吨双梁龙门起重机金属结构

1、洛阳理工学院设计任务书设计题目：50 吨双梁龙门起重机金属结构设计设计要求：1. 能提升重物并使重物沿水平方向移动，即起重机能够提升重物一道水平面 内不同的地点，而不像升降机只是一种提升机械。门式起重机的承重梁不是支撑 在像桥式起重机的高架牵引箱上，而是支撑在能在地面钢轨上行驶的行走箱上。 这样，可以在露天的场地行动自如。2. 双梁龙门起重机适用于工矿企业、车站、港口、露天仓库及物资部门的货 场等，在固定跨距间对各种物料进行装卸及起重搬运工作。3. 本起重机由电器设备、小车、大车运行机构、门架四大部分组成。按工作 繁忙程度和载荷状态分为轻级、中级、 重级、 特种级四种。 标准电源为三相交流、

2、50 赫、 380 伏，电源线为架空滑线、电缆两种。本论文设计的起重机是一台 50T-35m，U 型变频， 箱形双主梁集装箱龙门起重机总起重量 50T，吊具以下起重 量为 50T，全长 59m，跨度 35m,有效悬臂 9m，工作级别 A5 。 设计进度要求：第一周：确定题目 , 借阅相关的材料洛阳理工学院第二周：深入现场进行实践，针对门机常有问题请教有关技师，准备编稿 第三、四周：编写硬软件手写稿第五、六周：上机编写电子稿第七周：调试程序 ,找出问题 ,改进设计第八周：撰写论文 ,准备答辩指导教师（签名）：摘要龙门起重机是提高装卸作业效率、 减轻工人劳动强度、 用途十分广泛的大型起重 设备。在

3、铁路货场、港口码头装卸集装箱，在水电站起吊大坝闸门，在建筑工地进行 施工作业，在贮木场堆积木材等都得到了广泛的应用。根据要求和用途不同， 龙门起重机的参数、 规格和结构形式也是各式各样。 由于 偏轨箱形龙门起重机具有许多优点， 目前，国内外生产的龙门起重机以偏轨箱形龙门 起重机居多， 本论文主要研究偏轨箱形龙门起重机金属结构的设计计算， 按照起重 机设计规范规定的载荷组合， 分析起重机的受力情况， 计算起重机承受的自重载荷、 起升载荷、水平惯性载荷、 起重机运行时的风载荷等， 并将上述各种载荷分为垂直载 荷和水平载荷计算主梁所受的内力。 根据相应的计算结果校核主梁危险截面 （即小车 位于跨中时

4、的跨中截面和小车位于有效悬臂端时的支座截面） 的强度、刚度及稳定性， 从而判断该主梁结构的是否满足设计要求。本论文以实际结构为例， 对起重机结构系统进行了详细的分析计算， 可为起重机 相关的设计提供一定的辅助和参考作用。关键词： 龙门起重机，金属结构，主梁，支腿III目录1 绪论 11.1题目背景及论文意义 11.2起重机械概述 11.3起重机的金属结构 21.4 起重机械发展前景 32 起重机金属结构的计算载荷 52.1金属结构计算载荷的分类和组合 52.2 起重机金属结构各种载荷计算 63 主梁结构计算 113.1主梁内力分析 113.2 主梁强度校核 173.3主梁刚度校核 223.4主

5、梁局部稳定性校核 244 支腿设计计算 284.1 支腿截面选择 284.2 支腿内力分析 294.3支腿强度校核 354.4 支腿整体稳定性分析 375 结论 40致 谢 40参考文献 42IV 1.1 题目背景及论文意义 装卸搬运活动与人类社会生活有着同样悠久的历史。随着社会劳动生产的发展， 人类不断改进自己的劳动工具。 从简单的省力杠杆到汲水用的辘轳和水车； 从人力抬、 背、扛，到利用水力、风力和其他形式的动力。今天，起重运输机械已经成为国民经 济中任何部门必不可缺的重要设备。组装人造卫星发射火箭用的大型移动式起重机， 起重量已达 3000 吨。国外矿山部门用长距离、大生产率的带式运输机

6、代替铁路和公 路运输，已经取得了良好的经济效果。 没有先进的起重设备要建造摩天大楼式不可想 象的，即使造成了，人们也苦于无法生活和使用。在现代物质生产中， 物料的搬运和装卸是整个生产过程中的有机环节。 在产品的 成本中，装卸搬运费用占很大的比重。钢铁、水泥、化肥等企业最高达50 80，机械、化纤工业部门一般为 2030。在港口和铁路，使用起重运输机械化装卸， 不仅减轻工人劳动强度，降低装卸费用，而且能减少货物破损，缩短船舶停港时间， 加速车辆周转。 实现装卸搬运机械化和自动化的好处是十分明显的， 而起重运输机械 就是实现机械化的基本前提。本文针对某 50t 起重机结构，运用力学方法对起重机的主

