双梁A型门式起重机结构设计说明书

河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 1 摘要摘要 进入 21 世纪以来 我国的铁路 造船工业进入了快速发展的轨道 门式起重机因其在露天作业环境中有其它类型起重机无法替代的优势 因此对其进行研究 创新 使其结构更合理 使用更方便 具有重要的 战略和现实意义 本设计以双梁 A 型门式起重机结构设计为设计目标 内容包括主梁 支腿 马鞍 上下横梁等结构的设计 首先采用许用应 力法及计算机辅助设计方法和第四强度理论对主梁结构进行载荷计算 然后对其强度 稳定性 刚度进行校核 最后进行螺栓连接的计算 如 不符合 重复所做步骤 其设计很好的体现了结构力学 材料力学在金 属结构件和起重机运输中的重要运用 关键词 门式起重机 金属结构 载荷计算 双梁 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 2 AbstractAbstract In the 21st century China s railways shipbuilding industry has entered a rapid development track gantry crane in its operating environment in the open air there are other types of cranes can not be replaced advantage so its research innovation its structure is more reasonable More convenient has important strategic and practical significance The design A double beam gantry crane design goals for the design including the main beam legs saddle upper and lower beams and other structures Focus on part of the structure of the load and load combinations the final calculation of the bolt connection Good indication of the design of structural mechanics mechanics of materials in the metal structure and the importance of transport used cranes KeyKey wordswords Gantrycranes metalstructure loadcalculation doublebeam 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 2 目录 第一章 前言 1 1 1 结构简介 1 1 2 发展现状 1 1 3 研究目的和意义 2 第二章 总体设计 4 2 1 总体设计 4 2 1 1 材料选择 4 2 1 2 总体结构设计 4 2 1 3 设计参数 5 2 2 部件截面形状的确定 6 2 3 截面惯性矩验算 11 第三章 主梁计算 12 3 1 载荷及内力计算 12 3 1 1 载荷计算 12 3 1 2 内力计算 17 3 2 主梁的强度 24 3 2 1 主梁弯曲应力验算 24 3 2 2 主梁支撑处的剪力 28 3 2 3 主梁疲劳强度 29 3 3 主梁的稳定性 30 3 4 主梁刚度设计计算 35 3 4 1 主梁跨中一简支刚架静刚度计算 35 3 4 2 小车悬臂一简支刚架静刚度计算 36 3 4 3 主梁水平静刚度计算 36 3 4 4 悬臂的水平静刚度 37 3 4 5 主梁动刚度 37 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 3 第四章 支腿平面内刚架的设计 40 4 1 钢架的三次超静定结构 40 4 2 马鞍横梁跨中截面内力计算 42 4 2 1 刚性腿侧计算 42 4 2 2 结构弯矩计算 43 第五章 支承架设计及计算 45 5 1 支撑架刚度计算 45 5 2 支撑架的小车轨顶处位移 51 5 3 整体稳定性计算 58 第六章 螺栓连接强度计算 60 6 1 马鞍的连接强度计算 60 6 2 支腿与横梁的连接计算 61 6 3 主梁在跨中的连接计算 62 6 4 主梁盖板的螺栓连接 62 结论 64 致谢 65 参考文献 66 附录 外文资料与中文翻译 67 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 1 第一章第一章 前言前言 1 11 1 结构简介结构简介 门式起重机是桥式起重机的一种变形 在港口主要用于室外的货场 料场货 散货的装卸作业 它的金属结构像门形框架 承载主梁下安装 两条支脚 可以直接在地面的轨道上行走 主梁两端可以具有外伸悬臂 梁 门式起重机具有场地利用率高 作业范围大 适应面广 通用性强 等特点 在港口货场得到广泛使用 本次设计的起重机因支腿形状类似 字母 A 又称 A 