3461 雙梁A型門式起重機結構設計

3461 雙梁A型門式起重機結構設計,雙梁,型門式,起重機,結構設計 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）1摘要進入 21 世紀以來，我國的鐵路、造船工業(yè)進入了快速發(fā)展的軌道，門式起重機因其在露天作業(yè)環(huán)境中有其它類型起重機無法替代的優(yōu)勢，因此對其進行研究、創(chuàng)新，使其結構更合理，使用更方便，具有重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實意義。本設計以雙梁 A 型門式起重機結構設計為設計目標，內容包括主梁、支腿、馬鞍、上下橫梁等結構的設計。首先采用許用應力法及計算機輔助設計方法和第四強度理論對主梁結構進行載荷計算，然后對其強度、穩(wěn)定性、剛度進行校核，最后進行螺栓連接的計算。如不符合，重復所做步驟。其設計很好的體現(xiàn)了結構力學、材料力學在金屬結構件和起重機運輸中的重要運用。關鍵詞：門式起重機；金屬結構；載荷計算；雙梁 .河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）1AbstractIn the 21st century, China's railways, shipbuilding industry has entered a rapid development track, gantry crane in its operating environment in the open air there are other types of cranes can not be replaced advantage, so its research, innovation, its structure is more reasonable , More convenient, has important strategic and practical significance.The design-A double beam gantry crane design goals for the design, including the main beam, legs, saddle, upper and lower beams and other structures. Focus on part of the structure of the load and load combinations, the final calculation of the bolt connection. Good indication of the design of structural mechanics, mechanics of materials in the metal structure and the importance of transport used cranes.Key words：Gantrycranes; metalstructure; loadcalculation; doublebeam .河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）2目錄第一章 前言 ...................................................11.1 結構簡介 ................................................11.2 發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................11.3 研究 目的和意義 ..........................................2第二章 總體設計 ...............................................42.1 總體設計 ................................................42.1.1 材料選擇 ............................................42.1.2 總體結構設計 ........................................42.1.3 設計參數(shù) .............................................52.2 部件截面形狀的確定 ......................................62.3 截面慣性矩驗算 .........................................11第三章 主梁計算 ..............................................123.1 載荷及內力計算 .........................................123.1.1 載荷計算 ...........................................123.1.2 內力計算 ............................................173.2 主梁的強度 .............................................243.2.1 主梁彎曲應力驗算 ....................................243.2.2 主梁支撐處的剪力 ...................................283.2.3 主梁疲勞強度 .......................................293.3 主梁的穩(wěn)定性 ...........................................303.4 主梁剛度設計計算 .......................................353.4.1 主梁跨中一簡支剛架靜剛度計算 .......................353.4.2 小車懸臂一簡支剛架靜剛度計算 .......................363.4.3 主梁水平靜剛度計算 .................................363.4.4 懸臂的水平靜剛度 ...................................373.4.5 主梁動剛度 ..........................................37第四章 支腿平面內剛架的設計 ..................................404.1 鋼架的三次超靜定結構 ...................................404.2 馬鞍橫梁跨中截面內力計算 ...............................424.2.1 剛性腿側計算 .......................................424.2.2 結構彎矩計算 .......................................43河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）3第五章 支承架設計及計算 ......................................455.1 支撐架剛度計算 .........................................455.2 支撐架的小車軌頂處位移 .................................515.3 整體穩(wěn)定性計算 .........................................58第六章 螺栓連接強度計算 ......................................606.1 馬鞍的連接強度計算 .....................................606.2 支腿與橫梁的連接計算 ...................................616.3 主梁在跨中的連接計算 ...................................626.4 主梁蓋板的螺栓連接 .....................................62結論 .........................................................64致謝 .........................................................65參考文獻 .....................................................66附錄：外文資料與中文翻譯 .....................................67河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）1第一章 前言1.1 結構簡介門式起重機是橋式起重機的一種變形。在港口主要用于室外的貨場、料場貨、散貨的裝卸作業(yè)。它的金屬結構像門形框架，承載主梁下安裝兩條支腳，可以直接在地面的軌道上行走，主梁兩端可以具有外伸懸臂梁。門式起重機具有場地利用率高、作業(yè)范圍大、適應面廣、通用性強等特點，在港口貨場得到廣泛使用。本次設計的起重機因支腿形狀類似字母 A 又稱 A 型門式起重機，該裝置主要是由雙主梁、兩剛支腿、兩柔支腿以及馬鞍、上下橫梁等結構組成。雙梁 A 型門式起重機一般做成箱型結構，而且常做成雙懸臂的橋架。有時也可做成桁架結構，但是桁架結構存在著制造勞動量大，維修保養(yǎng)不方便等缺點，所以一般設計成箱梁門式起重機。1.2 發(fā)展現(xiàn)狀目前，國內專業(yè)生產大型起重機的廠家很多。其中以中聯(lián)重科、三一重工、撫挖等公司產品系列較全，市場占有率較高。中聯(lián)重科在 2007年 12 月宣布實行品牌統(tǒng)一戰(zhàn)略后?，F(xiàn)已成功開發(fā)了 50t~600t 履帶式起重機產品系列。作為中國起重機行業(yè)的領跑者，徐州重型機械有限公司現(xiàn)在已經形成了以汽車起重機為主導，履帶式起重機和全路面起重機為側翼強勢推進的龐大型譜群。國內最具歷史的履帶式起重機生產企業(yè)撫挖現(xiàn)已擁有 35t~350t 的履帶式起重機產品系列。QUY350 是撫挖 2007 年推出的國產首臺 350t 履帶式起重機，填補了國內 350t 履帶式起重機的產品型譜空白。國外專業(yè)生產大型起重機廠家很多。其中利勃海爾、特雷克斯-德馬格、馬尼托瓦克與神鋼等公司產品系列較全， 市場占有率較高。利勃海爾公司的產品技術先進、工作可靠，其生產的 LR 系列履帶起重河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）2機最大起重量已達 1200t。其桁架臂履帶式起重機系列在 2007 年又喜添新品 LR1600/2，使其產品型譜更加完善。未來的一段時間內，起重機的發(fā)展趨勢包括以下幾個方面：（1）大噸位的自拆裝系統(tǒng)。 （2）便利模塊化和組合化。 （3）混合型起重機1.3 研究目的和意義通過對雙梁 A 型門式起重機的研究和創(chuàng)新設計，能夠讓我很好的掌握結構力學、材料力學在金屬結構件和起重機運輸中的運用。作為畢業(yè)設計的一大課題，在融合貫通機械專業(yè)的同時，更能很好的使自己所學專業(yè)知識全面化、系統(tǒng)化。本次設計的結構較復雜，特別是支腿、馬鞍部分，設計難度較大，計算量也較多。不光是對專業(yè)知識的考察，更體現(xiàn)在自己對待生活和學習的態(tài)度上。通過這一環(huán)節(jié)的訓練，更能很好的提高了以下方面的能力：1、綜合運用所學知識和技能，獨立分析和解決設計問題的能力；2、熟練運用基本技能，包括繪圖、計算機應用、翻譯、查閱文獻等等的能力；實驗研究的能力；撰寫科技論文和技術報告，正確運用國家標準和技術語言闡述理論和技術問題的能力：3、收集加工各種信息的能力，獲取知識的能力；5、多角度的培養(yǎng)我們綜合運用和擴大所學知識面的能力，以提高理論聯(lián)系實際的能力。6、通過依據(jù)數(shù)據(jù)、準確的制圖，培養(yǎng)了我們收集、整理、分析及運用資料的能力 。