4510t-19.5m桥式起重机桁架梁主桁架结构及工艺设计

45/5T195M桥式起重机桁架梁主桁架结构及工艺设计摘要桥式起重机是应对产业机械化的一种快速搬运货品的机械装置，桥式起重机横跨在厂房上方，通过小车和吊钩可以实现在厂房的三维空间里任意移动，这样就为搬运各种零件或毛坯等提供了方便。桁架结构能在保证正常运输和移动的条件下，节省生产成本、减轻重量，同时还有易安装的特性等等，从而桥式起重机的主梁广泛地应用桁架结构。不过桁架结构侧向刚度小、结构空间大、焊接位置多等缺点，这些缺点需要通过校核和工艺分析来把控，使设计达到要求。为了使主桁架不发生失稳破坏和扭曲变形，确保在运行状态中其挠度值不能大于规定的挠度值，必须用这些参数的许用值来控制计算结果，从而使桁架达到要求，这种方法叫做许用应力法。也是我们此次设计所主要采用的方法，还包括YXX（YXX）法等等。本次设计包括以下内容首先进行计算，这一步包括了确定设计参数，然后通过YXX法，求出其各构件受力的情况，确定出所受最大内力的构件，以此构件为标准选取合适大小参照面的构件，再通过用料和稳定性选取合适的角钢，根据需要添加协同块或者上挠等等。本次设计选用型桁架，其具有竖杆（SG）的三角形体系，能更稳上上上上定的承受载荷。考虑到本次设计主桁架跨度为195M，需要通过上挠来保重机的稳定运行。另外，主桁架长度较大，为满足需要，焊接时可以用不同长度的型钢对接成合适的尺寸。关键词主桁架，许用应力，YXX，CO2气体保护焊MAINTRUSSSSTRUCTUREANDPROCESSDESIGNOF45T225MTRUSSEDCRANEABSTRACTBRIDGECRANEISARESPONSETOTHEMECHANIZATIONOFINDUSTRYOFAFASTMOVINGGOODSMACHINERY,BRIDGECRANESPANOVERTHEFACTORY,BYCARANDHOOKCANBEIMPLEMENTEDINANYMOBILEWORKSHOPINTHETHREEDIMENSIONALSPACE,THUSPROVIDEDCONVENIENCEFORHANDLINGVARIOUSPARTSORBLANK,ETCTHETRUSSSTRUCTURECANENSURENORMALTRANSPORTANDMOBILECONDITIONS,SAVEPRODUCTIONCOSTS,REDUCEWEIGHT,ASWELLASTHECHARACTERISTICSOFEASYINSTALLATION,ANDSOON,ISWIDELYUSEDTOBRIDGECRANEGIRDERTRUSSSTRUCTUREBUTSMALLLATERALSTIFFNESSOFTRUSSSTRUCTURE,SPACESTRUCTURE,SUCHASWELDINGPOSITIONMOREDISADVANTAGES,THESESHORTCOMINGSNEEDTOCHECKANDPROCESSANALYSISTOTHECONTROLINORDERTOBUCKLEFAILUREANDDISTORTION,TOENSURETHATTHERUNNINGSTATEOFITSDEFLECTIONVALUEOFTHEDEFLECTIONVALUEISNOTGREATERTHAN,MUSTUSETHESEPARAMETERSTOCONTROLTHEALLOWABLEVALUEOFTHECALCULATIONRESULTS,WHICHMETTHEREQUIREMENTOFTHETRUSS,THISMEASUREISCALLEDTHEALLOWABLEPRESSUREWAYITISALSOTHEMAINMETHODOFOURDESIGN,INCLUDINGTHEINFLUENCELINEYXXMETHODANDSOONCALCULATED,THEPLANHASTHEFOLLOWINGCONTENTSFIRSTOFALL,THISSTEPINCLUDESTHEDESIGNPARAMETERS,ANDTHENTHROUGHTHEYXXMETHOD,FINDOUTTHESITUATIONOFEACHBARSTRESSDETERMINEDBYTHEMAXIMUMINTERNALFORCEOFTHEBAR,BARISTHESTANDARDTOSELECTSUITABLESIZEOFSECTIONBAR,ANDTHENTHROUGHTHEECONOMYANDSELECTAPPROPRIATEANGLESTABILITY,SOTHENEEDTOADDTHEBLOCKORADDTOGETHERTHEARCH,ANDSOONTHEDESIGNISWITHACURVETHATHASAVERTICALBARSGWITHATRIANGULARSTRUTSYSTEMTHATCANWITHSTANDLOADSMORESTEADILYWENEEDTOUSETHEARCHTOSTABILIZETHEMACHINEINADDITION,THEMAINTRUSSISALARGELENGTH,WHICHISSUITABLEFORTHEWELDINGOFDIFFERENTLENGTHSOFSTEELKEYWORDSMAINTRUSS,PERMISSIBLESTRESS,INFLUENCELINE,CO2GASSHIELDEDWELDING目录符号说明V前言1第一章主桁架参数计算及确定211主桁架主要设计尺寸的确定212主桁架基本载荷的确定413主桁架许用值的确定6第二章桁架各构件内力分析计算721各构件内力YXX的绘制及内力计算722各构件内力表的绘制19第三章桁架各构件的参照面设计及面积计算2131设计说明2132受压构件的设计21321LG的校核与设计22322SG的校核与设计23323SXG参照面的设计2433中心受拉构件XXG的设计26第四章桁架节点的设计2841节点WS的设计2842连接块和协同块的设计计算29第五章桁架整体刚度校校核及上挠设计3451整体刚度校核3452上挠设计35结论39参考文献40致谢41符号说明QT起重量XG小车重量LM上上IN单位力作用于跨中时各杆件内力V/IN上上上上P1轮压T上上上Q/LTM上上上上上上上上P2T上上上上上B上上上上L计上上上上DM上上上AMM2上上上上N数上C主长度M上上上上上上上W上上上上上上HM上上均LQ上上上上上上上上上上上上布载荷（T/M）长度M1H上上上上上上杆上上上上上上上上上上上上上上节MM上上上QL上上重T/M上上上上上K角寸上上上上上QL下M/T上上上上上上上TG操操纵室重量RT上上上上上上上上上上T上上上上上上IU下弦杆IXXG/QTM上上上上上上IO杆上上P惯水T上上上上上上上IV上上QT上上上上上上上上上F上上上上上上上上上上上D力系数上上上上上上C系数上上上上上上上NP起的内T上上上上上上上M节中弯TM上上上上上上上力T2Q上上上上上上上上上上的节点弯TM上上上上上上R竖荷上上上上上上上上MMWL上上上上荷引起PN上上上上上上上上上上的内力（T）UT上上上NQ惯荷引上上上上上上上上上上起力T上上R惯1上上上前言随着工业规模越来越大和大型国防设备升级换代越来越快，越来越多的产品趋向于大型化，随之而来招致桥式起重机使用越来越普遍。桥式起重机是生产中不能或少的辅助设施，不仅很大程度上提高了生产效率，也对我们国家综合国力的提高起着重要的作用。但是桥式起重机设计复杂，工艺要求高，所以在此研究桥式起重机桁架梁主桁架有着积极的意义。本次桁架梁的设计从以下六个部分来进行。（一）根据设计的基本参数，计算出桁架梁的主要设计尺寸、基本载荷和主桁架许用值。（二）对所有构件通过YXX法进行内力计算（三）根据最大内力杆设计各构件的参照面积（四）设计节点处焊缝（WS）相关参数，并根据实际需要考虑是否选用协同块（五）对桁架梁进行刚度校核，并依据跨度长短决定能否上挠及上挠参数的确定。为保证各构件符合要求，不能发生失稳破坏和扭曲变形，确保在运行状态中其挠度值不能大于规定的挠度值，必须用这些参数的许用值来控制计算结果，从而使桁架达到要求，这种方法叫做许用应力法。也是我们此次设计所主要采用的方法，还包括YXX法等等。另外，我们使用了较多前辈总结的几何算式来进行计算，虽然难免存在误差，但这样能保证构件在理论条件下能进行使用。之后我们利用计算得来的数据进行绘图，利用不同的比例绘制了桁架梁主桁架的示意图。但由于此次设计产品不用于实践工作，此次计算还有校核过程中的精度要求不是很高。在用料校核方面，要求有所降低。表11原始数据起重量Q（T）均布载荷QY（T/M）集中载荷GQT/5008008510第一章主桁架参数计算及确定11主桁架主要设计尺寸的确定一、设计参数本次设计的产品是45/5T195M桥式起重机桁架梁主桁架，本次设计的起重机起重量是45/5T，跨度为195M，所需参数的原始数据1见表11所示。桁架梁均布载荷值、集中载荷值、冲击系数2以及动力系数分别由表12、表12、表13查得。起重量QT45/10跨度LM195工作级别A5运行速度VM/MIN90主桁架自重QL（T/M）QL5/100L驱动方式集中驱动轮数N4小车重量GXT8轮距BMM2500T1MM1100T2MM100桁架用材Q235表13冲击系数K值二、主要参数折线形桁架优点为节约材料，起重量大，易于安装成型。