起重機計算說明書(下)

1、 2）水平面內(nèi)的內(nèi)力 4、主梁的強度 驗算1）彎曲應(yīng)力驗算2）剪應(yīng)力驗算3）主梁扭 轉(zhuǎn)剪應(yīng)力2）支腿平面內(nèi)的支腿內(nèi)力計算2）支腿平面內(nèi)的支腿內(nèi)力計算6、支腿和下橫梁強度驗算1）支腿強度驗算2）下橫梁強度驗算7、門架的靜剛架計算1）主梁的剛度計算2）支腿靜剛度算8、主梁動剛度計算9.起重機輪壓計算1門架平面內(nèi)的輪壓計算2)支腿平面內(nèi)輪壓計算輪壓的合成1 車輪與軌道的選擇2 運行阻力的計算1)摩擦阻力的計算2)坡度阻力的計3)風(fēng)阻力的計算4)運行總阻力計3 電動機的選4 選擇減速器5 選擇聯(lián)軸器6電動機的驗算：1) 電動機過載指力的驗算2)電動機的發(fā)熱驗算3）起動時間的驗算7減速器的驗算8.制動器

2、的選擇9.啟動與制動的打滑條件當大車制動時，由于慣性力和風(fēng)載荷引起的主梁內(nèi)力，在主梁水平面內(nèi)，由于大車制動時產(chǎn)生的慣性力順大車軌道方向，其中由主梁自重引起的和由滿載小車自重引起的P的計算值已于前述順大車軌道方向的風(fēng)載荷為、和（其值也列在前面），它們引起的主梁內(nèi)力見圖8-31A、小車在跨中 由1表11-3 求得彎矩：MD= =-26023.68NmML/2=B、小車在懸臂端 由1表11-3求得彎矩：MD= =500=-163831.18N.mML/2=現(xiàn)分別將主梁垂直面和水平面內(nèi)的彎矩列表如下：主梁垂直面內(nèi)彎矩（N.m）產(chǎn)生彎矩的外力小車位置主梁均布質(zhì)量q移動載荷PMDML/2MDML/2小車在

3、跨中-129936.96173349.5401229659.18小車在懸臂中-129936.96173349.54-1262690-631345產(chǎn)生彎矩的外力小車位置小車制動時產(chǎn)生慣性力Pxg外力合成MDML/2MDML/2小車在跨中167981.283990.638044.241486999.2小車在懸臂中167981.283990.6-1224645.8-374004.86主梁水平面內(nèi)彎矩（N.m）產(chǎn)生彎矩的外力小車位置MDML/2小車在跨中-26023.68+163831.18小車在懸臂中-116869.93-34185.43 由于表可知，主梁在垂直面和水平面內(nèi)的合成彎短，小車在跨中時，

4、跨中彎矩最大。小車在懸臂時，支 承D處彎矩最大。現(xiàn)分別驗算主梁跨中和支腿D處的彎曲應(yīng)力。由公式（8-14）求得跨中彎曲應(yīng)力。=12011.90N/cm2由公式（8-15），支承處彎曲應(yīng)力cc= =9675.19N/cm2=12011.90N/cm2由公式（8-15），支承處彎曲應(yīng)力cc= =9675.19N/cm2 根據(jù)上述計算,小車在懸臂端時,主梁支承處剪力最大,主梁支承處垂直面內(nèi)的剪應(yīng)力由式(8-16)計算：小車在躊中： QD=36093.6+118807.657635.5=147265.75N小車在懸臂端：QD=36093.62525387635.5=296267.1N剪應(yīng)力：主梁在水平

5、面內(nèi)受水平慣性力和風(fēng)力引起的剪應(yīng)力一般較小，可略去不計 對于單主梁箱形門式起重機，其主梁截面除承受自由彎曲應(yīng)力外，還了在受約束彎曲應(yīng)力、約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力（以增大15%的自由彎曲應(yīng)力計入）和剪應(yīng)力。此外，主梁截面還了在受純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，現(xiàn)驗算如下：彎心的位置發(fā)中圖8-32所示，主梁截面彎心位置：圖8-32 主梁截面彎心計算簡圖小車各部分重量如下：G1=4509kg小車上機械部分重量； G2=16322kg吊重及吊鉤組重量；G3=2490kg小車架及防雨罩重量。外扭矩Mn=G1l1+G2l2+G3l3=(4509122)+(16322130)+（2490155）9.8=299674.98Nm 主腹板上

