双梁门式起重机设计计算书(400吨360米).doc

40.0吨36.0米 设计计算书双梁门式起重机设计计算书(40.0吨36.0米)2008年10月03日 目录第一章 设计初始参数-1 第一节 基本参数-1 第二节 选用设计参数-1 第三节 相关设计参数-1 第四节 设计许用值参数-1第二章 起重机小车设计-3 第一节 小车设计参数-3 第二节 设计计算（详见桥吊计算书）-3第三章 门机钢结构部分设计计算-4 第一节 结构型式、尺寸及计算截面-4 一、门机正面型式及尺寸-4 二、门机支承架型式及尺寸-4 三、各截面尺寸及几何特性-5 第二节 载荷及其组合-7 一、垂直作用载荷-7 二、水平作用载荷-8 三、载荷组合-12 第三节 龙门架强度设计计算-13 一、主梁内力计算-13 二、主梁应力校核计算-17 三、疲劳强度设计计算-19 四、主梁腹板局部稳定校核-20 五、主梁整体稳定性-22 六、上盖板局部弯曲应力-22 第四节 龙门架刚度设计计算-25 一、主梁垂直静刚度计算-25 二、主梁水平静刚度计算-26 三、门架纵向静刚度计算-27 四、主梁动刚度计算-27 第五节 支承架强度设计计算-29 一、垂直载荷作用下，马鞍横梁跨中截面内力计算-29 二、水平载荷作用下，马鞍横梁跨中截面内力计算-35 三、支承架各截面内力及应力-40 第六节 支承架刚度设计计算-45 一、垂直载荷作用下，支承架的小车轨顶处位移-45 二、水平载荷作用下，支承架的小车轨顶处位移-849 第七节 支腿整体稳定性计算-58 第八节 连接螺栓强度计算-60 一、马鞍立柱下截面或上端梁截面的螺栓强度-60 二、支腿下截面螺栓强度计算-62第四章 大车运行机构设计计算-65 第一节 设计相关参数及运行机构形式-65 一. 设计相关参数-65 二. 运行机构型式-65 第二节 运行支撑装置计算-66 一. 轮压计算-66 二. 车轮踏面疲劳强度校核-66 三. 车轮踏面静强度校核-67 第三节 运行阻力计算-67 一. 摩擦阻力计算-67 二. 风阻力计算-68 三. 总静阻力计算-68 第四节 驱动机构计算-69 一. 初选电动机-69 二. 选联轴器-69 三. 选减速器-70 四. 电机验算-70 第五节 安全装置计算-71 一. 选制动器-71 二. 防风抗滑验算-72 三. 选缓冲器-72第五章 整机性能验算-74 第一节 倾翻稳定性计算-74 一、稳定力矩-74 二、倾翻力矩-74 三、各工况倾翻稳定性计算-75 第二节 轮压计算-75 一、最大静轮压-75 一、最小静轮压-75 第一章 设计初始参数 第一节 基本参数：起重量 PQ=40.000 (t)跨 度 S=36.000 (m)左有效悬臂长 ZS1=0.000 (m)左悬臂总长 ZS2=0.000 (m)右有效悬臂长 YS1=0.000 (m)右悬臂总长 YS2=0.000 (m)起升高度 H0=35.000 (m)结构工作级别 ABJ=4级主起升工作级别 ABZ=0级副起升工作级别 ABF=4级小车运行工作级别 ABX=4级大车运行工作级别 ABD=4级主起升速度 VZQ=5.000 (m/min)副起升速度 VFQ=7.000 (m/min)小车运行速度 VXY=8.000 (m/min)大车运行速度 VDY=8.000 (m/min) 第二节 选用设计参数起升动力系数 O2=1.10运行冲击系数 O4=1.10钢材比重 R=7.85 t/m3钢材弹性模量 E=2.1*105MPa钢丝绳弹性模量 Eg=0.85*105MPa 第三节 相关设计参数大车车轮数（个） AH=16大车驱动车轮数（个）QN=8大车车轮直径 RM=0.800 (m)大车轮距 L2=15.000 (m)连接螺栓直径 MD=0.0360 (m)工作最大风压 q1=0/* 250 */ (N/m2)非工作风压 q2=0/* 