7、梁和支腿进行计算校核， 以校核其主梁和支腿是否满足其强度，刚度，稳定性等各方面的要求。1.2 起重机械概述我们可以把起重机定义为一种能提升重物并使重物沿水平方向移动的一种机器。换言之， 起重机能够提升重物一道水平面内不同的地点， 而不像升降机只是一种提升 机械。我们可以把起重机分为两种主要类型：悬臂式起重机，和桥式起重机。悬臂式 起重机有一个悬臂， 重物吊在悬臂上， 悬臂可以升降重物， 并可将重物放在悬臂半径 内的任意点上。悬臂在垂直平面内的运动称为“摆臂” ，而悬臂在水平面内的转动称 为“旋臂”。最常见的一种非回转式起重机是桥式起重机。 这种起重机有一称为承重梁的水 平梁，该承重梁有许多钢梁

8、构成， 承重梁由位于端部的牵引箱支撑， 牵引箱可以在高 架轨道上行驶。带吊钩的吊运车本身又在承重梁上移动。 桥式起重机有三种运动方式： 它能把重物提升到承重梁的高度； 可吊着重物横跨车间的宽度； 也可沿车间长度移动 重物。 由于桥式起重机的机身是架在上空的， 所以当它来回移动的时候， 不影响车间 地面的工作。现在已经研制出了跨度为 40米，最大提升能力为 400 吨的起重机。在 工厂以外的地方，如在储木场，也使用类似的机器，成为门式起重机。门式起重机的 承重梁不是支撑在像桥式起重机的高架牵引箱上， 而是支撑在能在地面钢轨上行驶的 行走箱上。专用起重机也有很多种。 有固定式的， 有轻便的或移动式

9、的。 轻便起动机需要运 输，而移动式起重机或是自行的， 或者装在卡车底盘上或货车车厢上。 起重机使用不 同形式的动力，例如电力，柴油机，液压动力，蒸汽动力，甚至人力，这要取决于起 重机的类型和用途。1.3 起重机的金属结构由金属材料轧制成的型钢 （角钢、槽钢、工字钢、 钢管等）及钢板作为基本元件， 彼此按一定的规律用焊接的方法连接起来， 制成基本构件后， 再用焊接或螺栓将基本 构件连接成能够承受外加载荷的结构物称为金属结构。 起重机金属结构的作用是作为 机械的骨架， 承受和传递起重运输机所负担的载重及其自身的重量。 起重机金属结构 的种类繁多，对它们进行分类， 目的是区别各种不同的金属结构类型

10、， 找出它们的共 同特点，便于设计和计算。1. 按照组成金属结构基本元件的特点，起重机金属结构可分为杆系结构和板结 构。杆系结构是由许多杆件焊接而成， 每根杆件的特点是长度方向尺寸大， 而断面尺 寸小。板结构是由薄板焊接而成， 它的特点是长度和宽度方向尺寸较大， 而厚度较小， 所以板结构又称薄壁结构。 杆系结构和板结构是起重运输机金属结构中最常见的结构 形式。2. 按起重机金属结构的外形不同，分为门架结构、臂架结构、车架结构、转柱结 构、塔架结构等。这些结构可以是杆系结构，亦可以是板梁结构。门架结构包括龙门 起重机的龙门架、门座起重机的门腿及平衡重式叉车的门架等。3. 按组成金属结构的连接方式

11、不同，起重机金属结构可分为铰接结构、刚接结构 和混合结构。 铰接结构中， 所有节点都是理想铰。 刚接结构构件间的节点连接比较刚 劲，在外载荷作用下， 节点各构件之间的相对夹角不会变化。 混合结构各杆件之间的 节点，既有铰接的又有刚接的。4. 按照作用载荷于与结构在空间的相互位置不同，分为平面结构和空间结构。平 面结构在作用载荷和结构杆件的轴线位于同一平面内。 当结构杆件的轴线不在同一平 面内， 或结构杆件的轴线虽位于同一平面内， 但外载荷不作用于结构平面， 处于这两 种情况的结构成为空间结构。1.4 起重机械发展前景随着生产规模的扩大， 自动化水平的提高， 起重机械在现代化生产过程中应用越 来

12、越广，作用也越来越大，对起重机械的要求也更高了。科学技术的飞速发展，推动 了现代设计制造能力的提高。 这些都促进起重机的技术性进入来崭新的发展阶段， 起 重机正经历着一场巨大的变革， 而在以下几个方面， 又将成为今后发展的的方向和研 究的重点。1. 设计计算理论的研究和改进目前，在起重运输机金属结构设计中， 我国仍采用许用应力计算法。 这种方法的 设计结构往往多消耗金属材料或安全程度较低。 近年提出不少新的计算方法， 新的数 据、参数、和公式，这些新方法结果比较精确，比较符合金属结构的实际工作情况， 因而也能更充分的利用金属材料。2. 创新结构形式在保证起重机工作性能的条件下， 改进和不断创新

