起重机课程设计
河南机电高等专科学校课程设计河南机电高等专科学校起重机毕业设计说明书系 专部: 业:机械工程系 机械制造与自动化(起重机方向) 机械制造与自动化(起重机方向) 学 号:学生姓名: 学生姓名:设计(论文 题目 设计 论文)题目: 起重机设计 论文 题目: 起 迄 日 期: 指 导 教 师: 2011/3/7——2011/5 2011/3/7——2011/5/15 ——2011/2011 年 5 月 2 日1
河南机电高等专科学校课程设计目录设计任务------------------------------------------------------------------------------------------------4 金属结构的计算----------------------------------------------------------------------------------5 主梁计算------------------------------------------------------------------------------5 一 、 主梁计算 (一)主梁强度计算------------------------------------------------------------------------------5 1、 主梁截面几何参数计算----------------------------------------------------------------6 2、 载荷计算和内力------------------------------------------------------------------9 (1)垂直载荷------------------------------------------------------------------9 (2)水平载荷-----------------------------------------------------------------------------10 (3)扭矩计算-------------------------------------------------------------------------11 3、强度校核-------------------------------------------------------------------12 (1)一般弯曲应力-------------------------------------------------------------12 (2)自由扭转应力-------------------------------------------------------------13 (3)约束弯曲应力------------------------------------------------------------13 (4)约束扭转应力 ----------------------------------------------------------14 (5)折算应力验算----------------------------------------------------------18 (二) 主梁的局部稳定性验算--------------------------------------------------------------------18 、 1、 上下盖板的稳定性验算----------------------------------------------------------------------18 2、 主副板稳定性验算--------------------------------------------------------------------------- -19 (三) 主梁接头计算------------------------------------------------------------------------------- -21 1、 下盖板连接螺栓的计算--------------------------------------------------------------------- -21 2、 在弯矩、 剪力作用下接头螺栓受力计算------------------------------------------------- -22 (四) 小车反滚轮轨道支承计算-------------------------------------------------------------- -24 支撑腿计算-----------------------------------------------------------------------------26 二 、 支撑腿计算 (一) 支撑腿平面内的计算------------------------------------------------------------------------27 、 (二) 在门架平面内支撑腿受力计算------------------------------------------------------------30 、 三、静动刚度计算 -----------------------------------------------------------------------------------342
