5010T,跨度28m,双粱桥式起重机结构设计

1、50/10T, 跨度 28m,双粱桥式起重机结构设计第一章桥式起重机金属结构设计参数表 1-1 设计参数起重机类型通用工作级别A6轨道放置中轨桥架形式双梁 50/10t 28m起升机构主起升副起升额定起重量（吨）5010起升高度 ( 米)1218起升速度 ( 米/ 分)12.1-1.2110.3工作级别M6M5运行结构大车小车轮距（米）3.75轨距（米）2.528速度（米 / 分）4.02-40.28.53 85.3工作级别M6M5轮压（ MPa）441179.7轨道型号QU80P43.专业 .专注 .1) 大车轴距2) 腹板尺寸3) 翼缘板尺寸4) 主梁尺寸第二章总体设计1. 桥架尺寸的确定

2、B0=（ 11）L=（1 1） 22.5=6.3754.25 m4646根据小车轨距和中轨箱型梁宽度以及大车运行机构的设置，取 B0 =5 m 端梁全长 B=5.916m2. 主梁尺寸高度 h=（ 1 1 ）L=18211500 mm1417取腹板高度h0 =1600 mm腹板厚度1 =6 mm翼缘板厚度0 =24 mm主梁总高度H 1 =h0 +2 0 =1648 mm主梁宽度 b=(0.40.5)H 1 =648810 mm字腹板外侧间距b=760 mm L =425 mm 且 H 1 =540 mm603上下翼缘板相同为24 mm 600 mm主梁端部变截面长取d=2350 mm.图 2

3、-1双梁桥架结构B0 =5 mB=5.916mh0 =1600 mm1 =6 mm0 =24 mmH 1 =1648 mmB1=b=552 mm24 mm 600 mm d=2350 mm第三章主端梁截面积几何性质.专业 .专注 .1） 截面尺寸1) 固定载荷图 3-1主梁与端梁截面a) 主梁截面A=(600 24+1600 6) 2 =0.04512m 2惯性矩（ 1606）164.8I x =542.416031042=2.1305310mm（54 34）50.2I y =16016493942=1.7120210 mmb) 端梁截面A=（600207608） 2=36160 mm 2=0

4、.03616m2（ 760.860）80I x =2763942=4.264110 mm6027637.6I y =（0.8） 363842=6.822110 mm第四章载荷主梁自重载荷F =k Ag 9.81=1.278500.04512 19.81=4165.3 N2A=0.04512mI x4=2.130 1010 mm94I y =1.71210 mm2A1=0.03616m94I x 1=4.26410 mm84I y 1=6.82210 mmF =4165.3 N.专业 .专注 .小车轨道重Fg =38.869.81=381.22 N/m栏杆等重量Fl =ml g=100 9.81

5、=981 N/m主梁的均布载荷Fq = F +Fg + Fl=5527.52 N/m2) 小车轮压起升载荷为pQ = mQ gFq =5527.52 N/m= 50 1000 9.8 =49000 N小车自重pGX =17390 9.8 =170422 N小车自重载荷pQ x =mg=12.129.811000=107910.2 N小车重力 PQX 产生的静轮压 PX1 和 PX2PX1= PQX（0.5ek）bgb=1704220.50.32.53.71.93.7=50666 NPX2= PQX（0.5e） L2bk=53480.38 N额定起升载荷 Pa 产生的 PO1 和 PO2P01=

6、 PQ b c12b=125810.8 NP02= PQl12b=119189.1 N.专业 .专注 .Pj1 = PO1 + PX1 =175476.8 NPj 2 = P 02+ PX2 =172669.8 N小车轮压P = Pj 1 + Pj 2 =349146.68 N空载轮压P1 =33.5k NP2 =38.3k N3) 动力效应系1=1.1数2=1+0.7Vq=1+0.712.1/60=1.14114 =1.+0.058h=1.1+0.05875.3/60=1.18h=1 mm,接头高度差4) 惯性载荷大小车都是 4 个车轮，其中主动轮各占一半，按车轮打滑条件确定大小车运行的惯性

7、力一根主梁上的小车惯性力为PPxg =24939.05 N27大车运行起制动惯性力（一根主梁上）为PPH =24939.05 N27FH =Fq =359.82 N/m27主梁跨端设备惯性力影响力小，忽略一根主梁的重量力5)偏斜运行侧pQ =5527.52 (28-0.4)向力=152559.5 NP =349146.68 NPxg =24939.05 NPH =24939.05 NFH =359.82 N/m.专业 .专注 .一根端梁单位长度的重量Fq 1 = k Ag=1.17850 0.03616 9.81=3059.97 N一根端梁的重量为PQd = Fq1 B=1794.56.463

