STRU-11-第十一章輪式起重機(jī)吊臂

1、第十一章 輪式起重機(jī)的吊臂 第一節(jié) 桁架式吊臂的結(jié)構(gòu)型式第二節(jié) 桁架式吊臂的設(shè)計(jì)計(jì)算第三節(jié) 箱形伸縮式吊臂的結(jié)構(gòu)形式第四節(jié) 箱形伸縮式吊臂的計(jì)算第十一章 作業(yè)桁架式吊臂桁架式吊臂變幅繩變幅變幅繩變幅變幅油缸變幅變幅油缸變幅變幅形式：變幅形式：箱形伸縮式吊臂箱形伸縮式吊臂履帶起重機(jī)定長臂式鐵路起重機(jī)變幅繩變幅變幅繩變幅伸縮臂式鐵路起重機(jī)利勃海爾利勃海爾LTM11200-9.1 ,起重量起重量1200t，主臂全伸長度，主臂全伸長度100m 主臂和副臂組合能使起升高度達(dá)到主臂和副臂組合能使起升高度達(dá)到170m第一節(jié) 桁架式吊臂的結(jié)構(gòu)型式 第二節(jié)第二節(jié) 桁架式吊臂的設(shè)計(jì)計(jì)算桁架式吊臂的設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算載

2、荷計(jì)算載荷：起升載荷、吊臂自重、慣性力、風(fēng)載荷：起升載荷、吊臂自重、慣性力、風(fēng)載荷 計(jì)算工況計(jì)算工況：起升機(jī)構(gòu)起制、動(dòng)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)起制、動(dòng)，：起升機(jī)構(gòu)起制、動(dòng)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)起制、動(dòng)， 風(fēng)向垂直于變幅平面風(fēng)向垂直于變幅平面變幅平面計(jì)算簡(jiǎn)圖變幅平面計(jì)算簡(jiǎn)圖旋轉(zhuǎn)平面計(jì)算簡(jiǎn)圖旋轉(zhuǎn)平面計(jì)算簡(jiǎn)圖一、桁架式主臂受力分析一、桁架式主臂受力分析1. 1. 變幅平面變幅平面 （1 1）變幅平面承受的載荷）變幅平面承受的載荷垂直載荷垂直載荷Q Q起升繩拉力起升繩拉力S S變幅滑輪組拉力變幅滑輪組拉力N Nf fGGQQ100221)(mGQS)(002（2 2）計(jì)算假定）計(jì)算假定 假定力假定力Q Q、S S和和N Nf

3、f交匯于桁架式吊臂端點(diǎn)，其合力交匯于桁架式吊臂端點(diǎn)，其合力N N沿沿吊臂軸線方向。吊臂軸線方向。（3 3）計(jì)算簡(jiǎn)圖）計(jì)算簡(jiǎn)圖: 兩端簡(jiǎn)支中心受壓構(gòu)件兩端簡(jiǎn)支中心受壓構(gòu)件。 N N及及N Nf f可用作圖法或解析法求出?？捎米鲌D法或解析法求出。2. 2. 旋轉(zhuǎn)平面旋轉(zhuǎn)平面 （1 1）計(jì)算簡(jiǎn)圖：）計(jì)算簡(jiǎn)圖：根部固定、端部自由的懸臂梁。根部固定、端部自由的懸臂梁。（2 2）旋轉(zhuǎn)）旋轉(zhuǎn)平面承受的載荷平面承受的載荷側(cè)向力側(cè)向力T T tg)(00GQTh63)( )10. 005. 0(00GQThT=Th+Tb式中式中 Th貨物偏擺引起的載荷貨物偏擺引起的載荷其中其中 偏擺偏擺角角，所以所以T T b

