16t双梁门式起重机 说明书(非常详细)

目 录

引言 . ............................................................... 3

第一章 16/3.2门式起重机设计参数 .................................... 5

第二章 总体设计 . ................................................... 6

2.1. 主梁几何尺寸和性质 . ......................................... 6

2.2支腿几何尺寸和性质 .......................................... 6

2.3. 下横梁几何尺寸和性质 . ....................................... 7

2.4. 整体尺寸如下图所示 . ......................................... 7

第三章 主梁设计计算 . ............................................... 8

3.1．主梁参数的确定 . ............................................ 8

3.1.1. 主梁尺寸 . ............................................. 8

3.1.2. 截面几何性质 . ......................................... 8

3.2．主梁载荷计算 . ............................................. 10

3.2.1. 静载荷计算 . .......................................... 10

3.2.2. 移动载荷计算 . ........................................ 10

3.2.3. 小车制动时的惯性力 . .................................. 11

3.2.4. 大车制动时的惯性力 . .................................. 12

3.2.5. 风载荷计算 . .......................................... 12

3.2.6. 主梁扭转载荷 . ........................................ 13

3.3．垂直平面内的主梁内力计算 . ................................. 14

3.3.1. 主梁均布载荷引起的内力 . .............................. 14

3.3.2. 移动载荷引起的主梁内力 . .............................. 15

3.4．水平平面内的主梁内力计算 . ................................. 17

3.4.1. 小车位于跨中时 . ...................................... 17

3.4.2. 小车位于悬臂端时 . .................................... 18

3.5．主梁验算 . ................................................. 19

3.5.1. 弯曲应力验算 . ........................................ 19

3.5.2. 主梁疲劳强度校核 . .................................... 21

3.5.3. 主梁稳定性校核 . ...................................... 22

3.5.4. 主梁拱度验算 . ........................................ 26

第四章 支腿设计计算 . .............................................. 28

4.1支腿参数确定 ............................................... 28

4.2门架平面内的内力计算 ....................................... 29

4.2.1. 由主梁均布载荷产生的内力 . ............................ 29

4.2.2. 由移动载荷产生的内力 . ................................ 29

4.2.3. 由风载荷产生的内力 . .................................. 30

4.3支腿平面内的支腿内力计算 ................................... 31

4.3.1. 垂直载荷作用在支腿平面 . .............................. 31

4.3.2水平载荷作用在支腿顶部 ............................... 31

4.3.3. 风载荷载荷作用在支腿平面 . ............................ 32

4.3.4. 马鞍自重载荷作用在支腿平面 . .......................... 32

4.4支腿验算 ................................................... 32

4.4.1. 支腿强度验算 . ........................................ 32

4.4.2. 支腿稳定性验算 . ...................................... 34

4.5下横梁稳定性验算 ........................................... 36

第五章 螺栓连接设计计算 . .......................................... 38

1. 主梁接头处螺栓连接强度校核 . .................................. 38

第六章 整机抗倾覆性计算 . .......................................... 39

参考文献 . .......................................................... 40

总结 . .............................................................. 41

引言

随着我国制造业的发展，门式起重机越来越多的应用到工业生产当中。本次设计就是对中等吨位的门式起重机进行设计，主要设计内容是A 型门式起重机的设计。本设计是在草稿纸上计算以及反复设计，再采用许用应力法等对门式起重机进行设计。设计过程先是进行起重机结构的设计及计算，再用经验公式来设计桥架结构。用门式起重机各结构尺寸数据对起重机的强度、疲劳强度、稳定性、刚度进行粗略的校核计算，待以上因素都达到材料的许用要求后，画出起门机结构总图。然后计算出主梁和支腿的自重载荷、垂直载荷，再进行主梁强度和刚度的精确校核计算。若未通过，再重复上述步骤，直到通过。由于主梁的初步校核是在草稿中列出，在设计说明书中不予记录，仅记载主梁的精校过程。设计中参考了各种资料, 运用各种途径, 努力利用各种条件来完成此次设计。 本设计通过反复斟酌各种设计方案, 认真讨论, 不断反复校核, 力求设计合理，通过不断的计算以及参考前人的先进经验, 力求有所创新。

