125T22M六梁橋式鑄造起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕 125/30t/22m六梁橋式鑄造起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 六梁鑄造起重機(jī)是橋式起重機(jī)的重要組成部分,是中大型起重設(shè)備,由四根主梁和兩根端梁組成。本設(shè)計(jì)采用偏軌箱型主梁,設(shè)計(jì)過程中從強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性三個(gè)方面來計(jì)算,對于A8工作級別的起重機(jī)來說還要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核,這就和A6以下工作級別的起重機(jī)的設(shè)計(jì)有了很大的區(qū)別,在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)靜強(qiáng)度有很大的富余,在計(jì)算局部穩(wěn)定性的時(shí)候還要注意局部輪壓的作用,這時(shí)候需要驗(yàn)算加勁肋的區(qū)格驗(yàn)算,很有可能需要再次驗(yàn)算。設(shè)計(jì)中在滿足剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性的前提下,探討了該機(jī)型金屬結(jié)構(gòu)受力的空間傳遞分配規(guī)律,推導(dǎo)出力計(jì)算公式。

2、本文針對空間橋架力的傳遞進(jìn)行探討,在一定假定條件下,得出主、副梁及主、副端梁間的傳遞規(guī)律。 關(guān)鍵詞：鑄造起重機(jī) 應(yīng)力 疲勞強(qiáng)度 穩(wěn)定性 Abstract Six-beam casting crane is an important component of the bridge crane,the lifting equipment is medium and large, by the four main girder beams and two side beams. The design uses a bias-rail box-type main gir

3、der, the design process from the strength, stiffness, stability, to calculate the three aspects, for the A8-level work crane is also checking for fatigue strength , This and the following A6-level design of the crane has the distinction, in the design of static strength and there will be a great sur

4、plus , Local stability in the calculation of the time we must pay attention to the role of the local round of pressure, this time need to check the area stiffening rib grid checked, is likely to be checked again. Design to meet the stiffness, strength, stability, under the premise of the metallic st

5、ructure of the model space by the force of the law of transmission of the distribution is derived formula for calculating the internal force. In this paper, the space bridge to explore the transmission of internal forces, under certain assumptions, the main draw, the main beams and the Deputy, Vice-

6、side transfer law between beams. Key words：casting crane , stress , fatigue strength , stability - 1 - / 72 目錄 摘要…………………………………………………………………………………………Ⅳ 前言…………………………………………………………………………………………Ⅴ 第一章 總體方案設(shè)計(jì)…………………………………………………………………1 1.1 基本參數(shù)……………………………………………………………………………1 1.2 總體結(jié)構(gòu)尺寸 ……………………………………

7、………………………………1 1.3 材料選擇設(shè)計(jì)及許用應(yīng)力………………………………………………………1 1.4 各部件尺寸及截面性質(zhì) ………………………………………………………2 1.4.1 主主梁跨中和跨端的截面性質(zhì) ………………………………………………4 1.4.2 副主梁尺寸的確定和截面性質(zhì) ………………………………………………4 1.4.3 副主梁在跨中截面的性質(zhì) ………………………………………………6 1.4.4副主梁跨端截面的幾何性質(zhì) ………………………………………………6 1.4.5端梁尺寸的確定和截面性質(zhì) ………………………………………………6

8、 1.5尺寸性質(zhì)及數(shù)據(jù)總匯 …………………………………………………………6 第二章 橋架分析 ……………………………………………… 7 2.1 載荷組合的確定 …………………………………………………………………7 2.1.1動(dòng)力效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算 ………………………………………………7 2.2 橋架假定 …………………………………………………………………………7 2.3 載荷計(jì)算 …………………………………………………………………………8 2.3.1主主梁的載荷計(jì)算 ……………………………………………

9、…8 2.3.2副主梁的載荷計(jì)算 ………………………………………………9 2.4簡化模型 …………………………………………………………………………11 2.5 垂直載荷 …………………………………………………………………………13 2.6 水平載荷 …………………………………………………………………………15 第三章主主梁的分析與計(jì)算 …………………………………………………19 3.1 強(qiáng)度校核 …………………………………………………………………………19 3.2 主主梁疲勞強(qiáng)度校核……………………………………………………………21

10、3.3穩(wěn)定性計(jì)算 ……………………………………………………………………22 3.4 剛度計(jì)算 ………………………………………………………………………27 第四章 副主梁的分析計(jì)算 ………………………………………………………29 4.1 強(qiáng)度校核 ………………………………………………………………29 4.2 副主梁疲勞強(qiáng)度校核 …………………………………………………31 4.3 副主梁的穩(wěn)定性 ………………………………………………………33 4.4 剛度計(jì)算 ………………………………………………………………35 4.5橋架拱度〔包

11、括主、副梁〕 ……………………………………………37 第五章 端梁分析 ……………………………………………………………39 5.1 主主梁端部耳板設(shè)計(jì) ………………………………………………………39 5.2 副主梁一側(cè)端梁的校核 ………………………………………………42 說明 ………………………………………………………………………………………48 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………49 致謝 ………………………………………………………………………………………50 附錄 ……………………………………………

12、……………………………………51 摘要 六梁鑄造起重機(jī)是橋式起重機(jī)的重要組成部分,是中大型起重設(shè)備,由四根主梁和兩根端梁組成。本設(shè)計(jì)采用偏軌箱型主梁,設(shè)計(jì)過程中從強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性三個(gè)方面來計(jì)算,對于A8工作級別的起重機(jī)來說還要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核,這就和A6以下工作級別的起重機(jī)的設(shè)計(jì)有了很大的區(qū)別,在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)出現(xiàn)靜強(qiáng)度有很大的富余,在計(jì)算局部穩(wěn)定性的時(shí)候還要注意局部輪壓的作用,這時(shí)候需要驗(yàn)算加勁肋的區(qū)格驗(yàn)算,很有可能需要再次驗(yàn)算。設(shè)計(jì)中在滿足剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性的前提下,探討了該機(jī)型金屬結(jié)構(gòu)受力的空間傳遞分配規(guī)律,推導(dǎo)出力計(jì)算公式。本文針對空間橋架力的傳遞進(jìn)行探討,

