800吊篮标准悬挂机构(前3米后6米)的受力分析(采用变形协调方程计算)

1800型吊篮悬挂机构（前3m、后6m）受力分析计算说明书雄宇重工集团股份有限公司江南大学机械工程学院吊船工程机械研究所2目录1.1悬挂机构载荷.................................31.2悬挂机构整体分析.............................41.3悬挂机构分部分析.............................51.3.1AB的组合应力校核.........................................................................................51.3.2AB杆稳定性校核.............................................................................................71.3.3BD的杆的校核..............................................................................................81.3.4BC的杆的校核............................................................................................101.3.5CG的杆的校核（受拉力）........................................................................111.4钢丝绳悬挂架销轴的强度校核..................111.4.1剪切强度校核................................................................................................111.4.2挤压强度校核................................................................................................121.5钢丝绳的安全系数............................121.5.1LP800吊篮钢丝绳校核.................................................................................121.5.2LP800吊篮钢丝绳安全系数校核.................................................................121.6综述........................................1331.1悬挂机构载荷新型悬挂机构结构简图如下图所示，E点处为支撑点，G点处为配重块，A点为吊篮吊点位置。吊篮对A点的拉力通过拉攀钢丝绳传导到ADC，即A的拉力传导了悬挂机构的后端，增加了整体悬挂机构的安全性。对该悬挂机构受力进行简化得，E点为铰支座，G点为配重块，为固定铰支座。其中吊篮载重为800kg，自重为579kg，配重块为900kg。具体载荷计算为（1）钢平台自重：425kg（按3节×2米=6米）（2）钢丝绳：50kg（按长度100米×2根×25kg）（3）安全绳：50kg（按长度100米×2根×25kg）（4）电缆线：30kg（按长度100米）（5）重锤：24kg（12kg×2）（6）额定载荷：800kg又因两个悬挂机构吊一个吊篮，故单一悬挂机构的A吊点受力为kP2579080003.16895=8964N。式中k为自重系数，为1.3。杆AB=3000㎜，BD=1092㎜，BC=6000㎜，AD与AC的夹角为4=20°CD与AC的夹角为3.10)6000/1092arctan(°该悬挂机构用Q235B材料。由试验可得，在悬挂机构拉攀绳预紧力为4000N的情况下，单悬挂机构A点受力6895N，其拉攀绳受力'P为15108N。1.2悬挂机构整体分析因该悬挂机构在ADC之间使用拉攀绳固定，故可对该悬挂机构ADCE作整体分析，其受力简图如下所示根据静力平衡得0yF，EPGN0EM，PABGBC式中G为配重块处对C点的拉力，不是实际配重块的重力。得G4482N，EN13446N，已知前腿底部E点落在楼板面上的面积为5S=）（9272-100802=27522mm式中，前支腿采用2个801004的方管支撑楼面。得前腿底部E点楼板面压为=EkNS前楼6.4MPa式中k为自重系数，为1.3。已知每块配重为25Kg，故仅需18块配重即可满足悬挂机构的平衡，但为了确保悬挂机构的安全，按照2倍安全系数来配置配重块数量，配重块也仅需36块。现在需选用36块配重压在悬挂机构的末端，保持悬挂机构的安全。后腿支架上所有36块配重的总重量为'250369000GN后腿支架采用2个801004的方管支撑楼面，故其和楼面接触面积为)2)(2(tbtaabA=13762mm其对楼面的压应力为AGk2后楼=1376290003.1=4.3MPa式中k为自重系数，为1.3，后腿下端有2个方管。1.3悬挂机构分部分析1.3.1AB的组合应力校核取AB为研究对象，其基本受力分析如下图所示，需通过变形协调方程计算拉攀绳受力大小。如下图所示为悬挂机构受力和变形示意图，前支撑B点为铰支撑，主梁ABC为外伸梁。