桥式起重机偏轨箱形双梁桥架结构项目设计方案

1 桥式起重机偏轨箱形双梁桥架结构项目设计方案 第一章 绪论 起重机属于起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括：取物 装置 从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。 起重机械可以分为桥式起重机、门式起重机、塔式起重机、流动式起重机、铁路起重机、门座起重机、升降机、缆索起重机、桅杆起重机、旋臂式起重机、轻小型起重机和机械 式停车设备。 桥式起重机是横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。由于它两端坐落在高大的水泥柱上或金属支架上，形状似桥，所以俗称“天车”和“行车”。它是适用范围最广、数量最多的一种起重机械。 桥式起重机是现代工业生产和起重运输中实现生产过程机械化、自动化的重要工具和设备，可减轻操作者的劳动强度，提高生产率。桥式起重机在工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以及物流周转等部门和场所均得到广泛的运用，它是人们生产活动中不可缺少的一种设备。 桥式起重机的类型很多，其中通用桥式起重机和龙门起重机最为普 遍，这两种类型起重机的的结构和操作方法基本相同，不同之处在于大车运行轨道的位置，通用桥式起重机是在高空，龙门起重机是在地面，由此带来支承结构的不同。 我们通常把桥式起重机的主梁与端梁等部件组成的结构称为桥架。正轨箱型梁桥架由两根主梁和两根端梁构成。主梁外侧分别设有走台。该钢架结构的特点是主梁与端梁通过连接板焊接在一起形成刚性结构，为了运输方便在端梁中间没有接头，通过连接板和角钢使用螺栓连接，这种钢结构运输方便，安装容易；小车轨道通过焊在主梁上的压板固定于盖板中央，故称正轨箱型梁；工艺性好，主梁、端梁等部件可 采用自动焊接，生产效率高。偏轨箱形桥架是由两根偏轨箱型 2 梁和两根端梁构成。该钢架结构的特点是小车轨道安装在上盖板边缘主腹顶处，小车轮压直接作用在主腹板上；偏轨箱型梁的高度与正轨箱型梁一样，但高、宽比很接近 H： B=1种结构形式主梁的刚度比正轨箱型梁大，主梁在制造过程中，焊接下挠变形量也比较小；由于偏轨箱型梁是宽形梁，可以省掉走台，使制造简化。单主梁桥架采用一根主梁。与小车轮的布置相应，主要有垂直反滚轮单主梁、水平反滚轮单主梁和梯形单主梁。垂直反滚轮单主梁，主梁制造工艺性同偏轨箱型梁一样。用户使用维修 方便。但小车垂直轮压较大，适用于起重量较小的起重机。水平反滚轮单主梁，小车的垂直轮压始终等于小车及载荷重，适用于起重量较大的起重机。缺点是吊钩一侧的水平滚轮不便于维修和更换。对称轨道的梯形主梁，由一根主梁代替两根主梁的作用。虽然梁的截面大些，但比双梁制造成本要低得很多。这种结构形式适用于起重量较大，跨度较大的门式起重机或装卸桥。 随着工业的迅速发展和科学技术的不断进步，桥式起重机在结构设计和自动化程度上相继出现了一些新的变化和新的特点。例如，在结构上，国内起重设备已采用计算机优化设计，以及提高起重机的机械性 能，降低自重。在性能上，不断引进国外先进技术，采用了新颖的节能调速系统，如晶闸管串级开环或闭环系统，调速比可达 1:30，随着对调速要求的提高，变频调速系统和微机控制技术也在起重机中得到应用，如三峡工程 600t 坝顶门式起重机采用了高频调速系统、微机自动纠偏以及大扬程高精度微机监测系统。许多单位还研制开发了遥控起重机。在起重量方面逐步向大型化发展，起重量为 400t、 600t 的大型起重机正在钢铁、水利、发电等行业中出现，令人注目的三峡大坝发电工程，相继安装了 2台 1200t/125t 桥式起重机， 2007 年 9 月，起重 量为 2 万吨的“泰山”号桥式起重机，在山东烟台莱佛士船业有限公司正式投入使用，这是全球起重量最大的起重机，它标志着我国起重机行业已达到了世界先进水平。 总之，随着科技的飞速发展，国内各种先进的电气控制和机械技术正逐步应用到起重机上，起重机的自动化程度越来越高，结构日趋简单，性能更加可靠，起重量越来越大，品种也越来越齐全。 