河南机电高等专科学校课程设计(一) 起重机的静刚度------------------------------------------------------------------------------34 、 (二) 、起重机的动刚度-------------------------------------------------------------------------- --35 1、垂直动刚度计算---------------------------------------------------------------------------35 2、纵向水平振动计算--------------------------------------------------------------------------37 四、下横梁结构计算--------------------------------------------------------------------------------37 下横梁结构计算 设计总结--------------------------------------------------------------------------------------------41 参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------------423
河南机电高等专科学校课程设计毕 业 设 计( 论 文 ) 任 务 书1.本毕业设计(论文)课题来源及应达到的目的:本毕业设计课题来源于生产实践。 通过本毕业设计使学生掌握门式起重机结构设计的理论与方法,培养学生独立分析 和解决工程实际问题的能力,培养学生查阅科技方面资料、使用各种标准手册以及自学 和独立工作能力,并锻炼学生理论联系实际,综合运用知识的能力。2.本毕业设计(论文)课题任务的内容和要求(包括原始数据、技术要求、 工作要求等) :原始数据:起重量:32/5t,跨度:30 米,起升高度(主/副):11/12m,工作级别:A5, 起升速度(主/副):7.4/19.8m/min,运行速度(大/小):45.9/39m/min,小车重量: 11.87t,左悬臂长=右悬臂长:10006mm,轮距(大/小):8500/3500mm,吊钩左极限(主 /副):5000/6950mm,吊钩右极限(主/副):5000/3050mm。技术要求:1.主梁结构设计正确,技术要求制定合理,选材适当; 2.图面整洁、布局合理美观; 3 说明书内容完整、论述详尽、计算正确、层次分明、书写规范。 工作要求:1. 完成总装配图 1 张; 2. 主梁 1 张; 3. 钢支腿、柔支腿、下横梁各一张 1 号图纸; 4. 编写毕业设计说明书 1 份。4
河南机电高等专科学校课程设计金属结构的计算B上=1454δ3 =8δ2=6δ4=8δ1=8B下 =1260门架主要尺寸的确定 1、 主梁几何尺寸和特性 门架的主要构件有主梁,支腿和下横梁,皆采用箱型结构 主梁截面如图所示,其几何尺寸如下 主梁几何尺寸 高度 H ≥ (1 1 ~ )L=2.142~1.764mm 14 17 取 H=1.816mm宽度 B ≥ (0.6~0.8)H=1092~1456mm 取 B上 =1454mm B下 =1260mm取副腹板厚度为 2 =6mm, 1 = 3 = 4 =8mm δ δδ δ 其余尺寸 h=1800mm,b=1200mm 对于 32 吨/5 吨 L 型龙门起重机,由于其具有两个刚性支撑腿,在起重机工作时支 腿可能产生横向推力。因此将分别按静定门架和一次超静定门架进行结构计算。计算5h=1800H=1816
河南机电高等专科学校课程设计主梁是作为静定门架,而计算支腿时,作为一次超静定门架。下面将分别计算主梁, 支腿,下横梁等部件。 一、 ( 一) 主梁强度的计算 主梁计算计算主梁强度时,采用静定门架计算器内力,计算简图简图L——主梁跨度,L=30m。 l 右 = l 左 —— ——主梁悬臂长度, l 右 = l 左 =1.0006m, l1左 — , —主钩左悬臂极限位置, l1左 =5m. l1右 ——主钩右悬臂极限位置, l1右 ——5m —副钩左悬臂极限位置 l 2左 =6950mm l 2右 ——副钩右悬臂极限位置 1、主梁截面几何参数计算 主梁截面几何尺寸如图所示,先计算界面形心位置l2左—l2右=3050mmB上=1454 上δ3=8δ2=6δ4=8δ1=8下 B下 =1260主梁截面尺寸(厘米) 图6-29 主梁截面尺寸(厘米)6h=1800H=1816
河南机电高等专科学校课程设计xc= ∑ F 1 x1 / ∑ F 1 =y =∑ F y /∑c1 1180 × 0.8 × 60.4 − 180 × 0.6 × 60.3 =4.66mm 145.4 × 0.8 + 12.6 × 0.8 + 180 0.6 + 0.8) ( 145.4 × 0.8 × 90.4 + 126 × 0.8 × − 90.4) ( =2.99mm F1= 145.4 × 0.8 + 12.6 × 0.8 + 180 × 0.6 + 0.8) (在 xoy 坐标中1 3 1 3 1 2 J 3 = ∑ ( J X 1) 4 + ∑ F i a i = ×145.4× (0.8) + ×126× (0.8) + ×(0.6) 12 12 12 1 4× 180 3 +1 ×0.8× 180 3 +145.4×0.8× (87.41) 2 +126×0.8× (93.39) 2 +0.6×180× 12(2.99) 2 +0.8×180× (2.99) 2 =2.4505× 10 6 mm2 J y = ∑ ( J y) 1 + ∑ Bi F I 1 1=1.2462× 10 6 mmIZY= ∑ J Xy) ∑ F i a i b 1 + ( i 1=145.4×0.8×87.41×(-4.66)+126×0.8×(-93.39)×(-4.66)+0.6×180 ×(-64.96)×(-2.99)+0.8×180×(-2.99)×55.74 =-6.535×10 mm Tan2 α 0 =3− 2 J xyJx−Jy=− 2 × − 6.535 ×10 ) (32.4505 ×10 − 1.2462 ×5106=0.01.85 2 α 0 ≈0.622ºα0≈0.311º y″,根据转轴公式计算关于形心主轴的惯性矩 +这样便求得了形心主轴 x″oJJx″=JJX+ JY 2JJX− JY 2cos2α -J0xysin2α α0″= yX+ JY 26X− JY 2cos2α +J0xysin20Jx″=2.4505×10 ″=1.2462×10mm mm4J64y由于主梁截面基本上是对称截面, 因此形心主轴x″oy″与xoy坐标轴相差 很小,为简化计算即把xoy坐标轴作为形心主轴。主梁截面焦点坐标和静面距如表7
