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1、精选优质文档-倾情为你奉上太原科技大学课程设计说明书题 目：中轨 25t/28.5m,双粱桥式起重机金属结构设计设 计 人： 王 尧 学 号： 8 指导教师： 杨瑞刚 王文浩 学 院： 机械电子工程学院 专 业： 起重运输机械 班 级： 机自班 2011年 3 月 12 日专心-专注-专业1) 大车轴距 2) 主梁尺寸3) 主、端梁界面1） 截面尺寸1) 固定载荷2) 小车轮压3)动力效应系数4) 惯性载荷5)偏斜运行侧向力 6)扭转载荷7)端梁总轮压计算简图1) 垂直载荷2)水平载荷2) 强度3) 主梁疲劳强度1)载荷与内力2)强度3)端梁疲劳强度4)稳定性5）端梁拼接 1)桥架的垂直刚度2
2、)桥架的水平刚度3)垂直动刚度4)水平动刚度第一章 桥式起重机金属结构设计参数表1-1 设计参数起重机类型双梁桥式起重机工作级别A4轨道放置中轨起重量(t)25t小车质量(t)8.8t跨度S (m)28.5m起升高度H (m)12m起升速度(m/min)13m/min小车速度(m/min)44m/min大车速度(m/min)85m/min小车轮距 b (m)2.5m吊钩最小下放距离(m) 2m钢丝绳倍率 n8第二章 总体设计1.桥架尺寸的确定 大车轴距的大小直接影响大车运行状况，常取：=（）S=（）28500 mm=40715700 mm根据小车轨距和中轨箱型梁宽度以及大车运行机构的设置，取=
3、5000 mm。2.主梁尺寸 (1) 主梁在跨度中部的高度h。 由式(7-24)1估算： 当小跨度时取较大值，大跨度时取较小值。 求得的梁高通常作为腹板高度，为下料方便，腹板高度一般取尾数为0的值。 取腹板高度 (2) 腹板和翼缘板厚度。 腹板厚度通常按起重量量决定： 主、端梁翼缘板厚度 ，通常上、下翼缘板厚度相等。查表7-11知：翼缘板厚度 =12 mm查表7-2知：端梁头部下翼缘板厚=16 mm上翼缘板与中部下翼缘板板厚=12 mm 端梁腹板厚度 =8 mm (3) 两腹板内壁的间距b。 验算： 且 同时，根据焊接施工条件的需要， 即： b取值合理。(4) 上、下翼缘板的宽度。 (5) 端
4、梁高度。主梁总高度 =+2=1824 mm端梁高度应略大于车轮直径。(6) 主梁端部变截面长。 主梁端部变截面长取 d= 4350 mm。 3.主、端梁采用焊接连接，端梁为拼接长，桥架结构与主、端梁界面见图1及图2。图1 双梁桥架结构 图2 主梁与主梁支承截面的尺寸简图 4.端梁截面尺寸的确定。 (1) 起重机的总质量3（包括主梁、端梁、小车、大车运行机构、司机室和电气设备等），可由下式估算： 查表3-8-12知： 而，工作级别估算大车轮压 故：选车轮组的尺寸，轨道型号。车轮组最大许用轮压为15t。若车轮材料用ZQ50MnMo，车轮轴用45，HB=228255时，最大许用轮压提高20%。(2)
5、 查表3-8-10得：车轮组尺寸，。 (3) 对较大起重量得起重机，为增大端梁水平刚度和便于主、端梁连接，通常比大50100 mm左右，但给制造带来不便。 (4) 端梁中部上、下翼缘板宽度。 5.端梁与端梁支承截面处的的尺寸简图(见图3)图3 端梁与端梁支承截面处的尺寸简图第三章 主、端梁截面几何性质1.主梁截面主梁截面积： 惯性矩：2.端梁截面 端梁截面积：第四章 载荷1.自重载荷主梁自重均布载荷： 小车轨道重量(P43)： 查附表201得：轨道理论质量44.75 N/m。栏杆等重量： 主梁均布载荷：2.小车轮压起升载荷为： 小车自重： 假定轮压均布，查表4-2得：小车轨距 K=2400 m
6、m。满载小车轮压：空载小车轮压：3.动力效应系数=1.1(HC2)=1.1+0.34Vq =1.1+0.3413/60 =1.174=1.1+0.058 =1.1+0.05844/601 =1.143通常安装公差要求,接头高度差。4.惯性载荷大小车都是4个车轮，其中主动轮各占一半，按车轮打滑条件确定大小车运行的惯性力。一根主梁上的小车惯性力为：大车运行起、制动惯性力（一根主梁上）为：主梁跨端设备惯性力影响力小，忽略。5.偏斜运行侧向力 小车左轮至跨度极限位置。一根主梁的重量力为：一根端梁单位长度的重量为：考虑大车车轮直径以及其他相关零件，取。一根端梁的重量为：一组大车运行机构的重量（分别驱动两
