JX03-240@起重机总体设计及金属结构设计
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机械毕业设计全套
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JX03-240@起重机总体设计及金属结构设计,机械毕业设计全套
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辽宁工程技术大学 本科毕业设计（论文） 教 务 处 2005 年 12 月 nts 中文题目： 龙门式起重机总体设计及金属结构设计 外文题目： Dragon Gate Cranes design and metal structure design 毕业设计（论文）共 页（其中：外文文献及译文 02 页） 图纸共 2张 nts完成日期 2006 年 6 月 答辩日期 2006 年 6 月 摘要： 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对起重机的需求量不 断增长。近年来，起重机工业一直以 15%左右的增长速度快速发展，起重机工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业起重机厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。 研究推广能提高劳动生产率及产品质量、降低成本和扩大起重机应用范围的各种领域工作，也是起重机技术的发展方向之一。目前国内外相继涌现了高性能工艺、适应工作环境能力、承载能力强功能、抗疲劳强度性能及抗弯曲性能性能等精制、高校、经济的起重机设计新方法。 虽然中国起重机工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有 较大的差距。 目前，起重运输机金属结构主要构件所用的材料有普通碳素钢，优质碳素结构钢，普通低合金钢，合金结构钢。金属结构的支座常用铸钢。金属结构的联分为焊接和螺栓联接两大类。 关键词： 起重机，金属结构 ，承载能力，疲劳强度，碳素钢。 nts Summary : Since the reform and opening up, with the rapid development of the national economy, the growing market demand for cranes. In recent years, the crane industry has been around for 15% growth rate, rapid development, the ownership of components crane industry has undergone tremendous changes, with the exception of state-owned professional crane plant, collective, joint ventures, investment and private development has been rapid. Promote research to improve productivity and product quality, reduce costs and expand the scope of application of the various field cranes and crane technology development directions. Current and emerging high-performance succession process, the capacity to adapt to the working environment, supports a strong ability to function, to resist fatigue strength to resist bending performance and the performance of refined performance, colleges, and economic crane design new methods. Although Chinese crane industry in the past 10 years has made remarkable progress, but with many industry lags