Abstract:T h e g r a d u a t i o n p r o j e c t i s a b r i d g e c r a n e f o r t h e g r a d u a t i o n
f i e l d w o r k d o n e b y the tonnage level specific to the design. As China's manufacturin
g industry, more and more applications crane to
which industrial production. Carry a heavy load in the f a c t o r y,m a c h i n e p a r t s u p a n d d o w n,t h e w o r k o f l i f t i n g p a r t s o f s h i p m e n t,a s s e m b l y line work should be fixed on the crane is used. The largest number of species of cranes, both in the size of the factory into the application is small tonnage cranes, bridge cranes small tonnage of lightweight parts for a wide range of lifting, in China's machinery industry plays a very important position. However, our current application, o r c o p y l a r g e c r a n e b e h i n d t h e t e c h n o l o g y p r o d u c e d a b r o a d, a n d h a s b e e n a p p l i e d i n t h e f a c t o r y f o r m a n y y e a r s, a n d s a m e70t o80y e a r s o f p r o d u c t s,b o t h i n q u a l i t y o r functionality are not growing to meet the industrial demand. How to design it the lowest cost, rationalize the layout, function modernization is the subject of our study. This d e s i g n i s f o r s m a l l t o n n a g e b r i d g e c r a n e d e s i g n,t h e m a i n d e s i g n elements are 16/3.2t crane structure and operation of institutions, including the bridge structure, calculation and checking the layout, the main beam structure calculation and c h e c k i n g,e n d b e a m s c a l c u l a t i o n a n d c h e c k i n g,t h e m a i n e n d b e a m c o n n e c t a n d r u n the cart and checking body parts of choice.
Key words：Crane；The moving mainframe；Bridge；Main beam and end beam；Small tonnage
目录
错误！未指定书签。一概述 (1)
1.单梁桥式起重机的工作方式 (1)
2.单梁桥式起重机的机构特点 (1)
3.桁架梁和箱的比较 (1)
4.LD型电动单梁桥式起重机各部件作用 (1)
5.运行机构 (3)
6.发展趋势 (4)
7.工作条件及设计要求 (4)
8.型式及设计的构造特点 (5)
二选择电动葫芦的型号规格 (6)
三主梁设计计算 (6)
1.主梁断面几何特性 (6)
2.主梁强度的计算 (7)
3.主梁刚度的计算 (10)
4.主梁稳定性的计算 (12)
四端梁设计计算 (12)
1.轮距的确定 (12)
2.端梁中央断面集合特点 (13)
3.起重机最大轮压 (14)
4.最大歪斜侧向力 (19)
5.断面中央断面合成压力 (20)
五主、端梁连接计算 (20)
1.主、端梁连接形成及受理分析 (20)
2.螺栓拉力的计算 (20)
六大车运行机构设计计算 (23)
1.确定机构的传动方案 (23)
2.选择车轮和轨道，并验算车轮强度 (23)
3.传动装置设计计算 (24)
4.验算电动机 (25)
5.设计减速装置 (27)
七起重机有关机构的安全装置 (29)
八起重机的组装及试车要求 (29)
1.起重机的安装应注意的事项 (29)
2.起重机的试车要求 (30)
九设计小结 (31)
十参考文献 (33)
一、概述
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、单梁桥式起重机的工作方式：
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。
2、单梁桥式起重机机构的特点：
主要有点是：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。
3、桁架梁河箱形梁的比较
桁架自重和挡风面积小、风阻力小、节省钢材；缺点是外形尺寸大，要求厂房建筑高度大，而且桥梁是由很多根不同型号和规格的杆件逐件焊接而成，费工、费钱。
