SC200200施工升降機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、sc200/200施工升降機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書 機(jī)械廠32一、受力分析：根據(jù)該機(jī)的使用工況，出現(xiàn)的載荷有：工作載荷、風(fēng)載荷以及自重載荷，最不利的載荷組合為：升降機(jī)超速運(yùn)行且載荷的吊籠寬度外偏放置，風(fēng)載荷沿平行于建筑物方向吹來。最不利工況為一個(gè)吊籠運(yùn)行至上極限位置，另一個(gè)吊籠在底部的情況。(如圖一所示)二、立柱幾何特性計(jì)算1、立柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)構(gòu)造立柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)構(gòu)造為：以四根764mm無縫鋼管(材料為q235)為主肢，成正方形截面650650mm布置，以8根26.82.75mm鋼管(材料q235)及8根l75505mm角鋼(上、下框架)和四根l75505mm角鋼(中框架)為連綴件焊接而成。(如圖二所示)2、主肢

2、截面積ao=(d2d2)4式中 ao主肢截面面積(mm2)d主肢鋼管外徑(mm)d主肢鋼管內(nèi)徑(mm)已知：d=76mm d=68mmao=(d2d2)= (762682)=904.78mm23、立柱截面形心位置因?yàn)榱⒅孛鏋閷ΨQ結(jié)構(gòu)，所以立柱截面形心位于立柱截面幾何中心位置，(xc、yc)為形心坐標(biāo)。4、一根主肢截面慣性矩。io=( d4d4)式中io為一根主肢對通過形心坐標(biāo)軸的慣性矩(mm4)d=76mm， d=68mmio=( d4d4)= (764684)=588106.14mm45、立柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)對形心軸x軸、y軸的慣性矩ix=4io+4yca=4588106.14+3252904.78

3、4=384621974.6mm4iy=ix=384621974.6mm46、立柱截面面積a=4ao=4904.78=3619.12mm27、立柱截面對形心軸的回轉(zhuǎn)半徑rx= rx對形心x軸的回轉(zhuǎn)半徑。ry= ry對形心y軸的回轉(zhuǎn)半徑。ix=iy=3846=1974.6mm4 a=3619.12mm2rx=ry=326mm8、連綴件截面面積。26.82.75mm鋼管截面面積ag=(d2d2)= (26.8221.32)=207.78mm2l63405 mm角鋼截面面積 fg1=499.3mm2l75505 mm角鋼截面面積 fg2=612.5mm29、邊綴件截面慣性矩26.82.75mm鋼管截面

4、慣性矩ig=( d4d4)= (26.8421.34)=15218.76mm4l63405 角鋼截面慣性矩ig1x=20.02cm4 ig1y=6.31cm4截面面積 ag1=4.993cm2l75505 角鋼截面慣性矩ig2x=34.86cm4ig2y=12.61cm4截面面積 ag2=6.125cm2三、載荷計(jì)算(如圖三所示)1.升降機(jī)載荷作用于升降機(jī)的垂直載荷有驅(qū)動機(jī)構(gòu)自重 p驅(qū)=659(10n)吊籠自重p籠=1070(10n)額定提升載重量 p載=2000(10n)考慮動載、超載因素則系統(tǒng)計(jì)算載荷p=k1p驅(qū)+ k1p籠+ k1k2p載式中k1動載系數(shù)k1=1.2k2超載系數(shù)k2=1.

5、1p=1.2659+1.21070+1.21.1100=4186.8(10n)由設(shè)計(jì)圖紙可計(jì)算得齒條簡化中心到同側(cè)立柱管中心的距離為:l1=56mm同側(cè)立柱管中心到標(biāo)準(zhǔn)節(jié)形心的距離為： l2=325mml=l1+l2=56+325=381mm載荷對立柱形心產(chǎn)生彎矩mc為mc=k1p驅(qū)(l驅(qū)+l)+ k1p籠(l籠+l)+ k1k2p載(l載+l)=1.2659(170+381)+1.21070(730+381)+1.21.1(950+381)1600=4673.3268(10nm)因此可知:作用于立柱頂端的載荷有:軸壓力p=4186.8(10n)彎矩mc=467.3268(10nm)吊籠風(fēng)載荷

