第一章起重运输机金属结构设计计算基础

第一篇起重运输机金属结构设计计算基础第一章概论起重运输机金属结构的作用和发展过程由金属材料轧制成的型钢（角钢、槽钢、工字纲、钢管等）及钢板作为基本元件，彼此按一定的规律用焊接的方法连接起来，制成基本构件后，再用焊接或螺栓将基本构件连接成能够承受外加载荷的结构物称为金属结构。例如常见龙门起重机的上部主梁和支腿、轮式起重机的动臂和底架等。起重运输机金属结构的作用是作为机械的骨架，承受和传递起重运输机所负担的载重及其自身的重量。图1-1所示的双梁箱形龙门起重机，吊重Q通过起重小车1的运行轮传给上部主梁2，上部主梁2又传给支腿3，最终通过大车运行轨道传给基础。图1-1双梁箱形龙门起重机1-起重小车；2-上部主梁；3-支腿。金属结构是起重运输机的主要组成部分。不少起重机就是以金属结构的外形而命名的，如桥式起重机、龙门起重机、门座起重机、塔式起重机、桅杆起重机等。起重运输机金属结构是出现较晚的一种结构。直到十九世纪后期，由于钢铁工业的发展，机器制造业的进一步完善，金属结构才得以迅速发展。最早的起重机是木制的，1880年德国制成了世界上第一台电力拖动的钢制桥式起重机。尔后，欧美一些国家相继生产出由金属材料制成的桥式起重机和其它类型的起重机，其中包括低合金和铝合金结构的起重机。当时的起重机金属结构全部是铆接结构。二十世纪以来，由于钢铁、机械制造业和铁路、港口及交通运输业的发展，促进了起重运输机械的发展。对起重运输机械的性能也提出了更高的要求。现代起重运输机械担当着繁重的物料搬运任务，是工厂、铁路、港口及其它部门实现物料搬运机械化的关键。因而起重运输机械的金属结构都用优质钢材制造，并用焊接代替铆接连接，不仅简化了结构，缩短了工期，而且大大地减轻了自重，焊接结构是现代金属结构的特征。我国是应用起重机械最早的国家之一，古代我们祖先采用杠杆及辘轳取水，就是用起重设备节省人力的例子。因是人力驱动，故起重能力小，且效率很低。几千年的封建统治年代，工业得不到发展，从而使起重运输设备及其金属结构的发展缓慢，阻碍了金属结构的广泛应用。解放以前，我国自行设计制造的起重机金属结构很少，绝大多数起重运输设备依靠进口。铁路货物的装、卸则以人力为主。解放初期各主要铁路站场连一台像样的起重运输机都没有，当时的机械化水平就可想而知了。解放以后，随着冶金、钢铁工业的发展，起重运输机械获得了飞速的发展，金国刚解放就建立了全国最大的大连起重机器厂，1949年10月，在该厂试制成功我国第一台起重量为50吨、跨度为22.5m的桥式起重机。为培养起重运输机械专业的专门人材，在上海交通大学等多所高等工业学校中，创办了起重运输机械专业。铁路系统为适应国民经济发展需要，提高装卸效率，也在唐山铁道学院（现为西南交通大学）办起了铁路装卸机械专业，培养专门从事铁路装卸机械设计和研究的技术人材。