机械毕业设计1603移动式驾车机总体及机架设计的DT015.doc
机械毕业设计1603移动式驾车机总体及机架设计的DT015
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机械毕业设计1603移动式驾车机总体及机架设计的DT015,机械毕业设计论文
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本科毕业设计（论文） 题 目 移动式架车机 DT015 总体及机架设计 学 科 专 业 机械设计制造及其自动 化 班 级 机 093 姓 名 指 导 教 师 辅 导 教 师 nts 摘要 近半个多世纪以来，世界各国都在努 力进行铁路的技术装备和现代化管理的研究，努力推进铁路运输技术的进步，在很多方面取得了突破性的进展。移动式电动架车机 DT105 应运而生，它一种不需要动力起运的设备，人工便可推动的、轻便的且具有自动控制同步升降功能的移动式电动架车机。 作为铁道电力机务段必不可少的三大检修设备之一的移动式架车机的安全性问题已越来越引起广大设计者的关注 。设计与制造 移动式架车机时，除考虑该机构能 简单、安全、方便 地架起电力或内燃机车、推出转向架外，还应注意其自身机架的强度与稳定性问题。 本文主要根据工厂实际参观和力学受力分析对机架部分进行 优化设计，在设计当中重点是提高移动式架车机机架的稳定性，提高使用寿命和可靠性，以最低的的维修费用，较长的使用周期使移动式架车机具有较高的经济性， 机架是移动式架车机的承载基体，不仅承担电动机、底座和所架货车的质量，而且还要承受过作业程中所产生的各种力和力矩。因此，其强度不仅关系到架车的力度，而且还关系到整车的安全性。 关键词 ： 机架 DT015 稳定性 ABSTRACT nts Since nearly half a century, all the countries in the world to study the railway technical equipment and modern management, efforts to promote the technology of railway transport development, a breakthrough in many aspects. Mobile electric cars machine is a kind of equipment is not required or crane, artificial can promote, portable and mobile electric car automatic control of synchronous lifting function machine. Security problem of mobile car machine one of the three major overhaul equipment as electric locomotive depot for the railway has more and more aroused the attention of designers. Design and manufacture of mobile lifting machine, in addition to considering the mechanism can be simple, safe, convenient up electricity or diesel locomotive bogie, launch, should also pay attention to the strength and stability problems of its own. Analysis on the optimization design of the frame part stress according to the actual plant visits and mechanics, the design is focused on the stability of mobile car machine, improve the service life and reliability, the lowest of the repair costs, economy