型门式起重机 该装置主要是由双主梁 两刚支腿 两柔 支腿以及马鞍 上下横梁等结构组成 双梁 A 型门式起重机一般做成箱 型结构 而且常做成双悬臂的桥架 有时也可做成桁架结构 但是桁架 结构存在着制造劳动量大 维修保养不方便等缺点 所以一般设计成箱 梁门式起重机 1 21 2 发展现状发展现状 目前 国内专业生产大型起重机的厂家很多 其中以中联重科 三 一重工 抚挖等公司产品系列较全 市场占有率较高 中联重科在 2007 年 12 月宣布实行品牌统一战略后 现已成功开发了 50t 600t 履带式起重 机产品系列 作为中国起重机行业的领跑者 徐州重型机械有限公司现 在已经形成了以汽车起重机为主导 履带式起重机和全路面起重机为侧 翼强势推进的庞大型谱群 国内最具历史的履带式起重机生产企业抚挖 现已拥有 35t 350t 的履带式起重机产品系列 QUY350 是抚挖 2007 年推 出的国产首台 350t 履带式起重机 填补了国内 350t 履带式起重机的产品 型谱空白 国外专业生产大型起重机厂家很多 其中利勃海尔 特雷克 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 2 斯 德马格 马尼托瓦克与神钢等公司产品系列较全 市场占有率较高 利勃海尔公司的产品技术先进 工作可靠 其生产的 LR 系列履带起重 机最大起重量已达 1200t 其桁架臂履带式起重机系列在 2007 年又喜添 新品 LR1600 2 使其产品型谱更加完善 未来的一段时间内 起重机的发展趋势包括以下几个方面 1 大吨位的自拆装系统 2 便利模块化和组合化 3 混合型起重机 1 31 3 研究目的和意义研究目的和意义 通过对双梁 A 型门式起重机的研究和创新设计 能够让我很好的掌 握结构力学 材料力学在金属结构件和起重机运输中的运用 作为毕业 设计的一大课题 在融合贯通机械专业的同时 更能很好的使自己所学 专业知识全面化 系统化 本次设计的结构较复杂 特别是支腿 马鞍 部分 设计难度较大 计算量也较多 不光是对专业知识的考察 更体 现在自己对待生活和学习的态度上 通过这一环节的训练 更能很好的 提高了以下方面的能力 1 综合运用所学知识和技能 独立分析和解决设计问题的能力 2 熟练运用基本技能 包括绘图 计算机应用 翻译 查阅文献等 等的能力 实验研究的能力 撰写科技论文和技术报告 正确运用国家 标准和技术语言阐述理论和技术问题的能力 3 收集加工各种信息的能力 获取知识的能力 5 多角度的培养我们综合运用和扩大所学知识面的能力 以提高理 论联系实际的能力 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 3 6 通过依据数据 准确的制图 培养了我们收集 整理 分析及运 用资料的能力 7 另外它不仅仅局限在机械基础知识上更涉及了有关材料学 力学 等多学科知识 使我们对交叉学科有了一定的涉足 拓宽了我们的知识 面 更激发了进行本专业工作 学习的激情与兴趣 本设计为 32t 双梁 A 型门式起重机结构设计 根据给出的设计参数 设计出符合要求满足使用性能的起重机结构 并对设计出来的结构进行 校核计算 所用到的研究方法主要有经验总结法 比较研究法 文献资 料法等 借鉴前人对起重机结构设计的成熟经验 结合目前双梁 A 型门 式起重机所存在的缺点和不足 进行起重机的创新性结构设计 通过翻 阅相关文献书籍对涉及到的双主梁 两刚支腿 两柔支腿以及马鞍 上 下横梁等结构进行计算 特别是载荷计算及载荷组合 螺栓的连接计算 比较研究法可以理解为是根据一定的标准 对两个或两个以上有联系 的事物进行考察 寻找其异同 探求普遍规律与特殊规律的方法 具体要求如下 a 设计中要注意的问题是结构较复杂 特别是支腿 马鞍部分 设 计难度较大 计算量较多 b 通过本次设计 熟练掌握结构力学 材料力学在金属结构件和起 重机运输中的运用 c 完成校院要求的工作量和毕业设计论文的撰写 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 4 第二章第二章 总体设计总体设计 2 12 1 总体设计总体设计 2 1 12 1 1 材料选择材料选择 在选择起重机材料时一般应考虑以下几个方面 1 经济性 性能与 材料价格成正比 2 设计要求 对于有重量限制的 可以选用强度等级好 一些的材料 3 作业环境要求 对于有低温操作要求的产品 必须考虑材 料的低温冲击性能 也就是 A B C D E 等 4 制造能力 如果对于高强度 板的焊接能力达不到 就不能选用 参阅大连起重机厂编的 起重机设计手册 起重机金属结构主要受 力构件应采用平炉或转炉的碳素钢和普通合金钢 但端梁一般采用 Q235B 的钢材或者型材 2 1 22 1 2 总体结构设计总体结构设计 依据原始资料及查阅 起重机课程设计手册 现列出门架的结构简 图及其主要尺寸如图 2 1 2 2 和表 1 1 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 5 图 2 1 门架结构简图 图 2 2 门架结构简图 具体尺寸如表 1 1 表 1 1 A1 5 2m A2 4 2m A3 11 16m A4 1m 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 6 A5 