3320 橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計

3320 橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計,橋式起重機,主體,結(jié)構(gòu)設計 華 東 交 通 大 學畢 業(yè) 設 計（論 文）題 目: 橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計 Design of main body structure of bridge-type hoist crane學 院: 機電工程學院 專 業(yè): 機械設計與制造 班 級: 01 機設（1）班 學生姓名: 陳向城 學 號: 20010310010807 指導教師: 范士娟 完成日期: 2005-6-13 畢業(yè)設計（論文）誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。就我所知，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表和撰寫的研究成果，也不包含為獲得華東交通大學或其他教育機構(gòu)的學位或證書所使用過的材料。如在文中涉及抄襲或剽竊行為，本人愿承擔由此而造成的一切后果及責任。本人簽名 導師簽名 2005 年 6 月 13 日華東交通大學畢業(yè)設計（論文）任務書姓 名 陳向城 學 號 20010310010807 畢業(yè)屆別 2005 專 業(yè) 機械設計畢業(yè)設計（論文）題目 橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計指導教師 范士娟 學 歷 碩 士 職 稱 講 師具體要求：一、設計參數(shù)1起重量：Q=10t,工作級別為 A5（中級 JC=25%） ；2跨度 L=16.5m,大車輪距 B=4.5m,小車輪距 b=1.6m；3大車運行機構(gòu)重 Gy=2200kg,小車自重 Gx=4800kg；4小車運行速度 u=40m/min，大車運行速度 v=90m/min；二、任務要求1進行橋架結(jié)構(gòu)設計與計算；2編制詳細的設計計算說明書；3繪制主梁結(jié)構(gòu)圖、端梁結(jié)構(gòu)圖、橋式起重機總圖。進度安排：4.164.20 做好各項準備，查閱相關(guān)的文獻及書籍4.215.15 完成所有的設計計算5.165.30 畫出設計要求的圖紙：主梁結(jié)構(gòu)圖、端梁結(jié)構(gòu)圖、橋式起重機總圖；6.16.10 打出計算說明書及畢業(yè)總結(jié)（含英文摘要）6.116.18 為畢業(yè)論文答辯作準備6.206.22 畢業(yè)答辯指導教師簽字：年 月 日教研室意見：教研室主任簽字：年 月 日題目發(fā)出日期 設計（論文）起止時間附注：華東交通大學學生開題報告書課題名稱 橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計課題來源 課題類型 AY 導 師 范士娟學生姓名 陳向城 學 號 20010310010807 專 業(yè) 機械設計開題報告內(nèi)容：起重機是在建筑工地、工廠等場所廣泛使用的一種機械裝置，它的廣泛應用是現(xiàn)代化生產(chǎn)特點的標志，它將人們從繁重是體力勞動中解放出來，提高生產(chǎn)率。這次設計是橋式起重機的主體結(jié)構(gòu)部分，主要包括橋式起重機的主梁和端梁的設計計算。通常把橋式起重機的主梁與端梁等部件組成的結(jié)構(gòu)稱為橋架，本次設計采用正軌箱形梁橋架，正軌箱形梁橋架由兩根主梁和端梁構(gòu)成。主梁外側(cè)分別設有走臺。主梁與端梁通過連接板焊接在一起形成剛性結(jié)構(gòu)。為了運輸方便在端梁中間設有接頭，通過連接板和角鋼使用螺栓連接。這種結(jié)構(gòu)運輸方便、安裝容易。小車軌道通過焊接在主梁上的壓板固定于蓋板中央，故稱正軌箱形梁。橋式起重機是廣泛應用于工業(yè)廠房里的一種起重運輸裝置。設計一個結(jié)構(gòu)合理、使用方便、工作可靠的橋式起重機在實際生產(chǎn)中具有積極的現(xiàn)實意義。方法及預期目的：方法：（1）確定起重機的總體方案，主梁采用正軌箱形結(jié)構(gòu)； （2）確定起重機的各個參數(shù)，初定跨度 L=16.5m；（3）計算橋架主梁結(jié)構(gòu)，初步確定主梁的各個尺寸；（4）在確定主梁的初定尺寸后，對所選參數(shù)進行驗算，然后合理調(diào)整尺寸；（5）對橋架結(jié)構(gòu)進行校核，使之符合基本設計要求；（6）用 AUTOCAD 繪制主梁、端梁以及總體結(jié)構(gòu)圖；（7）編輯論文預期目的：主體結(jié)構(gòu)設計符合基本要求，功能實現(xiàn)合理、結(jié)構(gòu)簡單使用、工作可靠。指導教師簽名： 日期：課題類型：（1）A工程設計；B技術(shù)開發(fā)；C軟件工程；D理論研究；（2）X真實課題；Y模擬課題；Z虛擬課題 （1） 、 （2）均要填，如 AY、BX 等。華東交通大學畢業(yè)設計(論文)評閱書(1)姓 名 陳向城 學 號 20010310010807 專 業(yè) 機械設計與制造畢業(yè)設計(論文)題目 橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計指導教師評語：指導教師簽字：年 月 日評閱人評語：評閱人簽字：年 月 日得分得分等級華東交通大學畢業(yè)設計(論文)評閱書(2)姓 名 陳向城 學 號 20010310010807 專 業(yè) 機械設計與制造畢業(yè)設計(論文)題目 橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計答辯小組評語：等級組長簽字：年 月 日答辯委員會綜合評語： 等級答辯委員會主任簽字：年 月 日（學院公章）注：答辯小組根據(jù)評閱人的評閱簽署意見、初步評定成績，交答辯委員會審定，蓋學院公章?！暗燃墶庇脙?yōu)、良、中、及、不及五級制（可按學院制定的畢業(yè)設計(論文) 成績評定辦法評定最后成績） 。華東交通大學畢業(yè)設計（論文）答辯記錄姓 名 陳向城 學 號 20010310010807 畢業(yè)屆別 2005 專 業(yè) 機械設計題目 橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計 答辯時間答辯組成員（簽字）：答辯記錄：記錄人（簽字）：年 月 日答辯小組組長（簽字）：年 月 日附注：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計摘要起重機的用途是將物品從空間的某一個地點搬運到另一個地點。為了完成這個作業(yè)，起重機一般具有使物品沿空間的三個方向運動的機構(gòu)。橋式類型的起重機是依靠起重機運行機構(gòu)和小車運行機構(gòu)的組合運動使所搬運的物品在長方形平面內(nèi)作運動。起重機是現(xiàn)代生產(chǎn)不可缺少的組成部分，借助起重機可以實現(xiàn)主要工藝流程和輔助作業(yè)的機械化，在流水線和自動線生產(chǎn)車間中，起重機大大提高了生產(chǎn)效率。本文主要完成了橋式起重機主體結(jié)構(gòu)部分的設計及主梁和端梁的校核計算。采用正軌箱形梁橋架，正軌箱形梁橋架由兩根主梁和端梁構(gòu)成。主梁外側(cè)分別設有走臺，并與端梁通過連接板焊接在一起形成剛性結(jié)構(gòu)。為了運輸方便在端梁中間設有接頭，通過連接板和角鋼使用螺栓連接，這種結(jié)構(gòu)運輸方便、安裝容易。小車軌道固定于主梁的壓板上，壓板焊接在蓋板的中央。本文正確選擇了起重機橋架鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式和構(gòu)件截面，以保證其在使用過程中的強度、剛度和穩(wěn)定性。設計時，同時還注意了起重機的結(jié)構(gòu)制造工藝性、省料、安裝以及維修方便等問題。關(guān)鍵詞：橋式起重機；主體結(jié)構(gòu)；橋架Design of main body structure of bridge-type hoist crane AbstractThe usage of hoist crane is to transport goods from some place to another one. In order to accomplish this job, there is mechanism in the hoist crane which makes the goods move along the space in three directions. The bridge type hoist crane carries the goods to move in the rectangular plane depending upon the combination of the hoist crane movement mechanism and the car movement.The hoist crane plays an important role in the modern age. It is possible to realize the mechanization of main technical process and assistance work with the help of the hoist crane. The hoist crane can improve the production efficiency greatly in the assembly line and production workshop.This paper mainly completes the design of main-body structure and checking up calculation of the bridge-type hoist crane. Box-girder bridge type is adopted which is made up of two main beams and end girders. The main beams have walking platform on outside plates and welded with end girders to form rigid structure. For transportation convenience, joints are adopted in the middle of the end girders, and connected together with junction