毕业设计（论文）-35吨履带起重机臂架系统设计

毕业论文(设计)35吨履带起重机臂架系统设计 I 第1章履带起重机概述 1.1履带起重机简介 1.2国外履带起重机发展状况 1.3国内履带起重机发展状况 1.4履带式起重机的发展趋势 1.5履带起重机臂架简介 1.6个人工作重点——臂架系统设计 第2章臂架的结构形式 9-2.1设计参数 2.2臂架的结构型式 2.3.经济性分析 3.1所选材料许用应力计算 3.2主臂的计算 3.3副臂的计算 3.4撑杆的计算 3.5拉索的计算 40-大连水产学院本科毕业论文(设计)3.5.1主臂拉索计算 3.5.2固定副臂拉索计算 I履带起重机是广泛应用于电力建设、市政建设、桥梁施工、石油化工、水利水电等行业的一种起重运输设备，随着经济建设的发展，对其需求越来越大，对其性能的要求也越来越高。本次设计的35吨履带起重机是35吨履带起重机的臂架系统设计，臂架是履带式起重机的重要构件之一，臂架设计得是否合理，直接影响着起重机的起升能力。本文主要内容包括：国内外履带起重机发展状况的比较，桁架臂的介绍，主臂、副臂及撑杆结构设计，臂架的强度、刚度和稳定性计算，臂架连接处强度的校核。同时完成臂架系统装配图，主臂、副臂及撑杆的装配图和相关零部件的工程图。设计过程采用Pro/E软件进行三维实体建模，并进行虚拟装配，最后应用其工程图模块转化为二维工程图。本次设计的35吨履带起重机参考了抚顺挖掘机制造责任有限公司的QUY35履带起重机，并且严格按照《起重机设计规范》、《机械设计手册》进行设计，其性能和质量满足相关要求。关键词：履带起重机，臂架，强度，稳定性Crawlercraneisakindofhoistingeqconstruction,cityplanningconstruction,bridgeconstruction,petroleumcheructionandwaterconservancyetc.industry.Alongwiththedevfeconomicinourcountry,therequestofthecapabilityishigherandhigher.The35tcrawlercranedesignedisapracticalpthe35tcrawlercrane'sboomsystem.Theboomisoneofthewhichaffectstotheliftingcapacityofthecranedirectly.Themaincontentofthepapdomesticwithabroad,abriefintroductionoflatticeboom,thestructuredesignofboom,thefixedflyjib,andthefixedjibstrut,thecalculatiooftheboomsystem,thecheckingofstrengthofstrengthofconntimeplanarengineeringdrawingmustbedone,suchastheassemblingoftheengineeringdrawingwiththePro/Eplanarengineeringdrawingmoduleprocess,werefertotheQUY35crawlerItscapabilityandqualitymeettheKeyWords:Crawler第1章履带起重机概述1.1履带起重机简介履带起重机是将起重作业部分装在履带底盘上、行走依靠履带装置的流动式起重机，可以进行物料起重、运输、装卸和安装等作业。履带起重机具有接地比压小、转弯半径小、可适应恶劣地面、爬坡能力大、起重性能好、吊重作业不需打支腿、可带载行驶等优点，并可借助更换吊具或增加特种装置成为抓斗起重机、电磁起重机或打桩机等，实现一机多用，进行桩工、土石方作业，在电力建设、市政建设、桥梁施工、石油化工、水利水电等行业应用广泛。