13、在一定假定條件下,得出主、副梁及主、副端梁間的傳遞規(guī)律。 關(guān)鍵詞：鑄造起重機(jī) 應(yīng)力 疲勞強(qiáng)度 穩(wěn)定性 Abstract Six-beam casting crane is an important component of the bridge crane,the lifting equipment is medium and large, by the four main girder beams and two side beams. The design uses a bias-rail box-type main girder, the design process f

14、rom the strength, stiffness, stability, to calculate the three aspects, for the A8-level work crane is also checking for fatigue strength , This and the following A6-level design of the crane has the distinction, in the design of static strength and there will be a great surplus , Local stability in

15、 the calculation of the time we must pay attention to the role of the local round of pressure, this time need to check the area stiffening rib grid checked, is likely to be checked again. Design to meet the stiffness, strength, stability, under the premise of the metallic structure of the model spac

16、e by the force of the law of transmission of the distribution is derived formula for calculating the internal force. In this paper, the space bridge to explore the transmission of internal forces, under certain assumptions, the main draw, the main beams and the Deputy, Vice-side transfer law between

17、 beams. Key words：casting crane , stress , fatigue strength , stability 前言 這次設(shè)計(jì)的為125/30T的鑄造型起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)部分。由于此起重機(jī)起重量大,工作級別高,用于冶金鑄造車間,所以采用最新形式的橋式結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)主主梁時(shí),把部分端梁也到主主梁上,做成主主梁的以一部分；在設(shè)計(jì)付主梁時(shí),把付主梁部分的端梁利用焊接與付主梁做一體。 從橋式起重機(jī)的出現(xiàn)到在,它的結(jié)構(gòu)形式,設(shè)計(jì)方法,檢測手段都得到了不斷改進(jìn),各種性能指標(biāo)也得到了不斷提高,因此在國民經(jīng)濟(jì)中有了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)其使用目的,地點(diǎn)等分為橋式起重機(jī),普通橋

18、式起重機(jī),特種橋式起重機(jī),它們基本上都采用箱型結(jié)構(gòu),其中根據(jù)軌道在箱型梁安裝的位置不同,又分為中軌,偏軌,半偏軌等形式。根據(jù)基本各種參數(shù)和現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)中和重工的產(chǎn)品等原因,特把這次設(shè)計(jì)為六梁結(jié)構(gòu)的橋式起重機(jī),各梁均采用箱型截面,偏軌,這主要是它可以增大起重機(jī)的安全,減少其截面尺寸,便于在煉鋼車間的靈活運(yùn)用。 設(shè)計(jì)中本著滿足強(qiáng)度,剛度,穩(wěn)定性的前提下,盡可能節(jié)約材料的原則,采用大截面薄鋼板,從而達(dá)到省材料,重量輕的原則,同時(shí)采用大截面又提高了梁的高度和穩(wěn)定性。 在選材上既考慮了性能上的要求,又兼顧了經(jīng)濟(jì)性能。 設(shè)計(jì)過程中全部采用國家標(biāo)準(zhǔn),并且參照起重重工集團(tuán),太重集團(tuán)的同類產(chǎn)品,在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了

19、改進(jìn),對橋架的受力也進(jìn)行了簡單的分析,因此整個(gè)設(shè)計(jì)安全可靠,節(jié)省材料而且耐用,滿足要求。 由于這次設(shè)計(jì)容是新結(jié)構(gòu),沒有涉及的經(jīng)驗(yàn),且在受力分析等方面還沒人做,所以設(shè)計(jì)中遇到了諸多問題,例如危險(xiǎn)點(diǎn)的確定 、自由度的求解、力的求解,等都是以往的設(shè)計(jì)有很多不同的,同時(shí)由于跨度較大工作級別較高,使得主主梁副主梁除了在強(qiáng)度以外剛度和疲勞度也變得很重要,但是在做端梁的時(shí)候由于對端梁的疲勞強(qiáng)度不是很了解,所以并無驗(yàn)算但是界面的應(yīng)力值可以看出疲勞應(yīng)力不會(huì)超過允許值。 第一章 總體方案設(shè)計(jì) 1.1 基本參數(shù) 起重量Q：125/30T

20、 跨度L:22m 工作級別：A8 起升高度H：26/28m 起升速度V：4.66/9.26m/min 運(yùn)行速度：36.5/42.6/ 87.3m/min 輪距：3010mm<主起>1040mm<付起> 軌距：7000〔主起升〕2500〔付起升〕16000〔大車運(yùn)行〕 參考重量：210t 1.2 總體結(jié)構(gòu)尺寸 根據(jù)已給參數(shù),此橋式鑄造起重機(jī)噸位、跨度較大,為減少結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù),改善受力,方便運(yùn)輸,選用六梁鉸接式結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)框架〔如圖1〕 1.3 材料選擇設(shè)計(jì)及許用應(yīng)力 根據(jù)總體結(jié)構(gòu)：采用箱型梁,主要