6、 p風(fēng)下面計(jì)算p風(fēng)2.吊籠風(fēng)載荷p風(fēng)(通過吊籠上的滾輪作用于立柱上)p風(fēng)=cwqal式中cw風(fēng)力系數(shù) 取cw=1.5 q標(biāo)準(zhǔn)工作風(fēng)壓 q=(10n/m2)結(jié)構(gòu)充實(shí)率 =0.4al升降機(jī)外輪廓面積 al=34.198=12.594m2p風(fēng)=1.5250.412.594=188.91(10n)3.導(dǎo)軌架風(fēng)載荷按下式計(jì)算 fw=cwqal式中cw=1.2q=25(10n/m2)=0.4al=h(0.65+0.076)=0.726h m2風(fēng)載荷沿整個(gè)導(dǎo)軌架高度均勻布，按單位高度計(jì)算風(fēng)載荷：q= =8.712(10n/m)即q=8.712kg/m四、結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算1.計(jì)算簡圖根據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況，導(dǎo)軌架可簡化

7、為多跨連續(xù)梁，并運(yùn)用多跨連續(xù)梁的三彎矩方程求解結(jié)構(gòu)內(nèi)力及支反力，為此將各支點(diǎn)用鉸代替，為與厚結(jié)構(gòu)等效，用彎矩m0，m1m16作用于頂端以保持其平衡。(如圖四所示)。2列方程求內(nèi)力對第16點(diǎn)取彎矩(如圖五所示)，由平衡條件(m16=0)得mc+ p風(fēng)l+ql2+m16=0m16=(mc+ p風(fēng)l+ql2)式中:mc=4673326.8(10nmm)=4673.3268(10nm)p風(fēng)=188.91(10n)l=9mq=8.712(10nm)m16=(4673.3268+188.919+8.71292)=6726.3546(10nm)對于支點(diǎn)15,運(yùn)用三彎矩方程，得：(如圖六所示)m16l+2m1

8、5(l+l)+m14l=ql3即：m16+4m15+m14=352.35同理可得: m15+4m14+m13=352.35m14+4m13+m12=352.35m13+4m12+m11=352.35m12+4m11+m10=352.35m11+4m10+m9=352.35m10+4m9+m8=352.35m9+4m8+m7=352.35m8+4m7+m6=352.35m7+4m6+m5=352.35m6+4m5+m4=352.35m5+4m4+m3=352.35m4+4m3+m2=352.35m3+4m2+m1=352.35對于支點(diǎn)1,運(yùn)用三彎矩方程:m2l+2(l+l0)m1+m0l0=q(

9、l3+l03)式中l(wèi)=9ml0=6m即：9m2+30m1+6m0=8.7(93+63)=2055.375化簡得：3m2+10m1+2m0=685.125由支點(diǎn)0的平衡條件(0點(diǎn)轉(zhuǎn)角為零)，得=+=03m1+4m0=78.4解聯(lián)立方程組：m16=6550.1748m16+4m15+m14=352.35m15+4m14+m13=352.35m14+4m13+m12=352.35m13+4m12+m11=352.35m12+4m11+m10=352.35m11+4m10+m9=352.35m10+4m9+m8=352.35m9+4m8+m7=352.35m8+4m7+m6=352.35m7+4m6+

10、m5=352.35m6+4m5+m4=352.35m5+4m4+m3=352.35m4+4m3+m2=352.35m3+4m2+m1=352.353m2+10m1+2m0=685.1253m1+4m0=78.4將m16=6726.3546代入下式，得m15=0.25m14+1593.5并依次代入下式，得m14=518.89m13=0.268m12+44.61m12=0.268m11106.37m11=0.268m1065.91m10=0.268m976.75m9=0.268m873.85m8=0.268m774.62m7=0.268m674.47m5=0.268m474.46m4=0.268m

11、374.46m3=0.268m274.46m2=0.268m174.46m1=0.21750.211.78m0=28.19解出m0并代入以上各式，得：(單位10nm)m0=15.81m1=46.78m2=61.69m3=57.93m4=58.94m5=58.67m6=58.75m7=58.68m8=58.90m9=58.06m10=61.19m11=49.51m12=93.10m13=69.56m14=537.44m15=1727.86m16=6726.35463求各支座反力(由圖五、圖六)r16= r16 + r16 由圖五所示，由ma=0，得r16l+m16+mcql2=0r16=ql如圖

12、六所示，由m15=0，得：r16 l+m16ql2m15=0r16 1=ql+r16= r16 + r16= ql+將q=8.712 10n/m m15=1727.86 10n/m m16=6726.410n/m mc=4673.3268 10n/m代入上式，得r16=8.7129+=1245.9(10n)對于1點(diǎn) r1= r 1+ r 1其中r 1=+8.712 9r 1=+8.712 6r1= r1+ r1=+8.7127.5 =42.86(10n)對于其他各點(diǎn)(除o點(diǎn)外)，可用下面方法求出支反力(如圖七、八、九所示)如圖七，由mn+1=0，得：rnl+mnmn+1ql2=0rn=+ql如

