每10t重18m的A型双梁门式起重机门架结构设计书

每 108型双梁门式起重机门架结构设计 书 第 1 章 总体方案设计 基本参数和已知条件 起重量 Q： 10t 跨度 L： 18m 工作级别升高度（主 /副）： 车重量 : 升速度（主 /副）： 行速度（大 /小）： 60/悬臂长 =右悬臂长： 6940效悬臂长度： 4500材料选择及许用应力 根据总体结构采用箱形梁，主要采用板材及型材。主梁、端梁均采用 者的联接采用螺栓连接。 材料许用应力及性质： M P 7 取 = 取 = M P 2 321 7 52 取 h = 门架的载荷计算 形结构门架自重 箱形结构门架自重 q 0 式中 Q ：额定起重量 0L：主梁全长 0H：起升高度 性力（一根主梁） (1) 大车制动时引起的水平惯性力 2121 = 4 式中 车运行速度 制动时间，取 车制动惯性力应受到主动轮打滑的限制，即 5 7 5 01 0 5 0 0 式中 f ：粘着系数，取 V ：大车主动轮轮压， 0 5 0 0 04 10)1 (2) 小车制动时引起的水平惯性力 1021 4 为了防止小车制动时打滑也应满足 1 23 2 7 5 式中 1小车主动轮轮压， 2 7 5 1 载荷 (1) 作用于货物的风载荷 式中 C ：风力系数，取 作状态最大风压，取2150物迎风面积，当 32时， 2w 7f (2) 作用于小车上的风载荷 式中 车的迎风面积，由小车防雨罩的尺寸确定， 2NP 0 041 5 (3) 作用于主梁上的风载荷 式中 梁 21 q NP 1 6 2 将主梁上的风载荷化为均布载荷 21 (4) 作用在支腿上的风力 式中 腿迎风面积， 8 将支腿上的风载荷化为均布载荷 49 8 0 由于上述的各种载荷不可能同时作用于门架结构上，因此要根据门机的使用情况来确定这些载荷的组合。 第 2 章 主梁的计算 梁的几何尺寸和特性 梁几何尺寸 高度 0 591 5 00171121 取腹板高度 1600翼缘板厚度 100 腹板厚度 81 62 主梁总高度 6 2 01021 6 0 02001 主梁宽度 8 1 06 4 Hb 腹板外侧间距取 760b 上下翼缘板不同 ,分别为 930 及 800 . 主梁端部变截面长 3 6 0 0 m m1 8 0 0 m L000 梁几何特性 面 积 239700 20 1 2 3 3 01 6 1 07 5 3A 形 心 惯性矩 410x 49y 2 2 9I 截面模数 37上x 0 5W 37x 下 9 2W 37y 2 8W 左37y右 梁的内力计算 直载荷引起的主梁内力 (1) 移动载荷引起的主梁内力 一个偏轨箱形主梁上总的小车轮压，按下式计算 Gp 5 5 0 02 式中 重机小车自重 Q ：起升载荷 1 ， 2 ：冲击系数 11 ， n ：桥架主梁的根数 因此： 1 现分别计算小车位于跨中和悬臂端时的主梁内力 A ：小车位于跨中 N . 22m a x 最大弯矩作用位置 求得支反力 L 21= 91 818 75 018 75 0 5 8 9 1 87 5 5 0 0 剪力 Q 小车位于悬臂端 支反力 L 1211= 218 018 0 L 1211= 3775018 剪力 5 0 2 6 7 6 2 弯矩 1211 = N . 1 7 7 0 7 5 7 5 0 N . 2 L(2) 均布固定载荷引起的主梁内力 双梁门机半个桥架的单位长度重量载荷 L Gq 式中 G ：双梁门机桥架质量 0L：主梁的总长度 支反力 8 7 2 99 4 4 82 1 剪力 6 9 N . 21 2122 421 N. 29 0 4821 22 (3) 小车制动惯性力引起的主梁内力 支反力 618 101 4 1 6 6 1 6N 1 6 0101 4 1 6 80101 4 1621212 平载荷引起的主梁内力 当大车制动时，由惯性力和风载荷引起的主梁内力。在主梁水平面内，大车制动时产生的惯性力顺大车轨道方向，其中由主梁自重引起的 大车轨道方向的风载荷为 其值也列在前面）。他们引起的主梁内力见下图 A 小车在跨中 弯矩 N . 