of long period of use the mobile frame machine frame is high, bearer mobile lifting machine, not only bear the motor, the base and the rack truck quality, but also bear a variety of forces and moments generated operation process. Therefore, its strength is not only related to the cars efforts, but also related to the safety of the vehicle.Keyword: Keyword: Frame DT015 Stability nts 目录 第一章 概述 1 第二章 总体设计与升降部分设计 6 2.1 移动式 架车机总体设计说明 6 2.2 升降部分设计 11 第三章 移动式架车机机架计算 13 3.1 车机机架的受力分析 13 3.2 机架的截面选择 16 3.3 机架 强度和刚度验算 18 3.4 机架稳定性验算 19 3.5 梁高的确定 22 3.6 腹板的厚度 22 3.7 翼缘板的厚度 23 3.8 整体强度和刚度验算 24 3.9 总体稳定性验算 25 3.10 组合梁的局 部稳定性 26 3.11 梁的拼接 26 第四章 总结 28 参考文献 29nts 1 设计项目 计算与说明 结果 第一章 概述 近半个多世纪以来，世界各国都在努力进行铁路的技术装备和现代化管理的研究，努力推进铁路运输技术的进步，在很多方面取得了突破性的进展。与此同时，随着世界各国经济的发展和人民生活水平的提高，人们对于出行条件、旅行环境的要求越来越高。高速铁路的出现，无疑对铁路复兴产生了积极影响。 移动式电动架车机是一 种不需要动用起运设备或天车，人工便可推动的、轻便的且具有自动控制同步升降功能的移动式电动架车机。 包括由机体、可沿机体位移的臂架和驱动臂架位移的传动装置组成的架车机构，特别是架 车机构设在具调节离地间隙的行走装置的底架上，架车机构上设有可使多台电动架车机同步联动升降的电气控装置。 可方便、快捷、轻松地移到所需的工作位置，通过自动控制举升系统实现单机控制或多机联动控制，可用于铁路机车车辆和机动车的检修，应用范 围广， 随着世界经济的高速发展，电动架车机在机车检查修理方面有着越来越大的作用，在架车时，机架为承受力的主要部位，通过机架上的托头与货车相连，外载荷由托头传递到机架上。 作 为 铁道 电力机务段必不可少的 三大 检修设备之一的电动架车机的安全性问题已越来越引起广大设计者的关注 。 设计与制造 电 动架车机时，除考虑该机构能 简单、安全、方便 地架起电力或内燃机车、推出转向架外，还应注意其自身机架的强度与稳定性问题。本课题对 15 T 移动架车机的机架强度及稳定性进行计算与分析，以提高其工作可靠性与稳定性。 15 吨移动式架车机技术说明 适用范围 ： nts 2 设计项目 计算与说明 结果 1) 设备名称： 15吨移动式架车机 2) 设备用途： 该设备主要用于长春轨道客车股份有限公司特装场地 CRH5 型动车组一列（ 8 辆编组）联动架车检修作业。其为联动移动式架车机， 4台单体架车机为一组， 32 个单体架车机为一套，一套架车机由一个综合控制柜控制，每单个架车机的电源 线及控制线均与综合控制柜相连，由综合控制柜统一控制，可实现一列（ 8辆编组）车辆的同时架车需要。 1.主要技术参数 总起重能力 ： 60 吨 单机额定起重能力： 15 吨 起升速度： 150mm/min 镐头升降行程 ： 1800mm 镐头距地面的最低高度： 700mm 镐头距地面的最高高度： 2500mm 同步控制精度： 5mm 横向调整精度范围： 50mm 手动调节镐头水平伸出量 ： 350mm 工作电压： 交流 380V（ 10%）， 50Hz 工作环境温度： -10 +40 相对湿度： 95% 起升电动机功率： 3KW 微调减速机型号： XLD-0.18-8105 微调电机功率： 0.12KW 自重： 约 2000kg 2.结构特点 ： 该架车机是一种受力工况较为恶劣的悬臂受力并具有车体能够平稳平移功能的全新理念和结构的专用设备，主要由机架、传动装置、托架、走行装置、微调系统、电控系统等组成 。 