桥式起重机金属机构设计

1、中华人民共和国教育部东北林业大学课 程 设 计设计题目：桥式起重机金属结构设计学 生：白来沙（20073899） 指导教师：孟 春学 院：工程技术学院专 业：森林工程2007级2班2010年7月 目 录1 性能参数确定22桥式起重机金属结构设计与计算22.1 主要参数确定32.1.1 大车轮距32.1.2 主梁高度32.1.3 端梁高度32.1.4 桥架端部梯形高度32.1.5 主梁腹板高度32.1.6 确定主梁截面尺寸32.1.7 加劲板的布置尺寸42.2 主梁的计算52.2.1 计算载荷确定52.2.2 主梁垂直最大弯矩62.2.3 主梁水平最大弯矩62.2.4 主梁的强度验算72.2.5

2、 主梁的垂直刚度计算82.2.6 主梁的水平刚度计算92.2.7上翼缘板局部弯曲计算102.2.8 小车轨道应力102.2.9 横向加劲板112.2.10主梁的上拱度设计112.3端梁的设计122.3.1端梁的结构尺寸的确定122.3.2 端梁截面尺寸的确定122.3.3 计算载荷的确定132.3.4 端梁垂直最大弯矩142.3.5.端梁的水平最大弯矩142.3.6 端梁的强度验算152.4走台栏杆和司机室172.4.1走台、栏杆172.4.2司机室183 连接形式与计算183.1 连接形式确定183.2 主要连接的计算193.2.1 端梁端部上翼缘焊缝193.2.2 下盖板翼缘焊缝的剪应力验

3、算193.2.3主梁与端梁的连接焊缝193.2.4 主梁上盖板焊缝204 整机稳定性计算201 性能参数确定最大额定起重量(t)：25 （25t）跨度（m）： 13 （13m）起升高度（m）：9 （9m）起升速度（m/s）： 0.043小车运行速度（m/s）：0.32大车运行速度（m/s）：1.25工作级别：A4JC=40%查表1-2-7，整机工作级别为A4时，起升机构、小车运行机构、大车运行机构的工作级别分别为M5、M3、M52桥式起重机金属结构设计与计算桥式起重机的金属结构主要由主梁、端梁、栏杆、走台、轨道。起重机的双梁桥架由两根箱型主梁和两根端梁刚接组成。大车运行机构采用分别驱动，布置简

4、图如图1-1，小车运行机构采用集中驱动，低速轴驱动，布置简图如图1-2。主动轮采用对面布置。图1-1 分别驱动布置简图图1-2 集中驱动布置简图2.1 主要参数确定2.1.1 大车轮距m，取m。 主梁高度m 端梁高度m取m 桥架端部梯形高度m取m 主梁腹板高度根据主梁计算高度H，最后选定腹板高度m。2.1.6 确定主梁截面尺寸主梁中间截面各构件板厚根据参考文献确定如下。腹板厚mm；上下盖板厚mm主梁两腹板内壁间距根据下面的关系式来确定：mmmm因此取mm盖板厚度。mm取mm主梁的实际高度：mm同理，主梁支承截面的腹板高度取mm，这时支承截面的实际高度mm主梁中间截面和支承截面的尺寸简图示于图2

5、-1和图2-2图2-1 主梁中间截面的尺寸简图 图 2-2 主梁支承截面的尺寸简图2.1.7 加劲板的布置尺寸为了不保证主梁截面中受压构件的局部稳定性，需要设置一些加劲构件. 主梁端部大加劲板的间距：m 取m主梁端部（梯形部分）先小加劲板的间距：m主梁中部（矩形部分）大加劲板的间距：m 取 m主梁中部小加劲板的间距：m由于腹板的高厚比，所以要设置水平加劲板，以保证腹板的局部稳定性，采用角钢作水平加劲杆。2.2 主梁的计算根据该起重机的工作级别，主梁要按第二类载荷进行强度计算。2.2.1 计算载荷确定查起重机设计手册图4-3-36得半个桥架的自重： t，KKN/m主梁由于分别驱动大车运行机构的一

6、套机构重量引起的载荷为：Nm主梁的总均布载荷： t / m主梁的总计算均布载荷： t / m式中:=1.1冲击系数，由参考文献查得。作用在一根主梁上的小车两个车轮的轮压值由手册表4-3-9所列数据选用。KNKN 轮距b=2700mm考虑动力系数的小车车轮的计算轮压值为：KNKN式中：=1.45动力系数 ，据手册查得。 主梁垂直最大弯矩图2-3计算过程中参照简图计算，但四轮小车作用于桥架时，计算主梁垂直最大弯矩：=设敞开式司机操纵室为t，其重心距支点的距离为m。 主梁水平最大弯矩主梁在水平面内由惯性力引起的弯矩为：图2-4式中：作用在主梁上的集中惯性载荷为：作用在主梁上的均布惯性载荷为：KN/m