21、用板材及型材材料,許用應(yīng)力及性能見表1.1,表1.2.。 圖1 連接方式 表1.1 材料許用應(yīng)力 板厚 正應(yīng)力 剪應(yīng)力 mm >16 370 152.0 167.9 184.4 87.76 96.94 106.5 370 158.8 175.4 192.6 91.7 101.3 111.2 表1.2 材料性能常數(shù)表 彈性模量E 剪切彈性模量G 密度 1.4 各部件尺寸及截面性質(zhì) 1. 主主梁跨中截面尺寸 初選高度=1294~1571mm 考慮大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)安裝在主梁,且主主梁與副主梁的高

22、度差必須滿足一定得要求,故將主主梁取為大截面薄鋼板的形式,以達(dá)到節(jié)省材料、重量輕的要求。因此取腹板高度h=2100mm。 為了省去走臺,對寬型偏軌箱型梁,主主梁腹板側(cè)間距取B?=1200mm>=440mm。 上下翼緣板厚度=20mm,上翼緣板長1400mm,下翼緣板長1300mm,主腹板厚度δ?=8mm,副腹板厚度δ?=10mm。上下翼緣板外伸部分長 不相同。有軌道一側(cè)上翼緣板外伸長度mm,取250mm。其它翼緣外伸部分長度 mm。 mm <焊縫厚度> 取=41mm。 軌道側(cè)主腹板受局部壓應(yīng)力,應(yīng)將板加厚,由局部壓應(yīng)力的分布長度,設(shè)計(jì)離上翼緣板350mm的一段腹板板厚取為16mm。

23、 主主梁跨中截面尺寸如圖<2> 圖2 主主梁跨中截面 2．主主梁跨端截面尺寸 高度H0=<0.4～0.6>H=〔0.4～0.6〕×2100=1260mm 要確定主主梁跨端截面尺寸,只需確定其高度,取=1300mm,跨端下翼緣板厚度為18mm。 主主梁跨端截面尺寸如圖<3> 圖3 主主梁在跨端的截面 1.4.1 主主梁跨中和跨端的截面性質(zhì) 1：主主梁在跨中截面的幾何性質(zhì) 面積： A=20×1400+20×1300+2060×18=91080mm2 =579.2mm =1072.8m 計(jì)算主主梁在跨中位置的慣性矩： 主主梁在

24、跨端截面的性質(zhì)： 如前所述分別計(jì)算出主主梁在跨端處的截面的幾何性質(zhì)為： 面積: A=20×1400×20×1300+1260×18=76680mm2 形心坐標(biāo) X=688mm Y=666.7mm 慣性矩 ： 1.4.2 副主梁尺寸的確定和截面性質(zhì)： 1.由于副主梁的起重量較小,根據(jù)箱型主梁班厚的推薦值取,選用上下翼緣板厚度=14mm。取腹板的高度為h=1700mm. 腹板厚度：主腹板 ,副腹板厚度 ,副主梁總高 = 1728mm 副主梁寬度 , 取腹板

25、側(cè)間距b0=782mm＞L/50=440mm且 782,主腹板一側(cè)上翼緣板外伸長度 ,取外伸長be=150mm,其余懸伸長大于1.5倍的焊縫厚度,取be=50mm。其尺寸如下圖 圖4 付主梁在跨中截面 副主梁在跨端處的截面 確定其高度 取腹板高度為1000 副主梁跨端截面尺寸如圖<5> 圖5副主梁在跨端截面 1.4.3 副主梁在跨中截面的性質(zhì) 計(jì)算副主梁在跨中的截面幾何性質(zhì) 面積：A=57200 mm2 形心坐標(biāo): 慣性矩: 1.4.4副主梁跨端截面的幾何性質(zhì) 面積：A=52000 mm2 形心坐標(biāo)： 慣性矩： 1.4.5端梁尺寸

26、的確定和截面性質(zhì) 考慮大車車輪的安裝及臺車的形狀尺寸,端梁寬取為700mm,腹板厚度取8mm,,蓋板厚度取12mm. 面積:A=12×800×2+1000×8×2=35200mm2 由于端梁截面對稱,所以形心即為對稱中心：X=512mm Y=400mm 計(jì)算端梁慣性矩=1.22 =3.57 1.5 尺寸性質(zhì)及數(shù)據(jù)總匯 主主梁 跨中 20 20 8 10 1400 1200 1300 2060 跨端 20 20 8 10 1400 1200 1300 1300 副主梁 跨中 14 14 8

27、10 1000 782 900 1700 跨端 14 14 8 10 1000 782 900 1000 端梁 12 12 8 8 800 700 800 1000 表1各截面尺寸 主主梁 跨中 579.2 1072.8 跨端 688 666.7 副主梁 跨中 472.6 885 跨端 500 460.4 端梁 512 400 表2各截面性質(zhì) 第二章橋架分析 §2.1 載荷組合的確定 2.1.1動(dòng)力效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算

28、 1．起升沖擊系數(shù) 橋式鑄造起重機(jī): 2．起升動(dòng)載系數(shù): 主主梁：=1+0.7V=1+0.7 副主梁: =1+0.7V=1+0.7 3．運(yùn)行沖擊系數(shù): 為大車運(yùn)行速度 =87.6,為軌道街頭處兩軌面得高度差 ,根據(jù)工作級別,動(dòng)載荷用載荷組合 進(jìn)行計(jì)算,應(yīng)用運(yùn)行沖擊系數(shù)。 §2.2 橋架假定 為了簡化六梁鉸結(jié)橋架的計(jì)算,特作如下假定： 根據(jù)起重機(jī)的實(shí)際工作情況,以主、副小車一起工作為最不利載荷工況。 1.主主梁、副主梁的端部與端梁在同一水平面。 2.由于端梁用鉸接分成5段,故副主梁的垂直載荷對相互間受力分析互不影響。 3.將端梁結(jié)構(gòu)看作多跨靜定梁,主主

