【桥式起重机整体结构分析及设计计算案例3200字】

桥式起重机整体结构分析及设计计算案例1.1双梁桥式起重机总体结构形式分析1.1.1桥式起重机的结构形式分析桥式起重机是安装在车间中，用作起重材料和移动相关货物及设备的媒介。桥式起重机的主梁跨在工厂建筑物的两侧，或安装在高大的混凝土柱或金属框架上。形状类似于桥梁，因此被命名。桥架的类型很多，其中大多数在轨道上垂直运行，在高架桥的两侧都有轨道。这种设计可最大化空间，并允许物料在桥架下方自由举升，而不受地面设备的影响。这是我国冶金设备和港口中最常用的起重设备。根据实际工作情况，本文设计的双梁桥式起重机最大起重量为50t，跨度为28.5m，工作级别为A5，双梁桥式起重机的主要结构如图2-1所示，双梁桥式起重机主要由以下几个部分组成：2-1桥式起重机主要结构示意图图中各结构说明：1.小车机构：由小车平台支撑，用于横移的滑轮机构及工作时起升结构组成。1.小车车架：负责承载小车，承受减速器、电动机、主动轮等部件的载荷。3.主梁：提供轨道用于小车吊重后移动；并且承载起重时载荷，占据总设备重量的60左右%。4.端梁：端梁上焊有车轮，负责支撑桥架在高架上移动，是承载设备平移运输的关键部件。5.吊钩：用来起升货物并使其实现垂直空间升降运动的机构,是任何起重机械不可或缺的重要组成部分,其运转状况的优劣将直接影响到整机工作性能和安全使用。1.1.2桥式起重机整体主要结构受力形式分析桥式起重机主要结构总体受力情况如图2-2中所示图2-2桥式起重机主要结构受力情况图中各标号说明：主梁上表面小车轨道、平台栏杆以及电气系统对主梁的均布载荷Fq作用。小车车架与主梁接触位置的所产生的压力Pd。小车车架和吊重货物在工作时对主梁产生的均布载荷Ps。主梁移动时所受到的均布载荷qp。端梁与主梁连接接触位置，主要受力为端梁为主梁提供支撑力Fz以及固定约束情况。起重电机自重对小车车架端梁的压力F3。电机减速器自重对小车车架的压力F4。滑轮卷筒自重对小车车架的压力F5。起重滑轮绳索支架对小车车架横梁的拉力F1。主梁对小车车架的约束与支撑F2。1.1.3各结构的选型整机部分技术参数如表2-1所示：表2-1桥式起重机技术参数额定起重量跨度最大起升高度起升速度小车运行速度50t28.5m20m4.4m/min41.4m/min起重机运行速度小车轮距小车总质量主要材料工作级别68m/min0.44m1800kgQ235BA5主梁结构：主梁作为桥式起重机最主要的金属结构和承载部分，其设计制造的优劣从根本上决定了整机性能的好坏，主梁按照用途又可以分为:(1)梁式起重机横梁(2)冶金桥式起重机横梁(3)通用桥式起重机本课题所设计的主梁材料属性如表2-2所示表2-2桥式起重机主梁材料属性材料屈服极限弹性模量泊松比密度Q345345MPa206GPa0.37.85×10−6本课题所设计的主梁三维模型如图2-4所示：图2-4桥式起重机主梁三维模型小车车架结构桥式起重机小车是一种使起重机直接与货物接触的设备，其质量在很大程度上取决于车架。小车机架主要由减速器的侧端梁，电动机的侧端梁，驱动轮的侧梁，中间梁，从动轮的侧梁和皮带轮臂架组成。所有零件均焊接有不同规格的钢板，具有易于制造和安装，迎风面积小，承载力大，稳定性高的优点。适合中小型起重重量和繁忙的工作场合。本课题所设计的小车车架三维模型如图2-5所示图2-5桥式起重机小车车架三维模型其材料属性如表2-3所示表2-3桥式起重机小车车架材料属性材料屈服极限弹性模量泊松比密度Q235235MPa201GPa0.267.8×10−61.2主梁的受力分析（1）计算主梁结构时，需要考虑所吊重物在下降或起升离地制动产生震动时对整体桥架的影响，考虑到自重产生的载荷用一个起重机自重PG1与起升冲击系数1来表示，以均布载荷的形式由式3-1计算而得。 Fq=φ式中PG1=57t×9.8N/kg=558600N，L=28.5m，b=1.5m，其中L为主梁长度，b为两条主梁总宽度。鉴于桥式起重机整体的工作级别要求较高，为了保证桥式起重机在正常工况下的计算结果的安全可靠性，由GB／T5905—2011《起重机试验规范和程序》取起升冲击系数11.1。诸如载体，平台扶手栏杆和上述主梁上的电气系统的重量的主梁被认为是在两个主梁中均匀地分布。因此，50t桥式起重机的自重均布载荷计算Fq为0.01307MPa。REF_Ref69655461\r\h[1]（2）小车的总轮压是小车的自重GX1和吊额定重量PQ1所确定。