7、计算系数时，取近似比值，m；并且已知m；l=b=2.7m。因此可得， 主梁的强度验算主梁中间截面的最大弯曲应力：式中：主梁中间截面对水平重心轴线x-x的抗弯截面模数，其近似值：主梁中间截面对垂直重心轴线y-y的抗弯截面模数，其近似值：cm3因此可得：由资料查得16Mn钢的许用应力为，故主梁支承截面的最大剪应力：式中：主梁支承截面所受的最大剪力。KN主梁支承截面对水平重心轴线x-x的惯性矩，其近似值为：cm4S主梁水平截面半面积对水平重心轴线x-x的静矩。cm3因此可得：由参考文献查得16Mn钢的许用剪应力为，故。由上面得计算可知，强度足够。 主梁的垂直刚度计算主梁在满载小车轮压的作用下，在跨中

8、所产生的最大垂直挠度为：cm式中：允许的挠度值为cm因此材料的弹性模量，GP； 主梁的水平刚度计算主梁在大车运行机构起、制动惯性载荷作用下，产生的水平最大挠度为：cm式中：KN；KN/m；cm4水平挠度的许用值。cm因此由上计算可知，主梁的垂直和水平刚度均满足要求。当起重机工作无特殊要求时，可以不必进行主梁的动刚度验算。上翼缘板局部弯曲计算对于正轨箱形梁，上翼缘板在计算轮压P作用下，将产生沿纵向(z方向)和横向(x方向)的局部弯曲应力。翼缘板上表面最大局部弯曲应力为：式中：经由钢轨传到上翼缘板上的部分计算轮压，可按下式计算：N式中：钢轨的惯性矩，；计算轮压，KN；加劲板间距，m；查手册4-3-

9、15知为：。 式中：，材料的弯曲应力满足要求。 小车轨道应力正轨箱形梁和半偏轨箱形梁的小车轨道弯曲应力为：式中：轨道的截面抗弯模量，；轨道的许用应力，当轨重小于43kg/m时，取230Mpa；当轨重大于等于43kg/m时，； 横向加劲板正轨箱形梁的横向加劲板间距由钢轨应力和上翼缘板应力两条件决定，横向加劲板的厚度为：mm，取为2mm式中:加劲板端面承压许用应力；按组合I计算的压缩许用应力mm轨道宽度。轨道接头应位于加劲板处，短加劲板高度一般梁高的0.3倍。主梁的上拱度设计主梁下料时的最大上拱度为：mm其他各点应满足下式。式中：计算点的拱度值；计算点到左支座的距离。2.3端梁的设计端梁部分又车轮

10、组和端梁架组成，端梁部分主要由上盖板、腹板和下盖板组成，端梁又两段通过连接板和角钢用高强度螺栓连接而成。在端梁内部设有加强筋，以保证端梁架受载后的稳定性。端梁的主要尺寸是依据主梁的跨度、大车轮距和小车轨距来确定，大车的运行采用分别驱动的方案。在装配的时候，先将端梁的一段与其中的一根主梁连在一起，然后再将端梁的两段连接起来。端梁的结构尺寸的确定箱形双梁桥架的端梁都采用钢板焊接成的箱形结构，箱内结构同主梁，并在水平面内与主梁刚性连接。根据大车的轮距和车轮的直径Ø=700mm，确定端梁的总长为5.7m，由主梁的结构确定端梁的高度为0.4m，材料为16Mn钢,其结构简图见图2-5。图2-5

11、端梁截面尺寸的确定根据参考文献推荐，选定端梁各构件的板厚如下： （a） （b）图2-6 端梁截面尺寸简图上盖板mm中部下盖板mm头部下盖板mm腹板mm按照起重机设计手册表 3-8-10700车轮组的尺寸，确定端梁盖板宽度和腹板高度时，首先应配置好支承车轮的截面（图2-6a），其次再决定端梁中间截面尺寸（图2-6b）。如图2-6配置的结果，车轮轮缘距上盖板底面23mm，车轮两侧面距支承处两下盖板内边为10mm因此车轮与端梁不致磨碰。同时腹板中线正好通过车轮轴承箱的中心平面。最后，要检查端梁中部下盖板与轨道面的距离。此距离为60mm，合适。 计算载荷的确定图2-7 端梁计算简图端梁的载荷组合按II

12、类载荷计算，端梁受有主梁的最大支撑压力和桥架偏斜侧向载荷，由主梁自重和满载小车在梁端极限位置求得，对端梁产生垂直弯矩和剪力，并认为两主梁的压力相同。由子小车制动惯性载荷和端梁自重的影响很小，通常在计算强度时忽略不计，端梁的载荷作用图见图2-7。端梁计算的部位为弯矩最大的截面(与主梁相连处)II、支承截面IIII和安装接头钉孔削弱的截面IIIIII。设两根主梁对端梁的作用力相等，则端梁的最大支反力：式中: K大车轮距，cmb小车轮距，b=270cm传动侧车轮轴线至主梁中心线的距离，取=110cmKN因此 KN2.3.4 端梁垂直最大弯矩端梁在主梁支反力作用下产生的最大弯矩为：导电侧车轮轴线至主梁

