輪式起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算_圖文

1、第24卷第21期 2008年11月甘肅科技Gansu Science and Technol ogyN ov.2008輪式起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算李剛1,曹茹1,王曉東2(1.蘭州交通大學(xué)機(jī)電學(xué)院,甘肅蘭州730000;2.蘭州機(jī)車工廠產(chǎn)品開發(fā)部,甘肅蘭州730000摘要:介紹了輪式起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的主要的二種結(jié)構(gòu)形式,受力分析及材料的選擇,并結(jié)合20T鐵路輪式起重機(jī)的板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行了受力分析及強(qiáng)度計(jì)算。通過轉(zhuǎn)臺(tái)的模型簡(jiǎn)化,對(duì)其最大應(yīng)力處前、后鉸點(diǎn)進(jìn)行了強(qiáng)度校核,所得結(jié)果完全滿足的要求。關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)臺(tái);受力分析;強(qiáng)度計(jì)算1轉(zhuǎn)臺(tái)概述1.1輪式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)臺(tái)之作用輪式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)主要由三部分構(gòu)成:吊臂、

2、轉(zhuǎn)臺(tái)、車架(或底架。起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)是用于安裝吊臂、起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、配重、發(fā)動(dòng)機(jī)和司機(jī)室的機(jī)架結(jié)構(gòu)。它通過旋轉(zhuǎn)支撐裝置裝在起重機(jī)的車架上。為了保證起重機(jī)的正常作業(yè),轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。1.2轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式輪式起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)通常采用焊接結(jié)構(gòu)。目前轉(zhuǎn)臺(tái)構(gòu)。平面框架式轉(zhuǎn)臺(tái)由兩根以轉(zhuǎn)臺(tái)縱向軸成對(duì)稱布置的縱梁和若干聯(lián)系橫梁構(gòu)成。縱梁是轉(zhuǎn)臺(tái)的主要受力構(gòu)件,起重機(jī)上車的主要受力部件應(yīng)直接支撐在縱梁上?；蛲ㄟ^相應(yīng)的橫梁將力傳遞到縱梁上去,如圖1所示。圖1轉(zhuǎn)臺(tái)縱、橫梁示意圖1.橫梁,2.縱梁,3.回轉(zhuǎn)支承.板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)臺(tái)是根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)上的機(jī)構(gòu)和設(shè)備布置要求,由鋼板焊成的承彎構(gòu)件。高強(qiáng)度的板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)臺(tái)常用于

3、大噸位的輪式起重機(jī)中。20T輪式起重機(jī)屬中小噸位起重機(jī),考慮到鐵路應(yīng)用的特點(diǎn),材料用量最少(結(jié)構(gòu)最輕并不就等于最經(jīng)濟(jì)或最優(yōu),再加上配重的設(shè)置,客觀上不要求在轉(zhuǎn)臺(tái)上最省料,因此,在考慮20T輪式起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)方案設(shè)計(jì)時(shí),仍采用板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)臺(tái),如圖2所示。圖2計(jì)算圖解20T起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)平面為長(zhǎng)×寬=4800mm×3100mm。采用厚30mm的16Mn低合金結(jié)構(gòu)鋼板制成,下平面焊有回轉(zhuǎn)支承墊板,上平面布置有前后鉸點(diǎn)座、卷揚(yáng)支承安裝架等主要受力結(jié)構(gòu)及其它機(jī)構(gòu)、設(shè)備等。1.3轉(zhuǎn)臺(tái)的材料除前鉸點(diǎn)座外,轉(zhuǎn)臺(tái)其余主要受力結(jié)構(gòu)均采用16Mn 低合金結(jié)構(gòu)鋼板,屈服極限為:s =315N /mm 2。前

4、鉸點(diǎn)座材料為ZG230-450。與碳素鋼相比,低合金結(jié)構(gòu)鋼具有更高的屈服極限與抗拉強(qiáng)度,更好的低溫冷脆性和耐磨性,可用于-40以下寒冷地區(qū)的各種鋼結(jié)構(gòu)件。另還有較好的可焊性,但應(yīng)力集中系數(shù)較高。如果結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度由最大載荷控制,不決定于受變載荷作用的疲勞壽命,在這種情況下采用16Mn 低合金結(jié)構(gòu)鋼效果最好。16Mn 低合金結(jié)構(gòu)鋼通常應(yīng)用于起重機(jī)的臂架、轉(zhuǎn)臺(tái)等及承受動(dòng)載荷的焊接結(jié)構(gòu)。2轉(zhuǎn)臺(tái)的受力分析與計(jì)算2.1板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化及受力分析轉(zhuǎn)臺(tái)可用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法進(jìn)行分析,可近似地簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支外伸梁進(jìn)行計(jì)算。采用油缸變幅的轉(zhuǎn)臺(tái)受力簡(jiǎn)圖,如圖3所示 。圖3受力簡(jiǎn)圖當(dāng)起重機(jī)起吊載荷Q 時(shí),作用于轉(zhuǎn)臺(tái)上的載荷

5、有:(1由吊臂根部鉸支座傳來的拉力P;(2由變幅油缸傳來的壓力N;(3起升繩拉力S 起;(4轉(zhuǎn)臺(tái)及上車機(jī)構(gòu)重力G 1和配重G 2。轉(zhuǎn)臺(tái)以兩支點(diǎn)支承于起重機(jī)的底架上。2.2板式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)臺(tái)的主要受力計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí),以吊臂位于最小幅度,起吊額定起重量作為計(jì)算工況來確定轉(zhuǎn)臺(tái)上的作用載荷,選擇轉(zhuǎn)臺(tái)截面尺寸。轉(zhuǎn)臺(tái)的剛度對(duì)于保證起重機(jī)的正常工作具有重要意義,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮。轉(zhuǎn)臺(tái)變形過大,對(duì)起重機(jī)的安全及可靠性指標(biāo)均不利。已知計(jì)算工況為:360°全回轉(zhuǎn),20t ×6m ,使用支腿6m ×6m ,基本臂長(zhǎng)L =9.9m (參考20T 有關(guān)技術(shù)資料,設(shè)吊臂仰角(計(jì)算工況為u,根據(jù)圖1