7、另外它不僅僅局限在機械基礎知識上更涉及了有關材料學、力學等多學科知識，使我們對交叉學科有了一定的涉足，拓寬了我們的知識河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）3面，更激發(fā)了進行本專業(yè)工作、學習的激情與興趣。本設計為 32t 雙梁 A 型門式起重機結構設計，根據(jù)給出的設計參數(shù)，設計出符合要求滿足使用性能的起重機結構，并對設計出來的結構進行校核計算。所用到的研究方法主要有經驗總結法、比較研究法、文獻資料法等。借鑒前人對起重機結構設計的成熟經驗，結合目前雙梁 A 型門式起重機所存在的缺點和不足，進行起重機的創(chuàng)新性結構設計。通過翻閱相關文獻書籍對涉及到的雙主梁、兩剛支腿、兩柔支腿以及馬鞍、上下橫梁等結構進行計算，特別是載荷計算及載荷組合，螺栓的連接計算。比 較 研 究 法 可 以 理 解 為 是 根 據(jù) 一 定 的 標 準 ， 對 兩 個 或 兩 個 以 上 有 聯(lián) 系的 事 物 進 行 考 察 ， 尋 找 其 異 同 ， 探 求 普 遍 規(guī) 律 與 特 殊 規(guī) 律 的 方 法 。具 體 要 求 如 下 ：a、設計中要注意的問題是結構較復雜，特別是支腿、馬鞍部分，設計難度較大，計算量較多。 b、通過本次設計，熟練掌握結構力學、材料力學在金屬結構件和起重機運輸中的運用。c、完成校院要求的工作量和畢業(yè)設計論文的撰寫。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）4第二章 總體設計2.1 總體設計2.1.1 材料選擇在選擇起重機材料時一般應考慮以下幾個方面：1.經濟性：性能與材料價格成正比;2.設計要求：對于有重量限制的，可以選用強度等級好一些的材料;3.作業(yè)環(huán)境要求：對于有低溫操作要求的產品，必須考慮材料的低溫沖擊性能，也就是 A/B/C/D/E 等;4.制造能力：如果對于高強度板的焊接能力達不到，就不能選用。參閱大連起重機廠編的《起重機設計手冊》 ，起重機金屬結構主要受力構件應采用平爐或轉爐的碳素鋼和普通合金鋼，但端梁一般采用Q235B 的鋼材或者型材。2.1.2 總體結構設計依據(jù)原始資料及查閱《起重機課程設計手冊》現(xiàn)列出門架的結構簡圖及其主要尺寸如圖 2-1，2-2 和表 1-1 .圖 2-1 門架結構簡圖河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）5圖 2-2 門架結構簡圖具體尺寸如表 1-1：表 1-1A1 5.2m A2 4.2mA3 11.16m A4 1mA5 8m A6 1.4mL1 10m B2 1.89mB3 11.32m2.1.3 設計參數(shù)①總體參數(shù)起重量：Q=32t 跨度：S=26m工作級別 A6 起升高度：11m起升速度： 工作風壓;q=250Pamin/3.9?起V②大車參數(shù)大車運行速度：V=37.8m/min 大車輪距（基距）：B=8.5m懸臂全長： 有效懸臂長度：L21 mS61?河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）6整機總重： (估)馬鞍自重：106.8t?AGtGm36.?操縱室重： 電器集中質量：kgc5kgdq750梯子等重： 單支腿自重：ct24tt.③小車參數(shù)小車自重： 小車軌：P38tGxc3.1?小車輪距：b=2.7m 小車軌距：K=2.5m小車軌面到小車最高點的高度：1.6m2.2 部件截面形狀的確定雙 梁 門 式 起 重 機 承 載 能 力 強 ， 跨 度 大 、 整 體 穩(wěn) 定 性 好 ， 品 種 多 ，但 自 身 質 量 與 相 同 起 重 量 的 單 主 梁 門 式 起 重 機 相 比 要 大 些 ， 造 價 也 較高 。 根 據(jù) 主 梁 結 構 不 同 ， 又 可 分 為 箱 形 梁 和 桁 架 兩 種 形 式 。 但 考 慮到 制造勞動量大，維修保養(yǎng)不方便等缺點，目 前 一 般 多 采 用 箱 形 結 構 。1.主 梁 截 面1） 如 圖 2-3 所 示 主 梁 截 面 的 形 狀 及 尺 寸 。由已知條件和經驗值可知主梁截面的主要結構尺寸及重要參數(shù)如下 ：高度： 取腹板高度：0Hm?120hm?翼緣板厚度; 取主腹板厚度： ，1??8?副腹板厚度： 62河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）7圖 2-3 主梁截面圖2）主梁尺寸計算主梁高度如下： mhH12012001 ?????主梁寬度： mm)6~48()5.~4(?b主腹板外側間距： mL30~60603?側且 ，取 b=614mm,上下翼緣板各不相同，分別120473bm??為 及 .取懸臂部分的橫斷面完全等同于中間主梁的橫斷面，675?6選擇偏軌箱型形式，采用偏軌省去了中軌支撐軌道而設置橫向加勁板，從而也省去了大量的焊縫，減少制造過程變形為了能在主腹板上設置軌道和壓板須使上翼緣板的懸伸寬度加大因而增加了保證懸臂部分局部穩(wěn)定性而設置的三角肋。3）截面慣性矩驗算面積： ? ?22106547381206308Am??????河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）822614074980.749Amm???型心坐標： 61328.3Xc???735104Yc慣性矩:94.826Ixmy??2.馬鞍截面 如圖 2-4 馬鞍截 面 的 形 狀 及 尺 寸圖 2-4 馬鞍的截面形狀面積： 22(3842608)163840.164Amm?????質量： HgFmaq N7.93慣性矩： 342.10IX???4.5IY?3.支腿截面 如圖 2-5、2-6 所示支腿截 面 的 形 狀 及 尺 寸支腿上端的截面在門架平面內的慣性矩：河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）911323.60.160.20.22IX? ???????? ?? ? 40.1m?支腿下端的截面在門架平面內的慣性矩：， 34.91Imx? 48.5yIm??圖 2-5 支腿上端的截面形狀圖 2-6 支腿下端的截面形狀4. 