100T双梁桥式起重机设计说明书
摘要
起重机的出现大大提高了人们的劳动效率，以前需要许多人花长时间才能搬动的大型物件现在用起重机就能轻易达到效果，尤其是在小范围的搬动过程中起重机的作用是相当明显的。在工厂的厂房内搬运大型零件或重型装置桥式起重是不可获缺的。
桥式起重机小车主要包括起升机构、小车架、小车运行机构、吊具等部分。其中的小车运行机构主要由减速器、主动轮组、从动轮组、传动轴和一些连接件组成。
此次设计的桥式起重机是水电站桥式起重机，安装于丰满水电站扩建工程厂房内，用于水轮发电机组及其附属设备的安装和检修工作。水电站内设备一般都是大中型设备，对桥式起重机的载荷要求较高，所以对减速器性能要求较高。
关键词：桥式起重机；小车运行机构；减速器
Design of the bridge type hoist crane Car movement
organization
ABSTRACT
The invention of crane has greatly increased people’s work efficiency .People can use crane to handle with huge articles ,which used to be taken a long time to
do,especially in a small area .The bridge type hoist crane is required to handle with huge accessory or huge device.
The bridge type hoist crane car consists of promoted organization,the car frame，the car movement organization,hoisting mechanisms and so on.Its operation structure is composed of reducer,the driving wheel group,the driven wheel group,the transmission shaft and some connect fitting.The core of this structure is the design of the reducer.
This bridge type hoist crane is be used to the hydroelectric power station.It is installed in the expanded workshop of Fengman water and electricity station.It is used to installing,examining and repairing the water-turbine generator set and its accessorial equipments.the equipments in the water and electricity station are large or
medium-size.These equipments have a high request on the load of bridge type hoist crane,so they also have a high request on the capability of the reducer.
Key words: bridge type hoist ,the reducer
摘要............................................................................................................................. I ABSTRACT .................................................................................................................. II 1 起重机小车设计.. (1)
1.1 小车主起升机构计算 (6)
1.1.1 确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组 (6)
1.1.2 选择钢丝绳 (6)
1.1.3 确定滑轮主要尺寸 (7)
1.1.4 确定卷筒尺寸，并验算强度 (7)
1.1.5 选电动机 (9)
1.1.6 验算电动机发热条件 (10)
1.1.7 选择减速器 (10)
1.1.8 验算起升速度和实际所需功率 (10)
1.1.9 校核减速器输出轴强度 (11)
1.1.10 选择制动器 (12)
1.1.11 选择联轴器 (12)
1.1.12 验算启动时间 (13)
1.1.13 验算制动时间 (13)
1.1.14 高速浮动轴 (14)
1.2.1 确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组 (16)
1.2.2 选择钢丝绳 (16)
1.2.4 确定卷筒尺寸，并验算强度 (17)
1.2.5 选电动机 (19)
1.2.6 验算电动机发热条件 (19)
1.2.7 选择减速器 (19)
1.2.8 校核减速器输出轴强度 (20)
1.2.9 选择制动器 (21)