far behind developed countries. Currently, the major lift transport aircraft structural components used in the metal materials with ordinary carbon steel, quality carbon structural steel, low alloy steel ordinary, alloy structural steel. Common cast steel base metal structure. Metal welding and bolts into the structure of the links in two broad categories. key wordS: Hoist crane, Metal structure nts 目录 前言 1 1 起重机 的概述 2 2 龙门式起重机 设计的总体设计 5 2 . 1 龙 门 起 重 机 总 体 设 计 所 需 的 基 本 参数 5 2.2 起重机 的选型 6 2.2.1 起重机 基本型式的选择 6 2.2.2起重机 主要性能指标的选择 6 3 起重机金属结构 设计 7 3.1 金属结构 概述 7 3.2 箱形结构门架强度计算 8 3.2.1 金属结构 的基本参数选择与设计计算 10 3.2.2 主减速器的润滑 16 3.3 驱动桥 -差速器 18 3.3.1 对称式圆锥行星齿轮 差速器的基本参数选择与设计计算 19 3.4 驱动桥 -半轴 25 3.4.1 全浮式半轴的设计计算与校核 25 nts3.5 驱动桥 -桥壳 28 3.5.1 钢板冲夺焊接整体式桥壳的受力分析及强度计算 29 4 总结 32 致谢 33 参考文献 34 附录 A 35 附录 B 37 nts 前言 我国起重机标准化与实现生产近年来也有较大进步，除反映在标准件专业化生产厂家有较多增加外，标准件品种也有扩展，精度亦有提高。但是总体情况还满足不了重工业发展的要求，主要体现在标准化程度还不高，结构材料，选材，钢的强度，硬度，耐用性，耐磨性等等。标准件的品种和规格较少，大多数标准件厂家末形成规模化生产，标准件质量也还存在较多的问题。另外，标准件生产的销售、供货 =服务等都还有待于进步提高 nts 起重机总体设计及金 属结构设计 龙门式起重机的总体设计包括以下内容：确定总体方案，选择主要参数，确定计算载荷，计算压轮和稳定性。 起重机的设计参数是指：起重量 Q(t)、跨度 L(m)起升高度 H(m)起升速度qV(m/min)、和工作级别等。 已知数据和计算 起重量： 50t 起升高度： 4.2m 跨度： 5m 起升速度： 7.5 工作级别：5M级； 机构接电持续率： 25% 起重机的设计参数是指：有无电源 (交流或直流 )、工作地点 (室内或室外 )、最大行程以及工作环境 (温度、湿度、有无煤气或酸气 )等。 其它要求：如起重机所占空间的限制、司机室的型式 (敞开式或封闭式 )、司机室的位置 (在桥梁中间或一端 )、司机室的高度、操纵方式 (手动、电动，遥控 )等。 龙门起重机的总体方案 和基本参数确定： 龙门起重机广泛用于各种工矿企业、交通运输和建筑施工。主要在露天贮料场、建筑构件加工场、船坞、电站、港口和铁路货站等处，用其装卸及搬运货物、设备以及建筑构件安装等。 各构件质量数据： 起重机总质量： kgG L 49612 ；主梁： kgGq 18612；支腿： kgGt 3853（一nts根）；下横梁： kgG 2346 （一根）；轨道： kgGg 2950走台栏杆：ztG=2067kg ；操纵室： kgGc 566；电气均布质量： kgGdq 450；电气集中质量： kgGdp 750；操纵室梯子安装： kgGcj 124；吊具： kgG 3220 。 一、门架的结构型式： 采用板梁结构。由于板梁结构制造方便，采用这种型式的门式起重机占多数。门架可制成双腿 (全门架 )，门架主梁 与支腿的选择是刚性连接的。门架采用双梁。门架结构是板梁式箱形结构。双梁箱形结构门架的支腿制成“八”字型。 1， 主起升机构的设计： 1） 根据结构紧凑原则采用如图 所示的起升机构传动简图： 图 主起升机构传动简图 1 电动机； 2 联轴器； 3 传动轴； 4 制动轮联轴器； 5 制动器； 6 减速器； 7 卷筒； 8 滑轮组； 9 吊钩组 2）选择钢丝绳 ：采用双联滑轮组，取主起升机构滑轮组倍率 3hi如图 a、 b 所示，主起升机 构承载绳索分支数 6322 hiZ采用图号为 1607.362T 的 50t 吊钩组代用。