C型通用门式起重机设计研究

摘要：对C型通用门式起重机采用传统设计方法进行设计，重点是对该门式起重机主梁强度、支腿强度以及整体抗倾覆性能的载荷组合做了简要分析，并对起重机起升机构，大、小行车走行机构的设计方法进行描述。

关键词：C型通用门式起重机设计

Abstract:Design the type C universal gantry crane by traditional eathods ,Focus on load analysis of the main beam strenth and legs strenth and overall against overturning performance of the gantry crane.Describ the design approach of hoisting mechanism ,great and small driving drive machanism.

Keywords:Type C;universal gantry crane; design

一、引言

某设备安装公司设计制造了一台货场用C型通用门式起重机，用于露天货场的材料装卸作业。该起重机额定起重量主钩20吨，跨度26米，有效悬臂左12米，右7.5米，工作级别A5。大车运行速度48m/min，小车运行速度38.2m/min，起升速度9.1m/min。。

本文对C型通用门式起重机的设计分为主梁结构设计、C型支腿结构设计，整机抗倾覆稳定性及防风安全性分析，起升机构设计，小车走行机构设计以及大车走行机构设计六个部分，特别针对主梁强度计算、支腿强度计算以及整机抗倾覆计算中的载荷组合计算。

二、主要系统设计方法

1、主梁结构设计

根据通用的结构形式，主梁选择箱型实腹梁，计算主梁的断面特性，包括形心位置，截面惯性矩，抗弯截面模量，主梁截面面积并确定主梁材质允许的应力值。采用普通Q235结构钢，

根据主梁自重计算均布载荷，起升小车重量计算移动载荷。

根据【1】起重机机构零部件按Ⅱ类载荷组合进行强度计算，对分析主梁载荷工况，取起升冲击系数，起升动载系数，起升冲击系数。

工况1、大车不动，小车满载运行至跨中制动，吊重下降制动，风向顺着大车轨道方向。

由于风载荷引起水平力，小车制动引起的水平惯性力。所以分别计算起重机工作状态下纵向最大风载荷，横向最大风载荷以及非工作状态下横向最大风载荷，小车制动水平惯性力，根据方向进行组合。分别计算出Y方向、X方向、Z方向的弯矩M。

工况2、大车运行制动，小车满载在跨中下降制动，风向顺着大车轨道方向。

大车制动产生的水平惯性载荷，根据计算出Y方向、X方向的弯矩M。

从以上工况1、工况2分别计算的各方向弯矩，选取各方向承受最大弯矩校核主梁强度，当计算应力小于许用应力，则强度足够。

2、C型支腿结构设计

C型支腿采用变截面实腹箱型梁，计算支腿的截面特性等，包括形心位置，截面惯性矩，抗弯截面模量，主梁截面面积并确定主梁材质允许的应力值。

分析支腿工况如下：

工况1、大车不动，小车满载运行至跨中制动，吊重下降制动。

对龙门架平面，移动载荷引起的支腿最大弯矩在支腿与主梁连接处

工况2、小车满载运行至跨中制动，大车制动，风向平行于大车轨道。

因起升载荷，自重载荷引起的支腿垂直载荷引起的弯矩：

其中：

因起升载荷、自重载荷以及大车制动惯性载荷和风载荷引起的扭矩作用下的支腿弯：

因大车制动惯性载荷和风载荷产生的水平力引起的弯矩：

其中：

因风载荷产生的水平力q引起的弯矩：

以上弯矩均在走行横梁中部，叠加后为M总，进行内应力复核，证明强度符合使用要求。

工况3、大车不动，小车空载位于跨中，非工作状态风载荷顺大车轨道方向。

起重机非工作状态下横向最大风载荷，。分别对龙门架平面和支腿平面弯矩进行计算，其中龙门架平面仅有风载荷引起的水平弯矩；支腿平面有因小车自重及主梁自重载荷引起弯矩；风载荷产生的水平力引起的弯矩；风载荷引起水平qw引起的弯矩叠加，以上三个弯矩叠加，计算内应力

结论是在大风非工作状态，支腿强度符合要求。

3、整机抗倾覆稳定性及防风安全性分析

根据【1】53页，带悬臂的龙门起重机，须验算纵向（悬臂平面）工况1（无风静载）；工况2（有风动载）的稳定性，以及横向工况4（暴风侵袭）的稳定性。

工况1：悬臂平面无风静载，小车满载吊重在悬臂最远端，12米处。

工况2：悬臂平面有风动载，小车满载吊重运行至悬臂最远端（12米处）制动，风向顺着小车制动方向。

工况4：大车走行方向，暴风侵袭，非工作状态起重机受沿大车轨道方向的暴风侵袭。

为增加安全保险，防止龙门吊倾覆或移动，在工况4条件下设置缆风绳。

4、起升机构设计

根据设计参数起重量，起升速度以及钢丝绳倍率等计算钢丝绳破断力是否满足要求，，明确钢丝绳6*19-17-170破断拉力总和大于计算破断力，满足使用要求。

对电动机功率进行复核，取过载系数2.8，明确采用两台YZR225M型电动机，转速957转/分，功率34KW。根据需要的输出速度，计算选用ZQ65-40-ⅢCA的减速器，减速比40.32符合要求。

5、小车走行机构设计

根据小车机构的载荷计算轮压，初步选定车轮直径500mm，车轮材料45#钢，铁路轨道P43。计算转速，计算运行摩擦阻力、坡度阻力和风阻力，校核小车运行机构电机选用YZR160M，转速922r/min，功率6.3KW能够满足使用要求。从而确定减速器的减速比及型号。

6、大车走行机构设计

与小车走行机构类似，明确采用圆柱车轮和铁路轨道，选择车轮直径600mm，铁路轨道P50，车轮材料55#钢，踏面硬度HB=300—380，硬度层厚度为20mm，P50轨道曲率半径为350mm。校核大车走行机构采用两台YZR180L型电动机，转速955r/min，功率17KW能够满足使用要求。

三、心得体会

该门式起重机的设计，特别是在各种工况下，载荷组合情况分析比较繁琐，要区分X、Y、Z方向分别叠加计算，该C型起重的载荷组合情况与常见的其他门式起重机不同，特别是整机抗倾覆计算及防风安全性分析有其特殊性。所以对该门式起重机的设计要区分对待。在各种工况下,认真计算,确保工作的安全。

参考文献：

【1】《起重机设计手册》中国铁道出版社 张质文 虞和谦 主编1998年北京。

【2】《机械设计手册》机械工业出版社 2008年1月第3版。