橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計【10t雙梁（吊鉤）橋式起重機】

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雙梁橋式起重機尤其適合室內(nèi)重物的起升和搬運，所以廣泛被工廠所采用。橋架結(jié)構(gòu)的設計好與壞對起重機的性價比（性能與價格的比）提高有很重要的意義。長期以來，機械設計工作者沿用類比的設計方法。這種設計過程可概括為“設計—分析—再設計”的過程。即首先根據(jù)設計任務及要求進行調(diào)查研究和收集有關資料，參照相同或類似任務現(xiàn)有的、已經(jīng)完成的較為成熟的設計方案。憑借設計者的經(jīng)驗輔以必要的分析計算。確定一個合適的設計方案，并通過估算初步確定有關參數(shù)，然后對初定方案進行必要的分析及校核計算；如果某些設計要求得不到滿足。則可進行設計方案的修改。設計參數(shù)的調(diào)整，并再次的進行分析計算。如此多次反復，直到獲得滿意的設計方案為止。此方法不僅需要花費較多的時間，增加設計周期，而且只限于在少數(shù)方案中進行分析比較。 隨著電子計算機技術的發(fā)展和應用，以線性規(guī)劃與非線性規(guī)劃為主要內(nèi)容的新的數(shù)學規(guī)劃應用于工程設計問題。雙梁橋式起重機橋架設計應用該優(yōu)化方法，將迅速得到一對相對很合理的截面參數(shù)。這不僅降低了設計者的工作強度，而且與提高了設計方案的可行性。使得起重機金屬結(jié)構(gòu)的合理設計，對減輕起重機自重，提高起重性能，節(jié)約鋼材，提高起重機的可靠性都有重要意義。 2.2 起重機發(fā)展趨勢 對工程起重機，特別是大功率的工程起重機的需要量日以增加。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，各種新技術、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝在工程起重機上得到廣泛的應用。所有這些因素都有里地促進了工程起重機的發(fā)展。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有工程起重機產(chǎn)品和技術資料的分析，近年來工程起重機的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面： （1）廣泛采用液壓技術 液壓傳動具有體積小、重量輕、機構(gòu)緊湊、能無級調(diào)速、操縱簡便、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和工作安全的優(yōu)點。 （2）通用型起重機以中小型為主，專用起重機向大型大功率發(fā)展 為了提高建設工程的裝卸和安裝作業(yè)的機械化程度，工程起重機的發(fā)展，仍然是以輕便靈活的中小型起重機為主。 （3）重視“三化”，逐步過渡采用國際標準 三化是指：標準化、系列化、通用化 （4）發(fā)展一機多用產(chǎn)品 為了充分發(fā)揮工程起重機的作用，擴大其使用范圍，有的國家在設計起重機是重視了 產(chǎn)品的多用性。 （5）采用新技術、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝 為了減輕起重機的自重，提高起重機的性能，保證起重機可靠地工作，現(xiàn)在都多采用新技術、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝。 第2章 起重機總體方案設計 2.1 起重機參數(shù)確定 （1）室內(nèi)工作 （2）額定起重量：Q = 10 噸 （3）起升高度：H = 12 米 （4）起升速度：v升= 8 米/分 （5）小車運行速度：v小= 40米/分 （6）大車運行速度：v大= 90米/分 選跨度L = 16.5米，機構(gòu)工作類別 — 中級（JC = 25%） 2.2 起重機總體方案 對于起重量為10噸的橋式起重機，可以設計成電動單梁葫蘆式，即橋式起重機采用單主梁結(jié)構(gòu)，在主梁的下端焊接有工字鋼來作為電動葫蘆的運行軌道，起吊貨物直接通過電動葫蘆完成；還可以采用雙梁小車式方案，即采用雙主梁結(jié)構(gòu)，小車運行于安裝在主梁上的軌道上，起吊貨物由小車起升機構(gòu)來完成。 