panels, angle-steels and bolts, which brings about transportation convenience and easy fixing. The car rails are fixuped on up-plates of the main beams which are welded in the middle of the up-plates.The hoist crane bridge types and the structural cross sections are chosen correct to ensure their intensity, the rigidity and the stability in the use process. Meanwhile, the structure manufacture technology capability, materials saving, fixing and convenience of maintenance and so on are paid attention to.Key word: Bridge-type hoist crane; main body structure; bridge目 錄第 1 章 緒言11.1 起重機的概述11.2 起重機發(fā)展趨勢1第 2 章 起重機總體方案設計32.1 起重機參數(shù)確定32.2 起重機總體方案32.3 橋架主體結(jié)構(gòu)方案3第 3 章 起重機主體結(jié)構(gòu)設計53.1 起重機鋼結(jié)構(gòu)載荷情況53.2 橋架金屬結(jié)構(gòu)計算53.2.1 主梁計算載荷53.2.2 主梁截面尺寸的選擇7第 4 章 主體結(jié)構(gòu)各承載部分的計算與校核94.1 主梁主要截面計算94.2 主梁支承附近截面計算104.3 端梁計算16總結(jié)20參考文獻21附錄 A：英文原文22附錄 B：英文譯文25謝辭28華東交通大學畢業(yè)設計（論文）任務書姓名 陳向城 學號 20010310010807 畢業(yè)屆別 2005 專業(yè) 機械設計及 制造畢業(yè)設計（論文）題目 橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計指導教師 范士娟 學 歷 碩士 職 稱 講師具體要求：一、設計參數(shù)1起重量：Q=10t, 工作級別為 A5（中級 JC=25%） ；2跨度 L=16.5m,大車輪距 B=4.5m,小車輪距 b=1.6m；3大車運行機構(gòu)重 Gy=2200kg,小車自重 Gx=4800kg；4小車運行速度 u=40m/min，大車運行速度 v=90m/min；二、任務要求1進行橋架結(jié)構(gòu)設計與計算；2編制詳細的設計計算說明書；3繪制主梁結(jié)構(gòu)圖、端梁結(jié)構(gòu)圖、橋式起重機總圖。三、進度安排：4.164.20 做好各項準備，查閱相關(guān)的文獻及書籍4.215.15 完成所有的設計計算5.165.30 畫出設計要求的圖紙：主梁結(jié)構(gòu)圖、端梁結(jié)構(gòu)圖、橋式起重機總圖；6.16.10 打出計算說明書及畢業(yè)總結(jié)（含英文摘要）6.116.18 為畢業(yè)論文答辯作準備6.186.21 畢業(yè)答辯指導教師簽字：2005 年 月 日教研室意見：教研室主任簽字：2005 年 月 日題目發(fā)出日期 設計（論文）起止時間附注：華東交通大學學生開題報告書課題名稱 橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計課題來源 模擬課題 課題類型 AY 導 師 范士娟學生姓名 陳向城 學 號 20010310010807 專 業(yè) 機械設計及制造開題報告內(nèi)容：起重機是在建筑工地、工廠等場所廣泛使用的一種機械裝置，它的廣泛應用是現(xiàn)代化生產(chǎn)特點的標志，它將人們從繁重是體力勞動中解放出來，提高生產(chǎn)率。這次設計是橋式起重機的主體結(jié)構(gòu)部分，主要包括橋式起重機的主梁和端梁的設計計算。通常把橋式起重機的主梁與端梁等部件組成的結(jié)構(gòu)稱為橋架，本次設計采用正軌箱形梁橋架，正軌箱形梁橋架由兩根主梁和端梁構(gòu)成。主梁外側(cè)分別設有走臺。主梁與端梁通過連接板焊接在一起形成剛性結(jié)構(gòu)。為了運輸方便在端梁中間設有接頭，通過連接板和角鋼使用螺栓連接。這種結(jié)構(gòu)運輸方便、安裝容易。小車軌道通過焊接在主梁上的壓板固定于蓋板中央，故稱正軌箱形梁。橋式起重機是廣泛應用于工業(yè)廠房里的一種起重運輸裝置。設計一個結(jié)構(gòu)合理、使用方便、工作可靠的橋式起重機在實際生產(chǎn)中具有積極的現(xiàn)實意義。方法及預期目的：方法：（1）確定起重機的總體方案，主梁采用正軌箱形結(jié)構(gòu)； （2）確定起重機的各個參數(shù)，初定跨度 L=16.5m；（3）計算橋架主梁結(jié)構(gòu)，初步確定主梁的各個尺寸；（4）在確定主梁的初定尺寸后，對所選參數(shù)進行驗算，然后合理調(diào)整尺寸；（5）對橋架結(jié)構(gòu)進行校核，使之符合基本設計要求；（6）用 AUTOCAD 繪制主梁、端梁以及總體結(jié)構(gòu)圖；（7）編輯論文預期目的：主體結(jié)構(gòu)設計符合基本要求，功能實現(xiàn)合理、結(jié)構(gòu)簡單使用、工作可靠。課題類型：（1）A工程設計；B技術(shù)開發(fā)；C軟件工程；D理論研究；（2）X真實課題；Y模擬課題；Z虛擬課題（1） 、 （2）均要填，如 AY、BX 等。橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計摘要起重機的用途是將物品從空間的某一個地點搬運到另一個地點。為了完成這個作業(yè)，起重機一般具有使物品沿空間的三個方向運動的機構(gòu)。橋式類型的起重機是依靠起重機運行機構(gòu)和小車運行機構(gòu)的組合運動使所搬運的物品在長方形平面內(nèi)作運動。起重機是現(xiàn)代生產(chǎn)不可缺少的組成部分，借助起重機可以實現(xiàn)主要工藝流程和輔助作業(yè)的機械化，在流水線和自動線生產(chǎn)車間中，起重機大大提高了生產(chǎn)效率。本文主要完成了橋式起重機主體結(jié)構(gòu)部分的設計及主梁和端梁的校核計算。采用正軌箱形梁橋架，正軌箱形梁橋架由兩根主梁和端梁構(gòu)成。主梁外側(cè)分別設有走臺，并與端梁通過連接板焊接在一起形成剛性結(jié)構(gòu)。為了運輸方便在端梁中間設有接頭，通過連接板和角鋼使用螺栓連接，這種結(jié)構(gòu)運輸方便、安裝容易。小車軌道固定于主梁的壓板上，壓板焊接在蓋板的中央。本文正確選擇了起重機橋架鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造形式和構(gòu)件截面，以保證其在使用過程中的強度、剛度和穩(wěn)定性。設計時，同時還注意了起重機的結(jié)構(gòu)制造工藝性、省料、安裝以及維修方便等問題。關(guān)鍵詞：橋式起重機；主體結(jié)構(gòu)；橋架Design of main body structure of bridge-type hoist crane AbstractThe usage of hoist crane is to transport goods from some place to another one. In order to accomplish this job, there is mechanism in the hoist crane which makes the goods move along the space in three directions. The bridge type hoist crane carries the goods to move in the rectangular plane depending upon the combination of the hoist crane movement mechanism and the car movement.The hoist crane plays an important role in the modern age. It is possible to realize the mechanization of main technical process and assistance work with the help of the hoist crane. The hoist crane can improve the production efficiency greatly in the assembly line and production workshop.This paper mainly completes the design of main-body structure and checking up calculation of the bridge-type hoist crane. Box-girder bridge type is adopted which is made up of two main beams and end girders. The main beams have walking platform on outside plates and welded with end girders to form rigid structure. For transportation convenience, joints are adopted in the middle of the end girders, and connected together with junction panels, angle-steels and bolts, which brings about transportation convenience and easy fixing. The car rails are fixuped on up-plates of the main beams which are welded in the middle of the up-plates.The hoist crane bridge types and the structural cross sections are chosen correct to ensure their intensity, the rigidity and the stability in the use process. Meanwhile, the structure manufacture technology capability, materials saving, fixing and convenience of maintenance and so on are paid attention to.Key word: Bridge-type hoist crane; main body structure; bridge 橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計第 1 章 緒言1.1 起重機的概述工程起重機是各種工程建設廣泛使用的重要起重設備，它對減輕勞動強度，節(jié)省人力，降低建設成本，提高施工質(zhì)量，加快建設速度，實現(xiàn)工程施工機械化起著十分重要的作用。