单梁桥式起重机设计

1 概述

1.1桥式起重机的特点

起重机是具有起重吊钩或其它取物装置在空间内容实现垂直升降和水平运移重物的起重机械。

LD型电动单梁桥式起重机为一般用途的起重机用于机械制造、装配、仓库等场所（此次设计的是用于机修车间）。是一种有轨运行的轻小型起重机，适用于额定起 0.5～5.0 吨,适用跨度4.5～16.5米，工作环境温度在-35℃ ～35℃ 范围内，LD型电动单梁桥式起重机不适于用来调运熔化金属﹑赤热金属、易燃品及其危险物品，也不适用于具有酸性或其它有腐蚀性化学气体的车间。

1.2桥式起重机工作方式和结构特点

主要特点是：结构简单、重量轻、对厂房的负荷小、建筑高度小、耗电少。主梁与端梁采用螺栓连接、拆装、运输和储存方便，补充备件方便、轮压小、工艺性好，适合采用自动焊接和流水作业加工，安装快，维修方便。缺点是起重量不大。

工作方式是：它安装在产房高出两侧的吊车梁上，整机可在吊车梁上铺设的轨道上横向行驶，起重小车沿小车轨道行驶（横向）。吊钩做升降运动，即与CD1型（或MD1）的电动葫芦配套使用完成重物的升降、平移等人们难以做到的需要。

1.3单梁桥式起重机发展趋势

随着科学的进步和工业发展更的需要，现代起重机械发展迅速，人们已制出种类繁多的起重机械和设备，在国民经济各个部门起着重要作用。如一个较大的港口要装备几千台起重机械；一个大型钢铁联合企业要装备几千台起重机械。据统计，我国在铁路、机械制造业、建筑业、石油化工、电站、林业、商业等各行各业都装备着大量的起重机械设备。不仅如此，在食品加工、服务行业、旅游行业、医疗卫生也都大量的使用者起重机械。

现代化的起重吊装技术，已经不是单纯的减轻体力劳动强度的手段，而是现代化生产不可缺少的组成部分。根据生产系统的需要，应及时、迅速，有节奏地将原材料、零部件吊装到指定的公益岗位上去，否则现代化生产就不可能实现。

2 实践证明：在某些关键岗位上增加一两台起重设备，劳动生产效率就会成倍的增长。世界各工业发达国家十分重视物料吊装搬运系统的投资。生产规模越大，物料吊装搬运的重要性就越显著。良好的物料吊装搬运机械组合成合理的吊装搬运系统，可以充分发挥生产能力，同时也能保证生产的安全。

国内外起重机发展具体变现在以下几个方面：

(1)模块化和组合化

用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多用途，有相同链接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。可使单件小批量生产的起重机改成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业生产。企业的生产组织科由产品管理变为模块管理，到完善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，得到多系列的产品，充分满足用户需要。

目前，德国、英国、法国、美国和日本的著名起重机公司都已采用起重机模块化设计，并取得了显著的效益。德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化设计后，比单件设计的设计费用下降12%，生产成本下降45%，经济效益十分可观。

(2)轻型化和多样化

有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量很大、用广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，也可以使整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位的一般用途桥式起重机。

(3)自动化和智能化

起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。

(4)成套化和系统化

在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组合成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合。这类起重机自动化程度很高，具有信息处理功能，可将传感器检测出

3 来的各种信息实施存储、运算、逻辑判断变换等处理加工，进而向执行机构发出控制指令。这种起重机还有较好的信息输入、输出接口实现信息全部、准确、可靠的在整个物料搬运集成系统中的传输。

(5)新型化和实用化

结构方面采用薄壁型材和异型钢、减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。

4 第2章 主体方案设计

2.1工作条件及设计要求分析

工作条件及设计要求：

为机修车间设计一台LD型电动单梁桥式起重机，具体要求如下：

⑴起重量：5吨

⑵起升高度：9米

⑶电动葫芦运行速度：30m/min

⑷电动葫芦的起升速度：8 m/min

⑸葫芦最大轮压：Pmax=1900公斤（kg）

⑹葫芦自重：G=500kg

⑺起重机跨度：11m

⑻大车运行速度：45m/min

⑼大车轮距：2m

⑽工作级别：M5

⑾工作环境：一般常温

⑿使用寿命：10年

⒀操纵室操纵：G操=400公斤

2.2结构型式

LD型电动单梁桥式起重机由桥梁、小车、大车运行机构、电器设备构成。桥架由一根主梁和两根端梁用螺栓连接而成。电动单梁桥式起重机是一种有轨运行的轻小型起重机。它适用于额定起重量为：1～10吨，适用跨度为6～22．5米，工作环境温度在-30℃～40℃范围内，起重机的工作级别为A3～A5，LD型电动桥式起重机是按中级工件类型设计和制造的。

本次设计的LD型电动单梁桥式起重机的主梁结构式采用钢板压延成形的U形槽钢，与工字钢组焊成的箱形实腹梁。横梁也是用钢板压延成U形槽钢，在组焊成箱形封闭箱，为贮存，运输方便，在主梁与横梁之间用M20的螺栓（45号钢制）连接而成。大车运行时靠两台锥形转子电机，通过齿轮减速装置驱动两边的主动车轮实现的起升机构与小车运行机构采用CD1、MD1形成的电动葫芦。运

