门式起重机的门架结构

1、通用门式起重机双梁门式起重机单梁门式起重机葫芦单梁门式起重机小车式单梁门式起重机（二）主要尺寸参数选择的原则1门式起重机的跨度和悬臂长度2门式起重机的起升高度3门式起重机的基距（轴距）第一节 门式起重机的门架结构门式起重机用途广泛,根据其不同用途及结构特点分为通用门式起重机、造船门式起重机、集装箱门式起重机和装卸桥等。一、通用门式起重机的门架（一）结构型式通用门式起重机的起重量为5100t，跨度小于30m，双刚性支腿结构型式；跨度大于30m时，采用一刚一柔支腿结构形式。（三）计算载荷及载荷组合1载荷计算作用在门式起重机上的载荷有金属结构的自重载荷、移动载荷（包括小车自身重力及起升载荷）、大车运

2、行制动惯性力、小车运行制动惯性力、碰撞载荷以及风载荷。2载荷组合 根据使用情况和工作条件：原则结构可能产生的最大内力。通常按表3-25载荷组合A和组合B进行计算，参见第三章。（四）主梁结构的设计计算主要是确定桁架式主梁结构或偏轨箱形主1主梁结构的主要几何尺寸梁结构的高度h和宽度b2主梁结构的强度计算垂直平面内（即门架平面）起重机运行时静定支承的刚架水平平面内静定的外伸简支梁主梁内力确定后，可进行截面选择和验算，危险截面依结构而异（五）支腿结构的设计计算两侧刚性支腿的门架 ，当起重机不动时考虑支腿受到支承横推力的作用 ；对轨道的安装误差和起重机的偏斜相当敏感 ，门架的跨度限制在30m以内门式起重

3、机跨度大于30m时，一刚一柔支腿结构 。 柔性支腿是一平面结构，在门架平面内不能承受任何水平力，仅承受垂直载荷，而在支腿平面内可以承受水平载荷。刚性支腿为一空间结构，除能在支腿平面内承受载荷外，还能在门架平面内承受垂直和水平载荷。1在门架平面内支腿的受力分析双侧刚性支腿门架,按起重机静止不动的一次超静定刚架结构进行内力计算一刚一柔性支腿的门架，无论主梁或支腿，按静定刚架结构进行内力计算2在支腿平面内的受力分析L型和C型单主梁门式起重机的支腿平面结构可按静定结构进行计算，其计算简图和受力情况，如图所示。B1 = + A +确定支腿在横梁上的安装位置的原则是使大车轮压相等，即按下式计算：B2MFN

4、单梁式及双梁式门式起重机支腿平面结构的受力分析：根据支腿和下横梁在连接处的刚度比值等因素而定。=0.61具体见表10-3 支腿平面内刚架内力计算公式（1013）双梁式门式起重机带马鞍的实体式箱形支腿结构与桁架式支腿结构的计算简图如下，用力法求解多余未知力的基本结构。多余未知力的计算公式为：N P l iA iN 1 2 l iA iF =+l 0A 0N 1（1014）注意：变截面支腿的惯性矩换算成等效等截面支腿的折算惯性矩才能进行内力分析对于正应力和剪应力都比较大的截面，应验算其折算应力刚性支腿作为双向偏心压杆进行稳定性验算（参阅第六章），应该考虑支腿端部实际的约束影响支腿与主梁（横梁）刚性

5、连接构成空间刚架，计算支腿整体稳定性时必须考虑主梁（横梁）对支腿端部的约束影响根据刚架支腿的不同屈曲形式，可导出支腿端部的转角方程，进而求得支腿的稳定方程及腿端约束的计算长度系数 值。按表10-4、表10-5及表10-6 选取（六）门架结构的刚性计算一般门式起重机，应验算门架主梁跨中和悬臂端的静挠度，对有安装作业等特殊要求，计算起重机的自振频率=ke 112me i mef H = f H 门式起重机门架的静态刚性门式起重机门架的动态刚性门架平面内的水平位移门架平面外的水平位移支腿刚架平面内的刚性门式起重机的垂直动态刚性门式起重机的水平动态刚性跨中见式（10-15 ）门架平面内的垂直位移悬臂端

6、见式（10-16 ）表10-7中相关公式计算取满载小车位于门架跨中或悬臂极限位置，按第四章方法及时公式（4-81）计算（1017）( )h S二、造船用门式起重机的门架造船门式起重机的门架结构是由主梁、刚性支腿和柔性支腿三大部分组成。多采用箱形结构制造，但柔性支腿也常做成圆管结构（一）主梁结构分单梁结构和双梁结构主梁的高度由静、动刚性条件来确定单梁式主梁宽度b与安装外形尺寸、梁的水平刚性以及小车的稳定性等有关，一般取。双梁式主梁的宽度b较小与水平刚性及梁的整体稳定性有关。大型造船门式起重机的跨度大且主梁截面尺寸很大且钢板很薄，板的局部稳定性计算尤为重要1 18 12（二）支腿结构 造船门式起重

