金属结构课程设计53mDOC.docx

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金属结构课程设计53mDOC

L型推主梁吊钩龙门起重机主梁金属结构设计计算书

L型单主梁吊钩龙门起重机主梁金属结构设计计算书一、设计任务：

为沿海某单位设计一般用途带双悬臂的L型单主梁吊钩龙门起重机。

二、设计条件：

货场宽度为53m,由使用要求和总体设计给出如下一些设计条件和参数。

1.额定起重量为10吨，吊具质量380kg

2.大车轮数为4,其中二个主动轮，布置在一边。

大车运行速度为45m/min,大车行车轨道采用P43型铁道钢轨。

3.小车带有垂直反滚轮。

小车车轮数为2,其中一个主动轮，反滚轮数为2,小车运行速度为44.6m/min,小车行车轨道采用P30铁道钢轨道轨:

30.10kg/m）o

4.全部金属结构采用箱形结构，材料为Q235-Bo

5.大车轴距B=7.5m,小车轴距b=2.3m。

6.小车处于悬臂端极限位置时，车轮至悬臂端的距离a=0.9mo

7.起升机构起升速度12m/,工作级别A5。

8.电源为三相交流，380V,50Hz,由大车导电架供电。

9.支腿下支承截面中心线至从动轮中心线的水平距离Bl=5.74mo

10.大车轨面至吊钩最高极限位置的垂直距离Ho=llmo

11.大车轨面至支腿下支承截面的垂直距离&=1500mm.

12.主梁下翼缘至大车轨面净空高度R=10200mmo

13.主梁重心至从动轮的水平距离bo=473Ommo

14.小车质量〜=3989kgo

15.其它参数：

C=580mm；E=123mm；D=400mm。

三、设计计算

＜一＞跨度L和悬臂1的选择

主梁总长4=+〃+2〃=57100mm=57.bn,

按等强度原则选择：

1.根据乂自重引起的两支腿出的弯矩与跨中处的弯矩相等

L=0.5864）=33460.6〃〃〃

2.根据由小车位于悬臂端时支腿处的弯矩与小车位于跨中时的弯矩相等

£='（24-4。

-b+3bD=36087.78〃?

〃？

跨度l=-（L+L）=34774.19mm2

圆整：

取L=38OOO〃〃〃

悬臂长度：

/=-L）=9550〃?

〃？

主梁基本尺寸单位：

主梁总长U

跨度

悬臂长度1

57100

38000

9550

〈二〉主梁截面主要尺寸的确定

1.主梁高度：

偏轨箱形主梁高度h由经济条件和刚性条件确定。

力=（1/14〜1/18）L

式中：

L—龙门起重机的跨度。

取/z=（l/16）L=-^x38000=2375mm

便于下料方便取梁高h=2400mm,

腹板的高7?

=2200mm

2.腹板厚度：

根据经验公式箱形梁厚度为：

J«4+（2/?

/1000）=4+（2x2400/1000）^10mm

主腹板厚,度10mm副腹板厚度名=8mm

3.梁的宽度

%/〃=0.6~0.8

4）=0.7/z=1680mm

下翼缘板宽：

与=为+4+%+50（50由一般取40—60之间）

=1680+8+10+50=1748mm

圆整取环=1750mm

上翼缘板宽：

吗=%+4+W+145+141（145,141待定）

=1680+8+10+145+141=1984mm

圆整为B.=1990mm

上、下翼缘板厚度60=8mm

主梁截面主要尺寸单位：

主梁高度h

主梁宽度bo

上翼缘板宽度

B上

下翼缘板宽度

B卜

主腹板厚度6,

副腹板厚度5a

翼缘板厚度

8。

2400

1680

1990

1750

图1主梁截而尺寸图

＜三〉截面几何特性计算

1.截面面积计算

A=1990x8+1750x8+2200x10+2200x8=69520mm:

2.截面型心计算（以截面中心作为坐标系）

x=3.32mm

y=30.49〃〃〃

3.截面对型心惯性矩计算lx=5.23xlO10/?

