10吨起重机单梁设计书

- 1 - 10 吨起重机单梁设计书 中华人民共和国国务院令（ 373）号特种设备安全监察条例 2008 起重机设计规范 2009 起重机械安全规程 起重机试验规范和程序 14405 93 通用桥式起重机 96 电气装置安装施工及验收规范 起重机电控设备 88 桥式和门式起重机 制造和轨道安装公差 1306 电动单梁起重机 88 起重机缓冲器 86 低压电器基本标准 起重设备安装工程及验收规范 86 控制电器设备的操作件标准运动方向 89 列起重机及冶金用绕线转子三相异步电动机技术条件 计工作条件 气温：最高气温 40；最低气温 湿度：最大相对 湿度 90% (3)地震：地震基本烈度为 6度 计寿命 起重机寿命 30 年 电气控制系统 15年 油漆寿命 10 年 计要求 全系数 n 5 载荷组合 n 荷组合 n - 2 - n 构传动零件安全系数 n 钢材的许用应力值（ N/ 表 1 钢号 厚度 s c 安全系数 16 235 1. 33 1640 225 060 215 0100 205 00150 195 345 16 345 625 325 536 315 650 295 0100 275 0 25 785 85 5100 540 360 40 101300 490 90 45# 355 55 40835 35 铸钢 00400 200 00 230450 230 30 270500 270 180 70 310570 310 10 - 3 - 340640 340 40 s c 栓连接的 许用应力值 （ N/ =350 缝的许用应力值（ N/ 对接焊缝 : w = (压缩焊缝 ) w = (拉伸 1、 2 级焊缝 ) w = (拉伸 3 级焊缝 ) w= /21/2(剪切焊缝 ) 角焊缝 : (拉、压、剪焊缝 ) w= 160（ 200（ 重机工作级别： 利用等级 作级别 构工作级别为 直载荷 升载荷 额定起升载荷： 20t 式起重机自重载荷 - 4 - 主梁： 端梁： 小车（包括电动葫芦）： 电气装置及附件（电控箱、电缆、大车导电挂架等）： 计： 起升载荷基本值： 20t 击系数 动冲击系数 1 起升速度： h=s 起动平均加速度 =起升、制动时间 t=2s） 制动冲击系数 1 1=1+a/g 式中 :g 重力加速度，取 g=m/1=1+a/g=1+2 根据 起 重机设计手册 当起升速度 .2 m/s 时 2=起重机大车重载走行速度为 s，s，轨道平顺程度良好，因此在运行中载荷的最大竖向冲击力将发生在轨道接缝处，则运行冲击系数 : 3= 式中 :h 轨缝高差， h=3=- 5 - 以上计算的三个冲击系数不会同时发生，因此我们在检算结构和机构的强度和稳定性时取起升载荷的冲击系数 = 平载荷 行惯性力 起重机或小车在水平面内进行纵向或横向运动起（制）动时，起重机或小车自身质量和总起升质量的水平惯性力，按该质量与运行加速度乘积的 5倍计算，此时取 5=来考虑起重机驱动力突变时结构的动力效应。 起重机大车横向走行紧急制动时惯性力： (制动时间取 t=6s) 空载时： F= 12960 20/60/6=1080 N 重载时： F=（ 12960+20000） 20/60/6=2747 N 小车纵向走行紧急制动时惯性力： (制动时间取 t=4s) 空载时： F= 1120 20/60/4=140 N 重载时： F= （ 1120+20000） 20/60/4=2640N 桥架尺寸的确定 车轴距 1/7 1/5)L=(1/7 1/5) 梁全长 4m 梁尺寸 由于起重量和跨度都偏大，宜选用箱型截面主梁 - 6 - 主梁跨中部分截面的理论高度为 H1=h=(1/14 1/17)L=(1/14 1/17) 梁两腹板外侧间距为： B h/3=梁翼缘板宽度取 00虑箱形梁内部焊接的要求，两腹板外侧间距取 b=660主梁整体稳定条件， 3b，实取 H1=h=1500腹板高度 50缘板厚度 0=16板厚度 1= 2=8梁工字钢下翼缘补强板取 16 130 高度 h=600 900 70虑大车轮安装 取总宽 20中翼缘板厚度 1=16板厚度 =6车轮距 W=3500梁总长 L=4000、端梁连接采用突缘法兰螺栓连接 梁截面几何性质 热轧工字钢 30 截面面积： A=103 性矩 : 850107y=445106- 7 - 截面抗弯系数 57105y=104面几何性质 梁 截面面积 A=8 720+2 6 900+2 6 400+2 100=44916心位置 x=350=（ 16 700 1508+2 8 966 1033+2 6 420 408+111400 241+16 130 8）/145176=426性矩 109y=108面抗弯系数 106y=106 端梁 截面面积（跨中） A=6 464 2+6 208+16 230+10 450=14432心位置 x=(6 464 13+6 464 227+6 208 114+16 230 115+10 450 235)/14432 =158- 8 - Y=(6 464 232+6 464 232+6 208 13+16 230 472+10 450 245)/14432 =284性矩。 