35吨履带起重机臂架系统设计

1、摘要IAbstractII第1章履带起重机概述-1-1.1履带起重机简介-1-1.2国外履带起重机发展状况-1-1.3国内履带起重机发展状况-3-1.4履带式起重机的发展趋势-5-1.5履带起重机臂架简介-5-1.6个人工作重点一一臂架系统设计-8-第2章臂架的结构形式-9-2.1设计参数-9-2.1.1作业工况-9-2.1.2机构速度-9-2.2臂架的结构型式-9-2.3.经济性分析-10-第3章臂架系统的计算-12-3.1.1 3.1所选材料许用应力计算-12-16Mn(Q345B)许用应力计算-12-40Cr许用应力计算-13-3.2主臂的计算-13-3.2.1最大起重量工况计算-14-

2、3.2.2最长主臂工况计算错误！未定义书签。3.3副臂的计算错误！未定义书签。3.3.1最大起重量工况计算错误！未定义书签。3.3.2最长副臂工况计算-22-3.4撑杆的计算-23-3.4.1固定副臂撑杆整体稳定性的计算23-3.4.2固定副臂撑杆下皎点销轴和单耳计算-26-3.5拉索的计算-26-3.5.1主臂拉索计算-26-3.5.2固定副臂拉索计算-27-结论-29-致谢-44-参考文献-31-摘要履带起重机是广泛应用丁电力建设、市政建设、桥梁施工、石油化工、水利水电等行业的一种起重运输设备，随着经济建设的发展，对其需求越来越大，对其性能的要求也越来越高。本次设计的35吨履带起重机是35

3、吨履带起重机的臂架系统设计，臂架是履带式起重机的重要构件之一，臂架设计得是否合理，直接影响着起重机的起升能力。本文主要内容包括：国内外履带起重机发展状况的比较，桁架臂的介绍，主臂、副臂及撑杆结构设计，臂架的强度、刚度和稳定性计算，臂架连接处强度的校核。同时完成臂架系统装配图，主臂、副臂及撑杆的装配图和相关零部件的工程图。设计过程采用Pro/E软件进行三维实体建模，并进行虚拟装配，最后应用其工程图模块转化为二维工程图。本次设计的35吨履带起重机参考了抚顺挖掘机制造责任有限公司的QUY35履带起重机，并且严格按照起重机设计规范、机械设计手册进行设计，其性能和质量满足相关要求。关键词：履带起重机，臂

4、架，强度，稳定性TheBoomDesignof35tCrawlerCraneAbstractCrawlercraneisakindofhoistingequipmentwhichiswidelyusedinelectricpowerconstruction,cityplanningconstruction,bridgeconstruction,petroleumchemicalplantconstructionandwaterconservancyetc.industry.Alongwiththedevelopmentofeconomicinourcountry,therequiremento

5、fcrawlercraneislargerandlarger,andtherequestofthecapabilityishigherandhigher.The35tcrawlercranedesignedisapracticalprojectresearchedanddevelopedindependentlybyTheConstructionMachineryResearchCenterYLYThedesignisaboutthe35tcrawlercrane'sboomsystem.Theboomisoneofthekeypartsofcrawlercrane,whichaffe

6、ctstotheliftingcapacityofthecranedirectly.Themaincontentofthepaperincludesthecrawlercrane'sdevelopmentcomparisondomesticwithabroad,abriefintroductionoflatticeboom,thestructuredesignofthemainboom,thefixedflyjib,andthefixedjibstrut,thecalculationofthestrengthandstabilityoftheboomsystem,thechecking

7、ofstrengthofstrengthofconnects.Whileatthesametimeplanarengineeringdrawingmustbedone,suchastheassemblingoftheboomsystem,thefixedjibstrutandtherelatedparts.WeusethePro-Esoftwaretodesignthe3Dentity,andmakedummyassembly.Andthen,the3DentityistransformedtotheplanarengineeringdrawingwiththePro/Eplanarengin

8、eeringdrawingmodule.Inthedesignprocess,werefertotheQUY35crawlercraneofFunshunExcavatorCorporationLTD.,andaccordtotheCraneDesignStandardandtheMachineDesignHandbookstrictly.Itscapabilityandqualitymeettherequirement.KeyWords:CrawlerCrane,LatticeBoom,TheStrength,TheStability第1章履带起重机概述1.1履带起重机简介履带起重机是将起重

9、作业部分装在履带底盘上、行走依靠履带装置的流动式起重机，可以进行物料起重、运输、装卸和安装等作业。履带起重机具有接地比压小、转弯半径小、可适应恶劣地面、爬坡能力大、起重性能好、吊重作业不需打支腿、可带载行驶等优点，并可借助更换吊具或增加特种装置成为抓斗起重机、电磁起重机或打桩机等，实现一机多用，进行桩工、土石方作业，在电力建设、市政建设、桥梁施工、石油化工、水利水电等行业应用广泛。履带起重机的带载行驶、臂长组合多、起重性能好、作业高度和幅度大是其独有的无与伦比的优势，具有其他起重设备无法替代的地位。随着经济的高速发展，国家基本建设的规模越来越大，需要吊运的物品的质量、体积和起升高度都越来越大，

