河北工业大学2013届本科毕业设计（论文）
重机沿着特定的轨道运动，实现物件的搬运，相当于起重机的“腿”，在设计过程中，我对大车运行机构有了一定的了解。此外，在查阅资料的过程中，对主梁与端梁的连接方式以及主梁截面性能特点也有了一定的认识。
5.1起重机大车运行机构
起重机的驱动装置是通过螺栓与配合止口连接于端梁上的；大车运行机构是一个“三合一”的机构，它的组成包括锥形电机和减速器，其中锥形电机还具有减速功能；该装置安装维护方便，结构紧凑、噪声小，应用普遍。[6]
5.2主梁与端梁的连接
本次设计，图纸采用的是螺栓连接，如下图5.1，主梁一端有用于连接的连接板，在端梁中部的对应位置，有与主梁连接板相对应的连接板，主梁与端梁的连接板如下图5.2和5.3。
图5.1主梁与端梁的连接
图5.2主梁连接板 图5.3端梁连接板
在主梁的连接板的上部带有平面止口，平面止口用来定位，主端梁的连接板通过八个螺栓实现连接，这种连接方法较为简单常见，主梁和端梁可以单独生产，
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然后按照图纸规定跨度进行组装，[7]但我认为这种连接方法使得主梁及重物的重力过于集中于端梁的一侧，会对车轮的磨损造成一定影响。
主梁和端梁出了这种连接方法外，还有其他方法，主梁搭在端梁上，这样不仅可以增加端梁的刚度和强度，使端梁的两侧受力较为均匀，减少轮胎磨损，增加端梁的平衡性，还可以增加起重机的起升高度，[8]连接方法如下图
图5.4主梁与端梁的搭接
5.3电动单梁起重机主梁结构形式
本次设计中，电动单梁起重机采用的是箱形工字梁，如下图5.4，主梁是由工字钢与型钢或者钢板焊接而成，工字钢下翼缘板则作为电动葫芦（小车）吊运物件的运行轨道。本次设计中，箱形工字梁有六条焊缝，两个腹板与上盖板焊接，再与两个斜放置的侧板焊接，最后侧板与工字钢焊接。[9]此外，在主梁内，上盖板、两侧腹板、与工字钢之间按一定距离焊接有隔板，隔板起到加大强度的作用，隔板在图5.4中也有显示，其具体形状如图5.5
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图5.5主梁的箱形截面图 图5.6主梁隔板图
另外一种应用较多的主梁结构形式是箱形主梁，箱形主梁结构如下图，与箱形工字梁相比，箱形主梁具有一定的优势，箱形主梁共有四条焊缝，剪应力、局部压应力小，因此其截面特性较好，而且制造过程较为简单，生产率较高，但箱形梁需要完全不同的电动葫芦，不能与箱形工字梁通用。[9]
图5.7主梁箱形截面图
在现阶段箱形工字梁的应用还是占较大的比例，但箱形工字梁相对于箱形工字梁的优势是非常明显的，尤其是在截面性能与生产效率方面。只要与箱型梁相配套的电动葫芦在研发与投产方面加快脚步，我认为箱型梁将逐步取代箱形工字梁。
5.4电动单梁起重机材料的选择
电动单梁起重机的主梁是在搬运物件时的直接受力部件，其次端梁与主梁的
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连接部位也受到主梁、物件、电动葫芦的整体的压力，车轮受到轨道向上的支持力。电动单梁起重机的主梁各零件全部焊接而成，因此其受力情况为整体受力；端梁同样为焊接件，车轮处通过轴承连接。普通碳素钢在电动单梁起重机中应用较多，如
Q195、Q215、Q235、Q255等，另外钢板型钢的低合金材料也应用
于电动单梁起重机，如16Mn。根据实际工作情况、成本、制作工艺等方面的因素，在材料的选择上我倾向于Q235，其中Q代表屈服极限，即发生塑性变形的极限，235为屈服值，Q235的屈服极限在235MPa左右。[10]
5.5端梁驱动电动机的选择
虽然在本次设计中没有要求对电动机进行分析，而且在实际中根据起重机的起重量及跨度有对应功率的电动机供选择，但通过对电动机的分析可以熟悉电动机的受力情况，因此对电动机的功率计算作简要介绍。
首先分析电动机运行时的受力，主要有摩擦阻力、坡道阻力、以及风阻力，电动单梁起重机一般在室内工作，风阻力可以忽略，另外起重机的运行轨道一般是水平的，因此坡道阻力也可以忽略，因此在起重机的行进过程中主要受到摩擦力的作用，F=（起升重量+起重机自重）*摩擦系数。
然后计算起重机的稳定运行功率，功率P=(F*运行速度V)/(1000*电动机效率*电动机数量)，功率的单位是千瓦。由于要考虑实际运行及安装情况，选择电动机的功率硬币计算功率稍大，应为计算功率乘以（1.1~1.3），再根据结果选择合适的电动机。[10]
六、电动单梁起重机主梁与端梁的受力分析及有限元分析
电动单梁起重机属于应用广泛的起重机械，起重量较大，存在一定的危险性，因此其安全性能必须得到保证。为了避免在使用过程中发生意外，对操作人员造成人身伤害，应对其主要受力部件进行有限元分析，确保其强度，保证其在使用年限内不出现意外损坏，使生产作业安全有序进行。[11]
毕业设计任务书要求对电动单梁起重机的主要受力部件进行强度分析，我选取ANSYS对进行有限元分析。
ANSYS是一款十分强大的有限元分析软件，由美国ANSYS公司开发，它的应用范围十分广泛，几乎涵盖所有的重要工业领域，可以求解结构、流体等问题，并且可以与众多的CAD软件进行数据的共享，ANSYS的单元类型提供了
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众多的用来模拟的材料供用户选择，为有限元的分析提供了最大限度的便利。
在本次设计中，我主要使用ANSYS的结构静力分析功能，来求解载荷对电动单梁起重机引起的位移和应力，来确定其加载后的变化是否在允许的范围内，从而确保工作过程中的安全。[12]
6.1电动单梁起重机主梁的分析
对于电动单梁起重机主梁的分析分为两种情况，针对起重机工作过程中的两种极限工作状况，分别是电动葫芦吊运最大起重量运行到主梁中间和一端，保证这两种工况的安全即可确保主梁的安全。
首先，把电动单梁起重机的主梁从UG6.0导出成适合ANSYS的格式，然后用ANSYS打开，接着对主梁进行网格划分，对主梁进行固定并将起重机的最大起重载荷加到指定位置，起重载荷包括起重量10吨、电动葫芦1010kg，进一步按照规程进行分析，主梁的网格图、应力图、应变图如下： 1.对主梁进行网格划分
图6.1主梁网格图
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