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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）
設(shè)計(jì)(論文)題目：180T六梁橋式鑄造起重機(jī)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
姓 名
學(xué)院（系） 機(jī)械電子工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化（CAD）
年 級 機(jī)自051207班
指導(dǎo)教師
2009年 6月13日
大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(任務(wù))說明書
學(xué)院（直屬系）：機(jī)械電子工程學(xué)院 時(shí)間： 2009 年6月13 日
學(xué) 生 姓 名
指 導(dǎo) 教 師
設(shè)計(jì)（論文）題目
180噸六梁橋式鑄造起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
主要研
究內(nèi)容
載荷分析及其組合；內(nèi)力計(jì)算，按照不同的載荷組合計(jì)算各危險(xiǎn)面的內(nèi)力，簡化計(jì)算模型是必須考慮主、端梁之間相互約束的影響；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各截面的靜強(qiáng)度、靜剛度、動剛度、疲勞強(qiáng)度、局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性的驗(yàn)算，以及主、端梁的連接計(jì)算，最后確定結(jié)構(gòu)的截面工程尺寸。
研究方法
在滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性以及疲勞強(qiáng)度的情況下，減小結(jié)構(gòu)的尺寸，做到經(jīng)濟(jì)性安全性最優(yōu)組合。
主要技術(shù)指標(biāo)(或研究目標(biāo))
工作級別為A8級，且為六梁結(jié)構(gòu)。副主梁與副端梁的連接可采用焊接。
主要參考文獻(xiàn)
[1] 徐克晉主編 《金屬結(jié)構(gòu)》 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1982.
[2] 徐格寧主編 《起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1995.
[3] 大連起重機(jī)器廠編 《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊》 沈陽：遼寧人民出版社 1979.
[4] 徐格寧主編 《機(jī)械裝備金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》 普通高等教育‘十一五’國家級規(guī)劃教材 2008.9
[5] 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊編寫組 《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊》 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1977.
[6] 倪慶興、王殿臣主編 《起重輸送機(jī)械圖冊》 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 1992.
[7] 張質(zhì)文、王金諾主編 《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊》 北京：中國鐵道出版社 1997.
[8] 陳道楠、盛漢中主編 《起重機(jī)課程設(shè)計(jì)》 冶金工業(yè)出版社 1982.
目錄
摘要 II
Abstract III
前言 IV
第一章 總體方案設(shè)計(jì) - 1 -
§1.1 原始參數(shù) - 1 -
§1.2總體結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) - 1 -
§1.3 材料選擇及許用應(yīng)力 - 1 -
§1.4各部件尺寸及截面性質(zhì) - 2 -
第二章 橋架分析 - 10 -
§2.1 載荷組合的確定 - 10 -
§2.2 橋架假定 - 10 -
§2.3 載荷計(jì)算 - 10 -
§2.4簡化模型 - 18 -
§2.5 垂直載荷 - 19 -
§2.6 水平載荷 - 22 -
第三章 主主梁計(jì)算 - 27 -
§3.1 強(qiáng)度校核 - 27 -
§3.2 主主梁疲勞強(qiáng)度校核 - 28 -
§3.3 主梁的穩(wěn)定性 - 30 -
§3.4 剛度計(jì)算 - 35 -
第四章 副主梁校核 - 38 -
§4.1 強(qiáng)度校核 - 38 -
§4.2 副主梁疲勞強(qiáng)度校核 - 39 -
§4.3 副主梁的穩(wěn)定性 - 41 -
§4.4 剛度計(jì)算 - 44 -
§4.5 橋架拱度 - 46 -
第五章 端梁校核 - 48 -
§5.1 主主梁端部耳板設(shè)計(jì) - 48 -
§5.2 副主梁一側(cè)端梁的校核 - 51 -
致謝 - 57 -
參考文獻(xiàn) - 58 -
附錄A - 59 -
附錄B - 65 -
摘要
六梁鑄造起重機(jī)是橋式起重機(jī)的重要組成部分，是中大型起重設(shè)備，由四根主梁和兩根端梁組成。本設(shè)計(jì)采用偏軌箱型主梁，設(shè)計(jì)過程中從強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性三個(gè)方面來計(jì)算，對于A7工作級別的起重機(jī)來說還要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核，這就和A6以下工作級別的起重機(jī)的設(shè)計(jì)有了很大的區(qū)別，在設(shè)計(jì)時(shí)會出現(xiàn)靜強(qiáng)度有很大的富余，在計(jì)算局部穩(wěn)定性的時(shí)候還要注意局部輪壓的作用，這時(shí)候需要驗(yàn)算加勁肋的區(qū)格驗(yàn)算，很有可能需要再次驗(yàn)算。設(shè)計(jì)中在滿足剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性的前提下，探討了該機(jī)型金屬結(jié)構(gòu)受力的空間傳遞分配規(guī)律，推導(dǎo)出內(nèi)力計(jì)算公式。本文針對空間橋架內(nèi)力的傳遞進(jìn)行探討，在一定假定條件下，得出主、副梁及主、端梁間的傳遞規(guī)律。
關(guān)鍵詞：鑄造起重機(jī),應(yīng)力, 疲勞強(qiáng)度, 穩(wěn)定性
Abstract
Casting six beams overhead cranes are an important component part of the medium and large lifting equipment, by the four main girder beams and two-component, the design based on the partial tracks box girder, the design process from the strength, stiffness, Stability three aspects, for the working-level A7 crane will run for calibration. This and the following working-level A6 crane design with vastly different, in the design when there are large static strength of the surplus in the calculation of regional stability but also to the partial pressure of the round, This needs time checking STIFFENER checking the grid, is likely to be checked again. The structure of the crane is composed of the primary centrol girder, the assistant centrol girder, the primary dead-end girder and the assistant dead-end girder according to the trait of the crane. On the advance of the intensity, rigidity and structure supporting the load is studied mainly. At the same time we also include the formulate which is used to calculate the internal force. Some kinds of conditions are assured in order to hold the internal relation between them.