10、履带起重机愈来愈显示其优越性，市场容量迅速上升，引起了国际知名厂商的关注，国内起重机行业也兴起了履带起重机开发热潮。1.2国外履带起重机发展状况目前，国外专业生产履带起重机的厂家很多，德国的主要生产厂家有利勃海尔(L1ebherr)公司、特雷克斯德马格(TerexDemag)公司、森尼波根(Senebogen)公司，美国主要生产厂家有马尼托瓦克(Manitowoc)公司、林克贝尔特(Link_be1t)公司、P&H公司，日本的主要生产厂家有神钢(Kobe1co)公司、日立住友(HitachiSumitomo)公司和石川岛(IHI)公司，其中利勃海尔、特雷克斯一一德马格、马尼托瓦克、神钢

11、、日立住友等公司产品系列较全，市场占有率较高。表1列出了国外履带起重机主要生产公司系列型谱。.德国利勃海尔(Liebhcrr)公司利勃海尔公司，一个以塔机起家、拥有5。余年历史的家族式跨国公司，是世界著名起重机生产厂家之一，该公司的产品技术先进，其生产的LR系列履带起重机最大起重量已达1200吨。该公司产品主要特点有：系统为全液压驱动、电液比例控制，可实现无级调速且传动平稳，具备完善的自拆装功能，主副钩可单独工作亦可交替使用，自动安全保护合理，大吨位履带起重机安装全球卫星定位通讯系统，厂家对其产品进行实时监控，另外为充分发挥臂架的起重能力、提高整机的稳定性大吨位履带起重机均增加了超起装置。目前

12、的产品系列为LR1100型104吨、LR1130型137吨、LR1160型160吨、LR120。型200吨、LR1280型280吨、LR1350型350吨、LR140。型400吨、LR1750型750吨、LR180。型800吨、LR11200型1200吨，在中国市场上销售的履带起重机主要有LR180。型800吨、LR1750型750吨、LR140。型40。吨、LR1350型350吨和LR1280型280吨级履带起重机。1 .德国特雷克斯德马格(TerexDemag)起重机公司德马格原属德国曼内斯曼集团旗下的企业，由于该集团产业结构调整，产权转让给了特雷克斯。德马格的履带起重机制造和经营历史很长

13、，技术上与利勃海尔有一定差距，但价格比利勃海尔稍低一点，又比日本产品高不少。德马格公司主要生产起重量从5。吨到160。吨的CC系列履带起重机，主要为CC20。型50吨、CC280型80吨、CC40。型100吨、CC150。型275吨、CC2000型300吨、CC2200型350吨、CC2400型400吨、CC250。型500吨、CC280。型600吨、CC580。型100。吨、CC880。型1250吨、CC1260。型160。吨。德马格的CC系列履带起重机，进入中国市场也很早，在国内的有一定的市场占有率，这两年来，由于国内对大吨位履带起重机的需求大幅增长，该公司在中国的销售业绩不断攀升。总的来

14、说德国的履带起重机产品讲究高性能、高新技术，德国利勃海尔公司和特雷克斯德马格起重机公司的履带起重机代表了国际先进水平。2 .美国马尼托瓦克(Manitowoc)公司美国马尼托瓦克公司是世界著名起重机设计制造厂家之一，它创建于1902年，当时是造船厂，1927年开始生产起重机，1988年开始生产制造多种类、多型号起重机。马尼托瓦克生产的履带起重机起重量从45吨到907吨，其250吨及以上履带起重机产品的生产量在全球占有较大的份额。产品系列为45吨、50吨、73吨、77吨、91吨、109吨、120吨、136吨、181吨、250吨、300吨、400吨、750吨、907吨。该公司产品主要特点有：以水冷

15、柴油机为动力，广泛采用可控变矩器(即VICON系统)为了改善和扩大司机视野，司机室可以上下左右调节位置，计算机监控，手触屏幕指令选择，先导比例控制，设计原则强调自装自拆功能。为了加大起重能力提高稳定性，采用了环轨型超起装置，环轨位于起重机行走装置的外围，让配重和臂架都作用于环轨上，则其所受到的载荷由环轨承担，环轨直径大，可大大提高整机稳定性和承载能力，其缺点是旋工前必须投入人力、物力和财力构筑“环轨”，施工中起重机无法移动，只能回转，限制了作业范围，吊装完毕后，还必须把它拆除。4.日本国生产履带起重机情况日本的履带起重机起步于50-60年代，以机械传动为主，70年代开始迅速发展，传动以液压为主

16、。日本的主要生产厂家有神钢(Kobe1cO)公司、日立住友(HitachiSumitomo)公司和石川岛(IHI)公司，日立住友是住友和曰立公司在2002年合并为“HitachiSumitomo”品牌，主要生产起重量从30吨到650吨的SCX系列产品，公司将销售市场转移至以中国为中心的亚洲市场，希望通过拓展中国市场，将其在全球的市场占有率扩大。神钢(Kobe1co)公司早在1964年，开发了300。系列履带起重机，1977年开发了5000系列履带式起重机，1982年设计成功5650履带起重机，最大起重量650吨，1984年升级换代为7000系列履带式起重机，现在部分700。系列升级为CKE系列