关键词：A 型门式起重机；结构；校核

Abstract

As China's manufacturing industry, more and more applications crane to which industrial production. This design is to design of medium tonnage bridge crane, the main design content type is a Ahook bridge crane design. This design is on the draft paper calculation and design again and again, again USES the allowable stress method to design the bridge crane. First for crane design process of car body design and calculation, using empirical formula to design the bridge structure. Of crane bridge crane's structure size data for the strength, fatigue strength, stability, stiffness of rough check calculation, for after all factors above meet the requirements of material allowable, lifting the car plotted on a graph, institutional general layout diagram, parts diagram and bridge structure. Then calculate the unit weight of beam and girder load and vertical load and horizontal load, and for accurate check calculation of bridge strength and stiffness. If failed, repeat the above steps until the pass. Because the bridge preliminary checking is listed in the draft, will not be recorded in the design specification, only recorded bridge fine alignment process. Reference in the design of various materials, use all kinds of ways, to use a variety of conditions to complete the design. This design through a premade each kind of design scheme of serious discussion, is repeated, strive to design reasonable, through continuous calculation and reference the advanced experience of predecessors, strive to innovate.

Key Words：Bridge Crane; Transmission-Mechanism; Steel Structure; Proofread

第一章 16/3.2门式起重机设计参数

表1-1 设计参数

第二章 总体设计

2.1. 主梁几何尺寸和性质

主梁是起重机桥架中主要受力元件, 由左右两块腹板, 上下两块盖板(翼板) 以及若干大小隔板及加强筋板组成. 主要要求有:

①主梁上拱度: 当受载后, 可抵消按主梁刚度条件产生的下挠变形, 避免承载小车爬坡

②主梁旁弯: 在制造桥架时, 走台侧后有拉伸残余应力, 当运输及使用过程中残余应

力释放后, 导致两主梁向内旁弯; 而且主梁在水平惯性载荷作用下, 按刚度条件允许有一定侧向弯曲, 两者迭加会造成过大弯曲变形

③腹板波浪变形:受压区＜0.7δ0, 受拉区＜1.2δ0, 规定较低的波浪变形对于提高起重机的稳定性和寿命是有利的.

④上盖板水平度≤b/250,腹板垂直度≤h/250, b为盖板宽度,h0为梁高. 主梁腹板高度 h 0=1450mm ，腹板厚度δ1=6mm，翼缘板厚度，δ0=10mm主梁总高度H 1=h 0+2δ0=1470mm，主梁宽度 b= 980mm。

2.2支腿几何尺寸和性质

支腿上面与主梁和马鞍通过螺栓连接到一起，下面通过螺栓和下横梁连接到一起。支腿形状呈现上大下小的形式。支腿在强度计算时常常取支腿高度三分之

二处的截面进行受力分析。所以支腿尺寸值常取支腿高度三分之二处截面尺寸为支腿尺寸值。

支腿高度三分之二处截面尺寸，腹板厚度δ1=8mm ，宽度b=982mm，翼缘板厚

度 δ0=6mm，宽度b=1227mm，支腿高度为h=9332mm

2.3. 下横梁几何尺寸和性质

①盖板的厚度为8mm ，腹板厚度为6mm 。

②在设计过程中支腿的连接位置，尽可能的靠近大车连接处，这样的话，下横梁所受的弯矩就会小一些。可以减小下横梁的板厚，从而减低重量，节约成本。 ③支腿靠近连接位置，将导致此处受到的切应力增大，所以校核切应力。

2.4. 整体尺寸如下图所示

图2-1

第三章 主梁设计计算

3.1．主梁参数的确定

3.1.1. 主梁尺寸

主梁整体构造形式如下图所示，主梁总长度为39.52米，为了方便制造和运输，现分为三段组成，每段之间通过高强度螺栓连接。两侧主梁长度为13060mm ，中间一段长度为13400mm 。

