HZQ900吨桥机培训教程理论

HZQ900型架桥机培训教程主讲:陶英喜(总设计/高级工程师)冯辉(控制系统主设计师/硕士研究生)(理论设计汇报)郑州市华中建机有限公司目录一、桥机载荷与工况分析及稳定性验算二、桥机承载能力计算三、桥机有限元分析四、桥机驱动机构设计计算一、桥机载荷与工况分析及稳定性验算

1.

桥机设计技术条件2.

载荷及其组合3.工况分析4.桥机稳定性验算

1.

桥机设计技术条件

1.1

基本要求

1)起升冲击系数φ1＝1.052)起升载荷动载系数φ2＝1.13)工作状态设计风力为6级；非工作状态设计风力为11级4)过孔时抗倾覆稳定性系数≥1.5；其他情况下≥1.35)工作环境温度–20ºC—50ºC6)可同时适用于架设20m、24m、32m双线预应力砼箱梁7)适用最大纵坡2‰1.2技术条件1）额定起吊能力900000Kg2）利用等级为U03）载荷状态为Q34）整机工作级别为A35）机构工作级别为M46）起重小车重载升降速度

≤0.5m/min7）起重小车重载运行速度

≤3m/min8）过孔运行速度

≤3m/min9）横向调节速度≤1m/min，位移量±250mm10）结构吊重试验要求：静载试验按额定起吊能力的1.25倍进行；动载试验按额定起吊能力的1.1倍进行。

2.载荷及其组合

2.1载荷类型：自重载荷PG起升载荷PQ水平载荷PH

横向惯性力；纵向惯性力；丝绳水平拉力；驱动链水平拉力风载荷PW

结构风载荷；吊物风载荷小车偏斜运行时的水平侧向力PS静态及动态试验载荷Pst；Pdt

2.2计算载荷系数：起升冲击系数

φ1＝1.05（桥机设计技术要求）B.起升载荷动载系数φ2＝1.1C.

运行冲击系数φ4＝1.1＋0.058=1.10

式中：轨道接缝高度差h≤1mm

大、小车运行速度v≤3m/min＝0.05m/s

D.

动态试验动载系数φ6＝0.5（1＋φ2）＝1.05

φ3为抓斗式或电磁式起重机的突然卸载冲击系数；

φ5原为惯性载荷系数，新规范取消该系数，直接将系数值代入公式。载荷组合Ⅰ：

自重载荷PG=φ4*WG；

起升载荷PQ=φ4*WQ；水平载荷PH；

载荷组合Ⅱ：

自重载荷PG=φ4*WG；

起升载荷PQ=φ4WQ；水平载荷PH；工作状态风载荷PW,i；

载荷组合Ⅲa：自重载荷PG=WG；非工作状态风载荷PW,o2.3载荷组合：载荷组合Ⅲe：自重载荷PG=WG；

静态试验载荷Pst

载荷组合Ⅲd

自重载荷

φ1PG；水平载荷PH；偏斜运行侧向力Ps；动态试验载荷

φ6Pdt＝φ6（1.1PQ）载荷组合Ⅲa用于计算非工作状态的稳定性。

3.工况分析

分别对架桥机架设32m、24m、20m砼箱梁整个工作过程及他们之间的相互变跨过程中不同载荷状态进行分析对比，选择出以下相对危险的工作状态进行相应的强度、刚度及稳定性计算。针对桥机七个不同部位进行了强度、刚度计算，对应了六种工况。稳定性计算包括桥机纵向、横向、非工作状态横向以及导梁的稳定性。对应了八种工况。工况一：架32m梁，前吊梁小车起吊后移动，验算桥机纵向稳定性。

