轮胎式起重机金属结构

1、LOGO 轮胎式起重机长安大学工程机械学院建筑机械系长安大学工程机械学院建筑机械系Company Logo第十四章第十四章 轮胎式起重机的金属结构轮胎式起重机的金属结构起重机车架的设计计算起重机车架的设计计算2 伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算1Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 箱型吊臂的支承箱型吊臂的支承（1 1）变幅平面内视为一外伸梁）变幅平面内视为一外伸梁（2 2）吊臂横向平面内）吊臂横向平面内( (即回转切向平即回转切向平 面面) )视为悬臂梁，根部固接视为悬臂梁，根部固接 箱型吊臂的载荷箱型吊臂的载荷 自重，吊重，惯性力和风力自

2、重，吊重，惯性力和风力* *载荷的确定和组合载荷的确定和组合Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 自重自重 等效为均布载荷等效为均布载荷 第第i节臂段上的自重均布载荷为节臂段上的自重均布载荷为 * *载荷的确定和组合载荷的确定和组合(1)111()b iibibiiiiiiGlGqlllllCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 自重自重 计算吊臂某一截面弯矩时，将计算吊臂某一截面弯矩时，将 自重简化为作用在吊臂端部集自重简化为作用在吊臂端部集 中力，简化后的载荷为中力，简化后的载荷为* *载荷的确定和组合载荷的确定和组合(

3、)2bGMbMbG lZPGlCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 自重自重 计算吊臂端部挠度时，等效为计算吊臂端部挠度时，等效为 端部集中力，简化后的载荷为端部集中力，简化后的载荷为* *载荷的确定和组合载荷的确定和组合3bGfbfbGPGCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 自重自重 校核吊臂自重引起的压杆稳定校核吊臂自重引起的压杆稳定 时，等效为端部集中力，简化时，等效为端部集中力，简化 后的载荷为后的载荷为 不考虑自重的动力影响不考虑自重的动力影响* *载荷的确定和组合载荷的确定和组合3bGKbKbGPGCompa

4、ny Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 吊重吊重（1 1）等效为铅垂的集中载荷，作用在吊臂端部）等效为铅垂的集中载荷，作用在吊臂端部（2 2）强度计算中考虑动力影响）强度计算中考虑动力影响（3 3）各节臂伸出后在各种臂长时的控制起重量不同）各节臂伸出后在各种臂长时的控制起重量不同 * *载荷的确定和组合载荷的确定和组合Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 吊重吊重（3 3）各节臂伸出后在各种臂）各节臂伸出后在各种臂 长时的控制起重量不同长时的控制起重量不同 吊臂变轻吊臂变轻 大幅度时稳定起重量提高大幅度时稳定起重量提高* *载荷的确定

5、和组合载荷的确定和组合443322QQQQQQ，443322WWWWWW，Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 惯性力惯性力（1 1）吊臂自重引起的水平惯性）吊臂自重引起的水平惯性 力和回转离心力忽略不计力和回转离心力忽略不计（2 2）切向水平惯性力）切向水平惯性力* *载荷的确定和组合载荷的确定和组合2211110.0105cos()()2kkbiiibiiiiinlPlqeqtCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 惯性力惯性力（2 2）切向水平惯性力）切向水平惯性力 令令 则有则有* *载荷的确定和组合载荷的确定和组合

6、2211110.0105 cos()()2kkbiiibiiiiinlPlqeqt131.53 min4cos24 22bbibGnlRqqnrtselt ，0.003bPRGCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 惯性力惯性力（2 2）切向水平惯性力）切向水平惯性力 惯性力合力作用在约离吊臂惯性力合力作用在约离吊臂 处处 在吊臂根部引起相同弯矩转化在吊臂根部引起相同弯矩转化 到吊臂端部的等效水平惯性力到吊臂端部的等效水平惯性力* *载荷的确定和组合载荷的确定和组合1()3cosel0.002dmbpmbPRGGCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算

