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桁架式双梁门式起重机
设计计算书
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第一章
型式及主要技术参数
一、 型式及构造特点
ME型桁架式双梁门式起重机,主要适用于大型料场、铁路货站、港口
码头等装卸、搬运;还可以配以多种吊具进行各种特殊作业。
正常使用的工作环境温度为-25℃~+40℃范围内。安装使用地点的海拔高度不得超过2000m,超过1000m时,应对电动机容量进行校核。
整机主要由门架、小车、大车运行机构及电气控制设备四大部分组成: 门架采用桁架结构,具有自重轻、用料省、刚度大、迎风面积小等特点。 本机小车有两个吊钩,分为主、副钩,小车副钩可在额定负荷范围内,协同主钩进行工作(但决不允许两钩同时提放两个重物),物体的重量不得超过主钩的额定起重量。
二、 主要技术参数和结构简图 主要技术参数
工作级别:A5 、 操纵方式:地操、单边悬臂长:9.1m 起重量:主钩75t 副钩20t 跨度:27 m
起升高度:11/13m
主钩起升速度:3.7m/min
副钩起升速度:6m/min
(1)
小车运行速度:27m/min 大车运行速度:34.1m/min
小车轮距:2800mm 小车车轮:4-φ500 小车轨距:3600mm 小车轨道:P43 大车轮距:10600mm 大车车轮:8-φ700 大车轨距:27000mm 大车轨道:QU80 起重机总重:117067kg 其中:小车运行机构:22080kg 大车运行机构:12780kg
电气设备(含电缆卷筒)等:4120kg 门架金属结构部件重量: 主梁:2x24751=49502kg 支腿(Ⅰ):2x2835.3=5670.3kg 支腿(Ⅱ):2x2245=4490kg 联系梁:2x992.4=1984.8kg 马鞍梁: 2962.6kg
下横梁:2x4871=9742kg 电缆滑车架: 1332kg 梯子、平台、栏杆等:1720kg 电缆拖车自重: 1320㎏
(2)
三、结构简图 (见图1)
(3)
第二章
载荷计算
一、风载荷
工作风压:qⅡ=25 kg/m2
非工作风压:qⅢ=80 kg/m2
(一)、沿大车轨道方向风载荷计算
1
、单片主梁迎风面积 F梁风
F梁风=ΨF轮 式中:F轮—起重机组成部分的轮廓面积在垂直于风向平面上的
投影(m2)
F轮=36.55×2.15=78.58 m2 Ψ—充满系数 0.2~0.6,桁架式取Ψ=0.4
F梁风=0.4×78.58=31.43m2 2、小车迎风面积 F小车风
F小车风=4.24×1.91=8.0984㎡
3、货物迎风面积 F货物风
F
货物风
=36㎡
4、沿大车轨道方向的工作风载荷为:
P梁单=CknqⅡF梁风 式中:C—体形系数.(桁架取 C=1.4)
= 1.4×1.46×25×31.43 =1606㎏
(小车、货物取C=1.2)
kn—高度修正系数.(本机取kn=1.46)
P梁风双= CknqⅡ(
=78.58㎡
1F1+2F2) 式中: F1=F2= F轮 =1.4×1.46×25×(0.4×78.58+0.66×0.4×78.58)
=2666.3 kg
1=2=0.4
(4)
—折减系数. (b=
n2=0.909)查表 =0.66 2.2 点载荷梁双风=
P
小车风=
2666.3=127 kg节点 211.2×1.46×25×8.0984=3.7㎏
P货物风=1.2×1.46×25×36=1576.8㎏
(二)、垂直大车轨道方向风载荷计算 迎风面积计算:
' F梁风=2.168×1.6×2=6.94㎡ 注:迎风面积按主梁与支腿连接
处,主梁为矩形截面计算。Ψ—充满系数 取Ψ=1
'F小车风=4.03×1.91=7.7㎡
'F货物风= F货物风=36㎡
垂直大车轨道方向风载荷计算
' P梁风=1.4×1.46×25×6.94=354.6㎏
' P小车风=1.2×1.46×25×7.7=337.3㎏
'P货物风= P货物风=1576.8㎏
支腿迎风面积计算(二个支腿)
由于跨度为27m,后支腿不必考虑前支腿的遮挡。
'故;F支腿风=2ΨF腿轮 式中:F腿轮=
20.8×9.198=12.8772㎡ 2'F支腿风=2×0.4×12.8772 =10.3㎡
'P支腿风=1.4×1.46×25×10.3=526.33㎏
(5)
沿大车轨道方向风载荷
P5=梁双风=127 kg节点
小车车轮侧向压力 P6=
1P
(小车风+ P货物风) 2 =(354.7+1576.8)=965.8 kg
12轮
二、自重与货载计算
单片主梁自重:G梁=24751㎏
马鞍自重:G鞍=2963㎏
栏杆自重:(包括:端部栏杆、栏杆、梯子平台、电缆滑车架) G栏=92.6+403+1720+1332=3547.6㎏ 主梁联系梁自重:G联=992.4㎏ 电气设备自重:G电=2800㎏ 小车自重:G小车=22080㎏ P1=
=
KII(G梁+ G栏+ G联) 式中:KⅡ—起重机通过钢轨接缝或不平道路时的冲211.1(24751+3547.6+992.4) 击系数(冲击系数只与起重机21自重相乘) =15
34.3 kg节点 KⅡ=1.1
(6)
小车工作轮压(动载)计算:
P2=
=
KIIG小IIQ4 式中:Ⅱ—第二类载荷的动力系数。(动力系数II,只与
1.1220801.175000 额定起重量相乘,而起重机自重不需要乘动力
4系数)
=26697 kg轮
Q—额定起重量, Q=75000
㎏
Ⅱ=1.1
三、 惯性载荷计算 (沿大车运行轨道方向)
(一)、大车起、制动时,沿大车轨道运行方向的每片主梁、栏杆、联系梁自
重产生的惯性力计算
F梁架=
G梁G栏G联g×
V大t制 式中:V大—大车运行速度 V大= 0.57ms
=
t制=7s
2475137.6992.40.57× t制—大车制动时间
9.87 =243.4㎏ g = 9.8 ms2
节点载荷:
P3=
F梁架21=
243.4=11.6 kg节点 21(二)、大车起、制动时,电气设备自重产生的惯性力计算
F电=
G电g×
V大t制=
28000.57×=23.3㎏ 9.87(三)、大车起、制动时,小车和货载自重产生的惯性力计算 F小车、货=
(7)
小车车轮侧压力为:P4 P4=
F小车、货2QG小g×
V大t制=
75000220800.57×=806.6㎏