3 第二章 桥式起重机偏轨箱型双梁桥架 总体设计 本参数 桥架形式为双梁桥架，轨道放置为偏轨， 跨度 L=重量 2/8t， 由设计手册查的起重量在 3t 50q=16/18m， 由通用起重机吊钩类型为重级故取吊钩起升速度（主 /副） 3/20m/ 大车运行速度在（ 70 120） m/ 0m/ 小车轨距 K=车轨道方钢轨道， 根据起重机的载荷状态和利用等级取其工作级别为 该起重机在室内工作，工作温度为 40。 7 1 ）（m 根据小车轨道和偏轨箱型梁宽度以及大车 运行机构的设置，取 梁全长为 高度 h=（ 1114 17） L=1821 1500 取腹板高度 600 缘板厚度 0=10板厚度 1=8 4 腹板厚度 2=6 梁总高度 h+2 0=1620 梁宽度 b=(H=648 810 板外侧间距 b=760 0L=425 13H=540 下翼缘板不相同，分别为 109300800梁端部变截面长 d=8L= d=高度 810 00虑大车轮安装，端梁内宽 60宽 40板厚 0= =8梁的连接 主、端梁采用焊接连接，端梁为拼接式。桥架结构与主、端梁截面示意图 图 1 双梁桥架结构 5 图 2 主梁截面与端梁截面 6 第三章 主要部分的设计 定载荷 主梁自重载荷 F q=g=7850 1 m=m 小车轨道重量 F=81N/m 栏杆等重量 Fl=00 81N/m 主梁的均布载荷 q+l=5031N/m 力效应系数 起升冲击系数 1=载系数 2=1+13/60 =行冲击系数 4=h = h=1一取较大值 4= 惯性载荷 大、小车都是 4个车轮，其中主动轮各占一半，按车轮打滑条件去确定大、小车运行的惯性力 一根主梁上的小车惯性力为 4P=16343N 大车运行起、制动惯性力 （一根主梁上）为 4P=16343N 7 4145031N/m =m 主梁跨端设备惯性力影响小可以忽略。 斜运行侧向力 一根主梁的重量为 q（ =5031（ N =126278N 一根端梁单位长度的重量为 7850 m =m 一根端梁的重量为 12023N 一组大车运行机构的重量（两组对称配置）为 03 877N 司机室及设备的重量（按合力记）为 000 9620N （ 1） 满载小车在主梁跨中央 左侧端梁总静轮压图 3 端梁总轮压计算 8 1(21(2=21(323730+107910)+126278+ 19620(7877+21023N =379310N 由0 的 =向力为 1 =21 379310 2） 满载小车在主梁左端极限位置 左侧端梁总静轮压为 1+21 (2向力为 1 21 48270N 故选取大车车轮直径为 800 道为 扭转载荷 偏轨箱型梁由 它载荷 生的扭矩较小且作用方向相反，故不计算。 图 4 扭转载荷计算 9 偏轨箱型梁弯心 考虑翼缘外伸部分）弯心至主腹板中线 的距离为 12& (b ) =146 (760-7)高 34小车轨道选用 h” =121H +21 1620+134)944 移动扭矩为 28800 73834N m =16343 944N 15428N m 梁计算 力 （ 1）垂直载荷 计算大车传动侧的主梁。在固定载荷与移动载荷作用下，主梁按简支梁计算，如图 5。 10 图 5 主梁计算模型 固定载荷作用下主梁跨中的弯矩为 4 ）（2j2 = 6 2 7 78 2 5 . 55 0 3 1 2 ）（=530455N m 跨端剪切力为 4 21 (1 )2 q G j G s P P L = N)1(196 2 =动载荷作用下主梁的内力 1） 满载小车在跨中，跨中 214n )(4P 轮压合力 n = （N m 11 =1557600N m 跨中 1 4=中内扭矩为 1( 4H)=51645N m 2） 满载小车在跨端极限位置（ z=小车左轮距梁端距离为 c1=端剪切力为 (P 11=（=端内扭矩为 4H)(1=(73834+15428) ）（m =95189N m 主梁跨中总弯矩为 q+530455+1557600)N m =2088055N m 主梁跨端总剪切力（支承力）为 c=(=356755N （ 2） 水平载荷 1） 水平 惯性载荷。在水平载荷 架按刚架计算。因偏轨箱形梁与端梁连接面较宽，应采取两主梁轴线间距 K代替原小车轨距 样比较符合实际，因此 K=K+2 m 12 b=21K=a=21(=平刚架计算模型示于图 图 6 水平刚架计算模型 小车在跨中。