18吨5吨40米A型双梁门式起重机结构设计.docx
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1、18/5t 40m A型双梁门式起重机结构设计 摘 要本次设计为18/5t 40m A型双梁门式起重机结构设计;门式起重机实现港口货场装卸作业效率,减轻工人劳动强度,改善工人操作条件;是货场重要的起重运输机械。A型双梁门式起重机主要由双主梁、两刚性支腿、两柔性支腿、马鞍以及上下横梁组成门式起重机的主要金属结构。关键词:A型门式起重机;结构;强度;刚度AbstractKey WordsA dual-beam gantry crane;he main beam;outrigger;Strength; stiffness目 录摘 要IAbstractII前 言- 1 -第一章总体计算- 2 -一、主
2、要技术参数- 2 -第二章 主梁计算- 2 -一、载荷荷及内力计算- 2 -(一)移动载荷及内力计算- 2 -(二)静载荷及内力计算- 3 -(三)风载及内力计算- 4 -(四)大车紧急制动惯性力F及内力计算- 5 -二、主梁截面几何参数计算- 7 -(一)主梁截面图- 7 -三、载荷组合及强度稳定性验算- 10 -(一)载荷组合- 10 -(二)弯曲应力验算- 11 -(三)主梁截面危险点验算- 11 -(四)主梁疲劳强度计算- 13 -(五)稳定性验算- 15 -(六)验算跨中主、副板上区格的稳定性- 16 -第三章支腿设计计算- 22 -一、支腿简图- 22 -(一)刚性支腿- 22 -
3、(二)柔性支腿- 23 -二、支腿截面几何参数设计计算- 25 -(一)刚性支腿截面I-I- 25 -(二)刚性支腿截面II-II- 26 -(三)柔性支腿截面I-I- 26 -(四)柔性支腿截面II-II- 27 -三、载荷以及内力计算- 27 -(一)主梁自重对刚柔腿的作用- 27 -(二)计算载荷对刚柔支腿的作用- 28 -(三)马鞍和支腿自重对刚、柔腿的作用- 29 -(四)大车运行方向风载荷以及惯性力对刚、柔腿的作用- 30 -(五)载荷组合(支腿平面内)- 35 -(六)刚、柔支腿上下两个截面的强度计算- 36 -(七)支腿的稳定性计算:- 37 -第四章 下横梁的计算- 43 -
4、(一)下横梁尺寸的确定- 43 -(二)强度验算- 44 -(三)端梁稳定性计算:- 45 -第五章 起重机刚度验算- 45 -(一)静刚度和位移- 46 -(二)门式起重机的动刚度计算- 50 -第六章 主梁的翘度和拱度- 52 -第七章 连接- 54 -(一)腿与主梁连接处螺栓强度计算- 54 -(二)支腿与下横梁连接计算- 55 -1.刚性支腿- 56 -2.柔性支腿:- 57 -(三)主梁与端梁间的连接计算- 59 -1.主端梁连接形式- 59 -2主梁与端梁连接计算(以及校核):- 61 -参考文献- 63 -致 谢- 64 -外文翻译- 65 -前 言卸载等承载能力港口门式起重机第
5、一章总体计算一、主要技术参数起重量:Q=18/5t小车自重:G小=6t小车轮距:b =2.0m小车轨距:K=2.5m起升速度:V起=9.3m/min大车运行速度:V大=48m/min大车基距:B=10m起升高度:H0=14m跨度:L=40m有效悬臂(刚性支腿侧)长度:L0刚=8m有效悬臂(柔性支腿侧)长度:L0柔=8m悬臂(刚性支腿侧)全长:L刚=10m悬臂(柔性支腿侧)全长:L柔=10m工作风压; q=250pa非工作风压; q=6001000pa工作级别A6小车车轮直径D小车=500mm ,2轮驱动n=4第二章 主梁计算一、载荷荷及内力计算(一)移动载荷及内力计算1. 作用在一根主梁上的移
6、动载荷为:静载荷P=(Q+G小车)gP=(18+6)104=120kN小车满载下降制动时载荷P计计算: P计=(2Q+1G小车2)g其中,起升冲击系数1=1.0;该起重机用作装卸船,起升状态级别为HC3, 2min=1.15、=0.51,动载系数2 =2min + V起 =1.3 P计=(1.318+1.06)10 =147kN2. 移动载荷位于有效悬臂处主梁悬臂根部弯矩M悬计算:M悬= P计L有悬所以:M悬=14710310=1470000N.m剪力:Q悬= P计=147kN3. 移动载荷位于跨中时,主梁跨中弯矩M中为:M中=P计LM中=14710340=1470000N.m剪力:Q中=P计