河南机电高等专科学校课程设计所示 项目\焦点 X(cm) Y(cm) 55.74 87.41 4.765× 10 3 3.898× 10 3 1 55.74 0 7.821× 10 3 0 2 55.74 -93.39 4.359× 10 3 4.164× 10 3 3 0 -93.39 0 4sx( cm 3 ) ( cm 3 )sy3.407× 10 3项目\焦点 X(cm) Y(cm)5 -64.96 -93.39 5.055× 103 3.640× 1036 -64.96 0 7.695× 103 07 -94.96 87.41 5.403× 103 3.407× 1038 0 87.41 0sx( cm3 ) ( cm3 )sy5.095× 103在计算主梁的约束弯曲和扭转应力时, 为了简化计算将把主梁截面简化为如图所 示的具有一个对称轴的截面。图中轮廓线表示板厚的中心线。对于具有一个对称轴的 矩形截面其弯心位置按下式计算e0 =δb(δh +δb) = 0.8 × 120.7 × (0.8 × 180.8 + 0.6 × 127) 2 δb + δ+ ) h 2 × 0.8 × 0.6 × 120.7 + 0.8 + 0.6) 0.8 × 180.8 δ ( δδ ( ×1 2 3 1 2=65.83cmex =[3 δ(3b − 4 e0) + 2 h}b {3 × 0.8 × 3 × 120.7 − 4 × 65.83) 0.6 × 180.8] × 120.7 ( + δ = hδ+ 2) 6 b ( 1 δ + δ 180.8 × 0.8 + 0.6) 6 × 0.8 × 120.7 ( +=50.1cmey=0以上符号含义为:ex是弯心到主副板的水平距离; y 为弯心到 x 轴的距离; 0 为 e e计算参数,取决于截面几何尺寸。这样便确定了计算截面的弯心 A 的位置。8
河南机电高等专科学校课程设计δ=878ey6 A O1ex25δ2 =6δ1 =834 δ=8 b=1207图6-30 主梁计算截面2.载荷计算和内力 (1)垂直载荷 活载荷为小车及吊物重量,并假定小车轮压按单轮压计算。 P= K C G1 +Ψ∏Q=1.0×11870+1.2×32000=50270kg 其中 K C ——冲击系数,按 v﹤1m/s,取 K C =1.0; Ψ∏——动力系数,对中级工作制门吊,取Ψh=1808∏=1.2;G ——小车自重, G =11870 ㎏;1 1Q——额定起重量,Q=32000 ㎏ 梁的分布荷载 q 为 q=G L+l +l2 左=右41600 =8.32 ㎏/㎝ 30 + 10 + 10跨中界面的内力为M中=PL q 2 2 + ( L -4 l 伸 ) 4 89
河南机电高等专科学校课程设计=1 8 .3 2 2 ×50270×30+ [(30×10 )²-4×(10×10 )²] 4 87=42890000=4.29×10 ㎏/㎝Q中=P =25185 ㎏ 2为了计算方便,取折算极限位置长度为l极=l1左+ l1右 6950 + 3050 = =5975mm≈6m 2 2当小车位于有效悬臂位置时,悬臂根部截面的内力为M悬=PL+1 2 1 2 2 q l 伸 =50270×6+ ×8.32×10 ×10 2 25=344220=3.442×10 ㎏/mQ(2)水平载荷悬=P+q l 伸 =50270+8.32×10×10 =5.859 ㎏2先计算风载,大梁的风载为q风= C F 上梁 qCKh/( L+ l 左 +l右)1.2×1.816×25=54.5 ㎏/m 式中 C 为体形系数取为 1.2, K h 为高度修正系数取为 1.0 小车和重物的风载为P =W风Q风+ P小车风 =C q ( F小车 + F物 )C=1.1×25×(6.7+18) =679.25 ㎏ 其中 q 为第二类载荷的风压值 ;CC 为风载体形系数,对小车和物品,取 C=1.1;F物为物品挡风面积, F小车 为小车挡风面积;Q风W为重物风载荷, W Q风 =495 ㎏; 为小车风载荷, P小车风 =184.25 ㎏P小车风另外计算大车惯性力10
P惯=PQ惯+P小车惯=
f(P1)a
h
B(1f)
2B
=
0.15(1187032000)4.059.8
9.8
7.5(10.15)
28.5
=3553㎏
其中B为大车基距,B=8.5。 q=
惯
1240
=24.8㎏/m
3020L2l
梁惯
Q
=
当小车位于跨中时,跨中截面的弯矩和剪力为 M中'= =
11
(PQP惯)L+(qq)(L²-4l伸²)
风惯84
11
×(679.25+3553)×30+(54.5+24.8)(30²-4×10²)
84
1
()=2116㎏ 2P风P惯
=31741.875+4956.25=36698.125㎏/m Q中′=
当小车位于有效悬臂位置处,悬臂根部截面的弯矩和剪力分别为 M悬′=(P风P惯)l+
1
(qq)l伸²
风惯2
1
(0.545+0.248)(10×10²)² 2
6
=(679.25+3553)×8.5+
=30200729+396500=3417229=3.417×10㎏/cm Q悬′=(P风P惯)+(qq)l伸
风
惯
=(679.25+3553)+(0.545+0.248)(10×10²) =5025.25㎏=5.03×10³㎏ (3)扭矩计算
按照图计算活载荷所产生的扭矩,这是因为采用了偏轨箱形单 主梁,重物悬挂在主梁的一侧,所以活载荷将引起主梁的弯曲和扭转,其中小车自重和重物在主梁截面弯心上引起了主梁弯曲,前面已经计算,而活载荷相对于弯心的扭矩引起主梁的扭转。为计算简便起见,计算扭矩时没有考虑主梁自重相对于弯心所产生的分布扭矩,因为其数值小故略去。
11
Mk=KG1(l2ex)Q(l1ex)
=1.0×11870×(11+50.1)+1.2×32× =5145097=5.145×106㎏·cm 因此,跨中截面和悬臂截面的扭矩分别为 Mk中=k=2.573×106㎏·cm
2 Mk悬=Mk=5.145×106㎏·cm
103×(65+50.1)
在计算主梁所承受的载荷和内力时,是按主梁的第Ⅱ类载荷组合考虑,即小车位于跨中或有效悬臂位置处,小车满载下降制动,同时大车制动,风向平行于大车轨道方向,工作风压q为25㎏/m²。
3.强度校核
