1472-起重機總體設計及金屬結構設計

1472-起重機總體設計及金屬結構設計,起重機,總體,整體,設計,金屬,結構設計 遼寧工程技術大學本科畢業(yè)設計（論文）教 務 處2005 年 12 月中文題目：龍門式起重機總體設計及金屬結構設計 外文題目：Dragon Gate Cranes design and metal structure design 畢業(yè)設計（論文）共 頁（其中：外文文獻及譯文 02 頁） 圖紙共 2 張 完成日期 2006 年 6 月 答辯日期 摘要：起重運輸機金屬結構主要構件所用的材料有普通碳素鋼，優(yōu)質碳素結構鋼，普通低合金鋼，合金結構鋼。金屬結構的支座常用鑄鋼。金屬結構的聯分為焊接和螺栓聯接兩大類。關鍵詞： 起重機，金屬結構，承載能力，疲勞強度，強度。SummarySince the reform and opening up, with the rapid development of the national economy, the growing market demand for cranes. In recent years, the crane industry has been around for 15% growth rate, rapid development, the ownership of components crane industry has undergone tremendous changes, with the exception of state-owned professional crane plant, collective, joint ventures, investment and private development has been rapid.Promote research to improve productivity and product quality, reduce costs and expand the scope of application of the various field cranes and crane technology development directions. Current and emerging high-performance succession process, the capacity to adapt to the working environment, supports a strong ability to function, to resist fatigue strength to resist bending performance and the performance of refined performance, colleges, and economic crane design new methods.Although Chinese crane industry in the past 10 years has made remarkable progress, but with many industry lags far behind developed countries.Currently, the major lift transport aircraft structural components used in the metal materials with ordinary carbon steel, quality carbon structural steel, low alloy steel ordinary, alloy structural steel. Common cast steel base metal structure. Metal welding and bolts into the structure of the links in two broad categories.key wordS: Cranes, metal structure, carrying capacity, fatigue strength, intensity目錄2 龍門式起重機設計的總體設計方案………………………………52.1 龍門起重機總體設計所需的基本參數……………………………………52.2 起重機的選型…………………………………………………62.2.1 起重機基本型式的選擇…………………………………………62.2.2 起重機主要性能指標的選擇………………………………………63 起重機金屬結構設計………………………………………………73.1 金屬結構概述……………………………………………………73.2 箱形結構門架強度計算……………………………………………83.2.1 金屬結構的基本參數選擇與設計計算…………………………103.2.2 主減速器的潤滑…………………………………………………163.3 驅動橋-差速器……………………………………………………183.3.1 對稱式圓錐行星齒輪差速器的基本參數選擇與設計計算……193.4 驅動橋-半軸………………………………………………………253.4.1 全浮式半軸的設計計算與校核…………………………………253.5 驅動橋-橋殼………………………………………………………283.5.1 鋼板沖奪焊接整體式橋殼的受力分析及強度計算……………294 總結…………………………………………………………………32致謝……………………………………………………………………33參考文獻………………………………………………………………34附錄 A…………………………………………………………………35附錄 B…………………………………………………………………37概述龍門起重機的種類很多，按龍門起重機龍門架的七部結構型式可以分為單梁龍門起重機、雙梁龍門起重機和單梁龍門起重機和單主梁龍門起重機等等各種類型起重機。