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目 錄 摘要 .................................................................................................................................I 關(guān) 鍵 詞 .........................................................................................................................I ABSTRACT ..................................................................................................................II KEY WORD..................................................................................................................II 1.軌道式集裝箱門式起重機(jī)總概 ................................................................................1 2.總體設(shè)計(jì) ....................................................................................................................2 2.1設(shè)計(jì)參數(shù) .............................................................................................................2 2.2主梁設(shè)計(jì) .............................................................................................................3 2.3端梁設(shè)計(jì) .............................................................................................................5 2.4剛性支腿設(shè)計(jì) .....................................................................................................5 2.5柔性支腿設(shè)計(jì) .....................................................................................................8 2.6下端梁設(shè)計(jì) .......................................................................................................10 2.7上馬鞍設(shè)計(jì) .......................................................................................................10 3.起重機(jī)整機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算 ..........................................................................................11 3.1空載起重機(jī)沿軌道方向起、制動(dòng)時(shí)的載重穩(wěn)定性安全系數(shù)驗(yàn)算 ...............12 3.2起重機(jī)滿載時(shí)垂直于大車運(yùn)行軌道方向的載重穩(wěn)定性安全系數(shù)驗(yàn)算 .......15 4.主橋架計(jì)算 ..............................................................................................................17 4.1載荷計(jì)算 ...........................................................................................................17 4.2主梁內(nèi)力計(jì)算 ...................................................................................................19 4.3 強(qiáng)度計(jì)算 ...........................................................................................................21 4.4疲勞強(qiáng)度計(jì)算 ...................................................................................................24 4.5主梁穩(wěn)定性計(jì)算 ...............................................................................................27 5.