6、的剪應(yīng)力1=式中 =b0h0=90.7150.8=13677.56c1=1369.37N/c蓋板厚度與主腹板厚度相同 副腹板上剪應(yīng)力2=1641N/c計算支腿內(nèi)力時，可分別取門架平面和支腿平面的門架作為平面剛架進行計算，門架平面的剛架為一次超靜定結(jié)構(gòu)，支腿平面的剛架為靜定結(jié)構(gòu)。 由主梁均布自重產(chǎn)生的內(nèi)力（圖8-33） 由1表11-4可知，有縣臂時的側(cè)推力為：圖8-33 支腿由自重引起的內(nèi)力圖H=為了安全起見，現(xiàn)將有懸臂門架當作無懸臂門架計算，即H=彎矩MC=MD=-Hh=-12379.04980=-12131459.2Ncm由移動載荷產(chǎn)生的內(nèi)力（由小車輪壓產(chǎn)生的主梁內(nèi)力），分為小車在跨中和小車

7、在懸臂端進行A. 小車在跨中（圖8-34） 當a=c=9.7m時，K=2.6m。側(cè)推力：H= =彎矩 MC=MD=-Hh=45191.76980=-44287924NcmB. 小車在懸臂端（圖8-35） 主鉤左極限位置 S=5m圖8-34 支腿由移動載荷 圖8-35 支腿由移動截荷（在跨中）引起的內(nèi)力圖 （在懸臂端）引起的內(nèi)力圖側(cè)推力：H=P1（K+x1）+P2x=136106.84(2.6+3.7)+136106.893.7彎矩MC=MD=Hh=41665.36980=-40832052N.cm 作用在支腿上的風(fēng)載荷產(chǎn)生的支腿內(nèi)力（圖8-36a、b）作用在支腿上的均布風(fēng)載荷 引起的支腿內(nèi)力。

8、圖8-36 支腿由風(fēng)載荷引起的內(nèi)力圖側(cè)推力HA=2934.36NHB=509.31N彎矩MC=-HBh=509.31980=-499123.8N.cm小車在跨中的支腿合成彎矩：MC=-12131459.2-44287924-499123.8-11045060.6=-437006.49N.mMD=-12131459.2-44287924+594967.8 +11045060.6=-205164.36N.m小車在懸臂端的支腿合成彎矩：MC=-12131459.2+40832052-437006.49-11045060.6=17218525N.mMD=-12131459.2+40832052+594

9、967.8 +11045060.6=40340621.2N.m計算支腿平面的內(nèi)力時，可按小車運行到支腿位置時計算，此時垂直載荷：Pc=2Pj+式中各符號的意義見前述PC=2136106.84+(566+124+750)9.8=377562.28N由垂直載荷引起的支腿內(nèi)力（圖8-38a）在垂直載荷Pc作用下引起的支腿內(nèi)力由1表11-5得支反力：V1= =204962.38NV2=172599.9N彎矩 M1=V1l1=204962.28160=327939.64N.mM2=V2l2=172599.90540=932039.46N.m=400254N.m支腿承受從主梁傳遞據(jù)矩作用引起的支腿內(nèi)力（圖

10、8-38C）已知Mn=269339.99N.m支反力 彎矩M1=V1l1=38477160=61563.42N.mM2=V2l2=38477540=207775.8N.mM3=Mn=269339.99N.m支腿自重引起的支腿內(nèi)力（圖8-38d）已知支腿自重Gt=3853kg , a=160cm，化為均布載荷 。彎矩支反力 = =12946N彎矩 M1=V1l1=24813160=39700.8N.m M2=V2l2=12946540=69908.4N.m=400254N.m支腿承受從主梁傳遞據(jù)矩作用引起的支腿內(nèi)力（圖8-38C）已知Mn=269339.99N.m支反力 彎矩M1=V1l1=38