5 行机构采用分别驱动形式制动靠锥形转子制动的交流异步电机来完成。起重机主电源由厂房一侧的角钢或圆钢滑触线引入，电动葫芦由电缆供电。

电动单梁桥式起重机的外形如图2.1所示：

图2.1 电动单梁桥式起重机外形图

2.3 总体构造设计

电动葫芦的形式与参数，参见产品样本，选用目前应用得最多的CD1或者MD1型。

CD1型和MD1型电动葫芦的起重量一般为0.5～10吨，起重高度为6～30m，起升速度为8 m/min，起重量为10t时为7 m/min。而MD1型电弧炉具有两种起升速度，除常速外，还有0.8 m/min的慢速可满足精密装卸，砂箱合模等精细作业的要求。电动葫芦的总体结构可分为起升机构和运行机构两部分，起升机构由电动机、制动器、减速装置、卷筒装置以及吊钩滑轮组等组成。

本次设计的电动小车采用CD1型5t电动葫芦，CD1型电动葫芦的主辅电机为带锥形制动器的锥形转子电机，电机和制动器制成一体。使电动葫芦结构紧凑、自重轻。据资料〔3〕P135查得，电动葫芦型号CD15-9D,自重为500kg。

结果：选用CD15-9D

运行机构的任务是使起重机或小车作水平运动，用于搬运货物或调整工作位

6 置，同时可将作用在起重机或小车上的载荷传给支承它们的基础。陆上的起重机的运行机构分为有轨道运行和无轨道运行两类，而桥式起重机的运行属于前一类。

桥式起重机上的运行机构：由电机、传动装置（传动轴、联轴器和减速器等）、制动器和车轮组成。运行机构按其特点（构造）可分为得当分组式和一体是两种。按其主动轮驱动的方式，可分为几种驱动和分别驱动两种。

运行机构是依靠主动车轮与轮道间的摩擦力（通常称为附着力或粘着力）来实现驱动的。为了保证有足够大的驱动轮（主动车轮），驱动车轮应布置得当，在任何情况下，都应使其具有足够大的轮压。桥式起重机上运行机构的驱动轮，通常为总轮数的一半，采用对称布置成四角布置，遮掩可保证驱动轮轮压之和不变，不会发生打滑现象，使机构运行正常。

①小车运行机构：

LD型电动单；梁桥式起重机采用自行式的自动葫芦，其小车运行机构就是电动葫芦的自行式电动小车。

②大车运行机构

LD型电动单梁桥式起重机的大车运行机构一般均作分别驱动的型式（即：每一边轨道上的大车运行机构的主动车轮分别单独的电动机来驱动）电动机采用封闭自扇冷式，带制动器的绕线型电动机或带制动器的变极笼型电动机。司机室操纵时用绕线的电动机，传动装置采用自行式电动葫芦电动小车的闭线减速器。一级开式齿轮减速器的型式。其中闭式齿轮部分是专用同轴式减速机，这种型式的传动装置简单、轻巧、零件数量少、通用化程度高，便于制造和修理，但开式齿轮较易磨损，传动效率稍低，在有特殊要求时，传动装置也可采用二级定轴式摆线行星式、少齿差渐开线行星式等。采用全封闭型减速器或采用带制动器的电动机—减速器套装组各式的传动装置。它便于专业化生产。传动效率较高，但制造及安装 5齿面圆柱精度要求较高。QS系列“三合一”减速器为三级渐开线布置平行轴传动外啮合渐开线硬齿面圆柱齿轮减速器（中华人民共和国专业标准号为：ZBJ19027—90）。减速器直接按与带制动器的绕线是或鼠笼式电动相配，集减速器、电动机、带制动器为一体，制动器不需配电源，所配电机具有双重功能接通电源即可旋转，切断电源后，电机本身即产生制动力矩而制动。电动机—减速器驱动部件利用减速器机体直接固定在端梁或主梁的伸出支架上，主动车轮利

7 用其伸出轴端直接插入到驱动部件减速器的低速空心轴内。通过花键连接，靠力矩支承铰保持平衡。大车运行机构中采用“三合一”驱动部件，使机构变得非常紧凑、自重轻、分组性好、装配与更换方便，不受桥架起台和小车架变形的影响，并由于驱动部件不与走台相连接，可以减少主梁的扭转载荷，而且可使走台的构造也大为简化，但当电动机容量增大时，悬臂受力复杂化。故大型起重机的运行机构，目前仍采用分组式分别驱动，大车轮采用圆柱形踏面的双轮缘车轮，小车车轮采用圆锥鼓形车轮。

图2.2桥式起重机实物图 起重小车

桥架运行机构（未显示出）

桥架金属结构

8 第3章 主要结构部件设计

3.1 主梁设计计算

主梁断面几何特性根据系列产品资料粗布得出主梁断面尺寸如图3.1示：

l=400yxxl2=255y2y1h1=400H=800σ=5σ=5β=47°x'x'F1h2=280l=105b=122123451-压制成型的U形槽钢；2-加劲隔板；3-斜侧板；4-工字钢；5-补强钢板h1=220σ=10

图3.1 主梁跨中断面图

根据系列产品资料，查得28a普型工字钢（GB706-65） 的尺寸参数：

h= 280mm b=122mm d=8.5mm

t=13.7mm F1=55.45 q=43.4公斤/m

⑴主梁断面面积

Jx=7114cm² Jy=345cm²

F=0.5（l1-2×δ1）+2δ1×h1+2×δ2×l2+F1+δ×l3

=0.5×（40-2×0.5）+2×0.5×40+2×0.5×25.5+55.45+1×10.5

= 151cm²

⑵主梁断面水平形心轴x-x位置