履带起重机的带载行驶、臂长组合多、起重性能好、作业高度和幅度大是其独有的无与伦比的优势，具有其他起重设备无法替代的地位。随着经济的高速发展，国家基本建设的规模越来越大，需要吊运的物品的质量、体积和起升高度都越来越大，履带起重机愈来愈显示其优越性，市场容量迅速上升，引起了国际知名厂商的关注，国内起重机行业也兴起了履带起重机开发热潮。1.2国外履带起重机发展状况目前，国外专业生产履带起重机的厂家很多，德国的主要生产厂家有利勃海尔(Liebherr)公司、特雷克斯——德马格(Terex—Demag)公司、森尼波根(Seneb0gen)公司，美国主要生产厂家有马尼托瓦克(Manitowoc)公司、林克——贝尔特(Linkbelt)公司、P&H公司，日本的主要生产厂家有神钢(Kobelco)公司、日立住友(Hitachi—Sumitomo)公司和石川岛(IHI)公司，其中利勃海尔、特雷克斯——德马格、马尼托瓦克、神钢、日立住友等公司产品系列较全，市场占有率较高。表1列出了国外履带起重机主要生产公司系列型谱。1.德国利勃海尔(Liebherr)公司利勃海尔公司，一个以塔机起家、拥有50余年历史的家族式跨国公司，是世界著名起重机生产厂家之一，该公司的产品技术先进，其生产的LR系列履带起重机最大起重量已达1200吨。该公司产品主要特点有：系统为全液压驱动、电液比例控制，可实现无级调速且传动平稳，具备完善的自拆装功能，主副钩可单独工作亦可交替使用，自动安全保护合理，大吨位履带起重机安装全球卫星定位通讯系统，厂家对其产品进行实时监控，另外为充分发挥臂架的起重能力、提高整机的稳定性大吨位履带起重机均增加了超起装置。目前的产品系列为LR11型1200吨，在中国市场上销售0吨、LR1350型350吨和LR1280型280吨级履带起重机。—德马格原属德国曼内斯曼集团旗下的企业，由于该集团产业特雷克斯。德马格的履带起重机制造和经营历史很长，技术上与利勃海尔利勃海尔稍低一点，又比日本产品高不少。德马格公司主要生产起重量从50吨到1600吨的德马格的CC系列履带起重机，进入中国市场也两年来，由于国内对大吨位履带起重机的需求大幅增长，该公司在中国的销售业绩不断攀升。总的来说德国的履带起重机产品讲究高性能、高新技术，德国利勃海尔公司和特雷克斯美国马尼托瓦克公司是世界著名起重机设计制造厂家之一，它创建于1902年，当时是造船厂，1927年开始生产起重机，1988年开始生产制造多种类、多型号起重机。马尼托瓦克生产的履带起重机起重量从45吨到907吨，其250吨及以上履带起重机产品的生产量在全球占有较大的份额。产品系列为45吨、50吨、73吨、77吨、91吨、109吨、为了改善和扩大司机视野，司机室可以上下左右调节位置，计算机监导比例控制，设计原则强调自装自拆功能。为了加大起重能力财力构筑“环轨”,施工中起重机无法移动，只能回转，限制了作业范围，吊装完毕后，还必须日本的履带起重机起步于50～60年代，以机械传动为主，70年代开始迅速发展，hi-Sumitomo)公司和石川岛(IHI)公司，日立住友是住友和曰立公司在2002年合并为“Hitachi—Sumitomo”品牌，主要生产起重量从30吨到650吨将其在全球的市场占有率扩大。神钢(Kobelco)公司早在1964年，开发了3000系列履带起重机，1977年开发了5000系列履带式起重机，1982年设计成功5650履带起重机，最大起重量650吨，1984年升级换代为7000系列履带式起重机，现在部分7000系列升级为CKE系列履带起重机，其开发的履带起重机产品系列化程度高、性价比高，瞄准出口市场，深受发展中国家的欢迎，在全球范围内占产的CKE系列产品起重量从60吨到400吨，7000系列产品起重量从35吨到800吨。产品系列为35吨、45吨、55吨、60吨、70吨、80吨、90吨、100吨、12650吨、800吨。近两年神钢(Kobelco)在中国市场中吨位履带起重机的销售业绩大都为300吨以下产品，也有少量达到300以上的产品。