支腿計(jì)算 ..................................................................................................................29 5.1載荷計(jì)算 ...........................................................................................................29 5.2支腿內(nèi)力計(jì)算 ...................................................................................................31 5.3支腿強(qiáng)度計(jì)算 ...................................................................................................34 5.4支腿穩(wěn)定性計(jì)算 ...............................................................................................36 6.下橫梁的強(qiáng)度計(jì)算 ..................................................................................................39 7.連接強(qiáng)度驗(yàn)算 ..........................................................................................................39 7.1計(jì)算法蘭板上焊縫的強(qiáng)度 ...............................................................................39 7.2剛性支腿下端與下橫梁聯(lián)合 ...........................................................................41 7.3螺栓連接計(jì)算 ...................................................................................................42 8.剛度計(jì)算 ..................................................................................................................43 8.1靜剛度和位移 ...................................................................................................43 8.2橋架水平慣性位移 ...........................................................................................44 8.3起重機(jī)偏斜運(yùn)行對主梁產(chǎn)生的水平位移 .......................................................45 8.4垂直動(dòng)剛度 .......................................................................................................45 9.起重機(jī)拱度 ..............................................................................................................46 參 考 文 獻(xiàn) ................................................................................................................47 致 謝 ..........................................................................................................................48 I 摘要：隨著國際集裝箱運(yùn)輸事業(yè)的飛速發(fā)展，對軌道式集裝箱門式起重機(jī) 的要求越來越高，使得各大廠商在新研制的起重機(jī)堆碼高度、跨度以及速度等 主要參數(shù)上都有了較大的發(fā)展。 我國從 90年代開始著手研制軌道式集裝箱門 式起重機(jī)，主要用于鐵路系統(tǒng)的集裝箱堆場。由于受各方面條件的限制，與國 外同類產(chǎn)品相比，國產(chǎn)軌道式集裝箱門式起重機(jī)還存在不少差距，如技術(shù)性能、 質(zhì)量水平、作業(yè)效率等相對較低，尤其是海港堆場使用的現(xiàn)代化軌道式集裝箱 門式起重機(jī)，國內(nèi)尚屬空白，國內(nèi)市場均被進(jìn)口產(chǎn)品所占領(lǐng)。隨著鐵路、高速 公路集裝箱運(yùn)輸業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，我國必將形成以港口、內(nèi)陸轉(zhuǎn)運(yùn)站為主的集 裝箱集疏運(yùn)系統(tǒng)。就目前集裝箱運(yùn)輸?shù)膶?shí)際情況來說，龐大的鐵路運(yùn)輸遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯 后于海運(yùn)和公路運(yùn)輸。其中的關(guān)鍵因素主要是集裝箱堆場裝卸機(jī)械落伍和嚴(yán)重 匾乏，構(gòu)成了鐵路集裝箱運(yùn)輸?shù)钠款i。隨著集裝箱運(yùn)輸業(yè)務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展、港 口吞吐量的增加、新建碼頭的陸續(xù)投入使用和舊碼頭的技術(shù)改造、對大型、高 效、性能先進(jìn)的起重設(shè)備的需求量將逐年增加。本次設(shè)計(jì)就是本著提高港口機(jī) 械的裝卸效率的原則，設(shè)計(jì)的大噸位、大跨度、大起升高度的軌道式集裝箱門 式起重機(jī)。起重量 40t是現(xiàn)有最大的起重量，大跨度和高起升高度大大擴(kuò)大了 起重機(jī)的工作區(qū)域，作業(yè)能力大大提高。