400t新型桅杆式起重机设计【7张CAD图纸与说明书全套资料】
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黑龙江八一农垦大学毕业设计论文摘 要自有人类文明以来,物料搬运便成了人类活动的重要组成部分,距今已有五千多年的发展历史。随着生产规模的扩大,自动化程度的提高,作为物质搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广,作用越来越大,对起重机的要求越高。科学技术的飞速发展, 推动了现代设计和制造能力的提高。激烈的国际市场竞争也越来越依赖于技术的竞争,这些都捉使起重机的技术性能进入崭新的发展阶段。本文根据国内外起重机的新理论、新技术和新动向介绍了新型预应力桅杆的设计。首先介绍了起重机的现状以及发展趋势,其次说明了采用预应力结构的优点。再次对工作装置，动力装置的结构，连接方式，运动方式和受力情况进行了详细的分析和计算。并对该机械的动力和起升变幅机构进行详细的设计验算，最后验算整机的稳定性。关键词：桅杆起重机；预应力钢结构；液压卷扬机；稳定性AbstractThe thing material is carried just becoming the important component of mankinds activities, apart from of today having had the development history of more than 5000 years from having mankinds civilization. Along with the enlargement of production scope, the application of the hoist as the matter to carry important equipment in the modernize production course is more and more wider to the raise of automaticity, and acting on more and more greatly, the development at full speed of high science and technology is got over in the requirement to the hoist, and pushing forward modern(ly) to design and makes the competition of intense international market of the raise of ability also more and more relying on the competition in the technology, present situation as well as development trend that the design of new prestressing force mast firstly introduced the hoist were introduced to this text, article, etc. that the technical characteristics that these are all caught the hoist making enters brand-new(ly) the development stage new theory, new technology and new trend according to the hoist in home and abroad, next explains adopts the merit of prestressing force structure to the work device, the structure of dynamic devices links the method once more, mode of motion and receives energetically the circumstances to have carried on detailed analysis and calculation. Become an organization and carries on the detailed design checking computations, stability of final checking computations whole sets with a liter to the motive force of this machinery.Key words：Mast derrick；Prestressing force steel structure；Hydraulic pressure hoist；Stability目录摘 要IAbstractII第1章 绪 论- 1 -1.1我国起重机新技术的进展与国外发展动向- 1 -1.1.1我国起重机新技术的应用进展- 1 -1.1.2国外起重机的发展动向- 2 -1.2预应力技术- 8 -1.3相关工作- 9 -1.4主要研究内容- 9 -第2章WG400桅杆起重机设计计算- 10 -2.1符号意义：- 10 -2.2 计算原则- 10 -2.2.1设计主要参数- 10 -2.2.2风载荷计算- 11 -2.2.3材料许用应力- 11 -2.3 62m、72m典型结构计算- 12 -2.3.1 62m典型结构计算- 12 -2.3.2 72m典型结构计算- 17 -2.4 桅杆总体计算- 21 -第三章液压卷扬机设计- 40 -3.1液压卷扬机主要技术参数- 40 -3.2液压卷扬机的总体方案设计- 40 -3.2.1结构设计- 40 -3.2.2传动设计- 41 -3.2.3液压系统的计算- 42 -第4章 结语- 44 -参考文献- 45 -致 谢- 46 - 47 -第1章 绪 论1.1我国起重机新技术的进展与国外发展动向起重机作为一种古老的机械，时至今日，在其承载结构、驱动机构、取物装置、控制系统及安全装置等各方而都有了很大的发展，其设计理论、制造工艺、检测手段等都逐渐趋于完善和规范化，并己经成为一种较完善的机械。但由于生产发展提出新的使用要求，起重机的种类、形式也需要相应地发展和创新，性能参数也需要不断变化与完善。由于现代化设计方法的建立和计算机辅助设计等现代设计手段的应用，使起重机设计思维观念和方法有了进一步的更新，其它技术领域和相邻工业部门不断取得的新科技成果在起重机上的渗透、推广应用等，更使起重机的各方面不断地丰富更新。因此，起重机将向现代化、智能化、更安全可靠方便的方向发展。1.1.1我国起重机新技术的应用进展H型钢在大型起重机钢结构中的应用。T型钢在偏轨箱型主梁起重机上的应用。MC铸型尼龙材料在起重机钢丝绳滑轮、伸缩臂导轨等部件中的应用。金属基镶嵌型固体自润滑轴承在冶金起重机吊钩、盛钢桶耳柱及大型装卸桥俯仰臂架回转铰处的应用等等。都促成了起重机结构的改进和机械零部件的发展降低了制造成本,改善了使用性能。起重机新型硬齿面和中硬齿面减速器、立式减速器、二合一减速器、二环式减速器；起重机新型径向棒销联轴器和轴向棒销联轴器；起重机用新型电力液压块式制动器、电磁块式制动器；起重机用臂钳式制动器、钳式制动器；起重机新标准吊钩、车轮、滑轮;起重机用电线滑车、滑接输电装置、安全滑触线；起重机用液力偶合器、自动防风别轨器；MC铸型尼龙滑轮、齿轮、导向板等等的采用，都为起重机产品的更新和系列改进提供了切实的基础。在GT33811- 83中最重要的部分是起重机的工作级别划分。它包括机械的分级和金属结构的分级，都和TS04301国际标准完全一致。其基本依据是M finer线性累积损伤理论，即以载荷(应力)与受载(工作)次数某种相关的关系为基础决定疲劳设计。形成一种对角线通用的关系，根据这种理论，在不同工作强度(载荷利用率)和不同工作次数(利用等级)的组合中，有许多符合对角线通用原则的。便可采用同样的结构或同样的机械部件。为用较少种类的机械零部件或结构断而组配成多种规格、不同起重量、不同工作级别的起重机提供了理论基础。20世纪70年代德国曼内斯曼德马克公司在标准钢丝绳驱动类型起重机和通用起重机中己有了具体采用。20世纪80年代我国起重机设计规范在对整机及部件设计的计算上明确地做出了规定。在起重机减速器等部件设计及功率选用的说明中也明确地例举出折算方法，大大地推广和强化了此设计思想。 电力驱动起重机各机构的驱动，一般都带有作为驱动加速富裕力知的一定量的突加载荷方式的作用。多年来欧洲、前苏联和我国在起重机设计中都采用这种启动理论。自从在起重机的大车、小车运行和旋转等机构中加入了柔性部件(如液力偶合器)，使这种情况立即得到根木改善。不仅避免了电动机和机构的过载、反向变向的冲击，就连正常启动的惯性力也变得极其微小，启动一也极为平稳了。近几年来，在我国起重机设计理论中提出的这种带液力偶合器的起重机非位能载荷机构的电动机选择、启制动时间计算、相应的偶合器的参数设计。如偶合器工作圆直径的确定、充油量的选择、联合工作特性的建立，以及在采用液力偶合器后机构和结构的动载荷计算及其启、制动过程的动态设计等。在理论推绎和实测结果分析相结合的基础上，都获得了很大的发展。以起重机设计理论，这对过去基于刚体动力学推演而得的计算体系是一个重要的补充。 为贯彻新的通用桥式起重机国家标准，对于工作级别在M5以上的起重机起升机构，货物在下降制动前进行电气调速的设计己进入系列贯标设计中；为改善电动起重机运行性能，在集装箱起重机中采用地而无线遥控或地而与司机室两处控制的方式；此外，采用激光防碰撞装置和非接触感应式行程开关，装设故障诊断及故障自动显示等装置的通用及专用起重机都相继出现。 近几年，一些高等院校在起重机优化设计和推广现代设计方法方而做了许多有成效的工作，如对门式起重机进行了按静强度、静刚度、动刚度等多项控制指标的综合分析优化设计，从单机优化到系列优化设计理论方而的开拓和探索都己进入实用阶段。