1 前言 1.1 起重机的发展历史 中国古代用于灌溉农田的柑橘就是旋臂起重机的雏形。14世纪，西欧人开始使用人力和畜力驱动的旋臂起重机。19世纪初期，桥式起重机出现；起重机的轴、齿轮、吊具等重要易损件开始采用金属材料制造，并开始采用水驱动。19世纪后期，水力起重机逐渐被蒸汽驱动的起重机所取代。20年代以来，由于电气工业和内燃机工业的迅猛发展，以电动机或内燃机为动力的各种起重机基本形成并开始发展[1]。电动葫芦起重机是工业生产厂房中使用最广泛的起重设备之一。有单梁、双梁等结构型号。随着各种吨位电动葫芦产品的发展，用电动葫芦代替吊车，欧、日等国家已经用这种新型起升机构取代了原有的双梁起重机，形成了新的双梁桥系列。起重机。比较有代表性的是芬兰KONE公司和德国DEMAG公司的产品[2]。20世纪70年代末、80年代初，武汉起重机厂、武汉钢铁研究所受一机部委托研制LH系列电动葫芦双梁起重机。该系列在一定程度上简化了桥式起重机的结构，减轻了机器的重量，节省了机器的成本。吸收了国外同类产品的优点，但由于传统设计思路的局限，桥梁结构仍然过于庞大复杂，且由于电动葫芦置于主梁顶部小车下方，占用空间大高度H还是比较大的[3]。

随着大起重量电动葫芦的发展，带葫芦的双梁桥式起重机也开始兴起。在国外（如西德、芬兰、日本、英国等）已形成系列，并得到广泛应用。然而，我国桥式起重机系列谱尚属空白。为适应我国社会主义建设和发展的需要，武汉起重机厂于1974年奉命研制成功20吨电动葫芦双梁起重机，跨度13.5米。各级主管部门高度重视并支持它的出现，随后武汉起重开发了10台不同跨度的5-20吨电动葫芦双梁起重机，经武钢院检测，证明其性能非常好，强度和刚度非常符合设计要求，完全符合工业运行条件的需要。1977年，一机部重型矿山机械管理局下发文件，组成以武汉钢铁研究所和武汉起重机厂为主的联合设计组，进行系列化产品设计。现已完成7.5米、10.5米、13.5米、16.5米、19.5米、22.5米6个跨度电动双梁梁起重机，5吨、10吨、20/5吨、32/10吨4个吨位，48种排列组合产品设计任务，并已量产[4]。1.2 电动葫芦双梁起重机的发展与研究现状 目前，

电动葫芦双梁起重机的更新和发展往往依赖于电动葫芦的升级和进步，而电动葫芦在很大程度上取决于电力驱动和控制的改进。将机械技术与电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术等应用到机械传动与控制系统中，实现电动葫芦的自动化、智能化。在结构方面，国外钢丝绳电动葫芦大多采用方型结构设计，不仅美观而且便于安装和运输，还可以适应模块化设计，便于组合改造基本类型，大大拓宽了电动葫芦的使用范围。国外电动葫芦滑轮组有多种结构和倍增器组合。除悬挂和固定安装方式外，还有低净空安装、双吊点形式等特殊用途的钢丝绳电动葫芦。然而，我国的电动葫芦在这些方面基本是空白[5]。在国外先进生产的冲击下，国内各起重机厂也纷纷走上了技术创新的道路，在电动葫芦控制技术上取得了长足的进步，但与国外电动葫芦控制技术相比仍有较大的技术差距，特别是在防爆葫芦控制技术方面，与国外差距较大。国内还停留在继电器触点控制的水平。提高国内电动葫芦双梁起重机的整体水平和国际竞争力迫切需要提高控制水平[6]。现在电动葫芦双梁起重机的研究已经非常成熟，各个部件都已经选型成熟，并形成了模块化。

各种模块可以组合成一台能满足不同要求的起重机。但科学技术永不止步。随着电动葫芦的升级和控制系统的升级，电动葫芦双梁起重机也在不断升级，已初步实现自动化和智能化[14]。1.3起重机的发展趋势物料搬运已有5000多年的发展历史，已成为人类生产活动的重要组成部分。随着自动化程度的提高和生产规模的扩大，起重机械作为物料搬运的重要设备，在现代化生产过程中发挥着越来越重要的作用，应用范围越来越广，对起重机的要求也越来越高。越来越高。起重机正在经历前所未有的变革。(1)用模块化设计代替传统的整机设计方法，使起重机上功能基本相同的元器件、部件和零件具有多种用途，具有相同的连接元件和可互换的标准模块，通过不同的模块相互组合形成不同类型和规格的起重机[7]。(2)由于工业生产规模不断扩大，生产效率不断提高，生产过程中物料搬运成本的比重逐渐增加，对大型或高速起重机的需求持续增长。起重能力越来越大，工作速度越来越高，对能耗和可靠性提出了更高的要求。起重机已成为自动化生产过程中的重要环节。起重机不仅要易于操作和维修，而且要具有良好的安全性和高可靠性，要求具有优良的耐久性、无故障性能、维修性和使用经济性[8]。

