏安全性;在F.E.M标准《欧洲起重机械设计规范》(1998年修订版)中对钢结构抗脆性破坏提出了钢材质量选择措施。本文针对现行起重机钢结构设计,从预防结构脆断角度就怎样合理选择钢材等级做探讨【8】。

第三章 起重机技术和说明
设计内容
计 算 和 说 明
结 果

1）确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组

2）选择钢丝绳

3）确定滑轮关键尺寸

4）确定卷筒尺寸，并验算强度

5）选电动机

6）验算电动机发烧条件

7）选择减速器

8）验算起升速度和实际所需功率

9）校核减速器输出轴强度

10）选择制动器

11）选择联轴器

12）验算起动时间

13）验算制动时间

1）确定传动方案

2）选择车轮及轨道并验算其强度

3）运行阻力计算

4）选电动机

5）验算电动机发烧条件

6）选择减速器

7）验算运行速度和实际所需功率

8）验算起动时间

9)按起动工况校核减速器功率

10）验算起动不打滑条件

11）选择制动器

12）选择高速轴联轴器及制动轮

13）选择低速轴联轴器

3.1 主起重小车起升机构计算
根据部署宜紧凑标准，决定采取以下图1-1方案。按Q=75t，查[1]表4-1取滑轮组倍率ih=5，承载绳分支数：
Z=2ih=10

查[3]附表3-4-11选图号为G75吊钩组，得其质量：G0=1050kg,两端滑轮间距 A=120mm
若滑轮组采取滚动轴承，当ih=5，查[1]表2-1得滑轮组效率:ηh=0.97
钢丝绳所受最大拉力：
Smax===7840kg=78.40KN
查[1]表2-4和 [3]表1-2-7、 1-2-9,中级工作类型(工作等级M6)时,安全系数n=5.5。
钢丝绳计算破断拉力Sb：
Sb=n×Smax=5.5×78.40=431.2KN
查[4]表8-1-10选择纤维芯钢丝绳6×19W+FC，钢丝公称抗拉强度1870MPa，光面钢丝，左右互捻，直径d=28mm，钢丝绳最小破断拉力[Sb]=483KN，标识以下：
钢丝绳 28NAT6×19W+FC1670ZS483GB8918-88
滑轮许用最小直径：
D≥d(e-1) =28(22.4-1) =599.2mm
式中系数e=22.4由[3]表3-2-1查得。由[2]附表2选择滑轮直径D=800mm，取平衡滑轮直径Dp=0.6×800=480 mm，由[2]附表2选择Dp=500mm。滑轮绳槽部分尺寸可由[2]附表3查得。由[2]附表4选择钢丝绳d=28mm，D=800mm，滑轮轴直径D5=140mmE1型滑轮，其标识为：
滑轮E128×800-140 ZB J80 006.8-87
由[2]附表5平衡滑轮选择d=20mm，D=500mm，滑轮轴直径D5=140mmF型滑轮，其标识为：
滑轮F20×500-140 ZB J80 006.8-87
卷筒直径：
D≥d(e-1) =28(20-1) =732mm
式中系数e=20由[3]表3-2-2查得。由[2]附表13选择D=800mm，卷筒绳槽尺寸由[3]附表3-3-3查得槽距，t=33mm，槽底半径r=16mm
卷筒尺寸：
L==
=1990mm 取L=mm
式中 Z0——附加安全系数，取Z0=2；
L1——卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮间距，即L1=A=120mm，实际长度在绳偏斜角许可范围内能够合适增减；
D0——卷筒计算直径D0=D+d=650+28=658mm
卷筒壁厚：
=0.02D+（6～10）=0.02×650+（6～10）=19.6～23.6
取δ=23mm
卷筒壁压应力验算：
===N/m2=103.29MPa
选择灰铸铁HT200，最小抗拉强度=195MPa
许用压应力：[σ]y===130MPa
＜[σ]y 故抗压强度足够
卷筒拉应力验算：因为卷筒长度L＞3D，尚应校验由弯矩产生拉应力，卷筒弯矩图示和图1-2