9.87=
806.6=403.3 kg
轮2水平桁架分布载荷P7的计算
P7=P3+P5=11.6+127=138.6 kg节点 水平桁架移动载荷P8的计算
P8=P4+P6=403.3+965.8 =1369.1 kg轮 (四)、小车起、制动惯性力(垂直大车运行轨道方向)的计算
' 1、小车起、制动时,小车自重和载重之和惯性力F小车、货的计算
制1 F=(Q+G小车)× 式中:n制—小车制动轮数 n制=2
n712 =(75000+22080)× n—小车车轮数
74'小车、货nn=4
=6934.3
㎏
2、作用在斜桁架上节点分布载荷P12的计算
14821207.32183.6992.4777 式中:1482—水平桁架自重之半
21cos39.5kg =409.7 1207.3—花纹板节点P12=
自重
2183.6—栏杆自重(不包括:梯子、平台)
992.4—联系梁自重 777—斜桁架自重 tgα=9.5°=0.772
1.523=0.8234 α=39.5° cos31.85(8)
根据以上计算,将以上计算载荷汇总如下:
P1=1534.3 kg节点 (主梁自重分布载荷) P2=26697 kg轮 (75/20t小车和货载的工作轮压)
P3=11.6 kg节点 P4=403.3 kg (大车起、制动时,主梁、栏杆、联系梁自重之和
惯性力)
轮 (大车起、制动时,75/20t小车和货载自重的惯性力)
P5=127 kg (沿大车轨道方向,主梁的风载)
节点P6=965.8 kg轮
(沿大车轨道方向,75/20t小车和货载的风载)
P7=138.6 kg节点 (沿大车轨道方向,主梁惯性力和风载)
P8=1369.1 kg轮 (沿大车轨道方向,小车自重、载重之和的惯性力及
其风载之和)
P9=167 kg节点 (电缆拖车自重分布载荷) 计算见后面
P10=1481.5 kg
片 (作用在一个支腿上的马鞍自重) 其一半重量分
布在支腿的三个节点上。
P11=1720 ㎏ (梯子平台自重)
作用在支腿附近的主桁架二节点上
P12=409.7 kg节点 (斜桁架上自重分布载荷)
'F小车、货=6934.3㎏ (垂直大车轨道方向,小车自重、载重之和制动惯性力)
(9)
四、各桁架简图及内力图: (见图2~图19)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
(18)
第三章
主梁的设计计算
一、四桁架主梁的结构
主要由:主桁架、付桁架、上、下水平桁架、斜桁架等构成,
主要材料为工字钢、槽钢、Q235B钢板等。用高
强
螺栓与支腿、马鞍梁相连接。
二、主梁截面尺寸 (见图20所示)
(19) 三、主梁的计算
四桁架式主梁是多次超静定空间桁架结构,可以把它分解成
平面桁架进行分析、计算。(见图21、22、23、24)
(20)
(21)
(一)、固定载荷
主桁架:自重、走台和水平桁架重量的一半,主梁联系架重 量的1/4。
付桁架:自重、走台和水平桁架重量的一半,主梁联系架重
量的1/4和三个带工具人员的重量以及小车可拆换 零部件的重量。
(二)、移动载荷
移动载荷对各片桁架的作用 (见图25)
(22)
小车运行时:
Q1=Q+P1
I22 Q2=P2-Q 式中:Q=. 2I1I21Q3=-Q4=H P—小车轮压 P=
数 )
G小Q4(不计动力系数和冲击系
H= α=
Q P1=
I1.P I1I2I1•I2(I3I4)· P2=P-P1 I3•I4(I1I2) λ=b h b、h—桁架主梁的宽度与高度
I1、I2、I3、I4—桁架的折
算惯性矩
小车不动时: Q'1=P-Q'2 式中:k2=
I1I k4=1 I2I4I1·b I1I2I3I3I4 Q'2=
P1K2K42 重心坐标:x=
' Q3=0 、 Q'4=-λ·Q'2 y=
·h
主桁架惯性矩 :
AAh I1=12(A1A2)2 式中:A1、A2—主桁架的上、下弦杆截面积
156.9156.91852 = A1=A2=2×67.25+22.4
1.3(156.9156.9)=156.9㎝
=20.65×10
52㎝4 h—主桁架的计算高度
h=185㎝
(23)
付桁架惯性矩: μ—系数 I2=8.85×105㎝4
水平桁架惯性矩:
(四桁架取 μ=1.3)
A3=A4=67.25 ㎝2
b=140.7㎝
b—主桁架的计算宽度
I3=I4=2.38×105㎝4 A上=A下=2×15.692=31.384
㎝2
.658.852.382.38α=20×=5.21
2.382.3820.658.85λ =
140.7=0.76 1855.210.7628.85 Q =× =0.225 t 220.658.8515.210.76
P=
2208075000=24270㎏=24.27 t 4 H=
0.225=0.057 t
5.210.76 P1=
20.65×24.27=16.9 t
20.658.85 P2=24.27-16.9=7.281 t
x=
20.65×140.7=98.5㎝
20.658.85 y=
2.38×185=92.5 ㎝
2.382.38
(24)
小车运行时:
Q1=0.225+16.9=17.214 t Q2=7.281-0.225=7.056 t
Q3=-Q4=H=0.057 t 小车不动时: k2=
20.6520.65=2.33 k4==8.68 8.852.3824.27Q'2==2.909 t 212.338.680.76 Q'1=24.27-2.909=21.361 t
' Q3=0
Q'4=-0.76×2.909=-2.211 t
经过上述分析,可知各弦杆的最不利工况是:对主桁架上弦杆和付 桁架下弦杆应取小车不动的工况;对于主桁架下弦杆和付桁架上弦杆则 应取小车运行的工况。
实践表明,四桁架式主梁中主桁架上弦杆和付桁架下弦杆较易破坏, 而主桁架下弦杆和付桁架上弦杆破坏较少。
各片桁架最不利工况时的载荷位置取小车位于跨中和悬臂极限两个位置。
(三)、主桁架上弦杆的设计计算
主桁架上弦杆受力比较复杂,它承受的内力为:
1、由固定载荷引起的内力Np; 2、由移动载荷引起的内力No;
(25)
3、由移动载荷引起的局部弯矩Mx节中、Mx节点;
4、小车运行制动载荷引起的内力NH小(小车不动的工况NH小=0); 5、大车运行制动时qH大引起的内力NH大(计算水平桁架时得到); 6、大车运行制动时,移动载荷Q小的水平惯性载荷引起的内力