按照上部結構，主梁的結構又可分為單箱形主梁和雙箱形主梁等等各種類型。由于本人設計的起重機結構為龍門式箱形結構，支腿型式為“ ”型。就不考慮其他?類型起重機的結構，箱形梁式結構起重機結構是國內外起重機中應用最普遍的一種梁架結構型式。因為箱形梁式具有設計簡單、制造工藝性好等優(yōu)點，而這些有利條件對于尺寸規(guī)格多、生產批量較大的箱式起重機標準化系列產品來說，顯得更加重要。由于小車軌道整正中鋪設的箱形梁式結構至今仍然是我國成批生產的、最常用的、典型的一種結構。我主要設計的內容是龍門起重機的總體設計和金屬結構設計?？傮w設計中有起重機的選型、設計參數、質量、等。金屬結構包括：梁、直架、力、強度、剛度、穩(wěn)定性的校核和計算。起重機總體設計方案起重機選擇類型為：箱形梁式龍門起重機，箱形梁式結構起重機主要由兩根主梁和兩根端梁組成。主梁是由上、下蓋板和兩塊垂直腹板組成封閉的箱形截面的實體板梁結構。小車運行的軌道可以鋪設在主梁上蓋板的正中間，也可以設在靠里側的垂直腹板的上方或介于上述兩者之間的位置。因此，梁架中兩根主梁的間距主要取決于起重小車的軌距，主要與起升機構的布置有關，梁架的兩端梁間的距離取決于梁架的跨度大小。相比之下，箱型梁結構比衍架結構耐用度高、抗彎能力強、穩(wěn)定性好、經濟實用。是市場上最為實用的一種類型起重機，深受客戶歡迎的理想的起重機。1 起重機的總體設計主要內容包括以下方面：1.1 門式起重機總體設計方案確定。1．1．1 起重機的設計參數是指：起重量 Q(t)、跨度 L(m)起升高度 H(m)起升速度(m/min)、和工作級別等。qV已知數據和計算起重量：50 t起升高度：4.2 m跨度：5 起升速度：7.5工作級別： 級；5M機構接電持續(xù)率：25%1.2．龍們起重機的總體方案和基本參數確定各構件質量數據如下：起重機總質量： ；主梁： ；支腿： （一根） ；下橫kgGL49612?kgGq1862?kgGt385?梁： （一根） ；軌道： 走臺欄桿： =2067 ；電氣均布質量：kg236?? 950zt；吊具： 。Gdq450k30吊鉤的選擇：吊鉤裝置是起重機最重要的一個承載部件。它要求強度足夠，工作安全可靠，轉動靈活，不會發(fā)生突然破壞和鋼絲繩脫槽等現象。吊鉤裝置有長型和短型兩種。長型吊鉤裝置的構造特點：吊鉤裝在橫軸上，滑輪裝在單獨的心軸上。而短型吊鉤裝置的構造特點：吊鉤橫軸與滑輪心軸合而為一。長型吊鉤裝置的吊鉤較短；而短型吊鉤的裝置的吊鉤較長。我的設計選擇長吊鉤?；喗M數選擇：滑輪組是由定滑輪組和動滑輪組組成。由于動滑輪組與吊鉤裝在一起，稱為吊鉤組，所以我選擇定滑輪組。定滑輪組的滑輪數依滑輪組倍率不同而不同，安裝在起重小車架上。雙梁箱形結構形式起重機提升 50 的滑輪組為雙聯滑輪組。t吊鉤組上起重機應用最廣泛的取物裝置，它由吊鉤、吊鉤螺母、橫梁、動滑輪組、推力軸承和拉板等組成。起重機常用的軌道有三種：1）起重機鋼軌道；2）鐵路軌道；3）方鋼軌道。本次設計我選用起重機鋼軌道（即正軌） 。詳細步驟如下：1．3．1 主起升機構的設計：根據結構緊湊原則采用如圖 所示的起升機構傳動簡圖：圖 主起升機構傳動簡圖1——電動機；2——聯軸器；3——傳動軸；4——制動輪聯軸器；5——制動器；6——減速器；7——卷筒；8——滑輪組；9——吊鉤組選擇鋼絲繩：采用雙聯滑輪組，取主起升機構滑輪組倍率 3?hi如圖 a、b 所示，主起升機構承載繩索分支數 采用圖號為62?Z的 50 吊鉤組代用。吊鉤組質量 ，兩滑輪間距 。1607.32?Tt kgG320?mt580滑輪組采用滾動軸承，當 時，滑輪組效率 。鋼絲繩承受最大拉力：3?hi 985.?NiGQShv 2706598.02)(max?????選用鋼絲繩標記如下：8911186.1786 ??GBZSFCWNAT確定滑輪尺寸：滑輪的許用最小直徑： 式中，系數 。選medD432)5()(?? 25?e用標準滑輪 。選用平衡滑輪 。mD450? mDp2806.?選擇電動機：靜功率計算： kWvGQNnj 5.248.06179)32(601)( ???????式中 ——機構的總效率，取 =0.85。?電動機計算功率：式中，.6195.2480kNKjde ??? ,8.0?dK選則電動機的型號如下：YZAR255M-8， 工作制， =40%， 次， ，sSJCZkwNe2%)4(， 。電動機軸端尺寸 ，min715r?223.kgmGD?md65?l10電動機的驗算：電動機的過載能力kWvQHNoMn 4.2185.01697)32(4.2106)( ???????????式中 ——系數。 ；1.2?——電動機轉矩允許過載倍率， 。M .M?——機構中電動機個數。m，過載演算通過??enN?1．3 門架的結構選擇型式：采用板梁結構。由于板梁結構制造方便，采用這種型式的門式起重機占多數。門架可制成雙腿(全門架)，門架主梁與支腿的選擇是剛性連接的。門架采用雙梁。門架結構是板梁式箱形結構。雙梁箱形結構門架的支腿制成“ ”型。?1．4 門架的主要尺寸的確定：門架主要構件有主梁、支腿和下橫梁，皆采用箱形結構。主梁截面如圖 所示，其幾何尺寸如下：箱行主梁的截面以矩形截面。門式起重機的主梁高度 ：當采用兩條剛性LH)201~5(?支腿時，取 ， ，采用單箱型時，取 。