(3)起重机的更新和发展在很大程度上取决于电力驱动和控制的改进。将机械技术与电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术等应用到机械传动与控制系统中，实现起重机的自动化、智能化 [9] . (4)在起重机单机自动化的基础上，通过计算机将各种起重运输机械组合成一个综合的物料搬运系统，与生产设备有机结合，通过对中央控制室[10]。(5) 相当数量的起重机用于一般场合，而且工作不是很重。这种起重机批量大，用途广泛。考虑到综合效益，要求起重机尽可能降低整体高度，简化结构，减轻自重和轮压，同时也降低整栋建筑的高度，减轻建筑结构，降低造价。因此，电动葫芦双梁起重机和大梁起重机将有较快的发展，将主要替代中小吨位的通用双梁起重机[11]。(6)在结构方面，采用薄壁型材和异型钢，减少了结构的拼接焊缝，提高了抗疲劳性能。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，减轻重量，增加美观。双梁起重机的桥架结构多采用箱形四梁结构，主梁与端梁采用高强螺栓连接，便于运输和安装[12]。

在机构方面，进一步开发新的传动部件，简化机构。“三合一”操作机构是当今世界轻、中型起重机操作机构的主流。它集电机、减速机、制动器于一体，具有结构紧凑、轻巧美观、拆装方便、调整简单、运行平稳、配套广泛等优点。等。在电控方面，开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统，发展半自动和全自动作业。采用机、电、仪、液一体化技术，提高性能和可靠性，并增加起重机的功能。今后，我们将更加关注起重机的安全问题，开发新的安全保护装置。关注司机的工作条件，应用人体工程学设计司机室，减轻司机的劳动强度。模糊控制作为一种新的控制方法受到关注[13]。2 电动葫芦双梁起重机总体设计电动葫芦双梁起重机是一种新型起重机。采用电动葫芦代替传统双梁吊钩起重机的起升机构作为起升机构。其优点是体积小、重量轻、维修方便。修理。电动葫芦双梁起重机的设计主要在三个方面进行：起升机构的设计，小车运行机构的设计和大车运行机构的设计。2.1 电动葫芦双梁起重机总体布置 2.1.1 桥式电动葫芦双梁起重机（见图2.1）以半斜轨箱形主梁桥为主体，将电动葫芦置于小车上代替绞车机构，大小车运行机构采用三合一驱动装置。

桥架由两根主梁和两根端梁通过螺栓连接组成一个完整的框架。传动侧设有栏杆和检修走道。电缆导电而不是滑线，电缆导电侧没有走道和栏杆。桥架的总体设计原则是将桥梁结构中非受力构件（滑线角钢、走台等）节省的材料用于受力构件（主梁），提高刚度和强度的主光束。电动葫芦双梁起重机桥架的主梁和端梁均为箱形截面，主梁采用板材拼接，端梁直接压接。主梁与端梁采用焊接连接。在电动葫芦双梁起重机的设计中，我们选择了一节一圈和对接形式[4]。1-电动机构 2-葫芦小车机构 3-大车运行机构 4-天车桥 图2.1电动葫芦双梁起重机整体结构 2.1.2小车运行机构 速度低于普通双梁桥式起重机，所以它的操作结构可以做得很紧凑。因此，我采用了由电机、减速机、制动器等主要部件组成的三合一运行部件（简称三合一）。这种三合一组件（见图 2.2）体积小，重量轻。它安装在端梁或轴承箱上，与行走平台分开。运行机构不受行走平台变形和主梁挠度的影响。三合一具有良好的成组性能、运行可靠、装配方便[5]。图2.2 三合一制动器 2.1.3 轮对结构 在机械结构中，轴与轮毂的连接形式有很多种，应用广泛的有键连接、花键连接、过盈配合连接等。