起重機作業(yè)是使物品沿空間的三個方向運動。其中作上下移動的起升機構(gòu)是不可缺少的。平面運動可以用兩種不同的運動組合來實現(xiàn)。按照這種組合方式不同，起重機可分為兩大類型：橋式起重機和回轉(zhuǎn)類型起重機。橋式類型起重機就依靠起重機運行機構(gòu)和小車運行機構(gòu)的組合使所搬運的物品在長方形平面內(nèi)運動。驅(qū)動起重機運動的是起升機構(gòu)、運行機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和變幅機構(gòu)。為了實現(xiàn)這些運動、安放這些機構(gòu)并承受載荷，起重機必須有足夠的強度和剛度的金屬結(jié)構(gòu)，有驅(qū)動機構(gòu)運動并實現(xiàn)運動控制的動力控制系統(tǒng)；以及，為保證起重機安全并可靠運轉(zhuǎn)的安全和信號指示裝置。起重機的特點是：短周期的循環(huán)作業(yè)。一個工作循環(huán)包括：取物，起升并運行靠卸貨點，下降，卸料，然后空車返回原地。一個工作循環(huán)的時間一般只要幾十秒種到幾分鐘，最長的也不會超過一、二十分鐘。這一特點對它的動力裝置的選擇及電氣設備容量的計算有較大的影響。經(jīng)常起動、制動引起傳動機構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)的強烈沖擊和振動，導致產(chǎn)生較大的動載荷，由于這種載荷是非常平穩(wěn)的，這使得強度和疲勞計算變得較為復雜。此外，對于裝卸散裝物料的起重機，生產(chǎn)效率是一個很重要的性能指標， 它不僅取決于各機構(gòu)的運動速度，而且也依賴裝卸物料的輔助時間的大小。因此對于速度、加速度值，運動的重疊程度，取物及卸貨的自動化程度的選擇等都應仔細考慮。雙梁橋式起重機尤其適合室內(nèi)重物的起升和搬運，所以廣泛被工廠所采用。橋架結(jié)構(gòu)的設計好與壞對起重機的性價比（性能與價格的比）提高有很重要的意義。長期以來，機械設計工作者沿用類比的設計方法。這種設計過程可概括為“設計分析再設計”的過程。即首先根據(jù)設計任務及要求進行調(diào)查研究和收集有關(guān)資料，參照相同或類似任務現(xiàn)有的、已經(jīng)完成的較為成熟的設計方案。憑借設計者的經(jīng)驗輔以必要的分析計算。確定一個合適的設計方案，并通過估算初步確定有關(guān)參數(shù)，然后對初定方案進行必要的分析及校核計算；如果某些設計要求得不到滿足。則可進行設計方案的修改。設計參數(shù)的調(diào)整，并再次的進行分析計算。如此多次反復，直到獲得滿意的設計方案為止。此方法不僅需要花費較多的時間，增加設計周期，而且只限于在少數(shù)方案中進行分析比較。隨著電子計算機技術(shù)的發(fā)展和應用，以線性規(guī)劃與非線性規(guī)劃為主要內(nèi)容的新的數(shù)學規(guī)劃應用于工程設計問題。雙梁橋式起重機橋架設計應用該優(yōu)化方法，將迅速得到一對相對很合理的截面參數(shù)。這不僅降低了設計者的工作強度，而且與提高了設計方案的可行性。使得起重機金屬結(jié)構(gòu)的合理設計，對減輕起重機自重，提高起重性能，節(jié)約鋼材，提高起重機的可靠性都有重要意義。2.2 起重機發(fā)展趨勢對工程起重機，特別是大功率的工程起重機的需要量日以增加。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝在工程起重機上得到廣泛的應用。所有這些因素都有里地促進了工程起重機的發(fā)展。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有工程起重機產(chǎn)品和技術(shù)資料的分析，近年來工程起重機的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）廣泛采用液壓技術(shù)液壓傳動具有體積小、重量輕、機構(gòu)緊湊、能無級調(diào)速、操縱簡便、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和工作安全的優(yōu)點。（2）通用型起重機以中小型為主，專用起重機向大型大功率發(fā)展為了提高建設工程的裝卸和安裝作業(yè)的機械化程度，工程起重機的發(fā)展，仍然是以輕便靈活的中小型起重機為主。（3）重視“三化” ，逐步過渡采用國際標準三化是指：標準化、系列化、通用化（4）發(fā)展一機多用產(chǎn)品為了充分發(fā)揮工程起重機的作用，擴大其使用范圍，有的國家在設計起重機是重視了 產(chǎn)品的多用性。（5）采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝為了減輕起重機的自重，提高起重機的性能，保證起重機可靠地工作，現(xiàn)在都多采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝。第 2 章 起重機總體方案設計2.1 起重機參數(shù)確定（1）室內(nèi)工作（2）額定起重量：Q = 10 噸（3）起升高度：H = 12 米（4）起升速度：v 升 = 8 米/分 （5）小車運行速度：v 小 = 40 米/分（6）大車運行速度：v 大 = 90 米/分選跨度 L = 16.5 米，機構(gòu)工作類別 中級（JC = 25%）2.2 起重機總體方案對于起重量為 10 噸的橋式起重機，可以設計成電動單梁葫蘆式，即橋式起重機采用單主梁結(jié)構(gòu)，在主梁的下端焊接有工字鋼來作為電動葫蘆的運行軌道，起吊貨物直接通過電動葫蘆完成；還可以采用雙梁小車式方案，即采用雙主梁結(jié)構(gòu)，小車運行于安裝在主梁上的軌道上，起吊貨物由小車起升機構(gòu)來完成。對這兩種方案都是可行的，同時也是現(xiàn)在比較通用的兩個設計方案，經(jīng)過認真比較，決定采用雙梁小車式。首先，雖然現(xiàn)在起重量為 10 噸的電動葫蘆已經(jīng)大量生產(chǎn)，但還沒有實行標準化和系列化，設計資料相對殘缺和稀少；而運行小車式橋式起重機設計資料相對多一點，有利于進一步的設計和優(yōu)化。其次，這次設計的起重機選用跨度為 16.5 米，如果采用單梁電動葫蘆式，勢必使主梁結(jié)構(gòu)龐大，由于主梁大都采用箱形焊接結(jié)構(gòu)，尺寸增大就會增加焊接難度，且增大焊接變形。再次，采用雙梁小車式，設計制造安裝方便，設備維護和維修簡單。雙梁橋式起重機傳動系統(tǒng)的設計，主要包括起升機構(gòu)傳動系統(tǒng)的設計、小車運行機構(gòu)設計及大車運行驅(qū)動機構(gòu)設計。主要采用電力驅(qū)動，通過聯(lián)軸器和減速器再把動力傳遞到工作機構(gòu)，對于這種傳遞系統(tǒng)，由于電動機、聯(lián)軸器及減速器均以標準化，因而可以選用標準件而簡化設計。2.3 橋架主體結(jié)構(gòu)方案（1）主梁采用正軌箱形結(jié)構(gòu)（如圖 1 a） a 正軌箱形梁；b 偏軌箱形梁；c 半偏軌箱形梁圖 1 正軌箱形結(jié)構(gòu)圖（2）橋架為焊接結(jié)構(gòu)（如圖 2）圖 2 箱形梁焊接圖第 3 章 起重機主體結(jié)構(gòu)設計3.1 起重機鋼結(jié)構(gòu)載荷情況作用在起重機上的外載荷有：起升載荷、自重載荷、動載荷和風載荷等。（1）起升載荷起升載荷就是由起升機構(gòu)吊起的貨物和取物裝置以及其它隨同升降的裝置重量之總合。對起升高度很大的鋼絲繩起升機構(gòu)，起升載荷應包括掛著的鋼絲繩重量。（2）自重載荷起重機本身重量包括機械部分、金屬結(jié)構(gòu)及電氣設備等的重量。如果起重機上裝有運輸機，則應考慮運輸機及其上的貨物的重量。自重在設計前一般是未知的，可參考同類型參數(shù)接近的起重機的自重做初步選定。有些手冊上列有各類起重機依照起重量或載重力矩而定的自重表可供參考。自重的分配根據(jù)結(jié)構(gòu)情況而定。機械及電氣設備一般可看作是集中載荷，箱形結(jié)構(gòu)和連續(xù)運輸機上的貨物可看作是連續(xù)分布的。（3）動載荷動載荷是由運動速度改變而引起的質(zhì)量力，即慣性力。在啟動與制動期間，剛體做平移運動時，它的質(zhì)量產(chǎn)生加速或減速慣性力。（4）風載荷由于本設計是屬于室內(nèi)工作，故不存在風載荷。3.2 橋架金屬結(jié)構(gòu)計算所計算是起重機橋架由兩根用鋼板焊接是箱形主梁組成，主梁固定在裝有大車輪的端梁上。此外，裝有大車運行機構(gòu)的輔助橫梁和縱梁也固定在橋架上。橋架上設有欄桿和走臺在端梁頭部裝有緩沖器。橋架跨度 L = 16.5 米初定起重機輪距 B = 4.5 米初定小車軌距 K 小車 =2 米初定小車輪距 b= 1.6 米橋架為正軌箱形焊接結(jié)構(gòu)。橋架材料選用 Q215 鋼（GB700-88）3.2.1 主梁計算載荷假定小車車輪輪壓相等，則起重機在額定載荷下每一個車輪到軌道上的移動載荷為：P = K + = 1.2 + = 4200 公斤1動 4Q小 車G4108式中 K 動 動力系數(shù)，考慮貨物提升或下降時的慣性力，K 動 = 1.1 ；1.2 ；1.3 相應于輕級、中級和重級工作類型，本設計采用中級工作類型。假定大車運行機構(gòu)的重量均勻地作用在一根梁上，則雙梁橋架半邊的重量和運行機構(gòu)自重所產(chǎn)生的均布載荷為：q = 公斤/米梁 4801.5.6205.0cKLG機橋式中 半邊焊接箱形雙梁橋架自重（不包括端梁） ， 近似為 = 5000 公斤橋G5.0 橋G5.（如圖 3） ； 大車運行機構(gòu)重量，近似為 = 2200 公斤；機 機G 考慮起重機運行時振動的系數(shù)；cK當 v 時， = 1.0；起 秒米 /1cK當 1.5 米/秒 v 時， = 1.1；起 秒米 /1c當 3 米/秒 v 時， = 1.2。