端梁截面 如圖 2-7 所示端梁截 面 的 形 狀 及 尺 寸河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）10由于端梁一般是偏于安全的,參閱《起重機課程設計》選取截面截面如圖 2-7圖 2-7 端梁截面形狀5.下橫梁截面 如圖 2-8 所示下橫梁截 面 的 形 狀 及 尺 寸 圖 2-8 下橫梁的截面形狀下橫梁面積: 22(28068)40.4Amm?????型心坐標： ， XCY慣性矩： ， 34.91Ix?4.15yI?河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）112.3 截面慣性矩驗算因主梁為關鍵性部件，在起重機使用過程中承載主要載荷，現(xiàn)對主梁的慣性矩進行初步驗算小車集中載荷： 1323109.841079210673mQptGxNjPN?????????????主滿載小車位于主梁跨中產生的垂直靜撓度為： ??mLYEIpYX5.28048131 ???2m31026a91026 2NPEI???? ??取 查 取 ，材 料 力 學 》 教 程 表材 料 的 彈 性 模 量 ， 由 《主 梁 的 抗 彎 剛 度 冊度 ） ， 見 起 重 機 設 計 手主 梁 的 許 用 靜 位 移 （ 撓1.17 mm?????13485.48)(1 YEpLIX ?904當滿載小車位于懸臂端極限位置產生的垂直撓度為： ??mlEIlLPYX 4.735063)(222???2.32?????1.60)26()(1)( 3322lpIX 10?4m主梁截面許用慣性矩: 滿足要求??4907.I?河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）12第三章 主梁計算3.1 載荷及內力計算3.1.1 載荷計算（1）固定載荷主梁自重載荷： m2843.910' NLmgFq???小車軌道重量： 3.69/1/g欄桿及導電架質量： 09.80/FmgNmL???主梁的均布載荷： (28431)/'4205/FqgN???（2）移動載荷首先假定小車的重量中心與起升載荷的重量中心均集中在小車的中心。起升載荷： ()(3201)9.83270PmgNQ??????小車自重載荷： .4Gx滿載小車靜輪壓有前面已知： 108792Pj空載小車靜輪壓： .1473029''41mgGxNj??????217438pN??河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）13(3)動力效應系數(shù)起升沖擊系數(shù)： 1.??起升動載系數(shù)： 43.1876.0212min ?????qV?運行沖擊系數(shù)： .0585.584hy?(4)慣性載荷按車輪打滑條件確定大小車運行的慣性力一根主梁上的小車慣性力： 1087921532PNxg????大車運行起制動慣性力（一根主梁上）為：均布慣性力主梁： 405/41/271FqmH?小車集中慣性力： 3872PN???(5)風載荷作用于貨物的風載荷： NAqCkFihW 125601.1 ????非工作狀態(tài)風載荷： i .47867.3 ??作用于主梁上的風載荷:小車： 11.71250hiPCkqAN???主梁: NKn 3645)125.6(2 ?????(6)扭轉載荷偏軌箱型梁由 和 的偏心作用而產生移動扭矩如圖 3-1 所示。偏軌p?H箱型梁彎心 A 在梁截面的形心軸上（不考慮翼緣外伸部分）彎心至主腹板中心的距離為：河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）14686212()(14)2018eb m??????????軌高： 34hmg1' (2034)72H???移動扭矩： 8.26534TPeNmp?:'187.h（7）慣性載荷下橫梁產生的慣性力，下橫梁面的截面，由大車輪直徑 D=900m 選定下橫梁截面尺寸，下橫梁面積: 22(28068)40.4Amm?????形心坐標： XCY?圖 3-1 下橫梁截面形狀及尺寸下橫梁面積: 22(28068)40.4Amm?????形心坐標： XCYC河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）15慣性矩： 342.9160Imx???48.150yIm???則下橫梁產生的自重載荷為： .7.29./FkAgNXhL?73.8/下橫梁產生的慣性力為： NLFPXhH 14.592106???馬鞍的截面（在門架平面內）產生的慣性力： 面積： 2(3842608)6384.6Amm????質量： 1.75.19./15/Fkgqma??慣性矩： 34.IX?4.510IY???慣性力： ??152.631820FLqaPNHm????支腿上截面產生的慣性力：慣性矩： 1323.60.16.20.122IX? ??????? ?? ?4.m?支腿下截面產生的慣性力：慣性矩： 342.9160Ix??48.5yI??取支腿從下截面開始的 0.7H 處作為計算截面如圖 3-2 所示。平均面積： 16020821.Am???平均實體面積： 160????????????????河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）1622360.36m?圖 3-2 下支腿 0.7H 處截面形狀及尺寸慣性矩： IX?3440.72.10m??1Iy339?支腿自重載荷為： .2785.69.8/3102/2FkAgNmq????(8)偏斜側向力一根主梁的重量： LPqG104)(43' ??一組大車運行機構的重量： 29.876mgNj??司機室及設備的重量（按合力計）： 0.190PNGs?一根端梁的重量： 2843.5718PFLdq???滿載小車在主梁跨中時，左側下橫梁總靜輪壓 PR1如下 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）1711 2()2(1)237047631025(4.5)193.8109()479dPpPPpRQGztmaXhLdGLx sN??????????由 ，查得.620?BL.75??側向力： 14029.13524PNSR??滿載小車在主梁與支腿相接處 ??NLdPPSX GdLXhmaZtGQR7.6319826310 48.1973542102742 2?????????? ??????????????