我国起重机新技术应用很多，取得的成绩也相当大，但仍需做大量的推广工作，特别是与国外发展水平的差距还很大，我们必须了解世界起重机的发展趋势，引进国外先进技术，提高我国起重机的质量。1.1.2国外起重机的发展动向1)大型化、高效率化、无保养化、节能化、自动化、智能化、集成化和信息化将机械技术和电子技术相结合，将先进的微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术和模糊控制技术等应用到机械的驱动和控制系统，实现自动化、高效率化和智能化，以适应多批次少批量的柔性生产模式。 2)成套化、综合化和规模化将各种起重机械的单机组合为成套系统，加强生产设备与物料搬运机械的有机结合，提高自动化程度，改善人机系统，通过计算机模拟和仿真寻求参数与机种的最佳匹配与组合，发挥最佳效用。 3)模块化、组合化、系列化和通用化为了降低制造成本、提高通用化程度，可采用模块组合的方式，用较少规格的零部件和各种模块组成多品种、多规格和多用途的系列产品，充分满足各类用户的需要;也可使单件小批量生产的方式改换成具有相当批量和规模的模块生产，实现高效率的专业化生产。 4)新理论、新方法、新技术和新手段进一步应用计算机技术，不断提高产品的设计水平与精度;开展对轮式起重机载荷变化规律、动态特性和疲劳特性等的研究，全面采用极限状态设计法、概率设计法、优化设计和可靠性设计等，利用CAD提高设计效率与质量；与计算机辅助制造系统相衔接，实现产品设计与制造一体化。 5)小型化、轻型化、简易化和多样化采用新结构、新部件、新材料和新工艺提高产品性能，如结构方面采用薄壁型材和异型钢，减少结构的拼接焊缝；采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重并增加外形美观；在机构方面开发新型传动零部件，简化机构，以焊代铸，采用机电仪一体化技术，提高使用性能和可靠性;在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统。1.重点产品大型化、高速化、耐久化和专用化 目前世界上最大的浮游起重机起重量6500t，最大的履带起重机起重量3000t，最大的桥式起重机起重量1200t，自动化立体仓库堆垛起重机最大运行速度达240m /m ins。工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场不断扩大，品种也不断更新，以特有的功能满足特殊的需要，发挥出最佳的效用。冶金专用起重机，防爆、防腐、绝缘起重机和铁路、船舶、车辆专用起重机的功能不断增加，性能不断提高，适应性比以往更强。德国德马格公司研制出一种飞机维修保养专用起重机，在国际市场上打开了销路。这种起重机跨度大，起升高度大，停准精度高。在起重小车下面安装有可伸缩回转的维修平台，可到达飞机任一部位。随着世界核电站的迅速发展，核电站专用起重机也得到相应发展，如反应堆室内的环形桥式起重机在放射性环境中工作，用于起吊压力容器顶盖及堆内构件等危险载荷，要求可靠性高，安全性好，能自动精确定位和缓慢下放物品等，并有多种保护装置和特殊安全装置。2.系列产品模块化、组合化、标准化和实用化 许多起重机是成系列成批量的产品，采用系统多目标整体优化方法进行起重机系列设计已成为发展重点，通过全面考虑性能、成本、工艺、生产管理、制造批量和使用维护等多种因素对系列主参数进行合理匹配，以达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。由于提高了通用化程度，可使单件小批生产的产品改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，降低制造成本。能以较少的模块形式，组合成多品种多规格的起重机，满足市场需求，增加竞争能力。3.通用产品小型化、轻型化、简易化和多样化 有相当批量的起重机是在一般的车间仓库使用，要求并不很高，工作并不十分繁重。如何提高这些起重机的适用性，降低益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减制造成本，是市场竞争能否获胜的关键。考虑综合效小自重和轮压，也可使整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价和使用维护费用。因此电动葫芦桥式起重机和轻型梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位一般用途桥式起重机。 用户的需求性促进了起重机的多样性。起重机的系列参数范围进一步扩大，功能选择进一步增加，一机多用产品进一步得到发展，以增强应变能力。在一般使用场合采用无线遥控操作的比例也将逐步增多。4.产品性能自动化、智能化、集成化和高效化 起重机的更新和发展，很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将自动化技术和机械传动技术相结合，将先进的微电子技术、电力电子技术、光缆通讯技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现自动化和半自动化。