1 橋式起重機(jī)偏軌箱形雙梁橋架結(jié)構(gòu)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案 第一章 緒論 起重機(jī)屬于起重機(jī)械的一種，是一種作循環(huán)、間歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)械。一個(gè)工作循環(huán)包括：取物 裝置 從取物地把物品提起，然后水平移動(dòng)到指定地點(diǎn)降下物品，接著進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)，使取物裝置返回原位，以便進(jìn)行下一次循環(huán)。 起重機(jī)械可以分為橋式起重機(jī)、門(mén)式起重機(jī)、塔式起重機(jī)、流動(dòng)式起重機(jī)、鐵路起重機(jī)、門(mén)座起重機(jī)、升降機(jī)、纜索起重機(jī)、桅桿起重機(jī)、旋臂式起重機(jī)、輕小型起重機(jī)和機(jī)械 式停車(chē)設(shè)備。 橋式起重機(jī)是橫架于車(chē)間、倉(cāng)庫(kù)和料場(chǎng)上空進(jìn)行物料吊運(yùn)的起重設(shè)備。由于它兩端坐落在高大的水泥柱上或金屬支架上，形狀似橋，所以俗稱“天車(chē)”和“行車(chē)”。它是適用范圍最廣、數(shù)量最多的一種起重機(jī)械。 橋式起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和起重運(yùn)輸中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化的重要工具和設(shè)備，可減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。橋式起重機(jī)在工礦企業(yè)、鋼鐵化工、鐵路交通、港口碼頭以及物流周轉(zhuǎn)等部門(mén)和場(chǎng)所均得到廣泛的運(yùn)用，它是人們生產(chǎn)活動(dòng)中不可缺少的一種設(shè)備。 橋式起重機(jī)的類(lèi)型很多，其中通用橋式起重機(jī)和龍門(mén)起重機(jī)最為普 遍，這兩種類(lèi)型起重機(jī)的的結(jié)構(gòu)和操作方法基本相同，不同之處在于大車(chē)運(yùn)行軌道的位置，通用橋式起重機(jī)是在高空，龍門(mén)起重機(jī)是在地面，由此帶來(lái)支承結(jié)構(gòu)的不同。 我們通常把橋式起重機(jī)的主梁與端梁等部件組成的結(jié)構(gòu)稱為橋架。正軌箱型梁橋架由兩根主梁和兩根端梁構(gòu)成。主梁外側(cè)分別設(shè)有走臺(tái)。該鋼架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是主梁與端梁通過(guò)連接板焊接在一起形成剛性結(jié)構(gòu)，為了運(yùn)輸方便在端梁中間沒(méi)有接頭，通過(guò)連接板和角鋼使用螺栓連接，這種鋼結(jié)構(gòu)運(yùn)輸方便，安裝容易；小車(chē)軌道通過(guò)焊在主梁上的壓板固定于蓋板中央，故稱正軌箱型梁；工藝性好，主梁、端梁等部件可 采用自動(dòng)焊接，生產(chǎn)效率高。偏軌箱形橋架是由兩根偏軌箱型 2 梁和兩根端梁構(gòu)成。該鋼架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是小車(chē)軌道安裝在上蓋板邊緣主腹頂處，小車(chē)輪壓直接作用在主腹板上；偏軌箱型梁的高度與正軌箱型梁一樣，但高、寬比很接近 H： B=1種結(jié)構(gòu)形式主梁的剛度比正軌箱型梁大，主梁在制造過(guò)程中，焊接下?lián)献冃瘟恳脖容^小；由于偏軌箱型梁是寬形梁，可以省掉走臺(tái)，使制造簡(jiǎn)化。單主梁橋架采用一根主梁。與小車(chē)輪的布置相應(yīng)，主要有垂直反滾輪單主梁、水平反滾輪單主梁和梯形單主梁。垂直反滾輪單主梁，主梁制造工藝性同偏軌箱型梁一樣。用戶使用維修 方便。但小車(chē)垂直輪壓較大，適用于起重量較小的起重機(jī)。水平反滾輪單主梁，小車(chē)的垂直輪壓始終等于小車(chē)及載荷重，適用于起重量較大的起重機(jī)。