桥式起重机中金属结构设计模板课件

1、65t/10t-53m桥式起重机结构设计Structure Design of 65t/10t-53m Bridge Crane设 计： 审 阅： 完 成 日 期： 2011.09.16 太原科技大学Taiyuan University of Science and Technology65t/10t-53m桥式起重机结构设计目 录第1章 总体方案设计11.1 原始参数11.2 总体结构及设计11.3 材料选择及许用应力11.4 各部件尺寸及截面性质2第2章 桥架载荷分析72.1 载荷组合的确定72.2 桥架假定72.3 载荷计算82.4 简化模型122.5 垂直载荷142.6 水平载荷16第

2、3章 主梁计算213.1 强度校核213.2 主梁疲劳强度校核233.3 主梁的稳定性253.4 刚度计算303.5 桥架拱度33第4章 端梁校核344.1 主梁端部耳板设计344.2 主梁一侧端梁的校核38参 考 文 献46- II -65t/10t-53m桥式起重机结构设计第1章 总体方案设计1.1 原始参数起重量Q 65t/10t跨度S 52m工作级别 A3起升高度H(主/副) 26/30m起升速度V(主/副) 5/5 m/min运行速度(小/大车) ？ 30/30 m/min轮距(小/大车) ？ 4080/1850/9800 mm轨距(小/大车) ? 2500/32000 mm轮压(小

3、/大车) / 19640/87600 kg起重机重量(小/大车) ？ 23/165t1.2 总体方案与结构形式根据已给参数，此桥式起重机吨位、跨度较大，为减少结构的超静定次数，改善受力，方便运输，选用六梁铰接式结构。结构框架如图(1)图1 总体结构图1桥架结构1.3 材料选择及许用应力根据总体结构、起重机工作级别A3、工作环境温度，设计计算时静强度为主要控制指标，疲劳强度可以不加考虑。结构材料选为Q235-B，主梁采用正轨箱型梁。按1，材料的许用应力及性能常数见表1、表2。表1.1选用的Q235-B材料许用应力板厚正应力剪应力mm>16370152.0167.9184.487.7696.

4、94106.5370158.8175.4192.691.7101.3111.2表1.2 材料性能常数弹性模量E剪切弹性模量G密度1.4主、端梁尺寸及截面参数1.4.1 主梁尺寸及截面参数（1）主梁尺寸初选焊接箱型梁高=25002059mm大车运行机构安装在小端梁的驱动轮附近，且主梁搭接在小端梁上并用螺栓连接，省去主梁走台，对？宽型中轨箱型梁，主梁腹板内侧间距取mm>=640mm。上下翼缘板厚度mm，上翼缘板长2800mm，下翼缘板长2800mm，腹板厚度 15mm。翼缘外伸部分长度 mm。18mm (焊缝厚度) 取=35mm主梁跨中截面尺寸如图(2)图(2) 主梁跨中截面尺寸（2）主梁跨

5、端截面尺寸高度 1330mm要确定主梁跨端截面尺寸，只需确定其高度，取=1330.mm，跨端下翼缘板厚度为25mm。主梁跨端截面尺寸如图(3)图(3)主梁跨端截面尺寸（3）截面性质1) 主梁跨中建立如图示的坐标系，计算形心位置因为截面为对称截面所以1214mm。 1420mm 计算弯心位置mm净截面面积 毛截面面积 ？，应为计算惯性矩 对形心轴的惯性矩对形心轴的惯性矩2) 主梁跨端净截面面积 毛截面面积 建立图示的坐标系，计算形心位置计算惯性矩，对形心轴的惯性矩对形心轴的惯性矩1.4.2 端梁尺寸及截面参数端梁截面尺寸如图(6) 图(6) 端梁截面尺寸端梁形心即对称中心 对形心轴的惯性矩：净截

6、面面积 毛截面面积 ！1.4.3 各截面尺寸及参数汇总图(7)表1.3 主端梁截面尺寸汇总/mm主梁跨中202016161300130012003000跨端202016161300130012002000端梁12121010660660600776表1.4 截面参汇总数净面积毛面积主梁跨中60815601480002600000跨端608760112800975000副主梁跨中4551108720003032000跨端45555654000110000端梁54432431360770000第二章 桥架载荷分析2.1 载荷组合的确定2.1.1动力效应系数的计算（1）起升冲击系数 0.9，对桥式起

