400t梁場(chǎng)門式起重機(jī)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)類型：畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書畢業(yè)論文題目:400t梁場(chǎng)門式起重機(jī)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：學(xué)生姓名：專業(yè)：船舶工程技術(shù)班級(jí)：學(xué)號(hào)：時(shí)間：2013年5月400t400t梁場(chǎng)門式起重機(jī)設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)以梁場(chǎng)門式起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)目標(biāo)， 內(nèi)容包括主梁、支腿、上下 橫梁等結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。重點(diǎn)為部分結(jié)構(gòu)的載荷計(jì)算及載荷組合。 其設(shè)計(jì)很好的體現(xiàn) 了結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)在金屬結(jié)構(gòu)件和起重機(jī)運(yùn)輸中的重要運(yùn)用。 我國(guó)的鐵路工 業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展的軌道，梁場(chǎng)門式起重機(jī)因其在露天作業(yè)環(huán)境中有其它類型起 重機(jī)無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)，因此對(duì)其進(jìn)行研究、創(chuàng)新，使其結(jié)構(gòu)更合理，使用更方便， 具有重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：門式起重機(jī)、金屬結(jié)構(gòu)、載荷

2、計(jì)算ABSTRACTABSTRACTThe desig n Beam field gantry crane desig n goals for desig n, in clud ing the main beam, legs, upper and lower beams and other structures. Focus on part of the structure of the load and load comb in ati ons. Good in dicati on of the desig n of structural mechanics, mechanics of ma

3、terials in the metal structure and the importanee of tran sport used cran esChi narailways in dustry has en tered a rapid developme nt track, Beam field gantry crane in its operating environment in the open air there are other types of cranes can not be replaced advantage, so its research, innovatio

4、n, its structure is more reas on able, More convenient, has importa nt strategic and practical sig nifica nee.KeyKey word:word: Gantrycranes, metal structure, load calculation目錄1.緒論 .12.金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算.42.1基本設(shè)計(jì)參數(shù) .42.2載荷 .42.3抗傾覆穩(wěn)定性 .62.4金屬結(jié)構(gòu)的截面幾何特性 .62.5主梁強(qiáng)度計(jì)算 .82.6主梁靜剛度 .92.7主梁整體穩(wěn)定性驗(yàn)算 .92.8主梁局部穩(wěn)定性驗(yàn)算 .92.

5、9主梁拼接設(shè)計(jì) .112.10支腿強(qiáng)度計(jì)算 .122.11支腿整體穩(wěn)定性計(jì)算 .142.12支腿局部穩(wěn)定性計(jì)算 .142.13支腿拼接設(shè)計(jì) .143.起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 .173.1概述 .173.2鋼絲繩選擇 .173.3卷筒 .173.4電動(dòng)機(jī)選擇 .193.5開(kāi)式齒輪傳動(dòng) .203.6減速器選擇 .203.7制動(dòng)器的選擇 .203.8高速軸聯(lián)軸器 .213.9低速軸聯(lián)軸器 .213.10液壓失效保護(hù)制動(dòng)器 .213.11機(jī)構(gòu)起動(dòng)時(shí)間計(jì)算 .213.12零件疲勞計(jì)算實(shí)例 .223.13吊桿的強(qiáng)度校核 .244.大車走行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 .264.1概述 .264.2運(yùn)行靜阻力 .264.3電動(dòng)機(jī)

6、的選擇與計(jì)算 .274.4選擇減速器 .274.5選擇緩沖器 .274.6車輪與軌道 .285.起重小車牽引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 .305.1概述 .305.2運(yùn)行靜阻力 .305.3牽弓I繩的選擇 .305.4卷筒的選擇 .305.5選擇電動(dòng)機(jī) .315.6選擇減速機(jī) .315.7選擇聯(lián)軸器 .325.8選擇制動(dòng)器 .325.9小車車輪的強(qiáng)度計(jì)算 .336.結(jié)論與展望 .34參考文獻(xiàn) .35致謝 .361.緒論起重機(jī)械是用來(lái)升降物品或人員的，有的還能使這些物品或人員在其工作范 圍內(nèi)作水平或空間移動(dòng)的機(jī)械。取物裝置懸掛在可沿門架運(yùn)行的起重小車或運(yùn)行 式葫蘆上的起重機(jī)，稱為“門架型起重機(jī)”。門式起重機(jī)一

7、般有大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的 門架、裝有起升機(jī)構(gòu)和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的起重小車、電氣設(shè)備、司機(jī)室等幾大部分 組成。外形像一個(gè)屹立在工作場(chǎng)所的大門。 起升機(jī)構(gòu)用來(lái)垂直升降物品，起重小 車用來(lái)帶著載荷作橫向移動(dòng)，以達(dá)到在跨度內(nèi)和規(guī)定高度內(nèi)組成的三維空間里做 搬運(yùn)和裝卸貨物用。門式起重機(jī)是使用最廣泛、擁有量最大的一種軌道運(yùn)行式起 重機(jī)，其額定起重量從幾噸到幾百噸。 最基本的形式是通用吊鉤門式起重機(jī)， 其 他形式的門式起重機(jī)都是在通用吊鉤門式起重機(jī)的基礎(chǔ)上派生發(fā)展出來(lái)的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)合起重機(jī)的實(shí)際工作條件，注意了以下幾方面的要求：整 臺(tái)起重機(jī)與工作場(chǎng)所的配合，以及小車與門架的配合要恰當(dāng)。小車與門架的相互 配合，主