主梁幾何特LH)251~(?B)31~2(?B3性：面積 ；靜面矩 ； ；慣性矩 8.374cmFcmSx1368cSy； 截面模數 ； ；4132876cIx 91Iy 3705W?104ml?。395mWyr?對于支腿，腿高 h 由所要求的門架凈空尺寸確定。剛性支腿的上部連接按箱形結構寬度 (主梁高度)確定；柔性支腿的上、下部和剛性支腿的下部連接按門架下橫梁寬度及Hb?具體結果確定?？紤]到起重機沿大車軌道方向穩(wěn)定性的要求，門式起重機的輪距 ， 為oLK)61~4(?主梁全長。1．4．1 門式起重機的載荷及其組合：載荷：作用在門式起重機上的載荷有：起重載荷、門架自重、電氣設備及司機室等自重；、及風力等。1．4．2 箱形結構的門架自重：箱形截面橋架自重 對于 75 以下的普通門式起重機，橋架(主梁)自重按下式估算：t帶懸臂 =0.5 1283.32qGoHQL5.0???1326無懸臂 =0.772.58式中 ——額定起重量( )；t ——橋架(主梁)全長( )；oLm——起升高度( )。H門架的計算載荷： cNqf 13.50.1????支腿自重：雙梁門架的支腿單位長度自重常取為主梁單位長度自重的 0.2～0.4 倍單主梁門架的支腿單位長度自重取為主梁的 0.7～0.9 倍。1．4．3 慣性力(慣性載荷)機構起、制動時產生的慣性力和沖擊振動引起的慣性載荷的確定。對于主動輪僅布置在一側的門式起重機，設 1 輪為主動輪，2 輪為從動輪，則大車制動慣性力 為：dgP= 231.85zdxczdqxcdgQqdg gtvGQtv)(???? ????31502.)64(31502.78.式中 ——大車制動時，由橋架自重引起的水平慣性力；qdgP、 、 和 等符號pGxcdvzt1．4．4 大車運行偏斜側向力當門式起重機的運行速度與橋式起重機的運行速度相近時，可按下式計算側向力：max1.0VS?式中 ——大車的最大輪壓。maxV當門式起重機的運行速度較低時，側向力按照之腿由于運行阻力不同時求出=LBWSA2)(??6.102352)9..37(???表示主梁由于側向力引起的彎矩。其中：=SMBAL2?? 30.1272193?????式中 和 ——兩支腿處的運行阻力，且 > ；AWB AWB 和 ——兩支腿運行牽引力，且 。ATB BAT?1．4．5 進行最大拉力驗算：kNymMixA 32)451025(2482a ??????1．4．6 計算受拉單栓承載力??kNPNt .17.0.故 tAT?驗算通過。1．4．7 載荷組合由于各種載荷不可能同時作用在門架結構上，因此要根據門式起重機的使用情況來確定這些載荷的組合。1．5 門式起重機的計算載荷組合通?？紤]以下幾種情況：1．5．1 對于主梁，考慮小車位于跨中或懸臂端，小車滿載下降制動，同時大車平穩(wěn)制動，風力平行大車軌道方向。稱為計算情況 II 。a1．5．2 對于支腿，分別考慮門架平面和支腿平面內的兩種載荷組合：1．5．3 支腿幾何尺寸和幾何特性：支腿總體尺寸 采用 型支腿，確定總?體幾何尺寸如下：① 在門架的平面內，大車不動，小車位于跨端或懸端，小車滿載下降制動，同時小車運行機構制動，風力沿小車軌道方向，稱為計算情況 II 。b表 門式起重機的計算載荷組合計 算 構 件 主 梁 支 腿載荷情況及組合IIaIIdIIbIIcIId門架自重 qG4?qmGm4?G起升載荷 Q2— Q22—小車慣性力 — — ?xgP— —大車慣性力 ?dgP— — ?dg—大車偏斜側向力?S— ?S?S—門架支承橫推力— — H—風力 mFP??F?tFPtF??FP小車自重 xcG4?xcxc?xcG4xc注：表中 ——橋架(主梁)自重； ——門架(包括主梁和支腿等)自重， ——在門架平面內，沿小車軌道方向qmmF?的風力； ——在支腿平面內，沿大車軌道方向的風力。其余符號同前述。tFP?② 在支腿平面內，小車位于跨度端或懸臂端，小車滿載下降制動，同時大車平穩(wěn)制動，風力平行大車軌道。稱為計算情況 。c?1．5．4 對于主梁和支腿，還應考慮非工作狀態(tài)下的載荷組合，這時大車和小車皆不動，空載。僅作用有非工作狀態(tài)的最大風載荷，稱為技術情況 。d?對于每種計算情況，由于其載荷組合出現的可能性不同，所以在設計計算時，對金屬結構的許用應力值也各不相同。2．起重機金屬結構設計：箱型結構形式，支腿型式為“ ”型。主要參數及校核計算如下：?2．1．1 主梁危險載面的強度校核計算：主梁的內力計算：計算主梁的內力時，將門架當作平面靜定分析 2．1．2 正應力的校核驗算：根據公式計算的垂直彎矩同時作用在主梁上，并考慮約束彎曲和約束扭轉的影響，主梁再面上的正應力可按下式疊加：主梁跨中：=????????15.)(3maxax2yzzWM??23.175.)3976.2105.(???主梁支承載面：=??????15.)(maxaxysccz ??25.18.)376.214.(???式中 、 ——主梁跨中的最大垂直彎矩和水平彎矩；axzMszax、 ——主梁支承載面的最大垂直彎矩和水平彎矩；mcsc、 ——主梁跨中和支承載面對 軸的載面摸數；zxWx——主梁對 軸的載面摸數。yy強度許用應力為：??MPans45.1803.2????確定應力循環(huán)特性 01.maxin?Nr鋼的強度許用應力為：AQ235??MPans45.1803.2????式中 為載荷組合的安全系數。2．1．3 剪應力的校核驗算：箱形載面主梁支承載面處的剪力 在腹板上引起的剪應力按下式計算：cQ=)(21????xcISQ59.13)69(305???式中 ——主梁載面的一部分對中性軸的靜矩； ——主梁載面對 軸的慣性矩；xIx、 ——主梁的主、副腹板的厚度。1?2在水平載荷作用下，蓋板上的剪應力：=oysISQ??2?1.0625134??