[材料科学]梁亚南金属结构.doc
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1、河南机电高等专科学校毕业设计第一章 桥式起重机金属结构设计参数起重量Q: 8t跨度S: 16.5 m工作级别: A5起升高度: 10 m起升速度: 8m/min小车运行速度:40 m/min大车运行速度:90m/min第二章 总体设计1.桥架尺寸的确定B=()S=()16.5= 4.132.75m取B0=3m根据小车轨距和中轨箱型梁宽度以及大车运行机构的设置,取B=4m2.主梁尺寸主梁高度H1=()S=1179971mm 取H1=1000mm取腹板高度 h=H1-2=800mm腹板厚度 =6 mm翼缘板厚度 =10mm主梁B1(1/501/60)S=0.330.275m 且 H1/B13 取B
2、1=400mm翼缘板宽度B2=B1+2+40=452mm上下翼缘板相同,为10 mm452 mm3.端梁尺寸高度1/2=500mm腹板高度h2=480mm总宽=260mm,各板厚=8mm,b=260mm端梁长度S2取4000mm.主、端梁采用焊接连接,端梁为拼接式.2.2 其他设计2.21 大车运行机构的设计由于本起重机跨度为16.5m,在起重机的常用跨度(10.5-32m),大车运行机构的传动方案采用分别驱动。其大车运行机构的布置方式如图2-2所示图2-2分别传动的大车运行机构布置方式 1-电动机;2-制动器;3-带制动轮的半齿轮联轴器;4-浮动轴;5半齿轮联轴器;6-减速器;7-全齿轮联轴
3、器; 8-车轮 第三章 主、端梁截面几何性质a) 主梁 A=(45210+8006)2 =18640mm2惯性矩 Ix=mm4 =7.26mm4=mm4=5.67108mm4b)端梁 A2=(5008+2608)2 mm2 =12160 mm2惯性矩Ix2=3.43108mm4Iy2=1.47108mm4 第四章 载荷计算 4.1 固定载荷(1)梁自重:由“机械装备金属结构设计”(记为“书一”,在本说明书中适用)中公式7-26 (4-1)式中 h-梁的高度,单位mm -箱形梁的两块腹板厚度,单位 mm -钢材密度,取为Q235钢,密度为7.8510-3g/ mm3S-梁的 跨度,单位mm-构造
4、系数。没有加劲肋时,=1.0。有横向加劲肋时,=1.2。所以单根主梁的质量为 =21000127.8510-316500(1.0-) =2075kg重量 =g=20759.8N=20335N单根端梁的质量为 =2500167.8510-34000(1.0-) =335 kg重量 =g=3359.8N=3283N;端梁均布载荷F均=3283/4=820.75N/m(2)小车轨道质量 查起重机课程设计(记为“书二”)中附表22 轨道选用轻轨15(线密度q=15kg/m)。 =Sq=1516.5=247.5kg 重量 =g=247.59.8=2425.5N(3)走台、栏杆等质量 =355kg 重量
5、=g=3559.8N=3479N(4) 半桥架总重量PBQ=PG1+PGg+PG=26239.5N (5) 半桥架总质量mBG=mG1+m1+m2=2677.5kg(6) 主梁的均布载荷 =1590.3N/m(5)一组大车运行机构的重量:查书二中表7-3得=4500N 重心作用位置=1.5m。(6)司机室重量:PGS=10000N,重心作用位置=2.8m。4.2 小车轮压 起升载荷为 =g=78400N小车质量m=4000kg 小车自重 =39200N小车轮压:查书二表7-4得小车轮压为 空载轮压 P=PGX/4=9800N4.3 动力效应系数 起升冲击系数 起升动载系数 式中 =1.10;
