SC200200施工升降机结构设计计算书

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1、SC200/200施工升降机结构设计计算书 机械厂32一、受力分析：根据该机的使用工况，出现的载荷有：工作载荷、风载荷以及自重载荷，最不利的载荷组合为：升降机超速运行且载荷的吊笼宽度外偏放置，风载荷沿平行于建筑物方向吹来。最不利工况为一个吊笼运行至上极限位置，另一个吊笼在底部的情况。(如图一所示)二、立柱几何特性计算1、立柱标准节构造立柱标准节构造为：以四根764mm无缝钢管(材料为Q235)为主肢，成正方形截面650650mm布置，以8根26.82.75mm钢管(材料Q235)及8根L75505mm角钢(上、下框架)和四根L75505mm角钢(中框架)为连缀件焊接而成。(如图二所示)2、主肢

2、截面积Ao=(D2d2)4式中 Ao主肢截面面积(mm2)D主肢钢管外径(mm)d主肢钢管内径(mm)已知：D=76mm d=68mmAo=(D2d2)= (762682)=904.78mm23、立柱截面形心位置因为立柱截面为对称结构，所以立柱截面形心位于立柱截面几何中心位置，(xc、yc)为形心坐标。4、一根主肢截面惯性矩。Io=( D4d4)式中Io为一根主肢对通过形心坐标轴的惯性矩(mm4)D=76mm， d=68mmIo=( D4d4)= (764684)=588106.14mm45、立柱标准节对形心轴X轴、Y轴的惯性矩Ix=4Io+4YcA=4588106.14+3252904.78

3、4=384621974.6mm4Iy=Ix=384621974.6mm46、立柱截面面积A=4Ao=4904.78=3619.12mm27、立柱截面对形心轴的回转半径rx= rx对形心x轴的回转半径。ry= ry对形心y轴的回转半径。Ix=Iy=3846=1974.6mm4 A=3619.12mm2rx=ry=326mm8、连缀件截面面积。26.82.75mm钢管截面面积Ag=(D2d2)= (26.8221.32)=207.78mm2L63405 mm角钢截面面积 Fg1=499.3mm2L75505 mm角钢截面面积 Fg2=612.5mm29、边缀件截面惯性矩26.82.75mm钢管截面

4、惯性矩Ig=( D4d4)= (26.8421.34)=15218.76mm4L63405 角钢截面惯性矩Ig1x=20.02cm4 Ig1y=6.31cm4截面面积 Ag1=4.993cm2L75505 角钢截面惯性矩Ig2x=34.86cm4Ig2y=12.61cm4截面面积 Ag2=6.125cm2三、载荷计算(如图三所示)1.升降机载荷作用于升降机的垂直载荷有驱动机构自重 P驱=659(10N)吊笼自重P笼=1070(10N)额定提升载重量 P载=2000(10N)考虑动载、超载因素则系统计算载荷P=K1P驱+ K1P笼+ K1K2P载式中K1动载系数K1=1.2K2超载系数K2=1.

5、1P=1.2659+1.21070+1.21.1100=4186.8(10N)由设计图纸可计算得齿条简化中心到同侧立柱管中心的距离为:L1=56mm同侧立柱管中心到标准节形心的距离为： L2=325mmL=L1+L2=56+325=381mm载荷对立柱形心产生弯矩Mc为Mc=K1P驱(L驱+L)+ K1P笼(L笼+L)+ K1K2P载(L载+L)=1.2659(170+381)+1.21070(730+381)+1.21.1(950+381)1600=4673.3268(10Nm)因此可知:作用于立柱顶端的载荷有:轴压力P=4186.8(10N)弯矩Mc=467.3268(10Nm)吊笼风载荷

6、 P风下面计算P风2.吊笼风载荷P风(通过吊笼上的滚轮作用于立柱上)P风=CwqAL式中Cw风力系数 取Cw=1.5 q标准工作风压 q=(10N/m2)结构充实率 =0.4AL升降机外轮廓面积 AL=34.198=12.594M2P风=1.5250.412.594=188.91(10N)3.导轨架风载荷按下式计算 FW=CwqAL式中Cw=1.2q=25(10N/m2)=0.4AL=H(0.65+0.076)=0.726H m2风载荷沿整个导轨架高度均匀布，按单位高度计算风载荷：q= =8.712(10N/m)即q=8.712kg/m四、结构内力计算1.计算简图根据结构受力情况，导轨架可简化