7、组对称配置）为：查表7-32得：，重心作用位置。司机室及设备的重量为：重心作用位置到主梁一端的距离大约取2.8m 。(1)满载小车在主梁跨中央一侧端梁总静轮压为：由=28.5/5=5.7及图3-9用插值法求得：=0.1425。侧向力为：(2)满载小车在主梁左端极限位置侧向力为： 6.扭转载荷中轨梁扭转载荷较小，且方向相反，可忽略。故在此不用计算。7.端梁总轮压计算简图见图4图4 端梁总轮压计算第五章 主梁计算1.内力垂直载荷计算大车传动侧的主梁。在固定载荷与移动载荷作用下，主梁按简支梁计算，如图5所示。图5 主梁计算模型固定载荷作用下主梁跨中的弯矩=（）=1.143() =.44 跨端剪切力
8、=1.1435523.0128.5+8000+19620（1-） N =.84 N移动载荷作用下主梁的内力轮压合力与左轮的距离为：(1)满载小车在跨中.跨中E点弯矩为：跨中E点剪切力： （1-） = N =90592.78 N跨中内扭矩为：=0(2)满载小车在跨端极限位置（z=）.端梁剪切力:=（） =1.143（28.5-1.25-1.2）N =.75 N主梁跨中总弯距为：=+ =.44+.58 =.02 主梁跨端总剪切力(支承力)为：=+ =.84+.75 N =.59 N水平载荷1）水平惯性力载荷在水平载荷及作用下，桥架按刚架计算。,。水平刚架计算模型示表图6。图6 水平刚架计算模型小车
9、在跨端。刚架的计算系数为：跨中水平弯矩为：= = =跨中水平剪切力为：=5921.04 N跨中轴力为：= = N =41992.00 N小车在跨端。跨端水平剪切力为：= = N =16445.69 N2)偏斜侧向力。在偏斜侧向力作用下，桥架也按水平刚架分析（如图7）图7 侧向力作用下刚架的分析这时，计算系数为：小车在跨中。侧向力为：= =25498.03 N 超前力为： = N =4473.34 N端梁中点的轴力为：=2236.67 N端梁中点的水平剪切力为：= =25498.03（-）N =2338.65 N主梁跨中的水平弯距为：= =25498.031.3+2338.651.2-2236.
10、67 =4081.27主梁轴力为： =25498.03-2338.65 N =23159.38 N主梁跨中总的水平弯矩为：= =64876.53+4081.27 =68957.8 小车在跨端。侧向力为：=35279.58 N超前力为：= = N =6189.4 N端梁中点的轴力为：=3094.7 N端梁中点的水平剪切力为：=（） =35279.58（-）N =3235.80 N主梁跨端的水平弯矩为：=a+b =35279.581.3+3235.801.2 =49746.41 主梁跨端的水平剪切力为：=- =6189.4-3094.7 N =3094.7 N主梁跨端总的水平剪切力为：= =164
11、45.69+3094.7 N =19540.39 N小车在跨端时，主梁跨中水平弯矩与惯性载荷的水平弯矩组合值较小，不需计算.2.强度需要计算主梁跨中截面（如图2所示）危险点、的强度。(1)翼缘板上边缘与轨道接触点的应力主腹板边至轨顶距离为：=140+12 mm=152 mm集中载荷对腹板边缘产生的局部压应力为： = MPa= 44.61 MPa垂直弯矩产生的应力为：= = MPa =61.80 MPa水平弯矩产生的应力为：=0惯性载荷与侧应力对主梁产生的轴向力较小且作用方向相反，应力很小，故不计算。 假定剪力由腹板承受，弯矩由翼缘板和腹板共同承受且按惯性矩分配。点的折算应力为：=+=61.80