13、结构形式， 是有效的减轻起重 机金属结构自重的方法之一， 如采用薄壁箱型结构， 梯形断面的动力臂结构， 矩形断 面的空腹管代替桁架结构等等，都大幅减轻了金属结构的自重3. 改进工艺过程广泛的采用焊接，特别是自动焊和改进工艺过程， 应用冲压焊接钢板的金属结构， 并用螺栓进行装配， 可以省去许多复杂而繁重的组装工艺， 防止装配变形， 增加金属 刚度，保证结构的制造质量。4. 起重机械金属结构的标准化和系列化设计应有一定规格尺寸的标准零件， 便于加工和组装， 并使整个结构系列化， 做 成定型产品。尽量使用标准工艺，以简化设计和制造过程，缩短工期进行批量生产， 也是降低成本的有效方法。5. 采用新材料

14、用轻金属或高强度结构钢制造起重机， 可以达到减轻自重的目的。 同时应用屈服 极限高的，高强度结构钢可以达到自重轻，坚固耐用的作用。从起重机总体看，更大的起重能力、更好的机动性能、更高的作业效率、更强的 适应能力和更高的可靠性是起重机未来突破的方向。 起重机各系统、 各部件的合理匹 配极为重要， 例如：要求大的起重能力， 就必须考虑由此造成起重机自身重量增加和 结构改变所带来的影响。 因此必须从整体出发， 密切结合实际需要，充分考虑各系统 间的匹配性， 有针对性地改进起重机的薄弱环节， 协调提高各系统的技术水平， 只有 这样才能有效地促进起重机的发展， 如果只注重某单一系统技术的革新， 对起重机

15、整 体性能不会有质的提高。所以起重机械的发展与整个科技的进步是紧密相连的。2 起重机金属结构的计算载荷作用于起重运输机金属结构上的载荷， 根据其不同特点与出现的频繁程度分为基 本载荷、附加载荷及特殊载荷三类。本章主要结合，一台50t-35m，箱型双主梁集装箱龙门起重机，对其计算载荷进行分析，选择载荷组合方式，确定各个计算载荷，为 接下来的计算做好准备。2.1金属结构计算载荷的分类和组合2.1.1机金属结构计算载荷分类一、基本载荷基本载荷指始终和经常作用在起重机结构上的载荷，即起重机正常工作时必然出 现的载荷，包括：1. 自重载荷 PG ：指起重机的结构、 机械设备及电气设备所受的重力 （亦称固

16、定 载荷）。2. 起升载荷 PQ ： 指所能吊起物品的最大重力， 俗称额定起重量。 起升载荷不包 括吊钩、吊环、吊梁等取物装置的重量，但可以更换的取物装置如抓斗、电磁吸盘、 真空吸盘、集装箱属具等吊具的重力应计算在起升载荷之中。3. 水平惯性载荷 PH ： 指运行、回转变幅机构起 （制 ）动引起的水平惯性载荷。二、附加载荷附加载荷指起重机在正常工作状态下结构所承受的非正常性作用的载荷 （在起重 机正常工作时并非必然出现而是可能出现的载荷） ，包括：1. 工作状态下的风载荷 PWi ；2. 有轨起重机偏斜运行时产生的侧向力 Ps ；3. 根据实际情况决定需加以考虑的温度载荷、冰雪载荷及某些工艺性

17、载荷。三、特殊载荷特殊载荷指起重机在非工作状态或试验状态时结构可能承受的最大载荷， 或在工 作状态下结构偶然承受的不利载荷，包括：1. 非工作状态下的风载荷 PW0 ；2. 试验载荷；3. 根据实际情况决定需加以考虑的安装载荷、地震载荷及某些工艺性载荷；4. 工作状态下结构偶然可能承受的碰撞载荷 PC ；5. 工作状态下结构偶然可能承受的带刚性起升导架的小车的倾翻水平力PSL 。本次起重机金属结构的分析任务， 主要是考虑基本载荷， 并进行计算校核， 验证 起重机金属结构的合理性。2.1.2 起重机金属结构载荷组合所有上述各种载荷， 不可能同时作用于金属结构， 应按照各种载荷出现的频繁程 度和结

18、构的重要性， 根据起重机不同的工况， 考虑最不利的情况进行合理的组合。 按 许用应力法计算起重机金属结构时，采用以下三种载荷组合形式：载荷组合只考虑基本载荷的载荷组合。 这一组合规定起重机最多有两个机 构同时处于不稳定运动状态，该组合用于对结构进行疲劳强度计算。载荷组合考虑基本载荷和附加载荷同时作用的情况。 附加载荷主要是指水 平风载荷和偏斜运动侧向载荷。 这一载荷是保证起重机金属结构正常工作状态下具有 可靠的强度和弹性稳定性的主要计算载荷。 该载荷用于对结构进行强度、 稳定性和刚 度计算。 计算垂直刚度时不计动力系数和冲击系数， 不考虑水平惯性载荷； 计算水平 刚度时只考虑水平载荷。载荷组合

