325t双梁桥式起重机桥架结构及大车运行机构设计.docx

××××大学

毕 业 设 计

设计题目：32/5t双梁桥式起重机桥架结构及大车运行机构设计

姓 名 __ _ ×××_ _
学院（系） 机械电子工程学院 _
专 业 _机械设计制造及其自动化__
年 级 ____××××班__________
指导教师 ______ ××_ ______

二○○七 年 六 月 十五 日

学院（直属系）：机械电子工程学院 时间： 2007 年 3 月 20 日
学 生 姓 名
×××
指 导 教 师
××
设计（论文）题目
32/5t双梁桥式起重机桥架结构及大车运行机构设计
主要研
究内容
1. 桥式起重机偏轨箱形双梁桥架结构的设计方案
2. 桥式起重机偏轨箱形双梁桥架结构的结构分析
3. 桥式起重机偏轨箱形双梁桥架结构的设计计算
4.　绘制有关工程图纸
研究方法
采用许用应力法以及CAD绘图技术对桥式起重机桥架金属结构进行设计
主要技术指标(或研究目标)
超重量，起升高度，跨度，工作级别，闭式。

主要参考文献

[1]徐格宁,起重机金属结构设计[M],北京:机械工业出版社
[2]徐克晋主,金属结构(第2版)[M],北京:机械工业出版社
[3]大连起重机器厂等,起重机设计手册[M],北京:机械工业出版社

目录
摘要 1
前言 3
第一章　总体设计 4
1.1 初始尺寸 4
1.2 桥架尺寸的确定 4
1.2.1 大车轴距 4
1.2.2 主梁尺寸 4
1.2.3 端梁尺寸 5
1.2.4 主、端梁的连接 5
第2章 主、端梁截面几何性质 7
2．1 主梁 7
2．2端梁 8
第三章、载荷 9
3．1.固定载荷 9
3．2小车轮压 9
3．3动力效应系数。 11
3．4惯性载荷 11
3．5偏斜运行侧向力 11
3.5.1满载小车在主梁跨中央 12
3.5.2满载小车在主梁左端极限位置 12
3．6扭转载荷 13
第四章、主梁计算 15
4．1内力 15
4.1.1垂直载荷 15
4.1.2移动载荷作用下主梁的内力 16
4.1.3水平载荷 17
4.2强度 20
4.3主梁疲劳强度 22
4.3主梁稳定性 25
第五章、端梁计算 32
5.1载荷与内力 32
5.1.1垂直载荷 32
5.1.2水平载荷 33
5.2疲劳强度 37
5.3稳定性 39
5.4端梁拼接 40
第六章、主梁和端梁的连接 45
第七章、刚度计算 47
7.1桥架的垂直静刚度 47
7.2桥架的水平惯性位移 47
7.3垂直动刚度 47
7.4水平动刚度 48
第八章、桥架拱度 49
第九章、运行机构 49

参考文献 51
附录（论文翻译） 52
致谢 60

32/5t双梁桥式起重机桥架结构及大车运行机构设计

摘要
双梁桥式起重机械是一种循环，间歇运动的机械，它是由两根箱形主梁和两根横向端梁构成的双梁桥架，在桥架上运行起重小车，可起吊和水平搬运各类物件，它适用于机械加工和装配车间、仓库和料场等场合。
说明书主要对端梁部分进行设计，它包括对大车运行机构，端梁的桥架和内部各个零部件的设计、装配以及焊接结构。在设计过程中参考有关资料：大车采用分别传动方案，端梁采用钢板焊接成箱形结构，端梁的安装接头设在端梁的中部，并通过连接板和角钢用高强度螺栓连接。端梁桥架设计，主要涉及焊接结构及工艺，这就要求对焊接知识有充分的了解，并把所学的灵活、正确的运用到设计当中去。
关键词：桥式起重机，桥架，主梁，端梁，运行机构