8m A6 1 4m L1 10m B2 1 89m B3 11 32m 2 1 32 1 3 设计参数设计参数 总体参数 起重量 Q 32t 跨度 S 26m 工作级别 A6 起升高度 11m 起升速度 工作风压 q 250Pamin m3 9 起 V 大车参数 大车运行速度 V 37 8m min 大车轮距 基距 B 8 5m 悬臂全长 有效悬臂长度 mLL9 21 mS6 1 整机总重 估 马鞍自重 106 8t A GtGm36 3 操纵室重 电器集中质量 kgGc566 kgGdq750 梯子等重 单支腿自重 kgGct124 tGt66 3 小车参数 小车自重 小车轨 P38tGxc 3 11 小车轮距 b 2 7m 小车轨距 K 2 5m 小车轨面到小车最高点的高度 1 6m 2 22 2 部件截面形状的确定部件截面形状的确定 双梁门式起重机承载能力强 跨度大 整体稳定性好 品种多 但自身质量与相同起重量的单主梁门式起重机相比要大些 造价也较 高 根据主梁结构不同 又可分为箱形梁和桁架两种形式 但考虑 到制造劳动量大 维修保养不方便等缺点 目前一般多采用箱形结构 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 7 1 主梁截面 1 如图 2 3 所示主梁截面的形状及尺寸 由已知条件和经验值可知 主梁截面的主要结构尺寸及重要参数如下 高度 取腹板高度 1200Hmm 1200 0 hmm 翼缘板厚度 取主腹板厚度 10mm 8 1 mm 副腹板厚度 6 2 mm 图 2 3 主梁截面图 2 主梁尺寸计算 主梁高度如下 mmhH122010212002 001 主梁宽度 mm 611 488 1220 5 0 4 0 mmHb主 腹板外侧间距 mmmmLb300 3601018 60 1 50 1 60 1 50 1 3 侧 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 8 且 取 b 614mm 上下翼缘板各不相同 分别 1220 1 407 33 H bmmmm 为及 取悬臂部分的横断面完全等同于中间主梁的横断面 16 750 10 650 选择偏轨箱型形式 采用偏轨省去了中轨支撑轨道而设置横向加劲板 从而也省去了大量的焊缝 减少制造过程变形为了能在主腹板上设置轨 道和压板须使上翼缘板的悬伸宽度加大因而增加了保证悬臂部分局部稳 定性而设置的三角肋 3 截面惯性矩验算 面积 22 10 654 10 7348 12006 120030800Ammmm 2 22 614 1220749080 749 0 Ammmmm 型心坐标 8 1200 206 1200 634 278 3 8 12006 1200 Xmmmm c 10 734 1210 10 654 10 671 10 734 10 654 Ymmmm c 惯性矩 94 94 7 18 10 2 06 10 Imm x Imm y 2 马鞍截面 如图 2 4 马鞍截面的形状及尺寸 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 9 图 2 4 马鞍的截面形状 面积 222 384 8 2640 8 2 163840 0164Ammmmm 质量 m H mg F ma q N2744 12 8 93360 惯性矩 34 2 43 10Im X 44 4 5 10Im Y 3 支腿截面 如图 2 5 2 6 所示支腿截面的形状及尺寸 支腿上端的截面在门架平面内的惯性矩 11 323 1 6 0 010 61 6 0 0120 01 1 22 1212 IX 4 0 0144m 支腿下端的截面在门架平面内的惯性矩 34 2 916 10Im x 44 8 15 10 y Im 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 10 图 2 5 支腿上端的截面形状 图 2 6 支腿下端的截面形状 4 端梁截面 如图 2 7 所示端梁截面的形状及尺寸 由于端梁一般是偏于安全的 参阅 起重机课程设计 选取截面截面如 图 2 7 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 11 图 2 7 端梁截面形状 5 下横梁截面 如图 2 8 所示下横梁截面的形状及尺寸 图 2 8 下横梁的截面形状 下横梁面积 222 2 800 8600 8 2 224000 0224Ammmmm 型心坐标 0XC 0YC 惯性矩 34 2 916 10Im x 44 8 15 10 y Im 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 12 2 32 3 截面惯性矩验算截面惯性矩验算 因主梁为关键性部件 在起重机使用过程中承载主要载荷 现对主 梁的惯性矩进行初步验算 小车集中载荷 132 333 32 3 32109 84108719 3 2 10666 2217438 mQ ppt GQ x ppNN jj PNN 主 满载小车位于主梁跨中产生的垂直静挠度为 mm L Y EI pL Y X 5 32 80048 1 3 1 2 mm 3 10206a 9 10206 22 1 N PE E EI Y 取 查取 