7、伸缩式箱型吊臂的设计计算 惯性力惯性力（2 2）切向水平惯性力）切向水平惯性力 在吊臂根部引起相同弯挠度转化到吊臂端部的等效在吊臂根部引起相同弯挠度转化到吊臂端部的等效 水平惯性力水平惯性力 由水平惯性力，离心力和风力引起的吊重的偏摆用由水平惯性力，离心力和风力引起的吊重的偏摆用 水平载荷系数来反映。水平载荷系数来反映。* *载荷的确定和组合载荷的确定和组合0.0017dfbpfbPRGGCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 吊臂风载吊臂风载 等效为端部的集中载荷，将此载荷作为横向载荷加等效为端部的集中载荷，将此载荷作为横向载荷加 以组合，此时吊臂受力最为不

8、利。以组合，此时吊臂受力最为不利。 吊臂强度计算的载荷组合吊臂强度计算的载荷组合（1 1）按工作状态最大载荷作强度计算）按工作状态最大载荷作强度计算（2 2）载荷组合：自重，考虑动载系数的吊重，吊臂切向）载荷组合：自重，考虑动载系数的吊重，吊臂切向 水平惯性力，吊重偏摆引起的水平力的总和。水平惯性力，吊重偏摆引起的水平力的总和。* *载荷的确定和组合载荷的确定和组合Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 变幅平面（变幅平面（Z-Y平面）平面） 吊臂端部的作用力：吊臂端部的作用力： 考虑动载系数的吊重考虑动载系数的吊重 起升绳拉力起升绳拉力 吊臂自重载荷（均布载

9、荷）吊臂自重载荷（均布载荷） 副臂传递的力和弯矩副臂传递的力和弯矩* *吊臂受力分析吊臂受力分析Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 变幅平面（变幅平面（Z-Y平面）平面） 等效到吊臂端部计算公式为：等效到吊臂端部计算公式为：* *吊臂受力分析吊臂受力分析022sinsinsincoscoscossin/()QQjbbyQjbBxQQjxPNPgGGiHPGGMePePiMCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 回转切向平面（回转切向平面（Z-X平面）平面） 吊臂端部作用力：吊臂端部作用力： 吊臂偏摆的水平载荷吊臂偏摆的水平

10、载荷 副臂传递的水平力和力矩副臂传递的水平力和力矩 吊臂自重引起的切向惯性力吊臂自重引起的切向惯性力 作用在吊臂上的风力作用在吊臂上的风力* *吊臂受力分析吊臂受力分析Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 回转切向平面（回转切向平面（Z-X平面）平面） 等效到吊臂端部计算公式为：等效到吊臂端部计算公式为： * *吊臂受力分析吊臂受力分析0sinsinsinQQjbbxQjpbbyjyPNPGGiHPHGWMM Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 吊臂截面平面（吊臂截面平面（X-Y平面）平面） 载荷：扭矩载荷：扭矩 * *

11、吊臂受力分析吊臂受力分析02ZQjzMP eMCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 稳定性和强度计算的基本假设稳定性和强度计算的基本假设（1 1）吊臂受力和变形在变幅平面和回转切向平面内各自）吊臂受力和变形在变幅平面和回转切向平面内各自 分别考虑，互不影响；分别考虑，互不影响；（2 2）变形时吊臂横截面按平面处理；）变形时吊臂横截面按平面处理； （3 3）吊臂变形是小变形，挠度曲线是连续光滑的弹性曲）吊臂变形是小变形，挠度曲线是连续光滑的弹性曲 线，用满足几何边界条件的余弦函数或抛物线函线，用满足几何边界条件的余弦函数或抛物线函 数描述。数描述。 * *吊臂

12、整体稳定性和强度计算吊臂整体稳定性和强度计算Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 整体稳定性验算整体稳定性验算 受力状态：压弯构件受力状态：压弯构件 验算公式：二阶应力理论的强度公式验算公式：二阶应力理论的强度公式* *吊臂整体稳定性和强度计算吊臂整体稳定性和强度计算001111 0.2(1 0.2)1 1 1.11 1.1HxxfxEyHyyfyExxyExExNNMMMNMMMNNNNAWWNNCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算强度计算强度计算 受力状态：弯矩，扭矩，轴向压力，横向剪力受力状态：弯矩，扭矩，轴向压力，