4、 b吊臂受到的風(fēng)載荷和慣性載荷。吊臂受到的風(fēng)載荷和慣性載荷。臂端力矩臂端力矩MML L 軸向壓力軸向壓力N N )(4 . 0HWbPPT由副臂引起。由副臂引起。由變幅平面的載荷引起。由變幅平面的載荷引起。二、桁架式吊臂的強(qiáng)度計(jì)算二、桁架式吊臂的強(qiáng)度計(jì)算 吊臂的任一截面彎矩為吊臂的任一截面彎矩為 LMxLTyfNxM)()()(LWMxLTxM)()(令令 設(shè)吊臂撓曲方程為設(shè)吊臂撓曲方程為 Lxfy2cos1滿足條件滿足條件: 當(dāng)當(dāng)x=0時(shí)，時(shí)， 0 d dxyyfy MW僅由橫向力僅由橫向力T和力矩和力矩ML引起的彎矩；引起的彎矩；當(dāng)當(dāng)x=L時(shí)，時(shí)，(11-15) zEIxMxy)( d d

5、22因?yàn)橐驗(yàn)?11-16)將式將式(11-15)對(duì)對(duì)x求二階導(dǎo)數(shù)求二階導(dǎo)數(shù), 代入式代入式(11-16)，可得，可得LxLEIxMfz2cos4)(22(11-17)將式（將式（11-15）及式（）及式（11-17）代入式（）代入式（11-14），可得），可得 (11-18) crWzWNNxMLEINxMxM1212crNN11臨界力臨界力 考慮軸向力影響的彎矩放大系數(shù)，考慮軸向力影響的彎矩放大系數(shù)，考慮極限狀態(tài)法的考慮極限狀態(tài)法的計(jì)算結(jié)果，常取計(jì)算結(jié)果，常取crNN9 . 011EALEILEINzzcr22222)()2(對(duì)格構(gòu)式構(gòu)件，應(yīng)考慮剪力對(duì)臨界力的影響，即：對(duì)格構(gòu)式構(gòu)件，應(yīng)考慮剪

6、力對(duì)臨界力的影響，即：22dzcrEANdz吊臂繞吊臂繞Z Z軸的當(dāng)量長細(xì)比，對(duì)四肢構(gòu)件：軸的當(dāng)量長細(xì)比，對(duì)四肢構(gòu)件： zzdzAA1240AILzz/321折算長度系數(shù)折算長度系數(shù) 321 1 由支承條件決定的長度系數(shù)由支承條件決定的長度系數(shù), , 對(duì)懸臂壓桿對(duì)懸臂壓桿 1 1 = 2 = 2 ； 2 變截面長度系數(shù)，由表變截面長度系數(shù)，由表5-35-3查取。查取。 BA213強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核：3考慮變幅繩或起升繩影響的長度系數(shù)；考慮變幅繩或起升繩影響的長度系數(shù)；按下式計(jì)算按下式計(jì)算 IIzWWxMAN 三、桁架式吊臂的剛度計(jì)算三、桁架式吊臂的剛度計(jì)算 1. 1. 臂端撓度臂端撓度 由莫爾公

7、式：由莫爾公式： LzxEIxMxMf 0 1 d)( 式中式中LMTxNyxM)(xxM)(1假設(shè)吊臂的撓曲方程為假設(shè)吊臂的撓曲方程為: 3332LxLxfy zzLzEILfNEILMEITLf10423223crWzzLzNNfEILNEILMEITLf1)104(12322222222)()2(410LEILEILEINzzzcrZLZWEILMEITLf2323式中式中 )m(10007.02Lf2. 2. 桁架式吊臂的剛度校核桁架式吊臂的剛度校核式中式中 f 臂端容許撓度，臂端容許撓度，crNN11撓度放大系數(shù)，取為撓度放大系數(shù)，取為 9 . 01ffNNffWcrWcrNN9 .