12、 MPa= = MPa =55.25 MPa=175 MPa(2)点的折算应力为：= = MPa =67.13 MPa =175 MPa(3)点的折算应力为： 主梁上翼缘板的静矩：主腹板下边的切应力为： (4)主梁跨度的切应力主梁跨端截面变小，以便于主端梁连接，取腹板高度等于=910 mm。跨端只需计算切应力。1)腹板承受垂直剪力，故腹板中点切应力为：2)翼缘板承受水平剪力主梁翼缘焊缝厚度取=6 mm，采用自动焊接，不需计算。3. 主梁疲劳强度桥架工作级别为A7,应按载荷组合计算主梁跨中的最大弯矩截面（E）的疲劳强度。由于水平惯性载荷产生的应力很小，为了计算简明而忽略惯性力。求截面E的最大弯矩
13、和最小弯矩，满载小车位于跨中(轮压在E点上)，则=.02 N.m空载小车位于右侧跨端时（如图8）。图8 主梁跨中（E）最小弯矩的计算左端支反力为：= = =14252.04 N= =.44+1.040.5（28.5-1.25） =.80(1)验算腹板受拉翼缘板焊缝的疲劳强度(见图9)。= = =60.99 MPa= = =33.29 MPa图9 主梁截面疲劳强度验算点应力循环特性=0.54580根据工作级别E4，应力集中等级及材料Q235，查得，=370 MPa。焊缝拉伸疲劳需用应力为：= = =282.37 MPa=60.99 MPa (2)验算横隔板下端焊缝与主腹板连接处。= = =58.
14、28 MPa= = =31.81 MPa=0.54580显然，相同工况下的应力循环特性是一致的。根据E4及Q235，横隔板采用双面连续贴角焊缝连接，板底与受拉翼缘间隙为50 mm，应力集中等级为K3，查得=103.7 MPa。拉伸疲劳许用应力为：= = =218.07 MPa=58.28 MPa50，不满足要求。故需在受压翼缘板内侧轨道正下方设置一条纵向加劲肋，不再计算。腹板 =300故需设置横隔板及两条纵向加劲肋，主副腹板相同，其设置如图10。图10 主梁加劲肋设置及稳定性计算横隔板间距a=1800 mm，纵向加劲肋位置：=（0.15-0.2）=270-360 mm取=350 mm=（0.3
15、-0.4）=540-720mm取=700 mm(1)验算跨中腹板上区格的稳定性。区格两边正应力为： =61.80 MPa=61.80+5.08 MPa=66.88 MPa= = =42.85 MPa=0.641 （属不均匀压板）区格的欧拉应力为：= （b=300 mm）=54.72 MPa区格分别受、和作用时的临界压应力为=嵌固系数为=1.2，=5.1431,屈服系数 =4.825 则=1.24.82554.72 =316.83 MPa0.75=176.25 MPa需修正，则=（） = =207.11 MPa上翼缘板局部压应力 =44.61 MPa集中载荷的分布长度：c=2+50 =2152+
16、50 mm =354 mm=5.1433，按a=3b计算，=3=0.337区格属双边局部压缩板，板的屈曲系数为：= = =2.198= =1.22.19854.72 MPa =144.33 MPa0.75 不需修正。区格平均切应力为：= = =4.194 MPa由=5.1431，板的屈曲系数为=5.491= =1.25.49154.72 MPa =360.58 MPa=624.52 MPa需修正，则= = =220.58 MPa=127.51 MPa区格上边缘的复合应力为： = =59.43 MPa 通常梁的腹板同时受有弯曲压应力，切应力和局部压应力的作用，应验算腹板区格在复合应力作用下的局部
17、稳定性。其临界复合应力按式(7-79)计算：= =93.90 MPa许用应力：= (见表4-11，查得：n=1.48) = =63.45 MPa即 区格的尺寸结构与相似，而且应力较小，故不再验算。(2)加劲肋的确定。 横隔板厚度，板中开孔尺寸为600 mm1500 mm。翼缘板纵向加劲肋选用角钢75756，A=879.7 mm2, ，。 纵向加劲肋对翼缘板厚度中线的惯性矩为：= =+879.7（75+0.512-20.7）mm4 =.91 mm4 为简化计算，采用近似公式(7-89)： 腹板采用相同的纵向加劲肋选用75756。纵向加劲肋对腹板厚度中线的惯性矩为：= =+879.7（75+0.5