N水Q(计算水平桁架时得到);
7、大车运行制动时,移动载荷引起的局部弯矩My节中、My节点 (计算水平桁架时得到);
8、工作状态风载荷引起的杆件内力Nw(计算水平桁架时得到);
(四)、内力计算
由于主桁架,水平桁架的跨中节间为交叉腹杆,是一次超静定
桁架,按力法求解如下: 解内力典型方程式:x1δ11+ 1p=0
NNl δ11=00b
EFii1p=1iN0NplbEFi
桁架中各杆轴力(内力) 式中:N0—单位力
x=1产生的各杆轴力
N=Np+x1N0 Np—荷重P产生的各杆轴力
lb—各杆长度
Fi—各杆截面面积 E—桁架杆件的弹性摸量
由于计算内力图较多,下面仅选垂直、水平桁架中间节间内力,计算各
一示例,其余均将计算结果直接填入图中(见图26、27及表1~2)。
(26)
(1)、跨中受动载中间节间内力计算 (见图26) x1=-(0.688)=0.025P2 27.66(2)、水平桁架分布载荷中间节间内力计算 [见图15-(1)] 和(图27)
x
1=- ip11=-
(7.128)=0.258 t= 258 ㎏ 27.605
(27)
(28)
四、主梁的强度计算
(一)、载荷组合、许用应力和计算方法 1、 载荷组合
组合甲:计算正常工作时的情况;即考虑静载荷、移动载荷 (包括动力系数)及工作状态下的风载荷. 组合乙:(1)、计算除组合甲中所考虑的载荷外,还考虑由于
大车或小车起、制动时,所产生的水平惯性载荷。 (2)、非工作时情况。即考虑静载荷(不计动力系数)及 非工作状态下的风载荷。
2、 许用应力
对于所用材料为Q235B时: 组合甲 [σ]1=1600 kgcm2
组合乙 [σ]2 =1800 kg3、 计算方法
cm2 作用于主梁各桁架的载荷分析为:
甲、 主桁架作用载荷
它由固定载荷,移动载荷,小车起、制动引起的纵向水平载荷
和主桁架承受的轮压引起的局部弯矩组成。其中,固定载荷包括
主梁自重、梯子平台重量和马鞍自重之半(因马鞍与主梁连接处
的断面为四桁架结构)。移动载荷包括小车自重,货载和电缆拖车
自重等。
(29)
乙、 水平桁架载荷
它包括风载荷,大车起、制动的惯性载荷和斜桁架垂直载荷在 水平方向的分力。 丙、 斜桁架上的载荷
斜桁架自重,水平桁架自重之半和栏杆自重总和在斜桁架平面 内的分力。
(二)、主桁架强度、刚度及稳定性验算
图28 1、载荷组合 甲
(1)、上弦杆(双30b工字钢.夹立筋)
甲、上弦杆截面性质计算(不计入小车轨道,因其未焊在主 梁上),(见图28)
(30)
截面积:F=2×67.2+22.4=156.9㎝2
Z0=
2(67.27.2)(280.815)=8.31㎝
267.222.4X—X轴的截面惯性矩: Ix=2I1x+I2x 其中: I1x=
×1.1
×27.123+27.12×1.1×6.692=
1.146×104 ㎝4 =2×1.146×10411×25.6×1.443+25.6×1.44×152+1212+0.669×104
I2X=
123×0.8×30+30×0.8×14.28 12=2.961×104㎝4 =0.669×104㎝4 Y—Y轴的截面惯性矩:
1.13
=0.2016×10 ㎝
=2×0.202×10 =1.599×10
4444Iy=2I1y+I2y 其中:I1y=
113×1.44×25.6+×27.12×1212+1.195×104 I2y=
13×28×0.8 12㎝4 =1.195×104㎝4
IX2.961104 W上===3563.2㎝3
Z08.31Ix2.961104 W下===1365.1㎝3
hZ0308.31Iy1.599104 Wy===1249.2㎝3
25.612.82Ix2.961104 ix===13.74㎝
F156.9 iy=
Iy1.599104==10.1㎝ F156.9乙、上弦杆强度、刚度及稳定性验算 杆件e—f(悬臂受载)
(31)
Nmax=6.364P2+9.216P1+11.26P5+7.78P6+0.258 =6.364×26.697+9.216×1.5343+11.26×0.127 +7.78×0.9658+0.258 =193.2417t=193241.7㎏ 强度验算:
Nm σmax=ax
F σmax=
193241.7=1231.6<[σ]1=1600 kg2
cm156.9杆件k—l(跨中受载)
Nmax=-4.411P2-4.257P1-5.806P5-5.78P6-0.551 =-4.411×26.697-4.257×1.5343-5.806×0.127 -5.78×0.9658-0.551 =-131.1627t=-131162.7㎏
集中轮压引起的局部弯矩,对跨中节间可按下面近似公式计算 Mx=P2l 式中:l=200 cm =×26697×200 =889900 ㎏·㎝ My=P6l=×965.8×200
16161616 =32193.3 ㎏·㎝
MyMxNmax 验算:σ=++
WxFWy =-kgcm2131162.70032193.3-- =-1111.5<[σ]1=1600
156.93563.21249.2
(32)
稳定性验算:
MMNm σ=ax+x+y 式中:查表得=0.9
FWxWy =-
131162.70032193.3--
0.9156.93563.21249.2cm2 =-1204.4<[σ]1=1600 kg刚度验算:
λy=
l200==19.8<[λ]=120 式中:l=200 cm iy10.1mY=
MyFWyNmax=
32193.3156.9=0.031
1249.2131162.7=0.7
MNmax σ=+x 式中:查表得BHFWxBH =-
131162.700-
0.7156.93563.2cm2 =-1444<[σ]1=1600 kg (2)、下弦杆与上弦杆相同(计算略) (3)、直杆强度、刚度及稳定性验算
甲、直杆采用槽钢[12,对扣焊接,节点板厚δ=10㎜。 其截面性质为:
F=2×15.362=30.724㎝2
Ix=692㎝4 Iy=74.8㎝4 ix=4.75㎝ iy=1.56㎝ Wx=115.4㎝3 Wy=20.4㎝3
乙、直杆强度、刚度及稳定性验算(悬臂受载)计算式同上 (33)
N=P2+P1=-26.697-1.5343=-28.2313t=-28231.3㎏
σ= λ=
0.7 .