现在按第Ⅱ类载荷组合验算主梁的强度,分别计算垂直方向和水平方向的一般弯曲应力,计算自由扭转应力和约束弯扭所产生的应力。 (1)一般弯曲应力
垂直方向弯曲正应力和剪应力为
=垂直
My
=
x
=弯曲
Qx
Jx
水平方向弯曲正应力和剪应力为
Mx
弯水
J
y
弯水
=
QSy
J
y
12
具体计算结果见表 (2)自由扭转应力
采用主梁计算截面计算主梁在自由扭转下所产生的剪应力
K =K
Ω
式中 Mk——计算工况的扭矩;
Ω——闭口薄壁截面中心线所包围之面积的两倍, Ω=2bh=4.365×
104㎝²
δ——计算部位处的薄厚。 具体计算结果见表 (3)约束弯曲应力
按照《起重机设计手册》所提供的方法进行计算。计算时采用计算截面 F0=δb=0.8×120.7=96.56㎝² F1=
1
h=0.8×180.8=144.64㎝² h=0.6×180.8=108.5㎝²
F2=
2
J3≈2.4505×106
cm
4
6F0F1F2
50
=0.580
约束弯曲正应力为
B I
=
式中 B——约束弯曲双力矩; I——截面约束弯曲惯性矩;
——截面承受约束弯曲时,所引起的周边纵向位移。
I
=(1)
15
5
(120.7)
15
5
0.88
10.58)=5.738×10
cm
6
13
对于计算截面,有关点的值分别为 1=
7
5b
2
0.58
×(120.7)² 5
=-1.690×10³cm²
3
5
5
1210.58
)×(120.7)² ()b(
244545
1.690×10³cm²
=1.952×10³㎝² 在外力作用处,即对于跨中截面 B在刚性约束处
C2K
P
B
C
K
P
20.58() 式中 C==18.69㎝ 5h5180.8
22b
K=
22
2
120.70.58
2.55710
2
cm
1
P——计算活载荷,P=50270㎏. 因此对于跨中截面 B
18.69
22.55710
×50270=1.838×10㎏·㎝² 2
7
相应产生的约束弯曲正应力 1,73,6
1.8387878
5.73810
×(-1.69×10³)=-54.1㎏/㎝²
8
4
1.8385.73810
×1.952×10³=62.6㎏/㎝²
由于约束弯曲所引起的剪应力比起一般弯曲剪应力小很多,故略去不计。 (4)约束扭转应力
主梁承受约束扭转时,所产生的正应力为
14
I
hb180.8120.7(ax)(2.621) 2222
有关角点的扇性坐标为 13
=5.219×10³㎝²
hb180.8120.7
(2.621) 75ax)
2222
=5.693×10³㎝²
11hb(12)180.8120.7(0.80.6) ax= 6bh(12)6120.70.8180.8(0.80.6)
a)
=2.621cm 计算截面的扇性矩I为
21b2
I=hb(3ax)[1(ax)
64122
2
3
2
b
2(ax)
2
2
2
]
=
21123()3 0.8180.8120.7}(2.621)(180.8)6412
{0.8
120.7120.70.6(2.621)} 2.621)2
2
9
2
=4.412×10cm
6
在外扭矩作用处 B Ml
2K
M
L
16
2..573㎏·㎝ 10Mk
2
由于图所示坐标,扭矩顺时针作用时为正,即由正x轴转向正y轴时为正,反之为负。
2n120.28611
0.2721 2n120.28611
n
b120.70.80.612=0.2861 h(12)180.80.8(0.80.6)
15
K
n
4.41n(32n)h[n ()h212n
3
b
h
[1(5)100b
2
2(5)]
2
=0.58 1
2h0.80.6180.8
=0.745
b0.8120.7
180.822
[0.8(50.580.37450.6)50.580.37451000.8120.7
=0.6484
=1+
32232
21(0.580.3745)20.6484=2.302 2525
4.410.2861(320.2861)180.82[K0.6484=1.452×102㎝1
180.822.302120.2861120.7
因此作用于截面(跨中截面)的双力矩B为 B=
0.2721
2.573106)=2.41×107㎏/㎝² 2
21.45210
约束扭转正应力 1=3
B2.411075.219103
=-31.1㎏/㎝² 9
I4.41210
当主梁承受约束扭转时,所产生的约束扭转剪应力为
BKf
S1)
IΩ
Ω=2bh=4.365×104cm²
h2bb
[(ax)(b1h)bax] f1
122
=
180.82120.7120.7
[(2.621)(0.8120.70.8180.8)20.8120.72.621]
122
=-1.079×109㎝6
16
f11.0791094
2.472cm 4
Ω4.36510
S1S8=0
hb
(ax)2 42
180.80.8120.7
(2.621)2=1.205×105cm4 =
42
S2S4
S7S6
hbax180.8120.70.82.621
2.288104cm4 22
hbaxh22b(ax)] S3[282
180.8120.70.82.621(180.8)20.6120.7
(2.621)] =[
282
=-1.773×10cm
5
4
h21b
(ax) S5
82
(180.8)20.8120.7
(2.621)=-1.887×105cm4
=
82
17
注:(1)弯垂——垂直载荷引起的弯曲应力,其余类同; (2)剪应力以顺时针方向为正,反之为负; (3)——合成正应力,=弯垂+弯水++; (4)——合成剪应力,=弯垂+弯水++;
(5)折算——按第四强度理论的计算应力;
由于约束弯曲和扭转所产生的应力不大,粗略计算时可忽略。
(5)折算应力验算
按照第四强度理论计算折算应力,即
22
折算=3
对于本算例所计算的32吨/5吨L型龙门起重机,跨中截面最大正应力,最大剪应力和折算应力分别为
max873.8<[]=1700㎏/㎝² man121.9<[]=1000㎏/㎝² 折算man=874.0<[]=1700㎏/㎝² (二)主梁的局部稳定性验算
按照《起重机设计手册》的规定,对于箱形截面梁可不验算其整体稳定性。因袭只需验算上下盖板和腹板的稳定性。 1.