17、履带起重机，其开发的履带起重机产品系列化程度高、性价比高，瞄准出口市场，深受发展中国家的欢迎，在全球范围内占有一定比例，主要生产的CKE系列产品起重量从6。吨到400吨，700。系列产品起重量从35吨到800吨。产品系列为35吨、45吨、55吨、60吨、70吨、80吨、90吨、100吨、12。吨、150吨、180吨、200吨、250吨、300吨、350吨、400吨、450吨、650吨、800吨。近两年神钢(Kobe1co)在中国市场中吨位履带起重机的销售业绩较好。总的来说，日本产品的技术性能与德国产品还是有相当差距，但其进步较快，价格比德国产品更有竞争力，所以它们还是比较适合我国一般履带起重机

18、用户，它们在中国销售的产品规格大都为300吨以下产品，也有少量达到300以上的产品。1.3国内履带起重机发展状况我国生产履带起重机历史较短，“七五”期间以技术贸易相结合的方式，分别从日本和德国引进中小吨位履带起重机生产技术，与世界先进国家相比，国内履带起重机的吨位小、系列化程度低、技术含量低，在设计和制造上还存在一定的差距。近年来，国内履带起重机发展迅速，技术水平提高很快，系列不断得到完善。国内生产履带起重机的主有厂家有：徐州重型机械有限公司、抚顺挖掘机制造责任有限公司、中联浦沅、三一重工、抚顺工程机械有限公司、哈尔滨四海工程机械制造公司。据统计，各公司履带起重机的年产量从数1。台到200台左

19、右不等，产品以20。吨及以下吨位为主。徐州重型机械有限公司一一中国工程起重机的龙头企业，2003年，工厂斥巨资进行大规模技术改造，从国外进口多种高新设备，大型结构件的焊接和加工制造水平得到了大幅提升。该公司立足自主研发，向世界先进水平看齐，攻克了桅杆吊、臂架柔性随动调衡腰绳装置、分体式转台、PLC计算机集成控制系统等的设计制造核心技术，已获得履带起重机方面八项国家专利，主要产品有QUY35、QUY50、QUY100、QUY150、QUY300,系列齐全，多个产品填补国内空白，目前公司正在研制更大吨位履带起重机，将履带起重机系列做大做强。抚挖一一国内生产履带起重机历史最长的企业，现已改制重组，更

20、名为抚顺挖掘机制造有限责任公司，集原抚挖厂部分资产，进行了优化配置，主要产品有QUY35、QUY50A、QUY50C、QUY80A、QUY100、QUY150A等履带起重机。中联浦沅一一中国工程起重机主要生产企业，2002年开始进军履带起重机行业，2005年初推出200吨履带起重机。三一重工在2004年11月上海的宝马会上展出了开发的5。吨履带起重机，目前在开发80吨、150吨履带起重机。抚顺工程机械有限公司主要生产30-70吨履带起重机。哈尔滨四海工程机械制造公司主要生产50吨履带起重机。由于我国履带起重机起步晚，国内用户对履带起重机的认识较少，2000年之前市场容量较小，发展速度不快。近几

21、年，国家基本建设规模扩大，国内用户对履带起重机优势的认识越来越多，履带起重机的市场升温较快，国外知名企业大规模进军国内市场，国内企业奋力与之较量，取得了长足的进步，但和国外知名企业相比，还有一定的差距，具体情况为：1 .品种少、产量低，但品种日见丰满、产量逐年递增目前，国产履带起重机已经形成30300t的产品系列，品种较少，中小吨位重复较多，而国外公司产品型谱的覆盖面很大，最大起重量已达到1600吨；国内年产量低，只相当于国外一个公司的生产能力，未形成规模化生产，规模偏小就难以实现规模效益，使研发、销售、服务等整个价值链规模不经济。为赶超世界先进国家，国内企业奋起直追。近3年来，新品推出速度由

22、34年1种新品发展到12年3、4种新品，且新品吨位不断向大吨位发展，其中，仅徐重先后推出的新品就达4、5种，并且均为在国内率先推出的大吨位产品，伴随着新品推出的进程，以徐重为代表的实力型企业也已步入高端技术的成熟发展阶段，主要表现在四个方面：一是全面掌控了履带吊的几十项关键核心技术；二是特种进口高强钢、特种复合材料等新材料、高端检测手段等新工艺的使用，确保了整机产品性能更可靠；四是经过连续多年的技改投入，整体制造工艺水平得以提升，有效满足高科技产品设计的需求。在中国大型工程全面上马的环境下，自2000年以来的14台发展到2005年的200多台，年平均增长率约70%,即便在05年受宏观调控的影响