19、考虑基本载荷与特殊载荷同时作用， 或基本载荷、 附加载荷和特 殊载荷同时作用的情况， 该组合用于验算结构的强度、 弹性稳定性和整机的抗倾覆稳 定性。本次分析过程中重点需要考虑的载荷有自重载荷及其动载系数（起升冲击系数 ）1PG 、自重载荷及其起升载荷动载系数（运行冲击系数）2PG 、惯性载荷 PH 、风载荷PWi 、采用载荷组合方式。2.2 起重机金属结构各种载荷计算一台 50t-35m，U 型变频，箱型双主梁集装箱龙门起重机总起重量 50t，吊具以 下起重量为 50t，全长 59m，跨度 35m，有效悬臂 9m,工作级别 A5 。小车轨距 :2.5m， 小车轴距 2.8m,起升高度 :12m

20、，小车副起升速度 12m/s,主钩起升速度 8m/s，小车运行速度 50m/s，大车运行 65m/s，起重机总重量为 130t，其中主梁 65t，小车自重 12.5t， 吊具 1.55t，吊具下起重量 50t 当吊装额定载荷时，总的移动载荷为 W=12.5+1.55+50=64.05t2.2.1自重载荷计算 图纸中主梁自重为：GZL mZLg651039.86.37105 N 计算金属结构时，梁的自重视为均布载荷，用 q表示。如图所示，跨度 L 35m，有 效悬臂长 l y 9m ，主梁总长 LZ 59m主梁自重的均布载荷：qZL GZL /LZ 6.37105/591.1 104 N/m图

21、2.1 梁自重的均布载荷2.2.2起升载荷计算 龙门起重机的起升载荷常以小车轮压的形式作用于主梁上。 进行轮压计算时， 小车视为刚性支架。小车轮压的计算表达式为(2-1)(2-2)P=PXC + PQG考虑动力载荷的作用，计算轮压为：PtPXCi PQG i PXC i PQG式中PXC 由于小车自重引起的轮压；PQG 由于吊重 Q引起的轮压；i 、 i动力系数， i可取 1或 4， i可取 2、 3或 4。 小车轮压的计算：PXC mXCg 12.5 103 9.8 1.225 10 5 NPQG mDZ g 50 10 9.8 4.9 10 NP =PXC + PQG55=1.225105

22、 +4.91055 =6.1310 N考虑动力载荷 的作用， i 取 4 ， i 取 2 。 因大车运行速度 vDC 65m / min 100m / m i n，起升速度 8m/min ，由表取 4 =1.1，由表得,起重机起 升级别 M3：取 2=1.3P i Pxc i PQG=1.1 1.225 10 5 +1.3 4.9 105=7.72 105 N对桥式类型的起重机而言， 起升载荷的位置随小车的位置而变化， 故亦称移动载 荷。计算金属结构时， 应在小车位于使结构产生最大应力处进行计算。 对有悬臂的龙 门起重机，小车至少由两个计算位置，即小车位于跨中附近和悬臂极限位置。2.2.3 水

23、平惯性载荷计算运行惯性力 PH 的计算，起重机大车或小车运行机构起动或制动时，起重机或小车自身质量以及起升质量产生的水平惯性力 P H 为：(2-3)PH5ma式中m 运动部分的质量（ kg ）；2a 起动（制动）加速度（ m / s2 ），参考值见表；系数， 考虑起重机机构驱动力 （制动力） 突加及突变时结构的动力效应，1 5 2，平均取 5 1.5。其大车的运行速度vDC65 m/min1.09m/ s，按表查取，用插值法求得2aDC 0.2m/ s2 ，取 5=1.5PH5mZLaDC1.56.5104 0.21.95 104 N 以小车的运行速度vDC 50m/min0.84 m /

24、s ，按1表 3.5查取，用插值法求得aDC 0.25m / s2取 5 =1.5小车产生的运行惯性力 PH 为：PH5mZLaDC41.56.5010 0.25 2.44 104 N2.2.4 风载荷计算露天工作的起重机金属结构应考虑风载荷的作用。 视风载荷是可能作用于任何方 向的水平载荷。 对我们所讨论的常用起重机， 只计算风压的静力作用， 不考虑风压的 动力效应。按照起重机在一定风力下能否正常工作， 把作用于起重机金属结构的风载荷分为 工作状态的风载荷和非工作状态的风载荷两类。 工作状态的风载荷是起重机金属结构 在正常工作情况下所能承受的最大计算风压； 非工作状态的风载荷则是起重机金属结