側向力： 897540.17603PNSR????3.1.2 內力計算（1）垂直平面內的應力計算主梁內力時，將門架當作平面靜定結構分析,由主梁自重均布載荷引起的力有：支反力： NLFVqBA 5.8620)1426(405)12( ??????剪力： NQRCLD .37)4qR 605????河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）18跨中彎矩： mNlLFMqL 13876502.)426(05)4(242 ???????跨端彎矩： .2lCD?:圖 3-3 內力模型圖考慮移動載荷引起的主梁內力，取小車輪壓 分別1087921?jjp計算小車位于跨中和懸臂端時的主梁內力。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）191）小車位于跨中，受力如圖 3-4 所示。圖 3-4 小車受力圖跨中的剪力為：119843????????)265.1(2743815.)21(LKPFP? mN跨中的內扭矩： ????.34804TTnH????:mN367最大彎矩作用位置：24.75????????)2617438(5.098221LpPkXjjjj mN河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）20求得支反力為: NLKXPLVjjA 5.1246).8(21079210879)(21 ????????pPAjjB 35.4)(21 ???剪力為： ， NVQD5.41VQBC922）小車位于懸臂端，如圖 3-5 所示。圖 3-5 小車受力圖支持反力 VA計算如下： NLklPLljj 25.71626)5.( 108792610879)(''21???? ?????河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）21NLklPlVjjB 5.397246.108792610879''21 ???????剪力： NVQBRDLC5.34D 7.1.576.394?彎矩： ??NklplPMjj 5.123648)5.6(6089)(''21 ?????NLVB 5.145.39742 ???滿載小車處于主梁的左端時，如圖 3-6 所示。圖 3-6 滿載小車受力圖 跨端剪力為： NLKPFPC 3.27586.2174385.4 ????????跨端內扭矩： (0)1T mnH??:= mN.328當小車制動時，慣性力順主梁方向引起的主梁內力，如圖 3-7 所示支反力： NLhPVgXBA 8.657021???河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）22剪力： NVQBADC8.6570??13HPAXg圖 3-7 主梁受力示意圖 跨中彎矩： 1153.6832MPhNmLXg???:支座處彎矩： .172D（2）水平面內的應力在主梁水平面內，如圖 3-8 所示當大車制動時由于慣性力和風載荷引起的主梁內力（其中由主梁自重引起的慣性力 和小車自重引起的FH已計算過）：PH河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）23圖 3-8 主梁內力簡圖是將風載荷 均布在主梁上2q2p（順大車軌道方向的風載荷）NmlL1.428619????小車在跨中： 2()(5).52MFqlDH????14583N?: mNPplLqHWHL 23679)1085.67430(4162)4156(2 )22 ??????? ?????????????小車在懸臂端： ???214LMFqlpPDHH?? N5.173426)085374()4561(2 ???????212LqlPLw???????75.93426)0874537(64)156(2 ????????????現(xiàn)分別將主梁在水平面和垂直面產生的彎矩列表如表 3-1，3-2。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）24表 3-1 主梁在水平面內的彎矩（N/m）小車的位置 DML2M小車在跨中 -14853 236792小車在懸臂 -173734.5 9534.75表 3-2 主梁在垂直平面內的彎矩（N/m）產生彎矩的外力主梁均布質量 q 下 移動載荷 P 下小車的位置 DML2DML2小車在跨中 -73648 1387650 0 981162小車在懸臂 1235648 -516418.5 -706674 -353337產生彎矩的外力小車在制動下 外力合成下小車的位置 DL2DL2小車在跨中 173326 86663 99768 1191386小心在懸臂 173326 86663 -606996 -1431133.2 主梁的強度3.2.1 主梁彎曲應力驗算由表 3-1，3-2 可知，在水平和垂直平面內，小車位于跨中和懸臂支撐處時產生的彎矩最大，現(xiàn)分別驗算跨中和懸臂支撐兩個位置處主梁的彎曲應力。由公式求得跨中彎曲應力：河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）251221. .SSMMyxLLzWIIxyx?????????????????33938654108547.10.2( )0.726????14. ..3sMPMPaan??????懸臂支撐處彎曲應力 ：C3360954107928101.21.58.7.6SDCWxy???? ?????? ???????? ?????65.7.MPPaa??主腹板上邊緣點至軌頂距離為： 0hyg???134m?主腹板邊的局部壓應力為： 41.5807946.(24)20Pj MPmahy??????????????在水平面內，主梁還受偏斜運行時的水平側向載荷作用，由側向力對雙梁產生的水平彎矩如下： 0FSBDW?水平剛架計算模型為如圖 3-8 所示。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）26圖 3-8 水平剛架計算模型圖'2(50278)3051Kkxm????'31b????'9297022aB??小車在跨中，剛架的計算系數(shù)為： 1.106.3158312' ??????LIkrs小車在跨中，偏斜側向力為: 24PNS超前力為： LBPSW8.1965011 ???