5T單梁橋式起重機鋼結構設計含SW三維及17張CAD圖

5T單梁橋式起重機鋼結構設計含SW三維及17張CAD圖,橋式起重機,鋼結構,設計,sw,三維,17,cad 一、選題依據 1．論文（設計）題目 5T單梁橋式起重機鋼結構設計 2． 研究領域 起重機械設計 3． 論文（設計）工作的理論意義和應用價值 理論意義：橋式起重機是一種廣泛在車間、廠房、倉庫等從事搬運、裝卸物料的一種運輸工具。其鋼結構是主要的受力元件。它是承擔小車重量和外載荷及保持橋架穩(wěn)定的重要構件。由于，起重機的跨度不同、承載的外部載荷的范圍不同等因素的影響，主梁容易發(fā)生下?lián)?。因此需要設計在不同條件下的主梁和端梁，以及緩沖期以滿足特定條件下的起重機的裝卸需要。 應用價值：起重機作為物料搬運、裝卸或用于安裝的機械設備可以減輕或代替人們的體力勞動提高勞動生產率。它被廣泛應用于國民經濟的各個領域之中。在冶金行業(yè)、機械制造工業(yè)、電力工業(yè)、煤炭工業(yè)、交通運輸業(yè)、建筑工業(yè)、建材工業(yè)等國民經濟支柱行業(yè)中起重運輸機械都扮演著重要的角色。隨著時代的發(fā)展制造工廠和裝卸作業(yè)場所開始轉向室內使橋式起重機占據了主導地位。橋式起重機主要應用于大型加工企業(yè)如鋼鐵、冶金和建材等行業(yè)完成生產過程中的起重和吊裝等工作。其中用于生產車間的橋式起重機是起重機的一個主要類型，由于起重機行駛在高空，作業(yè)范圍能掃過整個廠房的建筑面積，具有非常重要的不可替代的作用。因而深受用戶歡迎，得到了極大發(fā)展。 4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢 我國從50年代開始著手研制門吊，由于受各方面條件的限制，與國外同類產品相比，國產軌道吊還存在不少差距，如技術性能、質量水平、作業(yè)效率等相對較低，尤其是海港堆場使用的現代化軌道吊，國內尚屬空白，國內市場均被進口產品所占領。在設計技術上極限應力設計法有很大局限性應加強向塑性應力設計法的理論研究工作。大型起重機設備的可靠性研究還有待進一步完善提高、大車高速運行狀態(tài)下的結構變形問題嚴重。大車高速運行狀態(tài)下的輸配電問題，大車高速運行對整機的輸配電系統(tǒng)提出了較高要求，采用電纜卷筒供電，高速運行時大車與電纜卷筒須有較好的同步性。傳統(tǒng)的磁滯式電纜卷筒不能滿足這一要求，因此需采用由專門控制的電纜卷筒。目前電纜卷筒需從國外進口。大車高速運行狀態(tài)下的電氣控制問題，因為采用了高速行走的大車，兩條軌道上的大車電機運行必須高度同步，否則很容易發(fā)生大車跑偏以至啃 軌的現象。集裝箱橋吊的遠程管理系統(tǒng)通訊系統(tǒng)未解決，遠程控制的電氣控制問題亟待解決。 隨著時代的發(fā)展制造工廠和裝卸作業(yè)場所開始轉向室內使橋式起重機占據了主導地位。橋式起重機主要應用于大型加工企業(yè)如鋼鐵、冶金和建材等行業(yè)完成生產過程中的起重和吊裝等工作。其中用于生產車間的橋式起重機是起重機的一個主要類型，由于起重機行駛在高空，作業(yè)范圍能掃過整個廠房的建筑面積，具有非常重要的不可替代的作用。因而深受用戶歡迎，得到了極大發(fā)展。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題 　 1.箱式結構的主梁的設計計算與校核 　　2.箱式結構的端梁設計計算與校核 　　3.主梁與端梁的法蘭連接焊縫的設計計算、法蘭鏈接螺栓的設計計算。 　　4.主梁和端梁的焊接工藝設計 　　5.運用三維軟件對所設計進行三維建模，并作仿真分析，繪制仿真結果圖。 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （1）5T單梁橋式起重機傳動裝置總體設計 （2）5T單梁橋式起重機主要技術參數 （3）5T單梁橋式起重機主要機構設計 （4）5T單梁橋式起重機結構設計計算 （5） 鋼結構焊接工藝設計 （6） 起重機小車設計 3.本論文（設計）預期取得的成果 設計一個滿足5T承載量的鋼體結構，主要設計計算端梁、橫梁的尺寸，并對其進行校核，對小車的運行結構進行了設計。完善CAD工程圖以及三維圖，使其在實際生產操作中能夠準確穩(wěn)定的完成各項工作，提高生產效率，并成功投入到市場。