TABCPTTTD6（a）悬挂机构总体变形图（b）空载时局部变形图（c）满载时局部变形图吊篮悬挂机构受力模型及变形图空载时，即悬挂机构吊点A处受力P=0N，拉攀钢丝绳的张力等于预紧力，预紧钢丝绳初始伸长和前梁向上弯曲扰度分别为EALTLoo；2sin3ooTwaabEI（1）E为弹性模量，A为钢管截面积，由图2（b）可知变形协调方程为：sinoowL（2）钢管未预紧时短缺距离，即为钢管原长端点到前梁为未受力时端点A的距离。（1）代入（2）得IbaaALETo3)(2（3）满载时如图2（c），钢管总伸长L和前梁向下弯曲挠度w分别为：EATLL；2sin3PTwaabEI（4）由图2（c）可知变形协调方程：sinLw（5）（3）、（4）代入（5）简化后得钢管最终张力T为：1sinoTTPk30027N；IbaaALk3)(12=1.007;（6）ow0LAwLA7式中：0T为钢丝绳预紧力，通过现场试验一般取4000N；为钢丝绳和吊点横梁的夹角，为20°；k为系数；L为拉攀钢丝绳总长，为2222ABBDBCBD=9292mm；AB为吊点离支撑点的距离，可知AB=a=3000mm；BC为配重后支撑点离前支撑点的距离，可知BC=b=6000mm；BD为悬挂机构上支杆的高，为1092mm；A为钢丝绳的截面积，直径为8.3mm，截面积为54.122mm；前梁弯曲力为Q由下式计算：sinQPT（7）20sin300278964Q=1306N前梁最大应力发生在B截面，为拉弯组合，其值为：coscosZZMTQaTWSWS（8）137620cos300273989130001306=119MPa215MPa其中所选用的801004mm的方管，SWIZ,,分别为前梁截面惯性矩、抗弯模量和截面面积：12)2()2(333tHtBBHI=19945394mm；2/hIWZ=398913mm；)2)(2(tHtBBHS=13762mm（9）根据《钢结构设计规范》第3.4.1节的要求Q235钢的抗拉、抗压和抗弯的设计值为215MPa1.3.2AB杆稳定性校核因杆AB长度达3米，受力轴向力为TcosxBF20cos30027=28216N故要考虑压杆稳定的问题8对于Q235，取206EGPa，200pMPa，根据欧拉公式的柔度界限值p为962061010020010ppE压杆柔度为li≈158得＞p为长度因数，=2；i为压杆横截面对中性轴的惯性半径，iIS=38；I为压杆惯性矩，12)2()2(333tHtBBHI=1994539㎜4；S为压杆横截面积，)2)(2(tHtBBHS=13762mm；式中B为方管长，为80㎜，H为方管宽，为100mm；t为方管厚，为4㎜；l为杆AB长。可知该杆件适用于欧拉公式，即，其校核公式为22Ecr=22158210000=83MPa压杆的工作应力为FS=21MPa故，其稳定安全系数为crn=4.03满足要求。1.3.3BD的杆的校核取BD为研究对象，受力分析如下图所示：9钢丝绳的拉力为30027TN，钢丝绳与水平杆的夹角=20°，3.10，BD=1092mm，根据静力平衡得0xF，coscosBxTTF0yF，sinsinByTTF0BM，'cos'cosBPBDMPBDBxF1326N，ByF15639N，BM729084N·㎜杆BD的实常数为80×100×4㎜，其抗弯模量zW为：HtHtBBHWz6)2()2(33≈39891㎜3在杆BD的危险截面B端，其弯曲应力为BDzMW弯≈18.3MPa215MPa可求其压杆柔度为li≈57.5p=100式中，为长度因数，=2；l为杆BD长.可知该杆件为小柔度压杆，不适用于欧拉公式，使用强度校核，其压应力为104.11137615639SFByBD压MPa215MPa综上所述杆BD是安全可靠的。1.3.4BC的杆的校核如图所示，其钢丝绳的分力对BC杆的压力为F，根据第1.2节计算得钢丝绳拉力为T为30027N，则F=Tcos10.3°=29543N。因杆长度达6米，故要考虑压杆稳定的问题，已知BC杆的材料实常数为80×100×4㎜Q235的柔度界限值p=100压杆柔度为li≈158p可知该杆件适用于欧拉公式。即，其校核公式为22Ecr=22158210000=83MPa压杆的工作应力为FS=21MPa故，其稳定安全系数为crn=4.03满足要求。111.3.5CG的杆的校核（受拉力）CG杆主要起到抗倾覆的作用，其受拉力，根据抗倾覆公式PaLGk,=3000896460009000=2.12式中k为抗倾覆系数；'G为单悬挂机构配重的总重量（9000N）；P为单悬吊机构吊头承重（8964N）；a为承重钢丝绳中心到支点间的距离，为AB=3000㎜；L为配重中心到支点间的距离，为BC=6000㎜。CG杆承受的最大拉力为配重的总重力，为'GSG拉CG=13769000=6.5MPa＜=215MPa1.4钢丝绳悬挂架销轴的强度校核需要对钢丝绳悬挂架销轴进行剪切和挤压强度校核。已知销轴的材质为45钢。轴径30㎜，查钢材手册得45钢的S=355MPa，安全系数2f，得许用拉压应力、剪切应力和挤压应力分别为177.5SfMPa0.577205MPa1.8425PMPa1.4.1剪切强度校核已知销轴所受剪切力SF=18KN，销轴的截面积为24Sd=706.5㎜2，销轴所示剪切应力为SFS2=12.5MPa121.4.2挤压强度校核已知销轴所受挤压面积'8030S/2=1200㎜2，其挤压应力为7.5MPa2'PPSP故满足强度要求。1.5钢丝绳的安全系数1.5.1