橋式起重機偏軌箱形雙梁橋架結構項目設計方案

1 橋式起重機偏軌箱形雙梁橋架結構項目設計方案 第一章 緒論 起重機屬于起重機械的一種，是一種作循環(huán)、間歇運動的機械。一個工作循環(huán)包括：取物 裝置 從取物地把物品提起，然后水平移動到指定地點降下物品，接著進行反向運動，使取物裝置返回原位，以便進行下一次循環(huán)。 起重機械可以分為橋式起重機、門式起重機、塔式起重機、流動式起重機、鐵路起重機、門座起重機、升降機、纜索起重機、桅桿起重機、旋臂式起重機、輕小型起重機和機械 式停車設備。 橋式起重機是橫架于車間、倉庫和料場上空進行物料吊運的起重設備。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”和“行車”。它是適用范圍最廣、數(shù)量最多的一種起重機械。 橋式起重機是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和起重運輸中實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化、自動化的重要工具和設備，可減輕操作者的勞動強度，提高生產(chǎn)率。橋式起重機在工礦企業(yè)、鋼鐵化工、鐵路交通、港口碼頭以及物流周轉(zhuǎn)等部門和場所均得到廣泛的運用，它是人們生產(chǎn)活動中不可缺少的一種設備。 橋式起重機的類型很多，其中通用橋式起重機和龍門起重機最為普 遍，這兩種類型起重機的的結構和操作方法基本相同，不同之處在于大車運行軌道的位置，通用橋式起重機是在高空，龍門起重機是在地面，由此帶來支承結構的不同。 我們通常把橋式起重機的主梁與端梁等部件組成的結構稱為橋架。正軌箱型梁橋架由兩根主梁和兩根端梁構成。主梁外側分別設有走臺。該鋼架結構的特點是主梁與端梁通過連接板焊接在一起形成剛性結構，為了運輸方便在端梁中間沒有接頭，通過連接板和角鋼使用螺栓連接，這種鋼結構運輸方便，安裝容易；小車軌道通過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 梁和兩根端梁構成。該鋼架結構的特點是小車軌道安裝在上蓋板邊緣主腹頂處，小車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種結構形式主梁的剛度比正軌箱型梁大，主梁在制造過程中，焊接下?lián)献冃瘟恳脖容^?。挥捎谄壪湫土菏菍捫瘟?，可以省掉走臺，使制造簡化。單主梁橋架采用一根主梁。與小車輪的布置相應，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。但小車垂直輪壓較大，適用于起重量較小的起重機。水平反滾輪單主梁，小車的垂直輪壓始終等于小車及載荷重，適用于起重量較大的起重機。缺點是吊鉤一側的水平滾輪不便于維修和更換。對稱軌道的梯形主梁，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。這種結構形式適用于起重量較大，跨度較大的門式起重機或裝卸橋。 隨著工業(yè)的迅速發(fā)展和科學技術的不斷進步，橋式起重機在結構設計和自動化程度上相繼出現(xiàn)了一些新的變化和新的特點。例如，在結構上，國內(nèi)起重設備已采用計算機優(yōu)化設計，以及提高起重機的機械性 能，降低自重。在性能上，不斷引進國外先進技術，采用了新穎的節(jié)能調(diào)速系統(tǒng)，如晶閘管串級開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)，調(diào)速比可達 1:30，隨著對調(diào)速要求的提高，變頻調(diào)速系統(tǒng)和微機控制技術也在起重機中得到應用，如三峽工程 600t 壩頂門式起重機采用了高頻調(diào)速系統(tǒng)、微機自動糾偏以及大揚程高精度微機監(jiān)測系統(tǒng)。許多單位還研制開發(fā)了遙控起重機。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 1200t/125t 橋式起重機， 2007 年 9 月，起重 量為 2 萬噸的“泰山”號橋式起重機，在山東煙臺萊佛士船業(yè)有限公司正式投入使用，這是全球起重量最大的起重機，它標志著我國起重機行業(yè)已達到了世界先進水平。 總之，隨著科技的飛速發(fā)展，國內(nèi)各種先進的電氣控制和機械技術正逐步應用到起重機上，起重機的自動化程度越來越高，結構日趨簡單，性能更加可靠，起重量越來越大，品種也越來越齊全。 3 第二章 橋式起重機偏軌箱型雙梁橋架 總體設計 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， 由設計手冊查的起重量在 3t 50q=16/18m， 由通用起重機吊鉤類型為重級故取吊鉤起升速度（主 /副） 3/20m/ 大車運行速度在（ 70 120） m/ 0m/ 小車軌距 K=車軌道方鋼軌道， 根據(jù)起重機的載荷狀態(tài)和利用等級取其工作級別為 該起重機在室內(nèi)工作，工作溫度為 40。 