300t桥式起重机设计计算书

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）。截面确定,主要参数列表 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 桥架尺寸的确定 1.大车轴距

B0=(1/4 ～1/6)L= 8.35～ 5.56666666666667

根据小车轨距和偏轨箱形梁宽度以及大车运行机构的设置,取BO= 6,端梁全长 6 2.主梁尺寸

高度 h=(1/14～1-17)L= 2.38571428571429～ 1.96470588235294 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= 852.328965053763 x2= 1013.67103494624 y1= 1317.1875 y2= 1372.8125 Ix= 182608192968.75 I1=Iy= 83121636897.1606 端梁 A= 74400 Ix= 18004800000 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

主梁的匀布载荷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= 1.03371666666667 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,其中总轮数是主动轮的I= 4倍,按车轮打滑条件确定大,小车运行的惯性力

一根主梁上的小车惯性力为 Pxg=ΣP/(I*7)= 74821.4285714286 大车运行起,制动惯性力(一根主梁上)为 PH=ΣP/(I*7)= 74821.4285714286 FH=Fq/(I*7)= 647.6814

主梁跨端设备惯性力影响小,忽略不计 5.偏斜运行侧向力 一根主梁的重量为

PG=Fq(L-0.4)= 598457.63736 一根端梁单位长度的重量为: Fq1=k*ρ*A*g= 16042.41072 一根端梁的重量为

PGd=Fq1*B= 37814.25384

一组大车运行机构的重量(两组对称配置)为 PGj=mj*g= 7877.43

司机室及设备的重量(按合力计)为 PGs=ms*g= 19620

3333333333333333333333333333333333333333333333 (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= 5.56666666666667,查得λ=0 .1927778 侧向力为

Ps1=0.5*PR1*λ= 278256.130650415 (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= 362484.091540839 6.扭转载荷

偏轨箱形梁由ΣPh和PH的偏心作用而产生移动扭矩,其他载荷PGj,PGs产生的扭矩较小且作用方向相反,故不计算

444444444444444444444444444444444444444444444

偏轨箱形梁弯心在梁截面的对称形心X轴上(不考虑翼缘外伸部分),弯心至主腹板中线的距离为

e1=δ2*(b-δ1/2-δ2/2)/(δ1+δ2)= 836.769230769231 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

计算大车传动侧的主梁.在固定载荷与移动载荷的作用下,主梁按简支梁计算, 555555555555555555555555555555555555555555555 固定载荷作用下主梁跨中的弯矩为

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))= 382096.555187601 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 Mp=Ψ * ΣP / (4 * L) * (L - b1) ^ 2 轮压合力ΣP与左轮的距离为 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)= 999253.320585111 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= 20165034.2403829 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构成新的水平刚架,这样比较符合实际,于是 K'=K+2*x1= 7.70465793010753 b=K'/2= 3.85232896505376 a=0.5*(B0-K')=-.852328965053764 水平刚架计算模型

66666666666666666666666666666666666666666666666666666 ①.下车在跨中,刚架的计算系数为:

r1 = 1 + 2 * a * b * 7 / (3 * (a + b) * L)= .847078104332559 跨中水平弯矩(与单梁桥架公式相同)为:

MH = PH / 4 * L * (1 - 1 / (2 * r1)) + FH / 8 * L ^ 2 * (1 - 2 / (3 * r1))= 275221.577086325 跨中水平剪切力为

Fph≈0.5*PH= 37410.7142857143 跨中轴力为

NH = (a - b) / (a * b * r1) * (FH * L ^ 2 / 12 + PH * L / 8)= 630239.003709905 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)= 2.18392615840749 ① 小车在跨中,侧向力为

PS1= 278256.130650415 超前力为

Pw1=PS1*B0/L= 49986.1312545656 端梁中点的轴力为

Nd1=0.5*Pw1= 24993.0656272828 端梁中点的水平剪切力为

Fd1=PS1 * (0.5 - a / K' / rs)= 153222.922427508 主梁跨中的水平弯矩为

Ms= PS1 * a + Fd1 * b - Nd1 * 0.5 * L=-64284.853655079 主梁轴力为

Ns1=PS1-Fd1= 125033.208222907 主梁跨中总的水平弯矩为 My=MH+Ms= 210936.723431246 ② 小车在跨端.侧向力为 PS2= 362484.091540839 超前力为

PW2= PS2 * B0 / L= 65116.9026720071 端梁中点的轴力为

Nd2=0.5*PW2= 32558.4513360035 端梁中点的水平剪切力为

Fd2=PS2 * (0.5 - a / k' / rs)= 199603.407513584 主梁跨端的水平弯矩为

Mcs=PS2 * a + Fd2 * b= 459982.297696553 主梁跨端的水平剪切力为 Fcs=Pw2-Nd2= 32558.4513360035 主梁跨端总的水平剪切力为