起 秒米 /5.1cK圖 3 雙梁橋架焊接箱形重量曲線圖司機室和電氣設備重量產(chǎn)生的集中載荷為：p = G = 1.1 2000 = 2200 公斤2cK司 式中 G 司 司機室和電氣設備的重量，G 司 = 2000 公斤 集中驅(qū)動的大車運行機構(gòu)裝在與主梁相連的懸臂橫梁上，其扭矩為：M = e = 2200 0.75 = 1650 公斤 米1機G式中 e 為大車運行機構(gòu)重心至主梁截面中心的水平距離。M根據(jù)計算經(jīng)驗，當起動和制動時起重機的加速度為 0.25 米/秒 和 0.5 米/秒 ，而當22猛烈起動或制動時，假定加速度增加一倍，即 0.5 米/秒 和 1.0 米/秒 。根據(jù)車輪和軌2道的粘著條件，最大加速度為：0.98 米/秒48.920max總驅(qū)ng2因此，猛烈制動時 = 0.98 米/秒 。橋架猛烈制動時在水平面內(nèi)引起的橫向均布ax制 2慣性載荷為： maxmax5.0制機橋制慣 gLGLq公斤/米498.168925猛烈制動時，由司機室重量在水平面內(nèi)引起的橫向集中慣性載荷為：200 公斤.0max1制司慣 gGp猛烈制動時，小車自重和吊重在水平面內(nèi)引起的橫向集中慣性載荷為：740 公斤98.21482ax制小 車慣 Q根據(jù)計算經(jīng)驗，起動和制動時，小車的加、減速度為 0.1 米/秒 和 0.25 米/秒 ，當22猛烈起動和制動時，小車的加速度可為 0.2 米/秒 和 0.5 米/秒 。根據(jù)車輪和軌道的粘著條件加速度值可達 0.98 米/秒 。因此，小車猛烈制動時 a 制 max= 0.5 米/秒 。當負載2小車猛烈制動時，在水平面內(nèi)的縱向集中慣性載荷為：378 公斤5.08.9214max3制小 車慣 gQGp3.2.2 主梁截面尺寸的選擇橋架中部箱形主梁的高度：H =（ ）L = （ ） 1650020162016=1030 825 毫米取 H = 900 毫米支承處的梁高為：H =（0.6 0.7）H =（0.6 0.7） = 540 630 毫米1 90取 H = 600 毫米1變截面傾斜長度：L =（0.1 0.2）L =（0.1 0.2） = 1650 3300 毫米c 1650取 L = 2000 毫米c上、下翼緣板寬度：B =（0.5 0.33）H =（0.5 0.33） = 450 297 毫米90此外，翼緣寬度應滿足條件：B 毫米35160L取 B = 350 毫米初算時取腹板厚度 毫米，而上、下翼緣板厚度 毫米（圖 4）61 82a 跨中；b 支承附近圖 4 橋架主梁橫截面第 4 章 主體結(jié)構(gòu)各承載部分的計算與校核4.1 主梁主要截面計算上、下翼緣的截面積： F = 2 厘米1568.032腹板的截面積 F = 2 厘米1.4截面總面積： F = F + F = 56 + 106 = 162 厘米12 2對 x x 軸的截面慣性矩：翼緣：I 231 4.08.52.0x= 111400 厘米 4腹板：I = 厘米x26801.034截面總慣性矩：I I I = 111400 + 68080Xx12= 180480 厘米 4對 x x 軸的截面模數(shù)：W = 厘米x01581ZI3對 y y 軸的截面慣性矩翼緣：I = 厘米y171238.04腹板：I 232 3.056.481.y= 26483 厘米截面總慣性矩：I I I = 5717 + 26483y1y2= 32200 厘米 4對 y y 軸的截面模數(shù)：W = 厘米y 1840352BIy 34.2 主梁支承附近截面的計算上、下翼緣的截面積： F = 56 厘米12腹板的面積 ： F = 2 厘米706.4582截面總面積： F = F + F = 56 + 70 = 162 厘米12對 x x 軸的截面慣性矩：翼緣：I 231 4.098.52.0x= 49068 厘米 4腹板：I = 厘米x2198.56034截面總慣性矩：I I I = 49068 + 19918X1x2= 68986 厘米 4對 x x 軸的截面模數(shù)：W = 厘米x2306891HI 3對 y y 軸的截面慣性矩：翼緣：I = 厘米y1571238.04腹板：I 232 3.06.481.5y= 17496 厘米截面總慣性矩：I I I = 5717 + 17496y1y2= 23213 厘米 4對 y y 軸的截面模數(shù)：W = 厘米y 132652BIy 3按額定載荷時橋架和小車同時猛烈制動的最不利載荷情況計算主梁。此外，也考慮由大車運行機構(gòu)和司機室重量對梁引起的載荷。對主梁 0 0 軸（如圖 5）的扭矩圖 5 扭矩計算圖M 35740160215.64213 hpMlpLeq慣慣慣扭= 33490 公斤 厘米當改變力 和 的方向時，對主梁 0 0 軸的扭矩為：慣 2慣 16025.1645374311 lpLeqhp慣慣慣扭= -490 公斤 厘米取最大值（ = 33490 公斤 厘米）作為扭矩計算值。求由固定載荷和移動載荷在扭M垂直和水平內(nèi)產(chǎn)生的主梁最大彎矩。當跨度中心至載荷 p 的距離與跨度中心至合力 R 的1 距離相等時，即主梁跨中至載荷 p 之間的距離為 時，兩個移動載荷在左邊車輪下面的14b梁截面內(nèi)產(chǎn)生最大彎矩。在垂直面內(nèi)主梁的支承反力：由固定載荷的作用（如圖 6a）圖 6 主梁計算圖a 和 b 分別為由固定載荷和移動載荷在垂直面內(nèi)的作用；c 和 b 分別為有固定載荷和移動載荷的慣性力在水平面內(nèi)的作用；e 由于扭矩的作用。 公 斤梁 58605.162.480.202 LqlpRkB 公 斤梁 4.22 lKA由活動載荷的作用（如圖 6b） 公 斤3965.164.24021 LbpRB公 斤4035.16.24021 LbpRA= 2.25 米 ， b = 1.6 米Kl彎矩值：= 3996 = 31369 公斤 米1BM42b4.21RL22 4bLqlbpK梁= 5860 46.15 246.152805.61.0= 18892 公斤 米由垂直載荷在截面 1 1 引起的最大彎矩：公斤 米502613982 M在水平面內(nèi)主梁的支承反力 （圖 6c、d）：公斤5365.16.4.021 LqpRKB慣慣水公斤90.221 lKA慣慣水公斤35.1647045.022 LbpRB慣“水公斤8.2.2 A慣”水彎矩值：= 352 = 2763 公斤 米“水BRM24bL46.125水2 21 4bLqlbpK慣慣= 536 46.25 246.152.6125.0= 1732 公斤 米華東交通大學畢業(yè)設計1第 1 章 緒言1.1 起重機的概述工程起重機是各種工程建設廣泛使用的重要起重設備，它對減輕勞動強度，節(jié)省人力，降低建設成本，提高施工質(zhì)量，加快建設速度，實現(xiàn)工程施工機械化起著十分重要的作用。起重機作業(yè)是使物品沿空間的三個方向運動。其中作上下移動的起升機構(gòu)是不可缺少的。平面運動可以用兩種不同的運動組合來實現(xiàn)。按照這種組合方式不同，起重機可分為兩大類型：橋式起重機和回轉(zhuǎn)類型起重機。橋式類型起重機就依靠起重機運行機構(gòu)和小車運行機構(gòu)的組合使所搬運的物品在長方形平面內(nèi)運動。驅(qū)動起重機運動的是起升機構(gòu)、運行機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和變幅機構(gòu)。為了實現(xiàn)這些運動、安放這些機構(gòu)并承受載荷，起重機必須有足夠的強度和剛度的金屬結(jié)構(gòu)，有驅(qū)動機構(gòu)運動并實現(xiàn)運動控制的動力控制系統(tǒng)；以及，為保證起重機安全并可靠運轉(zhuǎn)的安全和信號指示裝置。起重機的特點是：短周期的循環(huán)作業(yè)。一個工作循環(huán)包括：取物，起升并運行靠卸貨點，下降，卸料，然后空車返回原地。一個工作循環(huán)的時間一般只要幾十秒種到幾分鐘，最長的也不會超過一、二十分鐘。這一特點對它的動力裝置的選擇及電氣設備容量的計算有較大的影響。經(jīng)常起動、制動引起傳動機構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)的強烈沖擊和振動，導致產(chǎn)生較大的動載荷，由于這種載荷是非常平穩(wěn)的，這使得強度和疲勞計算變得較為復雜。此外，對于裝卸散裝物料的起重機，生產(chǎn)效率是一個很重要的性能指標， 它不僅取決于各機構(gòu)的運動速度，而且也依賴裝卸物料的輔助時間的大小。因此對于速度、加速度值，運動的重疊程度，取物及卸貨的自動化程度的選擇等都應仔細考慮。雙梁橋式起重機尤其適合室內(nèi)重物的起升和搬運，所以廣泛被工廠所采用。橋架結(jié)構(gòu)的設計好與壞對起重機的性價比（性能與價格的比）提高有很重要的意義。長期以來，機械設計工作者沿用類比的設計方法。這種設計過程可概括為“設計分析再設計”的過程。即首先根據(jù)設計任務及要求進行調(diào)查研究和收集有關(guān)資料，參照相同或類似任務現(xiàn)有的、已經(jīng)完成的較為成熟的設計方案。憑借設計者的經(jīng)驗輔以必要的分析計算。確定一個合適的設計方案，并通過估算初步確定有關(guān)參數(shù)，然后對初定方案進行必要的分析及校核計算；如果某些設計要求得不到滿足。則可進行設計方案的修改。設計參數(shù)的調(diào)整，并再次的進行分析計算。如此多次反復，直到獲得滿意的設計方案為止。此方法不僅需要花費較多的時間，增加設計周期，而且只限于在少數(shù)方案中進行分析比較。隨著電子計算機技術(shù)的發(fā)展和應用，以線性規(guī)劃與非線性規(guī)劃為主要內(nèi)容的新的數(shù)學規(guī)劃應用于工程設計問題。雙梁橋式起重機橋架設計應用該優(yōu)化方法，將迅速得到一對相對很合理的截面參數(shù)。這不僅降低了設計者的工作強度，而且與提高了設計方案的可行性。使得起重機金屬結(jié)構(gòu)的合理設計，對減輕起重機自重，提高起重性能，節(jié)約鋼材，提高起重機的可靠性都有重要意義。2.2 起重機發(fā)展趨勢對工程起重機，特別是大功率的工程起重機的需要量日以增加。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝在工程起重機上得到廣泛的應用。所有陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計2這些因素都有里地促進了工程起重機的發(fā)展。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有工程起重機產(chǎn)品和技術(shù)資料的分析，近年來工程起重機的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）廣泛采用液壓技術(shù)液壓傳動具有體積小、重量輕、機構(gòu)緊湊、能無級調(diào)速、操縱簡便、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和工作安全的優(yōu)點。