1.3国内履带起重机发展状况我国生产履带起重机历史较短，“七五”期间以技术贸易相结合的公司履带起重机的年产量从数10台到200台左右不等，产品以200吨及以下吨位为主。徐州重型机械有限公司——中国工程起重机的龙头企业，2003年，工厂斥巨资进行式转台、PLC计算机集成控制系统等的设计制造核心技术，已获得履带起重机方面浦沅——中国工程起重机主要生产企业，2002年开始进军履带起重机行业，2005年初推出200吨履带起重机。三一重工在2004年11月上海的宝马会上展出了开发的50吨履带起重机，目前在开发80吨、150吨履带起重机。抚顺工程机械有限公司主要生产30-70吨履带起重机。哈尔滨四海工程机械制造公司主要生产50吨履带起重机。由于我国履带起重机起步晚，国内用户对履带起重机的认识较少，2000年之前市场容目前，国产履带起重机已经形成30-300t的产品系列，品种较少，中小吨位重复较多，而国外公司产品型谱的覆盖面很大，最大起重量已达到1600吨；国内年产量低，只相当于国外一个公司的生产能力，未形成规模为赶超世界先进国家，国内企业奋起直追。近3年来，新品推出速度由3—4年1种新品发展到1—2年3、4种新品，且新品吨位不断向大吨位发展，其中，仅徐重先后推出的新品就达4、5种，并且均为在国内率先推出的大吨位产品，伴随着新品推出的进程，以徐重为代表的实在中国大型工程全面上马的环境下，自2000年以来的14台发展到2005年的200多台，年平均增长率约70%,即便在05年受宏观调控的影响下，行业销量也比04年销量增长近10%。此外，仅05年上半年，国内履带起重机就进口228台，国内需求的迅猛增长，使行业均看好履带吊市场，有实力的企业全力加大了对履带吊的研发投300吨履带吊就是在此环境下催生出的巨作。至此，国内履带吊已形成了35吨—300吨十到，450吨、600吨级履带吊的设计工作即将完成。2.技术水平有差距但有全新突破在系统及结构件的设计上仍存在一定的差距，大吨位产品功能尚不产品档次和竞争能力。在产品试验研究上下功夫，逐步完善试验、研究体均有自己的核心技术，国内企业自己的核心技术正逐步形成，不断提升力是国内企业面临的紧迫任务。3.产品可靠性有近几年，国内企业在履带起重机技术上取得了一些突破，但由于起步较今年上半年，国内履带起重机进口228台，国内企业履带起重机出口仅为12台，贸1.4履带式起重机的发展趋势由于各种工程建设的大型化，所需的配套设备构件等的重量也不断增加，对超大型起过1000吨，例如德马格的CC12600型起重量为1600t,利勃海尔的LR11200型起重量为1200t。随着超起装置的不断完善，更大吨位履带起重机的开发已成为现实。现在各大公司均下大力气研究开发自己的核心技术，以不断提升自己的产品档次和竞争能随着计算机技术和电子技术的不断发展，逐公司在特大型履带起重机上还配备有全球卫星定位通讯系统充分利用新技术、新工艺来提高产品质量，并不断开发新材品竞争力。例如1000MPa抗拉强度的臂架材料已被广泛采用，从而大幅度地降低了臂架自重，提高了产品起重性能。整机的结构也逐渐采用高强材料，通过优化设计显著减轻整机重5.自行拆装系统工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场为拓宽履带起重机的使用范围，国外履带起重机分为两个9.人机工程化1.5履带起重机臂架系统简介履带起重机臂架主体结构一般采用空间桁架结构，桁架结构与履带起重机的臂架组合方式有单主臂、主臂带固定副臂、主臂带塔式副臂，如图1所示。有时还采用超起装置、超短副臂、轻型臂等特殊组合不变，通过改变主臂的角度来实现变幅。塔式工况是主臂相对不动幅。从主臂变幅方式来看，有只带人字架的、只带桅杆图1.臂架组合方式图2.主臂变幅方式1.6个人工作重点——臂架系统设计第2章臂架的结构形式2.1设计参数2.1.1作业工况最大起重量×幅度：35吨×3.5米主臂，固定副臂长：12～42米，9～15米安装固定副臂的主臂长：24～36米副臂安装角：10,30度2.1.2机构速度主副起升机构速度：0~110米/分变幅机构速度：0~35米/分回转机构速度：0.6转/分行走机构速度：1.0公里/小时机的有效起升高度(图2.1a)。