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的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的危险点①，②，③的强度 (1)主腹板上边缘点①的应力 主腹板边至轨顶距离为 hy=hg+δ1= 170

σm = Ψ * Pj1 / (2 * hy + 50) / δ3= 227.551149205192 垂直弯矩产生的应力为

σ01 = Mx *y / Ix= 29.5049471686319 水平弯矩产生的应力为

σ02= My * X1 / Iy= 2.16294440154519E-03

惯性载荷与侧向力对主梁产生的轴向力较小且作用方向相反,应力很小,故不计算 主梁上翼缘的静矩为

Sy=δ1 * B1 * ( Y1 - 0.5 * δ1)= 10673281.25 主腹板上边的切应力为

τ = Fp * Sy / (Ix * (δ3 + δ4)) + Tn / (2 * A0 * δ3)= 2.25429555491124 点①的折算应力为

σ0=σ01+σ02= 29.5071101130334

σ1 = (σ0 ^ 2 + σm ^ 2 - σ0 * σm + 3 * τ ^ 2) ^ 0.5= 214.361992389575 (2) 点②的应力

σ2 = (Mx * Y2 / Ix + My * (B1 - x1111) / Iy) = 154.169143764977 (3) 点③的应力;

σ3 = 1.15 * ((Mx * Y2 / Ix + My * (x2 - 20) / Iy)) = 177.236148521513 (4)主梁跨端的切应力

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= 153.81570899162 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)= 24.185794895106 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计算主梁跨中的最大弯矩截面(E)的疲劳强度 由于水平惯性载荷产生的应力很小,为了计算简明而忽略惯性应力 求截面E的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= 20165034.2403829

7777777777777777777777777777777777777777777777777 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的疲劳强度 8888888888888888888888888888888888888888888 σmax=Mx * (Y2 - δ1) / Ix= 149.388206190652 σmin=Mmin * (Y2 - δ1) / Ix = 24.4184469766905

应力循环特性

r=σmin/σmax=0 .163456323623882

根据工作级别A 5,应力集中等级K1及材料Q235,查的[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= 149.388206190652<[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,相同工况下的应力循环特性是一致的

根据A 5及Q235,横隔板采用双面连续贴角焊缝连接,板底与受拉翼缘间隙为50mm,应力集中等级为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,忽略不计 4.主梁稳定性 (1)整体稳定性 主梁高宽比

h/b= 1.4512595837897 (2)局部稳定性 翼缘板b0/δ0= 90

需要设置一条纵向加强劲,不再验算 翼缘最大外伸部分be/δ0= 8.75(稳定) 主腹板 h0/δ3= 189.285714285714

副腹板 h0/δ4= 220.833333333333需要设置横隔板及一条纵向加强劲,主,副腹板相同,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= 29.5071101130334

σ2 = σ01 * (Y1 - h - δ1) / ( Y1 - δ1) + σ02= 13.9588903771399 ξ=σ2/σ1=0 .4730687052601 (属于不均匀压缩板) 区格I得欧拉应力为

σE = 18.6 * (100 * δ3 / b) ^ 2= 83.0610181559274(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)= 5.33988119648665则 σ'1cr=χ*Kσ*σE= 532.243162814247 需修正,则

σ1cr=235 * (1 - 235 / 5.3 / σ'1cr)= 215.422836686789 腹板边局部压应力σm= 227.551149205192 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)= .527043254166039

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= 336.668317705089 需修正,则

σmcr = 235 * (1 - 235 / 5.3 / σ'mcr)= 204.050217163938 区格平均切应力为

τ = Fp / h0 / (δ3 + δ4) + Tn / (2 * A0 * δ3)= 22.435455304113 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= 557.173309789961 3^0.5*τ'cr= 965.052481177526

3^0.5*τcr=235 * (1 - 235 / 5.3 / (3^0.5τ'cr))= 224.202855260223 τcr=3^0.5*τcr/3^0.5= 129.443578837572 区格上边缘得复合应力为

(σ1 ^ 2 + σm ^ 2 - σ1 * σm + 3 * τ ^ 2) ^ 0.5= 217.820722613781 α=a/b= 4>2,区格的临界复合应力为

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)= 175.106485411041 [σcr]=σcr/n= 175.106485411041/3= 131.659011587249 (σ1 ^ 2 + σm ^ 2 - σ1 * σm + 3 * τ ^ 2) ^ 0.5<[σcr]

区格II的尺寸与I相同,而应力较小,故不需再计算,主腹板外测设置短加紧肋,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的稳定性. 副腹板上区格I只受σ1及τ的作用. 区格两边的正应力为