13、横向剪力 验算公式：二阶应力理论验算公式：二阶应力理论 任一截面最大压应力和最大拉应力为任一截面最大压应力和最大拉应力为* *吊臂整体稳定性和强度计算吊臂整体稳定性和强度计算1yxLxyyxssxyMNMAWWMNMFWW Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算强度计算强度计算 剪应力为剪应力为 * *吊臂整体稳定性和强度计算吊臂整体稳定性和强度计算11212122()2()222xzbbbbxzbbbbyzhhhSMbSMbSMhCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算强度计算强度计算 局部弯曲应力局部弯曲应力应力组合按第四强

14、度理论计算，验算公式为应力组合按第四强度理论计算，验算公式为 * *吊臂整体稳定性和强度计算吊臂整体稳定性和强度计算21cos()1 12log3 41cos()2mbbPb221.3()31.1 mCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算强度计算强度计算 若忽略局部应力，验算公式为若忽略局部应力，验算公式为 若忽略局部应力和剪应力，验算公式为若忽略局部应力和剪应力，验算公式为* *吊臂整体稳定性和强度计算吊臂整体稳定性和强度计算221.33 1.3Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算强度计算强度计算（1 1）截面上的轴向压力

15、计算）截面上的轴向压力计算（2 2）截面上的弯矩计算）截面上的弯矩计算（3 3）截面上的剪力计算）截面上的剪力计算（4 4）截面上的扭矩计算）截面上的扭矩计算（5 5）同步伸缩第二节臂尾部滑块位于变幅液压缸支点后）同步伸缩第二节臂尾部滑块位于变幅液压缸支点后 的内力计算的内力计算 * *吊臂整体稳定性和强度计算吊臂整体稳定性和强度计算Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算局部失稳部位局部失稳部位 侧板和下底板侧板和下底板受力状态受力状态 下底板下底板- -压应力和剪应力压应力和剪应力 侧板侧板- -拉应力，压应力和剪应力拉应力，压应力和剪应力支承方式支承方式

16、弹性嵌固支承弹性嵌固支承 侧板较底板支承情况好侧板较底板支承情况好 * *吊臂箱板的局部稳定校核吊臂箱板的局部稳定校核Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算正应力单独作用时薄板局部正应力单独作用时薄板局部 失稳的临界应力失稳的临界应力剪应力单独作用时薄板局部剪应力单独作用时薄板局部 失稳的临界应力失稳的临界应力和剪应力同时作用薄板和剪应力同时作用薄板 局部稳定性验算公式局部稳定性验算公式 * *吊臂箱板的局部稳定校核吊臂箱板的局部稳定校核22122()12(1)crEk kb15221.910 ()crk kbCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸

17、缩式箱型吊臂的设计计算正应力和剪应力同时作用薄板正应力和剪应力同时作用薄板 局部稳定性验算公式局部稳定性验算公式 组合临界应力组合临界应力* *吊臂箱板的局部稳定校核吊臂箱板的局部稳定校核2211(1)(3)1()()44crcrcrn 22122113(1)(3)()()44crccrcrcr Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算增加局部压应力后，搭接处侧增加局部压应力后，搭接处侧 板的局部稳定性验算公式板的局部稳定性验算公式 注：注：（1 1）滑块支承处向后取一长度）滑块支承处向后取一长度b b作为作为a a（2 2） 的计算的计算（3 3）由于局部压应