式中 ——支承處的水平剪力；s——主梁載面的一部分對 軸的靜矩；ySy——主梁載面對 軸的慣性矩；I——上、下蓋板厚度。o?主梁受扭的影響。則按純扭轉計算，計算式為：主腹板上 =112????kM3.2160935??副腹板上 =22k .蓋板上 =oko???0.416395??式中 ——作用與主梁支承載面的扭矩；KM——主梁封閉載面的輪廓面積， 。?bh??在主梁載面上，各種載荷在同一點引起的剪應力予疊加。主梁扭轉剪應力：對于單主梁箱形門式起重機，其主梁截面除承受自由彎曲應力外，還承受約束彎曲應力、約束扭轉正應力（以增大 15%的自由彎曲應力計入）和剪應力。此外。主梁截面還承受純扭轉剪應力，縣驗算如下：cmbeo 87.3.906.821 ????????2．1．4 支腿危險載面的強度校核驗算：對于單主梁箱形結構門架的支腿應分別選取幾個載面進行強度計算： 強度驗算式為： ???????FNWMtxtymmaxaa式中 ——門架平面，支腿驗算載面的最大彎矩；a——支腿平面，支腿驗算載面的最大彎矩；tmx——支腿平面，支腿驗算載面的軸向力；tNa、 ——驗算載面對 軸和 軸的載面模數；xWyxy——驗算載面的面積。F根據靜強度和疲勞強度條件計算截面需要的面積：??2max4.10835.2mNAj ????2I .7.rtaxj由計算結構知，桿件應根據疲勞強度條件確定截面積。桿件需要的最小截面積為 20732.55。2m2．1．5 下橫梁的截面尺寸及幾何特性強度驗算：將各種載荷作用在門架上引起的下橫梁的彎矩疊加，然后按下式驗算其強度，即彎曲應力：=??????xWM??18532式中 ——作用在下橫梁載面的總彎矩；——驗算載面對 軸的載面模數。xx主梁支腿抗彎剛度比：系數： =LhIK??127.24316803?式中 ——主梁繞 x 軸慣性矩；2I= ——支腿折算慣性矩；1456398cmx?h=9.8m， L2 128.95631712????LhIk2．1．6 支腿與下橫梁的內力校核計算：由主梁均布自重產生的內力。有懸臂時的側推力為：=)32(461???khLqHj 56.172)3402(96????為了安全起見，現將有懸臂門架當作無懸臂門架計算，即Nkhqj .17)32(98041.5)32(4?????彎矩 cmHMDc ???2.459.72．1．7 支腿平面內的支腿內力計算：由垂直載荷引起的支腿內力在垂直載荷 作用下引起的支腿內力為支反力：cp????NlapVc 38.204967).16(28.35)(1 ???????lc .5).(.6)(122．1．8 箱型梁的約束彎曲校核計算：根據理論分析和實驗驗證，在薄壁箱型梁的角點上，最大約束彎曲正應力可近似取為：)1(?????o式中 ——自由彎曲正應力；o?——考慮約束彎曲而使應力增大的系數；LB75.1??B——翼緣板寬度。初選箱形截面腹板厚度 mc012.62????????????????????????????3121423LECQGAxc ????8.82??????? ????????????? 31285 280.310.3)4.021.(剛度是控制條件。?? ,1602736.0132 kNQkBAQ????????????????圖 薄壁箱形梁約束彎曲時截面正應力分布圖 腹板受輪壓局部擠壓計算2．1．9 輪壓產生的局部壓應力校核計算：由于門架平面內 A 支座處輪壓最大，其值為 =475818.8 ，若在是設計時，能使得LVmaxNA 支座側的兩個車輪輪壓接近相等，則：當起重機小車的輪壓直接作用在梁的腹板上時（圖 ） ，腹板邊緣產生的局部壓應力為：=m??????P式中 ——局部壓應力 ；_m??????2mNP———集中載荷（ N） ；——板厚（mm） ；?——集中載荷分布長度，可按下式計算：?=50+ =7012h????0?式中 ?——集中載荷作用長度，對車輪取 ；m5—-自構件頂面（無軌時）或軌頂（有軌時）至板計算高度上邊緣的距離1h（mm）.當起重機小車的輪壓直接作用在梁的上蓋板時，局部彎曲應力為：普通正軌布置在兩腹板中間的上蓋板上，由輪壓作用而使上蓋板產生局部彎曲，此時上蓋板應按被兩腹板和相鄰兩筋板分隔成的矩形板計算，如圖 所示。箱型梁上蓋板是超靜定薄板。它支承在梁的腹板和橫向加筋板上。這種薄板的計算簡圖較復雜，再加上在小車輪壓作用下，起重機箱型梁的蓋板連同軌道一起承受局部彎曲，使其計算簡圖更加復雜。為了簡化計算，特作如下假設：1）把上蓋板看作為是腹板和橫向加筋板約束的自由支承的薄板；2）軌道視為一根中部受集中載荷的梁；3）根據薄板受集中載荷作用來計算蓋板撓度；4）計算應力時，假設軌道和蓋板間僅在邊長為 a 和 b 矩形面積上接觸。此時，(cm), 為軌道寬度， 為軌道高度。521??ph?1bph 圖 上蓋板的局部彎曲計算簡圖對于正軌箱型梁，由于集中載荷的作用點在板的中心或偏一距離，故應采用板殼理論計算。根據板殼理論，作用在受載面積中心（圖）彎距：?8NMx? ?????? ????)1()1(sin4l2( vvdb?????10.253)1(325)91(20314.362sinl2(14.385 ??????? ????????8NMx? ?????? ????)1()1(sinl2( vvdb?????10.253)1(325)91(20314.362sinl2(14.385 ??????? ???????式中 )(121bad、?32196?aIkPN?在此處 I---------軌道的慣性矩；——上蓋板的厚度；—系數，取決于 之間值，見表 。