300t桥式起重机设计计算报告书.docx

300t桥式起重机设计计算书
原始参数:
跨度＝ 33.4
起重量：320
起升高度：22
1）。截面拟定,重要参数列表
  上翼缘板厚度δ1＝ 20
  下翼缘板厚度δ2＝ 20
  主腹板厚度δ3＝ 14
  副腹板厚度δ4＝ 12
  腹板高度H= 2650
  腹板内侧宽度B= 1800
  上翼缘板宽度B1= 2075
  下翼缘板宽度B2= 1920
  小车轨距b= 6,  小车基距＝ 4.385
  大车轴距= 6
一,总体设计
桥架尺寸拟定
1.大车轴距
B0=(1/4 ～1/6)L= 8.35～ 5.67
依照小车轨距和偏轨箱形梁宽度以及大车运营机构设立,取BO= 6,端梁全长 6
2.主梁尺寸
高度  h=(1/14～1-17)L= 2.29～ 1.94
取腹板高  h0= 2650
主梁总高度 H1= 2690
主梁宽度 b=(0.4～0.5)H1= 1076～ 1345
取b= 1800
主梁端部变截面长d=L/8= 4.175
取d= 4.17
3.端梁尺寸
高度H2≈0.5*H1= 1345
取H2= 1200
考虑大车轮安装,端梁内宽b0= 540
总宽B2= 900,上翼缘板厚δ1= 20,下翼缘板δ2= 20,腹板δ3= 16
二.主,端梁截面几何性质
主梁:  A= 148800
   A0= 4840710
形心：x1= 852.
   x2= 1013.
   y1= 1317.1875
   y2= 1372.8125
Ix= 8.75
I1=Iy= .1606
端梁 A= 74400
  Ix=
I2=Iy= 5.398525E+09
三.载荷
1.固定载荷
主梁自重载荷
Fq'=k*ρ*A*g= 16042.41072
填充系数k取k=1.4,考虑走台重量
小车轨道重量 Fg=mg*g= 1111.6692
栏杆等重量 Fl=ml*g= 981
主梁匀布载荷Fq=Fq'+Fg+Fl= 18135.07992
2.小车轮压.
满载小车静轮压ΣP =Pj1+Pj2= 2095000
3.动力效应系数
Ψ1=1.1
Ψ2=1+0.7*Vq= 1.67
Ψ4=1.1+0.058*Vd*h^0.5= 1.162833
(h=1mm)
统一取较大值Ψ= 1.162833
4.惯性载荷
大,小车都是8个车轮,其中总轮数是积极轮I= 4倍,按车轮打滑条件拟定大,小车运营惯性力
一根主梁上小车惯性力为
Pxg=ΣP/(I*7)= 74821.
大车运营起,制动惯性力(一根主梁上)为
PH=ΣP/(I*7)= 74821.
FH=Fq/(I*7)= 647.6814
主梁跨端设备惯性力影响小,忽视不计
5.偏斜运营侧向力
一根主梁重量为
PG=Fq(L-0.4)= 598457.63736
一根端梁单位长度重量为:
Fq1=k*ρ*A*g= 16042.41072
一根端梁重量为
PGd=Fq1*B= 37814.25384
一组大车运营机构重量(两组对称配备)为
PGj=mj*g= 7877.43
司机室及设备重量(按合力计)为
PGs=ms*g= 19620

(1),满载小车在主梁跨中央
左侧端梁总静轮压计算
PR1=0.5*(PQ+PGx)+0.5*(2*PG)+PGs*(1-d2/L)+PGj+PGd= 2886807.0457509
由L/B0= 5.67,查得λ=0 .1927778
侧向力为
Ps1=0.5*PR1*λ= 278256.
(2)满载小车在主梁左极限位置
左侧端梁总静轮压为
PR2 = (PQ + PGx) * (1 - 2 / L) + PG + PGs * (1 - 3 / L) + PGj + PGd= 3760641.77628982
测向力为:PS2=0.5*PR2*λ= 362484.
6.扭转载荷
偏轨箱形梁由ΣPh和PH偏心作用而产生移动扭矩,其她载荷PGj,PGs产生扭矩较小且作用方向相反,故不计算

偏轨箱形梁弯心在梁截面对称形心X轴上(不考虑翼缘外伸某些),弯心至主腹板中线距离为
e1=δ2*(b-δ1/2-δ2/2)/(δ1+δ2)= 836.