吊钩组质量 kgG 3220 ，两滑轮间距mmt 3580 。滑轮组采用滚动轴承，当 3hi 时，滑轮组效率 985.0 。钢丝绳承受最大拉力： NiGQShhv 27065985.032 8.9)32216000(2m a x 选用钢丝绳标记如 下： 888 9 1 81 6 7 019186.1786 GBZSFCWN A T3） 确定滑轮尺寸： nts滑轮的许用最小直径： mmedD 4 3 2)125(18)1( 式中 ，系数25e 。选用标准滑轮 mmD 450 。选用平衡滑轮 mmDD p 2806.0 。 4） 选择电动机： 静功率计算： kWvGQN nj 5.2485.0601000 8.78.9)32216000(601000 )( 式中 机构的总效率，取 =0.85。 电动机计算功率： .6.195.248.0 kWNKNjde 式中， ,8.0dK选则电动机的型号如下： YZAR255M-8，sS工作制， JC =40%， 6CZ 次， kwNe 22%)40( ，min7151 rn ， 22 3.3 kgmGD 。电动机轴端尺寸 mmd 65 ， mml 140 电动机的验算： 电动机的过载能力 kWvGQm HN oMn4.2185.0100060 8.98.7)32216000(4.21 1.2100060 )( 式中 H 系数。 1.2H ； M 电动机转矩允许过载倍率， 4.2M 。 m 机构中电动机个数。 en NN ，过载演算通过 二、门架的主要尺寸的确定： 门架主要构件有主梁、支腿和下横梁，皆采用箱形结构 。主梁截面如图 所示，其几何尺寸如下： nts 箱行主梁的截面以矩形截面。门式起重机的主梁高度 LH )201151(：当采用两条刚性支腿时，取 LH )251151(， HB )3121(，采用单箱型时，取HB )132( 。 主梁几何特性：面积 28.374 cmF ；静面矩 cmS x 10150 ；36860 cmS y ；惯性矩 41 3 2 8 7 6 2cmI x ； 4559431 cmI y 截面模数 317035 cmW x ； 310884 cmW yl ； 39457 cmW yr 。 对于支腿，腿高 h 由所要求的门架净空尺寸确定。刚性支腿的上部连接按箱形结构宽度 Hb (主梁高度 )确定；柔性支腿的上、下部和刚性支腿的下部连接按门架下横梁宽度及具体结果确定。 考虑到起重机沿大车轨道方向稳定性的要求，门式起重机的轮距oLK )6141(，oL为主梁全长。 三、门式起重机的载荷及其组合： 1载荷 作用在门式起重机上的载荷有：起重载荷、门架自重 、电气设备及司机室等自重；、及风力等。 1)箱形结构的门架自重：箱形截面桥架自重 对于 75t 以下的普通门式起重机，桥架 (主梁 )自重按下式估算： 带悬臂 qG oo HQL5.0无悬臂 ooq HQLG 7.0式中 Q 额定起重量 (t )； oL 桥架 (主梁 )全长 (m )； oH 起升高度 (m )。 门架的计算载荷： cmNqqf 13.5013.5011 nts 支腿自重：双梁门架的支腿单位长度自重常取为主梁单位长度自重的 0.2 0.4倍单主梁门架的支腿单位长度自重取为主梁的 0.7 0.9倍。 3)惯性力 (惯性载荷 ) 机构起、制动时产生的惯性力和冲击振动引起的惯 性载荷的确定。 对于主动轮仅布置在一侧的门式起重机，设 1轮为主动轮， 2轮为从动轮，则大车制动惯性力dgP为： zdxczdqxcdgQdgqdgdg gtvGQgtvGPPPP )( 式中 qdgP 大车制动时，由桥架自重引起的水平惯性力； pG、xcG、dv和 zt 等符号 4)大车运行偏斜侧向力 当门式起重机的运行速度与桥式起重机的运行速度相近时，可按下式计算侧向力： max1.0 VS 式中 maxV 大车的最大轮压。 当门式起重机的运行速度较低时，侧向力按照之腿由于运行阻力不同时求出 LBWWS BA 2 )( 表示主梁由于侧向力引起的弯矩。其中： LWWBSM BAL 2 式中 AW 和 BW 两支腿处的运行阻力，且 AW BW ； AT 和 BT 两支腿运行牵引力，且 BA TT 。 1）进行最大拉力验算： nts kNymyMTiixA 32)24521502552(2 245448502 2222m a x 2）计算受拉单栓承载力 kNPN t 5.1221757.07.0 故 tA NT 验算通过。 2载荷组合 由于各种载荷不可能同时作用在门架结构上，因此要根据门式起重机的使用情况来确定这些载荷的组合。 