DF3070Ⅲ型架桥机设计计算书

1、DF30/70型架桥机设计计算书1.总体计算2.结构计算2.1 主梁计算2.2 前支腿计算2.3 前支腿销轴计算2.4 边梁挂架计算3.机械结构计算4.电气系统设计计算目录1.总体计算：1.1 主参数的确定：DF30/70型架桥机依据“DF30/70 型架桥机设计任务书”而设计的混凝土预制梁架设安装的专用设备，起吊能力 70 吨；适应桥梁跨径30 米，并满足斜（弯）桥梁的架设要求。主要技术参数如下：起吊能力：70t适用桥梁跨径：30m适用最大桥梁纵坡：±3%适用斜桥角度：0-450适用弯曲半径：250m小车额定升降速度：1.27m/min小车额定纵向行走速度：4.25m/min主梁空

2、载推进速度：4.25m/min大车横向行走速度：2.56m/min运梁平车轨距：2000mm运梁平车空载速度：17m/min运梁平车重载速度：4.25/8.5m/min本架桥机的设计是依据 Q/ZDF010-1999安装公路桥梁用架桥机1 23 41通用技术条件 ，并参照 GB3811-83起重机设计规范 、GBJ17-88钢结构设计规范 及起重机设计手册 进行。1.2 整机稳定性计算：根据本架桥机的结构特点，只进行架桥机纵向前移时整机稳定性的校核计算，依据1的要求，整机稳定系数 Kw。架桥机受力如下图所示：PW=CKhqAC风力系数查4表1-3-11，C 取 1.4Kh风压高度变化系数查4表

3、1-3-10，Kh 取 1q计算风压查4表1-3-9，q 取 25kg/m2A迎风面积A=7 m2PW=1.4×1×25×7=245 kgH=6m倾覆力矩 M1=0.7×32+3.5×27+15.61×11.15+0.245×6 =293t·m稳定力矩 M2=15.19×10.85+6×15.7+6×18.7+4×19.7=450 t·m稳定系数 Kw=M2/M1=450/293=1.53>1.4符合要求2.结构计算：由于架桥机用于公路桥梁工程预制梁的安装，每

4、年工作约 6-8 个月，每天连续工作不超过 6 小时，故只对结构进行强度和刚度计算，而不进行其疲劳强度的计算。22.1 主梁结构计算：本架桥机主梁采用双梁组合，标准节采用“A”字桁架，每节长 8米，最后一节长 4 米，导梁采用“A”字变截面，长 10 米，主梁全长 54 米，采用销轴连接，每条梁 7 节(含 1 节导梁)，见下图。 计算荷载：安装中梁时，P 中=（Q 车/2+Q 梁/4）×K1安装边梁时，P 边=（Q 车/2+Q 梁/2）×K2式中： P 中-安装中梁时作用于单根“A”字桁架主梁的荷载P 边-安装边梁时作用于单根“A”字桁架主梁的荷载Q 车-起吊小车质量，Q

5、 车=6000kgQ 梁-预安装混凝土梁（板）的质量, Q 梁=70000kgK1-安装中梁时的综合系数，取 K1=1.2K2-安装边梁时的综合系数，取 K2=1.2计算荷载为：P 中=24600kgP 边=45600kg 计算方法：利用 SAP91 钢结构有限元分析计算程序进行主梁的强度及刚度检算，采用许用应力计算方法，满足：max=s/n=2350/1.33=1760 kg/cm2Q235 材质3max=0.577 =1000 kg/cm2jy jy=1.5=3525 kg/cm2Q235 材质Q235 材质fmaxf=L/(7001000)L 为主梁计算跨度 计算工况： 工况：架桥机空载

6、前移，前端悬臂约 32m，如下图： 工况：导梁前支腿到位，前支腿悬挂过孔，如下图： 工况：前小车吊梁走到跨中，后小车还没起吊梁，如下图：4 工况：前小车走到距前支腿 13.5m，后小车起吊梁，如下图： 工况：架设边梁，载荷作用于前、中支腿附近，如下图： 主梁结构计算分析：针对工况、工况、工况、工况和工况，对主梁结构进行有限元计算，计算结果如下：工况：应力超过 1700kg /cm2 的杆件分布范围如下：最大应力：max=2022kg/cm2(下弦杆)最大挠度：fmax=42cm(主梁前端)支 反 力：R 前=0R 中=14498×2=28996kg5R 平=1473×2=2

