轮式起重机转台设计计算.docx

1、轮式起重机转台设计计算第24卷第21期 2008年11月甘肃科技Gansu Science and Technol ogyV ol.24N o.21N ov.2008轮式起重机转台设计计算李刚1,曹茹1,王晓东2(1.兰州交通大学机电学院,甘肃兰州730000;2.兰州机车工厂产品开发部,甘肃兰州730000摘要:介绍了轮式起重机转台的主要的二种结构形式,受力分析及材料的选择,并结合20T铁路轮式起重机的板式结构转台进行了受力分析及强度计算。通过转台的模型简化,对其最大应力处前、后铰点进行了强度校核,所得结果完全满足的要求。关键词:转台;受力分析;强度计算中图分类号:T H213.61转台概述

2、1.1轮式起重机金属结构转台之作用轮式起重机金属结构主要由三部分构成:吊臂、转台、车架(或底架。起重机转台是用于安装吊臂、起升机构、变幅机构、旋转机构、配重、发动机和司机室的机架结构。它通过旋转支撑装置装在起重机的车架上。为了保证起重机的正常作业,转台应具有足够的强度和刚度。1.2转台的结构形式轮式起重机转台通常采用焊接结构。目前转台的主要结构形式有二种:a.平面框架式;b.板式结构。平面框架式转台由两根以转台纵向轴成对称布置的纵梁和若干联系横梁构成。纵梁是转台的主要受力构件,起重机上车的主要受力部件应直接支撑在纵梁上。或通过相应的横梁将力传递到纵梁上去,如图1所示。图1转台纵、横梁示意图1.

3、横梁,2.纵梁,3.回转支承.板式结构转台是根据转台上的机构和设备布置要求,由钢板焊成的承弯构件。高强度的板式结构转台常用于大吨位的轮式起重机中。20T轮式起重机属中小吨位起重机,考虑到铁路应用的特点,材料用量最少(结构最轻并不就等于最经济或最优,再加上配重的设置,客观上不要求在转台上最省料,因此,在考虑20T轮式起重机转台方案设计时,仍采用板式结构转台,如图2所示。图2计算图解20T起重机转台平面为长宽=4800mm3100mm。采用厚30mm的16Mn低合金结构钢板制成,下平面焊有回转支承垫板,上平面布置有前后铰点座、卷扬支承安装架等主要受力结构及其它机构、设备等。1.3转台的材料除前铰点

4、座外,转台其余主要受力结构均采用16Mn 低合金结构钢板,屈服极限为:s =315N /mm 2。前铰点座材料为ZG230-450。与碳素钢相比,低合金结构钢具有更高的屈服极限与抗拉强度,更好的低温冷脆性和耐磨性,可用于-40以下寒冷地区的各种钢结构件。另还有较好的可焊性,但应力集中系数较高。如果结构的强度由最大载荷控制,不决定于受变载荷作用的疲劳寿命,在这种情况下采用16Mn 低合金结构钢效果最好。16Mn 低合金结构钢通常应用于起重机的臂架、转台等及承受动载荷的焊接结构。2转台的受力分析与计算2.1板式结构转台的结构简化及受力分析转台可用结构力学方法进行分析,可近似地简化为简支外伸梁进行计

5、算。采用油缸变幅的转台受力简图,如图3所示 。图3受力简图当起重机起吊载荷Q 时,作用于转台上的载荷有:(1由吊臂根部铰支座传来的拉力P;(2由变幅油缸传来的压力N;(3起升绳拉力S 起;(4转台及上车机构重力G 1和配重G 2。转台以两支点支承于起重机的底架上。2.2板式结构转台的主要受力计算设计计算时,以吊臂位于最小幅度,起吊额定起重量作为计算工况来确定转台上的作用载荷,选择转台截面尺寸。转台的刚度对于保证起重机的正常工作具有重要意义,设计时应充分考虑。转台变形过大,对起重机的安全及可靠性指标均不利。已知计算工况为:360全回转,20t 6m ,使用支腿6m 6m ,基本臂长L =9.9m

