型32比5t35m单悬9mh=24m-设计计算书.docx

双梁门式起重机
设计计算书
(32/5吨 35.0米)

2008年01月28日

目录
第一章 设计初始参数-------------------------------------1
第一节 基本参数--------------------------------------1
第二节 选用设计参数----------------------------------1
第三节 相关设计参数----------------------------------1
第四节 设计许用值参数--------------------------------1
第二章 起重机小车设计-----------------------------------3
第一节 小车设计参数---------------------------------3
第二节 设计计算（详见桥吊计算书）-------------------3
第三章 门机钢结构部分设计计算---------------------------4
第一节 结构型式、尺寸及计算截面---------------------4
一、门机正面型式及尺寸---------------------------4
二、门机支承架型式及尺寸-------------------------4
三、各截面尺寸及几何特性-------------------------5
第二节 载荷及其组合---------------------------------7
一、垂直作用载荷---------------------------------7
二、水平作用载荷---------------------------------8
三、载荷组合－－---------------------------------12
第三节 龙门架强度设计计算---------------------------13
一、主梁内力计算---------------------------------13
二、主梁应力校核计算-----------------------------17
三、疲劳强度设计计算-----------------------------19
四、主梁腹板局部稳定校核-------------------------20
五、主梁整体稳定性－－---------------------------22
六、上盖板局部弯曲应力---------------------------22
第四节 龙门架刚度设计计算---------------------------25
一、主梁垂直静刚度计算---------------------------25
二、主梁水平静刚度计算---------------------------26
三、门架纵向静刚度计算---------------------------27
四、主梁动刚度计算-------------------------------27
第五节 支承架强度设计计算---------------------------29
一、垂直载荷作用下，马鞍横梁跨中截面内力计算-----29
二、水平载荷作用下，马鞍横梁跨中截面内力计算-----35
三、支承架各截面内力及应力-----------------------40
第六节 支承架刚度设计计算---------------------------45
一、垂直载荷作用下，支承架的小车轨顶处位移-------45
二、水平载荷作用下，支承架的小车轨顶处位移-------849
第七节 支腿整体稳定性计算---------------------------58
第八节 连接螺栓强度计算-----------------------------60
一、马鞍立柱下截面或上端梁截面的螺栓强度---------60
二、支腿下截面螺栓强度计算-----------------------62
第四章 大车运行机构设计计算-----------------------------65
第一节 设计相关参数及运行机构形式--------------------65
一. 设计相关参数---------------------------------65
二. 运行机构型式---------------------------------65
第二节 运行支撑装置计算------------------------------66
一. 轮压计算-------------------------------------66
二. 车轮踏面疲劳强度校核-------------------------66
三. 车轮踏面静强度校核---------------------------67
第三节 运行阻力计算----------------------------------67
一. 摩擦阻力计算---------------------------------67
二. 风阻力计算-----------------------------------68
三. 总静阻力计算---------------------------------68
第四节 驱动机构计算----------------------------------69
一. 初选电动机-----------------------------------69
二. 选联轴器-------------------------------------69
三. 选减速器-------------------------------------70
四. 电机验算-------------------------------------70
第五节 安全装置计算----------------------------------71
一. 选制动器-------------------------------------71
二. 防风抗滑验算---------------------------------72
三. 选缓冲器-------------------------------------72
第五章 整机性能验算-------------------------------------74
第一节 倾翻稳定性计算-------------------------------74
一、稳定力矩-------------------------------------74
二、倾翻力矩-------------------------------------74
三、各工况稳定性计算-----------------------------75
第二节 轮压计算-------------------------------------75
一、最大静轮压-----------------------------------75
一、最小静轮压-----------------------------------75
第一章 设计初始参数

第一节 基本参数：

起重量 PQ=32.000 (t)
跨 度 S=35.000 (m)
左有效悬臂长 ZS1=0.000 (m)
左悬臂总长 ZS2=1.500 (m)
右有效悬臂长 YS1=7.000 (m)
右悬臂总长 YS2=9.000 (m)
起升高度 H0=24.000 (m)
结构工作级别 ABJ=5级
主起升工作级别 ABZ=5级
副起升工作级别 ABF=5级
小车运行工作级别 ABX=5级
大车运行工作级别 ABD=5级
主起升速度 VZQ=7.500 (m/min)
副起升速度 VFQ=13.000 (m/min)
小车运行速度 VXY=31.000 (m/min)
大车运行速度 VDY=38.000 (m/min)

