第八章 偏軌箱形龍門起重機(jī)2011

1、本章內(nèi)容：簡單介紹偏軌箱形龍門起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的形 式，詳細(xì)分析主梁、支腿的內(nèi)力，介紹主梁、支腿的設(shè) 計(jì)計(jì)算方法。 本章重點(diǎn)：偏軌箱形龍門起重機(jī)主梁的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 中軌箱形梁中軌箱形梁偏軌箱形梁偏軌箱形梁半偏軌箱形梁半偏軌箱形梁 第一節(jié) 偏軌箱形龍門起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu) 金屬結(jié)構(gòu)組成：上部主梁，支腿。 龍門起重機(jī)的分類 單主梁龍門起重機(jī) 雙梁龍門起重機(jī) 一、單主梁龍門起重機(jī) 1、帶懸臂單梁龍門起重機(jī) 支腿的形式：L型、C型 主梁的形式：箱形截面 起重小車采用側(cè)向懸掛的方式： 二支點(diǎn)小車 三支點(diǎn)小車 適用于適用于Q=520t 適用于適用于Q=2050t 支腿的計(jì)算簡圖的確定 在龍門架平面為上端 固定

2、、下端自由的計(jì)算簡 圖，因此支腿上大下小 在支腿平面為上端自 由、下端固定的計(jì)算簡圖， 因此支腿上小下大 當(dāng)跨度L35 m時(shí)，通常制成一側(cè)剛性支腿、另一側(cè)柔性支腿。 從而可消除溫度和吊重引起的推力從而可消除溫度和吊重引起的推力。 2無懸臂的單主梁龍門起重機(jī) 二、雙梁龍門起重機(jī) 1無馬鞍雙梁龍門起重機(jī) （O形）采 用標(biāo)準(zhǔn)軌距 （U形）不采用 標(biāo)準(zhǔn)軌距 支腿粗壯 防止兩根主梁向中間并 小車軌道在主梁的上方小車軌道在主梁的上方 U形雙梁龍門起重機(jī)形雙梁龍門起重機(jī) 2帶馬鞍雙梁龍門起重機(jī) 變截面支腿的形式： 主要靠馬鞍防止主要靠馬鞍防止 主梁向中間并主梁向中間并 龍門架平面和支腿平面龍門架平面和支腿平

3、面 均為上大下小均為上大下小 第二節(jié) 偏軌箱形主梁的內(nèi)力分析 一、計(jì)算簡圖 1、帶柔性支腿的龍門起重機(jī) 2、具有兩個(gè)剛性支腿的龍門起重機(jī) 垂直平面水平面 垂直平面 結(jié)論：結(jié)論：主梁的最不利計(jì)算簡圖是按兩 端簡支的外伸梁簡支的外伸梁計(jì)算，不因其結(jié)構(gòu)形式 和支承情況而改變。 二、垂直載荷引起的主梁內(nèi)力 1移動(dòng)載荷引起的主梁內(nèi)力 一個(gè)主梁上總的小車輪壓： n QG R ixci 21 PPR 跨間運(yùn)行時(shí) 小車車輪1下的主梁彎矩方程式為： 1 1A LZ-a MR ZRZ L 4L )aL( RM 2 1 1max 此時(shí) 2 aL Z 1 4L )aL( RM 2 2 2max 同樣方法： 如果P1P

4、2，則M1maxM2max 當(dāng)P1=P2=P時(shí)，則M1max=M2max=Mmax， P1=P2=P時(shí)彎矩M的圖線 剪力方程式為 ) L b L Z 1 (P) L Z 1 (PQ 21 當(dāng)Z=0時(shí) 有 P1P2時(shí)的剪力廣義影響線 P1=P2時(shí)的剪力廣義影響線 L bP PPQ 2 21max 懸臂段范圍運(yùn)行，小車走到懸臂端時(shí)，支承A處 21 PPQ 小車位于懸臂端時(shí)的彎矩及剪力圖小車位于懸臂端時(shí)的彎矩及剪力圖 )( 21max blPlPM 2、固定載荷引起的主梁內(nèi)力 1）勻布固定載荷 0 L G q 2 2 0 0 max ql 2 1 8 qL )L2L( 8 qL M 2 ql M 2