本次设计起重量较大，所以选用折线型桁架体系2。根据经验公式算的以下参数2。1主桁架高度H由经验公式H（152）L则H（13001625）MM取H1600MM2梁身自重均布载荷QLQLQ（L5）/100L0335T/M3分段数NNL/D12188,取N124分段距离DDN1625MM1952取DH1600MM5斜杆LG与弦杆的夹角ARCTAN（DH）ARCTAN（）451606端部高度H1H1（0406）H取H104H640MM7倾斜段长度CC（0102）L（0102）19519539M试取C2D05H121605064352M8主桁架简易示意图见图11所示。运行速度（M/S）20冲击系数K10111213表14动力系数值工作级别A4（轻级）A5（中级）A6（重级）D111213表13冲击系数K值12主桁架基本载荷的确定主桁架所受载荷情况复杂，本次设计主要从固定均布载荷和移动均布载荷两方面确定主桁架的基本载荷。一、固定均布载荷1主桁架自重QLQ（L5）/100L0335T/M201952上下水平桁架自重Q上LQ下3QL0335T/M0112/M3大车运行机构重量均布载荷QY012T4驱动件重量GQ20T5将驱动件重量折算成的均布载荷QLG0103T/M201956操纵室重量G操12T7操纵室重量折算成的均布载荷QCG操/L0062T/M21958冲击系数K12总均布载荷QLKQK（QLQ传/2Q上L/2Q下/2QQQC）12033500600560056010300620086T/M二、移动集中载荷1垂直方向的载荷1小车自重GX8T2起重量Q45T取3提升动力系数D12。总移动集中载荷RGX/2DQ/231T845124轮压P1、P2图11主桁架简易示意图方向性质类型垂直均布QL0806T/M集中R31T，1P1736T，21364T水平均布Q惯0088T/M集中P惯265TP11736T2RTB31405P2RP11364T2水平方向的载荷P惯265T0XQG三、桁架梁的载荷组合情况表15桁架梁的载荷13主桁架许用值的确定一、构件的应力许用值材料选用Q235钢3，已知载荷组合为类，则安全系数为N133，屈服强度S235N/MM235MPA，17669N/MM1803KG/MM4。SN235122二、构件的许用长细比为了防止构件失稳，需要控制构件的长细比在一定范围，具体参数见表16所示。三、主梁的许用挠度F跨中2786MM70L四、上弦杆（SXG）局部弯矩M节中4629NM16PDM节点2314NM12第二章桁架各构件内力分析计算表16各杆件极限长细比5杆件名称值压杆拉杆弦杆120150竖杆120150斜杆150200本次设计的第二部分内容是对桁架各构件的内力进行分析计算，采用的方法是YXX法6，即单位移动载荷对某一量值的影响，以便找出最大受力杆，进行参照面的设计。21各构件内力YXX的绘制及内力计算一、主梁的内力计算简图主梁的结构为对称结构，故内力简图只需要整个主桁架的一半，见图21所示。二、构件的内力YXX绘制及内力计算61、SXG内力YXX绘制及内力计算（1）O2作参照面，力矩点为U1与U2的交点。1单位载荷14在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，上上上,可以求出。，选见图22所示。2AHRD2/AODRH上上上Y32LDH上167219526上图21内力计算简图Y3惯Y42D/HYX2DO图22SXGO2和O3内力YXXY414162LDBH上1952652上Y惯15581T上1上WW1630232YL2上6795上（2）O4作参照面，力矩点为U2与U3的交点单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，上上上，可以求出。4AHRD4/AODHR单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，2上上上，可以求出。48B48/BO4与O5的YXX相同。见图23所示。Y326884LDH上19546上Y42176BD上12549上Y惯24614LTH上6上WW2620832Y2上8195上（3）O6作参照面，力矩点为U3与U4的交点5单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，由YXX上上上Y3惯Y44D/H4YX4DO图23SXGO4和O5内力YXX定义得,可以求出O6RA。6AOHRD单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，由YXX5上上上定义得，可以求出。