折线形臂架可以避免上述缺点，能够更有效地利用臂下空间，但折线形臂架的结构复杂，受力情况不好。在横向水平力的作用下，臂架受扭。在直线形主臂的端部安装直线形副臂(图2.1b),同样也可以达到提高起升高度的目的。本次毕桁架式臂架的截面一般为矩形，空间的杆系分为弦杆和腹杆，均由型钢加强，这样能更好的将力传到转台上去。此外，为了保证桁架式吊臂根部的水平刚度，旋转平面的桁架应设置较强的缀板，并使缀板尽量靠近支承铰点。近年来，桁架式吊臂多数采用钢管制成中间等截面、两端变截面的四弦杆空间桁架。现代的桁架式吊臂主要采用圆管制造，应为圆管杆件抵抗屈曲的能力强，风阻力小，杆件接头处力的传递好，价格便宜。图2.1直线形与折线形桁架式臂架1—直线形臂架；2—折线形臂架；3—直线形主臂；4—直线形副臂图2.2桁架式吊臂的局部结构简图随着国内大型工程的不断建设，对于履带起重机的需求量也不断增加，但是目前还是国外的厂家占据着我国这个大市场的绝大部分。基于这样的实际情况，我们要设计自己的产品，增强产品的竞争力，逐渐以自主产品取代国外产品，并努力争取开拓国际市场。虽然现在国内的设计技术相比国外来说还有一定的差距，但是我们也应该看到自己的进步，相信这个差距会随着我们的努力而逐渐减小。为了增强设计的产品同国外及国内同吨位的其他产品的竞争力，经济性也是本次设计过程中所要考虑的重要因素之一。比如在选择臂架形式的时候选择自重较轻的桁架式而不选箱形臂架，是因为桁架式自重较轻，一方面能够提高起升能力，另一方面可以节省钢材，减小成本。还有就是在选择臂架的材料的时候，由于这次设计的属于小吨位，普通的低合金结构钢即可满足性能要求，所以就没有选择性能更高的高强钢。这样做一方面可以充分发挥材料的性能，避免浪费，另一方面，高强钢货源紧缺，供货期较长，而普通结构钢相比之下就有很大的优势，并且价格相对比较便宜。在臂架的设计过程中，通过分析臂架的受力，调整臂架的机构，充分发挥材料的性能，这样不仅可以提高起升能力，而且可以节省材料降低成本。相信当产品推向市场的时候，将是一款有竞争力的产品，可以满足用户的需求，必将在小吨位履带起重机市场受到欢迎。第3章臂架系统的计算臂架是履带式起重机的重要构件之一，通过臂架能够将货物提升到一定的高度，改变臂架倾角可以达到变幅的目的，以增大作业范围。对于履带起重机，臂架设计得是否合理，直接影响着起重机的起升能力、整机稳定性。因此，合理地设计出具有足够强度、刚度和稳定性，自重又轻的臂架有着非常重要的意义。3.1所选材料许用应力计算3.1.116Mn(Q345B)许用应力计算主臂、副臂及撑杆均选用低合金结构钢16Mn,抗拉强度σb=530MPa屈服强度σ₅=345MPa。材料的许用应力根据《起重机设计规范》中规定的方法进行计算3,其中载荷组合选取考虑了基本载荷和附加载荷的载荷组合Ⅱ。钢材屈服强度9s与抗拉强度b的比值为：所以应按表14决定。安全系数n=1.33;拉伸、压缩、弯曲许用应力剪切许用应力端面挤压许用应力3.1.240Cr许用应力计算销轴均采用合金结构钢40Cr,抗拉强度σb=735MPa,屈服强度σg=540MPa材料的许用应力根据《起重机设计规范》中规定的方法进行计算，其中载荷组合选取考虑了基本载荷和附加载荷的载荷组合Ⅱ。钢材屈服强度◎s与抗拉强度b的比值为：所以安全系数应按表14中规定的选取。安全系数：n=1.33;基本许用应力：剪切许用应力：端面挤压许用应力：根据主臂长度的技术要求，将主臂顶节和底节均定为6m,和6m两种长度规格。主臂长度参数及组合见下表3.1:臂架在作业过程中，臂端承受起升载荷、拉索力及起升绳力的共同作用，如果带副臂，还将承受副臂及撑杆对它的作用力，由它的受力情况看，臂架主要承受轴向压力。其最不利的工况是吊载最大起重量35t,风侧向吹，起升和回转机构同时作业的工况，此时臂架受轴向压力和侧向载荷的同时作用。