当快速提升时，起升动载荷中重物会产生的一个与起吊载荷方向相同的力的作用，为此可以用起升动载系数2与起吊载荷来进行表示。大车轨道面铺设的平整度，接头处的高低差或者间隙都会对起吊重物和小车自重产生冲击，由GB／T5905—2011《起重机试验规范和程序》取运行冲击系数4来表示。此外还需要考虑小车轮压的不均匀分布，单根主梁上承受两个小车车轮的轮压，由式3-2可以得到计算轮压Pd。 Pd=式中PQ1=50t×9.8N/kg=490000N，GX1=1800kg×9.8N/kg=17640N，由GB／T5905—2011《起重机试验规范和程序》中取2起升动载系数,2与起升的状态级别有关。本课题涉及的起升机构的起升状态级别为HC2，取2=1.11。4为运行冲击系数，对于本课题的桥式起重机大车行走的速度、轨道接头处高低差等都应该用该系数表示出来，取41.14。因此50t桥式起重机的计算轮压Pd282kN。REF_Ref69655461\r\h[1]（3）起重机在工作时还要受到端梁对其支撑力，由于起重机工作时较为平缓，且受载较为均匀，故考虑其支撑力载荷Fz由式3-3得出 Fz=0.3×式中PG1=558600N,b=1.5m,l=0.45m,其中l为端梁宽度，从而得出桥式起重机端梁和主梁接触部分的支撑力Fz=0.7448Mpa（4）起重机突然起制动或者速度突然变化会对桥架产生的动力作用，该作用力为水平惯性力。因为本课题所研究的起重机的速度不大，而且为大车行走机构为变频调速的方式，在起制动时速度变化比较平稳。所以水平惯性力的作用可以用一个系数0.1来表示，主梁所受到的水平惯性力主要由两部分组成，一部分是由桥架自身的重量产生的水平惯性力qsp，另一部分是由小车及吊重产生的水平惯性力Psp。REF_Ref69655461\r\h[1]主梁承受的桥架自重产生的水平惯性力可以近似的看作均匀分布在桥架主梁上，单根主梁承载的桥架自重产生的水平惯性力按式3-3计算。 qp=0.1得到单根主梁承受桥架自重产生的水平惯性力为qp=0.001307MPa。小车自重GX1及吊重PQ1作用在小车轨道上的轮压，在起重机突然制动或启动时对桥架产生的水平惯性力。该作用力可以视为作用在小车轮子与轨道接触点、接触面上的集中载荷。单根主梁承载的由小车和吊重产生的水平惯性力按式3-4计算。REF_Ref69655461\r\h[1] Ps=0.1×得出单根主梁承载的由小车和吊重产生的水平惯性力Ps=28200N。分析主梁的受力考虑最大受力，找出危险截面进行分析。一般考虑三种工况：第一种工况：小车负载在跨中时，即主梁作为简支梁，受到的最大弯矩是小车在主梁跨中吊载额定载荷情况下小车突然起制动，受小车自重及额定载荷在跨中作用的集中力以及桥架等重量产生的均布载荷。此种工况下的危险截面位于小车内侧车轮作用点处的主梁截面上。其尺寸与主梁跨中截面相同，所示，为了方便将该危险截面也称为主梁跨中截面。第二种工况：小车在主梁端部的极限位置时，即小车在吊额定载荷大车行走机构突然起制动，此时在主梁端部出现最大应力。此种工况下危险截面是主梁端部的截面。第三种工况：当小车在主梁端面和跨中截面之间的位置，小车突然起制动，此时应综合考虑梁的受力情况，在此情况下，左右两侧受力不均故载荷集度相差较大，所以在此工况下危险截面一搬在以中间端面为中心划分的与小车作用的截面相对称的另一侧截面。1.3小车车架受力分析小车车架下表面主要承受滑轮绳索支架以及电动葫芦的重量GD=500kg,另外还有起升机构的额定载重GE=50000kg，侧面端梁底面承受着主梁对小车车架的约束和支撑力F2，另外，小车车架上翼板表面还承受电机重量GM=115kg，减速器箱组GJ=630kg，以及卷筒GT=230kg，因GB／T5905—2011《起重机试验规范和程序》要求起重机静载试验载荷为1．25倍的最大起重量(桥式起重机)，所以这里起升机构的施加的载荷为62500kg。不考虑小车车架与大车车架间的相对移动，将其左右侧面以及上侧面均设置为固定约束。经简化计算，小车车架下表面总体由式3-5、3-6所示。REF_Ref69656549\r\h[4] F1= F2=Pjs/cn上表面所受载荷由式3-7、3-8、3-9所示 F3= F4= F5=上式中小车车架侧梁端面宽度c=200mm，长度m=3500mm，运行冲击系数φ5=1.04。求解得上