起重机设计说明书

1、65t-52m桥式起重机结构设计Structure Design of 65t-52m Bridge Crane设 计 审 阅 完 成 日 期 太原科技大学Taiyuan University of Science and Technology65/10t-52m桥式起重机结构设计1 桥架参数、构造与材料1.1 原始参数起重量（主/副）Q 65/10t跨度S 52m工作级别 A3起升高度（主/副）H 50/54.2m起升速度（主/副）V 5/5 m/min运行速度（小/大车） 30/30 m/min轮距（小/大车） 3500/9770 mm轨距（小/大车） 5800/52000 mm起重机重量

2、（小/大车）约为 23/170.2t1.2 总体方案与结构形式桥式起重机桥架、端部铰接式结构和主梁构造如图1所示。图1 1.3 材料选择及许用应力根据总体结构、起重机工作级别A3、工作环境温度，设计计算时静强度为主要控制指标，疲劳强度可以不加考虑。结构材料选为Q235-B，主梁采用正轨箱型梁。按1，材料的许用应力及性能常数见表1、表2。表1.1 材料性能常数弹性模量E剪切弹性模量G密度表1.1选用的Q235-B材料许用应力/板厚正应力剪应力mm>16225/370152.0167.9184.487.7696.94106.5235/370158.8175.4192.691.7101.311

3、1.21.4主、端梁截面尺寸及参数1.4.1 主梁尺寸及截面参数主梁跨中截面参数主梁跨端截面参数1.4.2 端梁尺寸及截面参数1.4.3 各截面尺寸及参数汇总h1表1.3 主端梁截面尺寸汇总 /腹板净高主梁跨中252510101150115012002080跨端252510101150115012001000端梁252520206806805906382 桥架载荷分析2.1 载荷组合的确定2.1.1动力效应系数的计算（1）起升冲击系数 0.9，对桥式起重机 。（2）起升动载系数 （3）运行冲击系数 （4）机构驱动加速度动载系数 计算水平惯性力时取 （3）运行平均加速度 为大车运行速度 =30，

4、为轨道街头处两轨面得高度差 ，根据工作级别，动载荷用最不利载荷组合进行计算。2.2载荷计算（1） 主梁自重载荷一根主梁全部大隔板质量 一根主梁全部小隔板质量一根主梁全部纵向肋质量一根主梁有效部分质量 考虑电器自重、大车运行驱动平台自重、大小车导电架自重影响，主梁自重按初始设计截面参数和现设计截面参数的比值及初始设计半桥架质量，采用下述公式计算主梁有效部分自重载荷其中现设计主梁端面积，原设计主梁截面积，原半桥架质量。另外考虑主梁附设构件自重载荷如下小车轨道重量载荷设计已给出轨道型号QU70，查得轨道理论质量设定栏杆等重量载荷则主梁的均布载荷 考虑动载系数后主梁总均布载荷（2） 主小车布置，考虑吊

5、钩位于小车轮中心位置，货物重心位于车轮对称中心，再考虑起升机构偏心布局及副小车质量影响，一根主梁上空载小车的两静轮压分别取，。吊具质量 ，钢丝绳质量，最大起重量 。起升载荷 一根主梁上主小车满载时的动轮压 一根主梁上总轮压（3）大车起、制动时产生的水平惯性载荷主梁自重水平均布惯性载荷吊重与小车水平集中惯性载荷其中是大车制动时货物最大偏摆角，按起重机械教材计算。（4）偏斜运行侧向力由设计图知，满载小车在主梁左端极限位置时的最大偏斜运行侧向力（5）扭转载荷中轨箱型梁由栏杆重量和的偏心作用而产生移动扭转，大车运行机构与司机室产生的扭矩较小，故不计算。，查手册可知轨高 ，扭转载荷计算力臂水平移动集中外