ABSTRACT

Pairs of beam bridge hoist tool instrument a circulation, intermittence machinery of sport, it is a pairs of beam bridge formed by two case shaped bright beam bridge and two horizontal end pairs of beam bridge .Operate the jack-up car and can get up ,hang and carry all kinds of things with the level .It is suitable for all the occasions, such as machining and assembly shop ,warehouse and material.
This instruction is mainly to design the roof bean part ,including running mechanism of the cart ,the design of bridge shelf and each part of the inside parts accessory ,assembly store and welding structure .During the course of designing ,consult some relevant materials: the cart adopts different drive scheme ,the end roof beam adopts case shape structure welding by stencil plates ,the connecting end installation of roof beam sets up in the end middle part of the roof beam ,connected by high strength bolted joint through the connecting plate and angle steel .The design of beam bridge shelf mainly refers to weld structure and craft ,,and this requires to know something about weld sufficiently and apply the knowledge studied flexibly and correctly .
Keyword: The Hoist,End Roof Beam, The Drive

前言
桥式起重机是一种重要的物料搬运机械。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围﹐就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机可分为普通桥式起重机﹑简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机3种。
物料搬运成了人类生产活动的重要组成部分，距今已有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。起重机正经历着一场巨大的变革。大型化和专业化、模块化和组合化、轻型化和多元化、自动化和智能化、成套化和系统化以及新型化和实用化是这场变革得主题。
通过本次设计学会对桥架金属结构的设计,加深对桥式起重机各部分功能和设计特点的掌握,学会使用许用应力法设计.设计中认真参考各种资料如<<起重机设计手册>>,运用各种途径如上网,采取计算机辅助设计AutoCAD2006努力对桥式起重机桥架金属结构进行合理设计。
　　由于本人的知识浅薄，水平很低，所以做出这样的毕业设计，希望能得到各老师的批评指正，谢谢！

第1章　总体设计
1.1 初始尺寸
原始数据：
起重量：主起升
副起升
起升高度：主起升
副起升
主梁跨度：
起重机工作级别：
1.2 桥架尺寸的确定
1.2.1 大车轴距

根据小车轨距和偏轨箱形梁宽度以及大车运行机构的设置，取.
端梁总长.
1.2.2 主梁尺寸
高度
取腹板高度 .
翼缘板厚度 .
腹板厚度 .
主梁总高度 .
主梁宽度

取.
上、下翼缘板不相同，分别为
及.
主梁端部变截面长，取.
1.2.3 端梁尺寸
高度 ，取.
根据大车轮的安装，端梁内宽.
总宽 ，各板厚.
1.2.4 主、端梁的连接
主端梁采用焊接连接，端梁采用拼接式。桥架结构与主、端梁截面示于表图及表图.

表图 双桥架结构

（a）主梁截面 (b)端梁截面
表图 主梁与端梁截面

第2章 主、端梁截面几何性质
2.1主梁
主梁
.

形心

2.2端梁

第三章、载荷
3.1固定载荷
主梁自重载荷为：

小车轨道重量

栏杆等重量

主梁的均布载荷

3.2 小车轮压
根据主、副起升机构和运行机构的设计布置（表图），主钩铅垂线中心通过小车中心线的点，，小车重心点的位置为
.
按受载大的梁计算小车轮压

表图 小车轮压的计算

起升载荷为

小车重量为

满载小车静轮压为

空载小车静轮压为

3.3 动力效应系数

统一取较大值
3.4 惯性载荷
大小车都是四个车轮，其中主动轮各占一半，按车轮打滑条件确定大、小车轮的惯性力
一根主梁上的小车惯性力为

大车运行起、制动惯性力（一根主梁上）为

主梁跨端设备惯性力影响小，忽略.
3.5 偏斜运行侧向力
　一根主梁的重量为

一根端梁单位长度的重量为

一根端梁的重量为

一组大车运行机构的重量（两组对称配置）为

司机室及设备的重量（按合力计）为

3.5.1 满载小车在主梁跨中央
左侧端梁总静轮压按表图计算

由，查得
侧向力为

3.5.2 满载小车在主梁左端极限位置
左侧端梁总静轮压为

侧向力为

表图4　端梁总轮压计算
3.6 扭转载荷
偏轨箱形梁由和的偏心作用而产生移动扭矩（表图），其他载荷、产生的扭矩较小且作用相反，故不计算.
偏轨箱形梁弯心在梁截面的对称形心轴上，（不考虑翼缘外伸部分），弯心至主腹板中线的距离为

轨高

移动扭矩为

表图 扭转载荷计算

第四章、主梁计算
4.1 内力
4.1.1垂直载荷
计算大车传动侧的主梁.在固定载荷与移动载荷作用下，主梁按简支梁计算，如表图所示.