箱型梁的优点：外形尺寸小，用整块钢板焊成，便于下料和采用自动焊接，适合大批量生产；缺点是自重较大。
4、LD型电动单梁桥式起重机各部件的作用（位结构）
①主梁
主梁是采用钢板压延成型的U型槽钢与工字钢组焊而成的箱型实腹梁。作用是支承着可移动的小车，并能沿铺设的专用轨道运行，将起重机的全部质量的重力传给厂房建筑结构。
②端梁
由两种形式：一种是压制成形，在焊接车门那个箱形结构，适用于做中、小起重机吊钩桥式起重机的端梁；另一种是四块钢板拼成的箱形结构，通常配制带角形轴承箱的车轮组，但焊接工作量大，生产效率低于前种（本产品采用前一种）。
③主梁和端梁的联接
两种形式：一种是在主梁的两端，用法兰和高度的螺栓与端梁的法兰相连接。这种方式的优点是：主、端梁可以分批生产再组装，加工及库存的占地面积小、输送方便、费用较低。另一种形式是加连接板再焊接的方法联接。优点是：制造简单、装拆方便、成本低，是我国中、小起重机吊钩桥式起重机端梁和主梁的主要连接形式。
④电动葫芦
它是一种由电机驱动，经卷筒、滑轮或有巢链轮卷方起重机或起重链条，带动取物装置升降的轻小型起重设备。它具有体积小、重量轻、操作维修方便、价格低、安全可靠等特点，主要应用于起重量及工作范围要求不大或对工作速度要求不高的场合。将上部固定，可将起重设备单独使用或是通过小车悬挂在工字钢轨上运行，作电动单梁桥式起重机、龙门起重机、臂架型起重机的起重小车，使用作业面积扩大，使用场合增多，由于如此灵活，可作工厂、码头、仓库、货场等常用的起重设备。电动葫芦的简述其，有渐开线外啮合齿轮传动和行星齿轮传动两类，但前者具有制造简单、维修方便、效率高等特点。
⑤大车
使起重机作水平运动，用于搬运货物或调整工作位置，同时可将作用在起重机上的载荷传给支承它的基础。
⑥小车架
是支承和安装起升机构（电动葫芦）和小车运行机构的几家，同时又是之家和传递起升载荷的金属结构。
⑦小车
是小车作水平运动，用以搬运货物或调整工作位置，同时将作用在小车上的载荷传给支承的主梁。
⑧操纵室
用于司机操纵作起重机的运行工作，操作室的构造与位置安装，应保证使司机有良好的视野。其结构分为敞开式与封闭是两种，桥式起重机的操作室应安装在无滑线一侧的桥架上。
5、运行机构
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。
6、发展趋势
新的发展是动态刚度计算，测试它的挠性变形，节省材料，整个结构小，计算机控制吊车，摄像机摄像，计算机处理，用于恶劣的环境的场合，载荷限制器是限制起重机起吊极限载荷的一种安全装置。称量装置是用来像是起重机吊物品具体重量的装置。
①从桥架上讲有正轨箱形梁和斜轨箱形梁两种。
②从传动机构上讲，老式的传动机构是采用齿轮连接，新式的传动机构采用的是梅花弹性联轴器，直接与车轮联接，中间加个方向联轴节。
③从导出方式讲，最早是排好架子，后期改为挂缆，直接有厂家生产出挂极式，导电部分不外漏。
④吊车比较好的操纵方式：如遥控吊车，人可以无线操纵起升高度过高，可直接地面操纵。LD型吊车遥控发展得较早。
⑤自动取物装置采用计算机控制，传感器控制。
⑥设计采用ZAD缩短设计周期。
7、工作条件及设计主要技术参数
本设计的相关参数如下表1
表1
8、型式及设计的构造特点
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与工字钢组焊成的箱形实腹梁。横梁也是用钢板组焊成箱形封闭箱，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下图所示：
二、选择电动葫芦的规格型号
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10t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。据资料查得，电动葫芦型号D
10
-,自重为1076kg。
CD9
1
结果：选用D
-
10
CD9
1
三、主梁设计计算
1、主梁断面几何特性
根据系列产品资料，粗布给出主梁的断面尺寸如图示：
主梁跨中断面
图
根据系列产品资料，查得30a 普型工字钢（GB706-65） 的尺寸参数：
h= 300mm b=126mm d=9.0mm
t=14.4mm F 1=61.254 q=48.084公斤/m Jx=8950cm 2 Jy=597cm 2
①主梁断面面积
Jx=8950cm 2 Jy=597cm 2
F=0.6×48.0+2×54.4×0.6+21.493×2×0.6+F1+11×1.6=177.83
②主梁断面水平形心轴''x x -位置
y 1= 1
1x 1F y
F ?∑∑
式中：∑F 1—主梁面的面积（cm 2）.
∑F 1 y 1x -各部分面积对x-x 轴的距离（cm ）
y 1x -各部分面积形心至x-x 轴的距离(cm)
则
()91
.5483.1778.0116.1254.61156.0493.212922.7226.04.547.996.0481=÷??+?+???+???+??=y
y 2 =45.09cm
结果：F=177.83cm 2
y 1=54.91cm y 2 =45.09cm
③主梁断面惯性矩
Jx=ΣJ xi +ΣF i y 1 2
I X = 121×44×0.63+40×0.5×41.452+12
1×0.5×403×2+2×54.4×0.5×21.452+2×3
270.5?×（1.22+16.32+1.2×16.3）+7480+61×24.32
Jy=ΣJ yi +ΣF i y 1 2
=(0.5×39 3) ÷12+2×40×0.53÷12+2×0.5×40×19.752+2×0.5×19
3÷12sin47°+2×0.5×25.5×102+345+1×10.53÷12=21849 4cm
结果：Jx =1115454cm Jy=21849 4cm
2、主梁强度计算
根据此种梁的结构特点,主梁强度计算按第Ⅱ类载荷进行组合。
如下图所示
:
1) 垂直载荷在下翼缘引起的弯曲正应力
??