（2）通用型起重機以中小型為主，專用起重機向大型大功率發(fā)展為了提高建設工程的裝卸和安裝作業(yè)的機械化程度，工程起重機的發(fā)展，仍然是以輕便靈活的中小型起重機為主。（3）重視“三化” ，逐步過渡采用國際標準三化是指：標準化、系列化、通用化（4）發(fā)展一機多用產(chǎn)品為了充分發(fā)揮工程起重機的作用，擴大其使用范圍，有的國家在設計起重機是重視了 產(chǎn)品的多用性。（5）采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝為了減輕起重機的自重，提高起重機的性能，保證起重機可靠地工作，現(xiàn)在都多采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝。華東交通大學畢業(yè)設計3第 2 章 起重機總體方案設計2.1 起重機參數(shù)確定（1）室內(nèi)工作（2）額定起重量：Q = 10 噸（3）起升高度：H = 12 米（4）起升速度：v 升 = 8 米/分 （5）小車運行速度：v 小 = 40 米/分（6）大車運行速度：v 大 = 90 米/分選跨度 L = 16.5 米，機構(gòu)工作類別 中級（JC = 25%）2.2 起重機總體方案對于起重量為 10 噸的橋式起重機，可以設計成電動單梁葫蘆式，即橋式起重機采用單主梁結(jié)構(gòu)，在主梁的下端焊接有工字鋼來作為電動葫蘆的運行軌道，起吊貨物直接通過電動葫蘆完成；還可以采用雙梁小車式方案，即采用雙主梁結(jié)構(gòu)，小車運行于安裝在主梁上的軌道上，起吊貨物由小車起升機構(gòu)來完成。對這兩種方案都是可行的，同時也是現(xiàn)在比較通用的兩個設計方案，經(jīng)過認真比較，決定采用雙梁小車式。首先，雖然現(xiàn)在起重量為 10 噸的電動葫蘆已經(jīng)大量生產(chǎn)，但還沒有實行標準化和系列化，設計資料相對殘缺和稀少；而運行小車式橋式起重機設計資料相對多一點，有利于進一步的設計和優(yōu)化。其次，這次設計的起重機選用跨度為 16.5 米，如果采用單梁電動葫蘆式，勢必使主梁結(jié)構(gòu)龐大，由于主梁大都采用箱形焊接結(jié)構(gòu)，尺寸增大就會增加焊接難度，且增大焊接變形。再次，采用雙梁小車式，設計制造安裝方便，設備維護和維修簡單。雙梁橋式起重機傳動系統(tǒng)的設計，主要包括起升機構(gòu)傳動系統(tǒng)的設計、小車運行機構(gòu)設計及大車運行驅(qū)動機構(gòu)設計。主要采用電力驅(qū)動，通過聯(lián)軸器和減速器再把動力傳遞到工作機構(gòu)，對于這種傳遞系統(tǒng)，由于電動機、聯(lián)軸器及減速器均以標準化，因而可以選用標準件而簡化設計。2.3 橋架主體結(jié)構(gòu)方案（1）主梁采用正軌箱形結(jié)構(gòu)（如圖 1 a）陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計4a 正軌箱形梁；b 偏軌箱形梁；c 半偏軌箱形梁圖 1 正軌箱形結(jié)構(gòu)圖（2）橋架為焊接結(jié)構(gòu)（如圖 2）圖 2 箱形梁焊接圖華東交通大學畢業(yè)設計5第 3 章 起重機主體結(jié)構(gòu)設計3.1 起重機鋼結(jié)構(gòu)載荷情況作用在起重機上的外載荷有：起升載荷、自重載荷、動載荷和風載荷等。（1）起升載荷起升載荷就是由起升機構(gòu)吊起的貨物和取物裝置以及其它隨同升降的裝置重量之總合。對起升高度很大的鋼絲繩起升機構(gòu)，起升載荷應包括掛著的鋼絲繩重量。（2）自重載荷起重機本身重量包括機械部分、金屬結(jié)構(gòu)及電氣設備等的重量。如果起重機上裝有運輸機，則應考慮運輸機及其上的貨物的重量。自重在設計前一般是未知的，可參考同類型參數(shù)接近的起重機的自重做初步選定。有些手冊上列有各類起重機依照起重量或載重力矩而定的自重表可供參考。自重的分配根據(jù)結(jié)構(gòu)情況而定。機械及電氣設備一般可看作是集中載荷，箱形結(jié)構(gòu)和連續(xù)運輸機上的貨物可看作是連續(xù)分布的。（3）動載荷動載荷是由運動速度改變而引起的質(zhì)量力，即慣性力。在啟動與制動期間，剛體做平移運動時，它的質(zhì)量產(chǎn)生加速或減速慣性力。（4）風載荷由于本設計是屬于室內(nèi)工作，故不存在風載荷。3.2 橋架金屬結(jié)構(gòu)計算所計算是起重機橋架由兩根用鋼板焊接是箱形主梁組成，主梁固定在裝有大車輪的端梁上。此外，裝有大車運行機構(gòu)的輔助橫梁和縱梁也固定在橋架上。橋架上設有欄桿和走臺在端梁頭部裝有緩沖器。橋架跨度 L = 16.5 米初定起重機輪距 B = 4.5 米初定小車軌距 K 小車 =2 米初定小車輪距 b= 1.6 米橋架為正軌箱形焊接結(jié)構(gòu)。橋架材料選用 Q215 鋼（GB700-88）3.2.1 主梁計算載荷假定小車車輪輪壓相等，則起重機在額定載荷下每一個車輪到軌道上的移動載荷為：P = K + = 1.2 + = 4200 公斤1動 4Q小 車G4108式中 K 動 動力系數(shù)，考慮貨物提升或下降時的慣性力，K 動 = 1.1 ；1.2 ；1.3 相應于輕級、中級和重級工作類型，本設計采用中級工作類型。假定大車運行機構(gòu)的重量均勻地作用在一根梁上，則雙梁橋架半邊的重量和運行機構(gòu)自重所產(chǎn)生的均布載荷為：陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計6q = 公斤/米梁 4801.5.6205.0cKLG機橋式中 半邊焊接箱形雙梁橋架自重（不包括端梁） ， 近似為 = 5000 公斤橋G5.0 橋G5.（如圖 3） ； 大車運行機構(gòu)重量，近似為 = 2200 公斤；機 機G 考慮起重機運行時振動的系數(shù)；cK當 v 時， = 1.0；起 秒米 /1cK當 1.5 米/秒 v 時， = 1.1；起 秒米 /1c當 3 米/秒 v 時， = 1.2。起 秒米5.c圖 3 雙梁橋架焊接箱形重量曲線圖司機室和電氣設備重量產(chǎn)生的集中載荷為：p = G = 1.1 2000 = 2200 公斤2cK司 華東交通大學畢業(yè)設計7式中 G 司 司機室和電氣設備的重量，G 司 = 2000 公斤 集中驅(qū)動的大車運行機構(gòu)裝在與主梁相連的懸臂橫梁上，其扭矩為：M = e = 2200 0.75 = 1650 公斤 米1機 式中 e 為大車運行機構(gòu)重心至主梁截面中心的水平距離。M根據(jù)計算經(jīng)驗，當起動和制動時起重機的加速度為 0.25 米/秒 和 0.5 米/秒 ，而當22猛烈起動或制動時，假定加速度增加一倍，即 0.5 米/秒 和 1.0 米/秒 。根據(jù)車輪和軌2道的粘著條件，最大加速度為：0.98 米/秒48.920max總驅(qū)ng2因此，猛烈制動時 = 0.98 米/秒 。橋架猛烈制動時在水平面內(nèi)引起的橫向均布ax制 2慣性載荷為： maxmax5.0制機橋制慣 gLGLq公斤/米498.168925猛烈制動時，由司機室重量在水平面內(nèi)引起的橫向集中慣性載荷為：200 公斤.0max1制司慣 gGp猛烈制動時，小車自重和吊重在水平面內(nèi)引起的橫向集中慣性載荷為：740 公斤98.21482ax制小 車慣 Q根據(jù)計算經(jīng)驗，起動和制動時，小車的加、減速度為 0.1 米/秒 和 0.25 米/秒 ，當22猛烈起動和制動時，小車的加速度可為 0.2 米/秒 和 0.5 米/秒 。根據(jù)車輪和軌道的粘著條件加速度值可達 0.98 米/秒 。因此，小車猛烈制動時 a 制 max= 0.5 米/秒 。當負載2小車猛烈制動時，在水平面內(nèi)的縱向集中慣性載荷為：378 公斤5.08.9214max3制小 車慣 gQGp3.2.2 主梁截面尺寸的選擇橋架中部箱形主梁的高度：H =（ ）L = （ ） 1650020162016=1030 825 毫米取 H = 900 毫米支承處的梁高為：H =（0.6 0.7）H =（0.6 0.7） = 540 630 毫米1 90陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計8取 H = 600 毫米1變截面傾斜長度：L =（0.1 0.2）L =（0.1 0.2） = 1650 3300 毫米c 1650取 L = 2000 毫米c上、下翼緣板寬度：B =（0.5 0.33）H =（0.5 0.33） = 450 297 毫米90此外，翼緣寬度應滿足條件：B 毫米35160L取 B = 350 毫米初算時取腹板厚度 毫米，而上、下翼緣板厚度 毫米（圖 4）61 82a 跨中；b 支承附近圖 4 橋架主梁橫截面華東交通大學畢業(yè)設計9第 4 章 主體結(jié)構(gòu)各承載部分的計算與校核4.1 主梁主要截面計算上、下翼緣的截面積： F = 2 厘米1568.032腹板的截面積 F = 2 厘米1.4截面總面積： F = F + F = 56 + 106 = 162 厘米12 2對 x x 軸的截面慣性矩：翼緣：I 231 4.08.52.0x= 111400 厘米 4腹板：I = 厘米x26801.034截面總慣性矩：I I I = 111400 + 68080Xx12= 180480 厘米 4對 x x 軸的截面模數(shù)：W = 厘米x01581ZI3對 y y 軸的截面慣性矩翼緣：I = 厘米y171238.04腹板：I 232 3.056.481.y陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計10= 26483 厘米 4截面總慣性矩：I I I = 5717 + 26483y1y2= 32200 厘米 4對 y y 軸的截面模數(shù)：W = 厘米y 18035BIy 34.2 主梁支承附近截面的計算上、下翼緣的截面積： F = 56 厘米12腹板的面積 ： F = 2 厘米706.4582截面總面積： F = F + F = 56 + 70 = 162 厘米12對 x x 軸的截面慣性矩：翼緣：I 231 4.098.52.0x= 49068 厘米 4腹板：I = 厘米x2198.56034截面總慣性矩：I I I = 49068 + 19918X1x2= 68986 厘米 4對 x x 軸的截面模數(shù)：W = 厘米x2306891HI 3對 y y 軸的截面慣性矩：翼緣：I = 厘米y1571238.04腹板：I 232 3.06.481.5y華東交通大學畢業(yè)設計11= 17496 厘米 4截面總慣性矩：I I I = 5717 + 17496y1y2= 23213 厘米 4對 y y 軸的截面模數(shù)：W = 厘米y 13265BIy 3按額定載荷時橋架和小車同時猛烈制動的最不利載荷情況計算主梁。