6、 (参考20T 有关技术资料,设吊臂仰角(计算工况为u,根据图1所示关系则有:Lcosu -1=6代入L解得:u =45设Q 为超额定起重量,是额定值的1.25倍则Q =20t 1.25=25t (1变幅油缸传来的压力N根据起重臂受力分析,可列出平衡方程式并解出:N =(Q +G 0/2Lcosu +(W 1+W 2H 1-S 起r/H其中:G 0为吊臂重量,按6t 计算;(W 1+W 2H 1为风载力矩,此处不予考虑;S 起r 为卷扬钢丝绳产生的力矩,S 起=Q /6,r =920mm;H 为吊臂后铰点到变幅缸轴心线的垂直距离,H =2260mm 。将以上数据代入式中解得:N =(25+6/

7、27-25/60.92/2.26=85t将N 分解为水平及垂直两个方向的分力:N y =N sin=85sin75=82t N x =Ncos=85cos75=22t 其中:为变幅缸轴仰角(2吊臂根部铰支座传来的拉力P由平衡方程式还可解出:P y =Q +G 0-N sin +S 起sinP x =W 1+W 2-Ncos -S 起cos 其中:为起升绳仰角,=50将相应参数代入式中解得:P y =25+6-82+25/6sin50=-47.8t P x =0-22-25/6cos50=-24.7t P =P X 2+P Y 2=53.8t转台所受的各种力及力矩均已在图3中示意出,并对主要受力

8、作出计算,其余力及力矩的计算此处不再赘述。2.3转台弯矩图分析根据图 3,可以作出转台的弯矩图,如图4所示。图4弯矩图从图中,可以看出20T 轮式起重机转台承受最121第21期李刚等:轮式起重机转台设计计算大弯矩处,为转台平面后铰点处,最大弯矩是21t .m 。前铰点由于结构所限,也是容易产生应力大的地方。因此应对前后铰点处进行强度校核。3 转台的强度校核图5后铰点抗弯模量计算图3.1后铰点处转台强度校核抗弯模量W:W 后=bh 2/6=3100302/6+307002/62=5365000mm3弯曲正应力s 后:s 后=M P /W 后=21100010009.8/5365000=38.4N

9、 /mm2s 后s =315N /mm 2强度校核通过计算3.2前铰点处转台强度校核抗弯模量W 此处只考虑转台平面截面抗弯模量(未计算前铰点座。W 前=bh 2/6=3100302/6=465000mm3弯曲正应力s 前:s 前=M N /W 前=4.69100010009.8/465000=98.8N /mm2s 前s =315N /mm 2强度校核通过计算计算表明,前后铰点处转台强度足以满足20T 起重机转台的要求。前后铰点之间的地方,由于均在回转支承范围之内,通过高强度螺栓与回转支承连接成一体。故强度远远好于前后铰点处,因此未作强度校核,此处只给予说明。4结论通过实际检验,用上述分析计算

10、所得结果校验转台强度完全满足20T 轮式起重机的要求。参考文献:1张质文.起重机设计手册M .北京:中国铁道出版社,2001,7.2陈心爽.材料力学M .上海:同济大学出版社,1996,3.(上接第142页表2放炮前后瓦斯浓度、负压和流量变化情况钻孔号放炮前浓度/%负压/kPa流量m 3/m in 放炮后浓度/%负压/kPa流量m 3/m in 592.797434.0310.17923.702327.4990.9851602.899834.6880.08843.854828.0980.8228612.977334.9720.00013.757427.9990.9109622.332434.7

11、190.46924.082227.2970.6623631.777435.1990.05543.924727.5980.7497641.784935.5280.00013.992227.9090.80373深孔松动爆破后,每层之间的裂隙增大,试验爆破钻孔的封孔长度12m;煤体完整时封孔长度也必须在10m 以上。4针对煤二层硬度较大,突出危险较小的情况,应进一步开展深孔预裂爆破增透技术,增加煤层透气性,提高长钻孔的抽采效果;并应开展研究下向顺层长钻孔排除钻孔积水技术,提高钻孔的使用效率,加快煤层瓦斯抽采速度。参考文献:1甘肃省煤田地质勘探149队R .甘肃省兰州市窑街矿区海石湾井田煤炭勘探报告,1988.2海石湾矿有限责任公司,煤炭科学研究总院重庆分院.海石湾矿有限责任公司瓦斯、油气灾害综合防治方案设计(内部资料Z,2001.3于不凡,王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册M .煤炭工业出版社,2000.221甘肃科技第24卷