表图 主梁计算模型

固定载荷作用下主梁跨中的弯距为

跨端剪切力为

4.1.2移动载荷作用下主梁的内力
1） 满载小车在跨中，跨中点弯距为

轮压合力与左轮的距离为

则

跨中点剪切力为

跨中扭矩为

2）满载小车在跨端极限位置（）.小车左轮距梁端距离为

跨端剪切力为

跨端内扭矩为

主梁跨中总弯距为

主梁跨端总剪切力（支承力）为

4.1.3水平载荷
1）水平惯性载荷.在水平载荷及作用下，桥架按钢架计算，因偏轨箱形梁与端梁连接面较宽，应取两主梁轴线间距代替原小车轨距构成新的水平钢架，这样比较符合实际，于是

水平钢架计算模型示于表图

表图 水平钢架计算模型
①小车在跨中.钢架的计算系数为

跨中水平弯距（与单梁桥架公式相同）

跨中水平剪切力为

跨中轴力为

②小车在跨端.跨端水平剪切力为

2）偏斜侧向力.在偏斜侧向力作用下，桥架也按水平钢架分析（表图）. 2）偏斜侧向力.在偏斜侧向力作用下，桥架也按水平钢架分析（表图）.

表图 侧向里作用下钢架的分析
这时，计算系数为

①小车在跨中.侧向力为

超前力为

端梁中点的轴力为

端梁中点的水平剪切力为

主梁跨中的水平弯距为

主梁轴力为

主梁跨中总的水平弯距为

②小车在跨端.测向力为

超前力为

端梁中点的轴力为

端梁中点的水平剪切力为

主梁跨端的水平弯距为

主梁跨端的水平剪切力为

主梁跨端总的水平剪切力为

小车在跨端时，主梁跨中水平弯距与惯性载荷下的水平弯距组合值较小，不需计算
4.2强度
需要计算主梁跨中截面（参阅表图）危险点①、②、③的强度.
（1）主腹板上边缘点①的应力为
主腹板边至轨顶距离为

主腹板边的局部压应力为

垂直弯距产生的应力为

水平弯距产生的应力为

惯性载荷与侧向力对主梁产生的轴向力较小且作用方向相反，应力很小，故不计算.
主梁上翼缘的静距为

主腹板上边的切应力为

点①的折算应力为

（2）点②的应力为

（3）点③的应力为

（4）主梁跨端的切应力
主梁跨端截面变小，为便于主端梁链接，取腹板高度等于端梁高度，跨端只需计算切应力.
1） 主腹板.承受垂直剪力及扭矩，故主腹板中点切应力为

主梁跨端封闭截面面积为

代入上式

副腹板中两切应力反向，可不计算.
2） 翼缘板.承受水平剪切力及扭矩.

主梁翼缘焊缝厚度取 ，采用自动焊，不用计算.
4.3主梁疲劳强度
桥架工作级别为，应按载荷组合Ⅰ计算主梁跨中的最大弯矩截面（）的疲劳强度.
由于水平惯性载荷产生的应力很小，为了计算简明而忽略惯性应力.
求截面的最大弯矩和最小弯矩，满载小车位于跨中（轮压在点上），则

