施工升降機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書

.PAGE.SC200/200型施工升降機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書1導(dǎo)軌架〔標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的設(shè)計(jì)與校核1.1主要性能參數(shù)及幾何參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)重量：140kg；吊籠重：1500kg；最大吊桿起重量：q=200kg；每個(gè)吊籠的額定載重量為:2000kg；提升高度：144m;最大附著間距：L=6m；標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高：h=1.508m；起升速度：v=33m/min導(dǎo)軌架最大架設(shè)高度：H=150m；標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主弦桿尺寸：φ76mm×4.5mm；標(biāo)準(zhǔn)節(jié)主弦桿中心距：a×b=650×650mm；吊籠空間尺寸：3.0×1.5×2.27m；工作吊籠數(shù)：N=2；主電機(jī)額定功率：P=3×11kW。1.2計(jì)算載荷結(jié)構(gòu)自重載荷圖1-1標(biāo)準(zhǔn)節(jié)結(jié)構(gòu)圖表1-1標(biāo)準(zhǔn)節(jié)自重明細(xì)表序號(hào)材料規(guī)格名稱數(shù)量材料單重〔kg總重〔kg1φ76×4.5主弦桿42010.642.4275×50×5前〔后角鋼4Q235A2.75113φ26.8×2.75斜腹桿Ⅰ4Q235A1.265.044短角鋼4Q235A0.31.2563×40×5前后角鋼2Q235A2.174.346齒條2Q235A23.847.67齒條連接塊6Q235A0.20.128連接彎板8Q235A0.342.27975×50×5角鋼4Q235A2.8211.2810φ26.8×2.75斜腹桿Ⅱ2Q235A1.372.741163×40×5角鋼2Q235A2.34.612φ26.8×2.75斜腹桿Ⅲ2Q235A1.432.8613接頭4Q235A0.210.8414M16×70螺釘6Q235A0.110.6615M16螺母6Q235A0.020.12總計(jì)137.1考慮到焊縫及安裝用緊固件的重量,取每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的計(jì)算自重為140kg。1.2.2結(jié)構(gòu)〔自重線載荷1.2.3風(fēng)載荷由實(shí)際結(jié)構(gòu)計(jì)算得出〔一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)實(shí)際迎風(fēng)面積為：〔應(yīng)為As=2<1.508×0.076+0.587×0.075+0.775×0.0268>+0.587×0.063+1.508×0.06=0.486桁架輪廓面積：結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面充實(shí)率；<需改>型鋼桁架結(jié)構(gòu)充實(shí)系數(shù)0.3～0.6,取；〔φ與φ應(yīng)一致根據(jù)安裝高度與結(jié)構(gòu)形式確定風(fēng)載體形系數(shù)C；型鋼構(gòu)成平面桁架風(fēng)力系數(shù)C=1.6～1.7,取C=1.6；標(biāo)準(zhǔn)節(jié)為兩桁架并列的等高結(jié)構(gòu),則總迎風(fēng)面積為：A=式中,〔前片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積〔后片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積μ1=1μ2：按前片結(jié)構(gòu)的φ1=0.5和間隔比a/b=1確定折減系數(shù)μ2=0.5代入上式,則總迎風(fēng)面積為：1.2.3最大風(fēng)力線載荷按下式求得〔？式中：；工作風(fēng)壓系數(shù)風(fēng)載荷的計(jì)算依據(jù)GB3811-2008；由GB3811-2008表15得,按照在沿海等地方選取。工作狀態(tài)風(fēng)力線載荷〔？1.2.3根據(jù)GB3811-2008表18得Ⅲ,計(jì)算取,由表19得Kh=1,則：〔？根據(jù)GB3811-2008表19確定的風(fēng)壓高度變化系數(shù)Kh,計(jì)算得到導(dǎo)軌架各風(fēng)壓段的計(jì)算風(fēng)壓線載荷值。