LD-A型电动单梁桥式起重机

1、 第 96 页 共 96 页 1 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 2 目 录 一、前 言 .3 二、总论 .4 （一） 、简单介绍.4 （四） 、设计计算中的几点说明.8 三、主梁设计计算 .9 （一） 、主梁断面形式.11 （二） 、主梁断面基本尺寸.12 （四） 、强度计算.15 （五） 、刚度计算.26 （六） 、稳定性计算.29 （七） 、计算实例.30 四、横梁设计计算 .34 （一） 、轮距的确定.35 （二） 、横梁中央断面形式、尺寸、几何特征.35 （三） 、起重机最大轮压.36 （四） 、机歪斜侧向载荷.39 （五） 、横梁中央断面合成应力.3

2、9 （六） 、车轮轴对腹板的挤压应力.40 （七） 、计算实例.40 五、主横梁连接计算 .45 （一） 、主、横梁连接形式.46 （二） 、受力分析.46 第 96 页 共 96 页 3 40 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 4 （二） 、受力分析.46 （三） 、螺栓拉力计算.46 （四） 、计算实例.49 六、运行机构计算 .53 （一） 、运行机构电动机及减速机的选择.53 （二） 、验算起重机的起动时间和起动平均加速度.64 （三） 、验算起重机的制动时间和制动行程.66 （四） 、起重机粘着力安全系数 k 安.70 （五） 、车轮与轨道.70 （六）

3、 、计算实例.77 七、参考文献 .96 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 5 技术科 一、前 言 我国历年来一直生产仿苏产品 a571 型电动单梁桥式起重 机虽经几次修改，但仍未能彻底更新换代，随着国民经济建设 发展之需要，这种轻小型的起重机，已远远不能满足国家的需 求，如果再不彻底改造老单梁的结构形式，这就很难采用选进 的工艺产品的数量，质量也难于迅速提高。何况配用老单梁 （a571 型）的老葫芦（tv 型）目前已基本陶汰，由新系列 cd 型葫芦所代替。 如果仍旧用老单梁去配用新葫芦，这样不仅二者的结构形 式外观等不能相适应，更重要的是性能不能完全保证。其体地 讲究更

4、新后的新葫芦由于结构所致，轮压变大，老电单的工字 钢下翼缘将保证不了葫芦轮压造成的局部弯曲，以至于将造成 工字钢下翼缘下塌，这是一个严重的问题，我们必须要正视与 重视它，因此更新电动单梁桥式起重机，早日设计，生产出能 与新葫芦相适应的电单，已成当务之急。 我厂在广大工人，工程技术人员的共同努力下，于 87 年 9 月试制出 ld-a 型电动单梁的第一台样机，并做了性能试验。 88 年 9 月举办了电动单梁，悬挂起重机更新座谈会，对本产品 的样机给予了充分的肯定，同时也提出了许多宝贵的意见。 根椐 88 年会议精神，决定将 ld-a 型电单的设计试制试验 等工作全部完成，然后由同行业厂组织监定审

5、查， 这本设计计算资料，就是在这一精神指导与要求下，开始 动手编写与计算的。 第 96 页 共 96 页 6 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 7 二、总论 （一） 、简单介绍 ld-a 型电动单梁桥式起重机（以下称起重机）是按标准 jb/t1306-94 设计制造的，与 cd、md 等形式的电动葫芦配 套使用，成为一种有轨运行的轻小型起重机，其适用起重量为 1-5 吨，适用跨度为 7.5-22.5 米，工作环境温度在-20与 40范围内。 为方便用户，设有地面和操纵室两种操纵形式；操纵室又 设有端面及侧面开门两种形式，以供用户选择使用。 本产品为一般用途起重机，

6、多用于机械制造、装配、仓库 等场所，其结构特点如下： 1金属结构部份 主探是采用钢板压延成形的 u 型槽钢，再与工字钢组焊成 箱形实腹探，横梁也是用钢板压延成 u 形槽钢，再组焊成箱形 横梁为，储运方便，主横梁之间用 m20 螺栓（45 号钢制）连 接而成为一体。 2起升机构与小车运行机构 采用电动葫芦来做为起升机构与小车运行机构。 3运行机构 本产品是采用分别驱动形式，驱制动靠锥形制动电动机来 完成，传动是采用“一开一闭”式齿轮传动，其闭式齿轮部分 是借用 5t 锥形葫芦运行小车部分的减速器。 4电器部分 电动葫芦及地面操纵运行的电动机是采用锥形鼠笼电动机， 操纵室操纵运行的电动机是采用锥形

7、绕线电动机，随操纵形式 的不同，设有两种电气控制，电动葫芦及整个起重机均设有安 全表置，如起升限位开关，终点限位开关等。 第 96 页 共 96 页 8 技术科 设 计 计 算 说 明 书 升限位开关，终点限位开关等。 （四） 、设计计算中的几点说明 1、起升机构（电动葫芦）此处不再做计算 2、ld 型电动单梁桥式起重机是按配用 cd、md 型电动葫 芦考虑设计的，凡与电动葫芦有关的数据均按 cd、md 型电动 葫芦考虑。 3、凡借用 cd、md 型电动葫芦的另部件（通用件） ，此处 暂不再做计算。 （可参阅我厂编的“cd、md”型 5t 电动葫芦 计算与实例） 4、均按中级工作工作制（jc=