29、梁受力作為基本結(jié)構(gòu)對副主梁無影響；副主梁受力作為附屬部分對主主梁有影響。 4.計(jì)算副主梁水平載荷時(shí),將鉸接點(diǎn)看成剛性連接。 §2.3 載荷計(jì)算 2.3.1主主梁的載荷計(jì)算 1．主主梁自重 由設(shè)計(jì)給出的主小車輪壓25500kg,選用車輪材料ZG35CrMnSi,車輪直徑,軌道型號QU120,許用值38700kg。由軌道型號QU120查得軌道理論重量,主小車軌道重量 欄桿等重量 主梁的均布載荷 2．主小車布置,兩側(cè)起升機(jī)構(gòu)對稱布置,重心位于對稱中心。 吊具質(zhì)量:=0.035mQ=0.×1

30、25=4.375t 起升載荷:PQ=g=<125+4.375>×9.81=1269KN 小車重量:PGX=0.35mQg=0.35×125×9.81=429.2KN 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的重量：PGj=1200×9.8=11760N 司機(jī)室及電氣設(shè)備的重量：PGs=msg=300×9.8=29400N 估算輪壓：靜輪壓P1=45.5T P2=39T 動(dòng)輪壓： 3．慣性載荷 1〕一根主主梁上小車慣性力 主小車上主動(dòng)輪占一半,按主動(dòng)車輪打滑條件確定主小車的慣性力 <式中為主動(dòng)輪個(gè)數(shù),n為總的車輪個(gè)數(shù)> 2〕橋架起制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力： 選取大車主動(dòng)輪為8個(gè),

31、總輪數(shù)為16個(gè) 3>水平均勻慣性力： 4．跨中扭矩： 1〕彎心至腹板中心線的距離： 2〕主小車軌道頂?shù)綇澬牡拇怪本嚯x為 h=H／2+ 扭矩： 2.3.2副主梁的載荷計(jì)算 1．自重 ：〔均布載荷〕 由設(shè)計(jì)給出的副主梁小車輪壓 17890kg,查選用車輪材料ZG50MnMo,車輪直徑,軌道型號QU70,許用值21800kg。查得軌道理論重量,副小車軌道重量: 欄桿等重量: 副主梁的均布載荷: 2．小車輪壓 小車布置如圖 吊具質(zhì)量: 小車重量: 按受載大的AB梁計(jì)算小車輪壓,見圖<14> 估算輪壓： 靜輪壓P1=10.75T P2=8

32、.75T 動(dòng)輪壓= 3．慣性載荷 1>當(dāng)小車制動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生沿主梁方向的水平慣性載荷,因副小車的噸位較小,采用形式4個(gè)車輪,半數(shù)主動(dòng)輪。 一根副主梁上小車的慣性力 = 2〕橋架起制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力：取大車主動(dòng)輪為8個(gè),總輪數(shù)為16個(gè) 3>水平均勻慣性力： 4．跨中扭矩： 1〕彎心至腹板中心線的距離e=b= 圖彎心至腹板中心線的距離 2>副小車軌道頂?shù)綇澬牡拇怪本嚯x如圖h=g=1728÷2+134=998mm 3>扭矩：TP=19.5×9.8×1000×351.56=37183.1N·m TH=PH×=10920984=107

33、45.28 N·m §2.4簡化模型 見圖<16> 大車主主梁端部有兩個(gè)臺車,可簡化為一個(gè)滑動(dòng)鉸支座：〔1.2.5.6〕副主梁端部支撐車輪〔3.4〕簡化為一個(gè)可動(dòng)鉸支座；簡化模型見圖〔16〕 進(jìn)一步簡化：主主梁端部采用兩個(gè)臺車,只是增加了支撐裝置,減小了輪壓。將兩個(gè)滑動(dòng)鉸支座分別用一個(gè)固定鉸支座代替,約束一樣,只是取消了對扭矩的抵制作用。將滑動(dòng)鉸支座換成固定鉸支座。 將此端梁結(jié)構(gòu)看成多跨超靜定梁,沿處拆分,主主梁〔基本部分〕+副主梁〔附屬部分〕；主主梁受力對副主梁無影響；副主梁受力對主主梁有影響。在計(jì)算水平載荷時(shí)將鉸四個(gè)鉸點(diǎn)看作剛節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。將主主梁看作一個(gè)單梁橋架,副

34、主梁對其影響在或處相當(dāng)于加了一個(gè)可動(dòng)鉸支座。忽略副主梁對主主梁端部軸受力影響,使主主梁水平面彎矩值偏大,設(shè)計(jì)可靠性增強(qiáng),計(jì)算偏保守。主主梁水平剛架計(jì)算模型如圖<19> 副主梁水平剛架計(jì)算時(shí),主主梁對副主梁相當(dāng)于固定鉸支座。 §2.5 垂直載荷 一、主主梁 在固定載荷與移動(dòng)載荷作用下,主梁按簡支梁計(jì)算。見圖<21> 查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊》得:司機(jī)室重GC=1500kg d2=2900mm 運(yùn)行機(jī)構(gòu)Gy=1100kg d1=1600mm 電氣設(shè)備GD=2000kg 1／2L=6000mm NBL=GD6000+Gy1600+GC2900 取 得：NB=8231N

35、 所以=NB·N·m 當(dāng)P1滿載作用于跨中時(shí),產(chǎn)生跨中最大彎矩。 當(dāng)P1滿載作用在跨中位置時(shí),對主主梁跨中的彎矩為 則=6.52×106N·m 將動(dòng)載荷和固定載荷在跨中位置疊加得： Mq=6.5×106N·m 跨中點(diǎn)的剪切力為： 左端產(chǎn)生剪力： 當(dāng)滿載作用于左極限位置時(shí),左端由集中載荷所產(chǎn)生的剪力最大. 式中C=0.94 所以 忽略副主梁對其影響。從而可以得出主主梁跨端所受最大剪切力為： N (1) 滿載小車在跨中,跨中E點(diǎn)彎矩為 輪壓合力與左側(cè)臺車軸線距離 跨中E點(diǎn)的剪切力 跨中扭矩 (2) 滿載小車在跨端極限位置 小車左輪距梁端距離取為0.

