3320 橋式起重機主體結構設計,橋式起重機,主體,結構設計
華東交通大學畢業(yè)設計1第 1 章 緒言1.1 起重機的概述工程起重機是各種工程建設廣泛使用的重要起重設備，它對減輕勞動強度，節(jié)省人力，降低建設成本，提高施工質(zhì)量，加快建設速度，實現(xiàn)工程施工機械化起著十分重要的作用。起重機作業(yè)是使物品沿空間的三個方向運動。其中作上下移動的起升機構是不可缺少的。平面運動可以用兩種不同的運動組合來實現(xiàn)。按照這種組合方式不同，起重機可分為兩大類型：橋式起重機和回轉(zhuǎn)類型起重機。橋式類型起重機就依靠起重機運行機構和小車運行機構的組合使所搬運的物品在長方形平面內(nèi)運動。驅(qū)動起重機運動的是起升機構、運行機構、回轉(zhuǎn)機構和變幅機構。為了實現(xiàn)這些運動、安放這些機構并承受載荷，起重機必須有足夠的強度和剛度的金屬結構，有驅(qū)動機構運動并實現(xiàn)運動控制的動力控制系統(tǒng)；以及，為保證起重機安全并可靠運轉(zhuǎn)的安全和信號指示裝置。起重機的特點是：短周期的循環(huán)作業(yè)。一個工作循環(huán)包括：取物，起升并運行靠卸貨點，下降，卸料，然后空車返回原地。一個工作循環(huán)的時間一般只要幾十秒種到幾分鐘，最長的也不會超過一、二十分鐘。這一特點對它的動力裝置的選擇及電氣設備容量的計算有較大的影響。經(jīng)常起動、制動引起傳動機構和金屬結構的強烈沖擊和振動，導致產(chǎn)生較大的動載荷，由于這種載荷是非常平穩(wěn)的，這使得強度和疲勞計算變得較為復雜。此外，對于裝卸散裝物料的起重機，生產(chǎn)效率是一個很重要的性能指標， 它不僅取決于各機構的運動速度，而且也依賴裝卸物料的輔助時間的大小。因此對于速度、加速度值，運動的重疊程度，取物及卸貨的自動化程度的選擇等都應仔細考慮。雙梁橋式起重機尤其適合室內(nèi)重物的起升和搬運，所以廣泛被工廠所采用。橋架結構的設計好與壞對起重機的性價比（性能與價格的比）提高有很重要的意義。長期以來，機械設計工作者沿用類比的設計方法。這種設計過程可概括為“設計—分析—再設計”的過程。即首先根據(jù)設計任務及要求進行調(diào)查研究和收集有關資料，參照相同或類似任務現(xiàn)有的、已經(jīng)完成的較為成熟的設計方案。憑借設計者的經(jīng)驗輔以必要的分析計算。確定一個合適的設計方案，并通過估算初步確定有關參數(shù)，然后對初定方案進行必要的分析及校核計算；如果某些設計要求得不到滿足。則可進行設計方案的修改。設計參數(shù)的調(diào)整，并再次的進行分析計算。如此多次反復，直到獲得滿意的設計方案為止。此方法不僅需要花費較多的時間，增加設計周期，而且只限于在少數(shù)方案中進行分析比較。隨著電子計算機技術的發(fā)展和應用，以線性規(guī)劃與非線性規(guī)劃為主要內(nèi)容的新的數(shù)學規(guī)劃應用于工程設計問題。雙梁橋式起重機橋架設計應用該優(yōu)化方法，將迅速得到一對相對很合理的截面參數(shù)。這不僅降低了設計者的工作強度，而且與提高了設計方案的可行性。使得起重機金屬結構的合理設計，對減輕起重機自重，提高起重性能，節(jié)約鋼材，提高起重機的可靠性都有重要意義。2.2 起重機發(fā)展趨勢對工程起重機，特別是大功率的工程起重機的需要量日以增加。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，各種新技術、新材料、新結構、新工藝在工程起重機上得到廣泛的應用。所有陳向城：橋式起重機主體結構設計2這些因素都有里地促進了工程起重機的發(fā)展。