第八章 偏轨箱形龙门起重机2011

1、本章内容：简单介绍偏轨箱形龙门起重机金属结构的形 式，详细分析主梁、支腿的内力，介绍主梁、支腿的设 计计算方法。 本章重点：偏轨箱形龙门起重机主梁的设计计算方法。 中轨箱形梁中轨箱形梁偏轨箱形梁偏轨箱形梁半偏轨箱形梁半偏轨箱形梁 第一节 偏轨箱形龙门起重机的金属结构 金属结构组成：上部主梁，支腿。 龙门起重机的分类 单主梁龙门起重机 双梁龙门起重机 一、单主梁龙门起重机 1、带悬臂单梁龙门起重机 支腿的形式：L型、C型 主梁的形式：箱形截面 起重小车采用侧向悬挂的方式： 二支点小车 三支点小车 适用于适用于Q=520t 适用于适用于Q=2050t 支腿的计算简图的确定 在龙门架平面为上端 固定

2、、下端自由的计算简 图，因此支腿上大下小 在支腿平面为上端自 由、下端固定的计算简图， 因此支腿上小下大 当跨度L35 m时，通常制成一侧刚性支腿、另一侧柔性支腿。 从而可消除温度和吊重引起的推力从而可消除温度和吊重引起的推力。 2无悬臂的单主梁龙门起重机 二、双梁龙门起重机 1无马鞍双梁龙门起重机 （O形）采 用标准轨距 （U形）不采用 标准轨距 支腿粗壮 防止两根主梁向中间并 小车轨道在主梁的上方小车轨道在主梁的上方 U形双梁龙门起重机形双梁龙门起重机 2带马鞍双梁龙门起重机 变截面支腿的形式： 主要靠马鞍防止主要靠马鞍防止 主梁向中间并主梁向中间并 龙门架平面和支腿平面龙门架平面和支腿平

3、面 均为上大下小均为上大下小 第二节 偏轨箱形主梁的内力分析 一、计算简图 1、带柔性支腿的龙门起重机 2、具有两个刚性支腿的龙门起重机 垂直平面水平面 垂直平面 结论：结论：主梁的最不利计算简图是按两 端简支的外伸梁简支的外伸梁计算，不因其结构形式 和支承情况而改变。 二、垂直载荷引起的主梁内力 1移动载荷引起的主梁内力 一个主梁上总的小车轮压： n QG R ixci 21 PPR 跨间运行时 小车车轮1下的主梁弯矩方程式为： 1 1A LZ-a MR ZRZ L 4L )aL( RM 2 1 1max 此时 2 aL Z 1 4L )aL( RM 2 2 2max 同样方法： 如果P1P

4、2，则M1maxM2max 当P1=P2=P时，则M1max=M2max=Mmax， P1=P2=P时弯矩M的图线 剪力方程式为 ) L b L Z 1 (P) L Z 1 (PQ 21 当Z=0时 有 P1P2时的剪力广义影响线 P1=P2时的剪力广义影响线 L bP PPQ 2 21max 悬臂段范围运行，小车走到悬臂端时，支承A处 21 PPQ 小车位于悬臂端时的弯矩及剪力图小车位于悬臂端时的弯矩及剪力图 )( 21max blPlPM 2、固定载荷引起的主梁内力 1）匀布固定载荷 0 L G q 2 2 0 0 max ql 2 1 8 qL )L2L( 8 qL M 2 ql M 2

5、 max qL 2 1 Q qlQ 2）集中固定载荷 司机室对主梁的作用 端梁对主梁的作用 三、水平载荷引起的主梁内力 1大车制动惯性力引起的主梁内力 桥架惯性力qH(水平均布力） 司机室惯性力PHs 端梁惯性力PHd 有载小车惯性力为P1H和P2H 计算方法：计算方法：将相应的垂直载荷缩小 倍，即得大车制动惯性力。 g a 5 2风载荷引起的主梁内力 主梁迎风产生的风载荷为水平的均布载荷qw 小车及货物迎风产生的风载荷为水平的移动集中载荷P1w和P2w 注：注：计算主梁时仅考虑顺着大车轨道方向的风载荷。计算主梁时仅考虑顺着大车轨道方向的风载荷。 四、主梁承受的扭矩 1外扭矩的确定 如图，主梁