缺點(diǎn)是吊鉤一側(cè)的水平滾輪不便于維修和更換。對(duì)稱軌道的梯形主梁，由一根主梁代替兩根主梁的作用。雖然梁的截面大些，但比雙梁制造成本要低得很多。這種結(jié)構(gòu)形式適用于起重量較大，跨度較大的門(mén)式起重機(jī)或裝卸橋。 隨著工業(yè)的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，橋式起重機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和自動(dòng)化程度上相繼出現(xiàn)了一些新的變化和新的特點(diǎn)。例如，在結(jié)構(gòu)上，國(guó)內(nèi)起重設(shè)備已采用計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及提高起重機(jī)的機(jī)械性 能，降低自重。在性能上，不斷引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，采用了新穎的節(jié)能調(diào)速系統(tǒng)，如晶閘管串級(jí)開(kāi)環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)，調(diào)速比可達(dá) 1:30，隨著對(duì)調(diào)速要求的提高，變頻調(diào)速系統(tǒng)和微機(jī)控制技術(shù)也在起重機(jī)中得到應(yīng)用，如三峽工程 600t 壩頂門(mén)式起重機(jī)采用了高頻調(diào)速系統(tǒng)、微機(jī)自動(dòng)糾偏以及大揚(yáng)程高精度微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。許多單位還研制開(kāi)發(fā)了遙控起重機(jī)。在起重量方面逐步向大型化發(fā)展，起重量為 400t、 600t 的大型起重機(jī)正在鋼鐵、水利、發(fā)電等行業(yè)中出現(xiàn)，令人注目的三峽大壩發(fā)電工程，相繼安裝了 2臺(tái) 1200t/125t 橋式起重機(jī)， 2007 年 9 月，起重 量為 2 萬(wàn)噸的“泰山”號(hào)橋式起重機(jī)，在山東煙臺(tái)萊佛士船業(yè)有限公司正式投入使用，這是全球起重量最大的起重機(jī)，它標(biāo)志著我國(guó)起重機(jī)行業(yè)已達(dá)到了世界先進(jìn)水平。 總之，隨著科技的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)各種先進(jìn)的電氣控制和機(jī)械技術(shù)正逐步應(yīng)用到起重機(jī)上，起重機(jī)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，結(jié)構(gòu)日趨簡(jiǎn)單，性能更加可靠，起重量越來(lái)越大，品種也越來(lái)越齊全。 3 第二章 橋式起重機(jī)偏軌箱型雙梁橋架 總體設(shè)計(jì) 本參數(shù) 橋架形式為雙梁橋架，軌道放置為偏軌， 跨度 L=重量 2/8t， 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查的起重量在 3t 50q=16/18m， 由通用起重機(jī)吊鉤類(lèi)型為重級(jí)故取吊鉤起升速度（主 /副） 3/20m/ 大車(chē)運(yùn)行速度在（ 70 120） m/ 0m/ 小車(chē)軌距 K=車(chē)軌道方鋼軌道， 根據(jù)起重機(jī)的載荷狀態(tài)和利用等級(jí)取其工作級(jí)別為 該起重機(jī)在室內(nèi)工作，工作溫度為 40。 7 1 ）（m 根據(jù)小車(chē)軌道和偏軌箱型梁寬度以及大車(chē) 運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)置，取 梁全長(zhǎng)為 高度 h=（ 1114 17） L=1821 1500 取腹板高度 600 緣板厚度 0=10板厚度 1=8 4 腹板厚度 2=6 梁總高度 h+2 0=1620 梁寬度 b=(H=648 810 板外側(cè)間距 b=760 0L=425 13H=540 下翼緣板不相同，分別為 109300800梁端部變截面長(zhǎng) d=8L= d=高度 810 00慮大車(chē)輪安裝，端梁內(nèi)寬 60寬 40板厚 0= =8梁的連接 主、端梁采用焊接連接，端梁為拼接式。