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有工程起重機產(chǎn)品和技術資料的分析，近年來工程起重機的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）廣泛采用液壓技術液壓傳動具有體積小、重量輕、機構緊湊、能無級調(diào)速、操縱簡便、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和工作安全的優(yōu)點。（2）通用型起重機以中小型為主，專用起重機向大型大功率發(fā)展為了提高建設工程的裝卸和安裝作業(yè)的機械化程度，工程起重機的發(fā)展，仍然是以輕便靈活的中小型起重機為主。（3）重視“三化” ，逐步過渡采用國際標準三化是指：標準化、系列化、通用化（4）發(fā)展一機多用產(chǎn)品為了充分發(fā)揮工程起重機的作用，擴大其使用范圍，有的國家在設計起重機是重視了 產(chǎn)品的多用性。（5）采用新技術、新材料、新結構、新工藝為了減輕起重機的自重，提高起重機的性能，保證起重機可靠地工作，現(xiàn)在都多采用新技術、新材料、新結構和新工藝。華東交通大學畢業(yè)設計3第 2 章 起重機總體方案設計2.1 起重機參數(shù)確定（1）室內(nèi)工作（2）額定起重量：Q = 10 噸（3）起升高度：H = 12 米（4）起升速度：v 升 = 8 米/分 （5）小車運行速度：v 小 = 40 米/分（6）大車運行速度：v 大 = 90 米/分選跨度 L = 16.5 米，機構工作類別 — 中級（JC = 25%）2.2 起重機總體方案對于起重量為 10 噸的橋式起重機，可以設計成電動單梁葫蘆式，即橋式起重機采用單主梁結構，在主梁的下端焊接有工字鋼來作為電動葫蘆的運行軌道，起吊貨物直接通過電動葫蘆完成；還可以采用雙梁小車式方案，即采用雙主梁結構，小車運行于安裝在主梁上的軌道上，起吊貨物由小車起升機構來完成。對這兩種方案都是可行的，同時也是現(xiàn)在比較通用的兩個設計方案，經(jīng)過認真比較，決定采用雙梁小車式。首先，雖然現(xiàn)在起重量為 10 噸的電動葫蘆已經(jīng)大量生產(chǎn)，但還沒有實行標準化和系列化，設計資料相對殘缺和稀少；而運行小車式橋式起重機設計資料相對多一點，有利于進一步的設計和優(yōu)化。其次，這次設計的起重機選用跨度為 16.5 米，如果采用單梁電動葫蘆式，勢必使主梁結構龐大，由于主梁大都采用箱形焊接結構，尺寸增大就會增加焊接難度，且增大焊接變形。再次，采用雙梁小車式，設計制造安裝方便，設備維護和維修簡單。雙梁橋式起重機傳動系統(tǒng)的設計，主要包括起升機構傳動系統(tǒng)的設計、小車運行機構設計及大車運行驅(qū)動機構設計。主要采用電力驅(qū)動，通過聯(lián)軸器和減速器再把動力傳遞到工作機構，對于這種傳遞系統(tǒng)，由于電動機、聯(lián)軸器及減速器均以標準化，因而可以選用標準件而簡化設計。2.3 橋架主體結構方案（1）主梁采用正軌箱形結構（如圖 1 a）陳向城：橋式起重機主體結構設計4a — 正軌箱形梁；b — 偏軌箱形梁；c — 半偏軌箱形梁圖 1 正軌箱形結構圖（2）橋架為焊接結構（如圖 2）圖 2 箱形梁焊接圖華東交通大學畢業(yè)設計5第 3 章 起重機主體結構設計3.1 起重機鋼結構載荷情況作用在起重機上的外載荷有：起升載荷、自重載荷、動載荷和風載荷等。（1）起升載荷起升載荷就是由起升機構吊起的貨物和取物裝置以及其它隨同升降的裝置重量之總合。對起升高度很大的鋼絲繩起升機構，起升載荷應包括掛著的鋼絲繩重量。（2）自重載荷起重機本身重量包括機械部分、金屬結構及電氣設備等的重量。如果起重機上裝有運輸機，則應考慮運輸機及其上的貨物的重量。