6、承受的扭矩为 nsncn MMM ) eB(Q) eB(GM 2 i1xcinc 2 h )RR(M wHns 0 21 2 Be 对于双主梁： eRMnc 大车制动大车制动 时引起的时引起的 惯性力惯性力 小车和小车和 货物的货物的 风载荷风载荷 2扭矩在主梁上的分布 BAn MMM (1)小车在跨中时 a. 两条腿刚度都很大 2 M MM n BA b. 一条刚性腿一条柔性腿 nA MM0MB （2）小车位于跨间，靠近一条腿时 nA MM0MB (3) 小车在悬臂端 a. 两条腿刚度都很大 BK An ABK 1L CGI MM 11L CCGI b. 一条刚性腿一条柔性腿 nA MM0M

7、B BnA MMM 主梁悬臂长度对扭矩在支腿主梁悬臂长度对扭矩在支腿A及及B上的分配没有影响上的分配没有影响 i i K s A I 2 0 4 纯抗扭惯性矩 四、偏斜运行侧向力S引起的主梁内力 单梁：单梁： l ns MPh 双梁：双梁： l s MPh s P其中 为沿轨道方向的超前力 s PLSB s SB P L SBLPM S l 第四节 偏轨箱形主梁的设计计算 一、确定计算载荷及其组合 二、主梁的内力计算 画弯矩图，找出危险截面 三、主梁的截面选择 四、主梁的强度校核 危险截面的位置： 满载小车位于跨中时的跨中截面 满载小车位于有效悬臂端时的悬臂根部截面 工作级别A6时，按载荷组合

8、I校核疲劳强度 按载荷组合II校核静强度 工作级别A6时，按载荷组合II校核静强度 1满载小车位于跨中时主梁跨中截面强度校核满载小车位于跨中时主梁跨中截面强度校核 (1)正应力 主梁跨中截面的正应力分布图主梁跨中截面的正应力分布图 2满载小车位于悬臂端时主梁支承处截面强度校核 (1)正应力 (2)剪应力 (3)复合应力 主腹板厚度 (2)平均挤压应力 (3)复合应力 五、带悬臂主梁的局部稳定性校核 六、主梁的刚度校核 （一）主梁的静刚度校核 计算静挠度时的计算载荷是起升载荷和小车自重。 1、按简支外伸梁计算静挠度 满载小车位于跨中(图822) 3 48 RL f EI 忽略轮距时的挠度： 满载

9、小车位于有效悬臂端 忽略轮距 2 () 3 Rl fLlf EI 2、按一次超静定龙门架简图计算静挠度 满载小车位于跨中 满载小车位于有效悬臂端 ) 128 38 ( 3 )( 2 3 2 21 f k k Ll EI ClPP f 3、静刚度计算总结 具有柔性支腿的龙门起重机应按简支外伸梁计算简图计算静挠度。 具有两个刚性支腿的龙门起重机分几种情况： 小车位于跨中时静挠度建议按简支梁计算简图计算 小车位于有效悬臂端时的有效悬臂端静挠度建议按一次 超静定龙门架计算简图计算 （二）、横向框架抗扭刚度校核（对于箱形梁可不考虑） （三）、主梁的动刚度校核 例8-1 L型单主梁偏轨箱型龙门起重机，起重