13、中心线的距离，取2.3.5.端梁的水平最大弯矩（1）端梁因车轮在侧向载荷下产生的最大水平弯矩：式中：车轮侧向载荷，KNl侧压系数，由设计手册图1-3-6(b)查得，l=0.16；P车轮轮压，即端梁的支反力因此：KN·m（2） 端梁因小车在起动、制动惯性载荷作用下而产生的最大水平弯矩：=式中：小车的惯性载荷，因此：= 比较和两值可知，应该取其中较大值进行强度计算。2.3.6 端梁的强度验算 端梁中间截面II对水平重心线x-x的截面模数：端梁中间截面II对水平重心线x-x的惯性矩： 端梁中间截面II对垂直重心线y-y的截面模数： 端梁中间截面II对水平重心线x-x的半面积矩：端梁中间截面

14、II的最大弯曲应力： 端梁中间截面II的剪应力：端梁支承截面IIII对水平重心线x-x的惯性矩、截面模数及面积矩的计算如下。首先求水平重心线的位置水平重心线距上盖板中线的距离：cm水平重心线的距腹板中线的距离：cm水平重心线的距下盖板中线的距离cm端梁支承截面IIII对水平重心线x-x的惯性矩：端梁支承截面IIII对水平重心线x-x的最小截面模数： 端梁支承截面IIII水平重心线x-x下部半面积矩： 端梁支承截面IIII附近的弯矩：式中：=16cm 端梁支承截面IIII的弯曲应力： 端梁支承截面IIII的剪应力： 端梁支承截面IIII的合成应力： 端梁材料的许用应力： sdII=(0.800.

15、85) sII =(0.800.85)×270=216229.5MPa tdII=(0.800.85) tII = (0.800.85)×155.88 =124.7132.5MPa验算强度结果，所有计算应力均小于材料的许用应力，故端梁的强度满足要求。2.4走台栏杆和司机室2.4.1走台、栏杆桥式起重机一般设有走台，以便于检修。走台一般布置成悬臂式，走台板下加一斜撑，以保证走台有足够强度。对于电动起重机走台宽度应不小于500mm，此处走台宽度区700mm；上面有移动构件或物体的走台其净空高度不应小于1800mm，并能承受3KN的移动集中载荷而无塑性变形。为了安全，走台还必须具

16、有防滑性能、不积水。有走台时必须设栏杆，栏杆高度为1050mm，并设有间距为350mm的水平横杆，底部设置高度为80mm的围护板。综上所述：走台高h=1800mm ，走台宽度B=700mm，栏杆高 H=1050mm ，间距 b=350mm ，水平横杆底部设有80mm维护板。2.4.2司机室司机室的构造与安装位置，要保证司机有良好的视野。司机室一般与桥架固定，并应安装在无滑线一侧。操纵室的结构为敞开式。司机室内布置操纵设备和司机坐椅、照明设备、仪表箱、灭火设备以及其他辅助设施。司机室内留有足够的操作和检修空间，可应能容纳两人。电气控制箱等热源设备不布置在司机室内。司机室的内部尺寸，宽度1.5 m

17、、长2.5 m、高2m。为了保证操纵室的骨架应有足够的刚度和强度，由轧制的型钢和冲压的薄板焊成，地板用厚20mm左右的木板制成，地板离骨架100mm。人行过道处铺以5mm厚的橡胶板。地板和墙壁内应留有电缆线槽。玻璃窗的玻璃厚度为5mm。玻璃窗的尺寸与位置要保证司机坐着能看到起重机的取物装置在任何位置的工作倩况，设有下视窗口。为减小大车运行时对操纵室造成的震动，降低司机的工作疲劳强度.司机室的悬挂采用弹性元件减震。司机室：宽×长×高=1.5m×2.5m×2m3连接形式与计算3.1连接形式确定端梁端部上翼缘、下盖板翼缘、主梁与端梁的连接、主梁上盖板均采用角焊缝式焊缝连接。端梁的下盖板与连接板用M18螺栓连接，角钢与腹板和上盖板的连接用M16螺栓连接。3.2 主要连接的计算3.2.1 端梁端部上翼缘焊缝端梁支承截面上盖板对水平重心线x-x的截面积矩：端梁上盖板翼缘焊缝的剪应力：式中：上盖板翼缘焊缝数，；焊肉的高度，取cm。3.2.2 下盖板翼缘焊缝的剪应力验算端梁支承截面下盖板对水平重心线x-x的面积矩：端梁下盖板翼缘焊缝的剪应力：3.2.3主梁与端梁的连接焊缝主梁与端梁腹板的连接的剪应力：主梁与端梁连接焊缝数，取连接处计算高度，