本機(jī)設(shè)計(jì)是基于現(xiàn)有產(chǎn)品模型自行設(shè) 計(jì)出來的，設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是金屬結(jié)構(gòu)方面的內(nèi)容，包括主梁端梁的設(shè)計(jì)、剛性 支腿、柔性支腿等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 關(guān) 鍵 詞：軌道式 集裝箱 門式起重機(jī) 柔性支腿 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) II Abstract: with the international container transportation the rapid development of our business, for rail type container door crane demand more and more, make each big manufacturers in the new development of the crane height, span and speed, the main parameters is the larger development. Our country from the 90 s began developing rail type container door crane, mainly for the railway system of the container yard. Affected by various conditions the limit, and compared with the prices of similar products abroad, domestic rail type container door crane gap there are still many problems, such as the technical performance and quality level, the operation efficiency and relatively low, especially harbor yard use of the modernization of the rail type container door crane, is still in the domestic blank, the domestic market are imported products capture. Along with the railway, highway container transportation business of rapid development, China will form, inland port container transportation system mainly transfer station. Currently the actual situation of container transportation, for the huge railway transport and road transportation sea lags far behind. One of the key factors are the main container yard loading and unloading machinery behind and serious lack of plaque, constitutes the railway container transport bottlenecks. With the further development of container transportation business, port throughput increases, the new terminal's succession in use and the technological transformation of the old terminal, for large, highly effective, the performance of advanced lifting equipment demand will increase year by year. This design is in line with improving port machinery of loading and unloading the principles of efficiency, the design of large tonnage, big span, big lifting height of the orbit of the container door crane. The weight is the largest 40 t existing lifting weight, the large span and high hoisting height expand greatly the crane work area, operation capacity is greatly increased. This machine design is based on the existing product model to design out, design the content is mainly metal structure of aspects, including the design of the main girder beams, rigid a leg, flexible a leg and structure design. Key word: rail type container door crane flexible a leg structure design 1 1.軌道式集裝箱門式起重機(jī)總概 本起重機(jī)專供集裝箱貨場上做集裝箱的裝卸車及堆垛之用。在龍門起重機(jī) 的行走距離內(nèi)可以進(jìn)行吊一箱過三箱的作業(yè)，為擴(kuò)大起重機(jī)的作業(yè)范圍，本機(jī) 具有兩側(cè) 13米的外伸距，加上龍門架跨度內(nèi)的 60米工作長度，形成 86米長的 小車作業(yè)線。起重機(jī)可以在門架跨度內(nèi)堆存 21排集裝箱；在外伸距處作車道的 集裝箱裝卸車作業(yè)。同時(shí)，為了適應(yīng)不同的集裝箱堆放方向和集裝箱拖車行走 方向。本機(jī)配備伸縮式集裝箱索具（亦稱吊具） ，索具的開閉鎖動(dòng)作和伸縮可以 由司機(jī)在操縱室操作。 本起重機(jī)在軌距 60米的軌道上運(yùn)行，軌道型號為 QU80，以保證起重機(jī)在 額定載荷下安全使用。操縱室懸掛在小車旋轉(zhuǎn)架上，和旋轉(zhuǎn)架、集裝箱索具一 起橫移和旋轉(zhuǎn)，保證司機(jī)有良好的視線，以便準(zhǔn)確對箱操作。本起重機(jī)各機(jī)構(gòu) 均為工作性機(jī)構(gòu)。即都能帶載動(dòng)作，完成 20英尺或 40 英尺集裝箱的起升、下 降、橫移、旋轉(zhuǎn)及整機(jī)沿堆場軌道運(yùn)行。