18、力作用，支承情况）由于局部压应力作用，支承情况 有所改善有所改善* *吊臂箱板的局部稳定校核吊臂箱板的局部稳定校核2211(1)(3)1()()44mcrcrmcrcrn mcrCompany Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 大型轮胎式起重机吊臂上，为增强侧板稳定性，在基本大型轮胎式起重机吊臂上，为增强侧板稳定性，在基本 臂侧板上臂侧板上( (甚至在伸缩臂侧板上甚至在伸缩臂侧板上) )，纵向或横向加筋，纵向或横向加筋; ; 箱形吊臂截面下底板常用两块钢板组成，在板上隔一定箱形吊臂截面下底板常用两块钢板组成，在板上隔一定 间距以塞焊间距以塞焊( (电焊钉电焊钉) )保证

19、其共同工作以符合设计假定。保证其共同工作以符合设计假定。* *吊臂箱板的局部稳定校核吊臂箱板的局部稳定校核Company Logo* *吊臂挠曲变形估算吊臂挠曲变形估算伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算吊臂变幅平面内挠度引起幅度增加，吊臂变幅平面内挠度引起幅度增加，计算稳定性控制的计算稳定性控制的 起重量时应考虑其影响，幅度起重量时应考虑其影响，幅度增加量用下式求得增加量用下式求得 已知端部横向力、力矩和轴向压力，吊臂端部挠度用下已知端部横向力、力矩和轴向压力，吊臂端部挠度用下 式求得式求得sinyRf 1ffCfCompany Logo* *吊臂挠曲变形估算吊臂挠曲变形估算伸缩

20、式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算吊臂变幅平面内端部挠度吊臂变幅平面内端部挠度 吊臂回转切向平面内挠度吊臂回转切向平面内挠度01()yfyyyfCff01()xfxxxfCffCompany Logo* *吊臂挠曲变形估算吊臂挠曲变形估算伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算各挠度之间关系各挠度之间关系xfyfsumf吊臂端部总挠度0 xf0yf0f吊臂各节侧隙产生的总挠度1xf1yf1f横向力和力矩产生的总挠度01()xfxxxfCff01()yfyyyfCffsumxyfffCompany Logo* *吊臂挠曲变形估算吊臂挠曲变形估算伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型

21、吊臂的设计计算吊臂端部挠度的控制吊臂端部挠度的控制 l为吊臂总长度为吊臂总长度-52-620010 7 10 0100yxxyflfllff，（忽略不计）Company Logo* *吊臂挠曲变形估算吊臂挠曲变形估算伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算 增大搭接长度，减小侧隙或增大对增大搭接长度，减小侧隙或增大对Y轴的平均面积惯性轴的平均面积惯性 矩矩Iy，可减小，可减小fx装配时吊臂端部上翘装配时吊臂端部上翘5 5l/1000/1000，或将吊臂各节做成香蕉，或将吊臂各节做成香蕉 状，可减小状，可减小fy。Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算*

22、 *吊臂截面的设计吊臂截面的设计1-里节臂尾部滑块2-外节臂前部滑块矩形截面 轮胎式起重机吊臂的材料一般是轮胎式起重机吊臂的材料一般是16Mn16Mn，大型起重机，大型起重机采用高强度低合金钢采用高强度低合金钢。常用矩形截面，高宽比一般在常用矩形截面，高宽比一般在1.3-1.81.3-1.8。侧板。侧板用薄钢板，厚度在用薄钢板，厚度在3.2-6mm3.2-6mm范围，下底板一范围，下底板一般做得比上盖板厚些。般做得比上盖板厚些。 矩形截面危险处为矩形截面危险处为四角焊缝处，是最易产生应力集中之处。四角焊缝处，是最易产生应力集中之处。Company Logo伸缩式箱型吊臂的设计计算伸缩式箱型吊臂的设计计算* *吊臂截面的设计吊臂截面的设计梯形截面横向抗弯刚度和抗扭刚度比梯形截面横向抗弯刚度和抗扭刚度比矩形好。正梯形侧板上半部拉应力较矩形好。正梯形侧板上半部拉应力较大，提高了侧板的稳定系数。倒梯形大，提高了侧板的稳定系数。倒梯形下底板窄，可避免下底板的局部失稳。下底板窄，可避免下底板的局部失稳。梯矩形截面梯矩形