21 式中 41421 2122= 2 = B 小车在悬臂端 弯矩 12121 = = 12122 21421 = 759003 8 2 = 梁的强度验算 梁弯曲应力的验算 由上表可知，主梁在垂直面和水平面内的合成弯矩：小车在跨中时，跨中弯矩最大。小车在悬臂端时，支承处弯矩最大。现分别验算主梁跨中和支腿 跨中弯曲应力： = M P 5M P 5101 2 0 5 1 8 2 4 支承处弯曲应力 . = M P 5M P 2 4 5 5 0 3 4 梁剪应力的验算 根据上述计算，小车在悬臂端时，主梁支承处剪力最大。主梁支承处垂直面内的剪应力由下式计算： 21 x 3 3 0 2 6 8 81 9 6 0 0 0 0 M P 5 3 M P 8 3 6 3 3 0 4 10 忽略不计 梁扭转剪应力的验算 对于偏轨箱形主梁受扭的影响，按纯扭转计算。主梁截面弯心的位置如下图所示。 3 2 2 . 7 m (1) 外扭矩 N . 1 3 63 2 2 5 0 0 ) 主腹板上的剪应力 M P 1 2 M n (3) 副腹板上的剪应力 3. 54M P 3 M n (4) 盖板上的剪应力 . 3 6 M P 1 2 M n 梁稳定性的计算 主梁整体稳定性的计算 主梁高宽比： 主梁局部稳定性的计算 翼缘板 000 再验算。 翼缘板最大外伸部分 15101500 稳定 主腹板 2008160010 副腹板 20 62 4 0 故需设置横隔板及两条纵向加劲肋，主腹板，副腹板相同，布置见下图 。 隔板间距 1600mma ，纵向加劲肋位置 3 2 0 m 0 主腹板外侧设置短加劲肋与上翼缘板顶紧以支承小车轨道，间距 400a 加劲肋的确定： 横隔板厚度 ，板中开孔尺寸为 1100m m 。 翼缘板纵向加劲肋选用角钢 67070 ， 26 ， 41 3 7 77 0 0 m m1惯性矩为： 200121 5.0 = 462 63 7 7 7 0 0 4632 5 0 主，副腹板采用相同的纵向加劲肋 56363 ， ， 41 0 m 17 4221 6 m 2 2 9 42 3 1 7 0 0 432310200m 4330 8 0 0 m 8 881 6 0 合格 第 3 章 支腿的计算 支腿的几何尺寸和特性 对于带马鞍的门机 ,在支腿两个平面都制成上宽下窄 ,通常其尺寸宽差率为 ； 上下上 上下上 1 6 2 01 800 此 490 240I 截面 面 刚性支腿几何特性 面 49 4101 8I 37 374 6W 面 48x 48y 2 3I 36x 35y 1W 折算惯性矩 49xz 49yz 8 0 1I 腿的内力计算 架平面内的支腿内力计算 (1) 由主梁均布自重产生的内力 有悬臂时的侧推力为： 324 6212j 式中 其中 2I ：主梁绕 1I ：支腿折算惯性矩，21 为了安全起见，现将有悬臂门架当作无悬臂门架计算，即 22212 j 弯矩： N . 1 0106 6 1 ) 由移动载荷产生的内力 A ：小车在跨中 当 时，侧推力为： 5 7 5 03323 N . 5 1 5 1 车在悬臂端，主钩在左极限位置， 侧推力为： 132 321 = 7 7 50 弯矩： N . 6 0 6 0 3) 作用在支腿上的风载荷产生的支腿内力 侧推力： 6 432 18118 58 弯矩： N . 2 8 2 N . 322 N . a x (4) 由顺小车轨道方向的小车制动惯性力和风载荷产生的支腿内力 侧推力： 弯矩： N 4 5 0101 9 4 5 腿平面内的支腿内力计算 由起升载荷，自重载荷引起的支腿垂直载荷 起的内力 1 2 3 0 0 0 21 12121212131211311 122132P 89 00001230002 = 212112212121231113111 132121232 = 0 8 矩： 111 N . 8 6 5 0101 2 8 7 3 0 0 0 113 0 N . 2 1 5101 2 8 7 3 0 0 0 2114 8 7 3 0 0 0 = 腿的强度验算 由上述支腿的内力计算可知：在门架平面内，支腿上部弯矩较大向下逐渐减小。在支腿平面内，支腿上部弯矩较大向下逐渐减小。所以双主梁门机的支腿在两个方向的宽度可变化为变截面形状，见支腿截面图。 对于支腿上部截面 ，当小车位于跨中时，可按门架平面的合成弯矩：M C 和支腿平面弯矩： 验算弯曲应力。 