毕业设计论文桥式起重机金属结构设计

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1、第一章 桥式起重机金属结构设计参数起重量Q： 8t跨度S： 16.5 m工作级别： A5起升高度： 10 m起升速度： 8m/min小车运行速度：40 m/min大车运行速度：90m/min第二章 总体设计1.桥架尺寸的确定B=（）S=（）16.5= 4.132.75m取B0=3m根据小车轨距和中轨箱型梁宽度以及大车运行机构的设置，取B=4m2.主梁尺寸主梁高度H1=（）S=1179971mm 取H1=1000mm取腹板高度 h=H1-2=800mm腹板厚度 =6 mm翼缘板厚度 =10mm主梁B1(1/501/60）S=0.330.275m 且 H1/B13 取B1=400mm翼缘板宽度B2

2、=B1+2+40=452mm上下翼缘板相同，为10 mm452 mm3.端梁尺寸高度1/2=500mm腹板高度h2=480mm总宽=260mm，各板厚=8mm,b=260mm端梁长度S2取4000mm.主、端梁采用焊接连接，端梁为拼接式.2.2 其他设计2.21 大车运行机构的设计由于本起重机跨度为16.5m，在起重机的常用跨度（10.5-32m）,大车运行机构的传动方案采用分别驱动。其大车运行机构的布置方式如图2-2所示图2-2分别传动的大车运行机构布置方式 1-电动机；2-制动器；3-带制动轮的半齿轮联轴器；4-浮动轴；5半齿轮联轴器；6-减速器；7-全齿轮联轴器； 8-车轮 第三章 主、

3、端梁截面几何性质a) 主梁 A=(45210+8006)2 =18640mm2惯性矩 Ix=mm4 =7.26mm4=mm4=5.67108mm4b)端梁 A2=(5008+2608)2 mm2 =12160 mm2惯性矩Ix2=3.43108mm4Iy2=1.47108mm4 第四章 载荷计算 4.1 固定载荷（1）梁自重：由“机械装备金属结构设计”（记为“书一”，在本说明书中适用）中公式7-26 （4-1）式中 h-梁的高度，单位mm -箱形梁的两块腹板厚度，单位 mm -钢材密度，取为Q235钢，密度为7.8510-3g/ mm3S-梁的 跨度,单位mm-构造系数。没有加劲肋时，=1.0

4、。有横向加劲肋时，=1.2。所以单根主梁的质量为 =21000127.8510-316500（1.0-） =2075kg重量 =g=20759.8N=20335N单根端梁的质量为 =2500167.8510-34000（1.0-） =335 kg重量 =g=3359.8N=3283N；端梁均布载荷F均=3283/4=820.75N/m（2）小车轨道质量 查起重机课程设计（记为“书二”）中附表22 轨道选用轻轨15（线密度q=15kg/m）。 =Sq=1516.5=247.5kg 重量 =g=247.59.8=2425.5N（3）走台、栏杆等质量 =355kg 重量 =g=3559.8N=347

5、9N（4） 半桥架总重量PBQ=PG1+PGg+PG=26239.5N （5） 半桥架总质量mBG=mG1+m1+m2=2677.5kg（6） 主梁的均布载荷 =1590.3N/m（5）一组大车运行机构的重量：查书二中表7-3得=4500N 重心作用位置=1.5m。（6）司机室重量：PGS=10000N，重心作用位置=2.8m。4.2 小车轮压 起升载荷为 =g=78400N小车质量m=4000kg 小车自重 =39200N小车轮压：查书二表7-4得小车轮压为 空载轮压 P=PGX/4=9800N4.3 动力效应系数 起升冲击系数 起升动载系数 式中 =1.10； =0.34； 起升速度 等于

6、8m/min ； 所以 =1.10+0.34=1.573运行冲击系数 式中 =90m/min=1.5m/s；大车运行速度；H=1mm，轨道接头处两轨面高度差； 所以 =1.1+0.0581.5=1.187 4.4 惯性载荷 大小车都是4个车轮，其中主动轮占一半，按车轮打滑条件确定大小车运行的惯性力 （1）一根主梁上的小车惯性力：考虑起升动载系数，则小车轮压为 ； ； 单根主梁上受到的总轮压=114829N（2）大车运行起制动惯性力（一根主梁上）小车质量和总起升质量产生的水平惯性力 式中 -动力效应载荷系数，查书一表3-4取为1.5； m=12000kg； -大车起制动平均加速度，为0.32m