8、25%）设计计算。 5、本设计计算不是一台单机的设计计算，而是一个系列产 品的综合设计计算，具体结构的设计，验算以及数据的完整、 均考虑到三化（系列化、标准化、通用化）的要求，而灵活的 做了处理。 6、各种吨位、跨度产品之具体计算步骤，计算结果在此处 将不一一列出，而是只将计算结果以表格形式示出。 7、在各部分的设计计算中，均以起重量 gn=5t；跨度 s=16.5m，起重机运行速度 v=75m/mm 的单机，做为设计计 算实例供参考。 第 96 页 共 96 页 9 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 10 三、主梁设计计算 目前国内外做为单梁桥式起重机主梁断面的

9、结构形式是多 种多样的，若用简图表示，多为以下几种形式: 图 2 主梁断面示意图 人们习惯于采用工字钢或工字钢同型钢，钢板等构成各种 组合断面的主梁， （如图 2 中 ae） 。也有的不使用工字钢，而 完全由钢板组焊成一种箱形梁（如图 2 中 f） ，这种断面形式， 尤其在国外已被广泛应用着；当起重量，跨度增大时，由箱形 断面的简易双梁替代大吨位，大跨度的单梁，就显得箱形梁更 为优越。 ld 型电动单梁桥式起重机是按配用 cd、md 型电动葫芦 设计制造的。所以起重量是按 cd、md 型电动葫芦起重量标准 系列中选取的，即取起重量 q=1-5 吨，起重机跨度是考虑标准 厂房建筑跨度选取的，目前

10、国内厂房建筑跨度范围为 6-36 米， 每隔 3 米一挡，起重机跨度同厂房跨度的关系可用以下关系式 表示 第 96 页 共 96 页 11 技术科 设 计 计 算 说 明 书 s=ld（s起重机跨度，l厂房跨度，d起重机两端轨道 中心至厂房壁柱中心距离之和。d 有 1.5 米或 2 米两种） 。所以 本产品最小跨度取 s=7.5 米（ld=9.52=7.5 米） ，最大跨 度考虑到本产品的具体结构形式，及制造工艺所限，暂定用到 l=24.5 米厂房，即起重机最大跨度取 lk=22.5 米 （ld=24.52=22.5 米） 。 起重机运行速度按其使用要求，操纵形式等，多采用两种 速度，地面操纵

11、为 v=30 米/分，操纵室操纵为 v=75 米/分， 为扩大使用范围，地面操纵又增加了一种 v=45 米/分的运行速 度。 起重量，跨度，运行速度是本起重机（电动葫芦除外）设 计计算中不可缺少的三个最基本的参数。 若把他们做为已知设计计算参数，归纳整理如表 3 三项基本参数 表 3 起重量 gn（吨）151；2；3；5 跨 度 s（米）4.516.54.5；7.5；10.5；13.5；16.5 地面操纵30； 45起重机 运行速度 v（米/分） 操纵室操纵75 注：本系列产品跨度范围 s=7.5-16.5 米，每半米为一挡均有产品， 但设计基准是按表了中标准跨度设计，如 s=8-10.5 米

12、的主梁断面 均同 s=10.5 米主梁断面。 第 96 页 共 96 页 12 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 13 （一） 、主梁断面形式 b l3 y y h3 h1 h2 l2 y1yc h s xx xx l1 5 5 5 4 3 2 1 图 3 主梁跨中断面 图 3 为本系列产品主梁的中央（跨中）断面图，图中序号 1 是压制成形的 u 形槽钢，序号 2 是保证主梁局部稳定的加劲 隔板同时它与序号 3 斜侧板共同将 u 形槽钢与工字钢组焊连接 为一体，序号 4 为工字钢，用来做为电动葫芦的运行轨道，序 号 5 是用来增加工字钢下翼缘局部弯曲强度而贴焊的一

13、条补强 钢板。 本产品之所以选择这种断面形式是基于以下想法的。 箱形主梁（图 2 中 f）目前在国外被广泛地采用着，它同其 它几种形式（图 2 中 a-e）相比较，在保证强度，刚度，稳定 性方面要求的基础上，它的体积小，即总体高度尺寸小，可以 提高起升重物的净空间尺寸，降低厂房造价，同时这种结构很 适用于采用自动焊接工艺，有利于大大提高生产率，但像图 2 中，这种箱形结构，它要求电葫芦运行小车是一种非标准结构， 即需要专用小车架，和园柱踏面的走轮，如图 4 中 a 和 b。 第 96 页 共 96 页 14 技术科 设 计 计 算 说 明 书 图4 (a)(a) 目前我国生产的 cd 型电葫芦

14、除配用于电动单梁、悬挂起 重机外，有很大一部分用于单机架空轨道，其架空轨道均采用 工字钢做为电葫芦运行轨道，这样葫芦运行车轮的踏面是非园 形钢球面十园锥面。考虑到我国的国情，照顾产品的通用性， 便于企业生产管理，即要最大限度的应用箱形梁，又要采用人 们惯于使用的工字钢做为电葫芦运行轨道，而确定了这种箱形 十工字钢的组合主梁断面形式。这种结构形式既具有箱形梁的 优点，又能配用标准葫芦，同时这种结构中采用冷弯压制成形 的 u 形槽钢，加工工艺简单，形式美观，主梁，横梁可以采用 同样的加工工艺同样的工装胎具，为电动悬挂起重机，简易双 梁起重机的更新及发展奠定了有利的基础。 本产品主、横梁之间采用螺栓