刚性支腿： M P 37 31柔性支腿： M P 0196 5 77 7 36 31腿稳定性的计算 刚性支腿整体稳定性的计算 支腿的整体稳定性按下式验算 M P 01 0 4 3 2 8 9 3 82 4 0 0 2 3 0 0 0 6363 式中 架平面和支腿平面的计算弯矩 （常取距支腿小端 截面弯矩） N ：支腿承受的轴力 F ，xW，支腿小端 截面的截面积和截面模数 ：压杆的许用应力折减系数， ，由支腿的长细比 确定 r t其中： 查表得： u 02 a xm 187 查表得： u 回转半径 . 56m a x 刚性支腿局部稳定性的计算 为了防止支腿的翼缘板和腹板发生波浪变形，应对支腿进行局部稳定性校 核，否则可能导致结构过早损坏。 对于箱形截面支腿，其两腹板间的翼缘板宽度与厚度之比和腹板的计算高度与厚度之比应满足下式： 5000 5010 由支腿截面可得： 1394， 784， 8因此： b 常由钢板或扁钢制成），纵向加劲肋应成队布置，同时，为了增加支腿的抗扭刚度，必须设置横隔板。 劲肋的确定： 纵向加劲肋的宽度： 0 m 纵 = 8纵向加劲肋的厚度： 纵横隔板的宽度： 7a 横隔板的厚度：，取 6， 横第 4 章 下横梁和马鞍的计算 横梁的几何尺寸和特性 下横梁是支腿架的基础梁，其截面主要由大车车轮的安装尺寸决定，今选用大车车轮 道型号 轮组宽度 520横梁截面的几何尺寸如下图所示，截面的几何特性为： 49x 49y 36x 36y 3 2W 鞍的几何尺寸和特性 小车最高点到轨面 1650导电架高 1400护栏高取 1000综上所述去马鞍高度 1700 。马鞍截面的几何尺寸如下图所示，截面几何特性为： 48x 48y 横梁的内力计算 下横梁承受支腿传来的垂直力和水平力（通过下法兰）以及自重和压重，在支腿法兰面和跨中截面都产生弯矩，但后者较大。在跨中由支腿水平力对下横梁引起的反向力矩将起减载作用，下横梁的跨中弯矩计算： 18121 20402 = = 式中 200000 110000 横梁的强度验算 下横梁强度按下式验算： 32横梁稳定性的计算 下横梁整体稳定性的计算 高宽比： 326001200 不需要验算下横梁的整体稳定性，一般均 可满足。 下横梁局部稳定性的计算 翼缘板： 6055105 5000 b，满足要求 腹板： 10010100010 h,因 16010080 故需要设置横隔板，其间距布置通常为： 0 m 0 0 01 0 0 且不大于 2m ， 因此： 1080 ，不需要设置纵向加劲肋。 第 5 章 门机的抗倾覆稳定性校核 起重机抗倾覆稳定性是指起重机在自重和外载荷作用下抵抗翻倒的能力。保证起重机具有足够的抗倾覆稳定性，是起重机设计中最基本的要求之一。 对带悬臂的门机，需验算纵向（悬臂平面）工况 1（无风静载）和工况 2（有风动载）的稳定性，以及横向工况 4（暴风侵袭）的稳定性。 (一 )纵向工况 1（悬臂平面，无风静载） 小车位于悬臂端，起吊额定载荷。其抗倾覆稳定性校和计算公式为： 51 0 0 0 0 0 0 092 8 9 0 0 0N 式中 自重和起升载荷的载荷系数； c ， a ：桥架重心和小车重心到倾覆边的水平距离； (二 )纵向工况 2（悬臂平面，有风动载） 满载小车在悬臂端起（制）动，工作状态下的最大风力向不利于稳定 的方向吹。其抗稳定性校核计算公式为： 121 0 0 0 0 0 0 092 8 9 0 0 5 8 0 0N 式中 水平惯性力和风载荷的载荷系数； 1h ：起重机轨道面至小车轨道面的距离； 2h ：起重机所受风载荷及其重心至起重机轨道的距离； 用在小车和货物上的风载荷； (三 )横向工况（大车走行方向，暴风侵袭） 非工作状态的起重机受沿大车轨道方向的暴风侵袭。其抗倾覆稳定性 校核计算公式为： 25.0 9 2 0 0 02 8 9 0 0 式中 B ：轴距或前后支腿间的距离； 2h ：非工作状态下，起重机所受风载荷及其重心至起重 机轨道的距离； 其中： . 5 9 2 风压高度变化系数；取 非工作状态计算风压；取 2 章 门架的刚度计算 梁静刚度校核 取超静定门架简图计算 (1) 小车位于跨中时。 