使起重机组成的物料搬运系统具有更高的柔性，以适应未来多批次少批量的柔性生产模式。 大型高效起重机的新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器PLC、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。它赋于起重机以信息功能，可进行信息传递、处理及动力控制，大大提高了综合自动化水平。目前控制方面重点发展吊具防偏防摇技术，取物装置自动取、卸物技术，位置检测及自动位置控制技术，故障自诊断监控技术等。 电气传动方面重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，复杂条件下的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。 德国的起重机，采用激光装置查找起吊物的重心位置，依靠超声波传感器引导取物装置抓取货物。大车和小车运行采用编码轨系统测定路径，起升高度采用恒定张紧的测量索和角度发生器测定。起重机采用磁场变换器或激光达到高精度定位。英国的起重机上安装了近场感应系统，可避免起重机之间的互相碰撞。采用无线遥控时载重称量也能在远控发射机上显示。起重机上还装有微机自诊断监控系统，该系统能提供大部分常规维护检查内容，如钢丝绳状况，减速器油温油位，车轮轴承温度，起重机载荷、应力和振动情况，制动器摩擦衬片的寿命及温度状况等。德国近年为解决起重机吊具的防摇控制，开发了模糊逻辑电路的控制技术。用神经信息技术和模糊技术来寻找开始加速的最佳时刻，将有经验司机防摇实际操作的数据输入系统，实现最优控制。模糊控制方式能确定实施自动工作的控制指令，将人们主观上的模糊量通过模糊集合进行数字化定量，再利用微处理机实现像熟练司机一样的自如操作，取得了更高的效率和安全性。最近国外的起重机专家们估计，将有20%一30%的起重机需要安装自动化系统。5.产品组合成套化、系统化、复合化和信息化 在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，能与生产设备有机结合，能与生产系统协调配合。这类起重机自动化程度较高，具有信息处理功能，可将传感器检测出来的各种信息实施存贮、运算、逻辑判断、变换等处理加工，进而向执行机构发出控制指令。这类起重机还具有较好的信息输入输出接口，实现信息全部、准确、可靠地在整个物料搬运系统中的传输。 起重机通过系统集成，能形成不同机种的最佳匹配和组合，取长补短，发挥最佳效用。目前重点发展的有工厂生产搬运自动化系统，商业货物配送集散系统，集装箱装卸搬运系统，交通运输和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。 生产工程机械的美国卡特皮勒公司金属结构厂购置了一条以桥式起重机为主的物料自动搬运系统，用以钢板喷丸处理、自动切割和出入库的自动装卸运输作业，比原先采用单机操作工作效率提高65%。日本东芝洪川崎工厂采用由全自动桥式起重机组成的物料输送系统来搬运柔性加工线上的夹具和工件，为机床运送毛坯或将加工好的零件送到下一工序或仓库。这些在空间移动的搬运起重机代替了过去通常在地面行驶的自动导向搬运车，使车间地面面积得到充分利用。6.产品设计微机化、精确化、快速化和全面化 随着电子计算机技术的广泛应用和系统工程、优化工程、价值工程、可靠性工程、创造工程和人机工程等现代设计理论的不断发展，促使许多跨学科的现代设计方法出现，使起重机的设计进入创新、高质量、高效率的新阶段。目前，计算机辅助设计(CAD)已逐步深入到设计的各个阶段和设计工作所涉及的各个领域。不仅能利用计算机运算速度快、计算精度高、存储信息量大和逻辑推理能力强等优点代替人工进行方案选择、计算分析与绘图，而且还能通过人机交互，最大限度地发挥设计人员的创造力和经验。美国、德国、日本等一些起重机公司都广泛应用CAD，彻底抛弃了传统的图板。并且还与计算机辅助工艺规划(CAPP)和计算机辅助制造(CAM)相衔接，做到了无图化生产。 起重机是在复杂工况下工作的大型结构系统，其动态性能受多种因素影响，运动参数与载荷不能用一个简单的数学模型描述。以往多以静态设计为主，局限性很大。国内外近年来在起重机设计中采用了动态仿真设计新方法，用计算机对机构与结构在各种工况下承受载荷进行运动状态及随时间变化过程的仿真模拟，得到仿真输出参数和结果，以此来估计和推断实际运行的各种数据。 人机工程学把起重机、人和作业环境作为整个系统来研究，创造一种人与起重机最佳相互作用状态。人机工程学在起重机上的应用主要体现在司机室的设计，包括司机室的合理布置，减轻司机疲劳和提高工作效率的措施，加强环境保护，减少灰尘和废气污染，减少司机室的振动和噪声等。 随着起重机的高速化和大型化，还需进一步深入开展对起重机载荷变化规律、动态特性和疲劳特性的研究。进一步开展对起重机整机及零部件的可靠性试验研究，提供起重机新的设计方法和数据。极限状态设计、优化设计、可靠性设计、有限元法、模块化设计、反求工程设计、疲劳设计和健壮设计会更深入全面地得到应用。7.