自重在設計前一般是未知的，可參考同類型參數(shù)接近的起重機的自重做初步選定。有些手冊上列有各類起重機依照起重量或載重力矩而定的自重表可供參考。自重的分配根據(jù)結構情況而定。機械及電氣設備一般可看作是集中載荷，箱形結構和連續(xù)運輸機上的貨物可看作是連續(xù)分布的。（3）動載荷動載荷是由運動速度改變而引起的質(zhì)量力，即慣性力。在啟動與制動期間，剛體做平移運動時，它的質(zhì)量產(chǎn)生加速或減速慣性力。（4）風載荷由于本設計是屬于室內(nèi)工作，故不存在風載荷。3.2 橋架金屬結構計算所計算是起重機橋架由兩根用鋼板焊接是箱形主梁組成，主梁固定在裝有大車輪的端梁上。此外，裝有大車運行機構的輔助橫梁和縱梁也固定在橋架上。橋架上設有欄桿和走臺在端梁頭部裝有緩沖器。橋架跨度 L = 16.5 米初定起重機輪距 B = 4.5 米初定小車軌距 K 小車 =2 米初定小車輪距 b= 1.6 米橋架為正軌箱形焊接結構。橋架材料選用 Q215 鋼（GB700-88）3.2.1 主梁計算載荷假定小車車輪輪壓相等，則起重機在額定載荷下每一個車輪到軌道上的移動載荷為：P = K + = 1.2 + = 4200 公斤1動 4Q小 車G?4108式中 K 動 — 動力系數(shù)，考慮貨物提升或下降時的慣性力，K 動 = 1.1 ；1.2 ；1.3 — 相應于輕級、中級和重級工作類型，本設計采用中級工作類型。假定大車運行機構的重量均勻地作用在一根梁上，則雙梁橋架半邊的重量和運行機構自重所產(chǎn)生的均布載荷為：陳向城：橋式起重機主體結構設計6q = 公斤/米梁 4801.5.6205.0?????cKLG機橋式中 — 半邊焊接箱形雙梁橋架自重（不包括端梁） ， 近似為 = 5000 公斤橋G5.0 橋G5.（如圖 3） ；— 大車運行機構重量，近似為 = 2200 公斤；機 機G— 考慮起重機運行時振動的系數(shù)；cK當 v 時， = 1.0；起 秒米 /1?cK當 1.5 米/秒 v 時， = 1.1；?起 秒米 /1c當 3 米/秒 v 時， = 1.2。起 秒米5.c圖 3 雙梁橋架焊接箱形重量曲線圖司機室和電氣設備重量產(chǎn)生的集中載荷為：p = G = 1.1 2000 = 2200 公斤2cK司 ?華東交通大學畢業(yè)設計7式中 G 司 — 司機室和電氣設備的重量，G 司 = 2000 公斤 集中驅(qū)動的大車運行機構裝在與主梁相連的懸臂橫梁上，其扭矩為：M = e = 2200 0.75 = 1650 公斤 米1機 ??式中 e — 為大車運行機構重心至主梁截面中心的水平距離。M根據(jù)計算經(jīng)驗，當起動和制動時起重機的加速度為 0.25 米/秒 和 0.5 米/秒 ，而當22猛烈起動或制動時，假定加速度增加一倍，即 0.5 米/秒 和 1.0 米/秒 。根據(jù)車輪和軌2道的粘著條件，最大加速度為：0.98 米/秒????48.920max總驅(qū)ng?2因此，猛烈制動時 = 0.98 米/秒 。橋架猛烈制動時在水平面內(nèi)引起的橫向均布ax制 2慣性載荷為： maxmax5.0制機橋制慣 gLGLq??公斤/米498..168925?猛烈制動時，由司機室重量在水平面內(nèi)引起的橫向集中慣性載荷為：200 公斤??.0max1制司慣 gGp猛烈制動時，小車自重和吊重在水平面內(nèi)引起的橫向集中慣性載荷為：740 公斤???98..21482ax制小 車慣 Q根據(jù)計算經(jīng)驗，起動和制動時，小車的加、減速度為 0.1 米/秒 和 0.25 米/秒 ，當22猛烈起動和制動時，小車的加速度可為 0.2 米/秒 和 0.5 米/秒 。