橋架結(jié)構(gòu)與主、端梁截面示意圖 圖 1 雙梁橋架結(jié)構(gòu) 5 圖 2 主梁截面與端梁截面 6 第三章 主要部分的設(shè)計(jì) 定載荷 主梁自重載荷 F q=g=7850 1 m=m 小車(chē)軌道重量 F=81N/m 欄桿等重量 Fl=00 81N/m 主梁的均布載荷 q+l=5031N/m 力效應(yīng)系數(shù) 起升沖擊系數(shù) 1=載系數(shù) 2=1+13/60 =行沖擊系數(shù) 4=h = h=1一取較大值 4= 慣性載荷 大、小車(chē)都是 4個(gè)車(chē)輪，其中主動(dòng)輪各占一半，按車(chē)輪打滑條件去確定大、小車(chē)運(yùn)行的慣性力 一根主梁上的小車(chē)慣性力為 4P=16343N 大車(chē)運(yùn)行起、制動(dòng)慣性力 （一根主梁上）為 4P=16343N 7 4145031N/m =m 主梁跨端設(shè)備慣性力影響小可以忽略。 斜運(yùn)行側(cè)向力 一根主梁的重量為 q（ =5031（ N =126278N 一根端梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的重量為 7850 m =m 一根端梁的重量為 12023N 一組大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的重量（兩組對(duì)稱配置）為 03 877N 司機(jī)室及設(shè)備的重量（按合力記）為 000 9620N （ 1） 滿載小車(chē)在主梁跨中央 左側(cè)端梁總靜輪壓圖 3 端梁總輪壓計(jì)算 8 1(21(2=21(323730+107910)+126278+ 19620(7877+21023N =379310N 由0 的 =向力為 1 =21 379310 2） 滿載小車(chē)在主梁左端極限位置 左側(cè)端梁總靜輪壓為 1+21 (2向力為 1 21 48270N 故選取大車(chē)車(chē)輪直徑為 800 道為 扭轉(zhuǎn)載荷 偏軌箱型梁由 它載荷 生的扭矩較小且作用方向相反，故不計(jì)算。 圖 4 扭轉(zhuǎn)載荷計(jì)算 9 偏軌箱型梁彎心 考慮翼緣外伸部分）彎心至主腹板中線 的距離為 12& (b ) =146 (760-7)高 34小車(chē)軌道選用 h” =121H +21 1620+134)944 移動(dòng)扭矩為 28800 73834N m =16343 944N 15428N m 梁計(jì)算 力 （ 1）垂直載荷 計(jì)算大車(chē)傳動(dòng)側(cè)的主梁。在固定載荷與移動(dòng)載荷作用下，主梁按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，如圖 5。 10 圖 5 主梁計(jì)算模型 固定載荷作用下主梁跨中的彎矩為 4 ）（2j2 = 6 2 7 78 2 5 . 55 0 3 1 2 ）（=530455N m 跨端剪切力為 4 21 (1 )2 q G j G s P P L = N)1(196 2 =動(dòng)載荷作用下主梁的內(nèi)力 1） 滿載小車(chē)在跨中，跨中 214n )(4P 輪壓合力 n = （N m 11 =1557600N m 跨中 1 4=中內(nèi)扭矩為 1( 4H)=51645N m 2） 滿載小車(chē)在跨端極限位置（ z=小車(chē)左輪距梁端距離為 c1=端剪切力為 (P 11=（=端內(nèi)扭矩為 4H)(1=(73834+15428) ）（m =95189N m 主梁跨中總彎矩為 q+530455+1557600)N m =2088055N m 主梁跨端總剪切力（支承力）為 c=(=356755N （ 2） 水平載荷 1） 水平 慣性載荷。在水平載荷 架按剛架計(jì)算。因偏軌箱形梁與端梁連接面較寬，應(yīng)采取兩主梁軸線間距 K代替原小車(chē)軌距 樣比較符合實(shí)際，因此 K=K+2 m 12 b=21K=a=21(=平剛架計(jì)算模型示于圖 圖 6 水平剛架計(jì)算模型 小車(chē)在跨中。