8、要在于：小車軌距（車輪中心線間的水平距離）和門架上的小車軌距應(yīng) 相同，其次，在于小車的緩沖器與門架上的擋鐵位置要配合好，小車的撞尺和門架上的行程限位裝置要配合好。小車的平面布置愈緊湊小車愈能跑到靠近門架的 兩端，起重機(jī)工作范圍也就愈大。小車的高度小，相應(yīng)的可使起重機(jī)的高度減小， 從而減少了起重機(jī)的自重，節(jié)約了材料。小車上機(jī)構(gòu)的布置及同一機(jī)構(gòu)中各零件 間的配合要求適當(dāng)。起升機(jī)構(gòu)和小車平面的布置要合理，二者之間的距離不應(yīng)太 小，否則維修不便，或造成小車架難以設(shè)計(jì)。但也不應(yīng)太大，否則小車就不緊湊。 小車車輪的輪壓分布要求均勻。如能滿足這個(gè)要求，則可以獲得最小的車輪，輪 軸及軸承箱的尺寸，并且使起重機(jī)

9、門架主梁上受到均勻的載荷。一般最大輪壓不應(yīng)該超過(guò)平均輪壓得20%小車架上的機(jī)構(gòu)與小車架配合要適當(dāng)。為使小車上 的起升、運(yùn)行機(jī)構(gòu)與小車架配合得好，要求二者之間的配合尺寸相符；連接零件 選擇適當(dāng)和安裝方便。在設(shè)計(jì)原則上，要以機(jī)構(gòu)為主，盡量用小車架去配合機(jī)構(gòu)；同時(shí)機(jī)構(gòu)的布置 也要盡量使鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制造和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的要求設(shè)計(jì)，但在不影響機(jī)構(gòu)的工作的 條件下，機(jī)構(gòu)的布置也應(yīng)配合小車架的設(shè)計(jì)，使其構(gòu)造簡(jiǎn)單，合理和便于制造。 盡量選用標(biāo)準(zhǔn)零部件，以提高設(shè)計(jì)與制造的工作效率，降低生產(chǎn)成本。本起重機(jī)是在高速鐵路工程的混凝土梁制作場(chǎng)（簡(jiǎn)稱“梁場(chǎng)” ）使用；梁場(chǎng) 制作的混凝土箱梁，質(zhì)量為800t，通常用兩臺(tái)跨鐵路線的

10、400t門式起重機(jī)聯(lián)合 吊裝；這臺(tái)起重機(jī)也可用來(lái)組裝架橋機(jī)。梁場(chǎng)的布置情況與作業(yè)方式不同，起重機(jī)的跨度和起升高度也不同。為適應(yīng) 不同的要求，結(jié)構(gòu)形式也有差異。這類起重機(jī)主梁大都采用箱型雙梁， 支腿采用 A型結(jié)構(gòu)，與主梁為剛性連接。為改善支腿的受力情況，支腿與主梁的連接也可采用一側(cè)為剛性，一側(cè)為柔性的結(jié)構(gòu)。柔性支腿與主梁的連接，通常有三種形式：假想鉸；球鉸；圓 柱鉸。老式設(shè)計(jì)用的事球鉸，可用推力向心球面滾子軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，整個(gè)門 架為一個(gè)靜定系統(tǒng)，消除由于吊重所產(chǎn)生的側(cè)向（水平）推力；大車歪斜運(yùn)行時(shí) 靜定門架系統(tǒng)的受力狀態(tài)也比較明確。隨著近代大型結(jié)構(gòu)分析計(jì)算軟件的普遍應(yīng) 用柔性支腿與橋架的連接

11、，一般都采用假想鉸，也就是把一側(cè)的支腿設(shè)計(jì)成柔性 結(jié)構(gòu)。梁場(chǎng)的使用年限都比較短，軌道基礎(chǔ)比較淺，所以起重機(jī)的輪壓控制在35t以內(nèi)。對(duì)梁場(chǎng)使用的門式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)，由于工作級(jí)別低，使用年限短，可不進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。本起重機(jī)的跨度大，為了減少小車自重，采用牽引式小車。這種小車的運(yùn)行 用繩索牽引，繩索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)裝在起重機(jī)的端梁上。起升機(jī)構(gòu)裝在支腿的橫梁上， 起升繩索通過(guò)端梁的導(dǎo)向滑輪，繞過(guò)小車的起升滑輪組，從滑輪組出來(lái)的鋼絲繩 固定在另一側(cè)的端梁上。這樣，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)停止、運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，起升滑輪組 的繩索在運(yùn)動(dòng)，但吊鉤只作水平運(yùn)動(dòng)（無(wú)升降運(yùn)動(dòng)）；運(yùn)行機(jī)構(gòu)停止、起升機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)時(shí)，吊鉤只作鉛垂運(yùn)動(dòng)。當(dāng)兩

