SC200200施工升降机结构设计计算书

1、sc200/200施工升降机结构设计计算书 机械厂32一、受力分析：根据该机的使用工况，出现的载荷有：工作载荷、风载荷以及自重载荷，最不利的载荷组合为：升降机超速运行且载荷的吊笼宽度外偏放置，风载荷沿平行于建筑物方向吹来。最不利工况为一个吊笼运行至上极限位置，另一个吊笼在底部的情况。(如图一所示)二、立柱几何特性计算1、立柱标准节构造立柱标准节构造为：以四根764mm无缝钢管(材料为q235)为主肢，成正方形截面650650mm布置，以8根26.82.75mm钢管(材料q235)及8根l75505mm角钢(上、下框架)和四根l75505mm角钢(中框架)为连缀件焊接而成。(如图二所示)2、主肢

2、截面积ao=(d2d2)4式中 ao主肢截面面积(mm2)d主肢钢管外径(mm)d主肢钢管内径(mm)已知：d=76mm d=68mmao=(d2d2)= (762682)=904.78mm23、立柱截面形心位置因为立柱截面为对称结构，所以立柱截面形心位于立柱截面几何中心位置，(xc、yc)为形心坐标。4、一根主肢截面惯性矩。io=( d4d4)式中io为一根主肢对通过形心坐标轴的惯性矩(mm4)d=76mm， d=68mmio=( d4d4)= (764684)=588106.14mm45、立柱标准节对形心轴x轴、y轴的惯性矩ix=4io+4yca=4588106.14+3252904.78

3、4=384621974.6mm4iy=ix=384621974.6mm46、立柱截面面积a=4ao=4904.78=3619.12mm27、立柱截面对形心轴的回转半径rx= rx对形心x轴的回转半径。ry= ry对形心y轴的回转半径。ix=iy=3846=1974.6mm4 a=3619.12mm2rx=ry=326mm8、连缀件截面面积。26.82.75mm钢管截面面积ag=(d2d2)= (26.8221.32)=207.78mm2l63405 mm角钢截面面积 fg1=499.3mm2l75505 mm角钢截面面积 fg2=612.5mm29、边缀件截面惯性矩26.82.75mm钢管截面

4、惯性矩ig=( d4d4)= (26.8421.34)=15218.76mm4l63405 角钢截面惯性矩ig1x=20.02cm4 ig1y=6.31cm4截面面积 ag1=4.993cm2l75505 角钢截面惯性矩ig2x=34.86cm4ig2y=12.61cm4截面面积 ag2=6.125cm2三、载荷计算(如图三所示)1.升降机载荷作用于升降机的垂直载荷有驱动机构自重 p驱=659(10n)吊笼自重p笼=1070(10n)额定提升载重量 p载=2000(10n)考虑动载、超载因素则系统计算载荷p=k1p驱+ k1p笼+ k1k2p载式中k1动载系数k1=1.2k2超载系数k2=1.

5、1p=1.2659+1.21070+1.21.1100=4186.8(10n)由设计图纸可计算得齿条简化中心到同侧立柱管中心的距离为:l1=56mm同侧立柱管中心到标准节形心的距离为： l2=325mml=l1+l2=56+325=381mm载荷对立柱形心产生弯矩mc为mc=k1p驱(l驱+l)+ k1p笼(l笼+l)+ k1k2p载(l载+l)=1.2659(170+381)+1.21070(730+381)+1.21.1(950+381)1600=4673.3268(10nm)因此可知:作用于立柱顶端的载荷有:轴压力p=4186.8(10n)弯矩mc=467.3268(10nm)吊笼风载荷

