桥式铸造起重机金属结构设计算例(共59页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上前言本设计为180/50t桥式铸造起重机金属结构设计,由于此桥式铸造起重机的起重量大、跨度大、工作级别高,在设计计算时疲劳强度为其首要约束条件。因此在选材时选用稳定性好,对应力集中情况不敏感的Q235-A,降低材料的成本。为减少结构的超静定次数,改善受力,同时又方便运输,桥架采用六梁铰接式结构。主、副小车的起重量均偏大,故采用偏轨箱型梁桥架。偏轨箱型梁桥架不仅可减小小车的外形尺寸,同时也增大了起升空间,有利于铸造厂间的应用。在设计时,本着满足疲劳强度、刚度、稳定性的前提下,尽可能节约材料。考虑铸造起重机主、副小车之间有一定得高度差,使副小车能自如地从主小车下面通过,故
2、在设计主主梁时采用大截面、薄钢板,从而达到节省材料、重量轻的要求。同时采用大截面又提高了梁的刚度和稳定性。根据梁的受力特点,偏轨箱型梁主腹板上侧受局部压应力,将主腹板上侧的板加厚。而其它受力较小的地方则采用较薄的板,以节约材料。在设计过程中,全部采用国家标准,并借鉴了在实习时所参观的太原重工、大连重工起重同类产品的设计。在结构上进行改进,对桥架的受力进行了较详尽的分析。整个设计安全、可靠、节材、耐用,满足了设计要求。专心-专注-专业第一章 总体方案设计1.1 原始参数起重量Q(主/副) 180/50t跨度S 22m工作级别Ai A8起升高度H(主/副) 20/22m起升速度V(主/副) 4.5
3、/11.4 m/min运行速度(主/副/大车) 36/33.7/73.5 m/min轮距(主/副/大车) 4080/1850/9800 mm轨距(主/副/大车) 8700/3000/22000 mm轮压(主/副/大车) 34500/19640/87600 kg起重机重量 220t1.2总体结构及设计根据已给参数,此桥式铸造起重机吨位、跨度较大,为减少结构的超静定次数,改善受力,方便运输,选用六梁铰接式结构。结构框架如图(1)图(1)1.3 材料选择及许用应力根据总体结构,铸造起重机工作级别A8为重级,工作环境温度较高,设计计算时疲劳强度为其首要约束条件,选用Q235-A,考虑起重量较大,主/副
4、梁均采用偏轨箱型梁。材料的许用应力及性能常数见表1、表2。表1.1 材料许用应力板厚正应力剪应力mm16370152.0167.9184.487.7696.94106.5370158.8175.4192.691.7101.3111.2表1.2 材料性能常数表弹性模量E剪切弹性模量G密度1.4各部件尺寸及截面性质1. 主主梁尺寸初选高度=12941571mm考虑大车运行机构安装在主梁内,且主主梁与副主梁的高度差必须满足一定得要求,故将主主梁取为大截面薄钢板的形式,以达到节省材料、重量轻的要求。因此取腹板高度mm。为了省去走台,对宽型偏轨箱型梁,主主梁腹板内侧间距取mm=440mm。上下翼缘板厚度
5、mm,上翼缘板长2530mm,下翼缘板长2326mm,主腹板厚度 mm,副腹板厚度 mm。上下翼缘板外伸部分长不相同。有轨道一侧上翼缘板外伸长度mm,取250mm。其它翼缘外伸部分长度 mm。mm (焊缝厚度) 取=50mm。轨道侧主腹板受局部压应力,应将板加厚,由局部压应力的分布长度,设计离上翼缘板350mm的一段腹板板厚取为18mm。主主梁跨中截面尺寸如图(2)图(2)2主主梁跨端截面尺寸高度mm要确定主主梁跨端截面尺寸,只需确定其高度,取=1300mm,跨端下翼缘板厚度为18mm。主主梁跨端截面尺寸如图(3)3截面性质(1) 主主梁跨中 建立如图示的坐标系,计算形心位置 =1256.mm
