MH16tX9.93m单梁半龙门起重机计算书课案知识分享.doc

MH16tX9.93m单梁半龙门起重机计算书课案

精品文档

MH16t-9.93m+3 m+0m葫芦单梁龙门起重机

设计计算书

广东顺发起重设备有限公司
2013年10月

1. 主要技求参数
起 重 量Q：16t； 起升高度H：7.7m； 跨 度L：9.93m；
工作级别：A5 起升速度V：3.5m/min；有效臂长l:2m;
大车运行速度Vd：30m/min 小车运行速度Vx：20m/min；
上横梁间距b1：1.8m； 支腿下间距b2：3.8m； 大车轮距B：5m；
2. 主梁、端梁和支腿截面力学特性
主梁、上横梁、下横梁和支腿作刚度计算，强度计算，稳定性计算和强度校核所用数据列表如下：
截面
类型
截面
尺寸
A
Ix
Wx
ix
Iy
Wy
iy
主 梁
500X6-550X6-
I30异-998
223．94
266507
5951压
4843拉
28
60975
2639
11686
10．32
上横梁
1446X6-400X6
221.52
77905.86
3781.84
18
551870.1
7633
49．91
下横梁
482X6-270X6
90
30487
1234.32
18.38
1060793
961.73
11.99
支 腿
大 端
[36a X1400
277.8
64037
3442
16
622178
8888
51
支 腿
小 端
[36a X416
159.7
26693
1516
15
42864
2116
18
支腿折算截面
[36a X1150
121
22846
1255
14
292903
5093
50

3. 主梁刚度
起重机跨度9.93米，悬臂3米,悬臂和跨度比为0.35>0.316,悬臂没超长，达到设计规范的要求。
3.1 主梁的跨中刚度

(1)
式中 在力作用下主梁跨中的下挠度；
额定起重量和电动葫芦自动的和力；

其中 额定起重量；
；

跨度;L=993cm
弹性模量；
主梁跨中截面的惯性矩；
于是
主梁跨中刚度比：
符合GB/T3811-2008中有关主梁跨中刚度的要求。
3.2 主梁悬臂刚度

(2)
式中 与式（1）同；

悬臂的有效长度；
支腿至主梁的距离；
于是
主梁悬悬臂刚度比：
由此可见，刚度符合GB/T3811-2008中有关主梁悬臂刚度的规定，就能满足使用要求，本起重机的悬臂刚度是合格的。
4. 主梁的强度计算
4.1主梁的跨中强度
计算代号的意义见示图7和图8

4.1.1 集中载荷处于跨中时主梁跨中的最大垂直弯矩
计算代号的意义见示图7

式中 --计算轮压

其中 --小车起升动载系数

起升状态级别 HC4
取
--起升速度

--大车运行冲击系数

--大车运行速度

--轨道接头处两轨面的高度差 取

所以
4.1.2 均布载荷对主梁跨中的弯矩

--均布载荷单位长度密度

所以
4.1.3 主梁跨中最大垂直弯矩和最大垂直应力

；
式中 主梁上盖板处垂直方向的抗弯模数；
；

4.1.4主梁跨中的的水平弯矩和水平应力

；
式中 --大车起动或制动时起重机的加或减速度 大车运行速度查GB/T3811-2008《起重机设计规范》中表13加速时间和加速度 取
--重力加速度
--主梁上盖板处水平方向的抗弯模数；
--主梁工字钢底部水平方向的抗弯模数；

4.1.5 主梁跨中的正应力
a．主梁盖板处的正应力

所以 符合GB/T3811-2008的有关规定。
b．主梁工字钢底部的正应力

4.1.6 主梁工字钢底部的局部弯曲应力
主梁工字钢底部的局部应力指示图9中的1、2和3点处，在葫芦小车轮压的作用下出现的局部弯曲变形而产生的应力，其表达式如下：
；
；