材料力学 教程表材料的弹性模量 由 主梁的抗弯刚度 册度 见起重机设计手主梁的许用静位移 挠 1 17mm 1 3 3 33 48 5 321020648 1026 213333 1 YE pL IX 9 10 4 当满载小车位于悬臂端极限位置产生的垂直挠度为 mm l Y EI lLPl Y X 14 17 350 6000 3503 2 3 2 2 2 32 14 17102063 10 266 106 213333 3 3 323 2 2 2 YE lLpl IX 10 10 4 mm 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 13 主梁截面许用惯性矩 满足要求 49 1017 1 mmI 第三章第三章 主梁计算主梁计算 3 13 1 载荷及内力计算载荷及内力计算 3 1 13 1 1 载荷计算载荷计算 1 固定载荷 主梁自重载荷 m2843 42 8 912184 0 N L mg Fq 小车轨道重量 38 86 9 8 381 FmgN mN m gg 栏杆及导电架质量 100 9 8 980 FmgN mN m L 主梁的均布载荷 2843381 980 4205 FFFFN m qgL q N m 2 移动载荷 首先假定小车的重量中心与起升载荷的重量中心均集中在小车的中心 起升载荷 32000 1000 9 8323730 0 PmmgNN QQ 小车自重载荷 11330 9 8111147Pm gNN Gx x 满载小车静轮压有前面已知 108719 1 2 PPN j j 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 14 空载小车静轮压 0 1000 9 8 111147 30239 44 12 m gP Gx PPNN jj 217438pN 3 动力效应系数 起升冲击系数 1 1 1 起升动载系数 43 1 8 37 13 68 0 2 1 222 min q V 运行冲击系数 60 1 1 0 0581 1 0 05811 158 4 60 Vh y 4 惯性载荷 按车轮打滑条件确定大小车运行的惯性力 一根主梁上的小车惯性力 108719 2 15531 2 72 7 P PNN xg 大车运行起制动惯性力 一根主梁上 为 均布惯性力主梁 4205 421 2 710 Fq FN mN m H 小车集中惯性力 217438 10872 2 102 10 P PNN H 5 风载荷 作用于货物的风载荷 NAqCkF ihW 121552625011 17 1 1 非工作状态风载荷 NAqCkF ihW 6 4101726800116 1 7 1 1 3 作用于主梁上的风载荷 小车 11 1 7 1 1 1 25082700 hi PCPkq ANN 主梁 NAqCKP n 36465 122625 0 226 25011 17 1 112 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 15 6 扭转载荷 偏轨箱型梁由和的偏心作用而产生移动扭矩如图 3 1 所示 偏轨p H P 箱型梁弯心 A 在梁截面的形心轴上 不考虑翼缘外伸部分 弯心至主腹 板中心的距离为 686 212 614 260 1 228622 12 ebmm 轨高 134hmm g 11 1220 134 744 1 22 hHhmmmm g 移动扭矩 217438 0 2656534 1 TPeNmN m p 10872 0 7448088TP hNmNm HH 7 惯性载荷 下横梁产生的惯性力 下横梁面的截面 由大车轮直径 D 900m 选定下横 梁截面尺寸 下横梁面积 222 2 800 8600 8 2 224000 0224Ammmmm 形心坐标 0XC 0YC 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 16 图 3 1 下横梁截面形状及尺寸 下横梁面积 222 2 800 8600 8 2 224000 0224Ammmmm 形心坐标 0XC 0YC 惯性矩 34 2 916 10Im x 44 8 15 10 y Im 则下横梁产生的自重载荷为 1 2 7850 0 024 9 8 FkAgN m XhL 1973 8 N m 下横梁产生的惯性力为 NN LF P XhL HXhL 14 592 102 6 8 1973 102 马鞍的截面 在门架平面内 产生的惯性力 面积 222 384 8 2640 8 2 163840 0164Ammmmm 质量 1 2 7850 0 016384 9 8 1515 FkAgN mN m qma 惯性矩 34 2 43 10Im X 44 4 5 10Im Y 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 17 惯性力 15152 61 6 318 2 102 10 FL qma PNN Hma 支腿上截面产生的惯性力 惯性矩 11 323 1 6 0 010 61 6 0 0120 01 1 22 1212 IX 4 0 0144m 支腿下截面产生的惯性力 惯性矩 34 2 916 10Im x 44 8 15 10 y Im 取支腿从下截面开始的 