产品构造新型化、美观化、宜人化和综合化 结构方面采用薄壁型材和异型钢，减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。桥式类型起重机桥架大多采用箱形四梁结构，主梁与端梁采用高强度螺栓联接，便于加工、运输与安装。 在机构方面进一步开发新型传动零部件，简化机构。“三合一运行机构由于结构紧凑、拆装方便、调整简单并运行平稳，将成为起重机运行机构的主流，减速器壳体、卷筒及滑轮等的制造都以焊代铸，能减轻自重、增加承载能力和改善加工制造条件。减速器齿轮采用硬齿面，以减小体积，提高承载能力，增加使用寿命。 在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统，发展半自动和全自动操纵。采用机、电、仪、液一体化技术，提高使用性能和可靠性，增加起重机的功能。有专家指出，未来的起重机驱动技术，由于变频调速系统越来越多地得到应用，交流鼠笼电动机将会重新受到重视并被广泛采用。今后会更加注重起重机的安全性，研制新型安全保护装置和故障自动显示装置，并重视司机工作条件的改善。8.产品制造柔性化、灵捷化、精益化和规模化 在激烈的市场竞争条件下，要提高起重机的市场占有率，确保起重机的高性能高质量，并不断推出新产品，生产企业必须具备市场变化的适应能力和快速反应能力。包括提高生产效率，提高和保持产品质量的一致性，降低生产成本，缩短生产周期，加速产品的更新换代等。生产制造的柔性化是使工艺装备与工艺路线能适用于生产各种产品的需要，从适应当前单品种大批量生产方式向多品种小批量生产方式的转变。生产制造的灵捷化是使产品生产与推向市场的准备时间缩为最短，使企业机制能灵活转向。生产制造的精益化是使生产过程劳动生产率不断提高，保持产品质量稳定，强调企业各部门相互密切合作。良好的生产机制和管理机制是企业发展的前提。 起重机制造时广泛采用计算机辅助工艺规划(CAPP)、计算机辅助制造(CAM)和柔性制造系统(FMS)。采用挤压成型、冲压成型、精密铸造等少、无切削工艺，采用光电跟踪切割技术、焊接机器人技术。充分利用加工中心和全自动数控机床，提高加工制造的自动化水平。制造手段的现代化是保持质量稳定，提高劳动生产率的前提。 美国、德国和日本的起重机大公司生产自动化程度都很高，广泛全面采用了CAM，并对制造质量严格控制。如德国德马格公司生产桥式起重机主梁时，钢板都先经过预处理，并采用光电跟踪激光切割。吊运钢板采用真空吸盘，确保板材不变形。腹板和盖板焊接时采用液压装置对盖板加压，确保腹板与盖板能充分贴紧，提高主梁的承载能力和刚度。为保证质量，每条焊缝都打上焊工的工号，责任到人。由于提高了制造的自动化程度，德马格公司制造一根起重量5t的主梁只需约20个工时，端梁为14个工时，整台起重机100多个工时便可完成，大大缩短了交货周期。1.2预应力技术预应力技术最早应用于实腹钢梁中，对它的研究也较深人与广泛。前苏联中央建筑结构科研院在50年代就对预应力梁在弹性阶段受力过程与计算进行研究与模型试验。以后，HHCrpenewaiA教授又对梁在塑性阶段的受力与计算方法进行了理论与试验探讨，而AB Iernmepn二教授则对预应力阶段梁的塑性受力及整体稳定进行了研究。1948年美国爱握华大学对7根同一截面的预应力实腹梁进行试验研究。梁由张拉变形7%一10%的T型截面与张拉0一7%的翼缘板两部分按不同组合在张拉态下焊接而成。由于弹性变形产生的预应力效应使预应力梁的承载力与非预应力梁相比最大的可提高78%。50年代我国西安冶金学院陈叔陶教授等对12m跨度的各式预应力吊车梁进行过技术分析，得出撑杆式实腹梁在用钢量及制造加工量都是最经济的结论。同期哈尔滨工业大学的钟善桐教授也对装配式预应力钢梁进行过计算及试验研究。根据研究成果，不少预应力实腹梁应用于各种工程。比较大型的是前苏联库茨涅斯克的托密河公路桥及罗斯托夫的顿河公路桥.两桥均为5跨连续实腹钢梁桥，最大跨度达147 m,节约钢材分别为9%及17.8%。德国蒙塔堡的3跨连续公路桥中跨为50.4 m,节约钢材33%。我国也在太原钢铁厂试用了少量预应力实腹吊车梁，可惜有的研究项目未能付诸工程实践。1.3相关工作由于该机械为处于研究阶段，国内还没有该施工机械，所以利用国内的分析资料，查找相关的国外资料，对桅杆起重机以及预应力技术进行进一步的了解。参照一些相关的书籍和手册进行设计计算。最后用计算机绘图，进行论文的整理。1.4主要研究内容1.基于桅杆起重机的特点以及预应力结构的优点进行分析计算并对整机的稳定性进行了详细计算。2.