7、946kg主梁接头处最大轴力：上弦 Nmax= +1.1×105 kg下弦 Nmax= -0.6×105 kg工况：没有应力超过 1700Kg/cm2 的杆件：最大应力：max=1597kg /cm2(上弦杆)最大挠度：f=3cm支 反 力：R 导前=3744×2=7488kgR 中=8212×2=16424kgR 平=5977×2=11954kg主梁接头处最大轴力：上弦 Nmax= -0.3×105 kg下弦 Nmax= +0.2×105 kg工况：应力超过 1700kg /cm2 的杆件分布范围如下：最大应力：max=

8、3024kg /cm2最大挠度：f=10cm(上弦杆)(跨中)支 反 力：R 前=12390×2=24780kgR 中=14791×2=29582kg主梁接头处最大轴力：6上弦 Nmax= -1.4×105 kg下弦 Nmax=+0.7×105 kg工况：应力超过 1700kg /cm2 的杆件分布范围如下：最大应力：max= 2564kg /cm2最大挠度：f=6.7cm(上弦杆)(跨中)支 反 力：R 前=12150×2=24300kgR 中=19526×2=39052kgR 顶=6340×2=12680kg主梁接头处最

9、大轴力：上弦 Nmax= -1.0×105 kg下弦 Nmax=+0.5×105 kg工况：应力超过 1700kg /cm2 的杆件分布范围如下：最大应力：max= 2307kg /cm2最大挠度：f 前=6.9cm(腹杆)(跨中)7支 反 力：R 前=30061×2=60122kgR 中=28859×2=57718kg主梁接头处最大轴力：上弦 Nmax= -0.8×105 kg下弦 Nmax=+0.4×105 kg综合以上各工况主梁杆件受力情况，主梁标准节第二节和第三节接头附近，第三节和第四节接头附近应力max>，需加强，第三

10、节和第五节部分下弦应力max> ，需加强；第一节、第四节和第五节部分腹杆应力max>，需加强。加强范围及加强型式详见加强图。加强后的主梁弦杆、腹杆应力max<，满足要求；主梁最大工作挠度 fmax=-10cm=L/316制作时主梁预起拱 f 拱=6cm，则 f=4cm=L/790，满足刚度要求。 主梁联结销轴校核： 综合以上各工况:上弦 Nmax= -1.4×105kg下弦 Nmax= +0.7×105kg上弦销轴剪切：max= 4 N上弦max/d2n1n2 =1473kg /cm2d销轴直径 d=5.5cmn1每一销轴剪切面 n1=28n2每一节头销轴

11、数 n2=2下弦销轴剪切：max=4N下弦max/d2n1n2 =1100kg /cm2d=4.5cmn1=2n2=2上弦销轴挤压：jy=N上弦max/dn=1591kg /cm2d销轴直径 d=5.5cm插板厚度=8cmn销轴数量 n=2下弦销轴挤压：jy=N下弦max/dn=1296kg /cm2d销轴直径 d=4.5cm插板厚度=6cmn销轴数量 n=2 导梁销轴校核：根据工况:上弦 Nmax= -0.3×105kg下弦 Nmax= +0.2×105kg上弦销轴剪切：max= 4 N上弦max/d2n1n2 =472kg /cm29d销轴直径 d=4.5cmn1每一销

12、轴剪切面 n1=2n2每一节头销轴数 n2=2下弦销轴剪切：max=4N下弦max/d2n1n2 =314kg /cm2d=4.5cmn2=2n2=2上弦销轴挤压：jy=N上弦max/dn=666kg /cm2d销轴直径 d=4.5cm加强板厚度=5cmn销轴数量 n=2下弦销轴挤压：jy=N下弦max/dn=370kg /cm2d销轴直径 d=4.5cm插板厚度=6cmn销轴数量 n=2主梁销轴采用 40Cr，=2840 kg /cm2jy=6000kg /cm2#jy=4000kg /cm210导梁销轴采用 45 钢，=1870 kg /cm2由此可知：max< jy< jy满

