毕业设计---起重机(共69页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上 太原科技大学毕业设计（论文）任务书（由指导教师填写发给学生）学院（直属系）： 时间：2007年 4 月 5 日学 生 姓 名张明明指 导 教 师杨瑞刚设计（论文）题目120吨六梁桥式起重机结构设计主要研究内容载荷分析及其组合；内力计算，按照不同的载荷组合计算各危险界面的内力，简化计算模型是必须考虑主、端梁之间相互约束的影响；在此基础上进行各截面的静强度、静刚度、动刚度、疲劳强度、局部稳定性和整体稳定性的验算，以及主、端梁的连接计算，最后确定结构的截面工程尺寸。研究方法根据课题的要求，设计起重机的金属结构，确定其参数，设计并画出主要零部件的图纸主要技术指标(或研究目标)起重量 120 t/30t，工作级别 A8，跨度25m，起升高度 20m/22m，起升速度（m/min）5.06/9.34,轨距(mm)主小车7500付小车2500大车16000，主要参考文献1 起重运输机金属结构设计徐格宁 主编2 材料力学刘鸿文 主编3 结构力学李廉锟 主编4 起重机设计手册大连起重机厂编 目录摘要：六梁铸造起重机是桥式起重机的重要组成部分，是中大型起重设备，由四根主梁和两根端梁组成。本设计采用偏轨箱型主梁，设计过程中从强度、刚度、稳定性三个方面来计算，对于A8工作级别的起重机来说还要进行疲劳强度校核，这就和A6以下工作级别的起重机的设计有了很大的区别，在设计时会出现静强度有很大的富余，在计算局部稳定性的时候还要注意局部轮压的作用，这时候需要验算加劲肋的区格验算，很有可能需要再次验算。设计中在满足刚度、强度、稳定性的前提下，探讨了该机型金属结构受力的空间传递分配规律，推导出内力计算公式。本文针对空间桥架内力的传递进行探讨，在一定假定条件下，得出主、副梁及主、副端梁间的传递规律。关键词：铸造起重机 应力 疲劳强度 稳定性AbstractCasting six beams overhead crane 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 A8 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 前言本次设计的题目是125/30t跨度为25m的铸造桥式起重机，采用箱形结构，偏轨。以增大起重机的安全性，减少其截面尺寸，使起升高度有效的增加，便于在钢铁车间的灵活运作。虽然与普通双梁桥式起重机相比，多了两根主梁，但是设计原理基本上还是一样的，但是铸造起重机又有它自己的特点，需要考虑力之间的相互约束关系，铸造起重机的桥架主要由主梁、付梁、主端梁、付端梁组成，但本次设计采用了一个主梁的形式，具体情况见设计说明书，采用这种形式的好处是减少了端梁的纵向弯矩，从而可以减少端梁的应力，进而减小端梁的截面机，以达到节省材料的目的，采用这种结构形式还可以使铸造起重机的结构简单化，在此过程中，不但要进行箱型主梁的垂直载荷、水平载荷，还要考虑桥架间的互作用力，从而增加了设计的难度，因为桥架为六梁空间结构，若按照静定结构的方法进行设计计算，比较麻烦，若是对此桥架的设计采用主、付梁分别计算的方法，而不考虑它们之间相互内力的影响，虽然简化了计算，却是设计偏与保守，增大了起重机自重和材料成本，因此本设计在一定假定条件下得出主、付、端梁间力的传递规律，同时，对于工作级别A6以上的铸造起重机考虑到疲劳失效为主要破坏形式，应用疲劳强度作为它的主要约束条件。设计中，在满足强度、刚度、稳定性的前提下，尽可能节省材料，采用大截面，薄钢板，以减少起重机自身重量。全部采用国家标准，对桥架的受力进行了较详尽的分析，在结构上进行了改进。第一章 总体设计方案1.1基本参数起重量： 120T（主起升） 30T（付起升）跨度： 25 m工作级别：A8起升高度：20 m (主起升) 起升速度：22 m（付起升）付起升起升速度：5.06 m/min (主起升) 9.34 m/ min（付起升运行速度：36.1 m/min (主起升) 42.8 m/ min（付起升） 78.5 m/min（大车运行） 轮距：3010 mm (主起升) 1750 mm（付起升） 7500 mm（大车运行）轨距：7500 mm (主起升) 2500 mm（付起升） 16000 mm（大车运行）轮压：50460 kg (主起升) 10640 kg（付起升） 57400 kg（大车运行） 起重机重量：210T1.2 总体结构及尺寸 根据参数及实际设计选用六梁桥式铸造起重机，采用铰接形式连接端梁（如图1） （图1）1.3材料选择及许用应力 根据总体结构选用相形梁，主要用板材和行材 材料许用应力及性能见表1表2 表1（许用应力） 正应力（N/mm）剪应力（N/mm）380160180208.792.4104.2120.5 表2（材料性能）弹性模量E（N/）剪切弹性模量G密度2.06*0.79*7.85* 1.4各部件及截面尺寸、性质 1.4.1主主梁主主梁截面如图2 （图2）主主梁跨端截面如图3 （图3）主梁跨中的性质 建立几何坐标如图4所示 （图4）计算形心位置得 1102 mm =1304 mm计算弯心位置惯性矩 主主梁在跨端截面的性质同前所述得形心位置得惯性矩1.4.2付主梁付主梁在跨中和跨端截面的性质截面形式如图所示 （付主梁在跨中的截面）（付主梁在跨端的截面）付主梁在跨中的截面性质 （付端梁在跨中的形心位置） （付主梁在跨端的形心位置）付主梁在跨端的截面性质第二章 桥架分析.