15、连接，另有计算，此处对主 梁支原断面的计算从略，以下所提及的断面系指主梁跨中断面 而言 （二） 、主梁断面基本尺寸 在保证产品强度、刚度，稳定性三方面要求的基础上，兼 顾标准、通用、系列三化及数系的园整，本系列产品设计为五 种不同规格的断面，其断面基本尺寸如表 4（参看图 3） 第 96 页 共 96 页 15 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 17 表 4 主探断面基本尺寸(mm) 主探 断面 序号 hh1h2h3ycy1l1l2l3b 工字 钢 u 形槽钢 h1l1 55 0 30 0 20 0 20 0 275275220750100042i 2003002

16、205 60 0 30 0 25 0 18 0 3003003502000116054i 2503003505 60 8 30 0 25 0 18 0 288320350200100116854i 2503003505 70 0 30 0 28 0 19 0 3203803502551051221039i 2803003505 80 0 40 0 28 0 22 0 3704304002551051221047i 2804004005 为保证货源供应，缩小工字钢品种，本系列产品只选用三种规格 的普型工字钢（gb70665） ，当工字钢下翼缘满足不了强度要求时， 就采用贴板补强的办法，因目前轧制

17、异型工字钢或更改工字钢的材质 仍有一定的困难，据悉目前冶金系统对 30 号以上的普型工字钢 （gb70665）已基本不再生产，完全由材质为 08n66 或 18n66 的轻型工字钢所代替，这种轻型工字钢不翼缘宽而薄，对局部弯曲的 抵抗能力十分不利，何况其材质（08n66 或 18n66）在低温下又不 能保证冲击性能。现选用的三种工字钢规格型号如表 5 普型工字钢（gb70665） 表 5 尺 寸参 数 hbdt 截面积 f1 理论重量 q1jxjy 型 号 mmcm2kg/mcm4cm4 20a200100711.435.527.92370158 25a25011681348.538.1502

18、3280 28a280122 8. 5 13.755.4543.47114345 （三） 、主梁断面几何性质计算 1计算主梁断面面积 f（cm2） f=0.5（l1-20.5）+20.5h1+20.5l2+f1+l3 注：0.5 为钢板厚 =5mm=0.5cm，f1见表 5；l1、l2、l3、h1 单位为 cm 第 96 页 共 96 页 18 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 19 2主梁单位长度度重量计算 q（kg/m） q=1000f、go f主梁断面积 cm2 go材料比重，k/cm3；a3材料比重 go=7.85k/cm3。 3确定水平形心轴 xx 位置

19、，即 yc（cm） 参看图 3。 yc= fi yifi . fi主梁断面的总面积（cm2） fiyix各分面积对 xx轴的静矩之和（cm3） yi x各分面积形心至 xx轴的距离（cm） 4计算主梁断面对 xx 轴的惯性矩 jx（cm4） jx=jxi+fi.yi2 jxi主梁断面积中各分面积对自身水平形心轴的惯性矩之和 （cm4） yi各分面积形心至 xx 轴的距离（cm） 5计算主梁断面对 yy 轴的惯性矩 jy（cm4） jy=jxi+fixi2 jyi主梁断面中各分面积对自身垂直形心轴的惯性矩之和 （cm4） xi各分面积形心轴至 yy 轴的距离 （cm） 6由图 3、表 4、表 5

20、 及公式综合计算本系列产品设计的五种 断面之几何特性参数列于表 6 第 96 页 共 96 页 20 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 21 主探断面几何性质表 表 6 断面序号 f （cm2） q(kg/m)yc(cm)jx(cm4)jx(cm4) 83.865.827.5282705640 115.590.7304477012540 123.59728.85180012600 138.5108327760013440 151118371140021800 （四） 、强度计算 起重机主梁必须有足够的强度，在具体计算中，根据这种 结构形式的起重机之特点。可以不考虑

21、水平惯性力对主梁造成 的应力，其水平平面内载荷对主梁的扭转作用也可以忽略不计， 按第类载荷计算主梁的整体及局部弯曲强度即可。 计算载荷的确定： 主梁所承受的载荷有固定载荷，移动载荷和惯性载荷三种， 惯性载荷计算详见以下刚度计算部分。 电动单梁桥式起重机桥架受力情况可简化为一静定结构的 简支梁其受力情况如图 5。 s s/2 g室 a p q b 图5 受力简图 c p移动载荷（kg） ，它包括额定起重量 gn 和电动葫芦自重 g。 p 静=gn+g静载荷。 p 动=q+kg动载荷，即考虑动力影响时的移动载荷， 前项称为动力载荷；后项称为振动载荷。 第 96 页 共 96 页 22 技术科 设

22、计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 23 动力系数。桥架（主梁） ，在载荷起升或下降制动 时将产生振动，因此在计算中必须考虑这一因素，动力载荷是 用动力系数 同额定起重量 q 的乘积 q 来表示。 对于中小起重量，轻中级 i 作制良的起升机构，其起升速 度 v 升20 米分时，起动（制动）正常的桥架动力系数可按以 下经验公式计算: =1+0.02v 升 cd 型电动葫芦 v 升=8 米/分，代入式得： =1+0.02v 升=1+0.028=1.16；通常对电动单梁起 重机取 =1.2 米，进行计算。 k冲击系数 当起重机（或电动葫芦）运行通过轨道接缝处时，起重机 （或电动葫芦）