12、個(gè)機(jī)構(gòu)同時(shí)開(kāi)動(dòng)時(shí)，吊鉤作傾斜運(yùn)動(dòng)。根據(jù)客戶的要求，起重機(jī)的原始參數(shù)如下：額定起重量：Cp=400000kg跨度：L=38m起升高度：H=29m額定起升速度：v y=0.55m/min大車運(yùn)行速度：v h=10m/min小車運(yùn)行速度：v x=5m/min起重機(jī)整機(jī)的工作級(jí)別：A3 (U1 , Q4) 金屬結(jié)構(gòu)的工作級(jí)別：E3 (B2, S4) 起升機(jī)構(gòu)工作級(jí)別：M4大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)工作級(jí)別：M3小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)工作級(jí)別：M31）載荷位于最不利位置（如圖2-1）的支座反力 b圖2-12-1主梁載荷最不利位置2.2.金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算2.12.1基本設(shè)計(jì)參數(shù)額定起重量：400t跨度：38m工作級(jí)別：E32.2

13、2.2載荷（1）移動(dòng)載荷 移動(dòng)載荷包括額定起重量、吊具質(zhì)量和小車質(zhì)量等的重力：44（400+10+44）X 104N = 454 X 104N小車平均靜輪壓：P靜=454 X 104/ 8 N=56.75X 104N起升載荷動(dòng)載系數(shù) 2：起升機(jī)構(gòu)采用變頻電機(jī)，查表1取起升狀態(tài)為HC1 對(duì)應(yīng)的 2= 2min = 1.05。表2-12-1 系數(shù)3 2及 2min的推薦值起升等級(jí)3 2 2min起升等級(jí)3 2 2minHC40.681.20HC20.341.10HC30.511.15HC10.171.05運(yùn)行沖擊系數(shù) 4：根據(jù)運(yùn)行速度和軌頭錯(cuò)位差可計(jì)算出: 4= 1.1+ 0.058 V y h0

14、.5= 1.1 + 0.058X 0.0083X 10.5 1.1 小車動(dòng)輪壓：P 動(dòng)= 4P 靜=1.1 X 56.75X 104 = 62.425X 104N(2)單根主梁上由移動(dòng)載荷產(chǎn)生的最大彎矩2）載荷位于最不利位置的截面最大彎矩：44Mximax= (120.48X 18.335 69.3X 1)x 104N m =2139.7X 104N m(3) 主梁及附屬物重力主梁及附屬物包括單根主梁、軌道、走臺(tái)等的重 力：44(61.117+0.5X 6.865+0.5X 5.227)X 10 N = 67.163X 10 N(4) 主梁及附屬物自重在跨中截面的彎矩：44MX2= 1/8 X

15、 67.163X 1.1 X 38X 10 N m = 351X 10 N m(5) 大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)起動(dòng)、制動(dòng)產(chǎn)生的水平慣性載荷和穩(wěn)定力矩表2大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的水平慣性載荷：PH= 5ma= 1.5ma根據(jù)大車運(yùn)行最高速度v = 10m/min,查表得a = 0.064m/s2，那么水平慣性力矩與垂直力之比為：1.5a/g= 1.5X 0.064/9.81 = 0.009780.01。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的水平慣性載荷對(duì)主梁跨中截面的水平彎矩為：My1 = 1/4 X( 454X 1.1 ) /2X 38+ 1/8 X 67.163X 1.1X 38 X 0.01 X 104N m4=27.23X

16、 10 N m大車制動(dòng)引起的水平慣性載荷見(jiàn)表2-2表2-22-2大車制動(dòng)引起的水平慣性載荷名稱重力/kN高度/m水平慣性載荷/kN m穩(wěn)定力矩/kN m貨物4000341530.00貨物吊具138.33447.02953.99小車44035154.003033.80電架、軌道、走臺(tái)1113336.63766.01主梁122031.5384.308424.71上橫梁16228.546.171120.15加咼節(jié)246.322.655.661707.40變截面節(jié)10216.0616.38709.09分岔節(jié)9212.511.50640.55斜支腿2607.218.721814.38下橫梁4422.51

17、1.053090.69大車5000.94.503498.65合計(jì)8213.62315.9025759.40(6)風(fēng)載荷風(fēng)載荷對(duì)主梁截面產(chǎn)生的彎矩：My2= 1/4 X( 0.92+ 0.49)X 38+ 1/8X 5.28X 38 X 104N m = 38.5X 104N m風(fēng)力引起的水平力矩如表2-3所示表2-32-3風(fēng)力引起的水平力矩名稱CK.A/m2CX AX 250 X H (104N m)CX K X AX 1000 X H ( 104N m)貨物吊具1.61.232331.28153.90小車1.3 11.391516.5892.16電架、軌道、走臺(tái)1.61.3956.6036.