图3-0

3.1.2. 截面几何性质

主梁截面尺寸如下图所示：

图3-1

主梁整体高度为1470mm, 盖板宽度为980mm 。

主梁截面积

A=980⨯10⨯2+1450⨯6⨯2

=0.037m 2

惯性矩

主梁相对于X 轴的惯性矩为：

113⨯980⨯103+7302⨯10⨯980]⨯2+⨯6⨯1450⨯21212 =1. 34⨯1010m m 4I X =[

主梁相对于Y 轴的惯性矩为：

11⨯

1450⨯63+4632⨯6⨯1450]⨯2+⨯10⨯9803⨯21212

=0. 529⨯1010m m 4I y =[

主梁自重载荷，根据截面积乘以长度进行估算。

F ' =kρAg ⨯9.81

=1.2⨯7850⨯0. 037⨯2⨯9. 81

=6838.6 N

主梁的均布载荷由主梁自重，护栏，轨道等组成，大概估计

F q =F ' =1.15x6838=7863N。

3.2．主梁载荷计算

3.2.1. 静载荷计算

在垂直载荷作用下，当小车位于主梁中间和悬臂端时，主梁所收到的弯矩最大。静载荷安全系数取n=1.5。在集中载荷作用下主梁跨中所受到的压力为：

图3-2

小车自重G 大约为起重量的五分之一，在这里保守估计取4吨。

F 1=1. 5⨯G +G 小

=1. 25⨯16+4

=28t

3.2.2. 移动载荷计算

在垂直载荷作用下，当小车位于主梁中间和悬臂端时，主梁所收到的弯矩最大。动载荷安全系数取n=1.1。在集中载荷作用下主梁跨中所受到的压力为：

图3-3

F 2=1. 1⨯G +G 小=1. 1⨯16+4=21. 6t

3.2.3. 小车制动时的惯性力

小车在制动过程中会产生一个沿主梁方向的惯性力，惯性力的大小与小车的加速度的大小有关，也就是制动器的制动时间。加速度越大则惯性力越大。惯性力计算公式如下：

F 惯性力=1. 1⨯（P +P 小车）⨯103⨯

v 小车60⨯t 制

v 小车——小车行走速度（m/min）

t 制——小车制动时间（s ）

通过带入数据计算：

F 惯性力=1. 1⨯（P +P 小车）⨯10⨯=(1. 1⨯16+4) ⨯103⨯

3

v 小车60⨯t 制

44. 6

=32112N 60⨯5

3.2.4. 大车制动时的惯性力

大车在制动过程中会产生一个垂直主梁方向的惯性力，惯性力的大小与大车的加速度的大小有关，也就是制动器的制动时间。加速度越大则惯性力越大。惯性力计算公式如下：

3

F 惯性力=(P +P ) ⨯10⨯12

v 大车

60⨯t 制

v 大车——大车行走速度（m/min） t 制——大车制动时间（s ）

通过带入数据计算：

F 惯性力=（P ⨯103⨯1+P 2）=(50+16) ⨯103⨯

v 大车

60⨯t 制

47. 1

=103621N 60⨯5

3.2.5. 风载荷计算

主梁风载荷计算（沿大车行走方向）

工作状态计算公式： P w Ⅱ=Cp ⅡA ，

C ——风力系数，取1.6

，取250N /m 2 p Ⅱ——工作状态最大计算风压（N /m 2）

A ——垂直于风向的实体引风面积（m 2）

A =ϕA l 1+ηϕA l 1

ϕ——第一片结构的引风面充实率，取1

A l 1——第一片结构的外形轮廓面积

η——挡风折减系数，取0.32

A =ϕA l 1+ηϕA l 1=1⨯65+1⨯0. 32⨯65=85. 8m 2

P w Ⅱ=Cp ⅡA =1. 6⨯250⨯85. 8=34320N ≈3. 4t

非工作状态计算公式： P w Ⅲ=CK h p ⅢA ，

C ——风力系数，取1.6

，取800N /m 2 p Ⅲ——非工作状态计算风压（N /m 2）

K h ——风压高度变化系数，取1.08

A ——垂直于风向的实体引风面积（m 2）

A =ϕA l 1+ηϕA l 1

ϕ——第一片结构的引风面充实率，取1

A l 1——第一片结构的外形轮廓面积

η——挡风折减系数，取0.32

A =ϕA l 1+ηϕA l 1=1⨯65+1⨯0. 32⨯65=85. 8m 2

P w Ⅲ=CK h p ⅢA =1. 6⨯1. 08⨯800⨯85. 8=118609N ≈11. 8t 3.2.6. 主梁扭转载荷

在集中载荷作用下主梁所受到的扭转力矩为： 主梁受力状态如下图所示

图3-3

主梁受到的扭转弯矩为

M 1=(1. 5⨯G +G 小）⨯L

=

(1. 5⨯16+4)⨯0. 37

=10.36t ∙m 3.3．垂直平面内的主梁内力计算 3.3.1. 主梁均布载荷引起的内力

在均布载荷作用下主梁受力形式如下图所示

图3-4

主梁在均布载荷作用下受到的弯矩为：

M 2=

F q ⨯L 2