0 7H 处作为计算截面如图 3 2 所示 平均面积 16006001200800 22 1 1 22 Ammm 平均实体面积 12008001600600 2 82 8 0 22 A 22 336000 0336mmmm 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 18 图 3 2 下支腿 0 7H 处截面形状及尺寸 惯性矩 IX 344 0 007247 24 10mmm 1 II y 344 0 00393 9 10mmm 支腿自重载荷为 1 2 7850 0 0336 9 8 3102 2 FkAgN mN m q 8 偏斜侧向力 一根主梁的重量 NNLFP qG 108034 6226 2843 一组大车运行机构的重量 1200 9 811760Pm gNN Gj j 司机室及设备的重量 按合力计 2000 9 819600Pm gNN Gs s 一根端梁的重量 2843 2 57108PF LNN dLq 满载小车在主梁跨中时 左侧下横梁总静轮压 PR1如下 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 19 11 2 22 1 22 1 11 323730 111147 2 767612 3102 11 1515 22 3 2 4 25 1973 8 47108 19600 1 402790 22 d PpPPPPPPp RQGGztmaXhLdLG L xs N 由 查得5 6 4 26 0 B L 0 175 侧向力 11 402790 0 17535244 22 11 PPNN SR 满载小车在主梁与支腿相接处 N L d PPPPPPPPP SX GdLXhLmaZtGGQR 7 631918 26 3 1196007108 48 19735421515113102276761111147323730 122 2 1 2 2 侧向力 11 869754 0 17576103 22 22 PPNN SR 3 1 23 1 2 内力计算内力计算 1 垂直平面内的应力 计算主梁内力时 将门架当作平面静定结构分析 由主梁自重均布载 荷引起的力有 支反力 NN LL FVV qBA 5 86202 1 4 26 2 26 4205 1 42 剪力 NN L FQQ q R C L D 5 31537 1 4 26 4205 1 4 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 20 N L FQQ q L C R D 54665 2 26 4205 2 跨中弯矩 mNl L F M q L 138765012 1 4 4 26 2 4205 4 2 2 2 4 2 2 2 跨端弯矩 4205 22 5 51 158 4 22 Fq MMlN m CD 图 3 3 内力模型图 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 21 考虑移动载荷引起的主梁内力 取小车轮压分别108719 21 jj pp 计算小车位于跨中和悬臂端时的主梁内力 1 小车位于跨中 受力如图 3 4 所示 图 3 4 小车受力图 跨中的剪力为 119843 26 25 1 1 217438158 1 2 1 2 1 2 1 L K PFP mN 跨中的内扭矩 11 1 158565348088 44 22 TTTN m nPH mN367777 最大弯矩作用位置 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 22 24 75 26 217438 2 26 5 226 108719108719 2 21 21 L pP L kL PP X jj jj mN 求得支反力为 N L KXL P L XL PV jjA 5 124114 26 5 28 26 108719 22 1022 108719 21 NVpPV AjjB 933235 5 1241142108719 21 剪力为 NVQ AD 5 124114 NVQ BC 933235 2 小车位于悬臂端 如图 3 5 所示 图 3 5 小车受力图 支持反力 VA计算如下 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 23 N L klL P L lL PV jjA 25 257162 26 5 26 26 108719 26 626 108719 21 N L kl P L l PV jjB 5 39724 26 5 26 108719 26 6 108719 21 剪力 NVQQ B R D L C 5 39724 NQL D 75 21743725 257162 5 39724 弯矩 NklplPM jjD 5 1235648 5 26 1666676108719 21 N L VM BL 5 516418 2 26 5 39724 2 2 满载小车处于主梁的左端时 如图 3 6 所示 图 3 6 满载小车受力图 跨端剪力为 NN L KL PFPC 3 227582 26 5 226 217438158 1 4 跨端内扭矩 1 158 565348088 4 1 TTTN m nPH 