對這兩種方案都是可行的，同時也是現(xiàn)在比較通用的兩個設計方案，經(jīng)過認真比較，決定采用雙梁小車式。首先，雖然現(xiàn)在起重量為10噸的電動葫蘆已經(jīng)大量生產(chǎn)，但還沒有實行標準化和系列化，設計資料相對殘缺和稀少；而運行小車式橋式起重機設計資料相對多一點，有利于進一步的設計和優(yōu)化。其次，這次設計的起重機選用跨度為16.5米，如果采用單梁電動葫蘆式，勢必使主梁結(jié)構(gòu)龐大，由于主梁大都采用箱形焊接結(jié)構(gòu)，尺寸增大就會增加焊接難度，且增大焊接變形。再次，采用雙梁小車式，設計制造安裝方便，設備維護和維修簡單。 雙梁橋式起重機傳動系統(tǒng)的設計，主要包括起升機構(gòu)傳動系統(tǒng)的設計、小車運行機構(gòu)設計及大車運行驅(qū)動機構(gòu)設計。主要采用電力驅(qū)動，通過聯(lián)軸器和減速器再把動力傳遞到工作機構(gòu)，對于這種傳遞系統(tǒng)，由于電動機、聯(lián)軸器及減速器均以標準化，因而可以選用標準件而簡化設計。 2.3 橋架主體結(jié)構(gòu)方案 （1）主梁采用正軌箱形結(jié)構(gòu)（如圖1 a） a — 正軌箱形梁；b — 偏軌箱形梁；c — 半偏軌箱形梁 圖1 正軌箱形結(jié)構(gòu)圖 （2）橋架為焊接結(jié)構(gòu)（如圖2） 圖2 箱形梁焊接圖 第3章 起重機主體結(jié)構(gòu)設計 3.1 起重機鋼結(jié)構(gòu)載荷情況 作用在起重機上的外載荷有：起升載荷、自重載荷、動載荷和風載荷等。 （1）起升載荷 起升載荷就是由起升機構(gòu)吊起的貨物和取物裝置以及其它隨同升降的裝置重量之總合。對起升高度很大的鋼絲繩起升機構(gòu)，起升載荷應包括掛著的鋼絲繩重量。 （2）自重載荷 起重機本身重量包括機械部分、金屬結(jié)構(gòu)及電氣設備等的重量。如果起重機上裝有運輸機，則應考慮運輸機及其上的貨物的重量。自重在設計前一般是未知的，可參考同類型參數(shù)接近的起重機的自重做初步選定。有些手冊上列有各類起重機依照起重量或載重力矩而定的自重表可供參考。自重的分配根據(jù)結(jié)構(gòu)情況而定。機械及電氣設備一般可看作是集中載荷，箱形結(jié)構(gòu)和連續(xù)運輸機上的貨物可看作是連續(xù)分布的。 （3）動載荷 動載荷是由運動速度改變而引起的質(zhì)量力，即慣性力。在啟動與制動期間，剛體做平移運動時，它的質(zhì)量產(chǎn)生加速或減速慣性力。 （4）風載荷 由于本設計是屬于室內(nèi)工作，故不存在風載荷。 3.2 橋架金屬結(jié)構(gòu)計算 所計算是起重機橋架由兩根用鋼板焊接是箱形主梁組成，主梁固定在裝有大車輪的端梁上。此外，裝有大車運行機構(gòu)的輔助橫梁和縱梁也固定在橋架上。橋架上設有欄桿和走臺在端梁頭部裝有緩沖器。 橋架跨度L = 16.5米 初定起重機輪距B = 4.5米 初定小車軌距K小車=2米 初定小車輪距b= 1.6米 橋架為正軌箱形焊接結(jié)構(gòu)。 橋架材料選用Q215鋼（GB700-88） 3.2.1 主梁計算載荷 假定小車車輪輪壓相等，則起重機在額定載荷下每一個車輪到軌道上的移動載荷為： P = K + = 1.2 + = 4200公斤 式中 K動— 動力系數(shù)，考慮貨物提升或下降時的慣性力，K動= 1.1 ；1.2 ；1.3 — 相應于輕級、中級和重級工作類型，本設計采用中級工作類型。 假定大車運行機構(gòu)的重量均勻地作用在一根梁上，則雙梁橋架半邊的重量和運行機構(gòu)自重所產(chǎn)生的均布載荷為： q = 公斤/米 式中 — 半邊焊接箱形雙梁橋架自重（不包括端梁）， 近似為 = 5000 公斤（如圖3） ； — 大車運行機構(gòu)重量，近似為 = 2200公斤； — 考慮起重機運行時振動的系數(shù)； 當v時， = 1.0； 當1.5米/秒 v 時， = 1.1； 當3米/秒 v 時， = 1.2。 圖3 雙梁橋架焊接箱形重量曲線圖 司機室和電氣設備重量產(chǎn)生的集中載荷為： p= G= 1.12000 = 2200公斤 式中 G司— 司機室和電氣設備的重量，G司= 2000公斤 集中驅(qū)動的大車運行機構(gòu)裝在與主梁相連的懸臂橫梁上，其扭矩為： M = e= 2200 0.75 = 1650 公斤米 式中 e— 為大車運行機構(gòu)重心至主梁截面中心的水平距離。 