25、 构不工作时能承受的最大计算风压。工作状态和非工作状态的风载荷按下式计算：(2-4)PW CK h qA式中C 风力系数，与金属结构的外形、几何尺寸等有关；K h 风压高度变化系数；2m2 ）；风振系数（对常用起重机 1.0A 结构或物品垂直于风向的迎风面积（2q 计算风压（ N /m2 ）。由表 3-8 查得 Kh 1.0， 1.0，迎风面的高度取h 10m， L /h59/105.9，由1表 3-9查得，主梁迎风面积已知计算风压C 1.30，2A2.159123.9m2，2q 150N /m2PW CK h qA1.3011150123.92.4104 N103 主梁结构计算龙门起重机是工

26、矿企业中最为常见的起重设备之一， 而龙门起重机中最为复杂的 故障是主梁 （桥架 ）变形，其主要表现为主梁的拱度减小、主梁下挠、及主梁的横向弯 曲等，特别是主梁的下挠变形，对起重机的正常运行危害最大。如：下挠过大会使大 车传动系统的联轴线扭弯， 造成机件的损坏、啃轨等不良后果， 本章通过计算主梁的 强度，刚度，以及局部稳定性，来校核该起重机是否达到使用要求。3.1 主梁内力分析偏轨箱形龙门起重机金属结构由上部主梁和支腿两大部分组成。 所谓偏轨是指小 车轨道置于主梁的主腹板上（亦称全偏轨） 。若将轨道至于靠近主腹板内侧，则称为 半偏轨或者是小偏轨。本次分析的龙门起重机的最大跨度为 35m ，所以采

27、用刚性支腿。具有两个刚性 支腿的龙门起重机通过双轮缘的大车行走车轮支承在轨道上，轨道侧面与轮缘有 2030 mm间隙。车轮踏面与轨道间的滑动摩擦力和车轮轮缘与轨道侧面相抵触共同 形成侧向约束，产生横推力，其中轮缘与轨道相抵触的约束是主要的。为便于分析， 轮轨间的滑动摩擦约束作用略而不计。 实践表明， 在大车运行或不动的情况下， 轮缘 与轨道侧面的相抵触情况时而出现，时而消失，即横推力有时有，有时没有。综上所 述，主要的最不利计算简图是按两端简支的外伸梁计算， 不因其结构形式和支承情况 而改变。作用于龙门起重机主梁的计算载荷 （基本载荷、 附加载荷和特殊载荷） 可按其方 向分为垂直载荷和水平载荷

28、，然后用这些载荷计算主梁的相应内力。3.1.1 垂直载荷引起的主梁内力一、移动载荷引起的主梁内力作用于主梁上的移动载荷即小车自重和起升载荷引起的小车轮压， 计算时，应考 虑不同载荷组合下的动力系数 i和冲击系数 i 。单边偏轨箱形主梁上总的小车轮压，按下式计算：(3-1)iG XCiQR11式中G XC起重小车自重；Q 起升载荷； i 冲击系数 自重载荷由于起升载荷在不稳定运动时对结构产生的冲击效应，用起升冲击系数 i 1 来考虑；起重机（或小车）运行经过轨道接头或 不平整轨道时自重载荷对结构产生的在垂直方向的冲击和振动效应， 用运行冲击系数i 4 来考虑 i 动力系数 起升载荷在不稳定运动时

29、所引起的垂直惯性载荷的作 用，用起升载荷动力系数 i 4 来考虑；对于某些抓斗（料箱）或电磁盘作业的起 重机，由于突然卸载使起升载荷产生动态减载作用， 减少后的起升载荷用突然卸载系数 i3 来考虑 ；n 桥架主梁的根数，单主梁时 n 1，此处取 n 2。由第二章计算结果可知：GXC 1.22510 5 NQDZ =4.9105 N取 i 4 1.0， i2 1.3 ，n2，RiGXCiQDZ1 (1.0 1.225 105 +1.0 4.9 105 )n2 3.07105 N该起重机采用中间对称，作用于主梁上的两个轮轮压：P1 P2 P R/2 1.54 105 N（1）小车在主梁跨间运行时：

30、12YD1 (L b2)2M ZYD1 R 2最大弯矩值：4L35 2.8 2 (3-2) 3.07 1052 2.47 106 N m4 35式中L 跨度；b 小车轴距。P2bQm a x P1 P2 2最大剪力： L (3-3)3.07 105 1.54 10 2.8 2.94 105 N35(2)小车在有效悬臂端根部运行时：支承处主梁截面内力最大，其求法按材料力学的一般方法计算。支承处弯矩：M zYD2 P1l P2 l b551.54 105 9 1.54 105 9 2.8 (3-4)62.34 106 N m式中l 有效悬臂长。支承处剪力：5Q P1 P2 R 3.07 105N(