剛架的計(jì)算系數(shù)為 +1223( )b =1+89109 2 02 2 =中水平彎矩（與單梁橋架公式相同） 21112( 1 ) ( 1 )4 2 8 3 F = ）（）（1 3 4 5 91 3 4 3 4 32N m =70299N m 跨中水平剪切力為 13 1中軸力為 21()1 2 8 P = ）（8 3 4 312 4 N =小車(chē)在跨端。跨端水平剪切力為 F 1 )2L= N)1(163432 =)偏斜側(cè)向力。在偏斜側(cè)向力作用下， 橋架也按水平剛架分析。圖 7 剛架側(cè)向力作用分析 這時(shí)計(jì)算系數(shù)為 + 123 14 = =小車(chē)在跨中。側(cè)向力為 前力為 101 PP s =2620 N =梁中點(diǎn)的軸力為 1112=3710N 端梁中點(diǎn)的水平剪切力為 （N =梁跨中的水平彎矩為 1 1 2s d d LP a P b N= ）（2 N m =m 主梁軸力為 6834N 主梁跨中總的水平彎矩為 H+70299+ m =m 小車(chē)在跨端。側(cè)向力為 8270N 超前力為 2=N 15 =10979N 端梁中點(diǎn)的軸力為 1梁中點(diǎn)的水平剪切力為 s2(=48270 ）（N =梁跨端的水平彎矩為 (48270 m =77245N m 主梁跨端的水平剪切力為 梁跨端總的水平剪切力為 5133N 小車(chē)在跨端時(shí)，主梁跨中水平彎矩組合值較小，不需要計(jì)算 度 需要計(jì)算主梁跨中截面危險(xiǎn)點(diǎn)的強(qiáng)度 （ 1） 主腹板上邊緣危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力 主腹板邊至軌頂距離為 hy= 0=144腹板邊的局部壓應(yīng)力為 m=)502(P4y 501442 ）（直彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力為 16 01=103105 9 6 3102 0 8 8 0 5 5 ）（平彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力為 02= 15198 性載荷與側(cè)向力對(duì)主梁產(chǎn)生的軸向力較小且作用方 向相反，應(yīng)力很小，故不計(jì)算。 主梁上翼緣的靜矩為 0B1() =10 930(7240980腹板上邊的切應(yīng)力為 =02py = ）（ 81 2 1 2 3 3 02 105 1 6 4 568105 9 6 2 4 0 9 8 8 9 6 0310 點(diǎn)的折算應(yīng)力為 0= 01+ 02= 1= 2 2 20 0 0 3m = 222 據(jù)工作級(jí)別 力集中等級(jí) 235，查的 119 b=370焊縫拉伸疲勞許用應(yīng)力為 1-(1370) 然，相同工況下的應(yīng)力循環(huán)特性是一致的。 根據(jù) 235，橫隔板采用雙面連續(xù)貼角焊縫連接，板底與受拉翼緣間隙為50力集中等級(jí)為 的 71伸疲勞許用應(yīng)力 1-(1370) 設(shè)置一條縱向加勁肋，不在驗(yàn)算。 翼緣板最大外伸部分0b =150/10=15 (穩(wěn)定 ) 主腹板 1 602 400 2 0 081 6 0 0 h 副腹板 2403200 、副腹板相同，其布置示于圖 10。圖 10 主梁加勁肋設(shè)置及穩(wěn)定性計(jì)算 隔板間距 a=1600向加勁肋位置 h1=160020） 驗(yàn)算跨中主腹板上區(qū)格 格兩邊正應(yīng)力為 1= 01+ 02=(10722 2 = 01 02 = =12 =07= （屬于不均 勻壓縮板） 區(qū)格 E=2232 0 810 ）（）（ b=20區(qū)格分別受 1、 1 E 嵌固系數(shù) = =32016001,屈曲系數(shù) 則 1s =176修正，則 1 s（11 5.3 s ） =235 (35)腹板邊局部壓應(yīng)力 m=力分布長(zhǎng) c=20=2 (134+10)+5038 =3,按 a=33 =3203 3383 格 的屈曲系數(shù)為 23 1 