起重机人字架结构设计

1、 25t-35m港口门座起重机总体 与人字架结构设计 指导老师： 徐承军 汇报学生： 蔡建康 2014年6月4日2014年本科毕业设计答辩 一、一、 绪论绪论二、货物水平位移系统设计二、货物水平位移系统设计三、臂架自重平衡三、臂架自重平衡四、起重机轮压计算四、起重机轮压计算五、起重机稳定性计算五、起重机稳定性计算六、人字架结构设计六、人字架结构设计 1 绪论绪论搬运成搬运成本高本高优化设计优化设计降低成降低成本本总体设计总体设计改进改进人字架结人字架结构设计构设计校核校核保证保证u物料搬运成本很高物料搬运成本很高u起重机不断发展，结构设计要不断改进起重机不断发展，结构设计要不断改进u论文的主要

2、工作论文的主要工作绳索法：钢丝绳磨损快，寿命短，不宜绳索法：钢丝绳磨损快，寿命短，不宜采用采用组合臂架补偿法：（组合臂架补偿法：（1）刚性拉杆组合臂架）刚性拉杆组合臂架 （2）平行四边形组合臂架）平行四边形组合臂架 （3）曲线象鼻梁组合臂架）曲线象鼻梁组合臂架2 货物水平系统设计货物水平系统设计采用刚性拉杆组合臂架方案： 系统刚性好 钢丝绳磨损小 臂架架下面有效空间大臂架和象鼻梁前段长度臂架和象鼻梁前段长度 象鼻梁后段和大拉杆长度象鼻梁后段和大拉杆长度 组合臂架尺寸确定组合臂架尺寸确定 起升高度 和计算 幅度的确定0Hf 取0.5-3m，f当较大值时在满足最大幅度要求下可获得较小的臂架长度取为

3、2.5m210HHHHmaxminSS ?取起升倍率为12maxmaxDfRS 臂架与象鼻梁前段的长度臂架与象鼻梁前段的长度采用采用Excel数据分析方法数据分析方法根据几何特性求长度根据几何特性求长度随后筛选随后筛选 象鼻梁后段与大拉杆的长度象鼻梁后段与大拉杆的长度采用反转法全幅度水平落差全幅度水平落差水平速度校核水平速度校核吊重全幅度未平衡力矩吊重全幅度未平衡力矩 平衡系统地校验平衡系统地校验 全幅度水平落差全幅度水平落差 分别做十一种工分别做十一种工况下幅度图况下幅度图 水平速度水平速度分别测各种工况下的分别测各种工况下的PB、PD、AB的长度的长度吊重不平衡矩吊重不平衡矩PDPBOBV

4、.0?ADPBOBQMQ.6 . 234. 219.9039 .2118minmax平平VVm.1000KNMQ 吊重全幅度水平位移计算结果3 臂架自重平衡臂架自重平衡 杠杆系统尺寸和活对重重量确杠杆系统尺寸和活对重重量确定定确定尺寸：确定尺寸：反转法反转法对重重量：对重重量：臂架臂架自重重心升高自重重心升高h2 2所所增加的重力势能等增加的重力势能等于对重下降于对重下降h2 2所所减小的重力势能，减小的重力势能，来确定对重质量。来确定对重质量。 臂架平衡系统的检验臂架平衡系统的检验 在全幅度范围内做在全幅度范围内做11种工况下的臂架位置，种工况下的臂架位置，分别求出不同幅度时的分别求出不同幅

5、度时的未平衡力矩未平衡力矩。)2(2lglg1lglgdldlddooxlxlbbrGrGrGrrrGrRrGM 应满足下面条件：应满足下面条件： 最大幅度时最大幅度时0且且+Q Q00且且+Q0。 式中式中MQ吊重对臂架下铰点吊重对臂架下铰点O的未平衡力的未平衡力矩。如果该条件之一满足，而另一条件不满足，矩。如果该条件之一满足，而另一条件不满足，可以通过修正可以通过修正Gd来调整来调整。 在设计过程中，往往要反复多次才能得到在设计过程中，往往要反复多次才能得到满意的结果满意的结果。4 起重机轮压计算起重机轮压计算起重机自重力矩计算起重机自重力矩计算 根据线性法分别估算起重机各部分的质量，再测

