LD20单梁计算书

1、动单梁起重机设计计算书编 制：审 批：日 期： 2015 年 5 月绵阳龙广实业有限公司一，LD20t-22.5 电动单梁结构特点 2二，LD20-22.5 主要技术参数： 3三主梁截面几何尺寸 43.1 主梁截面面积： 43.2 主梁断面水平型心轴 x x 位置 43.3 主梁惯性矩 53.3.1 . 垂直惯性矩计算： 53.3.2 水平惯性矩计算 5四，主梁强度校核 64.1. 垂直载荷在下翼缘引起的弯曲正应力 64.2. 主梁工字钢下翼缘局部弯曲计算 7五.刚度计算 105.1 .垂直静刚度计算 105.2 .水平静刚度计算 10六，稳定性计算 126.1 主梁整体稳定性计算 126.2

2、 主梁腹板的局部稳定性 126.3 受压翼缘板局部稳定性 12七，端梁计算 137.1 轮距的确定 137.2 端梁断面尺寸 137.2.1. 断面总面积 147.2.2. 形心位置 147.2.3. 断面惯性矩 147.2.4. 断面模量 147.2.5. 起重机最大轮压 147.3 起重机最大轮压的计算 15八，最大歪斜侧向力 16九，端梁中央断面合成应力 17十主、端梁连接计算 1810.1. 主. 端梁 连接形式及受力分析 1810.2. 螺栓拉力的计算 1810.3. 歪斜侧向力矩对螺栓拉力的计算； 1810.4. 起重机支反力对螺栓的作用力矩 1910.5. 支反力矩对螺栓的拉力

3、1910.5.1. 螺栓承受的总拉力 N 0 2010.5.2. 验算螺栓强度 2017一，LD20t-22.5电动单梁结构特点电动单梁起重机是一种有轨运行的轻小型起重机，它实用于起重量1-20吨,适用跨度7.5-22.5米，工作环境温度-35C° 35C°范围内，常用于机械制造， 装配，仓库等场所。它的主梁结构由上翼缘板，两侧腹板，斜盖板.工字钢等焊接 组成箱形实腹板梁.横梁用钢板压延成 U形槽钢，再组焊成多!形横梁.主.横梁之 间用高强度螺栓连接而成.起升机构与小车运行机构采用电动的产.大车运行机 构采用分别驱动形式.驱制动靠锥形制动电机来完成LD20t-22.5电动单

4、梁桥式起重机外形图如图 1-1所示：1.主梁2.端梁装置3.机电连接装置 4.地面操纵电气安装5.吨位牌装置 6.铭牌装置7.螺栓8.螺母9.弹性垫圈电动单梁桥式起重机外形图1.1二，LD20-22.5主要技术参数：起重量Q=20吨； 跨度L=22.5米； 大车运行速度V运=20米/分；工作级别：A3电动小车采用20吨电动葫产.葫产最大轮压Pma产的产起升高度=9米；小车运行速度V =20米/分；电动的产自重G=245淤斤；地操.20吨电动单梁起重机基本技术参数在舁 厅P名称型号/单位参数值备注1起重量吨202操纵形式/地操3运行 机构运行速度V运米/分204电机型号/ZDY-100L-45功

5、率N千瓦2X3.06转速n转/分13807起升 机构电动葫芦型号HC208起升速度V起米/分3.59起升高度H米910工作级别/A311电源/380V12车轮直径mm37013轨道面宽mm7014跨度Lm22.515起重机最大轮压t15.116起重机总重kg893017基本 参数H1mm127518H2mm105019H3mm150020C1mm183021C2mm123022Kmm350023Bmm3000三.主梁截面几何尺寸根据实际设计出LD20t-22.5电动单梁主梁实际尺寸，查机械设计手册，得 40b 普通工字钢(GB706-1998)的尺寸参数：h =400mm； b =144mm；

6、 t=16.5 mm； q =73.8 kg/m；f=94.1cm2;Ix =22780cm4 ; Iy=692cm4。LDA20t-22.5电动单梁截面尺寸，如图 3-1 ;主梁截面3-13.1 主梁截面面积:F=65 X 1 + 95X 0.6 X 2 + 37.6 X 0.6 X 2+94.1 +11.4 X 1.2 + 3X 0.6 X 2=339 cm 23.2 主梁断面水平型心轴x x位置; Fi*Yixyi =“ Fi式中，Z FiYix一各部分面积行心对x-x的静距之和(cm3);Z Fi 一主梁断面的总面积；y1=65X 1 X (150+ 1.2-0.5) +95X 0.6

