STRU11第十一章轮式起重机的吊臂

1、第十一章 轮式起重机的吊臂 第一节 桁架式吊臂的结构型式第二节 桁架式吊臂的设计计算第三节 箱形伸缩式吊臂的结构形式第四节 箱形伸缩式吊臂的计算第十一章 作业桁架式吊臂桁架式吊臂变幅绳变幅变幅绳变幅变幅油缸变幅变幅油缸变幅变幅形式：变幅形式：箱形伸缩式吊臂箱形伸缩式吊臂履带起重机定长臂式铁路起重机变幅绳变幅变幅绳变幅伸缩臂式铁路起重机利勃海尔利勃海尔LTM11200-9.1 ,起重量起重量1200t，主臂全伸长度，主臂全伸长度100m 主臂和副臂组合能使起升高度达到主臂和副臂组合能使起升高度达到170m第一节 桁架式吊臂的结构型式 第二节第二节 桁架式吊臂的设计计算桁架式吊臂的设计计算 计算载

2、荷计算载荷：起升载荷、吊臂自重、惯性力、风载荷：起升载荷、吊臂自重、惯性力、风载荷 计算工况计算工况：起升机构起制、动，旋转机构起制、动，：起升机构起制、动，旋转机构起制、动， 风向垂直于变幅平面风向垂直于变幅平面变幅平面计算简图变幅平面计算简图旋转平面计算简图旋转平面计算简图一、桁架式主臂受力分析一、桁架式主臂受力分析1. 1. 变幅平面变幅平面 （1 1）变幅平面承受的载荷）变幅平面承受的载荷垂直载荷垂直载荷Q Q起升绳拉力起升绳拉力S S变幅滑轮组拉力变幅滑轮组拉力N Nf fGGQQ100221)(mGQS)(002（2 2）计算假定）计算假定 假定力假定力Q Q、S S和和N Nf

3、f交汇于桁架式吊臂端点，其合力交汇于桁架式吊臂端点，其合力N N沿沿吊臂轴线方向。吊臂轴线方向。（3 3）计算简图）计算简图: 两端简支中心受压构件两端简支中心受压构件。 N N及及N Nf f可用作图法或解析法求出。可用作图法或解析法求出。2. 2. 旋转平面旋转平面 （1 1）计算简图：）计算简图：根部固定、端部自由的悬臂梁。根部固定、端部自由的悬臂梁。（2 2）旋转）旋转平面承受的载荷平面承受的载荷侧向力侧向力T T tg)(00GQTh63)( )10. 005. 0(00GQThT=Th+Tb式中式中 Th货物偏摆引起的载荷货物偏摆引起的载荷其中其中 偏摆偏摆角角，所以所以T T b

4、 b吊臂受到的风载荷和惯性载荷。吊臂受到的风载荷和惯性载荷。臂端力矩臂端力矩MML L 轴向压力轴向压力N N )(4 . 0HWbPPT由副臂引起。由副臂引起。由变幅平面的载荷引起。由变幅平面的载荷引起。二、桁架式吊臂的强度计算二、桁架式吊臂的强度计算 吊臂的任一截面弯矩为吊臂的任一截面弯矩为 LMxLTyfNxM)()()(LWMxLTxM)()(令令 设吊臂挠曲方程为设吊臂挠曲方程为 Lxfy2cos1满足条件满足条件: 当当x=0时，时， 0 d dxyyfy MW仅由横向力仅由横向力T和力矩和力矩ML引起的弯矩；引起的弯矩；当当x=L时，时，(11-15) zEIxMxy)( d d

5、22因为因为(11-16)将式将式(11-15)对对x求二阶导数求二阶导数, 代入式代入式(11-16)，可得，可得LxLEIxMfz2cos4)(22(11-17)将式（将式（11-15）及式（）及式（11-17）代入式（）代入式（11-14），可得），可得 (11-18) crWzWNNxMLEINxMxM1212crNN11临界力临界力 考虑轴向力影响的弯矩放大系数，考虑轴向力影响的弯矩放大系数，考虑极限状态法的考虑极限状态法的计算结果，常取计算结果，常取crNN9 . 011EALEILEINzzcr22222)()2(对格构式构件，应考虑剪力对临界力的影响，即：对格构式构件，应考虑剪

6、力对临界力的影响，即：22dzcrEANdz吊臂绕吊臂绕Z Z轴的当量长细比，对四肢构件：轴的当量长细比，对四肢构件： zzdzAA1240AILzz/321折算长度系数折算长度系数 321 1 由支承条件决定的长度系数由支承条件决定的长度系数, , 对悬臂压杆对悬臂压杆 1 1 = 2 = 2 ； 2 变截面长度系数，由表变截面长度系数，由表5-35-3查取。查取。 BA213强度校核强度校核：3考虑变幅绳或起升绳影响的长度系数；考虑变幅绳或起升绳影响的长度系数；按下式计算按下式计算 IIzWWxMAN 三、桁架式吊臂的刚度计算三、桁架式吊臂的刚度计算 1. 1. 臂端挠度臂端挠度 由莫尔公