Key words: rigidity, intensity, fatigue strength, stability
前言
本設(shè)計(jì)為180/50t橋式鑄造起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于此橋式鑄造起重機(jī)的起重量大、跨度大、工作級別高，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)疲勞強(qiáng)度為其首要約束條件。因此在選材時(shí)選用穩(wěn)定性好，對應(yīng)力集中情況不敏感的Q235-A，降低材料的成本。
為減少結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)，改善受力，同時(shí)又方便運(yùn)輸，橋架采用六梁鉸接式結(jié)構(gòu)。主、副小車的起重量均偏大，故采用偏軌箱型梁橋架。偏軌箱型梁橋架不僅可減小小車的外形尺寸，同時(shí)也增大了起升空間，有利于鑄造廠間的應(yīng)用。
在設(shè)計(jì)時(shí)，本著滿足疲勞強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性的前提下，盡可能節(jié)約材料?？紤]鑄造起重機(jī)主、副小車之間有一定得高度差，使副小車能自如地從主小車下面通過，故在設(shè)計(jì)主主梁時(shí)采用大截面、薄鋼板，從而達(dá)到節(jié)省材料、重量輕的要求。同時(shí)采用大截面又提高了梁的剛度和穩(wěn)定性。
根據(jù)梁的受力特點(diǎn)，偏軌箱型梁主腹板上側(cè)受局部壓應(yīng)力，將主腹板上側(cè)的板加厚。而其它受力較小的地方則采用較薄的板，以節(jié)約材料。
在設(shè)計(jì)過程中，全部采用國家標(biāo)準(zhǔn)，并借鑒了在實(shí)習(xí)時(shí)所參觀的太原重工、大連重工起重同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，對橋架的受力進(jìn)行了較詳盡的分析。整個(gè)設(shè)計(jì)安全、可靠、節(jié)材、耐用，滿足了設(shè)計(jì)要求。
V
第一章 總體方案設(shè)計(jì)
§1.1 原始參數(shù)
起重量Q(主/副) 180/50t
跨度S 22m
工作級別Ai A8
起升高度H(主/副) 20/22m
起升速度V(主/副) 4.5/11.4 m/min
運(yùn)行速度(主/副/大車) 36/33.7/73.5 m/min
輪距(主/副/大車) 4080/1850/9800 mm
軌距(主/副/大車) 8700/3000/22000 mm
輪壓(主/副/大車) 34500/19640/87600 kg
起重機(jī)重量 220t
§1.2總體結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)
根據(jù)已給參數(shù)，此橋式鑄造起重機(jī)噸位、跨度較大，為減少結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)，改善受力，方便運(yùn)輸，選用六梁鉸接式結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)框架如圖(1)
圖(1)
§1.3 材料選擇及許用應(yīng)力
根據(jù)總體結(jié)構(gòu)，鑄造起重機(jī)工作級別A8為重級，工作環(huán)境溫度較高，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)疲勞強(qiáng)度為其首要約束條件，選用Q235-A，考慮起重量較大，主/副梁均采用偏軌箱型梁。
材料的許用應(yīng)力及性能常數(shù)見表1、表2。
表1.1 材料許用應(yīng)力
板厚
正應(yīng)力
剪應(yīng)力
mm
>16
370
152.0
167.9
184.4
87.76
96.94
106.5
370
158.8
175.4
192.6
91.7
101.3
111.2
表1.2 材料性能常數(shù)表
彈性模量E
剪切彈性模量G
密度
§1.4各部件尺寸及截面性質(zhì)
1. 主主梁尺寸
初選高度=1294~1571mm
考慮大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)安裝在主梁內(nèi)，且主主梁與副主梁的高度差必須滿足一定得要求，故將主主梁取為大截面薄鋼板的形式，以達(dá)到節(jié)省材料、重量輕的要求。因此取腹板高度mm。
為了省去走臺，對寬型偏軌箱型梁，主主梁腹板內(nèi)側(cè)間距取mm>=440mm。
上下翼緣板厚度mm，上翼緣板長2530mm，下翼緣板長2326mm ，主腹板厚度 mm，副腹板厚度 mm。上下翼緣板外伸部分長
不相同。有軌道一側(cè)上翼緣板外伸長度mm，取250mm。其它翼緣外伸部分長度 mm。
mm (焊縫厚度) 取=50mm。
軌道側(cè)主腹板受局部壓應(yīng)力，應(yīng)將板加厚，由局部壓應(yīng)力的分布長度，設(shè)計(jì)離上翼緣板350mm的一段腹板板厚取為18mm。
主主梁跨中截面尺寸如圖(2)
圖(2)
2．主主梁跨端截面尺寸
高度mm
要確定主主梁跨端截面尺寸，只需確定其高度，取=1300mm，跨端下翼緣板厚度為18mm。
主主梁跨端截面尺寸如圖(3)
3．截面性質(zhì)
(1) 主主梁跨中 建立如圖示的坐標(biāo)系，計(jì)算形心位置
=1256.851257mm。
=1238.881239mm
計(jì)算彎心位置
mm
彎心近似地在截面對稱形心軸上，其至主腹板中線的距離為1021mm。
凈截面面積
毛截面面積
計(jì)算慣性矩 對形心軸的慣性矩
對形心軸的慣性矩
(2) 主主梁跨端截面性質(zhì)
凈截面面積
毛截面面積
建立圖示的坐標(biāo)系，計(jì)算形心位置
計(jì)算慣性矩，對形心軸的慣性矩
對形心軸的慣性矩
