起重机课程设计

1、 河南机电高等专科学校 起重机毕业设计说明书系 部： 机械工程系 专 业： 机械制造与自动化（起重机方向） 学生姓名: 学 号: 设计(论文)题目： 起重机设计 起 迄 日 期: 2011/3/72011/5/15 指 导 教 师: 2011年5 月2 日目 录设计任务-4 金属结构的计算-5一、主梁计算-5 （一）主梁强度计算-51、 主梁截面几何参数计算-62、 载荷计算和内力-9 （1）垂直载荷-9 （2）水平载荷-10 （3）扭矩计算-113、强度校核-12 （1）一般弯曲应力-12 （2）自由扭转应力-13 （3）约束弯曲应力-13 （4）约束扭转应力 -14 （5）折算应力验算-1

2、8（二）、主梁的局部稳定性验算-181、上下盖板的稳定性验算-182、主副板稳定性验算- -19 （三）主梁接头计算- -211、下盖板连接螺栓的计算- -212、在弯矩、剪力作用下接头螺栓受力计算- -22 （四）小车反滚轮轨道支承计算- -24二、支撑腿计算-26（一）、支撑腿平面内的计算-27（二）、在门架平面内支撑腿受力计算-30三、静动刚度计算 -34（一）、起重机的静刚度-34（二）、起重机的动刚度- -35 1、垂直动刚度计算-352、纵向水平振动计算-37四、下横梁结构计算-37设计总结-41参考文献-42毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题来源及应达到的

3、目的：本毕业设计课题来源于生产实践。通过本毕业设计使学生掌握门式起重机结构设计的理论与方法，培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力，培养学生查阅科技方面资料、使用各种标准手册以及自学和独立工作能力，并锻炼学生理论联系实际，综合运用知识的能力。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：原始数据：起重量：32/5t，跨度：30米，起升高度（主/副）：11/12m，工作级别：A5，起升速度（主/副）：7.4/19.8m/min，运行速度（大/小）：45.9/39m/min，小车重量：11.87t，左悬臂长=右悬臂长：10006mm，轮距（大/小）：8500/

4、3500mm，吊钩左极限（主/副）：5000/6950mm，吊钩右极限（主/副）：5000/3050mm。技术要求：1.主梁结构设计正确，技术要求制定合理，选材适当； 2.图面整洁、布局合理美观； 3说明书内容完整、论述详尽、计算正确、层次分明、书写规范。工作要求：1. 完成总装配图1张； 2. 主梁1张； 3. 钢支腿、柔支腿、下横梁各一张1号图纸； 4. 编写毕业设计说明书1份。金属结构的计算门架主要尺寸的确定1、 主梁几何尺寸和特性 门架的主要构件有主梁，支腿和下横梁，皆采用箱型结构主梁截面如图所示，其几何尺寸如下主梁几何尺寸 高度H（）L=2.1421.764mm 取H=1.816mm

5、 宽度B（0.60.8）H=10921456mm 取=1454mm =1260mm 取副腹板厚度为=6mm，=8mm 其余尺寸h=1800mm,b=1200mm对于32吨/5吨L型龙门起重机，由于其具有两个刚性支撑腿，在起重机工作时支腿可能产生横向推力。因此将分别按静定门架和一次超静定门架进行结构计算。计算主梁是作为静定门架，而计算支腿时，作为一次超静定门架。下面将分别计算主梁，支腿，下横梁等部件。一、 主梁计算（一） 主梁强度的计算计算主梁强度时，采用静定门架计算器内力，计算简图简图L主梁跨度，L=30m。 =主梁悬臂长度, =1.0006m，主钩左悬臂极限位置，=5m.主钩右悬臂极限位置，