5、 max qL 2 1 Q qlQ 2）集中固定載荷 司機(jī)室對(duì)主梁的作用 端梁對(duì)主梁的作用 三、水平載荷引起的主梁內(nèi)力 1大車制動(dòng)慣性力引起的主梁內(nèi)力 橋架慣性力qH(水平均布力） 司機(jī)室慣性力PHs 端梁慣性力PHd 有載小車慣性力為P1H和P2H 計(jì)算方法：計(jì)算方法：將相應(yīng)的垂直載荷縮小 倍，即得大車制動(dòng)慣性力。 g a 5 2風(fēng)載荷引起的主梁內(nèi)力 主梁迎風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)載荷為水平的均布載荷qw 小車及貨物迎風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)載荷為水平的移動(dòng)集中載荷P1w和P2w 注：注：計(jì)算主梁時(shí)僅考慮順著大車軌道方向的風(fēng)載荷。計(jì)算主梁時(shí)僅考慮順著大車軌道方向的風(fēng)載荷。 四、主梁承受的扭矩 1外扭矩的確定 如圖，主梁

6、承受的扭矩為 nsncn MMM ) eB(Q) eB(GM 2 i1xcinc 2 h )RR(M wHns 0 21 2 Be 對(duì)于雙主梁： eRMnc 大車制動(dòng)大車制動(dòng) 時(shí)引起的時(shí)引起的 慣性力慣性力 小車和小車和 貨物的貨物的 風(fēng)載荷風(fēng)載荷 2扭矩在主梁上的分布 BAn MMM (1)小車在跨中時(shí) a. 兩條腿剛度都很大 2 M MM n BA b. 一條剛性腿一條柔性腿 nA MM0MB （2）小車位于跨間，靠近一條腿時(shí) nA MM0MB (3) 小車在懸臂端 a. 兩條腿剛度都很大 BK An ABK 1L CGI MM 11L CCGI b. 一條剛性腿一條柔性腿 nA MM0M

7、B BnA MMM 主梁懸臂長度對(duì)扭矩在支腿主梁懸臂長度對(duì)扭矩在支腿A及及B上的分配沒有影響上的分配沒有影響 i i K s A I 2 0 4 純抗扭慣性矩 四、偏斜運(yùn)行側(cè)向力S引起的主梁內(nèi)力 單梁：單梁： l ns MPh 雙梁：雙梁： l s MPh s P其中 為沿軌道方向的超前力 s PLSB s SB P L SBLPM S l 第四節(jié) 偏軌箱形主梁的設(shè)計(jì)計(jì)算 一、確定計(jì)算載荷及其組合 二、主梁的內(nèi)力計(jì)算 畫彎矩圖，找出危險(xiǎn)截面 三、主梁的截面選擇 四、主梁的強(qiáng)度校核 危險(xiǎn)截面的位置： 滿載小車位于跨中時(shí)的跨中截面 滿載小車位于有效懸臂端時(shí)的懸臂根部截面 工作級(jí)別A6時(shí)，按載荷組合

8、I校核疲勞強(qiáng)度 按載荷組合II校核靜強(qiáng)度 工作級(jí)別A6時(shí)，按載荷組合II校核靜強(qiáng)度 1滿載小車位于跨中時(shí)主梁跨中截面強(qiáng)度校核滿載小車位于跨中時(shí)主梁跨中截面強(qiáng)度校核 (1)正應(yīng)力 主梁跨中截面的正應(yīng)力分布圖主梁跨中截面的正應(yīng)力分布圖 2滿載小車位于懸臂端時(shí)主梁支承處截面強(qiáng)度校核 (1)正應(yīng)力 (2)剪應(yīng)力 (3)復(fù)合應(yīng)力 主腹板厚度 (2)平均擠壓應(yīng)力 (3)復(fù)合應(yīng)力 五、帶懸臂主梁的局部穩(wěn)定性校核 六、主梁的剛度校核 （一）主梁的靜剛度校核 計(jì)算靜撓度時(shí)的計(jì)算載荷是起升載荷和小車自重。 1、按簡支外伸梁計(jì)算靜撓度 滿載小車位于跨中(圖822) 3 48 RL f EI 忽略輪距時(shí)的撓度： 滿載

9、小車位于有效懸臂端 忽略輪距 2 () 3 Rl fLlf EI 2、按一次超靜定龍門架簡圖計(jì)算靜撓度 滿載小車位于跨中 滿載小車位于有效懸臂端 ) 128 38 ( 3 )( 2 3 2 21 f k k Ll EI ClPP f 3、靜剛度計(jì)算總結(jié) 具有柔性支腿的龍門起重機(jī)應(yīng)按簡支外伸梁計(jì)算簡圖計(jì)算靜撓度。 具有兩個(gè)剛性支腿的龍門起重機(jī)分幾種情況： 小車位于跨中時(shí)靜撓度建議按簡支梁計(jì)算簡圖計(jì)算 小車位于有效懸臂端時(shí)的有效懸臂端靜撓度建議按一次 超靜定龍門架計(jì)算簡圖計(jì)算 （二）、橫向框架抗扭剛度校核（對(duì)于箱形梁可不考慮） （三）、主梁的動(dòng)剛度校核 例8-1 L型單主梁偏軌箱型龍門起重機(jī)，起重