1） 机架： 机架为双立柱式型钢护板联合结构，所有板材及型钢都经抛丸预涂底漆处理 ，并经过焊后闷火消除应力处理采用一体加工后与底座焊接，耐磨导轨板采用nts 3 设计项目 计算与说明 结果 螺 栓连接能够方便更换，机架具有足够的强度、钢性及耐腐蚀性。顶部与传动装置联接采用止口螺栓定位，形成门式结构，受力条件好，拆卸安装方便，自动定位准确，方便维修保养。 2）传动装置： 传动装置由传动装置由 减速机 直联带动具有自锁功能的梯形螺纹螺杆旋转，通过丝母带动托架升降，传动结构简单，无噪音，吊装受力状态好 ,维修保养方便。丝杠 /螺母传动系统采用了包括承载螺母和安全螺母的双螺母设计，两螺母均有足够的承载能力， 当在使用中发生载重螺母磨损和其它意外情况时，所有荷载将直接作用在安全螺母螺母上从而避免意外事故 发生。另外为防止减速机在电气失灵行程突破限位的情况下遭到破坏，丝杠上部设有安全死挡环。 丝杠材质采用 40CrNiMo，具有很高的强度和韧性。 防护钢螺母的设置：在载重螺母下方设置同螺距的防护钢螺母，当在使用中发生载重螺母磨损和其它意外情况时，所有荷载将直接作用在防护钢螺母上从而避免意外事故发生。 3）托架： 托架由左右主立板、主立板连接轴、伸缩式托臂、托头、横担梁、主螺母、防护钢螺母、滚轮等组成。左右主立板是主要受力构件，不仅自身受力而且其结构形式决定了受力轮系的受力状态、轮系对机架双立柱的压力大小，因此将左 右主立板改为钩型结构对轮系进行了适当的分散，最大限度的改善左右主立板、受力轮系、机架双立柱、伸缩式托臂的受力状态。横担梁与主螺母为外部联接结构，散热性好，更换方便。 4） 走行装置 ： 走行装置为外购 3 吨手动液压插车 ,走行灵活机动。 nts 4 设计项目 计算与说明 结果 5）微调系统： 架车机的拖头安装有微调系统，由车体铰接式接触块、销轴式压力传感器、滚动直线导轨、丝杠、齿轮、行星摆线真轮减速机及安装体、限位系统组成。为了保证车体与转向架之间的对正，架车机在架车负载的情况下具有横向对中微调功能，横向对中微调范围为 50mm ，调整操纵方便，性能安全可 靠 ，摩擦阻力小， 可实现车体的轻松、缓慢平稳的横向移动而不使车体发生任何形变。 限位系统的作用是为防止微调进入死点而造成电气及机械的损坏更防止人手被挤伤。 图 1-1 驾车机车间实例 在图 1-1 中可以看出移动式驾车机在列车维修车间内 4台为一组，可以方便的进行列车的维护和维修工作。 nts 5 设计项目 计算与说明 结果 图 1-2 驾车机列车轨道上的使用 移动式驾车机的设备基本功能要求： 每组驾车机应配有走行机构，可在车间内地面上人移动，还 可以通过起重机吊装。具有运行高程显示，超差自动调整，超限停机报警功能。同组驾车机同步上升下降，能在任意升降程内任意高度停止，以便于车下工作。控制系统必须具备完善的连锁控制功能，确保车体同步升降的协调控制。 第二章 总体设计与升降部分设计 2.1 总体设计说明 过去一直使用日伪时期遗留下来的千斤顶，不但效率低，劳动强度也大，而且不安全，电动架车机是nts 6 设计项目 计算与说明 结果 检修铁道车辆的一种常用设备 电力机车检修转向架下部的机械部分和检修牵引电机时 , 均需架车。由于电力机车构造本身架车比落轮方便 , 所以电力机车无论在架修 、定修或临修 , 架车比较频繁。因此 , 电动架车机为电力机务段必不可少的检修设备 , 也是机务段一开始就必备的三项，铁路机务专用设备是机务设备的重要组成部分，它对保证机车段修质量，提高整备能力，确保行车安全，完成运输生产任务具有重要作用。多年以来，以铁路局和设计院为主体，广大职工和技术人员在生产中打高技术革新和开展标准设计，造出许多好的机务专用设备，取得了很大成绩，奠定了机务专用设备发展的基础。 15 吨电动架车机是铁路机车检查修理专用设备，是一个内燃、电力机务段进行机车大修的必备设备。其主要用途就是将机车的车体 以上部分架起、悬空。以便将车体底部的走行部分分解修理。 结构上，架车机电传动装置，机架托架、控制柜组成。架车时，四台架车机为一组联合动作架车，架车过程中根据运行需要可进行单台调整。传动装置由电机、行星摆线针轮减速器，齿轮组成，安装在架车机顶部，减速器速比为 71，减少了传动件，提高了动效率，降低了运行时的噪音。机架为双立柱式，两立柱为箱形焊接结构，结构紧凑刚大，四台架车机上均装有接线箱及控制按钮，上、下限位行程开关、操作方便，既可以在控制柜上操作，又可在架车机上操作，给架车调整带来方便。