6、5m 副钩左悬臂极限位置=6950mm副钩右悬臂极限位置 =3050mm1、主梁截面几何参数计算主梁截面几何尺寸如图所示，先计算界面形心位置=/=4.66mm =/=2.99mm在xoy坐标中 =+=145.4+126+（0.6）+0.8+145.40.8+1260.8+0.6180+0.8180=2.4505mm =+=1.2462mm =+ =145.40.887.41（-4.66）+1260.8（-93.39）（-4.66）+0.6180（-64.96）（-2.99）+0.8180（-2.99）55.74=-6.535mmTan2= 20.622 0.311这样便求得了形心主轴xo y，

7、根据转轴公式计算关于形心主轴的惯性矩 =+cos2-sin2 =-cos2+sin2 =2.4505 =1.2462由于主梁截面基本上是对称截面，因此形心主轴与坐标轴相差很小，为简化计算即把坐标轴作为形心主轴。主梁截面焦点坐标和静面距如表所示项目焦点 1 2 3 4X(cm)55.7455.7455.740Y(cm)87.410-93.39-93.39()4.7657.8214.3590()3.89804.1643.407项目焦点5678X(cm)-64.96-64.96-94.960Y(cm)-93.39087.4187.41()5.0557.6955.4030()3.64003.4075.

8、095在计算主梁的约束弯曲和扭转应力时，为了简化计算将把主梁截面简化为如图所示的具有一个对称轴的截面。图中轮廓线表示板厚的中心线。对于具有一个对称轴的矩形截面其弯心位置按下式计算 = =65.83cm = =50.1cm=0以上符号含义为: 是弯心到主副板的水平距离；为弯心到x轴的距离；为计算参数，取决于截面几何尺寸。这样便确定了计算截面的弯心A的位置。2.载荷计算和内力 （1）垂直载荷 活载荷为小车及吊物重量，并假定小车轮压按单轮压计算。 P=+Q =1.011870+1.232000=50270kg 其中冲击系数，按v1m/s，取=1.0； 动力系数，对中级工作制门吊，取=1.2； 小车自

9、重，=11870； Q额定起重量，Q=32000 梁的分布荷载q为 q=8.32/ 跨中界面的内力为=+（-4） =5027030+（30）-4（10） =42890000=4.29 /=25185为了计算方便，取折算极限位置长度为 =5975mm6m当小车位于有效悬臂位置时，悬臂根部截面的内力为 =PL+q=502706+8.32 =344220=3.442/m =P+q=50270+8.3210=5.859(2)水平载荷 先计算风载，大梁的风载为 = C/( L+ ) 1.21.81625=54.5/m 式中C为体形系数取为1.2，为高度修正系数取为1.0小车和重物的风载为 =+=C（+）

10、 =1.125（6.7+18） =679.25 其中为第二类载荷的风压值 ; C为风载体形系数，对小车和物品，取C=1.1; 为物品挡风面积，为小车挡风面积； 为重物风载荷，=495； 为小车风载荷，=184.25 另外计算大车惯性力 =+= = =3553 其中B为大车基距，B=8.5。 =24.8/m当小车位于跨中时，跨中截面的弯矩和剪力为 =（L+（L-4） = (679.25+3553)30+(54.5+24.8)(30-410) =31741.875+4956.25=36698.125/m =（）=2116当小车位于有效悬臂位置处，悬臂根部截面的弯矩和剪力分别为 =（）l+（ =（6

11、79.25+3553）8.5+（0.545+0.248）（1010） =30200729+396500=3417229=3.417/cm =（）+（ =（679.25+3553）+（0.545+0.248）（1010） =5025.25=5.0310（3）扭矩计算按照图计算活载荷所产生的扭矩，这是因为采用了偏轨箱形单 主梁，重物悬挂在主梁的一侧，所以活载荷将引起主梁的弯曲和扭转，其中小车自重和重物在主梁截面弯心上引起了主梁弯曲，前面已经计算，而活载荷相对于弯心的扭矩引起主梁的扭转。为计算简便起见，计算扭矩时没有考虑主梁自重相对于弯心所产生的分布扭矩，因为其数值小故略去。 =（ =1.01187