6、。 =1238.mm 计算弯心位置mm弯心近似地在截面对称形心轴上,其至主腹板中线的距离为1021mm。净截面面积 毛截面面积 计算惯性矩 对形心轴的惯性矩对形心轴的惯性矩(2) 主主梁跨端截面性质净截面面积 毛截面面积 建立图示的坐标系,计算形心位置计算惯性矩,对形心轴的惯性矩对形心轴的惯性矩二、副主梁尺寸1. 初选梁高 =12941571mm,取腹板高度 ,上下翼缘板厚度 ,腹板厚度:主腹板 ,副腹板厚度 ,副主梁总高 副主梁宽度 ,取腹板内侧间距 且 1100,主腹板一侧上翼缘板外伸长度 ,取外伸长 ,其余悬伸长大于1.5倍的焊缝厚度,取。其尺寸如下图图(4)2. 副主梁跨端截面尺寸的确
7、定 确定其高度 ,取腹板高度为800 副主梁跨端截面尺寸如图(5)图(5)3. 截面性质( 1) 跨中 建立图示的直角坐标系,求形心位置净截面面积 毛截面面积 计算弯心位置A 弯心距主腹板板厚中线的距离为 计算惯性矩 对形心轴的惯性矩:对形心轴的惯性矩: 副主梁跨端截面性质 建立图示的坐标系,求截面形心位置净截面面积 毛截面面积 对形心轴的惯性矩:对形心轴的惯性矩:三、端梁截面尺寸考虑大车车轮的安装及台车的形状尺寸,端梁内宽取为600。初设截面尺寸如下图 图(6)形心即对称中心 对形心轴的惯性矩:净截面面积 毛截面面积 四、各截面尺寸及性质汇总表图(7)尺寸汇总表 1.3 单位:mm主主梁跨中
8、181814122530232622002400跨端181814122530232622001264副主梁跨中16161081270118011001500跨端1616108127011801100800端梁12121010660660600776截面性质汇总表1.4净面积毛面积主主梁跨中12391257跨端1237675副主梁跨中62978266200跨端62442753600端梁33040031360第二章 桥架分析2.1 载荷组合的确定一、动力效应系数的计算1起升冲击系数 0.9 对桥式铸造起重机 2起升动载系数 主主梁 副主梁 3运行冲击系数 为大车运行速度 =73.5,为轨道街头处两
9、轨面得高度差 ,根据工作级别,动载荷用载荷组合 进行计算,应用运行冲击系数。2.2 桥架假定 为了简化六梁铰结桥架的计算,特作如下假定:1 根据起重机的实际工作情况,以主、副小车一起工作为最不利载荷工况。2 主主梁、副主梁的端部与端梁在同一水平面内。3 由于端梁用铰接分成5段,故副主梁的垂直载荷对相互间受力分析互不影响。4 将端梁结构看作多跨静定梁,主主梁受力作为基本结构对副主梁无影响;副主梁受力作为附属部分对主主梁有影响。5 计算副主梁水平载荷时,将铰接点看成刚性连接。 2.3 载荷计算1主主梁自重 由设计给出的主小车轮压34500kg,选用车轮材料ZG35CrMnSi,车轮直径,轨道型号Q
10、U120,许用值38700kg。由轨道型号QU120查得轨道理论重量,主小车轨道重量 栏杆等重量 主梁的均布载荷 2主小车布置,两侧起升机构对称布置,重心位于对称中心。吊具质量 起升载荷 小车重量 因主小车吨位较大,采用台车形式八个车轮,可求实际主小车满载时的静轮压一根主主梁上空载小车轮压 3惯性载荷一根主主梁上小车惯性力主小车上主动轮占一半,按主动车轮打滑条件确定主小车的惯性力 大车起、制动产生的惯性力4偏斜运行侧向力一根主主梁的重量为 主主梁跨端焊接上两块耳板,与副主梁端梁连接,在计算时,按假想端梁截面进行计算。图(8)与主主梁连接的端梁部分(将超出轨距的一部分所假想而成的端梁截面尺寸)