///4

/、=3.7xl（y°〃〃“4

4.截面抗弯模量计算

IX5.23X1O10in73

W.=—==4.89x10

"%1069.51

篝鲁X39x10，〃〃〃

需野.89x.〃加

图2截而几何特性计算点

W=/='23义1（）[=463x1。

7mm3xy31130.49

W"二段=装=4.43x1。

'〃/

W八=—=?

-23xl（）1-=4.63x107mm3

4xy41130.49

』=咨出£=439xi（f〃〃〃3

州x4843.32

5.截面静矩计算：

S.=A,-y.=17.03x106//2/»-

1XJU，1

S4=A..・X|=14.84x106mm3

L型推主梁吊钩龙门起重机主梁金属结构设计计算书

S,、=A「-x,=18.4x106mm，

S3x=A•y3=15.83xloomin'

S2x=S1X=17.03xlO^/nw'

S5y=S2y=18.4X106/7777Z3

S4x=S3x=15.83x10'〃?

〃?

S4y=SIy=14.84xlO6/ww3

〈四〉载荷计算

作用在龙门起重机上的外载荷有：

起升载荷Pq，自重载荷Pg，风教荷P・，水平惯性载荷R，偏斜运行引起的水平侧向力Ps，碰撞载荷Pc等等。

1.自重载荷Pc：

当Pg«800KN的箱形龙门起重机，上部主梁和支腿的总重，可用近似公式计算

有悬臂时：

Pg=0.5]Pq.HoL

式中：

Pg一额定起升载荷（10KN）

H。

一吊钩最大起升高度（m）

L。

一上部主梁总长度（m）

Pg=0.5x>/10x11x57.1

=39.63t

主梁Pg=[（1750x8+2200x8+2200x10+1990x8）x49.1x7.85+30.1x49.Ix2]x1.2

=41.52t

2.起升载荷Pq：

Pq=10+0.38=10.38t

3.动载系数：

（1）起升冲击系数

对于起升速度较低的起重机（V

度V=12米/分，即V=0.2m/s

故取名=1.03

（2）起升载荷动载系数

对于货场使用的龙门起重机可按照下式估算：

=1+O.71V=1+0,71x0.2=1.142

⑶运行冲击系数

有轨运行时，按下式计算:

=1.1+0.058V>/h

式中：

h—轨道接缝处两轨道面的高度差（mm）.h^=l.5mm

V—运行速度（m/s）

^=1.114

4.运行惯性力

（1）小车制动时的最大水平惯性力Pm

1Pq-C+PGXeD

PHX=-（Po+PGx+—）—

7Q"及+En

式中：

Pq一起升载荷；（KN）

图3Pic、Phx方向示意图

Pgx一小车自重；（KN）n一小车全部车轮数目；n。

一小车运行机构主动轮数目o

PHX=13.153KN

（2）大车制动时引起的惯性力：

大车在如图运行方向时

1）大车制动时，引起主梁，固定设备等的

最大水平惯性力pH:

n_•外

rnz-77-

8（1-〃谭）D

式中：

Pg二一主梁自重；（KN）

b。

一主梁重心至从动轮的水平距离；（m）口一车轮与轨道之间的摩擦系数，口=1/7；H二一主梁重心至大车轨道面的垂直距离（m）o

PH/=47.7\KN

2）大车制动时，引起满载小车的最大水平惯性力P*

BQ-吟）

式中：

Pq一起升载荷；（KN）

Pgx一小车自重；（KN）

bj一小车和吊重的合成重心至从动轮的水平距离；；（m）

口一车轮与轨道之间的摩擦系数，y=l/7；

H一小车和吊重的合成重心至大车轨道面的垂直距离（m）o

PHX=19.967KNiJA

L型版主梁吊钩龙门起重机主梁金属结构设计计算书同理，大车在如图运行方向时

1）大车制动时，引起主梁，固定设备等的

最大水平惯性力R二：

D_〃七Z。

rHZH-

BQ+号）

式中：

Pg二一主梁自重；（KN）

b。

一主梁重心至从动轮的水平距离；（m）口一车轮与轨道之间的摩擦系数，p=1/7；

H二一主梁重心至大车轨道面的垂直距离（m）o

PHZ=30.76KN

2）大车制动时.,引起满载小车的最大水平惯性力P*

_〃（Pgx+Pq）"khx~n

5（1+〃）

式中：

Pq一起升载荷；（KN）

Pg、一小车自重；（KN）

bj一小车和吊重的合成重心至从动轮的水平距离；（m）

口一车轮与轨道之间的摩擦系数，口="7；

H一小车和吊重的合成重心至大车轨道面的垂直距离（m）o

PHX=13.33KN

5.起重机偏斜运行时的水平侧向力Ps:

入=£尸2

式中：

入一水平侧向力系数。

EP一小车位于悬臂极限位置时，受压最大侧车轮轮压之和。

根据起重机跨度L和起重机基距B,查表得：

入=0.16

EP=3.59X105N

Ps=3.32KN

6.风载荷已：

Pw=CKhqA

式中：

C一风力系数；C=1.65

心一风压高度变化系数；&=1

q—计算风压，N/m2；q=250N/m2

A一起重机或物品垂直于风向的迎风面积，肝。

L型小主梁吊钩龙门起重机主梁金属结构设计计算书

A=2216*57100二126.5336M、2

Pw=52.51KN

载荷系数值

自重载荷

Fez

41.52t

起升载荷

10.38t

动载系数

如

1.03

4>2

1.142

4>4

1.114

小车制动时的最大水平惯性力

Phx

13.153kN

大车制动时，引起主梁，固定设备等的最大水平惯性力

Pjc

47.712kN

18.87kN

大车制动时，引起满载小车的最大水平惯性力

Pia

30.764kN

12.329kN

起重机偏斜运行时的水平侧向力

3.23kN

风载系数

52.511kN

<五>

LHal：

大车不动，小车运行至跨中制动，吊重下降制动，风顺着大车轨道方向。

载荷如图：

图5Ha工况下的载荷组合示意图

图中:

（P?

Pq,C+6Pgx・D

PQ：

=lL39k\

=122.22kNkX/m

Pw36.78……/q<=—==0.75kN/m

L49.1

2.Ila2：

大车不动，小车运行至悬臂处制动，吊重下降制动，风顺着大车轨道方向。

载荷如图：

图6Ha工况下的载荷组合示意图

图中:

氏+E

=122.22kN

PE=ll.39kN

图7Hb工况下的载荷组合示意图

图中:

「I,dd9?

Pq.C+9aPgx，D

P=-（（Pi^q+^gx+）

ZDq+lL

=124.45kN

Pk=18.54kN

4.Hb2：

大车运行制动,

载荷如图：

叱=?

=督=。

.59kN/m

q<+Qh：

=1.34kN/m

小车停在悬臂位置，吊重下降制动，风顺着大车轨道方向。

图中:

P总®Pq+ORxC/C；*"）

ZDq+匕

=124.45kN

P11s=18.54kN

Ngz1-11x258.6

q===5.85kN/m

L.49.1

kX/m

qv+5二=1.34kN/m

〈六〉各种工况的内力计算

1.Hal：

垂直平面内

（1）Qg二引起的弯矩M和剪力Q

Me=Md=-qGZl-=-x5.42xl00502=2.74x10sN•mm22

Mg=-t7GZL2--t7GZ/2=-x5.42x290002-1x5.42x100502=2.96xl08N•mm8282

。

/w=-。

（行=5.42x10050=5.45x104N

Q[）（i=~Qc>,：

=~^gz^=—x5.42x29000=7.86x104N22

Muz

I工口」1」」丁

-T/h-

7.8GX-0"