空载小车位于右侧跨端时（表图 ）

表图 主梁跨中（）最小弯矩的计算

左端支反力为

（1）验算主腹板受拉翼缘焊缝④的疲劳强度（表图 ）

表图 主梁截面疲劳强度验算点

应力循环特性

根据工作级别，应力集中等级及材料，查得,.
焊缝拉伸疲劳许用应力为

（2）验算横隔板下端焊缝与主腹板连接处⑤

显然，相同工况下应力循环特性是一致的.
根据及横隔板采用双面连续贴角焊缝连接，板底与受拉翼缘间隙为,应力集中等级为，查得 .
拉伸疲劳许用应力为

由于切应力很小，忽略不计.
4.3主梁稳定性
（1）整体稳定性
主梁高宽比

（2）局部稳定性
翼缘板

需设置一条纵向加劲肋，不再验算.
翼缘板最大外伸部分
（稳定）
主腹板

副腹板

故需设置横隔板和两条纵向加劲肋，主、副腹板相同，其布置示于表图10-16.
表图11　主梁加劲肋设置及稳定性计算
隔板间距，纵向加劲肋位置
1） 验算跨中主腹板上区格Ⅰ的稳定性，区格两边正应力为

（属不均匀压缩板）
区格Ⅰ的欧拉应力为

区格分别受 、和作用时的临界压应力为

嵌固系数
屈曲系数
则

需修正，则

腹板边局部压应力
压力分布长

，按计算.

区格Ⅰ属双边局部压缩板，板的屈曲系数为

需修正，则

区格平均切应力为

板的屈曲系数为

需修正，则

区格上边缘的复合应力为

区格的临界复合应力为

区格Ⅱ的尺寸与Ⅰ相同，而应力较小，故不需再算。主腹板外侧设置短加劲肋，与上翼缘板顶紧以支承小车轨道，间距.
2）验算跨中副腹板上区格的稳定性
副腹板上区格只受及的作用.
区格两边的正应力为

切应力为

区格Ⅰ的欧拉应力为

（属于不均匀压缩板）

,
需修正，则

,

复合应力为

区格Ⅱ和跨端应力较小，不再计算.
3）加劲肋的确定.横隔板厚度 ，板中开孔尺寸为.
翼缘板纵向加劲肋选用角钢，,.
纵向加劲肋对翼缘板厚度中线（）的惯性矩为

主、副腹板采用相同的加劲肋,,.
纵向加劲肋对主腹板厚度中线的惯性矩为

主梁拼接从略，可参阅端梁部分.

第五章、端梁计算
端梁截面已初步选定，现进行具体计算。
端梁计算工况取满载小车位于主梁跨端，大、小车同时运行起、制动及桥架偏斜。
5.1载荷与内力
5.1.1垂直载荷
端梁按修改的钢架尺寸计算
,,,,,,主梁轴线与主腹板中线距离.
主梁最大支承力.
因作用点的变动引起的附加力矩为

端梁自重载荷为.
端梁在垂直载荷作用下按简支梁计算，如表图10-17所示.

表图10-17 垂直载荷下端梁的计算
端梁支反力为

截面
弯矩

剪力,
截面
弯矩

剪力

截面
弯矩
,
剪力

截面（沿着竖定位板表面）
弯矩

剪力

5.1.2水平载荷
端梁的水平载荷有、、、等，亦按简支梁计算，如表图10-18所示.

表图10-18水平载荷下端梁的计算
截面
因作用点外移引起的附加水平力矩为

弯矩为

支反力为

剪切力

轴力为

截面
在、、及水平力作用下，端梁的水平反力为

水平剪切力

弯矩

截面
水平剪切力

其他内力小，不计算.
2.强度
截面的应力计算需待端梁拼接设计合格后方可进行（按静截面计）
截面
截面角点

腹板边缘

翼缘板对中轴的静距为

折算应力为

截面及
端梁支承处两个截面很近，只计算受力较大的截面.
端梁支承处为安装大车轮角形轴承座而切成缺口并焊上两块弯板（）.端部腹板两边都采用双面贴角焊缝取，支承处高度，弯板两个垂直面上都焊有车轮组定位垫板（），弯板与端梁承载工作，支承处截面（及）示于表图10-19