7、重机 。（2）起升动载系数 主梁 （3）运行冲击系数 为大车运行速度 =？85，为轨道街头处两轨面得高度差 ，根据工作级别，动载荷用载荷组合 进行计算，应用运行冲击系数。2.2 桥架模型假设（1）根据起重机的实际工作情况，以主小车起吊额定起重量，副小车配合工作为最不利载荷工况。（2）主、端梁处于同一水平面内。（3）以一根主梁带小端梁、四轮支撑结构为计算对象，认为两主梁间无相互影响。2.3 载荷计算（1）主梁自重 由设计给出的主小车轮压34500kg，选用车轮材料ZG35CrMnSi，车轮直径，轨道型号QU120，许用值38700kg。由轨道型号QU120查得轨道理论重量，主小车轨道重量 栏杆等

8、重量 主梁的均布载荷 （2）主小车布置，两侧起升机构对称布置，重心位于对称中心。吊具质量 起升载荷 小车重量 因主小车吨位较大，采用台车形式八个车轮，可求实际主小车满载时的静轮压一根主梁上空载小车轮压 （3）惯性载荷一根主梁上小车惯性力主小车上主动轮占一半，按主动车轮打滑条件确定主小车的惯性力 大车起、制动产生的惯性力（4）偏斜运行侧向力一根主梁的重量为 主梁跨端焊接上两块耳板，与副主梁端梁连接，在计算时，按假想端梁截面进行计算。图(8)与主梁连接的端梁部分（将超出轨距的一部分所假想而成的端梁截面尺寸） 其截面尺寸如下形心 对形心轴 的惯性矩：对形心轴的惯性矩：端梁净截面积 端梁毛截面积 一根

9、端梁单位长度重量一组大车运行机构重量 司机室及其电气设备的重量 主梁侧假想端梁重 1）满载小车在主梁跨中左侧端梁总静轮压由下图(12)计算 由 查图3-8得，侧向力为2）满载小车在主梁左端极限位置左侧端梁总静轮压为 侧向力 （5）扭转载荷偏轨箱型梁由和的偏心作用而产生移动扭转，其它载荷，产生的扭矩较小且作用方向相反，故不计算。偏轨箱型梁弯心A在梁截面的对称形心轴上（不考虑翼缘外伸部分），由前计算可知，弯心至主腹板中线的距离为，查可知轨高 移动扭矩 2.4 简化计算模型见图(16)大车主梁端部有两个台车，可简化为一个滑动铰支座：（1.2.5.6）副主梁端部支撑车轮（3.4）简化为一个可动铰支座；

10、简化模型见图（16）超静定次数 进一步简化：主梁端部采用两个台车，只是增加了支撑装置，减小了轮压。将两个滑动铰支座分别用一个固定铰支座代替，约束一样，只是取消了对扭矩的抵制作用。将滑动铰支座换成固定铰支座。将此端梁结构看成多跨超静定梁，沿处拆分，主梁（基本部分）+副主梁（附属部分）；主梁受力对副主梁无影响；副主梁受力对主梁有影响。在计算水平载荷时将铰四个铰点看作刚节点进行计算。将主梁看作一个单梁桥架，副主梁对其影响在或处相当于加了一个可动铰支座。忽略副主梁对主梁端部轴受力影响，使主梁水平面内弯矩值偏大，设计可靠性增强，计算偏保守。主梁水平刚架计算模型如图(19)副主梁水平刚架计算时，主梁对副主

11、梁相当于固定铰支座。2.5 垂直载荷2.5.1主梁垂直载荷在固定载荷与移动载荷作用下，主梁按简支梁计算。见图(21)(1) 固定载荷作用下在主梁跨中的弯矩为跨端剪切力为(2) 移动载荷作用下主梁的内力1) 满载小车在跨中，跨中E点弯矩轮压合力与左侧台车轴线距离 跨中E点的剪切力 跨中内扭矩 2) 满载小车在跨端极限位置小车左轮距梁端距离取为0.7跨端剪力 跨端内扭矩为主梁跨中总弯矩为 主梁跨端总剪切力为 2.6 水平载荷 如前面模型简化，将主梁的一根梁看作单梁桥架，副主梁看作双梁桥架。2.6.1主梁的水平惯性载荷 模型如前面图(18) (1) 小车在跨中，刚架的计算系数为跨中水平弯矩跨中水平剪