起重機(jī)的設(shè)計(jì)和校核均按我國國家現(xiàn) 行標(biāo)準(zhǔn) GB3811-83《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》和 GB6070-85《起重機(jī)械安全規(guī)程》的 相應(yīng)規(guī)定執(zhí)行，以保證本起重機(jī)在集裝箱裝卸作業(yè)時(shí)正常工作。 本機(jī)金屬結(jié)構(gòu)均是鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu),門架與門腿成 π 型,門腿內(nèi)設(shè) 直梯，主梁上設(shè)有人孔，以方便人員進(jìn)如進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢查。門架與主梁用法 蘭方式聯(lián)結(jié)；主梁分成三段，用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)結(jié)；以方便運(yùn)輸和安裝。在運(yùn)輸 過程中，注意枕木的擱置點(diǎn)應(yīng)放在箱體的橫隔板部位，以免產(chǎn)生凹陷變形。本 機(jī)的起升機(jī)構(gòu)、小車機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和大車機(jī)構(gòu)均有終點(diǎn)開關(guān)保護(hù)。開關(guān)位置 在總裝試車前按設(shè)計(jì)圖要求定位。大車行走機(jī)構(gòu)上的頂軌器和防臺錨定銷和小 車錨定銷上均有行程或聯(lián)鎖開關(guān)，亦須在現(xiàn)場作定位調(diào)整。 大車機(jī)構(gòu)的附屬安全設(shè)備較多，有行程終點(diǎn)開關(guān)；門腿一側(cè)位置設(shè)有錨 定聯(lián)鎖開關(guān)；在另一側(cè)位置設(shè)有大風(fēng)防爬裝置；裝在四條門腿上的大車行走聲 光報(bào)警器以及電纜放出完畢停車開關(guān)。這里需說明一下：當(dāng)操縱大車運(yùn)行手柄 欲令大車行走時(shí)，首先行走聲光報(bào)警器發(fā)出紅色閃光，且笛聲大作，警告軌道 附近人員避讓，同時(shí)，防爬器電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)提防爬靴。當(dāng)防爬靴提起高度碰及行 程開關(guān)時(shí)它一面接通行走控制電路，一面點(diǎn)亮松軌指示燈，行走電動(dòng)機(jī)正向 2 （或反向）接觸器動(dòng)作，起重機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行。 停車時(shí)，操縱桿手柄扳回“0”位，行走電動(dòng)機(jī)失電，此時(shí)行走制動(dòng)器不立 即剎車，起重機(jī)可以籍慣行滑行一段距離。經(jīng)過一段延時(shí)，然后制動(dòng)器才失電 抱閘停車，同時(shí)防爬電機(jī)失電，防爬靴下落至路軌上，碰動(dòng)行程開關(guān)，切斷大 車控制回路，頂軌指示燈亮。 吊具系統(tǒng): 吊具開閉鎖只有在著箱開關(guān)全部動(dòng)作后，才能動(dòng)作。開閉鎖動(dòng)作完成后才 能進(jìn)行起升動(dòng)作。 2.總體設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)參數(shù) 起重量 Q=40t/10t 小車自重 G x=60t 小車軌距 b=14410mm 起升速度 V 起 =25m/min 大車運(yùn)行速度 V 大 =50m/min 起升高度 H 0=16.5m 跨度 L=60m 有效懸臂長度 L0剛 =13m L0柔 =13m 懸臂全長 L0′ 剛 =18m L0′ 柔 =18m 沿海 工作風(fēng)壓 q Ⅱ =250pa 非工作風(fēng)壓 qⅢ =800pa 材料 A3 鋼 工作級別 M6 3 2.2主梁設(shè)計(jì) （1）基本尺寸設(shè)計(jì) 取主梁高度 H 1=（1/14-1/17）L=3.6～6.8m 根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際要求和結(jié)構(gòu)的要求取 H 1=4040mm 選用主梁為偏軌式箱形主梁 主梁寬度 B 1=（0.6～0.8）H 1=1.3～2.1m 初選 B1=1.59m 變截面長度 初選為 3m 主梁上、下翼緣板厚 δ 0 =20mm 主腹板 δ 1=12mm 副主板 δ 2 =8mm 箱形梁承軌部分采用寬翼緣 T字鋼拼合，型號為 600 T字鋼上翼緣厚 20、腹板厚 12 圖 2-1 主橋架總圖 （2）主梁截面幾何參數(shù)計(jì)算 4 圖 2-2 主梁截面尺寸 截面積: A0=(1774X20+1650X20+4000X12+4000X8)mm2 =148520mm4 求重心坐標(biāo)： 1(748201640128340165208)5209.3x mm????????1(3).y? 求慣性矩： 33332221411706504084069. .9.93.85(m)XI?????????33332222104117065404086.9.7.7..5()yI????????? 5 2.3端梁設(shè)計(jì) 端梁高度 H 2=1/2H1=2020mm 寬度 B 2=1m 端梁上、下翼緣板厚 δ 0′ =10mm 腹板 δ=8mm 主梁和端梁采用法蘭盤螺栓鏈接 圖 2-3 端梁尺寸 2.4剛性支腿設(shè)計(jì) 根據(jù)跨度 60m，采用一剛性支腿和一柔性支腿的設(shè)計(jì)方法，柔性支腿鉸接。 在門架平面計(jì)算按靜定簡圖，在計(jì)算支腿平面內(nèi)力時(shí)，采用超靜定簡圖。由于 設(shè)計(jì)起重機(jī)為工作級別為 M6，最大輪壓為 20.3t，查手冊選取車輪的車輪直徑 為 Φ800，軌道型號為 QU80。由于起升高度 H0=16.5m，極限起升高度距主梁下 翼緣高度 h0=2.5m，支腿與質(zhì)量連接支座高度 hz=0.3m 。6 輪臺車高度 h 臺 =3.415m 臺車與下端梁連接支座 H 支下 =185mm下端梁高度 H 下端 =600mm 得出支腿的高度為： H 支 = H0+h0-hz-h 臺 -H 支下 -H 下端 6 =（16.5+2.5-0.3-3.415-0.185-0.6）m =14.5m=14500mm 門架平面: 剛性支腿上端寬度:b 剛上 =1.2h 主 =4.8m。 為滿足彎矩和扭力的強(qiáng)度要求，取 b 剛上 =5m。 下端寬度 b 剛下>1.59/3=0.53m。 考慮車輪和支腿支撐的構(gòu)造，取 b 剛下 =1000mm。 