13、圖八，由mn-1=0，得rl+mnql2mn1=0r=+qlrn=rn+rn=+ql(n=2，3，15)對于o點(diǎn)，如圖九所示，由m1=0，得：rolo+moqlo2m1=0ro=qlo+=8.7126+ =20.98 10n將mo、m1、m2m16及ql值代入以上兩式，可計(jì)算得出各點(diǎn)支反力：(rn為該支點(diǎn)上臨界支反力) (rn為該支點(diǎn)下臨界支反力) 單位(10n)r16=1245.9r16=267.3 r16=978.6r15=1112.7r15=-900.2 r15=-212.5r14=397.54r14=290.9 r14=106.64r13=-7.12 r13=-28.24 r13=21

14、.12r12=101.31r12=57.27 r12=44.04r11=72.36 r11=34.36 r11=37.90r10=80.05 r10=40.50 r10=39.55r9=77.96 r9=38.85 r9=39.11r8=78.51 r8=39.29 r8=39.22r7=78.38 r7=39.18 r7=39.20r6=78.42 r6=39.21 r6=39.21r5=78.37 r5=39.20 r5=39.17r4=78.55 r4=39.23 r4=39.32r3=78.00 r3=39.10 r3=38.9r2=80.48 r2=39.62 r2=40.86r1=

15、42.86 r1=27.15 r1=15.17ro=20.984、繪制內(nèi)力圖繪制彎矩、剪刀、軸力圖(如圖十、圖十一、圖十二所示)5、最大內(nèi)力位置從以上內(nèi)力圖，可以看出，最大彎矩、最大剪刀發(fā)生在第16點(diǎn)處，在16點(diǎn)處，mmax=6726.4(10n.m)qmax=1245.9(10n)最大軸力發(fā)生在導(dǎo)軌架根部 pmax=17886.8(10n)五、整體穩(wěn)定性校核由彎矩、剪刀圖可以看出，第15個(gè)附著點(diǎn)以上這一段受力最大，所以應(yīng)對這一段危險(xiǎn)截面進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算，另外，由軸力圖可以看出，導(dǎo)軌架根部軸心壓力最大，也應(yīng)對底部進(jìn)行驗(yàn)算。1、對第16點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。 計(jì)算簡圖，(如圖十三所示)，pc 該處彎

16、矩m=6726.4(10n.m)mc 軸力 n=5008.8(10n)a、相對偏心率x計(jì)算。9mx= = 16式中：a標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截面面積9m a=3619.12mm2ix標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截面對x軸的慣性矩15 ix=384621974.6mm4b標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截面最外點(diǎn)到形心距離圖十三b=+=363mmx=4.59b、換算長細(xì)比h計(jì)算已知該段長度 l=18m計(jì)算長度 lo=l與結(jié)構(gòu)支承型式有關(guān)的系數(shù)查鋼結(jié)構(gòu)表5-4，得=1.35lo=1.3518=24.3m長細(xì)比 x=rx截面對x軸回轉(zhuǎn)半徑 rx=336mmx=74.5得換算長細(xì)比 hx=式中：hx換算長細(xì)比a標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截面面積 a=3619.12mm2a1x標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截

17、面中垂直于x軸的各斜腹桿面積和 a1x=23.14(26.8221.32)/4=415.56mm2 hx=76.8即hx=76.8由x=4.59及hx=76.8查鋼結(jié)構(gòu)附表12，知pgx=0.152c、計(jì)算整體穩(wěn)定應(yīng)力x=9.11(10n/mm2)x=9.1117(10n/mm2)=第16點(diǎn)整體穩(wěn)定性滿足2、對導(dǎo)軌架根部進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算(如圖14所示)因?yàn)楦枯S力較彎矩的影響較大，故忽略彎矩造成的偏心作用。o點(diǎn)截面軸心力為 n=pc+q自l=4186.8+137100=17886.8(10n)p長細(xì)比 x=9m =6.76(其中l(wèi)o=l，=1.47)1換算長細(xì)比6mhx=0 = =19.85圖

18、十四近似按軸心壓桿驗(yàn)算整體穩(wěn)定查表得，=0.9813穩(wěn)定應(yīng)力=5(10n/mm2)=517(10n/mm2)=可見導(dǎo)軌架根部亦滿足整體穩(wěn)定。六、剛度驗(yàn)算因?qū)к壖芙孛鏋檎叫?50650mm，所以在x方向剛度與y方向剛度近似相等，所以在y方向上剛度亦滿足要求。七、局部穩(wěn)定性計(jì)算仍然對16點(diǎn)及o點(diǎn)截面進(jìn)行局部(單肢)穩(wěn)定性驗(yàn)算。1、16點(diǎn)處截面計(jì)算計(jì)算單肢內(nèi)力在該截面上內(nèi)力：軸壓力 p=5008.8(10n)彎矩 mmax=6726.3546(10nm)該截面上，單肢軸壓力n單壓=+ 單肢軸拉力p單拉=h立柱截面單邊長，h=6540mm則n單壓=+=6426.3(10n)則n單拉=3921.9(1