23、下，行业销量也比04年销量增长近10%。此外，仅05年上半年，国内履带起重机就进口228台，国内需求的迅猛增长，使行业均看好履带吊市场，有实力的企业全力加大了对履带吊的研发投入，徐重推出的中国首台300吨履带吊就是在此环境下催生出的巨作。至此，国内履带吊已形成了35吨一300吨十几个型号较为全面的产品型谱，并且还呈现着继续向更大吨位发展的势头，从徐重相关部门了解到，450吨、600吨级履带吊的设计工作即将完成。2 .技术水平有差距但有全新突破在系统及结构件的设计上仍存在一定的差距，大吨位产品功能尚不够齐全。徐重等企业全力进行攻关，为了简化拆装、减少辅助作业时间及对安装过程辅助起重设备的需求，徐

24、州重型机械有限公司独家突破了桅杆吊专利技术，桅杆顶升机构能实现履带起重机的自拆装；目前正全力攻克大型起重机的必备装置一一超起装置的难关。向徐重这样的实力型履带起重机制造商，一向极为重视自主研发，经过持续投入和积累，已拥有十几项的核心技术，并持续在提升着自己的产品档次和竞争能力。在产品试验研究上下功夫，逐步完善试验、研究体系。并且，为确保设计的精确体现和产品性能和可靠性，公司定位国际化配套。总的来说，国外公司的履带起重机公司均有自己的核心技术，国内企业自己的核心技术正逐步形成，不断提升自己的产品档次和竞争能力是国内企业面临的紧迫任务。3.产品可靠性有待进一步提高近几年，国内企业在履带起重机技术上

25、取得了一些突破，但由于起步较晚，与国外相比，产品可靠性还有待进一步完善提高。目前在产品开发过程中，立足国际化配套，性能和可靠性得到了很大提高。3 .国外市场拓展今年上半年，国内履带起重机进口228台，国内企业履带起重机出口仅为12台，贸易逆差甚巨。国产履带起重机首先应在国内市场站稳脚跟，在短期内，加大对于进入门槛不高的发展中国家市场的拓展，也是扩大企业生产规模，推动国产履带起重行业快速成长的良策。1.4履带式起重机的发展趋势由国内外履带起重机的发展现状，可以看到履带起重机发展趋势有以下几个特点：1 .为适应大型工程项目的需求，起重机正在迅速向超大吨位发展。由于各种工程建设的大型化，所需的配套设

26、备构件等的重量也不断增加，对超大型起重设备的需求也愈来愈多，为了实现起吊大的重物，在原有起重机的基础上增加超起装置，不仅扩大了履带起重机的工作范围，而且提高了履带起重机的利用率。目前履带起重机最大吨位已超过1000吨，例如德马格的CC1260。型起重量为1600t,利勃海尔的LR1120。型起重量为1200t。随着超起装置的不断完善，更大吨位履带起重机的开发已成为现实。.核心技术化各大知名企业均具有其独特的核心技术，并不断创新，努力保持在同行业内的领先地位。现在各大公司均下大力气研究开发自己的核心技术，以不断提升自己的产品档次和竞争能力。2 .操作控制系统的智能化随着计算机技术和电子技术的不断

27、发展，逐步完善的计算机控制技术和集成传感技术在履带起重机行业得到广泛的应用，先进的电子控制和电脑操作系统的配置已非常普便，德国利勃海尔公司在特大型履带起重机上还配备有全球卫星定位通讯系统。各种电子监控系统、运行作业时的在线故障检测和诊断、智能化总体控制等是今后履带起重机不断向智能化方向发展的重要研究领域。3 .充分运用新技术、新材料、新工艺、新的设计方法，使整机性能大大提高充分利用新技术、新工艺来提高产品质量，并不断开发新材料、新结构、新功能提高产品竞争力。例如100OMPa抗拉强度的臂架材料已被广泛采用，从而大幅度地降低了臂架自重，提高了产品起重性能。整机的结构也逐渐采用高强材料，通过优化设

28、计显著减轻整机重量，同时为保证整机稳定性，增加了必要的车身压重，这些都使得大吨位产品能够具有较高的性能和良好的经济性。.自行拆装系统拆卸、组装性能是履带起重机的一个重要指标，由于履带起重机在公路上无法自由行走，且体大笨重，必须拆卸才可运输，到达工作地点，再进行组装，需要辅助吊车。为减少或不用辅助吊车，节省施工费用，因此研制自行拆装系统势在必行。目前中吨位履带起重机的自拆装系统已比较完善，大吨位的自拆装系统仍是难题。4 .模块化、系列化工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场不断扩大，为了降低制造成本、提高通用化程度，采用模块组合的方式，形成不同类型和规格的起重机，以特有的功能满足特殊

29、的需要，发挥出最佳的效用。例如履带起重机加装连续墙装置后即可实现成墙功能；履带起重机长主臂时上部采用塔式副臂的臂节，组合成轻型臂，优化了臂架组合，拓展了吊臂的使用性能，节约了材料。目前，国外履带起重机的系列已较完善，国内也在不断完善起重机系列。5 .一机多用，扩大工作范围为拓宽履带起重机的使用范围，国外履带起重机分为两个系列，一个是专业吊装履带起重机，一个是多功能履带起重机。多功能履带起重机除具备吊装功能外，还可以配置抓斗、打夯、打桩、钻机、电磁吸盘、连续墙挖掘等装置，进行其他作业。6 .重视产品变型和升级。国际知名企业由于产品系列已较为完善，为了加快新产品推出的速度，不断地在行业内巩固自己的