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； 技術路線： (1)查閱文獻資料，詳細研究橋式起重機起升裝置，了解橋式起重機起升裝置的結構。 (2)根據零件的結構選取橋式起重機主梁和端梁的選擇。 (3)制定緩沖器機構設計方案分析。 (4)利用solidworks等軟件畫出三維立體圖，并進行力學分析。 設計參數： 已知起重機的起重量為Q=5噸，橋架跨度L=16.5m，大車運行速度Vdc=6m/min,電動葫蘆運行速度V=8m/min，起重速度V=12m/min，起重高度為12m,操作方式為地面。橋架采用箱式結構。 2.論文（設計）進度計劃 第1周：了解題目研究的主要內容和技術路線，查閱有關文獻。 第2周：查閱文獻、閱讀文獻 第3周：閱讀文獻并完成外文文獻翻譯 第4周：撰寫文獻綜述并完成開題報告 第5周：單梁橋式起重機鋼結構的總體設計，繪制二維總裝配圖草圖 第6周：.箱式結構的主梁的設計計算與校核 第7周：箱式結構的端梁設計計算與校核 第8周：主梁與端梁的法蘭連接焊縫的設計計算、法蘭鏈接螺栓的設計計算。 第9周：主梁和端梁的焊接工藝設計 第10周：緩沖器的選擇及校核 第11周：修改并完成二維總裝配圖。 第12周：修改并完成二維部件圖及主要零件圖 第13周：繪制主梁和端梁法蘭連接部分的的三維裝配圖，并做仿真分析繪制仿真結果圖。 第14周：撰寫設計說明書 第15周：提交論文、圖紙、查重報告 四、需要閱讀的參考文獻 [1]張質文.起重機設計手冊第二版（上下卷），北京：中國鐵道出版社，2013 [2范利格. 門式起重機金屬結構分析及優(yōu)化設計：鄭州大學，2013 [3]王文浩，王安邦，王舒祎某單梁橋式起重機主梁有限元分析機械工程與自動化2013.(8):16~18 [4]劉玉峰.基于ANSYS的橋式起重機結構力學性能分析及優(yōu)化西安西安建筑科技大學,2012 [5]齊玉紅.基于ANSYS的橋式起重機主梁結構優(yōu)化設計研究[D]河南：鄭州大學，2011 [6]趙超凡.20t龍門起重機箱形主梁力學分析及優(yōu)化設計[D]蘭州：蘭州理工大學，2009 [7] 任遠. 單梁橋式起重機結構分析及優(yōu)化設計[D]山西：太原理工大學,2014 [8] 龔道雄.基于solidworks的橋式起重機參數化設計[D].武漢:武漢理工大學，2009 [9] 張雨.橋式起重機主梁的有限元分析及優(yōu)化設計[D]武漢：武漢工程大學，2014 [10]范勤?董海濤，魏國前.電動單梁橋式起重機整機力學性能研究[J].?機械設計與制，2013（1）:95~97 [11]中國機械工程學會焊接學會編 《焊接手冊第3卷焊接結構》 機械工業(yè)出版社?2016年4月出版 [12]濮良貴，紀名剛主編.機械設計（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006.5 [13]魯欣豫.大型起重機鋼結構焊接制造工藝[D]天津：天津大學，2009 [14]劉鴻文 林建興 曹曼玲 《材料力學》（第五版）高等教育出版 2011年1月出版 [15] Valerii Kushner ? Michael Storchak ,Determining mechanical characteristics of material resistanceto deformation in machining， [J].2014.4 [16] Ken P Chong，Daniel C Davis， ENGINEERING MECHANICS AND MATERIALS RESEARCH IN THE INFORMATION TECHNOLOGY AGE[J].1999.12 [17] P. F. Liu ? L. J. Xing ? Y. L. Liu ? J. Y. Zheng，Strength Analysis and Optimal Design for Main Girder of Double-Trolley Overhead Traveling Crane Using Finite Element Method[J].2013.8 [18] Gang Shi, Fangxin Hu, and Yongjiu Shi, Recent Research Advances of High Strength Steel Structures and Codification of Design Specification in China[J].2014.1 附：文獻綜述或報告 文獻綜述 前言 橋式起重機是一種重要的物料搬運機械。