起重機人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、 25t-35m港口門座起重機總體 與人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計 指導(dǎo)老師： 徐承軍 匯報學生： 蔡建康 2014年6月4日2014年本科畢業(yè)設(shè)計答辯 一、一、 緒論緒論二、貨物水平位移系統(tǒng)設(shè)計二、貨物水平位移系統(tǒng)設(shè)計三、臂架自重平衡三、臂架自重平衡四、起重機輪壓計算四、起重機輪壓計算五、起重機穩(wěn)定性計算五、起重機穩(wěn)定性計算六、人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計六、人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 緒論緒論搬運成搬運成本高本高優(yōu)化設(shè)計優(yōu)化設(shè)計降低成降低成本本總體設(shè)計總體設(shè)計改進改進人字架結(jié)人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計構(gòu)設(shè)計校核校核保證保證u物料搬運成本很高物料搬運成本很高u起重機不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計要不斷改進起重機不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計要不斷改進u論文的主要

2、工作論文的主要工作繩索法：鋼絲繩磨損快，壽命短，不宜繩索法：鋼絲繩磨損快，壽命短，不宜采用采用組合臂架補償法：（組合臂架補償法：（1）剛性拉桿組合臂架）剛性拉桿組合臂架 （2）平行四邊形組合臂架）平行四邊形組合臂架 （3）曲線象鼻梁組合臂架）曲線象鼻梁組合臂架2 貨物水平系統(tǒng)設(shè)計貨物水平系統(tǒng)設(shè)計采用剛性拉桿組合臂架方案： 系統(tǒng)剛性好 鋼絲繩磨損小 臂架架下面有效空間大臂架和象鼻梁前段長度臂架和象鼻梁前段長度 象鼻梁后段和大拉桿長度象鼻梁后段和大拉桿長度 組合臂架尺寸確定組合臂架尺寸確定 起升高度 和計算 幅度的確定0Hf 取0.5-3m，f當較大值時在滿足最大幅度要求下可獲得較小的臂架長度取為

3、2.5m210HHHHmaxminSS ?取起升倍率為12maxmaxDfRS 臂架與象鼻梁前段的長度臂架與象鼻梁前段的長度采用采用Excel數(shù)據(jù)分析方法數(shù)據(jù)分析方法根據(jù)幾何特性求長度根據(jù)幾何特性求長度隨后篩選隨后篩選 象鼻梁后段與大拉桿的長度象鼻梁后段與大拉桿的長度采用反轉(zhuǎn)法全幅度水平落差全幅度水平落差水平速度校核水平速度校核吊重全幅度未平衡力矩吊重全幅度未平衡力矩 平衡系統(tǒng)地校驗平衡系統(tǒng)地校驗 全幅度水平落差全幅度水平落差 分別做十一種工分別做十一種工況下幅度圖況下幅度圖 水平速度水平速度分別測各種工況下的分別測各種工況下的PB、PD、AB的長度的長度吊重不平衡矩吊重不平衡矩PDPBOBV

4、.0?ADPBOBQMQ.6 . 234. 219.9039 .2118minmax平平VVm.1000KNMQ 吊重全幅度水平位移計算結(jié)果3 臂架自重平衡臂架自重平衡 杠桿系統(tǒng)尺寸和活對重重量確杠桿系統(tǒng)尺寸和活對重重量確定定確定尺寸：確定尺寸：反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法對重重量：對重重量：臂架臂架自重重心升高自重重心升高h2 2所所增加的重力勢能等增加的重力勢能等于對重下降于對重下降h2 2所所減小的重力勢能減小的重力勢能，來確定對重質(zhì)量。來確定對重質(zhì)量。 臂架平衡系統(tǒng)的檢驗臂架平衡系統(tǒng)的檢驗 在全幅度范圍內(nèi)做在全幅度范圍內(nèi)做11種工況下的種工況下的臂架位置，臂架位置，分別求出不同幅度時的分別求出不同幅度

5、時的未平衡力矩未平衡力矩。)2(2lglg1lglgdldlddooxlxlbbrGrGrGrrrGrRrGM 應(yīng)滿足下面條件：應(yīng)滿足下面條件： 最大幅度時最大幅度時0且且+Q Q00且且+Q0。 式中式中MQ吊重對臂架下鉸點吊重對臂架下鉸點O的未平衡力的未平衡力矩。如果該條件之一滿足，而另一條件不滿足，矩。如果該條件之一滿足，而另一條件不滿足，可以通過修正可以通過修正Gd來調(diào)整來調(diào)整。 在設(shè)計過程中，往往要反復(fù)多次才能得到在設(shè)計過程中，往往要反復(fù)多次才能得到滿意的結(jié)果滿意的結(jié)果。4 起重機輪壓計算起重機輪壓計算起重機自重力矩計算起重機自重力矩計算 根據(jù)線性法分別估算起重機各部分的質(zhì)量，再測量