8、 011 四、桁架式吊臂的總體穩(wěn)定性計(jì)算四、桁架式吊臂的總體穩(wěn)定性計(jì)算 桁架式吊臂是單向壓彎構(gòu)件，其整體穩(wěn)定性按桁架式吊臂是單向壓彎構(gòu)件，其整體穩(wěn)定性按下式計(jì)算下式計(jì)算式中，式中，由當(dāng)量長細(xì)比由當(dāng)量長細(xì)比dzdz查表。查表。 IIzWWxMAN五、桁架式吊臂弦桿節(jié)間穩(wěn)定性校核五、桁架式吊臂弦桿節(jié)間穩(wěn)定性校核 min11rlr rminmin分肢對(duì)自身較弱軸的回轉(zhuǎn)半徑。分肢對(duì)自身較弱軸的回轉(zhuǎn)半徑。 1軸壓穩(wěn)定系數(shù)，由弦桿節(jié)間長細(xì)比軸壓穩(wěn)定系數(shù)，由弦桿節(jié)間長細(xì)比 1查表查表)(2) 4/(2)(4/11AxMBNABxMNWB旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)計(jì)算截面處弦桿間距；旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)計(jì)算截面處弦桿間距；式中式中六、

9、桁架式吊臂的腹桿體系六、桁架式吊臂的腹桿體系 按剛度條件確定腹桿的截面：按剛度條件確定腹桿的截面：150 xjrljxlr 則則jl腹桿的計(jì)算長度，在桁架平面內(nèi)腹桿的計(jì)算長度，在桁架平面內(nèi) llj8 . 0在桁架平面外在桁架平面外 llj第三節(jié)第三節(jié) 箱形伸縮式吊臂的結(jié)構(gòu)形式箱形伸縮式吊臂的結(jié)構(gòu)形式 減輕箱形伸縮臂自重的方法： 1. 采用高強(qiáng)度鋼采用高強(qiáng)度鋼2. 合理的截面型式合理的截面型式 3. 正確的設(shè)計(jì)計(jì)算方法正確的設(shè)計(jì)計(jì)算方法 第四節(jié)第四節(jié) 箱形伸縮式吊臂的計(jì)算箱形伸縮式吊臂的計(jì)算 計(jì)算載荷計(jì)算載荷：起升載荷、吊臂自重、慣性力、風(fēng)載荷起升載荷、吊臂自重、慣性力、風(fēng)載荷計(jì)算工況計(jì)算工況：

10、最小幅度吊最大起重量。最小幅度吊最大起重量。一、受力分析一、受力分析起升機(jī)構(gòu)起制、動(dòng)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)起制、動(dòng)，風(fēng)向垂直于變幅平面。起升機(jī)構(gòu)起制、動(dòng)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)起制、動(dòng)，風(fēng)向垂直于變幅平面。1. 1. 變幅平面變幅平面計(jì)算簡(jiǎn)圖：計(jì)算簡(jiǎn)圖：簡(jiǎn)支外伸梁簡(jiǎn)支外伸梁 變幅平面計(jì)算簡(jiǎn)圖變幅平面計(jì)算簡(jiǎn)圖 外載荷外載荷垂直載荷垂直載荷起升繩拉力起升繩拉力GGQQ100231mGQS)(002 計(jì)算載荷計(jì)算載荷軸向力軸向力橫向力橫向力力矩力矩uQSNsincos11sincosSuQTz121002cossinSeueGQMLy2 2旋轉(zhuǎn)平面旋轉(zhuǎn)平面 側(cè)向力側(cè)向力bhyTTT 計(jì)算簡(jiǎn)圖：計(jì)算簡(jiǎn)圖：根部固定、端部自由的懸

11、臂梁根部固定、端部自由的懸臂梁. 計(jì)算載荷計(jì)算載荷 臂端力矩臂端力矩 貨物偏擺載荷貨物偏擺載荷 )(4 . 0HWbPPT tg)(00GQTh吊臂風(fēng)載荷及慣性載荷吊臂風(fēng)載荷及慣性載荷 扭矩扭矩 zLM 軸向力軸向力 N N tg)(1001eGQeTMhn二、臨界力計(jì)算二、臨界力計(jì)算 1.1.旋轉(zhuǎn)平面的臨界力旋轉(zhuǎn)平面的臨界力NNcrzcrz 232112LEINzcrz11112sinsin1iiiikizizII式中式中 2 2伸縮臂變截面長度系數(shù)；伸縮臂變截面長度系數(shù)； 按式按式(11-64)(11-64)計(jì)算或查表計(jì)算或查表11-211-2。 i 第第i i節(jié)臂伸出后的長度與吊臂全長之