表图14　端梁支承处截面（3-3及4-4）
形心

惯性矩

中轴以上截面静距

上翼缘静距
下翼缘（弯板）静距

截面
腹板中轴处的切应力为

因静距，可只计算靠弯板的腹板边的折算应力，该处正应力为

切应力

折算应力

（合格）
假设端梁支承水平剪动应力只由上翼缘板承受，不计入腹板
上翼缘板切应力为

端梁支承处的翼缘焊缝截面计算厚度（20.710mm）比腹板厚度（8mm）大，故焊缝不需验算。截面4-4的水平弯矩较小，忽略不计
5.2疲劳强度
端梁疲劳强度计算只考虑垂直载荷的作用
（1） 弯板翼缘焊缝
验算截面4-4的弯板翼缘焊缝
满载小车在主梁跨端时，端梁截面4-4的最大弯矩和剪切力为

空载小车位于跨中不移动时端梁的支反力为

这时端梁截面4-4相应的弯矩和剪切力为

弯板翼缘焊的应力为

根据A6和Q235 及弯板用双面贴角焊缝连接K4,查得=43Mpa，＝370Mpa

焊缝位伸疲劳许用应力为

按K0查得＝133Mpa,取拉伸式

（合格）
（2）端梁中央拼接截面
根据端梁拼接设计（见后），连接螺栓的布置形式已经确定，可只计算受力大的翼缘板
拼接截面1-1的内力为

空载小车位于跨中不移动时，主梁跨端的支承力为

这时端梁支反力为

端梁拼接截面1-1的弯距为

翼缘板的平均应力（按毛截面计）为

翼缘板传递的内力为

端梁拼接处翼缘板截面上布置有4-的螺栓孔，翼缘板净截面积为

应力

可见，在相同的循环工况下，应力循环特性是一致的。根据A6和Q235及带孔板的应力集中等级W2，查得＝122Mpa翼缘板拉伸疲劳许用应力为

若考虑垂直载荷与水平载荷同时作用，则计算应力要大些
腹板受力较小，不再计算
5.3稳定性
整体稳定
（稳定）
局部稳定
翼缘板（稳定）
腹板
故只需对着主梁腹板位置设置四块横隔板，＝6mm.
5.4端梁拼接
端梁在中央截面1-1采用拼接板精制螺栓连接，翼缘用双面拼接板10mm420mm440mm及10mm350mm440mm,腹板用单面拼接板10mm440mm860mm,精制螺栓选取M20mm,拼接构造及螺栓布置如表图16所示
（1） 内力及分配
满载小车在跨端，求得截面1-1的内力为