23、及载荷将在垂直方向产生振动，振动载荷用冲 击系数 k同起重机主梁自重 qs（或葫芦自重 g）乘积 kqs（或 kg）来表示。一般根据经济按表 7 来选取。 表 7 运行速度 v（米/分）6060v90 冲击系数 k1.01.1 配用于 ld 型电动单梁起重机的 cd 型电动葫芦的运行速度 为 20 米/分或 30 米/分，因此电动葫芦的冲击系数在本文计算 中取 k=1.0。ld 型电动单梁起重机地面操纵时取 k=1.0， 操纵室操纵时取 k=1.1。 gn额定起重量（kg） g电动葫芦自重（kg） g 室操纵室（包括操纵者一人）的重量（kg） ，ld 型电 单的 g 室重取为 g 室+400k

24、g。 第 96 页 共 96 页 24 技术科 设 计 计 算 说 明 书 q固定载荷（kg/m） ，计算中按主梁单位长度重量计。 2、主梁中央断面整体弯曲应力计算 为计算之需要，先将与电动葫芦有关的几个主要数据列于表 8 起重量 gn（kg） 1000200030005000 葫芦自重（kg） 155245300500 葫芦最大轮压 p（kg）max 49093014001900 葫芦车轮曲率半 径 r(cm) 12.514.414.417.5 注：上表中数值是取自电动葫芦起升高度 h=6-9 米时的有关数据，此 时葫芦轮压最大。 上表中常有符号的数据是取自郑州起重设备厂 h=6-9 米、

25、gn=5t，六 个走轮的 cd 型电动葫芦的有关数据，表中其它数据取自 cd 系列中有 关数据。 由上述分析，整理得出主梁整体弯曲应力公式如下： 整子 jx yc 824 )4( 2 qkkegksgkgn 室 s起重机跨度（cm） l操纵室重心至轨道中心距离（cm） 本产品 l=100cm；地面操纵的 整子计算中，应除 去括号中第二项。计算中 yc-cm；jx-cm4；q- kg/cm 。 本系列产品，按表 6、表 7、表 8，公式及公式等有 关数据，按操纵室操纵形式考虑其 整子计算结果列于表 9。 第 96 页 共 96 页 25 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96

26、 页 26 整子计算值 起重量 gn（t） 跨度 s（m） 1235 7.5318552456722 10.5465568656775 13.5628776872835 16.58059688461045 3、主梁工字钢下翼缘局部弯曲计算： ld 型起重机所承受的移动载荷是通过葫芦小车车轮踏面作 用在主梁工字钢下翼缘的上表面，这样工钢下翼缘不仅要承受 整体弯曲作用，还将承受由于轮压造成的即有纵向又有横向的 局部弯曲作用。因此说工字钢的下翼缘是处在一种复杂应力状 态下工作的，影响工字钢下翼缘局部弯曲应力大小的因素很多， 其中轮压的大小力作用点的位置及工字钢翼缘厚度影响最甚， 所以人们普遍从这三个

27、因素着手分析，研究、计算工字钢翼缘 的局部弯曲。 有关工字钢的局部弯曲以往常常被人们忽视，而没有得到 充分的认识。近年来，类似这样类型的起重机主梁工字钢下翼 缘被压塌的现象不断出现，才开始被人们所重视。尤其是随着 cd 型葫芦的出现与大批生产，a571 电动单梁起重机尚未更新 之际，用 cdi 型葫芦与 a571 型电单相配，对于 q=3-5t，起 升高度 h=6-9 米， （此时 cd 型葫芦的四个车轮，轮压也不均 等）的产品，出现 i 字钢下翼缘下塌是不奇怪的，因为 cd 型葫 芦轮压比过去配用 a571 电单的 tv 型葫芦轮压大得多，若 a571 型电单工字钢下 第 96 页 共 96

28、 页 27 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 28 翼缘没有被压塌，那是因为起重机没有经常在满载下工作。 （1） 弥补工学钢强度方法 a 降低轮压降低轮压的办法，只有增加车轮数目，另外 增设均衡装置，可以使轮压均等。但 cd 型葫芦已成系列产品， 在结构上也不允许无限制的增加车轮。 b 去掉葫芦小车轮缘，加水平导向轮或增大走轮曲率半径， 可以使力的作用点位置移向工字钢腹板，来增强工钢翼缘的抗 弯能力，但这种方法，将使葫芦小车结构复杂化，另外走轮曲 率半径也不允许无限增大。 c 提高工字钢材质采用低合金钢材质的普通工字钢，来 增加工字钢本身的强度。但目前国内冶金品种

29、范围有限，暂不 能满足这方面要求。 d 采用异型工钢目的是增大工字钢下翼缘厚度，减少下 翼缘宽度，以减少局部弯曲应力。这是最理想的办法，但虽然 经努力争取，又因国内冶金能力与品种所限，而暂不能满足本 行业的愿望。 e 普型工字钢不翼缘贴板补强这是代替异型工字钢的一 种不得已的方法。这种方法倒也简单可行，本产品起重量 gn=3-5t 的主梁工字的均采用贴板补强，贴板补强对电动单梁 悬挂起重机可行，但对于其它使用葫芦的场合，如单轨运行和 环形轨道运行用的工字钢，进行贴板在工艺和材料上会增加不 少困难的。 （2）选择工字钢 目前国内生产的工字钢有普型与轻型之分，工字钢多用于 桥梁建筑部门，本产品是处