11、其截面尺寸如下形心 对形心轴 的惯性矩:对形心轴的惯性矩:端梁净截面积 端梁毛截面积 一根端梁单位长度重量一组大车运行机构重量 司机室及其电气设备的重量 主主梁侧假想端梁重 (1) 满载小车在主主梁跨中左侧端梁总静轮压由下图(12)计算 由 查图3-8得,侧向力为 满载小车在主主梁左端极限位置左侧端梁总静轮压为 侧向力 6 扭转载荷偏轨箱型梁由和的偏心作用而产生移动扭转,其它载荷,产生的扭矩较小且作用方向相反,故不计算。偏轨箱型梁弯心A在梁截面的对称形心轴上(不考虑翼缘外伸部分),由前计算可知,弯心至主腹板中线的距离为,查可知轨高 移动扭矩 二、副主梁1自重 由设计给出的副主梁小车轮压 196
12、40kg,查选用车轮材料ZG50MnMo,车轮直径,轨道型号QU70,许用值21800kg。查得轨道理论重量,副小车轨道重量 栏杆等重量 副主梁的均布载荷 2小车轮压小车布置如图(13) 主钩铅垂线中心通过小车中线的E点(按比例布置作用点位置)小车重心F点位置 起升载荷为 吊具质量 小车重量 按受载大的AB梁计算小车轮压,见图(14) 满载小车的静轮压空载小车轮压为3惯性载荷一根副主梁上小车的惯性力副小车上主动轮占一半,按主动车轮打滑条件确定副小车的惯性力 大车起、制动产生的惯性力4偏斜运行侧向力一根副主梁的重量为 一根端梁单位长度的重量 与副主梁焊接端梁重量 (1) 满载小车在副主梁跨中 见
13、图(15)左侧端梁总静轮压为 由,查图3-8得(2) 满载小车在副主梁左端极限位置左侧端梁总静轮压侧向力 5扭转载荷偏轨箱型梁由和产生,弯心,查可知轨高 ,移动扭矩 2.4简化模型见图(16)大车主主梁端部有两个台车,可简化为一个滑动铰支座:(1.2.5.6)副主梁端部支撑车轮(3.4)简化为一个可动铰支座;简化模型见图(16)超静定次数 进一步简化:主主梁端部采用两个台车,只是增加了支撑装置,减小了轮压。将两个滑动铰支座分别用一个固定铰支座代替,约束一样,只是取消了对扭矩的抵制作用。将滑动铰支座换成固定铰支座。将此端梁结构看成多跨超静定梁,沿处拆分,主主梁(基本部分)+副主梁(附属部分);主
14、主梁受力对副主梁无影响;副主梁受力对主主梁有影响。在计算水平载荷时将铰四个铰点看作刚节点进行计算。将主主梁看作一个单梁桥架,副主梁对其影响在或处相当于加了一个可动铰支座。忽略副主梁对主主梁端部轴受力影响,使主主梁水平面内弯矩值偏大,设计可靠性增强,计算偏保守。主主梁水平刚架计算模型如图(19)副主梁水平刚架计算时,主主梁对副主梁相当于固定铰支座。2.5 垂直载荷一、主主梁在固定载荷与移动载荷作用下,主梁按简支梁计算。见图(21)1 固定载荷作用下在主主梁跨中的弯矩为跨端剪切力为2 移动载荷作用下主梁的内力(1) 满载小车在跨中,跨中E点弯矩为轮压合力与左侧台车轴线距离 跨中E点的剪切力 跨中内
15、扭矩 (2) 满载小车在跨端极限位置小车左轮距梁端距离取为0.7跨端剪切力 跨端内扭矩为主主梁跨中总弯矩为 主梁跨端总剪切力为 二、副主梁在固定载荷与移动载荷作用下,主梁按简支梁计算。1 固定载荷作用下在副主梁跨中的弯矩为跨端剪切力为2 移动载荷作用下主梁的内力(1) 满载小车在跨中,跨中E点弯矩为轮压合力与左轮的距离为 跨中E点的剪切力 跨中内扭矩 (2) 满载小车在跨端极限位置小车左轮距梁端距离取为0.5跨端剪切力 跨端内扭矩为副主梁跨中总弯矩为 副主梁跨端总剪切力为 2.6 水平载荷如前面模型简化,将主主梁的一根梁看作单梁桥架,副主梁看作双梁桥架。一、主主梁的水平惯性载荷模型如前面图(1
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