12、0（11+50.1）+1.232（65+50.1） =5145097=5.145cm因此，跨中截面和悬臂截面的扭矩分别为 =2.573cm =5.145cm在计算主梁所承受的载荷和内力时，是按主梁的第类载荷组合考虑，即小车位于跨中或有效悬臂位置处，小车满载下降制动，同时大车制动，风向平行于大车轨道方向，工作风压为25/m。3.强度校核现在按第类载荷组合验算主梁的强度，分别计算垂直方向和水平方向的一般弯曲应力，计算自由扭转应力和约束弯扭所产生的应力。（1）一般弯曲应力垂直方向弯曲正应力和剪应力为= = 水平方向弯曲正应力和剪应力为 = =具体计算结果见表（2）自由扭转应力采用主梁计算截面计算主梁

13、在自由扭转下所产生的剪应力 = 式中 计算工况的扭矩； 闭口薄壁截面中心线所包围之面积的两倍， =2bh=4.365 计算部位处的薄厚。具体计算结果见表 （3）约束弯曲应力 按照起重机设计手册所提供的方法进行计算。计算时采用计算截面 =b=0.8120.7=96.56 =h=0.8180.8=144.64 =h=0.6180.8=108.5 2.4505 =0.580 约束弯曲正应力为 = 式中 约束弯曲双力矩； 截面约束弯曲惯性矩； 截面承受约束弯曲时，所引起的周边纵向位移。=5.738对于计算截面，有关点的值分别为 =（120.7） =-1.69010cm 10cm （120.7） =1.

14、95210 在外力作用处，即对于跨中截面在刚性约束处 式中 C=18.69 K= P计算活载荷，P=50270.因此对于跨中截面 50270=1.838相应产生的约束弯曲正应力 （-1.6910）=-54.1/1.95210=62.6/由于约束弯曲所引起的剪应力比起一般弯曲剪应力小很多，故略去不计。（4）约束扭转应力主梁承受约束扭转时，所产生的正应力为有关角点的扇性坐标为 =5.21910 =5.69310a) = =2.621cm计算截面的扇性矩为 = =4.412 在外扭矩作用处 由于图所示坐标，扭矩顺时针作用时为正，即由正x轴转向正y轴时为正，反之为负。 =0.2861 =0.58 =0

15、.745 =0.6484 =1+=2.302K=1.45210 因此作用于截面（跨中截面）的双力矩B为 B=2.4110/约束扭转正应力 =-31.1/当主梁承受约束扭转时，所产生的约束扭转剪应力为 =2bh=4.36510cm=-1.07910 =0 =1.20510 = =-1.77310cm =-1.88710跨中截面应力（小车及吊重位于跨中）应力角点12345789-709.50758.0758.0758.00-709.5-709.5-39.7-65.1-36.3056.185.460.00-52.2-52.2-52.2060.860.860.803.20-3.5-4.5-4.003.

16、84.2-47.1-47.1-47.1-47.1-62.8-62.8-62.8-47.1 -35.135.1-40.635.1-35.140.618.2-18.219.9-19.91.6-9.71.60.2-13.90.2-778.6722.7873.8-703.7-82-121.9-85.3-10.58.70.2791.4737.6874.0703.7注：（1）垂直载荷引起的弯曲应力，其余类同； （2）剪应力以顺时针方向为正，反之为负； （3）合成正应力，=+； （4）合成剪应力，=+；（5）按第四强度理论的计算应力；由于约束弯曲和扭转所产生的应力不大，粗略计算时可忽略。(5)折算应力验算

17、按照第四强度理论计算折算应力，即= 对于本算例所计算的32吨/5吨L型龙门起重机，跨中截面最大正应力，最大剪应力和折算应力分别为 =1700/ 121.9=1000/ =874.0=1700/(二)主梁的局部稳定性验算 按照起重机设计手册的规定，对于箱形截面梁可不验算其整体稳定性。因袭只需验算上下盖板和腹板的稳定性。1. 上下盖板的稳定性验算 根据起重机设计手册，对于箱形梁，当腹板中心距b与受压翼缘板厚度之比小于60时可不必验算其局部稳定性。 60 因此应设置纵向加强筋，实际结构如图所示。 设置纵向加劲板一根之后， 60 因此还必需进行局部稳定性的验算。受压板的临界压应力为对于上下盖板，=15