10、量mQ=20/5t，跨度L=35m， 懸臂長l=10m，小車在懸臂端的極限位置l1=7m，小車質(zhì)量mx=7.8t，主 梁截面形式及尺寸如圖。 風(fēng)壓q =150Pa，水 平慣性力均取垂直載荷的1/10，軌道高度hg=107mm。材料Q235， 許用撓度，跨中YL=L/800，懸臂端YL1=L/350，試驗(yàn)算起重機(jī)主梁的 靜強(qiáng)度和靜剛度。 , 2 . 1,15. 1, 1 . 1 241 ,100 ,175MPaMPa 解：（1）載荷計(jì)算 主梁截面積： )(55712)14601654(8)68(2200 )()( 2 132 mm BBhA xSz 主梁質(zhì)量：設(shè)加勁肋質(zhì)量系數(shù)k=1.5 )(36

11、080)35000100002(557121085. 75 . 1 )2( 6 kg LlAkm 主梁自重均布載荷： 36080 9.8 6.43(/) 255000 mg qN mm lL 主梁迎風(fēng)面積： )(122)35102(216. 2)2( 2 mLlHA 風(fēng)載荷：因箱形梁8 .24 216. 2 552 H Ll 65. 1C 工作風(fēng)壓下，1 h k )(30195122150165. 1NAqCkP IIhw 風(fēng)載荷集度： )/(549. 0 55000 30195 2 mmN Ll P F w w 水平慣性力（均布）： 6.43 /0.643(/)0.643 1010 H q

12、FN mmN mmMPa 移動(dòng)載荷： 組合IIa： kN gmmP Qxa 3 .3198 . 9)202 . 18 . 71 . 1 ( )( 21 組合IIb： kN gmmP Qxb 3 .3138 . 9)208 . 7(15. 1 )( 4 按載荷組合IIa計(jì)算。設(shè)小車輪壓相等，即： Va PP2 kN P P a V 65.159 2 3 .319 2 水平集中慣性載荷（作用于軌道頂）： kNgmmP QxH 24.2710/)(2 主梁截面彎心水平位置：mmBe6031407 68 6 0 32 3 彎心垂直位置在截面中心線上。 外扭矩： 8 22() 2 2216 319300

13、 60327240(107)2.242 10 2 nVHg H MPePh N mm （2）內(nèi)力計(jì)算 1）垂直方向（跨度大，兩支腿分別制成一剛一柔） 22 ( /2)1 223 9 2 () 824 3500010000319.3 1035000 1.1 6.43 () 824 3.523 10 () V x L P LqLql M N mm 跨中： kNPQ VLy 65.1592/2 )2/( 懸臂根部： 2 ( 1)11 23 9 /22 1.1 6.43 10000 /2319.3 107000 2.589 10 x lV MqlP l N mm 2）水平方向 mmNFFF HW /1

14、92. 1 1 kN. 2qqlQ V1)y(l1 23 10931033191000043611 跨中： mmN LPLL LF M HLy 8 3 0 01 )2/( 10613. 3 4/350001024.278/ )55000350002(55000192. 1 4/2)2( 8 NPQ HLx 136202/2 )2/( 懸臂根部： mmN lPlFM Hly 8 8 1 2 1)1( 10502. 2 7000272402/10192. 1 22/ kNPlFQ Hlx 392724010192. 12 4 1)1( 3）主梁截面性質(zhì) 中性軸位置 mm A Ay y i ii 7

15、5.1138 55712 8146042200)86(1108816542212 1 mmy25.107775.1138822008 2 mm A Ax x i ii 88.808 55712 82200143462200278146073081654827 1 mmx12.84588.8081654 2 慣性矩： 410 2 132 2 11 2 2132 103 . 4 ) 2 )()4()4()( 12 3 mm h yhyByB h I xSx 410 222233 2 21 2 11 2 11 2 13 2 12 33 1 10011. 2 12.188165488.78814608

16、8.7812200612.62522008)14601654( 12 8 ) 2 () 2 ()27()27()26()( 12 mm B xB B xBxBxhxBhBBI S S x xxxxSy 上翼緣板靜矩 37 1 21 1042. 1)425.1077(81654) 2 (mmyBS Sy 截面靜矩 3727 2 1232 1022. 225.1069)68( 2 1 1042. 1 )( 2 1 mm ySS y 4）強(qiáng)度校核 跨中截面： ( /2)2( /2)2 98 1010 1.15() 3.523 101077.253.613 10845.12 1.15 ()118.45