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 24 mN 4 132238 当小车制动时 惯性力顺主梁方向引起的主梁内力 如图 3 7 所示 支反力 N L hP VV g X BA 8 6570 26 1115531 剪力 NVVQQ BADC 8 6570 15531QHPN AAX g 图 3 7 主梁受力示意图 跨中弯矩 11 15531 11 1686663 22 2 MPhN m LX g 支座处弯矩 15531 11 16173326MPhN mN m DX g 2 水平面内的应力 在主梁水平面内 如图 3 8 所示当大车制动时由于惯性力和风载荷 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 25 引起的主梁内力 其中由主梁自重引起的惯性力和小车自重引起的FH 已计算过 P H 图 3 8 主梁内力简图 是将风载荷均布在主梁上 2 q 2 p 顺大车轨道方向的风载荷 NmN lL p q 1 428 6226 16269 2 2 2 小车在跨中 11 22 561421 5 5 2 22 MFql DH 14583N m mN Pppl L qFM HWHL 236792 1087215 6750843740 4 1 6 4 26 421561 2 1 4 1 4 2 1 2 2 1 2 2 2 2 小车在悬臂端 1 2 21 24 L MFqlpPP DHWH N 5 173734 4 26 1087284153740 7 421561 2 1 2 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 26 2 11 2 21 242 2 L MFqlPPP LHwH 75 9534 4 26 1087284153740 2 1 6 4 26 421561 2 1 2 2 现分别将主梁在水平面和垂直面产生的弯矩列表如表 3 1 3 2 表 3 1 主梁在水平面内的弯矩 N m 小车的位置 D M L 2 M 小车在跨中小车在悬臂 173734 59534 75 表 3 2 主梁在垂直平面内的弯矩 N m 产生弯矩的外 力 主梁均布质量 q 下移动载荷 P 下 小车的位置 D M L 2 M D M L 2 M 小车在跨中 7364813876500981162 小车在悬臂 1235648 516418 5 706674 353337 产生弯矩的外 力 小车在制动下外力合成下 小车的位置 D M L 2 M D M L 2 M 小车在跨中 17332686663997681191386 小心在悬臂606996 143113 3 23 2 主梁的强度主梁的强度 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 27 3 2 13 2 1 主梁弯曲应力验算主梁弯曲应力验算 由表 3 1 3 2 可知 在水平和垂直平面内 小车位于跨中和悬臂支 撑处时产生的弯矩最大 现分别验算跨中和悬臂支撑两个位置处主梁的 弯曲应力 由公式求得跨中弯曲应力 11 2222 1 121 12 SS MMMyMx LLLL z WWII xyxy 33 1191386 549 10128540278 3 10 1 12 1010 0 718 102 06 10 235 124 7176 7 1 33 s MPMP aa n 悬臂支撑处弯曲应力 C 33 606996 549 1075932 278 10 1 121 158 1010 0 718 100 206 10 S MM DD C WxWy 65 16176 7MPMP aa 主腹板上边缘点至轨顶距离为 0 hh yg 134 10144mm 主腹板边的局部压应力为 4 1 158 108719 1 46 6 2 14450 8 2508 Pj MPMP maa hy 在水平面内 主梁还受偏斜运行时的水平侧向载荷作用 由侧向力 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 28 对双梁产生的水平弯矩如下 0 MFSP B DWS 水平刚架计算模型为如图 3 8 所示 图 3 8 水平刚架计算模型图 2 25002 278 3057 1 Kkxmmmm 11 30571528 22 bKmmmm 11 900030572972 0 22 aBKmmmm 小车在跨中 刚架的计算系数为 12 1 102916 0 263 10206 0 297215282 1 3 1 10 10 2 1 LI Ik rs 小车在跨中 偏斜侧向力为 35244 1 PN S 超前力为 N L BP P S W 8 12199 26 935244 0 1 1 下横梁中点的轴力为 11 176228811 22 11 NPNN dW 下横梁中点的水平剪切力为 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 29 112 972 3524412970 223 057 1 12 11 a FPN dS k rs 主梁跨中的水平弯矩为 111 ddSs NFPM mN45264 2 26 8811528 1 1297097 2 35244 主梁轴力为 