6、扭矩小车在跨中时跨中截面扭矩为小车在左极限位置（z=0.75m）时，对左右两端产生的扭矩分别为栏杆等重量产生扭矩跨端承受扭矩小车在跨端极限位置主梁跨端截面承受的总扭矩为小车在跨中位置主梁跨中截面承受的总扭矩为2.5 垂直载荷内力计算 2.5.1 主梁垂直载荷在固定载荷与移动载荷作用下，主梁内力按简支梁计算。见图2图2（1） 固定载荷作用下在主梁跨中的弯矩为 （1a）固定载荷作用下在主梁跨中的剪力为0 N固定载荷作用下主梁跨端0.34处的弯矩 （6a）固定载荷作用下主梁跨端剪切力 （7a）（2） 移动载荷作用下主梁的内力计算模型如图31） 满载小车，当轮压不相等时（），距主梁跨中时，车轮下的截面

7、产生最大弯矩和相应剪切力，计算简图如图所示，内力分别为 （1b） （2a）式中与之间的距离，；小车轮距；2） 满载小车在跨端极限位置小车左轮距梁端距离c1取为0.34，端部计算时按把小车打到端部时计算移动载荷位于梁跨端的极限位置时，梁跨端产生相应弯矩为 （6b）最大切力为 （7b）主梁跨中总垂直弯矩为 主梁跨端总垂直弯矩为 主梁跨端总垂直剪切力为 2.6 水平载荷内力计算如前面模型简化，将主梁的一根梁看作单梁桥架。图52.6.1主梁的水平惯性载荷（1）大车起动的水平载荷1）主梁水平固定均布载荷在主梁跨中的弯矩和剪力主梁水平固定均布载荷在主梁在跨端（z=0.34m）产生的弯矩和剪力式中，在水平面

8、内将主梁按简支梁算得的跨中弯矩，计算系数， 种分别为主、端梁截面对竖直的y的轴惯性矩，模型如图5 ；2）水平移动集中载荷下主梁跨中的弯矩和剪力式中在水平面内将主梁按简支梁算得力作用截面弯矩，水平移动集中载荷下主梁跨端（）的弯矩和剪力在水平面内将主梁按简支梁算得力作用截面弯矩，（2）大车制动时的水平载荷图6水平均布载荷下，模型如图61）主梁水平固定均布载荷在主梁跨中的弯矩和剪力 （3a） 主梁水平固定均布载荷在主梁在跨端（z=0.34m）产生的弯矩和剪力 （8a） （9a），式中，在水平面内将主梁按简支梁算得的跨中弯矩， 计算系数，种分别为主、端梁截面对竖直的y轴惯性矩。 2）小车与货物移动质量

9、的水平集中载荷下主梁跨中的弯矩和剪力 （3b） （4a）为在水平面内将主梁按简支梁算得力作用截面弯矩，水平移动集中载荷下主梁跨端（）的弯矩和剪力 （8b） （9b）为在水平面内将主梁按简支梁算得力作用截面弯矩，2.7偏斜侧向力引起的内力计算 计算简图如7图7 考虑小车在跨端时，产生最大侧向力。侧向力为超前力 B端水平剪切力 考虑两根梁不均匀承担，一根梁上偏斜侧向力在跨中的弯矩和剪力 （3c） （4b）考虑两根梁不均匀承担，一根梁上偏斜侧向力在跨端的弯矩和剪力 （8c） （9c）主梁跨端总的水平剪切力为 主梁跨端总的水平弯矩为2.8跨中计算内力主梁跨中总垂直弯矩，由式（1a）、（1b）得 （1）