1.2.10 选择联轴器 (21)
1.2.11 验算起动时间 (22)
1.2.12 验算制动时间 (22)
1.2.13 高速浮动轴 (22)
1.3.1 确定小车传动方案 (25)
1.3.2 选择车轮及轨道并验算其强度 (25)
1.3.3 运行阻力的计算 (26)
1.3.4 选电动机 (27)
1.3.5 验算电动机发热条件 (27)
1.3.6 选择减速器 (28)
1.3.7 验算运行速度和实际所需功率 (28)
1.3.8 验算起动时间 (28)
1.3.9 按起动工况校核减速器功率 (29)
1.3.10 验算起动不打滑条件 (29)
1.3.11 选择制动器 (30)
1.3.12 选择高速轴联轴器及制动轮 (31)
1.3.13 选择低速轴联轴器 (32)
1.3.14 验算低速浮动轴强度 (32)
2 起重机大车设计 (29)
2.1 起重机打车运行机构计算 (34)
2.1.1 确定传动机构方案 (34)
2.1.2 选择车轮与轨道，并验算其强度 (34)
2.1.3 运行阻力的计算 (36)
2.1.4 选择电动机 (36)
2.1.5 验算电动机发热条件 (37)
2.1.6 选择减速器 (37)
2.1.7 验算运行速度 (37)
2.1.8 验算启动时间 (38)
2.1.9 按起动工况校核减速器功率 (38)
2.1.10 验算起动不打滑条件 (39)
2.1.12 选择联轴器 (40)
2.1.13 验算低速浮动轴强度 (41)
3 起重机结构设计 (36)
3.1 基本参数和已知条件 (43)
3.2 材料选择及许用应力 (43)
3.3 总体尺寸设计 (43)
3.3.1 桥架尺寸的确定 (43)
3.3.2 端梁尺寸 (44)
3.3.3 主、端梁的连接 (44)
3.4 主梁截面性质计算 (45)
3.5 端梁截面性质计算 (47)
3.6 载荷 (48)
3.7 主梁计算 (51)
3.8 主梁疲劳强度校核 (58)
3.9 刚度校核 (61)
3.10 稳定性校核 (63)
参考文献 (66)
1 起重机小车设计
1.1 小车主起升机构计算
1.1.1 确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组
按照布置宜紧凑的原则，决定采用如下图1-1的方案。按Q=100t ，查表4-2（起重机设计手册）取滑轮组倍率i h =6，承载绳分支数：Z=2i h =12
图1-1
查表3-4-11（起重机设计手册）选双钩锻造式吊钩组，得其质量：G 。=4000kg ，两端滑轮间距A=131mm 。 1.1.2 选择钢丝绳
若滑轮组采用滚动轴承，当i h =6，查表2-1（起重机运输机械）得滑轮组效率ηh =0.96。
钢丝绳所受最大拉力： S max =
η
h i G Q 20+=96.0*6*24000
100000+=9027.8kg=90.28KN
查表2-4（起重运输机械）,重级工作类型(工作级别M 7)时,安全系数n=6。
钢丝绳计算破断拉力S b ： S b =n ×S max =6×90.28=541.7KN
查表3-1-6选用纤维芯钢丝绳6×19W+FC ，钢丝公称抗拉强度1850MP a ，光面钢丝，左右互捻，直径d=28mm ，钢丝绳最小破断拉力[S b ]=546KN ，标记如下：
钢丝绳 28NAT6×19W+FC1850ZS233.6GB8918-88 1.1.3 确定滑轮主要尺寸
滑轮的许用最小直径：D ≥()1-e d =()13028-=812mm
式中系数e=30由表2-4（起重运输机械）查得。由附表2选用滑轮直径D=900mm ，滑轮的绳槽部分尺寸可由[1]附表3查得。由附表4选用钢丝绳d=28mm ，D=900mm ，滑轮轴直径D 5=150mm 的E 1型滑轮，其标记为：滑轮E 128×900-150 ZB J80 006.8-87
1.1.4 确定卷筒尺寸，并验算强度
卷筒直径：D ≥()1-e d =28)130(-=812mm
由附表13选用D=900mm ，卷筒绳槽尺寸由[3]附表14-3查得槽距，t=30mm ，槽底半径r=17mm
卷筒尺寸：
L=10042L t Z D i H h +?
??? ??++?π=131304292814.36101823+????
??++???=2714mm 取L=3000mm
式中 Z 0——附加安全系数，取Z 0=2；
L 1——卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距，即
L 1=A=131mm ，实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；
D 0——卷筒计算直径D 0=D+d=900+28=928mm 卷筒壁厚：
δ=D 02.0+（6～10）=0.02×900+（6～10）=24～28 取δ=26mm 卷筒壁压应力验算：
max y σ=
t S nax ?δ=03
.0026.090280?=6105.112?N/m 2
=112.5MPa 选用灰铸铁HT200，最小抗拉强度b σ=195MPa
m ax y σ＜[]Y σ 故抗压强度足够
卷筒拉应力验算：由于卷筒长度L ＞3D ，尚应校验由弯矩产生的拉应力，卷筒弯矩图示与图1-2
图1-2 卷筒弯矩图
卷筒最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时：
w M =l S m ax =??