主梁在跨中的垂直下挠度按下式计算： 23231 3264348 = 10631063105 9 6 0 0 07 5 5 0 03105 9 6 0 0 07 5 5 0 0 = 1 4 m 8 m ) 小车位于悬臂端时。 主梁在悬臂端的垂直下挠度按下式计算： 22121212 324 33 = 10621062105 9 6 5 0 06 9 4 07 5 5 0 03105 9 6 4 01 8 0 0 06 9 4 07 5 5 0 0 = 4 m 0. 6 8m 2 梁动刚 度校核 主梁的动刚度，可以按下式验算主梁满载自振频率来控制 式中 f ：满载自振频率（ 梁结构在跨中的刚度系数 梁结构在跨中的换算集中质量与小车质量之和 m ：k ：1) 小车在跨中时 = 0180 0 2 5 71 0 0 0 0 20 g 因此： 3 232332643481s= = 3 561000 l 式中 n ：绕组的分支数 钢丝绳的纵向弹性模量 单根钢丝绳的横截面积 钢丝绳绕组在相当于额定起升高度时平均下放长度 因此： 3 5 6 8 0 6 5 8 21 6 58 f(2) 小车在悬臂端时 = 2因此： 9 2312121324331s = = 因此： 6 8 5 6 8 5 . 足要求 架水平静位移 满载小车位于悬臂端时，超静定门架水平静位移按下图模型计算 式中 梁截面对横轴的惯性矩 P ：静载荷， ：门架许用水平静位移，推荐 0 m 0 01 0 0 0 01 0 0 0 h 000018000694065500 106 第 7 章 主梁的翘度和拱度 为了使小车正常运行，门机的主梁也需要在跨间设置拱度，在悬臂设置翘度。 主梁跨中央上拱度可取为： 181000180001000 L ，即 18悬臂端的翘度可取为： 1935069403501 L ，即 19 其它部分按二次抛物线变化，考虑制造误差和可能引起的变化，允许将拱度和翘度值增大（减小） 40% 。 第 8 章 连接部分计算 性支腿与主梁连接处的螺栓强度验算 此次设计所用的螺栓均采用高强度螺栓，高强度螺栓连接是靠连接板之间的摩擦来传力的，连接时连接板件（构件）的表面需要清污喷丸处理，以提高其摩擦力，螺栓直径与孔径的间隙不大于 2 ，高强度螺栓用力矩扳手拧紧，能使每个螺栓达到均匀的预紧力值。 每个高强度螺栓抗剪切许用承载力为： 4 4 1 0 0 0 0 gj 安全储备系数 m ：传力摩擦面数； 2m f ：摩擦因数； （喷丸 ） 强度螺栓预紧力； 70000螺栓布置如下图所示： 门架平面内的弯矩： 支腿平面内的弯矩： 支腿轴向力： 93623 距 x 轴最远处的一个螺栓的拉力为： 22221111 式中 e ：轴向力至 x 轴的距离； 1y ：左边列至 x 轴的距离； 2：各螺栓至 x 轴距离的平方和； 距 y 轴最远处的一个螺栓的拉力为： 5867222 62222112 该螺栓所受合力： 6 222221 对于高强度螺栓： M P AP 性支腿与下横梁连接处的螺栓强度演算 螺栓布置如下图所示： 门式起重机支腿与下横梁连接，同时受压，弯，剪的栓接。 剪切力由精制螺栓平均承受，如水平扭矩由精制螺栓承受，螺栓最大内力的计算如前面所述。 所有螺栓均受拉力，假设法兰板足够刚度，在弯矩 兰板绕右边螺栓线 左边列螺栓受压最大拉力。 距 2（ 式中： M ,N 边列出至 某个螺栓至 各螺栓至 2 (1)刚性支腿： 1： 30055用 其扳手间距布置螺栓分布： 刚支腿下截面尺寸长 900 600以：再向其截面外扩张 80 共采用 22个 2：连接计算校核： 080 e=540)2222222 11m a x 刚支腿与下横梁连接计算结束，同时，在刚支腿与下横梁法兰连接处的法兰上，每个螺栓连接之间加上小的劲肋 须在保证扳手空间距离的前提下） 参考文献 1. 徐格宁 起重运输机金属结构设计 M2起重机设计手册编写组 M机械工业出版社， 1980 3张质文 等 M中国铁道出版社， 1997 4陈道南 ,盛汉中 M金工业出版社 ,1983 5起重机械，太原重型机械学院 6起重运输机金属结构设计，太原重型机械学院 2007 7国家机械工业委员会西安重型机械研究所 S家机械工业委员会重型机械局， 1987 8濮良贵 、 纪名