10、主梁跨中总垂直剪力，由式（2a）、（2b）得 （2）主梁跨中总水平弯矩，由式（3a）、（3b）、（3c）得 （3）主梁跨中总水平剪力由（4a）（4b）得 （4）主梁跨中总扭矩 （5）2.8跨端计算内力主梁跨端总垂直弯矩为 （6a）（6b） （6）主梁跨端总垂直剪切力为 （7a）（7b） （7）主梁跨端总的水平弯矩为（8a）（8b）（8c） （8）主梁跨端总的水平剪切力为 （9a）（9b）（9c） （9）3 主梁设计计算3.5 主梁验算主梁静强度设计计算应按最不利载荷组合对危险截面进行强度验算，校核所选取的主梁截面是否满足要求。3.5.1强度的验算（1）静强度主梁通常按垂直载荷、水平载荷、扭转载

11、荷作用下，验算同一危险截面的同一验算点强度。危险截面为移动载荷分别位于跨中、跨端极限位置时的跨中、跨端截面，验算点如图8所示，2、3、4点是计算危险点。图81）主梁跨中截面校核1点最大自由弯曲正应力2点最大自由弯曲正应力3点最大自由弯曲正应力4点最大弯曲压应力主梁跨中截面各点扭转切应力2、3点4点 箱型主梁跨中截面周边板厚中线围成的面积。轮压作用下翼缘板局部弯曲应力计算轨道与翼缘板之间的接触支撑力式中小车轮压；计算系数；轨道的惯性矩； 翼缘板厚度； 四边简支翼缘板的边长，a为小隔板间距，b为腹板间距，通常；翼缘板上表面的局部弯曲应力为纵向应力横向应力其中系数查机械装备金属结构设计P205表7-

12、6。各点强度校核主梁跨中各点验算通过。2）主梁跨端截面校核1点最大自由弯曲正应力2点最大自由弯曲正应力3点最大自由弯曲正应力4点最大弯曲压应力跨端各点扭转切应力为2、3点4点2、3、4点见图8。各点强度校核 主梁跨端各点验算通过。3.3 主梁的稳定性（1）整体稳定性主梁高宽比 （满足稳定条件） （2）局部稳定性翼缘板 （稳定）翼缘板最大外伸部分 （稳定）腹板 设置横隔板和四条纵向加劲肋，两腹板相同，大隔板间距，b=480纵向加劲肋位置 ，取480，其布置示于图9、图10。小隔板间距500图9图101）验算跨中腹板上区格的稳定性区格两边正应力为 （属于不均匀压缩板）局部压应力为，为轨道的宽度，为

13、轨道底的宽度。区格的欧拉应力为 区格分别受，作用时的临界应力为，按4212页，板边弹性嵌固系数=1.23屈曲系数 则 ，当区格受腹板边局部压应力 时，压力分布长 ，按计算，区格属双边局部压缩板，板的屈曲系数,参考4当区格受平均切应力时由，板的屈曲系数 区格上边缘的复合应力为 ，区格的临界复合应力为故修正 所以，区格的局部稳定性合格。2）验算跨中腹板上区格的稳定性区格两边正应力为 （属于不均匀压缩板）局部压应力为，为轨道的宽度，为轨道底的宽度。图11 区格的欧拉应力为区格分别受，作用时的临界应力为，按4212页，板边弹性嵌固系数=1.23屈曲系数 则 ，当区格受腹板边局部压应力 时，压力分布长

14、，按计算，区格属双边局部压缩板，板的屈曲系数,参考4当区格受平均切应力时由，板的屈曲系数 区格上边缘的复合应力为 区格的临界复合应力为 故修正 所以，区格的局部稳定性合格。（3）纵向加劲肋型钢型号的确定横隔板厚度 ，板中开孔尺寸为 ，其尺寸如图12。图12腹板采用相同的纵向加劲肋 ，XX为形心轴 纵向加劲肋对腹板连接线的惯性矩为综上所述，选择的加劲肋合格。3.4 刚度计算（1） 桥架的垂直静刚度满载小车位于主梁跨中产生的静挠度图13小车轮压，不计动载系数和冲击系数；b小车轮距；主梁截面对x轴的惯性矩；S跨度；许用静位移； 满足要求。（2） 桥架的水平位移小车位于跨中，计算起动工况的跨中位移 （