6、各部分的重根據(jù)線性法分別估算起重機各部分的質(zhì)量，再測量各部分的重心到回轉(zhuǎn)中心線的距離，計算最小最大幅度的重力矩，整理成表。心到回轉(zhuǎn)中心線的距離，計算最小最大幅度的重力矩，整理成表。起重機的迎風面積計算起重機的迎風面積計算 由已知起重機各個部分的位置長度，根據(jù)線性法線性法，得出由已知起重機各個部分的位置長度，根據(jù)線性法線性法，得出最小最大幅度各部分所受的力和力矩，并整理成表。最小最大幅度各部分所受的力和力矩，并整理成表。起重機的輪壓計算起重機的輪壓計算 門座起重機的支承反門座起重機的支承反力計算按剛性支承假定力計算按剛性支承假定計算計算。 P PG1G1的重心與支承平面的重心與支承平面形心重合于

7、形心重合于O1 1點點 包括貨物、臂架系統(tǒng)、包括貨物、臂架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)臺等回轉(zhuǎn)部分總重力轉(zhuǎn)臺等回轉(zhuǎn)部分總重力PG2G2的的重心在重心在E點點O O2 2為回轉(zhuǎn)中心為回轉(zhuǎn)中心2B2)t21.(4422)S2t1.(4422)St21.(4422)t21.(44yx21y21yx21yx21MSMSPPVBMSMPPVBMSMPPVBMSMSPPVGGDXGGCGGBGGA各支承點的支承反力為：各支承點的支承反力為： 分工況討論分工況討論 的值。的值。 1 1 工況：起重機在最大幅度吊工況：起重機在最大幅度吊起貨物，臂架平面與起貨物，臂架平面與X軸的夾角為軸的夾角為9090 2 2 工況：起重機在最大

8、幅度吊工況：起重機在最大幅度吊起起 貨物，臂架平面與貨物，臂架平面與X軸的夾角為軸的夾角為70 3 3 工況工況: :起重機在最小幅度空載，起重機在最小幅度空載，暴風侵襲情況暴風侵襲情況下根據(jù)各點的力求出輪壓繪制成表根據(jù)各點的力求出輪壓繪制成表5 起重機穩(wěn)定性計算起重機穩(wěn)定性計算 計算工況計算工況 門座起重機應(yīng)按最不利的載荷組合來計算其抗傾覆穩(wěn)門座起重機應(yīng)按最不利的載荷組合來計算其抗傾覆穩(wěn)定性定性基本穩(wěn)定性（只考慮作用載荷）基本穩(wěn)定性（只考慮作用載荷）、動態(tài)穩(wěn)定性、動態(tài)穩(wěn)定性（作用載荷、風載荷）（作用載荷、風載荷）、非工作時最大風載荷、非工作時最大風載荷（風載荷）（風載荷）、突然卸載、突然卸載

9、（作用載荷、風載荷）（作用載荷、風載荷）、突然卸載 抗傾覆穩(wěn)定性計算抗傾覆穩(wěn)定性計算sin.h.cos5 . 0*5 . 1sinh.cos5 . 03max1SRPCSPQG（1）基本穩(wěn)定性）基本穩(wěn)定性sin5 . 0cossincos5 . 0gtvsin5 . 0coshgtvsinhcos.5 . 0Rgtv)bsincosh (cossinhcoscos.5 . 03 . 1sin.hcos.5 . 0133max2rymax32rx3max1h23max1SChgtvPhSRPSRPSPPSRPCSPTGGOGOQWQG）（）（動態(tài)穩(wěn)定性動態(tài)穩(wěn)定性非工作最大風載時的穩(wěn)定性非工作最大

10、風載時的穩(wěn)定性bsincosh2 . 1sinhcos5 . 02WGPCSP突然卸載時的穩(wěn)定性突然卸載時的穩(wěn)定性)sincos(cos5 . 02 . 1sinhcos5 . 022min1bhPhSRPCSPWQG 人字架與轉(zhuǎn)柱轉(zhuǎn)臺構(gòu)成門座起重機和平衡系統(tǒng)的支承人字架與轉(zhuǎn)柱轉(zhuǎn)臺構(gòu)成門座起重機和平衡系統(tǒng)的支承結(jié)構(gòu)，受他承擔著變幅齒條、起升鋼絲繩以及大拉桿傳遞結(jié)構(gòu)，受他承擔著變幅齒條、起升鋼絲繩以及大拉桿傳遞過來的力，對起重機的安全使用影響很大過來的力，對起重機的安全使用影響很大.6 人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計平衡梁大拉桿自重鋼絲繩等載荷分析初選工字鋼50a分別計算關(guān)鍵截面的強度剛度穩(wěn)定性校