30、地位，均十分重视产品的变型和升级，这样也具有良好的经济性。7 .人机工程化按照人机工程原理，对驾驶室的舒适性、操作性、布局合理性、视野及安全更加考究，产品处处体现以人为本的理念，从操作方便性、舒适性、视野等无不符合人机工程学，甚至于一个扶手、一个梯子、走台板的布置、防滑措施等，另外，为了减轻维修保养的劳动强度，大型履带起重机上普遍采用了集中润滑系统1.5履带起重机臂架系统简介履带起重机臂架主体结构一般采用空间桁架结构，桁架结构与板梁结构相比具有重量轻、用料省刚度大、迎风面积小等优点。履带起重机的臂架组合方式有单主臂、主臂带固定副臂、主臂带塔式副臂，如图1所示。有时还采用超起装置、超短副臂、轻型

31、臂等特殊组合方式。固定副臂工况是副臂与主臂的相对角度不变，通过改变主臂的角度来实现变幅。塔式工况是主臂相对不动，通过改变塔臂角度来实现变幅。从主臂变幅方式来看，有只带人字架的、只带桅杆的及人字架加桅杆的方式。这些方式可以任意组合，形成不同的方案。(a)(b)(c)图1.臂架组合方式(a)主臂(b)塔式副臂(c)固定副臂(a)(b)(c)图2.主臂变幅方式(a)桅杆；(b)人字架；(c)人字架加桅杆1.6个人工作重点一一臂架系统设计臂架是履带式起重机的重要构件之一，通过臂架能够将货物提升到一定的高度，改变臂架倾角可以达到变幅的目的，以增大作业范围。对丁履带起重机，臂架设计得是否合理，直接影响着起

32、重机的起升能力、整机稳定性。本次毕业设计的重点就是合理地设计臂架系统的结构，并对其进行强度、刚度、稳定性进行第2章臂架的结构形式2.1设计参数2.1.1作业工况最大起重量X幅度：35吨X3.5米主臂，固定副臂长：1242米，915米安装固定副臂的主臂长：2436米副臂安装角：10,30度2.1.2机构速度主副起升机构速度：0110米/分变幅机构速度：035米/分回转机构速度：0.6转/分行走机构速度：1.0公里/小时爬坡能力：30%2.2臂架的结构型式桁架式臂架可以制成轴线为直线形或折线形的机构型式。其中，直线形臂架结构简单、制造方便、受力情况好。其缺点是不能很好地利用臂下空间，特别是当起吊庞

33、大货物时，降低了起重机的有效起升高度（图2.1a）。折线形臂架可以避免上述缺点，能够更有效地利用臂下空间，但折线形臂架的结构复杂，受力情况不好。在横向水平力的作用下，臂架受扭1。目前比较常用的是直线形臂架，如果想要增大臂下的空间，扩大起重机的作业范围，也可以在直线形主臂的端部安装直线形副臂（图2.1b）,同样也可以达到提高起升高度的目的。本次毕业设计就是采用这种结构的。桁架式臂架的截面一般为矩形，空间的杆系分为弦杆和腹杆，均由型钢制成，它们可以使用无缝钢管、角钢等。本次设计的臂架采用无缝钢管。由受力特点决定，臂架在变幅平面内相当于两端简支，所以两片桁架通常制成中间为等截面的平行弦杆，两端为梯形

34、。对于回转平面内相当于根部固定，端部自由的悬臂梁，通常制成根部尺寸大、端部尺寸小的的型式。为了能够拼成不同长度的臂架组合，臂架的中间部分可以制成几段规格相同的等截面臂节。各臂节间采用销轴连接，通过改变臂节的数量来改变臂架的长度。对于桁架式臂架的结构要特别注意臂架的端部、根部与拼接区这三处的构造，臂架端部应设计得很刚强，通常在端部用钢板来加强腹杆体系。在靠近根部一段长度内的变幅平面桁架用钢板加强，这样能更好的将力传到转台上去。此外，为了保证桁架式吊臂根部的水平刚度，旋转平面的桁架应设置较强的缀板，并使缀板尽量靠近支承皎点。近年来，桁架式吊臂多数采用钢管制成中间等截面、两端变截面的四弦杆空间桁架。

35、现代的桁架式吊臂主要采用圆管制造，应为圆管杆件抵抗屈曲的能力强，风阻力小，杆件接头处力的传递好，价格便宜。图2.1直线形与折线形桁架式臂架1一直线形臂架；2一折线形臂架；3一直线形主臂；4一直线形副臂(耳)(b)图2.2桁架式吊臂的局部结构简图(a)端部；(b)根部。2.3.经济性分析随着国内大型工程的不断建设，对于履带起重机的需求量也不断增加，但是目前还是国外的厂家占据着我国这个大市场的绝大部分。基于这样的实际情况，我们要设计自己的产品，增强产品的竞争力，逐渐以自主产品取代国外产品，并努力争取开拓国际市场。虽然现在国内的设计技术相比国外来说还有一定的差距，但是我们也应该看到自己的进步，相信这