8、059.97=18714.76 N一组大车运行机构的重量（两组对称配置）为PQj =m j g=5623/29.81=27552.7 N4.5.1满载小车在主梁跨中央左侧端梁总静轮压按图4-1 计算6) 左侧端梁总静轮压图 4-1端梁总轮压计算pR1=1 ( pQp )1 (2 pQ) pGs(1d2 )pp2GX2LGjGd= 1 （490000+170422）+152559.5+27552.7+113714.762=529037.46 N由 L =28/5=5.6 查得 =0.1345B2侧向力PS1 = 1 PR12= 1 529037.96 0.13452=35577.8 N4.5满载

9、小车在主梁左端极限位置左侧端梁总静轮压PR2 =( pQpGX )(1e1 ) 1 (2 pQ ) pGs (1 d2 ) pGj pGdL2L=812075.96侧向力pQ =152559.5 NFq1 =3059.97 NP=18714.76 NQdPQj =27552.7 NpR1 =529037.46 N.专业 .专注 .PS2= 1PR 2 =54612.1 NPR2 =812075.962估算大车轮压P=18 t选取大车车轮直径为800 mm,轨道为 QU80.4.6 扭转载荷中轨梁扭转载荷较小，且方向相反，可忽略。故在此不用计算。第五章主梁计算5.1内力计算大车传动侧的主梁。在固

10、定载荷与移动载荷作用下，主梁按简支梁计算，如图所示 5-11) 垂直载荷图 5-1主梁计算模型固定载荷作用下主梁跨中的弯矩M q = 4Fq L2PGjdi ）（82.专业 .专注 .=1.18( 5527.2528227552.71.52 )82M q =687939.47 N=687939.47 N跨端剪切力Fqc1d24 2 Fq LPGjPGs (1L ) =1.18 15527.2528+27552.73+19620 （1-3 ） 228Fqc =123822.36 N=123822.36 N满载小车在跨中，跨中E 点弯矩为2)移动载荷作P用下主梁的M p =4b1 )2内力4L(

11、L轮压合力P 与左轮的距离为b1P2b = 112669.83.7 =1.829 mP349146.68则 M p =2519489.4 N.m跨中 E 点剪切力M p =2519489.4 N.mFp14P （ 1- b1 ）2L=11.18349146.68 1- 1.829228=192540.5 N跨中内扭矩为Fp =192540.5 NTn =0Tn =02) 满载小车在跨端极限位置（ z=e1 ）. 小车左轮距梁端距离为c1 =e1 - l1 =2-1.8=0.2 mm端梁剪切力Fpc = 4P （ L b1c1 ）L=1.18349146.68（ 28-1.829-0.2）28.

12、专业 .专注 .=382138.298 N.m跨端内扭矩为Tn1 =（4 TP +TH ）（1- e1 ）l= (1.18 86588.38 24041.23)(1 2 )28=117200.12 N.m主梁跨中总弯距为M x = M q + M p=687939.47+2519489.46=3207428.87 N.m主梁跨端总剪切力FR = Fc =Fqc + Fpc=123822.36+382138.298=505960.658 N3) 水平位置1）水平惯性力载荷在水平载荷 PH 及 FH 作用下，桥架按刚架计算。K=2.5b= 1K=1.252a= 1( B0-K)= 1(5-2.5)

13、=1.2522水平刚架计算模型示表图5-2图 5-2水平刚架计算模型小车在跨端。刚架的计算系数为2abI 1r1 =1+3(ab)LI 2Fpc =382138.298 N.mTn1 =117200.12 N.mM x =3207428.87 N.mFR =505960.658 N.专业 .专注 .2 1.25 1.25 1.712 109 =1+ 1.25 1.25 28 1.5132 109=1.017跨中水平弯矩MH =PHL(11 )FH L2 (12 )42r183r1=24939.042811394.82 28212M H =102074.35 N.m41.01781.01723=

14、102074.35 N.m跨中水平剪切力为PPH =12469.52 NPPH1 PH =12469.52 N2跨中轴力为N H = a b ( FH L2PH L)abr1128=1.11.5394.828224939.04281.51.0171281.1=-14657.8 N小车在跨端。跨端水平剪切力为F cH = FH LPH (1 e1 )2LF cH =28685.16 N= 394.82 2824939.04 1 21228=28685.16 N2) 偏斜侧向力。在偏斜侧向力作用下，桥架也按水平刚架分析（如图 5-3 ）图 5-3侧向力作用下刚架的分析这时，计算系数为.专业 .专注