表1-2計(jì)算風(fēng)壓線載荷隨導(dǎo)軌高度變化參數(shù)表導(dǎo)軌架安裝高度〔m風(fēng)壓高度變化系數(shù)Kh計(jì)算風(fēng)壓線載荷〔kg/m≤101.062.39201.1370.50301.3282.35401.4691.09501.5797.95601.67104.19701.75109.18801.83114.17901.90118.541001.96122.281102.02126.031202.08129.771302.13132.891402.18136.011502.23139.13本計(jì)算書取導(dǎo)軌架頂部的計(jì)算風(fēng)壓作為整機(jī)全高的定值風(fēng)壓。1.2.4結(jié)構(gòu)的起升沖擊載荷結(jié)構(gòu)起升沖擊系數(shù)的確定：由GB/T10054-2005得載荷沖擊系數(shù)為1.1+0.264v,式中v為額定提升速度〔m/s?！矐?yīng)為1.1+0.264v=1.245結(jié)構(gòu)線載荷形成的沖擊載荷：1.2.5吊籠滾輪在導(dǎo)軌架〔主弦桿上的摩擦力:正常狀態(tài)下,由于吊籠重心偏離滾輪,所以滾輪與導(dǎo)軌主弦桿間存在摩擦力；當(dāng)起升重物向外偏離吊籠中心線,達(dá)到外偏位置時(shí),摩擦力最大。在下圖中：:吊籠自重〔kg；:額定載重量〔kg圖1-2受力簡圖對A或B點(diǎn)取矩求出摩擦力:〔0.04改為0.075式中：f:滾輪與主弦桿間摩擦系數(shù),取0.075;η:軸承摩擦系數(shù),取0.015;d:滾輪軸徑d=30mmD:滾輪直徑D=88mm:附加阻力系數(shù),取=1.2.因摩擦力F=27.17kg與導(dǎo)軌架整體受力相比較是很小的,故忽略?！膊粦?yīng)忽略1.3標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截面幾何特性及許用應(yīng)力1.3.1單肢桿特性引用材料力學(xué)[12]公式計(jì)算1.3.1截面積：慣性矩：慣性半徑：長細(xì)比：查表得穩(wěn)定系數(shù)：=0.9681.3.1截面積：〔2.23應(yīng)為2.13慣性矩：慣性半徑：長細(xì)比查表得穩(wěn)定系數(shù)：=0.6301.3.2整體特性截面積：A=4=4×8.51=34.04；慣性矩：；慣性半徑：；抗彎模量：1.3Q235材料的許用應(yīng)力為2350,取安全系數(shù)〔應(yīng)按GB3811P35表22中的B、C兩種組合分別取值,按公式計(jì)算可得到：1.4工況確定1.4考慮到施工升降機(jī)的各種工作狀況,共列出12種工況。加入動(dòng)載系數(shù),分別計(jì)算各工況的軸向極限載荷N值〔均取滿載值。工況Ⅰ：雙籠同時(shí)滿載啟動(dòng)上升；=〔3700+3700×1.145+106.3×150=24418kg工況Ⅱ：雙籠同時(shí)滿載下降制動(dòng)；=〔3700+3700〔2-1.45+106.3×150=22272kg工況Ⅲ：一籠滿載上升,一籠滿載下降制動(dòng)；=3700×1.145+3700×〔2-1.145+106.3×150=23345kg工況Ⅳ：一側(cè)吊籠滿載上升,另一側(cè)停止；=3700×〔1+1.145+106.3×150=24251.5kg〔應(yīng)為1.245工況Ⅴ：一側(cè)吊籠滿載下降,另一側(cè)停止〔空中；〔2-+=3700<2-1.145>+3700+150×106.3=22808.5kg〔應(yīng)為1.245工況Ⅵ：一側(cè)吊籠滿載下降,另一側(cè)靜止于地面；=〔2-=3700<2-1.145>+106.3×150=19108.5kg〔-φ？工況Ⅶ：一側(cè)吊籠滿載上升,另一側(cè)靜止于地面；=+=3700×1.145+106.3×150=20181.5kg〔應(yīng)為1.245工況Ⅷ：兩側(cè)吊籠滿載停于空中；=++=3700+3700+106.3×150=23345kg工況Ⅸ：兩側(cè)吊籠停于地面；==15945kg工況Ⅹ：安裝時(shí),雙籠同時(shí)動(dòng)作,其中上升時(shí)受力大；=〔++=1700×2×1.145+106.3×150=19838kg〔應(yīng)為1.245工況Ⅺ：安裝時(shí),一側(cè)吊籠動(dòng)作,另一側(cè)停于地面；=+=1700×1.145+106.3×150=17891.5kg〔應(yīng)為1.245工況Ⅻ：安裝時(shí),一側(cè)吊籠動(dòng)作,另一側(cè)停于空中=++=1700×1.145+1700+106.3×150=19591.5kg〔應(yīng)為1.2451.4在以上工況軸向力計(jì)算中,假定的都是可能出現(xiàn)的各種工況。綜合計(jì)算結(jié)果相比較,工況Ⅰ受力最大,需校核強(qiáng)度和剛度；工況Ⅶ受傾翻力矩較大,即所受彎矩較大；工況Ⅸ的非工態(tài)承受最大風(fēng)載荷,也需校核。