起重机金属结构课程设计

1、?金属结构?课程设计说明书专业：起重运输机械设计与制造班级：XXX姓名：XXX学号：XXXX指导教师：XX0期:20xx年x月目录第一章绪论错误!未定义书签.第二章箱型桥式起重机金属结构设计参数错误!未定义书签.£第三章载荷确实定错误!未定义书签.均布载荷确实定错误!未定义书签.集中载荷确实定错误!未定义书签.惯性载荷确实定错误!未定义书签.第四章主梁的设计计算错误!未定义书签.大车轮距确实定错误!未定义书签.主梁的高度错误!未定义书签.端梁的高度错误!未定义书签.桥架端部梯形高度错误!未定义书签.主梁腹板高度错误!未定义书签.确定主梁截面尺寸错误!未定义书签.第五章主梁的校核错误!

2、未定义书签.计算载荷确实定错误!未定义书签.主梁垂直最大弯矩错误!未定义书签.主梁水平最大弯矩错误!未定义书签.主梁的强度验算错误!未定义书签.主梁的垂直刚度验算错误!未定义书签.主梁的水平刚度验算错误!未定义书签.第六章端梁的计算错误!未定义书签.计算载荷确实定错误!未定义书签.端梁垂直最大弯矩错误!未定义书签.端梁水平最大弯矩错误!未定义书签.端梁截面尺寸确实定错误!未定义书签.端梁的强度验算错误!未定义书签.第七章主梁和端梁的连接计算错误!未定义书签.端梁端部上翼缘焊缝错误!未定义书签.端梁端部下翼缘焊缝错误!未定义书签.主梁与端梁的连接焊缝错误!未定义书签.主梁上盖板焊缝错误!未定义书

3、签.致谢错误!未定义书签.参考文献错误!未定义书签.第一章绪论桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机,又称天车.桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行,起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行,构成一矩形的工作范围,就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料,不受地面设备的阻碍.桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处.桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种.普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成.起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三局部组成.起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷简和滑轮组.电动机

4、通过减速器,带动卷筒转动,使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下,以升降重物.小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架,通常为焊接结构.起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动,即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动.中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一驱动方式,大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整,驱动装置常采用万向联轴器.起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮,如果起重量很大,常用增加车轮的方法来降低轮压.当车轮超过四个时,必须采用较接均衡车架装置,使起重机的载荷均匀地分布在各车

5、轮上.桥架的金属结构由主梁和端梁组成,分为单主梁桥架和双梁桥架两类.单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成,双梁桥架由两根主梁和端梁组成.主梁与端梁刚性连接,端梁两端装有车轮,用以支承桥架在高架上运行.主梁上焊有轨道,供起重小车运行.桥架主梁的结构类型较多比拟典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构.箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种.正轨箱形双梁是广泛采用的一种根本形式,主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成,小车钢轨布置在上翼缘板的中央线上,它的结构简单,制造方便,适于成批生产,但自重较大.偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的

6、主副腹板组成,小车钢轨布置在主腹板上方,箱体内的短加劲板可以省去,其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁,自重较小,但制造较复杂.四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构,在上水平桁架外表一般铺有走台板,自重轻,刚度大,但与其它结构相比,外形尺寸大,制造较复杂,疲劳强度较低,已较少生产.空腹桁架结构类似偏轨箱形主梁,由四片钢板组成一封闭结构,除主腹板为实腹工字形梁外,其余三片钢板上根据设计要求切割成许多窗口,形成一个无斜杆的空腹桁架,在上、下水平桁架外表铺有走台板,起重机运行机构及电气设备装在桥架内部,自重较轻,整体刚度大,这在中国是较为广泛采用的一种型式.桥式起重机分类：

7、1普通桥式起重机主要采用电力驱动,一般是在司机室内操纵,也有远距离限制的.起重量可达五百吨,跨度可达60米.2简易梁桥式起重机又称梁式起重机,其结构组成与普通桥式起重机类似,起重量、跨度和工作速度均较小.桥架主梁是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面梁,用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车,小车一般在工字梁的下翼缘上运行.桥架可以沿高架上面的轨道运行,也可沿悬吊在高架下面的轨道运行,这种起重机称为悬挂梁式起重机.3冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作,其根本结构与普通桥式起重机相似,但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置.这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣,