12、切力 跨中轴力为(2) 小车在跨端，跨端水平剪切力2.6.1偏斜侧向力 计算简图如(22)(1) 小车在跨中，侧向力 超前力为 B处轴力 B处水平剪切力 主梁跨中水平弯矩 主梁轴力 主梁跨中总水平弯矩为 (2) 小车在跨端侧向力为超前力 B端水平剪切力 主梁跨端水平弯矩 主梁跨端的水平剪切力为主梁跨端总的水平剪切力为 以下供参考三、副主梁 副主梁求解水平载荷的模型，见图(23) 在水平载荷及作用下，桥架按刚架计算，因偏轨箱型梁与端梁连接面较宽，应取两主梁轴线间距代替原小车轨距构成新的水平刚架，这样比较符合实际，于是 1 水平惯性载荷(1) 小车在跨中，刚架的计算系数为跨中水平弯矩跨中水平剪切力

13、 跨中轴力为(2) 小车在跨端，跨端水平剪切力二、偏斜侧向力 在偏斜侧向力作用下，桥架也按水平刚架分析，计算简图如(24)计算系数为 (1) 小车在跨中，侧向力 超前力为 端梁中点的轴力 端梁中点的水平剪切力 副主梁跨中的水平弯矩 副主梁轴力 副主梁跨中总水平弯矩为 (2) 小车在跨端侧向力为超前力 端梁中点的水平剪切力 副主梁跨端的水平弯矩 副主梁跨端的水平剪切力为 副主梁跨端总的水平剪切力为 第三章 主梁设计计算3.1 强度校核3.1.1主梁跨中截面危险点、的应力计算(1) 主腹板上边缘点的应力,图(24)主腹板边至轨顶的距离为 主腹板边的局部压应力为 垂直弯矩产生的力 水平弯矩产生的应力

14、 惯性载荷与侧向力对主梁产生的轴向力较小且作用方向相反，应力很小，故不计算。主梁上翼缘的静矩为主腹板上边的切应力为点的折算应力 满足要求(2) 点的应力满足要求3.1.2 主梁跨主梁跨端的切应力(1) 主腹板承受垂直剪力及，故主腹板中点切应力为满足要求(2) 翼缘板 （承受水平剪切力）主梁跨端的水平剪切力 跨端内扭矩 3.2 主梁疲劳强度校核桥架工作级别为A3，应按载荷组合计算主梁跨中的最大弯矩截面E的疲劳强度。由于水平惯性载荷产生的应力很小，为了计算简明而忽略惯性应力求截面E的最大弯矩和最小弯矩，满载小车位于跨中E点，则 空载小车位于右侧跨端时，见图(26)，左端支反力为(1) 验算主腹板受

15、拉翼缘焊缝的疲劳强度，见图(24) 应力循环特性 根据工作级别A8，应力集中等级及材料Q235，查得，焊缝拉伸疲劳许用应力为 合格(2) 验算横隔板下端焊缝与主腹板连接处的疲劳强度应力循环特性 显然，相同工况下的应力循环特性是一致的。由A8及Q235，横隔板采用双面连续贴角焊缝连接，板底与受拉翼缘间隙为60mm，应力集中等级为，查得疲劳许用应力，拉伸疲劳许用应力为 合格3.3 主梁的稳定性（1）整体稳定性主梁高宽比 （满足稳定条件） （2）局部稳定性翼缘板 (稳定)翼缘板最大外伸部分 （稳定）腹板 故需设置横隔板和一条纵向加劲肋，主、副腹板相同，隔板间距，纵向加劲肋位置 ，取700mm，其布置