根據(jù)車輪和軌道的粘著條件加速度值可達 0.98 米/秒 。因此，小車猛烈制動時 a 制 max= 0.5 米/秒 。當負載2小車猛烈制動時，在水平面內(nèi)的縱向集中慣性載荷為：378 公斤??????5.08.9214max3制小 車慣 gQGp3.2.2 主梁截面尺寸的選擇橋架中部箱形主梁的高度：H =（ ）L = （ ） 16500201~6201~6=1030 ~ 825 毫米取 H = 900 毫米支承處的梁高為：H =（0.6 ~ 0.7）H =（0.6 ~ 0.7） = 540 ~ 630 毫米1 90?陳向城：橋式起重機主體結構設計8取 H = 600 毫米1變截面傾斜長度：L =（0.1 ~ 0.2）L =（0.1 ~ 0.2） = 1650 ~ 3300 毫米c 1650?取 L = 2000 毫米c上、下翼緣板寬度：B =（0.5 ~ 0.33）H =（0.5 ~ 0.33） = 450 ~ 297 毫米90?此外，翼緣寬度應滿足條件：B 毫米?35160?L取 B = 350 毫米初算時取腹板厚度 毫米，而上、下翼緣板厚度 毫米（圖 4）61?? 82?a — 跨中；b — 支承附近圖 4 橋架主梁橫截面華東交通大學畢業(yè)設計9第 4 章 主體結構各承載部分的計算與校核4.1 主梁主要截面計算上、下翼緣的截面積： F = 2 厘米1568.03??2腹板的截面積 F = 2 厘米1.4截面總面積： F = F + F = 56 + 106 = 162 厘米12 2對 x — x 軸的截面慣性矩：翼緣：I ????????????231 4.08.52.0x= 111400 厘米 4腹板：I = 厘米x26801.03??4截面總慣性矩：I I I = 111400 + 68080?X?x12= 180480 厘米 4對 x — x 軸的截面模數(shù)：W = 厘米x01581?ZI3對 y — y 軸的截面慣性矩翼緣：I = 厘米y171238.0??4腹板：I ???????????232 3.056.481.y陳向城：橋式起重機主體結構設計10= 26483 厘米 4截面總慣性矩：I I I = 5717 + 26483?y1?y2= 32200 厘米 4對 y — y 軸的截面模數(shù)：W = 厘米y 18035??BIy 34.2 主梁支承附近截面的計算上、下翼緣的截面積： F = 56 厘米12腹板的面積 ： F = 2 厘米706.458??2截面總面積： F = F + F = 56 + 70 = 162 厘米12對 x — x 軸的截面慣性矩：翼緣：I ????????????231 4.098.52.0x= 49068 厘米 4腹板：I = 厘米x2198.5603??4截面總慣性矩：I I I = 49068 + 19918?X?1x2= 68986 厘米 4對 x — x 軸的截面模數(shù)：W = 厘米x2306891??HI 3對 y — y 軸的截面慣性矩：翼緣：I = 厘米y1571238.0??4腹板：I ???????????232 3.06.481.5y華東交通大學畢業(yè)設計11= 17496 厘米 4截面總慣性矩：I I I = 5717 + 17496?y1?y2= 23213 厘米 4對 y — y 軸的截面模數(shù)：W = 厘米y 13265??BIy 3按額定載荷時橋架和小車同時猛烈制動的最不利載荷情況計算主梁。此外，也考慮由大車運行機構和司機室重量對梁引起的載荷。對主梁 0 — 0 軸（如圖 5）的扭矩圖 5 扭矩計算圖M 35740160215.64213 ?????????hpMlpLeq慣慣慣扭= 33490 公斤 厘米?