11、477160=61563.42N.mM2=V2l2=38477540=207775.8N.mM3=Mn=269339.99N.m支腿自重引起的支腿內(nèi)力（圖8-38d）已知支腿自重Gt=3853kg , a=160cm，化為均布載荷 。彎矩支反力 = =12946N彎矩 M1=V1l1=24813160=39700.8N.m M2=V2l2=12946540=69908.4N.m 下橫梁自重引起的下橫梁內(nèi)力（圖8-38e）在計算支腿平面內(nèi)的門架內(nèi)力時，可同時求出支腿上的彎矩Ms和下橫梁中的彎矩M1及M2。除此之外，下橫梁自重在下橫梁產(chǎn)生的彎矩：下橫梁自重G=2346kg，化為均布載荷支反力彎矩

12、在支腿與下橫梁聯(lián)接處的下橫梁C-C截面處的彎矩：=14186.88N.m支腿平面內(nèi)支腿和下橫梁承受的彎矩（N.m）外力構(gòu)件PcPsMnGtGh支腿下橫梁下橫梁Ms=604099M1=327939M2=932039Ms=400254M1=91486M2=308766Ms=263399M1=61563M2=207775Ms=30208M1=29700M2=699080ML/2=20114M2=14186 支腿平面內(nèi)支腿下部彎矩合成：M2=MC-C=932039+308766+207775+69908+14186=1532674N.mM2=604099+400254+26339+30208=1297

13、900N.m由上述門架的內(nèi)力計算可知，在門架平面內(nèi)，支腿上部彎矩較大，向下逐漸小。而在支腿平面內(nèi)，支腿下部彎矩較大，向上逐漸變小。所以單主梁門式起重機支腿在兩個方向的寬度尺寸可變化成為變截面形狀，如圖8-15所示，對于支腿上部面A-A，當小車位于跨中時，可按門架平面的合成彎矩：MC=-437006.49N.m和支腿平面內(nèi)支腿承受主梁傳遞的扭矩Mn=269339.99N.m驗算彎曲應(yīng)力：=4472.9N/c由上述門架的內(nèi)力計算可知，在門架平面內(nèi)，支腿上部彎矩較大，向下逐漸小。而在支腿平面內(nèi)，支腿下部彎矩較大，向上逐漸變小。所以單主梁門式起重機支腿在兩個方向的寬度尺寸可變化成為變截面形狀，如圖8-

14、15所示，對于支腿上部面A-A，當小車位于跨中時，可按門架平面的合成彎矩：MC=-437006.49N.m和支腿平面內(nèi)支腿承受主梁傳遞的扭矩Mn=269339.99N.m驗算彎曲應(yīng)力：=4472.9N/c對于支腿下部截面B-B，可只按支腿平面、支腿下部承受的合成彎矩Ms和軸向力N合成驗算支腿強度軸向力 N=Pcsina=377562.28sin77021=377562.280.9757=368387.52N彎曲應(yīng)力= =7553.53N/c下橫梁強度按C-C截面的合成彎矩驗算：計算門架剛度時，應(yīng)分別對主梁和支腿進行剛度計算。在進行主梁剛度計算時，應(yīng)以門架平面作為計算平面。在進行支腿剛度計算時，

15、以支腿平面作為計算平面。主梁剛度按超靜定門架計算。當小車在跨中時，按式（8-23）計算=1.8-0.8=1.0cmf1當小車在懸臂墻時，按式（8-24）計算：=1.82-0.66=1.16cmf2對于支腿，只需進行支腿平面內(nèi)的剛計計算即可1）水平剛度（圖8-39a、b）在水平載荷PS1、PS2作用下，支腿頂部的水平位移按式（8-30）計算:t1=Mps=1Mps/Eds其中,單位水平載荷Ps=1引起的支腿內(nèi)力為:V1=V2=h/l=8.05/7=1.15NM1= V111=1.15160=184NM2= V2L2=1.15540=621N.M3=Psh=1805=805N.在水平載荷PS1和P