载荷组合的确定2.1.1动力系数的计算当主小车运动时当付小车运动时取2.1.2组合的确定根据起重机的工作情况，动载荷适宜为组合，进行计算应用作为计算，但由于原始数据所给的轮压均骗大，为了便于与实际相结合，所以将轮压重新估算后进行计算，为了保证结构的安全，取中较大的进行计算，即统一取，这样选取的结构偏于安全，但是不利于优化。. 桥架假设为了便于桥架的受力分析和计算，特假设如下：、 主主梁的自重只分配给安装在形心下面的四个轮上，与其余的轮无关、 每根主主梁的移动载荷只分配给主主梁下面的轮上，垂直方向的力不传递给付主梁部分 、 以主、付小车单独作业时为最不利载荷状况、 计算付主梁时，可以认为主主梁的刚度相对于付主梁无穷大、 认为主主梁、付主梁、端梁在同一个平面内工作、 桥架垂直刚度只计算静轮压作用，水平刚度则考虑全部水平载荷的作用、 所有静载荷都换成均布载荷（大车运行机构和司机室除外）、 大车运行机构和司机室只需主主梁上与付主梁无关.载荷计算2.3.1主主梁满载时1、自重主梁重.t（由主主梁图确定）栏杆导电架重.t所以2、集中载荷静载荷（静轮压）动载荷3、水平惯性力半个桥架重轮压产生的惯性力（静轮压）4.跨中扭矩，受力图如下2.3.2主主梁空载时静载荷轮压产生的水平惯性力扭矩2.3.3付主梁满载时i. 自重付主梁重栏杆导电架重ii. 集中载荷iii. 水平惯性力 iv. 跨中扭矩2.3.4付主梁空载时静载荷水平惯性力2.4求解框架 根据2.2的假定条件，将计算模型简化成下图 2.4.1两主梁垂直载荷对桥架的影响根据假定条件，主主梁的垂直载荷不会传递到付主梁上，但是主主梁的垂直载荷能引起端梁的转动成一定角度，同时当付主梁承受垂直载荷作用时也会引起端梁的转动。梁端是用绞连接，只能消除垂直于绞的弯矩，而对主主梁、付主梁传来的扭矩起作用，所以在两主梁的垂直载荷作用下，端梁简化成一整体，如图图中、主主梁对端梁产生的扭矩 、付主梁对端梁产生的扭矩 同时根据假设可以得到主主梁和付主梁的受力图，如图 图中、主、付主梁上的均布载荷 、主、付主梁上的集中载荷 、端梁对主主梁的约束弯矩 、端梁对付主梁的约束弯矩由主主梁受力图可知 主主梁在A端产生的转角分别由、均布载荷和集中载荷、形成，设他们产生的转角分别为、则规定逆时针方向为正则可得 考虑端梁部分 在A端，端梁上的转角为，在B端产生的转角为，在C端产生的转角为，在D端产生的转角为，则有以下关系其中可以看成由单独作用使端梁产生的转角和、在A点处对付主梁产生的转角组成同理主主梁在B端产生的转角分别由、均布载荷和集中载荷、形成，设他们产生的转角分别为、， 则分析付主梁同理可得 将代入方程可解得2.4.2 两主梁的偏心扭矩对桥架的影响 根据假定条件，同时认为桥架变形很小，桥架可简化为：为了减少自由度数，可分别求解各个结构，把主主梁结构部分简化为：根据假设且为了计算方便饿需要，只需计算z轴方向的力，并假定主主梁上的弯矩由E、F两绞消除，则受力图如下（说明：、分别为平衡了自重及、后的力）即在 z轴方向一次超静定设在处加一单位力，弯矩图如下当只有和作用时，释放绞F得弯矩图则可求解超静定其中则 2.5求解付主梁部分 付主梁部分受力图可简化如下图中为的反作用力，为的反作用力，、为平衡了自重及、后的力此时梁为三次超静定结构，由于是对称结构，只产生对称约束力、，各弯矩图如下（M1图）（M2图）（M3图）（MP1图）（MP2图）列典型方程： 由内力可知： 方程可简化为联立得 代入式得所以，可得所以总弯矩图如下（总弯矩图）图中式中为端梁的扭转惯性矩当小车在左极限时满载时，端梁上受到的付主梁的扭矩的作用最大=12.4tm当小车空载位于右极限位置是，有此时所以 第三章 主主梁计算3.1内力分析3.1.1弯矩1、垂直方向 受力图如下查起重机设计手册（大起）得 司机室重 运行机构 电气设备 固定载荷产生的弯矩（跨中）取 =22.9t所以 而主主梁两端绞支，跨端弯矩 集中载荷 当满载作用于跨中时，产生最大弯矩 如图 当空载作用于左极限时，跨中弯矩最小 所以 分析：根据桥架分析，端梁对主梁作用的最大弯矩18.68tm20.32tm其占主梁的百分比为2.3%2.5%可见、对主梁的影响很小，可以忽略、 水平方向跨端水平弯矩很小（按绞支处理），忽略不计主梁自重产生的水平跨中弯距为式中集中载荷P产生的水平跨中弯矩为如图所示同理当满载位于跨中时，有水平最大弯矩式中 