雙梁門式起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書(40.0噸36.0米)

1、 40.0噸36.0米 設(shè)計(jì)計(jì)算書雙梁門式起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書(40.0噸36.0米)2008年10月03日 目錄第一章 設(shè)計(jì)初始參數(shù)-1 第一節(jié) 基本參數(shù)-1 第二節(jié) 選用設(shè)計(jì)參數(shù)-1 第三節(jié) 相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)-1 第四節(jié) 設(shè)計(jì)許用值參數(shù)-1第二章 起重機(jī)小車設(shè)計(jì)-3 第一節(jié) 小車設(shè)計(jì)參數(shù)-3 第二節(jié) 設(shè)計(jì)計(jì)算（詳見橋吊計(jì)算書）-3第三章 門機(jī)鋼結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)計(jì)算-4 第一節(jié) 結(jié)構(gòu)型式、尺寸及計(jì)算截面-4 一、門機(jī)正面型式及尺寸-4 二、門機(jī)支承架型式及尺寸-4 三、各截面尺寸及幾何特性-5 第二節(jié) 載荷及其組合-7 一、垂直作用載荷-7 二、水平作用載荷-8 三、載荷組合-12 第三節(jié) 龍門架強(qiáng)度設(shè)

2、計(jì)計(jì)算-13 一、主梁內(nèi)力計(jì)算-13 二、主梁應(yīng)力校核計(jì)算-17 三、疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算-19 四、主梁腹板局部穩(wěn)定校核-20 五、主梁整體穩(wěn)定性-22 六、上蓋板局部彎曲應(yīng)力-22 第四節(jié) 龍門架剛度設(shè)計(jì)計(jì)算-25 一、主梁垂直靜剛度計(jì)算-25 二、主梁水平靜剛度計(jì)算-26 三、門架縱向靜剛度計(jì)算-27 四、主梁動剛度計(jì)算-27 第五節(jié) 支承架強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算-29 一、垂直載荷作用下，馬鞍橫梁跨中截面內(nèi)力計(jì)算-29 二、水平載荷作用下，馬鞍橫梁跨中截面內(nèi)力計(jì)算-35 三、支承架各截面內(nèi)力及應(yīng)力-40 第六節(jié) 支承架剛度設(shè)計(jì)計(jì)算-45 一、垂直載荷作用下，支承架的小車軌頂處位移-45 二、水平載荷

3、作用下，支承架的小車軌頂處位移-849 第七節(jié) 支腿整體穩(wěn)定性計(jì)算-58 第八節(jié) 連接螺栓強(qiáng)度計(jì)算-60 一、馬鞍立柱下截面或上端梁截面的螺栓強(qiáng)度-60 二、支腿下截面螺栓強(qiáng)度計(jì)算-62第四章 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算-65 第一節(jié) 設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)及運(yùn)行機(jī)構(gòu)形式-65 一. 設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)-65 二. 運(yùn)行機(jī)構(gòu)型式-65 第二節(jié) 運(yùn)行支撐裝置計(jì)算-66 一. 輪壓計(jì)算-66 二. 車輪踏面疲勞強(qiáng)度校核-66 三. 車輪踏面靜強(qiáng)度校核-67 第三節(jié) 運(yùn)行阻力計(jì)算-67 一. 摩擦阻力計(jì)算-67 二. 風(fēng)阻力計(jì)算-68 三. 總靜阻力計(jì)算-68 第四節(jié) 驅(qū)動機(jī)構(gòu)計(jì)算-69 一. 初選電動機(jī)-69 二. 選

4、聯(lián)軸器-69 三. 選減速器-70 四. 電機(jī)驗(yàn)算-70 第五節(jié) 安全裝置計(jì)算-71 一. 選制動器-71 二. 防風(fēng)抗滑驗(yàn)算-72 三. 選緩沖器-72第五章 整機(jī)性能驗(yàn)算-74 第一節(jié) 傾翻穩(wěn)定性計(jì)算-74 一、穩(wěn)定力矩-74 二、傾翻力矩-74 三、各工況傾翻穩(wěn)定性計(jì)算-75 第二節(jié) 輪壓計(jì)算-75 一、最大靜輪壓-75 一、最小靜輪壓-75 第一章 設(shè)計(jì)初始參數(shù) 第一節(jié) 基本參數(shù)：起重量 pq=40.000 (t)跨 度 s=36.000 (m)左有效懸臂長 zs1=0.000 (m)左懸臂總長 zs2=0.000 (m)右有效懸臂長 ys1=0.000 (m)右懸臂總長 ys2=0.