7 1 ）（m 根據(jù)小車軌道和偏軌箱型梁寬度以及大車 運行機構的設置，取 梁全長為 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 d=8L= d=高度 810 00慮大車輪安裝，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。橋架結構與主、端梁截面示意圖 圖 1 雙梁橋架結構 5 圖 2 主梁截面與端梁截面 6 第三章 主要部分的設計 定載荷 主梁自重載荷 F q=g=7850 1 m=m 小車軌道重量 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、小車都是 4個車輪，其中主動輪各占一半，按車輪打滑條件去確定大、小車運行的慣性力 一根主梁上的小車慣性力為 4P=16343N 大車運行起、制動慣性力 （一根主梁上）為 4P=16343N 7 4145031N/m =m 主梁跨端設備慣性力影響小可以忽略。 斜運行側向力 一根主梁的重量為 q（ =5031（ N =126278N 一根端梁單位長度的重量為 7850 m =m 一根端梁的重量為 12023N 一組大車運行機構的重量（兩組對稱配置）為 03 877N 司機室及設備的重量（按合力記）為 000 9620N （ 1） 滿載小車在主梁跨中央 左側端梁總靜輪壓圖 3 端梁總輪壓計算 8 1(21(2=21(323730+107910)+126278+ 19620(7877+21023N =379310N 由0 的 =向力為 1 =21 379310 2） 滿載小車在主梁左端極限位置 左側端梁總靜輪壓為 1+21 (2向力為 1 21 48270N 故選取大車車輪直徑為 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，故不計算。 圖 4 扭轉(zhuǎn)載荷計算 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小車軌道選用 h” =121H +21 1620+134)944 移動扭矩為 28800 73834N m =16343 944N 15428N m 梁計算 力 （ 1）垂直載荷 計算大車傳動側的主梁。在固定載荷與移動載荷作用下，主梁按簡支梁計算，如圖 5。 10 圖 5 主梁計算模型 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 =動載荷作用下主梁的內(nèi)力 1） 滿載小車在跨中，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） 滿載小車在跨端極限位置（ z=小車左輪距梁端距離為 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 架按剛架計算。因偏軌箱形梁與端梁連接面較寬，應采取兩主梁軸線間距 K代替原小車軌距 樣比較符合實際，因此 K=K+2 m 12 b=21K=a=21(=平剛架計算模型示于圖 圖 6 水平剛架計算模型 小車在跨中。剛架的計算系數(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 =小車在跨端。跨端水平剪切力為 F 1 )2L= N)1(163432 =)偏斜側向力。在偏斜側向力作用下， 橋架也按水平剛架分析。圖 7 剛架側向力作用分析 這時計算系數(shù)為 + 123 14 = =小車在跨中。側向力為 前力為 101 PP s =2620 N =梁中點的軸力為 1112=3710N 端梁中點的水平剪切力為 （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 小車在跨端。側向力為 8270N 超前力為 2=N 15 =10979N 端梁中點的軸力為 1梁中點的水平剪切力為 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 小車在跨端時，主梁跨中水平彎矩組合值較小，不需要計算 度 需要計算主梁跨中截面危險點的強度 （ 1） 主腹板上邊緣危險點的應力 主腹板邊至軌頂距離為 hy= 0=144腹板邊的局部壓應力為 m=)502(P4y 501442 ）（直彎矩產(chǎn)生的應力為 16 01=103105 9 6 3102 0 8 8 0 5 5 ）（平彎矩產(chǎn)生的應力為 02= 15198 性載荷與側向力對主梁產(chǎn)生的軸向力較小且作用方 向相反，應力很小，故不計算。 