? ??-21max L L S =???
??-?2131300090280=125834340N ·mm
卷筒断面系数：W =0.1???
? ??-D D D i 4
4=0.1×90084890044-=154432713
mm 式中D ——卷筒外径，D =900mm ；
i D ——卷筒内径，i D =D -2δ=900-2×26=848 于是 l σ=
W M w =15443271
125834340
=8.15Mpa 合成应力：'
l σ=l σ+
[][]max
y y l σσσ?=8.76+5.11213039?=35.51MPa
式中许用拉应力：[]l σ=
2
n b
σ=
5
195
=39MPa ∴'
l σ＜[]l σ
卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径D =900mm ，长度L=3000mm ；卷筒槽形的槽底半径r =17mm ，槽距t =30mm ；起升高度H =18m ，倍率h i =6 卷筒 A900×3000-17×30-18×3左ZB J80 007.2-87 1.1.5 选电动机
计算静功率：j N =
()η
601020?+v G Q =()
8.685
.0601021050100000??+=132.1KW
式中η——机构总效率，一般η=0.8～0.9，取η=0.85 电动机计算功率：e N ≥j d N k =0.9?132.1=118.89KW
式中系数d k 由表6-1(起重运输机械)查得，对于1M ～e M 级机构，
d k =0.85～0.95，取d k =0.9
查表28选用电动机YZR 315M ，其e N （15%）=125KW ，1n =750rpm ，
[2GD ]d =34kg ·2m ，电动机质量d G =1170kg 1.1.6 验算电动机发热条件
按照等效功率法，求JC =40%时所需的等效功率：x N ≥25k ·γ·j N =1×0.85×132.1=112.3KW
式中25k ——工作级别系数，查表（起重运输机械）6-4，对于重级，25k =1；
γ——系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比重（q t /g t ）查得。由
[2]表6-3，一般起升机构q t /g t =0.1～0.2，取q t /g t
=0.1，由图（起重运输机械）6-6查得γ=0.85。
由以上计算结果x N ＜e N ，故初选电动机能满足发热条件 1.1.7 选择减速器
卷筒转速：j N =
0D Vi h π=928
.014.36
8.6??=14r/min 减速器总传动比：0i =
j n n 1=14
750=53.57 查表（起重机设计手册）选QJS-D-630型减速器，当工作类型为重级（相当工作级别为M 7级）时，许用功率[N]=124KW ，0'
i =50，质量g G =3600㎏，主轴直径1d =80mm ，轴端长1l =170mm （锥形） 1.1.8 验算起升速度和实际所需功率
实际起升速度：'v =0'0i i v =6.857
.5350=6.35m/min
误差：ε=v v v -'×100%=8
.635
.68.6-×100%=6.6%＜[ε]=15%
实际所需等效功率：x N '=v v N x '=112.335
.68.6=120.25KW ＜e
N ()%40=125KW
1.1.9 校核减速器输出轴强度
由[起重运输机械]公式（6-16）得输出轴最大径向力max R =
()j G aS +max 2
1
≤[R ] 式中m ax aS =2×87720=175440N=175.44KN ——卷筒上卷绕钢丝所引起的载荷；
j G =9.81KN ——卷筒及轴自重，参考表3-10-7（起重机设计手册）查得
[R]=150KN ——QJS630减速器输出轴端最大允许径向载荷。 ∴max R =
()81.944.1752
1
+=92.63KN ＜[R ]=150KN 由[2]公式（6-17）得输出轴最大扭矩：m ax M =（0.7～0.8）[]M i M e ≤00'max ηψ
式中e M =1
%)
25(9750
n N e =9750
750
125
=1625Nm ——电动机轴额定力矩； m ax ψ=3.4——当JC =40%时电动机最大力矩倍数；
95.00=η——减速器传动效率；
[]85000=M Nm ——减速器输出轴最大容许转矩，由（ 起重机设计手册）
表3-10-6查得。
∴m ax M =0.8×3.4×1625×50×0.95=67925Nm ＜[M ]=85000Nm 由以上计算，所选减速器能满足要求
1.1.10 选择制动器
所需静制动力矩：≥z M z K ·j M '=z K ·
()η0
'
02i i D G Q h +
=1.75×
()85.050