6、量各部分的重根据线性法分别估算起重机各部分的质量，再测量各部分的重心到回转中心线的距离，计算最小最大幅度的重力矩，整理成表。心到回转中心线的距离，计算最小最大幅度的重力矩，整理成表。起重机的迎风面积计算起重机的迎风面积计算 由已知起重机各个部分的位置长度，根据线性法线性法，得出由已知起重机各个部分的位置长度，根据线性法线性法，得出最小最大幅度各部分所受的力和力矩，并整理成表。最小最大幅度各部分所受的力和力矩，并整理成表。起重机的轮压计算起重机的轮压计算 门座起重机的支承反门座起重机的支承反力计算按刚性支承假定力计算按刚性支承假定计算。计算。 P PG1G1的重心与支承平面的重心与支承平面形心重

7、合于形心重合于O1 1点点 包括货物、臂架系统、包括货物、臂架系统、转台等回转部分总重力转台等回转部分总重力PG2G2的的重心在重心在E点点O O2 2为回转中心为回转中心2B2)t21.(4422)S2t1.(4422)St21.(4422)t21.(44yx21y21yx21yx21MSMSPPVBMSMPPVBMSMPPVBMSMSPPVGGDXGGCGGBGGA各支承点的支承反力为：各支承点的支承反力为： 分工况讨论分工况讨论 的值。的值。 1 1 工况：起重机在最大幅度吊工况：起重机在最大幅度吊起货物，臂架平面与起货物，臂架平面与X轴的夹角为轴的夹角为9090 2 2 工况：起重机在

8、最大幅度吊工况：起重机在最大幅度吊起起 货物，臂架平面与货物，臂架平面与X轴的夹角为轴的夹角为70 3 3 工况工况: :起重机在最小幅度空载，起重机在最小幅度空载，暴风侵袭情况暴风侵袭情况下根据各点的力求出轮压绘制成表根据各点的力求出轮压绘制成表计算结果 123A131.52117.66124.39B255.96278.6369.33C135.81112.2669.33D21.3227.37124.39 A10.969.8510.36B21.3323.25.77C11.319.355.77D1.772.2810.365 起重机稳定性计算起重机稳定性计算 计算工况计算工况 门座起重机应按最不利

9、的载荷组合来计算其抗倾覆稳门座起重机应按最不利的载荷组合来计算其抗倾覆稳定性定性基本稳定性（只考虑作用载荷）基本稳定性（只考虑作用载荷）、动态稳定性（作用载荷、风载荷）、动态稳定性（作用载荷、风载荷）、非工作时最大风载荷（风载荷）、非工作时最大风载荷（风载荷）、突然卸载（作用载荷、风载荷）、突然卸载（作用载荷、风载荷）、突然卸载 抗倾覆稳定性计算抗倾覆稳定性计算sin.h.cos5 . 0*5 . 1sinh.cos5 . 03max1SRPCSPQG（1）基本稳定性）基本稳定性sin5 . 0cossincos5 . 0gtvsin5 . 0coshgtvsinhcos.5 . 0Rgtv)

10、bsincosh (cossinhcoscos.5 . 03 . 1sin.hcos.5 . 0133max2rymax32rx3max1h23max1SChgtvPhSRPSRPSPPSRPCSPTGGOGOQWQG）（）（动态稳定性动态稳定性非工作最大风载时的稳定性非工作最大风载时的稳定性bsincosh2 . 1sinhcos5 . 02WGPCSP计算结果无风静载时稳定性计算22742kN.m有风动载时稳定性计算17965kN.m暴风侵袭时稳定性计算10440kN.m突然卸载时或吊具脱落稳定性计算12607kN.m突然卸载时的稳定性突然卸载时的稳定性)sincos(cos5 . 02