门I,

图9自重引起的弯矩图和剪力图

⑵小车轮压引起的弯矩总和Qp

PbS/2）][2222。

[29000-（2300/2）JL63X109N•皿

2x29000

图10小车引起的弯矩图和剪力图

⑶小车制动惯性力Phx引起的弯矩施;和Qe

Md=^/x/7=14200x10300=1.46xl08N•mm

八PhxH14200x10300、,

29000

Qd==——=5043N

图11小车制动惯性力引起的弯矩图和剪力图

（4）合成后的弯矩M和剪力Q

Md=1.28X10sN•mm

M..F1.99X109N•mm

水平平面内：

风载引起的弯矩M.和剪力&

Me=Md=lx0.75xl0050=3.79x107N・mm

Q。

左=-Q（・行=7Qx10050=7538N

。

/"=-Qc,.=-qwL=-x750x29000=1.09xl0N22

1.C5XIC

「'QU.UU

3./3>r:

7538

「I”

7538

—

图13风载引起的弯矩图和剪力图

^u2=~Qgz^--Qczf1=-x5.42x290002--x5.42x1OO5O2=2.96x108N•mm8282

Qda=一。

（行=%z'=5.42x10050=5.45x104N

Qd右=-Qv,,=-乙=1x5.42x29000=7.86xl0422

，心X'O

图14自重引起的弯矩图和剪力图

⑵小车轮压引起的弯矩总和QP

MPmax=2P（l-a-b/2）=2x122220x（10050-900-2300/2）=1.96x109X•mm

=20=2x122220=2.44xl05N

Qd右=2P

MI2r10050-900-2300/2t.XT

=2xl22220x=6.74xl04N

29000

图15小车引起的弯矩图和剪力图

⑶小车制动惯性力Phx引起的弯矩）应和

M=尸”=14200x10300=1.46x108n•mmU/JA

=14200x103。

。

=5043N

29000

Mri

图16小车制动惯性力引起的弯矩图和剪力图

（4）合成后的弯矩M和剪力Q

Md=2.09X109N•mm

M中二0.61X109N•mm

水平平面内：

风载引起的弯矩乩和剪力。

Me=Md=lx0.75xl00502=3.79x10N・mm

MU2=Lqwi}-Lc/wl2=1x0.75X290002-1x0.75x1OO5O2=3.75x10，N•mm

8282

Q[yJ.=—Q（仃=0.75x10050=7538N

Qd右=-4夕wL=4x0.75X29000=1.09xl0N22

3.79X^,

.ill1

JILIUc

二

..■

图18风载引起的弯矩图和剪力图

^l/2=-^gz^2--^2=-x5.85x29OOO2--x5.85xlOO5O2=3.20xl08N•m8282

=一。

（行=%z/=5.85x10050=5.88x104N

Qd右=-Qcf,=-qGZL=-x5.85x29000=8.48x104N

-GZ

2.?

二工‘/

图19自重引起的弯矩图和剪力图

⑵小车轮压引起的弯矩L和Qp

124450XR9000-（2300/2）|-=166xlQ

2x29000

）x124450=1.19xlO5N

Qd=（1-2）P=（1-23°°口2L2x29000

）x124450=1.29xlO5N

八八b“2300

Qc=（]+）P=（1T

2L2x29000

（3）合成后的弯矩M和剪力Q

Md=2.95X100N・mm

M中二1.98XIO'N•mm

水平平面内：

（1）风载和大车制动引起主梁的水平惯性力引起的弯矩和剪力6

Me=M0=-（qw+t7//z）/2=-xl.34xlOO5O2=7.39x10N・mm

“U2=d（4w+夕〃Z）C一7（拆，+%/Z）FoZ

=1X1.34X290002-1x1.34x1OO5O2=6.7x10?

N•mm82

。

左=—Qc右=（4w+4〃z）/=1•%X10050=1.35xlO4N

QI）fi=~Qcfl：

=—（ciw+Qhz）^=—x1.34x29000=1.94x104N22

7九:

涔X2C’

w'W"fk/[]「，3

["IIU"：

6.7X4C；

FJF®

图23大车制动引起小车水平惯性力引起的弯矩图和剪力图

⑶大车歪斜侧向力引起的弯矩上和Q任

M内=B=2.95x104x7500=2.21x10sX•mmLAJ

Ps，B_2.95xl04x7500

~L29000

图25大车歪斜侧向力引起的弯矩图和剪力图

（4）合成后的弯矩M和剪力Q

Md=2.95X10$N・mm

Mq.=0.8X10sN・mm

4.IIb2：

垂直平面内

（1）Qg二引起的弯矩M和剪力Q

=M]）=-qG/l2=-x5.85xl00502=2.95xl08N・mm22

MU1=-qGZl}-l^cz/2=1x5.85x290002-lx5.85x1OO5O2=3.20xl0gN•mm8282

=-Qc{i=qGZl=5.85x10050=5.88x104N

Ql）{}=~Qcf,=1qG/L=-x5.S5x29000=8.48x104N22

图27自重引起的弯矩图和剪力图

⑵小车轮压引起的弯矩L和Op

M/"=2。

（/一。

一〃/2）=2x124450x（10050—900-2300/2）=1.99x10"N•mm

。

/乂=2尸=2x124450=2.49x105N

八il—a—bl2今10050-900-2300/2,gXT

Q”=2尸=2xl24450x=6.87x10“N

L29000

1oCiV《（n

I-.iTnilllllllr,-一

1©

工叮「「皿一「口1®

"P"B。

图28小车引起的弯矩图和剪力图

⑶合成后的弯矩M和剪力Q

Md=2.29X109N•mm

M中二0.68X109—mm

水平平面内：

（1）风载和大车制动引起主梁的水平惯性力引起的弯矩也和剪力Q

M（.=MD=—（qw+qH/）12=—x1.34x1OO5O2=7.39x10N,mm22

Ml/2=-（9w+9//Z）L°~~^W+clnzVoL

=1x1.34x290002-1x1.34x1OO5O2=6.7x107N•mm

0）左=一期右=（。

卬+q〃z）/=1•%X10050=1.35X104N

Qd6=~Qc/l=—（gw+Qhz）^=—x1.34x29000=1.94x104N22

-7.37'U'

"TH"illIIII.

7」lI

...

b./XX'

HxC一一「广一111ll..

图30风载和大车制动引起主梁的水平惯性力引起弯矩图和剪力图

⑵大车制动引起小车水平惯性力引起的弯矩上和Q.

也，―"2m）J9270x[29000-（2300/2）『“24xK）8N・mm2L2x29000

Qd=（1-A）=（I_._23（）（）_）x9270=8.90X103N

2L22x29000

（2C=（1+—）^=（1+23（）°）x9270=9.64x102L22x29000

图31大车制动引起小车水平惯性力引起弯矩图和剪力图⑶大车歪斜侧向力引起的弯矩版和Qh

Mpq=A-B=2.95x104x7500=2.21x1（/n•mm

八、PSB2.95xl04x7500

=7.63xlO3

Qc=Qd=——=

L29000

IIIIIII

图32大车歪斜侧向力引起弯矩图和剪力图

⑷合成后的弯矩M和剪力Q

Md=4.19X10sN*mm

MqFl.16X10sN•mm

5.主梁受扭计算

（1）额定起重量及小车重量引起的扭矩

Mn\=PQ（C+e）+PGX（D+e）

L型单主梁吊钩龙门起重机主梁金属结构设计计算书式中：

c一吊钩中心至轨道中心的水平距离；D一小车重心至轨道中心之间的水平距离；e一主梁弯心至轨道中心的距离，可近似按以下公式计算:

e='.8/一^-x1253=537

6+8

Ila：

%”=1.14x103800xlll7+1.03x41087x937

=1.72X105N・m

lib：

=1.14x103800X1117+1.11x44278x937

=1.78X105N-m

（2）大车制动时•，小车水平惯性力所引起的扭矩

Mi/xg+4）

式中：

h一主梁高度；

人一小车运行轨道高度。

1O1

反行程：

Mnl=18.54x103x（--+108）

=1.88X10'N・m

⑶歪斜侧向力引起的扭矩

/3=我也

式中：

H4一主梁截面弯心至大车轨道的垂直距离

%=J221x2.95x104x11240

29000

=8.58X10"N・m

〈七）主梁危险截面的强度验算

L弯曲正应力计算

（1）Hal：

垂直平面：

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