30、于借用或选用标准工字钢的地位， 这样 第 96 页 共 96 页 29 技术科 设 计 计 算 说 明 书 标准型号工字钢，就很难能保证起重机的要求。尤其是轻型工 字钢翼缘宽而薄，更容易压塌这是我们最忌的，普型工字钢 (gb706-65)相对于轻型工钢来说，同规格的工字钢，普型翼缘 窄而厚这是我们所希望的，但据悉目前国家对于 30 号以上的普 型工字钢将不再生产，而由轻型工字钢所代替。因此本产品只 选用了 30 号以下的工字钢 i20a，i25a 及 i28a 三种若满足不了 局部弯曲的要求就贴板补强，上述三种工字钢基本参数详见表 5。 3、关于工字钢局部弯曲的计算目前国内还正处于试验研究 探

31、讨的阶段至今尚未有确切的计算公式及有关曲线图表之类的 资料，因此给计算工作带来了一定的困难。 为不影响对起重机设计计算工作的正常进行，只好从洋为 中用中找个出路。国外对工字钢局部弯曲的计算方法，约见过 有五、六种之多，尤其是西德和苏联在这方面都有自己的观点 和方法，遗憾的在这些方法中又有许多矛盾甚至有的观点是十 分对立的，这就需要我们认真加以分析，方可选用，书中介绍 了有关工字钢下翼缘局部弯曲的计算方法公式，曲线（以下称 苏联方法） ，这种计算方法同西德的 gunther mcndel 方法，经 分析很有可借鉴，它处这上种方法均以轮压，翼缘平厚度，力 作用点位置三要素来建立计算公式，确定曲线图

32、的。但两国的 工字钢规格不同，假设的危险点不同，所以所建立的公式，曲 线也有所不同，苏联方法认为工字钢下翼缘危险点是发生在翼 缘根部上表面（图 7 中 9 点）和翼缘边缘下面（图 7 中 2 点） 。 西德方法认为工字钢下翼缘危险点是发生在翼缘根部下表面 （图 7 中 3 点）和力作用点处下翼缘下表面（图 7 中 5 点）相 应之点。 第 96 页 共 96 页 30 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 31 苏联方法中，对贴板补强的计算作了考虑，西德方法没有 提及这方面的内容。苏联的工字钢同我国的普型工字钢 （gb706-65）规格尺寸类似。因为本产品是采用普型工

33、字钢贴 板补强，所以是用苏联方法计算工字钢局部弯曲更为接近合理 些。以下就接苏联方法计算工字钢局部弯曲。 （4）工字钢与葫芦车轮 p轮 l da c r 图6 b i=a+c-l i轮压作用点与腹板表面的距离(cm) c轮缘同 i 字钢翼缘边缘之间的间隙(cm)，一般取 c=0.4- 0.5cm a=(cm) 2 db l=0.164r(cm)，翼缘表面斜度为 1/6 即：普型 i 字钢 l=0.118r(cm)，翼缘表面斜度为 12%即：轻型 i 字钢 r葫芦走轮踏面曲率半径(cm) p 轮葫芦走轮最大轮压（kg） = i 第 96 页 共 96 页 32 技术科 设 计 计 算 说 明 书

34、 （5）计算局部弯曲用 i 字钢简图 图 7 中 bi 字钢翼缘宽度（cm） di 字钢腹缘厚度（cm） ti 字钢翼缘平均厚度（cm） 补强板厚度（cm）取 t0=t+(cm) 其它同上节。 b a 4 b-d t0t 22 4 y 2 5 6 x p轮 d i 1 p轮 a i 图7 z 第 96 页 共 96 页 33 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 34 （6）局部弯曲曲线图 注：曲线图中曲线 k3中的 虚线，是 本文自己延长的。因本产品 的值均为=0.6 左右，为了 计算之需要而自行延长了 k3 曲线，严格的讲，这是不严 肃的。但目前在尚没有自己 的曲

35、线图之前，只好用这种 办法做为暂时的过度办法。 延长 k3曲线是否会有较大的 出入，我们认为似乎也不会 出现太大的问题，因为当值 愈小，即力的作用点愈移向 腹板时，工字钢翼缘边缘点 的局部弯曲应力肯定会愈来 愈的。 （7）工字钢下翼缘局部弯曲计算公式。 如图 7 中，轮压 p 轮作用点在某一位置时，工字钢翼缘根 部 1 和 3 点，在 xy 平面内将产生横向局部弯曲应力，设此应力 为 1。 1= )/( 2 2 0 11 cmkg t pk 轮 在 yz 平面内将产生纵向局部弯曲应力，设此应力为 .2。 2=)/( 2 2 0 21 cmkg t pk轮 在 yz 平面内，下翼缘自由端处，即

36、2 点（或 2点 ）局部弯曲应 力方向平行于 z 轴，即局部弯曲应力为纵向应力，设此应力为 3。 3= )/( 2 2 0 32 cmkg t pk轮 0.7 0.4 0.5 0.8 0.6 1.2 1.6 2.8 2.0 2.4 k1 k k2 0.8 i =a k3 第 96 页 共 96 页 35 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 36 上述公式中：-中： 1，2翼缘结构形式系数，翼缘不贴板补强时， 1=0.65；2=1.2。翼缘贴板补强时 1=0.9，2=1.5。 k1；k2；k3局部弯曲系数，查图 8。 p 轮葫芦走轮最大轮压（kg） 。 t0不贴板时，