600 */ (N/m2) 第四节 设计许用值：钢结构材料 许用正应力I156Mpa II175Mpa许用剪应力124Mpa龙门架许用刚度： 主梁垂直许用静刚度： 跨 中 xlS/60060.00mm； 悬 臂 lZS1/3603.68mm； 主梁水平许用静刚度： 跨 中 ylS/200018.00mm； 悬 臂 lZS1/6002.21mm； 龙门架纵向静刚度： 主梁沿小车轨道方向XGH/60058.7mm； 许 用 动 刚 度 1.1； 连接螺栓材料 8.8级螺栓 许 用 正 应 力ls210.0Mpa； 疲劳强度及板屈曲强度依计算许用值选取。 第二章 起重机小车设计 第一节 小车设计参数小车质量(t) GX=6.000 (t)小车轮距(m) B=2.500 (m)轨道至主梁内边(m) L5=0.170 (m)小车轨距 (m) L6=2.700 (m)小车左外伸(m) L7=0.370 (m)小车右外伸(m) L8=0.360 (m)主梁与马鞍间距(m) L11=0.560 (m)吊钩下探量(m) H6=0.920 (m)小车轨道截面高(m) H7=0.140 (m)小车高(m) H8=1.956 (m)小车顶至马鞍(m) H10=0.250 (m)小车罩沿大车轨道方向迎风面积（m2） XDS=8.000 (m2)小车罩垂直大车轨道方向迎风面积（m2） XXS=8.000 (m2)钢丝绳金属丝截面积(m2) D0=2.013500e-004 (m2)滑轮组钢丝绳分支数之半 N0=5小车轨道型号: P43小车外罩至导电架距离(m) L9=1.270 (m)小车外罩至栏杆距离(m) L10=1.260 (m)法兰至主梁上盖板距离(m) HD=1.976 (m) 第二节 设计计算 为工厂便于组织生产，提高标准件的通用性，设计中不进行起重小车设计，而是采用通用桥式起重机小车。此，起重小车设计计算详见我厂通用桥式起重机小车计算说明书。 第三章 门机结构部分设计计算第一节 结构型式、尺寸及计算截面 一、门机正面型式及尺寸 门机正面型式参见图a，正面尺寸见表表 单位：m S ZS1 ZS2 YS1 YS2 H H0 36.000 1.326 1.726 1.326 1.72635.23635.000 二、门机支承架型式及尺寸表 单位:m H1 0.250 H2 0.345 H3 32.163 H16 2.081 H17 32.195 H18 4.124 WA1 4.160 WA2 0.960 A3 32.534 WA4 0.396 WA5 15.119 WA6 0.730 L1 15.913 L2 15.000 WB2 5.480 WB3 32.992 三、各截面尺寸及几何特性 门机结构设计中，危险截面为、（详见图，图），各截面形状及尺寸详见图，表说明：X(1),X(2),X(3),X(4),X(5),X(6)为变化变量。X2,X6,X7,X8,X9,X10,X12,X13为常值变量。X2-主梁上、下盖板宽； X11-上下盖板宽度差X7-主梁上盖板厚； X8-主梁下盖板厚；X9-支承架各盖板厚； X12-主梁主腹板厚度；X13-主梁付腹板厚度； X10-支承架腹板厚度；各箱形截面两腹板间距离均为盖板宽减60mm； 表 单位:m参数 1-1 参数 3-3 参数 4-4 参数 4-4 名称 2-2 名称 名称(1-1)名称(1-1)X1 1.544 SG 1.544X1 1.544X1 1.544X2 1.800 SB 0.860X2 1.800X2 1.800X7 0.022 tf 0.006X7 0.022X7 0.022X8 0.022 tg 0.006X8 0.022X8 0.022X12 0.012 X12 0.012X12 0.012X13 0.012 X13 0.012X13 0.012X11 0.000 参数 5-5 参数 5-5 参数 6-6 参数 7-7 名称 刚 名称 柔 名称 名称 8-8 X1 1.544X3 X4 0.401X5 0.740WX6 1.730WX6 X5 0.740X6 0.321X9 0.012X9 X9 0.012X9 0.012X10 0.010X10 X10 0.010X10 0.010 各截面面积用AAi，对X轴惯性矩为IXi，对Y轴惯性矩为IYi，其中，i代入1,2,3,4,5,6,7,8。