31、3-5)、固定载荷引起的主梁内力(1)匀布固定载荷引起的主梁内力 主梁上的匀布固定载荷即单主梁龙门起重机桥架单位长度重量或双主梁龙门起 重机半个桥架的单位长度重量载荷：(3-6)G q L0式中13G 单主梁龙门起重机桥架重量或双主梁龙门起重机半个桥架的重量；冲击系数，按不同的载荷组合采用1 或 4；L0主梁的总长度，包括跨间和悬臂段。1.4 104 N /m4G 1.30 6.37 105 q4L059（2）集中固定载荷引起的主梁内力（司机室悬挂于运行GDL （它作用于主梁N主梁上的集中固定载荷包括悬挂在主梁上的司机室重量 GSJ 小车时，视为移动载荷）和双主梁桥架端梁重量对主梁的作用力的悬

32、臂端），它们应按载荷组合情况考虑冲击系数 1 或 4。 对于司机室只考虑小车在跨中截面： （取 i4 1.0）44PCSiG SJ 11.751041.75104QPcs C 0.21 10 4 Ncs L最大弯矩值只是考虑跨中截面：GD 3 C(L C)M mGaDx3 PcsL4 4 35 41.75 104356.22 104 N m对上横梁对主梁的作用力只考虑小车位于悬臂端：4QmaxPd3.1 104 NM mGaDx4Pdl 3.1 104 92.79 105 N m3.1.2 水平载荷引起的主梁内力14图 3.1 运行惯性力均布载荷 主要考虑运行惯性力和风压均布载荷 由第一章的计

33、算可知，运行惯性力均布载荷为： (如图 3.1 所示) qH PHZl / LZ311 103 /59 200N / mqH LZM yHH8 Z (2L LZ )200 59 2 35 59 1.622 104 N m8风压的均布载荷：qW PW / LZ 2.4104 /59400N/mM yW qW8LZ (2L LZ )400 59 42 35 59 3.245 104 N m 8当垂直载荷和水平载荷不通过主梁弯心时，使主梁发生扭转，主梁承受的扭矩为：M nc M ns其中，对于双主梁偏轨箱形梁：M nc R e(3-7)(3-8)式中 R 一根主梁上的小车轮压；主梁弯心至轨道中心之间

34、的距离，轨道在腹板上方， 可近似按下式计算：15(3-9)e 2 B012式中1 主腹板厚度；2副腹板厚度；B0两腹板中心线间距。由式(3-1)的计算知，5R 3.07 105 NB0 1300mm6e 1300 650mm66将以上数据代入 (3-7)得，M nc 3.07 105 650 1.995 108 N m偏轨箱形梁在偏心水平载荷作用下引起得扭矩，可近似地按下式计算：M ns RH RW h (3-10)2式中RH 大车制动时，一根主梁上总的小车轮压引起的水平力；RW 小车和货物风载荷引起的一根主梁上总的小车轮压水平力； h 主梁高度。由 2-3 的计算结果可知，RH 2 1.95

35、 104 3.9 104 NRW 2 2.44 104 4.88 104 N4 4 2100 7则M ns 3.9 104 4.88 1049.219 107 N mns 2将以上数据代入式 (3-6)得，M n 1.995 108 9.219 107 2.97 108 N m163.2 主梁强度校核龙门起重机主梁的危险截面一般是满载小车位于跨中时的跨中截面和满载小车 位于有效悬臂时的悬臂根部截面（支腿处） 。这两个危险截面的强度校核如下： 3.2.1 满载小车位于跨中时主梁跨中截面强度校核一、正应力由式得1.15MzWz (3-11)式中M z 固定载荷及移动载荷在主梁计算截面引起的弯矩；M

36、 y 大车制动惯性载荷、风载荷在主梁计算截面引起的弯矩；Wy 、 Wz 主梁截面抗弯模数式（3-11）中的系数 1.15 是考虑主梁跨中的约束扭转及约束弯曲的影响 由 3-1 计算可知，YD1M zYD1GD1M mGaDx1GD3 max6 5 4 62.47 106 3.78 105 6.22 104 2.91 106 N mM y M yH M yW4 4 41.622 104 3.245 104 4.87 104 N m 由表查得，16Mn s 345MPa ，由表查得按载荷组合 a，计算许用应力得：s 345 s 260MPa1.33 1.331）主梁箱形截面惯性矩 I 的计算：如下

37、图 3.2 所示，矩形：I zbh3 a2A12172100(212006) 2 6 150023=1500 103= 129.61106 mm4bh10 15003 2.9109mm412y12按同样的方法，可得以下：矩形：6 210039 4I z4.7 109 mm4 12I y2100 631500 6 2 6 2100y 12 2 2947.15 109mm 4矩形：I z I z9.6110 9 mm494I y I y2.9 109 mm4矩形：6 21003944.63109 mm4I zz 122100 633 1500 6 2I y ()2 6 2100y 12227.15