刚架的计算系数为 +1223( )b =1+89109 2 02 2 =中水平弯矩（与单梁桥架公式相同） 21112( 1 ) ( 1 )4 2 8 3 F = ）（）（1 3 4 5 91 3 4 3 4 32N m =70299N m 跨中水平剪切力为 13 1中轴力为 21()1 2 8 P = ）（8 3 4 312 4 N =小车在跨端。跨端水平剪切力为 F 1 )2L= N)1(163432 =)偏斜侧向力。在偏斜侧向力作用下， 桥架也按水平刚架分析。图 7 刚架侧向力作用分析 这时计算系数为 + 123 14 = =小车在跨中。侧向力为 前力为 101 PP s =2620 N =梁中点的轴力为 1112=3710N 端梁中点的水平剪切力为 （N =梁跨中的水平弯矩为 1 1 2s d d LP a P b N= ）（2 N m =m 主梁轴力为 6834N 主梁跨中总的水平弯矩为 H+70299+ m =m 小车在跨端。侧向力为 8270N 超前力为 2=N 15 =10979N 端梁中点的轴力为 1梁中点的水平剪切力为 s2(=48270 ）（N =梁跨端的水平弯矩为 (48270 m =77245N m 主梁跨端的水平剪切力为 梁跨端总的水平剪切力为 5133N 小车在跨端时，主梁跨中水平弯矩组合值较小，不需要计算 度 需要计算主梁跨中截面危险点的强度 （ 1） 主腹板上边缘危险点的应力 主腹板边至轨顶距离为 hy= 0=144腹板边的局部压应力为 m=)502(P4y 501442 ）（直弯矩产生的应力为 16 01=103105 9 6 3102 0 8 8 0 5 5 ）（平弯矩产生的应力为 02= 15198 性载荷与侧向力对主梁产生的轴向力较小且作用方 向相反，应力很小，故不计算。 主梁上翼缘的静矩为 0B1() =10 930(7240980腹板上边的切应力为 =02py = ）（ 81 2 1 2 3 3 02 105 1 6 4 568105 9 6 2 4 0 9 8 8 9 6 0310 点的折算应力为 0= 01+ 02= 1= 2 2 20 0 0 3m = 222 据工作级别 力集中等级 235，查的 119 b=370焊缝拉伸疲劳许用应力为 1-(1370) 然，相同工况下的应力循环特性是一致的。 根据 235，横隔板采用双面连续贴角焊缝连接，板底与受拉翼缘间隙为50力集中等级为 的 71伸疲劳许用应力 1-(1370) 设置一条纵向加劲肋，不在验算。 翼缘板最大外伸部分0b =150/10=15 (稳定 ) 主腹板 1 602 400 2 0 081 6 0 0 h 副腹板 2403200 、副腹板相同，其布置示于图 10。图 10 主梁加劲肋设置及稳定性计算 隔板间距 a=1600向加劲肋位置 h1=160020） 验算跨中主腹板上区格 格两边正应力为 1= 01+ 02=(10722 2 = 01 02 = =12 =07= （属于不均 匀压缩板） 区格 E=2232 0 810 ）（）（ b=20区格分别受 1、 1 E 嵌固系数 = =32016001,屈曲系数 则 1s =176修正，则 1 s（11 5.3 s ） =235 (35)腹板边局部压应力 m=力分布长 c=20=2 (134+10)+5038 =3,按 a=33 =3203 3383 格 的屈曲系数为 23 1 2 ）（）（ =s 需修正，则 35(35)200格平均切应力 =00 2p = 81 2 1 2 3 3 02105 1 6 4 5)68(1 6 0 8 9 6 0 3 =600/320=51,板的屈曲系数为 2 E=修正 =p 733 c =1329s 需修正，则 ）（3524 区格上边缘的复合应力为 2 2 211 3 = 222 =2,区格的临界复合应力为 2 2 2112 2 211313( ) ( ) ( ) ( )44r c r m c r c r =222 ) 2 0 91 0 91 0 ）（）（160 160/ 2 211 3 1 = 1 E = 1s 需要修正，则 135(35)208 =51,4 = E =3 s 26 需要修正 ， 则 35(35)221 221合应力为 221 3 = 22 =52,区格 211)(43413）（=22 )）（21 3 =x(合格 ) 主、副腹板采用相同的纵向加劲肋 63 63 5， A=31700 纵向加劲肋对主腹板厚度中线的惯性矩为 27 231700+1742976 （= 43 0 ）（ =1679360只计算靠弯板的腹板边的折算应力，该处正应力为 =42( 14) =应力 =422 = =算应力 2222 2 3 0 焊缝拉伸疲劳许用应力为 111 1 (1 )0 b r=）（ = 按 133拉伸式 111 1 (1 )0 b r=2 6 8 3 3 ）（ r=2=16635 22m a x m a x( ) ( ) rl r = 22166 （）（ =见，在相同的循环工况下，应力循环特性是一致的。