6、=0.34; 起升速度 等于8m/min ; 所以 =1.10+0.34=1.573运行冲击系数 式中 =90m/min=1.5m/s;大车运行速度;H=1mm,轨道接头处两轨面高度差; 所以 =1.1+0.0581.5=1.187 4.4 惯性载荷 大小车都是4个车轮,其中主动轮占一半,按车轮打滑条件确定大小车运行的惯性力 (1)一根主梁上的小车惯性力:考虑起升动载系数,则小车轮压为 ; ; 单根主梁上受到的总轮压=114829N(2)大车运行起制动惯性力(一根主梁上)小车质量和总起升质量产生的水平惯性力 式中 -动力效应载荷系数,查书一表3-4取为1.5; m=12000kg; -大车起制
7、动平均加速度,为0.32m /s2; 由半桥架质量引起的水平惯性力 主梁跨端设备惯性力影响力小,忽略。(3)小车起制动产生的水平惯性力 式中 -小车起制动时平均加速度,为0.25/s2 所以 4.5 偏斜运行侧向力4.5.1 满载小车在主梁跨中央 左侧端梁总静轮压按图4-1计算 图4-1、端梁总轮压计算=(78400+39200)+26239.5+10000(1-)+4500+4000=93539.5N由=4.1查得=0.11;侧向力=93539.50.11=5145N为水平侧向系数4.5.2 满载小车在主梁左端极限位置 左侧端梁总静轮压为(应稍大于小车轴距,取为1.5m)= =(78400+
8、39200)(1-)+26239.5+10000(1-)+4500+4000 = 142280N侧向力 = =71140 N4.6扭转载荷 由于水平、垂直载荷对主梁截面的偏心作用,因而产生扭转载荷(如图4-2)。(e=0.56m,=(500+91)mm=591mm=0.591m) 走台、栏杆的总重力及梁端机电设备重力引起的外扭矩: m 水平惯性力引起移动集中外扭矩: 图4-2、主梁载荷偏心作用 主梁受到的总扭矩为 第五章 主梁计算5.1 内力5.1.1 垂直载荷 计算大车传动侧的主梁。在固定载荷与移动载荷作用下,主梁按简支梁计算,如图所示5-1 图5-1、 主梁计算模型 主梁距左支座x处由固定
9、载荷引起的弯矩为:由移动载荷小车轮压的计算值和引起的支反力为: 有移动载荷引起x截面的弯矩为: 由移动载荷和固定载荷共同引起距左支座距离x处截面的弯矩为(5-1)将公式(5-1)对x求一次导数并使之为0,即可得 将所得x值代入公式(5-1)后,求的主梁的最大弯矩为:=1091135Nm即=1091135Nm当小车一个车轮轮压作用在左支座处时,主梁跨端截面上有最大剪力,最大剪力为: =97837.N满载小车在跨中时,跨中下翼缘板下侧的剪切力为:=21301N5.1.2 水平载荷5.1.3作用在主梁跨中的最大水平弯矩为: 式中 -大车起制动时的平均加速度,为0.32; g-重力加速度,为9.8;-
10、主梁在垂直载荷作用下的最大弯矩,但不计算冲击系数和动力系数;由下式计算得: =1084739N 因此可得主梁最大水平弯矩为: =1)水平惯性载荷:在水平载荷及作用下,桥架按刚架计算。K=4 b=K=2 a= (B-K)=1水平刚架计算模型示表图5-2 图5-2、水平刚架计算模型 小车在跨中。刚架的计算系数为 =1+=1.168跨中水平弯矩=142813 小车在跨端。跨端水平剪切力为: =4285.5N2) 偏斜侧向力。在偏斜侧向力作用下,桥架也按水平刚架分析(如图5-3) 图5-3、 侧向力作用下刚架的分析 a=1m;b=2m;这时,计算系数为 =1.503 小车在跨端。侧向力为 = =880
11、3.4 N 超前力为=1853.3N端梁中点的轴力为=926.7N端梁中点的水平剪切力为= ()=8803.4(-)=2937.4N主梁跨端的水平弯矩为= a+b=8803.41+2937.42=14678N.m主梁跨端的水平剪切力为=-=926.7N主梁跨端总的水平剪切力为=5212N 小车在跨端时,主梁跨中水平弯矩与惯性载荷的水平弯矩组合值较小,不需计算。5.2 强度需要计算主梁跨中截面危险点1、2、3、4的强度1)主腹板上边缘1的应力= = 式中 n=1.34,为安全系数,从书一表4-11查取; 2)主腹板上边缘点2的应力: 主腹板边至轨顶距离为=313mm主腹板边的局部压应力为 = =