108y=108面抗弯系数 106y=105梁钢结构强度、刚度、整体稳定性计算 算原则 根据这种结构形式的起重机的特点，可以不考虑水平惯性力对主梁造成的应力，及其水平平面内载荷对主梁的扭转作用也可以忽略不计。 主梁强度计算按第 类载荷进行组合。对活动载荷，由于小车轮距较小，可近似按一集中载荷计算。验算主梁跨中断面弯曲正应力和跨端断面剪应力。 主梁跨中断面弯曲正应力包括梁的整体弯曲应力和由小车轮压在工字钢下翼缘引起的局部弯曲应力两部分， 合成后进行强度校核。 梁的整体弯曲在垂直平面内按简支梁计算，在水平面内按刚接的框架计算。计算的依据为起重机设计规范、起重机设计手册及钢结构设计手册 荷计算 梁单位长度自重载荷： q=g=7850 628N/m 式中： K= =7850kg/ - 9 - 芦小车集中载荷（轮距较小，按合力计）： P=(1120+20000) 06976N 车制动引起的主梁水平惯性载荷 10810 20/60/12N/m 车制动主梁所受小车水平惯性载荷 (1120+20000) 20/60=10560N 梁钢结构强度、刚度计算及稳定性计算 梁钢结构强度计算 主梁下翼缘在小车轮压作用下，将产生局部弯曲变形和局部弯曲应力，通常在翼缘根部、轮压作用点和自由边都有较大应力，后两处更严重。 许用应力： = =力效应系数 1= 2=0= 4=20/60=用最大的 4=梁跨中垂直弯矩 : 4（ + P L/4） =(3628 225002/8 1000+206976 22500 4) =109 主梁跨中剪切力 : - 10 - F=1/2 4 P =1/2 206976=105N 梁支承力（小车在跨端）为 : 4 1/2 P (L = 1/2 3436 06976 ( =105N 梁跨中弯曲正应力为： 0= 109 426/109= 主梁跨端切应力为： 0=X /A=105N /950 8= 葫芦小车最大轮压 P=K/ 206976= 206976=84032N 式中： K= n=4； 梁工字钢下翼缘在轮压作用下的局部弯曲应力按下列公式计算为： 翼缘根部： 横向应力： 84032/342=向应力： 84032/342=压作用点： 横向应力： 84032/342=向应力： 84032/342=缘外边缘： 纵向应力： 84032/342=中： P=84032N； 度和， t=34 - 11 - 作用线与腹板一侧的水平距离， c=35 b=152 d= =c/ 0.5(有关的计算系数， 梁工字钢下翼缘在垂直载荷 作用下，同时产生整体弯曲应力和局部弯曲应力，其复合（折算）应力为： 轮压作用点： =（ 0+ 2+ 0+ 1/2 =（ 2+-（ 1/2 =缘外边缘： = 0+ 大车运行起、制动产生的水平惯性力按大车主动车轮打滑条件确定 梁均布 惯性力为： P =q/2 7=3628/14=259N/m 车载荷集中惯性力为： P = P/2 7=206976/14=14784N 车位于跨中时，桥架内力按水平刚架模型计算，计算系数为： +2 3(a+b)L 2 =1+2 3 ( 108/107 =- 12 - 梁跨中水平弯矩为： P L/4（ 1 + P (1 =1478 (1 259 (1 26548 主梁跨中水平剪切力为： =14784/2=7392车在跨端左侧极限位置 ，跨端水平剪切力为： L+ P （ 1- ） =245 +14784 (=16690N 车在跨端左侧极限位置 ，跨端水平剪应力为： C=C/A=16690/(700 16)= 考虑主梁应力组合，将小车置于跨中，这时一侧端梁总静轮压为： P)/2+ 3436 06976)/2+1061 4 =146224N 梁单位长度自重载荷： 7850 061N/m 式中： K= =7850kg/ A= ,查得 =重机偏斜运行侧向力为： 146224 311N - 13 - 7311 27942跨中水平弯矩之和为： M= 6548+12794=39342 2 主梁工字钢下翼缘在水平载荷作用下， 下翼缘轮压作用处的应力为： M=M（ c+d/2） /9342 1000 (35+)/ 109 = 翼缘外边缘的应力为： b= 1000 152/2/ 