该架车机已交付襄樊北机 务段使用。实际运用证明，该机结构合理，性能良好，深得用户好评，现为段内的重要检修设备。 目前机务段配属机车正处在六轴车和八轴车同时存在，而且往往是先上六轴车，逐步过渡到八轴车。机型结构也逐步变化，国产车逐步由 SS3、 SS4、 SS5型代替 SS1型，另外从法国进口 8K型电力机车，从日本进口 6型三转向架六轴车，从苏联进口 8G型八轴nts 7 设计项目 计算与说明 结果 双节车，这些机车架车最低点的高度和行程都有变化。由于这些机车架车净行程有增加的趋势，造成未来架车工艺和修改架车机设备高度的复杂性，针对上述情况下列几点看法。 不宜增加净行程， 应从机车构造改变，事先考虑为检修工艺创造条件。架车时，车体高达 3米，加以四台架车机并不绝对同步，都会给架车安全带来困难性，增加危险性，加以 15电动架车机是按压杆设计，高行程受力条件更不稳定，根本方法是使前后排障器易于拆卸，或降低转向架高度 改变修车工艺后，吊车吨位、库房高度、投资均相应增加。 设计新的架车机，改压杆为拉杆，新设计专用设备，再经试制试验周期长。 电控系统： 该架车机组为联动移动式架车机， 4台单体架车机为一组， 32 个单体架车机为一套，一套架车机组可实现一列（ 8 辆编组）动车组的同时架车需要。 一组架车机组统一由一个综合控制柜控制，综合控制柜为可移动式，电源线、控制线等与控制柜之间的连接采用航空插头连接形式，便于架车机组移动到其他检修线上的使用。综合控制柜的移动方便、灵活。 一套架车机组（共 32 个单体架车机）联动架车时，把 8个综合控制柜连接到另一个控制柜（与单组的综合控制柜不同）进行 8 组联动架车。其中任意一组都可单独架车，这样既实现了单组架车的需要又满足了联动架车的需要。 综合控制柜具有如下功能： 1）具有设备状态自检功能，对升降机构的操控功能。 2）具有自动对升降移动装置的初始位进行 状态检测和显示的功能。 3）具有指令提升和指令确认的功能。 nts 8 设计项目 计算与说明 结果 按架车机位分别设置显示屏和操控装，具有模拟选择功能： （ 1）同步联控模式：用于 2列至 8列任意编组同步架车； （ 2）本地控制模式：用于单台架车机的控制；在进行设备维修调整和故障处理时使用，此模式下允许对单台架车机的调整。 具有操作提示信息、故障信息等显示功能。在综合控制柜显示屏上能够显示各架车机的架车情况。 同步控制精度：一套架车机组（共 32 个单体架车机）同步控制精度 5mm， 本批次架车机使用同一批生产的同型号电动机，配置架车机同步监控装置，超差 4mm 超限停机报警，任意 32 台构成的 1 套架车机组的同步控制精度为： 32台中任意 2台架车机之间的高度差 5mm。 当任一台架车机上升达到最高升程或者下降到最低位置或者架车机的同步系统发生任何错误时，整个系统将自动停止工作。 为防止电源相序错误，避免电机反转故障，在电器柜内动力电源进线侧安装相序保护器。 具有所有联动架车机组的所有镐头与车体都接触提示后才能同步起升架车功能。每个镐头上设有传感器，各镐头与车体都接触良好后发出电信号，才能同步起升架车。此功能安全、可靠，避免同步升降车故障的发生。 在工作螺母和保护螺 母之间安装检测装置，当工作螺母磨损需要更换时，检测装置能发出报警信号，设备停止工作。工作更换后设备方可正常运行。 在单个架车机上设有控制本机升降和急停的按钮。在同步联控模式工作过程中，按下综合控制柜、本机控制器上任意急停按钮，整个架车机组系统全部停机，停机后要恢复设备到正常状态，需要解除该急停按钮，然后系统才能恢复正常。 主控制柜设置钥匙型电源开关和选择开关，保证nts 9 设计项目 计算与说明 结果 只有专业人员才能操作架车机。 安全系统的配置： 设备有行程保护功能，当任意一台架车机达到最高升程或降到最低位置时，有声光指示，并且整个系统通过程序 控制自动停止工作。 电机设有过载保护、电机具有安全互锁功能，任何一台电机发生过载，其余各台立即停止工作。 综合控制柜具有对架车机镐头作业的监控功能。 架车机组的电机采用电互锁，当一台架车机的电机出现故障时，由同步控制系统、电机保护系统来控制系统内各台架车机组的电机都自动停止运转。 在架车机组升降的过程中，当其中任意一台架车机镐头与车体架车点接触不良时，设备自动停机并在综合控制柜上显示超限的架车机。 