8、工作级别较高.主要有五种类型.4铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用.主小车吊运盛桶,副小车进行翻转盛桶等辅助工作.5夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中,或把它取出放到运锭车上.6脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出.小车上有专门的脱锭装置,脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭,用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模,用小钳提起钢锭.7加料起重机：用以将炉料加到平炉中.主小车的立柱下端装有挑杆,用以挑动料箱并将它送入炉内.主柱可绕垂直轴回转,挑杆可上下摆动和回转.副小车用于修炉等辅助作业.以充分利用8锻造起重机：

9、用以与水压机配合锻造大型工件.主小车吊钩上悬挂特殊翻料器,用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件.在设计过程中,结合起重机的实际工作条件,注意了以下几方面的要求：整台起重机与厂方建筑物的配合,以及小车与桥架的配合要恰当.小车与桥架的相互配合,主要在于：小车轨距车轮中央线间的水平距离和桥架上的小车轨距应相同,其次,在于小车的缓冲器与桥架上的挡铁位置要配合好,小车的撞尺和桥架上的行程限位装置要配合好.小车的平面布置愈紧凑小车愈能跑到靠近桥架的两端,起重机工作范围也就愈大.小车的高度小,相应的可使起重机的高度减小,从而降低了厂房建筑物的高度.小车上机构的布置及同一机构中各零件间的配合要求适当.起升机

10、构和小车平面的布置要合理,二者之间的距离不应太小,否那么维修不便,或造成小车架难以设计.但也不应太大,否那么小车就不紧凑.小车车轮的轮压分布要求均匀.如能满足这个要求,那么可以获得最小的车轮,轮轴及轴承箱的尺寸,并且使起重机桥架主梁上受到均匀的载荷.一般最大轮压不应该超过平均轮压得20机小车架上的机构与小车架配合要适当.为使小车上的起升、运行机构与小车架配合得好,要求二者之间的配合尺寸相符；连接零件选择适当和安装方便.在设计原那么上,要以机构为主,尽量用小车架去配合机构；同时机构的布置也要尽量使钢结构的设计制造和运行机构的要求设计,但在不影响机构的工作的条件下,机构的布置也应配合小车架的设计,

11、使其构造简单,合理和便于制造.尽量选用标准零部件,以提升设计与制造的工作效率,降低生产本钱.小车各局部的设计应考虑制造,安装和维护检修的方便,尽量保证各部件拆下修理时而不需要移动邻近的部件.总之,要兼顾各个方面的相互关系,做到个局部之间的配合良好.本次设计为5t电动双梁桥式起重机设计,我在参观,实习和借鉴各种文献资料的根底上,同时在老师的精心指导下及本组成员的共同努力下完成的.第二章箱型桥式起重机金属结构设计参数起重量：5t跨度S：m工作级别：A5起升高度：12m小车轮距5c：n1小车轨距b：2m起升速度：llm/niin小车运行速度：40m/min小车工作级别：M5大车运行速度：90m/mi

12、n小车自重：机构总重：第三章载荷确实定均布载荷确实定查图4-11曲线得半个桥架不包括端梁的自重,Gq=那么主梁由于桥架自重引起的均布载荷:夕金=幽初L22.5查表4-3得主梁由于集中驱动大车运行机构的长传动轴系引起的均布载荷:cm,取0、=cni集中载荷确实定由表4-3查得运行机构中央驱动部件重量引起的集中载荷为:Grf=7000N主梁的总均布载荷:q=郎+孙二+气田主梁的总计算均布载荷:q=i/4xq、=1.1x37.5=41.25N/cm式中94二冲击系数,由公式2-5得.惯性载荷确实定作用在一根主梁上的小车两个车轮的轮压值可根据表4-4所列数据选用：Pk21000；Pi=18000考虑动