6、 p风下面计算p风2.吊笼风载荷p风(通过吊笼上的滚轮作用于立柱上)p风=cwqal式中cw风力系数 取cw=1.5 q标准工作风压 q=(10n/m2)结构充实率 =0.4al升降机外轮廓面积 al=34.198=12.594m2p风=1.5250.412.594=188.91(10n)3.导轨架风载荷按下式计算 fw=cwqal式中cw=1.2q=25(10n/m2)=0.4al=h(0.65+0.076)=0.726h m2风载荷沿整个导轨架高度均匀布，按单位高度计算风载荷：q= =8.712(10n/m)即q=8.712kg/m四、结构内力计算1.计算简图根据结构受力情况，导轨架可简化

7、为多跨连续梁，并运用多跨连续梁的三弯矩方程求解结构内力及支反力，为此将各支点用铰代替，为与厚结构等效，用弯矩m0，m1m16作用于顶端以保持其平衡。(如图四所示)。2列方程求内力对第16点取弯矩(如图五所示)，由平衡条件(m16=0)得mc+ p风l+ql2+m16=0m16=(mc+ p风l+ql2)式中:mc=4673326.8(10nmm)=4673.3268(10nm)p风=188.91(10n)l=9mq=8.712(10nm)m16=(4673.3268+188.919+8.71292)=6726.3546(10nm)对于支点15,运用三弯矩方程，得：(如图六所示)m16l+2m1

8、5(l+l)+m14l=ql3即：m16+4m15+m14=352.35同理可得: m15+4m14+m13=352.35m14+4m13+m12=352.35m13+4m12+m11=352.35m12+4m11+m10=352.35m11+4m10+m9=352.35m10+4m9+m8=352.35m9+4m8+m7=352.35m8+4m7+m6=352.35m7+4m6+m5=352.35m6+4m5+m4=352.35m5+4m4+m3=352.35m4+4m3+m2=352.35m3+4m2+m1=352.35对于支点1,运用三弯矩方程:m2l+2(l+l0)m1+m0l0=q(

9、l3+l03)式中l=9ml0=6m即：9m2+30m1+6m0=8.7(93+63)=2055.375化简得：3m2+10m1+2m0=685.125由支点0的平衡条件(0点转角为零)，得=+=03m1+4m0=78.4解联立方程组：m16=6550.1748m16+4m15+m14=352.35m15+4m14+m13=352.35m14+4m13+m12=352.35m13+4m12+m11=352.35m12+4m11+m10=352.35m11+4m10+m9=352.35m10+4m9+m8=352.35m9+4m8+m7=352.35m8+4m7+m6=352.35m7+4m6+

10、m5=352.35m6+4m5+m4=352.35m5+4m4+m3=352.35m4+4m3+m2=352.35m3+4m2+m1=352.353m2+10m1+2m0=685.1253m1+4m0=78.4将m16=6726.3546代入下式，得m15=0.25m14+1593.5并依次代入下式，得m14=518.89m13=0.268m12+44.61m12=0.268m11106.37m11=0.268m1065.91m10=0.268m976.75m9=0.268m873.85m8=0.268m774.62m7=0.268m674.47m5=0.268m474.46m4=0.268m

11、374.46m3=0.268m274.46m2=0.268m174.46m1=0.21750.211.78m0=28.19解出m0并代入以上各式，得：(单位10nm)m0=15.81m1=46.78m2=61.69m3=57.93m4=58.94m5=58.67m6=58.75m7=58.68m8=58.90m9=58.06m10=61.19m11=49.51m12=93.10m13=69.56m14=537.44m15=1727.86m16=6726.35463求各支座反力(由图五、图六)r16= r16 + r16 由图五所示，由ma=0，得r16l+m16+mcql2=0r16=ql如图

12、六所示，由m15=0，得：r16 l+m16ql2m15=0r16 1=ql+r16= r16 + r16= ql+将q=8.712 10n/m m15=1727.86 10n/m m16=6726.410n/m mc=4673.3268 10n/m代入上式，得r16=8.7129+=1245.9(10n)对于1点 r1= r 1+ r 1其中r 1=+8.712 9r 1=+8.712 6r1= r1+ r1=+8.7127.5 =42.86(10n)对于其他各点(除o点外)，可用下面方法求出支反力(如图七、八、九所示)如图七，由mn+1=0，得：rnl+mnmn+1ql2=0rn=+ql如