揪图廊1-堂2供2呆0/矮10贺吨单也主梁菜C用形龙预门起括重机鹿1-捏大车旬走行默基础耳；扰2-进大车付运行菌机构领；拦3-忍抓斗役；浑4-岗司机婚升降疼电梯割；肆5-溉支腿半；温6-救司机壳室走赔台；栗7-求司机马室；锤8-字司机县座椅迁；幼9-街走台站；减10蹈-妖上部由主梁锦；放11居-坚起重反小车沿；夜12讨-啄小车脑供电遇装置征；摄13吴-割小车画罩；迫14陈-延大车弃供电远装置用；钻15狠-豪地沟沾图轰1-州3础1亭00眨/2乘0慕吨双兴梁铃O生形龙偏门起疤重机休1-与大车橡走行梢基础称；窗2-假地沟绩供电划滑车剑；约3-债端部轻走台止；宁4-疮小车荷供电寒装置似；无5-址栏杆夹；基6-印上部铺主梁仁，愧7-受小车赤罩；么8-役载重拼小车竟；纯9-坑电梯匠升降绸机构火；巷10蛙-老小车勒供电仪支架估；墙11摩-脑端梁仔；慧12纱-键上曲闭腿；粉13揭-灶扶梯往；毕14笨-情直腿末；凉15谣-巷下曲杆腿；斑16圣-桂大车外运行场机构风；童17厘-夫电梯稀吊笼辉；促18亮-羡爬梯程；姥19汉-蚂司机芬室；被20助-车司机骆座椅押。稠到目谢前为支止，丹我国酿通用害桥式屯类型厌起重箱机和冰工程更起重华机（清汽车鸦起重献机、耐轮胎纹起重茄机、它塔式邮起重杀机）绝已从钩过去腰的仿柏制过规渡到恼了自急行设月计制走造的乌阶段偿。有炎些机唯种和阀产品部，无雅论从铜结构趋形式乞，还旧是性汉能指久标都略达到帮了较躲高水居平。殖19气73创年西掠南交禽通大魂学和扇天津熟铁路油分局骨共同堡研制绸的单控主梁谁C讯形龙丽门起薄重机筹（图恳1-匀2向）和私19滥75席年共嚼同研伟制的踪O誓形双存梁龙慰门起赠重机距（图坑1-寸3麦），射由于灿它们池具有熄腿下鱼净空药大、跨司机落视野窃好、限货物患过腿蜘容易熟、外糠形美还观等糖优点推，深光受用司户观陕迎，躁并获宴很快枯推广睬。国颈内许呈多厂寺家已窗能设汤计制匹造各呆种参显数的牺建筑恋用塔鸟式起星重机醋（图捕1-答4伤），础不仅针能满络足国仔内需输要，模还有奸少量切出口默。妈近几导年以蚀来，踩轮式著起重馆机的准发展抓极为析迅速卖，不富少产络品已醒经系霞列化誓。其绣中以羞中、楼小吨油位的郊汽车置起重哗机最模引人岗注目歇。大哪吨位呈的轮遵式起订重机葵，近拦年来闹发展经也很粱快，粪图熄1-按5抛为长袄江起线重机它厂设吩计制姜造的老12削5搜吨汽在车起伶重机乱。无图略1-委4斤巡建筑抢塔式煎起重烦机习图泛1-善5书1盛25烛吨汽炭车起弹重机困西南绵交通贱大学虽与山凝海关塌桥梁胞厂、踢兰州臂机车值厂共第同研付制了敌10痛0畅吨定创长臂渐及伸爸缩臂千式铁略路起魄重机疏；与穷武汉灰桥机臭厂共读同研抱制了毅16舰0缎吨定框长臂伪及伸蛋缩臂摘式铁老路起这重机售，如望图榨1-暑6狮、苹1-惰7挑所示壁，其骄各项睬性能膊指标谣达到扎了国揭际先哲进水掩平。蝇图既1-攀6洽1惑60喉吨定炒长臂翼铁路则起重隔机漂图麦1-罢7跪1刻60弊吨伸覆缩臂亮式铁近路起最重机柱第二谁节勤起重艘运输拼机金调属结局构的评分类秋起重震运输慨机金精属结贴构的拾类型扒繁多啦，对院它们露进行耍分类输，目岂的是炉区别壳各种虽不同搜的金脾属结鱼构类看型，挺找出有其共党同特烂点，涛便于师设计掠和计省算。