3.1.2剪力当满载作用于跨中或空载作用于跨端时，在跨中截面产生的垂直、水平剪力很小，因而对跨中截面校核产生的影响可忽略不计，这里着重求跨端的最大剪力、 垂直方向自重产生跨端的剪力 当满载位于左极限时，跨端由集中载荷产生的剪力最大 忽略付梁的影响，主主梁短部的最大剪力、 水平方向主主梁仍按绞支简化，同时忽略司机室等的影响主主梁自重产生水平惯性力产生（同垂直剪力时的工况）所以 3.1.3扭矩3.2 强度校核3.2.1跨中危险截面危险点的强度校核跨中截面主要受弯矩、扭矩的作用 ，根据应力图可确定截面上的危险点 如下图1点应力式中： 挤压应力 P最大动轮压 主腹板厚度 18mm 为轨顶到验算点的距离所以 式中 为主、付腹板总厚 为两翼缘板厚、为静矩 截面中心线围成的面积 截面中最薄的板厚约束扭转附加剪应力（忽略）所以1点应力校核合格2点 3点 主主梁跨中截面合格3.2.2跨端危险截面危险点的强度校核主主梁跨端主要受剪力作用，偏轨箱形梁受剪力作用时的危险点为付腹板角点 如图所示4点式中：所以 主主梁端部截面合格 5点 合成 主主梁强度校核合格3.3 疲劳强度校核疲劳强度校核点如图1点为跨中截面上翼缘板与住腹板交接处的主体金属，此处为受压区2点为跨中截面隔板底部与腹板的交接处，此处为受拉区1点疲劳强度的校核 跨中截面 压缩区的许用应力 根据工作级别为和集中系数得 而由前所述 所以 1点疲劳强度合格2点疲劳强度校核 受拉区，即无挤压应力 所以所以2点疲劳强度合格3.4刚度校核3.4.1静刚度 垂直方向 水平方向 式中意义与前面相同代入数据 垂直方向静刚度合格 水平方向静刚度合格3.4.2动刚度 （且小于5） 式中 查手册得代入数据得可得动刚度合格3.5稳定性校核3.5.1整体稳定性 由于 已保证3.5.2局部稳定性中间隔板间距2500mm其它加劲尺寸如图1、上翼缘板区格验算 上翼缘板外伸部分宽厚比为外伸部分合格两腹板间受压翼缘板的宽厚比为合格腹板区格较危险的区格在跨中靠近上翼缘板处，取区格如图 代入数据得所的数据均需要修正合成临界应力 因为所以用下面的公式 合成应力，所以局部稳定性合格此处的计算忽略了板厚的变化，偏于安全3.6 焊缝验算如前所述，主腹板与上翼缘板之间的焊缝的影里情况最复杂，这里只验算此处的焊缝强度，焊缝的受力如图 跨中跨端 焊缝合格由于采用的焊缝厚度与钢板的厚度相同，焊缝可不计算。第四章 付主梁的计算付主梁的的截面形式和性质在第一章已经给出来4.1付主梁的受力分析付主梁满载位于跨中的时候弯矩最大如图4.1.1弯矩、 垂直方向 固定载荷在跨中产生的弯矩 集中载荷在跨中产生的弯矩 式中：代入数据得：式中：为端梁对付主梁的弯矩、 水平方向 受力简图如下付主梁自重产生的水平弯矩 式中r为小车在跨中时刚架的计算系数 偏斜侧向力产生的水平弯矩式中为小车在跨中时的侧向力为小车在跨中时，左侧端梁的静轮压取代入上式得超前牵引力端梁中点的水平剪切力为代入数值得将以上已知数据代入式得所以水平总弯矩为4.1.2剪力、 垂直方向 固定载荷产生的剪力 当小车在跨中时，跨中产生最大剪力 当小车位于左极限时，付主梁端部的剪力最大 跨端最大剪力为、 水平方向小车在跨端时，水平惯性载荷在跨端产生的水平剪切力为 偏斜侧向力在付主梁跨端产生的水平剪切力为所以，付主梁跨端的最大水平剪切力为4.1.3扭矩小车在跨中时，跨中有最大扭矩当小车在左跨端时，跨端有最大扭矩4.2付主梁的强度计算在计算强度时分别计算主梁上的1、2、3、点的强度，如图主腹板上1点的应力 局部压应力 垂直弯矩产生的应力为 水平弯矩产生的应力 所以 剪力和扭矩产生的切应力为 式中为主梁上翼缘板的静矩 所以，切应力1点的折算应力为2点的应力 3点的应力付主梁跨端的切应力 主腹板其中所以 翼缘板承受水平剪切力合格4.3疲劳强度验算根据工作级别为，验算小车位于跨中时，跨中位置处的疲劳强度该截面的最小弯矩为空载小车在右端极限位置处，如图此时验算4点的疲劳强度根据工作级别和材料选择集中等级所以 演算横隔板下端焊缝与主腹板的连接处5的疲劳强度根据工作级别和材料选择集中等级和，可得4.4付主梁刚度校核4.4.1桥架垂直静刚度当小车满载位于跨中时水平惯性位移 垂直动刚度的计算付主梁质量起升钢丝绳滑轮组静伸长4.4.2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的水平振频率来表征半桥架的换算质量半个桥架在单位水平力作用下产生的水平位移为4.5付主梁的稳定性4.5.1整体稳定性计算 4.5.2局部稳定性、 翼缘板 翼缘板最大外伸部分、 主腹板 、 副腹板 由主主梁的验算可知副腹板比主腹板更危险，则可以只验算副腹板验算副腹板区格的稳定性，区格两边正应力为区格的欧拉应力为区格只受的作用其中属于不均匀压缩板需修正复合应力4.5.3加劲肋及隔板尺寸的确定横隔板采用8mm厚的钢板，周围预留160mm，用8mm厚80mm宽的钢板镶边纵向加劲肋采用的角钢，纵向加劲肋到腹板中心线的如图4.5.4桥架拱度（包括主、付主梁）桥架跨中央的标准拱度为在跨度两边按抛物线设置如图第五章 端梁计算端梁截面已经初步选定，现进行具体计算端梁计算工况取满载小车位于跨端，大小车同时起制动及桥架偏斜5.1端梁的各部分截面尺寸和截面性质5.1.1主主梁部分的截面尺寸和截面性质 （主主梁部分端梁的截面）4.1.2付主梁部分的截面尺寸和截面性质 （付主梁部分端梁的截面）5.2载荷与内力（1） 垂直载荷主梁最大支承力为,因作用点的变动引起的附加力矩引起的弯局为剪力(2)水平载荷作用点外移引起的附加水平力矩为5.3主主梁部分的端梁强度计算 主主梁部分的端梁强度校核合格5.4付主梁部分的端梁的强度校核弯局剪力为 付主梁部分的端梁强度校核合格 参考文献：1徐格宁.