10、量mQ=20/5t，跨度L=35m， 悬臂长l=10m，小车在悬臂端的极限位置l1=7m，小车质量mx=7.8t，主 梁截面形式及尺寸如图。 风压q =150Pa，水 平惯性力均取垂直载荷的1/10，轨道高度hg=107mm。材料Q235， 许用挠度，跨中YL=L/800，悬臂端YL1=L/350，试验算起重机主梁的 静强度和静刚度。 , 2 . 1,15. 1, 1 . 1 241 ,100 ,175MPaMPa 解：（1）载荷计算 主梁截面积： )(55712)14601654(8)68(2200 )()( 2 132 mm BBhA xSz 主梁质量：设加劲肋质量系数k=1.5 )(36

11、080)35000100002(557121085. 75 . 1 )2( 6 kg LlAkm 主梁自重均布载荷： 36080 9.8 6.43(/) 255000 mg qN mm lL 主梁迎风面积： )(122)35102(216. 2)2( 2 mLlHA 风载荷：因箱形梁8 .24 216. 2 552 H Ll 65. 1C 工作风压下，1 h k )(30195122150165. 1NAqCkP IIhw 风载荷集度： )/(549. 0 55000 30195 2 mmN Ll P F w w 水平惯性力（均布）： 6.43 /0.643(/)0.643 1010 H q

12、FN mmN mmMPa 移动载荷： 组合IIa： kN gmmP Qxa 3 .3198 . 9)202 . 18 . 71 . 1 ( )( 21 组合IIb： kN gmmP Qxb 3 .3138 . 9)208 . 7(15. 1 )( 4 按载荷组合IIa计算。设小车轮压相等，即： Va PP2 kN P P a V 65.159 2 3 .319 2 水平集中惯性载荷（作用于轨道顶）： kNgmmP QxH 24.2710/)(2 主梁截面弯心水平位置：mmBe6031407 68 6 0 32 3 弯心垂直位置在截面中心线上。 外扭矩： 8 22() 2 2216 319300

13、 60327240(107)2.242 10 2 nVHg H MPePh N mm （2）内力计算 1）垂直方向（跨度大，两支腿分别制成一刚一柔） 22 ( /2)1 223 9 2 () 824 3500010000319.3 1035000 1.1 6.43 () 824 3.523 10 () V x L P LqLql M N mm 跨中： kNPQ VLy 65.1592/2 )2/( 悬臂根部： 2 ( 1)11 23 9 /22 1.1 6.43 10000 /2319.3 107000 2.589 10 x lV MqlP l N mm 2）水平方向 mmNFFF HW /1

14、92. 1 1 kN. 2qqlQ V1)y(l1 23 10931033191000043611 跨中： mmN LPLL LF M HLy 8 3 0 01 )2/( 10613. 3 4/350001024.278/ )55000350002(55000192. 1 4/2)2( 8 NPQ HLx 136202/2 )2/( 悬臂根部： mmN lPlFM Hly 8 8 1 2 1)1( 10502. 2 7000272402/10192. 1 22/ kNPlFQ Hlx 392724010192. 12 4 1)1( 3）主梁截面性质 中性轴位置 mm A Ay y i ii 7

15、5.1138 55712 8146042200)86(1108816542212 1 mmy25.107775.1138822008 2 mm A Ax x i ii 88.808 55712 82200143462200278146073081654827 1 mmx12.84588.8081654 2 惯性矩： 410 2 132 2 11 2 2132 103 . 4 ) 2 )()4()4()( 12 3 mm h yhyByB h I xSx 410 222233 2 21 2 11 2 11 2 13 2 12 33 1 10011. 2 12.188165488.78814608

16、8.7812200612.62522008)14601654( 12 8 ) 2 () 2 ()27()27()26()( 12 mm B xB B xBxBxhxBhBBI S S x xxxxSy 上翼缘板静矩 37 1 21 1042. 1)425.1077(81654) 2 (mmyBS Sy 截面静矩 3727 2 1232 1022. 225.1069)68( 2 1 1042. 1 )( 2 1 mm ySS y 4）强度校核 跨中截面： ( /2)2( /2)2 98 1010 1.15() 3.523 101077.253.613 10845.12 1.15 ()118.45

