桥架结构设计

1、精品资料第3章箱形梁式桥架结构设计3.1箱形梁式桥架结构的构造箱形梁式桥架结构主要是由两根主梁和端梁所组成。主梁是由上、下盖板和 两块垂直腹板组成封闭的箱形截面的实体板梁结构。 小车运行的轨道铺设在主梁 上盖板的正中间，因此两根主梁的间距便取决于小车的轨距。 桥架的两端梁间的距离决定于桥架的跨度大小。安装大车运行机构和小车输电滑触线用的走台为悬臂固定在主梁的外侧。走台的宽度决定于端梁的长度和大车运行机构的平面布置尺寸。桥架端梁的长度主要取决于大车的轮距大小。大车轮距 K和桥架跨度L的比值通常取为:(3-1)KL 7 51 L 1L代入数据得 K=( )L =28.5/7 28.5/5 = 4

2、5.77 5一取 K =4m3.2 主要尺寸参数的确定3.2.1 箱形主梁的构造和主要尺寸的确定1主要尺寸确定箱形主梁的主要构件是上盖板、下盖板和两块垂直腹板。通常为了制造方便,腹板中部为矩形面两端做成梯形，同时使下盖板两端向上倾斜（如图 3-1）。图3-1主梁示意图这时梯形的高度取为(3-2)”5,主梁在跨度中部的高度H,根据起重机桥架刚度的要求和制造的经验，一般 按照跨度L的大小取如下值：L20当 L>23m 时 ，(3-3)主梁在端梁连接处的高度H0可取：H0 =( 0. 40.H6)(3-4)1 . 1.所以由设计参数得 C =( |_|一)L =0.1父28.50.2父28.5

3、 = 2.85_ 5.7由于C5 10一般取2到3m。所以C取值为3m28.52020=1.425mH0 =(0.4 10.6)H =0.4 1.425 _ 0.6 1.425 = 0.57_ 0.855 m因为起重量和跨度较大，所以选取 H°=0.8m两腹板的厚度占 一般取相等。上、下盖板的厚度 石也常取同值。这些板厚的取值与起重量有关，按表(3-1)选取。XX上工图3-2箱形主梁的构造简图表3-1箱形主梁腹板和盖板厚度推荐值(mm)起重量Q(t)5, 810 (12.5 )15(16)2030 (32)50腹板厚B666, 8蛊板厚度B18, 1010,1212, 1416-22

4、注：表中所列板厚较大值用于跨度较大者。根据设计参数得6=6盖板厚度6=12为了保证桥架具有足够的水平刚度， 主梁两腹板内壁的间距b不能太小，其值为：H厂 Lb > 且b上3-5)350同时，根据焊接施工条件需要，这个距离还必须大于350mm。当b值确定后，便可以按下面的关系式定出上、下盖板的宽度B:B=b+2(6+10) mm (手工焊)B = b+2(6+20) mm (自动焊)(3-6)由公式 3-5 可知 b > H =1.425 =0.475m 且 b > =285 = 0.57m335050所以选择b的值为0.6m。从而B =b+2(6+20) =600+2父26

5、= 652mm所以 h =H -26 =1425-2x12 =1401mmh/、=1401/6 =233.5 70所以 h。=h。261 二0.8 2x0.012 = 0.7762加劲板的布置图3-3箱形主梁的构造简图为了保持腹板的局部稳定性，当h/$>70时，便需要在主梁腹板内布置一些垂直的横向大加劲板（图3-3中4）。在靠近端梁处两块加劲板的距离a定h=1401,取a' =1400;而跨中为a=（1.5l_l 2）h且a2.2m。所以a的取值 为 2.2m。为了使小车的轮压更直接地传到腹板上去，并进一步增加腹板的局部稳定性，在大加劲板之间腹板受压缩区域内，增设一些垂直的小加劲