进行了25吨液压卷扬机的设计计算 第2章WG400桅杆起重机设计计算2.1符号意义：G 自重Q 吊重 剪力 预紧力P 作用力N 轴向力M 力矩 弯矩 对xx轴弯矩 对yy轴弯矩 准风压值S 钢丝绳牵引力G 索具重量 风载荷q 均布载荷F 面积 横性矩W 截面模量D、d 直径L、l 长度H、h 高度 动载荷系数k 偏载增重系数n 安全系数 拉、压弯曲应力计算应力 许用应力 许用压应力 许用弯曲应力 许用剪应力 轴向力产生的应力 弯曲产生的应力 剪应力拖拉绳与地面的理论夹角滑轮组与桅杆中心的夹角f 摩擦系数m 以上符号是常用意义的，如有特殊意义的，在计算公式中另加说明2.2 计算原则2.2.1设计主要参数1、起重量 400t2、桅杆高度 62m / 72m3、桅杆分节数： 9节（9.8m 5节；6m 1节；4m 1节； 6.5m 1节（顶节）；6.5m1节（底节）1、 中间最大断面 20002100 (mm) 2、 两端断面 顶节：18001900 (mm)，底节：18001900 (mm)3、 滑轮组悬挂偏心距1：865mm4、 滑轮组悬挂偏心距2：835mm,（小轴起吊小重量用）5、 拖拉绳系点偏心距 830mm6、 直立桅杆时滑轮组最大张角12度 10、 盘上均匀分布m8根拖拉绳，每根拖拉绳预拉力，拖拉绳与地面夹角11、桅杆自重 71.76吨(62m)、82.05吨(72m) 12、索具重20t (包括跑绳、定、动滑轮组)13、每节预应力7t14、卷扬机牵引力是选用2台25吨液压卷扬机配套使用（1112）滑轮组，跑绳为双抽头15、吊装时风力最大不得超过五级2.2.2风载荷计算参照建筑结构设计载荷，吊装过程中风力大于五级停止吊装，故基本风压值按五级风计算。对于蒲式五级风基本风压值：6.411.4 kg/ 取10 kg/2.2.3材料许用应力A、整体稳定安全系数：n=1.6 +2100 kg/(206Mpa)B、局部稳定安全系数（0.80.85）n1.281.36C、板的安全系数1.5当420mm 2100 kg/(206Mpa)当2040mm 1866 kg/(183Mpa)D、轴的安全系数1.622500 kg/(245Mpa) (d100300)2.3 62m、72m典型结构计算2.3.1 62m典型结构计算1711 图1.结构图1、计算荷重P=(Q+g)k =（1.1400+20）1.1=506 t式中：动载荷系数； k 偏载增量系数； g 索具总量； Q 起吊重量对桅杆的压力=-77 =-77 =438.73 t2、滑轮组跑绳受力 = = =27.5 t 式中：f滑动摩擦系数f=1.04 ； 滚动摩擦系数； =1.02 两根跑绳的拉力： S=227.5 t=55 t对桅杆的压力=55 t3、拖拉绳受力 = = =式中：风缆绳每米长的重力；=5.479kg/m；滚动摩擦系数=1.02单根风缆绳的重量； 风缆绳受负载张力 = = =137.66 t对桅杆的压力=-77 =-77 =68.32t4、桅杆自重通过实体精确建模（solidworks）计算得到桅杆自重： 71.76 t重心位置：距下铰点33m5、风载计算（参考建筑结构设计载荷）桅杆高度 62m，排子和道木高度共1m，沿桅杆每米高度的风压q（kg/m）： 式中:n风载系数 取n=1.3体形系数 取=1.5风压高度系数B风振系数 取B=1.6基本风压值对于蒲式五级风为6.411.49.取=10桅杆断面宽度取=2.1m高度系数风压计算结果离地高度m1020304050607080kz1.01.261.461.541.641.721.791.85q(N/m)590750870910970102010601100表15、力学模型图2.力学模型6、强度计算结果(理论)1） 通过对O点（下铰点）取力矩平衡可以求得：风绳拉力 Pt = 113 t2） X、Y两个方向的载荷平衡可以算得：O点的反力为Rox =0.5t Roy=625t3） 弯矩与剪力计算：模型：图3弯矩图：单位（NM） 图4剪力图：单位(N)图52.3.2 72m典型结构计算 图6.结构图1、计算荷重P=(Q+g)k =（1.1400+20）1.1=506 t式中：动载荷系数； k 偏载增量系数； g 索具总量； Q 起吊重量对桅杆的压力=-77 =-77 =438.73 t2、滑轮组跑绳受力 = = =27.5 t 式中：f滑动摩擦系数f=1.04 ； 滚动摩擦系数； =1.02 两根跑绳的拉力： S=227.5 t=55 t对桅杆的压力=55 t3、拖拉绳受力 = = =式中：风缆绳每米长的重力；=5.479kg/m；滚动摩擦系数=1.02单根风缆绳的重量； 风缆绳受负载张力 = = =137.66 t对桅杆的压力=-77 =-77 =68.32t4、桅杆自重通过实体精确建模（solidworks）计算得到桅杆自重： 82.05 t重心位置：距下铰点38.6m5、风载计算（参考建筑结构设计载荷）桅杆高度 72m，排子和道木高度共1m，沿桅杆每米高度的风压q（kg/m）： 式中:n风载系数 取n=1.3体形系数 取=1.5风压高度系数B风振系数 取B=1.6基本风压值对于蒲式五级风为6.411.49.取=10桅杆断面宽度取=2.1m高度系数风压计算结果离地高度m1020304050607080kz1.01.261.461.541.641.721.791.85q(N/m)590750870910970102010601100表2.5、力学模型6、强度计算结果(理论)1）通过对O点（下铰点）取力矩平衡可以求得：风绳拉力 Pt = 111 t2）X、Y两个方向的载荷平衡可以算得：O点的反力为Rox = 3.5t Roy=621t3）弯矩与剪力计算：模型：图8.