在架车机组升降的过程中，各架车机在全程升降过程中的同步误差范围超过规定值时，设备应自动停机。 在操作台上设有灯 光指示和报警按钮，提醒现场人员注意安全，在单台架车机的上部安装有警示灯，工作时有声光的指示信号。 设置连锁保护功能，防止操作失误或设备误动作。在联动过程中，当一台电机停止工作后，整个系统立即停止工作。具有接地、相序、短路、缺相、欠压、过热、限位、过流、过载保护等保护功能。 单台架车机体上要设有上、下限位开关，并采取冗余保护措施，即每个位置的限位功能由两只限位开关完成。比如在上限位置设置终点限位开关和极限限位开关。当终点限位开关出现故障时，仍具有限位保护功能，以确保架车安全而不致出现事故。 设备的供电方式，在 使用现场预埋管线，所有电源线和控制线为不可见线，由设备卖方负责出基础工艺图，由设备买方负责基础施工。设备的施工工艺图（包括对基础的技术要求、对基础承载力的要求、需nts 10 设计项目 计算与说明 结果 2.1 移动式驾车机升降部分传动轴简述 2.2.1 升降部分托头的设计要求 要预埋的管线、电源线等，以及设备需要的总功率等）由设备制造方提供，基础施工后设备制造方要到施工现场确认。 所有组件和仪表的度量全部采用国际单位制（ SI）标准；所有设备和仪表的设计及试验应符合国际工业标准（ ISO）及国际电工标准（ IEC）。所有电气元件均采用进口产品。 传动装置由传动装置由 减速机 直联带动具有自锁功能的梯形螺纹螺杆旋转，通过丝母带 动托架升降，传动结构简单，无噪音，吊装受力状态好 ,维修保养方便。丝杠 /螺母传动系统采用了包括承载螺母和安全螺母的双螺母设计，两螺母均有足够的承载能力，当在使用中发生载重螺母磨损和其它意外情况时，所有荷载将直接作用在安全螺母螺母上从而避免意外事故发生。另外为防止减速机在电气失灵行程突破限位的情况下遭到破坏，丝杠上部设有安全死挡环。 丝杠材质采用 40CrNiMo，具有很高的强度和韧性。 2.2 升降部分设计 图 2-1 传动轴梯形螺纹 托架由左右主立板、主立板连接轴、伸缩式托臂、nts 11 设计项目 计算与说明 结果 2.2.2 驾车机的托头的受力分析与计算 托头、横担梁 、主螺母、防护钢螺母、滚轮等组成。左右主立板是主要受力构件，不仅自身受力而且其结构形式决定了受力轮系的受力状态、轮系对机架双立柱的压力大小，因此将左右主立板改为钩型结构对轮系进行了适当的分散，最大限度的改善左右主立板、受力轮系、机架双立柱、伸缩式托臂的受力状态。横担梁与主螺母为外部联接结构，散热性好，更换方便 。 托头受重物的重力为 , 51.5 10FN ，机架受托头的力为 12FF ,且托头左右版之间的工作螺母所受力为 3F 。视整个托头与机架为一个整体，对其进行受力分析，得出受力平衡条件和弯扭平衡。其受力见图 2-2。 图 2-2 托头受力分析 a=364.7mm b=520mm c=610mm nts 12 设计项目 计算与说明 结果 F0 a+F3 2b=F1 M=F0 a F0 =F3 F1 =F3 503 1 . 5 1 0F F N 512 1 . 5 4 1 0F F N 所以单个机架所受的力为 411 7 . 6 8 1 02F F N 单个机架的所受的弯矩为 40 a = 5 . 4 7 1 0M F N 第三章 移动式驾车机机架的设计 3.1 移动式架车机机架的结构与零件要求 机体见（图 3-1）由立柱 6、臂架 1、上横梁 7和具前后脚 8的底板 9 组成，上述的各部件均由钢板和槽钢焊成，立柱 6为两根槽钢，上横梁置于两立柱6一端由螺栓 10 和定位销与两立柱 6 固接，两立柱 6的另一端则与底板 9焊固形成一个框架整体，上横梁的中间位置设有一调心轴承 19，传动装置设置于底板 9上且位于两立柱 6 之间，底板 9的前后脚 8可将底板 9 与架车机的底架 2 准确对接。其底部为 走行装置 ： 外购 3吨手动液压插车 ,走行灵活机动。 驾车机所有零件技术要求： 1.所有零件必须经检验部检验合格以后 才能进行装配。其中外购配件协作件必须有合格证书。 2.四个滚轮组装后应与立柱贴板轨面接触良好，无载荷时只允许一个轮子不接触，其最大间隙小于或5031.5 10F F N 5121.54 10F F N 47.68 10FN 45.47 10MN nts 13 设计项目 计算与说明 结果 3.1.1 驾车机结构简图 等于 2mm。 3.