所以選上述三種典型工況作為本機(jī)的計(jì)算工況,校核整體穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,并將其分別定義為工況1、工況2和工況3。1.4.3計(jì)算典型工況下結(jié)構(gòu)工況1：結(jié)構(gòu)端部彎矩；橫向載荷引起的彎矩；0；工況2：0.325=1202.5kg.m0.88=0.88×3700=3256kg.m=0；=0工況3：；0；1.5導(dǎo)軌架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性校核1.5.1確定最大自由工作高度<第一附著支撐點(diǎn)設(shè)最大自由工作高度為h=12m,自重作用于結(jié)構(gòu)頂部。1.5.1.1導(dǎo)軌架長細(xì)比：〔查結(jié)構(gòu)力學(xué)查表得穩(wěn)定系數(shù)為=0.8791.5.1.2風(fēng)載荷對導(dǎo)軌架根部彎矩及應(yīng)力校核==1/2×19.50×12×12=1404kg.m本結(jié)構(gòu)為雙向壓彎結(jié)構(gòu),采用下面的〔鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算公式進(jìn)行校核：在本結(jié)構(gòu)中：?。?1；=1；CY=1;；;1.5.1又；；將上述數(shù)據(jù)帶入公式中得：〔=？〔=？即在工況1條件下,是安全的。1.5.1.4計(jì)算工況2下；1202.5kg·m；3256kg·m；；?！?？〔=？所以,本結(jié)構(gòu)在條件2下也是安全的。1.5.1；；；；〔62.39應(yīng)為139.13=·h=92.84×12=1114.08kgkg/所以,本結(jié)構(gòu)在工況3條件下是安全的〔非工作狀態(tài)結(jié)論：導(dǎo)軌架自由工作高度在12m以下時(shí),不加附著支撐是安全的。本升降機(jī)規(guī)定自由工作高度≤7.5m,是偏安全的。1.5.2確定第一附著支撐后的最大工作高度〔第二附著位置1.5.2為保證導(dǎo)軌架整體結(jié)構(gòu)在工作時(shí),其受力狀態(tài)差異不太大,應(yīng)使整體結(jié)構(gòu)具有的長細(xì)比相差不大。取由===60可得式中帶中間支承的等截面壓桿的計(jì)算長度系數(shù)。經(jīng)驗(yàn)計(jì)算：時(shí),所以,取,因最大自由高度為12m,則附著支撐之間的間距為9m。本升降機(jī)規(guī)定附著支撐之間的間距為6m左右,是偏安全的。結(jié)構(gòu)長細(xì)比：=可取查表得1.5a>工作狀態(tài)最大風(fēng)載荷對第一支承點(diǎn)處產(chǎn)生的彎矩：b>工作狀態(tài)最大風(fēng)載荷對導(dǎo)軌架根部產(chǎn)生的彎矩：c>非工作狀態(tài)最大風(fēng)載荷對第一支承點(diǎn)處產(chǎn)生的彎矩〔取20m高處風(fēng)載：〔62.39應(yīng)為139.13d>非工作狀態(tài)最大風(fēng)載荷對導(dǎo)軌架根部產(chǎn)生的彎矩〔取20m高處風(fēng)載：〔62.39應(yīng)為139.131.5.2.3在計(jì)算工況1條件下的所受最大軸向載荷：；；；；將上述數(shù)據(jù)代入公式可得：<?>所以,本結(jié)構(gòu)在工況1條件下是安全的。1.5.2.4在計(jì)算工況2條件下的；；;;帶入公式得:所以,本結(jié)構(gòu)在工況2條件下也是安全的。1.5.2；=·h=92.84×9=835.56kg所以,本結(jié)構(gòu)在工況3條件下是安全的〔非工作狀態(tài)。結(jié)論：本結(jié)構(gòu)在工作高度不超過21m時(shí),結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性可以保證,若超過21m時(shí),需在21m處加第二附著支撐。1.51.5.3.1確定附著支撐之間的間距,為保證結(jié)構(gòu)的附著支撐具有一定的規(guī)律性,各附著支撐之間的間距相等,均為9m。圖1-3附著支撐結(jié)構(gòu)簡圖取所以若不考慮結(jié)構(gòu)的受載過程中橫向載荷的影響,其第一附著點(diǎn)A恰為結(jié)構(gòu)彎曲中心反彎點(diǎn),故可把圖a簡化為圖b。現(xiàn)在簡化條件下考核該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)因橫向載荷僅為風(fēng)載荷,故失真性不大。簡化后結(jié)構(gòu)高度,,由GB3811-2008中表J.1查得：計(jì)算長度：長細(xì)比:查表得：1.5.3.2風(fēng)載核對第二附著支工作狀態(tài)：非工作狀態(tài)：〔62.39應(yīng)為139.131.5.3；；將上述數(shù)據(jù)代入公式可得：所以,本結(jié)構(gòu)在工況1條件下也是安全的。