18、70主梁1.6 11.39132167.64P 932.08上橫梁1.3 11.2311.2510.4951.63加咼節(jié)1.31.2338.426.46130.17變截面節(jié):1.3 1.23150.00P 0.00分岔節(jié)1.3 11.237.83.6317.84斜支腿1.31246.5526.21下橫梁1.31352.8411.38大車1.3 11140.411.64合計(jì)272.071452.052.32.3抗傾覆穩(wěn)定性400t門式起重機(jī)屬于工作場(chǎng)地固定，且無(wú)懸臂，因此只需校核“作業(yè)狀態(tài)動(dòng) 態(tài)穩(wěn)定性”和“非工作最大風(fēng)載穩(wěn)定性”兩種工況。(1)作業(yè)狀態(tài)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性M 傾=(231.6+ 272.0

19、7 )X 104N m = 503.7X 104N mM 穩(wěn)=2575.9X 104N mk= 2575.9/503.7= 4.5安全。(2)非工作風(fēng)載荷穩(wěn)定性M 傾=(231.6- 153+ 1452.05)X 104N m= 1530.65X 104N mM 穩(wěn)=2575.9X 104N mk= 2575.9/1530.65= 1.68安全。2.42.4金屬結(jié)構(gòu)的截面幾何特性(1)主梁跨中截面幾何特性(圖2-2)圖2-22-2主梁跨中截面y1= 1581.85mmIx = 3.16X 1011mm4Iy = 4.95X 1010mm483Wxs= 1.998X 10 mm8383Wxx =

20、 1.84X 10 mmWy = 0.82X 10 mm腹板上邊緣處的靜面矩：Ss=( 1600X 28 X 1553.85)mm3= 69.6 x 106mm3腹板下邊緣處的靜面矩：Sx=( 1560X 28X 1690.15) mm3= 73.8X 106mm3中性層處的靜面矩：S=( 1560X28X 1690.15X 12) mm3= 1.09X 108mm32.52.5主梁強(qiáng)度計(jì)算(1) 主梁跨中附近下翼緣板下邊緣角處：(T =(2.383X 1010+ 3.1934X 109)/ 1.84X 108+ (2.953X 108+ 3.85X 108 )/0.82 x 108N / m

21、m2= 155.2N/ mm2考慮約束彎曲應(yīng)力： 0 = 0.805X m/K X (nK3+ 7) /(nK3+ 3) (10nK3 + 14) 05=0.805X 0.172/2.7X( 0.43X 2.7+ 7 )/ ( 0.43 X 2.73+ 3 (10X 0.43X 2.7+ 14) = 0.064d = 0.064X 155.2N/mm2 = 7.14N/mm2此處的組合應(yīng)力：2 2 2 2d = ( 155.2+ 7.14 ) N/ mm = 162.34N / mm d = 325/1.33 N/ mm = 244N / mm 強(qiáng)度驗(yàn)算通過(guò)。(2)主梁跨中附近下翼緣板與腹板下

22、邊緣焊縫處：d = 162.34X 1690.15/1718.15 N / mm2= 160N / mm2T = 1673315X 73.8X 106/( 3.16X 1011X 24 )= 16.3N/mm2T = 4X 69.3X 104X 600/( 2X 3272X 1212X 12 )= 17.5N/mm2 此處的組合應(yīng)力：d = 162.342 + 3X( 13.92+ 9.4) 2 0.5= 167.3 N /mm2 216.7N/mm2, 強(qiáng)度通過(guò)驗(yàn)算。(3)主梁跨中附近腹板上邊緣與上翼緣板焊縫處：d =( 2.383X 1010+ 2.193X 109 )/( 1.998X

23、108 ) + ( 2.953X 108+ 3.85X 108/( 0.82X 108 )= 144.2N/ mm2T= 1673315X 73.8X 106/( 3.16X 1011X 24)= 16.3N / mm2 T = 4X 69.3X 104X 600/( 2X 3272X 1212X 12 )= 17.5N/mm2小車車輪產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力：4od m= p/ S ( a + 2h ) = 69.3X 10 /12 ( 50+ 2X 195 ) = 131.25N/mm2 此處的組合應(yīng)力：2 2d = 144.2X( 1 + 0.046) + 131.25 - 131.25X 14