见图24所示。6B6/BDRHY36LDH上3048195上Y422746LDBH上1956256上Y惯27061T1上WW2971832YL2上04895上2、下弦杆（XXG）内力YXX绘制及内力计算（1）U1作参照面，力矩点为O1与O2的交点。1单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，由YXX上上上的关系得,可以求出。2AHRD2/AUDRH单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，1上上上，可以求出。XXG内力计算简图见图25所示。2B2/BXXG内力YXX见图26所示。根据计算，可得H11MY11807LDH1956Y3惯Y46D/HYX6DO图24SXGO6内力YXXY21555LDBH195621WW1Y80717618（2）U2作参照面，力矩点为O3与O4的交点2单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，由YXX上上上关系得,可以求出。23AHRD2/AUDRH单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，由YXX上上上关系得，可以求出。XXGU2内力YXX见图2729B29/B所示。图25XXGU1内力YXX计算简图图26XXGU1内力YXX1H1D2HH02Y122623LDH19536Y21878B253WW220541YL269（3）U3作参照面，力矩点为O5与O6的交点4单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为研究目标，由YXX上上上关系得,可以求出。35AHRD3/AUDRH单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为研究目标，由YXX4上上上关系得，可以算出。37B37/BXXGU3的内力YXX见图28所示。5D/HYXY1Y25DOY12955LDH1956Y2231B25图28XXGU3内力YXX线图27XXGU2内力YXXWW2876212YL953、LG内力YXX绘制及内力计算LGD1和D2的YXX计算简图见图29所示。（1）D1作参照面，R12398MA33M0单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，上上上,可以求出。LGD1的内力YXX见图210所示。1ARRA11/ADARY314681LDAR上9563298上Y413181B上5上WW1688232YL上69（2）D2作参照面，R23324M1图210LGD1内力YXX图29LGD1和D2内力YXX计算简图单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，1上上上,可以求出。2ADRRA22/ADARR单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，由YXX上上上关系得,可以求出。LGD2的内力YXX2BL（）22/BLARR（）见图211所示。Y105632DLAR1695324Y20832Y307032LDBAR19562534上W2776311Y0731601965W08453312DY732上上上（3）D3作参照面，采用切力法单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，由YXX上上上关系得,可以求出。3ASINR3/ADRSIN单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，由YXX2上上上关系得,可以求出。LGD3的内力YXX见图213所示。3BI3/BI图211LGD2内力YXX图213LGD3内力YXX100512SINDBL1625419Y20232IY310661SINLD上953164上Y40747IB上251上W0322231YD103606W7584233LY（4）D4作参照面，采用切力法单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，由YXX上上上关系得,可以求出。4ASINR4/ADRSIN单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，3上上上,可以算出。LGD4的内力YXX见图214所4BI4/BI示。