橋式起重機金屬機構設計

1、中華人民共和國教育部東北林業(yè)大學課 程 設 計設計題目：橋式起重機金屬結構設計學 生：白來沙（20073899） 指導教師：孟 春學 院：工程技術學院專 業(yè)：森林工程2007級2班2010年7月 目 錄1 性能參數(shù)確定22橋式起重機金屬結構設計與計算22.1 主要參數(shù)確定32.1.1 大車輪距32.1.2 主梁高度32.1.3 端梁高度32.1.4 橋架端部梯形高度32.1.5 主梁腹板高度32.1.6 確定主梁截面尺寸32.1.7 加勁板的布置尺寸42.2 主梁的計算52.2.1 計算載荷確定52.2.2 主梁垂直最大彎矩62.2.3 主梁水平最大彎矩62.2.4 主梁的強度驗算72.2.5

2、 主梁的垂直剛度計算82.2.6 主梁的水平剛度計算92.2.7上翼緣板局部彎曲計算102.2.8 小車軌道應力102.2.9 橫向加勁板112.2.10主梁的上拱度設計112.3端梁的設計122.3.1端梁的結構尺寸的確定122.3.2 端梁截面尺寸的確定122.3.3 計算載荷的確定132.3.4 端梁垂直最大彎矩142.3.5.端梁的水平最大彎矩142.3.6 端梁的強度驗算152.4走臺欄桿和司機室172.4.1走臺、欄桿172.4.2司機室183 連接形式與計算183.1 連接形式確定183.2 主要連接的計算193.2.1 端梁端部上翼緣焊縫193.2.2 下蓋板翼緣焊縫的剪應力驗

3、算193.2.3主梁與端梁的連接焊縫193.2.4 主梁上蓋板焊縫204 整機穩(wěn)定性計算201 性能參數(shù)確定最大額定起重量(t)：25 （25t）跨度（m）： 13 （13m）起升高度（m）：9 （9m）起升速度（m/s）： 0.043小車運行速度（m/s）：0.32大車運行速度（m/s）：1.25工作級別：A4JC=40%查表1-2-7，整機工作級別為A4時，起升機構、小車運行機構、大車運行機構的工作級別分別為M5、M3、M52橋式起重機金屬結構設計與計算橋式起重機的金屬結構主要由主梁、端梁、欄桿、走臺、軌道。起重機的雙梁橋架由兩根箱型主梁和兩根端梁剛接組成。大車運行機構采用分別驅動，布置簡

4、圖如圖1-1，小車運行機構采用集中驅動，低速軸驅動，布置簡圖如圖1-2。主動輪采用對面布置。圖1-1 分別驅動布置簡圖圖1-2 集中驅動布置簡圖2.1 主要參數(shù)確定2.1.1 大車輪距m，取m。 主梁高度m 端梁高度m取m 橋架端部梯形高度m取m 主梁腹板高度根據主梁計算高度H，最后選定腹板高度m。2.1.6 確定主梁截面尺寸主梁中間截面各構件板厚根據參考文獻確定如下。腹板厚mm；上下蓋板厚mm主梁兩腹板內壁間距根據下面的關系式來確定：mmmm因此取mm蓋板厚度。mm取mm主梁的實際高度：mm同理，主梁支承截面的腹板高度取mm，這時支承截面的實際高度mm主梁中間截面和支承截面的尺寸簡圖示于圖2

5、-1和圖2-2圖2-1 主梁中間截面的尺寸簡圖 圖 2-2 主梁支承截面的尺寸簡圖2.1.7 加勁板的布置尺寸為了不保證主梁截面中受壓構件的局部穩(wěn)定性，需要設置一些加勁構件. 主梁端部大加勁板的間距：m 取m主梁端部（梯形部分）先小加勁板的間距：m主梁中部（矩形部分）大加勁板的間距：m 取 m主梁中部小加勁板的間距：m由于腹板的高厚比，所以要設置水平加勁板，以保證腹板的局部穩(wěn)定性，采用角鋼作水平加勁桿。2.2 主梁的計算根據該起重機的工作級別，主梁要按第二類載荷進行強度計算。2.2.1 計算載荷確定查起重機設計手冊圖4-3-36得半個橋架的自重： t，KKN/m主梁由于分別驅動大車運行機構的一

6、套機構重量引起的載荷為：Nm主梁的總均布載荷： t / m主梁的總計算均布載荷： t / m式中:=1.1沖擊系數(shù)，由參考文獻查得。作用在一根主梁上的小車兩個車輪的輪壓值由手冊表4-3-9所列數(shù)據選用。KNKN 輪距b=2700mm考慮動力系數(shù)的小車車輪的計算輪壓值為：KNKN式中：=1.45動力系數(shù) ，據手冊查得。 主梁垂直最大彎矩圖2-3計算過程中參照簡圖計算，但四輪小車作用于橋架時，計算主梁垂直最大彎矩：=設敞開式司機操縱室為t，其重心距支點的距離為m。 主梁水平最大彎矩主梁在水平面內由慣性力引起的彎矩為：圖2-4式中：作用在主梁上的集中慣性載荷為：作用在主梁上的均布慣性載荷為：KN/m