13、力系数O的小车车轮的计算轮压值为：P-(piPi=x=24150NPi=8P2=x=20700N式中*2二动力系数,由图2-2中曲线查得.第四章主梁的设计计算主梁的高度山H=(-)5=1.51.8/n此处取H1=1714端梁的高度为使主、端梁连接方便,考虑主梁弯矩变化情况,将主梁做成变截面,变截面端部高度等于端梁高度,常取“,&O.5H=O.8m桥架端部变截面长度"=(1)L=)x25.5=3.26.4/7?取d=5m8684主梁腹板高度根据主梁计算高度1=16,最后选定腹板高度主梁两腹板内壁间距鸟81>?=530mm取用=550mm确定主梁截面尺寸对于mQ=530,腹

14、板厚4=6mm上下翼缘板B=640mm,取今=10盖板宽度乩&=耳+2d+200=762mm取B4=760mm主梁的实际高度必H产h+2($6=1550+2x10=1570mm实际的端梁高度“2H2=785mm验算箱形梁的整体稳定性箱形梁的刚度很大,假设梁的高宽比石冬+2d,43,那么梁的整体稳定性不需验算.1570一562=2.8<3说明梁整体稳定加劲板的布置尺寸梁的翼缘板极限宽厚比和加劲肋的设置箱形梁受压翼缘外伸局部取：4/品415屁石;.此式满足箱形梁在两腹板之间的受压翼缘板取：切今<50河行此式不满足,所以应在受压翼缘板内侧等间距设置一条纵向加劲肋,被加劲肋分隔开的

15、翼缘区格宽厚比/24)仍需满足上述要求.如下列图梁腹板的极限宽厚比和加劲肋的位置当/6<80眼际时,不需加设任何加劲肋,不需验算腹板稳定性,b为腹板高度,6为腹板厚度.此题不满足此式当80j235/b,<(切5)(235/区时,需设置横向加劲肋,横向加劲肋常取等间距布置,其间距宜取a=(11.5)b,且不大于2m.此题满足此式,所以要设置横向加劲肋.当160J235/G<俗/刃4320J235/O；时,要加设纵向加劲肋,但此题不满足,所以不加纵向加劲肋.当240J235/%(MS)?320J235/O；时,要加设横向加劲肋,但此题不满足,所以不加横向加劲肋.综上所述,梁要加设

16、横向加劲肋,其间距a=550825mn),此处取a=700mm为了保持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：a'农h二,取主梁端部梯形局部小加劲板的间距:ax=0.57772主梁中部矩形局部大加劲板的间距:CI=2h=',取Cl=2m主梁中部小加劲板的间距：假设小车钢轨采用P5轻轨,其对水平中央轴线X-X的最小抗弯截面模数卬由=3,根据连续梁由钢轨的抗弯强度条件求得加劲板间a<6匕加_C<1'八P距此时连续梁的支点即加劲板所在位置；使一个车轮轮压作用在两加劲板间距的中央：=10236x47.7x17000(26000+1

17、000001.15xk4式中P一小车的轮压,取平均值,*2-动力系数,由图2-2曲线查得夕2=；万-钢轨的许用应力,"尸170IPa.因此,根据布置方便,取.尸：=2由于腹板的高厚比h/3=1200/6:200<160,所以需要水平加劲杆来保证腹板局部稳定性,采用1-45x45x5角钢作为水平加劲杆.第五章主梁的校核.计算载荷确实定查图4-11曲线得半个桥架不包括端梁的自重,Gq,2=32000N那么主梁由于桥架自重引起的均布载荷：Gq70000%=-=31.2N/cm1L2250查表4-3得主梁由于集中驱动大车运行机构的长传动轴系引起的均布载荷：q=0.60.65N/cm,取

18、q、=cm由表4-3查得运行机构中央驱动部件重量引起的集中载荷为:Grf=7000N主梁的总均布载荷：9q=q1+qy=十二cm主梁的总计算均布载荷：q=y/4q=1.1x37.5=41.25N/cm式中伊二冲击系数,由公式2-5得.作用在一根主梁上的小车两个车轮的轮压值可根据表4-4所列数据选用:P产21000；=18000考虑动力系数©的小车车轮的计算轮压值为：P-(piPi=x=24150NP=(pip2=x=20700N式中*2二动力系数,由图2-2中曲线查得.主梁垂直最大弯矩由公式(4-12)计算主梁垂直最大弯矩：.只qL+y/4Gd6/一Mf/)=-J="G&#