24、4.2X( 1 + 0.046 )+ 3 X( 16.3+ 17.5 ) 2 I 0.5N/ mm2=154 N/ mm2 v 216.7N/ mm2強(qiáng)度驗(yàn)算通過(guò)。2.62.6主梁靜剛度利用ANSYS建模分析，求得撓度為：f= 50.5mm= L/752 f = L/700mm,滿足靜剛度要求。2.72.7主梁整體穩(wěn)定性驗(yàn)算由于H/B = 3300/1200= 2.75 0.85 時(shí)，滿足：2334=9853091.7mm驗(yàn)算通過(guò)。(4) 受壓翼緣板縱肋采用角鋼L100X 10lz( 2.5- 0.45 a / h0 ) a 2/hX S ( 2.5- 0.45X 0.909)X 2727X

25、123bo/ S = 1200/28= 42.85 40( 235/345)0.5= 33,需要加一道縱向肋。縱肋 Iz3三(0.64+ 0.09X 700/1200 )X 7002/1200X 283 = 6207385mm4 滿足要求，驗(yàn)算通過(guò)。2.92.9主梁拼接設(shè)計(jì)(1)拼接位置(中間段長(zhǎng)度18m)主梁拼接處載荷最不利位置如圖2-3所示。圖2-3 主梁拼接處載荷最不利位置(2) 拼接處的載荷 移動(dòng)載荷引起左端支反力：RA = 4X62.425X( 38- 11.33)/38X 104N = 194.6X 104N移動(dòng)載荷引起拼接處最大彎矩：44M1 =( 194.6X 10-69.3X

26、 1 )X 10 N m= 1876.7X 10 N m主梁、軌道、走臺(tái)自重引起的均布載荷：44q= 1.1X 67.163/ 38 X 104N / m= 1.9444X 104N / m它對(duì)拼接處形成的彎矩：24M2=( 0.5X 1.944X 38 X 10- 0.5X 1.944X 10 )X 10 N m=272.16X 104N m44刀M= M1 + M2=( 1876.7+ 272.16)X 10 N m = 2148.8610N mQ= RA P 動(dòng) + q ( 19- 10) = ( 194.6- 69.3+ 1.944X 9)X 104N4=142.8X 10 N(3)翼

27、緣拼接處的螺栓連接計(jì)算：總的毛截面慣性矩：Ix = 2.68X 1011mm4腹板毛截面慣性矩：If = 6.83X 1010mm4翼緣承受彎矩：My =( Ix- If )/ Ix X M =( 26.8- 6.83 )/26.8X 2148.86X4410 N m= 1601.2X 10 N m拼接處翼緣受力：N= My/3.3= 485.2X 104N翼緣拼接采用10.9S級(jí)M30的螺栓，其承載能力為：孔壁承壓：Ney = dxEtX c c = 30X28X 303N= 25.5X 104N螺栓抗剪：Nvy = nXnX 302/4X T = 2XnX 302/4X 250N= 35.

28、5X4104N則翼緣拼接所需螺栓數(shù)為：n = 482.8/25.5= 19實(shí)際拼接采用30個(gè)，符合設(shè)計(jì)要求(4 )腹板拼接處的螺栓連接計(jì)算腹板拼接采用10.9S級(jí)M20的螺栓，其承載能力為：孔壁承壓：Ney = dXEtX c e = 20X20X 303N= 12.12X 104N螺栓抗剪：Nvy = nXnX 202/4X T = 2XnX 202/4X 250N= 15.7X 4104N腹板承受彎矩：Mf= M My= 531.1 X 104N m由彎矩產(chǎn)生的剪力：Nmxi = Mf X yi /(刀 Xi2 + E yi2)= 531.1X 1522.5/471387300X 1000

29、N= 11.3X 10 N由主梁剪力產(chǎn)生的剪力：Nmy1 = Mf X X1/(E Xi2 + E Xi2)= 531.1X 125.6/471387300X 1000N= 0.93X 104N合力 N1 = Nmx12+( Nmy1 + Nf ) 2 0.5 = 11.7X 10N 12.2X 104N，通過(guò)。2.102.10支腿強(qiáng)度計(jì)算由于起重機(jī)跨度較大，為避免主梁承載變形而使支腿下端出現(xiàn)較大水平力， 起重機(jī)支腿采用一剛一柔結(jié)構(gòu)，利用有限元軟件建模分析，利用移動(dòng)載荷模擬起 重小車在主梁的走行過(guò)程，其中當(dāng)移動(dòng)載荷走行至接近主梁端部時(shí)為支腿最不利 位置(吊裝箱梁實(shí)際作業(yè)情況)，吊重(混凝土箱梁

30、)中心至剛性支腿中心最小 距離為8425mm,至柔性支腿中心最小距離為 7650mm。(1)支腿截面幾何特性(門架平面內(nèi))剛性支腿的橫梁與立柱聯(lián)接處的截 面幾何特性：Ix= 9.575X 1010mm4，WX= 7.74X 107mm3，A = 102576mm2;整個(gè)剛性支腿折算慣性矩I = 0.9X 9.575= 8.6X 1010mm4。柔性支腿的橫梁與立柱聯(lián)接處的截面幾何特性：lx= 1.056X 1010mm4, Wx= 2.28X 107mm4, A = 65376mm5 6;整個(gè)柔性支腿折算慣性矩I = 1.2 x lx= 1.27X 1010mm4。(2)柔性支腿最不利工況下的