為節(jié)省材料又能符合力學(xué)的要求，將剛性支腿的構(gòu)造設(shè)計(jì)為如下圖形式： 圖 2-4 剛性支腿 剛性支腿上截面： 7 圖 2-5 1—1截面圖 剛性支腿下截面： 圖 2-6 2—2截面圖 剛性支腿 1-1截面計(jì)算： 222(640157610)49098Amm?????? 圖 2-7 剛性支腿上端截面 整個(gè)截面是由兩個(gè)截面組成，一個(gè)截面 321041205762140795.68mxI??????半 （ ）9y434半 （ ） 整個(gè)截面的慣性矩： 10423.6mxI??半 8 2124y2350.9mIA?????半 計(jì)算剛性支腿中間截面的尺寸屬性： 298剛 中 上 1043.6xxI??剛 中 上 （ ）214yy275.3mA??剛 中 半 （ ） 剛性支腿下端截面計(jì)算： 22(104160)60???3 1042574795.4mxI???（ ）29y 231 （ ） 2.5柔性支腿設(shè)計(jì) 柔性支腿下端寬度設(shè)計(jì)于剛性支腿相同：b 柔下 =1040mm 根據(jù) b0.7??柔 下柔 上 柔 上 取 b 柔上 =1640mm 9 圖 2-8 柔性支腿 支腿上截面： 圖 2-9 柔性支腿上端截面 柔性支腿下端截面和剛性支腿下端截面各尺寸一樣： 圖 2-10 柔性支腿下端截面 柔性支腿上截面： 22(1640215760)740Am?????3 1044953.6mxI ?（ ）2y12 （ ） 10 柔性支腿中間截面： 22(1340215760)6904Am?????3 1044753.mxI ?（ ）2y 812 （ ） 柔性支腿下截面和剛性支腿下截面各尺寸一樣，截面性質(zhì)一樣在此不再做 計(jì)算。 2.6下端梁設(shè)計(jì) 圖 2-11 下端梁總尺寸 下端梁的兩端截面計(jì)算： 圖 2-12 下端梁截面22(1046201)4580Am?????3 9463.1mxI ?（ ）2y 912 （ ） 11 2.7上馬鞍設(shè)計(jì) 上馬鞍設(shè)計(jì)與主梁直接相連，截面比較細(xì)小，起到加強(qiáng)橋架穩(wěn)定性、水平 剛度、抗彎、抗扭能力。因?yàn)樯像R鞍不在支腿平面與支腿直接剛性連接，所以 所受作用力相對較小。為了簡化模型在此我們不對其做考慮，把其當(dāng)作進(jìn)一步 加強(qiáng)作用。 圖 2-13 支腿平面示意圖 圖 2-14 上馬鞍的尺寸設(shè)計(jì) 3.起重機(jī)整機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算 帶懸臂的龍門起重機(jī)，除驗(yàn)算沿大車運(yùn)行方向空載起、制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性， 還須驗(yàn)算垂直于軌道方向的穩(wěn)定性，由于集裝箱的迎風(fēng)面積不大，運(yùn)行速度較 12 低，故滿載時(shí)的穩(wěn)定性可不計(jì)算。 3.1空載起重機(jī)沿軌道方向起、制動(dòng)時(shí)的載重穩(wěn)定性安全系數(shù)驗(yàn)算 1f1340.5()1.GBKPhPh???小橋 小橋 式中 G 橋 ——橋架重量2?剛 腿 柔 腿靜 總 馬 鞍 臺 車 下 橫 梁橋 （ ++G）185.40.6138t?????梁靜 總 軌 欄 桿 電 G 梁 ——一根主梁的自重 G 梁 =118t G 軌 ——一根主梁上的小車軌道自重 G 軌 =5.4t G 欄桿 ——一根主梁一側(cè)的平臺欄桿的自重 G 欄桿 =10t G 電 ——位于平臺上的電氣設(shè)備的重量 G 電 =4.6t G 剛腿 ——?jiǎng)傂灾鹊淖灾?G 剛腿 =18t G 柔腿 ——柔性支腿的自重 G 柔腿 =12t G 馬鞍 ——馬鞍自重 G 馬鞍 =10t G 臺車 ——大車運(yùn)行臺車總自重 G 臺車 =40t G 下橫梁 ——下橫梁自重 G 下橫梁 =15t2 tt??橋 （ 138+210+45） =6 Pf——作用在橋架和小車上的工作狀態(tài)最大風(fēng)力。 計(jì)算風(fēng)力時(shí)，前面一排的主梁，馬鞍、支腿、下橫梁及大車 輪組遮擋后面一排主梁、馬鞍、支腿、下橫梁及大車輪組。故后面一排受 風(fēng)面積應(yīng)減小，減小程度用折算系數(shù) η 表示。 風(fēng)力計(jì)算公式分別為： fnPckqA???前f ??后 f' nck?后 13 f' nPckqA?????后 式中 P′ ——作用在橋架與小車上的非工作狀態(tài)的最大風(fēng)力 C——風(fēng)力系數(shù) c=1.6 Kh——風(fēng)壓高度變化系數(shù),K h=1 計(jì)算非工作風(fēng)壓時(shí),K h=1.13 qⅡ ——第Ⅱ類載荷的風(fēng)壓值 qⅡ =250Pa qⅢ ——第Ⅲ類載荷的風(fēng)壓值 qⅢ =250Pa η——折算系數(shù)，根據(jù) a/h值查 a/h=3.25 <4 h1——橋架與小車擋風(fēng)面積形心高度 工作狀態(tài)最大風(fēng)力 Pf及非工作狀態(tài)最大風(fēng)力 P′ f和其相應(yīng)的迎風(fēng)面和形心 至大車運(yùn)行軌頂?shù)母叨?h，計(jì)算如表： 表 3-1 力 矩 名稱 迎風(fēng)面積 A （m 2） 形心高度 h1 (m) 工作風(fēng)載 t 非工作風(fēng) 載 t 1fPh? 1'f 主梁 384 21 15.36 55.5 322.56 1165.5 剛腿 17.4 16 0.696 2.51 11.14 40.16 柔腿 18.85 17 0.752 2.71 12.78 46.07 馬鞍 2.8 25.4 0.112 0.40 2.84 10.16 下橫梁 12.8 3.8 0.48 1.80 1.82 6.84 小車 16 24 0.64 2.31 15.36 55.44 司機(jī)室 4 18 0.16 0.58 2.88 10.44 大車車輪組 2 0.5 0.08 0.29 0.04 0.145 求各部件迎風(fēng)面積及形心至大車運(yùn)行軌頂?shù)母叨葧r(shí)，分別參照符圖從表 3- 1的值如下： 132.561.42.7841.25.3680.4369.2/fPh tm?????? 14 1'65.4016.70.16845.10.45134.7/fPh tm?????? P橋——起重機(jī)運(yùn)行起、制動(dòng)時(shí)引起橋架水平慣性力 gtGV??橋 大橋 制 式中 t 制 ——起重機(jī)制動(dòng)時(shí)間，t 制 =7秒。 在計(jì)算穩(wěn)定性時(shí)，取緊急制動(dòng)時(shí)間，t 制 =3.5秒。50.2439.8163.GPG???橋橋 橋 h3——橋架重心高度。 