下橫梁中點的軸力為： 76212NPNd?下橫梁中點的水平剪切力為： 112.97352410'205aFP NdSkrs??????????????????主梁跨中的水平彎矩為:河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）27=11dSsNFPM??? mN45268152.1970.2354?????主梁軸力為： (4)9FNs?小車在跨端時側向力： 2PS超前力： LBpsw713569540022 ???下橫梁中點的軸力： 268NPNdW?下橫梁中點的水平剪力： 112.97542701503'2354aFPdSkrs??????????????????主梁跨端的水平彎矩： (54270.91.28)142302MabNmCSd???::主梁跨端的水平剪力： 217352wFPNNSd???垂直彎矩產生的應力為： 139386541029.07.MyLMPaIx?????水平彎矩產生的應力： 312854028.02.6DaIy???慣性載荷與側向力對主梁產生的軸向力較小且作用方向相反，應力很小，河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）28可忽略不計。因而有主梁上翼緣的靜矩： 1133075940480022SBy m????????????????????跨中剪切力： .674FPN????135412589702.108.60STpyn MPaIAx?? ????????點 1 的折算應力： ?91.2.813.890MPaa?????2 223.46..46.35.10 Pm a???????????95.1176MPaa???點 2 的應力: 331938671028541028.2( ). .6ySLxDMPaII?????????137MPPaa??點 3 的應力： ??23318918670128540.11.5.5. 6yLxDII????? ?????? ?????? ???滿足要求??76MPPaa??3.2.2 主梁支撐處的剪力（1）根據(jù)上述計算，小車在懸臂端時，主梁支撐處剪力最大，主梁支撐河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）29處的垂直平面內剪應力由下列公式計算： ()12QSDxI????小車在跨中： ??(3784510692)19385L NVAB?????小車在懸臂端： (21)4QD?所以剪應力： ??9649835704103.720.7..1 MPx a???? ???主梁承受扭矩 產生的切應力為：Tn37541016.280aMPxA???????.64?（2）翼緣板承受水平剪力計算小車位于懸臂端時支撐處承受的最大水平剪力： 21PFqlPFCHwHCS????????564.537408157213563N???? ?? ???1. .00(7)2MPMPaa? ??? ?????? ??主梁翼緣板厚度取 ，采用自動焊接，不需計算。8hmf?3.2.3 主梁疲勞強度（1）橋架工作級別為 A6，應按載荷組合 計算主梁跨中的最大彎矩截面?河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）30的疲勞強度由于水平慣性力產生的應力很小，為了計算簡明而忽略慣性，只求截面的最大彎矩和最小彎矩。截面最大彎矩： mNM19386max?滿載小車位于懸臂端時，彎矩最?。?143inMNm??:空載小車的輪壓為： 09.8'' 2712Pj?則空載小車位于懸臂時，對跨中產生的彎矩為： mNkiplMjjL 90382)5.6(782)(''2' 1 ?????????''()784.5.'2Pllj ?::??13569063196,minNm????:則取 8M3.3 主梁的穩(wěn)定性1）.整體穩(wěn)定性主梁高寬比為： 穩(wěn)定120364hb??2）.局部穩(wěn)定性翼緣板 01?需設置一條縱向加勁肋，不再驗算河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）31翼緣板最大外伸部分 穩(wěn)定10b??主腹板 ??120846h???需設置橫向加勁肋（隔板） ，期間距現(xiàn)取為 1200mm。副腹板 ??12056172408h???除需設置橫向加勁肋外，還需在腹板最大受壓處設置一條縱向加勁肋，將腹板分為上下兩個格區(qū)，縱向加勁肋設置在距腹板受壓邊為 240mm 處，如圖 3-9 所示：圖 3-9 縱向加勁肋簡圖1.驗算跨中主腹板上區(qū)格 的穩(wěn)定性，區(qū)格兩邊正應力為：???91.02.813.8910MPaa?????540.2.69.2yhPMa?????????????河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）32屬于不均勻壓縮板??69.20.4.61138?????區(qū)格 的歐拉應力為：?2018.66.724014MPbhmya???????????區(qū)格分別受 ， 和 作用時的臨界壓應力：1m?? 6xkcry??嵌固系數(shù) x=1.2, 屈曲系數(shù) ，205,4b??8.4.4.836101k??則 2351126.3' .985.3sMPcr acr????????????????????腹板邊局部壓應力為： 46.m壓力分布長： ??20130538hmg?????，按 a=3b 計算53ab??所以， ， 80.4732cab??區(qū)格 屬雙邊局部壓縮板，板的屈曲系數(shù)為：?0.71.1..82.8.7304Km??????????????????????????，需修正，則' .206.729.8xkMPcr a??35211.49.8?????????區(qū)格平均切應力為：河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）33??173541258927.906080FTpn MPahA??????????由 ，板的屈曲系數(shù)為：5ab??4.3.5.2KI???'1.06.7134xkMPcrya???