7、机跨度较大设计成一刚一柔性支腿（三）造船门式起重机受载情况及支承反力水电站坝顶门式起重机（启闭机）主要起吊闸门，起重量450500t，跨度为716m，高度在20m左右，做成箱形结构（一）结构特点跨度较大（S40m）一刚柔支腿，为减轻桥架自重，常做成桁架结构。悬臂长度可取为=（0.250.35）S，高度h=(1/81/14)S,通常取桁架斜杆的倾角为=4050（二）设计计算 结构的受载情况及计算原则与门式起重机结构类似第二节 装卸桥的门架结构一、装卸桥第二节 装卸桥的门架结构二、岸边集装箱装卸桥主要用于码头岸边为船舶装卸集装箱，分为A型和H型（一）结构特点金属结构主要由水平伸臂结构和门架结构两部

8、分，水平伸臂结构由前伸臂和后伸臂两部分组成 ，为减轻臂架自重及降低码头前方的轮压使用牵引式小车，伸臂结构做成桁架式和箱形或板梁式。A型门架刚性比较好，但门架的净空高度低，自重较大。确定门架结构的高度尺寸时，要考虑到装卸桥能在最高潮位时为空船装载（二）设计计算门架的轨距按倾覆稳定性和装卸工艺要求而定，一般为10.5m 和16m。门架结构可分解成平面的框架结构和桁构结构进行近似计算。空间门架的精确计算可采用有限单元法。门座起重机广泛用于港口、造船厂、水电站和建筑工地等 ，起重机的门架结构支承着起重机回转部分的全部重力和外载荷。第三节 门座起重机的门架结构一、门架的结构（一）转柱式门架结构 起重机上

9、部回转结构与转柱连成一体，转柱插 入门架中，转柱上端安装有水平滚轮，它支承在门架顶部的水平圆环上，转柱下端支承在门架中部的横梁上 。有交叉门架和八杆门架结构（二）大轴承式门架结构 起重机的支承回转装置采用大型滚动轴承，简化了门架结构。来自起重机回转部分的垂直力、水平力和不平衡力矩，通过大轴承直接传给门架的顶部结构两种回转支承结构都能使回转部分和门架连成一体传递载荷，而不会使回转部分发生局部倾覆失稳二、门架外形尺寸选择的原则（一）门架高度门架高度取决于工作条件和场地条件（二）轨距和基距（轴距）门架轨距根据场地条件、火车车厢的外形尺寸来选择，此外还要注意满足起重机的整体倾覆稳定性条件三、门架上的载

10、荷（一）自重力 门架结构重力及安放在门架上的机电设备重力（二）起重机回转部分传来的作用力 回转部分自身的重力、额定起升载荷（含吊具重力），还有起升、变幅及回转机构起、制动的惯性力等（三）作用在门架上的风载荷 作用在臂架上、上部回转结构和门架上的风力。三、门架上的载荷通常门架结构是按工作状态下的最大载荷进行结构强度计算：组合A 门架停止不动，在最大幅度处由地面起升额定载荷组合B 门架停止不动，在产生最大不平衡力矩幅度处悬吊着额定起升载荷，回转和变幅机构紧急制动，工作状态下的最大风力。设计门架时，还应考虑到起重机在安装和检修时的情况（一）计算假定（二）作用载荷（三）内力分析刚架平面内的内力分析刚架

11、平面外的内力分析门架顶部圆环的内力计算交叉门架的刚性验算起重臂垂直于轨道起重臂平行于轨道四、交叉门架结构的计算五、八杆门架结构的计算左图为八杆门架结构的计算简图（一）作用在门架上的载荷垂直力 、回转力矩水平力 、下水平力 、附加弯矩（二）八杆门架结构的分析分解成顶部圆环、撑杆和下门架逐个进行计算，但相当繁琐。较为有效的方法是采用有限元商业软件计算六、圆筒形门架结构的计算主要包括四个部分分别为：确定圆筒门架上作用的载荷 ；进行圆筒的强度计算 ；对圆筒的局部稳定性进行计算；最后对门腿的计算一、自动化仓库系统简介自动化仓库系统是在不直接进行人工处理的情况下能自动地存储和取出物料的系统。主要包括 ：A

12、货架Bi巷道堆垛机Cj出入库系统DkAGV（自动地面搬运车辆）或其它地面搬运车辆E管理控制中心第四节 自动化立体仓库巷道堆垛机的门架结构二、巷道堆垛机简介巷道堆垛机是立体仓库中用于搬运和存取货物的主要设备。是随立体仓库的使用而发展起来的专用起重机。巷道堆垛机起重量一般不超过2t，特殊情况可达45t，起升高度最高到40m，大多数在20m左右。依据结构型式可分为单立柱和双立柱两种类型。三、单立柱巷道堆垛机结构计算多数立体仓库采用的是单立柱结构的巷道堆垛机，如左图所示介绍堆垛机结构的强度、刚性和稳定性分析当载荷处于最高位置时，立柱的受力状况最为不利 如下图所示1.载荷计算（1）总体载荷内力分析1）载