在我的系列设计中，轮与轴的连接直接采用锥面无键连接。其优点包括结构相对简单、定心性好、承载能力大、避免了键槽引起的应力集中、装拆方便等[6]。2.1.4 起重小车电动葫芦双梁起重机小车采用半离轨布置。葫芦小车的设计（见图2.3）是本产品设计工作的核心部分，其特点是采用配套的电动葫芦作为起升机构，而不是起升装置[7]。图2 3电动葫芦1被动轮组2 3t电动葫芦3螺栓4螺母5垫圈6 10t电动葫芦7螺栓8螺母9垫圈10缓冲器 2.1. 5 电机及电控设备起升电机由相应的电动葫芦OK提供，其功率范围为7.5-30KW。行走电机为YZSR系列或ZDY系列，功率范围0.8-5KW。3、小车运行机构的设计电动葫芦双梁起重机的小车运行机构是驱动电动葫芦小车机构在厂房内来回运动，从而达到输送物料目的的机构。在大车运行机构的设计中，必须考虑起重小车的自重、起重机的起重能力和起重机的自重，然后选择轮轨、电动机、减速机、和制动必须参照大车运行机构的运行速度进行。

3.1 主要设计参数 起重机起重量：Q=100kN 桥跨：L=10.5m 小车运行速度：V dc =30m/min 起重机估计重量：G==96.6kN 小车重量：G xv =40kN 3.2 确定传动方案 由于电动葫芦双梁起重机重量轻，运行速度低于普通双梁桥式起重机电动双梁梁起重机，其主要部件如电动机、减速器、制动器等操作机构可由操作部件组成。结构紧凑，被称为三合一机构。这种三合一组件重量轻，体积小。安装在没有行走平台的端梁或轴承箱上，运行机构不受行走平台变形和主梁向下偏斜的影响。三合一组合好，装配方便，运行可靠[1]。3.3 大车最大、最小轮压计算 满载最大轮压：G GXC Q GXC L ePmax=74.15kN (3.1) 42L空载最大轮压：' G GXC GXC L ePmax ==31.29kN (3.2) 42L空载时最小轮压：' G GXC GXC ePmin ==17.36kN (3.3)42L 式中e为主钩中心线至端梁中心线的最小距离e=1.5m 轮距疲劳计算载荷：'minPt=55.22kN(3.4)3 故选取轮径D c =500mm 3.

3.6减速机选型轮速：Vdcn==38.2r/min(3.12)cDc机构传动比n1i==24.2(3.13)nc故选用ZQ-250-Ⅲ-2型减速机，i 2 =31.5，[N ] 中间=1.9kw[1] 3.7 制动器的选择是取制动时间tz=5s根据空载计算动转矩，令Q=0，得21'n12 GDCM z{ mj[ mc(GD )12 ]}(3.14 )m375 t zi1 其中 ( PP )D'p min cm j=-4.14(3.15)2i 2P p =0.002G=193.2N(3.16)dG( K u )2Pmin ==772.8N(3.17 )D 2cm=2 为刹车数，两个驱动器工作。M =7.58Nmz 制动器Y w25 -200/23选自起重机课程设计手册，其制动力矩M c2 =112 Nm[13]4 小车运行机构设计 电动葫芦小车运行机构是驱动起重电动葫芦做横向运动的机构，通过它完成升降机构的左右运动。我利用装载在小车上的电动葫芦的起重能力、自重和小车的运行速度，对轮轨、电机、减速机、制动器等进行选型设计，最终小车达到要求。

4.1 主要设计参数： 起重量：10t/3t 小车运行速度：20m/min 小车自重估算： 4.2 小车运行机构传动方案 由于电动葫芦双梁起重机重量轻，运行速度快小车比普通双梁桥低，因此其运行机构中的电动机、减速机、制动器等主要部件可由运行部件组成。结构紧凑，被称为三合一机构。这种三合一组件重量轻，体积小。安装在没有行走平台的端梁或轴承箱上，运行机构不受行走平台变形和主梁向下挠度的影响。三合一组合不错，安装方便，运行可靠。[4] 4.3 选择车轮和轨道轮的最大轮压：假设轮压均匀分布 1Pmax = (QG ) = (4.1)4 车轮的最小轮压：1Pmin = G = (4.2) 4Q 因此，查阅起重机课程设计手册，当运行速度为1.6，工作坡度G为中级时，轮径D c =350mm，履带型式为18kg/m（p18）时，允许轮压为3.49t=Pmax=3.5t。根据GB/4628-84，直径系列为D c =250,315,400,500,630mm，故选用轮径为D c =315mm。[13] 4.4 电动葫芦小车运行阻力的计算 摩擦阻力距离dM m (QG )( ku ) (4.3) 从起重机课程设计手册中获得。Dc=350mm，