N28231.3=-=-918.9<[σ]1=1600 kg2
cmF30.724l200==42.1<[λ]=150 式中:查表得=ix4.75l=200 cm σ=
N28231.3=-=-1332.2<[σ]1=1600 kg2
cmF0.730.724考虑电缆拖车作用时 N = P1+P2+P9
=-1.5343-26.697-0.167=-28.3983t=28398.3㎏
Mmax=2712 ㎏·㎝ (计算见后) m=
MF271230.724==0.025 NWx28398.3115.4N σ=
BHF=-
28398.3 式中:查表得0.6730.724cm2BH=0.67
=-1400<[σ]1=1600 kg 对于弯矩作用平面外稳定计算
λ=
l215==137.8<[λ]=150 式中: l=215 cm iy1.56NCyF 按σ= =
式中:查表得y=0.78 C=0.85
28398.3
0.850.7830.724cm2 =-1414.8<[σ]1=1600 kg
(4)、斜杆采用槽钢[10,交叉焊接。节点板厚δ=10㎜。
斜杆与直杆计算方法相同 (略)
(34)
2、 载荷组合 乙
第一种:计算大车或小车起、制动时的情况,考虑静载荷、移动 载荷(包括动力系数),惯性载荷及工作状态下的风载荷。 对于主桁架,仅上弦杆须另行验算。
(1)、上弦杆e—f(悬臂受载)
N=6.363P2+9.216P1+0.285+11.26P7+7.778P8+1.07 =6.363×26.697+9.216×1.5343+0.285+11.26×0.1386
+7.778×1.3691+1.07 =204.866t=204866㎏ σ=
N204866==1305.7<[σ]2=1800 kg2
cmF156.9(2)、上弦杆k—l(跨中受载)
N=-4.411P2-4.257P1-0.551-5.806P7-5.78P8-1.982 =-4.411×26.697-4.257×1.5343-0.551-5.806
×0.1386
-5.78×1.3691-1.982 =-135.3t=1353㎏ 局部弯曲计算:
Mx=P2l 式中:l=200 cm =×26697×200 =889900 ㎏·㎝ My=P8l=×1369.1×200 =45636.7 ㎏·㎝
(35)
σ=-MNMx--y
FWxWy13530045636.7--
156.93563.21249.2cm216161616 =-
=-1150.2<[σ]2 =1800 kgλy=
l200==19.8<[λ]=120 式中:l=200 cm iy10.1NMxMy σ=--- 式中:查表得=0.9
FWxWy =-
13530045636.7--
0.9156.93563.21249.2cm2 =-1214<[σ]2 =1800 kg my=
MyFWyN
=
45636.7156.9=0.042
1249.21353 σ=
NBHF+
Mx 式中:查表得WxBH=0.8
=
135300+ =1329.6<[σ]2 =1800 kg2
cm0.8156.93563.2载荷组合乙第二种情况,由于计算值较小,故不予计算。 3、由于电缆拖车自重载荷作用,验算主桁架如下杆件
电缆拖车自重为1320㎏,全长为19m.其车轮布置如下(见图29)
电缆拖车车轮布置图29
(36)
' 车轮数:n=7,则平均轮压P电为:
'P电=
1320=188.6 kg
轮7考虑动力系数ψ电=1.1 则:
' P电=ψ电×P电=1.1×188.6=207.5 kg轮
电缆拖车相应于主梁的节点载荷如下:
' P9=
13202=151.7 kg节点 17.4'P9=ψ电×P9=1.1×151.7=167 kg节点
下面验算杆件
电缆拖车支架BE、EC杆件均采用L50×50×6角钢 (1)、杆件A—D(即主桁架中h—8)验算:(见图30)
图30
(37) N=P1+P2+P电
=1.5343+26.697+0.2075=28.4388t
Mmax=0.091P电×1.436=0.02712t·m=2712㎏·㎝
杆件A—D(h-8)采用2×[12槽钢 F=2×15.362=30.724㎝2
ix=4.75㎝ iy=1.56㎝ WX= 115.4㎝3
215=45.3 4.75215λy==137.8<[λ]=150 l=215 cm
1.56λx=
弯矩平面内的验算
m= σ=
MF271230.724==0.025 NWX28438.8115.4NBHF=-
28438.8 式中:查表得0.6730.724cm2BH=0.67
=1381.5<[σ]1=1600 kg (2)、杆件E—C验算 采用L50×50×6角钢 F=5.69 ㎝2
iy=0.97 ㎝ l=37×2 =52.3 cm λy=
l52.3==<[λ]=200 iy0.97N=0.763P电=0.763×207.5=158.3 ㎏ 式中:查表得
y=0.854
σ=
N158.3= =32.6<[σ]1=1600 kg2
cmyF0.85.69(38)
(3)、杆件E—B验算 采用L50×50×6角钢
M=0.46P电×4.5=0.46×207.5×4.5=429.5㎏·㎝ N=0.P电=0.×207.5=112.05 ㎏ Wx=σ=