37、t0=t(cm)，贴板时 t0=t+（cm） 符号或表示工字钢下翼缘上下表面的应力为拉压或压拉以 下在具体计算中，是按图 7 中最危险点 1 点和 2 点（贴板时为 2点）来计算，1 点应力符号为正（+） ，2 点（或 2点）应力 也为正（+） 。 （8）按表 5，表 8，图 68，公式-有关数据及公式 计算本产品的局部弯曲应力如表 10。 表 10 gn（t ） 参 数 1235 断 面 序 号 i 字钢（gb700-84） i20ai20ai25ai25ai28ai25ai28ai28a )( 2 0 2 0 cmttt 1.31.31.694.415.614.415.612.61 a=

38、)( 2 cm db 4.654.655.45.45.67 5 5.45.67 5 2.67 5 l=0.164r(cm)2.052.362.362.362.362.742.872.87 i=a+c-l(cm)3.02.693.443.443.71 5 3.063.23.2 = a i 0.650.580.640.640.650.570.570.57 k12.151.952.152.152.151.951.951.05 k20.650.60.650.650.650.60.60.6 k30.650.40.650.650.650.40.40.4 1 (kg/cm2)5268877706144827

39、55594594 2 (kg/cm2)159279232186146233183183 3 (kg/cm2)294344429310244258204204 第 96 页 共 96 页 37 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 38 4主梁中央断面当量应力计算 按图 7 考虑，只验算 1 点和 2 点（或 2点）的当量应力。 1 点当量应力为 当 1。 当 1= )()( 21 2 2 2 1 整子整子 2点当量应力为 当 2 当 2= 整子+3 i 字钢许用弯曲应力（kg/cm2） ，按工字钢下翼缘承 受双向应力的特点来考虑，对于材料为 q235af 的工字钢，可

40、 取其许用弯曲应力为=1800kg/cm2。1、2、3 均为拉应 力。 5按式和计算本产品的 当 1 和 当 2列于表 11 和 12。 1-3 见表 10； 整 z 见表 9。 gn(t) s（m） 1235 7.5500875620952 10.5580775998875 13.5610900905916 16.583010358501090 当 1（kg/cm2） gn(t) s（m） 1235 7.5612869766980 10.5759997966979 13.5922120511821039 16.51099139711901249 当 2（kg/cm2） 第 96 页 共 96

41、 页 39 技术科 设 计 计 算 说 明 书 （五） 、刚度计算 主梁必须有足够的刚度，其中包括静刚度和动刚度，以保 证起重机能正常使用。 一般对其有工字钢主梁的设计，往往是从保证刚度条件入 手设计的。 1、垂直静刚度计算 700 48 3 s f ejx ps f f主梁垂直静厚度（cm） p静载荷（kg） ，p=q+g s跨度（m） e材料弹性横量，q235钢的 e=2.1106 kg/cm2 jx主梁断面水平惯性矩（cm4） f许用垂直静挠度（cm）根据规定取f= )( 700 cm lk 将式变换一下得 jx= 2 6 33 )(07 . 0 700 101 . 248 )( 48

42、sggn s sggn fe ps jx许用水平惯性矩（cm4） ，即对于一定起重量，一定 跨度的产品，其主梁断面的 jx 必须是 jxjx的关系才行。 2、水平静刚度计算 f 水= 2000 48 31 s f ejy sp 水 f 水水平静挠度（cm） p1水平惯性力（kg） 2020 1 ggnp p jy主梁断面垂直惯性矩（cm4） 第 96 页 共 96 页 40 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 41 f 水许用水平静挠度（cm） 。根据规定取f 水= )( 2000 cm s 将式变换一下得： jy= 6 2 6 3 3 101 . 248 )(10

43、0 2000 101 . 248 . 20 1 48 sgng s sp fe sp 水 = 42 7 1 )(01 . 0 cmjxsggn jy许用垂直惯性矩（cm4） ，即对于一定起重量，一定跨度 的产品，其主梁断面的 jy 必须是 jyjy的关系才行。 注：系数的选取是按 p 惯= 20 1 )( 20 1 5 . 0 8 . 9 ggn ggn a g p 平 p 惯水平惯性力（kg） g 重力加速度 g=9.8 米/秒 2 a 平起重机运行的平均加速度，当驱动轮为，总轮数的 1/2 时，一般取 a 平=0.5 米/秒 2左右 3、将与式和有关数据列表如下表 13 和表 14 表 1

44、3 起重量 gn（t） 1235 gn+g（kg ） 1155224533005500 跨度 s（m） 4.57.510.513.516.5 s2（m2） 20.2556.25110.25182.25272.25 4 计算jx和jy 查表 13 和表 14，将有关数据代入式和得jx列于表 15，得jy列于表 16。 第 96 页 共 96 页 42 第 96 页 共 96 页 43 技术科 设 计 计 算 说 明 书 jx表（cm4） 表 15 1235 7.5455088201295021560 10.512460173602548042350 13.51470028700420001696

