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门式起重机计算书门式起重机计算书双梁门式起重机设计计算书（40.0吨36.0米）2008年10月03日第一章设计初始参数-1第一节基本参数-1第二节选用设计参数-1第三节相关设计参数-1第四节设计许用值参数-1第二章起重机小车设计-3第一节小车设计参数-3第二节设计计算（详见桥吊计算书）-3第三章门机钢结构部分设计计算-4第一节结构型式、尺寸及计算截面-4一、门机正面型式及尺寸-4二、门机支承架型式及尺寸-4三、各截面尺寸及几何特性-5第二节载荷及其组合-7一、垂直作用载荷-7二、水平作用载荷-8三、载荷组合-12第三节龙门架强度设计计算-13一、主梁内力计算-13二、主梁应力校核计算-17三、疲劳强度设计计算-19四、主梁腹板局部稳定校核-20五、主梁整体稳定性-22六、上盖板局部弯曲应力-22第四节龙门架刚度设计计算-25一、主梁垂直静刚度计算-25二、主梁水平静刚度计算-26三、门架纵向静刚度计算-27四、主梁动刚度计算-27第五节支承架强度设计计算-29一、垂直载荷作用下，马鞍横梁跨中截面内力计算-29二、水平载荷作用下，马鞍横梁跨中截面内力计算-35三、支承架各截面内力及应力-40第六节支承架刚度设计计算-45一、垂直载荷作用下，支承架的小车轨顶处位移-45二、水平载荷作用下，支承架的小车轨顶处位移-849第七节支腿整体稳定性计算-58第八节连接螺栓强度计算-60一、马鞍立柱下截面或上端梁截面的螺栓强度-60二、支腿下截面螺栓强度计算-62第四章大车运行机构设计计算-65第一节设计相关参数及运行机构形式-65一.设计相关参数-65二.运行机构型式-65第二节运行支撑装置计算-66一.轮压计算-66二.车轮踏面疲劳强度校核-66三.车轮踏面静强度校核-67第三节运行阻力计算-67一.摩擦阻力计算-67二.风阻力计算-68三.总静阻力计算-68第四节驱动机构计算-69一.初选电动机-69二.选联轴器-69三.选减速器-70四.电机验算-70第五节安全装置计算-71一.选制动器-71二.防风抗滑验算-72三.选缓冲器-72第五章整机性能验算-74第一节倾翻稳定性计算-74一、稳定力矩-74二、倾翻力矩-74三、各工况倾翻稳定性计算-75第二节轮压计算-75一、最大静轮压-75一、最小静轮压-75第一章设计初始参数第一节基本参数：

起重量PQ=40.000（t）跨度S=36.000（m）左有效悬臂长ZS1=0.000（m）左悬臂总长ZS2=0.000（m）右有效悬臂长YS1=0.000（m）右悬臂总长YS2=0.000（m）起升高度H0=35.000（m）结构工作级别ABJ=4级主起升工作级别ABZ=0级副起升工作级别ABF=4级小车运行工作级别ABX=4级大车运行工作级别ABD=4级主起升速度VZQ=5.000（m/min）副起升速度VFQ=7.000（m/min）小车运行速度VXY=8.000（m/min）大车运行速度VDY=8.000（m/min）第二节选用设计参数起升动力系数O2=1.10运行冲击系数O4=1.10钢材比重R=7.85t/m3钢材弹性模量E=2.1*105MPa钢丝绳弹性模量Eg=0.85*105MPa第三节相关设计参数大车车轮数（个）AH=16大车驱动车轮数（个）QN=8大车车轮直径RM=0.800（m）大车轮距L2=15.000（m）连接螺栓直径MD=0.0360（m）工作最大风压q1=0/*250*/（N/m2）非工作风压q2=0/*600*/（N/m2）第四节设计许用值：