7、 X (150.2 95+2) X2 + 94.1 X21.2+ 11.4 X 1.2 X0.6+2X【37.6X0.6 (cos43X 37.6 + 24+1.2 )】9795.5 11707.8 1994.9 8.2 2377.8339=76 cmy2=150+ 1.276=75.2 cm3.3主梁惯性矩3.3.1.垂直惯性矩计算:2J x = I x + A lx65 13 c 八，20.6 953 八八 八八2+65X 0.1 X 75.52 + 2X +2X95X 0.6 X 28.52 + 21212330 6 义27 5 3_2114 123x + 2X cos43M37.6M

8、0.6M64.52 + 22780+ cos43 1212+ 11.4 X 1.2 X 74.62=986670 cm43.3.1水平惯性矩计算2J y = I y + Aly1父65395 M0.6320.6 X25.6 3P2Xk2X95X0.6 X 29.72 +2Xk1212sin 43 12一2 一 一 1.2 11.4312=2 X sin 43 M 37.6 父 0.6 父 12.82 + 22 780+=141766 cm4四，主梁强度校核根据这种结构形式的起重机之特点，可以不考虑水平惯性矩对主梁造成 的应力，以其水平平面内载荷对主梁的扭转作用也可忽略不计。主梁强度计算按第n类

9、载荷进行组合。对活动载荷由于小车轮距很小，可近似按集中载荷计算。验算主梁跨中断面弯曲正应力和跨端断面剪切力。跨中断面弯曲正应力包括梁的整体弯曲应力和小车轮压在工字钢下翼 缘引起的局部弯曲应力两部分，合成后进行强度校核。梁的整体弯曲在垂直平面内按简支计算，在水平平面内按钢接框架计算。如图4-1P/qAA二 B4 七1125-X2250主梁受力按简支分析图4-14.1. 垂直载荷在下翼缘引起的弯曲正应力与(_p_ + K - )( kg / cm2)5 Jx ' 48式中；p=rnQ + KG葫其中Q一额定起重量 Q=20000kg;G葫一电动的产自重，G葫二2450kg;中一动力系数，对

10、于中级工作类型中口=12kn冲击系数，对操纵室操纵时kn=1.1;yi一主梁下表面距断面形心轴 X-X的距离，yi=76cm;jx一主梁跨中断面对轴x-x的惯性矩，jx=986670cm4;q 一主梁单位长度重量，(kg/m)q=1000 F 丫+q ,式中F-主梁断面的总面积；F =0.0339 m2Y 材料比重，对钢板 y =7.85 kg/ cm3q 主梁横加筋板重量所产生的均布载荷q =0.107 kg/ cmq=1000X 0.0339 X 7.85 + 0.107=2.768kg/ cm2s Jx 4876 ( 24940M 2250 21.1 2.768. 225028=1229

11、 kg/cm24.2.主梁工字钢下翼缘局部弯曲计算(1)计算轮压作用点位置i及系数己i=a+c-e式中；i-轮压作用点与腹板表面的距离(cnj)c-轮缘同工字钢翼缘边缘之间的间隙；取 c=0.4 cm14.4 -1.25=6.575 cme=0.164R,对普通工字钢 GB706-65叫通热扎工字钢 >,翼缘表面斜度为1/6R-电动的产走轮踏面曲率半径；可从电动的产样本查得；R=17.2cme=0.164X 17.2=2.82i =6.575+0.4-2.82=4.12E = i/a= 4.24+6.575=0.64(2)工字钢下翼缘局部弯曲应力计算；aikiP轮,I =2toai-翼缘

12、结构系数，贴补强板时取ai=0.9K尸局部弯曲系数，查局部弯曲系数图，得 Ki=1.9t0 =t 二其中，t工字钢翼缘平均厚度；t=1.65 cm仃-补强板厚度，=1.2 cmt0 =t +仃=2.85 cmP轮=kdlcP轮-正常工作起重机车轮的轮压k-车轮的许用轮压d -车轮或滚轮的踏面直径l -车轮或滚轮与轨道承压面的有效接触宽度c-计算系数查3811-2008车轮与滚轮的许用比压，根据车轮材料为45号钢，抗拉强度为 600N/mm2,得，k=5.l =w -r = b-d 0.63=2.66 cm 4C ="2=1.07 X 1.09=1.67C1C2根据3811-2208车

13、轮转速系数&和车轮直径、运行速度与转速系数C2, 查的；P轮=kdlc =803 kg'.产0.9 1.9 P轮22.8522=169 kg / cm(3)局部弯曲应力(T 2由下式计算a2 k2 P轮 '.2=t1K-局部弯曲系数；查部弯曲系数图得 K2=0.60.9 0.6 P轮2.852=53 kg / cm2(4) K-局部弯曲系数；查部弯曲系数图得 K=0.4; a3-翼缘结构形式系数;贴补强板时取a3 =1.5'3二 -'3二-31.5 0.4 P轮2.8522=59 kg / cm3 .主梁跨中断面当量应力计算当量应力。当i由下式计算仃2当