数字表示截面。如写成IXiA、IXiB时，A表示刚性件，B表示柔性件。各值详见表 表 截 面 AAi(m2) IXi(m4),In(m4) IYi (m4) 1-1,2-2 1.1626e-001 5.5921e-002 4.9497e-002 3-3 2.8848e-002 1.8628e-002 6.3375e-003 4-4 刚 7.0982e-002 7.0982e-002 5-5 7.3096e-002 4.3457e-002 4.4013e-002 6-6 2.5780e-002 8.6501e-004 1.7651e-003 7-7,8-8 2.4180e-002 5.4769e-004 1.5746e-003 10-10刚 10-10柔 11-11 1.8961e-002 2.0990e-002 12-12 2.8848e-002 1.8628e-002 6.3375e-003 备注：10-10为马鞍变截面立柱等效截面。11-11为变截面支腿等效截面。12-12为上横梁截面。 图为、的各截面简图示意图第二节 载荷及组合 一、垂直作用载荷憖 自重载荷 门机各结构件均为箱型结构，其质量产生均布自重载荷，各结构质量是采用通用式计算的。以主梁半桥架质量计算为例，计算如下： 若轨道每米质量为MMGZ，轨道安装质量系数为GDAZ，栏杆、小车导电架质量和之半为0.03(t/m)，则轨道安装等质量和FGDZ为：FGDZ=(MMGZ*GDAZ+0.03)*(ZS2+YS2+S) =(0.043*1.200+0.03)*(1.726+1.726+36.000) =3.219 (t)=32.193 (KN) 单根主梁跨中段质量为FG1，式中：FGL为主梁施工图的质量， ZLNDQZH为单根主梁内均布电气质量和 FG1=(FGL+ZLNDQZH)/(S+ZS2+YS2)*S =(39.892+0.000)/(36.000+1.726+1.726)*36.000 =36.401(t) FG1=FG1+FGDZ*S/(S+ZS2+YS2) =36.401+3.219*36.000/(36.000+1.726+1.726) =39.338(t)=393.4(KN) 同理，主梁半桥架左悬臂段质量ZFG2 ZFG2=(FGL+ZLNDQZH)/(S+ZS2+YS2)*ZS2 =(39.892+0.000)/(36.000+1.726+1.726)*1.726 =1.746(t) ZFG2=FG1+FGDZ*ZS2/(S+ZS2+YS2) =1.746+3.219*1.726/(36.000+1.726+1.726) =1.886(t)=18.9(KN) 主梁半桥架右悬臂段质量YFG2 YFG2=(FGL+ZLNDQZH)/(S+ZS2+YS2)*YS2 =(39.892+0.000)/(36.000+1.726+1.726)*1.726 =1.746(t) YFG2=FG1+FGDZ*YS2/(S+ZS2+YS2) =1.746+3.219*1.726/(36.000+1.726+1.726) =1.886(t)=18.9(KN) 主梁半桥架跨中段质量集度Q1Z为： Q1Z=FG1/S*O4=39.338/36.0*1.100=1.202(t/m) 构件质量或质量集度与重力加速度(=10.0m/s.s)之积，便为作用门机结构上的集中重力或重力集度。