二、副主梁尺寸
1. 初選梁高 =1294~1571mm，取腹板高度 ，上下翼緣板厚度 ，腹板厚度：主腹板 ，副腹板厚度 ，副主梁總高
副主梁寬度 ，
取腹板內(nèi)側(cè)間距 且 1100，主腹板一側(cè)上翼緣板外伸長度 ，取外伸長 ，其余懸伸長大于1.5倍的焊縫厚度，取。其尺寸如下圖
圖(4)
2. 副主梁跨端截面尺寸的確定
確定其高度 ，取腹板高度為800
副主梁跨端截面尺寸如圖(5)
圖(5)
3. 截面性質(zhì)
( 1) 跨中 建立圖示的直角坐標(biāo)系，求形心位置
凈截面面積
毛截面面積
計(jì)算彎心位置A
彎心距主腹板板厚中線的距離為
計(jì)算慣性矩 對形心軸的慣性矩：
對形心軸的慣性矩：
副主梁跨端截面性質(zhì) 建立圖示的坐標(biāo)系，求截面形心位置
凈截面面積
毛截面面積
對形心軸的慣性矩：
對形心軸的慣性矩：
三、端梁截面尺寸
考慮大車車輪的安裝及臺車的形狀尺寸，端梁內(nèi)寬取為600。初設(shè)截面尺寸如下圖
圖(6)
形心即對稱中心
對形心軸的慣性矩：
凈截面面積
毛截面面積
四、各截面尺寸及性質(zhì)匯總表
圖(7)
尺寸匯總表 1.3 單位：mm
主主梁
跨中
18
18
14
12
2530
2326
2200
2400
跨端
18
18
14
12
2530
2326
2200
1264
副主梁
跨中
16
16
10
8
1270
1180
1100
1500
跨端
16
16
10
8
1270
1180
1100
800
端梁
12
12
10
10
660
660
600
776
截面性質(zhì)匯總表1.4
凈面積
毛面積
主主梁
跨中
1239
1257
151208
5351034
跨端
1237
675
121672
2837066
副主梁
跨中
629
782
66200
1681244
跨端
624
427
53600
904944
端梁
330
400
31360
480680
第二章 橋架分析
§2.1 載荷組合的確定
一、動力效應(yīng)系數(shù)的計(jì)算
1．起升沖擊系數(shù) 0.9 對橋式鑄造起重機(jī)
2．起升動載系數(shù) 主主梁
副主梁
3．運(yùn)行沖擊系數(shù)
為大車運(yùn)行速度 =73.5，為軌道街頭處兩軌面得高度差 ，根據(jù)工作級別，動載荷用載荷組合 進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)用運(yùn)行沖擊系數(shù)。
§2.2 橋架假定
為了簡化六梁鉸結(jié)橋架的計(jì)算，特作如下假定：
1． 根據(jù)起重機(jī)的實(shí)際工作情況，以主、副小車一起工作為最不利載荷工況。
2． 主主梁、副主梁的端部與端梁在同一水平面內(nèi)。
3． 由于端梁用鉸接分成5段，故副主梁的垂直載荷對相互間受力分析互不影響。
4． 將端梁結(jié)構(gòu)看作多跨靜定梁，主主梁受力作為基本結(jié)構(gòu)對副主梁無影響；副主梁受力作為附屬部分對主主梁有影響。
5． 計(jì)算副主梁水平載荷時(shí)，將鉸接點(diǎn)看成剛性連接。
§2.3 載荷計(jì)算
1．主主梁自重
由設(shè)計(jì)給出的主小車輪壓34500kg，選用車輪材料ZG35CrMnSi，車輪直徑，軌道型號QU120，許用值38700kg。由軌道型號QU120查得軌道理論重量，主小車軌道重量
欄桿等重量
主梁的均布載荷
2．主小車布置，兩側(cè)起升機(jī)構(gòu)對稱布置，重心位于對稱中心。
吊具質(zhì)量
起升載荷
小車重量
因主小車噸位較大，采用臺車形式八個(gè)車輪，可求實(shí)際主小車滿載時(shí)的靜輪壓
一根主主梁上
空載小車輪壓
3．慣性載荷
一根主主梁上小車慣性力
主小車上主動輪占一半，按主動車輪打滑條件確定主小車的慣性力
大車起、制動產(chǎn)生的慣性力
4．偏斜運(yùn)行側(cè)向力
一根主主梁的重量為
主主梁跨端焊接上兩塊耳板，與副主梁端梁連接，在計(jì)算時(shí)，按假想端梁截面進(jìn)行計(jì)算。
圖(8)
與主主梁連接的端梁部分（將超出軌距的一部分所假想而成的端梁截面尺寸）
其截面尺寸如下
形心
對形心軸 的慣性矩：
對形心軸的慣性矩：
端梁凈截面積
端梁毛截面積
一根端梁單位長度重量
一組大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)重量
司機(jī)室及其電氣設(shè)備的重量
主主梁側(cè)假想端梁重
(1) 滿載小車在主主梁跨中
左側(cè)端梁總靜輪壓由下圖(12)計(jì)算
由 查圖3-8得，側(cè)向力為
滿載小車在主主梁左端極限位置
左側(cè)端梁總靜輪壓為
側(cè)向力
6． 扭轉(zhuǎn)載荷
偏軌箱型梁由和的偏心作用而產(chǎn)生移動扭轉(zhuǎn)，其它載荷，產(chǎn)生的扭矩較小且作用方向相反，故不計(jì)算。偏軌箱型梁彎心A在梁截面的對稱形心軸上（不考慮翼緣外伸部分），由前計(jì)算可知，彎心至主腹板中線的距離為，查可知軌高
移動扭矩
二、副主梁
1．自重
由設(shè)計(jì)給出的副主梁小車輪壓 19640kg，查選用車輪材料ZG50MnMo，車輪直徑，軌道型號QU70，許用值21800kg。查得軌道理論重量，副小車軌道重量
欄桿等重量
副主梁的均布載荷
2．小車輪壓
小車布置如圖(13)
主鉤鉛垂線中心通過小車中線的E點(diǎn)（按比例布置作用點(diǎn)位置）
小車重心F點(diǎn)位置
起升載荷為
吊具質(zhì)量
小車重量
按受載大的AB梁計(jì)算小車輪壓，見圖(14)
滿載小車的靜輪壓
空載小車輪壓為
3．慣性載荷
一根副主梁上小車的慣性力
副小車上主動輪占一半，按主動車輪打滑條件確定副小車的慣性力
大車起、制動產(chǎn)生的慣性力
4．偏斜運(yùn)行側(cè)向力
一根副主梁的重量為
一根端梁單位長度的重量
與副主梁焊接端梁重量
(1) 滿載小車在副主梁跨中 見圖(15)
左側(cè)端梁總靜輪壓為
由，查圖3-8得
(2) 滿載小車在副主梁左端極限位置
左側(cè)端梁總靜輪壓