载重螺杆与减速器组装后，转动应灵活，载重螺杆与两立柱导轨面的对称应小于或等于 2mm。 4.机架各非接触面，应按要求涂漆，漆面应均匀一致，外观整洁美观。 5.驾车机组装完成后，应进行载荷起升能力试验，试验包括：静载试验，动载试验和同步试验。 a.静载试验的目的是检验驾车机各部分结构的承载能力。在托头伸出极限位，应逐渐加到额定 12.5吨，从最低位置升高 100200mm，停滞 10min 后降到最低位置，如果未见裂纹，永久变形，油漆剥落或其他对驾车机的性能与安全有影响的损坏，连接处会出现松动或损坏，即认为本次试验结果良好。 nts 14 设计项目 计算与说明 结果 3.1.2 移动式驾车机的结构特点 3.1.3 图 3-1 驾车机机架及整体简图 b.动载试验的目的是验证驾车机的功能。在托头伸出极限位时，施加载荷 11吨，在托架升到最高位置时，检查有无异常，然后降到最低位置，反复两次。运行过检查各部位是否工作正常，检查电动机，托架承载螺母，减速器，轴承等是否有过热现象，减速器油温及托承载螺母最高温度均不超过 80。轴承温度不得 超过 40。工作噪声 70dB。如果完成其他其他实验功能，并且随后进行的目的检测查中没有发现机构的有损坏，连接处也没有出现松动或者损坏，则认为本实验结果良好。 nts 15 设计项目 计算与说明 结果 移动式驾车的工作原理 3.2.1 机架截面的净抗弯截面系数选择 图 3-2 驾车机传动部分简图 1）具有坚固的耐重结构，可以使驾车机具有更长的寿命。 2） 大型基座垫板支承液压 缸。 3） 巨大全方位车轮便于运输安放。 移动式机车其工作原理是由电机联带的减速机直联带动具有自锁功能的梯形螺纹螺杆旋转，通过丝母带动托架升降，传动结构简单，无噪音，吊装受力状态 维修保养方便。 3.2 移动式驾车机机架截面的选择 梁的合理截面应具有两个对称轴，当截面面积相同而材料远离对称轴时可增大抗弯刚度，并相对节省材料。由于型钢梁制造简单，因而在满足承载能力的条件下应尽量采用型钢梁。型钢梁是根据梁所受的力nts 16 设计项目 计算与说明 结果 3.2.2 按刚度条件选择 的最大弯矩和剪切力，按照强度和刚度条件选择截面的，然后再验算梁的强度刚度和整体稳定性。 按强度条件选择型钢截面，所需的净抗弯截面系数： 1） 梁的强度条件 max 2） 等截 面直 梁， 中性 轴为 横截 面 对称轴 m ax = JM W 固由 max 得， m ax = JM W JMW M： 梁的最大的弯矩 ： 钢体的许用应力 F： 单个机架所受的力 47 .6 8 1 0FN L： 梁的跨度（所设计的机架长度） L=2400mm 4 37 6 . 8 1 0 2 4 0 0 5 3 4 c m345JF L N M MWM p a 机械零件和 构件 抵抗变形的能力。在 弹性 范围内，刚度是零件 载荷 与位移成正比的 比例系数 ，即引起单位位移所需的力。在梁的弯曲变形计算中，因为实际变形很小，一般忽略曲率式中的挠度的 一阶导数 ， 而用挠度的 二阶导数 近似表达梁 轴线 的曲率。这样做的目的是将微分方程 线性化 ，以大大简化求解过程； 在工程应用中，结构的刚度是十分重要的，因此在选择材料时 弹性模量 是一个重要指标。当有不可预测的大挠度时，高的 弹性模量 是十分必要的。当结构需要有好的 柔韧性 时，就要求 弹性 模量不要太高。 3j = 534cmW nts 17 设计项目 计算与说明 结果 3.3.1 机架型钢的刚度和强度 按刚度条件选型钢截面，所需型钢的惯性矩为 ： 348PSIEYS P 梁上的集中载荷 M S 梁的跨度 2700mm E 钢材的弹性模量 206GP YS 梁的许用静挠度 50mm 根据上式求得 3 4 35 . 4 7 1 0 2 7 0 0 3= 3 7 3 c m4 8 2 0 6 p 5 0 m m48P S N m m mIGEY S 按照所求的 W 和 I 从型钢表中查到合适的型号。 32c 槽钢的 w 为 3543cm 及它的 I 为 374 4cm ，从而得出，选用 32c 槽钢。 （见机械装备金属结构设计第二版附表 3） 3.3 机架刚度和强度的验 算 受外力作用的材料、构件或结构抵抗变形的能力。材料的刚度由使其产生单位变 形所需的外力值来量度。各向同性材料的刚度取决于它的弹性模量 E和剪切模量 G 结构的刚度除取决于组成材料的弹性模量外，还同其几何形状、边界条件等因素以及外力的作用形式有关。 