15、2）动刚度起重机垂直动刚度以满载小车位于桥架跨中的垂直自振频率来表征，计算如下全桥架中点换算质量 总起升质量 ，N/mN/m动刚度修正计算全桥架中点换算质量 总起升质量 动刚度小于规范所要求值，具体使用按工况及其客户要求定夺。小车轮压，不计动载系数和冲击系数；b小车轮距；主梁截面对x轴的惯性矩；S跨度；H起升高度；此处考虑工况取值47许用静位移；钢丝绳的弹性模量；（3）主梁自重产生的挠度按简支梁计算图14得主梁自重产生的垂直挠度有453.5 桥架拱度（1）建议桥架跨度中央的最大拱度考虑主梁自重和小车与载荷引起的挠度，建议腹板下料的拱度不小于105110，制造时可根据经验做出判断。跨度中央两边按

16、抛物曲线 设置拱度，如下图图15距跨中为 的点，距跨中为 的点，距跨中为 的点，4 端梁设计计算4.1 端梁校核主梁、端梁拼接形式如图所示图16计算主梁跨端结构受力，工况满载小车位于主梁左极限跨端时，大小车同时运行起制动及桥架偏斜，由于大、小车制动惯性载荷和端梁自重的影响很小，故计算时忽略不计，计算时主要校核11截面1点弯曲应力与22截面2点剪切应力，模型如图（参考2）图17由前面知，端梁尺寸及截面参数如下（1） 11截面内力计算截面所受剪力主梁自重在跨端产生的剪力，；小车在极限位置时对主梁跨端产生的剪力，；11截面所受垂直方向载荷的弯矩水平侧向运行力，在11截面产生弯矩为（2） 22截面所受

17、载荷剪力水平侧向运行力，在22截面产生弯矩为4.2强度校核图1811截面1点的应力11截面2点剪切应力为 11截面验算通过。22截面2点水平弯曲应力为22截面2点剪切应力为验算通过。4.2 主梁与端梁的连接图19主梁与端梁采用材料为Q235的精制螺栓连接，连接板刚材为Q235，板厚25，两水平反滚轮的距离为，水平侧向力。螺栓排列如图19所示。确定螺栓群的形心位置由于水平侧向力的作用，使螺栓群偏心受剪和弯矩受拉，分别验算两种效应下螺栓群是否合格（1） 螺栓群偏心受剪验算模型如图图20 作用于连接接头上的扭矩连接接头的各螺栓至螺栓群形心的距离平方和据螺栓群形心最远的螺栓至形心的距离；x、y轴的分量

18、为由轴心力引起每个螺栓剪切n连接接头的螺栓总数由扭矩T引起螺栓最大剪力的分力螺栓承受最大剪力螺栓的抗剪承载力取二者之中较小者作为螺栓的设计承载力进行螺栓强度验算强度验算通过。（2） 螺栓群弯矩受拉验算计算模型如图21所示。所受弯矩为S为水平侧向力到螺栓截面距离，最大拉力为M图21受拉螺栓至第一行螺栓中心线间距离平方之和；普通螺栓抗拉承载力，验算通过。（3） 螺栓群受拉力、弯矩、和剪力共同作用，验算通过。5 铰接端梁设计铰接端梁在水平面框架内受力较为复杂，其与刚性连接端梁一样在水平侧向力作用下会承受较大水平弯曲力矩。考虑本起重机跨度较大，大车运行水平纠偏可能随时出现，且水平侧向力较大，在铰接端梁的水平方向产生的内力矩较大，建议铰接端梁的水平抗弯模量应得到保证，且设置的铰接点位置应设在主梁所带的端梁的中性层上，以承受水平弯矩时充分发挥铰接端梁的作用。铰接端梁的交接点的铰轴直径应足够，铰轴腹板孔周边应加强。考虑主梁高度尺寸较大，为保证大车运行机构起制动时不出现两主梁摆动的意外发生，建议铰接