2 ）（）（ =s 需修正，則 35(35)200格平均切應(yīng)力 =00 2p = 81 2 1 2 3 3 02105 1 6 4 5)68(1 6 0 8 9 6 0 3 =600/320=51,板的屈曲系數(shù)為 2 E=修正 =p 733 c =1329s 需修正，則 ）（3524 區(qū)格上邊緣的復(fù)合應(yīng)力為 2 2 211 3 = 222 =2,區(qū)格的臨界復(fù)合應(yīng)力為 2 2 2112 2 211313( ) ( ) ( ) ( )44r c r m c r c r =222 ) 2 0 91 0 91 0 ）（）（160 160/ 2 211 3 1 = 1 E = 1s 需要修正，則 135(35)208 =51,4 = E =3 s 26 需要修正 ， 則 35(35)221 221合應(yīng)力為 221 3 = 22 =52,區(qū)格 211)(43413）（=22 )）（21 3 =x(合格 ) 主、副腹板采用相同的縱向加勁肋 63 63 5， A=31700 縱向加勁肋對(duì)主腹板厚度中線的慣性矩為 27 231700+1742976 （= 43 0 ）（ =1679360只計(jì)算靠彎板的腹板邊的折算應(yīng)力，該處正應(yīng)力為 =42( 14) =應(yīng)力 =422 = =算應(yīng)力 2222 2 3 0 焊縫拉伸疲勞許用應(yīng)力為 111 1 (1 )0 b r=）（ = 按 133拉伸式 111 1 (1 )0 b r=2 6 8 3 3 ）（ r=2=16635 22m a x m a x( ) ( ) rl r = 22166 （）（ =見(jiàn)，在相同的循環(huán)工況下，應(yīng)力循環(huán)特性是一致的。根據(jù) 235及帶孔板的應(yīng)力集中等級(jí) 的 122 翼緣板拉伸疲勞許用應(yīng)力為 111 1 (1 )0 b r=）（ 窄式連接， 70 2 1102+3302+5502+7702） 101640041 腹板角點(diǎn)螺栓的最大內(nèi)力為 12210164002 770101185153 N =44892N 角點(diǎn)螺栓順梁軸的內(nèi)力和為 4892)N =剪螺栓的許用承載了為 2214 175N =f (足夠 ) 主、端梁的連接焊縫足夠承受連接的水平彎矩的剪切力，故不再計(jì)算 44 第四章 校核計(jì)算 架的垂直剛度 1橋架的垂直靜剛度 滿載小車(chē)位于主梁跨中產(chǎn)生的靜撓度為 Y= 23 ( 3 ) 4 8 2xP =10523105 9 6 2 7 0 02 5 5 0 03(2 7 0 5 0 02 2 8 8 0 0 2(合格 ) 架的水平剛度 架的水平慣性位移 X= 341 1 1 1534( 1 ) ( 1 )4 8 4 3 8 4 5 F r E I r = 31 1 1534 ( 1 ) ( 1 ) 4 8 4 8 5P L F r P r = )1 3 4 1(1 6 3 4 38 2 5 5 0 3 4 1( 5 5 0 01 6 3 4 3 953 46 =2(合格 ) 架拱度 為抵消載荷產(chǎn)生的撓度，對(duì)起重機(jī)的桁架需要設(shè)置上拱度 . 橋架跨度中央的標(biāo)準(zhǔn)拱度值為 47 000L=100025500慮制造因素，實(shí)取 度中央兩邊按二次拋物曲線 20 24(1 ) 設(shè)置拱度，如圖 16所示 圖 16 橋架的栱度 距跨中為 ）（226441 跨中為 )1641(22 跨中為 8此，橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全部合格，橋架結(jié)構(gòu)施工圖見(jiàn)附圖一三。 48 總結(jié) 經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的金屬結(jié)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)，使我學(xué)到了許多非常重要的知識(shí)和技術(shù)，也讓我提前體會(huì)到了同在學(xué)校完全不一樣的生活。