刚度是指零件在 载荷作用下抵抗弹性变形的能力。零件的刚度（或称刚性）常用单位变形所需的力或力矩来表示，刚度的大小取决于零件的几何形状和材料种类（即材料的弹性模量）。 45.47 10P NM 2700S mm 206E GP 3373cmI 选择材料为32c 槽钢 nts 18 设计项目 计算与说明 结果 3.4 机架的稳定性验算 强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或者超过容许限度的残余变形的能力。也就是说，强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。 选出型钢后需要对机架进行刚度和强度的验算。 按照下列公式进行强度验算： j= XXMWFSIF 梁的最大剪切力 47 .6 8 1 0FN XS 梁的最大静矩 即 I= 4373cm 型钢梁的腹板厚度 20mm取 钢材许用切应力 =199MP 由上式得： 434447 6 . 8 1 0 2 4 0 0 m m = 3 4 1 p a5437 6 . 8 1 0 3 7 3 c m = 1 6 8 p a8 6 9 0 c m 2 0 m mJXXMN MW c mFS MI 3 4 1 3 4 5M P a M P a 1 6 8 1 9 9M P a M P a 即强度和刚度合格 3.4 机架的稳定性验算 345MP 199MP nts 19 设计项目 计算与说明 结果 （ 1） 简支工字型钢梁（ H 钢梁或者焊接工字形组合梁）的整体稳定性 (侧向整体弯扭屈曲）计算，可先按受压翼缘的侧向支承间距 l（呜无侧向支承点者，则为梁的跨度）与其受压翼缘的宽度 b之比 l/b进行检验，如 l/b 不超过表 3-1的规定值，则梁的整体稳定性不需要验算。假如梁的稳定性不高时，增大梁的截面回转半径，增加侧向支撑，减少初弯曲，初偏心，残余应力等不利影响，增加梁端约束可以提高梁的稳定性。梁很少计算稳定性的，除非是梁的高宽比太大。一般情况下不需验算梁的整体稳定性。 表 3-1 （ 2） 当工字钢简支梁 (含工字型梁）的 l/b 超过上表规定的值时，则需要按以下情况验算型钢梁的整体稳定性。 1) 在最大刚度平面受弯曲的工字钢， H 型钢或焊接工字钢组合梁，按照下式计算： =XbXMW XM 绕梁强轴 (x轴） 作用的最大弯矩 b 绕梁强轴（ x轴）弯曲所确定的梁侧向屈曲稳定稳定性符合nts 20 设计项目 计算与说明 结果 3.5 梁高设计条件 系数 XW 按梁受压最大纤维确定的毛抗弯截面系数 184320 3 4 5 3 4 51 5 3 4xbxM M P a M P a M P aW 即稳定性符合要求 3.5 梁高的确定 1.梁高与梁的跨度的关系首先要满足一些要求。高 /宽不能大于 4，跨度 /高度不能小于 4.。 2.满足以上之后，一般的框架梁的梁高按照1/151/13的跨度来设计比较合适，梁的宽度一般为梁高度的 1/31/2比较合适。 组合梁常做成工字形截面和箱型截面。确定合梁的合理高度是选择梁截面的关键，通常 梁高可按强度、刚度、稳定性和质量最轻等条件来确定。 按强度条件确定梁高 由 MW得： 2MIW h梁的惯性矩 3281 2 2yhhIA从而得翼缘板截面积： 0 . 86y W h WA hh 综上可得 1.2Wh要求 nts 21 设计项目 计算与说明 结果 3.6 腹板的设计 3.7.1 翼缘板的的设计厚度 若为箱型梁则121.2Wh M 梁的最大弯矩 钢材的许用应力 W 梁所需的抗弯截面系数 yA 翼缘板截面积 腹板的厚度 3121 . 2 1 . 2 5 3 4 1222 0 2 2W c mh mm 即梁高为 122mm 3.6 腹板 工字型梁或板梁联系上下翼缘或 T 型梁翼缘以下的竖向板或箱梁的侧壁。腹板的主要功能是抵抗 剪力 ，也承担部分弯矩。 梁高确定后，初选截面时可取梁高作为腹板度。 腹板厚度按梁的最大剪切力 F 来决定，假定剪切力全由腹板承受，则腹板厚度为 1.52 oFh 钢材的许用切应力 h=122mm =20mm nts 22 设计项目 计算与说明 结果 3.8.1 机架的静强度 1 . 5 1 . 5 7 6 . 8 2 3 . 72 2 1 2 2 1 9 9oFNh m m M P a mm 腹板圆整为 20mm 3.7 翼缘板的厚度 热轧翼缘板是焊接不同规格尺寸的轻型 H 型钢专用材料，此产 品优化了焊接 H型钢的生产工艺，代替板材，节省了剪切的费用，节省工时，节省钢材消耗从而大大降低了焊接 H型钢的成本。