7、=147=73.5kN(二)静载荷及内力计算一根主梁自重G静=28.5t一根主梁的分布载荷q和q计计算,如下:q计=q=G静/(L+L刚+L柔)q计=q=28.5104 /(40+10+10)=4750N/m1. 柔性支腿侧静载弯矩M自柔和剪力Q自柔计算:M自柔=q计L柔2M自柔=4750102=237500N.mQ自柔= q计L柔Q自柔=475010=47.5kN2. 刚性腿侧静载弯矩M自刚和剪力Q自刚的计算M自刚=q计L刚2M自刚=4750102=237500N.mQ自刚= q计L刚Q自刚=475010=47.5kN3. 跨中的静载弯矩M自中计算M自中=q计L2+(M自柔+M自刚)M自中=
8、4750402+(237500237500)=712500N.m(三)风载及内力计算1. 风向平行大车轨道方向时的均布风力计算:(1) 小车风载荷P小风计算P小风=0.4210=2.1kN(作用在一根主梁上)。(2) 主梁的均布风载荷q主风计算q主风= P1前/(L+L柔+L刚)q主风=5.25104/(40+10+10)=875N/m2. 小车分别位于刚性和柔性支腿侧有效悬臂处主梁风载产生水平弯矩M水柔和M水刚和剪力Q水柔以及Q水刚计算。M水柔=L02q主风-P小风L0柔M水柔=10287521008=60550N.mM水刚=10287521008=60550N.mQ水柔= q主风L0柔 P
9、小风Q水柔=87510+2100=10.85kNQ水刚=87510+2100=10.85kN3. 小车位于跨中主梁水平弯矩M水平计算M水平= P小风L+q主风 L2-q主风(L0柔2+L0刚2)M水平=210040+875402-875(102+102)=173250N.m(四)大车紧急制动惯性力F大惯及内力计算1. 作用在一根主梁上的小车自重和货物重量的惯性力P小大惯计算 起重机运行制动时引起的门架水平惯性力 所以 所以 2. 一根主梁均布载荷惯性力q主大惯计算q主大惯=0.0233q计q主大惯=0.02334750=110.68N/m3. 小车位于刚性支腿和柔性支腿侧有效悬臂位置,大车紧急
10、制动,主梁水平方向弯矩M柔大惯和M刚大惯以及悬臂根部剪力Q柔大惯和Q刚大惯计算M柔大惯=q主大惯L柔2+p小大惯L0柔M柔大惯=110.68102+27968=27902N.mM刚大惯=110.68102+27968=27902N.mQ柔大惯= q主大惯L柔+ p小大惯Q柔大惯=110.6810+2796=3902.8NQ刚大惯=110.6810+2796=3902.8N4. 小车位于跨中大车制动主梁水平弯矩M中大惯计算M中大惯=p小大惯L+q主大惯L2q主大惯 (L柔2+L刚2)M中大惯=279640+110.68402110.68(102+102)=44562N.m5. 主梁外扭矩计算:(
11、由于偏轨箱型梁对弯心ex的作用)偏轨箱型梁由和作用而产生移动扭矩,其他载荷产生的扭矩小,且作用方向相反,忽略不计,偏轨箱型梁弯心A在梁截面的对称形心轴上,(不考虑翼缘外伸部分)弯心至主腹板距离为:图2- 1小车轨道选用P43轨,轨高为:移动扭矩:满载小车位于跨中时,跨中最大剪切力:跨中内扭矩:二、主梁截面几何参数计算(一)主梁截面图:主梁截面的选取:H=(1/101/17)L=42.35m取H=3m=3000mm主梁在主端梁连接处的高度:H0=(0.40.6)H=12001800mm取H0=1500mm主梁两腹板内壁间距:b=()H=15001000mm 取b=1200mm。选择偏轨箱型形式:
12、采用偏轨省去正轨支撑轨道而设置横向加劲板,从而也省去大量焊缝,减少制造过程变形。为了能在主腹板上设置轨道和压板,须使上翼缘板的悬伸宽度加大,因而增加啦保证悬臂部分局部稳定性而设置的三角劲.箱型梁各板厚度:主腹板1=10mm, 副腹板厚度:2=8mm;上下盖板厚度:=10mm。翼缘板厚度: 取翼缘板宽度: 取b=1260mm盖板宽度:上盖板B上=1388mm B下=1258mm主梁截面简图如图:图2-21. .求面积。 净面积: 毛面积: 2.求形心坐标。3.求主梁截面的惯性矩: 对x轴: 总惯性矩: 对x轴: 总惯性矩:三、载荷组合及强度稳定性验算(一)载荷组合按2类载荷组合考虑;即小车位于有
13、效悬臂和跨中位置,小车满载下降制动,同时大车制动,风向平行于大车轨道方向,工作风压为250pa。1. 小车满载位于刚性腿有效悬臂处,悬臂根部由于垂直载荷产生的弯矩M刚总重和Q刚总重以及水平载荷产生的弯矩M刚总水平和Q刚总水平分别为:M刚总重=M悬+M自刚M刚总重=1470000+237500=1707500N.mM刚总水平=M水刚+M刚大惯M刚总水平=60550+27902=88452N.mQ刚总垂=Q悬+Q自刚=1470000+47500=194500NQ刚总水=Q水刚+Q刚大惯=10850+3902.8=14752.8N2. 小车满载位于柔性支腿侧有效悬臂,悬臂根部由于垂直载荷产生的弯矩M