6、板（图 3-3中5）,其高度约为h/3。两个小加劲板的间距主梁端部小加劲板的间距 a - a = = 700 2主梁中部小加劲板的距离取为a1 =1.1m加劲板的厚度推荐值由4查得取为k =4mm。当h/6>160时，必须在离上盖板（0.2-0.5） h地方再添设纵向加劲板条 或角钢，以增加腹板受压缩区的局部稳定性。在小加劲板的下面采用 /45父45M5角钢水平力口劲杆（图3-3中6）。3.2.2 箱形梁式桥架的端梁构造和主要尺寸确定箱形梁式桥架的端梁也采用箱形的实腹板梁式结构。端梁的中部截面也是由上、下盖板和两块垂直腹板所组成。由于运输和安装的需要，通常把端梁制 成两个分段。在制造厂施

7、工时，先把一根主梁和端梁的一个分段焊接在一起形 成半个桥架，然后在使用地点安装时再将两个半桥架在端梁接头处用螺栓连接 在一起，成为一台完整的桥架。端梁的安装接头采用普通螺栓连接。端梁的盖板和腹板厚度的选择参考表 3-2.在端梁与主梁连接处，以及端梁 的车轮支承处均应适当配置加劲板，以保证腹板的局部稳定性。为了安装接头 的施工需要，应开设直径不小于 150 mm的手孔。表3-2端梁的构件厚度荐用值（mm）起重量（t）5, 810 (12.5)15 (16)2030 (32)50上蛊板8101216-20中部卜蛊板8101216-20头部卜盖板121620腹板6, 88由表3-2得，端梁构件厚度值

8、为上盖板为12;中部下盖板为12;头部下盖板为16;腹板厚为8。、»、一、 、.一 , »、.、.端梁的中部图度为Ho = Ho -261 =0.8-20.012= 0.776m o头部图度一_.一 _ 、 . ' » _ . 一可取为0.388mm。中部腹板图h = 0.776-2父0.012 = 0.752m。头部腹板图为h = 0.776 - 0.012 - 0.016 = 0.748m o端梁的总长度取为L2 =5m。查3得大车轮两角形轴承箱中心之间的距离A=280。所以腹板间距离4=280 + 8 = 288。所以端梁白宽度为 3=b+2(6 +

9、20) =288 + 2(8+20) =0.344m o3.2.3 端梁连接设计1连接形式由于端梁采用两段拼接而成，则端梁的安装接头设计在端梁的中部。端梁的接头的上盖板和腹板焊有角钢做的连接法兰，用高强度螺栓连接。下盖板的接头用连接板和高强度螺栓连接。如下图为接头的安装图下盖板与连接板的连接采用 M18的螺栓，而角钢与腹板和上盖板的连接采用M16的螺栓。2螺栓连接的强度计算上盖板的连接螺栓和腹板连接螺栓受剪力的拉力；下盖板的连接螺栓受剪力。(1)假定内力由螺栓平均承受。则螺栓的数目为:%(3-11 )式中 N一作用于螺栓的力;Nmi螺栓的许用承能力在抗剪连接中:Nmin =Nynt二 d2(3

10、-12)在抗拉连接中:NmJ气NJ1 2 d°二 i(3-13)式中 d 螺栓杆的外径d。一螺栓螺纹处内径n ,一每个螺栓的受剪面数目6、7螺栓的许用拉、剪应力按表3-121选用22查表得口=1250N/cm , E=1300N/cm 。Nmin=Ny =2Rd卜盖板M18螺栓:2 3.14 0.01824 1300 106612.84N上盖板和腹板M16螺栓:% =NJ =二 d。2二 l=3.14 (0.85 0.016)2 1250 104= 1814.92N由计算得大车运行摩擦力Pm（Qq）M m(Q q)Dc/219746580N0.3所以所需螺栓数目为:n-N6580 4

11、 d，二 141814所以上盖板和腹板连接所需螺栓数目为14。卜盖板所需螺栓数目为:6580 43.9Nmin6612.84取值为4。3.3 桥架的计算3.3.1 桥架结构的材料由于车间起重机反复起动、制动，所以主梁承受较大冲击载荷。因此它要求主要构件的材料应具有较高的破坏强度和疲劳强度及一定的塑性，同时具有较高的冲击韧性。普通碳素钢Q235是制造起重机金属结构最常用的材料。本设计对起重机的工作环境与温度无特殊要求，因此 Q235钢完全符合使用要求。3.3.2 桥架设计的计算载荷及其组合作用在桥式起重机桥架结构上的载荷有固定载荷、移动载荷、水平惯性载荷及大车运行歪斜产生的车轮侧向载荷等。1固定