36、个差距会随着我们的努力而逐渐减小。为了增强设计的产品同国外及国内同吨位的其他产品的竞争力，经济性也是本次设计过程中所要考虑的重要因素之一。比如在选择臂架形式的时候选择自重较轻的桁架式而不选箱形臂架，是因为桁架式自重较轻，一方面能够提高起升能力，另一方面可以节省钢材，减小成本。还有就是在选择臂架的材料的时候，由于这次设计的属于小吨位，普通的低合金结构钢即可满足性能要求，所以就没有选择性能更高的高强钢。这样做一方面可以充分发挥材料的性能，避免浪费，另一方面，高强钢货源紧缺，供货期较长，而普通结构钢相比之下就有很大的优势，并且价格相对比较便宜。在臂架的设计过程中，通过分析臂架的受力，调整臂架的机构，

37、充分发挥材料的性能,这样不仅可以提高起升能力，而且可以节省材料降低成本。相信当产品推向市场的时候，将是一款有竞争力的产品，可以满足用户的需求，必将在小吨位履带起重机市场受到欢迎。第3章臂架系统的计算臂架是履带式起重机的重要构件之一，通过臂架能够将货物提升到一定的高度，改变臂架倾角可以达到变幅的目的，以增大作业范围。对于履带起重机，臂架设计得是否合理，直接影响着起重机的起升能力、整机稳定性。因此，合理地设计出具有足够强度、刚度和稳定性，自重又轻的臂架有着非常重要的意义。3.1所选材料许用应力计算3.1.116Mn(Q345B)许用应力计算主臂、副臂及撑杆均选用低合金结构钢16Mn,抗拉强度叫=5

38、30凡屈服强度=345MPa。材料的许用应力根据起重机设计规范中规定的方法进行计算3,其中载荷组合选取考虑了基本载荷和附加载荷的载荷组合n。钢材屈服强度J与抗拉强度°b的比值为：；s345=0.65：0.7%530(3.1)所以应按表14决定。安全系数n=1.33；拉伸、压缩、弯曲许用应力|；-|_.'旦=丝=259MPan1.33(3.2)剪切许用应力I|k-.1259!=150MPa33(3.3)端面挤压许用应力j=1.5l-1-1.5259=311MPa(3.4)3.1.240Cr许用应力计算销轴均采用合金结构钢40Cr，抗拉强度bb=73卸Pa,屈服强度t540VIP

39、a材料的许用应力根据起重机设计规范中规定的方法进行计算，其中载荷组合选取考虑了基本载荷和附加载荷的载荷组合n。钢材屈服强度皿与抗拉强度s的比值为：=0.730.7(3.5)所以安全系数应按表14中规定的选取。安全系数：n=1.33；基本许用应力：I10.5二0.35二0.55400.35735tr=396MPan1.33(3.6)剪切许用应力：I|AI396228MPa、3.3端面挤压许用应力：(3.7)，1=1引1-1.5396=594MPa(3.8)3.2主臂的计算主臂总长12m1518212427臂节组合6+66+3+66+6+66+3+6+66+6+6+66+3+6+6+6主臂总长30

40、33363942臂节组合6+6+6+6+66+3+6+6+6+66+6+6+6+6+66+3+6+6+6+6+66+3+3+6+6+6+6+6注：总计：1个6m底节、1个6m顶节、2个3m标准节、.4个6m标准节根据主臂长度的技术要求，将主臂顶节和底节均定为6m,标准臂节的长度有3m和6m两种长度规格。主臂长度参数及组合见下表3.1:表3.1主臂长度组合臂架在作业过程中，臂端承受起升载荷、拉索力及起升绳力的共同作用，如果带副臂，还将承受副臂及撑杆对它的作用力，由它的受力情况看，臂架主要承受轴向压力。其最不利的工况是吊载最大起重量35t,风侧向吹，起升和回转机构同时作业的工况，此时臂架受轴向压力

41、和侧向载荷的同时作用。另一种危险的工况是最长主臂工况，42m臂长、8.43m幅度工况，此时臂架整体的稳定性较危险。表3.2主臂的截面性质项目数值项目数值弦杆尺寸(mm)76X5单个弦杆截面面积(mm2)1114.7单个弦杆惯性矩I(mm4)7.06X10:单个弦杆旋转半径r(mm)25.2标准截面惯性矩Ix(mm4)1.61X10s标准截面惯性矩Iy(mm4)1.61X10s标准截面旋转半径rx(mm)600.5顶节危险截面位置(距滑轮)(mm)1500顶节危险截面(宽x高)(mmxmm)631X532顶节危险截面惯性矩Ix(mm4)4.47X10'顶节危险截面惯性矩Iy(mm4)3.