上下盖板的稳定性验算
根据《起重机设计手册》,对于箱形梁,当腹板中心距b与受压翼缘板厚度之比小于60时可不必验算其局部稳定性。
b
因此应设置纵向加强筋,实际结构如图所示。
120.7150.9>60
18
设置纵向加劲板一根之后,
b63.7
79.6﹥60
0.8
因此还必需进行局部稳定性的验算。受压板的临界压应力为
1002
() 临1000
b
1000.82()=1577㎏/㎝²、实际上上翼缘板承受压应对于上下盖板,临1000
63.7
力(跨中截面)
上=709.5㎏/㎝² 上2. 主腹板稳定性验算
由于主副板
h
临1577=2.2﹥1.5
上709.5
=226﹥160.故应在两全长内设置横向加劲板,并同时在受压区设置
纵向加劲杆。纵向加劲杆至腹板受压边缘的高度h1应满足
h1≤
3800
3挤
并且h1应限制在h/4~h/5范围内。上面式中挤为腹板局部挤压应力,按下式计算
19
挤=
P轮
(2h15)
式中 h1——腹板上边缘到轨顶的距离,h1=14.4㎝; P轮——计算轮压,P轮=20302㎏ ——为腹板厚度,=0.8 所以
挤=
20301
=750.8㎏/㎝²﹤[]=1700㎏/㎝²
(214.45)0.8
38000.8703.23750.8
h1≤
=55.9㎝
式中
Mmaxh腹Wxh全
1801.989107180
703.2㎏/㎝² ²×7095104
181.62.80310181.6
其中h腹=180㎝,h全=181.6㎝
实际选取h1=38㎝,符合要求。在确定h1之后,采用一条纵向加强筋,此时横向间距应按下式确定
a
3h2
h2
0.4挤4
式中 3、4——系数,按《起重机设计手册》选取; h2——计算梁高,h2=h腹h1=142㎝; 挤——腹板局部挤压应力。
0.4挤300.3
因为 =0.739
2h1406.3(1)
h腹
按手册查表可得
31031 42700 因此
20
a≤
1031142142
.327000.8
=389.4㎝
实际选取a=210㎝﹤389.4㎝,符合要求。
由于偏轨箱形梁副腹板不承受局部挤压应力,因此一般讲稳定性易满足,这里不再验算。
(三)主梁接头计算
由于制造、运输上的原因,在主梁上设有接头(接头设在离梁中心线3.78m处,此处受力较小,又使主梁的分段不太长),因此需对接头进行验算。由受力分析可知,当小车位于主梁接头处,起升或下降重物时,主梁接头处受力最大,按此工况进行计算。活动载荷在接头处产生的弯矩计算如下:
主梁接头处
图6-33 主梁接头内力简图
P(Ll)50270(3018.78)
1.88104kg L30
lP(Ll)
3.53105㎏·㎝ MPRAl
LRA
主梁自重在接头处所产生的弯矩 RA
q8.322
[(Ll左)2l右)]=[(30001000)210002] 2L23000
=2.08×104㎏
1
lq(l左l)2 MqRA
2
12
(10001878) =2.0810418788.32
2
=4.606×106㎏·㎝ 1、下盖板连接螺栓的计算
主梁下盖板单排有M22螺栓14个,螺栓直径d=2.3cm,现在按等强度原则计算螺栓应具有的承载能力。扣除螺栓孔后的下盖板净面积为
F净B下nd1260.8142.30.875.04cm2 式中 B下——下盖板宽度,B下=126cm; ——下盖板厚度,=0.8cm; 削弱后的下盖板许可承载能力[P净]为 [P净][]F净170075.041.276105kg 按照螺栓双面受剪计算,平均剪应力为
1.276105
[净]1098.1kg/cm2
2nF栓2144.15 式中 F栓——螺栓(单个)截面积,F栓2、在弯矩,剪力作用下接头螺栓受力计算
计算简图如下,假定螺栓受力按线性规律分布。有关几何参数如下 l1180.8; l2170.7; l3144.75; l4125.45; l5106.15; l686.85; l767.55; l848.25; l928.95; l109.65;
[P净]
d2
4
4.15cm2
li的单位均为厘米
上盖板螺栓
MQ
图6-30 主梁计算截面
每块腹板上的连接螺栓为每侧2行,每行18个M22螺栓,接头一侧共有螺栓36个(指一块腹板的一侧)。上下盖板各有32个M22螺栓。螺栓间行距小于下式计算上下盖板一个螺栓所受之力N1:
l1
,故可按3
1182
M4N1linN1l1
l1i2
式中 M——接头所传递的弯矩,MMPM01.739107kg·㎝; n——上盖板或下盖板螺栓数,n=32;
l1、l——如图所示,(公式中系数4是因两块腹板,各有2行螺栓)。 因此 N1
M4182
linl1l1i2
1.739107
2220kg 33
2.046105.78610
N12220
267.5kg·cm2<[] 2F栓24.15
腹板上边排螺栓所受剪力N2为 N2
l2170.7N122202096kg l1180.8
2
N22351
252.5kg/cm2 2F栓24.15
腹板上螺栓除承受弯矩外,还将承受接头所传递之剪力,其平均剪应力为
Q2.408104
Q40.3kg/cm2
2F栓n腹24.1572 式中 n腹——主副腹板螺栓总数,n腹=2×36=72; Q——接头所传递剪力。
Q(PRA)[q(ll左)RA]
=-2.408×104㎏
腹板边排螺栓在弯矩、剪力同时作用下的最大合剪应力为
22Q255.7kg·cm2<[] max2
(四)小车饭滚轮轨道支承计算
当反滚轮位于轨道支承中间位置时(如图所示)轨道中间界面的弯矩M轨为 M轨
1
P反a74900kg·cm 6
式中 P反——反滚轮计算轮压, P反=6420kg a——轨道支承间距,a=70cm。
轨道中间截面的剪力Q支反为 Q支反
1
P反3210kg 2
轨道中间截面的弯曲正应力和平均剪应力分别为
M轨W轨
Q支反F
74900
734.3kg·cm2<[]kg·cm2 1020