12、载荷固定载荷也就是自重载荷，它可以分为均布载荷和集中载荷两种。 对于箱 形主梁的受载而言，主梁、轨道、走台和拦杆等组成的半个桥架结构自重，是 属于均布载荷。集中载荷作用的自重载荷包括有操纵司机室、分别驱动的大车运行机构以及安置在走台上的起重机电气设备等。图3-3为我国生产的吊钩桥式起重机系列的半个桥架结构部分的重量Gq/2曲线。确定半桥架重量的估算值Gq/2后，则主梁由于桥架自重引起的均布载荷qi为：qi 二Gq/2L(3-7)式中L-桥架的跨度 （m）图3-3箱形梁式桥架结构的重量曲线由图3-3估算Gq/2 =8500 9.8 -83300Nq / A所以qiGq/2一 L8330028.5

13、=2922.8N /m当大车运行机构采用分别驱动时，主梁所受的全部均布载荷q就是桥架自(3-8)重引起的均布载荷qi ,即 q =qi由公式 3-6 得q =qi =2922.8N/m司机操纵室的重量Go是固定的集中载荷，初算时可取为1-1.5 t,封闭式取 较大值敞开式取较小值。重心作用位置到主梁一端的距离大约取lo = 2.8。由于 司机室选择闭式，所以Go选取1.5 to属于固定集中载荷还有大车运行机构的电动机和减速器等较沉重的部件重量，其值查表 7-31得 G1=0.5t , 11=1.5。2移动载荷对箱形主梁的受载而言，移动载荷就是由起重小车的自重和额定起重量引 起的小车轮压。当起升

14、机构在上升起动或下降制动时，还将产生与起重量作用 方向相同的垂直惯性力。故在确定作用在主梁上每个车轮的计算轮压P时，需要引用一个动力系数中口来考虑这个惯性力及其造成的动力加载作用。动力 系数中u可由图2-21查得。主梁上的小车轮压可参考表7-41。由图 2-21得中口 =1.1 ,由表 7-41查得 P；=7300N ； F2'=6700N ； 轮距 b = 2400mm。所以 P =cP =1.1 父7300 =8030N ; P=CF2 =1.1 父6700 = 7370N主梁的总计算载荷：' . _ . _ _ _ _ . .q=%q =1.1父2922.8 =3215.

15、08N/m(3-8)式中Q =1.1冲击系数3主梁弯矩计算主梁垂直最大弯矩Mmax(G P)L-Bxc、qL GdG0l0.2)L2 LP P q4(-2 q)L 2 G0l0(3-9)代入数据得3).一©fM (G P)二L2-4GJ。max4(39)4 001.1 1500 9.8 2.81228.5L 28030 7370(弩)3215.08 28.52 1.1 皿隗4(8030 737028.53215.08)21.1 1500 9.8 2.8 =488380.524 N m主梁水平最大弯矩(3-10)Mgmax =0.8Mmax(G P). V式中 a一车起动制动加速度平均

16、值tq =61 8stqvqa 二 一tq87.660 (6 L 8)= 0.18251 0.2433m/s2Mmax(G )不计反冲系数、和动载系数时主梁垂直最大弯矩，由下式 max算得 ' PP2(M (G P)二max8380 7370(L - Bxc xc、qL GA) 2 L4(丫 q2)28.5-2.428.54(2一GJ。G1I12922.8 28.5 1500 9.8 2.88380 7370 2922j28.528.521500 9.8 2.8 500 9.8 1.5 = 84359.2N m因此得主梁水平最大弯矩：''Mgmax =0.8Mmax(G

17、 p)a0.18351 0.24339.8=0.8 84359.2= (1263.7L 1675.5)N4主梁强度验算主梁中间截面的最大弯曲应力为：C- = % p)Mmax(G P) M gmaxWxWy(3-11)式中Wx一主梁中间截面对水平重心轴线 X-X的抗弯截面模数其近似值h、Wx -( B、1)h = (31.401 0.0060.652 0.012) 1.401(3-12)=0.015m3h )b =(0.652 0.0121.401 0.006) 0.6(3-13)=0.007m3因此可得：Mmax(G P)(G P) 一M g maxWxWy=48838024 . W75=3