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的內(nèi)容近乎涉及到了我們大學(xué)四年所學(xué)的專(zhuān)業(yè)課程，在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中也使我從新溫習(xí)了一遍專(zhuān)業(yè)知識(shí)。 首先，在前期的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，溫習(xí)了以前所學(xué)的許多知識(shí)，譬如機(jī)械設(shè)計(jì)、高等數(shù)學(xué)以及材料力學(xué)等，并對(duì)其加深了鞏固。在設(shè)計(jì)和計(jì)算過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了許多疑難問(wèn)題和自己以前沒(méi)有注意到的知識(shí)點(diǎn)及方 法，通過(guò)老師的指導(dǎo)和講解，自己搜集資料并進(jìn)行總結(jié)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成了開(kāi)題報(bào)告和前期計(jì)算過(guò)程。 其次，在該設(shè)計(jì)中主要是對(duì)橋架結(jié)構(gòu)作圖，全部通過(guò)應(yīng)用 習(xí)過(guò)程中我接觸到了企業(yè)中所用的天河 是 過(guò)這次作圖使我更加熟練的掌握了 時(shí)也從中學(xué)到了許多繪圖方法和技巧，特別是快捷鍵的應(yīng)用。使我能夠在比較短的時(shí)間內(nèi)完成所要畫(huà)的圖紙。在寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的過(guò)程中，我掌握了 公式編輯器的應(yīng)用。雖然在編寫(xiě)過(guò)程中遇到了許多難題，但通過(guò)老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助都得到 了解決。 在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我查閱了大量的相關(guān)資料。掌握了許多新方法和新知識(shí)。使自己的專(zhuān)業(yè)知識(shí)得到了很大的補(bǔ)充。特別是一些自己平時(shí)所學(xué)課本上沒(méi)有介紹到的知識(shí)。例如：翼緣板和腹板加勁肋的選用、計(jì)算和校核。同時(shí)還了解了目前的起重機(jī)的發(fā)展情況以及以后的發(fā)展趨勢(shì)，并掌握一些最新技術(shù)和設(shè)計(jì)理論。 針對(duì)此次的設(shè)計(jì)，隨著對(duì)整機(jī)的不斷深入了解，也發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)存在的一些問(wèn)題。一方面，由于缺乏必要的生產(chǎn)實(shí)踐知識(shí)，我的設(shè)計(jì)還局限于一定的想象空間上，實(shí)際中不生產(chǎn)或加工比較困難。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我感覺(jué)收獲頗多。在設(shè)計(jì)中培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合 作精神并且提高了自我探索的能力，遇到問(wèn)題大家集體討論進(jìn)行解決，還有 術(shù)的應(yīng)用，這些對(duì)于我們即將走向工作崗位的新人是一個(gè)很好的培訓(xùn)和鍛煉，同時(shí)也是平時(shí)所學(xué)的理論和實(shí)踐的一次結(jié)合。這次設(shè)計(jì)將對(duì)我們的以后工作和學(xué)習(xí)奠下重要的理論知識(shí)基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 49 參考文獻(xiàn) 1 胡宗武 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2 田景亮 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 3