5、000 (m)起升高度 h0=35.000 (m)結(jié)構(gòu)工作級別 abj=4級主起升工作級別 abz=0級副起升工作級別 abf=4級小車運(yùn)行工作級別 abx=4級大車運(yùn)行工作級別 abd=4級主起升速度 vzq=5.000 (m/min)副起升速度 vfq=7.000 (m/min)小車運(yùn)行速度 vxy=8.000 (m/min)大車運(yùn)行速度 vdy=8.000 (m/min) 第二節(jié) 選用設(shè)計(jì)參數(shù)起升動力系數(shù) o2=1.10運(yùn)行沖擊系數(shù) o4=1.10鋼材比重 r=7.85 t/m3鋼材彈性模量 e=2.1*105mpa鋼絲繩彈性模量 eg=0.85*105mpa 第三節(jié) 相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)大車車

6、輪數(shù)（個） ah=16大車驅(qū)動車輪數(shù)（個）qn=8大車車輪直徑 rm=0.800 (m)大車輪距 l2=15.000 (m)連接螺栓直徑 md=0.0360 (m)工作最大風(fēng)壓 q1=0/* 250 */ (n/m2)非工作風(fēng)壓 q2=0/* 600 */ (n/m2) 第四節(jié) 設(shè)計(jì)許用值：鋼結(jié)構(gòu)材料 許用正應(yīng)力i156mpa ii175mpa許用剪應(yīng)力124mpa龍門架許用剛度： 主梁垂直許用靜剛度： 跨 中 xls/60060.00mm； 懸 臂 lzs1/3603.68mm； 主梁水平許用靜剛度： 跨 中 yls/200018.00mm； 懸 臂 lzs1/6002.21mm； 龍門架縱

7、向靜剛度： 主梁沿小車軌道方向xgh/60058.7mm； 許 用 動 剛 度 1.1； 連接螺栓材料 8.8級螺栓 許 用 正 應(yīng) 力ls210.0mpa； 疲勞強(qiáng)度及板屈曲強(qiáng)度依計(jì)算許用值選取。 第二章 起重機(jī)小車設(shè)計(jì) 第一節(jié) 小車設(shè)計(jì)參數(shù)小車質(zhì)量(t) gx=6.000 (t)小車輪距(m) b=2.500 (m)軌道至主梁內(nèi)邊(m) l5=0.170 (m)小車軌距 (m) l6=2.700 (m)小車左外伸(m) l7=0.370 (m)小車右外伸(m) l8=0.360 (m)主梁與馬鞍間距(m) l11=0.560 (m)吊鉤下探量(m) h6=0.920 (m)小車軌道截面高(

8、m) h7=0.140 (m)小車高(m) h8=1.956 (m)小車頂至馬鞍(m) h10=0.250 (m)小車罩沿大車軌道方向迎風(fēng)面積（m2） xds=8.000 (m2)小車罩垂直大車軌道方向迎風(fēng)面積（m2） xxs=8.000 (m2)鋼絲繩金屬絲截面積(m2) d0=2.013500e-004 (m2)滑輪組鋼絲繩分支數(shù)之半 n0=5小車軌道型號: p43小車外罩至導(dǎo)電架距離(m) l9=1.270 (m)小車外罩至欄桿距離(m) l10=1.260 (m)法蘭至主梁上蓋板距離(m) hd=1.976 (m) 第二節(jié) 設(shè)計(jì)計(jì)算 為工廠便于組織生產(chǎn)，提高標(biāo)準(zhǔn)件的通用性，設(shè)計(jì)中不進(jìn)行