1kba表 系數 1kba1.0 1.1 1.2 1.4 1.6 1.8 2.01k0.127 0.138 0.148 0.162 0.171 0.177 0.180——軌道中心線至腹板的距離，正軌時， ；? 2b??=ktgkt11?????392513????tgt=318.10 ktgkt11????=3 3925?=203.5 ；1abk?v________波桑比； ， ——系數，其值取決于 和 的值（參見表 ） ；??ab?上蓋板上的折算應力按下式求得：??2)(z?折 ??????zx)(2= 318230130130?式中 ——由垂直彎矩引起的正應力， ， ， 應帶各自的正負號代xz入。表 對于矩形板的因子 和 的值??? 0.100.20 0.3. 0.40 0.50 0.10 0.20 0.30 0.40 0.500.5 2.792 2.352 1.945 1.686 1.599 0.557 --0.179 -0.647 -0.852 -0.9060.60.70.80.91.01.21.41.61.82.03.0?2.8612.9042.9332.9522.9662.9822.9002.9552.9772.9993.0003.0002.5452.6772.7682.93228792.9362.9662.9822.9002.9553.0003.0002.2272.4332.5842.6942.7662.8802.9362.9662.9822.9003.0003.0002.0112.2592.4482.5912.6982.8362.9122.9532.9752.9872.9993.0001.9362.1982.3992.5332.6692.8202.9032.9482.9722.9852.9993.0000.6770.7580.8140.8560.8870.9310.9580.9750.9850.9910.9991.0000.0530.2400.3910.4560.6110.7560.8490.9080.9450.9680.9981.000-0.439-0.229-0.0310.1480.3040.5510.7190.8280.8970.9390.9961.000-0.701-0.514-0.310-0.108-0.0800.3930.6160.7640.8580.9150.9951.000-0.779-0.605-0.4.04-0.1980.0000.3350.5780.7400.8340.9060.9941.0002．10 主梁的剛度校核計算：梁除了滿足強度條件外，還需具有一定的剛度（限制變形）才能滿足使用要求。用于起重機的梁只驗算由有效載荷（移動載荷）產生的靜撓度（不計動力系數） ，梁的這種變形是彈性變形，外載荷消失后梁能復原，絕對不允許殘余（永久）變形。1）靜剛度當兩個不相等的移動集中載荷對稱作用于梁的跨度中央時（圖） ，其最大靜撓度由下式確定： 對于圖 所示情況，梁的最大靜撓度：???flLlLlEIpf ??????)75.0()75.0(12)( 22121= ?2.106)3.3.3 2???允許靜撓度值 分別推薦如下：??f2）門式起重機的跨中撓度??Lf???????10~7式中 L——起重機的跨度。3）門式起重機的懸臂撓度= =12930??1350Lf?3?式中 ________懸臂長度。14）門式起重機跨中水平位移=??Lfs201??28310??根據剛度條件，型鋼梁需要的截面慣性矩為：??25533 94.61.487PLLPfEI ???式中 ——梁的跨度（ ） ；Lm——型鋼梁的許用撓度， ；??f ??70f?——電動葫蘆在額定起重量時的總輪壓（不計動力系數） 。按下式計算：phGQP??其中， ——額定起重量 ，)(N——電動葫蘆自重 。h 5）動剛度在起重機小車卸載時，主梁在垂直方向將產生衰減振動，這種振動對結構強度的影響不大，但對于起重機的正常使用以及司機的操作田間卻是不利的，緩慢的衰減過程影響到起重機的生產率，因此，從現代化生產的要求出發(fā)（特別是對高速運行的起重機以及要求所吊運件能精確安裝的起重機） ，起重機應保證一定的動剛度。圖 梁的剛度計算對于一般使用的起重機，不必驗算起動剛度。對于工藝上及生產率上有較高要求的橋式起重機，應驗算動剛度，要求小車位于跨中時的滿載自振頻率 f 不應低于 2HZ。可按下列公式驗算滿載自振頻率：=0.6 =1367.12)1(.6.0kmMKfs??31678?式中 ________滿載自振頻率， （HZ） ；f————主梁結構在跨中的剛度系數，其物理意義為使主梁在跨中處產生sk單位垂直靜撓度所需的集中力的大小 ；按表 計算；??cmkN——主梁結構在跨中的換算集中質量與小車質量之和（對于雙梁結構，如果小車質sM量按整臺小車計算，則 近似等于一根主梁結構的質量） （ ） ；按表 計算；s cmskN2?—— 與額定起升載荷的質量 之比，即 ；ms QMQM?—— 與鋼絲繩繞組的剛度系數 之比，即 。KS iKtsKk?鋼絲繩繞組的剛度系數 （其物理意義為使鋼絲繩繞組在荷重懸掛處產生單位靜伸長Tk所需的力）可按下式計算：=rtlFnEk?128045362??式中 ——鋼絲繩繞組的剛度系數 ；tK??cmN——繞組的分支數；n——所用的鋼絲繩的縱向彈性模數，與鋼絲繩結構有關，一般取值 1.0rE ?；4102cmkN——一根鋼絲繩的鋼絲截面積 ;rF??2cm_____鋼絲繩繞組在相當于額定起升高度時的實際平均下放長度，可近似rl取為卷筒中心與上部固定滑輪中心之半處至吊滑輪中心的實際平均下放長度（cm）,見圖 。2．11 穩(wěn)定性校核計算：對于雙梁箱形截面橋式和門式起重機以及單主梁門式起重機，一般不進行整體穩(wěn)定性驗算，但應進行腹板和蓋板的局部穩(wěn)定性驗算。