62928.010********???+=232.48㎏·m=2324.8Nm
式中z K =1.75——制动安全系数，由（起重运输机械）第六章查得。 由表3-7-17（起重机设计手册）选用YWZ 5-630/121制动器，其制动转矩
ez M =1800～2800Nm ，制动轮直径z D =630mm ，制动器质量z G =185.8㎏
1.1.11 选择联轴器
高速联轴器计算转矩，由[2]（6-26）式：5.438716258.15.18=??==e c M n M ?Nm
式中1625=e M ——电动机额定转矩（前节求出）； n =1.5——联轴器安全系数； 8?=1.8——刚性动载系数，一般
8
?=1.5～2.0
由[1]附表29查得YZR-315M 电动机轴端为圆锥形mm d 95=，mm l 130=。从表3-10-9（起重机设计手册）查得QJS-D-630减速器的高速轴为圆锥形
mm l mm d 170,80==。
靠电动机轴端联轴器 由表3—12-7（起重机设计手册）选用CLZ4半联轴器，其图号为S180，最大容许转矩[M
t
]=5600Nm ＞
C
M 值，飞轮力矩
()
22
.02
=l
GD kg ·m 2
，质量
l
G =37.5kg
浮动轴的两端为圆柱形mm l mm d 172,85==
靠减速器轴端联轴器 由[1]附表45选用带mm 600φ制动轮的半齿联轴器,
其图号为S198,最大容许转矩[M
t
]=19000Nm, 飞轮力矩
()35
2
=l
GD kg ·m 2
,
质量218kg.为与制动器YWZ 5-630/121相适应,将S198联轴器所需mm 600φ制动轮,修改为mm 630φ应用
1.1.12 验算启动时间
起动时间：()()
()??
????++?-=η2
02012
12.38i D G Q GD C M M n t j q q 式中()()()2212GD GD GD d +=Z =35+0.22+34=69.22kg ·m 2
静阻力矩：()η
i D G Q M j 200+=
()95.5185
.017.403258
.046720000=???+kg ·m =1838.7Nm
平均起动转矩：5.243716255.15.1=?==e q M M Nm
∴()()()??
?
?????++?-=85.0506928.0400010000022.6915.17.18385.24372.387502
2q t =2.65s 通用桥式起重机起升机构的sec 5~1][=q t ，此时q t >1s 1.1.13 验算制动时间
制动时间：
sec
07.185.0)506(928.0)4000100000(22.6915.1)
5.13282800(2.38750
)()()
(2.382
22
2
0012
'
21
=??
???????++??-=
??
????++-=ηi D G Q GD C M M n t j e z
式中
m
N i i D G Q M h j ?=????+=
+=5.132885.050
62928
.0)4000100000(2)('
0'
η
查[1]表6-6查得许用减速度a ≤0.2,a=v '/z t ，sec 5.1][=z t ，因为][z t t <，故合适。
1.1.14 高速浮动轴 （1）疲劳计算:
轴受脉动扭转载荷其等效扭矩：m N M M e ax ?=?==1690162504.16Im ?
式中6?——动载系数6?=0.5（1+2?）=1.04 2?——起升动载系数，
2?=1+0.71v=1+0.71?6.8/60=1.08
由上节选择联轴器中，已经确定浮动轴端直径d=85mm,因此扭转应力为：
MPa m N W M ax n 4.1/104.1085
.02.016902
63
Im =?=?==
τ 轴材料用45号钢，MPa MPa s b 300,600==σσ 弯曲： 1
-σ
=0.27（b σ+ s σ）=0.27?（600+300）=243MPa
扭转： 1-τ= 1-σ/3=243/3=140MPa s τ=0.6s σ=0.6?300=180MPa 许用扭转应力：I
ok n k 1
2][1-+=
-ηττ 式中m x k k k ?=——考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中系数；
x k ——与零件几何形状有关，对于零件表面有急剧过渡和开有键槽及
紧配合区段，x k =1.5—2.5
m k ——与零件表面加工光洁度有关，此处取k=2×1.25=2.5 η
——考虑材料对应力循环对称的敏感系数，对碳钢，低合金钢
2.0=η
I n ——安全系数，查[1]表30得25.1=I n 因此, MPa ok 9.8825
.12.05.2140
2][=???=
τ,故][ok n ττ<通过.