主要用于钢结构制造、桥梁工程、工程机械、设备制造及其它需要窄中板的用户。 翼缘板采用负偏差轧制，但按实际重量交货，利用率较钢板提高 1 5 个百分点。 产品表面光洁。工艺中二次采用高压水除鳞工序，确保钢材表面光洁 。 箱型梁的翼缘板的厚度按整体稳定性确定，取为b h/3 122 4133hb mm 整体有两个板共 82mm 通常，梁的上、下翼缘板采用相同的厚度，当受压的上翼缘受小车轮压作用，上翼缘板的厚度可适度增大，此处取值确定为 92mm 翼缘板厚度取值为 92mm nts 23 设计项目 计算与说明 结果 3.9.1 机架的整体稳定性 3.8 整体强度和刚度的验算 梁的截面尺寸确定后，需要进行强度、刚度和稳定性验算，不合适时应修改截面。 静强度分析研究结构在常温条件下承受载荷的能力，通常简称为强度分析。 静强度除研究承载能力外，还包括结构抵抗变形的能力（刚度）和结构在载荷作用下的响应特性。 （一） 强度 1. 静强度 正应力： jMW3 4 1 3 4 5 MP 切应力： = XXFSI 347 6 . 8 3 7 3=8 6 9 0 2 0XXF S N c mI c m m m 1 6 8 1 9 9M P a M P a （二） 刚度 梁的静态刚度用挠度来表征，对主梁一般按简支梁计算，只考虑移动集中载荷对跨中产生的静挠度，其近似计算式为： 3 4 1 3 4 5MP 1 6 8 1 9 9 MP 机架的强度满足要求。 nts 24 设计项目 计算与说明 结果 3 48SSPSYYEIP 移动集中载荷之和，不考虑动 力效应 EI 主梁的抗弯刚度 S 梁的跨度 3 7 3 3945 . 4 7 1 0 2 5 6 04 8 4 8 2 0 6 1 0 3 7 3SP S m m m mY E I P a c m 9 . 5 0 . 0 1 2 6 . 6ScYL MP 3.9 整体的稳定性 箱型梁的刚度很大，若梁的高宽比 h/b 3（ h为梁高， b 取为两腹板外侧的间距），则梁的整体稳定性不需要验算。对大跨度箱型梁，若需要大梁高而不能满足上述高宽比时，也需要验算箱型梁的整体稳定性。 xbxMW 则需要进行稳定性验算，用下式进行计算分析 xbxMW xM 绕梁强轴作用的最大弯矩 b 绕梁强轴弯曲所确定的的侧向屈曲稳定系数 xW 按梁受压最大纤维确定的毛抗弯截面系数 3 1 3 3 4 5M P a M P a 即稳定性符合要求 机架的刚度满足要求 稳定性合符要求 nts 25 设计项目 计算与说明 结果 3.10 组合梁的局部稳定性 由薄钢板制成的的箱型梁，在载荷作用下 梁的腹板和翼缘板受到有正应力和切应力的作用，有的还受有局部压应力作用；这些应力除产生强度问题外，还会让板产生波浪式翘曲，使薄板丧失稳定。为与梁的整体失稳相区别，将腹板或翼缘板个别板段丧失稳定的现象，称为板的局部失稳。 为提高薄板的的临界应力，需增加板厚或使用加劲肋。显然，使用后半不经济，而应多采用有加劲肋的结构。 加劲肋把薄板分隔成许多矩形区格。加劲肋分刚性肋和柔性肋两种：刚性加劲肋的惯性矩较大，需要满足一定要求，因此用刚性加劲肋将板分隔成的各区格发生失稳翘曲时互不影响，只需要按局部区格计算板的稳定性即可；柔性肋的刚性差些，它将随薄板一起屈曲，应按带肋板计算稳定性。加劲肋分横向加劲肋和纵向加劲肋两种，横向加劲肋都采用刚性加劲肋，而纵向加劲肋既可采用刚性加劲肋也可采用柔性加劲肋。 3.11 梁的拼接 梁的高度或者长度超过钢板的尺寸时就需要拼接。在制造厂内完成的拼接，称为工厂拼接。梁受运输和安装条件的限制，需要将梁分段制造，运到使用现场进行拼接，称为安装拼接。工厂拼接多用焊缝连接，安装拼接多用螺栓或者柳丁拼接，能保证质量时也可用焊接。 腹板的工厂拼接主要是采用竖直的正焊缝或者斜焊缝 对接拼接，尽量少用拼接板。可自动焊接的竖直正焊缝对接与刚才等强度，可在任意的部位拼接，不需计算；焊条电弧焊宜用斜缝倾角 45o ，也与钢材等强度，其位置不限。对于高腹板梁的腹板，可nts 26 设计项目 计算与说明 结果 采用纵向对接焊缝拼接。 在腹板应力较大的部位，除采用焊条电弧焊接的斜缝拼接外，
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