第二节 选用设计参数

起升动力系数 O2=1.20
运行冲击系数 O4=1.10
钢材比重 R=7.85 t/m^3
钢材弹性模量 E=2.1*10^5MPa
钢丝绳弹性模量 Eg=0.85*10^5MPa

第三节 相关设计参数

大车车轮数（个） AH=16
大车驱动车轮数（个）QN=8
大车车轮直径 RM=0.600 (m)
大车轮距 L2=15.300 (m)
连接螺栓直径 MD=0.0240 (m)
工作最大风压 q1=0/* 250 */ (N/m^2)
非工作风压 q2=0/* 600 */ (N/m^2)

第四节 设计许用值：

钢结构材料 Ｑ２３５─Ａ
许用正应力〔σ〕I＝156Mpa
〔σ〕II＝175Mpa
许用剪应力〔τ〕＝124Mpa
龙门架许用刚度：
主梁垂直许用静刚度：
跨 中 〔Ｙ〕x~l＝S/800＝43.75mm；
悬 臂 〔Ｙ〕l＝ZS1/360＝19.44mm；
主梁水平许用静刚度：
跨 中 〔Ｙ〕y~l＝S/2000＝17.50mm；
悬 臂 〔Ｙ〕l＝ZS1/700＝10.00mm；
龙门架纵向静刚度：
主梁沿小车轨道方向〔Ｙ〕XG＝H/800＝30.7mm；
许 用 动 刚 度 〔ｆ〕＝2.0Ｈｚ；
连接螺栓材料 8.8级螺栓
许 用 正 应 力〔σ〕ls＝210.0Mpa；
疲劳强度及板屈曲强度依ＧＢ３８１１－８３计算许用值选取。

第二章 起重机小车设计

第一节 小车设计参数

小车质量(t) GX=12.177 (t)
小车轮距(m) B=2.800 (m)
轨道至主梁内边(m) L5=0.000 (m)
小车轨距 (m) L6=3.500 (m)
小车左外伸(m) L7=0.230 (m)
小车右外伸(m) L8=0.300 (m)
主梁与马鞍间距(m) L11=0.000 (m)
吊钩下探量(m) H6=1.750 (m)
小车轨道截面高(m) H7=0.134 (m)
小车高(m) H8=2.221 (m)
小车顶至马鞍(m) H10=0.450 (m)
小车罩沿大车轨道方向
迎风面积（m^2） XDS=7.800 (m^2)
小车罩垂直大车轨道方向
迎风面积（m^2） XXS=6.920 (m^2)
钢丝绳金属丝截面积(m^2) D0=1.750000e-004 (m^2)
滑轮组钢丝绳分支数之半 N0=4
小车轨道型号: P38

第二节 设计计算

为工厂便于组织生产，提高标准件的通用性，设计中不进行起重小车设计，而是采用５ｔ－５０ｔ通用桥式起重机小车。此，起重小车设计计算详见我厂５ｔ－５０ｔ通用桥式起重机小车计算说明书。

第三章 门机结构部分设计计算

第一节 结构型式、尺寸及计算截面
一、门机正面型式及尺寸
门机正面型式参见图３－１b，正面尺寸见表３－１

表３－１ 单位：m
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ S │ ZS1 │ ZS2 │ YS1 │ YS2 │ H │ H0 │
├───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┤
│35.000│ 1.400│ 1.500│ 7.000│ 9.000│24.598│24.000│
└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘

二、门机支承架型式及尺寸

表３－２ 单位:m
┌────┬────┐
│ H1 │ 0.250 │
│ H2 │ 0.916 │
│ H3 │ 21.618 │
│ H4 │ 2.322 │
│ H5 │ 3.294 │
│ H16 │ 1.772 │
│ H17 │ 21.650 │
│ H18 │ 5.664 │
│ A3 │ 22.274 │
│ L1 │ 16.764 │
│ L2 │ 15.300 │
└────┴────┘
有马鞍支承架尺寸 单位:m
┌────┬────┐
│ A1 │ 7.310 │
│ A2 │ 5.079 │
│ A4 │ 0.614 │
│ A5 │ 15.537 │
│ A6 │ 1.905 │
│ B2 │ 4.113 │
│ B3 │ 22.651 │
└────┴────┘

无马鞍支承架尺寸 单位:m
┌───────────────────────────┐
│ WA1 WA2 WA4 WA5 WA6 WB2 WB3 │
│ 4.850 1.176 0.577 15.609 0.675 5.380 22.914│
└───────────────────────────┘