31、強(qiáng)度計(jì)算1)空載時(shí)大車來(lái)回走動(dòng)軌道對(duì)車輪的側(cè)向力已經(jīng)釋放。大車不動(dòng)，吊起混 凝土箱梁，小車走到離支腿中心7650mm處，結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生車輪對(duì)軌道面的水平 力X1，計(jì)算簡(jiǎn)圖如下(圖2-4)。圖2-4 門架平面計(jì)算簡(jiǎn)圖5)柔性支腿的最大應(yīng)力。根據(jù)以上求得的外載荷建立起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的整 主梁 11 = 2x3.16X 1011mm4 = 6.32X 1011mm4,柔性支腿 l2= 1.27x 1010mm4 =0.02 I1,剛性腿 l3 = 8.6X 1010mm4= 0.136 I1。主梁最大彎矩 Mx = 5544000X 7650X( 38000- 7650)/ 38000N m10=3.3

32、87X 10 N m 1p= 1/EI1X 0.5X 3.387X 1010X 38000 X 31600=- 1/EI1 X 20.336X 1018S 11= 1/3 X 316003 4X 1 /( EX 0.136I1)+( EX 0.02I1)+ 1/EI1X 316002X 38000= 1/EI1 X 6.412X 1014用圖乘法求得 X1 = 31715N。6 豎向荷載?；炷料淞杭捌鹬匦≤囍亓Γ篘1 = 554.4X 104N主梁、走臺(tái)、柔性支腿自重：N2=( 67.163+ 7.4 )X 1.1N = 82X 104N起重繩拉力：N3= 2X 13.15N= 27X 10

33、4N柔性支腿軸向力：N= N1 ( 38000- 7650)/38000+ N2+ N3 = 5517900N體有限元計(jì)算模型，得到柔性支腿部分危險(xiǎn)截面的最大應(yīng)力為121N/mm2(3)剛性支腿最不利工況下的強(qiáng)度計(jì)算1) 豎向荷載。箱梁及起重小車重力：Ni = 554.4X 104N主梁、走臺(tái)、柔腿側(cè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)自重： 2=( 67.3+ 10)X 1.1N= 85.03X 104N 起升小車牽引力：2X 13.5N = 27X 104N。2) 橫向荷載。主梁、起重小車、剛性支腿、箱梁產(chǎn)生的風(fēng)力見(jiàn)表2-3。3) 運(yùn)行歪斜側(cè)向力。根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)最大橫向位移可以達(dá)到55m m,用來(lái)計(jì) 算運(yùn)行歪斜側(cè)向力P

34、s= 210600N。4)剛性支腿的最大應(yīng)力。根據(jù)以上求得的外載荷建立起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的整體有限元計(jì)算模型，得到剛性支腿部分危險(xiǎn)截面的最大應(yīng)力為121N/mm2。2.112.11支腿整體穩(wěn)定性計(jì)算(1) 柔性支腿整體穩(wěn)定性計(jì)算采用有限元軟件進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)的一階 失穩(wěn)模態(tài)和其對(duì)應(yīng)的屈曲特征值為 6.7588,求得臨界應(yīng)力為810N/mm2。由(T cr= n 2E/入2求得入=50.6,查表得 = 0.798。c = 121N/ mm2 0.798X =172.9N/mm2，支腿整體穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì) 要求。(2) 剛性支腿整體穩(wěn)定性計(jì)算采用有限元軟件進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)的一階 失穩(wěn)模態(tài)和其對(duì)應(yīng)的屈曲特征值

35、為 7.1631，求得臨界應(yīng)力為685Nmm2。由(T cr= n 2E/入2求得入=55，查表得 = 0.771。85N / mm2 5003505.00.053 6003505.60.100 7005106.50.181 8005107.20.245 9006007.8 10007008.5表4-4車輪轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速系數(shù)Ci值車輪轉(zhuǎn)速n/ (r/min )C1車輪轉(zhuǎn)n/ (r/mi )C1車輪轉(zhuǎn)速n/ (r/min )C1200r 0.661250.771000.821600.721120.79900.8480r 0.8731.51.0012.51.11500.94281.0211.21.12

36、450.96251.03101.1340r 0.97161.0981.1435.50.99141.106.31.15表4-5 工作級(jí)別系數(shù)C2運(yùn)行機(jī)構(gòu)工作級(jí)別C2運(yùn)行機(jī)構(gòu)工作級(jí)別C2M1H M3M4M51.251.121.00M6M7- M80.900.805.起重小車牽引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算5.15.1概述(1)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表5-1表5-1小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)表名稱數(shù)值名稱數(shù)值起重量Qt400小車軌道坡度i2/1000小車軌距L/m2.2小車加吊具質(zhì)量Gt41.5走行速度v/ (m/min)05機(jī)構(gòu)工作級(jí)別M3(2)機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 采用兩套布置在橋架端梁上的卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)牽引小車運(yùn)行5.25.2運(yùn)行靜阻力