8

7863⨯262=

8

=664423.5N ∙m

3.3.2. 移动载荷引起的主梁内力

当小车位于主梁中间和悬臂端时，主梁所受到的弯矩最大。 当小车位于跨中时，主梁受到的弯曲应力最大 主梁静载荷计算（安全系数n=1.5)：

M 3=

(1. 5⨯G +G 小）⨯L

4

4

=

(1. 5⨯16+4)⨯26

=182t ∙m

主梁动载荷计算（安全系数n=1.1)：

M 4=

(1. 1⨯G +G 小）⨯L

4

4

=

(1. 1⨯16+4)⨯26

=140.4.t ∙m

当小车位于主梁悬臂端时 主梁受力形式如下图所示

图3-5

主梁收到的弯矩为

M 5=(1. 5⨯G +G 小）⨯L =

(1. 5⨯16+4)⨯4. 5

=126t ∙m 在均布载荷作用下主梁受力形式如下图所示

图3-4

主梁在均布载荷作用下受到的弯矩为：

M 6=

F q ⨯L 2

2

7863⨯6. 762=

2

=179660N ∙m

3.4．水平平面内的主梁内力计算 3.4.1. 小车位于跨中时 风载荷产生的水平主梁内力

M 7=

F q 风⨯L 2

8

1. 6⨯250⨯262=

8

=33800N ∙m 大车制动时的惯性力产生的主梁内力

M 8=

F 惯性力⨯L

4

=

(16+4) ⨯0. 126⨯26

4

=163800N ∙m

3.4.2. 小车位于悬臂端时 风载荷产生的水平主梁内力

M 9=

F q 风⨯L 2

4

1. 6⨯250⨯6. 762=

4

=676N ∙m 大车制动时的惯性力产生的主梁内力

M 10=F 惯性力⨯L =

(16+4) ⨯0. 126⨯6. 76

=170352N ∙m

3.5．主梁验算 3.5.1. 弯曲应力验算 在垂直载荷作用下

小车位于跨中时主梁最大应力计算 在静载荷作用下主梁应力为

σ1=

M 3⨯y 182⨯870

==59Mpa 10

2⨯I X 2⨯1. 34⨯10

在动载荷作用下主梁应力为

σ2=

M 4⨯y 140. 4⨯870

==45. 57Mpa 10

2⨯I X 2⨯1. 34⨯10

在均布作用下主梁应力为

σ3=

M 2⨯y 664432. 5⨯870

==43. 1Mpa 10

I X 1. 34⨯10

小车位于悬臂端时主梁最大应力计算 集中载荷状态下主梁弯曲应力为：

σ4=

M 5⨯y 126⨯870

==40. 9Mpa 10

2⨯I X 2⨯1. 34⨯10

均布状态下主梁弯曲应力为：

σ5=

M 6⨯y 179660⨯870

==11. 68Mpa I X 1. 34⨯1010

在水平载荷作用下主梁受到的弯曲应力 小车位于跨中时

风载荷产生的水平主梁应力

σ6=

M 7⨯x 33800⨯490

==3. 1Mpa 10

I Y 0. 529⨯10

大车制动时的惯性力产生的主梁应力

σ7=

小车位于悬臂端时

M 8⨯x 163800⨯490

==15. 17Mpa I Y 0. 529⨯1010

风载荷产生的水平主梁应力

σ8=

M 9⨯x 676⨯490

==0. 6Mpa I Y 0. 529⨯1010

大车制动时的惯性力产生的主梁应力

σ9=

主梁扭转切应力为：

M 10⨯x 170352⨯490==15. 78Mpa 10

I Y 0. 529⨯10

τ1=

M 210. 36==0. 375Mpa 2A 02⨯926⨯1490

在垂直载荷作用下主梁收到的应力为：

σ垂直=σ1+σ3

=59+43. 1

=102.1Mpa 在水平载荷作用下主梁收到的应力为：

σ水平=σ6+σ7

=3. 1+15. 17

=18.27Mpa 主梁受到的总应力为

22

σ总=σ垂直+σ水平）+τ1

=(102. 1+18. 27) 2+0. 3752

=121Mpa

121≤[σ]Q 235B =235/1. 5=156Mpa

校核通过。

通过对主梁的所受的载重力，均布载荷力，和扭转力的计算分析可知，均布载荷对主梁的影响和载重力一样重要。而扭转力要小得多。

3.5.2. 主梁疲劳强度校核

起重机工作级别为A5，主梁有Q235B 板材焊接而成，疲劳需用应力为

[σ-1]=140. 3Mpa 。

主梁受到的最大应力为小车位于主梁中央时，通过上述计算为σMAX =126Mpa。

主梁受到的最小应力为小车位于支腿附近时，主梁仅仅受到均布载荷的作用，通过上述计算为σMIN =56Mpa。

应力循环特性

γ=

焊缝拉伸疲劳需用应力为

σmin 56

=0. 4>0 =

σmax 126

[σrl ]=

1.67[σ-1]