19、176;L设敞开司机室的重量为G()=1000N,其重心距支点的距离为/o=28Ocm将各数值代入上式公式计算可得:M%)=5.6xK)7Nctw主梁水平最大弯矩由公式(7-18)计算主梁水平最大弯矩：Msx=0.8M£+0)fg式中g-重力加速度,g二1;“=上-大车起动、制动加速度平均值,%二68s,那么=一一-=0.18750.25m/1；60x(68)M£+p)一不计冲击系数和动载系数时主梁垂直最大弯矩,由下式算得:出片)+-争4(P+PiL+G0/0=2.8x106N-c7h因此得主梁水平最大弯矩：M.inav=0.8x2.8xl06x=(3.364.48)x10

20、4N-cm81取Mvma=4x104Nc7«主梁的强度验算主梁中间截面的最大弯曲应力根据公式(7-19)计算:-L江+Q式中-主梁中间截面对水平中央轴线X-X的抗弯截面模数,其近似值:W=(包+3巧"=7680.Wv-主梁中间截面对垂直中央轴线y-y的抗弯截面模数,其近似值:卬、=1绚+好=3840cm因此可得:56x10276803840=73Mp.由表(2-19)查得Q235钢的许用应力为bnbn=b,L33=220/1.33=65AMPa故bvn主梁支撑截面的最大剪应力根据公式(7-20)计算:rmax-<rn式中已：外-主梁支撑截面所受的最大剪力,由公式(7-

21、13)计算:+-Go±A=1O3726NLPiZ?l+a(l-6/7-+4/74)48EZx-主梁支撑截面对水平重心轴线x-x的惯性矩,其近似值:=1g+B4卜)x3=31500a?/S-主梁支撑截面半面积对水平重心轴线x-x的静距,其近似值:S=2x警与+同与+,)=2174cm因此可得：103726x2174=6Mmax31500x2x0.6由表2-24查得A3钢的许用剪应力为rn=甯=95.6MPa故Tmax<bn由上面的计算可知,强度足够.主梁的垂直刚度验算主梁在满载小车轮压作用下,在跨中所产生的最大垂直挠度可根据公式7-23进行计算:式中a=A=20700=0857A

22、24150组"=.5L2250TI1QCw_=7680X=4.8xio522因此可得:-=0.133677/48x21x106x3.8x10624150x225031+0.857(1-6x0.052+4x0.07允许的挠度值由公式7-22得:/=-=2.86c?l700因此/<7主梁的水平刚度验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可按公式7-25计算略去第三项,简化成简支梁:48EZV384EZV式中,作用在主梁上的集中惯性载荷Pg=(0.010.02»(R+A)=5851170N依-作用在主梁上的均布惯性载荷%=(0.010.02卜夕=0.

23、56251.125%I、=W、-=3840X=96000c/22由此可得：/.1170x225()311.25x22504°/=1：=0.18cm八48x21x106x96000384x21x106x96000水平挠度的许用值：2250=1.125cm2000因此由上面计算可知,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主梁的局部稳定性验算从略第六章端梁的计算计算载荷确实定设两根主梁对端梁的作用力已：/)相等,那么端梁的最大支反力由公式(4-30)计算(参见图4T7)Qkg+2KaK式中K-大车轮距,/c=400cm；Lu-小车轨距,Lxc

24、=140cm传动侧车轮轴线至主梁中央线的距离,取=120cm.因此可得：103726(200+2x120)=114()986n400端梁垂直最大弯矩端梁在主梁支反力已二了)作用下产生的垂直最大弯矩由公式(4-27)计算:“zmax=Ra-=114098.6x90=10.27x式中0-导电侧车轮轴线至主梁水平中央线的距离,.尸90cm.端梁水平最大弯矩端梁因车轮在侧向载荷作用下而产生的最大水平弯矩由公式(4-27)计算：式中S-车轮侧向载荷,由公式(2-6)计算S=/l尸；2-侧压系数,由图2-3查得,A=；P-车轮轮压,即端梁的支反力P二因此卜&max=MA=0.08X114098.6