此外，也考慮由大車運行機構(gòu)和司機室重量對梁引起的載荷。對主梁 0 0 軸（如圖 5）的扭矩圖 5 扭矩計算圖M 35740160215.64213 hpMlpLeq慣慣慣扭= 33490 公斤 厘米當改變力 和 的方向時，對主梁 0 0 軸的扭矩為：慣 2慣 16025.1645374311 lpLeqhp慣慣慣扭= -490 公斤 厘米取最大值（ = 33490 公斤 厘米）作為扭矩計算值。求由固定載荷和移動載荷在扭M陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計12垂直和水平內(nèi)產(chǎn)生的主梁最大彎矩。當跨度中心至載荷 p 的距離與跨度中心至合力 R 的1 距離相等時，即主梁跨中至載荷 p 之間的距離為 時，兩個移動載荷在左邊車輪下面的14b梁截面內(nèi)產(chǎn)生最大彎矩。在垂直面內(nèi)主梁的支承反力：由固定載荷的作用（如圖 6a）圖 6 主梁計算圖a 和 b 分別為由固定載荷和移動載荷在垂直面內(nèi)的作用；c 和 b 分別為有固定載荷和移動載荷的慣性力在水平面內(nèi)的作用；e 由于扭矩的作用。 公 斤梁 58605.162.480.202 LqlpRkB華東交通大學畢業(yè)設計13公 斤梁 42605.16.4802022 LqlpRKA由活動載荷的作用（如圖 6b） 公 斤3965.16.24021 bpB 公 斤40.1 LRA= 2.25 米 ， b = 1.6 米Kl彎矩值：= 3996 = 31369 公斤 米1BM42b46.1251RL22 4bLqlbpK梁= 5860 46.15 246.152805.61.0= 18892 公斤 米由垂直載荷在截面 1 1 引起的最大彎矩：公斤 米502613982 M在水平面內(nèi)主梁的支承反力 （圖 6c、d）：公斤5365.16.4.021 LqpRKB慣慣水公斤90.221 lKA慣慣水公斤35.1647045.022 LbpRB慣“水公斤8.2.2 A慣”水彎矩值：= 352 = 2763 公斤 米“水BRM24bL46.125陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計14水BRM24bL21 442bLqlbLpK慣慣= 536 6.5126.152.65.0= 1732 公斤 米由水平載荷的作用，截面 1 1 的最大彎矩：公斤 米495276322 M由垂直載荷的作用，截面 1 1 的彎曲正應力（載荷組合 A）：公斤/厘米 21405xW取安全系數(shù)為 n = 1.5,則1253 1.5 = 1880 公斤/厘米 2 A =3418 公斤/厘米 2，故符合強度設計要求。式中 A = 3418 公斤/厘米 Q215 鋼的許用應力（查起重機設計手冊 ）由水平載荷的作用，截面 1 1 的彎曲正應力：公斤/厘米 22480952yWM由垂直載荷和水平載荷（載荷組合 B）的作用，截面 1 1 的最大彎曲正應力：公斤/厘米 29715321MAX取安全系數(shù)為 n = 1.5，則1497 1.5 = 2246 公斤/厘米 2 3418 公斤/厘米 2，故符合強度設計要求。B主梁支承附近的截面按剪力和扭矩共同作用下產(chǎn)生的剪應力進行計算。當滿載小車位于支承 B 的邊緣位置時，支承截面將出現(xiàn)最大剪力。合力 R 至支承 B的距離 = 1.5 米。1l當載荷作用時：在垂直面內(nèi) LqlplRKB 2221max 梁= 5.1625.16480.0.5640華東交通大學畢業(yè)設計15= 12615 公斤在水平內(nèi) LLqlplpRKB 221max 慣慣慣水 = 5.165.16420.56740 2= 1131 公斤近支承處主梁截面的一半面積對 x x 軸的靜矩為：厘米340.02.96.8035xS 3支承截面（x x 軸附近）處的剪應力：公斤/厘米 = 2050 公斤/厘米5.269141 bIQx 2A2式中 Q 剪力（公斤） ，Q = maxBRb = 2 兩塊腹板的厚度厘 米.0公斤/厘米 載荷組合 A 的許用剪應力96AA2在扭矩作用下支承截面處的剪應力（扭矩由兩根主梁承受）：公斤/厘米5.76018234922 FMW扭扭扭 2式中 F 腹板和翼緣板中心線所圍成的矩形面積，F(xiàn) = 31.6 厘米 。187.92陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計16圖 7 主梁內(nèi)加勁板布置圖載荷組合 B 時在支承截面處的最大剪應力：公斤/厘米 = 2050 公斤/厘米5.21.05212B2式中 = 0.6 = 2050 公斤/厘米 。BB由于小車自重和額定載荷對主梁產(chǎn)生下擾度的作用，故主梁需要預供（如圖 8）圖 8 主梁上拱示意圖華東交通大學畢業(yè)設計17由小車自重和額定載荷產(chǎn)生的主梁擾度：厘米36.28.1041.2486505485.0 33 fEILGQfx小 車所以預拱度符合設計要求。式中 允許擾度f= 厘米f36.27015L在主梁內(nèi)用加強橫板（加勁板）來保證主梁腹板的穩(wěn)定性，其布置見（如圖 7）4.3 端梁計算以橋架自重和位于支承 B 附近（如圖 9）的帶額定載荷的小車重量所產(chǎn)生的載荷作用下來計算端梁，端梁上的載荷為：圖 9 端梁計算圖陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計18由負荷最大的主梁所產(chǎn)生的載荷 公 斤梁 1265max1BRp由負荷較小的主梁所產(chǎn)生的載荷（不考慮司機室和大車運行機構(gòu)的重量）Lqlp221梁梁 = 5.16.387402= 10829 公斤式中 = 公斤；梁q 387.5.165.0ckLG導橋 導電架重量， = 800 公斤。導 導在水平內(nèi)端梁承受由于小車猛烈制動時引起的載荷公斤378慣p在垂直和水平面內(nèi)端梁的支承反力為: 公 斤 梁梁1325.425.16.08912BaRC式中 B = 4.5 米；K = 2 米；a = 1.25 米。小 車= 14120 公斤DR= = 440 公斤cd截面 A A 的彎矩：公斤1765021401 aRMD梁 厘 米公斤2“梁 厘 米端梁通常采用箱形截面（圖） 。端梁的高度取與主梁支承處的高度相等（H毫米） 。上、下翼緣的寬度 毫米。該截面的慣性601H端 3065.0端端B矩為 厘米 ， 厘米 ， 厘米 ， 厘米 ，97xI41598yI42xW17y3華東交通大學畢業(yè)設計19厘米1932xS3在垂直和水平面內(nèi)由于彎矩在截面 A A 處引起的正應力為：公斤/厘米854206171xWM梁2公斤/厘米2y梁 2在截面 A A 上總的正應力為：公斤/厘米906528421C 2截面 A A（在 x x 軸附近）的剪應力:公斤/厘米376.0261791 bISRxD 2截面 A A 的強度條件： 21C公/03679022取安全系數(shù) n = 1.5 ，則1110 1.5 = 1665 2 公/418所以截面 A A 的強度條件符合設計要求。陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計20總結(jié)對橋式起重機的主體結(jié)構(gòu)部分進行設計計算并對其校核計算。計算結(jié)果表明，所設計的橋式起重機主體結(jié)構(gòu)符合基本設計要求，本設計在橋架結(jié)構(gòu)設計上采用了目前廣泛流行的箱形結(jié)構(gòu)，而且采用正軌箱形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可減輕整機重量和焊接變形。端梁采用可拆角型軸承箱式，這種結(jié)構(gòu)運輸方便、安裝容易，其功能實現(xiàn)合理，結(jié)構(gòu)簡單實用。華東交通大學畢業(yè)設計21參 考 文 獻1 張 質(zhì) 文 起 重 機 設 計 手 冊 M 中 國 鐵 道 出 版 社 ， 1998 2 倪 慶 興 ， 王 煥 勇 起 重 機 械 M 機 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 19833 單 輝 祖 材 料 力 學 M 高 等 教 育 出 版 社 ， 19994 東 北 大 學 機 械 零 件 設 計 手 冊 編 委 會 機 械 零 件 設 計 手 冊 M 冶 金 工 業(yè)出 版 社 ， 19915 伊 萬 琴 柯 起 重 運 輸 機 械 計 算 M 中 國 鐵 道 出 版 社 ， 19826 倪 慶 興 ， 王 殿 臣 起 重 輸 送 機 械 圖 冊 M 機 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 19927 洪 家 娣 ， 許 玢 機 械 設 計 指 導 M 江 西 高 校 出 版 社 ， 20018 紀 名 剛 機 械 設 計 M 高 等 教 育 出 版 社 ， 20029 付 榮 柏 起 重 機 鋼 結(jié) 構(gòu) 制 造 工 藝 M 中 國 鐵 道 出 版 社 ， 199611申 永 勝 機 械 原 理 教 程 M 清 華 大 學 出 版 社 ， 199312 陳統(tǒng)堅 機械工程英語M機械工業(yè)出版社， 1996陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計22附錄 A：英文原文Archive of Applied Mechanics Springer-Verlag 2000Applicability of the Hertz contact theoryto rail-wheel contact problemsW. Yan, F. D. FischerSummary Rail-wheel contact problems have been analyzed by applying three-dimensional nite element models. Based on these models, the applicability of the Hertz contact theory (HCT) to rail-wheel contact problems is verified in the present paper. Beside a standard rail, also a crane rail and a switching component are considered in the verification. In the case of a contact between the standard