图1-2卷筒弯矩图
卷筒最大弯矩发生在钢丝绳在卷筒中间时：
===
=N·mm
卷筒断面系数：
W=0.1=0.1×
=.2 mm3
式中——卷筒外径，=650mm；
——卷筒内径， =650-2×23=584mm
于是
===1.40MPa
合成应力：
=+=1.40 +=32.95MPa
式中许用拉应力 ===39MPa
∴＜
卷筒强度验算经过。故选定卷筒直径=650mm，长度L=mm；卷筒槽形槽底半径=16mm，槽距=33mm；起升高度=18m，倍率=5；
卷筒 A650×-16×33-18×5左ZB J80 007.2-87
计算静功率：
===90.64KW
式中——机构总效率，通常=0.8～0.9，取=0.85
电动机计算功率：
≥=0.890.64=72.51KW
式中系数由[1]表6-1查得，对于～级机构，
=0.75～0.85，取=0.8
查[3]表5-1-13选择电动机YZR315M-10，其
（40%）=75KW，=579rpm，[]=8.68kg·，电动机质量=1156kg
根据等效功率法，求=40%时所需等效功率：
≥··=0.5×0.85×90.64=39.43KW
式中——工作等级系数，查[1]表6-4，对于M5～M6级，
=0.5；
——系数，依据机构平均起动时间和平均工作时间比重（/）查得。由[1]表6-5，通常起升机构/=0.1～0.2，取/=0.1，由[2]图6-6查得=0.87。
由以上计算结果＜，故初选电动机能满足发烧条件
卷筒转速：
===15r/min
减速器总传动比：、
===38.6
查[2]附表35选ZQ-500Ⅱ-Q1-421.2H减速器，当工作类型为中级（相当工作等级为M6级）时，许用功率[N]=9.7KW，=40.17，质量=345㎏，主轴直径=50mm，轴端长=85mm（锥形）
实际起升速度：
==6.2×=5.9m/min
误差：
=×100%=×100%=5.3%＜[]=15%
实际所需等效功率：
==39.43×=37.5KW＜=75KW
由[1]公式（6-16）得输出轴最大径向力：
=≤[]
式中=2×78400=156800N=156.80KN——卷筒上卷绕钢丝所引发载荷；
=10KN——卷筒及轴自重，参考[2]附表14估量
[R]=102.5KN——ZQ650减速器输出轴端最大许可径向
载荷，由[1]附表40查得。
∴==83.4KN＜[]=102.5KN
由[1]公式（6-17）得输出轴最大扭矩：
=（0.7～0.8）
式中==9550×=1237Nm——电动机轴额定力矩；
=2.8——当=40%时电动机最大力矩倍数
——减速器传动效率；
Nm——减速器输出轴最大许可转矩，由[1]附表36查得。
∴=0.8×2.8×1237×40.17×0.95=105740Nm＜[]=132500Nm
由以上计算，所选减速器能满足要求
所需静制动力矩：
·=·
=1.75×
=185.30㎏·m=1853.0Nm
式中=1.75——制动安全系数，由[2]第六章查得。
由[2]附表15选择YWZ5-500/121制动器，其制动转矩=1400～2250Nm，制动轮直径=500mm，制动器质量=135.8㎏
高速联轴器计算转矩，由[1]（6-26）式：
Nm
式中——电动机额定转矩（前节求出）；
=1.5——联轴器安全系数；
=1.8——刚性动载系数，通常=1.5～2.0。
由[1]附表31查得YZR-250M2电动机轴端为圆锥形，。从[1]附表34查得ZQ-500减速器高速轴为圆锥形。
靠电动机轴端联轴器 由[1]附表43选择CLZ5半联轴器，其图号为S514，最大许可转矩[]=8000Nm＞值，飞轮力矩kg·m，质量=47.68kg
浮动轴两端为圆柱形
靠减速器轴端联轴器 由[1]附表45选择带制动轮半齿联轴器,其图号为S124,最大许可转矩[]=3150Nm, 飞轮力矩 kg·m,质量38.5
kg.为和制动器YWZ5-400/80相适应,将S124联轴器所需制动轮,修改为应用
起动时间：

式中=1.465+0.403+1.8
=3.688kg·m
静阻力矩：
kg·m
=