36、7 跨端剪切力 跨端扭矩為 主主梁跨中總彎矩為 主梁跨端總剪切力為 二、副主梁 在固定載荷與移動(dòng)載荷作用下,主梁按簡支梁計(jì)算。 固定載荷作用下在副主梁跨中的彎矩為 跨端剪切 §2.6 水平載荷 如前面模型簡化,將主主梁的一根梁看作單梁橋架,副主梁看作雙梁橋架。 一、主主梁的水平慣性載荷 模型如前面圖<18> 1小車在跨中,剛架的計(jì)算系數(shù)為： =1.01 跨中水平彎矩 跨中水平剪切力 跨中軸力為 2．小車在跨端,跨端水平剪切力 二、偏斜側(cè)向力 計(jì)算簡圖如<22> 1.小車在跨中,側(cè)向力 超前力為 B處軸力

37、B處水平剪切力 主梁跨中水平彎矩 主梁軸力 主梁跨中總水平彎矩為 1． 小車在跨端 側(cè)向力為　 超前力 B端水平剪切力 主梁跨端水平彎矩 主梁跨端的水平剪切力為 主梁跨端總的水平剪切力為 三、副主梁 副主梁求解水平載荷的模型,見圖<23> 在水平載荷及作用下,橋架按剛架計(jì)算,因偏軌箱型梁與端梁連接面較寬,應(yīng)取兩主梁軸線間距代替原小車軌距構(gòu)成新的水平剛架,這樣比較符合實(shí)際,于是 1.水平慣性載荷 <1> 小車在跨中,剛架的計(jì)算系數(shù)為 跨中水平彎矩 跨中水平剪切力 跨中軸力為 <2> 小車在跨端,跨端水平剪切力

38、 二、偏斜側(cè)向力 在偏斜側(cè)向力作用下,橋架也按水平剛架分析,計(jì)算簡圖如<24> 計(jì)算系數(shù)為 其中 參考文獻(xiàn)〔2〕選取得 <1> 小車在跨中,側(cè)向力 當(dāng)小車在跨中時(shí)超前力為： 端梁中點(diǎn)的軸力 ： 端梁中點(diǎn)的水平剪切力為： 副主梁跨中的水平彎矩 副主梁軸力 副主梁跨中總水平彎矩為 <2> 小車在跨端 側(cè)向力為　 超前力 端梁中點(diǎn)的水平剪切力 副主梁跨端的水平彎矩 副主梁跨端的水平剪切力為 副主梁跨端總的水平剪切力為 第三章主主梁的分析與計(jì)算 §3.1 強(qiáng)度校核 1． 需要計(jì)算主梁跨中截面危險(xiǎn)點(diǎn)①、②、③的應(yīng)力,見

39、圖<24> 2． 當(dāng)滿載小車在跨中時(shí)的扭矩為： (1) 主腹板上邊緣點(diǎn)①的應(yīng)力 主腹板邊至軌頂?shù)木嚯x為 主腹板邊的局部壓應(yīng)力為 垂直彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力 水平彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力 慣性載荷與側(cè)向力對主梁產(chǎn)生的軸向力較小且作用方向相反,應(yīng)力很小,故不計(jì)算。 主梁上翼緣的靜矩為 主腹板上邊的切應(yīng)力為 點(diǎn)①的折算應(yīng)力 滿足要求 點(diǎn)②的應(yīng)力 滿足要求 <3> 點(diǎn)③的應(yīng)力 下翼緣板與副腹板連接處的外側(cè)表面應(yīng)力 滿足要求 3主梁跨端的切應(yīng)力 其中：為主主梁上小車滿載時(shí)在跨端的扭矩 1) 主腹板 承受垂直剪力及,故主腹板中點(diǎn)切應(yīng)力為 滿足要求

40、2) 翼緣板 〔承受水平剪切力〕 主梁跨端的水平剪切力 其中為滿載小車在跨端極限位置的跨端剪切力: 端扭矩 §3.2 主主梁疲勞強(qiáng)度校核 橋架工作級別為A8,應(yīng)按載荷組合Ⅰ計(jì)算主梁跨中的最大彎矩截面E的疲勞強(qiáng)度。由于水平慣性載荷產(chǎn)生的應(yīng)力很小,為了計(jì)算簡明而忽略慣性應(yīng)力求截面E的最大彎矩和最小彎矩,滿載小車位于跨中E點(diǎn), 則 空載小車位于右側(cè)跨端時(shí),見圖<26>, 左端支反力為 1．驗(yàn)算主腹板受拉翼緣焊縫④的疲勞強(qiáng)度,見圖<24> 應(yīng)力循環(huán)特性 根據(jù)工作級別A8,應(yīng)力集中等級及材料Q235,查得, 焊縫拉伸疲勞許用