45、50 16.5220504270063000104300 （jy）表（cm4） 1235 4.52344556601110 7.5650126018503080 10.51280248036406050 13.52100410060009950 16.531506100900014900 5 动刚度计算 动刚度一般不验算，在使用上有要求时，如高速成运行或 要求能用运精确安装件的起重机，尚须计算动刚度，由空载时 自振周期来控制，单梁桥式起重机在垂直方向的自振周期设为 t（秒） 。则 秒 3.02t k m t t自振周期（秒） m起重机和葫芦的换算质量 m= （公斤、秒/厘米） )5 . 0(

46、1 gqs g g重力加速度（g=9.8 米/秒 2） q主梁均布载荷（kg/m） ，计算请查表 b。 k桥梁在垂直平面内的刚度。 gn(t) s(m) gn(t) s(m) gn(t) s(m) 第 96 页 共 96 页 44 第 96 页 共 96 页 45 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 46 21 3 96 lk ejx k e弹性模量（kg/cm2） jxcm4 scm 6.综合强度、刚度要求，确定本系列产品的主梁断面种类 根据 当=1800kg/cm2保证强度要求。 jxjx=0.07(gn+g)s2保证垂直静刚度要求。 jyjy=保证水平静刚度要

47、求。 7 1 jx 结合三化要求，加工工艺，生产管理等将主梁断面分类列于表17 结合三化要求，加工工艺，生产管理等将主梁断面分类列于表17 主梁断面适用表 表 17 gn(t) s(cm) 1235 7.5 10.5 13.5 16.5 由上表可见本产品有五种断面，其断面形状，尺寸参数请 详见图 3，表 4-6 （六） 、稳定性计算 稳定性计算包括二部分，即主梁“整体稳定性计算和主梁 腹板受压翼缘板的局部稳定性计算。 1、 起重机整体稳定性 当主梁具有足够的水平刚度时，就能明显的阻止主梁断面 的扭转。当主梁水平挠度，即水平刚度得以保证，一 时 水 2000 s f 般可 第 96 页 共 96

48、 页 47 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 48 以不计算主梁的整体稳定性。本产品均能保证水平刚度，所以 以下将不再计算主梁的整体稳定性。 2、主梁腹板的局部稳定性 一般当主梁腹板受拉区直接作用有集中轮压时可以不考虑集 中轮压对腹板稳定性的影响。本产品正符合这一特征，即葫芦 小车的轮压是作用在主梁的受拉区，所以以下也将对主梁腹板 局部稳定性不予以计算。 3、受压翼缘板局部稳定性 本产品主梁是由冷压成形的 u 型槽钢通过每隔一间距的横向 加劲板及斜侧板同工字钢组焊成一体，u 形槽钢的两园角都将 大大减小翼缘板（上盖板）的局部不稳定性，有关这方面的计 算，此处暂不计

49、算。 （七） 、计算实例 起重量 gn=5000kg；跨度 s=16.5m=1650cm 操纵室操纵 起重机运行速度 v=75 米/分 1、主梁断面几何性质计算 (1)主梁断面面积由图 3，式表 5 得： f=0.5(l1-20.5)+0.5h1+20.5l2+f1+l3 =0.5(40-1)+140+125.5+55.45+110.5 =151cm2 (2)主梁单位长度重量 q 由式得： q=f0g0=1517.85=118kg/m fcm2 goq235材料比重，go=7.85k/cm3 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 49 技术科 （3）确定断面水平形心轴 xx

50、位置 参看图 3，由式 得 fx yixfi yc 1 151 5 . 010511545.555 .31 5 . 255 . 0260405 . 0275.79)5 . 0240(5 . 0 cm37 （4）计算主梁断面水平惯性矩 jx 由式得 2 fiyijxijx 2 3 2 3 235 . 02 12 405 . 0 275.425 . 039 12 5 . 039 22 2245.557115 . 5 5 . 255 . 02 120084 1735 . 02 2 3 5 . 361 5 . 10 12 15 .10 4 111400cm （5）计算主梁断面垂直惯性矩 由式得 2 f

51、ixijyijy o 47sin12 195 . 0 275.19405 . 02 12 5 . 040 2 12 395 . 0 3 2 33 12 5 . 101 34510 5 . 255 . 02 3 2 4 21800cm 2主梁断面整体弯曲应力 整 z 由式，表 6-8 及式得 整 z= 824 )( 2 qskegksgkgn jx yc 室 = 8 165018 . 1 1 . 1 2 1004001 . 1 4 1650)500150002 . 1 ( 111400 37 2 = 2 /1045cmkg 第 96 页 共 96 页 50 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第

52、 96 页 共 96 页 51 3、主梁工字钢下翼缘局部弯曲计算 计算轮压：作用点位置 i 及像数号 由式得： cmlcai2 . 387 . 2 4 . 0675 . 5 （查表 5）cm db a675 . 5 2 85 . 0 2 . 12 2 cmc4 . 0 (查表 8、表 10)cmr81 . 2 5 . 17164 . 0 164 . 0 由式得： 57 . 0 675 . 5 2 . 3 a i （2）i 字钢下翼缘局部弯曲应力计算 图 7 中 1 点横向局部弯曲应力 1由式 10 得： 2 2 11 /594 61 . 5 190095 . 1 9 . 0 cmkg t pk