18、77/、实际上上翼缘板承受压应力（跨中截面） =709.5/ =2.21.52. 主腹板稳定性验算由于主副板=226160.故应在两全长内设置横向加劲板，并同时在受压区设置纵向加劲杆。纵向加劲杆至腹板受压边缘的高度h应满足 并且h应限制在h/4h/5范围内。上面式中为腹板局部挤压应力，按下式计算 =式中 腹板上边缘到轨顶的距离，=14.4； 计算轮压，=20302 为腹板厚度，=0.8所以 =750.8/=1700/ =55.9 式中 / 其中h=180,h=181.6实际选取h=38，符合要求。在确定h之后，采用一条纵向加强筋，此时横向间距应按下式确定 式中 系数，按起重机设计手册选取； h

19、计算梁高，h=142； 腹板局部挤压应力。 因为 =0.739按手册查表可得因此 =389.4 实际选取=210389.4,符合要求。由于偏轨箱形梁副腹板不承受局部挤压应力，因此一般讲稳定性易满足，这里不再验算。（3） 主梁接头计算由于制造、运输上的原因，在主梁上设有接头（接头设在离梁中心线3.78m处，此处受力较小，又使主梁的分段不太长），因此需对接头进行验算。由受力分析可知，当小车位于主梁接头处，起升或下降重物时，主梁接头处受力最大，按此工况进行计算。活动载荷在接头处产生的弯矩计算如下： 主梁自重在接头处所产生的弯矩 = =2.0810 = =4.606101、 下盖板连接螺栓的计算 主梁

20、下盖板单排有M22螺栓14个，螺栓直径d=2.3cm，现在按等强度原则计算螺栓应具有的承载能力。扣除螺栓孔后的下盖板净面积为 式中 下盖板宽度，=126cm； 下盖板厚度，=0.8cm；削弱后的下盖板许可承载能力为 按照螺栓双面受剪计算，平均剪应力为 式中 螺栓（单个）截面积，2、 在弯矩，剪力作用下接头螺栓受力计算计算简图如下，假定螺栓受力按线性规律分布。有关几何参数如下的单位均为厘米 每块腹板上的连接螺栓为每侧2行，每行18个M22螺栓，接头一侧共有螺栓36个（指一块腹板的一侧）。上下盖板各有32个M22螺栓。螺栓间行距小于，故可按下式计算上下盖板一个螺栓所受之力： 式中 M接头所传递的弯

21、矩，; n上盖板或下盖板螺栓数，n=32; 如图所示，（公式中系数4是因两块腹板，各有2行螺栓）。因此 腹板上边排螺栓所受剪力为腹板上螺栓除承受弯矩外，还将承受接头所传递之剪力，其平均剪应力为 式中 主副腹板螺栓总数，=236=72； Q接头所传递剪力。 =-2.40810 腹板边排螺栓在弯矩、剪力同时作用下的最大合剪应力为（4） 小车饭滚轮轨道支承计算 当反滚轮位于轨道支承中间位置时（如图所示）轨道中间界面的弯矩为 式中 反滚轮计算轮压， =6420kg 轨道支承间距，=70cm。轨道中间截面的剪力轨道中间截面的弯曲正应力和平均剪应力分别为当反滚轮位于反滚轮轨道支承处时，此时支承小梁受力最大

22、，校核此时支承小梁的受力。支承小梁的几何尺寸如图所示。支承小梁的几何参数计算如下（计算中没考虑下翼缘板） =2243cm =125.8cm支承小梁根部所受弯矩和剪力分别为： 应力 式中 为支承小梁腹板的面积。=。 按第四强度理论折算应力为 =853.1kg/cm 二、支腿计算由于所计算的起重机采用了一条刚性和一条柔性支腿，因此在门架平面内计算支腿时，应按超静定门架考虑。下面将分别在支腿平面和门架平面内计算支撑腿的受力。 （一） 支撑腿平面内的计算在支撑腿平面内，作用在支腿上的载荷有主梁传递来的垂直载荷及力矩，计算简图如下当小车及吊重位于有效悬臂位置时，靠近小车的支撑腿受力大，按此工况进行强度验