14、柔总垂和Q柔总垂以及水平载荷产生的弯矩M柔总水和Q柔总水计算。 M柔总垂=M悬+M自柔 M柔总垂=1470000+237500=1707500N.mM柔总水=M水柔+M柔大惯 M柔总水=60550+27902=88452N.m Q柔总水=Q水柔+Q柔大惯=10850+3902.8=14752.8NQ柔总垂=Q悬+Q自柔=1470000+47500=194500N3. 小车满载位于跨中处,跨中截面由于垂直载荷产生的弯矩M中总重和水平载荷产生的弯矩M中总水计算:M中总重=M中+M自中M中总重=1470000+712500=2182500N.mM中总水=M水中+M中大惯M中总水=173250+445
15、62=217812N.m上述三种载荷中,以小车 满载下降制动位于柔性支腿侧有效悬臂处,同时大车紧急制动,风向平行于轨道方向时,M柔总垂,M柔总水和Q柔总垂,Q柔总水的计算值最大,故下面强度和稳定性仅按该工况进行计算。 (二)弯曲应力验算由上表可知,主梁在垂直面和水平面内的合成弯矩:小车在跨中时弯矩最大,现在分别验算主梁跨中弯曲应力: 跨中垂直弯矩= M中总重=2182500m跨中水平弯矩= M中总水=217812N.m(三)主梁截面危险点验算主梁跨中截面危险点:的强度(1) 主腹板上边翼缘点的应力:主腹板边至轨顶距离:主腹板边的局部压应力为:垂直弯矩产生的应力:水平弯矩产生的应力:惯性载荷与侧
16、向力对主梁产生的轴向力较小,且作用方向相反,应力很小,故可不计算,主梁上翼缘板静矩:主腹板上边的切应力:点的折算应力为:(2) 点的应力:(3) 点的应力:(四)主梁疲劳强度计算计算主梁跨中最大弯矩截面的疲劳强度:由于水平惯性载荷产生的惯性力很小,为了计算简明,忽略惯性力。求跨中最大弯矩和最小弯矩:Mmax= M中总重=2182500N.m空载小车位于有效悬臂处。跨中弯矩最小:作用在一根主梁上的空车轮压;远离小车一侧的支反力;小车轮压在跨中产生的弯矩(1) 验算主腹板受拉翼缘焊缝的疲劳强度:应力循环特性:根据工作级别E8,应力集中等级K1,及材料Q235,查的,Q235的材料强度极限,焊缝拉伸
17、疲劳许用应力为:,故焊缝合格(2) 验算横隔板下端焊缝与主腹板的连接处:取横隔板下端至下翼缘板上表面距离为50mm , 则:应力循环特性:根据工作级别E8,及材料Q235,横隔板采用双面连续角焊缝连接,应力集中等级K3,查的,焊缝拉伸疲劳许用应力为:,故焊缝合格。由于切应力很小,忽略不计。(五)稳定性验算 (1)整体稳定性 :(稳定)(2)局部稳定性:翼缘板:,因为需要设置2条纵向加劲肋,不再验算。翼缘最大外伸部分:(稳定)主腹板: 副腹板:,大于320。考虑到跨端受力情况设置两条纵向加劲肋,副腹板相同,隔板间距a=2000mm,纵向加劲肋,如下图:图2- 3 (六)验算跨中主、副板上区格的稳
18、定性。(1) 验算跨中主腹板上区格I的稳定性。区格两边正应力:属于不均匀压缩板。区格I的欧拉应力:区格分别受、和作用时的临界压力为:式中:板边弹性嵌固系数由于,屈曲系数需要修正,则腹板的局部压应力压力分布长度按a=3b计算,。区格I属于双边局部压缩板,板的屈曲系数:需要修正,则区格切应力由,板的屈曲系数为需要修正,则区格上边缘的复合应力:,区格临界复合应力为复合应力。区格II的尺寸与I相同且应力较小,故不需要再验算,主腹板外侧设短加劲肋与上盖板外伸部分顶紧用以支撑轨道,间距500mm。(2) 验算跨中副腹板上区格I的稳定性。区格两边正应力:属于不均匀压缩板。区格I的欧拉应力:区格分别受和作用时
19、的临界压力为:式中:板边弹性嵌固系数由于,屈曲系数需要修正,则区格切应力由,板的屈曲系数为需要修正,则区格上边缘的复合应力:,区格临界复合应力为复合应力。区格II的尺寸与I相同且应力较小,故不需要再验算。(3) 加劲肋的确定横隔板厚度为8mm,孔的周边板宽不得大于20,版中开孔尺寸为8002520mm。翼缘板纵向加劲肋选用角钢:、。纵向加劲肋对翼缘板厚度中心线1-1的惯性矩: ,验算通过。主、副腹板采用相同的纵向加劲肋选用角钢:、。纵向加劲肋对主腹板厚度中心线1-1的惯性矩:,验算通第三章支腿设计计算由于门机的L30m采用一刚一柔支腿,在计算门架平面内力时,采用静定简图,但是在计算支腿平面内力
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