门式起重机的计算载荷组合通常考虑以下几种情况： 1)对于主梁，考虑小车位于跨中或悬臂端，小车满载下降制动，同时大车平稳制动，风力平行大车轨道方向。称为计 算情况 IIa。 2)对于支腿，分别考虑门架平面和支腿平面内的两种载荷组合： 支腿几何尺寸和几何特性： 支腿总体尺寸 采用 型支腿，确定总体几何尺寸如下： 在门架的平面内，大车不动，小车位于跨端或悬端，小车满载下降制动，同时小车运行机构制动，风力沿小车轨道方向，称为计算情况 IIb。 表 门式起重机的计算载荷组合 计 算 构 件 主 梁 支 腿 载荷情况及组合 IIaIIdIIbIIcIId门架自重 qG4qGmGmG4mGnts起升载荷 Q2 Q2 Q2 小车惯性力 xgP 大车惯性力 dgP dgP 大车偏斜侧向力 S S S 门架支承横推力 H H 风力 mFP FP tFP tFP FP 小车自重 xcG4xcGxcxcG4xcG注：表中qG 桥架 (主梁 )自重；mG 门架 (包括主梁和支腿等 )自重， mFP 在门架平面内，沿小车轨道方向的风力； tFP 在支腿平面内，沿大车轨道方向的风力。其余符号同前述。 在支腿平面内，小车位于跨度端或悬臂端，小车满载下降制动，同时大车平稳制动，风力平行大车 轨道。称为计算情况c。 3) 对于主梁和支腿，还应考虑非工作状态下的载荷组合，这时大车和小车皆不动，空载。仅作用有非工作状态的最大风载荷，称为技术情况d。 对于每种计算情况，由于其载荷组合出现的可能性不同，所以在设计计算时，对金属结构的许用应力值也各不相同。 起重机金属结构设计主要内容 及计算 ： 四、箱形结构门架的强度 校核 验算 1主梁危险载面的强度验算 主梁的内力计算：计算主梁的内力时，将门架当作平面静定分析 1）正应力的验算 根据公式计算的垂直弯矩同时作用在主梁上，并考虑约束弯曲和约束扭转的影响，主梁再面上的正应力可按下式叠加： 主梁跨中： nts 15.1)( 3 m a xm a x2yzzxz WMWM主梁支承载面： 15.1)( m a xm a xysccxcz WMWM式中 maxzM、 szMmax 主梁跨中的最大垂直弯矩和水平弯矩； maxcM、 scMmax 主梁支承载面的最大垂直弯矩和水平弯矩； zxW、cxW 主梁跨中和支承载面对 x 轴的载面摸数； yW 主梁对 y 轴的载面摸数。 强度许用应力为： M P an s 45.18033.1240 1）确定应力循环特性 01.0150000015000m a xm i n NNrAQ235 钢的强度许用应力为： M P an s 45.18033.1240 式中 n为载荷组合的安全系数。 2）剪应力的验算 箱形载面主梁支承载面处的剪力cQ在腹板上引起的剪应力按下式计算： )( 21 x xcx ISQ 式中 xS 主梁载面的一部分对中性轴的静矩； xI 主梁载面对 x 轴的惯性矩； 1 、 2 主梁的主、副腹板的厚度。 在水平载荷作用下，盖板上的剪应力： ntsoyysy ISQ 2式中 sQ 支承处的水平剪力； yS 主梁载面的一部分对 y 轴的静矩； yI 主梁载面对 y 轴的惯性矩； o 上、下盖板厚度。 主梁受扭的影响。则按纯扭转计算，计算式为： 主腹板上 11 2 kM = 3.2 1 6301 9 62 3 2 5 副腹板上 22 2 kM = 0.3 1 2361 9 62 3 2 5 盖板上 oko M 2= 0.4 1 6391 9 62 3 2 5 式中 KM 作用与主梁支承载面的扭矩； 主梁封闭载面的轮廓面积， bh 。 在主梁载面上，各种载荷在同 一点引起的剪应力予叠加。 主梁扭转剪应力：对于单主梁箱形门式起重机，其主梁截面除承受自由弯曲应力外，还承受约束弯曲应力、约束扭转正应力（以增大 15%的自由弯曲应力计入）和剪应力。此外。主梁截面还承受 纯扭转剪应力，县验算如下： cmbeo 87.387.906.08.06.0212 2、支腿危险载面的强度验算 对于单主梁箱形结构门架的支腿应分别选取几个载面进行强度计算。 强度验算式为： FNWMWM txtym m a xm a xm a x 式中 mMax 门架平面，支腿验算载面的最大弯矩； nts tMmax 支腿平面，支腿验算载面的最大弯矩； tNmax 支腿平面，支腿验算载面的轴向力； xW、yW 验算载面对 x 轴和 y 轴的载面模数； F 验算载面的面积。 根据静强度和疲劳强度条件计算截面需要的面积： 2m a x 4.1108345.1802000000 mmNAj 2Im 4.2073235.721500000 mmNA rt axj 由计算结构知，杆件应根据疲劳强度条件确定截面积。杆件需要的最小截面积为20732.55 2mm 。 