7、計算系數(shù)時，取近似比值，m；并且已知m；l=b=2.7m。因此可得， 主梁的強度驗算主梁中間截面的最大彎曲應力：式中：主梁中間截面對水平重心軸線x-x的抗彎截面模數(shù)，其近似值：主梁中間截面對垂直重心軸線y-y的抗彎截面模數(shù)，其近似值：cm3因此可得：由資料查得16Mn鋼的許用應力為，故主梁支承截面的最大剪應力：式中：主梁支承截面所受的最大剪力。KN主梁支承截面對水平重心軸線x-x的慣性矩，其近似值為：cm4S主梁水平截面半面積對水平重心軸線x-x的靜矩。cm3因此可得：由參考文獻查得16Mn鋼的許用剪應力為，故。由上面得計算可知，強度足夠。 主梁的垂直剛度計算主梁在滿載小車輪壓的作用下，在跨中

8、所產生的最大垂直撓度為：cm式中：允許的撓度值為cm因此材料的彈性模量，GP； 主梁的水平剛度計算主梁在大車運行機構起、制動慣性載荷作用下，產生的水平最大撓度為：cm式中：KN；KN/m；cm4水平撓度的許用值。cm因此由上計算可知，主梁的垂直和水平剛度均滿足要求。當起重機工作無特殊要求時，可以不必進行主梁的動剛度驗算。上翼緣板局部彎曲計算對于正軌箱形梁，上翼緣板在計算輪壓P作用下，將產生沿縱向(z方向)和橫向(x方向)的局部彎曲應力。翼緣板上表面最大局部彎曲應力為：式中：經由鋼軌傳到上翼緣板上的部分計算輪壓，可按下式計算：N式中：鋼軌的慣性矩，；計算輪壓，KN；加勁板間距，m；查手冊4-3-

9、15知為：。 式中：，材料的彎曲應力滿足要求。 小車軌道應力正軌箱形梁和半偏軌箱形梁的小車軌道彎曲應力為：式中：軌道的截面抗彎模量，；軌道的許用應力，當軌重小于43kg/m時，取230Mpa；當軌重大于等于43kg/m時，； 橫向加勁板正軌箱形梁的橫向加勁板間距由鋼軌應力和上翼緣板應力兩條件決定，橫向加勁板的厚度為：mm，取為2mm式中:加勁板端面承壓許用應力；按組合I計算的壓縮許用應力mm軌道寬度。軌道接頭應位于加勁板處，短加勁板高度一般梁高的0.3倍。主梁的上拱度設計主梁下料時的最大上拱度為：mm其他各點應滿足下式。式中：計算點的拱度值；計算點到左支座的距離。2.3端梁的設計端梁部分又車輪

10、組和端梁架組成，端梁部分主要由上蓋板、腹板和下蓋板組成，端梁又兩段通過連接板和角鋼用高強度螺栓連接而成。在端梁內部設有加強筋，以保證端梁架受載后的穩(wěn)定性。端梁的主要尺寸是依據主梁的跨度、大車輪距和小車軌距來確定，大車的運行采用分別驅動的方案。在裝配的時候，先將端梁的一段與其中的一根主梁連在一起，然后再將端梁的兩段連接起來。端梁的結構尺寸的確定箱形雙梁橋架的端梁都采用鋼板焊接成的箱形結構，箱內結構同主梁，并在水平面內與主梁剛性連接。根據大車的輪距和車輪的直徑Ø=700mm，確定端梁的總長為5.7m，由主梁的結構確定端梁的高度為0.4m，材料為16Mn鋼,其結構簡圖見圖2-5。圖2-5

11、端梁截面尺寸的確定根據參考文獻推薦，選定端梁各構件的板厚如下： （a） （b）圖2-6 端梁截面尺寸簡圖上蓋板mm中部下蓋板mm頭部下蓋板mm腹板mm按照起重機設計手冊表 3-8-10700車輪組的尺寸，確定端梁蓋板寬度和腹板高度時，首先應配置好支承車輪的截面（圖2-6a），其次再決定端梁中間截面尺寸（圖2-6b）。如圖2-6配置的結果，車輪輪緣距上蓋板底面23mm，車輪兩側面距支承處兩下蓋板內邊為10mm因此車輪與端梁不致磨碰。同時腹板中線正好通過車輪軸承箱的中心平面。最后，要檢查端梁中部下蓋板與軌道面的距離。此距離為60mm，合適。 計算載荷的確定圖2-7 端梁計算簡圖端梁的載荷組合按II

12、類載荷計算，端梁受有主梁的最大支撐壓力和橋架偏斜側向載荷，由主梁自重和滿載小車在梁端極限位置求得，對端梁產生垂直彎矩和剪力，并認為兩主梁的壓力相同。由子小車制動慣性載荷和端梁自重的影響很小，通常在計算強度時忽略不計，端梁的載荷作用圖見圖2-7。端梁計算的部位為彎矩最大的截面(與主梁相連處)II、支承截面IIII和安裝接頭釘孔削弱的截面IIIIII。設兩根主梁對端梁的作用力相等，則端梁的最大支反力：式中: K大車輪距，cmb小車輪距，b=270cm傳動側車輪軸線至主梁中心線的距離，取=110cmKN因此 KN2.3.4 端梁垂直最大彎矩端梁在主梁支反力作用下產生的最大彎矩為：導電側車輪軸線至主梁