16、示于图(27)1) 验算跨中主腹板上区格的稳定性。区格两边正应力为 （属于不均匀压缩板）区格的欧拉应力为 区格分别受，作用时的临界应力为，板边弹性嵌固系数=1.2屈曲系数 则 ，故需修正，当区格受腹板边局部压应力 时，压力分布长 ，按计算，区格属双边局部压缩板，板的屈曲系数需修正，则当区格受平均切应力时：由，板的屈曲系数 故需修正 区格上边缘的复合应力为 ，区格的临界复合应力为 所以，区格的局部稳定性合格。2) 验算跨中副腹板上区格的稳定性 区格只受及的作用区格两边的正应力为 切应力 区格的欧拉应力 （属于不均匀压缩板）屈曲系数 则 ，故需修正，当剪应力作用时 故需修正 区格上边缘的复合应力为

17、 ，区格的临界复合应力为 所以，区格的局部稳定性合格。3) 加劲肋的确定横隔板厚度 ，板中开孔尺寸为 ，镶边板厚 ，镶边板宽 ，其尺寸如图(28)腹板采用相同的纵向加劲肋 纵向加劲肋对腹板板厚中心线的惯性矩为 综上所述，选择的加劲肋合格。3.4 刚度计算(1) 桥架的垂直静刚度满载小车位于主梁跨中产生的静挠度，见图(28) 满足要求(2) 桥架的水平惯性位移小车位于跨中，计算起动工况的跨中位移： (3) 垂直动刚度起重机垂直动刚度以满载小车位于桥架跨中的垂直自振频率来表征，计算如下：主梁质量 全桥架中点换算质量 起升质量 起升载荷 起升钢丝绳滑轮组的最大下放长度为 取，为吊具最小下放距离桥架跨

18、中静位移为查选用倍率 ，由钢丝绳静拉力 选用型钢丝绳 起升钢丝绳滑轮组的静伸长 结构质量影响系数 桥式起重机的垂直自振频率(4) 水平动刚度起重机水平动刚度以物品高位悬挂，满载小车位于桥架跨中的水平自振频率来表征。半桥架中点的换算质量为半刚架跨中在单位水平力作用下产生的水平位移为桥式起重机的水平自振频率为3.5 桥架拱度桥架跨度中央的标准拱度值考虑制造因素，实取跨度中央两边按抛物曲线 设置拱度，如下图(34)距跨中为 的点，距跨中为 的点，距跨中为 的点，第四章 端梁设计计算4.1 主梁端部耳板设计计算主梁跨端结构受力，工况：满载小车位于主梁s跨端，大小车同时运行起制动及桥架偏斜。(1) 垂直

19、载荷主梁最大支承力 因作用点的变动引起的附加力矩为按假想端梁计算自重 计算简图(35)端梁支座反力如图，截面1-1 弯矩 剪力 截面2-2 弯矩 剪力 (2) 水平载荷端梁的水平载荷有，亦按简支梁计算，见图(36)因作用点外移引起的附加水平弯矩为弯矩 截面1-1 剪切力 截面2-2在，水平力作用下，2-2处水平反力(3)主梁端部耳板设计截面性质：建立如图示坐标系校核截面2-2处腹板中轴处切应力 合格4.2 主梁一侧端梁的校核4.2.1 端梁载荷与内力载荷计算：主梁与端梁看作是多跨静定梁的附属部分；主梁对附属部分无影响。工况：取满载小车位于主梁跨端，大小车同时起、制动及桥架偏斜。(1) 垂直载荷主梁最大支承力 因作用点的变动引起的附加力矩为端梁自重 端梁在垂直载荷作用下按简支梁计算端梁支反力 截面1-1 截面2-2 (2) 水平载荷端梁的水平载荷有，按简支梁计算。因作用点外移引起的附加水平弯矩为先求支反力：端梁的水平反力 水平剪切力 弯矩 截面1-1剪切力 轴向力 4.2.2 端梁强度校核只需校核2-2截面截面角点处应力腹板边缘的应力翼缘板对中轴的静矩为折算应力为 4.2.3 疲劳强度只考虑垂直载荷，工况：满载小车位于跨中及跨端截面2-2。满载小车在副主梁跨端时，端梁截面2-2的最大弯矩和剪切力为空载小车位