13.1=3.7 3.M112.029.5N+=+ =135.8<[σ]1=1600 kg2
cmWXF5.693.7 (三)、水平桁架强度、刚度和稳定性计算
1、主桁架中的上弦杆已验算过,下面仅验算另一弦杆。
(1)、组合乙
甲、杆件错误!—错误! 采用30b工字钢
F=67.254㎝2
ix=11.8㎝ l=140 cm N=-(6.819P'7+5.56P8) P'7=P7+
(14821207.32184992.4777)tg
21 =138.6+235.3 式中:1482—水平桁架自重之半
=373.9 ㎏ 平台)
=-10162
1207.3—花纹板自重
N=-(6.819×373.9+5.56×1369.1) 2184—栏杆自重(不包括:梯子、
㎏
992.4—联系梁自重
777—斜桁架自重 tgα=4
(39)
1.6=0.742.15σ=
lixN10162==-151.1<[σ]2 =1800 kg2
cmF67.2150=12.7<[λ]=150 式中:查表得x=0.57 . l=1511.8 λ==
0 cm
σ=
N151.1==265.1<[σ]2 =1800 kg2
cmxF0.57 乙、杆件错误!—错误! 验算 N=4.751P8+4.954P'7
=4.751×1369.1+4.9×373.9 =8356.9㎏
σ=
N8356.9==124.3<[σ]2 =1800 kg2
cmF67.2 2、水平桁架斜杆验算
(1)、杆件\o\ac(○,6)—e 采用[12槽钢
F=15.362㎝2 ix=4.75 l=212.6 cm
N=-5.98P'7-2.99P8=-5.98×373.9-2.99×1369.1 =-6329.5㎏ σ=
lixN6329.5=-=-412<[σ]2 =1800 kg2
cmF15.362212.6=44.8<[λ]=200 4.75λ==σ=
N412==-588.6<[σ]2 =1800 kg2
cmxF0.7 (2)、杆件g—错误!验算
当小车中心停在柔性腿中间时,则R柔=2P8
N=-2.99P8-7.474P'7=-2.99×1369.1-7.474×373.9 =-6888.2㎏
(40)
σ=
λ==
σ=
lixN6888.2==-448.4<[σ]2 =1800 kg2
cmF15.362212.6=44.8<[λ]=200 4.75N448.4==-640.6<[σ]2 =1800 kg2
cmxF0.73、水平桁架直杆验算 采用2×[12槽钢
F=2×15.362=30.724㎝2
ix=4.75㎝ l=160 cm N=P'7+P8=-373.9-1369.1=-1743㎏ σ=
N1743==-56.7<[σ]2 =1800 kg2
cmF30.724lix λ==
σ=
x=0.46
160=33.7<[λ]=200 4.75N56.7==123.3<[σ]2 =1800 kg2 式中:查表得
cmxF0.46 由于组合乙计算值较小,故载荷组合甲和载荷组合乙的第二种工况
均不必另行验算。 (四)、斜桁架杆件验算
由于弦杆已在主桁架和水平桁架中验算过,下面仅验算斜杆 1、 斜杆错误!—6验算 采用[10槽钢 F=12.748㎝2
ix=3.95㎝ l=306 cm (41)
N=-6.075P12=-6.075×409.7=-24㎏
σ=
N24==-195.3<[σ]1=1600 kg2
cmF12.748lix λ==
306=77.5<[λ]=200 3.95σ=
N195.3kg==-849.1 <[σ]2 式中:查表得x=0.23 1=1600 cmxF0.23五、 主梁静刚度、上拱和动刚度计算 (一)、主梁静刚度计算
四桁架式主梁的总体刚度,用动载荷作用下主桁架跨中和悬臂端的 弹性变形(称静挠度)来衡量。
主桁架在小车轮压(不考虑动力系数和冲击系数)作用下,(即小车 位于跨中或悬臂端)引起的挠度可按莫尔公式计算;对于校核性计算, 可用下面的公式计算。计算时将主桁架及和主桁架位于同一平面的支 腿,都转换成实体结构,然后按箱形龙门起重机相类似的刚度计算公 式计算挠度。
(1)、小车位于跨中,主桁架跨中的挠度为:
fP2L38k31 f中=() 中≤[f]中=
L700482EI折8k12 (2)、小车位于悬臂端,主梁悬臂的挠度为:
fP2l28k31 f端=(l+L) 悬≤[f]悬=
l8k123003EI折 式中:P2—小车轮压 P2=
冲击系数 )
(42)
2208075000=24270㎏ (不计动力系数和
4 L—跨度 L=2700㎝
l—有效悬臂长度 l=600㎝
k—系数. k=
I折I腿折.
2HL
I腿折=
A肢h1221 其中:H-支腿的投影高度 H=919.8㎝
21.3163302 = μ2—变截面支腿的计算长度折算系数
21.3μ2=1
=8.93×105㎝4 I折—将主桁架视为实体梁时,梁的折算惯性矩
I折=I1=20.65×105㎝4 k=
I折I腿折.
2HL I腿折—将桁架支腿视为实体构件时,支腿的折算惯性矩。
可
=
20.651919.8× 由于支腿和主桁架连接的两个肢截面积相等,I腿折8.932700=0.79 用下式计算:I腿折=
A肢h1221
这里:A肢—桁架支腿和主桁架连接的一个肢的截面积 A肢=21.316㎝
h1—支腿和主桁架连接处,两个肢之间的距离。h1=330㎝
2 μ1—系数.