工况二：架32m梁，前吊梁小车运行至主梁中点，计算主梁中点强度。工况三：架32m梁，后吊梁小车起吊后开始运行，计算后悬臂及后支腿强度。

工况四：架32m梁，前、后吊梁小车运行到位，准备落梁，计算前支腿强度。工况五：架32m梁，吊导梁到位，计算前悬臂强度及桥机纵向稳定性。工况六：架32m梁，过孔，计算后支腿支反力，计算导梁强度。工况七：架24m梁，辅助小车吊导梁到位，验算桥机纵向稳定性。工况八：架24m梁，过孔，验算导梁稳定性。工况九：架20m梁，辅助小车吊导梁到位，验算桥机纵向稳定性。工况十：架20m梁，过孔，计算辅助支腿强度；验算导梁稳定性。工况十一：架32m梁，非工作状态，验算桥机横向稳定性。工况十二：架20m梁，过孔，验算桥机横向稳定性。主要结构内力计算结果：主梁中点内力计算结果主梁后悬臂根部内力计算结果主梁前悬臂根部内力计算结果后支腿内力计算结果前支腿内力计算结果辅助支腿内力计算结果导梁内力计算结果4.桥机稳定性验算结果二、桥机承载能力计算1.

主梁中段及后悬臂承载能力计算2.主梁前悬臂承载能力计算后支腿承载能力计算前支腿承载能力计算辅助支腿承载能力计算导梁承载能力计算

1.2主梁中点及后悬臂强度、刚度计算结果1.3主梁联接螺栓计算结果

采用10.9级M22摩擦型高强度螺栓联接，其抗剪承载力133kN翼缘板连接：单侧翼缘板所需的螺栓数

72个，选

80个。腹板连接：单个螺栓上的总力N＝96kN<120kN腹板螺栓连接图翼缘板螺栓连接图2.主梁前悬臂承载能力计算

2.1截面尺寸（如图）

面积：

A=66572(mm2)；惯性矩：

Ix=7.56×1010(mm4)；y上=1468mm；y下=1278mm。

2.2前悬臂强度、刚度计算结果3.

后支腿承载能力计算

3.1后支腿最大受力点（如图）

由载荷分析：后支腿受垂直压力F后＝5095

kN

F后作用下最大弯矩MZ=

19250

kNm；

水平纵向力弯矩MX＝568

kNm危险点

3.2后支腿截面尺寸（如图）

惯性矩：

IZ=1.078×1011(mm4)xmax=900mmIx=1.086×1011(mm4)zmax=1025mm面积：A=184560(mm2)3.3后支腿强度计算结果3.4后支腿联接法兰的螺栓计算结果（如图）

采用10.9级M30高强度螺栓共108个弯矩MZ=19250kNmMX=568kNm轴力N=5095kN

强度条件NV/NbV+Nt/Nbt=

0.743

<

1

4.前支腿承载能力计算

4.1截面尺寸（如图）

惯性矩：

IZ=4.58×109(mm4)xmax=350mm面积：A=64960(mm2)

4.2前支腿强度计算结果

4.3前支腿整体稳定性计算结果

σmax

＝127

MPa<[σ]

5.辅助支腿承载能力计算

5.1截面尺寸（如图）

惯性矩：IZ=2.296×1010(mm4)xmax=750mmIx=5.497×109(mm4)zmax=380mm根部面积：A=64640(mm2)端部面积：A1=45440(mm2)

5.2辅助支腿强度计算结果

5.3辅助支腿整体稳定性计算结果（按最小面积计算）

σmax

=

51MPa

<[σ]6.导梁承载能力计算6.1截面尺寸（如图）

惯性矩：

IX=1.257×1011(mm4)ymax=1200mmIY=5.392×1010(mm4)xmax=830mm面积：A=126840(mm2)

6.2导梁强度、刚度计算结果6.3导梁联接螺栓计算结果

采用10.9级M22摩擦型高强度螺栓联接，其抗剪承载力120kN翼缘板联接：单侧翼缘板所需的螺栓数

48个，选

66个。腹板联接：单个螺栓上的总力N＝87kN<

120kN翼缘板螺栓联接图腹板螺栓联接图三、桥机主体结构有限元分析1.主体结构强度、刚度有限元分析模型

1.1几何模型

1.2单元类型

1.3约束条件

1.4载荷类型及加载方式2.计算结果分析

2.1载荷工况一，后悬臂部分

2.2载荷工况二，主梁中段中点

2.3载荷工况三，后支腿部分

2.4载荷工况三，前悬臂部分1.主体结构强度、刚度有限元分析模型1.1几何模型

忽略螺栓联结细部结构，将主梁和O形后支腿看作一体作为桥机主体结构进行分析计算，如图1所示。前支腿与主梁采用销轴连接，计算中单独处理。

1.2单元类型选用SHELL63板壳单元，单元剖分如图2所示。

1.3约束条件

约束条件为：

后支腿联结处的对应节点其三坐标方向的移动位移均限制为零；在主梁与前支腿联结处的对应节点其竖向和横向移动位移限制为零而沿纵向则可自由移动。所有对应节点的转动自由度均不加限制。1.4载荷类型及加载方式