另一种危险的工况是最长主臂工况，42m臂长、8.43m幅度工况，此时臂架整体的稳定性较危险。弦杆尺寸(mm)76×5腹杆尺寸(mm)单个弦杆截面面积(mm²)1114.7单个腹杆截面面积(mm²)单个弦杆惯性矩I(mm)7.06×10⁵单个腹杆惯性矩I(mm)单个弦杆旋转半径r(mm)25.2单个腹杆旋转半径r(mm)标准截面惯性矩Ix(mm')1.61×10⁹标准截面抗弯模量Wx(mm³)标准截面惯性矩Iy(mm')1.61×10⁹标准截面抗弯模量Wy(mm³)标准截面旋转半径rx(mm)600.5标准截面旋转半径ry(mm)顶节危险截面位置(距滑轮)(mm)1500底节危险截面位置(距臂根)(mm)顶节危险截面(宽×高)(mm×mm)631×532底节危险截面(宽×高)(mm×mm)顶节危险截面惯性矩Ix(mm')4.47×10⁸底节危险截面惯性矩Ix(mm)顶节危险截面惯性矩Iy(mm')3.18×10⁸底节危险截面惯性矩Iy(mm)顶节危险截面抗弯模量Wx(mm³)1.42×10⁶底节危险截面抗弯模量Wx(mm³)顶节危险截面抗弯模量Wy(mm³)1.20×10⁶底节危险截面抗弯模量Wy(mm³)起重量(kN)起升载荷动载系数Q₂工作幅度(m)起升绳力(kN)臂架仰角(DEG)起升绳与臂架轴线夹角(DEG)拉索与臂架轴线夹角(DEG)起升冲击系数φ1臂长(m)臂架自重(t)θB起升绳力Fsh:LQ一起升载荷；m,η一起升倍率与滑轮组效率：根据力矩平衡原理，对臂架铰点取矩，得拉索力Fg为：F₈=(φ₂QLcosθ+0.5φmgLcosθ-FhLsinh)/=(1.03×35×9.8×cos78.6°+0.5×1.05×2.3×9.8×cos78.6-63×sin1.85°)⑨1—臂架自重冲击系数；6sh一起升单绳与臂架轴线夹角θ一变幅拉索与臂架轴线夹角；臂架在危险截面的轴向力Fb为变幅拉索力、臂架自重、起升载荷和起升单绳拉力合力：F₆=φ₂Qsinθ+φmgsinθ+Fhcosθh+=1.03×35×9.8×sin78.6°+1.05×2.3×9.8×sin78.6°+61.9×cos1.85°+174.6臂架自重垂直于臂架轴线的侧向均布载荷Fce:Fce=φ₁mgcosθ/L=1.03×2.3×9.8×cos78.6°/12=0.389kN/m旋转平面内由货物偏摆和臂架风载及惯性载荷引起的侧向集中力T:T=T₁+T,=Q×tgα+T=35×9.8×tg3°+0.248=18.2kN式中，T1—载荷是通过钢丝绳悬挂在臂架端部的，载荷在风力和回转机构的起动和制动过程中的惯性力作用下偏离铅垂线一个角度a(规范规定a=3°~6°);Pw=CqLHφ(1+η)=1.3×70×12×1.2×0.3×(1+0.57风侧向吹，工作风压为一类风压：91=0.6qπ=0.6×116.7=70N/mC一风力系数，qD²=70×(76×10⁻³)²=0.4≤1,取C=1.3;⑨一结构充实率，对于钢管桁架结构，取φ=0.3;η一两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数；变幅平面内：vnimI,=3.18×108/(1.61×10⁹)=0.20臂架属于桁架结构，故取n=2查表J3得臂架变截面长度系数为：H₂=1.25;在变幅平面内，臂架可看为两端铰支，故取长度系数μ=1;长细比λ,换算长细比λhy临界力Pliny旋转平面内：查表μ₂2=1.029H₃一拉臂绳或起升绳影响的长度系数；B一起升滑轮铰点到变幅拉索后铰点的水平距离，作图得知。长细比λ₂换算长细比λhx临界力Plinx(3)臂架刚度验算在回转平面内，仅由横向力引起的臂端挠度fw:采用放大系数法求臂端挠度f:刚度满足要求。(4)整体稳定性验算根据长细比λ=max{2hλy}=41.9查表得稳定系数φ=0.8855稳定性满足要求。(5)腹杆稳定性验算为制造方便，臂架的腹杆一般采用相同截面的杆件。由于腹杆受力不大，按极限长细比[λ]来验算腹杆的稳定性。