式中是由轮压作用点位罡决定的比值：系数，见图9；

其中
--葫芦小车轮缘对工字钢下翼缘的间隙；取
--葫芦小车对工字钢的轮压作用点至小车轮缘的距离；

其中 --小车踏面的曲率半径；

根据，查铁道出版社《起重机设计手册》P599中图4-3-7，取

其中 --葫芦小车的轮数；

--工字钢受压翼缘板的平均厚度；
所以

4.1.7 主梁工字钢底部的综合应力
；

所以 符合GB/T3811-2008的有关规定。

所以 符合GB/T3811-2008的有关规定。

所以 符合GB/T3811-2008的有关规定。
4.2 主梁悬臂的强度
计算代号的意义见示图5
4.2.1主梁悬臂的垂直正应力

式中 --主梁悬臂上盖板处垂直方向的正应力；
--主梁悬臂工字钢底部垂直方向的正应力；
--悬臂在计算点的垂直正力矩；

于是
所以 符合GB/T3811-2008的有关规定。

4.2.2 主梁悬臂工字钢底部的综合应力
；

所以 符合GB/T3811-2008的有关规定。

所以 符合GB/T3811-2008的有关规定。

所以 符合GB/T3811-2008的有关规定。

5. 支腿稳定性和强度校核
5.1 支腿的稳定性
5.1.1 支腿在龙门架平面内的稳定性

式中 --支腿在龙门架平面内的计算长度

其中 --支承类型的长度系数. 在龙门架平面内支腿按上端固定下端自由的变截面考虑
--变截面折算长度系数. 与支腿小、大端惯性矩比值有关， 查起铁道出版社《重机设计手册》P712 表 4-5-13 取
--支腿实际长度.

--折算截面对门架平面的最小惯性半径.

5.1.2 支腿在支腿框架平面内的稳定性

式中 --支腿在支腿框架平面内的计算长度

其中 --支承类型的长度系数. 在支腿框架平面内支腿按上端固定下端固定的变截面考虑，取
--变截面折算长度系数. 与支腿小、大端惯性矩比值有关， 查起铁道出版社《重机设计手册》P712 表 4-5-13 取

--计算截面对支腿框架平面的最小惯性半径.

支腿在龙门架平面内和在支腿框架平面内的长细比：

6． 支腿的强度校核
6.1支腿大端的强度校核
6.1.1集中载荷处于悬臂极限位置时的最大应力

图10

6.1.1.1支腿的轴压应力

式中 --支腿的支承力

--上横梁重量

--轴心受压稳定性系数 在时查GB3811-2008 附录 K
-- 计算截面面积
所以

6.1.1.2支腿大端在龙门架平面内的弯曲应力

式中 --支腿计算点在龙门架方向的弯矩

--满载葫芦处于极限位置时在龙门架方向产生的水平力对支腿大端的矩
--满载葫芦小车运行或制动时的惯性力对支腿大端的矩
--满载葫芦处于极限位置时起重机偏斜运行的侧向力对支腿大端的矩
的计算方法见图10 的计算方法见图11
的计算方法见图12
其中

其中

所以
=

式中 --大车起动或制动时起重机的加或减速度 大车运行速度查GB/T3811-2008《起重机设计规范》中表13加速时间和加速度 取
--重力加速度

--大车偏斜运动时的偏斜力其计算方法见图13

--大车最大轮压 8654
--水平侧向载荷系数 由于L/B=993/500=2，查GB/T3811-2008

附录D 取

--计算截面在支腿平面内的抗弯模数

6.1.1.3 支腿大端在支腿框架平面内的弯曲应力

--支腿计算点在支腿框架方向的弯矩
--支腿计算截面在支腿框架方向的抗弯模数

--葫芦载荷和均布载荷作用在支腿方向对支腿大端的矩
--大车运行起动或制动时葫芦载荷惯性力作用对支腿大端的矩
--大车运行起动或制动时均布载荷惯性力作用对支腿大端的矩