P2L38k3f中=()
48EI折8k12 查表得:μ1=1.3
242702700380.793=×()
482.110620.6510580.7912=1.17 ㎝
f中L=
1.1711=<[f]中= 27002308700(43)
P2l28k3f端=(l+L)
8k123EI折24270600280.73 =×(600+×2700) 6532.11020.651080.712 =1.27 ㎝
f悬1.2711==<[f]悬= l600472300 (二)、主梁上拱度计算方法及计算值 1、计算方法 根据规范规定: 跨中上拱度, f梁中= 悬臂上拱度, f梁悬=
L 1000L0 L0—悬臂总长度 500 跨中各节点的上拱值按下式计算
4x2 f拱中=f梁中[1-2]
L 悬臂端各节点的上拱值按下式计算
f拱悬=f梁悬(
x) L0 跨中自重挠度计算
G梁G栏N1Ni0l f中自重=(P1) P1=
24EFii1n 悬臂距支腿轴线6m处自重挠度计算
Ni'Ni0'l f悬自重=(P1)
EFii1n(44)
制造时主梁各节点上拱值应包括自重下挠度 跨中:f中拱制=f拱中+f中自重 悬臂:f悬拱制=f拱悬+f悬自重 2、主梁上拱计算值
(1)、跨中
f拱中=
L2700==2.7 ㎝ 10001000nN1Ni0l2475137.6 f中自重=(P1) P1==1347.6
21EFii1kg节点
N1Ni0l=519 (计算 Fi1in5191347.6 =
2.1106略)
=0.33 ㎝
故: f中拱制=2.7+0.33=3.03 ㎝ (2)、悬臂 f梁悬=
L0910==1.82 ㎝ L0=910 ㎝ 500500nnNi'Ni0'lNi'Ni0'l f悬自重=(P1) =302 (计算 略)
EFiFii1i1 =
3021347.6 62.110 =0.19 ㎝
故: f悬拱制=1.82+0.19=2.01 ㎝
拱度在桁架长度方向的变化应该是均匀的(认为支腿和主桁架连接
处上拱值为零),各节点的上拱值按正弦曲线变化,这里就不在计算了。
(45)
(三)、主梁动刚度计算
1、小车空载位于跨中时,垂直方向的自振周期T中计算 T中=2π
1gM<[T]=0.3 秒 K M =(0.5qL+G小) 式中:M—大车及小车的换算质量(㎏·S2/
㎝)
q =
=
G梁36.55 =
24751 q—主桁架单位长度重 (㎏/m) 36.55677.2 ㎏/m 36.55—主梁全长 (m)
M =
1(0.5×677.2×27+22080) 980 =31.86 ㎏·S2/㎝ K =
48EJx K—桥架在垂直平面的刚度 (㎏/㎝) L32P2L322427027003 式中:Jx===8.1×106㎝4 82.1101.1748Ef中
482.11068.110 K==4.15×10㎏/㎝ 32700 故:T中=2×3.14
31.86=0.174<[T]=0.3 秒
4.15104 2、小车空载位于有效悬臂处,垂直方向的自振周期T悬计算 T悬=2π
M≤[T]=0.3 秒 K M =(0.3q l +G小) =
1(0.3×677.2×6+22080) 9801g =23.77 ㎏·S2/㎝
(46)
K=
3EJX
l2(Ll)32.11068.1106 K==4.3×104㎏/㎝ 2600(2700600) 故:T悬=2×3.14
23.77=0.15<[T]=0.3 秒
4.3104第四章
支腿计算
支腿计算,主要分析门架平面内和支腿自身平面内的内力,一般按 平面系统计算。另外计算中采用了折算惯性矩,把变断面的支腿和桁架 主梁都近似简化为承受弯矩的实体结构。实践证明,此方法计算上比较 简单,作为选定构件尺寸还是可行的。 一、 支腿的载荷和内力计算 (一)、支腿的载荷
小车和货载的工作轮压 P2=26697 kg轮
单片主梁自重分布载荷 P1=1534.3 kg节点 马鞍自重(作用在一个支腿上) P10=1481 kg
片 梯子平台自重(作用在支腿附近的主桁架二节点上)P11=1720㎏
' 风载(沿小车轨道方向)P风计算:
121 =(354.6+337.3+1576.8)+526.33
2''‘ P风 =(P梁风+P‘小车风+P’)+P 货物风支腿风 =1660.7 ㎏
' 小车制动惯性力 F小车=6934.3 ㎏ ..货 (47)
(二)、门架平面内支腿内力计算
当小车位于有效悬臂6m位置时,支反力最大。故支腿计算时仅 取该位置进行计算。
'‘ 门架平面内所受载荷为P1、P2、P10、P11、P风和F 小车..货 按力法求解如下:(外力一次静不定) 主梁的折算惯性矩J2(半侧数据) 支腿Ⅰ折算惯性矩J1(半侧数据)
支腿Ⅱ折算惯性矩J3(半侧数据)
1、 自重(主梁)作用时,约束反力x1的计算(见图31) 以下计算中,只考虑构件的受弯,而略去轴力、剪力、扭转力矩
1h3Lh2h3 δ11=(++)
E3J1J23J3qLhL2L2 △1p=-(-0) EJ2122正则方程: x1δ11+△1p= 0
1L21L02()()]2h x1(q)=12h
1J2L1J2()()3J1h3J3qL[
(48)
图31
(49)
2、 移动载荷作用于有效悬臂6m处,反力x1计算(见图32)
图32
△1p=
1PLhL0 2EJ2
x1(q)=-
1p111LL0P(2)2h= 1J2L1J2()()3J1h3J3
(50)
3、 水平载荷作用反力x1计算(见图33)
图33
△1p=-(
1E11Qh2L+Qh3) 2J23J1 x1(Q)=-
1p111L1JQ[()(2)]2h3J1= -
1J2L1J2()()3J1h3J3
(三)、惯性矩折算
1、主梁的折算惯性矩J2 J2= I1=21.78×105㎝
2、支腿Ⅰ的折算惯性矩J1
顶部和底部断面尺寸 (见图34)
(51)
图34
F=6×21.316=127.896 ㎝2
Z0=1.67 ㎝
J1mxin=6×21.316×332+6×21.316×(7+0.4)2 =1.46×105㎝4
J1mxax=6×21.316×932+6×21.316×(7+0.4)2 =11.13×105㎝4
3( μ折x= 0.2+0.8
Jmin2) Jmax = 0.2+0.8
max折折 J1x=μx×J1x
31.461052()=0.267 511.1310 = 0.267×11.13×105=2.97×105 ㎝4