1）橋式類型起重機梁的腹板可能在下列幾種應力作用下喪失穩(wěn)定性：2）彎曲剪應力：在剪力作用下，梁的腹板會在 45 度方向受壓而在斜向失去局部穩(wěn)定性（圖） ；3）彎曲正（壓）應力。這時，梁的腹板和蓋板的受壓區(qū)有可能在梁長方向失去局部穩(wěn)定性（圖） ；4）彎曲正（壓）應力和軸向壓應力（如門式起重機的支腿） ；5）作用在腹板上緣的載荷（如集中輪壓等）產生壓應力（如偏軌橋式和門式起重機），這時，腹板會因擠壓應力在豎向失去穩(wěn)定（圖和圖） 。金屬結構也可能在以上幾種應力共同作用在梁的腹板上時喪失局部穩(wěn)定。這時，腹板隨著作用于其上的載荷性質不同翹曲各種曲面（圖） 。圖 腹板局部穩(wěn)定的計算 。為了保證梁的腹板的局部穩(wěn)定性，通常用加勁板或加勁桿來加固腹板，這樣要比增加腹板的厚度經濟些。加固的方式如下：1）在箱形截面梁整個高度上設置橫向加勁板（圖） ；2）對于正軌箱形結構橋式起重機，除設置橫向加勁板外，在箱形截面腹板受壓區(qū)域設置短橫向加勁板（圖） ；3）在跨度較大的橋式和門式起重機中。梁的高度比較大，這時，除設置橫向加勁板外，常常在腹板的受壓區(qū)設置一條縱向加勁線，如果需要，例如從工藝方面限制腹板旁彎和波浪形，在腹板受壓區(qū)也設置縱向加勁桿（圖） 。1． 12 箱形截面梁腹板加勁的設計原則：1）通常沿腹板全高設置橫向加勁板（圖和）加固腹板。當 時，橫向加勁板10??h之間的距離不應大于 2h 或 3m；當 時，不應大于 2.5h。在跨度較大時橫10??h向加勁板的間距，在支座附近較小些，而在跨中較大些?？紤]到實際生產中，為了限制腹板波浪度，一般取間距 m。2.?2）如果腹板僅在剪應力作用下；當 （對于低碳鋼）或70??h（對于低合金鋼）時，可不必設置橫向加勁板，但是為了增加截面的扭轉剛度，)60~5(??h提高梁的整體穩(wěn)定性，一般仍設置橫向加勁板。3）如果腹板僅在正應力作用下，當 （對于低碳鋼）或1??h（對于低合金鋼）時，可不必加固。)145~(??h4）對于高度較大的梁，必須在腹板受壓區(qū)設置縱向加勁條（圖的 3） ，且設置在離受壓翼緣板（0.2~0.25）h 處（圖 ） ；當 （對于低碳鋼）或240??h（對于低合金鋼）時，一般只加一根縱向加勁條，如果因梁高很大，20??而必須用兩根縱向加勁條來加固腹板時，則第一根縱向加勁條離受壓邊緣距離為（0.15~0.20 ）h ，第二根離受壓邊緣距離為（0.35~0.40）h?？v向加勁條截面必須的慣性矩見表 3-6。圖 箱形主梁加勁板的設置 5）若腹板僅僅只用橫向勁板加固時，對于箱形截面梁，橫向勁板寬度取為等于兩腹板間距 b，若梁寬 B 較大，橫向加勁板中部可開孔，但應保證 mm，加)403(??hbf勁板厚度不應小于 。jb156）在有縱向加勁條的情況下，橫向勁板的慣性矩為：3?hJ?=3 =117.3227?縱向加勁條所需的慣性矩根據比值 確定h17）當梁的上翼緣作用有集中載荷（例如正軌箱形結構橋式起重機）時，一般在腹板上須設置短橫向加勁板（圖 ） ，其高度 或 。h3.01?114.?如果腹板上有縱向加勁條，則短橫向加勁板應與縱向加勁條相連，短橫向加勁板的間距 。??)50~4(1?2．13 腹板局部穩(wěn)定性的校核驗算：對于正軌箱形梁，腹板同時受彎曲正應力，剪應力和集中輪壓作用在腹板上緣產生的壓應力。根據板的彈性穩(wěn)定理論，結合工程實際，可將工字型截面的腹板看作是由上下翼緣板支承著的彈性嵌固板，但有水平位移的可能。彈性嵌固起提高腹板屈曲系數的作用，能水平位移，有降低抗屈曲能力的作用，所以可以偏安全地認為腹板的上下支承是只能轉動的簡支支承，不考慮其嵌固影響。在有較強翼緣板的情況下，工字型截面的腹板彈性嵌固支承影響系數可以取 x=1.5。薄板在各種載荷情況和各種支承情況下的局部穩(wěn)定的臨界屈曲應力公式可寫成如下通式：Ecrxk??1 Ercrxk???、mr式中 、 、 ——分別為 x 方向正應力、剪切應力和 y 方向局部壓應力cr1??mcr作用下的臨界屈曲應力 ；??2Nx——板邊支承情況影響系數，也稱嵌固系數，兩非承載邊簡支支承時取 1，彈性嵌固時取 1.2~1.5，詳見表 ；、 、 ——分別為簡支支承板在受 x 方向正應力、剪應力?krm和 y 方向局部應力時的屈曲系數，其值參見表 ；——板屈曲的歐拉應力 ，可按下式計算：E??2mN2222 109)1(???????????????bbDE ??????=163.31式中 D= ——板的單位寬度彎曲剛度；)1(23???E——板厚；____垂直于正應力方向的板寬，驗算腹板時為腹板的計算高度；ba____垂直于局部壓應力方向的板長，驗算腹板時為橫向加勁板間的距離；E——彈性模數 ；??2mN—波桑比。?板在壓應力 剪應力 和局部壓應力 共同作用時的等效臨界復合應力可按下式1??m?、、2211121, 4343????????????????????????????? crmcrcrcrmcrd ???? = 3.741.29340.156????式中， 為板邊兩端應力之比 ， 為板邊最大應力， 、 各帶自己的正負???????12?1?2符號；其它符號同前。當臨界應力超過 0.75 時，按式（ ）求得折減臨界復合應力 ：s cr????????crtsscr,3.51??式中 ——材料的屈服點 。s???2mN表 示出局部區(qū)格板的屈曲系數。薄板局部穩(wěn)定性的驗算是以屈曲臨界應力為極限應力的。只要作用在板上的載荷應力（在非均布應力時取最大的應力值）小于極限應力（或許用應力） ，板是穩(wěn)定的，其驗算公式如下：或 =312.1cr1????ncrcr1?