三、各截面尺寸及几何特性
门机结构设计中，危险截面为１－１、２－２、３－３、４－４、５－５、６－６、７－７、８－８、（详见图３－１，图３－２），各截面形状及尺寸详见图３－３，表３－３
说明：
X(1),X(2),X(3),X(4),X(5),X(6)为变化变量。
X2,X6,X7,X8,X9,X10,X12,X13为常值变量。
X2---主梁上、下盖板宽； X11---上下盖板宽度差；
X7---主梁上盖板厚； X8---主梁下盖板厚；
X9---支承架各盖板厚； X12--主梁主腹板厚度；
X13--主梁付腹板厚度； X10--支承架腹板厚度；
各箱形截面两腹板间距离均为盖板宽减60mm；
表３－３ 单位:m
主梁跨中(1-1)与悬臂(2-2)截面参数
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ X[1] │ X2 │ X7 │ X8 │ X11 │ X12 │ X13 │
├───┼───┼───┼───┼───┼───┼───┤
│ 2.000│ 1.350│ 0.012│ 0.010│ 0.000│ 0.010│ 0.008│
└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘
支承架各截面的尺寸参数
┌────────────────────────────┐
│参数 3--3 参数 3--3 参数 4--4 参数 4--4 │
│名称 (带马鞍) 名称 (无马鞍) 名称 (带马鞍) 名称 (无马鞍) │
├────────────────────────────┤
│X[2] 1.154 SG 2.000 X[2] 1.154 X[1] 2.000 │
│X[3] 1.003 SB 0.860 X[3] 1.003 X2 1.350 │
│X9 0.008 tf 0.006 X9 0.008 X7 0.012 │
│X10 0.006 tg 0.006 X10 0.006 X8 0.010 │
│ X12 0.010 │
│ X13 0.008 │
├────────────────────────────┤
│参数 5--5 参数 5--5 参数 6--6 参数 7--7 │
│名称 (带马鞍) 名称 (无马鞍) 名称 名称 8--8 │
├────────────────────────────┤
│X[3] 1.003 X[1] 2.000 X[4] 1.000 X[5] 1.003 │
│X6 2.452 WX6 1.290 X[5] 1.003 X[6] 0.900 │
│X9 0.008 X9 0.008 X9 0.008 X9 0.008 │
│X10 0.006 X10 0.006 X10 0.006 X10 0.006 │
└────────────────────────────┘
有马鞍和悬臂时拉索吊点高(米):
18.999441
有马鞍和悬臂时拉索水平力(KN):
628.138855
各截面面积用AAi，对X轴惯性矩为IXi，对Y轴惯性矩为IYi，其中，i代入1,2,3,4,5,6,7,8。数字表示截面。如写成IXiA、IXiB时，A表示刚性件，B表示柔性件。各值详见表３－４
表３－４
┌──────┬───────┬───────┬───────┐
│ 截 面 │ AAi (m^2) │ IXi (m^4) │ IYi (m^4) │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│1--1 , 2--2 │ 6.5700e-002 │ 4.1917e-002 │ 1.9596e-002 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│3--3(有马鞍)│ 2.9896e-002 │ 6.9541e-003 │ 4.4633e-003 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│3--3(无马鞍)│ 3.4320e-002 │ 2.1870e-002 │ 4.7460e-003 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│4--4(有马鞍)│ 2.9896e-002 │ 6.9541e-003 │ 4.4633e-003 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│4--4(无马鞍)│ 6.5700e-002 │ 3.9961e-002 │ 3.9961e-002 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│5--5(有马鞍)│ 4.0048e-002 │ 2.4177e-002 │ 6.7490e-003 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│5--5(无马鞍)│ 4.8440e-002 │ 1.6029e-002 │ 2.7229e-002 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│10--10有马鞍│ │ 6.9541e-003 │ 4.4633e-003 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│10--10无马鞍│ 0.0000e+000 │ 0.0000e+000 │ 0.0000e+000 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│11--11有马鞍│ 4.0048e-002 │ 1.5881e-002 │ 5.8674e-003 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│11--11无马鞍│ 4.8440e-002 │ 1.1558e-002 │ 1.6430e-002 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│12--12有马鞍│ 2.2320e-002 │ 4.4953e-003 │ 2.7970e-003 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│12--12无马鞍│ 3.4320e-002 │ 2.1870e-002 │ 4.7460e-003 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│ 6--6 │ 2.8048e-002 │ 5.0765e-003 │ 4.0472e-003 │
├──────┼───────┼───────┼───────┤
│7--7 , 8--8 │ 2.6848e-002 │ 4.0368e-003 │ 3.7770e-003 │
└──────┴───────┴───────┴───────┘
备注： 10-10为马鞍变截面立柱等效截面。
11-11为变截面支腿等效截面。
12-12为上横梁截面。
图３－３为１－１、２－２、３－３、４－４、５－５、６－６、
７－７、８－８的各截面简图示意图