19、0n) (此處負(fù)號表示拉力)單肢回轉(zhuǎn)半徑計(jì)算r單=i單單肢慣性矩io io=588106.14mm4a單單肢截面積ao ao=904.78mm2則r單=單肢長細(xì)比計(jì)算單=r單單肢計(jì)算長度，近似取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)兩角鋼框之間凈距，兩端近似視為鉸接。=1 l單=lo=700mm單=27.45查表得穩(wěn)定系數(shù) =0.96465校核單肢應(yīng)力單拉=4.33(10n/mm2)單壓=7.36(10n/mm2)可見單肢拉應(yīng)力，單肢壓應(yīng)力均小于因此，16點(diǎn)處截面局部穩(wěn)定滿足。2、導(dǎo)軌架根部(即o點(diǎn))局部穩(wěn)定校核?；卦撎庉S力影響遠(yuǎn)大于彎矩影響，所以可忽略彎矩影響，只校核軸力造成的影響。在導(dǎo)軌架底部nmax=17886.8(1

20、0n)n單=4471.7(10n)則= =5.1(10n/mm2)即=5.117(10n/mm2)=因此可見，導(dǎo)軌架根部的局部穩(wěn)定亦滿足。八、導(dǎo)軌架連綴件計(jì)算由計(jì)算可知，導(dǎo)軌架最大剪力發(fā)生在第16點(diǎn)處。 q=1245.9(10n)(參照圖二所示)，剪力作用線為y軸方向 桿長 l1=776.3mm l2=841.5mm l3=879.7mm1、當(dāng)附著力作用于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上端時(shí)，剪力作用到桿2上的力為：n2=943.9 10n桿2為26.82.75mm鋼管i=(d4d4)= (2.68421.34)=15218.8mm4a=(d2d2)= (2.68221.32)=207.78mm2r=8.56mm將桿

21、2簡化為兩端鉸支 (=1)桿2的長細(xì)比=98.3查表得穩(wěn)定系數(shù) 2=0.615則桿2應(yīng)力：=7.39(10n/mm2)可見桿2滿足穩(wěn)定條件。2、當(dāng)附著力作用于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)下端時(shí)，則剪力作用到桿3上的力n3=987.7 10n桿3長細(xì)比=102.8查表得 =0.5854則3=8.12(10n/mm2)可見桿3亦滿足穩(wěn)定條件。3、驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)節(jié)橫角鋼強(qiáng)度。將角鋼與立柱管的聯(lián)接簡化為固接，則載荷通過齒條作用于角鋼，如圖十五所示：a=152pb=422574圖十五假設(shè)載荷pc由三組角鋼框共同承擔(dān)，則每根角鋼上的載荷為：p=1395.6(10n)由p引起的彎矩m=60725(10n.mm)驗(yàn)算最小角鋼 l6340

22、5mm又wmin=4.74cm3=4740mm3則max=12.81(10n/mm2)可見，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)框架角鋼安全。九、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)聯(lián)接螺栓計(jì)算。立柱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)聯(lián)接螺栓為8.8級高強(qiáng)螺栓m24230mm螺栓與被聯(lián)接件之間受力及變形關(guān)系見圖十六,圖中：f2工作拉力ff預(yù)預(yù)緊力f總f殘被聯(lián)接件在承受f預(yù)f2 工作拉力后的殘余預(yù)緊力。f殘取f殘=0.8f2圖十六f總螺栓受到的總拉力f總=f2+f殘=f2+0.8f2=1.8f2又f2=3921.9 (10n)f總=1.8f2=7059.42 (10n)m24螺栓(8.8級)許用拉力 f許=29900 (10n)十、附著裝置計(jì)算附著裝置簡化圖(如圖十七所示)下面驗(yàn)算幾個(gè)弱點(diǎn)：1、a、b處螺栓剪力2、桿1、2、33、桿4、5(一)取q=1245.9(10n)驗(yàn)算a、b處螺栓(各有兩個(gè)受剪面)分別對a、b取矩，由m=0得：ma=0，得： q476+fb338=0mb=0，得： q476fa338=0得：fa=1754.6 (10n) 拉 fb=-1754.6 (10n) 壓a、b處螺栓為m2070mma=b=2.79(10n/mm2)1010n/mm2=可見a、b兩處螺栓安全。(二)驗(yàn)算標(biāo)1、2、31、計(jì)算桿1受力對d點(diǎn)取矩，由md=0，得：q2486f1l