11、核結(jié)構(gòu)設(shè)計載荷分析載荷分析 (1)變幅機構(gòu)的力變幅機構(gòu)的力變幅機構(gòu)的力剛好平衡未平衡力矩變幅機構(gòu)的力剛好平衡未平衡力矩M變幅機構(gòu)傳來的力變幅機構(gòu)傳來的力R、鋼絲繩張力傳來的力、鋼絲繩張力傳來的力S、活對、活對重杠桿傳來的力重杠桿傳來的力N 、大拉桿上傳來的力、大拉桿上傳來的力SX以及人字以及人字架的自重架的自重Q（2）鋼絲繩傳來上的力）鋼絲繩傳來上的力 鋼絲繩的張力傳來的力鋼絲繩的張力傳來的力S可以由貨物重及可以由貨物重及 鋼絲繩和人字架的夾角等數(shù)據(jù)計算出。鋼絲繩和人字架的夾角等數(shù)據(jù)計算出。（3）活對重杠桿力活對重杠桿力N可以由小拉桿的拉力可以由小拉桿的拉力P、平衡梁的重力平衡梁的重力Gdl、

12、活對重的重力、活對重的重力Gd、一半小、一半小拉桿的重力拉桿的重力G1g/2的合力的合力求出。求出。g1r .2G-Gdl.rdlrd.1gdGRG（4）大拉桿上的力大拉桿上的力SX可以通過對象鼻梁的可以通過對象鼻梁的受力分析來獲得受力分析來獲得.（5）初定斜框架選用）初定斜框架選用50a的工字鋼，的工字鋼，頂梁選用箱型組合梁，粗估質(zhì)量頂梁選用箱型組合梁，粗估質(zhì)量.（6）將）將11種工況下的各力分別計算繪制成表，求種工況下的各力分別計算繪制成表，求其合力。其合力。計算主要剛節(jié)點受力計算主要剛節(jié)點受力 人字架結(jié)構(gòu)為桁架結(jié)構(gòu)的超靜定結(jié)構(gòu)，人字架結(jié)構(gòu)為桁架結(jié)構(gòu)的超靜定結(jié)構(gòu)，可以運用結(jié)構(gòu)力學中的力法來

13、求出各剛可以運用結(jié)構(gòu)力學中的力法來求出各剛節(jié)節(jié)點點的力和力矩。的力和力矩。 將人字架看成一個將人字架看成一個整體，把橫梁上的一半整體，把橫梁上的一半的力平移到一個平面上，的力平移到一個平面上，圖中圖中M為豎直水平力產(chǎn)為豎直水平力產(chǎn)生的扭矩，由拆開右側(cè)生的扭矩，由拆開右側(cè)的剛節(jié)點，相當于加了的剛節(jié)點，相當于加了三個約束如下圖所示三個約束如下圖所示 。 030201333232131323222121313212111PXXXPXXXPXXX由力法典型方程由力法典型方程求出各力的大小。求出各力的大小。分別求出分別求出11中工況下的力，繪制成表。中工況下的力，繪制成表。 斜框架的強度、剛度、穩(wěn)定性校

14、核斜框架的強度、剛度、穩(wěn)定性校核根據(jù)求出的根據(jù)求出的X1、X2、X3的數(shù)值，的數(shù)值，需對重要節(jié)點位置進行剛度、強度、穩(wěn)定性校核需對重要節(jié)點位置進行剛度、強度、穩(wěn)定性校核 工字鋼受彎曲、剪切、拉壓的作用，工字鋼受彎曲、剪切、拉壓的作用，由第四強度理論由第四強度理論 ： 223 查表可知許用應(yīng)力為查表可知許用應(yīng)力為176Mpa176Mpa： 彎曲的剛度條件就是彎曲的剛度條件就是，= 為相為相距距1m1m長度兩截的相對變化角長度兩截的相對變化角，最大值不超過最大值不超過允許值，查到允許值，查到Q235Q235鋼的鋼的 =1.2 =1.2 強度校核剛度校核EIT 分別求出分別求出1111種工況下的種工況下的 ，經(jīng)驗證剛度滿，經(jīng)驗證剛度滿足要求。足要求。 人字架的斜框架可以看成是拉壓桿，由起重機人字架的斜框架可以看成是拉壓桿，由起重機金屬結(jié)構(gòu)中軸心受壓桿的歐拉臨界應(yīng)力：金屬結(jié)構(gòu)中軸心受壓桿的歐拉臨界應(yīng)力： 穩(wěn)定性校核穩(wěn)定性校核22crE查起重機查起重機金屬結(jié)構(gòu)金屬結(jié)構(gòu)可得可得 p=101 p=101，可以，可以求出臨界應(yīng)力求出臨界應(yīng)力 =193Mpa =193Mpa ，和表中應(yīng)力值比，和表中應(yīng)力值比較，滿足穩(wěn)定性要求。較，滿足穩(wěn)定性要求。 為了進一