轨道高hg= 150
h''=0.5*H1+hg= 1495
移动扭矩为
Tp=ΣP*e1= 1753031.53846154N.M
TH=PH*h''= 111858N.M
 四,主梁计算
1.内力
(1)垂直内力
计算大车传动侧主梁.在固定载荷与移动载荷作用下,主梁按简支梁计算,

固定载荷作用下主梁跨中弯矩为
Mq=Ψ * (Fq * L ^ 2 / 8 + PGj * 0.94 / 2 + PGs * 3 / 2)= 2979154.12797645
跨端剪切力为:
Fqc=Ψ * (0.5 * Fq * L + PGj + PGs * (1 - 3 / L))= 382096.
移动载荷作用下主梁内力
1) 满载小车在跨中,跨中E点弯矩为
Mp=Ψ * ΣP / (4 * L) * (L - b1) ^ 2
轮压合力ΣP与左轮距离为
b1=P2*b/ΣP= 2.7
则,Mp= 17185880.1124064
跨中E点剪切力为
Fp=0.5 * Ψ * ΣP * (1 - b1 / L)= 999253.
跨中内扭矩为
Tn= 0.5 * (Ψ * TP + TH)= 1075171
2).满载小车在跨端极限位置(z=e1),小车左轮距梁端距离为
C1 = e1-l1≈ 2-0.48 * b=0-.1048
跨端剪切力为
Fpc=Ψ * ΣP * (L - b1 - C1) / L 2246846.54346108
跨端内扭矩为
Tn1=(Ψ * TP + TH) * (1 - e1 / L)= 2021578.57899777
主梁跨中总弯矩为
Mx=Mq+Mp= 5034.2403829
主梁跨端总剪切力(支撑力)为
FR=Fc=Fqc+Fpc= 2628943.09864868
(2)水平载荷
1)水平惯性载荷.在水平载荷PH及FH作用下,桥架按刚架计算.因偏轨箱形梁与端梁连接面较宽,应取两主梁轴线K'代替原小车轨距K构成新水平刚架,这样比较符合实际,于是
K'=K+2*x1= 7.53
b=K'/2= 3.76
a=0.5*(B0-K')=-.764
水平刚架计算模型
66666
①.下车在跨中,刚架计算系数为:
r1 = 1 + 2 * a * b * 7 / (3 * (a + b) * L)= .559
跨中水平弯矩(与单梁桥架公式相似)为:
MH = PH / 4 * L * (1 - 1 / (2 * r1)) + FH / 8 * L ^ 2 * (1 - 2 / (3 * r1))= 275221.
跨中水平剪切力为
Fph≈0.5*PH= 37410.
跨中轴力为
NH = (a - b) / (a * b * r1) * (FH * L ^ 2 / 12 + PH * L / 8)= 630239.
② 小车在跨端.跨端水平剪切力为
F'CH=  FH * L * 0.5 + PH * (1 - 2 / L)= 81157.38
2)偏斜侧向力.在偏斜侧向力作用下,桥架也按水平刚架分析,这时,计算系数为
rs=1+K'*I1/(3*L*I2)= 2.749
① 小车在跨中,侧向力为
PS1= 278256.
超前力为
Pw1=PS1*B0/L= 49986.
端梁中点轴力为
Nd1=0.5*Pw1= 24993.
端梁中点水平剪切力为
Fd1=PS1 * (0.5 - a / K' / rs)= 153222.
主梁跨中水平弯矩为
Ms= PS1 * a + Fd1 * b - Nd1 * 0.5 * L=-64284.
主梁轴力为
Ns1=PS1-Fd1= 125033.
主梁跨中总水平弯矩为
My=MH+Ms= 210936.
② 小车在跨端.侧向力为
PS2= 362484.
超前力为
PW2= PS2 * B0 / L= 65116.902671
端梁中点轴力为
Nd2=0.5*PW2= 32558.
端梁中点水平剪切力为
Fd2=PS2 * (0.5 - a / k' / rs)= 199603.
主梁跨端水平弯矩为
Mcs=PS2 * a + Fd2 * b= 459982.
主梁跨端水平剪切力为
Fcs=Pw2-Nd2= 32558.
主梁跨端总水平剪切力为
FcH=F'cH+Fcs= 113715.8
小车在跨端时,主梁跨中水平弯矩与惯性载荷下水平弯矩组合值较小,不需计算
2.强度
需要计算主梁跨中截面危险点①，②，③强度
(1)主腹板上边沿点①应力
主腹板边至轨顶距离为
hy=hg+δ1= 170
σm = Ψ * Pj1 / (2 * hy + 50) / δ3= 227.