側(cè)向力
5．扭轉(zhuǎn)載荷
偏軌箱型梁由和產(chǎn)生，彎心，查可知軌高 ，
移動扭矩
§2.4簡化模型
見圖(16)
大車主主梁端部有兩個(gè)臺車，可簡化為一個(gè)滑動鉸支座：（1.2.5.6）副主梁端部支撐車輪（3.4）簡化為一個(gè)可動鉸支座；簡化模型見圖（16）
超靜定次數(shù)
進(jìn)一步簡化：主主梁端部采用兩個(gè)臺車，只是增加了支撐裝置，減小了輪壓。將兩個(gè)滑動鉸支座分別用一個(gè)固定鉸支座代替，約束一樣，只是取消了對扭矩的抵制作用。將滑動鉸支座換成固定鉸支座。
將此端梁結(jié)構(gòu)看成多跨超靜定梁，沿處拆分，主主梁（基本部分）+副主梁（附屬部分）；主主梁受力對副主梁無影響；副主梁受力對主主梁有影響。在計(jì)算水平載荷時(shí)將鉸四個(gè)鉸點(diǎn)看作剛節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。將主主梁看作一個(gè)單梁橋架，副主梁對其影響在或處相當(dāng)于加了一個(gè)可動鉸支座。忽略副主梁對主主梁端部軸受力影響，使主主梁水平面內(nèi)彎矩值偏大，設(shè)計(jì)可靠性增強(qiáng)，計(jì)算偏保守。主主梁水平剛架計(jì)算模型如圖(19)
副主梁水平剛架計(jì)算時(shí)，主主梁對副主梁相當(dāng)于固定鉸支座。
§2.5 垂直載荷
一、主主梁
在固定載荷與移動載荷作用下，主梁按簡支梁計(jì)算。見圖(21)
1． 固定載荷作用下在主主梁跨中的彎矩為
跨端剪切力為
2． 移動載荷作用下主梁的內(nèi)力
(1) 滿載小車在跨中，跨中E點(diǎn)彎矩為
輪壓合力與左側(cè)臺車軸線距離
跨中E點(diǎn)的剪切力
跨中內(nèi)扭矩
(2) 滿載小車在跨端極限位置
小車左輪距梁端距離取為0.7
跨端剪切力
跨端內(nèi)扭矩為
主主梁跨中總彎矩為
主梁跨端總剪切力為
二、副主梁
在固定載荷與移動載荷作用下，主梁按簡支梁計(jì)算。
1． 固定載荷作用下在副主梁跨中的彎矩為
跨端剪切力為
2． 移動載荷作用下主梁的內(nèi)力
(1) 滿載小車在跨中，跨中E點(diǎn)彎矩為
輪壓合力與左輪的距離為
跨中E點(diǎn)的剪切力
跨中內(nèi)扭矩
(2) 滿載小車在跨端極限位置
小車左輪距梁端距離取為0.5
跨端剪切力
跨端內(nèi)扭矩為
副主梁跨中總彎矩為
副主梁跨端總剪切力為
§2.6 水平載荷
如前面模型簡化，將主主梁的一根梁看作單梁橋架，副主梁看作雙梁橋架。
一、主主梁的水平慣性載荷
模型如前面圖(18)
1． 小車在跨中，剛架的計(jì)算系數(shù)為
跨中水平彎矩
跨中水平剪切力
跨中軸力為
2．小車在跨端，跨端水平剪切力
二、偏斜側(cè)向力
計(jì)算簡圖如(22)
1． 小車在跨中，側(cè)向力
超前力為
B處軸力
B處水平剪切力
主梁跨中水平彎矩
主梁軸力
主梁跨中總水平彎矩為
2． 小車在跨端
側(cè)向力為
超前力
B端水平剪切力
主梁跨端水平彎矩
主梁跨端的水平剪切力為
主梁跨端總的水平剪切力為
三、副主梁
副主梁求解水平載荷的模型，見圖(23)
在水平載荷及作用下，橋架按剛架計(jì)算，因偏軌箱型梁與端梁連接面較寬，應(yīng)取兩主梁軸線間距代替原小車軌距構(gòu)成新的水平剛架，這樣比較符合實(shí)際，于是
1． 水平慣性載荷
(1) 小車在跨中，剛架的計(jì)算系數(shù)為
跨中水平彎矩
跨中水平剪切力
跨中軸力為
(2) 小車在跨端，跨端水平剪切力
二、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，計(jì)算簡圖如(24)
計(jì)算系數(shù)為
(1) 小車在跨中，側(cè)向力
超前力為
端梁中點(diǎn)的軸力
端梁中點(diǎn)的水平剪切力
副主梁跨中的水平彎矩
副主梁軸力
副主梁跨中總水平彎矩為
(2) 小車在跨端
側(cè)向力為
超前力
端梁中點(diǎn)的水平剪切力
副主梁跨端的水平彎矩
副主梁跨端的水平剪切力為
副主梁跨端總的水平剪切力為
第三章 主主梁計(jì)算
§3.1 強(qiáng)度校核
1． 需要計(jì)算主梁跨中截面危險(xiǎn)點(diǎn)①、②、③的應(yīng)力，見圖(24)
(1) 主腹板上邊緣點(diǎn)①的應(yīng)力
主腹板邊至軌頂?shù)木嚯x為
主腹板邊的局部壓應(yīng)力為
垂直彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力
水平彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力
慣性載荷與側(cè)向力對主梁產(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
主腹板上邊的切應(yīng)力為
點(diǎn)①的折算應(yīng)力
滿足要求
點(diǎn)②的應(yīng)力
滿足要求
(3) 點(diǎn)③的應(yīng)力
下翼緣板與副腹板連接處的外側(cè)表面應(yīng)力
滿足要求
(3) 主梁跨端的切應(yīng)力
1) 主腹板
承受垂直剪力及，故主腹板中點(diǎn)切應(yīng)力為
滿足要求
2) 翼緣板 （承受水平剪切力）
主梁跨端的水平剪切力
跨端內(nèi)扭矩
§3.2 主主梁疲勞強(qiáng)度校核
橋架工作級別為A8，應(yīng)按載荷組合Ⅰ計(jì)算主梁跨中的最大彎矩截面E的疲勞強(qiáng)度。由于水平慣性載荷產(chǎn)生的應(yīng)力很小，為了計(jì)算簡明而忽略慣性應(yīng)力求截面E的最大彎矩和最小彎矩，滿載小車位于跨中E點(diǎn)，
則
空載小車位于右側(cè)跨端時(shí)，見圖(26)，
左端支反力為
1．驗(yàn)算主腹板受拉翼緣焊縫④的疲勞強(qiáng)度，見圖(24)
應(yīng)力循環(huán)特性
根據(jù)工作級別A8，應(yīng)力集中等級及材料Q235，查得，
焊縫拉伸疲勞許用應(yīng)力為
合格