12、7.1 M Pa垂直弯矩产生的应力为= =72.9M Pa水平弯矩产生的应力为= =22.5MPa惯性载荷与侧应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板的静矩为=/2=10652(900-10)/2 =0.011 m3主腹板上边的切应力为=Pa=2.28 M PaA0-主梁跨端封闭截面面积点2的折算应力为=+=95.4MPa =95.4 M Pa=175 M Pa3)点3的应力为=175MPa腹板对y轴的静距为: 4)点4处的局部弯曲应力:翼缘板的实际载荷如图(5-4)所示:根据轨道与翼缘板在力作用点处位移相等的变形协调条件,得接触支撑力: 式中 a=700mm,
13、为主梁小隔板间距; b=600mm,为主梁腹板间距; =10mm。为主梁翼缘板厚度。=0.1392,为计算系数,从书一中表7-5查取。=2.24106,轨道的惯性矩 图5-4、翼缘板实际载荷图 因此 F= =753.15N 小车轨道的高度=91mm,轨道底宽=76mm。 取翼缘板压力区长=291+50=232mm。 d=mm。 则k=232/76=3.05 ; d/b=244/6000.5 查书一表7-6得:=0.871 =0.919 则翼缘板上表面的局部弯曲应力: 纵向 =-65.6MPa; 横向 =-69.2MPa; 箱形梁翼缘板上表面还受整体弯曲应力: =95.4MPa;翼缘板受双向弯曲
14、作用,应验算复合应力:= = =88.1MPa=175MPa轨道与翼缘板之间的接触压应力不大,一般不需演算。横隔板是轨道的支承,当小车轮位于横隔板顶上时,隔板受最大轮压,轨道的接头应尽量位于横隔板处。5.3 主梁稳定性5.3.1 整体稳定性主梁高宽比=2.5(稳定)5.3.2 局部稳定性 翼缘板=56.550,需加纵向加劲肋 翼缘板最大外伸部分=515 (稳定)腹板 =133.3320,需要设置横向加劲肋 第一条设置在距腹板受压边h1=(0.150.2)h0=120160mm取h1=150mm 第二条设置在距腹板受压边h2=(0.30.4)h0=240320mm取h2=300mm 第六章 端梁
15、计算端梁截面已初步选定,现进行具体计算端梁计算工况取满载小车位于主梁跨端,大小车同时运行起制动及桥架偏斜6.1 载荷与内力6.1.1垂直载荷端梁按修改的钢架尺寸计算,=1.4m, a=1 m, b=2 m, K=2b=4m, B=6 m, =0.5 m。a2=0.2主梁最大支承力=97837N ;因作用点的变动引起的附加力矩为零;端梁自重载荷为=606.4N/m端梁在垂直载荷作用下按简支梁计算如图6-1端梁支反力为=+=97837+0.51.18714864 =101365 N 图6-1、 垂直载荷下端梁的计算截面1-1弯矩 =- =202730N.m剪力 =0截面2-2弯矩 =a- =101
16、36510.51.1871486(10.5)297837 =197217.6N.m剪力 =- =1013651.1871486(10.5)=98719N.m截面3-3弯矩 =0剪力 =- =1013651.18714860.5=100483N.m6.2水平载荷 端梁的水平载荷有、等,亦按简支梁计算,如图所示6-2截面1-1因作用点外移引起的附加水平力矩为=54390=0N.m弯矩 =a=54391=5439N.m其中 =5439N.图6-2、 水平载荷下端梁的计算剪切力 =8803.4N轴力=5212N截面 2-2在、水平力作用下,端梁的水平支反力为=+ =8135+8803.4+5439 =
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