[-1]

1-(1-) r

0.45σb

=

1. 67⨯140. 3

140. 3⎛⎫

1- 1-⎪⨯0. 4

0. 45⨯370⎝⎭

=250MPa

σmax =126MPa

校核通过。

3.5.3. 主梁稳定性校核 主梁整体稳定性校 主梁高宽比：

h 1470==1. 5

所以主梁整体稳定。

局部稳定性 主腹板

1450==241. 6>240 σs δ06b 0

故需设置横隔板及两条纵向加劲肋，腹

板受压区布置一条，腹板受拉区布置一条，其设置如图5-6 腹板间距a=18000 mm，纵向加劲肋位置

h 1=（0.15-0.25）h 0=217-362 mm取h 1=320 mm h 2=1055 mm

验算跨中主腹板上区格Ⅰ的稳定性。 区格两边正应力为

σ1=126Mpa。

图3-5 主梁加劲肋设置及稳定性计算

y 1-320-10σ2=σ1

y 1

735-320-10=⨯126

735

=69MPa

ψ=

区格Ⅰ的欧拉应力为

>0σ2

=0.54 （属不均匀压板） σ1

σE =18.6(

100δ2

) b

2

100⨯6⎛⎫=18. 6 ⎪

⎝320⎭

=65.39MPa （b=h 1=320 mm）

区格分别受σ1、σE 和τ作用时的临界压应力为

σ1cr =χk σσE

嵌固系数为χ=1.2，α=屈服系数 k σ=

a

=1450/360=4〉1, b

8.4

=5.12 则

ψ+1.1

σ1cr ' =1.2⨯5.12⨯65.39 =401.7MPa>0.75σs =176.25MPa

需修正，则

σ1cr =σs （1-

=235⨯(1-

235

)

5. 3⨯401. 7

σs

） '

5.3σ1cr

=209 MPa

腹板边局部压应力

P σm =

ξc

压力分布长 c=2h y +50 =[2⨯150+100] =400 mm

局部压应力为

P (16+4) ÷2σm ===41. 66Mpa

ξc 6⨯400

α=

a

=5.4>3，按a=3b计算， b

α=3

400β==0. 41

3⨯320

区格Ⅰ属双边局部压缩板，板的屈曲系数为

K m =0.8(2+

0.71+β)() a 2αβ

0. 7⎫⎛1+0. 41⎫⎛

=0. 8 2+⎪ ⎪

9⎭⎝0. 41⨯3⎭⎝

=1.9

'

=χK m σE σmcr

=1.2⨯1.9⨯65.39 =149MPa〈0.75σs

区格平均切应力为

τ=

F p h 0∑δ

+

T n

2A 0δ

=

200000

+0

1450⨯6

=22.98 MPa

由α=

a

=5.6〉1，板的屈曲系数为 b

K τ=5.34+

α2 4

=5. 34+

5. 62

4

=8.46

'

=χK τσE τcr

=1.2⨯8.46⨯65.36

=663.8MPa

'

=663.8*1.73 cr

=663 MPa

需修正，则

235⎫⎛

3τcr =235⨯ 1-⎪

⎝5. 4⨯663⎭

=126.77MPa

τcr =126.77/1.73=73.27MPa

区格上边缘的复合应力为

=2+41. 662-126⨯41. 66+3⨯73. 272

=168.72MPa

a

α==5.6〉2，区格的临界复合应力为

b

σ

cr =

168. 72

1+0. 54⎛126⎫⎡3-0. 54⎛126⎫⎤⎛41. 66⎫⎛22. 98⎫

⨯ +⨯ ⎪⎪⎥+ ⎪+ ⎪⎢44176. 25176. 25149⎝⎭⎝⎭⎦⎝⎭⎝73. 72⎭⎣

2

2

2

=193.93 MPa

[σcr ]