(2) 强度计算
轴所受的最大转矩MPa M M e ax I 1755162508.12Im =?==?
最大扭转应力：MPa W M ax I 42.1085
.02.01755
3
Im max =?==
τ 许用扭转应力：MPa n II
s
II 1205
.1180
][==
=
ττ 式中：II n ——安全系数，由[1]表2-21查得5.1=II n ,II ][max ττ< 故合适。 中间轴径mm d d 95~90)10~5(1=+=，取mm d 951=
1.2小车副起升机构计算
1.2.1 确定起升机构传动方案，选择滑轮组和吊钩组
照布置宜紧凑的原则，决定采用如下图2-1的方案。按Q=25t，查[1]表4-2
取滑轮组倍率i
h =3，承载绳分支数：Z=2i
h
=6
查表3-4-11选短型吊钩组，图号为T1-362.1508。得其质量：G
=697kg两端滑
轮间距 A=102mm
1.2.2 选择钢丝绳
若滑轮组采用滚动轴承，当i
h
=3，查表2-1（起重运输机械）得滑轮组效
率η
h
=0.985
钢丝绳所受最大拉力：S
max =
η
h
i
G
Q
2
+
=
985
.0
3
2
697
25000
?
?
+
=4348kg=43.48KN
钢丝绳计算破断拉力S
b ：S
b
=n×S
max
=6×43.48=260.88KN
查附表1选用纤维芯钢丝绳6×19W+FC，钢丝公称抗拉强度1850MP
a
，光面
钢丝，左右互捻，直径d=20mm ，钢丝绳最小破断拉力[S b ]=279.5KN ，标记如下： 钢丝绳 20NAT6×19W+FC1850ZS233.6GB8918-88 1.2.3 确定滑轮主要尺寸
滑轮的许用最小直径：D ≥()1-e d =()13020-=580mm
式中系数e=30由表2-4（起重运输机械）查得。由附表2选用滑轮直径D=630mm ，由于选用短型吊钩，所以不用平衡滑轮。滑轮的绳槽部分尺寸可由附表3查得。由附表4选用钢丝绳d=20mm ，D=630mm ，滑轮轴直径D 5=100mm 的E 1型滑轮，其标记为：滑轮E 120×630-100 ZB J80 006.8-87 1.2.4 确定卷筒尺寸，并验算强度
卷筒直径：D ≥()1-e d =20()130-=580mm
由[1]附表13选用D=650mm ，卷筒绳槽尺寸由[3]附表14-3查得槽距，t=22mm ，槽底半径r=11mm
卷筒尺寸：L=10042L t Z D i H h +?
??? ??++?π=102224267014.33102023+????
??++???=1709mm 取L=2000mm
式中 Z 0——附加安全系数，取Z 0=2；
L 1——卷槽不切槽部分长度，取其等于吊钩组动滑轮的间距，即
L 1=A=102mm ，实际长度在绳偏斜角允许范围内可以适当增减；
D 0——卷筒计算直径D 0=D+d=650+20=670mm
卷筒壁厚：δ=D 02.0+（6～10）=0.02×650+（6～10）=19～23取δ=23mm 卷筒壁压应力验算：m ax y σ=
t S nax ?δ=022
.0023.043480
?=6109.85?N/m 2=85.9MPa 选用灰铸铁HT200，最小抗拉强度b σ=195MPa 许用压应力：[]y σ=
1
n b
σ=
5
.1195
=130MPa m ax y σ＜[]Y σ 故抗压强度足够 卷筒拉应力验算：由于卷筒长度L ＞3D ，尚应校验由弯矩产生的拉应力，卷筒弯
矩图示与图2-2
卷筒最大弯矩发生在钢丝绳位于卷筒中间时：
w M =l S m ax =??? ??-21max L L S =???