37、(1)有軌運(yùn)行摩擦阻力：Ff=( Q + G)(卩 d + 2k) c/ D=(4000000+ 4150000)X( 0.015X 170+ 2X 0.6)/ 700 X 1.5N =39496N(2)坡道阻力：FY=( G + Q ) sin Y=( 4000000+ 4150000)X 0.002N= 9830N(3)風(fēng)阻力FW = CqA= 1.6X 150X( 16X 3 + 4X 3 ) N = 14400N(4)起升繩的僵性和滑輪軸的摩擦阻力：Fq = Q/q ( Kkq+1- 1)= 4600000/20X( 1.00 1 ) N = 197868N(5)使?fàn)恳K保持一定垂度所

38、需的張力：Fz= 2X ql2/8f = 2X 38.9X 362/( 8X 0.7) N = 18006N(6)總的靜阻力：Fst Ff + FY + Fw+ Fq+ Fz= 279600N5.35.3牽引繩的選擇選用6X 37S+ FC321870-1光交，鋼絲繩最小破斷拉力 632kN，安全 系數(shù)：n 2X 632000/279600 4.52，滿足要求。5.45.4卷筒的選擇(1) 形式選用大齒輪式單層繞的結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)小車離卷筒最近時(shí)，鋼絲 繩的一端固定在左卷筒左端最少有 5圈安全圈。繞過(guò)牽引滑輪以后，固定在右卷 筒右端且有5圈安全圈，從卷筒上面出入。相應(yīng)，另一根繩固定在左卷筒右端從

39、卷筒下面繞出，繞過(guò)牽引滑輪后，從下面繞入右卷筒，固定在它的左端。左卷筒 的繩槽左旋，右卷筒右旋，卷筒名義直徑 Do = 800mm。(2) 卷筒長(zhǎng)度：Lt = L0 + 2Li + 2L2 =( 674 + 2 X 40 + 2 X 105)mm = 1034mm，圓整為 1050mm。式中 L=( Lx/ n D0+ Z1 ) p= 32/( n X 0.832)+ 2X 3.5 X 35mm=674mm；P = d+( 2 4 )= 32 + 3mm= 35mm；L1卷筒無(wú)繩槽端部尺寸，L1 = 40mm;L2固定鋼絲繩所需長(zhǎng)度，L2= 105mm；(3) 卷筒壁厚的確定扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力可以

40、忽略不計(jì)，只考慮壁內(nèi)壓應(yīng)力：2 2C = S/1 S = 0.5X 279600/( 35X 25 ) N/mm = 160N/mmC = 295/ 1.5N/mm2= 197N/mm25.55.5選擇電動(dòng)機(jī)(1) 電動(dòng)機(jī)靜功率：P0= FstVt/1000 n0 = 0.5X 279600X 5/( 60 X 1000X 0.86)kW=13.55kW(2)按穩(wěn)態(tài)負(fù)荷系數(shù)法求平均穩(wěn)態(tài)功率：Ps= GP0= 13.55kW式中G= 1(3) 選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇型號(hào)為 YZP200L 8的電動(dòng)機(jī)，額定功率為 15kW，額定轉(zhuǎn)速735r/min，工作制為S3 40%,最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)2.8,額定轉(zhuǎn)矩

41、192N m，凈重 260kg。5.65.6選擇減速機(jī)(1)卷筒轉(zhuǎn)速:n2= v/ n Do= 5/( n x 0.832 ) r/min = 1.91r/ min(2) 總速比：i = ni/ 匕=735/1.91 = 384.8(3) 速比分配 減速機(jī)i = 100,開(kāi)式齒輪i= zi/Z2= 73/19= 3.842(4)標(biāo)準(zhǔn)減速器的選用：PM3三書 5 書 8Pn = 1.5x 1.2x 15kW = 27kW折算為 M5 時(shí)，PM5 = 27/ 1.122kW = 21.5kW，選用型號(hào) QJRS D450100IH(W) P,當(dāng)輸入軸轉(zhuǎn)速710r/min，工作級(jí)別M5時(shí)，高速軸許用

42、功率22kW, 滿足要求。輸出轉(zhuǎn)矩30000N m,最大允許徑向載荷64000N。計(jì)算傳遞最大轉(zhuǎn)矩為：Tmax=書 5 書 8SD0 n /2i=1.5X 1.2X 139800X 0.832/( 2x 3.842 )x 0.95N m=25885N m安全系數(shù)為：n= 30000/25885= 1.16。計(jì)算最大徑向載荷：Rmax= Tmax/m0.5Z2COs20= 25885X 103/ 18X 0.5x 73x 0.94N = 41913N安全系數(shù)為：n= 64000/41913= 1.535.75.7選擇聯(lián)軸器安裝在電動(dòng)機(jī)與減速器之間聯(lián)軸器選擇為 ML系列梅花形彈性聯(lián)軸器，其計(jì) 算轉(zhuǎn)