起重运输机金属结构设计.北京：机械工业出版社2刘鸿文.材料力学.北京：高等教育出版社.20043李廉锟.结构力学.北京：高等教育出版社.19964大连起重机厂.起重机设计手册.沈阳.辽宁人民出版社5王金诺.起重机设计手册6徐格宁、智浩.铸造起重机桥架空间结构分析与疲劳计算.太原重机学院学报.1993年第四期第14卷.19937倪庆兴、王殿臣.起重运输机械图册.北京.机械工业出版社8徐克晋.金属结构.北京.机械工业出版社9大连理工大学工程画教研室.机械制图.北京.高等教育出版社.200310杨长睽、傅东明.起重机械.北京.机械工业出版社致谢通过这次毕业设计，巩固了以前学过的结构和力学方面的知识，学到了很多书本上没有的知识，对桥式起重机金属结构的设计过程和方法有了一定的了解，为以后的工作打下了良好的基础。在设计过程中得到了各位老师的大力帮助，从中学到了许多知识，使我对铸造起重机的工作情况和设计过程有了初步的了解。在此向他们表示崇高的敬意和感谢！由于是第一次做这么大的设计，自己的知识、经验都很欠缺，在设计过程中出现了很多不足之处，请各位老师批评！ 张明明 2007年6月18日The scientific of MechanicsThe branch of scientific analysis which deals with motions,time ,and forces is called mechabics and is made up of two parts, statics and dynamics. Statics deals with the analysis of stationarys systerms,i.e.,those in which time is not a factor,and dynamics deals with systerms which change with time .As shown jin Fig.1,dynamics is also made up of two major disciplines,first recgnized as separate entities by Euler in 1775.The investigation of the motion of a rigie body may be convenientnly separated into two parts,the one gemetical , the other mechanical .In the first part, the transference of the body from a given position to any other position must be investigated without respect to the cause of the motion , and must be represented by analytical formulae, which will define the position of the body.This investigation will therefore be referable solely to geometry ,or rather to stereotomy.It is clear that by the separation of this part of the question from the other,which belongs properlywo Mechanics, the determination of the motion from dynamical principles will be made much easier than if the two parts were undertaken conjointly.These two aspects of dynamics were later recgnized as the distinct sciences of kinematics and kinetics ,and deal with motion and the forces producing it ,respectively.The