垂直弯矩产生应力为
σ01 = Mx *y / Ix= 29.9
水平弯矩产生应力为
σ02= My * X1 / Iy= 2.519E-03
惯性载荷与侧向力对主梁产生轴向力较小且作用方向相反,应力很小,故不计算
主梁上翼缘静矩为
Sy=δ1 * B1  * ( Y1 - 0.5 * δ1)= 10673281.25
主腹板上边切应力为
τ = Fp * Sy / (Ix * (δ3 + δ4)) + Tn / (2 * A0 * δ3)= 2.24
点①折算应力为
σ0=σ01+σ02= 29.4
σ1 = (σ0 ^ 2 + σm ^ 2 - σ0 * σm + 3 * τ ^ 2) ^ 0.5= 214.
(2) 点②应力
σ2 = (Mx * Y2 / Ix + My * (B1 - x1111) / Iy) = 154.7
(3) 点③应力;
σ3 = 1.15 * ((Mx * Y2 / Ix + My * (x2 - 20) / Iy)) = 177.
(4)主梁跨端切应力
主梁跨端截面变小,为便与主,端梁联接,取腹板高度等于端梁高度hd= 1240mm,跨端只需计算切应力
1) 主腹板,承受垂直剪力FC及扭矩Tn1,故主腹板中点切应力为
τ = 1.5 * FC / hd / (δ3 + δ4) + Tn1 / 2 / δ3 / A0
主梁跨端封闭截面面积为
A0=(B+0.5*δ1+0.5*δ2)*(h0+δ0)= 4840710( δ0为端梁翼缘板厚度)
代入上式
τ = 1.5 * FC / hd / (δ3 + δ4) + Tn1 / 2 / δ3 / A0= 153.
副腹板中两切应力反向,可不计算
2).翼缘板.承受水平剪应力
Fch= 113715.8及扭矩Tn1= 2021578.57899777
τ = 1.5 * FcH / (δ1 * (2 * B1 + B2)) + Tn1 / (2 * δ1 * A0)= 24.6
主梁翼缘焊缝厚度取hf= 14mm,采用自动焊,不需计算
3.主梁疲劳强度校核
桥架工作级别为A 5,应按载荷组合I计算主梁跨中最大弯矩截面(E)疲劳强度
由于水平惯性载荷产生应力很小,为了计算简要而忽视惯性应力
求截面E最大弯矩核最小弯矩,满载小车位于跨中(轮压P1在E点上),则
Mmax=Mx= 5034.2403829
7
空载小车位于右侧跨端时左端支反力为
FR1 ≈  17088.74532
Mmin = Mq + Ψ * FR1 * (L - 1.5) * 0.5= 3296102.3626827
(1)验算主腹板受拉翼缘焊缝④疲劳强度
8888888
σmax=Mx * (Y2 - δ1) / Ix=  149.
σmin=Mmin * (Y2 - δ1) / Ix = 24.45
应力循环特性
r=σmin/σmax=0 .3882
依照工作级别A 5,应力集中档级K1及材料Q235,查[σ_1]= 0MPa,σb=370MPa
焊缝拉伸疲劳许用应力为
[σr1]=1.67*[σ_1]/(1-r*(1-[σ_1]/0.45/σb))= 0
σmax= 149.<[σr1].   (合格)
(2) 验算横隔板下端焊缝与主腹板联接处⑤
σmax = Mx * (Y2 - 50 - δ2) / Ix= 0
σmin = Mmin * (Y2 - 50 - δ2) / Ix= 0
r=σmin/σmax=0 0
显然,相似工况下应力循环特性是一致
依照A 5及Q235,横隔板采用双面持续贴角焊缝连接,板底与受拉翼缘间隙为50mm,应力集中档级为K3,查得[σ_1]= 0
拉伸疲劳许用应力为
[σr1]=1.67*[σ_1]/(1-r*(1-[σ_1]/0.45/σb))= 0
σmax= 0<[σr1].   (合格)
由于切应力很小,忽视不计
4.主梁稳定性
(1)整体稳定性
主梁高宽比
h/b= 1.7
(2)局部稳定性
翼缘板b0/δ0= 90
需要设立一条纵向加强劲,不再验算
翼缘最大外伸某些be/δ0= 8.75(稳定)
主腹板 h0/δ3= 189.