下横梁的 截面尺寸及几何特性 强度验算 ： 将各种载荷作用在门架上引起的下横梁的弯矩叠 加，然后按下式验算其强度，即弯曲应力： xWM = 185322318 式中 M 作用在下横梁载面的总弯矩； xW 验算载面对 x 轴的载面模数。 主梁支腿抗弯刚度比：系数： LhIIK 12式中 2I 主梁绕 x 轴惯性矩； 1I = 42 565398 cmI x 支腿折算惯性矩； h=9.8m， mL 22 1228.9565398132876212 LhIIk支腿与下横梁的内力计算： 1， 由主梁均布自重产生的内力。有悬臂时的侧推力为： nts )32(4)6( 212khLLqH j 为了安全起见，现将有悬臂 门架当作无悬臂门架计算，即 NkhLqH j 04.12379)312(9804220013.50)32(422 弯矩 cmNHhMMDc 2.1 2 1 3 1 4 5 998004.1 2 3 7 9支腿平面内的支腿内力计算： 由垂直载荷引起的支腿内力在垂直载荷cp作用下引起的支腿内力为支反力： Nl allpV c 38.2049627 )6.16.1(728.377562)( 1 Nl alpV c 9.1725997 )6.16.1(28.377562)( 12 箱型梁的约束弯曲计算 近年来，桥式起重机有采用宽翼缘箱形梁，这时薄壁箱形梁受弯曲时，在剪应力作用下，翼缘板和腹板产生了翘曲，梁的截面不在保持平面 ，而有翘曲（图 b 中虚线所示）。由于这种翘曲受到了约束，因而破坏了正应力按平面分布的规律，这时正应力沿梁宽的分布不再是一个常数，沿着梁高的分布也不再符合线性分布规律（图 ），其中虚线表示自由弯曲应力。 图 薄壁箱形梁的计算 图 薄壁箱形梁约束弯曲时剪应力分布 nts根据理论分析和实验验证，在薄壁箱型梁的角点上，最大约束弯曲正应力可近似取为： )1( o式中 o 自由弯曲正应力； LB75.1 考虑约束弯曲而使应力增大的系数； B 翼缘板宽度。 初选箱形截面腹板厚度 mcm 012.012662 31221422 323LECCQGAxc 3128528012.03132101.23 10004.11)4.02.14.1( 104.1 8.82 ,16027336.0182.81322 kNQkNBAQ 刚度是控制条件。 图 薄壁箱形梁约束弯曲时截面正应力分布 nts 图 腹板受轮压局部挤压计算 六，轮压产生的局部压应力 校核 计算： 由于门架平面内 A 支座处轮压最大，其值为 LVmax=475818.8N ，若在是设计时，能使得 A 支座侧的两个车轮轮压接近相等，则： 1） 当起重机小车的轮压直接作用在梁的腹板上时（图 ），腹板边缘产生的局部压应力为：m= P式中 _m 局部压应力 2mmN； P 集中载荷（ N）； 板厚（ mm）； 集中载荷分布长度，可按下式计算： 12h 式中 集中载荷作用长度，对车轮取 mm50 ； 1h -自构件顶面（无轨时）或轨顶（有轨时）至板计算高度上边缘的距离（ mm） . 2）当起重机小车的轮压直接作用在梁的上盖板时，局部弯曲应力为：普通正轨或半偏轨道布置在两腹板中间的上盖板上，由轮压作用而使上盖板产生局部弯曲，此时上盖板应按被两腹板和 相邻两筋板分隔成的矩形板计算，如图 所示。 箱型梁上盖板是超静定薄板。它支承在梁的腹板和横向加筋板上。这种薄板的计nts算简图较复杂，再加上在小车轮压作用下，起重机箱型梁的盖板连同轨道一起承受局部弯曲，使其计算简图更加复杂。 为了简化计算，特作如下假设： （ 1）把上盖板看作为是腹板和横向加筋板约束的自由支承的薄板； （ 2）轨道视为一根中部受集中载荷的梁； （ 3）根据薄板受集中载荷作用来计算盖板挠度； （ 4）计算应力时，假设轨道和盖板间仅在边长为 a 和 b 矩形面积上接触。此时，521 ph (cm), 1b 为轨道宽度， ph 为轨道高度。 图 上盖板的局部弯曲计算简图 对于正轨和半偏轨箱型梁，由于集中载荷的作用点在板的中心或偏一距离，故应采用板壳理论计算。根据板壳理论，作用在受载面积中心（图）弯距： 8NMx )1)()1)(s in4ln2( vvdbbnts 8NMx )1)()1)(s in4ln2( vvdbb式中 )(112121 babad 、3321961 a IbkPN 在此处 I-轨道的惯性矩； 上盖板的厚度； 1k 系数，取决于 ba 之间值，见表 。 