16、S2作用下引起的內(nèi)力由前述所知PS1=45835N；PS2=7772N=0.52cm垂直剛度計算（圖8-39c、d）在垂直載荷Pc作用下，支腿頂部的垂直位移按式（8-29）計算：單位垂直載荷Pc=1引起的支腿內(nèi)力：由前述計算，Pc=377562.28N扭轉(zhuǎn)剛度計算（圖8-39e、f）支腿受梁傳遞的扭矩而引起扭轉(zhuǎn)變形，其扭轉(zhuǎn)剛度按式（8-31）驗算： 單位扭轉(zhuǎn)剛度計算，單位扭轉(zhuǎn)剛度計算按下式計算： 主梁的動剛度，可以由式（3-24）驗算主梁滿載自振頻率來控制：當小車在跨中時，由表3-7 =126.25Ns2/cm=224126N/cm式中 在此 =163.22NS2/cm式中 在此 于是 小車在

17、懸臂端時： 式中 =82.14Ns2cm=700280.11N/cm 式中 m=0.50 K=4.59 f=0.16=0.1692.330.2967=4.38Hz 皆大于2Hz,滿足要求圖840所示為單主粱門式起重機的輪壓計算簡圖。其計算步驟是：先分別計算出在門架平面內(nèi)和支腿平面內(nèi)的輪壓，然后疊加 在計算門架內(nèi)的起重機的輪壓時，應(yīng)按小車位于左懸臂進行計算。這時，門架平面A支腿處車輪產(chǎn)生最大輪壓，B支腿處車輪產(chǎn)生最小輪壓 在支齲平面，分別計入風(fēng)力、大車制動慣性力和下橫粱重量等，分別求出支腿A和E處的附加輪壓 按額定起重機計算輪壓(小車位于左懸臂端)巳知數(shù)據(jù)如圖8-40，圖841所示。門架的各部分

18、質(zhì)量和載荷如下Gc=566kg G=750kg; G=4764.66kg，G=3852kg，G=1881.4kg G=145587kg G=124kg，G=7286kg;h=113m;Q=16000kg，= 36m；G=322kg,=21cm;h=1055m; =19m;=123m;=5375m;=113m =12ms =6m; B=7m G=2346kg P=16500N;P=2400N; p=4050N; p=3000N; p =3222N;p=20047N， p=p+p=221615N; P=p+2p=20047N十22722=25491N =llm; p=17141N=+=475818

19、.80N 門架平面的最小輪壓： V=（V+V） =+ =9.8+9.8-9.8=122028.33N 由于門架平面內(nèi)A支座處輪壓最大，其值為V=V=237909.4N同理，B支座出的兩個車輪輪壓：V=V=61014.16N將支腿內(nèi)的輪壓V和V均分到每個車輪上，則V=V=58198.22V=V=-37540.56現(xiàn)將門架平面內(nèi)和支腿平面內(nèi)分別求得的輪壓疊加：門式起重機車輪輪壓疊加值（N）門架平面V=273909.4V=237909.4V=61014.16V=61014.16支腿平面V=5819822V=-375056V=58198.22V=3754056疊加擅=29610762=200368.8

20、4=119212.38V=23473.6由上表看出，最大輪壓為： ， VA=29610762N 四大車運行機構(gòu)的設(shè)計計算由附表18,選擇雙輪緣車輪Dc=700mm大車車輪軸徑:d=100mm;車輪軸承型號：7524；軌道型號:P43;由附表22，軌頂曲率半徑R=30cm 由1式(5-1)，求車輪踏面疲勞計算載荷： Pc=1/3(2Pmax+Pmin) 由前述門架計算可知， Pmax= Pmin= Pc=1/3(2296107.62+23473.60)=205229.61N 因為軌道系有凸頂，故車輪與軌道為點接觸。取D=700mm，軌頂半徑R=300mm點接觸的接觸應(yīng)力按1式(5-3)計算： P