主梁上翼緣的靜矩為 0B1() =10 930(7240980腹板上邊的切應力為 =02py = ）（ 81 2 1 2 3 3 02 105 1 6 4 568105 9 6 2 4 0 9 8 8 9 6 0310 點的折算應力為 0= 01+ 02= 1= 2 2 20 0 0 3m = 222 據(jù)工作級別 力集中等級 235，查的 119 b=370焊縫拉伸疲勞許用應力為 1-(1370) 然，相同工況下的應力循環(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力集中等級為 的 71伸疲勞許用應力 1-(1370) 設置一條縱向加勁肋，不在驗算。 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 主梁加勁肋設置及穩(wěn)定性計算 隔板間距 a=1600向加勁肋位置 h1=160020） 驗算跨中主腹板上區(qū)格 格兩邊正應力為 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)腹板邊局部壓應力 m=力分布長 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)格上邊緣的復合應力為 2 2 211 3 = 222 =2,區(qū)格的臨界復合應力為 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 縱向加勁肋對主腹板厚度中線的慣性矩為 27 231700+1742976 （= 43 0 ）（ =1679360只計算靠彎板的腹板邊的折算應力，該處正應力為 =42( 14) =應力 =422 = =算應力 2222 2 3 0 焊縫拉伸疲勞許用應力為 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，在相同的循環(huán)工況下，應力循環(huán)特性是一致的。根據(jù) 235及帶孔板的應力集中等級 的 122 翼緣板拉伸疲勞許用應力為 111 1 (1 )0 b r=）（ 窄式連接， 70 2 1102+3302+5502+7702） 101640041 腹板角點螺栓的最大內(nèi)力為 12210164002 770101185153 N =44892N 角點螺栓順梁軸的內(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，故不再計算 44 第四章 校核計算 架的垂直剛度 1橋架的垂直靜剛度 滿載小車位于主梁跨中產(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，對起重機的桁架需要設置上拱度 . 橋架跨度中央的標準拱度值為 47 000L=100025500慮制造因素，實取 度中央兩邊按二次拋物曲線 20 24(1 ) 設置拱度，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，橋架結構設計全部合格，橋架結構施工圖見附圖一三。 48 總結 經(jīng)過兩個月的金屬結構畢業(yè)設計實習，使我學到了許多非常重要的知識和技術，也讓我提前體會到了同在學校完全不一樣的生活。這次畢業(yè)設計課題的內(nèi)容近乎涉及到了我們大學四年所學的專業(yè)課程，在完成畢業(yè)設計的過程中也使我從新溫習了一遍專業(yè)知識。 首先，在前期的設計計算過程中，溫習了以前所學的許多知識，譬如機械設計、高等數(shù)學以及材料力學等，并對其加深了鞏固。在設計和計算過程中，發(fā)現(xiàn)了許多疑難問題和自己以前沒有注意到的知識點及方 法，通過老師的指導和講解，自己搜集資料并進行總結，在規(guī)定的時間內(nèi)完成了開題報告和前期計算過程。 其次，在該設計中主要是對橋架結構作圖，全部通過應用 習過程中我接觸到了企業(yè)中所用的天河 是 過這次作圖使我更加熟練的掌握了 時也從中學到了許多繪圖方法和技巧，特別是快捷鍵的應用。使我能夠在比較短的時間內(nèi)完成所要畫的圖紙。在寫設計說明書的過程中，我掌握了 公式編輯器的應用。雖然在編寫過程中遇到了許多難題，但通過老師的指導和同學的幫助都得到 了解決。 在這次設計過程中，我查閱了大量的相關資料。掌握了許多新方法和新知識。使自己的專業(yè)知識得到了很大的補充。特別是一些自己平時所學課本上沒有介紹到的知識。例如：翼緣板和腹板加勁肋的選用、計算和校核。同時還了解了目前的起重機的發(fā)展情況以及以后的發(fā)展趨勢，并掌握一些最新技術和設計理論。 針對此次的設計，隨著對整機的不斷深入了解，也發(fā)現(xiàn)了設計存在的一些問題。一方面，由于缺乏必要的生產(chǎn)實踐知識，我的設計還局限于一定的想象空間上，實際中不生產(chǎn)或加工比較困難。通過這次畢業(yè)設計，使我感覺收獲頗多。在設計中培養(yǎng)了團隊合 作精神并且提高了自我探索的能力，遇到問題大家集體討論進行解決，還有 術的應用，這些對于我們即將走向工作崗位的新人是一個很好的培訓和鍛煉，同時也是平時所學的理論和實踐的一次結合。這次設計將對我們的以后工作和學習奠下重要的理論知識基礎和實踐經(jīng)驗。 49 參考文獻 1 胡宗武 北京：機械工業(yè)出版社， 2 田景亮 北京：化學工業(yè)出版社， 3