14、=。2 +(。2 +0s)2 - 61(2 +0s)仃2当=1692 +(53+1229)2 -169X (53+1229)。当=1206kg / cm2 < 卜=1700kg / cm2当量应力仃当2,由下式计算;仃当 2= Bs + B3=1229 +53=1282 kg / cm2 < k 】=1700kg / cm2综上可知；主梁强度满足条件。五.刚度计算单梁桥式起重机应对主梁的垂直静刚度和水平静刚度进行验算， 并必须符合 要求。而对动刚度一般可不验算，只有在使用上提出特殊要求时，如高速运行或 精确安装的起重机，尚需验算动刚度。5.1. 垂直静刚度计算48EJx 700式中

15、；f -主梁垂直静挠度（cmj）P-静载荷 （kg）L 跨度L =2250cmJy-主梁跨中断面垂直惯性矩（cm4）f L 许用垂直静挠度（cm）;取 f 】=L/700=2250/700=3.21 cm3r 22450 2250f 二48 2160000 986670=2.5 cm< f =3.21 cm ,满足要求；20005.2. 水平静刚度计算48EJ式中；f -主梁水平静挠度（cmj）Pzk-水平惯Tt力（kg）P水=P/20=22450/20=1122.5kgJy-主梁跨中断面水平惯性矩，Jy=141766cm4f L-许用水平静挠度（cm）；取“=L/2000=1650/2

16、000=0.83cmfP7K L3水=48EJy一 一 3=1122.5x225048 2160000 141766=0.87 cm< f =L = 1.13 cm,符合要求；20005.3. 动刚度计算在垂直方向上的自振周期T =2n,iM < T = 0.3S .K式中；T-自振周期(秒)M -起重机和萌产的换算质量， M =1/g(0.5gL k+G)式中;g-重力加速度，g=980cm/秒；q -主梁均布载荷， q=2.66kg/cm；L-跨度,L =2250cmG-电动的产自重，G葫二2450kg;1M = (0.5q +G 葫) g1x (0.5 N 2.66 父 22

17、50 + 245。 980=5.5 kg/ cm298EJy98 21000002561 kg/ cm2L3T5.5, 2561=0.29 <六，稳定性计算6.1 主梁整体稳定性计算稳定性计算包括主梁整体稳定性计算和腹板，受压翼缘板局部稳定性计算。由于本产品主梁水平刚度较大，故可不进行整体稳定性计算6.2 主梁腹板的局部稳定性由于葫芦小车的轮压作用在梁的受拉区， 所以， 主梁腹板的局部稳定性不予计算。6.3 受压翼缘板局部稳定性由于本产品主梁是箱形组焊结构，通过每隔一米间距的横向加筋板及斜侧板同工字钢组焊成一体，上盖板与腹板角焊缝都将大大加强上翼缘板稳定性。所以

18、，受压翼缘板局部稳定性可不计算。七，端梁计算本产品的端梁结构采用钢板冷压成 U行槽，再组焊成箱形端梁。端梁通过 车轮将主梁支承在轨道上。端梁同车轮的连接形式是将车轮通过心轴安装在端梁 端部腹板上。端梁应验算中央断面（支承主梁处断面）的弯曲应力和支承在车轮处断 面的剪应力；还应验算车轮轴对腹板的挤压应力。如图7.1端梁示意图7.17.1 轮距的确定K1111.=,即 k =( ),K取 3 米L575 77.2 端梁断面尺寸根据系列产品设计资料，初步给出端梁断面尺寸，如图 7.2L.)中央断面图7.27.2.1. 断面总面积F=26X 0.8 X2+ (45-1.6 ) X 2X0.6=93.6

19、8 cm27.2.2. 形心位置26 0.8 44.6 24.3 43.4 2 2.6 0.8 0.4Yi 二93.68=22.5 cmY2 =45-22.5=22.5cm7.2.3. 断面惯性矩2J x= I x + A lx326 0.812+ 26X 0.8 X 22.12 + 2X0.6M43.63 + 26M 0.831212+ 26X0.8 义 0.42=28495 cm4J y = I y + A l y330 8 2643 6 0 62=2X 0.8 26 +2X 43.6 0.6 +43.6 X 0.6 X 12.72 X21212=8420 cm47.2.4 ,断面模量Jx