7、为多跨连续梁，并运用多跨连续梁的三弯矩方程求解结构内力及支反力，为此将各支点用铰代替，为与厚结构等效，用弯矩M0，M1M16作用于顶端以保持其平衡。(如图四所示)。2列方程求内力对第16点取弯矩(如图五所示)，由平衡条件(M16=0)得Mc+ P风L+qL2+M16=0M16=(Mc+ P风L+qL2)式中:Mc=4673326.8(10Nmm)=4673.3268(10Nm)P风=188.91(10N)L=9mq=8.712(10Nm)M16=(4673.3268+188.919+8.71292)=6726.3546(10Nm)对于支点15,运用三弯矩方程，得：(如图六所示)M16L+2M1

8、5(L+L)+M14L=qL3即：M16+4M15+M14=352.35同理可得: M15+4M14+M13=352.35M14+4M13+M12=352.35M13+4M12+M11=352.35M12+4M11+M10=352.35M11+4M10+M9=352.35M10+4M9+M8=352.35M9+4M8+M7=352.35M8+4M7+M6=352.35M7+4M6+M5=352.35M6+4M5+M4=352.35M5+4M4+M3=352.35M4+4M3+M2=352.35M3+4M2+M1=352.35对于支点1,运用三弯矩方程:M2L+2(L+L0)M1+M0L0=q(

9、L3+L03)式中L=9mL0=6m即：9M2+30M1+6M0=8.7(93+63)=2055.375化简得：3M2+10M1+2M0=685.125由支点0的平衡条件(0点转角为零)，得=+=03M1+4M0=78.4解联立方程组：M16=6550.1748M16+4M15+M14=352.35M15+4M14+M13=352.35M14+4M13+M12=352.35M13+4M12+M11=352.35M12+4M11+M10=352.35M11+4M10+M9=352.35M10+4M9+M8=352.35M9+4M8+M7=352.35M8+4M7+M6=352.35M7+4M6+

10、M5=352.35M6+4M5+M4=352.35M5+4M4+M3=352.35M4+4M3+M2=352.35M3+4M2+M1=352.353M2+10M1+2M0=685.1253M1+4M0=78.4将M16=6726.3546代入下式，得M15=0.25M14+1593.5并依次代入下式，得M14=518.89M13=0.268M12+44.61M12=0.268M11106.37M11=0.268M1065.91M10=0.268M976.75M9=0.268M873.85M8=0.268M774.62M7=0.268M674.47M5=0.268M474.46M4=0.268M

11、374.46M3=0.268M274.46M2=0.268M174.46M1=0.21750.211.78M0=28.19解出M0并代入以上各式，得：(单位10Nm)M0=15.81M1=46.78M2=61.69M3=57.93M4=58.94M5=58.67M6=58.75M7=58.68M8=58.90M9=58.06M10=61.19M11=49.51M12=93.10M13=69.56M14=537.44M15=1727.86M16=6726.35463求各支座反力(由图五、图六)R16= R16 + R16 由图五所示，由MA=0，得R16L+M16+McqL2=0R16=qL如图

12、六所示，由M15=0，得：R16 L+M16qL2M15=0R16 1=qL+R16= R16 + R16= qL+将q=8.712 10N/m M15=1727.86 10N/m M16=6726.410N/m Mc=4673.3268 10N/m代入上式，得R16=8.7129+=1245.9(10N)对于1点 R1= R 1+ R 1其中R 1=+8.712 9R 1=+8.712 6R1= R1+ R1=+8.7127.5 =42.86(10N)对于其他各点(除O点外)，可用下面方法求出支反力(如图七、八、九所示)如图七，由Mn+1=0，得：RnL+MnMn+1qL2=0Rn=+qL如

13、图八，由Mn-1=0，得RL+MnqL2Mn1=0R=+qLRn=Rn+Rn=+qL(n=2，3，15)对于O点，如图九所示，由M1=0，得：RoLo+MoqLo2M1=0Ro=qLo+=8.7126+ =20.98 10N将Mo、M1、M2M16及qL值代入以上两式，可计算得出各点支反力：(Rn为该支点上临界支反力) (Rn为该支点下临界支反力) 单位(10N)R16=1245.9R16=267.3 R16=978.6R15=1112.7R15=-900.2 R15=-212.5R14=397.54R14=290.9 R14=106.64R13=-7.12 R13=-28.24 R13=21