352449750 25494 111 NPFNN Ssd 小车在跨端时侧向力 54720 2 PN S 超前力 N L Bp p s w 27135 26 954720 0 2 2 下横梁中点的轴力 11 2731513568 22 2 NPNN dW 下横梁中点的水平剪力 112 972 5427015013 223 057 1 344 22 a FPNN dS k rs 主梁跨端的水平弯矩 54270 2 972 15013 1 528 184230 22 MPaFbN mN m CSSd 主梁跨端的水平剪力 2 1 27135 2 2 w FPNPN CSwd 垂直弯矩产生的应力为 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 30 13 1191386 549 10 2 91 09 019 7 18 10 My L MP a Ix 水平弯矩产生的应力 3 128540 10278 1 22 8 0210 2 06 10 Mx D MP a I y 惯性载荷与侧向力对主梁产生的轴向力较小且作用方向相反 应力很小 可忽略不计 因而有主梁上翼缘的静矩 11 33 10 750594104080000 0 110 22 SBymmmm y 跨中剪切力 11 1 12 333334186667 4 22 FPNN P 1 73554 125897 4080000 2 5 1 10 22 734470 8 0 718 1086 0 F S T p y n MP a IA x 点 1 的折算应力 91 0922 8113 89 00102 MPMP aa 2 22222 3113 8946 6113 89 46 63 5 1 00 MP mma 95 1176MPMP aa 点 2 的应力 233 1191386 671 10128540 10328 3 22 1010 0 718 100 206 10 My S L Mx D MP a II xy 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 31 131176MPMP aa 点 3 的应力 233 18 1191386 671 10128540 310 3 10 22 1 151 15 1010 0 718 100 206 10 My L Mx D II xy 满足要求 151176MPMP aa 3 2 23 2 2 主梁支撑处的剪力主梁支撑处的剪力 1 根据上述计算 小车在悬臂端时 主梁支撑处剪力最大 主梁支撑 处的垂直平面内剪应力由下列公式计算 12 Q S D x x Ix 小车在跨中 37845 1011699629 129385 L QQQQNN DDD D VV AB 小车在悬臂端 231282170789629 249835QNN D 所以剪应力 96 249835 1357094 1010 33 7 1012 0 718 100 0080 006101 MPMP xaa 主梁承受扭矩产生的切应力为 1 Tn 3 73554 10 1 6 3 22 734470 18 2 0 a Tn MPMP xa A 33 76 340 12 MPMP xxaa 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 32 2 翼缘板承受水平剪力计算 小车位于悬臂端时支撑处承受的最大水平剪力 21 PFqlPPPF CHHwHCS 5614215 537408415 108722713555563NN 3 1 5 5556373554 10 12 21100 10 750650 2 8 734470 MPMPMP aaa 主梁翼缘板厚度取 采用自动焊接 不需计算 8hmm f 3 2 33 2 3 主梁疲劳强度主梁疲劳强度 1 桥架工作级别为 A6 应按载荷组合 计算主梁跨中的最大弯矩截面 的疲劳强度 由于水平惯性力产生的应力很小 为了计算简明而忽略惯性 只求截面 的最大弯矩和最小弯矩 截面最大弯矩 mNM1191386 max 满载小车位于悬臂端时 弯矩最小 143113 min MN m 空载小车的轮压为 11330 9 8 27787 4 12 PPNN jj 则空载小车位于悬臂时 对跨中产生的弯矩为 mN kiplP M jj L90308 2 5 26 27787627787 2 2 21 27787 4 5277874 52 5 12 90308 22 2 P lPlk jj MN mN m L 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 33 123561 9030886663119916 min MN mN m 则取1191386 min MN m 3 33 3 主梁的稳定性主梁的稳定性 1 整体稳定性 主梁高宽比为 稳定 1200 23 614 h b 2 局部稳定性 翼缘板 600 0 60 10 0 b 需设置一条纵向加劲肋 不再验算 翼缘板最大外伸部分 稳定 100 1 10 10 0 b 主腹板 1200 0 120 80140160 10 h 需设置横向加劲肋 隔板 期间距现取为 1200mm 副腹板 1200 0 155 160175240 8 h 除需设置横向加劲肋外 