9、起重小車設(shè)計(jì)，而是采用通用橋式起重機(jī)小車。此，起重小車設(shè)計(jì)計(jì)算詳見我廠通用橋式起重機(jī)小車計(jì)算說明書。 第三章 門機(jī)結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)計(jì)算第一節(jié) 結(jié)構(gòu)型式、尺寸及計(jì)算截面 一、門機(jī)正面型式及尺寸 門機(jī)正面型式參見圖a，正面尺寸見表表 單位：m s zs1 zs2 ys1 ys2 h h0 36.000 1.326 1.726 1.326 1.72635.23635.000 二、門機(jī)支承架型式及尺寸表 單位:m h1 0.250 h2 0.345 h3 32.163 h16 2.081 h17 32.195 h18 4.124 wa1 4.160 wa2 0.960 a3 32.534 wa4 0.39

10、6 wa5 15.119 wa6 0.730 l1 15.913 l2 15.000 wb2 5.480 wb3 32.992 三、各截面尺寸及幾何特性 門機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，危險截面為、（詳見圖，圖），各截面形狀及尺寸詳見圖，表說明：x(1),x(2),x(3),x(4),x(5),x(6)為變化變量。x2,x6,x7,x8,x9,x10,x12,x13為常值變量。x2-主梁上、下蓋板寬； x11-上下蓋板寬度差x7-主梁上蓋板厚； x8-主梁下蓋板厚；x9-支承架各蓋板厚； x12-主梁主腹板厚度；x13-主梁付腹板厚度； x10-支承架腹板厚度；各箱形截面兩腹板間距離均為蓋板寬減60mm； 表

11、 單位:m參數(shù) 1-1 參數(shù) 3-3 參數(shù) 4-4 參數(shù) 4-4 名稱 2-2 名稱 名稱(1-1)名稱(1-1)x1 1.544 sg 1.544x1 1.544x1 1.544x2 1.800 sb 0.860x2 1.800x2 1.800x7 0.022 tf 0.006x7 0.022x7 0.022x8 0.022 tg 0.006x8 0.022x8 0.022x12 0.012 x12 0.012x12 0.012x13 0.012 x13 0.012x13 0.012x11 0.000 參數(shù) 5-5 參數(shù) 5-5 參數(shù) 6-6 參數(shù) 7-7 名稱 剛 名稱 柔 名稱 名稱 8

12、-8 x1 1.544x3 x4 0.401x5 0.740wx6 1.730wx6 x5 0.740x6 0.321x9 0.012x9 x9 0.012x9 0.012x10 0.010x10 x10 0.010x10 0.010 各截面面積用aai，對x軸慣性矩為ixi，對y軸慣性矩為iyi，其中，i代入1,2,3,4,5,6,7,8。數(shù)字表示截面。如寫成ixia、ixib時，a表示剛性件，b表示柔性件。各值詳見表 表 截 面 aai(m2) ixi(m4),in(m4) iyi (m4) 1-1,2-2 1.1626e-001 5.5921e-002 4.9497e-002 3-3 2

13、.8848e-002 1.8628e-002 6.3375e-003 4-4 剛 7.0982e-002 7.0982e-002 5-5 7.3096e-002 4.3457e-002 4.4013e-002 6-6 2.5780e-002 8.6501e-004 1.7651e-003 7-7,8-8 2.4180e-002 5.4769e-004 1.5746e-003 10-10剛 10-10柔 11-11 1.8961e-002 2.0990e-002 12-12 2.8848e-002 1.8628e-002 6.3375e-003 備注：10-10為馬鞍變截面立柱等效截面。11-1