當改變力 和 的方向時，對主梁 0 — 0 軸的扭矩為：慣 2慣 16025.1645374311 ??????????lpLeqhp慣慣慣扭= -490 公斤 厘米?取最大值（ = 33490 公斤 厘米）作為扭矩計算值。求由固定載荷和移動載荷在扭M?陳向城：橋式起重機主體結構設計12垂直和水平內(nèi)產(chǎn)生的主梁最大彎矩。當跨度中心至載荷 p 的距離與跨度中心至合力 R 的1 '距離相等時，即主梁跨中至載荷 p 之間的距離為 時，兩個移動載荷在左邊車輪下面的14b梁截面內(nèi)產(chǎn)生最大彎矩。在垂直面內(nèi)主梁的支承反力：由固定載荷的作用（如圖 6a）圖 6 主梁計算圖a 和 b — 分別為由固定載荷和移動載荷在垂直面內(nèi)的作用；c 和 b — 分別為有固定載荷和移動載荷的慣性力在水平面內(nèi)的作用；e — 由于扭矩的作用。 ????公 斤梁 58605.162.480.202' ????????LqlpRkB華東交通大學畢業(yè)設計13公 斤梁 42605.16.4802022' ??????LqlpRKA由活動載荷的作用（如圖 6b） 公 斤3965.16.24021" ??????????????????bpB 公 斤40..1" ??????????????LRA= 2.25 米 ， b = 1.6 米Kl彎矩值：= 3996 = 31369 公斤 米"1BM????????42b???????46.125?"'1RL22 4???????bLqlbpK梁= 5860 ???????46.15 246.152805.61.0?????????????= 18892 公斤 米?由垂直載荷在截面 1— 1 引起的最大彎矩：公斤 米502613982"' ????M?在水平面內(nèi)主梁的支承反力 （圖 6c、d）：公斤????5365.16.4.021' ?????LqpRKB慣慣水公斤90.221' ????lKA慣慣水公斤35.1647045.022 ?????????????????LbpRB慣“水公斤8.2.2 ???????????????A慣”水彎矩值：= 352 = 2763 公斤 米“水BRM?"2???????4bL???????46.125?陳向城：橋式起重機主體結構設計14‘水BRM?'2???????4bL21 442??????????????bLqlbLpK慣慣= 536 ??????6.5126.152..65.0????????????= 1732 公斤 米?由水平載荷的作用，截面 1— 1 的最大彎矩：公斤 米4952763"2'2 ???M?由垂直載荷的作用，截面 1— 1 的彎曲正應力（載荷組合 A）：公斤/厘米 21405xW?取安全系數(shù)為 n = 1.5,則1253 1.5 = 1880 公斤/厘米 2< A =3418 公斤/厘米 2，故符合強度設計要求。???式中 A = 3418 公斤/厘米 — Q215 鋼的許用應力（查〈〈起重機設計手冊〉 〉 ）???由水平載荷的作用，截面 1— 1 的彎曲正應力：公斤/厘米 22480952??yWM?由垂直載荷和水平載荷（載荷組合 B）的作用，截面 1 — 1 的最大彎曲正應力：公斤/厘米 29715321?MAX取安全系數(shù)為 n = 1.5，則1497 1.5 = 2246 公斤/厘米 2< 3418 公斤/厘米 2，故符合強度設計要求。????B?主梁支承附近的截面按剪力和扭矩共同作用下產(chǎn)生的剪應力進行計算。當滿載小車位于支承 B 的邊緣位置時，支承截面將出現(xiàn)最大剪力。合力 R 至支承 B的距離 = 1.5 米。1l當載荷作用時：在垂直面內(nèi) ????LqlplRKB 2221max 梁???= ?5.1625.16480.0.5640???