25、x90=821509.92N-cm端梁因小车在起、制动惯性载荷作用下而产生的最大水平弯矩由公式(4-32)计算：Pxg(Lxc+2a2)Mm"=口式中Pi.小车惯性载荷,由公式(7-8)计算:210007=3OOO7V3000x(200+2x120)400x90=297000N-cm比拟用Pmax和加摩稣两值可知,应取其中较大值进行强度计算端梁截面尺寸确实定端梁长L=14mm根据表4-2推荐,选定端梁各构件的板厚如下:上盖板5=8,中部下盖板5=8mm头部下盖板方2=12mm腹板5=6mm根据4查得400车轮组的尺寸,确定端梁盖板宽度和腹板高度时,首先应配置好支撑车轮的截面图4-23

26、a,其次再决定端梁中间截面尺寸图4-23b.如图7-23配置的结果,车轮轮缘距上盖板底面32nun；车轮两侧面距支撑处两下盖板内边为10mm因此车轮与端梁不致磨损.同时腹板中线正好通过车轮轴承箱的中央平面.最后,要检端梁中部下盖板与轨道面的距离.如图,4-23b所以此距离为60mm,最适宜.1-上瑞纂2一中耕玲影3-褐1番於4端梁的强度验算端梁中间截面对水平重心线X-X的截面模数:端梁中间截面对水平重心线X-X的惯性矩：I=w*«3000x=90000c7774x*2=(竿+/=(亨端梁中间截面对水平重心线y-y的截面模数:+58x0.6x27.4=1320c/?3端梁中间截面对水平

27、重心线x-x的半面积距：hdh力+529WS、=2xx+xL=2x29x0.6x+40x1x29.5=575cnf2422端梁中间截面的最大弯曲应力由公式(7-34)计算的得:Ri4Sa.W、-+A=41M端梁中间截面的剪应力:Qp).sI-2J人103726x57590000x2x0.6=55Mpa端梁支撑截面对水平重心线x-x的惯性矩、截面模数及面积距的计算如下:首先求水平重心线的位置水平重心线距上盖板的距离:2xl8.2x06(0.5xl82+0.5)+2xl2xL2(0.5+162+0.6)=g45.40xl+2xl8.2x0.6+2xl2x1.2水平重心线距腹板中线的距离:=8.15

28、-0.5x18.2=-1.45c/n水平重心线距下盖板的中央线的距离:G=(18.2+0.5+0.6)-8.15=11.15cm端梁支撑截面对水平重心线X-X的惯性矩:Lx=_Lx40xl3+40xlx8.152+2xx18.22x0.61212+2xl8.2x0.6xl.452+2xxl.22+2x12x1.2x11.15212=632.3Nc?端梁支撑截对水平重心线X-X的最小截面模数:112卬=Ix=6323乂=53&加孙孙4211.15+0.622端梁支撑截面水平重心线X-X下部半面积距：=2xl2x12x11J5+(llJ5-0.6)x0.6x2=323cnr端梁支撑截面附近

29、的弯矩:M,=4=114098.6x14=1597380ANcm式中d即图中7-23中H尺寸(参见图4-17)断裂支撑截面的弯曲应力由公式(4-36)计算:=NL=159738Q4538=29.7Mpa端梁支撑截面的剪应力由公式(4-37)计算：.&,S114098.6x323枚r=48.6"./?172x6323x0.64J端梁支撑截面的合成应力由公式(7-38)计算:b=击+31=V29.72+3x48.6=89.26M/%端梁材料的许用应力E3n=(0.800.85同)=(0.800.85)x165.4=132.31406Mpa0n=(°8°0.85rn)=(0.800.85)x95.6=76.581.3".强度验算结果,所有计算应力均小于材料的许用应力,即端梁的强度满足要求第七章主梁和端梁的连接计算端梁端部上翼缘焊缝端梁支撑截面上盖板对水平重心线X-X的截面积矩S=40x1x8.15=326.端梁上盖板翼缘焊缝的剪应力参见图4T8由公式4-40得:A_R&S_114098.6x3230n2IXux0.7xhf2x6323x0,6x0.1=69AMpa式中上盖板翼缘焊缝数./一焊缝:高度,取/=0.6cm端梁端部下翼缘焊缝端梁支撑截面下盖板对水平重心线X-X的面积矩S2