41、應(yīng)力為 合格 2驗(yàn)算橫隔板下端焊縫與主腹板連接處⑤的疲勞強(qiáng)度 應(yīng)力循環(huán)特性 顯然,相同工況下的應(yīng)力循環(huán)特性是一致的。 由A8及Q235,橫隔板采用雙面連續(xù)貼角焊縫連接,板底與受拉翼緣間隙為60mm,應(yīng)力集中等級為,查得疲勞許用應(yīng)力, 拉伸疲勞許用應(yīng)力為 合格 3.3 穩(wěn)定性計(jì)算 一、 主主梁高寬比 圖3.9 加勁肋設(shè)置 三、驗(yàn)算區(qū)隔I的穩(wěn)定性〔主腹板〕 正應(yīng)力 區(qū)格上邊緣的復(fù)合應(yīng)力為： 四、驗(yàn)算副腹板的穩(wěn)定性 副腹板上區(qū)只受的作用 切應(yīng)力 所以 =0.73

42、＜19〔屬于不均等壓縮板〕 ∵ 五、加勁肋的確定 橫隔板采用,邊留下為160mm 翼緣板縱向加勁肋為角鋼 角鋼相對于翼緣板中心線的慣性矩為： 橫截面如圖如3.10,鑲邊采用8x80mm的鋼片 圖3.10 橫隔板 §3.4 剛度計(jì)算 1．橋架的垂直靜剛度 滿載小車位于主梁跨中產(chǎn)生的靜撓度,見圖<28> 滿足要求 2．橋架的水平慣性位移 小車位于跨中,計(jì)算起動(dòng)工況的跨中位移： 3．垂直動(dòng)剛度 起重機(jī)垂直動(dòng)剛度以滿載小車位于橋架跨中的垂直自振頻率來表征,計(jì)算如下： 主梁質(zhì)量 全橋架中點(diǎn)換算質(zhì)量 起升質(zhì)量

43、起升載荷 起升鋼絲繩滑輪組的最大下放長度為 取,為吊具最小下放距離 橋架跨中靜位移為 查選用倍率 ,, 由鋼絲繩靜拉力 選用型鋼絲繩 起升鋼絲繩滑輪組的靜伸長 結(jié)構(gòu)質(zhì)量影響系數(shù) 橋式起重機(jī)的垂直自振頻率 4．水平動(dòng)剛度 起重機(jī)水平動(dòng)剛度以物品高位懸掛,滿載小車位于橋架跨中的水平自振頻率來表征。 半橋架中點(diǎn)的換算質(zhì)量為 半剛架跨中在單位水平力作用下產(chǎn)生的水平位移為 橋式起重機(jī)的水平自振頻率為 §3.5 橋架拱度 主主梁的橋架拱度與副主梁的一樣,見后面副主梁橋架拱度設(shè)置 第四章 副主梁的分析計(jì)算 §4.1 強(qiáng)度校核

44、 1．需要計(jì)算主梁跨中截面危險(xiǎn)點(diǎn)①、②、③的應(yīng)力,見圖<30> <1> 主腹板上邊緣點(diǎn)①的應(yīng)力 主腹板邊至軌頂?shù)木嚯x為 主腹板邊的局部壓應(yīng)力為 垂直彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力 水平彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力 副主梁上翼緣的靜矩為 主腹板上邊的切應(yīng)力為 點(diǎn)①的折算應(yīng)力 滿足要求 點(diǎn)②的應(yīng)力 滿足要求 <3> 點(diǎn)③的應(yīng)力 滿足要求 2．副主梁跨端的切應(yīng)力 1> 主腹板 其中： 承受垂直剪力及,故主腹板中點(diǎn)切應(yīng)力為 滿足要求 2> 翼緣板 〔承受水平剪切力〕 主梁跨端的水平剪切力 跨端扭矩 主梁翼緣焊縫厚度 ,采用自動(dòng)焊。 §4.2

45、 副主梁疲勞強(qiáng)度校核 橋架工作級別為A8,應(yīng)按載荷組合Ⅰ計(jì)算主梁跨中的最大彎矩截面E的疲勞強(qiáng)度。由于水平慣性載荷產(chǎn)生的應(yīng)力很小,為了計(jì)算簡明而忽略慣性應(yīng)力求截面E的最大彎矩和最小彎矩,滿載小車位于跨中E點(diǎn), 則 空載小車位于右側(cè)跨端時(shí),見圖<31>,左端支反力為 1．驗(yàn)算主腹板受拉翼緣焊縫④的疲勞強(qiáng)度,見圖<25> 應(yīng)力循環(huán)特性 根據(jù)工作級別A8,應(yīng)力集中等級及材料Q235,查得, 焊縫拉伸疲勞許用應(yīng)力為 合格 2．驗(yàn)算橫隔板下端焊縫與主腹板連接處⑤的疲勞強(qiáng)度 應(yīng)

46、力循環(huán)特性 顯然,相同工況下的應(yīng)力循環(huán)特性是一致的。 由A8及Q235,橫隔板采用雙面連續(xù)貼角焊縫連接,板底與受拉翼緣間隙為50mm,應(yīng)力集中等級為,查得疲勞許用應(yīng)力, 拉伸疲勞許用應(yīng)力為 合格 §4.3 副主梁的穩(wěn)定性 一、整體穩(wěn)定性計(jì)算 圖4.7 加勁肋的設(shè)置 三、由主主梁的驗(yàn)算可知,付腹板比主腹板更危險(xiǎn)。如果付腹板能通過,則主付板也能通過。驗(yàn)算付腹板區(qū)格I的穩(wěn)定性,區(qū)格兩邊正應(yīng)力為 區(qū)格I的歐拉應(yīng)力 其中 ： 四、加勁肋尺寸的確定 橫隔板采用,邊留下為160mm 縱向加勁肋為角鋼