3210
171.5kg·cm2<[]1000kg·cm2 18.72
图6-36 反滚轮轨道支撑小梁
当反滚轮位于反滚轮轨道支承处时,此时支承小梁受力最大,校核此时支承小梁的受力。支承小梁的几何尺寸如图所示。
支承小梁的几何参数计算如下(计算中没考虑下翼缘板)
h1h3()23.40.8(23.40.8)
x05.97cm 22
h33023.40.8300.8Jx
13h1h3h3(xc)23(30)302x2c 12212
=
123.40.8123.430.823.40.8(5.97)0.83300.8300.825.972 12212
=2243cm4
Wx
Jx
hi
2243(h)xc
2
2243
(23.40.4)5.97
图6-37 支撑小梁截面
=125.8cm3
支承小梁根部所受弯矩和剪力分别为: MP反e64201277040kg·cm
Q支P反6420kg 应力 支
M77040612.4kg/cm2 Wx125.8
支
Q支F腹板
6420
342.9kg/cm2 18.72
式中 F腹板为支承小梁腹板的面积。F腹板=h223.40.818.72cm2。 按第四强度理论折算应力为
223支612.423342.92 支
=853.1kg/cm2<[]
二、支腿计算
由于所计算的起重机采用了一条刚性和一条柔性支腿,因此在门架平面内计算支
腿时,应按超静定门架考虑。下面将分别在支腿平面和门架平面内计算支撑腿的受力。 (一)
支撑腿平面内的计算
在支撑腿平面内,作用在支腿上的载荷有主梁传递来的垂直载荷及力矩,计算简图如下
当小车及吊重位于有效悬臂位置时,靠近小车的支撑腿受力大,按此工况进行强度验算。有图可看出,由于小车及吊重作用,支腿上端平面中心位置的力P1为
M小吊+M梁
p12
p43
变
变
P1= =
(G1Q)(Ll)P(Ll)
LL
(118701.132000)(306)
=56484㎏
30
由于主梁自重引起支腿上端力P2为
G2
P2==14988㎏
2
P3为支腿自重G3,近似认为其作用在支腿的一半高度处
P3=G3=5324㎏
P4 为操作室重量作用在支腿上端平面上的力,
P4=1594㎏
P5 为大车起制动时主梁的惯性力,其大小为
1
P5=(Ll右l左)=620㎏
2P6为大车起动时小车惯性力,其大小为
P6=
(306)P小车惯(Ll)961
L30
=1153㎏
P7为小车风载荷作用在支腿上端面上的力
P7=
(306)P小车风(Ll)184.25
L30
=221.1㎏
P8为主梁风载荷作用在支腿上的力
11
P8=q风(Ll左l右)=54.5(301010)
22
=1362.5㎏
P9为支腿风载作用力,P9=354.3㎏
以上载荷均在支腿根部截面产生弯矩,同时还有由于小车重心和吊重偏心而传递
到之腿上的弯矩
M小吊(G1Q)(cb) =47070×(27.9-135.7) =6.773×106 ㎏/㎝
主梁重心不在之腿上端平面中心,所引起的弯矩数值小。
M梁
1
qxc(Ll左l右) 2
=
1
×8.32×4.66×(30+10+10) 2
=9.692×104·㎝
根据资料,计算简图上的尺寸如下:H1=170.2㎝, H2=62㎝,H3=181.6㎝,
H4=255.1㎝,H5=807.8㎝, α=200㎝, b=205.7㎝, c=349.6㎝。上述载荷
对于支腿根部截面的弯矩分别为
4
M1=P1b=5.6484×10×205.7=11618758.8
=1.162×107㎏·㎝
M2=P2b=14988×205.7=3083031.6
=3.083×106㎏·㎝
M3=
11
P3b=×5324×205.7=547573.4 22
=50476×105㎏·㎝
M4=P4b=1594×205.7=327885.8
=3.279×105㎏·㎝
M5=P5(H2
181.6H3)
=620×(62++807.8) H5
22
=595572=5.956×105㎏·㎝
M6=P6(H2+H3+H5)=1153×(62+181.6+807.8)
=1212264.2=1.212×106㎏·㎝
M7=P7(H2+H3+
255.1H4
+H5)=221.1×(62+181.6++807.8) 22
=260665.845=2.607×105㎏·㎝
M8=P8(H2
H3)
H5=1362.5×(62+90.8+807.8) 2
=1308817.5=1.039×106㎏·㎝
M9
11
=×354.3×807.8 P9H5
22
=143101.77=1.431×105㎏·㎝ 截面的总弯矩My为
My=M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7+M8+M9+M小吊+M梁 =2.570×10㎏·㎝ 截面上的总轴力ND为
ND=P1+P2+P3+P4=7.839×104
截面的几何尺寸见图。其中几何尺寸分别如下:
10.8㎝ ;21.0㎝ ; A=247.6㎝ ;B1100㎝ ;d=80.4㎝
该截面的面积和惯性矩分别为
FD2(B12A1) =2×(100×1.0+247.6×0.8)
=5.961×10²㎝²
1d13
) Jx2[2B11A(
122
=4.098×105㎝4
4.098105
9.10810³㎝³ Wx
45Jy2[B2(
A2211
)B1231A3] 221212
=2×(1545049+1011953.745)
=2.557×106㎝4㎝³
截面的应力合成如下: 弯压=
MyND
WyFD
=1429.4+131.5 =1561㎏·㎝²
截面是该工况的危险断面,经过计算其应力符合要求。 (二)
在门架平面内支撑腿受力计算