13、图八，由mn-1=0，得rl+mnql2mn1=0r=+qlrn=rn+rn=+ql(n=2，3，15)对于o点，如图九所示，由m1=0，得：rolo+moqlo2m1=0ro=qlo+=8.7126+ =20.98 10n将mo、m1、m2m16及ql值代入以上两式，可计算得出各点支反力：(rn为该支点上临界支反力) (rn为该支点下临界支反力) 单位(10n)r16=1245.9r16=267.3 r16=978.6r15=1112.7r15=-900.2 r15=-212.5r14=397.54r14=290.9 r14=106.64r13=-7.12 r13=-28.24 r13=21

14、.12r12=101.31r12=57.27 r12=44.04r11=72.36 r11=34.36 r11=37.90r10=80.05 r10=40.50 r10=39.55r9=77.96 r9=38.85 r9=39.11r8=78.51 r8=39.29 r8=39.22r7=78.38 r7=39.18 r7=39.20r6=78.42 r6=39.21 r6=39.21r5=78.37 r5=39.20 r5=39.17r4=78.55 r4=39.23 r4=39.32r3=78.00 r3=39.10 r3=38.9r2=80.48 r2=39.62 r2=40.86r1=

15、42.86 r1=27.15 r1=15.17ro=20.984、绘制内力图绘制弯矩、剪刀、轴力图(如图十、图十一、图十二所示)5、最大内力位置从以上内力图，可以看出，最大弯矩、最大剪刀发生在第16点处，在16点处，mmax=6726.4(10n.m)qmax=1245.9(10n)最大轴力发生在导轨架根部 pmax=17886.8(10n)五、整体稳定性校核由弯矩、剪刀图可以看出，第15个附着点以上这一段受力最大，所以应对这一段危险截面进行整体稳定验算，另外，由轴力图可以看出，导轨架根部轴心压力最大，也应对底部进行验算。1、对第16点进行稳定性验算。 计算简图，(如图十三所示)，pc 该处弯

16、矩m=6726.4(10n.m)mc 轴力 n=5008.8(10n)a、相对偏心率x计算。9mx= = 16式中：a标准节截面面积9m a=3619.12mm2ix标准节截面对x轴的惯性矩15 ix=384621974.6mm4b标准节截面最外点到形心距离图十三b=+=363mmx=4.59b、换算长细比h计算已知该段长度 l=18m计算长度 lo=l与结构支承型式有关的系数查钢结构表5-4，得=1.35lo=1.3518=24.3m长细比 x=rx截面对x轴回转半径 rx=336mmx=74.5得换算长细比 hx=式中：hx换算长细比a标准节截面面积 a=3619.12mm2a1x标准节截

17、面中垂直于x轴的各斜腹杆面积和 a1x=23.14(26.8221.32)/4=415.56mm2 hx=76.8即hx=76.8由x=4.59及hx=76.8查钢结构附表12，知pgx=0.152c、计算整体稳定应力x=9.11(10n/mm2)x=9.1117(10n/mm2)=第16点整体稳定性满足2、对导轨架根部进行整体稳定验算(如图14所示)因为根部轴力较弯矩的影响较大，故忽略弯矩造成的偏心作用。o点截面轴心力为 n=pc+q自l=4186.8+137100=17886.8(10n)p长细比 x=9m =6.76(其中lo=l，=1.47)1换算长细比6mhx=0 = =19.85图

18、十四近似按轴心压杆验算整体稳定查表得，=0.9813稳定应力=5(10n/mm2)=517(10n/mm2)=可见导轨架根部亦满足整体稳定。六、刚度验算因导轨架截面为正方形650650mm，所以在x方向刚度与y方向刚度近似相等，所以在y方向上刚度亦满足要求。七、局部稳定性计算仍然对16点及o点截面进行局部(单肢)稳定性验算。1、16点处截面计算计算单肢内力在该截面上内力：轴压力 p=5008.8(10n)弯矩 mmax=6726.3546(10nm)该截面上，单肢轴压力n单压=+ 单肢轴拉力p单拉=h立柱截面单边长，h=6540mm则n单压=+=6426.3(10n)则n单拉=3921.9(1