23、算。有图可看出，由于小车及吊重作用，支腿上端平面中心位置的力为 = =56484由于主梁自重引起支腿上端力为 =14988为支腿自重G,近似认为其作用在支腿的一半高度处 =G=5324 为操作室重量作用在支腿上端平面上的力， =1594 为大车起制动时主梁的惯性力，其大小为 =620为大车起动时小车惯性力，其大小为 = =1153为小车风载荷作用在支腿上端面上的力 = =221.1为主梁风载荷作用在支腿上的力 = =1362.5为支腿风载作用力，=354.3以上载荷均在支腿根部截面产生弯矩，同时还有由于小车重心和吊重偏心而传递到之腿上的弯矩 =47070（27.9-135.7） =6.7731

24、0 /主梁重心不在之腿上端平面中心，所引起的弯矩数值小。=8.324.66（30+10+10）=9.69210根据资料，计算简图上的尺寸如下：=170.2， =62，=181.6，=255.1，=807.8， =200, b=205.7, c=349.6。上述载荷对于支腿根部截面的弯矩分别为=b=5.648410205.7=11618758.8 =1.16210=b=14988205.7=3083031.6=3.08310=b=5324205.7=547573.4 =5047610=b=1594205.7=327885.8 =3.27910=620(62+807.8) =595572=5.95

25、610=+)=1153(62+181.6+807.8) =1212264.2=1.21210=(+)=221.1(62+181.6+807.8) =260665.845=2.60710=1362.5(62+90.8+807.8) =1308817.5=1.03910=354.3807.8 =143101.77=1.43110截面的总弯矩为 =+ =2.57010截面上的总轴力为 =+=7.83910截面的几何尺寸见图。其中几何尺寸分别如下： ； ； A=247.6 ； ；d=80.4该截面的面积和惯性矩分别为 =2（1001.0+247.60.8） =5.96110=4.09810 =2（15

26、45049+1011953.745） =2.55710 截面的应力合成如下： = =1429.4+131.5 =1561截面是该工况的危险断面，经过计算其应力符合要求。（二） 在门架平面内支撑腿受力计算在门架平面内按一次超静定结构计算支腿受力，危险断面（即弯矩最大截面）为如图截面，其部位及几何尺寸见图。根据支腿受力特点，在门架平面内，界面中在支腿上的位置越高，其所承受弯矩越大，因此支腿各个截面的从下到上逐渐增大。在支撑腿平面内，截面在支腿上所处位置越高，其所承受弯矩越小，因此各个截面的从下到上是减小的。对于截面沿两个方向都变化的支撑腿，按照下式换算惯性矩。式中 K系数， K= ； ， 分别为支

27、撑腿下端和上端截面的惯性矩； 取决于K值的系数，查起重机设计手册 有关图表选取支撑腿上端截面的几何参数和惯性矩为： =180，h=125,B=201.6cm，=1.0；=0.8cm； =3.00310 =2.98010 =1.86110 =2.93010支撑腿下端截面的惯性矩见下面计算，因此 K=7.327 根据起重机设计手册图279查得当K=7.327时，0.690。 （，即为换算惯性矩下端的截面位）。 =1.94310下面分别计算各个载荷作用下的内力和内力矩。跨中作用活动载荷时，支腿下端所承受的水平作用力按下式计算，如图所示=式中 P活动载荷，P=50270 H支腿计算高度，H=1130=