53、d 轮 翼缘结构形式系数，贴板补强时取9 . 0 1 9 . 0 1 k1查图 8 p 轮查表 8 to查表 10 图 7 中 1 点纵向局部弯曲应力由式 11 得： 2 2 21 2 /594 61 . 5 190095 . 1 9 . 0 cmkg t pk 轮 k2查图 8，其它同上 图 7 中 2 点纵向局部弯曲应力由式 12 得： 2 2 32 3 /204 61 . 5 19004 . 05 . 1 cmkg t pk 轮 翼缘结构形式系数，贴板补强时取=1.5 2 2 k3查图 8；其它同上。 第 96 页 共 96 页 52 技术科 设 计 计 算 说 明 书 4 主梁中央断面

54、当量应力计算 图 7 中 1 点当量应力 当 1 由式得 10451835941045183594 2 2 21 2 2 2 11 整子整子当 整子查表 9 22 /1800/090 . 1 cmkgcmkg 图 7 中 2 点当量应力 整子由式（ 14） 得 22 3 /1800/1294920410452cmkgcmkg 整子 当 5、刚度计算 垂直静刚度按式计算 f ejx ps 48 3 cmfcm236 700 1650 15 . 2 111400102148 1650)5005000( 6 3 水平静刚度按式计算 cmfcm ejy sp f825 . 0 2000 1650 56

55、 . 0 21800101 . 24820 16505005000 48 3 6 31 水 动刚度 桥架在垂直平面内的刚度 k,k 由式 21 得 kgcm lk ejx k5100 10 5 . 16 111400101 . 29696 6 6 3 起重机和葫芦的换算质量，由式得 厘米公斤秒 /15500 5 . 161185 . 0 980 1 5 . 0 1 2 gqs g m 起重机在垂直方向的自振周期由式得 秒秒3 . 0107 . 0 5100 5 . 1 14 . 3 22t k m t 第 96 页 共 96 页 53 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96

56、 页 54 四、横梁设计计算 单梁起重机习惯于把端梁称为横梁，横梁断面的结构形式 不多，一般为箱形结构或由型钢组成（以槽钢为主） 。箱形结构 的横梁，是由钢板组焊而成。近年来由钢板冷压成 u 形槽，再 组焊成一种新式的箱形横梁，结构工艺既简单，形式又美观， 这种结构形式的横梁在国内起重机行业中，于我厂已首次试制 与投产并获得了一定的好评，这种结构的横梁如图 9 所示。 横梁通过车轮将主梁支承在轨道上，而横梁同车轮的连系 形式，常见的有二种，如图 10 所示，一种是由角轴承箱将独立 的车轮装置安装在横梁端部（图 10a） ，一种是将车轮通过心 轴安装在横梁端部腹板上（图 10b） ，后一种结构为

57、本产品所 选用，是因为运行机构采用葫芦运行小车驱传动装置所致，即 采用一开一闭式减速器所致。 在横梁的计算中，横梁主要承受主梁及载荷对它的垂直压 力和起重机运行时对它产生的水平歪斜侧向力。 a k a bc1 bc1c 图9 c (a) (b) 图10 第 96 页 共 96 页 55 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 56 横梁断面确定后，应验算中央断面（支承主梁处断面）的 弯曲应力和支承车轮处断面的剪应力，对本产品（图 10b） 这种结构形式还应验算车轮轴对腹板的挤压应力。 本系列产品考虑到加工工艺的简化，工装设备专用化等原 因横梁中央断面及车轮支承处断面均一

58、致，所以计算中 gn=5t；s=16.5m 只要能保证的产品要求即可。 本产品的操纵室是由一个刚性十足的箱形连接架，将操纵 室同时与主梁和横梁相连接，这种连接结构形式大大的增加了 横梁对起重机歪斜侧向力的抵抗，因此对本产品的横梁计算是 选择非操纵室一侧的横梁作为薄弱环节来计算。 （一） 、轮距的确定 为减少起重机运行中的歪斜和轮缘同轨道间的摩擦阻力， 起重机轮距 k 与跨度 s 应有一定的比例关系，对于电动单梁桥 式起重机，建议取为准，按这一关系式，确定本产品的轮 7 1 5 1 s k 距 k 值如表 18: 表 18 轮距 k(m) 1.522.5 跨度 s(m) 7.5s8 8s1212

59、s16.5 （二） 、横梁中央断面形式、尺寸、几何特征 1、断面图及尺寸 注：此图为图 9 的 a-a 截面 yy 220 300 285 y zz z yc=153 147 zc=79 5 z 280 5 10 y 151 图 11 第 96 页 共 96 页 57 技术科 设 计 计 算 说 明 书 第 96 页 共 96 页 58 断面几何性质参数 断面积 f 横=cm 5 . 791 5 . 285 . 02125 . 0302 水平形心位置cmyc 3 . 15 5 . 79 75.151 5 . 2825 . 1 5 . 02175.295 . 0215 . 0302 垂直形心位置

60、cmzc9 . 7 5 . 79 125 . 02125 . 01 5 . 28 5 . 125 . 03075.225 . 030 水平惯性矩 3323 5 . 021 12 1 5 . 281 12 1 3 . 05 . 0302305 . 0 12 1 2jz 4232 841005.145 . 0215 . 021 12 1 45.140521cm 垂直惯性矩 2323 85.145 . 0305 . 030 12 1 1 . 45 . 0212215 . 0 12 1 2jy 2323 4 . 71 5 . 281 5 . 28 12 1 65 . 6 5 . 0305 . 030