20、 284953W上=一 =1266cm =WTy122.57.2.5 起重机最大轮压1. 一般单梁起重机是由四个车轮支承的，起重机的载荷通过这些支承点传 到轨道上。4k1起重机支撑反力作用图7.37.3.起重机最大轮压的计算带额定载荷小车分别移动到左、右两端极限位置时，按第口类载荷计算最大轮压。当载荷移动到左端极限位置时,&Q上位生K世色二轮主4L 421(1.2 20000 1.1 2450)41.2 95 1.2 5“123、(1)22501.1 2.66 2250J2M308 +2=13828.9 kgN b = QKlGl(1 一字)+平 +警+ ke g 轮主+ K G驱=2

21、236 kgNC=er£2(1./)+KF +理 + K/G 轮主 +K/G 驱=2109 kg+ Kpj MG轮主+ Kpj父G驱N_5U®(1 .当Nd -(I )4L=15012.5 kg其中Q一额定起重量 Q=20000kg;G葫一电动的产自重，G葫二2450kg;中一动力系数,对于中级工作类型kn一冲击系数，对操纵室操纵时k| 1=1.1；G端一端梁重量.G端=308 KgG车轮一主动车轮装置重量，G车轮=95 KgG车从一从动车轮装置重量，G车从=70 KgG驱动-驱动装置重量，G驱动二55 Kg q-主梁单位长度重量，q =2.66Kg/cmL-跨度，L=22

22、50 cmK-轮距，L=300cmK=25cmL=100cm（2）操纵室操纵，当载荷移动到右端极限位置时,NA*（1W）Y警+ 驱(1.2 20000 1.1 2450)123(1 -)22501.1父2.66父2250 J2M308 +1.2 95 1.2 5=4609.9 kgNb =可创(1音)+号+乎+WGi Kn* g驱=8544 kgCH5(1 .也)+K型十皿+ K MG轮主+K MG驱4L 42”=8485 kgNd=U臂电（1十汜）十乎十号十k/g轮主十KnG驱=5004.2 kg电动单梁起重机对操纵室操纵，它的最大轮压是在当载荷移动到左端极限位 置时的从动轮D上，即ND为最

23、大轮压。Nma=15012.5 Kg八，最大歪斜侧向力起重机运行时，由于各种原因会出现跑偏歪斜现象，此时车轮轮缘与轨道侧 面的接触并产生与运动方向垂直的 So如图8.1。当载荷移动到左端极限位置时，操纵室操纵时，最大轮压N=13828.9Kg,并认为 N=N),这时最大侧向力 Sd= X - N式中N-最大轮压，N=13828.9Kg入一侧压系数。对于轮距K同跨度L比例关系在K/L=1/5 1/7之间时，可 取/X 入=0.1。S d=0.1 X 13828.9 = 1382.89Kg当载荷移动到右端极限位置时，最大轮压为Nb=15012.5 Kg并认为 NC=NB ,这时最大侧向力 Sb”

24、- NB=0.1 X 15012.5=1501.25 Kg九，端梁中央断面合成应力当载荷移动到右端极限位置时，最大侧向力在轮D上，即SB=1501.25.Kg式中K-轮距,K=300cmW, W- 端面模数 Wx=1266cm3W=1266cn3(7 -许用应力，由于端梁受力较复杂，一般只计算垂直载荷和歪斜侧 向力，所以许用应力对 Q235BH网取(t=1700 Kg/cm 2NdK SdK4W4 2W下15012.5 300 1501.25 300=-4 12662 1266=1067 kg/cm2< o- =1700 Kg/cm 2 符合要求;十.主、端梁连接计算10.1主.端梁 连

25、接形式及受力分析本产品主.端梁 连接是采用座板和螺栓紧固的结构形式.见图9.1,主梁两 端同端梁之间各用8条M20螺栓紧固（45钢）连接.座板和螺栓紧固的结构形式图 10.1受力分析；这种连接型式，可以认为在主.端梁之间，垂直载荷由座板承受, 座板将承受挤压力。此情况下，螺栓主要承受由起重机运行时的歪斜侧向力和起 重机之承反力所造成的拉力。一般水平惯性力对螺栓的影响可忽略不计。102螺栓拉力的计算已知参数：起重量 Q=20000 Kg跨度L2250 cm,起重机运行速度V=20米/分。1.1 重机歪斜侧向力矩的计算；起重机歪斜侧向力矩为MS = S KS-歪斜侧向力；由前节计算得 S= SB=1501.25.KgK-轨矩,K=3米MS =3X1501.25=4503.75Kg - m10.3 歪斜侧向力矩对螺栓拉力的计算；2Ni=2.5 Ms X/ Z iX ,式中系数2.5是考虑螺栓预紧力及载荷不均性的影响