于是，主梁跨中段重力集度Q1为： Q1=Q1Z*10.0=1.202*10.0=12.020 (KN/m) 其余构件质量(t)、质量集度(t/m)、集中重力(KN)及重力集度(KN/m)计算方法相同，详见表，表中重力及重力集度均考虑了冲击系数O4。 表 单位：t、KN/m、KN 构 件 质 量 (t) 构件重力集度(KN/m) 集 中 重 力 (KN) 结构件名称 符 号 数 值 符 号 数 值 符 号 数 值 主梁跨中段 FG(1) 39.338 Q1 12.020 主梁悬臂段左ZFG(2) 1.886 Q1 12.020 主梁悬臂段右YFG(2) 1.886 主梁上横梁 FG(12) 1.557 Q3 4.118 刚 性 支 腿 FG(5)A 17.210 Q2A 34.548 柔 性 支 腿 FG(5)B 0.000 Q2B 0.000 下 横 梁FG(6) 4.010 Q6 2.772 司机房及电气FG(7) 2.000 22.000 电 气 房FG(8) 1.500 16.500 梯 子 平 台 FG(9) 1.000 11.000 大车运行机构FG(10) 31.440 345.840 移动载荷 移动载荷由起重量、小车质量及起升、下降、运行的冲击引起的，如假设小车的轮压均匀分布，则作用在一根主梁上两小车轮压力和为： P1=(PQ*O2+GX*O4)/2 =(40.000*1.100+6.000*1.100)/2=25.300 (t)=253.000 (KN) 二、水平作用载荷憖 水平作用载荷主要是自重载荷和移动载荷的质量，在大车制动时产生的惯性力及风载荷引起的。它可分为均布力和集中力作用在结构上。 均布惯性力 结构件惯性力通常为均布力，以主梁跨中段为例，当大车制动时，摩擦系数为0.14，大车驱动轮数n攬驱攭=8，全部车轮数n攬全攭=16则惯性力的计算如下： PH1=0.14*n攬驱攭/n攬全攭*FG1=0.14*8/16*39.338=2.754 (t)=27.537 (KN) 惯性力通常以力的集度方式或集中力方式作用于结构上，以主梁跨中段为例，惯性力集度计算如下： QH0=PH1/S=2.754/36.000=0.076 (t/m)=0.765 (KN/m) 其余构件惯性力计算方法相同，详见表 表 单位：KN、KN/m 惯 性 力 (KN) 惯性力(KN/m)集中惯性力(KN)结构件名称 符 号 符 号 数 值 数 值 数 值 主梁跨中段 PH1 27.537 主梁左悬臂段ZPH2 1.321 QH0 0.765 主梁右悬臂段YPH2 1.321 主梁上横梁 PH12 1.090 P12 0.545 刚 性 支 腿 PH5A 12.047 QH5A 0.370 柔 性 支 腿 PH5B 0.000 QH5B 0.000 下 横 梁PH6 2.807 P6 1.403 司机房及电气PH7 1.400 1.400 电 气 房PH8 1.050 1.050 梯 子 平 台 PH9 0.700 0.700 大车运行机构PH10 22.008 22.008 均布风力 结构件风力也属于均布力，通常多考虑沿大车轨道方向的风力作用。若单位风压为0.025t/m.m，箱型结构风振系数C=1.5，迎风面积为SD(i)时，以主梁跨中段为例风力为： PW1=0.025*1.5*X1*S; =0.025*1.5*1.544*36.000=2.084 (t)=20.844 (KN) 若主梁中段均布风力集度为QW0，则： QW0=PW1/S=2.084/36.000=0.058 (t/m)=0.579 (KN/m) 其余构件风力及风力集度计算方法相同，详见表表 单位：KN、KN/m 迎 风 面 积 风 力 (KN)风力集度(KN/m)集中风力(KN)结构件名称 符号 数 值 符号 数 值 符号 数 值 数 值 主梁跨中段 SD1 55.584PW1 20.844 