丙一、挺按照董组成爷金属早结构识基本固元件肝的特饰点，健起重孙运输喷机金帝属结存构可衬分为馆杆系玉结构不和板术结构致。馒杆系骂结构迈由许这多杆猛件焊袜接而债成，约每根逆杆件科的特归点是柴长度锣方向庙尺寸乓大，现而断尿面尺揪寸较顷小。间常见钳的桁谢架式陷龙门果起重锦机的付桁架书主梁长和支绪腿、罗四桁诞架式隔桥架疲、轮羞式和萝塔式移起重浪机的旱桁架炊动臂寇（图发1-勤8侮）都挽是杆度系结塑构。之图懒1-舍8望注塔式葵、轮跪式起狱重机脏桁架婆动臂责板结塌构由趣薄板橡焊接淹而成速。薄缴板的席特点赚是长遗度和丧宽度处方向伯尺寸棚较大瞒，而睡厚度础很小模，所框以板漠结构尸亦称视薄壁辟结构庭。箱廉形龙渡门起消重机蓬的上境部主农梁和抄变截蚊面箱昂形支底腿（届图怒1-湾1锻），超汽车币起重绿机的评箱形勇伸缩画臂和察支腿狼（图沫1-曾9呜）都润是板粱结构仰。应杆系夹结构绍和板居结构族是起振重运刘输机狐金属添结构唯中最播常用治的结徐构形戴式。骗二、最按起界重运皮输机饼金属殃结构赵的外浇形不岁同，败分为登门架绢结构别、臂壁架结倾构、腹车架朽结构刑、转国柱结惠构、购塔架榜结构咏等。萝这些贿结构统可以权是杆锡系结潜构，众亦可岛以是车板梁汁结构文。门埋架结嫩构包白括龙未门起跳重机言的龙谷门架宝，门你座起但重机夺的门病腿及晕平衡篇重式茄叉车摄的门树架等概。毛图渣1-茶9辞快汽车翅起重员机箱冈形支金腿蛛1-栗走行抱装置好；熄2-屠驾驶愿室；咱3-欠转台态；满4-挑动臂屯；批5-秒变幅月油缸宰；持6-帮司机马室；碧7-妄支腿陕。省三、冻按组庄成金蛋属结神构的靠连接咱方式黑不同残，起炕重运粉输机扯金属帆结构后分为巾铰接慌结构炸、刚让接结惊构和戴混合扑结构班。舒铰接驴结构史中，帅所有剃节点麻都是芳理想宜铰。叛实际百的起杂重运礼输机块金属凝结构年，真绒正用蚕铰接缎连接升的是师极少炒见的链。通用常在歉杆系责结构快中，台若杆思件主霉要承抄受轴括向力董，而葱受弯核矩很项小时伍，称访之为冬铰接芹结构筑。起馅重运打输机库金属直结构杠中常恢用的糠桁架伞结构亡，在挥设计肠计算捧时，功视为缺铰接晋结构伶。钓刚接箩结构堆构件乒间的留节点岸连接劲比较甚刚劲祖，在肉外载镇荷作疲用下窑，节勾点各意构件路之间辞的相养对夹稳角不倘会变打化。独刚接租结构惧节点纺承受油较大缴的弯植矩，摸而不医像铰婶接结受构的吹节点浓认为勒不承驳受弯贼矩。屑龙门岩起重栏机刚万性支恋腿和浊上部征主梁搅的连配接就宰属于哄刚接励节点补，而志龙门聋架结火构就活是刚秋接结计构（丽图沉1-羡1颤）。讯混合早结构培各杆扒件之迁间的斯节点臭，既星有铰炕接的菌，又钻有刚屈接的乘。常棵见单症梁电学葫芦够桥式确起重慌机的活主体肢结构栽（图开1-堪10元）多冻做成我混合缸结构标形式赵。混霞合结漏构又谊称桁间构结踢构。屑四、危起重够运输狡机金瞒属结乖构，最按照痛作用弊载荷错与结养构在肢空间精的相岩互位促置不绝同，项分为贯平面煤结构桥和空乱间结杯构。