7、式：由莫尔公式： LzxEIxMxMf 0 1 d)( 式中式中LMTxNyxM)(xxM)(1假设吊臂的挠曲方程为假设吊臂的挠曲方程为: 3332LxLxfy zzLzEILfNEILMEITLf10423223crWzzLzNNfEILNEILMEITLf1)104(12322222222)()2(410LEILEILEINzzzcrZLZWEILMEITLf2323式中式中 )m(10007.02Lf2. 2. 桁架式吊臂的刚度校核桁架式吊臂的刚度校核式中式中 f 臂端容许挠度，臂端容许挠度，crNN11挠度放大系数，取为挠度放大系数，取为 9 . 01ffNNffWcrWcrNN9 .

8、 011 四、桁架式吊臂的总体稳定性计算四、桁架式吊臂的总体稳定性计算 桁架式吊臂是单向压弯构件，其整体稳定性按桁架式吊臂是单向压弯构件，其整体稳定性按下式计算下式计算式中，式中，由当量长细比由当量长细比dzdz查表。查表。 IIzWWxMAN五、桁架式吊臂弦杆节间稳定性校核五、桁架式吊臂弦杆节间稳定性校核 min11rlr rminmin分肢对自身较弱轴的回转半径。分肢对自身较弱轴的回转半径。 1轴压稳定系数，由弦杆节间长细比轴压稳定系数，由弦杆节间长细比 1查表查表)(2) 4/(2)(4/11AxMBNABxMNWB旋转平面内计算截面处弦杆间距；旋转平面内计算截面处弦杆间距；式中式中六、

9、桁架式吊臂的腹杆体系六、桁架式吊臂的腹杆体系 按刚度条件确定腹杆的截面：按刚度条件确定腹杆的截面：150 xjrljxlr 则则jl腹杆的计算长度，在桁架平面内腹杆的计算长度，在桁架平面内 llj8 . 0在桁架平面外在桁架平面外 llj第三节第三节 箱形伸缩式吊臂的结构形式箱形伸缩式吊臂的结构形式 减轻箱形伸缩臂自重的方法： 1. 采用高强度钢采用高强度钢2. 合理的截面型式合理的截面型式 3. 正确的设计计算方法正确的设计计算方法 第四节第四节 箱形伸缩式吊臂的计算箱形伸缩式吊臂的计算 计算载荷计算载荷：起升载荷、吊臂自重、惯性力、风载荷起升载荷、吊臂自重、惯性力、风载荷计算工况计算工况：

10、最小幅度吊最大起重量。最小幅度吊最大起重量。一、受力分析一、受力分析起升机构起制、动，旋转机构起制、动，风向垂直于变幅平面。起升机构起制、动，旋转机构起制、动，风向垂直于变幅平面。1. 1. 变幅平面变幅平面计算简图：计算简图：简支外伸梁简支外伸梁 变幅平面计算简图变幅平面计算简图 外载荷外载荷垂直载荷垂直载荷起升绳拉力起升绳拉力GGQQ100231mGQS)(002 计算载荷计算载荷轴向力轴向力横向力横向力力矩力矩uQSNsincos11sincosSuQTz121002cossinSeueGQMLy2 2旋转平面旋转平面 侧向力侧向力bhyTTT 计算简图：计算简图：根部固定、端部自由的悬

11、臂梁根部固定、端部自由的悬臂梁. 计算载荷计算载荷 臂端力矩臂端力矩 货物偏摆载荷货物偏摆载荷 )(4 . 0HWbPPT tg)(00GQTh吊臂风载荷及惯性载荷吊臂风载荷及惯性载荷 扭矩扭矩 zLM 轴向力轴向力 N N tg)(1001eGQeTMhn二、临界力计算二、临界力计算 1.1.旋转平面的临界力旋转平面的临界力NNcrzcrz 232112LEINzcrz11112sinsin1iiiikizizII式中式中 2 2伸缩臂变截面长度系数；伸缩臂变截面长度系数； 按式按式(11-64)(11-64)计算或查表计算或查表11-211-2。 i 第第i i节臂伸出后的长度与吊臂全长之

12、比。节臂伸出后的长度与吊臂全长之比。(11-64) 213CHLumCsincos11 3 3起升钢丝绳影响的长度系数，按下式计算：起升钢丝绳影响的长度系数，按下式计算：式中式中 其中其中 mm起升滑轮组倍率；起升滑轮组倍率； 232112LEINycry式中式中 1 1支承条件决定的长度系数支承条件决定的长度系数, , 根据根据11与与L L比值查表比值查表5-25-2。 2. 变幅平面的临界力变幅平面的临界力Ncry 2 2伸缩臂变截面长度系数，伸缩臂变截面长度系数，按式按式(11-67)计算或查表计算或查表11-2。 3 3起升钢丝绳影响的长度起升钢丝绳影响的长度 系数，对变幅平面系数，