108 = 梁跨中的合成应力 主梁工字钢下翼缘在车轮轮压作用处和外边缘产生最大组合应力 轮压作用处 : = ( 0+ M+ + 0+ M+ 1/2 = (+ 1/2 = =缘外边缘： = 0+ b + =字钢翼缘外边缘应力较大，须在工字钢下表面纵向加一道补强板，宽度 130度16梁跨端的剪切应力 = 0+ C = =- 14 - 梁钢结构刚度计算 满载小车位于主梁跨中产生的静挠度为： : P 8206976 225003/48 105 109=L/700=中： P=206976N； L=22500 钢 E=105N/ 109 满载小车位于跨中时，由大车运行起、制动对主梁跨中产生的惯性位移： P 485 P 384=14784 225003/(48 105 108)+5 245/1000 225004 /(384 105 108)= =L/2000 =梁跨中产生的水平惯性位移过大 梁整体稳定性计算 箱形梁的宽度宜大于 L/60=22500/60=375梁实际宽度 660,主梁的高宽比h/b 3（ 1516/660=，主梁的整体稳定性不需验算。 梁钢结构局部稳定性计算 在剪应力、弯曲应力、局部正应力及它们 的共同作用下，有时会使主梁腹板局部失稳。在压应力作用下，使得翼缘板（盖板）失稳。防止局部失稳的通常方法是设置纵向筋及横向筋。 - 15 - =644/16=60, 纵向加设一道角钢 75 6； 满足要求 ,不再验算。 =950/8=80 160 应配置： 横向隔板 纵向加劲肋 按规定配置腹板加劲肋和横向隔板，间距 a=10002 900必验算，隔板中间不需开孔， 每侧腹板设置二道纵向加劲肋，加劲肋采用 50 5的角钢，详见主梁截面图 梁钢结构强度、稳定性计算 梁钢结构强度计算 在端梁的计算中，端梁主要承受主梁及载荷对它的垂直压力和起重机运行时对它产生的水平歪斜侧向力。主要验算端梁中央断面的弯曲应力和支承车轮处断面的剪切应力。端梁承受垂直载荷和水平载荷作用，按简支梁计算 载小车在跨端极限位置 梁支承力为： 105N 梁自重载荷为： 7850 061N/m 梁跨中垂直弯矩为： + 4 02/8=105 +1061 - 16 - =229075+1819=230894 支承车轮处断面 剪切力为： + 4 0/2=105/2+1061 =130900+2079=132979N 载小车在跨端 时，由大车运行起、制动的惯性力产生的端梁跨中水平弯矩为： b/ (a+b) P 2+ P 2L = 245 2+14784 ( (2 =7967 满载小车在跨端 时 ,近侧端梁总静轮压为： P(1)+1/2qL+206976 (1/2 3436 061 4 =195081+38655+4244=237980N 向力为： 238400 3840N 梁跨中水平弯矩为： 3840 1720 端梁跨中总的水平弯矩为： 7967+41720=49687 梁应力 跨中正应力： =x+y=230894 1000 284/108+49687 1000 158/ - 17 - 108= =承车轮处断面 剪切应力： =Y/(2 =132979/(2 16)= = 端梁稳定性计算 h/b=470/240=3 满足要求 翼缘板 0=240/6=40 60 腹板 =464/6=77 80 满足要求 为增加腹板稳定性，配置八块横隔板 7主、端梁连接计算 主、端梁连接采用承载突缘法兰板普通螺栓连接 突缘法兰板用 20900470 20900230 承载面积为 900230突缘法兰连接承受主梁支承力、垂直弯矩和水平弯矩作用，因突缘法兰板承载台阶足够大，所以主、端梁连接不作载荷计算 8桥架拱度 桥架主梁跨度中央的标准拱度值为： ，实取 .4 - 18 - 跨中央两边按曲线： y=1.4 2)设置拱度 9 主要技术参数 升 机构 额定起重量： 20t 起升高度： 9m 起升速度： 工作级别： 车运行机构 运行载荷： 20t 运行速度： 20m/工作级别： 车轮直径： 400最大轮压： 跨度： 轮距： 轨 道型号： 电动机： 功率 转速 1380r/制动转矩 动惯量 大车在轨道上稳定运行的静阻力 m,坡道阻力 m+W 车满载运行时的最大摩擦阻力： ） - 19 - 式中： 96000N; G=12960 27008N； = 196000+127008） 460N 车满载时的最大坡道阻力： ） i=（ 196000+127008） 23N 式中： i= 阻力的计算 稳定运行的静阻力为： m+W=6460+323=6783N 选择 动机的静功率： j V/(1000 m) 式中： 783N； V=20m/s； = m=2； 783 1000 2)=虑到起动时的惯性影响的功率计算