钢结构材料许用正应力I156MpaII175Mpa许用剪应力124Mpa龙门架许用刚度：

主梁垂直许用静刚度：

跨中xlS/60060.00mm；悬臂lZS1/3603.68mm；主梁水平许用静刚度：

跨中ylS/200018.00mm；悬臂lZS1/6002.21mm；龙门架纵向静刚度：

主梁沿小车轨道方向XGH/60058.7mm；许用动刚度1.1；连接螺栓材料8.8级螺栓许用正应力ls210.0Mpa；疲劳强度及板屈曲强度依计算许用值选取。

第二章起重机小车设计第一节小车设计参数小车质量（t）GX=6.000（t）小车轮距（m）B=2.500（m）轨道至主梁内边（m）L5=0.170（m）小车轨距（m）L6=2.700（m）小车左外伸（m）L7=0.370（m）小车右外伸（m）L8=0.360（m）主梁与马鞍间距（m）L11=0.560（m）吊钩下探量（m）H6=0.920（m）小车轨道截面高（m）H7=0.140（m）小车高（m）H8=1.956（m）小车顶至马鞍（m）H10=0.250（m）小车罩沿大车轨道方向迎风面积（m2）XDS=8.000（m2）小车罩垂直大车轨道方向迎风面积（m2）XXS=8.000（m2）钢丝绳金属丝截面积（m2）D0=2.013500e-004（m2）滑轮组钢丝绳分支数之半N0=5小车轨道型号:

P43小车外罩至导电架距离（m）L9=1.270（m）小车外罩至栏杆距离（m）L10=1.260（m）法兰至主梁上盖板距离（m）HD=1.976（m）第二节设计计算为工厂便于组织生产，提高标准件的通用性，设计中不进行起重小车设计，而是采用通用桥式起重机小车。

此，起重小车设计计算详见我厂通用桥式起重机小车计算说明书。

第三章门机结构部分设计计算第一节结构型式、尺寸及计算截面一、门机正面型式及尺寸门机正面型式参见图a，正面尺寸见表表单位：

mSZS1ZS2YS1YS2HH036.0001.3261.7261.3261.72635.23635.000二、门机支承架型式及尺寸表单位:

mH10.250H20.345H332.163H162.081H1732.195H184.124WA14.160WA20.960A332.534WA40.396WA515.119WA60.730L115.913L215.000WB25.480WB332.992三、各截面尺寸及几何特性门机结构设计中，危险截面为、（详见图，图），各截面形状及尺寸详见图，表说明：

X

（1）,X

（2）,X（3）,X（4）,X（5）,X（6）为变化变量。

X2,X6,X7,X8,X9,X10,X12,X13为常值变量。

X2-主梁上、下盖板宽；X11-上下盖板宽度差X7-主梁上盖板厚；X8-主梁下盖板厚；X9-支承架各盖板厚；X12-主梁主腹板厚度；X13-主梁付腹板厚度；X10-支承架腹板厚度；各箱形截面两腹板间距离均为盖板宽减60mm；表单位:

m参数1-1参数3-3参数4-4参数4-4名称2-2名称名称（1-1）名称（1-1）X11.544SG1.544X11.544X11.544X21.800SB0.860X21.800X21.800X70.022tf0.006X70.022X70.022X80.022tg0.006X80.022X80.022X120.012X120.012X120.012X130.012X130.012X130.012X110.000参数5-5参数5-5参数6-6参数7-7名称刚名称柔名称名称8-8X11.544X3X40.401X50.740WX61.730WX6X50.740X60.321X90.012X9X90.012X90.012X100.010X10X100.010X100.010各截面面积用AAi，对X轴惯性矩为IXi，对Y轴惯性矩为IYi，其中，i代入1,2,3,4,5,6,7,8。

数字表示截面。

如写成IXiA、IXiB时，A表示刚性件，B表示柔性件。

各值详见表表截面AAi（m2）IXi（m4）,In（m4）IYi（m4）1-1,2-21.1626e-0015.5921e-0024.9497e-0023-32.8848e-0021.8628e-0026.3375e-0034-4刚7.0982e-0027.0982e-0025-57.3096e-0024.3457e-0024.4013e-0026-62.5780e-0028.6501e-0041.7651e-0037-7,8-82.4180e-0025.4769e-0041.5746e-00310-10刚10-10柔11-111.8961e-0022.0990e-00212-122.8848e-0021.8628e-0026.3375e-003备注：

10-10为马鞍变截面立柱等效截面。

11-11为变截面支腿等效截面。

12-12为上横梁截面。

图为、的各截面简图示意图第二节载荷及组合一、垂直作用载荷憖自重载荷门机各结构件均为箱型结构，其质量产生均布自重载荷，各结构质量是采用通用式计算的。

以主梁半桥架质量计算为例，计算如下：

若轨道每米质量为MMGZ，轨道安装质量系数为GDAZ，栏杆、小车导电架质量和之半为0.03（t/m），则轨道安装等质量和FGDZ为：

FGDZ=（MMGZ*GDAZ+0.03）*（ZS2+YS2+S）=（0.043*1.200+0.03）*（1.726+1.726+36.000）=3.219（t）=32.193（KN）单根主梁跨中段质量为FG1，式中：