--风载荷惯作用对支腿大端的矩
的计算方法见图14
的计算方法见图15

)
其中

所以

其中

其中 --风力

--风力系数 主梁长高比 查GB/T3811-2008表16 取
--工作状态计算风压 150
--主梁的迎风面积 13

6.1.1.4 集中载荷处于极限位置时支腿大端的综合应力

符合GB/T3811-2008《起重机设计规范》的相关规定

6.2 支腿小端的强度校核
集中载荷处于悬臂限位置作为支腿小端强度校核的的基准点

6.2.1 支腿小端的轴压应力

式中 --支腿的支承力

--一个支腿重量
-- 支腿小端截面面积

所以
6.2.2支腿小端在龙门架平面内的弯曲应力

式中 --支腿小端在龙门架方向的弯矩

--大车轨道至支腿小端的距离；

--支腿小端在支腿平面内的抗弯模数 2116cm3

6.1.3支腿小端在支腿框架平面内的弯曲应力

--支腿小端在支腿框架方向的弯矩
--支腿小端在支腿框架方向的抗弯模数

--葫芦载荷和均布载荷作用在支腿方向对支腿小端的矩
--大车运行起动或制动时葫芦载荷惯性力作用对支腿小端的矩
--大车运行起动或制动时均布载荷惯性力作用对支腿小端的矩
--风载荷惯作用对支腿小端的矩
的计算方法见图14
的计算方法见图15

6.2.4 支腿小端截面的综合应力

符合GB/T3811-2008《起重机设计规范》的相关规定
7. 下横梁的强度校核

支腿最大正压力对下横梁的弯矩和弯曲应力
其计算方法见图14

其中

--下端梁在支腿平面内的抗弯模数

大车偏斜运行时的侧向力对下端梁的弯矩和应力
所以

7.3 下端梁的综合应力

符合GB3811-2008《起重机设计规范》的相关规定。

8、端梁计算
8.1、 轮距的确定
，
即K=（）L=3.37~4.72米
取K=3.5米
8.2、 端梁中央断面几何特性
端梁断面尺寸如图：
1） 断面总面积：
F=2×60×0.6+0.6×27+0.5×27+1×58=159.7 cm2
2) 形心位置：
y1=
=32.32 cm
y2=60-32.3=27.7 cm
z1=
=9.8 cm
z2=29.2-9.8=19.4 cm
Jx=2×0.6×603/12+2×60×0.6×2.32+1×583/12
+1×58×1.32+27×0.63/12+27×0.6×27.42
+27×0.53/12+27×0.5×30.552
=63100.896 cm4
Jy=2×0.6×273/12+2×27×0.6×5.32+60×0.63/12
+60×0.6×19.12+60×0.63/12+60×0.6×8.52
+58×13/12+58×1×932
=520261.57 cm4
3) 断面模数
Wx===1953.6 cm3
Wy===26817.6 cm3
8.3、起重机最大轮压:
当电动葫芦移到左端（或右端）极限位置起吊额定起重量时端边（或右端）主动车轮受最大轮压
支承反力如下图：Nmax=
其中 Q----额定起重量，Q=16000 Kg；
G-----电动葫芦重量，G=1152 Kg；
KⅡ----冲击系数，KⅡ=1；
ψⅡ----动力系数，对中级工作类型单梁吊取ψⅡ=1.2；
G端----端梁重， G端=300 Kg；
G轮主----主动车轮重量， G轮主=162 Kg；
G驱----驱动装置重，G驱=49 Kg；
q-----主梁单位长度的重量，q=325 Kg/m=3.25 Kg/cm；
L-----跨度，L=2360 cm;
K----轮距，K=350cm;
L1----1080 cm;
Nmax=
=12023.3 Kg
根据轮压选取车轮直径为
D=400 mm
8.4、最大歪斜侧向力
S=λN
N----最大轮压，N=12023.3 Kg；
λ-----侧压系数，取λ≈0.1;
S=0.1×12023=1202.3 Kg;
8.5、端梁中央断面合成应力
σ= ≤ [σ]
σ= =1085.5Kg/cm2
≤[σ]=1400 Kg/cm26、 车轮轴对端梁腹板的挤压应力
σ挤= ≤ [σ挤]
N-------起重机最大轮压，N=12023.3 Kg/cm；
d0-------端梁腹板轴孔直径，d0=9cm；
δ0-----端梁支承腹板厚，δ0=1.5cm；
[σ挤] –许用挤压应力，对3号钢取[σ挤]=1150 Kg/cm2；
所以：
σ挤==445.3 Kg/cm2 ≤ [σ挤] =1150 Kg/cm2；
安全。