Nc=1.5kw，22n=925r/min，G=65kg，(GD)d=0。m 由于电动葫芦小车运行速度低，利用率和负载状态不高，所以一般不需要检查运行电机发热的过载和负载。[13] 4.6 减速机的计算与选用 轮速Vnc=c=22.2r/min (4.8) 直流机构传动比ni==41.67 (4.9) nc 故选用ZSC-600-Ⅲ-2型减速机，i'=46.7 ,[N] 中级=11.5kw0 4.7 制动器的计算与选择 对于小车运行机构的制动时间tz 3~4s，取tz =3s，则制动力矩d2(Q Gxc )(ku )1 n(QG ) D12xc c2M z{[ mc(GD )12]'} =8.95N·m (4.10)'m 38.从起重机课程设计手册中选择制动器YWZ 5 -200/23，及其制动力矩M c =112 Nm [13] 5 起升机构设计 电动葫芦双梁起重机的起升机构采用电动葫芦代替传统双梁起重机的起升机构作为起升机构。这一变化使起重机起升机构的结构更加紧凑，重量也有所减轻，便于维护和检修。

我所进行的起重机构的设计是通过钢丝绳、吊钩、滑轮组、卷筒、电机、减速器和制动器的计算和选型来进行的。最后，确保起重机的起升机构能够满足起重要求。5.1 起升机构设计参数 主要参数： 起重量：10/3t 起升高度：12m 起升速度：7/8m/min 5.2 吊钩选择 G 吊钩 300kg (5.1) 5.3 钢丝绳选择 5.3.1 最大钢丝绳计算静拉力QQ吊钩钢丝绳最大静拉力：Smax（5.2）2m组10000（5.3）2*3*0.98Q-额定起重量G吊钩-吊钩组质量m-滑轮组倍率-滑轮组效率5.3。 2 钢丝绳选用：查表，对于中级工作型（工作等级M5），安全系数n=5.5。钢丝绳的破断拉力S =n S =5.5 17.52=96.36KN(5.4)bmax 因此选用钢芯钢丝绳6号11W+FC，钢丝公称抗拉强度，直径16mm ,则钢丝绳的最小破断拉力S=116.5KNb 5.4 卷筒基本参数及强度计算 5.4.1 卷筒最小直径的确定为保证钢丝绳有一定的使用寿命,直径为卷筒应满足： D(e-1) d 钢丝绳(5.5) 对于中间工型的桥式起重机，一般取e=25D(25-1) 16=384(5.6)，故取D=400mm。5.4.2 卷筒的相关尺寸确定。电动葫芦卷筒绳槽采用浅槽距t=d+(1~2)=16+2=18mm绳槽半径R=0.55d=160.55=8.8mm槽深h0=0.28d=0.20 16=4.48mm圆角r= 0.5~1。

由于电动葫芦起重机起重量小，利用水平和负载状态不高，所以起升电机一般不需要检查过载和发热情况。5.6 起升减速器的计算与选用 5.6.1 起升机构传动比的计算： 传动系统的总速比是电动机额定转速与卷筒转速之比。卷筒转速：Vn roll = m = 16.02r/min (5.16) D0 传动比 总速比按以下公式计算： n 电i = = 44.8 (5.17) n roll 故选用ZQ-500-I- 3CA减速机 5.7 制动器的设计计算 制动器安装在高速轴上，其制动力矩应满足： M系统＞K系统 M静态系统 (5.18) 式中K系统为制动安全系数，中间型K系统为1.75M静态系统为满载时制动轴上的静态扭矩；(QG) D0M = 0 =14.35kg m (5.19)2 m iK M = 251.13N m (5.20)，故选用YWZ 5 -315/23型制动器，制动力矩M=180~280N·m，直径制动轮[13] D=315mm，制动器质量 G=44.6kg 0.975K GD 电 GD 连接] (5.21) M - M n 0375 其中 n 是电机速度，n=725r/minV 是起升速度，V=7m/min=0.1167m/s0为起升机构总效率，0=0.9K为考虑其他转动部件飞轮力矩的影响系数，换算为电机轴时，K= 1.2GD 2 为电机转子飞轮扭矩 2GD=3.39GD2 为电机轴上联轴器的飞轮扭矩 2GD =3.15M 为电机平均启动扭矩 M =1。6 M =336(5.22)M 为电机轴上的静力矩(QG ) D0M =0 =17.71N m(5.23)2m i 所以T =0.75，对应0和1之间的启动时间第二。5.8.2 启动加速度校验 Va 水平 = =0.1556m/s (5.