rail UIC60 and the standard wheel UICORE, different transverse contact positions are analyzed. Numerically calculated distributions of the contact pressure for different types of rails with respect to different initial contact positions agree with the results from the HCT only if either the contact zone does not spread into a region of changed surface curvature or if plastification does not occur. Finally, the convective part of the dissipation power due to friction is calculated, which cannot be provided directly by the HCT.Key words: Hertz contact theory;rail-wheel contact;elastic-plastic material1IntroductionSince Heinrich Hertz published his contact theory in 1882, 1, it has been extensively applied in many engineering elds which deal with contact problems. The application of the Hertz contact theory (HCT) in rail-wheel contact problems can be found also in the recent literature. For example, the HCT is applied in 2, 3 to investigate the growth of shell-type defects in the head of a railroad rail. Hertzian contact pressure is applied in a fatigue life model 華東交通大學畢業(yè)設計23to describe the damage of wheels in 4. An approx- imation of the HCT is used in the three-dimensional (3D) rail-fatigue model PHOENIX to describe the fatigue initiation in rail subsurface, 5, etc. The program CONTACT of the Delft group, 6, 7 can be considered as one of the most prominent programs in Europe for calculating the contact area and the corresponding deformation and stress state. However, CONTACT is based on the theory of an elastic halfspace.Besides the HCT, a point load iteration method has recently been used to obtain the contact pressure in order to investigate the state of residual stress in a rail head, 8. With the development of computational tools, numerical calculations have recently been extended to every corner of scientic research. For instance, a self-developed nite element (FE) code is applied in 9 to analyze rail-rolling contact fatigue cracks.The HCT leads to an elliptical contact area and a semi-ellipsoid contact pressure distribution in the contact region. Due to its effciency and simplicity, this theory has been extensivelyapplied since its publication. However, as mentioned in 10, there are two limiting conditions for the applications of the HCT:the contact between elastic bodies should be frictionless,the significant dimensions of the contact area should be much smaller than the dimensions and the radii of curvature of the bodies in contact.The first condition is approximately satisfied for rolling contact. Usually, the friction between the rail and the wheel can be considered separately, because its in influence on the stress state introduced by the normal compressive load can be neglected.The second condition is often violated, e.g. in the case of a switching component or for some special contact positions, such as gauge corner contact due to the transverse movement of the wheel axle. In this case, the contact zone may spread into regions of changed surface curvature. Moreover, plastic deformation can happen both in the wheel and in the rail, especially in cases with high axle loads.In the last few years, a large number of 3D FE investigations were performed by our group applying ABAQUS, 11, for real rail/wheel/sleeper/bedding configurations. Based on this extensive study, the numerical results from the 3D FE calculations were compared to the HCT. Some interesting results concerning the application of the HCT to rail-wheel contact problems have been obtained, and will be presented in this paper.2Hertz contact theoryIf two elastic nonconforming bodies contact together then, according to the HCT, 10, the contact area is elliptical in shape with a major semi-axis a and a minor semi-axis b. The distribution of the contact pressure in this elliptical area represents a semi-ellipsoid, which can be expressed as，201byxPbyx,陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計24Here, the origin of the coordinate system is located at the contact center, which is the initial contact point; p0 is the largest contact pressure, which appears at the contact center; the x-axis extends along the major axis, and the y-axis along the minor axis. The values of p0, a and b depend both on the external normal compressive force F perpendicular to the initial tangent plane and on the geometry of the contacting bodies near the contact region. Hertz assumed that the profiles of the contacting bodies near the contact region can be described by quadratic surfaces. Thus, the geometrical conditions are completely defined by the principal radii of curvature and their relative orientation at the initial contact point. Finally, p0, a and b are determined by applying the following combinations of the principal