18、6-20.7）mm4 =.81 mm4 = 第六章 端梁的计算 端梁截面已经初步确定，现进行具体计算。 端梁计算工况取满载小车位于主梁跨端，大、小车同时运行起、制动及桥架偏斜。1.载荷与内力垂直载荷端梁的尺寸计算如下：=5m, =5.5m，a=1.3m, b=1.2m, K=2b=2.4 m, =0.25m, =0.18m。主梁最大支承力=.59 N。因作用点的变动引起的附加力矩为零=0。端梁自重载荷为= 2034.38 N/m。端梁在垂直载荷作用下按简支梁计算如图11。图11 垂直载荷下端梁的计算端梁支反力为：=+ =.59+ N =.15 N截面1-1弯矩：=- = =.64 剪力 =0截
19、面2-2弯矩：=a- =.151.3-0.5 =.43 剪力：=- = =.94 N截面3-3弯矩：=0剪力： =- =- =.83 N截面4-4（沿着竖直定位板表面）弯矩：- = =53779.63 剪力： =- = =.27 N水平载荷端梁的水平载荷有、等，亦按简支梁计算，如图所示12。图12 水平载荷下端梁的计算截面1-1。因作用点外移引起的附加水平力矩为：=0。弯矩：=a =11842.071.3 =15394.69 刚架水平支反力：= = =10595.97 N=3235.80 N.剪切力：+=10595.97+3235.80 N =13831.77 N轴力：=19540.39 N截
20、面 2-2。在、水平力作用下，端梁的水平支反力为：=+ =10595.97+35279.58+11842.07 N =57717.62 N水平剪切力：=57717.62 N弯矩为：=a =57717.62 1.3 =75032.91 截面3-3。水平剪切力： =57717.62 N其他内力小，不计算。2.强度截面1-1的应力计算需待端梁拼接设计合格后方可进行（按净截面）。截面 2-2的截面角点：= = =88.82 MPa =175 MPa腹板边缘：= = =84.61 MPa =175 MPa翼缘板对中轴的静矩为：= =14.01 MPa折算应力为：= =88.02 MPa=175 MPa截
21、面3-3及4-4。端梁支承处两个截面很近，只计算受力稍大的截面4-4。端梁支承处为安装大车轮角轴承箱座而切成缺口并焊上两块弯板（16 mm185 mm）。端部腹板两边都采用双面贴角焊缝，取=8 mm,支承处高度400 mm，弯板两个垂直面上都焊有车轮组定位垫板（20 mm90 mm410 mm）,弯板参与端梁承载工作，支承处截面（3-3及4-4）如图所示13。图13 端梁支承处截面形心：= =210.14 mm惯性矩为:中轴以上截面静矩：上翼缘板静矩：下翼缘板静矩： 截面4-4。腹板中轴处的切应力为：即：=100 MPa因静矩，可只计算靠弯板的腹板边的折算应力，该处正应力为： = = =19.
22、88 MPa切应力为：折算应力为：= = =76.47 MPa =175 MPa （合格）假设端梁支承水平剪切力只由上翼缘板承受，不计入腹板。上翼缘板切应力为：即：端梁支承处的翼缘焊缝截面计算厚度（20.78 mm=11.2 mm）比腹板厚度（6 mm）大，故焊缝不需验算，截面4-4的水平弯矩小，忽略不计。3.端梁疲劳强度端梁疲劳强度计算只考虑垂直载荷的作用。(1) 弯板翼缘焊缝验算截面4-4的弯板翼缘焊缝。满载小车在梁跨端时，端梁截面4-4的最大弯矩和剪切力为：=53779.63 =.27N空载小车位于跨中不移动时端梁的支反力为： = =.84 N这时端梁截面4-4相应的弯矩和剪切力为：=
23、= =18671.39 弯板翼缘焊缝的应力为： = = =30.45 MPa=10.62 MPa根据E4和Q235及弯板用双面贴角焊缝连接，查的 =62.2 MPa，=370 MPa。= = =0.34710焊缝拉伸疲劳需用应力为：= = =132.73 MPa=0.3488 0按查的=193.5 MPa，取拉伸式：= = =305.85 MPa=216.27 MPa =0.042 0可见，在相同的循环工况下，应力循环特性是一致的。根据E4和Q235及带孔板的应力集中等级，查得=127.5 MPa。翼缘板拉伸疲劳许用应力为：= = =232.18 MPa即：若考虑垂直载荷与水平载荷同时作用，则计算应力要大些。腹板受力较小，不再计算。4.稳定性整体稳定性 =3 （稳定）