7、/s2； 由半桥架质量引起的水平惯性力 主梁跨端设备惯性力影响力小，忽略。（3）小车起制动产生的水平惯性力 式中 -小车起制动时平均加速度，为0.25/s2 所以 4.5 偏斜运行侧向力4.5.1 满载小车在主梁跨中央 左侧端梁总静轮压按图4-1计算 图4-1、端梁总轮压计算=（78400+39200）+26239.5+10000（1-）+4500+4000=93539.5N由=4.1查得=0.11；侧向力=93539.50.11=5145N为水平侧向系数4.5.2 满载小车在主梁左端极限位置 左侧端梁总静轮压为(应稍大于小车轴距，取为1.5m)= =(78400+39200)(1-)+262

8、39.5+10000(1-)+4500+4000 = 142280N侧向力 = =71140 N4.6扭转载荷 由于水平、垂直载荷对主梁截面的偏心作用，因而产生扭转载荷（如图4-2）。（e=0.56m，=（500+91）mm=591mm=0.591m） 走台、栏杆的总重力及梁端机电设备重力引起的外扭矩： m 水平惯性力引起移动集中外扭矩： 图4-2、主梁载荷偏心作用 主梁受到的总扭矩为 第五章 主梁计算5.1 内力5.1.1 垂直载荷 计算大车传动侧的主梁。在固定载荷与移动载荷作用下，主梁按简支梁计算，如图所示5-1 图5-1、 主梁计算模型 主梁距左支座x处由固定载荷引起的弯矩为：由移动载荷

9、小车轮压的计算值和引起的支反力为： 有移动载荷引起x截面的弯矩为： 由移动载荷和固定载荷共同引起距左支座距离x处截面的弯矩为（5-1）将公式（5-1）对x求一次导数并使之为0，即可得 将所得x值代入公式（5-1）后，求的主梁的最大弯矩为：=1091135Nm即=1091135Nm当小车一个车轮轮压作用在左支座处时，主梁跨端截面上有最大剪力，最大剪力为： =97837.N满载小车在跨中时，跨中下翼缘板下侧的剪切力为：=21301N5.1.2 水平载荷5.1.3作用在主梁跨中的最大水平弯矩为： 式中 -大车起制动时的平均加速度，为0.32； g-重力加速度，为9.8；-主梁在垂直载荷作用下的最大弯

10、矩，但不计算冲击系数和动力系数；由下式计算得： =1084739N 因此可得主梁最大水平弯矩为： =1）水平惯性载荷：在水平载荷及作用下，桥架按刚架计算。K=4 b=K=2 a= (B-K)=1水平刚架计算模型示表图5-2 图5-2、水平刚架计算模型 小车在跨中。刚架的计算系数为 =1+=1.168跨中水平弯矩=142813 小车在跨端。跨端水平剪切力为： =4285.5N2） 偏斜侧向力。在偏斜侧向力作用下，桥架也按水平刚架分析（如图5-3） 图5-3、 侧向力作用下刚架的分析 a=1m；b=2m；这时，计算系数为 =1.503 小车在跨端。侧向力为 = =8803.4 N 超前力为=185

11、3.3N端梁中点的轴力为=926.7N端梁中点的水平剪切力为= （）=8803.4（-）=2937.4N主梁跨端的水平弯矩为= a+b=8803.41+2937.42=14678N.m主梁跨端的水平剪切力为=-=926.7N主梁跨端总的水平剪切力为=5212N 小车在跨端时，主梁跨中水平弯矩与惯性载荷的水平弯矩组合值较小，不需计算。5.2 强度需要计算主梁跨中截面危险点1、2、3、4的强度1）主腹板上边缘1的应力= = 式中 n=1.34，为安全系数，从书一表4-11查取； 2）主腹板上边缘点2的应力： 主腹板边至轨顶距离为=313mm主腹板边的局部压应力为 = =7.1 M Pa垂直弯矩产生