弯矩图：单位（NM） 图9剪力图：单位(N)图102.4 桅杆总体计算图11.吊装计算简图 拖拉绳系点偏心距830.84mm滑轮组系点偏心距865mm(835)拖拉绳系点至滑轮组系点垂直距离1422.63mmh 桅杆顶部至拖拉绳系点距离h323.73mm滑轮组系点至截面距离242.10mm滑轮组系点至截面距离1626.10mm滑轮组系点至截面距离17298.37mm滑轮组系点至截面距离28329.05mm滑轮组系点至截面距离58297.06mmH滑轮组系点至桅杆底部铰的高度61421.10mm拖拉绳系点至截面距离1664.73mm拖拉绳系点至截面距离3048.73mm拖拉绳系点至桅杆高度23截面距离18721mm拖拉绳系点至桅杆高度12截面距离29751.68mm拖拉绳系点至截面距离59719.69mm拖拉绳系点至桅杆底部铰的高度62843.73mm 拖拉绳与地面的理论夹角 滑轮组与桅杆中心线的夹角 拖拉绳与桅杆垂直截面的理论夹角=+1、桅杆底部截面以上自重=66.8 t对桅杆的压力= =65.8 t2、桅杆中部截面以上自重35.88t对桅杆的压力= =35.33 t3、桅杆2/3高度截面以上计算自重23.92 t对桅杆的压力= =23.55 t4、桅杆（）截面以上计算自重7.55 t对桅杆的压力= =7.43 t5、桅杆（）截面以上计算自重5.10 t对桅杆的压力= =5.02 t6、桅杆（）截面以上计算自重4.67t对桅杆的压力= =4.60 t7、桅杆底部截面（）的正压力及弯矩 = =t = 13.74t.m8、桅杆中部截面（）的正压力及弯矩 445.50+95.78sin+33.30+1212sin+49.18=647.88t 式中：桅杆中部截面以上自重33.30t 145.52t.m9、桅杆高度23截面（）的正压力及弯矩 445.50+95.78sin+22.20+1212sin+49.18=636.78t 式中：桅杆2/3高度截面以上计算自重22.20t 194.03t.m10、桅杆（）截面正压力及弯矩 445.50+95.78sin+7.01+1212sin+49.18621.59t式中： 桅杆（）截面以上计算自重7.01t 262.95t.m11、桅杆（）截面正压力及弯矩 506+95.78sin+4.73+1212sin+49.18619.31t式中： 桅杆（）截面以上计算自重4.73t 269.04t.m12、桅杆（）截面正压力及弯矩506+95.78sin+4.34+1212sin+49.18618.92t式中： 桅杆（）截面以上计算自重4.34t 157.80t.m 452.370.98480.865+42.54-157.80 385.36+42.54-157.80270.10t.m13、桅杆顶部标高中心点的弯矩 39.79t.m 119.89t.m14、桅杆竖立内力分析及计算桅杆自重 71.76 t跑绳重量 11t假设桅杆竖立时：方案1、后背T力与桅杆轴线夹角大于25.5度时（利用辅助桅杆平底立起此桅杆）方案2、吊车抬头24m桅杆与地面夹角为27.49度，桅杆底部与后背锚坑距离应大于150m。本计算按方案1考虑桅杆受力，T力为最大时的核算结果1） 计算T力及支座反力、A、对A点取矩 式中：桅杆头部的集中载荷2.5t 定滑轮的重量2.5t q1.226t/m代入 T146.34tB） 对B点取矩： 21.56tC) 132.08t2） 在均匀载荷q单独作用下： （注释：加上2个弯矩与受力图）3） 在集中力P及单独作用下：P5t=2.5t （注释：加上2个弯矩与受力图）4） 在起吊力T造成的偏心弯矩单独作用下： 5） 将2、3、4式中的M叠加： 对（）段取导数z= = = =18.12m = = =201.34t.m对（）段取弯矩.由于竖立桅杆时是属于外伸简支梁.故在z=l处 = = =328.34t.m根据剪力图叠加图得知. 在B的左端= = =28.81t.m15、风载荷计算（参考建筑结构设计载荷）桅杆高度 62m 排子和道木高度共1ma) 沿桅杆每米高度的风压q（kg/m） q=式中:n-风载系数 取n=1.3-体形系数 取=1.5 -风压高度系数B-风振系数 取B=1.6-基本风压值对于蒲式五级风为6.411.49.取=10-桅杆断面宽度取=1.9m高度系数风压计算表离地高度10203040506070801.01.261.461.541.641.721.791.85q(kg/m)5975879197102106110q(t/m)0.0590.0750.0870.0910.0970.1020.1060.110表3= =2.97t= =2.458t= =7.75t.m= =43.72t.m=37.60t.m=8.56t.m= 4.80t.m=4.12t.m16、桅杆强度及稳定性校核a) 截面强度特性) 截面147.03588.1100= = 66.9671.9493.8587.36) 、截面147.03588.1100= = ) -截面147.03588.1100= = ) -截面147.03768.1100= =角钢的惯性矩= = = ) -截面147.03768.1100= =角钢的惯性矩= = = 