FGL为主梁施工图的质量，ZLNDQZH为单根主梁内均布电气质量和FG1=（FGL+ZLNDQZH）/（S+ZS2+YS2）*S=（39.892+0.000）/（36.000+1.726+1.726）*36.000=36.401（t）FG1=FG1+FGDZ*S/（S+ZS2+YS2）=36.401+3.219*36.000/（36.000+1.726+1.726）=39.338（t）=393.4（KN）同理，主梁半桥架左悬臂段质量ZFG2ZFG2=（FGL+ZLNDQZH）/（S+ZS2+YS2）*ZS2=（39.892+0.000）/（36.000+1.726+1.726）*1.726=1.746（t）ZFG2=FG1+FGDZ*ZS2/（S+ZS2+YS2）=1.746+3.219*1.726/（36.000+1.726+1.726）=1.886（t）=18.9（KN）主梁半桥架右悬臂段质量YFG2YFG2=（FGL+ZLNDQZH）/（S+ZS2+YS2）*YS2=（39.892+0.000）/（36.000+1.726+1.726）*1.726=1.746（t）YFG2=FG1+FGDZ*YS2/（S+ZS2+YS2）=1.746+3.219*1.726/（36.000+1.726+1.726）=1.886（t）=18.9（KN）主梁半桥架跨中段质量集度Q1Z为：

Q1Z=FG1/S*O4=39.338/36.0*1.100=1.202（t/m）构件质量或质量集度与重力加速度（=10.0m/s.s）之积，便为作用门机结构上的集中重力或重力集度。

于是，主梁跨中段重力集度Q1为：

Q1=Q1Z*10.0=1.202*10.0=12.020（KN/m）其余构件质量（t）、质量集度（t/m）、集中重力（KN）及重力集度（KN/m）计算方法相同，详见表，表中重力及重力集度均考虑了冲击系数O4。

表单位：

t、KN/m、KN构件质量（t）构件重力集度（KN/m）集中重力（KN）结构件名称符号数值符号数值符号数值主梁跨中段FG

（1）39.338Q112.020主梁悬臂段左ZFG

（2）1.886Q112.020主梁悬臂段右YFG

（2）1.886主梁上横梁FG（12）1.557Q34.118刚性支腿FG（5）A17.210Q2A34.548柔性支腿FG（5）B0.000Q2B0.000下横梁FG（6）4.010Q62.772司机房及电气FG（7）2.00022.000电气房FG（8）1.50016.500梯子平台FG（9）1.00011.000大车运行机构FG（10）31.440345.840移动载荷移动载荷由起重量、小车质量及起升、下降、运行的冲击引起的，如假设小车的轮压均匀分布，则作用在一根主梁上两小车轮压力和为：

P1=（PQ*O2+GX*O4）/2=（40.000*1.100+6.000*1.100）/2=25.300（t）=253.000（KN）二、水平作用载荷憖水平作用载荷主要是自重载荷和移动载荷的质量，在大车制动时产生的惯性力及风载荷引起的。

它可分为均布力和集中力作用在结构上。

均布惯性力结构件惯性力通常为均布力，以主梁跨中段为例，当大车制动时，摩擦系数为0.14，大车驱动轮数n攬驱攭=8，全部车轮数n攬全攭=16则惯性力的计算如下：

PH1=0.14*n攬驱攭/n攬全攭*FG1=0.14*8/16*39.338=2.754（t）=27.537（KN）惯性力通常以力的集度方式或集中力方式作用于结构上，以主梁跨中段为例，惯性力集度计算如下：

QH0=PH1/S=2.754/36.000=0.076（t/m）=0.765（KN/m）其余构件惯性力计算方法相同，详见表表单位：

KN、KN/m惯性力（KN）惯性力（KN/m）集中惯性力（KN）结构件名称符号符号数值数值数值主梁跨中段PH127.537主梁左悬臂段ZPH21.321QH00.765主梁右悬臂段YPH21.321主梁上横梁PH121.090P120.545刚性支腿PH5A12.047QH5A0.370柔性支腿PH5B0.000QH5B0.000下横梁PH62.807P61.403司机房及电气PH71.4001.400电气房PH81.0501.050梯子平台PH90.7000.700大车运行机构PH1022.00822.008均布风力结构件风力也属于均布力，通常多考虑沿大车轨道方向的风力作用。