華東交通大學畢業(yè)設計15= 12615 公斤在水平內(nèi) ????LLqlplpRKB 221max 慣慣慣水 ???= 5.165.16420.56740 2?= 1131 公斤近支承處主梁截面的一半面積對 x — x 軸的靜矩為：厘米340.02.96.8035?????xS 3支承截面（x — x 軸附近）處的剪應力：公斤/厘米 < = 2050 公斤/厘米5.269141 ?bIQx? 2??A?2式中 Q — 剪力（公斤） ，Q = maxBRb = 2 — 兩塊腹板的厚度厘 米.0??公斤/厘米 — 載荷組合 A 的許用剪應力??96AA??2在扭矩作用下支承截面處的剪應力（扭矩由兩根主梁承受）：公斤/厘米5.76018234922 ???????FMW扭扭扭 2式中 F — 腹板和翼緣板中心線所圍成的矩形面積，F(xiàn) = 31.6 厘米 。187.9??2陳向城：橋式起重機主體結構設計16圖 7 主梁內(nèi)加勁板布置圖載荷組合 B 時在支承截面處的最大剪應力：公斤/厘米 < = 2050 公斤/厘米5.21.0521????2??B?2式中 = 0.6 = 2050 公斤/厘米 。??B?B由于小車自重和額定載荷對主梁產(chǎn)生下擾度的作用，故主梁需要預供（如圖 8）圖 8 主梁上拱示意圖華東交通大學畢業(yè)設計17由小車自重和額定載荷產(chǎn)生的主梁擾度：厘米??????36.28.1041.2486505485.0 33 ??????? fEILGQfx小 車所以預拱度符合設計要求。式中 — 允許擾度??f= 厘米f36.27015?L在主梁內(nèi)用加強橫板（加勁板）來保證主梁腹板的穩(wěn)定性，其布置見（如圖 7）4.3 端梁計算以橋架自重和位于支承 B 附近（如圖 9）的帶額定載荷的小車重量所產(chǎn)生的載荷作用下來計算端梁，端梁上的載荷為：圖 9 端梁計算圖陳向城：橋式起重機主體結構設計18由負荷最大的主梁所產(chǎn)生的載荷 公 斤梁 1265max1?BRp由負荷較小的主梁所產(chǎn)生的載荷（不考慮司機室和大車運行機構的重量）??Lqlp221‘梁梁 ???= 5.16.387402??= 10829 公斤式中 = 公斤；‘梁q 387.5.165.0????ckLG導橋— 導電架重量， = 800 公斤。導 導在水平內(nèi)端梁承受由于小車猛烈制動時引起的載荷公斤378?慣p在垂直和水平面內(nèi)端梁的支承反力為: ??公 斤 梁梁1325.425.16.08912'????BaRC式中 B = 4.5 米；K = 2 米；a = 1.25 米。小 車= 14120 公斤'DR= = 440 公斤"cd截面 A — A 的彎矩：公斤1765021401 ???aRMD‘梁 厘 米?公斤2“梁 厘 米端梁通常采用箱形截面（圖） 。端梁的高度取與主梁支承處的高度相等（H毫米） 。上、下翼緣的寬度 毫米。該截面的慣性601?H端 3065..0???端端B矩為 厘米 ， 厘米 ， 厘米 ， 厘米 ，97xI41598?yI42xW17y3華東交通大學畢業(yè)設計19厘米1932?xS3在垂直和水平面內(nèi)由于彎矩在截面 A — A 處引起的正應力為：公斤/厘米854206171??xWM梁?2公斤/厘米2y梁 2在截面 A — A 上總的正應力為：公斤/厘米906528421????C 2截面 A — A（在 x — x 軸附近）的剪應力:公斤/厘米376.026179'1 ?bISRxD? 2截面 A — A 的強度條件： ????????21C公/03679022?取安全系數(shù) n = 1.5 ，則1110 1.5 = 1665
收藏