表 系数 1k ba 1.0 1.1 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 1k 0.127 0.138 0.148 0.162 0.171 0.177 0.180 轨道中心线至腹板的距离，正轨时， 2b ； ktgkkktg 11 11 ktgkkktg 11 11 11abk； v_波桑比； ， 系数，其值取决于 ab 和 a 的值（参见表 ）； 上盖板上的折算应力按下式求得： 2)(z 折 zzax )(2式中 由垂直弯矩引起的正应力， ，x， z 应带各自的nts正负号代入。 表 对于矩形板的因子 和 的值 0.10 0.20 0.3. 0.40 0.50 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.5 2.792 2.352 1.945 1.686 1.599 0.557 -0.179 -0.647 -0.852 -0.906 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 3.0 2.861 2.904 2.933 2.952 2.966 2.982 2.900 2.955 2.977 2.999 3.000 3.000 2.545 2.677 2.768 2.932 2879 2.936 2.966 2.982 2.900 2.955 3.000 3.000 2.227 2.433 2.584 2.694 2.766 2.880 2.936 2.966 2.982 2.900 3.000 3.000 2.011 2.259 2.448 2.591 2.698 2.836 2.912 2.953 2.975 2.987 2.999 3.000 1.936 2.198 2.399 2.533 2.669 2.820 2.903 2.948 2.972 2.985 2.999 3.000 0.677 0.758 0.814 0.856 0.887 0.931 0.958 0.975 0.985 0.991 0.999 1.000 0.053 0.240 0.391 0.456 0.611 0.756 0.849 0.908 0.945 0.968 0.998 1.000 -0.439 -0.229 -0.031 0.148 0.304 0.551 0.719 0.828 0.897 0.939 0.996 1.000 -0.701 -0.514 -0.310 -0.108 -0.080 0.393 0.616 0.764 0.858 0.915 0.995 1.000 -0.779 -0.605 -0.4.04 -0.198 0.000 0.335 0.578 0.740 0.834 0.906 0.994 1.000 nts 六， 主梁的 刚度 校核 计算 ： 梁除了满足强度条件外，还需具有一定的刚度（限制变形）才能满足使用要求。用于起重机的梁只验算由有效载荷（移动载荷）产生的静挠度（不计动力系数），梁的这种变形是弹性变形，外载荷消失后梁能复原，绝对不允许残余（永久）变形。 1，静刚度 当两个不相等的移动集中载荷对称作用于梁的跨度中央时（图），其最大静挠度由下式确定： nts fllppf )75.0()(221对于图 所示情况，梁的最大静挠度： flLllLlEI ppf )75.0()75.0(12 )( 2222212121允许静挠度值 f 分别推荐如下： 1） 桥式起重机、门式起重机的跨中挠度 Lf 100017001 式中 L 起重机的跨度。 2） 门式起重机的悬臂挠度 13501 Lf 式中 1L _悬臂长度。 3） 桥式起重机跨中水平位移 Lffss 2 0 001根据刚度条件，型钢梁需要的截面惯性矩为： 25533 1094.6101.248 70048 PLLPLfEPLI 式中 L 梁的跨度（ mm ）； f 型钢梁的许用挠度， 700Lf ； p 电动葫芦在额定起重量时的 总轮压（不计动力系数）。按下式计算： hGQP 其中， Q 额定起重量 )(N ， hG 电动葫芦自重 )(N 。 nts 2， 动刚度 在起重机小车卸载时，主梁在垂直方向将产生衰减振动，这种振动对结构强度的影响不大，但对于 起重机的正常使用以及司机的操作田间却是不利的，缓慢的衰减过程影响到起重机的生产率，因此，从现代化生产的要求出发（特别是对高速运行的起重机以及要求所吊运件能精确安装的起重机），起重机应保证一定的动刚度。 图 梁的刚度计算 对于一般使用的起重机，不必验算起动刚度。对于工艺上及生产率上有较高要求的桥式起重机，应验算动刚度，要求小车位于跨中时的满载自振频率 f 不应低于2HZ。 