由于 2剛 腿 柔 腿靜 總 馬 鞍 臺 車 下 橫 梁橋 （ ++） 故 P 橋 ×h3值列表中： 表 3-2 名稱 重量 G（t） 重心高 度 h3(m) 慣性力 P 橋 （t） 力矩 P 橋 xh3 （t/m） 2G靜總 276 23 6.7 154.1 2G剛 39 16 0.9 14.4 2G柔 24 17 0.58 9.86 2G馬鞍 10 26 0.24 6.24 2G臺車 80 1.8 1.94 3.5 2G下橫梁 30 3.8 0.7 2.6633hh154..986.243.56190.7t/mP????????橋 橋 P 小 ——起重機(jī)運(yùn)行啟動(dòng)，制動(dòng)時(shí)引起的小車水平慣性力 0.21.t9.8163.5GG?小小 小 h4——小車重心高度 h 4=24m B——軌距 B=16m10.5(680)1645287.1.449.7.43.K?????? 15 3.2起重機(jī)滿載時(shí)垂直于大車運(yùn)行軌道方向的載重穩(wěn)定性安全系數(shù) 驗(yàn)算 圖 3-1 門架平面分析12201 0' h2 1.4QLGPhPKL??? ??剛小 小橋 剛 式中 P 2——作用在集裝箱上的工作狀態(tài)最大風(fēng)力。hq1.6259.317tCA??集 h2——小車軌頂至大車軌頂間的距離 h 2=23.2m PQ——小車運(yùn)行起、制動(dòng)時(shí)引起的物品水平慣性力 P 小 ——小車運(yùn)行起、制動(dòng)時(shí)引起的小車自重水平慣性力 24n7QG?????制小小 式中 φ 2——起升載荷系數(shù) 當(dāng) V 起 =25m/min時(shí) φ 2=1.17 φ 4——運(yùn)行沖擊系數(shù) V 小 小于 60m/min時(shí) φ 4=1.1 n 制 ——小車制動(dòng)的輪數(shù)， n 制 =4 16 n——小車的總輪數(shù) n=241.720.1845.t2QP??????小 h2=h4=23.2m P1′′ ——作用在橋架與小車的縱向工作最大風(fēng)力； h1——橋架與小車縱向擋風(fēng)面積形心高度 P1′′ 和 h1的計(jì)算列表為： 表 3-3 名稱 迎風(fēng)面積 A 形心高度 h1 工作風(fēng)載 P′′ 力矩 'h?? 主梁 70.4 21 2.8 58.8 剛腿 46.4 16 1.85 29.6 柔腿 46.4 17 1.85 31.4 馬鞍 14.4 25.2 0.576 14.5 司機(jī)室 6 18 0.24 4.3 下橫梁 15.8 3.8 0.63 2.4 大車輪組 9.8 0.5 0.38 0.2 =141.2t/m'hP?? 所以： 16048134.2173.2543.22 761.40K????? ?? 自重穩(wěn)定性安全系數(shù) ，見圖和下式計(jì)算。 110.51.5'hP?（ G橋 +小 ） B 式中 ——由上表數(shù)值得出：1'10.53.01547K????（ 6+8） 可見起重機(jī)的穩(wěn)定性滿足富余很大可保安全。 17 4.主橋架計(jì)算 4.1載荷計(jì)算 起重機(jī)的各種載荷不可能同時(shí)作用于金屬結(jié)構(gòu)，應(yīng)按各種載荷出現(xiàn)的頻繁 程度與結(jié)構(gòu)的重要性根據(jù)起重機(jī)不同工況，考慮最不利的情況下，進(jìn)行合理組 合。 （1）主梁自重載荷 主梁的單位重量： 34q019.801./2'6GFNmLl?????靜 總 （2）一根主梁上小車集中載荷 由于小車的軌距相對主梁橋梁的長度過小，故計(jì)算時(shí)將車輪壓力計(jì)算為一 點(diǎn)壓力，作為集中載荷，作用于主梁上的移動(dòng)載荷。 35()/2(108)9.10/29.810Qxcpmg N???????? 由于 簡便起見 用 代替 ， ， =1.1421??4?24? （3）端梁自重 分配于主梁端部為固定集中載荷: 3449.810.91dFN???? （4）慣性載荷 一根主梁上的小車慣性力為: 549.8107.104HxPN???? 18 一根主梁自重的慣性力: 431.30.951/HFqPNm??? 端梁自重作用在主梁端的慣性力為: 32.7014dH （5）偏斜運(yùn)行側(cè)向力 由于本起重機(jī)采用剛、柔性支腿，故側(cè)向力主要作用在剛性支腿架下面。 ①滿載小車在主梁跨中央 支腿下面采用 6車輪臺車，2 個(gè)一組 剛性支腿端總靜輪壓： 361 1 1P()(461208)9.0.79023RGP N?????????橋 由 查得06.8LB0.5?? 偏斜側(cè)向力為： 641s.079.1508.9102RP N????? ②滿載小車在主梁左端極限位置 剛性支腿下端車輪總靜輪壓為： 362111P)468012)9.0.4032RGP N?????????橋（ （ 65s22..5.R N? （6）扭轉(zhuǎn)載荷 偏軌箱形梁有垂直載荷和水平慣性力的偏心作用而產(chǎn)生的移動(dòng)扭矩，其他 載荷產(chǎn)生的扭矩較小而且作用方向相反，故不做考慮。 偏軌箱形梁彎心 A在梁截面的對稱形心在 x軸上， （不考慮翼緣板外伸部分） 19 彎心至主腹板中線的距離為： 21281()(1590)632ebm???????? 圖 4-1 扭轉(zhuǎn)載荷計(jì)算 軌高 h g=152mm1' (2015)2172gHhm????? 移動(dòng)扭轉(zhuǎn)力為： 551.9863.80pTe Nm?????4'702.17.1HxPh?? 4.2主梁內(nèi)力計(jì)算 （1）主梁垂直平面所受的內(nèi)力 ①小車位于跨中央對主梁產(chǎn)生的垂直彎矩： 20 圖 4-2 垂直面受力分析 圖 4-3 小車位于跨中位置時(shí)主梁垂直截面內(nèi)力分析2 54242047'9.8106.3106.3108()( )8482.01qcvFLPlMNm????????????? 跨中內(nèi)扭矩為： 5()4.1702ncPHTTNm????? 跨中主腹板所受剪力為： 541.102pF???? ②小車位于懸臂極限位置，對主梁跨端或懸臂根部產(chǎn)生的垂直彎矩： 21 圖 4-4 小車位于懸臂極限位置時(shí)主梁垂直截面內(nèi)力分析 2 420 5 446' 1.308(')1.(9803.9108)1.70qdvbdFlMPNm? ??????????? 小車位于懸臂極限位置處主梁支腿端部截面所受扭矩： 58.3410ndPHTNm???? 小車位于懸臂極限位置處主梁支腿端部截面所受剪力為： 64.pdF?? （2）主梁截面水平載荷產(chǎn)生的內(nèi)力 小車位于跨中時(shí)產(chǎn)生的水平彎矩： 02104433233246 ()'()()8710.60.951.768(.95.71).022.80HWHWHWc sFlPLMpBNm???????????? 