长细比(3.25)Lc一腹杆的计算长度，当腹杆的挠曲方向在桁架平面内时L.=0.8l当腹杆挠曲方向在桁架平面外时，Lc=l。腹杆挠曲在桁架平面内L.=0.8l=0.8×1200=960mm[λ]—腹杆的许用长细比，根据《起重机设计规范》取[λ]=150臂架强度计算分为变幅平面和回转平面两种情况，在变幅平面内按两端简支的受压构件计算，其重量Q、拉索力Fg及起升绳力Fsh作用于桁架式吊臂的端点，除产生轴向力外，还由于这几个作用力不能汇交于一点而在变幅平面内产生初弯矩M。在回转平面内按臂根固定，臂端自由的悬臂梁计算。这样假设后，臂架就是一个承受双向弯曲的受压构件。臂架横向力的最大弯矩和最大轴向力都出现在臂架根部，但臂架根部有较强的缀板加强，所以通常取靠近臂根未被加强处截面作为计算截面。设此危险截面距臂根距离为离为x,则由横向力引起的弯矩M(x)为：回转平面内的端部初弯矩是由起升单绳偏心引起的：Mx=Fhcosθsh×Xsh=61.9×cos1.85°×0.03=1.86kNm变幅平面内端部初弯矩是由起升单绳拉力、变幅拉索力和起升载荷偏心引起的：My=FhYshcosθh+F₈Ycosθ₈-4₂QY。cosθ=61.9×0.65×cos1.85+174.6×0.3×cos23.7-1.03×35×9.8×0.33×sin图3.2主臂头部尺寸示意图由垂直于臂架轴线臂架自重的分力引起的弯矩M(y)(两端简支):由以上的计算结果可以看出：在回转平面内，由起升单绳偏心引起的端部初弯矩M非常小，约占总弯矩的1%,故在强度、刚度及稳定性计算时可不考虑，只计算由横向力产生的弯矩即可；在变幅平面内，由臂架自重引起的弯矩也很小，但这是在最短主臂的工况下计算的，随着臂架长度的增加，此项弯矩还将增大，所以不能忽略。其强度条件为：=213.3MPa<[σ]式中：W.,W,_一为底节危险截面的抗弯模量强度满足要求。(7)距臂根2.5m处截面的稳定性式中：4一轴压稳定修正系数，根据《起重机设计规范》,对于空间桁架计算时Wx,W一此公式是计算危险截面稳定性公式，故Wx,Wy均为危险截面的抗弯模量；Cax,Coy一两端端部弯矩不等折减系数；(回转平面为悬臂，两端的端部弯矩相同)不承受弯矩，(变幅平面根部销轴连接，Ch,Chy一横向载荷弯矩系数，由于横向载荷不只是由集中力产生的，所以一绕强轴的端部弯矩对绕弱轴的端部弯矩的影响系数，本截面为封闭截面，抗扭性强，根据《起重机规范》,故取Cmy=1。(8)距臂根2.5m处截面局部弦杆单肢稳定性验算长细比(3.32)临界力(3.33)查表得φ=0.9162局部稳定性强度σ:=252.1MPa<[σ]局部稳定性满足要求。(9)顶节与底节连接处截面的稳定性由横向力引起的弯矩M(x)为：M(x)=T(L-x)=18.2×(12-6)=109.3kNm由垂直于臂架轴线臂架自重的分力引起的弯矩M(y)(两端简支):整体稳定性强度：Wx,Wy一计算截面处抗弯模量(10)顶节与底节连接处截面局部弦杆单肢稳定性验算长细比临界力局部稳定性强度0:大连水产学院本科毕业论文(设计)局部稳定性满足要求。(11)距臂头1.5m处截面的稳定性由横向力引起的弯矩M(x)为：M(x)=T(L-x)=18.2×(12-10.5)=27.3kNm由垂直于臂架轴线臂架自重的分力引起的弯矩M(y)(两端简支):整体稳定性强度：W.,W,一计算截面处抗弯模量(12)距臂头1.5m处截面局部弦杆单肢稳定性验算长细比临界力局部稳定性强度0:=195.1MPa<[σ]局部稳定性满足要求。(13)销轴及单双耳的计算5]①臂根铰点处销轴：回转平面内横向力引起的弯矩：单个销轴最大受力：F=F₆/2+M/B=591.3/2+218.4/1.剪切应力T:式中，F—销轴受的剪切力；d—销轴直径；[T]一许用剪切应力。②臂根铰点处单耳：式中，F—单双耳承受的剪切力；d—销轴直径；δ—单双耳的厚度；[0j]一许用挤压应力。