可按下列公式验算满载自振频率： 2)1()1(.6.0kmkmMKfss =0.6 32167821 =1367.1 式中 f _满载自振频率，（ HZ）； sk 主梁结构在跨中的刚度系数，其物理意义为使主梁在跨中处产生单位垂直静挠度所需的集中力的大小 cmkN ；按表 计算； sM 主梁结构在跨中的换算集中质量与小车质量之和（对于双梁结 构，如果小车质量按整台小车计算，则sM近似等于一根主梁结构的质量）（ cmskN 2 ）；按表 计算； ntsm sM 与额定起升载荷的质量 QM 之比，即QMMm ； K SK 与钢丝绳绕组的刚 度系数 iK 之比，即ts KKk 。 钢丝绳绕组的刚度系数 Tk （其物理意义为使钢丝绳绕组在荷重悬挂处产生单位静伸长所需的力）可按下式计算： rrrt lFnEk = 128045 316321 式中 tK 钢丝绳绕组的刚度系数 cmkN ； n 绕组的分支数； rE 所用的钢丝绳的纵向弹性模数，与钢丝绳结构有关，一般取值 1.0 4102cmkN； rF 一根钢丝绳的钢丝截面积 2cm ; rl _钢丝绳绕组在相当于额定起升高度时的实际平均下放长度，可近似取为卷筒中心与上部固定滑轮中心之半处至吊滑轮中心的实际平均下放长度（ cm） ,见图 。 nts 七，稳定性计算： 对于双梁箱形截面桥式和门式起重机以及单主梁门式起重机，一般不进行整体稳定性验算，但应进行腹板和盖板的局部稳定性验算。 1， 桥式类型起重机梁的腹板可能在下列几种应力作用下丧失稳定性 1） 弯曲剪应力：在剪力作用下，梁的腹板会在 45 度方向受 压而在斜向失去局部稳定性（图）； 2） 弯曲正（压）应力。这时，梁的腹板和盖板的受压区有可能在梁长方向失去局部稳定性（图）； 3） 弯曲正（压）应力和轴向压应力（如门式起重机的支腿）； 4） 作用在腹板上缘的载荷（如集中轮压等）产生压应力（如偏轨桥式和门式起重机），这时，腹板会因挤压应力在竖向失去稳定（图和图）。 金属结构也可能在以上几种应力共同作用在梁的腹板上时丧失局部稳定。这时，腹板随着作用于其上的载荷性质不同翘曲各种曲面（图）。 nts 图 腹板局部稳定的计算 表 垂直动刚度计算数据 注：集中公式里的 q 整个桥架结构（不包括支腿及下横梁）单位nts长度重量； I 全部桥架结构的惯性矩； 1I 跨度一侧全部支腿的惯性矩； rcG 小车（带吊具）重量。 为了保证梁的腹板的局部稳定性，通常用加劲板或加劲杆来加固腹板，这样要比增加腹板的厚度经济些。加固的方式如下： 1） 在箱形截面梁整个高度上设置横向加劲板（图）； 2） 对于正轨箱形结构桥式起重机，除设置横向加劲板外，在箱形截面腹板受压区域设置短横向加劲板（图）； 3） 在跨度较大的桥式和门式起重机中。梁的高度比较大，这时，除设置横向加劲板外，常常在腹板的受压区设置一条纵向加劲线，如果需要，例如从工艺方面限制腹板旁弯和波浪形，在腹 板受压区也设置纵向加劲杆（图）。 2， 箱形截面梁腹板加劲的设计原则 1） 通常沿腹板全高设置横向加劲板（图和）加固腹板。当 100h时，横向加劲板之间的距离不应大于 2h 或 3m；当 100h时，不应大于2.5h。在跨度较大时横向加劲板的间距，在支座附近较小些，而在跨中较大些。考虑到实际生产中，为了限制腹板波浪度，一般取间距2.2 m。 2）如果腹板仅在剪应力作用下；当 70h（对于低碳钢）或)6055(h （对于低合金钢）时，可不必设置横向加劲板，但是为了增加截面的扭转刚度，提高梁的整体稳定性，一般仍设置横向加劲板。 3）如果腹板仅在正应力作用下，当 1h（对于低碳钢）或)145135(h （对于低合金钢）时，可不必加固。 5） 对于高度较大的梁，必须在腹板受压区设置纵向加劲条（图的 3），且设置在离受压翼缘板（ 0.20.25） h 处（图 ）；当 240h（对于低碳钢）nts或 220h（对于低合金钢）时，一般只加一根纵向加劲条，如果因梁高很大，而必须用两根纵向加劲条来加固腹板时，则第一根纵向加劲条离受压边缘距离为（ 0.150.20） h ，第二根离受压边缘距离为（ 0.350.40）h。纵向加劲条截面必须的惯性矩见表 3-6。 图 箱形主梁加劲板的设置 6） 若腹板仅仅只用横向劲板加固时，对于箱形截面梁，横向劲板宽度取为等于两腹板间距 b，若梁宽 B 较大，横向加劲板中部可开孔，但 应保证)4030( hb f mm，加劲板厚度不应小于 jb151 。 7） 在有纵向加劲条的情况下，横向劲板的惯性矩为： 33hJh纵向加劲条所需的惯性矩根据比值 hh1 确定（表 ） 8） 当梁的上翼缘作用有集中载荷（例如正轨箱形结构桥式起重机）时，一般在腹板上须设置短横向加劲板（图 ），其高度 hh 3.01 或 11 4.0 h 。 如果腹板上有纵向加劲条，则短横向加劲板应与纵向加劲条相连，短横向加劲板的间距 )5040(1 。 