38、 109 mm4I zIz+Iz+Iz +Iz9929.61109+2 4.7 109 2.861010 mm4IyIy+Iy+I y+I y9922.9109+2 7.15 109 2.011010 mm4182）抗弯截面模量 W 的计算：Wz9z9.61 1097z 1 1072100I ycWzWz11073mmWZIV=WyI yzc图 3.2 主梁箱形截面3 mm97.15 1097 39.5 10 mm1500得出抗弯截面模量如下：WzWz Wz21107 2107 mm3WyWy Wy29.5 107 1.9108mm3二、平均挤压应力M y MWy Wz147 MPa 260M

39、Pa1.151.1551.7 1051.9 1082.91 1062 107m(2hy 50) 1 (3-12)由附表查 P43,H 80 mm，又知 1 6mm ，则19hy H 1 86mm由式（ 3-1）可得，1P1(1.225105+4.9105)=1.54105 N4将数据代入式( 3-12)得，1.54 1052 86 50 6115.62MPa 260MPa三、复合应力 主梁跨中危险截面的主腹板与上翼缘板连接处同时作用有正应力、剪应力和挤压 应力，因此须按下式进行强度校核，即：2 m2m 3 2 1.1 （3-13）（式中的 和 应取主腹板与上翼缘板连接处同一点的应力 ） 如图

40、3.2中 C 点处2100 2 10yc1040 mm1500 zc 26 747 mm21）正应力：yczc62.91 1062.86 1010104051.70 1052.01 1010747 36.9MPa2）剪应力（为偏于安全， 取中性轴处的 mdx ）：3-14)QzSzM nI z ( 12) 2A0 1由 3.1 节计算结果可知：5Qz 1.1 105 NM n 9.45 106 N m另外，20Sz 1500 1010 6 6 15002221002731.104 107 mm362A0 1500 2100 10 3.3 106 mm2将已知数据代入( 3-14)得：QzSzM

41、nIz( 12 ) 2A0 11.1 105 1.104 107102.86 1010 (6 6)9.45 10562 3.3 106 635.84MPa将 、 m 和 代入式 (3-13)得：147 2 115.62 2 147 115.62 3 3.584 2 181MPa 1.1 综上所述，满载小车位于跨中时主梁跨中截面强度校核通过。3.2.2 满载小车位于悬臂端时主梁支承处截面强度校核正应力M y M z Wy Wz(3-15)该截面是铰支座支承处，截面可以自由翘曲， 不存在约束扭转和约束弯曲的问题由式(3-4),依表可知，YD2MzGD2 maxGD 4 max2.34 106 2.

42、49 105 2.79 1052.31 106 N mM y M yH M yW1.622 104 3.245 104 4.87 104 N m 将以上数据代入式 (3-15)得：444.87 104 2.31 1041.9 1072 10837.3MPa 260MPa二、剪应力主腹板在梁截面中性轴处的剪应力21式中QzSzM nI z( 1 2) 2A0 1 Qz 支承处剪力；S z 主梁中性轴以上截面对中性轴的静面矩；A0 梁截面上由腹板和翼缘板的中线所包围的面积。 150MPa3由式 (4-4)计算结果可知：35.84MPa 150MPa三、复合应力 复合应力校核公式：(3-16)2 3

43、 2 1.1 式(3-16)中的 和 应取腹板与翼缘板连接处同一点的应力 同取图 3.2中 C点处，yc MI y zcIy645802.31 1064.48 10410 1300 102.86 10102.01 1010 22.53MPa将数据代入 (3-16)得：22.53 2 3 35.84 2 213MPa 1.1 286MPa因小车位于悬臂端，所以在此计算位置不计算平均挤压应力。 综上所述，满载小车位于悬臂端时主梁支承处截面强度校核通过。3.3主梁刚度校核本设计只校核主梁的静刚度， 龙门起重机的静刚度指满载小车位于跨中和有效悬22臂端，在垂直平面内引起的主梁的最大挠度。计算静挠度时的

44、计算载荷是起升载荷和小车自重，不计冲击系数、 动力系数和上部主梁自重。以下按简支外伸梁计算静挠度。3.3.1满载小车位于跨中时P112EPI2 l1 0.75L2 l12f(3-17)起重机工作级别为 A5，由表查得，L 35 f 50mm800 800L b 35 2.8l1 16.10m1 2 2 2 2P1 P2 R0 (GXC QDG )/2 55(1.225 105 4.9 105)/253.07 105 N(3-18)(3-19)弹性模量为：11 2E 2.1 1011 N /m2将已知数据代入 (3-17)得：(P1 P2)2 2f 1 2 (0.75L2 l12 )12EI z

45、 15 2 212 2.1 1011 2.86 101033mm f 50mm3.07 105 11.75 (0.75 352 16.10 2)由此可知当小车位于跨中时主梁刚度满足要求3.3.2 满载小车位于有效悬臂端时P1 P2 2(3-20)P31EIPz2 l 2 L l C3 f式中 f 主梁有效悬臂端的许用挠度，取 f l ； 350C 3 将小车轮压用它们作用于有效悬臂端的合力代替时计算挠度的换算数，按下式计算C3 13 L 1 b 3 P1 P2 l 2 l 2 lP2lLl(3-21)231 2.8 3 35 1 2.8 3 91 0.432 9 2 9 2 9 35 9l9