15、 .K I1rs =1+3LI 2=31.7121091281.51323=1.04小车在跨中。侧向力1PS1 =PR12= 1 529037.96 0.13452=35577.8 N超前力为Ps1B0P 1L= 32620.7 528=6607.3 N端梁中点的轴力为N d 1 1 P1 =3303.65 N2端梁中点的水平剪切力为Pd1 = Ps1 ( 1a )2Kr s=35577.8（ 1-1.25）22.51.04=4872.87 N主梁跨中的水平弯距为LM s = Ps1aPd1b N d 1 2=35577.81.25+4872.871.25-3303.65=193.78 N主梁

16、轴力为N s1Ps1Pd 1=35577.8-4872.67=30704.93 N主梁跨中总的水平弯矩为282Pd1 =4872.87 NM s =193.78 NNs1 =30704.93 N.专业 .专注 .M y = M hM s=102074.35+193.78=102268.13 N.m小车在跨端。侧向力为PS2 =54612.1 N超前力为P 2 = Ps2B02= 54612.1 528=10142.25 N端梁中点的轴力为1N d =P 2 =5071.12 N端梁中点的水平剪切力为Pd 2= PS2（ 1a ）2Kr s=54612.1（ 1-1.25）22.51.04=80

17、51.78 N主梁跨端的水平弯矩为M cs = PS2 a+Pd 2 b=54612.11.25+8051.781.25=72150.98 N.m主梁跨端的水平剪切力为Fcs = P 2 - N d=1P22=10142.25-5051.12=5071.12 N主梁跨端总的水平剪切力为FcH = F cHFcs4) 强度=2868.16+5071.12=33756.28 N小车在跨端时，主梁跨中水平弯矩与惯性载荷的水平弯矩组合值较小，不需计算需要计算主梁跨中截面（如图 3-1 所示）危险点、的强度M y =102268.13 N.mPS 2 =54612.1 NP 2 =10142.25 NP

18、d 2 =8051.78 NM cs =72150.98 N.mFcs =5071.12 NFcH =33756.28 N.专业 .专注 .1) 主腹板上边缘的应力主腹板边至轨顶距离为hy =hg0 =164 mm主腹板边的局部压应力为m4 Pji(2 hy50)= 1.8 176476.8 =91.82MPa216450 6垂直弯矩产生的应力为01 = M x yI x= 3207428.87103 8002.13051010=120.44 MPa水平弯矩产生的应力为M y x102 =I y102268.13103270=0.42641 1010=6.48 MPa惯性载荷与侧应力对主梁产生

19、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板的静矩为Sy = 0 B1 ( y10.5 0 )=24540 8054主腹板上边的切应力为Fp SyTn=2 A0I x= 192540.5 10432800 +02.1305 1010 6 6=7.857 MPa点的折算应力为01 =120.44 MPa02 =6.48 MPa=7.857MPa.专业 .专注 .0 =01 +02=120.44+6.48=126.92MPa1 =02m200 32= 126.962 91.322 126.96 91.82 3 78572=114.356MPa=175MPa点的折算应力为2 =M x

20、y2M y x2I xI y=126.92MP=175MPa点的应力为3 =1.15M x y2M y (x2 25)I xI y5)主梁跨端的=1456 MPa=175MPa切应力主梁跨端截面变小，以便于主端梁连接，取腹板高度等于hd =800 mm。跨端只需计算切应力主腹板。承受垂直剪力Fe 及扭矩 Tn1，故主腹板中点切应力为= 1.5Fc hd主梁跨端封闭截面面积为A0 =（ b-8 ）( h0 + 0 )2=496 824=408704 mm代入上式1.5505960.658=80012=79.05MPa =100MPa副腹板中两切应力反向，可不计算翼缘板。承受水平剪切力FcH =3

21、3756.23 N 及扭矩 Tn1 =117200120 N.m0 =126.92MPa1=114.356MPa2=126.92MP3=1456 MPa=79.05MPa.专业 .专注 .= 1.5Fc hd= 1.5 33756.2311720012024 10802 408704 246) 主梁疲劳强=7.923 MPap =100 MPa度主梁翼缘焊缝厚度取hf =8 mm，采用自动焊接，不需计算桥架工作级别为 A7, 应按载荷组合计算主梁跨中的最大弯矩截面（ E）的疲劳强度由于水平惯性载荷产生的应力很小，为了计算简明而忽略惯性力求截面 E 的最大弯矩和最小弯矩， 满载小车位于跨中 (