??-?2102200043480=41262520N ·mm 卷筒断面系数：
W =0.1???
? ?
?-D D D i 4
4=0.1×6506046504
4-=69870053mm 式中：D ——卷筒外径，D =650mm ；
i D ——卷筒内径，i D =D -2δ=650-2×23=604mm
于是 l σ=
W M w =6987005
41262520=5.9MPa 合成应力：'
l σ=l σ+
[][]max
y y l σσσ?=5.9+9.8513039?=31.67MPa
式中许用拉应力 []l σ=2
n b
σ=
5
195
=39MPa ∴'
l σ＜[]l σ
卷筒强度验算通过。故选定卷筒直径D =650mm ，长度L=2000mm 卷筒槽形的槽底半径r =11mm ，槽距t =22mm ；起升高度H =20m ，倍率h i =3 卷筒 A650×2000-11×22-20×3左ZB J80 007.2-87
1.2.5 选电动机
计算静功率：j N =
()η601020?+v G Q =()
5.985
.06010269725000??+=46.93KW
式中η——机构总效率，一般η=0.8～0.9，取η=0.85 电动机计算功率：e N ≥j d N k =0.9?46.93=42.24KW
式中系数d k 表6-1（起重运输机械）查得，对于1M ～e M 级机构，
d k =0.85～0.95，取d k =0.9
查附表28选用电动机YZR 280S ，其e N （40%）=42KW ，1n =719rpm ，
[2
GD ]d
=9.2kg ·2
m ，电动机质量d G =747kg
1.2.6 验算电动机发热条件
按照等效功率法，求JC =40%时所需的等效功率：x N ≥25k ·γ·j N =1×0.85×46.93=39.89KW
式中25k ——工作级别系数，查表（起重运输机械）6-4，对于M 7级，25k =1； γ——系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比重（q t /g t ）查得。由[2]表6-3，一般起升机构q t /g t =0.1～0.2，取q t /g t =0.1，由[2]图6-6查得γ=0.85。
由以上计算结果x N ＜e N ，故初选电动机能满足发热条件 1.2.7 选择减速器
卷筒转速：j N =
0D Vi h π=67
.014.33
5.9??=13.55r/min 减速器总传动比：0i =
j n n 1=55
.13719=53.06 查表QJS-450减速器，当工作类型为重级（相当工作级别为M 7级）时，许
用功率[N]=44KW ，0'
i =50，质量g G =1400㎏，主轴直径1d =50mm ，轴端长1l =110mm
（锥形）
实际起升速度：'
v =0'0i i v
=9.550
06.53=10.08m/min 误差：ε=v v v -'
×100%=5
.95
.908.10-×100%=6.1%＜[ε]=25%
实际所需等效功率：x N '
=v v N x '=39.895
.908
.10=40.32KW ＜e
N ()%25=42KW
1.2.8 校核减速器输出轴强度
由（起重运输机械）公式（6-16）得输出轴最大径向力：m ax R =
()j G aS +max 2
1
≤[R ] 式中m ax aS =2×43480=86960N=86.96KN ——卷筒上卷绕钢丝所引起的载荷；
j G =9.81KN ——卷筒及轴自重，参考[1]附表14估计
[R]=64KN ——QJS450减速器输出轴端最大允许径向载荷，由表3-10-7（起重机设计书册）
∴m ax R =()81.996.862
1
+=48.4KN ＜[R ]=64KN
由（起重运输机械）公式（6-17）得输出轴最大扭矩：
m ax M =（0.7～0.8）[]M i M e ≤00'max ηψ
式中e M =1
%)
25(9750
n N e =9750
719
24
.42=572.8Nm ——电动机轴额定力矩； max ψ=1.5——当JC =25%时电动机最大力矩倍数
95.00=η——减速器传动效率；
[]30000=M Nm ——减速器输出轴最大容许转矩，由表36查得。 ∴m ax M =0.7×1.5×572.8×50×0.95=28568Nm ＜[M ]=30000Nm 由以上计算，所选减速器能满足要求