2． 驗(yàn)算橫隔板下端焊縫與主腹板連接處⑤的疲勞強(qiáng)度
應(yīng)力循環(huán)特性
顯然，相同工況下的應(yīng)力循環(huán)特性是一致的。
由A8及Q235，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60mm，應(yīng)力集中等級為，查得疲勞許用應(yīng)力，
拉伸疲勞許用應(yīng)力為
合格
§3.3 主梁的穩(wěn)定性
1．整體穩(wěn)定性
主梁高寬比 （穩(wěn)定）
2． 局部穩(wěn)定性
翼緣板 ，需設(shè)置兩條縱向加勁肋。
驗(yàn)算 （穩(wěn)定）
翼緣板最大外伸部分 （穩(wěn)定）
主腹板
副腹板
故需設(shè)置橫隔板和一條縱向加勁肋，主、副腹板相同，隔板間距，縱向加勁肋位置 ，取550mm，其布置示于圖(27)
1) 驗(yàn)算跨中主腹板上區(qū)格Ⅰ的穩(wěn)定性。區(qū)格兩邊正應(yīng)力為
（屬于不均勻壓縮板）
區(qū)格Ⅰ的歐拉應(yīng)力為
區(qū)格分別受，，作用時(shí)的臨界應(yīng)力為
，板邊彈性嵌固系數(shù)=1.2
屈曲系數(shù)
則 ，故需修正，
當(dāng)區(qū)格受腹板邊局部壓應(yīng)力 時(shí)，
壓力分布長
，按計(jì)算，
區(qū)格Ⅰ屬雙邊局部壓縮板，板的屈曲系數(shù)
需修正，則
當(dāng)區(qū)格Ⅰ受平均切應(yīng)力時(shí)：
由，
板的屈曲系數(shù)
故需修正
區(qū)格上邊緣的復(fù)合應(yīng)力為
，區(qū)格的臨界復(fù)合應(yīng)力為
所以，區(qū)格Ⅰ的局部穩(wěn)定性合格。
2) 驗(yàn)算跨中副腹板上區(qū)格Ⅰ的穩(wěn)定性
區(qū)格Ⅰ只受及的作用
區(qū)格兩邊的正應(yīng)力為
切應(yīng)力
區(qū)格Ⅰ的歐拉應(yīng)力
（屬于不均勻壓縮板）
屈曲系數(shù)
則 ，故需修正，
當(dāng)剪應(yīng)力作用時(shí)
故需修正
區(qū)格上邊緣的復(fù)合應(yīng)力為
，區(qū)格的臨界復(fù)合應(yīng)力為
所以，區(qū)格Ⅰ的局部穩(wěn)定性合格。
2) 加勁肋的確定
橫隔板厚度 ，板中開孔尺寸為 ，鑲邊板厚 ，鑲邊板寬 ，其尺寸如圖(28)
翼緣板縱向加勁肋選用角鋼，
縱向加勁肋對翼緣板與加勁肋接觸面的慣性矩為
（合格）
主、副腹板采用相同的縱向加勁肋
縱向加勁肋對腹板板厚中心線的慣性矩為
綜上所述，選擇的加勁肋合格。
§3.4 剛度計(jì)算
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，見圖(28)
滿足要求
2．橋架的水平慣性位移
小車位于跨中，計(jì)算起動工況的跨中位移：
3．垂直動剛度
起重機(jī)垂直動剛度以滿載小車位于橋架跨中的垂直自振頻率來表征，計(jì)算如下：
主梁質(zhì)量
全橋架中點(diǎn)換算質(zhì)量
起升質(zhì)量
起升載荷
起升鋼絲繩滑輪組的最大下放長度為
取，為吊具最小下放距離
橋架跨中靜位移為
查選用倍率 ，，
由鋼絲繩靜拉力
選用型鋼絲繩
起升鋼絲繩滑輪組的靜伸長
結(jié)構(gòu)質(zhì)量影響系數(shù)
橋式起重機(jī)的垂直自振頻率
4．水平動剛度
起重機(jī)水平動剛度以物品高位懸掛，滿載小車位于橋架跨中的水平自振頻率來表征。
半橋架中點(diǎn)的換算質(zhì)量為
半剛架跨中在單位水平力作用下產(chǎn)生的水平位移為
橋式起重機(jī)的水平自振頻率為
§3.5 橋架拱度
主主梁的橋架拱度與副主梁的一樣，見后面副主梁橋架拱度設(shè)置。
第四章 副主梁校核
§4.1 強(qiáng)度校核
1．需要計(jì)算主梁跨中截面危險(xiǎn)點(diǎn)①、②、③的應(yīng)力，見圖(30)
(1) 主腹板上邊緣點(diǎn)①的應(yīng)力
主腹板邊至軌頂?shù)木嚯x為
主腹板邊的局部壓應(yīng)力為
垂直彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力
水平彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力
副主梁上翼緣的靜矩為
主腹板上邊的切應(yīng)力為
點(diǎn)①的折算應(yīng)力
滿足要求
點(diǎn)②的應(yīng)力
滿足要求
(3) 點(diǎn)③的應(yīng)力
滿足要求
2．副主梁跨端的切應(yīng)力
1) 主腹板
承受垂直剪力及，故主腹板中點(diǎn)切應(yīng)力為
滿足要求
2) 翼緣板 （承受水平剪切力）
主梁跨端的水平剪切力
跨端內(nèi)扭矩
主梁翼緣焊縫厚度 ，采用自動焊。
§4.2 副主梁疲勞強(qiáng)度校核
橋架工作級別為A8，應(yīng)按載荷組合Ⅰ計(jì)算主梁跨中的最大彎矩截面E的疲勞強(qiáng)度。由于水平慣性載荷產(chǎn)生的應(yīng)力很小，為了計(jì)算簡明而忽略慣性應(yīng)力求截面E的最大彎矩和最小彎矩，滿載小車位于跨中E點(diǎn)，
則
空載小車位于右側(cè)跨端時(shí)，見圖(31)，左端支反力為
1．驗(yàn)算主腹板受拉翼緣焊縫④的疲勞強(qiáng)度，見圖(25)
應(yīng)力循環(huán)特性
根據(jù)工作級別A8，應(yīng)力集中等級及材料Q235，查得，
焊縫拉伸疲勞許用應(yīng)力為
合格
2．驗(yàn)算橫隔板下端焊縫與主腹板連接處⑤的疲勞強(qiáng)度
應(yīng)力循環(huán)特性
顯然，相同工況下的應(yīng)力循環(huán)特性是一致的。
由A8及Q235，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50mm，應(yīng)力集中等級為，查得疲勞許用應(yīng)力，
拉伸疲勞許用應(yīng)力為
合格
§4.3 副主梁的穩(wěn)定性
1．整體穩(wěn)定性
主梁高寬比 （穩(wěn)定）
3． 局部穩(wěn)定性