12、的应力为= =72.9M Pa水平弯矩产生的应力为= =22.5MPa惯性载荷与侧应力对主梁产生的轴向力较小且作用方向相反，应力很小，故不计算主梁上翼缘板的静矩为=/2=10652（900-10）/2 =0.011 m3主腹板上边的切应力为=Pa=2.28 M PaA0-主梁跨端封闭截面面积点2的折算应力为=+=95.4MPa =95.4 M Pa=175 M Pa3）点3的应力为=175MPa腹板对y轴的静距为： 4）点4处的局部弯曲应力：翼缘板的实际载荷如图（5-4）所示：根据轨道与翼缘板在力作用点处位移相等的变形协调条件，得接触支撑力： 式中 a=700mm，为主梁小隔板间距； b=60

13、0mm，为主梁腹板间距； =10mm。为主梁翼缘板厚度。=0.1392，为计算系数，从书一中表7-5查取。=2.24106,轨道的惯性矩 图5-4、翼缘板实际载荷图 因此 F= =753.15N 小车轨道的高度=91mm，轨道底宽=76mm。 取翼缘板压力区长=291+50=232mm。 d=mm。 则k=232/76=3.05 ； d/b=244/6000.5 查书一表7-6得：=0.871 =0.919 则翼缘板上表面的局部弯曲应力： 纵向 =-65.6MPa； 横向 =-69.2MPa； 箱形梁翼缘板上表面还受整体弯曲应力： =95.4MPa；翼缘板受双向弯曲作用，应验算复合应力：= =

14、 =88.1MPa=175MPa轨道与翼缘板之间的接触压应力不大，一般不需演算。横隔板是轨道的支承，当小车轮位于横隔板顶上时，隔板受最大轮压，轨道的接头应尽量位于横隔板处。5.3 主梁稳定性5.3.1 整体稳定性主梁高宽比=2.5（稳定）5.3.2 局部稳定性 翼缘板=56.550，需加纵向加劲肋 翼缘板最大外伸部分=515 （稳定）腹板 =133.3320，需要设置横向加劲肋 第一条设置在距腹板受压边h1=（0.150.2）h0=120160mm取h1=150mm 第二条设置在距腹板受压边h2=（0.30.4）h0=240320mm取h2=300mm 第六章 端梁计算端梁截面已初步选定，现进

15、行具体计算端梁计算工况取满载小车位于主梁跨端，大小车同时运行起制动及桥架偏斜6.1 载荷与内力6.1.1垂直载荷端梁按修改的钢架尺寸计算，=1.4m, a=1 m, b=2 m, K=2b=4m, B=6 m, =0.5 m。a2=0.2主梁最大支承力=97837N ；因作用点的变动引起的附加力矩为零；端梁自重载荷为=606.4N/m端梁在垂直载荷作用下按简支梁计算如图6-1端梁支反力为=+=97837+0.51.18714864 =101365 N 图6-1、 垂直载荷下端梁的计算截面1-1弯矩 =- =202730N.m剪力 =0截面2-2弯矩 =a- =10136510.51.18714

16、86(10.5)297837 =197217.6N.m剪力 =- =1013651.1871486(10.5)=98719N.m截面3-3弯矩 =0剪力 =- =1013651.18714860.5=100483N.m6.2水平载荷 端梁的水平载荷有、等，亦按简支梁计算，如图所示6-2截面1-1因作用点外移引起的附加水平力矩为=54390=0N.m弯矩 =a=54391=5439N.m其中 =5439N.图6-2、 水平载荷下端梁的计算剪切力 =8803.4N轴力=5212N截面 2-2在、水平力作用下，端梁的水平支反力为=+ =8135+8803.4+5439 =22377.4N水平剪切力=