风载荷：主体结构上的风载荷按分布载荷处理，预制梁及其他结构上的风载荷按等效集中力对待。自重载荷：桥机主体结构的自重为分布载荷，吊梁小车及辅助设备等等效为相应的集中力。起升载荷：将起升载荷等效为集中力作用于吊梁小车车轮处。因起升载荷而产生的卷绕系统中钢丝绳水平方向的拉力，按等效力及等效弯矩作用于桥机前后横梁上。惯性载荷：横向惯性力等效为集中力作用于吊梁小车车轮处。纵向惯性力叠加在卷绕系统中钢丝绳水平方向的拉力中。2.计算结果分析2.1载荷工况一，后悬臂部分：后悬臂应力分布状态：

后悬臂部分应力较大的翼缘板、腹板处的拉应力最大值为79.3MPa，最大等效应力值为73.8MPa。后悬臂Y方向的最大位移量53mm。（变形显示放大倍数50）

2.2载荷工况二，主梁中段中点：主梁中段中点的翼缘板、腹板的最大拉应力值为162MPa，最大等效应力值为182MPa。

主梁中段Y方向最大位移量为61mm。

2.3载荷工况三，后支腿部分：后支腿应力分布如图：后支腿应力较大区域（垂直立柱）翼缘板的应力分布如图：后支腿应力较大区域（垂直立柱）腹板的应力分布如图：后支腿上横梁Y方向最大位移量为31mm。各部位位移量如图：

2.4载荷工况四，前悬臂部分：

前悬臂接近悬臂梁根部应力较大的翼缘板、腹板处的拉应力最大值为172MPa，最大等效应力值为167MPa。前悬臂梁端部Y方向最大位移量为111mm。四、桥机驱动机构设计计算吊梁小车走行链传动计算吊梁小车横移驱动机构计算辅助支腿走行计算后支腿走行机构计算前支腿（变跨）自力走行机构计算驱动机构主要计算内容：运行阻力；驱动功率；驱动零部件。1.吊梁小车走行链传动计算

1.1运行阻力的计算行车走行最大运行阻力：Fj=Fm+Fp+Fq

磨擦阻力Fm，行车坡道阻力Fp，滑轮组的阻力FgFj=5.95+6.8+36.09=434.9kN

1.2驱动功率计算Pc=14.07kW电机功率选为18kW1.3链条及小链轮的选择有效圆周力的计算：Ft=1000Pc/V=217kN选48A链条：许用拉力500kN链轮：Z=15、d=399.64mm、b=45mm。1.4车轮与导轨间的接触应力计算结果疲劳强度条件Pc≤k1×D×L×c1×c2计算载荷Pc＝（2Pmax＋Pmin）/3＝205kNk1×D×L×c1×c2＝271kN式中：车轮直径D＝410mm有效接触线长度L＝90mm轮速系数c1＝1.17工作级别系数c2＝1.12

许用线接触应力常数k1＝5.6（材料为45钢正火）2.吊梁小车横移驱动机构计算

2.1运行阻力

Fj=81.3kN2.2驱动功率计算总驱动转距M=354.891Nm；转速n=37.5r/min；双电机驱动。计算功率P2＝0.75kW，选电机功率为1.1kW。

2.3螺旋尺寸的选择d2≥39.12mm螺旋尺寸选择为d=60mmd2=56mm螺母厚度H=100mm3.辅助支腿走行计算

3.1运行阻力的计算运行阻力：Fj=Fm+Fi

Fm——磨擦阻力，Fi——行车坡道阻力Fj=Fm+Fi=25200+19200=44400N=44.4kN

3.2驱动功率计算Pc=1.845kW运行速度uo=0.05m/s