J1折2.97105x γ===48.2 ㎝
F127.6折x(52)
42.632(70.4)42.632186=.5 ㎝
127.2.632(70.4)42.63266 Z2==24.5 ㎝
127.6 Z1=
max22 J1y= 6×21.316×64.5+2×21.316×(.5-7)
+2×21.316×(186-64.5)2 =13.02×105 ㎝4
22 J1miny= 6×21.316×24.5+2×21.316×(24.5-7)
+2×21.316×(66-24.5)2=1.63×105 ㎝4
μ= 0.2+0.8
折y31.631052()=0.2 513.0210折455 J1y= 0.2×13.02×10=3.44×10 ㎝
3.44105γ==51.9 ㎝
127.6折y3、支腿Ⅱ的折算惯性矩J3 (见图35)
图35 (53)
max245 J3x= 6×21.316×78.33=7.85×10 ㎝ min245 J3x= 6×21.316×38.33=1.88×10 ㎝
μ折x=1
7.85105 γ==78.3 ㎝
127.6折x221.316156.66=52.2 ㎝
127.6221.31676.66 Z2==25.6 ㎝
127.6 Z1=
max22 J3y= 6×21.316×52.2+2×21.316×(156.66-52.2)
= 8.137×105 ㎝4
min22 J3y= 6×21.316×25.6+2×21.316×(76.66-25.6)
= 1.95×105 ㎝4 μ= 0.2+0.8
折y31.95105=0.451 58.13710max折 J折3y=μy× J3y
= 0.451×8.137×105=3.67×105 ㎝4
3.67105 γ==53.57
127.6折y3.67105 W= = 3.513×103 ㎝3
156.6652.2折3y (四)、支腿内力计算(见下图)
1、支反力(当移动载荷位于有效悬臂6m处) (1)、分布载荷引起支反力=10P (2)、活动载荷引起支反力=2.636P2 (52)
(3)、水平力引起支反力=Q= (4)、马鞍引起支反力=P10
hL10.682Q=0.339Q 31.5' (5)、水平力Q=P风所引起的水平载荷(组合甲)
'' 水平力Q= P风+ F小车所引起的水平载荷(组合乙) ..货12
2、 支腿Ⅱ支反力计算 组合甲:
' V=10P1+2.636P2+0.418×P风
=10×1.5525+2.636×26.697+0.418×1.7495 =86.63 t 组合乙:
'' V=10P1+2.636P2+0.418(P风+ F小车) ..货12 =10×1.5525+2.636×26.697+0.418(1.7495+
6.9343) 2 =88.08 t
(53)
3、支腿Ⅰ支反力计算(即支腿Ⅰ支反力加上梯子平台重量,每个 支腿上增加P11,再加上马鞍引起反力P10) 组合甲: V=86.63+ 组合乙: V=88.08+
1.6+1.481= 90.361 t 21.6+1.481= 88.911 t 212 注:以上计算支腿支反力时均不包括支腿本身自重。 4、 门架平面内多余约束引起支座推力计算
约束反力计算式为: (1)、支腿Ⅰ计算工况和内力
LPLl1L1L1JqL[()2(0)2]2(20)Q[()(2)]12hh2h2h3J1 X1=
1J2L1J2()()3J1h3J3 支反力 HB=X1 HA=X1-Q
() 组合甲
11131.56111.552531.5[(2.95)2(0.85)2](226.697)1.7495[(2.95)(25.9)]212222310.682 HB=
11(25.9)2.95(11.4)33 =-0.568 t
HA= X1-Q=-0.568-1.7495=-2.3175 t
VA=10P1+2.636P2-0.418×Q+P10+P11
=10×1.5525+2.636×26.697-0.418×1.7495+1.481+0.8
=87.448 t 组合乙: HB=X1=
1.552531.50.3639544.222.9510.108
15.38312 =-0.0423 t
HA= X1-Q=-0.0423-2.95=-2.5918 t
VA= 10P1+2.636P2-0.418×Q+P10+P11
= 10×1.5525+2.636×26.697-0.418×2.5495+1.4
81+0.8
= 87.114 t
(2)、支腿Ⅱ计算工况和内力 (见下图) 约束反力计算
PLl1L1l1L1JqL[()2(0)2]2(20)Q[()(2)]12h2h2h2h3J1 X1=
1J2L1J2()()3J1h3J312
(55) 组合甲 HB=X1=
1.552531.50.7153226.697(0.207)1.749510.108
15.383 =0.406 t
HA=Q+ X1=1.7495+0.406 =2.155 t 组合乙: HB=X1=
1.552531.50.7153226.697(0.207)2.9510.108
15.383 =-1.842 t
HA= X1-Q=-1.842+2.95 =0.7075 t
二、 支腿强度和稳定性验算
支腿平面内也是一次静不定系统,由于精确计算比较复杂,现按
静定系统计算,这样偏于安全。 (一)、支腿Ⅱ强度和稳定性验算
(见下图)
(56)
1、支腿平面内 组合甲
轴压力 N = V×
10.839 10.682 = 86.63×1.015 = 87.93 t 如按支腿Ⅱ内侧4个[14槽钢承受轴力计算 σ=
N87930==1031.3<[σ]=1600 kg2
cmF421.316 对于y—y轴平面 偏心: e =
Z1Z252.225.6== 38.9 ㎝ 22 M = N e =87930×38.9=34.205×105 ㎏·㎝ 刚度:λy=
l'折y=
1100=20.534<[λ]=150 53.57MF34.205105127.6 m =折== 1.4162 33.5131087930W3yN
(57)
按偏心受压,查表得 稳定:σ=
NBH=0.67 式中:F=6×21.316=127.6㎝2
87930
0.67127.6cm2BHF=
= 1026.1<[σ]=1600 kg 组合乙:
10.839= 88.08×1.015 = 401 t 10.682N401 σ===1048.5<[σ]=1800 kg2
cmF421.316 N = V×
对于y—y轴平面
偏心:e = 38.9 ㎝ M = N
e = 89401×38.9=34.78×10
5 ㎏·㎝
刚度:λy=20.534<[λ]=150
34.78105127.6MF m =折== 1.4163 33.51310401W3yN 按偏心受压,查表得 稳定:σ=
BH=0.65 =
401
0.65127.6cm2NBHF = 1075.4<[σ]=1800 kg
2、支腿平面外,由于支座水平反力HB在支腿Ⅱ顶部产生弯矩 组合甲
HB= 0.406 t
M = HBh =0.406×10.682 = 4.337 t·m N = 87.93 t
(58)
J3max7.85105NMx σ=+ 式中:W3x===1.002
78.3378.33FW3x×104㎝3
879304.337105 =+ 4127.61.00210 = 731<[σ]=1600 kgcm2
MF4.337105127.6 m =×=×
W3xN1.00210487930 = 0.063 λx=
l'折x=
1100= 14.1<[λ]=150 78.3BH 按偏心受压,查表得 稳定:σ=
N=0.61
BHF=
87930
0.61127.6cm2 = 1127<[σ]=1600 kg 组合乙:
HB=-1.842 t
M = HBh =1.842×10.682 = 19.676 t·m
19.676105MN401 σ=+==+
W3x1.002104F127.6 = 895.4<[σ]=1800 kgcm2
19.676105MF127.6 m =×=× 4W3x1.00210N401 = 0.281
λx= 14.1<[λ]=150
(59) 按偏心受压,查表得 稳定:σ=
NBH=0.56
BHF=
401
0.56127.6cm2 = 1248.2<[σ]=1800 kg (二)、支腿Ⅰ强度和稳定性验算
1、支腿平面内 组合甲
轴压力 N = V×
10.839 10.682
= 88.911×1.015 = 90.245 t 如按支腿Ⅰ内侧4个[14槽钢承受轴力计算 σ=
N90245==1058.4<[σ]=1600 kg2
cmF421.316 对于y—y轴平面 偏心: M = N
e =Z1Z266.226.2== 46.2 ㎝ 225e =90245×46.2= 41.693×10
㎏·㎝
折J4.06105FM1y折 m =折× 式中:Wy===3.1
(196.6666.2)130.46NWy12×10
341.693105127.6=× 33.1121090245 = 1.8 刚度:λy=
l'折y=
1100=19.54<[λ]=150 56.3BH 按偏心受压,查表得
=0.59
(60) 稳定:σ=
NBHF=
90245
0.59127.6cm2 = 1196<[σ]=1600 kg 组合乙:
N= 90.361×1.015 = 91.716 t 如按支腿Ⅰ内侧4个[14槽钢承受轴力计算 σ=
N91716== 1075.7<[σ]=1800 kg2
cmF421.316 对于y—y轴平面
偏心: e = 46.2 ㎝
M = N e =91716×46.2= 42.373×105 ㎏·㎝
F42.373105127.6M m =折×=×= 1.9 3N3.1121091716Wy刚度:λy= 19.54<[λ]=150
按偏心受压,查表得 稳定:σ=
NBH=0.52
91716
0.52127.6BHF=
= 1379<[σ]=1800 kgcm2
2、支腿平面外, 由于支座水平反力HA在支腿Ⅰ顶部产生弯矩 组合甲
HA= -2.3175 t
M = HAh =2.3175×10.682 = 24.756 t·m N = 90.245 t
(61)
J1max12.37105MNx σ=+ 式中:W1x===1.258×104㎝3
W1x98.3398.33F24.75610590245 =+ 41.25810127.6 = 9.4<[σ]=1600 kg 此时认为整个断面内杆件均承受压力
cm2
J1折M3.44105F折x m =折× 式中:Wx===1.749×103
196.66196.66NWx24.756105127.6=× 1.74910390245 = 2.006 λx=
σ=
Nl'折x=
1100= 21.2<[λ]=150 51.9BHF=
90245 查表得0.127.6cm2BH=0.
= 1306.7<[σ]=1600 kg 组合乙:
HA= -2.5918 t
M = HAh =2.5948×10.682 = 27.676 t·m N = 91.716 t
MN9171627.676105 σ=+=+
W1x127.61.258104F = 937.1<[σ]=1800 kgcm2
MF27.676105127.6 m = 折×=×= 2.207
N1.74910391716Wx (62) λx= 21.2<[λ]=150
σ=
NBHF=
91716 查表得0.46127.6cm2BH=0.46
= 1559<[σ]=1800 kg
14 支腿Ⅰ两侧的2个[10槽钢按承受轴压计算
27.676105MN91716 σ=+=+
W1x1.2581044F4212.748=1119.3<[σ]=1800 kg 三、支腿杆件局部稳定性验算
cm2
支腿(二个)主肢杆局部稳定性验算 节间长 l=1.4㎝ 采用 [14槽钢
F=21.316㎝2 ix=5.35 ㎝ λx== 许可承载能力:
lix1.5
=28.9<[λ]=150 5.35
[N]=F[σ] 查表得= 0.86
= 0.86×21.316×1600= 29.33 t
这是一个肢杆的承载能力,对于支腿Ⅰ、支腿Ⅱ都是允许的,而 其余杆件均满足λ=<[λ]=150(受压时)的要求。不再计算
(63)
主要参考资料
(1)、《起重机设计手册》 中国铁道出版社 (2)、《起重机设计规范》 GB3811-2008 (3)、《起重机设计与实例》 机械工业出版社 (4)、《起重机计算实例》 中国铁道出版社 (5)、《起重机金属结构》 机械工业出版社
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