σ1 = σ01 + σ02 * (x2 - ((B1 - B) / 2 - δ3 / 2)) / X1= 29.5073850513297 σ2 = σ01 * (Y1 - Hh - δ1) / ( Y1 - δ1) + σ02 * (x2 - ((B1 - B) / 2 - δ3 / 2)) / X1= 13.9591653154362 切应力为:

τ = Fp / H / (δ3 + δ4) - Tn / (2 * A0 * δ4)= 5.2483625409597(很小) 区格I的欧拉应力为

σE = 18.6 * (100 * δ4 / b) ^ 2= 61.024421502314

ξ=σ2/σ1=0 .473073615000227 (属于不均匀压缩) α=a/b= 4>1

屈曲系数Kσ=8.4/(ξ+1.1)= 5.33986453011532 σ'1cr=χ*Kσ*σE= 391.034572621216 σ'1cr>0.75σs需要修正,则

σ1cr= 235 * (1 - 235 / 5.3 / σ'1cr)= 215.422836686789 α=a/b= 4>1,Kτ=5.34+4/α^2= 5.59 τ'cr = χ * Kτ * σE= 409.351819437522 3^0.5τ'cr= 709.01814943655 需修正,则

3^0.5τcr= 235 * (1 - 235 / 5.3 / 3^0.5τ'cr)= 220.303886326415 τcr = 3^0.5τcr / 3 ^ 0.5= 129.443578837572 复合应力为

(σ1 ^ 2 + 3 * τ ^ 2) ^ 0.5= 30.8759080943619 α=a/b= 4>2,区格I的临界复合应力为

σcr = (σ1 ^ 2 + 3 * τ ^ 2) ^ 0.5 / (((1 + ξ) / 4 * (σ1 / σ1cr) + ((3 - ξ) / 4 * (σ1 / σ1cr)) ^ 2 + (τ / τcr)) ^ 0.5)= 98.0340484000591

(σ1 ^ 2 + 3 * τ ^ 2) ^ 0.5<σcr/n= 56.5999842335229 区格II和跨端应力较小,不再计算

3) 加紧肋的确定,横隔板的厚度δ= 8mm,板中开孔尺寸为 2150X 1400mm 五,主梁与端梁的连接

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,端梁的腹板焊接,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的间隙,在组装桥架时用来调整跨度.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,端梁的上,下翼缘处焊上三角板,以增强连接的水平刚度,承受水平内力,连接构造如下

999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999

主梁最大支撑力为 FR= 2628943.09864868 连接板需要的焊缝长度为

lf=1.2 * FR / (2 * 0.7 * hf * 100) + 10= 2826.72474855216 实际h1>lf (足够)

主,端梁的连接焊缝足够承受连接的水平弯矩和剪切力,故不再计算 六. 刚度计算 (1) 桥架的垂直静刚度

满载小车位于主梁跨中产生的静挠度为

Y = ΣP / (48 * 206000# * Ix) * (L ^ 3 - b ^ 2 * / 2 * (3 * L - b))= 42.162139356885<[Y]=L/1000 33.4 (2)桥架的水平惯性位移

X = PH * L ^ 3 / (48 * 206000 * Iy) * (1 - 0.75 / r1) + 5 * FH * L ^ 4 / (384 * 206000 * Iy) * (1 - 0.8 / r1)= .42278776134011<[X]=L/2000= 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的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= 178599.147539246 起升质量m2=mQ+m0= 338870 起升载荷 PQ=m2*g= 3296000 起升钢丝绳滑轮组的最大下放长度为 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))= 33.1662079523372 起升钢丝绳滑轮组的静伸长为 λ0 = PQ * lr / (nr * 100000# * Ar)= 0 结构质量影响系数为

β = m1 / m2 * (y0 / (y0 + λ0)) ^ 2= .527043254166039 桥式起重机的垂直自振频率为

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的水平自振频率来表征 半桥架中点的换算质量为

me=0.5*(mG+mx+mQ+m0)= 258734.573769623 半刚架跨中在单位水平力作用下产生的水平位移为

δe = L ^ 3 / (48 * 206000# * Iy) * (1 - 0.75 / r1)= 5.19534852036852E-06 桥式起重机的水平自振频率为

fh = 1 /(2*π)* (1000 / (me * δe)) ^ 0.5= 4.34095778864732 fh>[fh]=1.5～2Hz (合格) 七.桥架拱度

桥架跨度中央的标准拱度值为 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)设置拱度,

距跨中为a1=L/8的点 Y1 = 46.76 * (1 - 4 * (L / 8) ^ 2 / L ^ 2)= 43.8375 距跨中为a2=L/4的点 Y2 = 46.76 * (1 - 4 * (L / 4) ^ 2 / L ^ 2)= 35.07 距跨中为a3=3L/8的点 Y3 = 46.76 * (1 - 4 * (3*L / 8) ^ 2 / L ^ 2)= 20.4575 至此,桥架结构设计全部合格.

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