第二节 载荷及组合
当门机左侧悬臂小于右侧悬臂时，为计算方便均将左右悬臂值对换，
以左侧为准对主梁进行各种计算。
一、垂直作用载荷憖
⒈自重载荷
门机各结构件均为箱型结构，其质量产生均布自重载荷，各结构质量是采用通用式计算的。以主梁半桥架质量计算为例，计算如下：
若轨道每米质量为MMGZ，轨道安装质量系数为GDAZ，栏杆、小车导电架质量和之半为0.03(t/m)，则轨道安装等质量和FGDZ为：
FGDZ=(MMGZ*GDAZ+0.03)*(ZS2+YS2+S)
=(0.038*1.200+0.03)*(1.800+1.800+35.000)
=2.918 (t)=29.182 (KN)
单根主梁跨中段质量为FG1，式中ZLNDQZH为单根主梁内均布电气质量和
FG1=(FGL+ZLNDQZH)/(S+ZS2+YS2)*S
=(29.323+0.000)/(35.000+1.800+1.800)*35.000
=26.588(t)
FG1=FG1+FGDZ*S/(S+ZS2+YS2)
=26.588+2.918*35.000/(35.000+1.800+1.800)
=29.234(t)=292.3(KN)
同理，主梁半桥架左悬臂段质量ZFG2
ZFG2=(FGL+ZLNDQZH)/(S+ZS2+YS2)*ZS2
=(29.323+0.000)/(35.000+1.800+1.800)*1.800
=1.367(t)
ZFG2=FG1+FGDZ*ZS2/(S+ZS2+YS2)
=1.367+2.918*1.800/(35.000+1.800+1.800)
=1.503(t)=15.0(KN)
主梁半桥架右悬臂段质量YFG2
YFG2=(FGL+ZLNDQZH)/(S+ZS2+YS2)*YS2
=(29.323+0.000)/(35.000+1.800+1.800)*1.800
=1.367(t)
YFG2=FG1+FGDZ*YS2/(S+ZS2+YS2)
=1.367+2.918*1.800/(35.000+1.800+1.800)
=1.503(t)=15.0(KN)
主梁半桥架跨中段质量集度Q1Z为：
Q1Z=FG1/S*O4=29.234/35.0*1.100=0.919(t/m)
构件质量或质量集度与重力加速度(=10.0m/s.s)之积，便为作用门机结构上的集中重力或重力集度。于是，主梁跨中段重力集度Q1为：
Q1=Q1Z*10.0=0.919*10.0=9.188 (KN/m)
⒉移动载荷
移动载荷由起重量、小车质量及起升、下降、运行的冲击引起的，如假设小车的轮压均匀分布，则作用在一根主梁上两小车轮压力和为：
P1=(PQ*O2+GX*O4)/2
=(32.000*1.200+12.122*1.100)/2=25.867 (t)=258.671 (KN)
二、水平作用载荷憖
水平作用载荷主要是自重载荷和移动载荷的质量，在大车制动时产生的惯性力及风载荷引起的。它可分为均布力和集中力作用在结构上。
⒈均布惯性力
结构件惯性力通常为均布力，以主梁跨中段为例，当大车制动时，摩擦系数为0.14，大车驱动轮数n驱=8，全部车轮数n全=16则惯性力的计算如下：
PH1=0.14*n驱/n全*FG1=0.14*8/16*29.234=2.046 (t)=20.464 (KN)
惯性力通常以力的集度方式或集中力方式作用于结构上，以主梁跨中段为例，惯性力集度计算如下：
QH0=PH1/S=2.046/35.000=0.058 (t/m)=0.585 (KN/m)
其余构件惯性力计算方法相同，详见表３－６
表３－６ 单位：KN、KN/m
┌──────┬─────────┬───┬──────┬───────┐
│ │ 惯 性 力 (KN) │ │惯性力(KN/m)│集中惯性力(KN)│
│结构件名称 ├───┬─────┤符 号├──────┼───────┤
│ │符 号│ 数 值 │ │ 数 值 │ 数 值 │
├──────┼───┼─────┼───┼──────┼───────┤
│主梁跨中段 │PH1 │ 20.464 │ │ │ │
├──────┼───┼─────┤ │ │ │
│主梁左悬臂段│ZPH2 │ 1.052 │ QH0 │ 0.585 │ │
├──────┼───┼─────┤ │ │ │