21、ckRCC/m今選用車輪為ZG35CrMnSi，由(4)，b=686Nmm。由1表5-2，k=0.181,k=6.6 由1表5-5,=0.845,m=0.443 因車輪轉(zhuǎn)速 n=17.70r/min 由1表5-3，C=1.08由1表5-4，C=1.12 P=kCC=0.1811.081.12=317370N摩擦阻力的計算，由1式(7-1)： Mm=(Q十G)(k+) 由1， 取=0.02, k=0.08cm,=1.5 Mm=1.5(16000+49612)(0.08+002)=231479N.cm Pm=坡度阻力的計算，根據(jù)1式(72)： Pp=(Q十G)Kp=(16000+49612)0.0

22、02x 9.8=1286N 風(fēng)阻力的計算： P=q(十F)二150(1.2x76.5十10)=15270N 運行總阻力： P=Pm十P+P=65205十1286十15270=230765N 初選電動機 電動機靜功率：已知運行速度v=395mmin N=kW 按1式(7-10)電動機功率： N=kN=12x 844=1013kW由1表7-6選得k=1.2,由附表28可選擇電動機，YZR160L-6，JC=40，S，N=969r/min, GD=0.78kgm, d=48mm 減速器的傳動比： =54.74 今選用立式套裝減速器，由附裹40查得： ZSC600，=59，N=92kW，n=1000r

23、min大車運行速度驗算： v=v=39.5=36.65 速度誤差驗算:=7.7可用電動功率N=9KW，因現(xiàn)選減速器傳動比較的增大，即大車運行速度降低，故電動機功率合適由附表37查得，ZSC-600的輸入軸尺寸：d=35mm,=55mm, 減速器輸出端為套裝式，不需聯(lián)軸器，故只需選高速軸聯(lián)軸器 機構(gòu)高譴軸扭矩： M=nM-nMn=1.51.5=19966Nm 式中Mn=975=9759.8=88.74Nm 其中符號如前由起重機課程設(shè)計附表44,選擇帶制動輪的半齒聯(lián)軸器，S120w GD二O38kgm，M=710Nm 根據(jù)附錄第九節(jié)，按下式驗算電動機的過載能力： N(Q+G)(W+Kp)+P=25

24、450=6.36kWNN通過。式中： P=q（CF+F）=250（1.276.5+10）=25450NGD=1.15（GD+GD）=1.15（0.78+0.38）=1.334kgm其余符號同前 按附錄第九節(jié)，大車運行機構(gòu)電動機的發(fā)熱按下式驗算I穩(wěn)態(tài)功率： N=G（Q+G）（w+K）+P 附裹25和23,G=G=0.8(JC=25，CZ=450次)。因此 N=O8(16000+491612)(O006十0002) 98+15270=5.54KW動態(tài)功率:N=0.47Kw 系數(shù)K= 根據(jù)附圖19，取K=1.7時 JC=40的YZR160-6在CZ=450次時的允許輸出功率為N=9.45KW.發(fā)熱驗

25、算通過 滿載起動時間(分別驅(qū)動)驗算： t(Q=0)= 式中M=1.7M=1.788.74=150.89Nm 靜力矩: M=222.33Nm起動時間： t=5.73s 空載起動時間驗算 空載起動時的靜力矩： M= 摩擦阻力的計算：P=2G（k+/D=4930N 坡道阻力的計算： P=GK=49612=972.39N風(fēng)阻力；P=q=250=22950N空載時的靜阻力矩： M=192.88N 空載起動時間： t= =2.48S 減速器的軸人功率按起動時的功率確定:Ng=pgvdc/100060m式中:pg=（Q+Gdc/g）vdc/60tq=（16000+49612）36.659.8/9.8605