橋式起重機的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設在橋架上的軌道橫向運行，構成一矩形的工作范圍,就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。橋式起重機可分為普通橋式起重機﹑簡易梁橋式起重機和冶金專用橋式起重機3種[1] 。 物料搬運成了人類生產活動的重要組成部分，距今已有五千多年的發(fā)展歷史。隨著生產規(guī)模的擴大，自動化程度的提高，作為物料搬運重要設備的起重機在現代化生產過程中應用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高[1] 。起重機正經歷著一場巨大的變革。大型化和專業(yè)化、模塊化和組合化、輕型化和多元化、自動化和智能化、成套化和系統(tǒng)化以及新型化和實用化是這場變革得主題[1] 。 經過幾十年的發(fā)展，我國橋式起重機行業(yè)已經形成了一定的規(guī)模，市場競爭也越發(fā)激烈。橋式起重機行業(yè)在國內需求旺盛和出口快速增長的帶動下，依然保持高速發(fā)展，產品幾近供不應求[4]。盡管我國起重機行業(yè)發(fā)展迅速，但是國內起重機仍缺乏競爭力。從技術實力看，與歐美日等發(fā)達地區(qū)相比，中國的技術實力還有一定差距。目前，過內大型起重機尚不具備大量生產能力。從產品結構看，由于技術能力所限，中國起重機在產品結構上也不完善，難以同國外匹敵[5]。 隨生產規(guī)模的擴大及自動化程度的提高，橋式起重機應用越來越廣泛，所起的作用也愈來愈大，這樣對橋式起重機的要求也越來越高，安全、可靠、經濟。而目前CAD技術在起重機行業(yè)應用水平參差不齊，很多企業(yè)CAD技術的應用僅僅停留在繪圖層面上，力學性能分析還是手工計算，費時費力。面對橋式起重機輕型化智能化發(fā)展大趨勢，橋式起重機設計必須改變傳統(tǒng)的設計模式[4]。 1、橋式起重機分類 1.通用橋式起重機 1）抓斗橋式起重機 抓斗橋式起重機的裝置為抓斗，以鋼絲繩分別聯(lián)系抓斗起升、起升機構、開閉機構。主要用于散貨、廢舊鋼鐵、木材等的裝卸、吊運作業(yè)。這種起重機除了起升閉合機構以外，其結構部件等與通用吊鉤橋式起重機相同。 2）電磁橋式起重機 電磁橋式起重機的基本構造與吊鉤橋式起重機相同，不同的是吊鉤上掛1個直流起重電磁鐵(又稱為電磁吸盤)，用來吊運具有導磁性的黑色金屬及其制品。通常是經過設在橋架走臺上電動發(fā)電機組或裝在司機室內的可控硅直流箱將交流電源變?yōu)橹绷麟娫?，然后再通過設在小車架上的專用電纜卷筒，將直流電源用撓性電纜送到起重電磁鐵上。 3）通用吊鉤橋式起重機 通用吊鉤橋式起重機由金屬結構、大車運行機構、小車運行機構、起升機構、電氣控制系統(tǒng)及司機室組成。取物裝置為吊鉤。額定起重量為10t以下的多為1個起升機構；16t以上的則多為主、副兩個起升機構。這類起重機能在多種作業(yè)環(huán)境中裝卸和搬運物料及設備。 4）兩用橋式起重機 兩用橋式起重機有3種類型：抓斗吊鉤橋式起重機、電磁吊鉤橋式起重機和抓斗電磁橋式起重機。其特點是在一臺小車上設有兩套各處獨立的起升機構，一套為抓斗用，一套為吊鉤用(或一套為電磁吸盤用一套為吊鉤用，或一套為抓斗用一套為電磁吸盤用)。 5）三用橋式起重機 三用橋式起重機是一種多用的起重機。其基本構造與電磁橋式起重機相同。根據需要可以用吊鉤吊運重物，也可以在吊鉤上掛一個馬達抓斗裝卸物料，還可以把抓斗卸下來再掛上電磁盤吊運黑色金屬，故稱為三用橋式(可換)起重機。這種起重機適用于經常變換取物裝置的物料場所。 6）雙小車橋式起重機 這種起重機與吊鉤橋式起重機基本相同，只是橋架上裝有兩臺起重量相同的小車。這種機型用于吊運與裝卸長形物件。 2.電動葫蘆型橋式起重機 其特點是橋式起重機的起重小車用自行式電動葫蘆代替，或者用固定式電動葫蘆作起重小車的起升機構，小車運行、大車運行等機構的傳動裝置也盡量與電動葫蘆部件通用化。因此，與上述通用橋式起重機相比，電動葫蘆型橋式起重機雖然一般起重量較小、工作速度較慢、工作級別較低，但其自重輕、能耗較小、易采用標準產品電動葫蘆配套，對廠房建筑壓力負載較小，建筑和使用經濟性都較好。因此在中小起重量范圍的一般使用場合使用越來越廣泛，甚至有替代某些通用橋式起重機的趨勢。 