或 =cr?r?6.253或mcr????nmcrcr?14..0式中 n——安全系數，其值與強度安全系數一致，按載荷組合分別取 1.5、1.33、和1.15；和 ——分別為正應力、剪應力和局部壓應力作用下的許用屈曲臨界應??cr??\1??mcr力。當板受壓應力，剪應力和局部壓應力同時作用的等效復合應力按式（ ）計算時，板的屈曲安全系數可以取得小一些，一般可以減小百分之十 。2．14 加肋板的穩(wěn)定性校核計算： 在工程設計中，為了滿足公式（ ） ，有時不得不增加板厚，這常常要增加鋼材用量。而在板的受壓部位加上幾根加勁條或加強肋則可以提高板的抗屈曲能力，而且相比之下要經濟些。剛性的加強肋（加勁條）能起到支承作用，將板分割為若干區(qū)格，改變了板在計算穩(wěn)定性時的寬度 b 和 a 的值。而且，區(qū)格板的屈服系數與 有關，屈曲臨界應ab?力與寬（b）平方成反比。但要注意的是剛性加強肋要有足夠的彎曲剛度，要能起到支承板的作用。加強肋的剛度以 的乘積表示。 是加強肋繞被加強板板厚中心線的面積EIs?sI慣性矩。加強肋的彎曲剛度和該板的彎曲剛度比稱為加強肋的剛度比，常以 表示，即 ?=??bsbsbs IIDI322311?????? 21.370.612??式中 b, 為板的寬度和厚度。對于剛性加強肋而言，有最小剛度比 ，亦即當剛? min?性加強肋使區(qū)格板的屈曲臨界應力小于（最多是等于）這塊加肋整板的屈曲臨界應力時，此加強肋的剛度比即為最小剛度比。這時，板的屈曲只能限于區(qū)格板內，也就是說區(qū)格板的屈曲將先于整板。當加強板剛度不夠時，加肋板仍以整板屈曲模態(tài)失穩(wěn)。此時的加強肋稱為柔性加強肋。帶柔性肋板的屈曲系數可按公式計算。在求得剛性肋的最小剛度后，即可計算剛性肋的面積慣性矩。所有剛性肋的面積慣性矩（）必須大于此值。sI當橋式類型起重機主梁腹板被縱向肋分格為上，下兩區(qū)格，并受有 y 方向的局部壓力時，則上區(qū)格板（圖 ）的局壓屈曲系數 按表 計算 ，而下區(qū)格板則按m? ??mk8.0或 。此時上區(qū)格板的驗算公式應為改寫的式（ ） ，即1?a3nImcr??下區(qū)格板的局部驗算公式則為：0.4 mcr?式中， 和 分別為上區(qū)格板和下區(qū)格板的屈曲臨界應力。Imcr??cr對于普通橋式起重機，由于梁的受壓翼緣板屬于均勻受壓情況，只要合理選取板寬 B和厚度 的比值（表 ） ，則勿需用縱向加勁條加固梁的受壓翼緣。根據滿足局部穩(wěn)定性條件，圖 3-11 列出了受壓翼緣尺寸比例關系。對于偏軌寬翼緣橋式類型起重機，其主梁截面較寬，而翼緣板厚 相對較?。╞------- 兩腹板間距； -------------------上翼緣板厚度） ，因1?此受壓翼緣板必須根據局部穩(wěn)定性布置縱向加勁條。當 60（50） 時（括號內數字用于低合金鋼） ，應設置一條縱向加勁條，??102???b縱向加勁條的慣性矩：132.0??bIz?4cm式中 -------------系數，按表 3-11 選用。1?表 3-10 受壓翼緣板的寬厚比 不大于 1?b板的長邊支承特性鋼 235Q 低合金鋼一邊簡支，一邊自由 15 12一邊嵌固，一邊自由 30 25兩邊簡支 60 50兩邊嵌固 70 60當 時，應設置兩條縱向加勁條，縱向加勁條的慣性矩：)150()10(2???b423.cmIz?? 式中 ——系數；2?b——兩腹板間距。圖 受局部壓力的區(qū)格板 圖 受壓翼緣的尺寸比例2．15 受扭構件的校核計算1）自由扭轉和約束扭轉的概念起重機金屬結構中的梁為非圓截面直桿，而且是開口薄壁（工字形截面等）后閉口薄壁（箱形截面）結構。非圓截面直桿受扭時，其橫截面不再保持平面而產生翹曲現象。如果所有的截面都自由翹曲，則在截面上不會產生正應力，這稱為自由扭轉，這時，桿件所有截面的翹曲量相同。因此，在橫截面內只產生與外扭轉相平衡的剪力。這種情況只有當等截面直桿的兩端作用大小相等而方向相反的力偶，且無任何約束時才會產生。圖 a 為工字形截面桿件兩自由端受兩個力偶作用而產生自由扭轉，圖 a 為變形后的情況，平行于桿軸的縱向直線（例如翼緣）仍保持直線，截面 ABCD 已有翹曲不再成平面，由于各截面均能自由翹曲，且翹曲量相同，故縱向纖維長度不改變，截面上就不會產生正應力。表 系數 值1?0.5 0.6 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.00.050.100.150.203.403.693.974.255.596.116.227.138.058.559.6510.4510.758.559.6510.4510.7511.8913.0414.1813.5815.1416.7018.2616.6718.7220.7722.3219.9022.4825.0727.6522.3626.5629.7632.9626.9530.8334.7238.6130.2835.4340.0344.6330.2836.7243.7251.2830.2836.7243.7251.28注： ，式中 a——箱形梁橫向加勁板間距；b——兩腹板間距。b?? ，一般可先取 試算，式中 ——一條縱向加勁條的面積2.01????bAz 1.0??zA.2cm表 系數 值2?0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.00.050.100.150.207.398.048.689.3311.5312.6812.8314.9816.3018.1019.9021.7021.7024.2926.8829.4827.5531.0734.6035.1233.9938.6043.2147.8240.9346.7652.5958.4048.3055.4662.6269.7956.0064.7073.4082.1064.3874.7585.1295.9072.9785.1397.30109.4782.0496.16110.28124.2891.54107.74123.94140.14注：集中 和 的意義同前表。??