区格2的尺寸与1相同，而应力较小，故不需再算。

3.5.4. 主梁拱度验算

桥架跨度中央的标准拱度值为：

L 26000f 0===26mm

10001000

考虑制造因素，实取

y 0=1. 4f 0=1. 4⨯26=36. 4mm

4a 2

跨度中央两边按抛物曲线y =y 0⨯(1-2) 设置拱度，如图所示：

L

距跨中a 1=

L

的点 2

⎛⎫4⨯3. 258y 1=35⨯ 1-262⎪⎪=32. 8mm ⎝⎭L

的点 2

⎛⎫4⨯6. 54y 2=35⨯ 1-262⎪⎪=26. 25mm ⎝⎭

3L

的点

⎛4⨯9. 752⎫8y 3=35⨯ 1-262⎪⎪=15. 3mm ⎝⎭

距跨中a 2=

距跨中a 3=

因此，桥架结构设计全部合格。

图3-6

第四章 支腿设计计算

4.1支腿参数确定

1. 支腿高度为10830mm ，盖板和腹板均为8mm 厚的板焊接而成，材料为Q235B 。

2. 支腿下侧法兰板与下横梁相连接，上侧法兰板与主梁和马鞍立柱相连接。 3. 为了防止制作时焊接变形，和增加支腿的稳定性，在支腿盖板和腹板中间都增加了纵向加强筋和横向的大隔，大隔板之间的间隔为1200mm 。

4.由于支腿上下截面不同，通常取支腿高度三分之二处截面进行设计验算。腹板高度为982mm, 盖板为998mm 。

4.2门架平面内的内力计算 4.2.1. 由主梁均布载荷产生的内力

主梁均布载荷由四个支腿分别均匀承受。

F 均布⨯L 47863⨯39. 52=

4

=7. 76t F 20=

4.2.2. 由移动载荷产生的内力

当小车移动到一侧的支腿上方时，此时支腿的受力最大。

1. 1⨯G +G 小

2

1. 1⨯16+4=

2 =10. 8t F 21=

4.2.3. 由风载荷产生的内力

支腿风载荷计算（沿大车行走方向）

工作状态计算公式： P w Ⅱ=Cp ⅡA ，

C ——风力系数，取1.6

，取250N /m 2 p Ⅱ——工作状态最大计算风压（N /m 2）

A ——垂直于风向的实体引风面积（m 2）

A =ϕA l 1+ηϕA l 1

ϕ——第一片结构的引风面充实率，取1

A l 1——第一片结构的外形轮廓面积

η——挡风折减系数，取0.32

A =ϕA l 1+ηϕA l 1=1⨯50+1⨯0. 32⨯50=66m 2

P w Ⅱ=Cp ⅡA =1. 6⨯250⨯66=26400N ≈2. 64t

非工作状态计算公式： P w Ⅲ=CK h p ⅢA ，

C ——风力系数，取1.6

，取800N /m 2 p Ⅲ——非工作状态计算风压（N /m 2）

K h ——风压高度变化系数，取1.08

A ——垂直于风向的实体引风面积（m 2）

A =ϕA l 1+ηϕA l 1

ϕ——第一片结构的引风面充实率，取1

A l 1——第一片结构的外形轮廓面积

η——挡风折减系数，取0.32

A =ϕA l 1+ηϕA l 1=1⨯50+1⨯0. 32⨯50=66m 2

P w Ⅲ=CK h p ⅢA =1. 6⨯1. 08⨯800⨯66=91238N ≈9. 12t 4.3支腿平面内的支腿内力计算 4.3.1. 垂直载荷作用在支腿平面 在均布载荷作用下支腿受到的力。