17、 4.3 102.011 10 x Ly L A xy MyMx II MPa ( /2)( /2) 1 89 1 1010 1.15() 3.613 10(1407)3.523 10(1077.258) 1.15 ()113.62 4.3 102.011 10 x LBy LB B xy MyMx II x MPa MPa C P V m 3 .71 8)501152( 159650 2 8 2.242 10 n MN mm 8 002 2.242 10 4.52 22 1407 2208 8 n n M MPa B H 7 ( /2) 1 10 23 159650 1.42 10 3.76

18、 ()4.3 10(86) y Ly x QS MPa I 222 111 3()98.5 Bmmn MPa ( /2)1( /2)1 98 1010 (27) 1.15() 3.523 101138.753.613 10781.88 1.15 ()123.45 4.3 102.011 10 x Ly L C xy MyMx II MPa 悬臂根部截面 98 ( 1)2( 1)2 1010 2.589 101077.252.502 10845.12 4.3 102.011 10 75.38 x ly l A xy MyMx II MPa 98 ( 1)( 1) 1010 2.589 10106

19、9.252.502 10625.12 4.3 102.011 10 72.2 x lBy lB B xy MyMx II MPa 8 2.242 10 n MN mm 8 002 2.242 10 4.5 22 1407 2208 8 n n M MPa B H 22 11 3761.1 B MPa 98 ( 1)1( 1) 1010 2.589 101138.752.502 10781.88 4.3 102.011 10 78.26 x ly lC C xy MyMx II MPa MPa I SQ x yly 2 . 9 )68(103 . 4 1042. 1109 . 3 )( 10 7

20、5 32 )1( 1 MPa n 7 .13 1 57 ( 1) 1 10 23 3.9 102.22 10 14.4 ()4.3 10(86) y l x QS MPa I 1 14.54.518.9 Dn MPa 5）刚度校核 跨中： 3 33 510 () (207.8) 109.8 35000 26.95 484.8 2.1 104.3 10800 Qx LL x mm gL L fmmf EI 悬臂端： 2 32 11 1 510 1 ()() (207.8) 109.8 7000(700035000) 33 2.1 104.3 10 20.7120 350 Qx l x L mm

21、gllL f EI l mmfmm %5 . 3%100 20 2070.20 在允许范围内，刚度合格 强度满足要求 第五节 偏轨箱形龙门起重机支腿的设计计算 一、确定计算载荷及其组合 二、支腿的内力分析 两个刚性支腿：一次超静定问题 带柔性支腿：静定问题 最不利工况：最不利工况： 带悬臂的龙门起重机小车位于有效悬臂端有效悬臂端 不带悬臂的龙门起重机小车靠近一条支腿处靠近一条支腿处 1、龙门架平面 A. 垂直载荷 1） 起升载荷和小车自重 计算载荷 不带悬臂时： B. 水平载荷 1) 小车惯性力PHx（或小车、货物的风载荷及小车的碰撞载荷） 2）静定结构时，小车惯性力PHx（或小车、货物的风载

22、荷及小车的 碰撞载荷） 3）支腿承受的风载荷 注：桥架自重G在计算支腿轴向力时应予以考虑； 不考虑桥架自重G引起的横推力 龙门架平面内支腿的危险截面：龙门架平面内支腿的危险截面：支腿的上端 2支腿平面的支腿内力（按静定结构计算） 1）、求主梁对支腿的支反力 A、起升载荷和小车自重引起的支腿的垂直载荷 B、起升载荷和小车自重等引起的扭矩MA(按8-14，8-18计算) 2）支反力VA引起的支腿的内力 3）扭矩引起的支腿的内力 4）水平集中力引起的支腿的内力 5）水平均布载荷引起的支腿内力 6）偏斜载荷引起的内力 支腿截面的内力： 轴力N、弯矩M、扭矩Mn(按表8-6计算） 危险截面：支腿的下端