17、22377.4N弯矩为=a=22377.41.09=24391.4Am 其他内力小，不计算截面1-1的应力计算需待端梁拼接设计合格后方可进行（按净截面）截面 2-2截面角点= = =38.2MPa =175MPa截面3-3端梁支承处为安装大车轮角轴承箱座而切成缺口并焊上两块弯板8mm130mm）,端部腹板两边都采用双面贴角焊缝，取=8mm,弯板两个垂直面上都焊有车轮组定位垫板,弯板参与端梁承载工作，支承处截面如图所示6-3。1）形心= = =118.4mm 图6-3 端梁支承处截面惯性矩为=58.6106mm4中轴以上截面静矩 S=8184（205+4）=307648mm3上翼缘板静矩 =84

18、70（81.6-4）=291776mm3下翼缘板静矩 =8260（118.4-4）=237952mm3腹板中轴处的切应力为= =29.5MPa=100 M Pa端梁支承处的翼缘焊缝截面计算厚度（20.78mm=11.2 mm）比腹板厚度（8mm）大，故焊缝不需验算，截面3-3的水平弯矩小，忽略不计6.3 疲劳强度端梁疲劳强度计算只考虑垂直载荷的作用6.3.1 弯板翼缘焊缝验算截面3-3的弯板翼缘焊缝满载小车在梁跨端时，端梁截面3-3的最大剪切力为=88873.3N空载小车位于跨中不移动时端梁的支反力为=44161.25N这时端梁截面3-3相应的剪切力为=44161.25-1309.20.265

19、=43814.3N；弯板翼缘焊缝的应力为 = =16.1MPa=5.72MPa=0.355 按查的=133 M Pa，取拉伸式= = =234.8 M Pa=166 M Pa=0.0971.1；合格。 6.3.2 端梁中央拼接截面根据端梁拼接设计，连接螺栓的布置形式已经确定，可只计算受力大的翼缘板拼接截面1-1的内力为=113895.2N. m空载小车位于跨中不移动，主梁跨端的支承力为= =42519.75N这时的端梁支反力为=44161.25N端梁拼接截面1-1的弯矩为=44161.2542519.750.7-1309.21.52=63622.4N. m翼缘板的平均应力（按毛截面计算）为 =

20、35.5 M Pa翼缘板传递的内力为= =35.58470=133480N端梁拼接处翼缘板面上布置有4-mm的螺栓孔，翼缘板净截面积为=（470-421）8=3110 mm2应力=133480/3110=42.9MPa=0.27320可见，在相同的循环工况下，应力循环特性是一致的。根据A7和Q235及带孔板的应力集中等级，查得=101 M Pa翼缘板拉伸疲劳需用应力为= = =219.5 M Pa若考虑垂直载荷与水平载荷同时作用，则计算应力要大些腹板应力较小，不再计算6.4 稳定性1)整体稳定性=1.923 （稳定）2)局部稳定翼缘板 /=260/8=32.560 （稳定）腹板 /=480/8

21、=6080故不需要设置加劲肋。6.5 端梁拼接端梁在中央截面1-1采用拼接板精制螺栓连接，翼缘用双面拼接板8mm470mm450mm及8mm470mm440mm腹板用单面拼接板8mm470mm570mm,精制螺栓选用M20mm,拼接构造及螺栓布置如图（6-4）所示 图6-4、 端梁拼接构造6.5.1 内力及分配满载小车在跨端时，截面1-1的内力为剪力 =0=52478N.m；=1196.6N.m；端梁的截面惯性矩为=0.9719109 mm4=1.7757109 mm4腹板对x和y轴的总惯性矩为=2.837108 mm4=1.3843108 mm4翼缘对x和y轴的总惯性矩为=6.8817108

22、 mm4=16.372108 mm4弯板分配： 腹板 =N.m 翼缘 =36965.6N.m： 腹板 = =93.1N.m 翼缘 = =1102.7N.m水平剪切力分配剪力有上下翼缘板平均承受，一块翼缘板所受的剪切力为= =6915N；=4706=2720 mm=5978=4786轴力分配轴力按截面积分配一块翼缘板受轴力=735.9N一块腹板受轴力=579.3N6.5.2 翼缘拼接计算由产生的翼缘轴力为=61100N一块翼缘板总的轴力为=+=579.3+61100=61679.3N；拼接缝一边翼缘板上有5个螺栓，一个螺栓受力（剪切力）为=10335.9N由上下翼缘板平均承受，一块翼缘板的水平弯