28、11.3m L门吊跨度，L=30m=3000 =0.6089主梁截面关于x轴的惯性矩；支腿关于x轴的换算惯性矩。因此 =11865 主梁自重在支腿底部引起的水平作用力为 = =1309由于小车吊重的风载荷惯性力所引起的支腿下端水平作用力为： = =869.6由于支腿的风载荷引起的支腿底部水平作用力为： =1.2463.6=556.3上述计算的示意图如图示，支腿下部所受到的全部水平反力为 =+ =14600 由于作用，在截面所产生的弯矩为 =14600977.2 =1.42710截面的弯曲正应力为 =479/截面的轴压应力为 = =130.0/由于小车吊重偏心所产生力矩所引起的弯曲应力 =293

29、.5/截面上的合成正应力 =479+130.0+293.5 =902.5/=1700/，允许。当活动载荷位于有效悬臂位置处，支腿底部所产生的水平反力为： = =13448此工况下的水平反力比跨中受载时要小，故不再验算此工况下的强度。下面将验算当活动载荷位于悬臂极限位置处，支腿上截面的强度，出了前面已经计算过的支撑腿平面内受力外，还需考虑门架平面内的受力，此时D-D截面的弯矩为 = =13448+1309+869.6+556.3 =16182.8=170.2,弯曲正应力为 =302.4/该截面的合成正应力 =635.8+170.2+302.4 =1108.4/=1700/ 三、静动刚度计算（一）

30、起重机的静刚度L型龙门起重机的主梁静挠度，按一次超静定门架计算比较符合实际。由于支撑腿的变形较小，故计算静刚度是没有考虑支撑腿的变形。 当小车位于跨中时，主梁的挠度按下式计算。 式中 =0.5278 主梁的惯性矩，=2.450510 支腿的换算惯性矩，=1.94310 =4.495-2.660=2.135= 当小车位于悬臂极限位置处，主梁在悬臂端的挠度按下式计算 =7.904-3.417=4.487= (二)起重机的动刚度1.垂直动刚度的计算当小车位于跨中，起重机空载子真周期T为 T= 式中 大车及小车的换算质量，=； K门架在垂直平面内的刚度，按下式计算 = =2.05510/ = =（0.

31、58.323010+11870） =24.85s/因此 T=23.14 =0.217sT=0.3s 当小车位于悬臂端时，空载下垂直振动周期T为 T= 此时 =（0.38.32600+11870） =13.64s/ = =0.97810/T=23.14 =0.235sT=0.3s2.纵向水平振动计算对龙门起重机，除验算垂直方向空载自振周期外，还需按下式检验纵向水平方向的自振周期。 =2式中 相当质量，为空在小车。门架上部结构及三分之一全部支腿质量之和。 门架的水平柔度，即门架上部结构在单位水平力作用下的纵向水平位移，当采用两个具有同样惯性矩的刚性支腿时， = H=11.3m, k=0.5278,

32、 =1.93410所以 = =1.15110/ =58.05s/因此 =2 =0.162s=0.851.0s四 下横梁结构计算计算下横梁的结构强度只考虑垂直反力作用，没有考虑水平作用力的作用，计算简图如图所示。几何参数为：；=34.6cm；h=160cm；。作用于图截面的大车轮压 1.A-A截面的剪应力，按平均剪应力计算 =665/ 2.C-C截面的应力 作用在该截面的剪力和弯矩为 =2.20810该截面的惯性矩和静面矩计算如下： 形心位置= = =3.00310cm静面矩=8.86210 = =5.04910弯曲正应力 = =539.6/ =665.4/剪应力 =217.2/ =123.7/按照第四强度理论的折算应力 = =657.8/ =699/经验算， 32/5吨L型门式起重机钢结构部分，能够满足使用要求。设计总结作为即将毕业的大三学生，我希望我能过在将来的学习和工作中表现得更好。学校给我们提供了一个学习和锻炼动手能力的机会，我会把握好这次机会，争取在这次实习中发现并解决我不懂的地方。虽然我已经工作了，但并不代表我已经懂得了起重机，更不能说明我已经能够独立自主的设计起重机。在起重机这个行业，门类众多，样式各异，不是一朝一夕能够完全掌握的，我只能去了解去学习，不断地积累自己的知识，不断地去学习去