23、带马鞍的龙门起重机支腿 支腿平面的计算简图： 一次超静定结构 三、支腿截面的选择 1、支腿结构 单主梁龙门起重机和无马鞍的双梁龙门起重机支腿变截面形式 bs等于梁宽 Cs略大于梁高，且Cs=(1.381.8)bs Cx等于下横梁宽（由走行轮支承结构决定） Cx（400700）mm bx(2.93.7)Cx 带马鞍的双梁龙门起重机支腿截面在两个平面 内都是上大下小 2、下横梁结构 1）单梁 为保证RA=RB P MB b 2 2）双梁无马鞍 3）带马鞍 7 . 0 s xs b bb 7 . 0 s xs C CC 四、强度校核 1、支腿的强度校核 在龙门架平面内，支腿上端为危险截面； 在支腿平

24、面内，支腿下端为危险截面； 此外，还必须对中间截面进行强度校核 2、下横梁的强度校核 五、支腿的整体和局部稳定性校核 1、整体稳定性可按下面的简化计算式验算 2、局部稳定性校核 1）轴心受压 2）偏心 y x xy M MN AWW 10 l b 4 3 l 纵向加劲肋 （成对布置） 横向加劲肋 15 l l b 0 0 40 30 40 30 l l b bmm C bmm 3） 支腿下横梁的局部稳定与主梁的无集中轮压作用时情况相同 六、双梁龙门起重机桥架水平刚度校核六、双梁龙门起重机桥架水平刚度校核 双梁龙门起重机如果桥架水平刚度不够水平刚度不够，会出现两根主梁 向中间并拢向中间并拢，甚至

25、发生小车卡轨小车卡轨现象。 满载小车位于有效悬臂端满载小车位于有效悬臂端，其中一条支腿出现最大支反力为水 平刚度校核的最不利工况最不利工况。 1计算载荷 (1)一根主梁作用于支腿上端的垂直压力 (2)由于小车偏心作用引起的扭矩 2水平支反力HA及HB（莫尔图乘法） 3. 校核 主梁和支腿在连接处的最大水平变位 gc t A bbf 七、支腿与主梁及下横梁的连接计算(见第四章) 支腿与下横梁的连接形式及受力简图 按受拉又受剪的 螺栓连接计算 八、变截面支腿的折算惯性矩 1、用折算惯性矩所在位置法求折算惯性矩 近似认为箱型支腿的惯性矩与截面高度的平方成正比 变截面支腿 2 min1 max1 2

26、min max min max x x y y I I k z z 又 Lxx min1max1 1 min1 k L x 2 min1 1 2 minmin )( x x y y I I z xz min 2 )( ) 1(1 zxz I L x kI （计算横推力和刚度演算）（计算横推力和刚度演算） 令 L x 则 min 2 )( ) 1(1 zxz IkI 变截面支腿受单位力作用计算简图 在单位力P作用下，臂端线位移： k kk k kEI L z b ln 1 21 ) 1( 1 2 min 3 惯性矩为折算惯性矩的等截面支腿在 单位力P作用下的臂端线变位： zt d EI L 3

27、3 db min 2 ln 1 21 3 ) 1( z I k kk k k I zt （折算惯性矩） 折算惯性矩的位置 1 ln 1 2 13 1 t 2、用辛普生数值积分公式求折算惯性矩 设支腿各等分处的截面惯性矩分别为： Iz0、Iz1、Iz2、Iz3、Iz4。 辛普生数值积分公式： 变截面支腿自由端在单位力作用下产生的线变位为 )(4 3 )( 1310 0 n L ffff n L dxxf )(2 242nn ffff 等分数 单位力P作用在等截面支腿的臂端时，臂端的线变位： zt d EI L 3 3 db 九、变截面支腿的长度系数2 根据变截面支腿与等截面支腿临界力根据变截面支腿与等截面支腿临界力 相等的条件求得折算长度系数相等的条件求得折算长度