翼緣板 ，需設(shè)置一條縱向加勁肋。
驗(yàn)算 （穩(wěn)定）
翼緣板最大外伸部分 （穩(wěn)定）
主腹板
副腹板
故需設(shè)置橫隔板和一條縱向加勁肋，主、副腹板相同，隔板間距，縱向加勁肋位置 ，取350mm，其布置示于圖(31)
1) 驗(yàn)算跨中副腹板上區(qū)格Ⅰ的穩(wěn)定性
區(qū)格Ⅰ只受及的作用
區(qū)格兩邊的正應(yīng)力為
切應(yīng)力
區(qū)格Ⅰ的歐拉應(yīng)力
（屬于不均勻壓縮板）
屈曲系數(shù)
則 ，故需修正，
當(dāng)剪應(yīng)力作用時(shí)
故需修正
區(qū)格Ⅰ的復(fù)合應(yīng)力為
，區(qū)格的臨界復(fù)合應(yīng)力為
所以，區(qū)格Ⅰ的穩(wěn)定性合格。
2) 加勁肋的確定
橫隔板厚度 ，板中開孔尺寸為 。
翼緣板縱向加勁肋選用角鋼，
縱向加勁肋對翼緣板與加勁肋接觸面的慣性矩為
（合格）
主、副腹板采用相同的縱向加勁肋
縱向加勁肋對腹板板厚中心線的慣性矩為
綜上所述，選擇的加勁肋合格。
§4.4 剛度計(jì)算
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，見圖(33)
滿足要求
2．橋架的水平慣性位移
小車位于跨中，計(jì)算起動工況的跨中位移：
3．垂直動剛度
起重機(jī)垂直動剛度以滿載小車位于橋架跨中的垂直自振頻率來表征，計(jì)算如下：
主梁質(zhì)量
全橋架中點(diǎn)換算質(zhì)量
起升質(zhì)量
起升載荷
起升鋼絲繩滑輪組的最大下放長度為
取，為吊具最小下放距離
橋架跨中靜位移為
查選用倍率 ，，
由鋼絲繩靜拉力
選用型鋼絲繩
起升鋼絲繩滑輪組的靜伸長
結(jié)構(gòu)質(zhì)量影響系數(shù)
橋式起重機(jī)的垂直自振頻率
4．水平動剛度
起重機(jī)水平動剛度以物品高位懸掛，滿載小車位于橋架跨中的水平自振頻率來表征。
半橋架中點(diǎn)的換算質(zhì)量為
半剛架跨中在單位水平力作用下產(chǎn)生的水平位移為
橋式起重機(jī)的水平自振頻率為
§4.5 橋架拱度
橋架跨度中央的標(biāo)準(zhǔn)拱度值
考慮制造因素，實(shí)取
跨度中央兩邊按拋物曲線 設(shè)置拱度，如下圖(34)
距跨中為 的點(diǎn)，
距跨中為 的點(diǎn)，
距跨中為 的點(diǎn)，
第五章 端梁校核
§5.1 主主梁端部耳板設(shè)計(jì)
計(jì)算主主梁跨端結(jié)構(gòu)受力，工況：滿載小車位于主梁跨端，大小車同時(shí)運(yùn)行起制動及橋架偏斜。
1．垂直載荷
主梁最大支承力
因作用點(diǎn)的變動引起的附加力矩為
按假想端梁計(jì)算自重
計(jì)算簡圖(35)
端梁支座反力如圖，
截面1-1 彎矩
剪力
截面2-2 彎矩
剪力
2．水平載荷
端梁的水平載荷有，，，，亦按簡支梁計(jì)算，見圖(36)
因作用點(diǎn)外移引起的附加水平彎矩為
彎矩
截面1-1
剪切力
截面2-2
在，，，水平力作用下，
2-2處水平反力
3．主梁端部耳板設(shè)計(jì)
截面性質(zhì)：建立如圖示坐標(biāo)系
校核截面2-2處
腹板中軸處切應(yīng)力
合格
4． 截面1-1處銷軸所受剪應(yīng)力在驗(yàn)算端梁完計(jì)算，見后面。
§5.2 副主梁一側(cè)端梁的校核
1.端梁校核
載荷計(jì)算：副主梁與端梁看作是多跨靜定梁的附屬部分；主主梁對附屬部分無影響。
工況：取滿載小車位于主梁跨端，大小車同時(shí)起、制動及橋架偏斜。
(1) 垂直載荷
主梁最大支承力
因作用點(diǎn)的變動引起的附加力矩為
端梁自重
端梁在垂直載荷作用下按簡支梁計(jì)算
端梁支反力
截面1-1
截面2-2
(2) 水平載荷
端梁的水平載荷有，，，，按簡支梁計(jì)算。
因作用點(diǎn)外移引起的附加水平彎矩為
先求支反力：
端梁的水平反力
水平剪切力
彎矩
截面1-1
剪切力
軸向力
2．強(qiáng)度校核
只需校核2-2截面
截面角點(diǎn)①處應(yīng)力
腹板邊緣的應(yīng)力
翼緣板對中軸的靜矩為
折算應(yīng)力為
3．疲勞強(qiáng)度
只考慮垂直載荷，工況：滿載小車位于跨中及跨端截面2-2。
滿載小車在副主梁跨端時(shí)，端梁截面2-2的最大彎矩和剪切力為
空載小車位于跨中時(shí)，端梁支反力
下翼緣板焊縫應(yīng)力
根據(jù)A8及Q235，下翼緣板采用雙面貼角焊縫，應(yīng)力集中等級，查得
焊縫拉伸疲勞許用應(yīng)力
合格
按查得
取拉伸疲勞許用應(yīng)力
合格
4．穩(wěn)定性
整體穩(wěn)定性 （穩(wěn)定）
局部穩(wěn)定性
翼緣板 （穩(wěn)定）
腹板 不需設(shè)置橫隔板。
5．校核銷軸所受的力
如圖(40),耳板與端梁連接處銷軸1、4，所受垂直方向的剪力較大，而2、3受水平方向拉力，其在垂直方向幾乎不受力。只需校核受力較大的1、4銷軸。
設(shè)計(jì)銷軸直徑為
對銷軸 合格
對支撐板的擠壓應(yīng)力，設(shè)支撐板厚20mm。
支撐板的擠壓力
合格
6．副主梁與端梁的連接
副主梁與端梁采用連接板貼角焊縫連接，主梁兩側(cè)各用一塊連接板與端梁的腹板焊接，連接板厚 ，高度 ，取
主梁腹板與端梁腹板之間留有的間隙，在組裝橋架時(shí)用來調(diào)整跨度。主梁翼緣板伸出梁端套裝在端梁翼緣板外側(cè)。用貼角焊縫，周邊焊住，必要時(shí)在主梁端部內(nèi)側(cè)，主、端梁的上下翼緣板處焊上三角板，以增強(qiáng)連接的水平剛度，承受水平剪力。
副主梁最大支承力
連接處需要的焊縫長度為：
（合格）
至此橋架設(shè)計(jì)全部合格，橋架結(jié)構(gòu)施工圖見附圖。
致謝
經(jīng)過近三個(gè)月的設(shè)計(jì)，我對橋式鑄造起重機(jī)的設(shè)計(jì)步驟、內(nèi)容和方法有了更深入的了解，同時(shí)鞏固了已學(xué)的金屬結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，為以后的工作學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