22、轮压 P1在 E点上)则M max = M x =3207428.87 N.m空载小车位于右侧跨端时（如图5-4 ）)| 2)图 5-4主梁跨中（ E）最小弯矩的计算左端支反力为FR1= 1 P 1 (bc2 )P 2 c2 LFR1 =5196.1 N=13.70.32383000.33350028=5196.1 NM min = M q4 FR1 zM min =768171.8 Nm=682939.4+1.185196.1 0.5（28-1.829 ）=768171.8 Nm.专业 .专注 .5.3.1验算主腹板受拉翼缘板焊缝的疲劳强度max = M x ( y20 )I x=32074

23、38.871038002.13051010max =120.43MPa=120.43MPamin = M min ( y20 )I x=76171.81038002.13051010min =28.84MPa=28.84MPa图 5-5主梁截面疲劳强度验算点应力循环特性= min max= 28.84 =0.2395 0120.43根据工作级别A6，应力集中等级K1 及材料Q235，查得1 119 MP，b =370 MPa焊缝拉伸疲劳需用应力为.专业 .专注 . rl =1.671 11(1)r0.45b=1.67119119110.23950.43370=213.3MPamax =120.

24、43MParl （合格）验算横隔板下端焊缝与主腹板连接处M x ( y210)max =I x= 327438.87 750 10 32.1305 1010=112.9MPamin = M min ( y210)I x= 768171.81 750 1032.1305 1010=27.04 MPa= min = 27.04 =0.2395 0 max 112.9显然，相同工况下的应力循环特性是一致的根据 A7及 Q235，横隔板采用双面连续贴角焊缝连接，板底与rl =213.3MPamax rl 合格max =112.9MPamin =27.04 MPa受拉翼缘间隙为50 mm，应力集中等级为

25、K3，查得 1 =71MPa拉伸疲劳需用应力为 rl =1.671 11(1)r0.45b rl =137.46MPa=1.677171max rl 110.23950.457) 主梁稳定性370合格=137.46MPa.专业 .专注 .max =112.9 MParl （合格）由于切应力很小，忽略不计5.4.1整体稳定性主梁高宽比h =1648 =3.25 3 （稳定） b 506局部稳定性翼缘板 b0= 540 =22.50（属不均匀压板）10.75s =176.25MPa需修正，则1cr= s （ 1s）5.31cr=235235430.325.3=210.78 MPa腹板边局部压应力m

26、 =91.82 MPa压力分布长c=2 hy +50=2164+50=378 mm= a =5.33 ，按 a=3b 计算， b=3= 378 =0.423 300.专业 .专注 .区格属双边局部压缩板，板的屈曲系数为K m = 0.8(20.27)(1)a=0.820.710.4290.423=1.87mcr=K mE=1.21.8774.425=166.95MPa0.75s区格平均切应力为FpTn=2 A0h0= 192540.5 +01600 12=10.03 MPa由 = a =5.3 1，板的屈曲系数为 bK=5.34442 =5.482 =5.345.3cr= KE=1.25.48

27、74.4=489.46 MPa3 cr = 3489.46=847.78 MPa需修正，则3 cr =2351235847.785.3=222.71MPacr = 222.71 =128.58 MPa3区格上边缘的复合应力为221 m321m= 126.922 91.822 126.92 91.82 3 10.032=114.84MPa.专业 .专注 .= a =5 2，区格的临界复合应力为 b2232cr =1m1m 31(1 )(1 )2(m ) 2( ) 241cr41crmcrcr=114.842 322210.644126.920.644126.9291.8210.03合格4210.

28、784210.78166.95128.58=194.65 MPacr =crn= 194.651.33=146.35 MPa755062232 I x ( 合格 )主副腹板采用相同的纵向加劲肋50250 5，A=614.3 mm，4I x1 =231700 mm纵向加劲肋对主腹板厚度中线的惯性矩为I x = I x1Ae2 = I x1 A(b 0.5 0z0 )2.专业 .专注 .=231700+614.3449.62=1742976 mm(2.5aa23I x0.45)=h0h0(2.50.45 1600 ) 1600 283=16001600=1679360 mm4 Ix1）垂直载荷I x =1.5h03=1.51600 83=1228800 mm4 I x ( 合格 )第六章端梁的计算6.1载荷与内力MR=0端梁按修改的钢架尺寸计算，B 0 =5m, a=1.25m, b=1.25 m,K =2b=2.5 m, B=5.9 m,a1 =0.45 m,a2 =0.19 m