桥式铸造起重机金属结构设计算例.docx
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桥式铸造起重机金属结构设计算例
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。
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S22m
工作级别AiA8
起升高度H（主/副）20/22m
起升速度V（主/副）4.5/11.4m/min
运行速度（主/副/大车）36/33.7/73.5m/min
轮距（主/副/大车）4080/1850/9800mm
轨距（主/副/大车）8700/3000/22000mm
轮压（主/副/大车）34500/19640/87600kg
起重机重量220t
§1.2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
mm
>16
370
152.0
167.9
184.4
87.76
96.94
106.5
370
158.8
175.4
192.6
91.7
101.3
111.2
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=1294~1571mm
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
=1256.851257mm。
=1238.881239mm
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=1294~1571mm，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
18
18
14
12
2530
2326
2200
2400
跨端
18
18
14
12
2530
2326
2200
1264
副主梁
跨中
16
16
10
8
1270
1180
1100
1500
跨端
16
16
10
8
1270
1180
1100
800
端梁
12
12
10
10
660
660
600
776
截面性质汇总表1.4
净面积
毛面积
主主梁
跨中
1239
1257
151208
跨端
1237
675
121672
副主梁
跨中
629
782
66200
跨端
624
427
53600
904944
端梁
330
400
31360
480680
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QU120，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）
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19640kg，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
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