若单位风压为0.025t/m.m，箱型结构风振系数C=1.5，迎风面积为SD（i）时，以主梁跨中段为例风力为：

PW1=0.025*1.5*X1*S;=0.025*1.5*1.544*36.000=2.084（t）=20.844（KN）若主梁中段均布风力集度为QW0，则：

QW0=PW1/S=2.084/36.000=0.058（t/m）=0.579（KN/m）其余构件风力及风力集度计算方法相同，详见表表单位：

KN、KN/m迎风面积风力（KN）风力集度（KN/m）集中风力（KN）结构件名称符号数值符号数值符号数值数值主梁跨中段SD155.584PW120.844主梁左悬臂段ZSD22.666ZPW21.000QW00.579主梁右悬臂段YSD22.666YPW21.000主梁上横梁PW30.00刚性支腿PW5A16.182QW5A0.497柔性支腿PW5B0.00QW5B0.00下横梁PW6司机房及电气4.000PW71.5001.500电气房4.000PW81.5001.500梯子平台PW9大车运行机构PW10注：

风力、风力集度及迎风面积的含义在这里均为沿大车轨道方向。

惯性力、风力的共同作用：

当大车制动，产生的惯性力和存在风力往往是同时出现的，在强度计算中，应考虑其合力作用，详见表表单位：

KN,KN/m构件名称符号均布集度（KN/M）符号集中力（KN）主梁跨中段Q01.344主梁悬臂段主梁上横梁P120.545刚性支腿Q5A0.868柔性支腿Q5B0.00下横梁P61.403司机房及电气PD2.900电气房P82.550梯子平台0.700大车运行机构22.008小车集中惯性力当大车制动时，起重量及小车质量产生集中惯性力，它通过车轮作用于二根主梁上，若摩擦系数为0.14，大车驱动轮数n攬驱攭=8，全部车轮数n攬全攭=16，其比值为0.0，则作用于一根主梁的集中惯性力PH0为：

PH0=0.035*（PQ+GX）=0.035*（40.000+6.000）=1.610（t）=16.100（KN）小车集中风力当风沿着门机轨道方向吹时，小车沿此方向迎风面积为XDS，则工作状态风力为：

PW0=0.025*1.5*XDS/2=0.025*1.5*8.000/2=0.150（t）=1.500（KN）水平合力P0为：

P0=PH0+PW0=16.100+1.500=17.600（KN）小车制动惯性力PY=0.35*（PQ+GX）*0.039/（0.14*0.5）=0.35*（40.000+6.000）*0.039/（0.14*0.5）=0.897（t）偏斜侧向力因侧向力计算值不准确，引起应力不大，故本计算中忽略此因素。

三、载荷组合憖根据规范，载荷组合如下表：

门式起重机结构载荷组合表部件名称主梁支承架自重载荷iiiii运行冲击系数444起升载荷起升动载系数22222水平惯性力HHH风力wiwiwiwiwi偏斜侧向力sss门架水平推力由于主梁和支承架均以载荷组合作用时，受力严重，故以此工况校核强度和稳定性。

组合的工况为：

大车运行和满载下降同时制动的工况，此时侧向横推力减弱了，可忽略不计。

第三节龙门架强度设计计算一、主梁内力计算憖垂直载荷作用产生内力主梁在垂直载荷作用下，取计算简图为简支刚架，作用有均布载荷及集中轮压，主梁的跨中截面及主梁的悬臂根部为危险计算截面。

小车位于跨中时，计算简图如图ZS1=1.326（m）ZS2=1.726（m）YS1=1.326（m）YS2=1.726（m）S=36.000（m）P1=25.300（t）Q1=1.202（t/m）由上图及结构力学知识，可得截面垂直弯矩MX1、剪力QX1以两轮压合力为P1，计算弯矩时，应考虑小车轮距B的影响，设影响系数为C1，则：

C1=（1-B/（2*S）2=（1-2.5/（2*36.000）2=0.932弯矩计算系数K1为：

K1=（1+GX/PQ*O4/O2）*O2*C1+（FG1/PQ-2*（ZFG2*ZS2+YFG2*YS2）/PQ/S）*O4=（1+6.0/40.0*1.1/1.1）*1.10*0.9+（39.3/40.0-2*（1.9*1.7+1.9*1.7）/40.00/36.0）*1.1=2.251计算弯矩MX1为：