23、矩为=551.4Nm拼接缝一边翼缘板上螺栓的布置尺寸为= =3，可按窄连接计算=150 mm , =4(502+1502)=100000 mm2翼缘板角点螺栓的最大内应力为=827.1N角点螺栓顺梁轴的内力和为=+=827.1+10335.9=13163N水平剪切力由接缝一边翼缘上的螺栓平均承受，一个螺栓的受力为=1383 N角点螺栓的合成内力为=13235 N选精制螺栓M20mm,孔d=21mm, =8mm一个螺栓的许用承载力为剪切=96981N承压 =2181.8=52920 N （合格）6.5.3腹板拼接计算由对腹板产生的轴力为=222.7N一块腹板总轴力为=+=222.7+735.9=

24、968.6N焊缝一边腹板螺栓平均受力，一个螺栓受力为=60.5N腹板垂直弯矩由两腹板承受，一块腹板的弯矩为=7757N.m拼接缝一边腹板上螺栓的布置尺寸为=5.53，属窄式连接 =550mm；=1102+3302+5502=423500mm2腹板角点螺栓的最大内力为=5037N腹板角点螺栓顺梁轴的内力和为=+=60.5+5037=5097.5N单剪螺栓的许用承载力=10.8175=48490.6 N （仍属合格）6.5.4端梁拼接接截面1-1的强度因拼接处螺栓孔减少了截面惯性矩，需用净截面验算强度同一截面中各板的螺栓孔对x和y轴的惯性矩为=2188（307-4）2+4（552+1652+275

25、2+3852）=2.941108 mm4=1.07805108 mm4端梁拼接处净截面惯性矩为=-=9.719108-2.941108=6.778108 mm4=-=17.757108-1.078108 =16.679108mm4全部板材的螺栓孔截面积为=218（8+10）=3024mm2拼接处净截面积为=A-=47082+59782-3024=14048 mm2端梁拼接处强度为= =24.2MPa （合格）显然，垂直载荷产生的应力是主要的。端梁计算中，载荷齐全，个别取值偏大，如小车运行惯性力仅由一侧端梁承受等，实际上要比计算结果小些。 第七章 主梁和端梁的连接主、端梁采用连接板贴角焊缝连接，

26、主梁两侧各用一块连接板与主、端梁的腹板焊接，连接板厚度=8mm，高度=0.95=0.95613=582mm,取=580mm，主梁腹板与端梁腹板之间留有2050的间隙，在组装桥架时用来调整跨度。主梁翼缘板伸出梁端套装在端梁翼缘板外侧，并用贴角焊缝（=8 mm）周边焊住。必要时可在主梁端部内侧主、端梁的上、下翼缘处焊上三角板，以增强连接的水平刚度，承受水平内力，连接构造示于表图7-1 图7-1、主梁与端梁的连接主梁最大支承力为=86180.5N连接板需要的焊缝长度为=102.3mm实际 （足够）主、端梁的连接焊缝足够承受连接的水平弯矩和剪切力，故不再计算.第八章 刚度计算8.1 桥架的垂直静刚度满

27、载小车位于主梁跨中产生的静挠度为 =（符合要求）8.2 桥架的水平惯性位移 =*(1-)+=0.27 mmX= =8.75mm（符合要求）8.3 垂直动刚度起重机垂直动刚度以满载小车位于桥架跨中的垂直自振频率来表征，计算如下主梁质量 =2075kg；全桥架中点换算质量为=0.5（2）+=2075+355=2430kg起升载荷 =78400N起升钢丝绳滑轮组的最大下放长度为=10+2-2=10 m桥式起重机的垂直自振频率为=2.07Hz（合格）8.4 水平动刚度起重机水平动刚度以物品高度悬挂，满载小车位于桥架跨中的水平自振频率来表征。半桥架中点的换算质量为=0.5=0.5（2075+355+35