14、1為變截面支腿等效截面。12-12為上橫梁截面。 圖為、的各截面簡圖示意圖第二節(jié) 載荷及組合 一、垂直作用載荷憖 自重載荷 門機(jī)各結(jié)構(gòu)件均為箱型結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量產(chǎn)生均布自重載荷，各結(jié)構(gòu)質(zhì)量是采用通用式計(jì)算的。以主梁半橋架質(zhì)量計(jì)算為例，計(jì)算如下： 若軌道每米質(zhì)量為mmgz，軌道安裝質(zhì)量系數(shù)為gdaz，欄桿、小車導(dǎo)電架質(zhì)量和之半為0.03(t/m)，則軌道安裝等質(zhì)量和fgdz為：fgdz=(mmgz*gdaz+0.03)*(zs2+ys2+s) =(0.043*1.200+0.03)*(1.726+1.726+36.000) =3.219 (t)=32.193 (kn) 單根主梁跨中段質(zhì)量為fg1，式

15、中：fgl為主梁施工圖的質(zhì)量， zlndqzh為單根主梁內(nèi)均布電氣質(zhì)量和 fg1=(fgl+zlndqzh)/(s+zs2+ys2)*s =(39.892+0.000)/(36.000+1.726+1.726)*36.000 =36.401(t) fg1=fg1+fgdz*s/(s+zs2+ys2) =36.401+3.219*36.000/(36.000+1.726+1.726) =39.338(t)=393.4(kn) 同理，主梁半橋架左懸臂段質(zhì)量zfg2 zfg2=(fgl+zlndqzh)/(s+zs2+ys2)*zs2 =(39.892+0.000)/(36.000+1.726+1.

16、726)*1.726 =1.746(t) zfg2=fg1+fgdz*zs2/(s+zs2+ys2) =1.746+3.219*1.726/(36.000+1.726+1.726) =1.886(t)=18.9(kn) 主梁半橋架右懸臂段質(zhì)量yfg2 yfg2=(fgl+zlndqzh)/(s+zs2+ys2)*ys2 =(39.892+0.000)/(36.000+1.726+1.726)*1.726 =1.746(t) yfg2=fg1+fgdz*ys2/(s+zs2+ys2) =1.746+3.219*1.726/(36.000+1.726+1.726) =1.886(t)=18.9(k

17、n) 主梁半橋架跨中段質(zhì)量集度q1z為： q1z=fg1/s*o4=39.338/36.0*1.100=1.202(t/m) 構(gòu)件質(zhì)量或質(zhì)量集度與重力加速度(=10.0m/s.s)之積，便為作用門機(jī)結(jié)構(gòu)上的集中重力或重力集度。于是，主梁跨中段重力集度q1為： q1=q1z*10.0=1.202*10.0=12.020 (kn/m) 其余構(gòu)件質(zhì)量(t)、質(zhì)量集度(t/m)、集中重力(kn)及重力集度(kn/m)計(jì)算方法相同，詳見表，表中重力及重力集度均考慮了沖擊系數(shù)o4。 表 單位：t、kn/m、kn 構(gòu) 件 質(zhì) 量 (t) 構(gòu)件重力集度(kn/m) 集 中 重 力 (kn) 結(jié)構(gòu)件名稱 符 號

18、 數(shù) 值 符 號 數(shù) 值 符 號 數(shù) 值 主梁跨中段 fg(1) 39.338 q1 12.020 主梁懸臂段左zfg(2) 1.886 q1 12.020 主梁懸臂段右yfg(2) 1.886 主梁上橫梁 fg(12) 1.557 q3 4.118 剛 性 支 腿 fg(5)a 17.210 q2a 34.548 柔 性 支 腿 fg(5)b 0.000 q2b 0.000 下 橫 梁fg(6) 4.010 q6 2.772 司機(jī)房及電氣fg(7) 2.000 22.000 電 氣 房fg(8) 1.500 16.500 梯 子 平 臺 fg(9) 1.000 11.000 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)fg