26、.73=6994.41NNg=pgvdc/1000m60=6994.4136.65/100020.960=2.37kWNN,宜改選ZSC-750 輸入軸轉(zhuǎn)速 n=1000rmin時，但i=54.75與原要求大車運行速度vdc=395mmin時的減速器傳動比i=54.74相等，故不再驗算 制動力矩的計算， Mz=1/mMj+n1/38.2tzmc（GD2）1+（Q+G）D2C/i12 對于室外門式起重機，由(1)得 Mj=（pp+pf-pmmin）Dc/2i=（1286+25450-4347）0.710.9/254.75=130.65Nm 式中 pmmin=（Q+Gdc）（k+d/2）2/DC

27、取=1pmmin=1（16000+49612）（0.08+0.0216/2）2/71=4347NMz=1/2130.65+969/38.2621.51.16+（16000+49612）0.712/54.752=72.18Nm由附表15,選得制動器型號為YWZ5-200/23制動力矩Mez=112225Nm驗算制動時間:tz=n1/38.2（mMez-Mj）mc（GD）21+（Q+Gdc）d2c/i2=969/38.2（2112-130.65）21.151.16+（16000+49612）0.712/54.7520.9=3.42s,可用對于室外門式起重機,還應(yīng)驗算制動力矩:Mz=1.25Dc/2

28、im（p+pf-pmmin）式中: pf-空載時非工作狀態(tài)風(fēng)壓,pf=qCFq=6001.276.5=55080NPp=GKp=496120.029.8=972.39NPmmin=G(k+d/2)2/DC=149612(0.08+0.0216/2)2/109.8=3332N則M2=1.250.710.9/254.752(972.39+55080-3332)=192NmYWZ5-200/23型箭動器的刮動力矩可以調(diào)到225 Nm,但仍用夾軌器打滑驗算分別按起動和制動兩種情況進行1)捏動時期不打滑驗算由C1式(724): n=p1f/pp+pf+GdcVc/g60tq+P2（k+d/2）+P1k/

29、DC/2nz由前述的輪壓計算可知，主動車輪在A.B車輪處，從動車輪在E.F處，主動車輪輪壓總和： P1=VA+VB=29610762+119212.38=415320N 從動車輪輪壓總和: P2=VE十VF=200368.84+234736=22384244N 取 f=0.12,nz=0.8代入上式得: n=4153200.12/1286+25450+4961239.5/605.73+223842.44（0.08+0.0216/2）1.5/71/2+4153200.08/71/2=1.39n如果作用在門架支腿平面內(nèi)慣性力，風(fēng)力等方向與圖8-41所示的圖相反時，則主動輪輪壓和(N)如下表所示：門

30、架平面VLA=237909.4VLE=237909.4VLB=61014.16VLF=61014.16支腿平面VtA=37540.56VtE=58198.22VtB=-37540.56VtF=58198.22疊加值VA=200368.84VE=296107.62VB=23473.6VF=64299.38 主動輪輪壓之和: P1=A+B=200368.84+23473.6=223842.44N從動輪輪壓之和: P2=VF+VE=296107.6+64299=360407N所以n=223842.440.12/1286+25450+4961239.5/605.73+415320（0.08+0.021

31、6/2）1.5/35.5=0.72nz會產(chǎn)生起動打滑 若在軌道上r撒沙,使f=0.25,15，則nz可把高到1.50 2)制動不打滑的驗算： 所以n=p1f/pp+pf+Gdc/gVc/60tz-p2（k+d/2）+p1k/Dc/2n=4153200.12/1286+25450+4961239.5/603.42-4153.20（0.08+0.0216/2）1.5+4153200.8/35.5=1.50若P1與P2互換,則n=223842.440.12/1286+25450+4961239.5/603.42-4153.20（0.08+0.0216/2）1.5/35.5-223842.44 0.08/35.5=0.85MD=-26023.68N.mML/2=-116869.93N.mMD=-163831.18N.MML/2=-34185.43N.mz=12011.9N/cm2c=9675.19N/cm2QD=147265.75NQD=296267.1Nx=1615N/cm2e=38.87cmMn=299674.98Nm1=1369.37N/c2=1641N/cH=41665.36NMC=MD=-40832052N.cmHA=2934.36NHB=509.31NMC=-49