17、 4.3 102.011 10 x Ly L A xy MyMx II MPa ( /2)( /2) 1 89 1 1010 1.15() 3.613 10(1407)3.523 10(1077.258) 1.15 ()113.62 4.3 102.011 10 x LBy LB B xy MyMx II x MPa MPa C P V m 3 .71 8)501152( 159650 2 8 2.242 10 n MN mm 8 002 2.242 10 4.52 22 1407 2208 8 n n M MPa B H 7 ( /2) 1 10 23 159650 1.42 10 3.76

18、 ()4.3 10(86) y Ly x QS MPa I 222 111 3()98.5 Bmmn MPa ( /2)1( /2)1 98 1010 (27) 1.15() 3.523 101138.753.613 10781.88 1.15 ()123.45 4.3 102.011 10 x Ly L C xy MyMx II MPa 懸臂根部截面 98 ( 1)2( 1)2 1010 2.589 101077.252.502 10845.12 4.3 102.011 10 75.38 x ly l A xy MyMx II MPa 98 ( 1)( 1) 1010 2.589 10106

19、9.252.502 10625.12 4.3 102.011 10 72.2 x lBy lB B xy MyMx II MPa 8 2.242 10 n MN mm 8 002 2.242 10 4.5 22 1407 2208 8 n n M MPa B H 22 11 3761.1 B MPa 98 ( 1)1( 1) 1010 2.589 101138.752.502 10781.88 4.3 102.011 10 78.26 x ly lC C xy MyMx II MPa MPa I SQ x yly 2 . 9 )68(103 . 4 1042. 1109 . 3 )( 10 7

20、5 32 )1( 1 MPa n 7 .13 1 57 ( 1) 1 10 23 3.9 102.22 10 14.4 ()4.3 10(86) y l x QS MPa I 1 14.54.518.9 Dn MPa 5）剛度校核 跨中： 3 33 510 () (207.8) 109.8 35000 26.95 484.8 2.1 104.3 10800 Qx LL x mm gL L fmmf EI 懸臂端： 2 32 11 1 510 1 ()() (207.8) 109.8 7000(700035000) 33 2.1 104.3 10 20.7120 350 Qx l x L mm

21、gllL f EI l mmfmm %5 . 3%100 20 2070.20 在允許范圍內(nèi)，剛度合格 強(qiáng)度滿足要求 第五節(jié) 偏軌箱形龍門起重機(jī)支腿的設(shè)計(jì)計(jì)算 一、確定計(jì)算載荷及其組合 二、支腿的內(nèi)力分析 兩個(gè)剛性支腿：一次超靜定問題 帶柔性支腿：靜定問題 最不利工況：最不利工況： 帶懸臂的龍門起重機(jī)小車位于有效懸臂端有效懸臂端 不帶懸臂的龍門起重機(jī)小車靠近一條支腿處靠近一條支腿處 1、龍門架平面 A. 垂直載荷 1） 起升載荷和小車自重 計(jì)算載荷 不帶懸臂時(shí)： B. 水平載荷 1) 小車慣性力PHx（或小車、貨物的風(fēng)載荷及小車的碰撞載荷） 2）靜定結(jié)構(gòu)時(shí)，小車慣性力PHx（或小車、貨物的風(fēng)載

22、荷及小車的 碰撞載荷） 3）支腿承受的風(fēng)載荷 注：橋架自重G在計(jì)算支腿軸向力時(shí)應(yīng)予以考慮； 不考慮橋架自重G引起的橫推力 龍門架平面內(nèi)支腿的危險(xiǎn)截面：龍門架平面內(nèi)支腿的危險(xiǎn)截面：支腿的上端 2支腿平面的支腿內(nèi)力（按靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算） 1）、求主梁對(duì)支腿的支反力 A、起升載荷和小車自重引起的支腿的垂直載荷 B、起升載荷和小車自重等引起的扭矩MA(按8-14，8-18計(jì)算) 2）支反力VA引起的支腿的內(nèi)力 3）扭矩引起的支腿的內(nèi)力 4）水平集中力引起的支腿的內(nèi)力 5）水平均布載荷引起的支腿內(nèi)力 6）偏斜載荷引起的內(nèi)力 支腿截面的內(nèi)力： 軸力N、彎矩M、扭矩Mn(按表8-6計(jì)算） 危險(xiǎn)截面：支腿的下端