Y1095SINLD19561Y207694IB42541Y301671SINDL上3169上Y40348上31SINDL365149上W64694112YD0348160952上W06744413YY34816上上（5）D5作参照面，采用切力法4单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，由YXX上上上关系得,可以求出。5ASINR5/ADRSIN单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，由YXX4上上上关系得，可以算出。LGD5的内力YXX见图215所5BI5/BI示。Y102834SINDBL162419Y20464I5Y308341SINLD上9164上Y406535IB上5251上图214LGD4内力YXXW136222314YD10461046183W6298233LY8954（6）D6作参照面，采用切力法5单位载荷在参照面的，选定参照面另一面为设计目标，上上上,可以求出。6ASINR6/ADRSIN单位载荷在参照面的，选定参照面为研究目标，5上上上,可以求出。LGD6的内力YXX见图216所示。6BI6BIY10718SINLD19145Y205366IB62514Y3034915SINDL上19上Y4058I上64上W643511462YD071860718625图215LGD5内力YXXW0901144162YD071860586254、SG内力YXX绘制及内力计算SGV1的YXX见图217所示。13YW2D16123Y22各构件内力表的绘制一、相关计算公式及数据1、计算公式12PNYQLNWQW惯惯PY惯惯惯YXY35DO图217SGV内力YXX图216LGD6内力YXXQPQPNN惯惯2、数据QL081T/MP11736TP21364TP惯265TQ惯0088T/M二、各构件内力表绘制各构件内力表绘制见表21所示。第三章桁架各构件的参照面设计及面积计算在上述内力分析之后，我们利用LG、SG和弦杆的最大受力杆进行校核，在满足刚度、强度和用料条件下，设计出合适的参照面积，进而选择合适的角钢。31设计说明在进行参照面设计时，为了设计结果满足所有构件。我们都是以最大受力件为参考进行设计，最大受力件见表31所示。32受压构件的设计本次设计主要通过试取参照面面积值，选取角钢，再进行校核。若校核不符合要求，重复试取，直到合适。一、稳定性公式设计所需的稳定性15公式如下31MAXAXNAI32IWM2DAXAX上述式中，各符号代表含义见表32所示。表31选取最大受理杆件杆件类别最大受力件上弦杆杆件O6下弦杆杆件U3斜杆杆件D1竖杆随意选择刚度是通过许用值法来保证的，校核公式为33RL计三、强度公式强度也是通过许用值法来确定构件的强度满足要求，校核公式为34IANMAXAX321LG的校核与设计已知D1的内力最大NMAX467T46700KGMAXS/N235/13317669N/MM1803KG/MM221试取07，得A37002MM2MAXN取A实137441MM28，选用8，查得回转半径为上上上上160495MM，L1727M，349R21DHLR72495349根据查焊接手册8，可得实20910表32刚度校核公式各个代数符号的意义MAX类载荷作用，杆件受的最大应力NMAX杆件的最大内力中心受压杆件的稳定性系数D起重机运行冲击系数M节中轮压引起的节中弯矩W2抗弯截面系数许用应力A截面面积MAX13432MP，满足强度要求MAXAXNA而10024，用料不满足要求。A2试取09，得A28779MM2MAXN取A实231502MM2，选用等边角钢7，查得回转半径6为160R498MM，L1727M，3471DHLR72498347根据5查焊接手册，可得实20918MAX15826MP，满足强度要求。MAXAXNA而100104，虽然用料不太满足要求，但A1769582可以使用。所以选用型号的钢。上上上上0322SG的校核与设计已知SG的内力均相等，NMAX18656T18656KG根据MAX1试取07，得A15574MM2MAXN上上上上根据查焊接手册，可得实20852MAXAXAXA13722MP，强度满足要求。而MA1002245，用料不满足要求。2试取09，得A11497MM2MAXN取A实215126MM2，选用，查得回转半径为上上上上801R242MM，LR7141724根据查焊接手册，可得实20745MAXMAXAXNA16224MP，强度满足要求。1865074而A100825，经济性5不太满足要求，92但已经是最佳选择，可以使用。