46、f 30mm350 350P1 P2 2f P1 P2 l 2 L l C33EI z353.0171 10 10 92 35 9 0.433 2.1 1011 2.86 101026.05 f 30mm综上所述，主梁的静刚度校核通过。3.4 主梁局部稳定性校核为了使结构对称，由实际生产经验取副腹板加劲肋同主腹板。对于 16Mn 钢： b1 1500 250 50 6故要考虑翼缘板的局部稳定性，该起重机主梁加劲肋的布置如图 3.3 所示，图 3.3 主梁加劲肋的布置3.4.1 剪应力 单独作用时的临界应力如图 3.3 所示， a 2000mm， b 480mm所以，20004.2 1480由表

47、得：K 5.34 42 5.34 42 5.4124.22(3-22)24由式(6-40)有：192100 2 * 192100 6 248029.83MPa(3-23)由式 (6-39)得： 取1.15，则得：cr K E 1.15 5.41 29.83 185.5MPa (3-24)A0 a0 b 14 1865 2.61 106 mm2Q M nh0 ( 12 ) 2A0 1561.1 1059.45 1066 10.31MPa2100 6 6 2 2.61 106 63.4.2 弯曲应力 单独作用时的临界应力图 3.4 区格两侧板边如图 3.4，计算区格两侧板边的弯矩(位于跨中)图 3

48、.5 区格两边受压缩的受力情况区格两边受到不均匀压缩的受力情况如图3.5 所示。其中 01由 3-2 的计算结果可知，如图 3.6 所示MzIz2.31 106210010.59M Pa22.86 1010y0MzIzh2 by02400 480 570mm22.31 1062.86 1010 570 46.1MPa在图 3.5 中，251，由表可得：8.41.18.40.44 1.15.46(3-25)1cr K E 1.15 5.46 29.83 187.31MPa(3-26)m图 3.6 区格上下受压缩的受力情况图 3.7 轮压引起的挤压应力3.4.3 轮压引起的挤压应力 m 单独作用时

49、的临界应力4.2 3，如图 3.7 所示 由表，可知： 按 a 3b ，即取 32hy 50 2 85 50 0.16 a 3 460(3-27)Km0.7 120.27 1 0.16 5.0232 3 0.16(3-28)K m 0.8K m 0.8 5.02 4.02mcr K m E 1.15 4.02 29.83 137.91MPa(3-29)3.4.4 弯曲应力、剪应力和局部挤压应力作用时临界应力26由式可得：P2hy 50 11.1 1052 85 50 683.33MPam 1 m 3105.9 2 137.91 2 105.9 137.91 3 10.31 2 131.26MP

50、a1 0.30 74.09 3 0.30 74.09 124.35 11.52 24 569.25 4 569.25 381.40 513.27325.67MPa对于 16Mn 钢：p 0.75 s 0.75 340 255MPa因 i,crp ,复合临界应力按式进行修正：s340cr s1s3401 272MPa5.3 i,cr5.3 325.67由表可查得：取安全系数 n 1.33 cr cr 272 204.52MPan 1.33r 131.26 MPa cr 204.52MPa为使主梁上下焊接对称，减少焊接变形，带悬臂龙门起重机在主梁的主、副腹板 上下区都设置成纵向加劲肋， 以保证制造

51、中的对称性， 确保局部稳定。 由于主腹板是 承受力的主要部件，只要主腹板的局部稳定性通过，副腹板的局部稳性不需校核。274 支腿设计计算箱形龙门起重机支腿的内力分析按龙门架平面和支腿平面分别进行。龙门架平面 的支腿内力 ,对于具有两个刚性支腿的龙门起重机支腿按一次超静定龙门架简图进行 内力计算； 对于带柔性支腿的龙门起重机按静定龙门架简图进行内力计算。 带悬臂的 龙门起重机小车位于有效悬臂端、 不带悬臂的龙门起重机小车靠近支腿处， 为计算龙 门起重机支腿内力的最不利工况。4.1 支腿截面选择对于双梁龙门起重机， 根据支腿的受力情况， 为使结构受力合理， 在龙门架平面 内应使支腿截面上宽下窄， 而在支腿平面内应使支腿截面上窄下宽， 也就是采用沿支 腿高度为两个方向改变截面尺寸的箱形支腿。初步计算时可用它们的平均值t 0.72，即取距支腿小端 0.72L 截面的实际惯性矩作为折算惯性矩。由图纸支腿上截面的尺寸分别为： l y1 2020 mm， l z1 1320 mm 下截面的尺寸分别为l y2 820 mm ， l z2 1320 mm 则距支腿下端 0.72h 处的截面 尺寸为ly2020 2 0.28 600 1684mm，图