6、所示關(guān)系則有:Lcosu -1=6代入L解得:u =45°設(shè)Q 為超額定起重量,是額定值的1.25倍則Q =20t ×1.25=25t (1變幅油缸傳來的壓力N根據(jù)起重臂受力分析,可列出平衡方程式并解出:N =(Q +G 0/2Lcosu +(W 1+W 2H 1-S 起×r/H其中:G 0為吊臂重量,按6t 計(jì)算;(W 1+W 2H 1為風(fēng)載力矩,此處不予考慮;S 起×r 為卷揚(yáng)鋼絲繩產(chǎn)生的力矩,S 起=Q /6,r =920mm;H 為吊臂后鉸點(diǎn)到變幅缸軸心線的垂直距離,H =2260mm 。將以上數(shù)據(jù)代入式中解得:N =(25+6/2×7

7、-25/6×0.92/2.26=85t將N 分解為水平及垂直兩個(gè)方向的分力:N y =N sin=85sin75=82t N x =Ncos=85cos75=22t 其中:為變幅缸軸仰角(2吊臂根部鉸支座傳來的拉力P由平衡方程式還可解出:P y =Q +G 0-N sin +S 起sinP x =W 1+W 2-Ncos -S 起cos 其中:為起升繩仰角,=50°將相應(yīng)參數(shù)代入式中解得:P y =25+6-82+25/6×sin50°=-47.8t P x =0-22-25/6×cos50°=-24.7t P =P X 2+P Y

8、2轉(zhuǎn)臺(tái)所受的各種力及力矩均已在圖3中示意出,并對(duì)主要受力作出計(jì)算,其余力及力矩的計(jì)算此處不再贅述。2.3轉(zhuǎn)臺(tái)彎矩圖分析根據(jù)圖 3,可以作出轉(zhuǎn)臺(tái)的彎矩圖,如圖4所示。圖4彎矩圖從圖中,可以看出20T 輪式起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)承受最121第21期李剛等:輪式起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算大彎矩處,為轉(zhuǎn)臺(tái)平面后鉸點(diǎn)處,最大彎矩是21t .m 。前鉸點(diǎn)由于結(jié)構(gòu)所限,也是容易產(chǎn)生應(yīng)力大的地方。因此應(yīng)對(duì)前后鉸點(diǎn)處進(jìn)行強(qiáng)度校核。3 轉(zhuǎn)臺(tái)的強(qiáng)度校核圖5后鉸點(diǎn)抗彎模量計(jì)算圖3.1后鉸點(diǎn)處轉(zhuǎn)臺(tái)強(qiáng)度校核抗彎模量W:W 后=bh 2/6=3100×302/6+30×7002/6×2=5365000mm3彎曲正

9、應(yīng)力s 后:2s 后<s =315N /mm 2強(qiáng)度校核通過計(jì)算3.2前鉸點(diǎn)處轉(zhuǎn)臺(tái)強(qiáng)度校核抗彎模量W 此處只考慮轉(zhuǎn)臺(tái)平面截面抗彎模量(未計(jì)算前鉸點(diǎn)座。W 前=bh 2/6=3100×302/6=465000mm3彎曲正應(yīng)力s 前:2s 前<s =315N /mm 2強(qiáng)度校核通過計(jì)算計(jì)算表明,前后鉸點(diǎn)處轉(zhuǎn)臺(tái)強(qiáng)度足以滿足20T 起重機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的要求。前后鉸點(diǎn)之間的地方,由于均在回轉(zhuǎn)支承范圍之內(nèi),通過高強(qiáng)度螺栓與回轉(zhuǎn)支承連接成一體。故強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于前后鉸點(diǎn)處,因此未作強(qiáng)度校核,此處只給予說明。4結(jié)論通過實(shí)際檢驗(yàn),用上述分析計(jì)算所得結(jié)果校驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)強(qiáng)度完全滿足20T 輪式起重機(jī)的要求。參考

10、文獻(xiàn):1張質(zhì)文.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)M .北京:中國(guó)鐵道出版社,2001,7.2陳心爽.材料力學(xué)M .上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1996,3.(上接第142頁表2放炮前后瓦斯?jié)舛取⒇?fù)壓和流量變化情況鉆孔號(hào)放炮前濃度/%負(fù)壓/kPa流量m 3/m in 放炮后濃度/%負(fù)壓/kPa流量m 3/m in 592.797434.0310.17923.702327.4990.9851602.899834.6880.08843.854828.0980.8228612.977334.9720.00013.757427.9990.9109622.332434.7190.46924.082227.2970.66233深孔松動(dòng)爆破后,每層之間的裂隙增大,試驗(yàn)爆破鉆孔的封孔長(zhǎng)度12m;煤體完整時(shí)封孔長(zhǎng)度也必須在10m 以上。4針對(duì)煤二層硬度較大,突出危險(xiǎn)較小的情況,應(yīng)進(jìn)一步開展深孔預(yù)裂爆破增透技術(shù),增加煤層透氣性,提高長(zhǎng)鉆孔的抽采效果;并應(yīng)開展研究下向順層長(zhǎng)鉆孔排除鉆孔