radii of curvature:212121213 si RR2121214 cos R215 RRHere, R1 and R”1 are the minimum and maximum values, respectively, of the radius of curvature of the first body at the initial contact point, and R2 and R”2 are the corresponding values for body 2; the curvature radius is taken to be positive if the center of curvature lies within the body. Parameter is the angle between the principal normal sections with the minimum curvature radius in the first body and the second body. Tabular data from numerical computations for the values of p0, a and b computed from 3, 4and 5 can be found in 12. The orientation angle of the major axis of the contact ellipse relative to the principal normal section with minimum curvature radius of the first body can be determined by421 s2sRRThe maximum contact pressure p0 and external normal compressive force F are related by a 1/3-power law, p0 F1/33VerificationIn our verification, three kinds of rails and their corresponding wheels are considered. The first one is a crane rail Cr135. The geometrical conditions for the application of the HCT are well satisfied in this case. Thus, this configuration is also a good example to check our numerical calculations.The second one is the central component of a railway switch, named “frog”. The wheel moves from a wing rail to a frog during a switching-over process. This switching is 華東交通大學畢業(yè)設計25accompanied by a sudden change in the inclination of the wheel-center path and, therefore, by the transfer of a momentum to the frog. The minor principal curvature radius at the contact point of the frog is relatively small. We will check whether the HCT can be applied in this case.Finally, a standard rail UIC60 is considered. The curvature radii of the cross-sectional profile are 300 mm, 80 mm and 13 mm. The initial contact position varies in practice due to the transverse shift of the wheel axle. Four typical transverse contact positions are considered both by the HCT and by 3D FE calculations.Furthermore, results are presented for elastic-plastic material behavior which, of course,leads to a significant deviation from the HCT.附錄 B：英文譯文Archive of Applied Mechanics Springer-Verlag 2000赫茲觸點理論在鐵軌和車輪接觸問題上的應用W. Yan, F. D. Fischer摘要 運用三維的 nite 元素模型分析鐵軌和車輪接觸問題?；谶@些模型，這篇文章是檢驗赫茲觸點理論(HCT)在鐵軌車輪接觸問題上的應用。在一條標準的軌道旁邊，一條起重機軌道和一個交換的組成部分也在檢驗中被考慮。在標準軌道 UIC60 和標準輪子UICORE 之間的一種接觸情況下，分析不同橫向的接觸位置。為了不同類型的軌道關(guān)于不同的初始接觸位置而在數(shù)目上計算分配接觸壓力僅當接觸地區(qū)不傳播到變化的表面曲率的一個地區(qū)中，任一個或者僅當軟化作用不發(fā)生時，HCT 符合結(jié)果。最后，計算由于摩擦的對流部分的消散力，這不能被 HCT 直接提供。關(guān)鍵詞：赫茲觸點理論；鐵軌車輪接觸；有彈性塑料1介紹自從海因里希赫茲在 1882 年出版他的觸點理論，它已經(jīng)被廣泛地在處理接觸問題的很多工程領(lǐng)域方面使用。赫茲觸點理論(HCT)在鐵軌車輪接觸問題的應用也能發(fā)現(xiàn)在新近的著作內(nèi)。例如，HCT 被應用來研究鐵路軌道頭的殼式缺陷生長。赫茲接觸壓力在描述車輪的損害方面 疲勞壽命模式內(nèi)使用。HCT 近似用于三維(3D) 軌道疲勞模式來描述在軌道表面下的菲尼克斯（P HOENIX）疲勞開始，等等。這個計劃與荷蘭德爾夫特陶器組有聯(lián)系，可以認為是適合計算接觸面積和相應的變形和壓力狀態(tài)的歐洲的最卓越的程序之一。不過，接觸基于一個有彈性的半空間理論。除 HCT 以外，為了研究在一軌道頭內(nèi)的殘余應力狀態(tài)最近用一點負荷迭代法來獲得接觸壓力。隨著計算工具的發(fā)展，數(shù)值計算最近已經(jīng)被延伸到科學研究的每個角落。例陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計26如，一種自我發(fā)展的 nite 元素(FE)代碼被使用來分析滾動軌道的接觸疲勞裂紋。HCT 在接觸部位導致一個橢圓的接觸面積和半橢圓體接觸壓力分布。正是由于它的效率和簡單，這個理論從它的出版起已經(jīng)被廣泛地使用了。不過，象提及的那樣,HCT 的應用有兩種限制條件： 在有彈性的機構(gòu)之間的接觸應該是無摩擦力， 接觸面積的相當多的尺寸應該比在接觸過程中的尺寸和身體的曲率半徑小得多。第一種狀態(tài)是用于近似地滿足滾動接觸。通常，在鐵軌和車輪之間的磨擦可以被分別考慮，因為它在對這壓力狀態(tài)的影響在那些正常壓縮負荷引入之前可以被忽視。第 2 種狀態(tài)經(jīng)常被褻瀆，例如在一個接通的組成部分情況下或者對一些特別的接觸位置，例如計量器角落接觸由于車輪軸的橫向運動。這樣的話，接觸區(qū)域可以傳播到變化的表面曲率的地區(qū)。而且，塑性變形既能在這個車輪內(nèi)又可在鐵軌里發(fā)生，特別是在高軸負載情況下。近幾年，許多 3D FE 研究由我們組(使用 ABAQUS)進行，對于真正的鐵軌、車輪、枕木、基床構(gòu)造來說?；谶@項廣泛的研究，來自 3D FE 計算的數(shù)值結(jié)果被比作 HCT。一些有趣結(jié)果關(guān)于 HCT 應用在車輪接觸問題上已經(jīng)獲得，并且將在這篇文章中介紹。2赫茲觸點理論如果兩個有彈性的非一致體接觸到一起，那么，根據(jù) HCT，接觸面積在外形上是橢圓的用一個主半軸 a 和副半軸 b 來表示。橢圓區(qū)域的接觸壓力的描述用半橢圓體的較小半軸 b，可以被表示為，201byaxPbyax,這里，坐標系統(tǒng)的原點位于接觸中心，這是最初接觸點；p 0 是最大接觸壓力，p 0 位于接觸中心；x 軸沿著長軸延伸，y 軸沿著短軸延伸。p 0 值，a 和 b 依靠兩個與最初相切平面和接觸面附近的接觸部位的幾何外部法線垂直壓縮力 F。赫茲假定接觸面附近的接觸部位的側(cè)面外形可以用二次方程來描述。因此，幾何條件完全由曲率半徑和他們的最初接觸點的相對方位來定義。最后，p 0，a 和 b 使用下列主要曲率半徑的組合確定： 212121213 sin RR2121214 cos R215 RR這里，R 1 和 R”1 分別是最小和最大值，最初接觸點時的第一部位的曲率半徑，并且 R2和 R”2 是第 2 部位的相應值；如果曲率中心位于體內(nèi)，曲率半徑是確定的。參數(shù) 是第 1個部位和第 2 個部位的最小曲率半徑的主正截面之間的夾角。從對 p0 值的數(shù)值計算列表華東交通大學畢業(yè)設計27數(shù)據(jù)，a 和 b 從 3， 4 那里計算， 5 能被發(fā)現(xiàn)在12里.主正截面與第一部位的最小曲率半徑一起的接觸橢圓的主軸的定向角 可以確定由421 cos2cosRR最大的接觸壓力 p 和外部標準壓縮力 F 由一條 1/3 冪次方，p F 聯(lián)系。0 0313檢驗在我們的檢驗中，三個種類的軌道和他們的相應的輪子被考慮。第一個是一條 Cr135起重機軌道。在這種情況下應用 HCT 的幾何條件是感到很滿意的，這樣，這種結(jié)構(gòu)也是檢查我們的數(shù)字計算的一個好例子。第二個是一條鐵路開關(guān)的中心組成部分，名為“frog” 。輪子從一條機翼軌道到在交換期間的一只 frog 的行動超過過程。這個交換同時伴著輪子中心路徑的突然傾斜；因此，通過轉(zhuǎn)移動量 frog。在 Frog 的接觸點上的次要的曲率半徑是比較小的。我們將檢查在這種情況下，HCT 是否能被應用。最后，考慮到標準的軌道 UIC60。具有代表性的側(cè)面的曲率半徑是 300 毫米，80 毫米和 13 毫米，實際上由于車輪軸的橫向移動初期接觸位置會改變。四個典型的橫向接觸位置都被考慮用 HCT 和 3D FE 計算。進而，結(jié)果為了彈性塑料的材料行為被提出，當然，用 HCT 導致一種有意義的偏差。陳向城：橋式起重機主體結(jié)構(gòu)設計28謝辭畢業(yè)設計是學生綜合運用