小車在懸臂極限位置時(shí)主梁跨端產(chǎn)生的水平彎矩： 020 2033244 46()'1().95.7)1871.3 6.91083.5HWcHWsFlMPlpBNm??????? ??? 4.3 強(qiáng)度計(jì)算 22 （1）主梁跨中的強(qiáng)度計(jì)算 需要計(jì)算主梁跨中截面危險(xiǎn)點(diǎn) 1、2、3 的強(qiáng)度 圖 4-5 主梁截面 主腹板上邊緣點(diǎn) 1的應(yīng)力 主腹板邊至軌頂距離為： 0520172yghm????? 主腹板邊的局部壓應(yīng)力為： 5411.987.06(270)12mPMpaC???????? 垂直彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力為： 7301 1.0496.6.893.850 xMy paI?? 水平彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力為： 63102 102.72.7.6.5yx MpaI???? 慣性載荷與側(cè)向力對主梁產(chǎn)生的軸向力較小且作用相反。應(yīng)力很少故這此不 計(jì)算。 23 主梁上翼緣的靜矩為: 0103(.5)2174(986.10)72yBm??????? 主腹板邊上的切應(yīng)力為： 57531 6.40.4.1020378(28)927.FpSyTnIxAMa????????? 式中：A0 為主梁的過四邊中心線的截面面積： 20159402639180Am??? 點(diǎn) 1的應(yīng)力：002.5Mpa??222 231.957.0613.957.063.16.87[]7mpa?????????? 點(diǎn) 2的應(yīng)力： 736321 10.0425.902.5892.3.8.710.736.1.9[]yxIIMpapa??????????? 驗(yàn)證合格 點(diǎn) 3的應(yīng)力： 736322 110(30)2.045.902.89.1.5]1.53857.(0.7)6.[yxIIMpapa???????????（ （ ） ⑵小車位于懸臂極限位置處主梁支腿根部截面的強(qiáng)度計(jì)算 仍然驗(yàn)算該截面的 1、2、3 點(diǎn)的強(qiáng)度 主腹板上邊的切應(yīng)力為: 5.420FpSyTnMpaIxA?????? 24 點(diǎn) 1的應(yīng)力: 736311002 1 10.096.0.572.3858.37.56yxMIpa??????? 2222 20067.0657.35.41.[]17m?????????? 點(diǎn) 2的應(yīng)力: 點(diǎn) 736322 1 10.025.90.592.3.8.79.54.1.5[]yxMIIpaMpa??????????? 點(diǎn) 3的應(yīng)力: 736322 1 10(30)1.025.90.589.1.[].(3875(947.816.[]yxIIpapa??????? ????? ） 4.4疲勞強(qiáng)度計(jì)算 橋架工作級別為 M6，應(yīng)按載荷組合計(jì)算Ⅰ計(jì)算主梁跨中的最大彎矩截面的 疲勞強(qiáng)度。 由于水平慣性載荷產(chǎn)生的風(fēng)載產(chǎn)生的應(yīng)力相對較小，為了簡化計(jì)算故忽略。 主梁自重彎矩: 圖 4-6 主梁自重彎矩 25 滿載小車在跨中時(shí)對主梁的彎矩: 圖 4-7 集中載荷作用的彎矩 滿載小車在懸臂極限位置時(shí)的彎矩: 圖 4-8 集中載荷作用的彎矩 由此可見主梁中間位置截面的疲勞破壞最嚴(yán)重，以下驗(yàn)算中間界面的疲勞 強(qiáng)度: 跨中最大彎矩為: 7max2.041McvNm???? 跨中的最小彎矩為，滿載小車在懸臂極限位置: 200424256'in()81.361.389.103)2.810qFLlPl Nm???????????? （1）驗(yàn)算主腹板受拉翼緣板焊縫 4點(diǎn) 的疲勞強(qiáng)度 26 圖 4-9 主梁截面 73max20ax 1().4203.909.685My MpaI????????63in20in 1()..5370 xI ? 應(yīng)力循環(huán)特性： mi15.1ax09.6Mpa?????? 根據(jù)工作級別 A6，應(yīng)力集中等級 K1及材料 Q235，查得 [σ-1]=119Mpa 焊縫拉伸強(qiáng)度許用應(yīng)力為： 1.67[].6719[] 82.300.rt Mpar??????max9.[]rtMpa?（ 合 格 ） （2）驗(yàn)算橫隔板下端焊縫與主腹板連接處 5點(diǎn)疲勞強(qiáng)度 73max2ax 1(70).493.06.88y MpaI??????? 27 63min2in 1(70).8973.014.65xMy MpaI???????? 應(yīng)力循環(huán)特性: i14.60.137ax038pa?????? 根據(jù)工作等級 A6材料為 Q235，橫隔板采用雙面連續(xù)貼角焊縫連接，底板與 受拉翼緣板的間隙距離為 50mm，應(yīng)力集中等級為 K3。 查得[σ-1]=71Mpa。 1.67[].671[] 08.700.3rt Mpar??????? 符合要求。max.38[]rt? 4.5主梁穩(wěn)定性計(jì)算 （1）整體穩(wěn)定性 402.536hb?? 整體穩(wěn)定性符合要求。 （2）局部穩(wěn)定性 翼緣板穩(wěn)定性: 015879602b??? 需設(shè)置一條縱向加勁肋在垂直中心線處，不再進(jìn)行驗(yàn)算。 翼緣板最大外伸部分: 0157.152eb??? 穩(wěn)定滿足。 主腹板穩(wěn)定性: 28 043.2012h??? 副腹板穩(wěn)定性: 0450328h??? 需設(shè)置橫隔板及三條縱向加勁肋，主腹板設(shè)置相同，其布置顯示于圖： 圖 4-10 主梁加強(qiáng)布局 橫向大隔板間距 a=2000mm 縱向加勁肋位置 140.28hhm? 且23 3240ahm?? 寬翼緣添加小隔板的間距為 a0=400mm 加勁肋尺寸的確定: ①大隔板的厚度為 δ=8mm，板中孔尺寸為 1200mm×3590mm ②上翼緣板縱向加勁肋選用10δ 取 h=150。 厚度 ，取 。34l??10?? ②腹板: 1576.0b??8?? 38 需設(shè)置橫向加勁肋 a=1.5m。 并設(shè)置一條縱向加勁肋在中線處。 寬度 h>10δ，取 h=120。 厚度 ，取 。34l??8?? 圖 5-9 柔性支腿加緊肋 圖 5-10 剛性支腿加勁肋 39 6.下橫梁的強(qiáng)度計(jì)算 經(jīng)分析下端梁 5點(diǎn)為危險(xiǎn)點(diǎn)，5 點(diǎn)受雙向載荷。 