28、5）=2785kg 半主梁跨中在单位水平力作用下产生的水平位移为=0.000068mm/N桥式起重机的水平自振频率为 =8.95HZHZ（合格） 第九章 桥架拱度桥架跨度中央的标准拱度值为=16.5mm考虑制造因素，实取=1.4=23.1 mm跨度中央两边按抛物线曲线设置拱度，如图（9-1）所示9-1 图9-1、 桥架的拱度1）距跨中为=的点=21.56mm2)距跨中为= 的点=17.3mm3)距跨中为= 的点=18.8mm(合格)因此，桥架结构设计全部合格。致 谢我在三个月的时间，结合了大学三年所学的专业知识，同时查阅了大量起机专业的相关资料，以及起机教研室各位老师的帮助指导，特别是安林超老

29、师的大力指导和帮助。使我对起重机械的设计有了新的较系统的认识。特别是对起重机金属结构有了较深刻的了解。在近两个月的毕业设计即将完成之际，衷心的向帮助过我，鼓励过我的老师，同学们表示感谢。首先要感谢在此次设计中给与我全程细心指导的安老师。由于本人学识水平和设计经验的缺乏，在设计的开始阶段，遇到了很多棘手的问题，在后来的设计绘图过程中，又暴露很多实际的画图问题，自己毫无经验。安老师的及时耐心有效的指导，才使我能顺利、如期的完成毕业设计。安老师渊博的知识、严谨的治学态度、高度的责任感和对我们时时刻刻的关怀之心，都深深的感染着我。、感谢同组的同学对我的帮助。最后，向毕业设计评审委员会的各位老师表示崇高

30、敬意和衷心感谢。参考文献1 武良臣,王裕清，赵俊伟.无心轴新型托辊的研制.煤矿机械，1996(4):37-382 管彤贤，潘力行.起重机典型结构图册.北京：人民交通出版社.19903 张质文等主编.起重机设计手册.北京：中国铁道出版社，19974 上海交通大学王殿臣，倪庆兴主编。起重输送图册-上册-起重机械.北京：机械工业出版社，19925 陈道南,盛汉中.起重机课程设计（第二版）.北京：冶金工业出版社.1993.6 刘鸿文.材料力学（第四版）.北京：高等教育出版社.20037 徐格宁.机械装备金属结构设计（第二版）.北京：机械工业出版社.2009附 录在近3个月的毕业设计学习中，我学到了许多

31、关于起重机的非常有用的知识。现对这3个月的学习进行以下总结： 首先，在前期的设计计算过程中，温习了以前所学的所有相关知识，特别是起重机金属结构方面的专业知识，并对所学的知识进行了巩固。在设计计算的过程中，碰到了一些疑难问题和自己以前没有注意到的知识点，在指导老师的耐心指导和讲解，同时经过自己的不懈努力，最终顺利的解决了这些问题。在规定的时间内完成了前期计算和设计工作。 其次，在绘图过程中采用多种绘图方法。通过手工绘图，使我对手工绘图基本功有了进一步的加强，同时对手工绘图的技巧更加熟练。通过运用AUTOCAD绘图软件绘制CAD图形，是我熟练掌握了AUTOCAD的使用方法和技巧，特别是快捷键的应用

32、。这使我能够高质量、快速的完成自己的绘图任务。 在这次起重机金属结构设计过程中，我查阅了大量的相关资料，掌握了许多新知识和新方法，使自己的专业知识得到了一定的扩充，特别是一些课本上没有介绍的知识。我对目前的起重机的发展情况以及以后的发展有了进一步的认识，并掌握一些最新技术和设计理论。在设计的过程中，也发现了设计存在的一些问题。由于缺乏相关的生产实践知识，自己的设计与实际生产有冲突，在实际生产或加工有难度。因此在以后的工作和学习中需注意细节问题。 通过这次毕业设计，使我收获颇多。在设计中培养了大家的团队合作精神，遇到问题大家集体讨论进行解决。这对于即将走向工作岗位的新人是一个很好的培训和锻炼，同时这次设计将对今后工作和学习打下坚实的的理论知识基础。