表图15　端梁拼接构造

端梁的截面惯性矩为

腹板对x和y轴的总惯性矩为

翼缘对x和y轴的总惯性矩为

弯矩分配

水平剪切力分配
剪力由上、下翼缘板平均承受，一块翼缘板所受剪切力为

轴力分配
轴力按截面积分配
一块翼缘板受轴力

一块腹板受轴力

（2）翼缘拼接计算
由产生的翼缘轴力为

一块翼缘板总轴力为

拼接缝一边翼板上有8个螺栓，一个螺栓受力（剪切力为）

由上、下翼缘板平均承受，一块翼缘板的水平弯矩为

拼接缝一边翼缘板上螺栓的布置尺寸为
可按窄式连接计算
翼缘板角点螺栓的最大内力为

角点螺栓顺梁轴的内为和为

水平剪应力F1由接缝一边翼缘上的螺栓平均承受，一个螺栓的受力为

角点螺栓的合成内力为

选取精制螺栓Ｍ20mm,孔d=21mm,＝10mm
一个螺栓的许用承载力为
　剪切
承压
（仍属合格）
（3）腹板拼接计算
由对腹板产生的轴力为

一块腹板总轴力为

　接缝一边腹板螺栓平均受力，一个螺栓受力为

腹板垂直弯矩由两腹板承受，一块腹板的弯矩为

拼接缝一边腹板上螺栓的分布尺寸为，属窄式连接

腹板角点螺栓的最大内力为

角点螺栓顺梁轴的内力和为

单剪螺栓的许用承载力为

（仍属合格）
（4）端梁拼接净截面1-1的强度　
　　　因拼接处螺栓孔减少截面惯性矩，需用净截面验算强度，同一截面中各板的螺栓孔对x和y轴的惯性矩为

端梁拼接处净截面惯性矩为

全部板材的的螺栓孔截面积为

拼接处净截面面积为

端梁拼接处强度为

显然，垂直载荷产生的应力是主要的
端梁计算中，载荷齐全，个别取值偏大，如小车运行惯性力仅由一侧端梁承受等，实际上要比计算结果小些。

第六章、主梁和端梁的连接
主、端梁采用连接板贴角焊缝连接。主梁两侧各采用一块连接板与主、端梁的腹板焊接，连接板厚度＝8mm,高度h1＝0.95hd=0.95900mm＝855mm，取h1=850mm，主梁腹板与端梁腹板之间留有2050mm的间隙，在组装桥架时用来调整跨度。主梁翼缘板伸出梁端套装在端梁翼缘板外侧，并用贴角缝（取hj=8mm）周边焊住。必要时可在主梁端部内侧主、端梁的上、下翼缘处边焊上三角板，以增强连接的水平风度，承受水平内力，连接构造示于表图17

表图16　主梁与端梁的连接
主梁最大支承力为

连接板需要的焊缝长度为

实际　　　（足够）
主、端梁的连接焊接足够承受连接的水平弯矩和剪切力，故不再计算

第七章、刚度计算
7.1桥架的垂直静刚度
满载小车位于主梁跨中产生的静挠度为

7.2桥架的水平惯性位移

7.3垂直动刚度
起重机垂直动刚度以满载小车位于桥架跨中的垂直自振频率来表征，计算如下

主梁质量
全桥架中点换算质量为

起升质量

起升载荷

起升钢丝绳滑轮组的最大下放长度为

桥架跨中静位移为

起升绳钢丝绳滑轮组的静伸长为

结构质量影响系数为

桥式起重机的垂直自振频率为

（合格）
7.4水平动刚度
　　　起重机水平动刚度心物品高位悬挂、满载小车位于桥架跨中的水平自振频率来表征
　　　半桥架中点的换算质量为

半刚架跨中在单位水平力作用下产生的水平位移为

桥式起重机的水平自振频率为

（合格）

第八章、桥架拱度

桥架跨度中央的标准拱度值为　

考虑制造因素，实取
跨度中央两边按抛物线曲线设置拱度如表图18所示

表图17　桥架的拱度
距跨中这

距跨中为

距跨中为

至此，桥架结构设计全部合格，桥架结构施工图见附图

参考文献
[1]徐格宁,起重机金属结构设计[M],北京:机械工业出版社,1995,2628,4344,5662.
[2]徐克晋主,金属结构(第2版)[M],北京:机械工业出版社,1993,4347.
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[6]GB/T14405-93,通用桥式起重机S],北京:中国标准出版社,1993
[7]吴宗泽等,机械设计课程设计[M],北京:高等教育出版社,1999
[8]大连理工大学工程画教研室,画法几何学[M],北京:高等教育出版社,2003
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[12]陈道南等,起重机课程设计[M],北京:冶金工业出版社,1983
[14]倪庆兴等,起重输送机械图册[M],北京:机械工业出版社,1991
[15]王琳等,中文版AutoCAD 2006机械图形设计[M],北京:清华大学出版社,2005
[16]北京希望电脑公司等　中文版Office2000三合一，北京：北京希望电子出版社，2002

附录（论文翻译）

致谢
本次设计过程中，得到了××老师的悉心指导。×老师在任课之余，全力帮助我们做毕业设计，经常来设计室为同学们答疑解惑，或者我们遇到问题去他的办公室询问，他都能及时给同学们指出设计中的不足和需要改进的地方，并给同学们提供选择性的建议，耐心督促大家的设计进度。对于他的帮助和指导，我表示衷心的谢意。在以后的工作中，我一定记住老师的教导，不辜负老师对我的期望，脚踏实地，将自己在学校老师所传授的知识应用工作方面中去，创造出对人们和社会有用的价值，以此来报答亲人和社会的培养和栽培。同时感谢同组同学和同班同学等对我的耐心帮助!