在门架平面内按一次超静定结构计算支腿受力,危险断面(即弯矩最大截面)为如图截面,其部位及几何尺寸见图。根据支腿受力特点,在门架平面内,界面中在支腿上的位置越高,其所承受弯矩Mx越大,因此支腿各个截面的Jx从下到上逐渐增大。在支撑腿平面内,截面在支腿上所处位置越高,其所承受弯矩My越小,因此各个截面的Jy从下到上是减小的。对于截面沿两个方向都变化的支撑腿,按照下式换算惯性矩。
Jx换Jxmin[1(K1)换]2 式中 K——系数, K=
Jxmax
;
Jxmin
N-N 截面图6-39
Jxmin ,Jxmax ——分别为支撑腿下端和上端截面的惯性矩;
换——取决于K值的系数,查《起重机设计手册》
有关图表选取
支撑腿上端截面的几何参数和惯性矩为:
b1=180㎝,h=125㎝,B=201.6cm,=1.0㎝;1=0.8cm;
11b Jx2[B31h(11)2h(2)3] 12212
=3.003×106㎝4
2Jx
=2.980×104㎝4 B1b21
)h()3] Jy2[h3B(
12212
Wx
=1.861×106㎝4 Wy
Jyh
2
=2.930×104㎝4
支撑腿下端截面的惯性矩见下面计算,因此
3.003106Jxmax
K==7.327 5
Jxmin4.09810
根据《起重机设计手册》图27—9查得当K=7.327时,换≈0.690。
Z换H换0.690977.2674.3㎝(HH1H5,Z换即为换算惯性矩下端的截面位)。
Jx换4.098105[1(7.3271)0.690]2 =1.943×106㎝4
下面分别计算各个载荷作用下的内力和内力矩。
跨中作用活动载荷时,支腿下端所承受的水平作用力T1按下式计算,如图所示
P
q
T1
(a)
T1
T2
(b)
T2
p水
T3
(c)
TS'
T5
T4
(d)
图6-40 支腿水平反力计算简图3PL
T1=
8H(2k3)
式中 P——活动载荷,P=50270㎏ H——支腿计算高度,H=1130㎝=11.3m L——门吊跨度,L=30m=3000㎝
6
Jx梁H2.45051011.3
k 6
L1.9431030Jx换
=0.6089
Jx梁——主梁截面关于x轴的惯性矩; Jx换——支腿关于x轴的换算惯性矩。
因此
T1
35027030
811.3(20.60893)
=11865㎏
主梁自重在支腿底部引起的水平作用力T2为
q(L26l2伸)8.32102(3026102)
T2=
4H(2k3)411.3(20.60893) =1309㎏
由于小车吊重的风载荷惯性力所引起的支腿下端水平作用力T3为:
1
T3=P小吊风P小惯P吊惯)
21
=(679184.25876)=869.6㎏
2
由于支腿的风载荷引起的支腿底部水平作用力T4为: T4=CqF飓风1.2×463.6=556.3㎏
上述计算的示意图如图示,支腿下部所受到的全部水平反力为 T=T1+T2+T3+T4 =14600㎏
由于T作用,在截面所产生的弯矩Mxman为 Mxman=TH=14600×977.2 =1.427×107㎏·㎝ 截面的弯曲正应力为
1.427107Mx
弯1 4
Wx2.98010 =479㎏/㎝² 截面的轴压应力为
压FDP1P2P3P4
2(Bh1)FN
=
564841498853241594
2(201.61.01250.8)
=130.0㎏/㎝²
由于小车吊重偏心所产生力矩Mk中所引起的弯曲应力
11M小吊M梁)6.7731069.692104
弯22 4
2.93010Wy
=293.5㎏/㎝² 截面上的合成正应力
弯1弯2压=479+130.0+293.5 =902.5㎏/㎝²﹤[]=1700㎏/㎝²,允许。
当活动载荷位于有效悬臂位置处,支腿底部所产生的水平反力T1为: T1=
3Pl2H(2k3)
3502708.5
211.3(20.60893)
=13448㎏
此工况下的水平反力比跨中受载时要小,故不再验算此工况下的强度。 下面将验算当活动载荷位于悬臂极限位置处,支腿上截面的强度,出了前面已经计算过的支撑腿平面内受力外,还需考虑门架平面内的受力,此时D-D截面的弯矩Mx为
Mx=TH17076.6170.22.54106㎏·㎝ TT1T2T3T4 =13448+1309+869.6+556.3 =16182.8㎏
H1=170.2㎝,弯曲正应力为
2.754106Mx
弯2 3
Wx9.10810 =302.4㎏/㎝² 该截面的合成正应力
弯压弯2=635.8+170.2+302.4 =1108.4㎏/㎝²﹤[]=1700㎏/㎝² 三、静动刚度计算 (一)起重机的静刚度
L型龙门起重机的主梁静挠度,按一次超静定门架计算比较符合实际。由于支撑腿的变形较小,故计算静刚度是没有考虑支撑腿的变形。
当小车位于跨中时,主梁的挠度按下式计算。
(G1Q)L33(G1Q)L3
f1
48EJx64(2k3)EJx
JxH2.450510611.3
式中 k 6
0.9Jx换L0.91.9431030 =0.5278
Jx——主梁的惯性矩,Jx=2.4505×106㎝4 Jx换——支腿的换算惯性矩,Jx换=1.943×106㎝4
(1187032000)300033(1187032000)30003
f1
482.11062.450510664(20.52783)2.11062.4505106 =4.495-2.660=2.135㎝﹤[f1]=
LL
~ 7001000
当小车位于悬臂极限位置处,主梁在悬臂端的挠度按下式计算
(G1Q)l2(Ll)3(G1Q)l2L
f2
3EJx4(2k3)EJx
(1187032000)8502(3000850)
32.11062.4505106
3(1187032000)85023000
4(20.52783)2.11062.4505106 =7.904-3.417=4.487㎝﹤[f2]= (二)起重机的动刚度 1.垂直动刚度的计算
当小车位于跨中,起重机空载子真周期T为 T=2
LL~ 300500
M
K
1
(0.5qLG1); g