③底节与顶节连接处销轴：回转平面内横向力引起的弯矩：单个销轴最大受力：剪切应力T:④底节与顶节连接处单耳：⑤底节与顶节连接处双耳：:3.2.2最长主臂工况计算起重量(kN)起升载荷动载系数φ₂工作幅度(m)起升绳力(kN)臂架仰角(DEG)起升绳与臂架轴线夹角(DEG)拉索与臂架轴线夹角(DEG)起升冲击系数φ1臂长(m)臂架自重(kg)由于最长主臂工况时的计算方法与最大起重量相同，所以只列出由Excel计算出的结果，计算过程就不再赘述。整体稳定性强度单肢稳定单肢稳定性强度折算后整体稳定性单肢稳定性强度3.3副臂的计算根据副臂长度的技术要求，将副臂顶节和底节均定为3m,标准臂节的长度为3m。 注：总计：1个3m底节、1个3m顶节、3个3m标准节。臂架在作业过程中，臂端承受起升载荷、拉索力及起升绳力的共同作用，由它的受力情况看，臂架主要承受轴向压力及侧向载荷引起的弯矩，可以看成单向压弯构件。弦杆尺寸(mm)腹杆尺寸(mm)单个弦杆截面面积(mm²)单个腹杆截面面积(mm²)单个弦杆惯性矩I(mm)单个腹杆惯性矩I(mm)单个弦杆旋转半径r(mm)单个腹杆旋转半径r(mm)标准截面惯性矩Ix(mm⁴)标准截面抗弯模量Wx(mm³)标准截面惯性矩Iy(mm⁴)标准截面抗弯模量Wy(mm³)标准截面旋转半径rx(mm)标准截面旋转半径ry(mm)顶节危险截面位置(距滑轮)(mm)底节危险截面位置(距臂根)(mm)顶节危险截面(宽×高)(mm×mm)212×212底节危险截面(宽×高)(mm×mm)400×213大连水产学院本科毕业论文(设计)顶节危险截面惯性矩Ix(mm")底节危险截面惯性矩Ix(mm⁴)顶节危险截面惯性矩Iy(mm⁴)底节危险截面惯性矩Iy(mm)顶节危险截面抗弯模量Wx(mm³)底节危险截面抗弯模量Wx(mm³)顶节危险截面抗弯模量Wy(mm³)底节危险截面抗弯模量Wy(mm³)3.3.1最大起重量工况计算起重量(kN)起升载荷动载系数φ₂工作幅度(m)主臂仰角(DEG)副臂与主臂夹角(DEG)起升绳与副臂轴线夹角(DEG)9拉索与副臂轴线夹角(DEG)起升冲击系数41副臂长(m)9副臂自重(t)主臂长(m)1臂架截面性质图3.3副臂受力简图起升绳力FshQ一起升载荷；m,η一起升倍率与滑轮组效率，n₂=η=0.98根据力矩平衡原理，对臂架铰点取矩，得拉索力F为：F₈=(φ₂QLcosθ+0.5φmgLcosθ-FshLsinθsh)/(L=(1.23×4.9×9.8×cos70°+0.5×1.05×0.4×9.8×cos70°-60.27×sin941—臂架自重冲击系数；m—臂架自重；sh一起升单绳与臂架轴线夹角；θg一变幅拉索与臂架轴线夹角；臂架在危险截面的轴向力Fb为变幅拉索力、臂架自重、起升载荷和起升单绳拉力合力：F₆=φ₂Qsinθ+φmgsinθ+Fhcossh=1.23×4.9×9.8×sin70°+1.05×0.4×9.8×sin70°+60.27×cos9°+29臂架自重垂直于臂架轴线的侧向均布载荷Fc:Fce=φmgcosθ/L=1.05×0.4×9.8×cos70°/9=0.156kN/m旋转平面内由货物偏摆和臂架风载及惯性载荷引起的侧向集中力T:式中，T1—载荷是通过钢丝绳悬挂在臂架端部的，载荷在风力和回转机构的起动和制动过程中的惯性力作用下偏离铅垂线一个角度a(规范规定α=3°~6°);Tb—臂架侧向风载，以40%折算到臂架头部Pw=CqLHφ(1+η)=1.3×70×9×0.4×0.3×(1+0.57)式中，qπ=0.613v²=0.613×13.8²=116.7N/m²风侧向吹，工作风压为一类风压大连水产学院本科毕业论文(设计)④一结构充实率，对于钢管桁架结构，取φ=0.3;η一两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数；根据B/H=0.4/0.4=1和4,取η=0.57。