12、比。節(jié)臂伸出后的長度與吊臂全長之比。(11-64) 213CHLumCsincos11 3 3起升鋼絲繩影響的長度系數(shù)，按下式計(jì)算：起升鋼絲繩影響的長度系數(shù)，按下式計(jì)算：式中式中 其中其中 mm起升滑輪組倍率；起升滑輪組倍率； 232112LEINycry式中式中 1 1支承條件決定的長度系數(shù)支承條件決定的長度系數(shù), , 根據(jù)根據(jù)11與與L L比值查表比值查表5-25-2。 2. 變幅平面的臨界力變幅平面的臨界力Ncry 2 2伸縮臂變截面長度系數(shù)，伸縮臂變截面長度系數(shù)，按式按式(11-67)計(jì)算或查表計(jì)算或查表11-2。 3 3起升鋼絲繩影響的長度起升鋼絲繩影響的長度 系數(shù)，對(duì)變幅平面系數(shù)，

13、對(duì)變幅平面 3 3 =1 =1。11112sinsin1iiiiKiyiyII(11-67)三、箱形伸縮臂的剛度校核三、箱形伸縮臂的剛度校核)m(10009 . 01121111cKiiizWzcryzLflHfNNf)m(10007 . 09 . 01121111cKiiiyWycrzyLflHfNNf變幅平面變幅平面旋轉(zhuǎn)平面旋轉(zhuǎn)平面1. 1. 變幅平面的臂端撓度變幅平面的臂端撓度 （11-7011-70） Wzf22122366322iiiiiiiiiiiiiTiMilLLEITlllLLEIMfff 1ziizLyiTTHTMM(11-69)(11-69) 圖11-26引起的第引起的第i

14、節(jié)臂端部撓度節(jié)臂端部撓度 :ii、TM 圖形互乘法求圖形互乘法求 iMf663222122iiiiiiiiMlllLLEIMf 圖形互乘法求圖形互乘法求 iTf23)(32)(2)(32)(21iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiTlLLEITlLllLTlLlLlLTEIf引起的第引起的第i+1節(jié)繞第節(jié)繞第i節(jié)臂端部的轉(zhuǎn)角節(jié)臂端部的轉(zhuǎn)角 :ii、TM66322323221221, 1, 11iiiiiiiiiiiiTiMiilllLLEITllLEIM在臂端橫向載荷在臂端橫向載荷 作用下的臂端撓度作用下的臂端撓度 :Lyz、MT11111iKiiKiiWzHff2. 2. 旋轉(zhuǎn)平面的臂端

15、撓度旋轉(zhuǎn)平面的臂端撓度 （11-7311-73） (11-72)(11-72)Wyf11111iKiiKiiWyHff 1yiiyLziTTHTMM05. 00 QTy旋轉(zhuǎn)平面第旋轉(zhuǎn)平面第i節(jié)臂的計(jì)算載荷節(jié)臂的計(jì)算載荷: 3. 3. 按當(dāng)量慣性矩法計(jì)算臂端撓度按當(dāng)量慣性矩法計(jì)算臂端撓度 (11-74)(11-74)Wyf當(dāng)量等截面吊臂在變幅平面和回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的撓度當(dāng)量等截面吊臂在變幅平面和回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的撓度: :zdLzzdyWyydLyydzWzEILMEILTfEILMEILTf23232323zdyd、II式中式中 等截面臂的當(dāng)量慣性矩。等截面臂的當(dāng)量慣性矩。根據(jù)變截面吊臂與等截面吊臂剛度相