initial problem in the design of a mechannical systerm is therefore understanding its kinenatics. Kinematics is the study of motiom,quite apart from the forces which produce that motion. More particularly,kinematics is the study of position , displacement, totation, speed, velocity ,and acceleration.The study ,say,of planetary or orbital motion is also a problem in kinematics.It should be carefully noted jin the above quotation that Euler based his seperation of dynamics into kinematics and kinetics on the assunption that they should deal with rigid bodies. It is this very important assumption that allows the two to be treated separately .For flexible bodies , the shapes of the bodies themselves, and therefor their motions ,deoend on the forces exterted on them .In this situation ,the study of force and motion must taken place sinultaneously, thus significantly increasing the complexity of the analysis,Formulately ,although all real machine parts are flixble to some degree,machines are usually designed from relatively rigid materials, keeping part deflections to a minimum. Therefore ,it is common practice to assume that deflections are negligible and parts are rigid when analyzing a machines kinematic performance ,and then, after the dynamic analysis when loads are known, wo design the parts so that this assunption is justified. Stress and StrainStress and strain are noet the same bue are related in that either one will puoduce the other. Consider the simple example ofa manila rope used to tow an automaobile. The pull on the rope causes a stress or force in the rope fibers . After the pull ,or stess, on the rope is relaxed, the rope has been permanently stretched owing to this stress. The increase jin length is a deformation or strain .The warping that always accompanies fusion welding is a strain and clearly indicates that there are stresses jin the matal after welding.Stresses are calculated in pounds per square inch(psi) just like pressures.The stress in psi is equal wo the load P dicided by the area supporting the load:There are three possible types of stresses(Fig.2):1. comp