1）電動梁式起重機 其特點是用自行式電動葫蘆替代通用橋式起重機的起重小車，用電動葫蘆的運行小車在單根主梁的工字鋼下翼緣上運行?？缍刃r直接用工字鋼作主梁，跨度大時可在主梁工字鋼的上面再作水平加強，形成組合斷面主梁。其主梁可以是單根主梁(電動單梁式起重機)，也可以是兩根主梁(電動雙梁式起重機)，其橋架可以是像通用橋式起重機那樣通過運行裝置直接支撐在高架軌道上，也可以通過運行裝置懸掛在房頂下面的架空軌道上(懸掛式)[10]。 2）電動葫蘆橋式起重機 其特點是固定式電動葫蘆裝在小車上作起升機構，小車運采用行機構也多采用電動葫蘆零部件作成簡單的構造形式，小車也極為簡便輕巧，其整體高度小，小車及橋架自重輕、重心低、有很廣泛的使用適應性[10]。 箱形雙梁橋式起重機是由一個有兩根箱形主梁和兩根橫向端梁構成的雙梁橋架,在橋架上運行起重小車,可起吊和水平搬運各類物體, 它適用于機械加工和裝配車間料場等場合。橋架的結構主要有箱形結構，空腹桁架式結構，偏軌空腹箱形結構及箱形單主梁結構等，5-80 噸中小起重量系列起重機一般采用箱形結構，且為保證起重機穩(wěn)定，選擇箱形雙梁結構作為橋架結構。為了操縱和維護的需要，在傳動側走臺的下面裝有司機室。司機室有敞開式和封閉式兩種，一般工作環(huán)境的室內采用敞開式的司機室，在露天或高溫等惡劣環(huán)境中使用封閉式的司機室。箱形雙梁橋架具有加工零件少，工藝性好，通用性好等優(yōu)點。橋架結構應根據其工作類型和使用環(huán)境溫度等條件，按照有關規(guī)定來選用鋼材。 橋式起重機一般由裝有大車運行機構的橋架、裝有起升機構和小車運行機構的起重小車、電氣設備、司機室等幾個大部分組成。外形像一個兩端支撐在平行的兩條架空軌道上平移運行的單跨平板橋。起升機構用來垂直升降物品，起重小車用來帶著載荷作橫向運動；橋架和大車運行機構用來將起重小車和物品作縱向移動，以達到在跨度內和規(guī)定高度內組成三維空間里作搬運和裝卸貨物用[6]。 橋式起重機是使用最廣泛、擁有量最大的一種軌道運行式起重機，其額定起重量從幾噸到幾百噸。最基本形式是通用吊鉤橋式起重機，其他形式的橋式起重機基本上都是在通用吊鉤橋式的基礎上派生發(fā)展出來的。 2.起重機的工作原理 起重機(Crane)屬于起重機械的一種，是一種作循環(huán)、間歇運動的機械。一個工作循環(huán)包括：取物裝置從取物地把物品提起，然后水平移動到指定地點降下物品，接著進行反向運動，使取物裝置返回原位，以便進行下一次循環(huán)。 門式起重機整體運行在一定長度的軌道上，由操縱室控制，由大車運行機構執(zhí)行，可控制起重機整體的橫向前后移動。 小車是運行在橫梁上的，由操縱室控制，可以實現小車在主梁上的縱向移動。 在主梁的小車上，電動機通過聯(lián)軸節(jié)與減速器的高速軸相連。機構工作時，減速器的低速軸帶動卷筒，將鋼絲繩卷入或放出，經過滑輪系統(tǒng)，使吊鉤實現上升或下降。機構停止工作時，制動器使吊鉤連同貨物懸吊在空中，吊鉤的升降靠電動機改變轉向來達到[11]。 3.起重機的主要結構 起重機主要包括起升機構、運行機構、金屬機構等，起升機構包括電動機、制動器、減速器、卷筒和滑輪組。電動機通過減速器，帶動卷筒轉動，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。小車架是支托和安裝起升機構和小車運行機構等部件的機架，通常為焊接結構[1]。 運行機構一般是由電動機、減速器、制動器、車輪、聯(lián)軸器等組成[1]。 起重機運行機構的驅動方式可分為兩大類：一類為集中驅動，即用一臺電動機帶動長傳動軸驅動兩邊的主動車輪；另一類為分別驅動、即兩邊的主動車輪各用一臺電動機驅動。中、小型 橋式起重機較多采用制動器、減速器和電動機組合成一體的“三 合一”驅動方式，大起重量的普通龍門起重機為便于安裝和調整，驅動裝置常采用萬向聯(lián)軸器。 4.國外起重機的特點和發(fā)展趨勢 （1）重點產品大型化，高速化和專用化。 由于工業(yè)生產規(guī)模不斷擴大，生產效率日益提高，以及產品生產過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長，起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。