13、对变幅平面 3 3 =1 =1。11112sinsin1iiiiKiyiyII(11-67)三、箱形伸缩臂的刚度校核三、箱形伸缩臂的刚度校核)m(10009 . 01121111cKiiizWzcryzLflHfNNf)m(10007 . 09 . 01121111cKiiiyWycrzyLflHfNNf变幅平面变幅平面旋转平面旋转平面1. 1. 变幅平面的臂端挠度变幅平面的臂端挠度 （11-7011-70） Wzf22122366322iiiiiiiiiiiiiTiMilLLEITlllLLEIMfff 1ziizLyiTTHTMM(11-69)(11-69) 图11-26引起的第引起的第i

14、节臂端部挠度节臂端部挠度 :ii、TM 图形互乘法求图形互乘法求 iMf663222122iiiiiiiiMlllLLEIMf 图形互乘法求图形互乘法求 iTf23)(32)(2)(32)(21iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiTlLLEITlLllLTlLlLlLTEIf引起的第引起的第i+1节绕第节绕第i节臂端部的转角节臂端部的转角 :ii、TM66322323221221, 1, 11iiiiiiiiiiiiTiMiilllLLEITllLEIM在臂端横向载荷在臂端横向载荷 作用下的臂端挠度作用下的臂端挠度 :Lyz、MT11111iKiiKiiWzHff2. 2. 旋转平面的臂端

15、挠度旋转平面的臂端挠度 （11-7311-73） (11-72)(11-72)Wyf11111iKiiKiiWyHff 1yiiyLziTTHTMM05. 00 QTy旋转平面第旋转平面第i节臂的计算载荷节臂的计算载荷: 3. 3. 按当量惯性矩法计算臂端挠度按当量惯性矩法计算臂端挠度 (11-74)(11-74)Wyf当量等截面吊臂在变幅平面和回转平面内的挠度当量等截面吊臂在变幅平面和回转平面内的挠度: :zdLzzdyWyydLyydzWzEILMEILTfEILMEILTf23232323zdyd、II式中式中 等截面臂的当量惯性矩。等截面臂的当量惯性矩。根据变截面吊臂与等截面吊臂刚度相

16、等的条件求根据变截面吊臂与等截面吊臂刚度相等的条件求当量惯性矩。当量惯性矩。 第第i节臂在臂端横向力节臂在臂端横向力T作用的臂端挠度作用的臂端挠度:iiiiiiiiIETLEILTEILTf3133313333若伸缩臂共有若伸缩臂共有k节，则臂端挠度：节，则臂端挠度： KiiiiKiiIETLff1313313等截面当量臂在等截面当量臂在T力作用下的力作用下的臂端挠度臂端挠度: dEITLf33根据刚度相等条件，等截面臂的当量惯性矩为根据刚度相等条件，等截面臂的当量惯性矩为: kiiiidII13131四、伸缩臂的强度校核四、伸缩臂的强度校核正应力正应力II9 .019 .01crzzzcry

17、yyxNNWMNNWMANiyLzzHTMMiZLyyHTMM式中式中1.伸缩臂非重叠部分的强度校核伸缩臂非重叠部分的强度校核翼缘板和腹板上的剪应力翼缘板和腹板上的剪应力000BHA 0A式中式中 翼缘板和腹板翼缘板和腹板 的中心线所包围的面积，的中心线所包围的面积， IIHnHzHBnByBAMHTAMBT222200腹板剪应力翼缘板剪应力2.2.伸缩臂重叠部分的强度校核伸缩臂重叠部分的强度校核 滑块支座反力滑块支座反力)/ )(21TlHTMNh2hyjxjNK 局部弯曲应力局部弯曲应力式中式中 k局部弯曲应力系数，局部弯曲应力系数， 查表查表11-3，或按下式计算：，或按下式计算： yb

18、bybbybbybbyk cos1cos1cos1cos1ln017. 0 1 . 13)(222BxjxyjyjxjxBABcrzzzcryyyxbbNNWMNNWM9 . 019 . 01 强度校核强度校核滑块作用点滑块作用点B附近处的复合应力：附近处的复合应力：式中式中五、伸缩臂整体稳定性校核五、伸缩臂整体稳定性校核 9 . 0119 . 011yycryzzcrzWMNNWMNNAN 轴心压杆稳定系数，根据长细比查表轴心压杆稳定系数，根据长细比查表3-26， 当当 2/235mmNS时，按假想长细比时，按假想长细比F查表查表3-26 ：235sF 六、伸缩臂局部稳定性校核六、伸缩臂局部稳定性校核 伸缩式吊臂为薄板结构，其局部稳定性计算参伸缩式吊臂为薄板结构，其局部稳定性计算参看第六章箱形梁局部稳定的有关内容。看第六章箱形梁局部稳定的有关内容。第十一章 作业11-1 轮胎式起重机的单臂架用Q235钢制造，截面为矩形格构式结构。起升绳平行于臂架轴线，其偏心距e=500mm，起升滑轮组倍率m=2，臂架与水平面倾角=300，臂架长l l=18m，臂架重心距下端为l lG G=10.6M，支架尺寸a a=3.5m