43、矩為：Tc= K1K2Tn= 2x 1.12X192N m= 430N m選用型號(hào) MLLZ6 200 x 85 x 82.5 聯(lián)軸器 YA55 x 110/( YA55 x 110)x334,公稱轉(zhuǎn)矩630N m5.85.8選擇制動(dòng)器運(yùn)行機(jī)構(gòu)按滿載、順風(fēng)下坡運(yùn)行制動(dòng)工況和非工況狀態(tài)最大風(fēng)壓作用下空載，這兩種情況中較大的選擇制動(dòng)器。(1)工作狀態(tài)下 工作狀態(tài)下制動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：TZ =( F Y + FWH + FZ 一 Ff Fq ) D n /2000im + 1 /m tz 0.975 ( Q+ G)v2 n/n+ k( Ji + J2 ) nm/9.55式中 FY= 9830N, FZ

44、= 18006N, Ff= 39496N, Fq= 197868N;Fwn = 14400X 250/ 150N = 24000N。由于上式中第一個(gè)括號(hào)內(nèi)前三項(xiàng)之和小于后兩項(xiàng)之和，說(shuō)明在工作狀態(tài)下沒(méi) 有制動(dòng)器也可以。(2)非工作狀態(tài)非工作狀態(tài)下制動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：Tz三 1.25D n /200im ( F Y + FW m + FZ Ff- Fq )=1.25X 832 X 0.95/( 2000X 384.2X 2)X( 1245 + 26688 + 1800633354301 ) N m=24.6N m式中 F 丫 = Gsin 丫 = 415000X 0.003N= 1245N;Fwm =

45、 CKhqA= 1.6X 1.39X 1000X 3X 4N = 26688N;FZ = 18006N;Ff = G (卩 d+ 2k ) c/D = 415000X( 0.015X 170+ 2 X 0.6 )X 1.5/ 700N =3335NFq= Gd/q ( kkq+1- 1)= 100000/20X( 1.00 1 ) N = 430N。選用制動(dòng)型號(hào)為YWZ8200/E23,制動(dòng)力矩為135200N m,滿足要求。5.95.9小車車輪的強(qiáng)度計(jì)算靜輪壓 R= 630kN,動(dòng)輪壓 Rmax= 1.1X 63kN，空載輪壓 Rmin = 415000/8N =51875N,根據(jù)太原重型機(jī)

46、械廠資料，初定車輪直徑 700mm,軌道QU100，車 輪材料65Mn。(1) 疲勞計(jì)算載荷：R1 = 2Rmax+ Rmin/3=( 2X693000+ 51875 )/3N = 479292N(2) 車輪踏面線接觸許用載荷：Fc= C1C2k1DL = 1.12X 1.25X 7.2X 700X 100N= 705600N，校核通過(guò)。6.結(jié)論與展望結(jié)論：在此次設(shè)計(jì)中本文對(duì)梁場(chǎng)門式起重機(jī)的基本知識(shí)進(jìn)行了闡述，并對(duì)起重 機(jī)基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，另外對(duì)梁場(chǎng)門式起重機(jī)的各機(jī)構(gòu)電機(jī)、 減速器、制動(dòng)器 進(jìn)行了參數(shù)計(jì)算和選擇，綜合講述了起重機(jī)的工作原理。梁場(chǎng)門式起重機(jī)在當(dāng)今機(jī)械化程度越來(lái)越高， 鐵路成本相

47、對(duì)較低的社會(huì)中得 到了越來(lái)越多的應(yīng)用，再加上門式起重機(jī)的方便高效，給其帶來(lái)了極大的動(dòng)力。起重機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的各個(gè)機(jī)構(gòu)選擇是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，首先要考慮起重機(jī)的工作特點(diǎn)：反復(fù)運(yùn)行；頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和發(fā)轉(zhuǎn)；過(guò)負(fù)載；較強(qiáng)的機(jī)械振動(dòng)和沖擊 等。這樣就需要選擇電動(dòng)機(jī)的功率，機(jī)械特性等。起重機(jī)各個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等的計(jì)算與驗(yàn)算，需要考慮多種因素，包括 運(yùn)行沖擊、風(fēng)力影響、運(yùn)行穩(wěn)定、傾覆力矩等；大車和小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，包括卷筒、 起升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都運(yùn)用了大量的計(jì)算和驗(yàn)算。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，從提出問(wèn)題到解決問(wèn)題，設(shè)計(jì)中一直按照實(shí)事求是的原 則進(jìn)行計(jì)算和分析。在此次設(shè)計(jì)中還得到了老師的大力支持，在此表示衷心感謝。 展望：起重機(jī)械用來(lái)對(duì)物料起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，它可 以減輕體力勞動(dòng)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)