主梁左悬臂段ZSD2 2.666ZPW2 1.000 QW0 0.579 主梁右悬臂段YSD2 2.666YPW2 1.000 主梁上横梁 PW3 0.00 刚 性 支 腿 PW5A 16.182 QW5A 0.497 柔 性 支 腿 PW5B 0.00 QW5B 0.00 下 横 梁 PW6 司机房及电气 4.000 PW7 1.500 1.500 电 气 房 4.000 PW8 1.500 1.500 梯 子 平 台 PW9 大车运行机构 PW10 注：风力、风力集度及迎风面积的含义在这里均为沿大车轨道方向。 惯性力、风力的共同作用： 当大车制动，产生的惯性力和存在风力往往是同时出现的，在强度计算中，应考虑其合力作用，详见表表 单位：KN,KN/m构 件 名 称 符 号均布集度(KN/M)符 号 集中力(KN) 主梁跨中段 Q0 1.344 主梁悬臂段 主梁上横梁 P12 0.545 刚 性 支 腿 Q5A 0.868 柔 性 支 腿 Q5B 0.00 下 横 梁 P6 1.403 司机房及电气 PD 2.900 电 气 房 P8 2.550 梯 子 平 台 0.700 大车运行机构 22.008 小车集中惯性力 当大车制动时，起重量及小车质量产生集中惯性力，它通过车轮作用于二根主梁上，若摩擦系数为0.14，大车驱动轮数n攬驱攭=8，全部车轮数n攬全攭=16，其比值为0.0，则作用于一根主梁的集中惯性力PH0为： PH0=0.035*(PQ+GX)=0.035*(40.000+6.000)=1.610 (t)=16.100 (KN) 小车集中风力 当风沿着门机轨道方向吹时，小车沿此方向迎风面积为XDS，则工作状态风力为： PW0=0.025*1.5*XDS/2=0.025*1.5*8.000/2=0.150 (t)=1.500 (KN) 水平合力P0为： P0=PH0+PW0=16.100+1.500=17.600 (KN) 小车制动惯性力 PY=0.35*(PQ+GX)*0.039/(0.14*0.5) =0.35*(40.000+6.000)*0.039/(0.14*0.5) =0.897(t) 偏斜侧向力 因侧向力计算值不准确，引起应力不大，故本计算中忽略此因素。 三、载荷组合憖 根据规范，载荷组合如下表： 门式起重机结构载荷组合 表 部件名称 主 梁 支 承 架 自 重 载 荷 i i i i i 运行冲击系数 4 4 4 起 升 载 荷 起升动载系数 2 2 2 2 2 水平惯性力 H H H 风 力 wi wi wi wi wi 偏斜侧向力 s s s 门架水平推力 由于主梁和支承架均以载荷组合作用时，受力严重，故以此工况校核强度和稳定性。组合的工况为：大车运行和满载下降同时制动的工况，此时侧向横推力减弱了，可忽略不计。第三节 龙门架强度设计计算一、主梁内力计算憖 垂直载荷作用产生内力 主梁在垂直载荷作用下，取计算简图为简支刚架，作用有均布载荷及集中轮压，主梁的跨中截面及主梁的悬臂根部为危险计算截面。 小车位于跨中时，计算简图如图 ZS1=1.326(m) ZS2=1.726(m) YS1=1.326(m) YS2=1.726(m) S=36.000(m) P1=25.300(t) Q1=1.202(t/m) 由上图及结构力学知识，可得截面垂直弯矩MX1、剪力QX1以两轮压合力为P1，计算弯矩时，应考虑小车轮距B的影响，设影响系数为C1，则： C1=(1-B/(2*S)2 =(1-2.5/(2*36.000)2 =0.932 弯矩计算系数K1为： K1=(1+GX/PQ*O4/O2)*O2*C1+(FG1/PQ-2*(ZFG2*ZS2+YFG2*YS2)/PQ/S)*O4 =(1+6.0/40.0*1.1/1.1)*1.10*0.9+(39.3/40.0-2*(1.9*1.7+1.9*1.7)/40.00/36.0)*1.