14、.12R12=101.31R12=57.27 R12=44.04R11=72.36 R11=34.36 R11=37.90R10=80.05 R10=40.50 R10=39.55R9=77.96 R9=38.85 R9=39.11R8=78.51 R8=39.29 R8=39.22R7=78.38 R7=39.18 R7=39.20R6=78.42 R6=39.21 R6=39.21R5=78.37 R5=39.20 R5=39.17R4=78.55 R4=39.23 R4=39.32R3=78.00 R3=39.10 R3=38.9R2=80.48 R2=39.62 R2=40.86R1=

15、42.86 R1=27.15 R1=15.17Ro=20.984、绘制内力图绘制弯矩、剪刀、轴力图(如图十、图十一、图十二所示)5、最大内力位置从以上内力图，可以看出，最大弯矩、最大剪刀发生在第16点处，在16点处，Mmax=6726.4(10N.m)Qmax=1245.9(10N)最大轴力发生在导轨架根部 Pmax=17886.8(10N)五、整体稳定性校核由弯矩、剪刀图可以看出，第15个附着点以上这一段受力最大，所以应对这一段危险截面进行整体稳定验算，另外，由轴力图可以看出，导轨架根部轴心压力最大，也应对底部进行验算。1、对第16点进行稳定性验算。 计算简图，(如图十三所示)，Pc 该处弯

16、矩M=6726.4(10N.m)Mc 轴力 N=5008.8(10N)a、相对偏心率x计算。9mx= = 16式中：A标准节截面面积9m A=3619.12mm2Ix标准节截面对x轴的惯性矩15 Ix=384621974.6mm4b标准节截面最外点到形心距离图十三b=+=363mmx=4.59b、换算长细比h计算已知该段长度 L=18m计算长度 Lo=L与结构支承型式有关的系数查钢结构表5-4，得=1.35Lo=1.3518=24.3m长细比 x=rx截面对x轴回转半径 rx=336mmx=74.5得换算长细比 hx=式中：hx换算长细比A标准节截面面积 A=3619.12mm2A1x标准节截

17、面中垂直于x轴的各斜腹杆面积和 A1x=23.14(26.8221.32)/4=415.56mm2 hx=76.8即hx=76.8由x=4.59及hx=76.8查钢结构附表12，知pgx=0.152c、计算整体稳定应力x=9.11(10N/mm2)x=9.1117(10N/mm2)=第16点整体稳定性满足2、对导轨架根部进行整体稳定验算(如图14所示)因为根部轴力较弯矩的影响较大，故忽略弯矩造成的偏心作用。O点截面轴心力为 N=Pc+q自L=4186.8+137100=17886.8(10N)P长细比 x=9m =6.76(其中Lo=L，=1.47)1换算长细比6mhx=0 = =19.85图

18、十四近似按轴心压杆验算整体稳定查表得，=0.9813稳定应力=5(10N/mm2)=517(10N/mm2)=可见导轨架根部亦满足整体稳定。六、刚度验算因导轨架截面为正方形650650mm，所以在x方向刚度与y方向刚度近似相等，所以在y方向上刚度亦满足要求。七、局部稳定性计算仍然对16点及o点截面进行局部(单肢)稳定性验算。1、16点处截面计算计算单肢内力在该截面上内力：轴压力 P=5008.8(10N)弯矩 Mmax=6726.3546(10Nm)该截面上，单肢轴压力N单压=+ 单肢轴拉力P单拉=h立柱截面单边长，h=6540mm则N单压=+=6426.3(10N)则N单拉=3921.9(1

19、0N) (此处负号表示拉力)单肢回转半径计算r单=I单单肢惯性矩Io Io=588106.14mm4A单单肢截面积Ao Ao=904.78mm2则r单=单肢长细比计算单=r单单肢计算长度，近似取标准节两角钢框之间净距，两端近似视为铰接。=1 L单=Lo=700mm单=27.45查表得稳定系数 =0.96465校核单肢应力单拉=4.33(10N/mm2)单压=7.36(10N/mm2)可见单肢拉应力，单肢压应力均小于因此，16点处截面局部稳定满足。2、导轨架根部(即o点)局部稳定校核。回该处轴力影响远大于弯矩影响，所以可忽略弯矩影响，只校核轴力造成的影响。在导轨架底部Nmax=17886.8(1