变幅平面内：yii/1,=2.36×10⁷/(8.28×10⁷臂架属于桁架结构，故取n=2查表J3得臂架变截面长度系数为：μ₂=1.0804;在变幅平面内，臂架可看为两端铰支，故取长度系数μ₁=1;长细比换算长细比：查表μ₂2=1.0104H₃一拉臂绳或起升绳影响的长度系数；A—副臂铰点到重物重心的水平距离，作图得知。B一起升滑轮铰点到变幅拉索后铰点的水平距离，作图得知。换算长细比(3)臂架刚度验算f在回转平面内，仅由横向力引起的臂端挠度w:采用放大系数法求臂端挠度f:刚度满足要求。(4)整体稳定性验算根据长细比λ=max{2hxλny}=72.9查表得稳定系数φ=0.683根据《起重机设计规范》公式(27),计算整体稳定性为：稳定性满足要求。(5)腹杆稳定性验算为制造方便，臂架的腹杆一般采用相同截面的杆件。由于腹杆受力不大，按极限长细比[λ]来验算腹杆的稳定性。腹杆φ22×2,最长长度为l=416长细比(3.73)Lc—腹杆的计算长度，当腹杆的挠曲方向在桁架平面内时L.=0.8l,当腹杆挠曲方向在桁架平面外时，L。=l。腹杆挠曲在桁架平面内L.=0.8l=0.8×416=332.8mm[λ]—腹杆的许用长细比，根据《起重机设计规范》取[λ]=150(6)臂架强度验算臂架强度计算分为变幅平面和回转平面两种情况，在变幅平面内按两端简支的受压构件计算，力Q、拉索力Fg及起升绳力Fsh作用于桁架式吊臂的端点，产生轴向力，因这几个力同时作用于副臂头部滑轮轴处，所以没有端部初弯矩，但会受到由于臂架自重作用引起的弯矩。在回转平面内按臂根固定，臂端自由的悬臂梁计算，受由货物偏摆和风载同时作用引起的横向力作用。这样假设后，臂架就是一个承受双向弯曲的受压构件。臂架横向力的最大弯矩和最大轴向力都出现在臂架根部，但臂架根部有较强的缀板加强，所以通常取靠近臂根未被加强处截面作为计算截面。设此危险截面距臂根距离为x,则由横向力引起的弯矩M(x)为：M(x)=T(L-x)=2.58×(9-0.99)=20.6由于回转平面内起升单绳相对臂架没有偏心，不会像主臂那样引起初弯矩。且变幅平面内，起升单绳拉力、变幅拉索力和载荷重力也作用于同一点，所以也不会引起端部初弯矩。由垂直于臂架轴线臂架自重的分力引起的弯矩M(y)(两端简支):其强度条件为：=123.5MPa<[σ]式中：W,W,一为底节危险截面的抗弯模量强度满足要求。大连水产学院本科毕业论文(设计)式中：4一轴压稳定修正系数，根据《起重机设计规范》,对于空间桁架计算时可可此公式是计算危险截面稳定性公式，故Wx,W均为危险截面的抗弯模量；ox,oy一两端端部弯矩不等折减系数；(回转平面为悬臂，两端的端部弯矩相同)受弯矩，(变幅平面根部销轴连接，不承Cm一绕强轴的端部弯矩对绕弱轴的端部弯矩的影响系数，本截面为封闭截面，抗扭性强，根据《起重机规范》,故取Cm=1(8)距臂根0.99m处截面局部弦杆单肢稳定性验算长细比临界力局部稳定性强度0:局部稳定性满足要求。大连水产学院本科毕业论文(设计)(9)重心处截面的稳定性由横向力和力矩引起的弯矩M(x)为：M(x)=T(L-x)=2.58×(9-4.5)=11.6kNm由垂直于臂架轴线臂架自重的分力引起的弯矩M(y)(两端简支):整体稳定性强度：=110.2MPa<[σ]W.,W,一计算截面处抗弯模量(10)重心处截面局部弦杆单肢稳定性验算临界力(3.84)查表得φ=0.921局部稳定性强度0:局部稳定性满足要求。(11)距臂头0.545m处截面的稳定性由横向力和力矩引起的弯矩M(x)为：M(x)=T(L-x)=2.58×0.545=1.40kNm由垂直于臂架轴线臂架自重的分力引起的弯矩M(y)(两端简支):=0.156×9/2×0.545-0.5×0.15整体稳定性强度：W.,W,一计算截面处抗弯模量(12)距臂头0.545m处截面局部弦杆单肢稳定性验算长细比临界力查表得φ=0.946局部稳定性强度σ:局部稳定性满足要求。(13)销轴及单双耳的计算①下铰点处销轴：回转平面内横向力引起的弯矩：单个销轴最大受力：F=F₆/2+M/B=145.9/2+23.2/0.4=剪切应力t:式中，F—销轴受的剪切力；d—销轴直径；[T]—许用剪切应力。②