13、货台滚轮轮压2）总提升力3）立柱顶部作用力 x = =（2）立柱沿巷道纵向平面（即YOZ平面）的受力分析1）YOZ平面内计算简图当载货台满载位于最高位置，以最大行走加（减）速度起（制）动时，立柱受力处于最不利状态。如左图所示2）弯矩增大系数立柱属于压弯构件 ，轴向压缩力始终平行于Z轴，并在顶端作用有弯矩，通过推理表明弯矩与挠度的增大系数相同。1 1(1 ) 1 N N Ex（1057）（3）立柱沿巷道横向平面（即XOZ平面）的受力分析在XOZ平面内由于上部导轨的导向作用，立柱为两端简支构件，其计算简图如下页图所示。此平面内立柱也是压弯构件+ +横向弯矩并考虑弯矩增大系数c My =y PLs

14、=y (Q + Gc )L02立柱强度计算N M x M yAj (1 N N Ex )W jx (1 N N Ey )W jy（10-60） （10-63）+ +3立柱整体稳定性计算N M x M y A (1 N N Ex )Wx (1 N N Ey )Wy4下横梁强度计算如左图所示下横梁和立柱连接处 的截面为危险截面 =M maxW x（10-65）（10-64） f5结构刚性计算要求堆垛机在作业时平稳可靠，停位准确，一般货叉与托盘孔的对位偏差不应大于10mm。立柱的动、静态刚性是影响堆垛机停位精度和工作平稳性的决定因素，刚性计算便成为堆垛机设计计算的重要环节之一（1）静刚性计算立柱的静

15、刚性是以满载载货台位于立柱最高位置时，用立柱顶端在巷道纵向的水平静位移来表征。不考虑行走的水平惯性力。设计位移应小于许用值，即 f 。f = f 0 + f1 + f 2(2）动态刚性计算堆垛机立柱的动态刚性可采用自振频率加以表征，要求该频率不低于许用值，即 f d f d 。堆垛机金属结构为弹性构件，各部分质量将产生惯性力的作用，先简化为多质量振动系统。再利用等效质量原理再转化为立柱下端固定的单自由度系统km0n212fd = fd （1057）+ +4结构整体稳定性计算四、双立柱巷道堆垛机结构计算结构特点是，外形如“门”框形式，由两根立柱和上、下横梁组成一个长方形框架。所占用空间位置大，结

16、构复杂，一般用于较大型的立体仓库。其计算过程与单立柱巷道堆垛机结构计算相似。1载荷计算2受力分析自重载荷、起升载荷 、垂直惯性力 、水平惯性力双柱门架在运行起动、停止和加减速时产生惯性力，使机架在YOZ平面发生挠曲，整个机架成为振动体，立柱端的振动较大。在XOZ平面，立柱由于货叉作业时的弯矩作用而发生弯曲。下面定性分析在YOZ平面和XOZ平面内，双立柱堆垛机门架分别受水平惯性力和货叉提取物品的载荷作用而产生的弯曲变形。YOZ平面内受力简图XOZ平面内受力简图M x M y(1 N N Ex )Wx (1 N N Ey )W yN A （1075）双立柱门架为超静定结构，解法一般有：力法、位移法

17、、固端弯矩法双立柱巷道堆垛机门架的受力分析，除利用经典力学方法公式外，还可利用三维建模软件（如Solidworks，Pro/E，UG）建模，导入有限元分析软件（如Cosmos，Ansys，Algor）进行分析，免去繁琐的计算过程。第五节自动化立体仓库货架群金属结构计算机辅助设计自动化立体仓库而言，货架造价通常占到总造价的6080 。探索合理的货架群内力分析计算方法，指导货架群结构设计是降低仓储设备总成本的关键。本节运用结构力学分析方法，结构设计理论和计算机软件技术，建立合理实用的货架群力学模型，研制货架群金属结构计算机辅助设计软件，实现货架结构分析设计的CAD。一、理论建模1计算载荷的确定货架

18、自重均布载荷，货物和托盘的重力集中载荷以及地震载荷效应2结构分析及理论建模组合式货架是一个庞大的三维钢架系统，根据空间位置可定义为排、列、层，是具有规律性构造的结构群，通过分析可取包含首尾排的连续三排平面结构（如上图最右）作为典型模型进行分析和计算。第五节 自动化立体仓库货架群金属结构计算机辅助设计3 货架结构的内力分析各层的外载荷基本相同，不同的只是通过立柱传递的内力。故从第n层开始计算，计算所得的立柱内力传递到相邻的第n-1层。4内力计算迭代的形成分析第n层：从（图10-72）可见该结构和载荷都是对称的，因此根据结构力学原理，可取半个结构进行计算（图10-73）。二、货架群金属结构计算机辅助设计1程序框图 货架群金属结构计算机辅助设计软件程序框图如图下图所示。2软件功能 软件从系列化角度，按货架立柱、横梁、撑杆截面型谱设计的要求编制而成，可以针对不同层数、载荷行需求就进行强度、刚性、稳定性计算3使用方法 软件界面简洁，