恩平面岗结构川的作宰用载熄荷和宗结构名杆件加的轴逼线位辨于同晴一平姨面内阀，如全图坑1-钥11员所示弟的桁灭架结默构，证小车腰轮压帐、结床构自匀重载柿荷与路桁架目平面踢共面考，所虽以此碰桁架糖结构气属于评平面英结构吨。群当结迹构杆射件的比轴线错不在昨一个贞平面呜内，连或结欠构杆绳件轴疾线虽荒位于纯同一型平面旷，但授外载立荷不疫作用慕于结胞构平川面（余通常爬称为亭平面慈结构泛空间于受力岔），股处于闻这两咸种情群况的裙结构枝都称俘空间右结构降。图将1-芝12尼的集蛋装箱届龙门鼠起重涂机的济龙门家架和虹图宫1-退13雹的轮建式起益重机妨车架凝，都步是空刃间结梅构的柳例子府。刃图绵1-讲10室疗电葫哗芦桥煌式起汗重机闹桁构灰梁怕图钻1-异11听怪平面候桁架迎结构敢图峡1-卫12税蓝空间习刚架因结构眨图爽1-希13兔支轮式书起重痛机车兽架煎第三膛节观起重红运输茅机金蚀属结使构的半计算情简图眼对起零重运葛输机隙金属所结构爹进行扭强度穷、刚稿度和迅稳定屋分析骡时，摘我们飞常用拥一理仅想的坏力学益模型辅来代缝替实似际的禁结构恼物。扶这种删力学掩模型路称为纹起重鉴运输迹机金洗属结液构的征计算排简图作。对茎结构孤物进骨行简存化时渔，应置使计标算简最图尽忧可能轻接近碗实际撒情况干，而猾注意参使计钞算工倡作尽著量简幼单。凡将实斧际的岛金属骨结构爪简化燕成计忧算简遮图，惕包括秀结构顾本身身的简扩化、急支座柔的简潮化和叨作用熊载荷着的简址化。捉结构痰本身档简化岗时，才构件区用其拾轴线灾来代到替，烧变截痰面构智件近罚似地助视为骄等截蛋面构兆件，樱杆件传之间谊的节驶点，陕根据迟金属听结构失的类耽型，盈简化述为铰孙接点绍或刚堤接点时。侮支座室是结遵构的诊支承带。它诸是金别属结帜构与背基础充相连培接或叉接触乳的部剑分。曾结构等所承凡受的楼外加逃载荷营都是税通过内支座填传给泪基础袍或其渡它结换构的总。因新此，滩支座兄是金扛属结轮构很戏重要煎的传牙力部稳件。沙起重喘运输杰机金联属结甲构中鲁，经合常遇篇到的盟支座孤有活凝动铰泼支座梁、固深定铰附支座指和固厘定支鹊座三庙种。吧活动朱铰支必座的启特点涛是在俊支承召部位吼有一寸个铰台接结愧构，纪它可适使支贿承的拆上部注结构抹绕铰腹点自棉由转愉动，议而包枣括支携承在开内的怨整个港结构企又可用在一理个方碍向内臣自由程移动掌。有兰轨运增行式镇起重舟机的旁大车充走行莲轮沿迁轨道浑方向纹可简持化成秆活动念铰支嘉座。言图洁1-经14滩a驼是活其动铰集支座兔的结如构形奴式，饭图漂1-焰14田b含是活确动铰青支座怒的简形图。辱活动炊铰支锯座只搏能承谢受垂坟直方拉向的皮支反涨力。阳固定裤铰支惧座和汁活动今铰支虚座的总不同泉点，钻是包嗓括支锦座在绍内的浩整个塑结构挠不能胡沿一坡个方名向移怀动，扁但仍奏可绕绢铰点静自由奖转动叔。固遵定铰鸣支座跃既可遇承受脾垂直止支反浊力，矩又可茄承受性水平侮支反毁力。浴图冷1-哥15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