19、0n) (此处负号表示拉力)单肢回转半径计算r单=i单单肢惯性矩io io=588106.14mm4a单单肢截面积ao ao=904.78mm2则r单=单肢长细比计算单=r单单肢计算长度，近似取标准节两角钢框之间净距，两端近似视为铰接。=1 l单=lo=700mm单=27.45查表得稳定系数 =0.96465校核单肢应力单拉=4.33(10n/mm2)单压=7.36(10n/mm2)可见单肢拉应力，单肢压应力均小于因此，16点处截面局部稳定满足。2、导轨架根部(即o点)局部稳定校核。回该处轴力影响远大于弯矩影响，所以可忽略弯矩影响，只校核轴力造成的影响。在导轨架底部nmax=17886.8(1

20、0n)n单=4471.7(10n)则= =5.1(10n/mm2)即=5.117(10n/mm2)=因此可见，导轨架根部的局部稳定亦满足。八、导轨架连缀件计算由计算可知，导轨架最大剪力发生在第16点处。 q=1245.9(10n)(参照图二所示)，剪力作用线为y轴方向 杆长 l1=776.3mm l2=841.5mm l3=879.7mm1、当附着力作用于标准节上端时，剪力作用到杆2上的力为：n2=943.9 10n杆2为26.82.75mm钢管i=(d4d4)= (2.68421.34)=15218.8mm4a=(d2d2)= (2.68221.32)=207.78mm2r=8.56mm将杆

21、2简化为两端铰支 (=1)杆2的长细比=98.3查表得稳定系数 2=0.615则杆2应力：=7.39(10n/mm2)可见杆2满足稳定条件。2、当附着力作用于标准节下端时，则剪力作用到杆3上的力n3=987.7 10n杆3长细比=102.8查表得 =0.5854则3=8.12(10n/mm2)可见杆3亦满足稳定条件。3、验算标准节横角钢强度。将角钢与立柱管的联接简化为固接，则载荷通过齿条作用于角钢，如图十五所示：a=152pb=422574图十五假设载荷pc由三组角钢框共同承担，则每根角钢上的载荷为：p=1395.6(10n)由p引起的弯矩m=60725(10n.mm)验算最小角钢 l6340

22、5mm又wmin=4.74cm3=4740mm3则max=12.81(10n/mm2)可见，标准节框架角钢安全。九、标准节联接螺栓计算。立柱标准节联接螺栓为8.8级高强螺栓m24230mm螺栓与被联接件之间受力及变形关系见图十六,图中：f2工作拉力ff预预紧力f总f残被联接件在承受f预f2 工作拉力后的残余预紧力。f残取f残=0.8f2图十六f总螺栓受到的总拉力f总=f2+f残=f2+0.8f2=1.8f2又f2=3921.9 (10n)f总=1.8f2=7059.42 (10n)m24螺栓(8.8级)许用拉力 f许=29900 (10n)十、附着装置计算附着装置简化图(如图十七所示)下面验算几个弱点：1、a、b处螺栓剪力2、杆1、2、33、杆4、5(一)取q=1245.9(10n)验算a、b处螺栓(各有两个受剪面)分别对a、b取矩，由m=0得：ma=0，得： q476+fb338=0mb=0，得： q476fa338=0得：fa=1754.6 (10n) 拉 fb=-1754.6 (10n) 压a、b处螺栓为m2070mma=b=2.79(10n/mm2)1010n/mm2=可见a、b两处螺栓安全。(二)验算标1、2、31、计算杆1受力对d点取矩，由md=0，得：q2486f1l