5點(diǎn)的應(yīng)力為： 521.06yMNm??? 圖 6-1 下橫梁端截面6212.4510 xMNm????? 在截面內(nèi)位于支腿腹板正對下側(cè)添加 2橫向大隔板截面面積為： 264080A??55563 39 91..12280.4501.063.1.1278.27[]yxxNPMIIpa?????????????（ ） 7.連接強(qiáng)度驗(yàn)算 支腿上端與主梁通過法蘭盤用螺栓連接，下端與下端梁焊接。 7.1計(jì)算法蘭板上焊縫的強(qiáng)度 支腿與法蘭采用焊接連接，采用 40 周邊貼角焊縫連接，焊縫高度 。8fhm? 剛性支腿上法蘭平面和焊縫在 X方向的作用力為: 圖 7-1 支腿受力 所受的彎矩為: 612348.7510ccccMMNm?????? 水平慣性力 F為: 4w.6H大 車 大 車 計(jì)算焊縫的慣性矩: 圖 7-2 焊縫連接 焊縫截面性質(zhì): 22(64015762)0.49638.f fAhm????? 41 32104(.7560.785)42.659f fIxhhm?????3 2101104(. .)26.984.732.659yf ff fIhhm???????2【 （ ） +7（ +89） 】 經(jīng)過分析焊縫端點(diǎn) 6點(diǎn)為應(yīng)力最大點(diǎn)，6 點(diǎn)的應(yīng)力為：4..7938.Ff MpaA?? 631.702509.5.4Myx paI?? 222..61nkFM????? 0.8[].175[] 9pa?? 驗(yàn)算合格。 柔性支腿不受彎矩作用，其他受力過小，故在此不做計(jì)算。 7.2剛性支腿下端與下橫梁聯(lián)合 采用 10mm焊縫，焊接計(jì)算。 圖 7-3 焊接布置32 104120.75680140.72.397yf fIhhm?????? 42 61.4250yMNm??? 任意外側(cè)的一點(diǎn) 7: 63710.892.5[]937yx MpapaI? ????? 7.3螺栓連接計(jì)算 圖 7-4 螺栓布置 （1）剛性支腿與主梁的連接 由支腿的受力分析可得出距 y0軸最遠(yuǎn)的一排螺栓的受力最大,豎直方向的 壓力最小值為 0。 63921()8.7510508315niMGeyPl N??????222219253608560144708.7niym?????? 共采用 92個(gè)普通螺栓，孔徑的 Φ40mm。螺紋小徑為 。031.87dm? 43 單個(gè)許用拉力為： 22031.87[][]4016254lldPN????? 其中 .l Mpa?[]ll? 驗(yàn)算合格 單個(gè)螺栓的剪力: 48.736109.562ljFPNn???[][].[]10824ljd??? 合格ljjP? （2）柔性支腿與主梁的連接 柔性支腿與主梁采用鉸接，受單向較小作用力，在此不在計(jì)算。 8.剛度計(jì)算 8.1靜剛度和位移 圖 8-1 剛度計(jì)算 （1）滿載小車位于主跨中產(chǎn)生的垂直靜撓度 333152614 8()8()4129.00.(2613.7833.8[]pLPLpKYEIKEIILLY? ???????????? 驗(yàn)算通過。 44 式中: 集中載荷59.810pN??? 2.6E 137850Ix 為剛性支腿對垂直平面的折算慣性矩，可以近似取支腿距1.?? 小端為 0.72H處的截面慣性矩。 113.78502.36IHkL?? （2）滿載小車位于懸臂端極限位置產(chǎn)生的靜撓度 2 51 12839.8103() (03126.760.497)0.[]cpLKYlLEIlcY???????? 8.2橋架水平慣性位移 3224 422510510(3)[]880.766.356(3180)41.41..32Hs syyCPLFxlxEI LL???????????? 合格。 8.3起重機(jī)偏斜運(yùn)行對主梁產(chǎn)生的水平位移 342510.18602.70.85[]3wspsypsPLXLEIX???? 45 式中 ——起重機(jī)偏斜運(yùn)行超前力 wsP5401.620183.610siBNL???? 8.4垂直動(dòng)剛度 門式起重機(jī)的動(dòng)剛度以滿載小車位于起重機(jī)指定位置產(chǎn)生的滿載自振頻率 來表達(dá)。 圖 8-2 門式起重機(jī)垂直自振頻率的計(jì)算 滿載小車位于跨中或懸臂端工作時(shí)，應(yīng)按同一標(biāo)準(zhǔn)來檢驗(yàn)起重機(jī)的垂直自 振頻率，計(jì)算模型如圖所示，門式起重機(jī)的垂直自振頻率（HZ） 。 可用下列公式來計(jì)算： 01[]2()(1v vgf fy?????? 起重量： Qmk 小車量： 8xg? 橋架中點(diǎn)的質(zhì)量為： 10.50.51780.145260816725xkAL kg?????? 起升鋼絲繩最大下放長度為： 2rqrlHm??? 橋架跨中靜位移： 3 530 189.81060.497() .84248QxPLky mEI???? 46 起升鋼絲繩選用直徑為 Ф36mm，鋼絲繩滑輪組的靜伸長為： 60 51.70124.5887.3QrPl mnEA???? 結(jié)構(gòu)影響系數(shù)為： 2 20121619.()()0.19460845ym????? 起重機(jī)跨中的垂直自振頻率為： 01198102()(2(.24.5)(.946).[]gfyfHZ?????????? 驗(yàn)算合格。 小車位于懸臂端頻率小在此不做驗(yàn)算。 9.起重機(jī)拱度 為使小車正常運(yùn)行，門式起重機(jī)的主梁需在跨間設(shè)置拱度，在懸臂設(shè)置翹 度。 主梁跨中央的上拱度取為 ，懸臂端的翹度取為 ，其它部分按二次拋10L30l 物線變化。考慮制造誤差和可能引起的變化（減?。?，允許將拱度和翹度值增大 40%。 47 參 考 文 獻(xiàn) [1]張質(zhì)文.起重設(shè)計(jì)手冊[M].中國鐵道出版社,1998:120～135. [2]王金諾,于蘭峰.起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)[M].中國鐵道出版社,2002:167～254. [3]起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB3811-83）[M].北京:國家標(biāo)準(zhǔn)局出版社,1983:231～287. [4]港口機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].人民交通出版社,2010:278～365. [5]陳道南,盛漢中.起重機(jī)課程設(shè)計(jì)[M].冶金工業(yè)出版,第二版:122～1