19、(10) 31.440 345.840 移動載荷 移動載荷由起重量、小車質(zhì)量及起升、下降、運(yùn)行的沖擊引起的，如假設(shè)小車的輪壓均勻分布，則作用在一根主梁上兩小車輪壓力和為： p1=(pq*o2+gx*o4)/2 =(40.000*1.100+6.000*1.100)/2=25.300 (t)=253.000 (kn) 二、水平作用載荷憖 水平作用載荷主要是自重載荷和移動載荷的質(zhì)量，在大車制動時產(chǎn)生的慣性力及風(fēng)載荷引起的。它可分為均布力和集中力作用在結(jié)構(gòu)上。 均布慣性力 結(jié)構(gòu)件慣性力通常為均布力，以主梁跨中段為例，當(dāng)大車制動時，摩擦系數(shù)為0.14，大車驅(qū)動輪數(shù)n攬驅(qū)攭=8，全部車輪數(shù)n攬全攭=16

20、則慣性力的計(jì)算如下： ph1=0.14*n攬驅(qū)攭/n攬全攭*fg1=0.14*8/16*39.338=2.754 (t)=27.537 (kn) 慣性力通常以力的集度方式或集中力方式作用于結(jié)構(gòu)上，以主梁跨中段為例，慣性力集度計(jì)算如下： qh0=ph1/s=2.754/36.000=0.076 (t/m)=0.765 (kn/m) 其余構(gòu)件慣性力計(jì)算方法相同，詳見表 表 單位：kn、kn/m 慣 性 力 (kn) 慣性力(kn/m)集中慣性力(kn)結(jié)構(gòu)件名稱 符 號 符 號 數(shù) 值 數(shù) 值 數(shù) 值 主梁跨中段 ph1 27.537 主梁左懸臂段zph2 1.321 qh0 0.765 主梁右懸

21、臂段yph2 1.321 主梁上橫梁 ph12 1.090 p12 0.545 剛 性 支 腿 ph5a 12.047 qh5a 0.370 柔 性 支 腿 ph5b 0.000 qh5b 0.000 下 橫 梁ph6 2.807 p6 1.403 司機(jī)房及電氣ph7 1.400 1.400 電 氣 房ph8 1.050 1.050 梯 子 平 臺 ph9 0.700 0.700 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)ph10 22.008 22.008 均布風(fēng)力 結(jié)構(gòu)件風(fēng)力也屬于均布力，通常多考慮沿大車軌道方向的風(fēng)力作用。若單位風(fēng)壓為0.025t/m.m，箱型結(jié)構(gòu)風(fēng)振系數(shù)c=1.5，迎風(fēng)面積為sd(i)時，以主梁跨中

22、段為例風(fēng)力為： pw1=0.025*1.5*x1*s; =0.025*1.5*1.544*36.000=2.084 (t)=20.844 (kn) 若主梁中段均布風(fēng)力集度為qw0，則： qw0=pw1/s=2.084/36.000=0.058 (t/m)=0.579 (kn/m) 其余構(gòu)件風(fēng)力及風(fēng)力集度計(jì)算方法相同，詳見表表 單位：kn、kn/m 迎 風(fēng) 面 積 風(fēng) 力 (kn)風(fēng)力集度(kn/m)集中風(fēng)力(kn)結(jié)構(gòu)件名稱 符號 數(shù) 值 符號 數(shù) 值 符號 數(shù) 值 數(shù) 值 主梁跨中段 sd1 55.584pw1 20.844 主梁左懸臂段zsd2 2.666zpw2 1.000 qw0 0.

23、579 主梁右懸臂段ysd2 2.666ypw2 1.000 主梁上橫梁 pw3 0.00 剛 性 支 腿 pw5a 16.182 qw5a 0.497 柔 性 支 腿 pw5b 0.00 qw5b 0.00 下 橫 梁 pw6 司機(jī)房及電氣 4.000 pw7 1.500 1.500 電 氣 房 4.000 pw8 1.500 1.500 梯 子 平 臺 pw9 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu) pw10 注：風(fēng)力、風(fēng)力集度及迎風(fēng)面積的含義在這里均為沿大車軌道方向。 慣性力、風(fēng)力的共同作用： 當(dāng)大車制動，產(chǎn)生的慣性力和存在風(fēng)力往往是同時出現(xiàn)的，在強(qiáng)度計(jì)算中，應(yīng)考慮其合力作用，詳見表表 單位：kn,kn/m構(gòu) 件

