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:221）。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62.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=4.173.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=1372.8125Ix=182608192968.75I1=Iy=83121636897.1606端梁A=74400 Ix=18004800000I2=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=18135.079922.小车轮压.满载小车静轮压ΣP=Pj1+Pj2=20950003.动力效应系数Ψ1=1.1Ψ2=1+0.7*Vq=1.03371666666667Ψ4=1.1+0.058*Vd*h^0.5=1.162833(h=1mm)统一取较大值Ψ=1.1628334.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)=74821.4285714286FH=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=196203333333333333333333333333333333333333333333333(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=362484.0915408396.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=150h""=0.5*H1+hg=1495移动扭矩为 Tp=ΣP*e1=1753031.53846154N.MTH=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)=10751712).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)/L2246846.54346108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=7.70465793010753b=K"/2=3.85232896505376a=0.5*(B0-K")=-.852328965053764水平刚架计算模型66666666666666666666666666666666666666666666666666666①.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)=630239.003709905②小车在跨端.跨端水平剪切力为F"CH= FH*L*0.5+PH*(1-2/L)=81157.382)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)=2.18392615840749①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=210936.723431246②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=170σm=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=29.5071101130334σ1=(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=2021578.57899777τ=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A5,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=20165034.24038297777777777777777777777777777777777777777777777777空载小车位于右侧跨端时左端支反力为FR1≈ 17088.74532Mmin=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8888888888888888888888888888888888888888888σmax=Mx*(Y2-δ1)/Ix= 149.388206190652σmin=Mmin*(Y2-δ1)/Ix=24.4184469766905 应力循环特性r=σmin/σmax=0.163456323623882根据工作级别A5,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))=0σmax=149.388206190652<[σr1].  (合格)(2)验算横隔板下端焊缝与主腹板联接处⑤σmax=Mx*(Y2-50-δ2)/Ix=0σmin=Mmin*(Y2-50-δ2)/Ix=0r=σmin/σmax=00显然,相同工况下的应力循环特性是一致的根据A5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))=0σmax=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=662.5mm1)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=29.5071101130334σ2=σ01*(Y1-h-δ1)/(Y1-δ1)+σ02=13.9588903771399ξ=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=390α=a/b=4 >3,按a=3b计算α==3β=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=3.377721σ"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=5.59τ"cr=χ*Kτ*σE=557.1733097899613^0.5*τ"cr=965.0524811775263^0.5*τcr=235*(1-235/5.3/(3^0.5τ"cr))=224.202855260223τcr=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=217.820722613781α=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=662.5mm2)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=29.5073850513297σ2=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=61.024421502314ξ=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)=5.33986453011532σ"1cr=χ*Kσ*σE=391.034572621216σ"1cr>0.75σs需要修正,则σ1cr=235*(1-235/5.3/σ"1cr)=215.422836686789α=a/b=4>1,Kτ=5.34+4/α^2=5.59τ"cr=χ*Kτ*σE=409.3518194375223^0.5τ"cr=709.01814943655需修正,则3^0.5τcr=235*(1-235/5.3/3^0.5τ"cr)=220.303886326415τcr=3^0.5τcr/3^0.5=129.443578837572复合应力为(σ1^2+3*τ^2)^0.5=30.8759080943619α=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2150X1400mm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/100033.4(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=4.34095778864732fh>[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.'