式中 M——大车及小车的换算质量,M=
K——门架在垂直平面内的刚度,按下式计算 K
1
L3L
48EJx64(2k3)EJx
3
3
=
G1Q1187032000
=
2.135f1
=2.055×104㎏/㎝
M=
1
(0.5qLG1) g
1
(0.5×8.32×30×10²+11870) 980
=
=24.85㎏·s/㎝ 因此
T=2
M24.85=2×3.14 4K2.05510
=0.217s﹤[T]=0.3s
当小车位于悬臂端时,空载下垂直振动周期T为 T=2 此时 M
1
(0.3qL1G1) g
M K
=
1
×(0.3×8.32×600+11870) 980
=13.64㎏·s/㎝ K
1
L3L
48EJx64(2k3)EJx
3
3
=
G1Q1187032000
=
4.487f2
=0.978×104㎏/㎝ T=2
M13.64
=2×3.14× 4K0.97810
=0.235s﹤[T]=0.3s
2.纵向水平振动计算
对龙门起重机,除验算垂直方向空载自振周期外,还需按下式检验纵向水平方向的自振周期T水。
T水=2M
式中 M——相当质量,为空在小车。门架上部结构及三分之一全部支腿质量之
和。M
11
(G梁G1G支腿) g3
——门架的水平柔度,即门架上部结构在单位水平力作用下的纵向水平
位移,当采用两个具有同样惯性矩的刚性支腿时,
H3(2k1)
=
12EJx换k
H=11.3m, k=0.5278, Jx换=1.934×10㎝4 所以
3
(11.3102)(20.52781)
=
122.11061.9341060.5287
=1.151×105㎝/㎏
M
11
(416001187010260) g3
=58.05㎏·s²/㎝
因此
T水=258.051.151105 =0.162s﹤[T水]=0.85~1.0s
四. 下横梁结构计算
计算下横梁的结构强度只考虑垂直反力作用,没有考虑水平作用力的作用,计算简图如图所示。几何参数为:a70㎝;b=34.6cm;c20.5cm;11.2cm;
21.8cm;31.6cm;41.0cm;52.5cm;61.4cm;h122.3cm;
a300cm。h=160cm;a1100cm;b188cm;h181.2cm;h282.4cm;h224.5cm;
作用于图截面的大车轮压P轮73.67103kg
1.A-A截面的剪应力,按平均剪应力计算
73.67103P轮
A
FA腹234.61.6 =665㎏/㎝²﹤[] 2.C-C截面的应力
作用在该截面的剪力和弯矩为 QCP轮7.36104㎏ MCP轮a7.36104300 =2.208×107 该截面的惯性矩和静面矩计算如下:
a1(h5)h6
b16() 形心位置xc= a15b162h4
1002.5(1602.5)1601.4
881.4()
= 1002.5881.421601.06308
9.10㎝ =
693.2
1602.5211601.411
)a153b15(xc)2b1632(4h44hxc2) Jxa1(
21221212
1602.5211601.41002.5()1002.53881.4(9.1)2
2122
11
881.432(1.016031601.09.12)1212
=3.003×106cm4 静面矩
SM
1h
a15(xc) 22
1160
9.1) =1002.5(
22
=8.862×103㎝³
1h
b16(xc) 221160
(9.1) =881.4
22ST
=5.049×103㎝³
弯曲正应力
h
2.208107(xc5)My 上 Jx3.003106
80
9.12.5) = 6
3.00310
=539.6㎏/㎝²
2.208107(
1602.208107(9.11.4)
下 6
3.00310
=665.4㎏/㎝² 剪应力
QSx73.61038.862103
上 6
J1.03.003104x =217.2㎏/㎝²
73.61035.049103
下 6
1.03.00310
=123.7㎏/㎝² 按照第四强度理论的折算应力 M≈32
2
(217.2) =(539.6)23
=657.8㎏/㎝²﹤[]
22
T≈665.4) 3(123.7)
=699㎏/㎝²﹤[]
经验算, 32/5吨L型门式起重机钢结构部分,能够满足使用要求。
设计总结
作为即将毕业的大三学生,我希望我能过在将来的学习和工作中表现得更好。学校给我们提供了一个学习和锻炼动手能力的机会,我会把握好这次机会,争取在这次实习中发现并解决我不懂的地方。虽然我已经工作了,但并不代表我已经懂得了起重机,更不能说明我已经能够独立自主的设计起重机。在起重机这个行业,门类众多,样式各异,不是一朝一夕能够完全掌握的,我只能去了解去学习,不断地积累自己的知识,不断地去学习去创造,这样才能在工作中做到更好。
在这次的起重机设计中,我认为我收获最大的就是这次的设计让我的思路更加的清晰和对起重机的认识更加的深刻。当然,这和郭老师的帮助是分不开的。在这次的设计中,有许多的问题,在老师的提醒下,我和我的同伴一起翻阅资料查阅课本或者询问专业人士,经过各种各样的方式争取把不懂的问题搞懂。郭老师对我们的设计进程也非常的关心,从开始设计老师经常的给我们打电话,了解我们的设计,我们有不懂的地方可以和老师说,老师给我们建议,我们再去查找资料的时候都能够起到事半功倍的效果,非常感谢老师的帮助。
学海无涯,我相信,这次的设计对我的帮助之不可估量的。在不断的努力,不断的学习,不断地创新中,我知道了设计需要有坚强的意志和坚持不懈的决心。非常感谢,在这次的设计中,给予我最大帮助的郭老师还有同样给予许多帮助的老师们,还有我的同伴。相信没有你们的帮助,我也不会这么顺利地完成我的课程设计。
参考文献
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