根據(jù)計算經(jīng)驗，當起動和制動時起重機的加速度為0.25米/秒和0.5米/秒，而當猛烈起動或制動時，假定加速度增加一倍，即0.5米/秒和1.0米/秒。根據(jù)車輪和軌道的粘著條件，最大加速度為： 0.98米/秒 因此，猛烈制動時= 0.98米/秒。橋架猛烈制動時在水平面內(nèi)引起的橫向均布慣性載荷為： 公斤/米 猛烈制動時，由司機室重量在水平面內(nèi)引起的橫向集中慣性載荷為： 200公斤 猛烈制動時，小車自重和吊重在水平面內(nèi)引起的橫向集中慣性載荷為： 740公斤 根據(jù)計算經(jīng)驗，起動和制動時，小車的加、減速度為0.1米/秒和0.25米/秒，當猛烈起動和制動時，小車的加速度可為0.2米/秒和0.5米/秒。根據(jù)車輪和軌道的粘著條件加速度值可達0.98米/秒。因此，小車猛烈制動時a制max= 0.5米/秒。當負載小車猛烈制動時，在水平面內(nèi)的縱向集中慣性載荷為： 378公斤 3.2.2 主梁截面尺寸的選擇 橋架中部箱形主梁的高度： H =（）L =（）16500 =1030 ~ 825毫米 取H = 900 毫米 支承處的梁高為： H=（0.6 ~ 0.7）H =（0.6 ~ 0.7） = 540 ~ 630毫米 取H = 600 毫米 變截面傾斜長度： L=（0.1 ~ 0.2）L =（0.1 ~ 0.2） = 1650 ~ 3300毫米 取L= 2000毫米 上、下翼緣板寬度： B =（0.5 ~ 0.33）H =（0.5 ~ 0.33） = 450 ~ 297毫米 此外，翼緣寬度應滿足條件： B 毫米 取B = 350毫米 初算時取腹板厚度毫米，而上、下翼緣板厚度毫米（圖4） a — 跨中；b — 支承附近 圖4 橋架主梁橫截面 第4章 主體結(jié)構(gòu)各承載部分的計算與校核 4.1 主梁主要截面計算 上、下翼緣的截面積： F = 2厘米 腹板的截面積 F = 2厘米 截面總面積： F = F + F = 56 + 106 = 162厘米 對x — x軸的截面慣性矩： 翼緣： I = 111400厘米 腹板： I= 厘米 截面總慣性矩： I II= 111400 + 68080 = 180480厘米 對x — x軸的截面模數(shù)： W = 厘米 對y — y軸的截面慣性矩 翼緣： I= 厘米 腹板： I = 26483厘米 截面總慣性矩： I II= 5717 + 26483 = 32200厘米 對y — y軸的截面模數(shù)： W = 厘米 4.2 主梁支承附近截面的計算 上、下翼緣的截面積： F = 56厘米 腹板的面積 ： F = 2 厘米 截面總面積： F = F+ F = 56 + 70 = 162厘米 對x — x軸的截面慣性矩： 翼緣： I = 49068厘米 腹板： I= 厘米 截面總慣性矩： I II= 49068 + 19918 = 68986厘米 對x — x軸的截面模數(shù)： W = 厘米 對y — y軸的截面慣性矩： 翼緣： I= 厘米 腹板： I = 17496厘米 截面總慣性矩： I II= 5717 + 17496 = 23213厘米 對y — y軸的截面模數(shù)： W = 厘米 按額定載荷時橋架和小車同時猛烈制動的最不利載荷情況計算主梁。此外，也考慮由大車運行機構(gòu)和司機室重量對梁引起的載荷。 對主梁0 — 0軸（如圖5）的扭矩 圖5 扭矩計算圖 M = 33490公斤厘米 當改變力和的方向時，對主梁0 — 0軸的扭矩為： = -490公斤厘米 取最大值（= 33490公斤厘米）作為扭矩計算值。求由固定載荷和移動載荷在垂直和水平內(nèi)產(chǎn)生的主梁最大彎矩。當跨度中心至載荷p的距離與跨度中心至合力R的距離相等時，即主梁跨中至載荷p之間的距離為時，兩個移動載荷在左邊車輪下面的梁截面內(nèi)產(chǎn)生最大彎矩。 在垂直面內(nèi)主梁的支承反力： 由固定載荷的作用（如圖6a） 圖6 主梁計算圖 a和b — 分別為由固定載荷和移動載荷在垂直面內(nèi)的作用； c和b — 分別為有固定載荷和移動載荷的慣性力在水平面內(nèi)的作用； e — 由于扭矩的作用。 由活動載荷的作用（如圖6b） = 2.25米 ， b = 1.6米 彎矩值： = 3996 = 31369公斤米 = 5860 = 18892公斤米 由垂直載荷在截面1— 1引起的最大彎矩： 公斤米 在水平面內(nèi)主梁的支承反力 （圖6c、d）： 公斤 公斤 公斤 公斤 彎矩值： = 352 = 2763公斤米 = 536 = 1732公斤米