副腹板 h0/δ4= 220.需要设立横隔板及一条纵向加强劲,主,副腹板相似,不再验算
隔板间距a= 2650mm,纵向加劲肋位置h= 662.5mm
1)验算跨中主腹板上区格I得稳定性,区格两边正应力为
σ1=σ01 + σ02= 29.4
σ2 = σ01 * (Y1 - h - δ1) / ( Y1 - δ1) + σ02= 13.9
ξ=σ2/σ1=0 .1
(属于不均匀压缩板)
区格I得欧拉应力为
σE = 18.6 * (100 * δ3 / b) ^ 2= 83.4(b=h= 662.5)
区格分别受σ1,σm和τ作用时得临界压力为
σ1cr=χ*Kσ*σE
嵌固系数χ=1.2,α=a/b= 4,屈曲系数Kσ=8.4/(ξ+1.1)= 5.65则
σ'1cr=χ*Kσ*σE= 532.
需修正,则
σ1cr=235 * (1 - 235 / 5.3 / σ'1cr)= 215.
腹板边局部压应力σm= 227.
压力分布长c=2*hy+50= 390
α=a/b= 4  >3,按a=3b计算
α==3
β=c/a=c/(3b)= .039
区格I属双边局部压缩,板得屈曲系数为Km=0.8 * (2 + 0.7 / α ^ 2) * (1 + β) / β / α= 3.377721
σ'mcr= χ * Km * σE= 336.
需修正,则
σmcr = 235 * (1 - 235 / 5.3 / σ'mcr)= 204.
区格平均切应力为
τ = Fp / h0 / (δ3 + δ4) + Tn  / (2 * A0 * δ3)= 22.
由α=a/b= 4>1,板得屈曲系数为
Kτ=5.34+4/α^2= 5.59
τ'cr = χ * Kτ * σE= 557.1
3^0.5*τ'cr= 965.
3^0.5*τcr=235 * (1 - 235 / 5.3 / (3^0.5τ'cr))= 224.
τcr=3^0.5*τcr/3^0.5= 129.
区格上边沿得复合应力为
(σ1 ^ 2 + σm ^ 2 - σ1 * σm + 3 * τ ^ 2) ^ 0.5= 217.
α=a/b= 4>2,区格临界复合应力为
σcr = (σ1 ^ 2 + σm ^ 2 - σ1 * σm + 3 * τ ^ 2) ^ 0.5 / ((1 + ξ) / 4 * (σ1 / σ1cr) + (((3 - ξ) / 4 * (σ1 / σ1cr)) ^ 2 + (σm / σmcr) ^ 2 + (τ / τcr)) ^ 0.5)= 175.
[σcr]=σcr/n= 175./3= 131.
(σ1 ^ 2 + σm ^ 2 - σ1 * σm + 3 * τ ^ 2) ^ 0.5<[σcr]
区格II尺寸与I相似,而应力较小,故不需再计算,主腹板外测设立短加快肋,与上翼缘板顶紧以支撑小车轨道,间距a1= 662.5mm
2)验算跨中副腹板上区格I稳定性.
副腹板上区格I只受σ1及τ作用.
区格两边正应力为
σ1 = σ01 + σ02 * (x2 - ((B1 - B) / 2 - δ3 / 2)) / X1= 29.7
σ2 = σ01 * (Y1 - Hh - δ1) / ( Y1 - δ1) + σ02 * (x2 - ((B1 - B) / 2 - δ3 / 2)) / X1= 13.2
切应力为:
τ = Fp / H / (δ3 + δ4) - Tn  / (2 * A0 * δ4)= 5.7(很小)
区格I欧拉应力为
σE = 18.6 * (100 * δ4 / b) ^ 2= 61.
ξ=σ2/σ1=0 .227
(属于不均匀压缩)
α=a/b= 4>1
屈曲系数Kσ=8.4/(ξ+1.1)= 5.32
σ'1cr=χ*Kσ*σE= 391.
σ'1cr>0.75σs需要修正,则
σ1cr= 235 * (1 - 235 / 5.3 / σ'1cr)= 215.
α=a/b= 4>1,Kτ=5.34+4/α^2= 5.59
τ'cr = χ * Kτ * σE= 409.
3^0.5τ'cr= 709.
需修正,则
3^0.5τcr= 235 * (1 - 235 / 5.3 / 3^0.5τ'cr)= 220.
τcr = 3^0.5τcr / 3 ^ 0.5= 129.