????++=8242111qL l G PL I y x z ??σ司司 式中 P ——电动葫芦在额定起重量下的总轮压，N
葫G Q P 12??+=
Q ——起重量 N ， Q =10t=100000N ；
葫G ——电动葫芦自重，N ， 葫G =10760N ；
2?——动力系数，按第二类载荷组合取2?=1.2；
1?——冲击系数， 取1?=1.1；
z σ——主梁整体弯曲应力，2/mm N ；
1y ——主梁下表面距截面形心轴x x -的距离，1y =549.1mm ；
x I ——梁跨中截面对x x -轴的惯性距，4mm ；
司G ——司机室重量，N ，本车无司机室，司G =0；
司l ——司机室重心至支承的距离，mm ；
L ——梁的跨度，mm ； L=12600mm
q-桥架单位长度重量（公斤／米）
q= 1000×F ×γ+q ′
=1000×0.01778×7.85+7.5=147kg ／m
其中： F-主梁断面面积 F=0.01778 m 2
γ-材料比重，对钢板 γ=7.85t ／m 2
q ′-材料横加筋板的重量所产生的均布载荷 q ′=7.5 t ／m
故：()??
????+++=824211121qL l G L G Q I y x z ????σ司司葫
()??
??????++??+?=81260076.11.10412600107601.11000002.11115451.5492 MPa MPa mm N 160][8.112/8.1122=<==δ
满足设计要求
②主梁工字钢下翼局部弯曲计算
2) 主梁工字钢下翼缘局部弯曲应力计算
工字钢采用30a 工字钢，轮压作用点i 及轮压作用点位置比值
ξ
i=a+c-e
a =(b-d)/2
=(12.6-0.9)/2=5.85cm
c =0.4 cm 图6
e =0.164R=2.739cm
i =3.51cm
ξ=i/a =0.60
（1）工字钢根部点1由下翼缘在xoz 平面内及zoy 平面内弯曲
引起的应力分别为
2112t P K x ?-=σ， 2212t
P K z ?-=σ （2）作用在点2下表面由翼缘在xoz 平面内及zoy 平面内弯曲
引起的应力分别为
2322t P K x ?=σ， 2422t
P K z ?=σ （3）靠近自由端的点3由翼缘在zoy 平面内弯曲引起的应力为
2532t
P K z ?
=σ 式中， 1K 、2K 、3K 、4K 、5K ——由轮压作用点位置比值ξ决定的系数
（图4-3-7）*起重机设计手册.中国铁道出版社2001版第599页，下
同*
P ——电动葫芦一个车轮的最大轮压，N ；取
P = 26850 N
t ——距边缘4
处的翼缘厚度，mm ； t=29.25mm
由图4-3-7 查得
由图4-3-7 查得
1K =0.55、2K =0.1、3K =0.3、4K =0.78、5K =0.61
故 2
112t P K x ?-=σ 2
2013750255.0??-= 81.37-=
2212t
P K z ?-=σ 2
201375021.0??-= 875.6-=
2322t
P K x ?=σ 2
201375023.0??= 625.20=
2422t
P K z ?=σ 220
13750278.0??= 625.53=
253t
K z ?=σ 2
2013750261.0??= 938.41=
1) 合成应力计算
（1）工字钢下翼缘上表面点1的合成应力为 ()()z z x z
z x σσσσσσσ+-++=∑1121211 ()()93875.681.3793875.681.3722+-?++-+=
1.8681.3774136.1429?++=
22/160][)/(11012098mm N mm N =<==σ
（2）工字钢下翼缘下表面点2的合成应力为 ()()z z x z
z x σσσσσσσ+-++=∑2222222 ()()93625.53625.2093625.53625.202
2+?-++= 6.146625.2021491425?-+=
22/160][)/(13718892mm N mm N =<==σ
（3）工字钢下翼缘靠近自由端的点3的合成应力为
z z σσσ+=∑33
93938.41+=
22/1441609.0][9.0)/(9.134mm N mm N =?=<=σ
式中 z σ——主梁整体弯曲应力；
0.9——考虑工字钢下翼缘因磨损而减弱的系数。
满足设计要求
由于主梁高宽比为2.22，小于3，所以不必进行稳定性计算。
3、刚度计算
主梁垂直静刚度计算
fc=PL3/48EJ x
P=10000+1098=11098(kg)
fc=11098×13523÷(48×2.06×106×222414.8)
=1.25cm≤[fc]=L/750=12600/750=1.68 (cm)
满足设计要求
结论：该结构满足设计要求。
③动刚度计算
在垂直方向的自振周期：
T=2π[T] ＝0.3s
式中：T-自振周期（秒）
M-起重机和葫芦的换重量M=1
g
(0.5ql k+G)
其中：g-重力加速度 g=980cm/s2
L-跨度 L=12600cm
q-主梁均布载荷 q=1.26公斤/厘米 G-电动葫芦的重量 G=1076公斤
所以：M=
1
980
(0.5×1.26×1100＋500)=1.21公斤·秒2／厘米
T＜[T]=0.3s
四、端梁设计计算：
本产品的端梁结构采用钢板组焊成箱形端梁，见下图，端梁通过车轮将主梁
支承在轨道上，端梁同车轮的联接形成是将车轮通过心轴安装在端梁的腹板上。
1、轮距的确定
k L =15～17
即k=(15～17)L =(15～17) ×12.6 =2.52～1.8m
取k=2.0m
2、端梁中央断面几何特性
①断面总面积
参数见中央断面图，则：
F=25×0.6+2×39.4×0.6+20.8×1×0.6=74.76cm ②形心位置
(相对于z ′-z ′)则：
y1=5.