还需在腹板最大受压处设置一条纵向加劲肋 将腹板分为上下两个格区 纵向加劲肋设置在距腹板受压边为 240mm 处 如图 3 9 所示 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 34 图 3 9 纵向加劲肋简图 1 验算跨中主腹板上区格 的稳定性 区格两边正应力为 91 0922 8113 89 10102 MPMP aa 549240 1 91 0922 869 6 20102 549 10 1 yh MPMP aa y 属于不均匀压缩板 69 6 2 0 64 00 641 113 89 1 区格 的欧拉应力为 2 100 8 18 6206 7240 1 240 MPbhmm ya 区格分别受 和作用时的临界压应力 1 m 16 xk cry 嵌固系数x 1 2 屈曲系数 1200 5 240 a b 8 48 4 4 83 6 1 10 64 1 1 k 则 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 35 235 12351226 3 1 5 3 1198 5 3 1 s MPMP crsaa cr 腹板边局部压应力为 46 6MP ma 压力分布长 2502134 1050338chmm g 按 a 3b 计算53 a b 所以 3 338338 0 47 33 240 c ab 区格 属双边局部压缩板 板的屈曲系数为 0 710 71 0 47 0 8 20 821 7 22 3 0 47 3 Km 需修正 则 1 2 1 7 206 7429 8xkMPMP mcrm maa 235 235 1210 5 3 429 8 MPMP mcraa 区格平均切应力为 1 73554 125897 2 7 49 21200862 734470 8 00 F T p n MP a hA 由 板的屈曲系数为 51 a b 44 5 345 345 5 22 5 KI 1 2 5 5 206 71364xkMPMP crIyaa 需修正 33 136423630 75176MPMPMP craaSa 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 36 而 235 32351231 7 5 3 3131 MPMP craa 133 78MP cra 区格上边缘的复合应力为 222222 3113 8946 6113 89 46 63 7 4995 1 11 MPMP mmaa 区格的临界复合应力为 5 382 a b 222 3 11 2 13 2211 44 11 mm cr p m crcrmcrcr 95 1 151 9 222 1 0 6410830 6410844 67 49 42264226210133 MPMP aa 151 9 114 1 33 cr MP cra n 合格 222 3 11mmcr 主腹板外侧设置短加劲肋与上翼缘板顶紧以支撑小车轨间距 取 240 1 amm 2 验算跨中副腹板上区格 的稳定性 副腹板上区格 只受及的作用 区格两边正应力为 1 21 32821 2 91 07 17 3769 7 10102 278 3 1 x MPMP aa x 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 37 切 240 1021 694260 1632821 12 91 0722 8 69 7 20102 10694 16372 11 yx MPMP aa yx 应力 1 73553 125897 2 7 49 21200862 744470 8 00 F T p n MPMP aa hA 区格 的区拉应力为 2 100 6 18 6116 3 240 MP ya 属于不均匀压缩板 69 7 2 0 63 110 3 1 1200 51 240 a b 8 48 4 4 86 1 10 6 1 1 K 1 2 4 86 116 3678 16 xkMPMP cryaa 需修正 0 75 1crs 235 2351219 6 1 5 3 678 MPMP craa 51 44 5 345 345 5 22 5 kI 1 2 5 5 116 3767 6xkMPMP crIyaa 需修正 则 33767 713300 75176MPMPMP craasa 235 32351227 5 3 1329 MPMP craa 227 131 2 3 MPMP craa 河南理工大学河南理工大学 万方科技学院本科毕业设计 论文 万方科技学院本科毕业设计 论文 38 复合应力为 2222 3110 33 7 49111 1 MPMP aa 区格 的临界复合应力为 52 22 3 1 22 13 1 44 11 cr crcrcr 100 88 188 22 10 63110 330 63110 37 4 4219 64219 6131 2 MPMP aa 合格 188 22 3111141 4 1 1 33 cr MPMP aa n 3 43 4 主梁刚度设计计算主梁刚度设计计算 3 4 13 4 1 主梁跨中一简支刚架静刚度计算主梁跨中一简支刚架静刚度计算 小车作用在跨中时 2 L Y 18000 17 2922 5 800800 L mmYmm 跨中静刚度 主梁按静定