47、圖4.8 橫隔板圖 §4.4 剛度計(jì)算 1．橋架的垂直靜剛度 滿載小車位于主梁跨中產(chǎn)生的靜撓度,見圖<33> 滿足要求 2．橋架的水平慣性位移 小車位于跨中,計(jì)算起動(dòng)工況的跨中位移： 3．垂直動(dòng)剛度 起重機(jī)垂直動(dòng)剛度以滿載小車位于橋架跨中的垂直自振頻率來表征,計(jì)算如下： 副主梁質(zhì)量 全橋架中點(diǎn)換算質(zhì)量 起升質(zhì)量 起升載荷 主起升鋼絲繩滑輪組的最大下放長度為 取,為吊具最小下放距離 橋架跨中靜位移為 查選用倍率 ,, 由鋼絲繩靜拉力 選用型鋼絲繩 起升鋼絲繩滑輪組的靜伸長 結(jié)構(gòu)質(zhì)量影響系數(shù) 橋式起重機(jī)的垂直自振頻率

48、 4．水平動(dòng)剛度 起重機(jī)水平動(dòng)剛度以物品高位懸掛,滿載小車位于橋架跨中的水平自振頻率來表征。 半橋架中點(diǎn)的換算質(zhì)量為 半剛架跨中在單位水平力作用下產(chǎn)生的水平位移為 橋式起重機(jī)的水平自振頻率為 4.5橋架拱度〔包括主、副梁〕 橋架跨度中央的標(biāo)準(zhǔn)拱度值為 考慮到制作因素,實(shí)取 跨度中央兩邊按拋物線設(shè)置拱度 距跨中為 距跨中為 距跨中為 圖4.9 橋架拱度 第五章 端梁分析 §5.1 主主梁端部耳板設(shè)計(jì) 計(jì)算主主梁跨端結(jié)構(gòu)受力,工況：滿載小車位于主梁跨端,大小車同時(shí)運(yùn)行起制動(dòng)及橋架偏斜。 1

49、．垂直載荷 主梁最大支承力 因作用點(diǎn)的變動(dòng)引起的附加力矩為 按假想端梁計(jì)算自重 計(jì)算簡圖<35> 端梁支座反力如圖, 截面1-1 彎矩 剪力 截面2-2 彎矩 剪力 2．水平載荷 端梁的水平載荷有,,,,亦按簡支梁計(jì)算,見圖<36> 因作用點(diǎn)外移引起的附加水平彎矩為 彎矩 截面1-1 剪切力 截面2-2 在,,,水平力作用下, 2-2處水平反力 3．主梁端部耳板設(shè)計(jì) 截面性質(zhì)：建立如圖示坐標(biāo)系 校核截面2-2處

50、 腹板中軸處切應(yīng)力 合格 1． 截面1-1處銷軸所受剪應(yīng)力在驗(yàn)算端梁完計(jì)算,見后面。 §5.2 副主梁一側(cè)端梁的校核 1.端梁校核 載荷計(jì)算：副主梁與端梁看作是多跨靜定梁的附屬部分；主主梁對附屬部分無影響。 工況：取滿載小車位于主梁跨端,大小車同時(shí)起、制動(dòng)及橋架偏斜。 <1> 垂直載荷 主梁最大支承力 因作用點(diǎn)的變動(dòng)引起的附加力矩為 端梁自重 端梁在垂直載荷作用下按簡支梁計(jì)算 端梁支反力 截面1-1 截面2-2 <2> 水平載荷 端梁的水平載荷有,,,,按簡支梁計(jì)算。 因作用點(diǎn)外移引起的附加水平彎矩為 先求

51、支反力： 端梁的水平反力 水平剪切力 彎矩 截面1-1 剪切力 軸向力 2．強(qiáng)度校核 只需校核2-2截面 截面角點(diǎn)①處應(yīng)力 腹板邊緣的應(yīng)力 翼緣板對中軸的靜矩為 折算應(yīng)力為 2點(diǎn)的應(yīng)力： 3．疲勞強(qiáng)度 只考慮垂直載荷,工況：滿載小車位于跨中及跨端截面2-2。 滿載小車在副主梁跨端時(shí),端梁截面2-2的最大彎矩和剪切力為 空載小車位于跨中時(shí),端梁支反力 下翼緣板焊縫應(yīng)力 根據(jù)A8及Q235,下翼緣板采用雙面貼角焊縫,應(yīng)力集中等級,查得 焊縫拉伸疲勞許用應(yīng)力 合格 按查得 取拉伸疲勞

52、許用應(yīng)力 合格 4．穩(wěn)定性 整體穩(wěn)定性 〔穩(wěn)定〕 局部穩(wěn)定性 翼緣板 〔穩(wěn)定〕 腹板 只需設(shè)置橫隔板設(shè)置三塊橫隔板 , 板厚為=6mm。 5．校核銷軸所受的力 如圖<40>,耳板與端梁連接處銷軸1、4,所受垂直方向的剪力較大,而2、3受水平方向拉力,其在垂直方向幾乎不受力。只需校核受力較大的1、4銷軸。 設(shè)計(jì)銷軸直徑為 對銷軸 合格 對支撐板的擠壓應(yīng)力,設(shè)支撐板厚20mm。 支撐板的擠壓力 合格 6．副主梁與端梁的連接 副主梁與端梁采用連接板貼角焊縫連接,主梁兩側(cè)各用一塊連接板與端梁的腹板焊接,連接板厚 ,高度