1.5；；；；；；帶入公式得：所以,本結(jié)構(gòu)在工況2下也是安全的。1.5.3.5計(jì)算工況3條件下的整體穩(wěn)定〔62.39應(yīng)為139.13所以在工況3條件下結(jié)構(gòu)也是安全的。結(jié)論：結(jié)構(gòu)在工作高度超過30米時(shí),須在30米處加第三附著支撐。由于結(jié)構(gòu)受力的一致性,在30米基礎(chǔ)上每增加9米,增加一個(gè)附著支撐。其計(jì)算與第三附著支承相同,不另證明。需要說明的是,在以上穩(wěn)定性校核中,結(jié)構(gòu)所受的豎向力均按最大高度H=150m工況的軸力進(jìn)行計(jì)算的,雖有些保守,但對校核結(jié)果偏安全。1.6結(jié)構(gòu)的單肢桿件受力計(jì)算1.6.1主弦桿計(jì)算1.6.1==2538.02Kg·m則,工作狀態(tài),安全1.6.1則非工作狀態(tài),安全綜上所述,主弦桿滿足強(qiáng)度要求。1.6因工作狀態(tài)只有風(fēng)載產(chǎn)生橫向力,但其值很小。故只檢驗(yàn)非工作狀態(tài)風(fēng)載產(chǎn)生的內(nèi)力。由對標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的分析知腹桿與框架連接處最危險(xiǎn)；斜腹桿與框架的夾角；風(fēng)載產(chǎn)生的橫向力；腹桿軸向力；腹桿的應(yīng)力；所以,腹桿滿足強(qiáng)度要求。1.6.3主弦桿厚度的校核主弦桿選用.5的無縫鋼管制造,接頭部位管內(nèi)徑為6.85mm。主弦桿截面積：最底一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)受力為：則有：所以壁厚為4.5mm的鋼管滿足強(qiáng)度條件。1.7標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接螺栓強(qiáng)度計(jì)算選用M24的8.8級六角螺栓,考慮到工作時(shí)的偏心受載,螺栓在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)兩側(cè)受拉。因此,按工況2計(jì)算：；；；實(shí)際受力狀況：螺釘?shù)拿娣e；〔按M24計(jì)算8.8級螺栓、螺栓的屈服極限；〔是屈服極限,不是許用應(yīng)力所以該螺栓連接是安全的。2吊籠籠架強(qiáng)度校核2.1籠架承受的總載荷其中a=1.5,b=2.2〔？〔1.145應(yīng)為1.245籠架承受的總載荷由4根主梁分擔(dān)P=0.25×2790kg×10N/kg=6975N2.2籠架受力分析吊籠內(nèi)裝載額定載重量,載荷重心位置沿吊籠寬度方向,向遠(yuǎn)離導(dǎo)軌架方向偏離六分之一寬度處設(shè)置。<參見圖1-2>〔？由于籠架中主槽鋼、頂槽鋼和斜槽鋼均采用12#槽鋼制成,由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》查得槽鋼彎曲的強(qiáng)度條件為：滿足彎曲強(qiáng)度條件,選用的型鋼符合要求2.3關(guān)鍵連接焊縫強(qiáng)度校核吊籠連驅(qū)動(dòng)耳板處焊縫校核圖2-1吊籠連驅(qū)動(dòng)耳板處焊縫示意圖焊縫一：如圖所示,外力與焊縫長度方向平行,其中：；焊縫的計(jì)算長度=<100-10>mm,即焊縫的實(shí)際長度減10mm,將數(shù)值代入公式得：〔1.145應(yīng)為1.245所以焊縫一滿足強(qiáng)度要求。焊縫二：如圖所示,外力與焊縫長度方向垂直,,其中：；焊縫的計(jì)算長度=<135-10>mm,即焊縫的實(shí)際長度減10mm；正面直角角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù),對承受動(dòng)力載荷的結(jié)構(gòu),將數(shù)值代入公式得：〔應(yīng)為1.245所以焊縫二滿足強(qiáng)度要求。2.3.2驅(qū)動(dòng)架連接耳板處圖2-2驅(qū)動(dòng)架連接耳板處焊縫示意圖如圖所示：外力與焊縫長度方向平行,其中：；焊縫的計(jì)算長度=<120-10>mm,即焊縫的實(shí)際長度減10mm；將數(shù)值代入公式得：所以焊縫滿足強(qiáng)度要求。安全鉤板處焊縫校核外力與焊縫長度方向垂直,,其中：；焊縫的計(jì)算長度=<100-10>mm,即焊縫的實(shí)際長度減10mm；正面直角角焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值增大系數(shù),對承受動(dòng)力載荷的結(jié)構(gòu),