，需修正。'342.576PSa?????而 ，3521231..cra?????????13.78Mcra?區(qū)格上邊緣的復合應力為： 23.8946..8946.95.1 Pm?????????區(qū)格的臨界復合應力為：5.82,ab???223113[]()44mcrpcrcrcr???????????????95.115.92210.6830.684.67.9424013MPa? ?????????????????????15.9crMPan??????合格223mcr?????????主腹板外側設置短加勁肋與上翼緣板頂緊以支撐小車軌間距，取河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）34。2401am?2.驗算跨中副腹板上區(qū)格 的穩(wěn)定性?副腹板上區(qū)格 只受 及 的作用，區(qū)格兩邊正應力為：?1??232819.07. 69.7107.x MPa???????????????切4164032(1..).229y Pax??應力： ??175582( )7.491064080FTpnhA?????????區(qū)格 的區(qū)拉應力為：?.1.32MPya?????????屬于不均勻壓縮板69.72031??54ab??8.4.4.8610K?????' 1.26.3716xkMPcrya???需修正'0.75s?23219.61.678cra??????????，5??4.5.3.5kI??'1.26.7.6xMPcrya?????河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）35需修正，則：'376.130.7516MPMPcrasa? ??????，252.9???????2713.Pcra??復合應力為： 220.37.491MPa???????，區(qū)格 的臨界復合應力為：52???121344crcrcrr??????????????????????????????????10.818210.63.36.37.4429491MPa? ???????????????????????????合格18..crMPan??????3.4 主梁剛度設計計算3.4.1 主梁跨中一簡支剛架靜剛度計算小車作用在跨中時， 2LY??18017.92.5LmYm????跨中靜剛度：主梁按靜定結構簡圖計算靜剛度時為最不利情況 ??34822PbYLEIx?????????河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）36???23.710217438 328802.7150.06. m? ??? ???????? ???9. 7.58LmYm???3.4.2 小車懸臂一簡支剛架靜剛度計算小車作用在懸臂極限時，計算簡圖如圖 3-10 所示：圖 3-10 小車懸臂極限位置靜剛度計算簡圖 mIELmYXxQd 3.10178.06.20)263()31(60)()( 52'2' ???????? ?1853L?其中， mb3.)274(' ???是比實際值小，故算出的 偏大，故在懸臂端的靜剛度是很安全的xI Yd3.4.3 主梁水平靜剛度計算水平框架為多次超靜定結構，利用結構力學的對稱性，從而端梁中間截開取超靜定框架一側為基本系統(tǒng)，滿載小車位于懸臂時，超靜定門河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）37架水平靜位移按圖 3-11 模型計算：mHmEILPX1201 07.11078.6.2643291?? ???? ??3.4.4 懸臂的水平靜剛度由于 產生撓度相互抵消現(xiàn)只考慮 ：HFHP圖 3-11 超靜定門架水平靜位移示意圖??mY mEILPyH057.4 109.108.971.0261)263(8916)( 52'21?? ??????? ??3.4.5 主梁動剛度1.小車位于跨中位置時，主梁跨中垂直動剛度計算式為： ??????119.815.763221000gfvyyL y??????????????河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）38???15.7632.82.290.51fv??????????其中， .0ym(220)150lHmrqr??????3109.850568PLQnEAr??2.414m???結構質量影響系數(shù)： 15.0249.17302308.92)56(5021 ????????????????y2.位于懸臂端時，垂直動剛度由于 ，易得 ,不需計算17.9Yd?2fHvL?3.水平靜剛度門架和小車剛架的水平自振頻率，按物品高位懸掛的滿載小車計算：=10.15292fHmh???0.159263. 80HZ??.34.fHZ?????:其中， 為集中于門架或支腿剛架頂部的換算質量h 2'1 20.342 3HSmmmqQxztsdazt?????????????????????40581210.47591.8???? ?? ?河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）39??2210.610425.98175.6423? ????????????? ?? ???98kg?為單位水平力作用于門架或支腿剛架頂部產生的水平位移，對超靜定?門架有 NmEIkLH /105.691078.016.2)4(12)( 622 ??????????綜上可以看出水平動剛度并不能滿足要求，但由于添加了加勁肋板、橫隔板等，真實的慣性矩大于 ，符合要求，所以不再調4.m整主梁尺寸。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）40第四章 支腿平面內剛架的設計4.1 鋼架的三次超靜定結構支腿平面內的結構是以支撐架為基礎的三次超靜定結構，由馬鞍橫梁橫梁中間截面斷開作為超靜定的基本結構。因為結構載荷對稱，截開截面又有彎矩和軸向力，為了求解超靜定內力簡單，將均布載荷 ，3Q， ， 與集中力 作用分開考慮，設均布載荷引起截面彎矩為 ，4P2Q62P 1Y軸向力為 ,由集中力 引起的截面彎矩為 ,軸向力為 ，然后將內Y3Y4力求和進行校核計算.結構受力分析簡圖如 4-1。