16、等的條件求根據(jù)變截面吊臂與等截面吊臂剛度相等的條件求當(dāng)量慣性矩。當(dāng)量慣性矩。 第第i節(jié)臂在臂端橫向力節(jié)臂在臂端橫向力T作用的臂端撓度作用的臂端撓度:iiiiiiiiIETLEILTEILTf3133313333若伸縮臂共有若伸縮臂共有k節(jié)，則臂端撓度：節(jié)，則臂端撓度： KiiiiKiiIETLff1313313等截面當(dāng)量臂在等截面當(dāng)量臂在T力作用下的力作用下的臂端撓度臂端撓度: dEITLf33根據(jù)剛度相等條件，等截面臂的當(dāng)量慣性矩為根據(jù)剛度相等條件，等截面臂的當(dāng)量慣性矩為: kiiiidII13131四、伸縮臂的強(qiáng)度校核四、伸縮臂的強(qiáng)度校核正應(yīng)力正應(yīng)力II9 .019 .01crzzzcry

17、yyxNNWMNNWMANiyLzzHTMMiZLyyHTMM式中式中1.伸縮臂非重疊部分的強(qiáng)度校核伸縮臂非重疊部分的強(qiáng)度校核翼緣板和腹板上的剪應(yīng)力翼緣板和腹板上的剪應(yīng)力000BHA 0A式中式中 翼緣板和腹板翼緣板和腹板 的中心線所包圍的面積，的中心線所包圍的面積， IIHnHzHBnByBAMHTAMBT222200腹板剪應(yīng)力翼緣板剪應(yīng)力2.2.伸縮臂重疊部分的強(qiáng)度校核伸縮臂重疊部分的強(qiáng)度校核 滑塊支座反力滑塊支座反力)/ )(21TlHTMNh2hyjxjNK 局部彎曲應(yīng)力局部彎曲應(yīng)力式中式中 k局部彎曲應(yīng)力系數(shù)，局部彎曲應(yīng)力系數(shù)， 查表查表11-3，或按下式計(jì)算：，或按下式計(jì)算： yb

18、bybbybbybbyk cos1cos1cos1cos1ln017. 0 1 . 13)(222BxjxyjyjxjxBABcrzzzcryyyxbbNNWMNNWM9 . 019 . 01 強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核滑塊作用點(diǎn)滑塊作用點(diǎn)B附近處的復(fù)合應(yīng)力：附近處的復(fù)合應(yīng)力：式中式中五、伸縮臂整體穩(wěn)定性校核五、伸縮臂整體穩(wěn)定性校核 9 . 0119 . 011yycryzzcrzWMNNWMNNAN 軸心壓桿穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)長細(xì)比查表軸心壓桿穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)長細(xì)比查表3-26， 當(dāng)當(dāng) 2/235mmNS時(shí)，按假想長細(xì)比時(shí)，按假想長細(xì)比F查表查表3-26 ：235sF 六、伸縮臂局部穩(wěn)定性校核六、伸縮臂局部穩(wěn)定性校核 伸縮式吊臂為薄板結(jié)構(gòu)，其局部穩(wěn)定性計(jì)算參伸縮式吊臂為薄板結(jié)構(gòu)，其局部穩(wěn)定性計(jì)算參看第六章箱形梁局部穩(wěn)定的有關(guān)內(nèi)容?？吹诹孪湫瘟壕植糠€(wěn)定的有關(guān)內(nèi)容。第十一章 作業(yè)11-1 輪胎式起重機(jī)的單臂架用Q235鋼制造，截面為矩形格構(gòu)式結(jié)構(gòu)。起升繩平行于臂架軸線，其偏心距e=500mm，起升滑輪組倍率m=2，臂架與水平面傾角=300，臂架長l l=18m，臂架重心距下端為l lG G=10.6M，支架尺寸a a=3.5m