13、足要求；满足要求。 主梁焊缝计算：根据“A”字桁架梁结构及受力特点，最危险焊缝发生在上弦公榫插板与相邻母材焊接处，故只对该处焊缝进行检算。材质：公榫插板 16Mn相邻母材 Q235 计算应力按 Q235上弦 Nmax= -1.4×105kghelw=140cm2f= Nmax/helw=1.4×105/140=1000 kg/ cm2查4表 4-2-3 w= / 2 =1245 kg/ cm2f<w焊缝满足要求。2.2 前支腿计算：前支腿采用套管形式，受力 P=65000 kg，考虑安全性，计算按照小套管计算，管子为245×10，材料为 Q235，计算长度

14、l=300cm，取 2，采用折减系数法，计算如下：i=1/424.52+22.52=8.316=2×300/8.316=72.15查4表 4-1-16=120根据3附录 3 查得=0.824=P/A=65000/0.824×73.827=1068 kg /cm2< =1760 kg/cm2<= 120前支腿满足强度及刚度要求。112.3 前支腿销轴计算：前支腿销轴采用65，材质为 40Cr，根据结构，销轴只需校核剪切应力和挤压应力。max= 4P/d2n =980kg /cm2P 销轴最大受力 P =65000 kgd 销轴直径 d=6.5cmn 销轴剪切面 n

15、=2jy=P /dn =1250kg /cm2P 销轴最大受力 P =65000 kgd销轴直径 d=6.5cm铰链插板厚度=4cmn铰链插板数量 n=2max< =2840 kg /cm2jy< jy=6000 kg /cm2销轴满足要求。2.4 边梁挂架计算： 边梁挂架上横梁校核：边梁挂架上横梁材料为 Q235，尺寸如图所示：12h=(9×1×10.5-4.5×4.1×4)/(9×1+4.1×20×2-4.5×4.1×2)=0.2cm惯性矩 Jx=9×13/12+4.1×

16、;203×2/12-4.1×4.53×2/12+9×1×10.32+4.1×20×0.22×2-4.5×4.1×4.22×2=5715.6cm4边梁挂架上横梁受力如图所示：M=42000×55/4=577500kg.cm弯=577500/5715.6×10.8=1091kg/cm2剪=21000/136.1=154kg/cm2=10912+1542=1102 kg/cm2< =1760 kg/cm2强度满足要求。 边梁挂架吊板校核：吊板截面 20×1

17、00，材料 Q235=P/SP 吊板最大受力 P =21000 kgS 截面面积 S =20 cm2=21000/20=1050 kg/cm2< =1760 kg/cm2吊板强度满足要求。 边梁挂架销轴校核：销轴采用45，材质为 40Cr，根据结构，销轴只需校核剪切应力和挤压应力。13max= 4P/d2n =1320kg /cm2P 销轴最大受力 P =42000 kgd 销轴直径 d=4.5cmn 销轴剪切面 n=2jy=P /dn =1138kg /cm2P 销轴最大受力 P =42000 kgd销轴直径 d=4.5cm接触板厚度=4.1cmn接触板数量 n=2max< =2

18、840 kg /cm2jy< jy=6000 kg /cm2销轴满足要求。3.机械结构计算：3. 1 中支腿上、下行走机构功率计算： 计算条件如下表所示： 下行走电机功率：f=0.5=0.015=1.5d=100D=400一台电机摩擦阻力Pm=60×1000(2×0.5+100×0.015)×1.5/400=563kg14纵 移横 移最大载荷 t3060速 度 m/min4.252.45计算坡度3%2%风 阻 力 kg300600坡 阻 力风 阻 力总 阻 力Pp=60×1000×0.02=1200kgPf=600kgPz=56

19、3+1200+600=2363kg功率N=2363×2.45/6120×0.9=1.05kW选用电机功率 1.5 kW，满足使用要求。 上行走电机功率：f=0.5=0.015=1.5d=80D=317二台电机摩擦阻力坡 阻 力风 阻 力总 阻 力Pm =30×1000(2×0.5+80×0.015)×1.5/317=312kgPp =30×1000×0.03=900kgPf =300kgPz =312+900+300=1512kg功率N=1512×2.45/6120×0.9=0.58kW选用电机