23、帶馬鞍的龍門起重機(jī)支腿 支腿平面的計(jì)算簡圖： 一次超靜定結(jié)構(gòu) 三、支腿截面的選擇 1、支腿結(jié)構(gòu) 單主梁龍門起重機(jī)和無馬鞍的雙梁龍門起重機(jī)支腿變截面形式 bs等于梁寬 Cs略大于梁高，且Cs=(1.381.8)bs Cx等于下橫梁寬（由走行輪支承結(jié)構(gòu)決定） Cx（400700）mm bx(2.93.7)Cx 帶馬鞍的雙梁龍門起重機(jī)支腿截面在兩個(gè)平面 內(nèi)都是上大下小 2、下橫梁結(jié)構(gòu) 1）單梁 為保證RA=RB P MB b 2 2）雙梁無馬鞍 3）帶馬鞍 7 . 0 s xs b bb 7 . 0 s xs C CC 四、強(qiáng)度校核 1、支腿的強(qiáng)度校核 在龍門架平面內(nèi)，支腿上端為危險(xiǎn)截面； 在支腿平

24、面內(nèi)，支腿下端為危險(xiǎn)截面； 此外，還必須對(duì)中間截面進(jìn)行強(qiáng)度校核 2、下橫梁的強(qiáng)度校核 五、支腿的整體和局部穩(wěn)定性校核 1、整體穩(wěn)定性可按下面的簡化計(jì)算式驗(yàn)算 2、局部穩(wěn)定性校核 1）軸心受壓 2）偏心 y x xy M MN AWW 10 l b 4 3 l 縱向加勁肋 （成對(duì)布置） 橫向加勁肋 15 l l b 0 0 40 30 40 30 l l b bmm C bmm 3） 支腿下橫梁的局部穩(wěn)定與主梁的無集中輪壓作用時(shí)情況相同 六、雙梁龍門起重機(jī)橋架水平剛度校核六、雙梁龍門起重機(jī)橋架水平剛度校核 雙梁龍門起重機(jī)如果橋架水平剛度不夠水平剛度不夠，會(huì)出現(xiàn)兩根主梁 向中間并攏向中間并攏，甚至

25、發(fā)生小車卡軌小車卡軌現(xiàn)象。 滿載小車位于有效懸臂端滿載小車位于有效懸臂端，其中一條支腿出現(xiàn)最大支反力為水 平剛度校核的最不利工況最不利工況。 1計(jì)算載荷 (1)一根主梁作用于支腿上端的垂直壓力 (2)由于小車偏心作用引起的扭矩 2水平支反力HA及HB（莫爾圖乘法） 3. 校核 主梁和支腿在連接處的最大水平變位 gc t A bbf 七、支腿與主梁及下橫梁的連接計(jì)算(見第四章) 支腿與下橫梁的連接形式及受力簡圖 按受拉又受剪的 螺栓連接計(jì)算 八、變截面支腿的折算慣性矩 1、用折算慣性矩所在位置法求折算慣性矩 近似認(rèn)為箱型支腿的慣性矩與截面高度的平方成正比 變截面支腿 2 min1 max1 2

26、min max min max x x y y I I k z z 又 Lxx min1max1 1 min1 k L x 2 min1 1 2 minmin )( x x y y I I z xz min 2 )( ) 1(1 zxz I L x kI （計(jì)算橫推力和剛度演算）（計(jì)算橫推力和剛度演算） 令 L x 則 min 2 )( ) 1(1 zxz IkI 變截面支腿受單位力作用計(jì)算簡圖 在單位力P作用下，臂端線位移： k kk k kEI L z b ln 1 21 ) 1( 1 2 min 3 慣性矩為折算慣性矩的等截面支腿在 單位力P作用下的臂端線變位： zt d EI L 3

27、3 db min 2 ln 1 21 3 ) 1( z I k kk k k I zt （折算慣性矩） 折算慣性矩的位置 1 ln 1 2 13 1 t 2、用辛普生數(shù)值積分公式求折算慣性矩 設(shè)支腿各等分處的截面慣性矩分別為： Iz0、Iz1、Iz2、Iz3、Iz4。 辛普生數(shù)值積分公式： 變截面支腿自由端在單位力作用下產(chǎn)生的線變位為 )(4 3 )( 1310 0 n L ffff n L dxxf )(2 242nn ffff 等分?jǐn)?shù) 單位力P作用在等截面支腿的臂端時(shí)，臂端的線變位： zt d EI L 3 3 db 九、變截面支腿的長度系數(shù)2 根據(jù)變截面支腿與等截面支腿臨界力根據(jù)變截面支腿與等截面支腿臨界力 相等的條件求得折算長度系數(shù)相等的條件求得折算長度