11、. 1sinhcos5 . 022min1bhPhSRPCSPWQG 人字架与转柱转台构成门座起重机和平衡系统的支承人字架与转柱转台构成门座起重机和平衡系统的支承结构，受他承担着变幅齿条、起升钢丝绳以及大拉杆传递结构，受他承担着变幅齿条、起升钢丝绳以及大拉杆传递过来的力，对起重机的安全使用影响很大过来的力，对起重机的安全使用影响很大.6 人字架结构设计人字架结构设计平衡梁大拉杆自重钢丝绳等载荷分析初选工字钢50a分别计算关键截面的强度刚度稳定性校核结构设计载荷分析载荷分析 (1)变幅机构的力变幅机构的力变幅机构的力刚好平衡未平衡力矩变幅机构的力刚好平衡未平衡力矩M变幅机构传来的力变幅机构传来的

12、力R、钢丝绳张力传来的力、钢丝绳张力传来的力S、活对、活对重杠杆传来的力重杠杆传来的力N 、大拉杆上传来的力、大拉杆上传来的力SX以及人字以及人字架的自重架的自重Q（2）钢丝绳传来上的力）钢丝绳传来上的力 钢丝绳的张力传来的力钢丝绳的张力传来的力S可以由货物重及可以由货物重及 钢丝绳和人字架的夹角等数据计算出。钢丝绳和人字架的夹角等数据计算出。（3）活对重杠杆力）活对重杠杆力N可以由小拉杆的拉力可以由小拉杆的拉力P、平衡梁的重力平衡梁的重力Gdl、活对重的重力、活对重的重力Gd、一半小、一半小拉杆的重力拉杆的重力G1g/2的合力求出。的合力求出。g1r .2G-Gdl.rdlrd.1gdGRG

13、（4）大拉杆上的力）大拉杆上的力SX可以通过对象鼻梁的可以通过对象鼻梁的受力分析来获得受力分析来获得.（5）初定斜框架选用）初定斜框架选用50a的工字钢，的工字钢，顶梁选用箱型组合梁，粗估质量顶梁选用箱型组合梁，粗估质量.（6）将）将11种工况下的各力分别计算绘制成表，求种工况下的各力分别计算绘制成表，求其合力。其合力。计算主要刚节点受力计算主要刚节点受力 人字架结构为桁架结构的超静定结构，人字架结构为桁架结构的超静定结构，可以运用结构力学中的力法来求出各刚节点可以运用结构力学中的力法来求出各刚节点的力和力矩。的力和力矩。 将人字架看成一个将人字架看成一个整体，把横梁上的一半整体，把横梁上的一

14、半的力平移到一个平面上，的力平移到一个平面上，图中图中M为竖直水平力产为竖直水平力产生的扭矩，由拆开右侧生的扭矩，由拆开右侧的刚节点，相当于加了的刚节点，相当于加了三个约束如下图所示三个约束如下图所示 。 030201333232131323222121313212111PXXXPXXXPXXX由力法典型方程由力法典型方程求出各力的大小。求出各力的大小。分别求出分别求出11中工况下的力，绘制成表。中工况下的力，绘制成表。 斜框架的强度、刚度、稳定性校核斜框架的强度、刚度、稳定性校核根据求出的根据求出的X1、X2、X3的数值，的数值，需对重要节点位置进行刚度、强度、稳定性校核需对重要节点位置进行

15、刚度、强度、稳定性校核 工字钢受弯曲、剪切、拉压的作用，工字钢受弯曲、剪切、拉压的作用，由第四强度理论由第四强度理论 ： 223 查表可知许用应力为查表可知许用应力为176Mpa176Mpa： 弯曲的刚度条件就是弯曲的刚度条件就是，= = 为相为相距距1m1m长度两截的相对变化角，最大值不超过长度两截的相对变化角，最大值不超过允许值，查到允许值，查到Q235Q235钢的钢的=1.2 =1.2 强度校核刚度校核EIT 分别求出分别求出1111种工况下的种工况下的 ，经验证刚度满，经验证刚度满足要求。足要求。 人字架的斜框架可以看成是拉压杆，由起重机人字架的斜框架可以看成是拉压杆，由起重机金属结构中轴心受压杆的欧拉临界应力：金属结构中轴心受压杆的欧拉临界应力： 稳定性校核稳定性校核22crE查起重机金属结构可得查起重机金属结构可得 p=101 p=101，可以，可以求出临界应力求出临界应力 =193Mpa =193Mpa ，和表中应力值比，和表中应力值比较，满足稳定性要求。较，满足