9、主、端梁连接计算
9.1、 主、端梁连接形式及受力分析
主、端梁连接是采用螺栓和减载凸缘结构的形式，主梁两
端同端梁之间各用八个M24螺栓（45号钢）连接。
9.2、 螺栓拉力的计算
1） 起重机歪斜侧向力矩的计算
Ms = S K=1202.3×3.5=4208 Kg.m
2) 歪斜侧向力矩对螺栓拉力的计算
设歪斜侧向力矩Ms对螺栓d的拉力为N 1
N1 = 2.5 Ms X/∑Xi2
式中
系数2.5是考虑螺栓预紧力及载荷分布不均匀性
的影响系数；
Ms ---歪斜侧向力矩，=4208 Kg.m ；
X ---螺栓d距离Y-Y轴的距离，x=0.69m；
∑Xi2--每个受拉螺栓距离Y-Y轴的距离平方之和（m2）
N1 = 2.5×4208×0.69/(0.032×5+0.692×5)
=3043.5 Kg
3) 起重机支承反力对螺栓的作用力矩
当载荷移到一端极限位置时，取C点为受力平衡点∑MC=0
得MR=MN=RBl0
式中
l0----力臂，取l0=0.151m
MR----支反力RB对C点的作用力矩（Kg.m）
MN----所以受拉螺栓对C点的力矩之和，（Kg.m）
RB----起重机左端支反力，
RB=2N=2×12023.3=24046.6 Kg
所以MR=MN=24046.6×0.151=3631 Kg.m
4) 支反力矩对螺栓的拉力
设支反力矩MR对螺栓d的拉力为N2 （Kg）N2 = 2.5 Ms y/∑yi2
式中
系数2.5是考虑螺栓预紧力及载荷分布不均匀性
的影响系数；
MN ---各螺栓的力矩和，MN =3631 Kg ；
y ---螺栓d距离Z-Z轴的距离，y=0.51m；
∑yi2--每个受拉螺栓距离Z-Z轴的距离平方之和（m2）
N2 = 2.5×3631×0.51/
(2×0.512+2×0.402+2×0.292+2×0.182)
=4314 Kg
5) 螺栓d承受的总拉力N0
N0 = N1+ N2=3043.5+4314=7357 Kg
6) 验算螺栓强度
受拉螺栓强度
σ= ≤ [σ]
式中N0---螺栓总拉力N0=7357 Kg
F0---螺栓净断面积（cm2）
F0=3.14×2.7522/4=5.945 cm2
[σ]----螺栓的许用应力（Kg/cm2）
[σ]=（0.5~0.6）σs
其中
σs----材料屈服极限，对端梁连接螺栓采用45号钢正火
的M24螺栓，σs =6600 Kg/cm2
[σ]=0.6×6600=3960 Kg/cm2
所以
σ=7357/5.945=1237.5 Kg/cm2 < [σ]= 3960 Kg/cm2
7) 凸缘垂直剪切力验算
剪应力：
τ= ≤ [τ]
　　式中C----受剪断面形状系数，对矩形断面C=1.5；
RB----支反力，RB=24046.6 Kg
F，---受剪面积，F，=1×70=70 cm2
[τ]----材料许用剪切应力，对3号钢
[τ]=950 Kg/cm2
τ=1.5×24046.6/70=515.3 Kg/cm2
8) 凸缘挤压应力验算
σ挤= ≤ [σ庙]
式中
RB----支反力，RB=24046.6 Kg
F〃---承压端面面积，F〃=0.5×70=35 cm2
[σ庙]—材料的端面挤压许用应力，对3号钢取
[σ庙]=2400 Kg/cm2
σ挤=24046.6/35=687 Kg/cm2 ≤ [σ庙] =2400 Kg/cm2

本设计计算书采用的技术资料有GB3811-2008《起重机设计规范》、铁道部出版社《起重机设计手册》、西安交通大学王金诺于兰峰主编《起重运输机金属结构》等。
从以上计算的所有数据可以看出主梁的刚度和强度，支腿的稳定性和强度，上下横梁强度均满足设计要求并符合GB3811-2008《起重机设计规范》的各项规定。
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