20、0N)N单=4471.7(10N)则= =5.1(10N/mm2)即=5.117(10N/mm2)=因此可见，导轨架根部的局部稳定亦满足。八、导轨架连缀件计算由计算可知，导轨架最大剪力发生在第16点处。 Q=1245.9(10N)(参照图二所示)，剪力作用线为y轴方向 杆长 L1=776.3mm L2=841.5mm L3=879.7mm1、当附着力作用于标准节上端时，剪力作用到杆2上的力为：N2=943.9 10N杆2为26.82.75mm钢管I=(D4d4)= (2.68421.34)=15218.8mm4A=(D2d2)= (2.68221.32)=207.78mm2r=8.56mm将杆

21、2简化为两端铰支 (=1)杆2的长细比=98.3查表得稳定系数 2=0.615则杆2应力：=7.39(10N/mm2)可见杆2满足稳定条件。2、当附着力作用于标准节下端时，则剪力作用到杆3上的力N3=987.7 10N杆3长细比=102.8查表得 =0.5854则3=8.12(10N/mm2)可见杆3亦满足稳定条件。3、验算标准节横角钢强度。将角钢与立柱管的联接简化为固接，则载荷通过齿条作用于角钢，如图十五所示：a=152Pb=422574图十五假设载荷Pc由三组角钢框共同承担，则每根角钢上的载荷为：P=1395.6(10N)由P引起的弯矩M=60725(10N.mm)验算最小角钢 L6340

22、5mm又Wmin=4.74cm3=4740mm3则max=12.81(10N/mm2)可见，标准节框架角钢安全。九、标准节联接螺栓计算。立柱标准节联接螺栓为8.8级高强螺栓M24230MM螺栓与被联接件之间受力及变形关系见图十六,图中：F2工作拉力FF预预紧力F总F残被联接件在承受F预F2 工作拉力后的残余预紧力。F残取F残=0.8F2图十六F总螺栓受到的总拉力F总=F2+F残=F2+0.8F2=1.8F2又F2=3921.9 (10N)F总=1.8F2=7059.42 (10N)M24螺栓(8.8级)许用拉力 F许=29900 (10N)十、附着装置计算附着装置简化图(如图十七所示)下面验算

23、几个弱点：1、A、B处螺栓剪力2、杆1、2、33、杆4、5(一)取Q=1245.9(10N)验算A、B处螺栓(各有两个受剪面)分别对A、B取矩，由M=0得：MA=0，得： Q476+FB338=0MB=0，得： Q476FA338=0得：FA=1754.6 (10N) 拉 FB=-1754.6 (10N) 压A、B处螺栓为M2070mmA=B=2.79(10N/mm2)1010N/mm2=可见A、B两处螺栓安全。(二)验算标1、2、31、计算杆1受力对D点取矩，由MD=0，得：Q2486F1L1D=0式中：Q=1245.9(10N)F1杆1所受力L1DD点到杆1距离，由设计图纸可计算得：L1D

24、=1261mmF1=2456(10N) 拉2、计算杆3受力对E点取矩，由ME=0，得：Q1476+F3L3E=0式中：F3杆3受力 L3EE点到杆3距离，L3E=505mmF3=3641.5 (10N) 压3、计算杆2受力对O点取矩(O点为杆1、杆3中心线交点)。由Mo=0，得：F2L20+Q800.6=0式中：F2杆2受力 L200点到杆2距离 L20=661mmF2=1509 (10N) 压4、计算60404对其弱轴的r、32 40(如图十八所示)I=(6040352323)=178005mm452A=40603252=736mm260图十八r=15.55mm又由几何关系可求得：L1=L3

25、=1089mmL2=1388.4mm下面计算杆1、2、3应力(全部简化为铰接)杆1、 =3.34(10n/mm2)17杆1安全。杆2、2=89.3查钢结构，得：2=0.67392=3.04(10N/mm2)=17标2安全杆3、 3=70查表得：3=0.7893=6.27(10N/mm2)杆3亦安全可见杆1、2、3均安全。(三)验算杆4、杆5杆4、杆5形成一个力偶，与Q形成的力矩平衡。由M=0，得：F4.51488Q3200=0式中：F4.5杆4、杆5所受力 杆4受拉，杆5受压F4.5=2679.4(10N)由设计图纸知标4、标5为764mm管，杆长L4=L5=725mmA4.5=(762682)=904.78mm2I4.5=(D4d4)=588106.14mm4r=25.5mm4=29.6(10N/mm2)杆5为压杆=28.4查表得，稳定系数 =0.9625=3.08(10N/mm2)可见杆4、杆5均安全。