20、功率 1.1 kW，满足使用要求。 下行走机构轴承选择：轮压 P=60/4=15t装 320 轴承 2 套，每套基本额定负荷 13t，满足使用要求。 上行走机构轴承选择：轮压 P=60/4=15t装 416 轴承 2 套，每套基本额定负荷 12.5t，满足使用要求。3.2 起吊天车计算： 起吊天车运行机构功率计算：摩擦阻力Pm=(Q 起+G0)(2K+d)K 附/D 轮= (Q 起+G0) f015Q 起G0起升载荷重量起吊天车自重Q 起=35000×1.1=38500 kgG0=6000kgK滚动摩擦系数K 取 0.05d轴承内径d=9cmK 附附加摩擦阻力系数K 附取 1.5D车

21、轮直径D=33cmf0摩擦阻力系数 f0=(2K+d)K附/D 轮滚动轴承摩擦系数取0.015计 算 得 Pm =475 kg坡 阻 力 Pp=44500×0.01=445kg风 阻 力 Pf =Cq(F 起+F 物)=812kgCq风载体型系数工作标准风压C 取 1.4q 取 25kg/m2F 起F 物小车挡风面积物品挡风面积F 起取 1.2 m2F 物取 22 m2运行阻力 P 静 = Pm + Pp +Pf =1732kg满载时电动机的静功率 N 静= P 静×V/102mV小车运行速度V=0.0708m/min机械传动效率取0.9m电动机数目m=2计 算 得N 静=

22、 1290×0.0708/102×0.9×2=0.668Kw电动机功率 N=K 电×N 静=1.3×0.668=0.868Kw16选择电动机功率为 1.5 Kw满足要求。 起吊天车行走箱强度计算：行走箱截面为箱形，材料为 Q235，尺寸如图所示：h=28.9×1.4×20.7/(28.9×1.4+40×1.4×2)=5.5cm惯性矩 Jx=1.4×403×2/12+28.9×1.43/12+1.4×40×2×5.52+28.9×

23、;1.4×15.22=27675.82cm4起吊天车行走箱受力如图所示：M=45000×150/4=1687500kg.cm=25.5×1687500/27675.82=1555kg/cm2< =1760 kg/cm2行走箱强度满足要求。 车轮轮压计算：车轮受力：P 单=P 总/m=13000kgP 总支撑点垂直总反力P 总=52000kgm支撑的车轮数 m=417车轮参数：D=33cm 材料 ZG340-640 表面 HB300-380车轮和钢轨接触应力： 线=6002 P 计/b×d线b车轮与轨道接触宽度b 取 5.5cmD车轮直径D=33cm

24、P 计车轮的计算轮压P 计=K1××P 单K1等效冲击系数K1 取 1载荷变化系数取0.8故 P 计=1×0.8×13000=10400kg线=6002×10400/5.5×33=6423kg/cm2查表得 线=6400-8000 kg/cm2线max=9000-12000 kg/cm2线在允许范围内，满足要求。 传动齿轮齿根弯曲疲劳和弯曲强度计算：齿轮参数m=0.8cmZ 小=21 材料 40Cr齿根弯曲应力弯=2MC/Zm2BM小齿轮传递的扭矩M=9087kg.cmC速度系数C 取 1.0245B齿宽B=5.4cm齿形系数取0.3

25、27磨损系数取0.8弯=2×9087×1.0245/21×0.82×5.4×0.327×0.8=981 kg/cm2查表得 弯=1600 kg/cm218弯<弯弯曲强度满足要求。3.3 卷扬机及滑轮组的计算： 钢丝绳计算：卷扬机型号 JM6 滑轮组采用上下各 5 组的形式钢丝绳最大拉力P=Q 起/ mQ 起起升载荷包括吊具Q 起=44000 kgm滑轮组倍率m=11滑轮组效率取0.91P=44000/ 11×0.91=4396 kg<6000 kg满足要求 提升速度：卷扬机绳速 14 m/minV 提=14/11=1.27m/min4.电气系统设计计算：4.1 主空气开关 QF0 的选取:该开关所带带电机总数为 20 台，其中主钩 1 和主钩 2 所用电机M1，M2 为 16kW,而在各各种允许的工况中，M1、M2 同时运转时为最大负荷状态，与其同时工作的可能还有液压站电机两台功率为 2×4kW，因此元件的选取将按照 16+16+4+4=40kW 进行，即:P=40 kW工作电压 U=380VI=P/1.732×Ucosx=40/1.732×0.38×0.88 ×0.87=79.38(A)19考虑温度系