53、 ,取 主梁腹板與端梁腹板之間留有的間隙,在組裝橋架時(shí)用來調(diào)整跨度。主梁翼緣板伸出梁端套裝在端梁翼緣板外側(cè)。用貼角焊縫,周邊焊住,必要時(shí)在主梁端部側(cè),主、端梁的上下翼緣板處焊上三角板,以增強(qiáng)連接的水平剛度,承受水平剪力。 副主梁最大支承力 連接處需要的焊縫長度為： 〔合格〕 至此橋架設(shè)計(jì)全部合格,橋架結(jié)構(gòu)施工圖見附圖。 說明 1在端梁計(jì)算設(shè)計(jì)過程中,參考了重型機(jī)械集團(tuán)起重機(jī)分公司的產(chǎn)品。 2.在計(jì)算過程中由于剪應(yīng)力很少,在計(jì)算中沒考慮 3.斷糧的計(jì)算過程是參考課本《起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)》中的水平載荷的計(jì)算方法》 4.由于時(shí)

54、間倉促和自我知識的有限似的斷糧的計(jì)算不完善有待于進(jìn)一步的分析研究。 5.在端梁的中間段由于只受軸向力和水平彎矩,這兩個(gè)應(yīng)力較小沒有再驗(yàn)算。 參考文獻(xiàn)： [1] 鴻文.材料力學(xué).：高等教育.2004 [2] 徐格寧.起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).：機(jī)械工業(yè) [3] 廉錕.結(jié)構(gòu)力學(xué).：高等教育.1996 [4] 起重機(jī)廠.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊.：人民 [5] 王金諾.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊 [6] 徐格寧、智浩.鑄造起重機(jī)橋架空間結(jié)構(gòu)分析與疲勞計(jì)算.重機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào).1993年第四期第14卷.1993 [7] 倪慶興、王殿臣.起重運(yùn)

55、輸機(jī)械圖冊.：機(jī)械工業(yè) [8] 徐克晉.金屬結(jié)構(gòu).：機(jī)械工業(yè) [9] 理工大學(xué)工程畫教研室.機(jī)械制圖.：高等教育.2003 [10]長睽、傅東明.起重機(jī)械.：機(jī)械工業(yè) 致謝 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí),我對橋式起重機(jī)的設(shè)計(jì)步驟,容及方法有了一定的了解同時(shí)加深了專業(yè)知識的鞏固,而且學(xué)到了書本上沒有的知識。為以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。 由于這次設(shè)計(jì)容是新結(jié)構(gòu),沒有涉及的經(jīng)驗(yàn),且在受力分析等方面還沒人做,所以設(shè)計(jì)中遇到了諸多問題,例如危險(xiǎn)點(diǎn)的確定 自由度的求解。力的求解,等都是以往的設(shè)計(jì)有很多不同的,同時(shí)由于跨度較大工作級

56、別較高,使得主主梁副主梁除了在強(qiáng)度以外剛度和疲勞度也變得很重要,但是在做斷梁的時(shí)候由于對端梁的疲勞強(qiáng)度不是很了解,所以并無驗(yàn)算但是界面的應(yīng)力值可以看出疲勞應(yīng)力不會(huì)超過允許值。 在設(shè)計(jì)過程中,得到了指導(dǎo)老師瑞剛老師和同學(xué)們的幫助,從中學(xué)到了許多的知識,從而順利完成設(shè)計(jì),在此向他們表示衷心的感謝和在崇高的敬意。 由于首次做一個(gè)完整的設(shè)計(jì),且自己的經(jīng)驗(yàn)和知識都很欠缺,在設(shè)計(jì)過程中有很多的考慮不足之處,望各位老師批評。 20XX6月 附錄A

57、 外文翻譯 Designing a floating crane installation Lifting calculations are complicated when the job takes place on water, as David Duerr explains The demands of heavy construction occasionally bring the lifting contractor to the water’s edge or beyond. This may be part of constructing a structure, s

58、uch as a bridge, over a body of water or one segment of a marine transportation project, shifting cargo from one vessel to another. Crossing this boundary creates the need for a floating crane or derrick. While existing marine heavy-lift vessels can sometimes be employed, it is often necessary to pe

59、rform the lifts using barge cranes that consist of temporary installations of mobile cranes. It is this form of the floating crane that is of interest here. The design of a mobile crane installation on a barge can be divided into four tasks. * First is selection of the crane. The crane’s normal l

60、oad charts will not apply on a barge, so the crane selection initially has to be made on some assumed derating. * Second is the selection of the barge. The barge must be strong enough to support the crane, and must possess a certain level of stability afloat. * Third is the design of the crane in

61、stallation on the barge. This work applies principles from naval architecture and structural engineering. * Fourth is the development of load charts that are applicable to the specific installation. The main crane selection issues sound, on the face of it, exactly like those for selecting a crane

62、 for a land-based lift. The crane must have the vertical and horizontal reach to place the load, and it must have the capacity to safely lift the weight. However, the effects of the marine environment alter both of these areas. First, let’s consider reach. In addition to the usual concerns about b

63、oom interference and the like, the barge itself also impacts on the performance of the crane. The barge crane is almost always lifting its load onto or off of some adjacent structure, such as another vessel or a dock. Thus, the useful radius of the crane is measured from the edge of the barge

64、igure 1, above right>. The width of the barge figures significantly in the evaluation of the barge with respect to its stability and resistance to listing as the crane operates. This is discussed below. For now, we must just keep in mind that the ability of the crane to do its job is affected by th

65、e length and width of the barge. Thus, when checking the layout of the lifts to be made, it is important to consider the likely size of the barge. The useful radius applies to the useful physical reach of the crane only. Lifting capacities are always determined with respect to the normal operating

66、radius of the crane as measured from the centre of rotation. Making the first check of the crane’s capacity may be easy or virtually impossible. Some crane manufacturers publish load charts for barge. These charts show lifting capacities for conditions in which the crane is out of level by various angles. If charts are available, then one need only make an estimate of the maximum angle by which the crane will be out of level. If barge load charts are not available, estimating the lifting capac