支腿与水平面的夹角通过测量为87度。支腿收到的力为：

F 均布支腿=7. 76

sin 87=7. 77t =

在移动载荷作用下支腿受到的力。

F 20sin 87

F 集中支腿=10. 8sin 87=10. 81t =

F 21sin 87

由于垂直载荷并没有位于支腿正上方，有一个偏距，垂直载荷会对支腿产生一个弯矩。

M =（F 20+F 21）⨯L =（7. 77+10. 81）⨯1. 73

=32. 14t ∙m

4.3.2水平载荷作用在支腿顶部

大车在制动过程中会产生一个垂直主梁方向的惯性力，惯性力通过主梁传递给支

腿。

M 惯性力=F 惯性力⨯L =103621⨯3=31. 08t ∙m

4.3.3. 风载荷载荷作用在支腿平面

当风垂直于起重机大车裕兴方向时，载荷会对支腿产生一个弯矩。

M 风=F 风⨯L =26400⨯3

=7. 92t ∙m

4.3.4. 马鞍自重载荷作用在支腿平面

马鞍位于支腿的上方，起重机两侧各有一个马鞍。一个马鞍的重量分别由一侧的两个支腿承受。

F 马鞍225000=

2 =1. 25t F 23=

4.4支腿验算 4.4.1. 支腿强度验算 支腿截面形式如下图所示：

图4-1

支腿采用Q235B 的钢板，厚度为8mm, 支腿截面

A=1227⨯8⨯2+982⨯8⨯2 =0.035344m2 支腿惯性矩

支腿相对于X 轴的惯性矩为：

11

⨯1227⨯83+4952⨯8⨯1227]⨯2+⨯9823⨯8⨯21212

=0. 6⨯1010m m 4I X =[

支腿相对于Y 轴的惯性矩为：

11

⨯

982⨯83+5842⨯8⨯982]⨯2+⨯8⨯12273⨯21212=0. 782⨯1010m m 4I y =[

在垂直载荷作用下，支腿产生的应力

σ21=

F 均部支腿+F 集中支腿+F 23

A

7. 77+10. 81+1. 25=

0. 035344=5. 39Mpa

在弯矩作用下，支腿产生的应力

σ22=

=

M ⨯y I X

32. 14⨯495

-2

0. 6⨯10=26. 5Mpa

在水平平面内，支腿会受到有制动惯性力和风载荷产生的应力。 制动惯性力产生的应力：

σ23==

M 惯性力⨯y

I X

31. 08⨯4950. 6⨯10-2=25. 64Mpa

风载荷产生的应力：

σ24=

=

M ⨯y I X

7. 92⨯495

0. 6⨯10-2=6. 5Mpa

支腿受到的总应力为：

σ总=σ21+σ22+σ23+σ24

=5. 39+26. 8+25. 64+6. 5=64. 33Mpa

64. 33≤[σ]Q 235B =235/1. 5=156Mpa 强度做够，支腿是安全的。 4.4.2. 支腿稳定性验算 支腿稳定性验算公式为

σ=

F ϕS 1

S 1—单根刚腿直杆截面积（m 4）

F —单根刚腿所受载荷（N ）

ϕ——轴心受压构件稳定系数（查表确定）

λ=

μl 直杆

i

μ——压杆长度因素（一端固定，另一端铰支，取μ=0. 7）

l 直杆——直杆计算长度（m ）

i ——直杆截面惯性半径(m)

λ=

μl 直杆

i

=

0. 7⨯9332

=15. 66

417

查表得：ϕ=0. 98 故：

F (1. 5⨯16+4) σ===41Mpa

ϕA 0. 98⨯0. 035

支腿整体稳定性

σ总=σ1+σ2=57. 15M pa

稳定性符合要求。

4.5下横梁稳定性验算 下横梁构造形式如下图所示

下横梁横截面尺寸如下图所示

在下横梁设计中，支腿的连接位置，尽可能的靠近大车连接处，这样的话，下横梁所受的弯矩就会小一些。支腿靠近连接位置，将导致此处受到的切应力增大，所以校核切应力强度是很有必要的。

图5-1

下横梁收到的力F 主要有支腿重量，主梁重量和起升载荷等相加构成的。

F =4821+2500+2265+(16+4) ÷4=14. 56t

压力在端部产生的切应力为

τ=

F 14. 56==8. 11Mpa A 672⨯8⨯2+600⨯6⨯2

所以下横梁强度满足要求。

为了增加整体稳定性，下横梁增加了大隔板，大隔板厚度为6mm ，间距为1050mm, 在上下盖板和腹板中间增加了加强筋，以方便增加量的局部稳定性，另一方面防止板的焊接变形。

第五章 螺栓连接设计计算

1. 主梁接头处螺栓连接强度校核

在主梁接头部位，相应的贴了两块板，在强度上已经超过主梁原截面，我们主要是对接头的M24高强度螺栓组进行校核。 主梁螺栓接头受力计算 吊重：G=16t 小车： G 小=4t 主梁：q=1.36t/m