│主梁右悬臂段│YPH2 │ 1600.000 │ │ │ │
├──────┼───┼─────┼───┼──────┼───────┤
│有马鞍上横梁│PH3 │ 1.432 │ P3 │ │ 0.716 │
├──────┼───┼─────┼───┼──────┼───────┤
│无马鞍上横梁│PH12 │ 1.204 │ P12 │ │ 0.602 │
├──────┼───┼─────┼───┼──────┼───────┤
│马鞍柔性立柱│PH4B │ 0.766 │ QH4B │ 0.196 │ │
├──────┼───┼─────┼───┼──────┼───────┤
│有马鞍侧支腿│PH5A │ 6.085 │ QH5A │ 0.273 │ │
├──────┼───┼─────┼───┼──────┼───────┤
│无马鞍侧支腿│PH5B │ 6.899 │ QH5B │ 0.310 │ │
├──────┼───┼─────┼───┼──────┼───────┤
│下 横 梁│PH6 │ 4.136 │ P6 │ │ 2.068 │
├──────┼───┼─────┼───┼──────┼───────┤
│司机房及电气│PH7 │ 1.400 │ │ │ 1.400 │
├──────┼───┼─────┼───┼──────┼───────┤
│电 气 房│PH8 │ 1.050 │ │ │ 1.050 │
├──────┼───┼─────┼───┼──────┼───────┤
│梯 子 平 台 │PH9 │ 0.700 │ │ │ 0.700 │
├──────┼───┼─────┼───┼──────┼───────┤
│大车运行机构│PH10 │ 12.051 │ │ │ 12.051 │
└──────┴───┴─────┴───┴──────┴───────┘
⒉均布风力
结构件风力也属于均布力，通常多考虑沿大车轨道方向的风力作用。若单位风压为0.025t/m.m，箱型结构风振系数C=1.5，迎风面积为SD(i)时，
以主梁跨中段为例风力为：
PW1=0.025*1.5*X[1]*S;
=0.025*1.5*2.000*35.000=2.625 (t)=26.250 (KN)
若主梁中段均布风力集度为QW0，则：
QW0=PW1/S=2.625/35.000=0.075 (t/m)=0.750 (KN/m)
其余构件风力及风力集度计算方法相同，详见表３－７
表３－７ 单位：KN、KN/m
┌──────┬───────┬───────┬───────┬──────┐
│ │ 迎 风 面 积 │ 风 力 (KN)│风力集度(KN/m)│集中风力(KN)│
│结构件名称 ├──┬────┼──┬────┼──┬────┼──────┤
│ │符号│ 数 值 │符号│ 数 值 │符号│ 数 值 │ 数 值 │
├──────┼──┼────┼──┼────┼──┼────┼──────┤
│主梁跨中段 │ SD1│ 70.000│PW1 │ 26.250 │ │ │ │
├──────┼──┼────┼──┼────┤ │ │ │
│主梁左悬臂段│ZSD2│ 3.600│ZPW2│ 1.350 │ QW0│ 0.750 │ │
├──────┼──┼────┼──┼────┤ │ │ │
│主梁右悬臂段│YSD2│ 3.600│YPW2│ 1.350 │ │ │ │
├──────┼──┼────┼──┼────┼──┼────┼──────┤
│有马鞍上横梁│ │ │PW3 │ │ │ │ 0.000 │
├──────┼──┼────┼──┼────┼──┼────┼──────┤
│无马鞍上横梁│ │ │PW3 │ │ │ │ 0.000 │
├──────┼──┼────┼──┼────┼──┼────┼──────┤
│马鞍柔性立柱│SD4B│ 5.094│PW4B│ 1.468 │QW4B│ 0.376 │ │
├──────┼──┼────┼──┼────┼──┼────┼──────┤
│有马鞍侧支腿│ │ │PW5A│ 8.378 │QW5A│ 0.376 │ │
├──────┼──┼────┼──┼────┼──┼────┼──────┤
│无马鞍侧支腿│ │ │PW5B│ 12.7