所以选用型号的钢。上上上上801323SXG参照面的设计SXG参照面见图31所示。稳定性所需要公式节中ANMAX2WMD节中AX分段MAXAX1D节间式中动力系数9D12，1YXI，2XI。已知L计1600MM，NMAX10059T100590KG，120，M节中4629TM，M节点2314TM图31SXG参照面形状1试取106，得AMAXN92984MM21059683选取62013MM2，选用220016边角钢。1A查表得，R618MM，236615，554CM，1446CMXI4C2Y12YB1YXIW2327268361543M2XI28542063194RL计1608由查表8得09731实节中MAXANMAX2WMD节中148381059736214629085MAX14838KG/MM，不满足稳定性要求。虽用料有所欠缺，不过已经是最优选择。故选择边角钢。01633中心受拉构件XXG的设计XXG参照面见图32所示。已知XXGU3的内力最大，选择U3为研究对象。需要满足公式MAXMAXNANMAX10602T106020KG。L计2D216M32MAMAX588020MM21062831试取角钢214012为XXGA实132512MM2，MINR431MM图32XXG参照面形状校核刚度MINR计L742551803用料不满足要求。2降低A实1，试取角钢216010为XXGA实231502MM2MINR498MM校核刚度MINR计L6426D1600MM，协同块12。40BMINL上上上上上2、XXG的协同块的设计由于80RMIN8049839842D3200MM，故。上上上上上上上3、SG协同块的设计已知SG选用单角钢,所以无需加协同块。4、LG协同块的设计已知SG选用单角钢,所以无需加协同块。表43节点板尺寸规格表节点板节点板规格/MM1梯形820X702X260X162矩形1020X340X163矩形110X330X164矩形600X320X165五边形309X560X420X166矩形600X320X16第五章桁架整体刚度校校核及上挠设计为了保障桥式起重机的平稳运转，必须进行桁架整体刚度校核，本次刚度校核采用许用值法。在校核合格后，针对跨度大于17M的桁架梁必须进行上挠，由设计参数查得，本次设计桁架梁跨度为195M，需要上挠13。由于本次设计的桁架梁是对称结构，所以本次加拱计算只需要计算其中一半的加拱值，另一半加拱值对应相等。51整体刚度校核校核公式如下FINPILEAF702786CM195上述公式符号代表含义见表51所示。各构件的名称用不同符号代替。上弦杆分别用O1、O2、O3、O4、O4、O6、O7表示，下弦杆分别用U1、U2、U3表示，斜杆分别用D1、D2、D3、D4、D5、D6表示。各杆件的总体刚度校核状况见表52所示。表51刚度校核公式代数式具体含义NP桁架各杆件所产生的内力NI单位力作用在跨中时桁架各杆件产生的内力LI杆件长度AI杆件的截面积EQ235钢的弹性模量由公式51得FLI2434MMF3214MM。所以刚度满足要AENP求。52上挠设计一、上挠值的确定其中跨中的拱值2145234MM，120LF23FM上表52总体刚度校核表杆件杆件号LICMIACMINKGNPKGINPILA（KG/CM）上弦杆O116062013000O2、O332062013116000179919983O4、O5320620132320007196799O6、O732062013348000161927985下弦杆U133383150207461193625615620U232031502152400099199443U3320315022540000275554009斜杆D117273150207695123129230160D2226231502040464643340905D322623150207071131210231522D422623150207071131210231522D522623150207071131210231522D622623150207071131210231522从主桁架的开始，用以下公式计算得上上IY上上上上上上上上上上NYFSIM式中，N为节点数，M为跨内分段数，且M12。各节点处上挠高度计算如下N0，Y00N1，Y1595MMN2，Y2115MMN3，Y31626MMN4，Y41992MMN5，Y52222MMN6，Y623MM各节点处的上挠值为表52所示上挠设计示意图如51所示二、上挠后各节点间的距离的确定图51上挠设计示意图上挠后分段距计算图见图52所示BD212HDBE22AB12DBCH22其中H1YI