24、 名 稱 符 號均布集度(kn/m)符 號 集中力(kn) 主梁跨中段 q0 1.344 主梁懸臂段 主梁上橫梁 p12 0.545 剛 性 支 腿 q5a 0.868 柔 性 支 腿 q5b 0.00 下 橫 梁 p6 1.403 司機(jī)房及電氣 pd 2.900 電 氣 房 p8 2.550 梯 子 平 臺 0.700 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu) 22.008 小車集中慣性力 當(dāng)大車制動時，起重量及小車質(zhì)量產(chǎn)生集中慣性力，它通過車輪作用于二根主梁上，若摩擦系數(shù)為0.14，大車驅(qū)動輪數(shù)n攬驅(qū)攭=8，全部車輪數(shù)n攬全攭=16，其比值為0.0，則作用于一根主梁的集中慣性力ph0為： ph0=0.035*(pq+

25、gx)=0.035*(40.000+6.000)=1.610 (t)=16.100 (kn) 小車集中風(fēng)力 當(dāng)風(fēng)沿著門機(jī)軌道方向吹時，小車沿此方向迎風(fēng)面積為xds，則工作狀態(tài)風(fēng)力為： pw0=0.025*1.5*xds/2=0.025*1.5*8.000/2=0.150 (t)=1.500 (kn) 水平合力p0為： p0=ph0+pw0=16.100+1.500=17.600 (kn) 小車制動慣性力 py=0.35*(pq+gx)*0.039/(0.14*0.5) =0.35*(40.000+6.000)*0.039/(0.14*0.5) =0.897(t) 偏斜側(cè)向力 因側(cè)向力計(jì)算值不準(zhǔn)

26、確，引起應(yīng)力不大，故本計(jì)算中忽略此因素。 三、載荷組合憖 根據(jù)規(guī)范，載荷組合如下表： 門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)載荷組合 表 部件名稱 主 梁 支 承 架 自 重 載 荷 i i i i i 運(yùn)行沖擊系數(shù) 4 4 4 起 升 載 荷 起升動載系數(shù) 2 2 2 2 2 水平慣性力 h h h 風(fēng) 力 wi wi wi wi wi 偏斜側(cè)向力 s s s 門架水平推力 由于主梁和支承架均以載荷組合作用時，受力嚴(yán)重，故以此工況校核強(qiáng)度和穩(wěn)定性。組合的工況為：大車運(yùn)行和滿載下降同時制動的工況，此時側(cè)向橫推力減弱了，可忽略不計(jì)。第三節(jié) 龍門架強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算一、主梁內(nèi)力計(jì)算憖 垂直載荷作用產(chǎn)生內(nèi)力 主梁在垂直載荷作用下

27、，取計(jì)算簡圖為簡支剛架，作用有均布載荷及集中輪壓，主梁的跨中截面及主梁的懸臂根部為危險計(jì)算截面。 小車位于跨中時，計(jì)算簡圖如圖 zs1=1.326(m) zs2=1.726(m) ys1=1.326(m) ys2=1.726(m) s=36.000(m) p1=25.300(t) q1=1.202(t/m) 由上圖及結(jié)構(gòu)力學(xué)知識，可得截面垂直彎矩mx1、剪力qx1以兩輪壓合力為p1，計(jì)算彎矩時，應(yīng)考慮小車輪距b的影響，設(shè)影響系數(shù)為c1，則： c1=(1-b/(2*s)2 =(1-2.5/(2*36.000)2 =0.932 彎矩計(jì)算系數(shù)k1為： k1=(1+gx/pq*o4/o2)*o2*c1+(fg1/pq-2*(zfg2*zs2+yfg2*ys2)/pq/s)*o4 =(1+6.0/40.0*1.1/1.1)*1.10*0.9+(39.3/40.0-2*(1.9*1.7+1.9*1.7)/40.00/36.0)*1.