主梁跨中所受最大弯矩：355t/m

出于安全考虑，假设主梁弯矩全部由腹板螺栓承受。 腹板各个螺栓到形心中心的距离如下表所示

表5-1

螺栓承受的最大剪力为：

F max =

M ⨯r max 16⨯∑i =1r 12

14

=

355⨯668

=60. 2KN

16⨯2460736

高强度螺栓预紧力为：

P =

F max ⨯n

u

安全系数n=1.5 钢材之间摩擦系数u=0.3

P =

60. 2⨯1. 5

=150. 5KN

2⨯0. 3

使用高强度螺栓M24 10.9S级，预拉力为223KN ，符合要求。

使用高强度螺栓M24 10.9S级，预拉力为223KN ，符合要求。

第六章 整机抗倾覆性计算

抗倾覆稳定性校核计算式为：

∑M =0. 5K G GB -K f F 2h 1, -h 1φ5Pa =0. 475GB -1. 15F 2h 1, -16h 1φ5a

∑M ——稳定力矩

K G ——自重载荷系数, 取0.95

G ——门机重力与吊重之和（N ） B ——前后支腿的跨距（m ）

F 2——横向作用于门机上的工作状态最大风力（N ）

h 1, ——门机横向挡风面积自支腿铰接点量起的形心高度（m ）

φ5——动力效应系数，值为1.2 a —— 紧急制动时加速度，a=0.8 代入得：

∑M =0. 475GB -1. 15F 2h 1, -50h 1, φ5a

=0. 475⨯55⨯7. 5-1. 15⨯3⨯5-32⨯5⨯1. 2⨯0. 8=250875N ⋅m >>0

故抗倾覆稳定性满足要求！

参考文献

[1]陈道南，傅东明主编. 起重机械. 北京：机械工业出版社，1992

[2]中华人民共和国《起重机设计规范》编写组主编. 国家标准GB3811—83《起重机设计规范》。北京：国家标准局出版社，1983

[3]张质文. 起重机设计手册[M].北京:中国铁道出版社，1997 [4]机械零件设计手册，东北工学院 [5]江苏泰隆机械QY 减速器手册 [6]成大先. 机械设计手册（第五版）2卷 [7]文豪. 起重机械. 太原：太原科技大学，2011.

[8]陈道南, 盛汉中. 起重机课程设计[M].北京：冶金工业出版社,1983 [9]倪庆兴. 《起重输送机械图册》（上册）[M].北京：机械工业出版社1992 [10]徐格宁. 起重运输机金属结构设计[M].出版社

[11]起重机设计手册编写组. 起重机设计手册[M].北京:机械工业出版社，1980 [12]起重机械，太原重型机械学院

[13]徐格宁. 起重运输机金属结构设计，太原重型机械学院 2007 [14]濮良贵，纪名刚. 机械设计(第七版). 北京：高等教育出版社, 2001 [15].张质文, 包起帆等. 起重机设计手册[M]. 北京：北京中国铁道出版社，2001

[16]《起重机设计手册》编写组编。北京：机械工业出版社1980 [17]杨长揆, 傅东明. 起重机械(第二版). 北京：机械工业出版社, 1985 [18]唐增宝, 何永然，刘安俊. 机械设计课程设计（第二版）[M]. 武昌：华中科技大学出版社, 1999.

总结

通过3个月的门式起重机毕业设计学习，使我学到了许多非常重要的知识和技术。马上就要结束了现对在3个月的学习进行以下总结：

首先，在前期的设计计算过程中，温习了以前所学的所有知识，并对其进行了巩固。在计算过程中，发现了一些疑难问题和自己以前没有注意的知识点和方法，通过老师的指导和讲解，自己的复习对其进行了理解和掌握。在规定的时间内完成了前期计算过程。

其次，通过应用CAD 技术绘图，使我掌握了CAD 的使用方法，同时也从中学到了许多绘图方法和技巧，特别是快捷键的应用。使我在比较短的时间内能够完成所要画的图纸。在写设计说明书的过程中，掌握了word 和公式编辑器的应用。虽然在编写过程中遇到的难题，通过向自己的摸索和同学的帮助都的到了解决。 在这次设计过程中，我查阅了大量的相关资料。掌握了许多新方法和新知识。使自己的专业知识的到了大大补充。特别是一些自己平时所学课本上没有介绍的知识。例如：翼缘板和腹板加劲肋的选用、计算和校核。同时还了解了目前的起重机的发展情况以及以后的发展，并掌握一些最新技术和设计理论。

针对此次的设计，随着对整机的不断深入了解，也发现了设计存在的一些问题。一方面，由于缺乏必要的生产实践知识，我们的设计还局限于一定的想象空间上，实际中不生产或加工比较困难。另一方面，在设计的过程中，缺乏对细节的考虑，只抓住了其中大的框架，后续的工作还有很多。

通过这次毕业设计，使我感觉收获颇多。在设计中培养了大家的团队合作精神，遇到问题大家集体讨论进行解决，还有CAD 技术的应用，这些对于我们即将走向工作岗位的新人是一个很好的培训和锻炼，同时也是平时所学的理论和实践的一次结合。这次设计将对我们的以后工作和学习奠下重要的理论知识基础和实践