MX1=PQ*S/800*K1=40.000*36.000/800*2.251=4.051（MNm）QX1=（GX*O4+PQ*O2）/400=（6.000*1.100+40.000*1.100）/400=0.126（MN）小车作用在悬臂端极限位置时，计算简图如图所示。

由上图及结构力学知识，可得截面垂直弯矩MX2、剪力QX2为：

K2=（1+GX/PQ*O4/O2）*O2+ZFG2*ZS2/（PQ*ZS1）*O4=（1+6.00/40.00*1.1/1.1）*1.1+1.89*1.73/（40.00*1.33）*1.1=1.333MX2=PQ*ZS1*K2/200=40.0*1.3*1.3/200=0.353（MNm）QX2=（GX*O4+PQ*O2+2*ZFG2*O4）/200=（6.000*1.10+40.00*1.1+2*1.886*1.1）/200=0.274（MN）水平载荷作用产生内力主梁和上端梁组成水平框架，承受水平惯性力、风力和小车及吊重引起的惯性力。

其中水平惯性力和风力为均布作用载荷，小车及吊重引起的惯性力为移动的集中载荷作用。

水平框架超静定内力计算：

小车位于跨中或位于悬臂端时，计算简图如图，所示。

P0=1.760（t）2B1=4.160（m）Q0=0.134（t/m）由图可见，水平框架为多次超静定结构，利用结构力学的对称性，从两端梁中间截开得到计算的基本系统，由于结构对称，载荷反对称，基本系统的断开截面只有剪力，而且两边的剪力不相等。

为计算方便，P0与Q0分别作用，求超静定内力。

均布载荷作用，基本系统由Q0和内力X1Z=1,X1Y=1作用，弯矩图如图、所示：

KYZ=IY1/IY12B=4.950e-002/6.337e-003=7.810KYY=KYZ=7.810AS=3.0*ZS2+S+B1*KYZ=3.0*1.726+36.000+2.080*7.810=57.424（m）BS=3.0*YS2+S+B1*KYY=3.0*1.726+36.000+2.080*7.810=57.424（m）CS=（4.0*ZS2*ZS2*（ZS2+S）/（S*S）+2.0*YS2*YS2*S/（S*S）-S）=（4.0*1.7*1.7*（1.7+36.0）/（36.0*36.0）+2.0*1.7*1.7*36.0/（36.0*36.0）-36.0）=-35.487（m）DS=（4.0*YS2*YS2*（YS2+S）/（S*S）+2.0*ZS2*ZS2*S/（S*S）-S）=（4.0*1.7*1.7*（1.7+36.0）/（36.0*36.0）+2.0*1.7*1.7*36.0/（36.0*36.0）-36.0）=-35.487（m）DT11=AS*B1*B1/（3.0*E1*IY1）=57.424*2.1*2.1/（3.0*210000.0*4.950e-002）=0.008（m）DT22=BS*B1*B1/（3.0*E1*IY1）=57.424*2.1*2.1/（3.0*210000.0*4.950e-002）=0.008（m）DT12=0.5*S*B1*B1/（3.0*E1*IY1）=0.5*36.0*2.1*2.1/（3.0*210000.0*4.950e-002）=0.0025（m）ZMQ=Q0*S*S/8.0=21.771（tm）=217.714（KNm）DTX1ZQ=ZMQ*B1*CS/（3.0*E1*IY1）=21.771*2.080*-35.487/（3.0*2.100e+005*4.950e-002）=-0.0515（m）DTX1YQ=ZMQ*B1*DS/（3.0*E1*IY1）=21.771*2.080*-35.487/（3.0*2.100e+005*4.950e-002）=-0.0515（m）超静定内力X1Z,X1Y为：

X1Z=（DT12*DTX1YQ-DT22*DTX1ZQ）/（DT11*DT22-DT12*DT12）=4.925（t）=49.25（KN）X1Y=（DT12*DTX1ZQ-DT11*DTX1YQ）/（DT11*DT22-DT12*DT12）=4.925（t）=49.25（KN）集中载荷P0在跨中作用时，基本系统由P0和内力X2Z=1,X2Y=1作用，弯矩图如图、所示：

ZMP=P0*S/4.0=15.840（tm）=158.