根据 235及带孔板的应力集中等级 的 122 翼缘板拉伸疲劳许用应力为 111 1 (1 )0 b r=）（ 窄式连接， 70 2 1102+3302+5502+7702） 101640041 腹板角点螺栓的最大内力为 12210164002 770101185153 N =44892N 角点螺栓顺梁轴的内力和为 4892)N =剪螺栓的许用承载了为 2214 175N =f (足够 ) 主、端梁的连接焊缝足够承受连接的水平弯矩的剪切力，故不再计算 44 第四章 校核计算 架的垂直刚度 1桥架的垂直静刚度 满载小车位于主梁跨中产生的静挠度为 Y= 23 ( 3 ) 4 8 2xP =10523105 9 6 2 7 0 02 5 5 0 03(2 7 0 5 0 02 2 8 8 0 0 2(合格 ) 架的水平刚度 架的水平惯性位移 X= 341 1 1 1534( 1 ) ( 1 )4 8 4 3 8 4 5 F r E I r = 31 1 1534 ( 1 ) ( 1 ) 4 8 4 8 5P L F r P r = )1 3 4 1(1 6 3 4 38 2 5 5 0 3 4 1( 5 5 0 01 6 3 4 3 953 46 =2(合格 ) 架拱度 为抵消载荷产生的挠度，对起重机的桁架需要设置上拱度 . 桥架跨度中央的标准拱度值为 47 000L=100025500虑制造因素，实取 度中央两边按二次抛物曲线 20 24(1 ) 设置拱度，如图 16所示 图 16 桥架的栱度 距跨中为 ）（226441 跨中为 )1641(22 跨中为 8此，桥架结构设计全部合格，桥架结构施工图见附图一三。 48 总结 经过两个月的金属结构毕业设计实习，使我学到了许多非常重要的知识和技术，也让我提前体会到了同在学校完全不一样的生活。这次毕业设计课题的内容近乎涉及到了我们大学四年所学的专业课程，在完成毕业设计的过程中也使我从新温习了一遍专业知识。 首先，在前期的设计计算过程中，温习了以前所学的许多知识，譬如机械设计、高等数学以及材料力学等，并对其加深了巩固。在设计和计算过程中，发现了许多疑难问题和自己以前没有注意到的知识点及方 法，通过老师的指导和讲解，自己搜集资料并进行总结，在规定的时间内完成了开题报告和前期计算过程。 其次，在该设计中主要是对桥架结构作图，全部通过应用 习过程中我接触到了企业中所用的天河 是 过这次作图使我更加熟练的掌握了 时也从中学到了许多绘图方法和技巧，特别是快捷键的应用。使我能够在比较短的时间内完成所要画的图纸。在写设计说明书的过程中，我掌握了 公式编辑器的应用。虽然在编写过程中遇到了许多难题，但通过老师的指导和同学的帮助都得到 了解决。 在这次设计过程中，我查阅了大量的相关资料。掌握了许多新方法和新知识。使自己的专业知识得到了很大的补充。特别是一些自己平时所学课本上没有介绍到的知识。例如：翼缘板和腹板加劲肋的选用、计算和校核。同时还了解了目前的起重机的发展情况以及以后的发展趋势，并掌握一些最新技术和设计理论。 针对此次的设计，随着对整机的不断深入了解，也发现了设计存在的一些问题。一方面，由于缺乏必要的生产实践知识，我的设计还局限于一定的想象空间上，实际中不生产或加工比较困难。通过这次毕业设计，使我感觉收获颇多。在设计中培养了团队合 作精神并且提高了自我探索的能力，遇到问题大家集体讨论进行解决，还有 术的应用，这些对于我们即将走向工作岗位的新人是一个很好的培训和锻炼，同时也是平时所学的理论和实践的一次结合。这次设计将对我们的以后工作和学习奠下重要的理论知识基础和实践经验。 49 参考文献 1 胡宗武 北京：机械工业出版社， 2 田景亮 北京：化学工业出版社， 3