42、18X10'顶节危险截面抗弯模量Wx(mn3)1.42X10顶节危险截面抗弯模量Wy(mn3)1.20X10腹杆尺寸(mm40X2.5单个腹杆截面面积(m渚)294.4单个腹杆惯性矩I(mm4)5.20x104单个腹杆旋转半径r(mm)13.3标准截面抗弯模量Wx(mm)2.68x106标准截面抗弯模量Wy(mm)2.68X106标准截面旋转半径ry(mm)600.5底节危险截面位置(距臂根)(mm)2500底节危险截面(宽X高)(mmxmm)1200x592底节危险截面惯性矩Ix(mm4)1.61x109底节危险截面惯性矩Iy(mm4)3.93x108底节危险截面抗弯模量Wx(mm)

43、2.68x106底节危险截面抗弯模量Wy(mm)1.33x1063.2.1最大起重量工况计算表3.3主臂最大起重量工况数据项目数值项目数值起重量(kN)35X9.8起升载荷动载系数21.03工作幅度(m)3.5起升绳力(kN)61.9臂架仰角(DEG)78.6起升绳与臂架轴线夹角(DEG)1.85拉索与臂架轴线夹角(DEG)23.7起升冲击系数11.05臂长(m)12臂架自重(t)2.3载荷计算臂架截面性质图3.1臂架受力简图起升绳力Fsh:Fshmz1.03359.860.951=61.9kN(3.9)式中，中2-起升载荷冲击系数：=1.03；Q一起升载荷；1-m1-0.986m，一起升倍率

44、与滑轮组效率：七=0.951(1-)m(1-0.98)6根据力矩平衡原理，对臂架皎点取矩，得拉索力Fg为：Fg=('2QLcos【0.5mgLcos-FLsin【sh)/(Lsin为)=(1.03359.8cos78.6：0.51.052.39.8cos78.6：-63sin1.85:)/sin23.7:=174.6kN(3.10)式中，L一臂架长度；e一臂架仰角；tp，一,i一，“1一臂架自重冲击系数；mL臂架自重；"sh一起升单绳与臂架轴线夹角；e、，一，、，、g一变幅拉索与臂架轴线夹角；臂架在危险截面的轴向力Fb为变幅拉索力、臂架自重、起升载荷和起升单绳拉力合力：Fb=

45、2Qsin口mgsinFshCOSUshFgcos&=1.03359.8sin78.6：1.052.39.8sin78.6：61.9cos1.85：174.6cos23.7:=591.3kN(3.11)臂架自重垂直于臂架轴线的侧向均布载荷Fce：Fce=mgcosWL=1.032.39.8cos786：/12=0.389kN/m(3.12)旋转平面内由货物偏摆和臂架风载及惯性载荷引起的侧向集中力T:T=T1Tb=Qtg：Tb=359.8tg30.248=18.2kN(3.13)式中，T1一载荷是通过钢丝绳悬挂在臂架端部的，载荷在风力和回转机构的起动和制动过程中的惯性力作用下偏离铅垂线一

46、个角度a(规范规定a=3。6Tb一臂架侧向风载，以40%折算到臂架头部FW=CqLH(1)=1.370121.20.3(10.57)=0.62kN式中qu=0.613v2=0.613乂13.82=1167N/m2，2风侧向吹，工作风压为一类风压：qi=0如=0.6*116.7=70N/m23、2C一风力系数，qD=70x(76x10)=0.41取C=1.3；q一计算风压；甲一结构充实率，对于钢管桁架结构，取中=0.3；-两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数；根据B/H=1.2/1.2=1和平，取=0.57。Tb=40%FW=0.40.62=0.248kN临界力Flinx、Fliny计算变幅平面

47、内:lynm/l3.110V(1.610n=0.20(L-LminyL=(12-12)12=0臂架属于桁架结构，故取n=2查表J3得臂架变截面长度系数为：*2=1.25;在变幅平面内，臂架可看为两端皎支，故取长度系数*1=1；长细比&=25.0y2L11.2512103ry一600.5);(3.14)(3.15)换算长细比九hy2/-y(3.16)临界力PlinyPliny=*EA2hy2一_5二2.11041114.79960.8kN30.52(3.17)旋转平面内：Ixmin/Ix=4.47勺08/(1.61号09)=0.28,(L-LminyL=(12-6)，12=0.5此处省略

48、NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN计规范中式(25)计算:Fb.A'CMChxMxFbFbCmyCoyMoyChyMyWy0.9Pinx)0.9Pliny)145.94103=十45151,145.941-0.803.0J20.61064.14105A241114.740=25.024030.5A1y2294.4-0.6010.621072.231051-145.941-、0.1591.8)(3.77)式中：*一轴压稳定修正系数，根据起重机设计规范，对于空间桁架计算时可令平甲=1；Wx,Wy-此公式是计算危险截面稳定性公式，故Wx,Wy均为危险截面的抗弯模量；Cox,Coy一两