八，腹板局部稳定性的 校核 验算 表 3-6 纵向加劲条必须的惯性矩 zI nts 对于偏轨箱形梁，腹板同时受弯曲正应力，剪应力和集中轮压作用在腹板上缘产生的压应力。 根据板的弹性稳定理论，结合工程实际，可将工字型截面的腹板看 作是由上下翼缘板支承着的弹性嵌固板，但有水平位移的可能。弹性嵌固起提高腹板屈曲系数的作用，能水平位移，有降低抗屈曲能力的作用，所以可以偏安全地认为腹板的上下支承是只能转动的简支支承，不考虑其嵌固影响。 在有较强翼缘板的情况下，工字型截面的腹板弹性嵌固支承影响系数可以取x=1.5。 薄板在各种载荷情况和各种支承情况下的局部稳定的临界屈曲应力公式可写成如下通式： Ecr xk 1Ercr xk Emmcr xk 、 式中 cr1、cr、mcr 分别为 x 方向正应力、剪切应力和 y 方向局部压应力作用下的临界屈曲应力 2mmN； x 板边支承情况影响系数，也称嵌固系数，两非承载边简支支承时取 1，弹性嵌固时取 1.21.5，详见表 ； k、 rk 、mk 分别为简支支承板在受 x 方向正应力、剪应力和 y 方向局部应力时的屈曲系数，其值参见表 ； E 板屈曲的欧拉应力 2mmN，可按下式计算： nts 222222 10019)1(12 bbEbDE =163.31 式中 D=)1(12 23E 板的单位宽度弯曲刚度； 板厚； b _垂直于正应力方向的板宽，验算腹板时为腹板的计算高度； a_垂直于局部压应力方向的板长，验算腹板时为横向加劲板间的距离； E 弹性模数 2mmN； 波桑比。 板在压应力 1 剪应力 和局部压应力m共同作用时的等效临界复合应力可按下式 、 22111121221,43413crm c rmcrcrmmcrd 、 = 3.7411.2493402.1311033451336 2 式中， 为板边两端应力之比 12， 1 为板边最大应力， 1 、 2 各带自己的正负符号；其它符号同前。 当临界应力超过 0.75s时，按式（ ）求得折减临界复合应力cr： crtsscr,3.51 式中 s 材料的屈服点 2mmN。 nts 表 示出局部区格板的屈曲系数。 薄板局部稳定性的验算是以屈曲临界应力为极限应力的。只要 作用在板上的载荷应力（在非均布应力时取最大的应力值）小于极限应力（或许用应力），板是稳定的，其验算公式如下： cr11 或 ncrcr 11 cr或 ncr mcrm 或 nmcrmcr 式中 n 安全系数，其值与强度安全系数一致，按载荷组合分别取 1.5、1.33、和 1.15； crcr 1 和 mcr 分别为正应力、剪应力和局部压应力作用下的许用屈曲临界应力。 当板受压应力，剪应力和局部压应力同时作用的等效复合应力按式（ ）计算时，板的屈曲安全系数可以取得小一些，一般可以减小百分之十 。 九，加肋板的稳定性 校核 计算 ： 在工程设计中，为了满足公式（ ），有时不得不增加板厚，这常常要增加钢材用量。而在板的受压部位加上几根加劲条或加强肋则可以提高板的抗屈曲能力，而且相比之下要经济些。刚性的加强肋（加劲条）能起到支承作用，将板分割为若干区格，改变了板在计算稳定性时的宽度 b 和 a 的值。而且，区格板的屈服系数与 aba有关，屈曲临界应力与宽（ b）平方成反比。但要注意的是刚性加强肋要有足够的弯曲刚度，要能起到支承板的作用。加强肋的刚度以 EIs的乘积表示。 sI是加强肋绕被加强板板厚中心线的面积惯性矩。加强肋的弯曲刚度和nts该板的弯曲刚度比称为加强肋的刚度比，常以 表示，即 bsbsbs IEEIDEI3223112112 = 21.3 721032.1 316.112 2 式中 b, 为板的宽度和厚度。对于刚性加强肋而言，有最小刚度比 min ，亦即当刚性加强肋使区格板的屈曲临界应力小于（最多是等于）这块加肋整板的屈曲临界应力时，此加强肋的刚度比即为最小刚度比。这时，板的屈曲只能限于区格板内，也就是说区格板的屈曲将先于整板。当加强板刚度不够时，加肋板仍以整板屈曲模态失稳。此时的加强肋称为柔性加强肋。带柔性肋板的屈曲系数可按公式计算。 在求得刚性肋的最小刚度后，即可计算刚性肋的面积惯性矩。所有刚性肋的面积惯性矩（sI）必须大于此值。 当桥式类型起重机主梁腹板被纵向肋分 格为上，下两区格，并受有 y 方向的局部压力m时，则上区格板（图 ）的局压屈曲系数 按表 mm kk 8.0计算 ，而下区格板则按 1a 或 31 a 。此时上区格板的验算公式应为改写的式（ ），即 nImcrm 下区格
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