20
2.1
6.0
8.
20
4.
19
6.0
4.
39
2
7.
39
6.0
25=
?
?
+
?
?
?
+
?
?
所以：y2=40-20.45=19.5
(相对于y′-y′)则：
z1=(40×0.6×25.75+40×0.6×1.25+33.5×1×0.6+2×24×0.5×
13.5)÷74.76
=7.5cm
所以：z2=24-z1=16.5cm
③断面惯性矩
由平行移动轴公式：Iz1=Iz+a2， Iz=
3 bh
12
知
Jx=15444.484
cm，Jy=12048.384
cm
④断面模数
Wx=Jx/y1=862.82
9.
17
48
.
15444=
÷
Wy=Jy/Z2=48
.
700
2.
17
38
.
12048=
÷
3、起重机最大轮压
一般的单梁桥式起重机是由四个车轮支承的，起重载荷通过这些支承点传到轨道道上。
绝大多数起重机具有四个支承点，起重机的载荷通过这些支承点传到基础上。
单梁桥式起重机的支反力（轮压）可以按柔性支承架来计算。
①起重机支承反力图
起重机支座及作用，起重机支座反力作用见下图：
按第Ⅱ类载荷计算，由图可见，对于地面操纵，当载荷G 载=（Gn+G ），移到左端极限位置时，最大轮压将发生在A 轮上，即最大轮压为，N A 当载荷移到右端极限
位置时，最大轮压将发生在B 轮上，即最大轮压为N B
地面操纵，载荷移到左端时的N A 及N B
N A 、N B 为载荷移到左端极限位置时，驱动轮轮压（为验算驱传动齿轮用）。
(
)驱轮主横
G K G K G K s
q K S li G K Gn N A ∏+∏+∏+??∏+??? ??+∏+∏=24214?
()驱
轮主横
G K G K G
K s q K S li G K Gn N B ∏+∏+∏+??∏+??? ??+∏+∏=24214?
上式中：冲击系数 k Ⅱ=1，ψⅡ=1.2（动力系数）
G 横—横梁重（kg ）
G 轮主—主动车轮装置重（kg ）
G 驱—驱动装置重（kg ），近似以为G 驱完全由主动车轮承受。
S —跨度（cm ）。
L i —跨中至载荷的极限位置之距离（cm ）。
q —主梁单位长度重（kg/cm ）
Gn —起重量(kg)。
G —葫芦重(kg)近似认为栽荷与葫芦重心一致
所以，电动单梁桥式爱中级对操纵室操作满载时，它的最大轮压是当载荷移
到左端极限位置时的从动轮D 上，即：N D 为最大轮压N max =3891公斤=38910N.N min 为最小轮压，出现在当起重机空载时，电动葫芦移到左侧时B 轮上的轮压，即N min =N B 空=573公斤=5730N
4、最大歪斜侧向力
起重机运行时，由于各种原因会出现跑偏、歪斜现象。此时，车轮轮缘与轨道侧面的接触，并产生运行方向垂直的侧向力
s.
由上图所示：当载荷移到左端极限位置时，操纵室操纵时最大轮压为N D =3891公斤，并认为N A ≈N D,这时的最大歪斜侧向力为：
S D =λ·N
式中：N-最大轮压 ,N=3891公斤 λ-测压系数
对于轮距k 同跨度l 的比例关系在
1k =15～17之间，可取λ≈0.1
所以：S D =0.1×3891=389.1公斤
5、端梁中央断面合成应力
k —轮距(cm)
S 1—歪斜侧向力(kg)
N —轮压(kg)
Wz;Wy 断面模数(cm 2)
[σ]—许用应力2
cm kg
横梁实际受力较复杂，通常只计算垂直载荷和歪斜侧向力其许用应力[σ]应降低10-12%，对于Q 235材料取许用应力Mpa 160=σ