圖 3-12 桿件的自由扭轉如果桿件受扭時截面不能自由翹曲，也即由于支座的阻礙或其它原因的限制，這稱為約束扭轉。當桿件產生約束扭轉時，由于各截面的凹凸不相同，因此桿件的縱向纖維將產生拉伸活壓縮變形，桿件單位長度的扭角也沿桿長變化。由于縱向纖維的軸向應變，就使得截面上不僅存在著扭轉剪應力，還存在發(fā)向應力，又因為各縱向纖維的法向應力不一定相同，就導致桿件產生彎曲（圖 ） ，所以約束扭轉也常稱為彎曲扭轉。另一方面由于桿件彎曲必將產生彎曲剪應力，這一系列情況，就使得桿件的約束扭轉問題比自由扭轉問題復雜得多。如圖 中的工字梁右端剛性固定，左端自由，并作用著扭轉，于是也將產生約束扭轉。工字梁的翼緣不保持直線而產生彎曲，而且這種彎曲是在其自身平面內作相反方向的彎曲。因此在翼緣上產生了正應力 （如圖 a ） ，同時由于彎曲變形，又產生了附加??剪應力 （如圖 b ） ，這種附加剪應力 只能平衡一部門外扭轉，剩下的外扭轉將?? ??由純扭轉剪應力 （圖 c）來達到平衡。由此可知，開口薄壁截面受扭轉時，截面上k將產生三種應力，即約束扭轉正應力 ，約束扭轉剪應力 和純扭轉剪應力 。由 ????k?合成內扭矩記為 ，稱為約束扭轉力矩；由 合成的內扭矩記為 ，稱為自???Mk hM由扭轉力矩。根據靜力平衡條件得：圖 桿件的約束扭轉 圖 約束扭轉的截面應力 0??dF??nhM? 328+120=4482．16 開口薄板構件的扭轉校核計算：1）自由扭轉開口截面薄壁構件自由扭轉時，在截面上產生的最大剪應力力按下式計算（圖 ）：=maxax??kIM?15.3927150??式中 ——純扭矩 ； h??cN?-------計算截面中最大壁厚；max?-------截面的扭轉慣性矩，由矩形窄條組成的截面（T 字形，工字形。槽形） ，1kI其扭轉慣性矩 ，按下式計算：1kI、 -------------矩形窄條相應的寬度和厚度（cm）1b?----------修正系數，對于各種截面的 值列出如下：1k軋制 形截面 1.00L?1k軋制 形截面 1.20T軋制 形截面 1.20I1k開口截面剪應力沿截面上的分布如圖 所示。 圖 3-15 開口薄壁構件的自由扭轉計算簡圖單位長度的相對扭轉角，按下式計算：??11??cmGIMk?= =362.44.5732.690?2）約束扭轉開口薄壁構件約束扭轉引起的法向應力 和剪應力 的計算比較復雜，可參看起重機????設計手冊。開口薄壁構件約束扭轉引起的應力很高，有時甚至超過構件受自由彎曲時的應力，必須予以重視。2．17 閉口薄壁構件的扭轉校核計算閉口截面由于截面外形所具有的特征，它在純扭轉時，純扭轉剪應力的分布與開口截面中不相同（圖 ） ，它沿壁厚是按常量分布的，因此中間層上的剪應力并不等于零，這是閉口與開口截面的最主要區(qū)別。閉口截面純扭轉剪力流由于在整個截面上環(huán)行封閉，因而其扭抗能力特別強，這是它的主要優(yōu)點，因而得到廣泛應用。閉口截面的純扭轉剪力流已單獨平衡外扭矩，而約束扭轉剪力流在截面上是自相平衡的。閉口截面薄壁構件自由扭轉時，在截面上產生的最大剪應力按下式計算：??2minaxcNMk????= 71.93458.016??式中------------截面輪廓中線所圍成的面積的兩倍； -------------截面中最小壁厚（cm）;min?-------------作用在所計算截面的扭矩（ ） 。kMcmN?剪應力的分布示意圖 中。1）閉口截面薄壁構件單位長度相對扭轉角按下式計算：??12??cmGIMkh?= =2238.1 5.3479式中 ， ----------系數，對焊接構件 ：對鉚接構件 ????dskI222k 12?k；3.02k----------對截面閉合軸線全積分。??ds正軌雙梁橋式起重機和單主梁門式起重機的箱形主梁屬于閉口薄壁構件受約束扭轉，理論分析和計算以及實驗說明，閉口截面的抗扭能力很強，其約束扭轉法向應力 ??很低，一般只有構件受自由彎曲時的法向應力的 5% 左右，因此在實際計算時，可以取 ，在此， 為自由彎曲法向應力。05.???0約束扭轉剪應力 約為自由彎曲剪應力 的 10~20 % ，而 比自由??Q???扭轉剪應力 小得多，在實際計算時，可以忽略 而只按自由扭轉計算剪應力。k? ?2．18 連接的計算由于設計，制造，安裝和運輸等方面的要求，金屬結構通常是用型剛（或鋼板）彼此用連接件連接成獨立桿件，各桿件又用連接件互相連接起來，組成各個結構物以承受外力作用。結構物的各安裝，運輸單元之間也是用連接件互相連接構成整體，由此可見，連接方法及其可靠性對于金屬結構的正常工作有著重要影響。金屬結構的連接方法主要有焊接，螺接和鉚接。下面介紹兩種常用的連接方法--------焊接和螺接。圖 閉合截面薄壁構件的扭轉計算2．19 焊接焊接是把連接金屬局部加熱成液態(tài)或膠體狀態(tài)，用壓力或填充金屬，是金屬結合成一個整體的方法。起重機金屬結構應用的焊接主要有電焊和氣焊兩類。電焊又可分為電弧焊，電阻焊（用于焊鋼筋，薄板等）和電渣焊（用于焊厚度和截面特大的構件） ，其中以電弧焊應用最廣。電弧焊是借電弧產生的高溫（-3600 度）來熔化焊件與焊條進行焊接的。電弧焊是金屬結構焊接的主要方法，它又可以分為手工焊，埋弧