截面几何特性表截面（）（）（）（）（）-768.11-768.11-588.11-、-588.11-588.11表4典型截面内力表截面N（t）(t.m)(t.m)(t.m)标高(m)备注-618.92270.104.12274.22-619.31269.044.80273.84-621.59262.958.56271.51-636.78194.0337.60231.63-647.88145.5243.72189.24-676.6213.747.7521.49竖立桅杆剪力按方案1考虑结果竖立桅杆弯矩表5B） 强度校核按公式： -截面 -截面 -截面 -截面 -截面-截面均小于许用应力c) 整体稳定性计算1、弯矩作用主平面内（xx轴）按钢结构设计规范（TJ17-74）第48条计算= =0.418式中: F=315.36 = =77.5cm =0.451式中: 对y轴最小惯性矩 对y轴最大惯性矩=0.448式中: 对x轴最小惯性矩 对x轴最大惯性矩m=0.769根据桅杆的支承形式查起重机设计手册P424页1.01u1故 52.52m =72.1cm =72.8 = = =74.2式中: 主杆单肢的截面积 腹杆单肢的截面积对于16Mn钢（见TJ1774附表21） 87式中: 16Mn钢的屈服点3300查附表21： 0.531代入： 2159.4（211.8MPa） 弯矩作用在主平面内（yy）轴。按钢结构（TJ1774）第39页计算知 式中：N361.6t101.46t.mFA315.36 根据查附表21得： 0.688 2159.1（211.8MPa）两种计算略大于，单位超过的5,故许可.第三章液压卷扬机设计卷扬机是起重机起升系统主要设备之一。液压卷扬机 结构紧凑，传动平稳，调整范围大，操纵简单，易于安装。它即可与起重机配套，又可独立使 用。是一个很值得开发的产品，为此我们进行 了250kN液压卷扬机的设计工作 。3.1液压卷扬机主要技术参数主要技术参数起重机起升量为400t。假设总重量为500t，12个动定滑轮组成滑轮组，倍率为24,有：S=1020240*0.82/4.5=27.65tS500（24）=20.8t12个动定滑轮组成滑轮组，倍率为24。单绳负荷F=208kN，单绳速度V= 1.3m/s。查机械设计手册选取双互捻钢丝绳，直径为46mm。3.2液压卷扬机的总体方案设计250 kN液压卷扬机负载较大，这就要求卷扬机的工作运行及制动必须安全可靠，而且传动系 统结构要紧凑，操纵要方便，这就给设计工作带来一定的难度。3.2.1结构设计设计卷扬机首先要确定卷筒直径，因为它直接影响卷扬机的结构及转速。经计算与结构分析，我们确定钢丝绳直径d=46mm， 卷筒直径Dz=(12.527.3)d=860mm，卷筒的计算直径D计=920 mm。卷筒采用多层绕有槽卷筒，根据选择的卷筒，所需的绕绳量：式中：提升的最大高度，滑轮组倍率24附加的安全圈数，取3圈；卷筒的计算直径, 卷筒每层绕的圈数： 式中： 钢丝绳在卷筒上的层数，取15钢丝绳的直径, 多层绕卷筒的长度为： 式中：为钢丝绳排列不均系数。卷筒外护壁直径为：卷筒的总长度取：3.2.2传动设计卷筒直径确定后，可以进行卷扬机的转速计算。由技术参数所知，卷扬机在全载时的线 速度V=1.3m/s，因此得到卷扬机在全载时的输出转速n卷=30r/min。这样初估 卷扬机的总功率：N=FV/(102)=208001.3/(1020.8)=331kW式中：卷扬机初估总效率，取0.8。选择A7V500F型斜轴式轴向柱塞变量马达为卷扬机动力液压马达 。该马达技术参数为：排量q=500 mL/r；最高转速n=1400 r/min；最大压力P=40 Mpa；最大功率N=437kW。因此卷扬机传动系统的最大传动比：I=n输入/n输出=1400/30=46.7。要完成这样大的传动比，采用了2级行星齿 轮传动(见图2)。行星齿轮传动体积小，能够满足卷扬机的结构要求，同时 行星齿轮传动效率高，承载能力大，工作平稳，用2级行星齿轮传动增大了传动比。由图2可 求出传动系统的实际传动比I15。 图12.2级行星齿轮传动系统示意图IH13=(1-H)/(3-H)=-Z3/Z1式中：IH13由Z1到Z3的传动比；H第一级行星架 角速度。 IH25=(2-h)/(5-h)=-Z5/Z2式中：IH25由Z2到Z5的传动比；h第二 级行星架角速度。因为 H=0所以 2=-(Z5/Z2)5又因为 3=5所以 (1-H)/(3-H)=(1-H)/(5-H)=-Z3/Z1故 (1-H)/(5-H)=-Z3/Z1这样得到 1Z1+5Z3=-H(Z1+Z3)又因为H=2，则将2=-(Z5/Z2)5代入式 中得： 1/5=-(Z1Z5+Z3Z5+Z2Z3)/(Z1Z2)经计算I15=37.86，这就是卷扬机的总传动比，它满足了卷扬机转速要求。3.2.3液压系统的计算首先计算液压卷扬机在全载情况下马达的实际转速，即：n马=I15n卷=37.8630=1136 r/min由此得到马
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