13、中心線的距離，取2.3.5.端梁的水平最大彎矩（1）端梁因車輪在側向載荷下產生的最大水平彎矩：式中：車輪側向載荷，KNl側壓系數(shù)，由設計手冊圖1-3-6(b)查得，l=0.16；P車輪輪壓，即端梁的支反力因此：KN·m（2） 端梁因小車在起動、制動慣性載荷作用下而產生的最大水平彎矩：=式中：小車的慣性載荷，因此：= 比較和兩值可知，應該取其中較大值進行強度計算。2.3.6 端梁的強度驗算 端梁中間截面II對水平重心線x-x的截面模數(shù)：端梁中間截面II對水平重心線x-x的慣性矩： 端梁中間截面II對垂直重心線y-y的截面模數(shù)： 端梁中間截面II對水平重心線x-x的半面積矩：端梁中間截面

14、II的最大彎曲應力： 端梁中間截面II的剪應力：端梁支承截面IIII對水平重心線x-x的慣性矩、截面模數(shù)及面積矩的計算如下。首先求水平重心線的位置水平重心線距上蓋板中線的距離：cm水平重心線的距腹板中線的距離：cm水平重心線的距下蓋板中線的距離cm端梁支承截面IIII對水平重心線x-x的慣性矩：端梁支承截面IIII對水平重心線x-x的最小截面模數(shù)： 端梁支承截面IIII水平重心線x-x下部半面積矩： 端梁支承截面IIII附近的彎矩：式中：=16cm 端梁支承截面IIII的彎曲應力： 端梁支承截面IIII的剪應力： 端梁支承截面IIII的合成應力： 端梁材料的許用應力： sdII=(0.800.

15、85) sII =(0.800.85)×270=216229.5MPa tdII=(0.800.85) tII = (0.800.85)×155.88 =124.7132.5MPa驗算強度結果，所有計算應力均小于材料的許用應力，故端梁的強度滿足要求。2.4走臺欄桿和司機室2.4.1走臺、欄桿橋式起重機一般設有走臺，以便于檢修。走臺一般布置成懸臂式，走臺板下加一斜撐，以保證走臺有足夠強度。對于電動起重機走臺寬度應不小于500mm，此處走臺寬度區(qū)700mm；上面有移動構件或物體的走臺其凈空高度不應小于1800mm，并能承受3KN的移動集中載荷而無塑性變形。為了安全，走臺還必須具

16、有防滑性能、不積水。有走臺時必須設欄桿，欄桿高度為1050mm，并設有間距為350mm的水平橫桿，底部設置高度為80mm的圍護板。綜上所述：走臺高h=1800mm ，走臺寬度B=700mm，欄桿高 H=1050mm ，間距 b=350mm ，水平橫桿底部設有80mm維護板。2.4.2司機室司機室的構造與安裝位置，要保證司機有良好的視野。司機室一般與橋架固定，并應安裝在無滑線一側。操縱室的結構為敞開式。司機室內布置操縱設備和司機坐椅、照明設備、儀表箱、滅火設備以及其他輔助設施。司機室內留有足夠的操作和檢修空間，可應能容納兩人。電氣控制箱等熱源設備不布置在司機室內。司機室的內部尺寸，寬度1.5 m

17、、長2.5 m、高2m。為了保證操縱室的骨架應有足夠的剛度和強度，由軋制的型鋼和沖壓的薄板焊成，地板用厚20mm左右的木板制成，地板離骨架100mm。人行過道處鋪以5mm厚的橡膠板。地板和墻壁內應留有電纜線槽。玻璃窗的玻璃厚度為5mm。玻璃窗的尺寸與位置要保證司機坐著能看到起重機的取物裝置在任何位置的工作倩況，設有下視窗口。為減小大車運行時對操縱室造成的震動，降低司機的工作疲勞強度.司機室的懸掛采用彈性元件減震。司機室：寬×長×高=1.5m×2.5m×2m3連接形式與計算3.1連接形式確定端梁端部上翼緣、下蓋板翼緣、主梁與端梁的連接、主梁上蓋板均采用角焊縫式焊縫連接。端梁的下蓋板與連接板用M18螺栓連接，角鋼與腹板和上蓋板的連接用M16螺栓連接。3.2 主要連接的計算3.2.1 端梁端部上翼緣焊縫端梁支承截面上蓋板對水平重心線x-x的截面積矩：端梁上蓋板翼緣焊縫的剪應力：式中：上蓋板翼緣焊縫數(shù)，；焊肉的高度，取cm。3.2.2 下蓋板翼緣焊縫的剪應力驗算端梁支承截面下蓋板對水平重心線x-x的面積矩：端梁下蓋板翼緣焊縫的剪應力：3.2.3主梁與端梁的連接焊縫主梁與端梁腹板的連接的剪應力：主梁與端梁連接焊縫數(shù)，取連接處計算高度，