圖 4-1 結構受力分析簡圖mtFQ mtABtFXhLqmaq201. 13.02.58962.4.3106136322????河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）41ttAFP tNPLqmGGQx 429.018.9315 3427616)5.0)(173()20)((24 ???? ?????馬鞍在梁端產生的彎矩為 0.50.289.483MtmKNXQ:.453KN?5.2.2189013615.8326ABtmKN????????????????? ::.04.7.944MPtmtKNX??:21.6.892.2.16Qt?:??583794.52.8634MmKNXXPQ????:為 在 處產生的總彎矩M265.20130.2191.68944.756.4AQLVB t??? ???????? ?? ?2.6.87KNmX:為 在下橫梁跨中產生的彎矩MQ6342VPtA?1.3865tmKNX??:????4.1902BtmP????:河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）42(9034.81)0378262MVAKNmXP??????::1377KNm:4.2 馬鞍橫梁跨中截面內力計算 4.2.1 剛性腿側計算鋼架受到水平載荷 及扭矩 作用，且兩側作用載荷相3P4Q56nM等。計算簡圖如圖 4-2 所示：圖 4-2 計算簡圖5.20131.73AQPtt???486t90.211.573LQPtt???河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）430.429/.0186/47PQtmtA???1.8/.4/53Btt2 5645.763MTNtnP??:4.2.2 結構彎矩計算水平載荷作用下基本結構同前，由于結構對稱，馬鞍橫梁斷開只有剪力，為求解簡單，將載荷分為三種情況作用在基本結構上一種是均布載荷，一種是集中載荷，第三種是彎矩作用，三種情況下內力分別假定為 ,然后求合內力，最后進行校核計算。5Y67在均布載荷 ，扭矩 作用下各截面彎矩計算：5PnM0.1674.20.5324MAtmKNX???:.83..9Qt:0.5534P?:9MKNmX????0.174.2162.41326AtKNm??????????:.8..7.4QtX????????????????? :220.1.6534.6AMtmKN???::河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）44??2.417.43.5663645MMKNmXQPXQY?????:2.2.68931VKNAL???34.57130.7286VAKNmXQY??????::07M21.534.968.74PAVttL???:0X21.628.9536MtmKNP?::??4.7194.648VAmKN??????:075X2.76312.591nVtKNAL???..85M566Xn07?mNAVnMXn 3.50.61258.458 ????河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）45第五章 支承架設計及計算5.1 支撐架剛度計算支撐架剛度的計算，是以支撐架小車軌道點垂直、水平位移為計算內容，主要考慮垂直移動載荷及水平慣性力（忽略風力）引起的位移。由于兩種位移很少同時出現(xiàn)，因此不考慮位移疊加。1.在計算垂直移動載荷下，支撐架的小車軌頂處位移時，僅考慮滿載小車位于懸臂極限位置時（由吊重及小車自重引起的垂直和水平位移）而其他垂直載荷不引起結構位移的變化，故不作考慮。滿載小車位于懸臂極限位置時，支撐架處作用垂直壓力為 ，計算7P引起的位移其計算簡圖如圖 5-1 所示。7P圖 5-1 kNLmQPa 7.21264)13.(24)(07 ???????????????????在 作用下，支撐架超靜定力的計算基本結構如前，在 作用下，馬鞍7P河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）46橫梁中間截面內彎矩為 ，軸向力為 。8Y9Y1）基本結構在單位力作用下，彎矩簡圖如圖 5-2 所示 ：圖 5-2 彎矩簡圖2）基本結構在 作用下，彎矩簡圖如圖 5-3 所示：7P圖 5-3 彎矩簡圖3）在 作用下，各截面彎矩值：7P2.981.4380.465MAKNmX???::河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）47????271.4.893.976MPABKNmX??????::21.6VKN??893.271.1029.84876VKNm::0.mXP?:求解超靜定力 ：Y9135223107BAADTEIIIXX? ?? ????? ?5.4.1.682.09332.0612402.91? ???? ???????????235017BAADTEIIEIXXX?????? ???22.7342.6.84.1614.2 .095 533.600? ????? ?? ?????? ???32523211017BAADTEIIIXX? ??? ??? ?????.64.1684.2164. 0.755333.6209? ????? ??????? ?51 7275761AMXPDBMTPXPEI EI??????????????河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計（論文）48??3 31 81029.1.280.4931.695 52.067.240.6? ???????????????????77576172 1232323 XPPXPXXPT IEMAAMABIED ??= ??.34..8941.4.1680.4??????3826025.01.???????14.540.1777 35.822029DDTPTY KNm??? ??::..621171.8902590152T????圖 5-4 彎矩簡圖在 作用下，彎矩簡圖如圖 5-4 所示：8Y9在超靜定內力 作用下，基本系統(tǒng)的截面內力分別為： 71.84236.959MAKNmX???::河南理工大學萬方科技學院本