這次設(shè)計(jì)橋式鑄造起重機(jī)的突出特點(diǎn)是工作級別高、起重量大。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)高工作級別的結(jié)構(gòu)所允許的疲勞強(qiáng)度許用值很低，疲勞強(qiáng)度成為設(shè)計(jì)計(jì)算的首要約束條件，因此要重點(diǎn)校核疲勞強(qiáng)度。另一個(gè)收獲就是要學(xué)會根據(jù)結(jié)構(gòu)受力的特點(diǎn)應(yīng)用材料，將材料用到該用的地方。而受力小的地方就盡可能少用材料。比如主腹板上側(cè)受局部壓應(yīng)力較大，則局部加厚主腹板上側(cè)部分，使其能夠承擔(dān)更大的應(yīng)力。這種有針對性的設(shè)計(jì)能最大限度地節(jié)省材料，更加合理。
在設(shè)計(jì)過程中，得到了學(xué)院有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支持，尤其是指導(dǎo)老師給了我們很大的幫助，在此對他們認(rèn)真負(fù)責(zé)的精神和付出的辛苦表示衷心的感謝。
由于時(shí)間較緊，而且我也是第一次完成這樣完整的設(shè)計(jì)，由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的欠缺，在設(shè)計(jì)中一定有許多考慮不周的地方。需要在今后的學(xué)習(xí)和工作中總結(jié)提高。希望各位老師和同學(xué)批評指正。
參考文獻(xiàn)
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[4] 徐格寧主編 《機(jī)械裝備金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》 普通高等教育‘十一五’國家級規(guī)劃教材 2008.9
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[9] 徐格寧、智浩編 《太原重型機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào)》 1993年第4期第14卷《鑄造起重機(jī)橋架空間結(jié)構(gòu)分析與疲勞計(jì)算》 1993.
[10] 劉鴻文主編 《材料力學(xué)》 高等教育出版社 2003.
附錄A
Portal power
China’s rapid economic growth in the past decade has resulted in a big increase in freight traffic through the country’s seaports . Old ports are being expanded and new ports built to handle the large growth in container and bulk cargo traffic all along the Chinese coastline.
China’s port expansion programme has provided a strong boost to the domestic port equipment industry, which has enjoyed a strong increase in demand for port cranes of various types, including container cranes and portal cranes along with bulk cargo handling equipment.
State-run China Harbour Engineering (group) Corporation Ltd, established under the ruling State Council, is China’s largest supplier of port cranes and bulk cargo handling equipment. The organization controls both Shanghai Zhenhua Port Machinery Co Ltd (ZPMC),the world’s largest manufacturer of quayside container cranes, and Shanghai Port Machinery Plant (SPMP), which specializes in the manufacturer of portal cranes and other cranes used in ports along with dry bulk cargo handling equipment.
SPMP’s main market is China, although the company is looking to expand its overseas sales. Although less well known than its associate ZPMC, SPMP also operates large manufacturing facilities, and is due to move part of its production shortly to Changxing Island near Shanghai where ZPMC already operates a large container crane fabrication plant.