目前世界上最大的履帶起重機起重量 3000t ，最大的橋式起重機1200t，集裝箱岸連裝卸橋小車的最大運行速度已達350m/min，堆垛起重機級最大運行速度 240m/min，垃圾處理用起重機的起升速度達100m/min[17]。 （2）系列產品模塊化、組合化和標準化 用模塊化設計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設計方法，將起重機上功能基本相同的構件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標準模塊，通過不同模塊的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機[8] 。 （3）通用產品小型化、輕型化和多樣化 有相當批量的起重機是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結構，減小自重和輪壓，也可命名整個建筑物高度下降，建筑結構輕型化，降低造價[13]。 （4）產品性能自動化、智能化和數字化 起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術和電子技術相結合，將先進的計算機技術、微電子技術、電力電子技術、光纜技術、液壓技術、模糊控制技術應用到機械的驅動和控制系統(tǒng)，實現起重機的自動化和智能化。大型高效起重機新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數字化控制系統(tǒng)。 （5）產品組合成套化、集成化和柔性化 在起重機單機自動化的基礎上，通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，與生產設備有機結合，與生產系統(tǒng)協(xié)調配合。 （6）產品構造新型化、美觀化和實用化 結構方面采用薄壁型材和異形鋼、減少結構的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種啟強度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力條件，減輕自重和增加外形美觀[13]。 目前，橋式起重機被廣泛應用于國民經濟建設的各個領域，產品已經 形成多個系列，設計生產技術不斷增強，發(fā)展前景廣闊。從國內看，激烈的市場競爭條件下，降低成本，快速響應用戶需求的產品設計技術對于提高企業(yè)效益和增強 企業(yè)市場競爭力有重要的意義，然而目前機械設計領域的主流設計手段還停留在以AutoCAD為代表的二維圖形數字化軟件設計階段，工作量大、重復性工作多，設計過程不直觀、設計中的錯誤也不容易發(fā)現[8] 。 5.存在問題 我國從50年代開始著手研制門吊，由于受各方面條件的限制，與國外同類產品相比，國產軌道吊還存在不少差距，如技術性能、質量水平、作業(yè)效率等相對較低，尤其是海港堆場使用的現代化軌道吊，國內尚屬空白，國內市場均被進口產品所占領。在設計技術上極限應力設計法有很大局限性應加強向塑性應力設計法的理論研究工作。大型起重機設備的可靠性研究還有待進一步完善提高、大車高速運行狀態(tài)下的結構變形問題嚴重。大車高速運行狀態(tài)下的輸配電問題，大車高速運行對整機的輸配電系統(tǒng)提出了較高要求，采用電纜卷筒供電，高速運行時大車與電纜卷筒須有較好的同步性。傳統(tǒng)的磁滯式電纜卷筒不能滿足這一要求，因此需采用由專門控制的電纜卷筒。目前電纜卷筒需從國外進口。大車高速運行狀態(tài)下的電氣控制問題，因為采用了高速行走的大車，兩條軌道上的大車電機運行必須高度同步，否則很容易發(fā)生大車跑偏以至啃 軌的現象。集裝箱橋吊的遠程管理系統(tǒng)通訊系統(tǒng)未解決，遠程控制的電氣控制問題亟待解決。 總結 隨著科學的進步和工業(yè)發(fā)展的需要，現代起重機械發(fā)展迅速，人們已制造出種類繁多的起重機械和設備，在國民經濟各個部門起著重要作用。實踐證明：在某些關鍵崗位上增加一兩臺起重設備，勞動生存率就會成倍的增長，世界個工業(yè)發(fā)達國家十分重視物料吊裝搬運系統(tǒng)的投資，生產規(guī)模越大，物料吊裝搬運的重要性就月顯著，良好的物料吊裝搬運系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮生產能力，同時也能保證生產的安全[14]。 11