18、2.79MPa0.0070.015由5表2-19查得Q235钢的许用应力为(3-14)二 s 220=165.4MPa1.33 1.33因此二；二u主梁支承截面的最大剪应力根据2公式计算T maxQmax(G 'P)SI xo 2、(3-15)式中Qmax(G*主梁支承截面所受的最大剪力，计算如下q (G P) Qmaxcc L-BxcqL 4Gd ,L-lo=RP2xc4- -4G0012 L24 0 L28.5 -2.4 3215.08 28.5 1.1 500 9.8=8380 7370 28.5228.5-2.81.1 1500 9.8 =78220.628N28.5(3-16

19、)Ix0 一主梁支承截面对水平重心轴线 x-x的惯性矩，其近似值:Ix0Wx0H0 =号 B 12. 3三(0.776 0.0060.840.625 0.012) 0.776 万=0.0028m4(3-17)S一主梁支承截面面积对水平重心轴线 x-x的静矩:S=2hr ”22)二20.776 0.00620.7760.776 0.012、0.652 0.012()422 3=0.0039m3(3-18)因此可得:maxQ (G P) $ maxsIx0 2、78220 0.00390.0028 2 0.006=9.07MPa(3-19)由5表2-19查得钢的许用剪应力一二3一= 96.6MPa

20、(3-20)7端梁的计算精品资料故 max , JJ综上，强度满足要求。5主梁的垂直刚度验算2公式主梁在满载小车轮压作用下，在跨中所产生的最大垂直挠度可按照 进行计算:PL3 .1 +：(1-6- 2 4 - 4)48EIx(3-21)P2 7370式中 ：.=，=P18380=0.879Bxc xc-2-4 = 0. 0842 8. 51. 4250. m41H0. 0 1 52因此可得:PiL 1：(1 -6 : 2 4 一：4)48EIxx324_ 8380 28.5 1 0.879(1 - 6 0.0844 0.084 )48 2.1 106 0.011=0.671cm允许的挠度值由2

21、公式得:(3-22)f =上=型=4.07cm (A5级)700700因此6主梁水平刚度验算主梁在大车运行机构起、制动惯性载荷作用下，产生的水平最大挠度可按2 公式计算（略去第三项，简化成简支梁）_ 3. 4fPgL . qgLg -(3-23)48EIy 384EIy式中Pg 一作用在主梁上的集中惯性载荷Pg =(0.01 L0.02) v (P E) = (0.01 L 0.02)*(8380 7370) g60-229.95L 459.9qg 一作用在主梁上的均布惯性载荷qg =(0.01 0.02) v q87.6= (0.01 0.02) 2922.860=42.6L 85.2N/m

22、Iy =Wy2=0.007065220. 0m22由此可得:fgPgL3qgL448EIy 384EI y459.9 28.5385.2 28.5448 2.1 109 0.0022 384 2.1 109 0.0022=0.56cm水平挠度的许用值:(3-24)fg = = 1.425cm-g 2000因此 fg < fg由上面计算可知，主梁的垂直和水平刚度均满足要求。 由于起重机工作无特 殊要求所以不进行主梁的动刚度验算0由于端梁采用的截面尺寸以及材料都相同。由主梁计算结果可知端梁的强度、刚度都合格。因此不用再单独进行校核。3.3.3桥架拱度为了减少主梁在受载工作时的实际下挠变形，以利于起重小车和大车运行机 构的正常工作，制造时主梁被做成向上变曲的弧形。主梁的上拱弧线采用二次抛物线。桥架跨度中央的标准拱度值为：L 28.5fo =0.0285m(3-25)1000 1000考虑制造因素，实取 y° =1.4 f0 =1.4X0.0285 = 39.9mm。主梁跨度中任一点的上拱度值y用下式计算(如图3-4):(3-26)4 f0X(L - x)L2图3-4主梁上拱曲线计算简图Ra SiFn1Ix0 0.7hf=13.6MPa式中Qmax(G P)(Lxc 2a2)Ra 二k78220.628 (4 0.2)