Portal and other harbour cranes are SPMP’s major production item. During the past two years, the corporation has won contracts for 145 portal cranes from port authorities throughout China, both from new ports under construction and ports undergoing expansion.
In recent years, SPMP has also supplied portal cranes to the United States, Iraq,and Myanmar.The port Rangoon of Myanmar in has purchased a 47m,40t portal crane while BIW of the United States has purchased three cranes-15t,150t, and 300t portal cranes. Elsewhere, SPMP has supplied 12 portal cranes to several ports in Iraq since the end of the Saddam regime.
In China, SPMP’s recent major orders for portal cranes include eight 40t, 45m radius cranes for Tianjin Overseas Mineral Terminal, while Yan Tai Port Bureau in Guangdong in southern China has purchased six 40t, 45m radius cranes. Other large orders include seven 10t, 25m radius cranes for Zhenjiang Port Group and an order of 1025t, 33m radius cranes from Fangcheng Port Bureau, while the Yingkou Port Group has ordered 1325t,35m radius cranes along with two 40t, 44m radius port cranes.
MANY CRANES BUILT TO ORDER
SPMP also supplies other cranes used in ports and harbours, many of which are built to order for clients. Quayside container cranes have been supplied to a number of foreign clients including Bangkok Port in Thailand, Kaohsiung Port in Taiwan, and Port of Vancouver in Canada. In China, SPMP has supplied quayside container cranes to Shanghai Port, Tianjin Port, Yin Kou Port, Yan Tai Port and others. The company also supplies rubber-tyred container gantry cranes to domestic and overseas clients.
Customers for other cranes used in ports include Guangzhou Port in Guangdong, which purchased a 25t floating crane while Zhonggang Port has bought two double trolley 125/63t gantry cranes, along with a700t overhead crane, In 2003 Zhonggang Port awarded a contract to SPMP for a 2,600t floating crane, whichi is the largest crane the company has made in recent years.
Other customers include Zhongyuan Nanytong Shipyard of Jiangsu Province has purchased two 300t goliath cranes for use in its shipyard, while Shanghai Waigaoqiao Shipyard uses two of SPMP’s 600t goliath cranes for its shipbuilding operations. SPMP has two factories. The Shanghai plant employs 2,000 workers while a factory in Jiangsu Province employs 1,500 workers. The combined total of 3,500 workers includes 800 technical and management staff involved in designing, developing, and building portal and other cranes along with dry bulk cargo loading and unloading equipment.
Currently, SPMP is preparing to vacate its Shanghai factory site as the company’s existing plot of land is part of a riverside area earmarked by the Shanghai Expo in 2010. SPMP’s Shanghai factory will close