49、端端部弯矩不等折减系数；Cox=0.60.4Mox=10.4(回转平面为悬臂，两端的端部弯矩相同)Mox八Moy0Coy=0.60.4n0.60.4=0.60.4(变幅平面根部销轴连接，不承yMoyMoy受弯矩，Moy=0)Chx,Chy一横向载荷弯矩系数，由于横向载荷不只是由集中力产生的，所以Chx=Chy=1.起重机规范，故取Cmy=1。Cmy-绕强轴的端部弯矩对绕弱轴的端部弯矩的影响系数，本截面为封闭截面，抗扭性强，根据(8)距臂根0.99m处截面局部弦杆单肢稳定性验算长细比Plin二2EA225_._2.110551531.92=1047.9kN(3.78)临界力查表得中=0.9321

50、465睥八31.914.56(3.79)ci2B1-Fb/40.9PlinMoyMy72H1V0.9PlinJFb/4Ai3145.9410.20.6106+145.94/424001-.0.91047.90.932515.00.62106145.94/422131-0.91047.9局部稳定性满足要求。重心处截面的稳定性由横向力和力矩引起的弯矩M(x)为：M(x)=TL-x)；=2.589-4.5)=11.6kNm(3.81)由垂直于臂架轴线臂架自重的分力引起的弯矩M(y)(两端简支):I-L1I-2M(yFce-FceX=0.156924.5-0.50.1564.52=1.58kNmFb十

51、1CoxMox+ChxM(x)*1CoyMoy+ChyM(y)CmyWyAW1-巳<。明血)Wx1-FbL0.9Pliny,(3.82)整体稳定性强度:111.6106，_._3145.941034515.0145.941-0.9803.0414"。5145.941.0.9勺591.8J=110.2MPa:1-1-0.6011.5810654.14105(3.83)长细比l1503-34.5rI4.56(3.40)临界力c,.二2EA二22.1105515.0Plin=893.9kN2234.5(3.84)Wx,Wy计算截面处抗弯模量(10)重心处截面局部弦杆单肢稳定性验算查表

52、得=0.921局部稳定性强度白Fb.Mox4Mb/x42B1-0.9Plin、AiMoyMyFb/41-0.9Plin145.9410311.61061.58106145.94/424001一0.9893.9145.94/4240010.9893.9(3.85)0.921515.0=113.3MPa:tI局部稳定性满足要求。(11) 距臂头0.545m处截面的稳定性由横向力和力矩引起的弯矩M(x)为：(3.86)M(x)=TL-x=2.580.545=1.40kNm由垂直于臂架轴线臂架自重的分力引起的弯矩M(y)(两端简支):L12M(y)=Fcex-§FceX=0.156920.5

53、45-0.50.1560.5452(3.87)=0.36kNm整体稳定性强度:Fb+r*1CoxMox+ChxM(x)+r)1aw1一巳<0.9Rnx)Wx1一乓虹0.9Pliny,-1Cmy-3CoyMoyChyMVWy145.9410=十4515.0145.941_0.9乂803.0J1.4106_52.22105-0.6010.36106145.941,0.9X1591.8)52.2210(3.88)长细比(3.89)临界力二2EAPlin25二22.1105515.028.52=1313.3kN(3.90)查表得"=0.946Wx,Wy计算截面处抗弯模量距臂头0.545

54、m处截面局部弦杆单肢稳定性验算叫1415ccL=28.5r14.563145.9410341.4106145.94/4、2><211乂1II0.9勺313.3)0.36匕106c145.94/4、2乂211乂1.一0.9勺313.3局部稳定性强度A.M°x+M(x)+Moy+M(y)4(,Fb/4、2B1-1<0.9PlinJ2HLFb/4<0.9PlinA0.9461114.7(3.91)=83.8MPa:局部稳定性满足要求。 销轴及单双耳的计算下皎点处销轴：回转平面内横向力引起的弯矩：M=TL=2.589=23.2kNm(3.92)单个销轴最大受力：F=F

55、>2MB=145.9/223.2/0.4=131.0kN(3.93)剪切应力1:F1310=33.4MPa£(3.94)n212-d213.14502244式中，F一销轴受的剪切力；d销轴直径；T一许用剪切应力。 下皎点处双耳：挤压应力°j:；j=93.5MPa<j(3.95)(3.96)(3.97)(3.98)(3.99)(3.100)式中，F一单双耳承受的剪切力；d销轴直径；&一单双耳的厚度；j许用挤压应力。 底节与顶节连接处销轴：回转平面内横向力引起的弯矩：M=TL=2.586=15.48kNm单个销轴最大受力：F=Fb4MB2=145.94/415.48/0.4/2=55.8kN剪切应力e：F558-=55=56.9MPa"n：d2-3.14252244 底节与顶节连接处单耳：挤压应力°j:=55.8=111.6MPa*Jj、d2025j 底节与顶节连接处双耳：挤压应力°j:=F=558=111.6MPa一j2、d21025j3.3.2最长副臂工况计算表3.9最长副臂工况数据项目数值项目数值起重量(kN)2.8X9.8起升载荷动载系数中21.23工作幅度(m)10.4主臂仰角(DEG)80副臂与主臂夹角(DEG)10起升绳与副臂轴线夹角(DEG)5拉索与副臂轴线夹