复合应力为
(σ1 ^ 2 + 3 * τ ^ 2) ^ 0.5= 30.9
α=a/b= 4>2,区格I临界复合应力为
σcr = (σ1 ^ 2 + 3 * τ ^ 2) ^ 0.5 / (((1 + ξ) / 4 * (σ1 / σ1cr) + ((3 - ξ) / 4 * (σ1 / σ1cr)) ^ 2 + (τ / τcr)) ^ 0.5)= 98.1
(σ1 ^ 2 + 3 * τ ^ 2) ^ 0.5<σcr/n= 56.9
区格II和跨端应力较小,不再计算
3) 加快肋拟定,横隔板厚度δ= 8mm,板中开孔尺寸为 2150X 1400mm
五,主梁与端梁连接
主,端梁采用连接板贴角焊缝连接.主梁两侧各用一块连接板与主,端梁腹板焊接,连接板厚度δ= 14mm,高度h1=0.95hd= 1178取h1= 1170mm,主梁腹板与端梁腹板之间留有20～50mm间隙,在组装桥架时用来调节跨度.主梁翼缘板伸出梁端套装在端梁翼缘板外侧,并用贴角缝(取hf= 20mm)周边焊住.必要时可在主梁端部内侧主,端梁上,下翼缘处焊上三角板,以增强连接水平刚度,承受水平内力,连接构造如下

主梁最大支撑力为
FR= 2628943.09864868
连接板需要焊缝长度为
lf=1.2 * FR / (2 * 0.7 * hf * 100) + 10= 2826.
实际h1>lf       (足够)
主,端梁连接焊缝足够承受连接水平弯矩和剪切力,故不再计算
六. 刚度计算
(1) 桥架垂直静刚度
满载小车位于主梁跨中产生静挠度为
Y = ΣP / (48 * 206000# * Ix) * (L ^ 3  - b ^ 2 *  / 2 *  (3 * L - b))= 42.5<[Y]=L/1000 33.4
(2)桥架水平惯性位移
X = PH * L  ^ 3 / (48 * 206000 * Iy) * (1 - 0.75 / r1) + 5 * FH  * L  ^ 4 / (384 * 206000 * Iy) * (1 - 0.8 / r1)= .11<[X]=L/= 16.7
(3)垂直动刚度
起重机垂直动防毒以满载小车位于桥架跨中垂直自振频率来表征,计算如下
全桥架中点换算质量为
m1=0.5*(2mG)+mx= 178599.
起升质量m2=mQ+m0= 338870
起升载荷 PQ=m2*g= 3296000
起升钢丝绳滑轮组最大下放长度为
lr=Hq= 22
桥架跨中静位移为
Y0 = PQ / (48 * 206000# * Ix * 2) * (L ^ 3  - b ^ 2  / 2 *  (3 * L - b))= 33.72
起升钢丝绳滑轮组静伸长为
λ0 = PQ * lr / (nr * 100000# * Ar)= 0
构造质量影响系数为
β = m1 / m2 * (y0 / (y0 + λ0)) ^ 2= .039
桥式起重机垂直自振频率为
fv= 1 / (2*π) * (9810 / (y0 + λ0) / (1 + β)) ^ 0.5= 2.215037>[fv]=2Hz  (合格)
(4).水平动刚度
起重机水平动刚度以物品高位悬挂,满载小车位于桥架跨中水平自振频率来表征
半桥架中点换算质量为
me=0.5*(mG+mx+mQ+m0)= 258734.
半刚架跨中在单位水平力作用下产生水平位移为
δe = L  ^ 3 / (48 * 206000# * Iy) * (1 - 0.75 / r1)= 5.852E-06
桥式起重机水平自振频率为
fh = 1 /(2*π)* (1000 / (me * δe)) ^ 0.5= 4.32
fh>[fh]=1.5～2Hz  (合格)
七.桥架拱度
桥架跨度中央原则拱度值为
f0=L/1000= 33.4
考虑制造因素,实取y0=1.4*f0= 46.76
跨度中央两边按抛物曲线y=y0X(1-4a^2/L^2)设立拱度,
距跨中为a1=L/8点  Y1 = 46.76 * (1 - 4 * (L / 8) ^ 2 / L ^ 2)= 43.8375
距跨中为a2=L/4点  Y2 = 46.76 * (1 - 4 * (L / 4) ^ 2 / L ^ 2)= 35.07
距跨中为a3=3L/8点  Y3 = 46.76 * (1 - 4 * (3*L / 8) ^ 2 / L ^ 2)= 20.4575
至此,桥架构造设计所有合格.