造船用门式起重机主梁设计说明书

机械结构实践课程设计说明书姓名宛敏超学号1310321学院机械与能源工程专业机械电子工程前言本次机械结构实践课程中，我的任务是造船用设计门式起重机的主梁结构。由于起重机总体尺寸以及总体重量相当之大，而且它需要承受大的载荷作用，因此需要在满足其强度、刚度等条件的前提下，尽量减小其重量，以节约成本。本设计说明书中主要包括设计依据的数据，主梁的金属材料选取，主梁截面以及尺寸的选取，主梁载荷计算，主梁内力计算，主梁强度、刚度、稳定性验算，加劲肋的设置，主梁翼缘板与腹板的连接等内容。由于在大型起重机的设计上缺乏经验，设计说明书中可能存在不妥之处，恳请读者批评指正。目录前言一、给定数据....................................................................................1二、主梁设计计算............................................................................11.金属材料选择.........................................22.主梁几何尺寸和几何特性...............................23.主梁载荷计算.........................................54.主梁内力计算........................................105.主梁强度、刚度、稳定性验算..........................166.主梁翼缘板和腹板的连接..............................25参考文献........................................28机械结构实践课程设计1一、给定数据起重量Qm：300t；起升高度H：50m；跨度S：100m；悬臂长度L：30m；支腿轴距B：20m；额定起升速度qv：4.5m/min；运行速度：大车1yv=36m/min，小车2yv=33m/min；工作级别：5A。造船用门式起重机各结构的质量：主梁：zm=450t；刚性支腿：gm=200t；柔性支腿：rm=200t；下横梁：xm=100t；小车：xcm=150t；吊具：dm=7t；司机室：sm=3t；行走机构：xzm=150t；电气集中质量：dqm=20t。二、主梁设计计算造船用门式起重机金属结构可以做成箱型实腹结构，也可以做成桁架结构。虽然桁架式结构质量较轻，但是它存在制造工作量大、维修保养不便等缺点，箱型金属结构的门式起重机得到了广泛应用。本设计中采用箱型实腹金属结构,做成单梁结构。机械结构实践课程设计21.金属材料选择由于造船用门式起重机的载重量大、跨度大，为了减轻结自重，同时提高结构的承载能力，选择高强度结构一般选用Q345或高强度船用钢板DH32。Q345因环境温度不同，分为B、C、D、E等级别，其屈服强度因板厚而异，但是其中等厚度板常存在夹渣、夹层等缺陷。因此此设计中选用高强度船用钢板DH32（GB712-88）（中国船级社标注为ZCD32），这种材料的屈服强度为s315N/mm2,抗拉强度b为460590N/mm2，其对应的焊条牌号为：①手工焊E5015；②埋弧自动焊H10Mn2G（焊丝）+HT331（焊剂）。2.主梁几何尺寸和几何特性主梁采用组合梁的形式，此设计中选择箱形截面，它由腹板和翼缘板组成，其截面如图1所示。①主梁几何尺寸图1主梁截面机械结构实践课程设计3造船用门式起重机的主梁高度由静、动刚度条件来确定。通常，梁高取为11812hS（）将=100mS带入上式，得(12.58.3)mh，取8.3mh对于腹板，按经验公式决定板厚：=7+3(mm)h将数据带入上式，可得7+38.3=31.9mm式（2）算出的板厚偏大，设计中取30mm箱形梁翼缘板的宽度（两腹板间距）按照整体稳定和水平刚度要求确定，取为0/3bh，带入数据得08.3/3mb，取03.4mb，则翼缘板的总宽度为：0240mmbb，带入数据，得3400230403500mmb受压翼缘板的厚度按照局部稳定条件确定：0050235sb代入数据，得078.72mm，取080mm。因此，翼缘板间距002hh机械结构实践课程设计4代入数据，得083002808140mmh。②主梁几何特性截面面积：002()Sbh2=28+8143=11504cm（350）静矩：0002()2xSbh3823508(814)25532800cm002()22ybSh3340328143()221012536cm惯性矩：33200000112[()]2121222xhIhbb332411814838142[3508()1212228350]21854101419cm3320000112[()]2121222ybIbhh332411340383502[8143()1212223814]2230821018cm抗弯截面系数：机械结构实践课程设计5max318541014198301854101cmxxIWymax3230821018350659488cmyyIWx3.主梁载荷计算①主梁单位长度重量02zmgqSL3450109.810023027562.5N/m=275.62N/cm所以，主梁单位长度重量为10qq式中，1——起升冲击系数，11,00.1，取11.0。所以，1.0275.62275.62N/cmq。②移动载荷(小车轮压)单主梁小车有两个垂直车轮轮压，即'2()xcQdPmmmg机械结构实践课程设计6考虑到动力效应以轮压的形式作用在主梁上，小车轮压可按下式计算：122()xcQdPmmm式中，2——起升动载系数，22min2=+qv；qv——额定起升速度，单位为m/s。查表3-1，选择起重机起升状态级别为3HC，相应的，20.51，2min1.15，则21.150.514.51.19，代入式中，得123332()1.0150109.81.19(30010710)9.85050234NxcQdPmgmmg所以，小车轮压2525117NP③大车制动产生的惯性力A．主梁自重引起的惯性力0(1)zzdgmgBPHBB式中，——车轮沿轨道的静摩擦系数，一般取=0.14；0BB、——图中所示的尺寸。将数据带入上式，得30.14450109.865020(10.14)20=284953NzdgP化为均布载荷，有机械结构实践课程设计722849531002301780N/mzdgzdgPqSLB.货物和小车自重引起的惯性力假设此力作用在支腿的2H处，那么其大小为0xc3+(1)0.14(1503007)109.8650/220(10.14)20=228001NxcQddgmmmgBPHBB（）C.支腿自重引起的惯性力同样假设支腿自重产生的惯性力作用在支腿的2H处，则其值为03(1)0.14200109.8650/220(10.14)20=99781NggdgmgBPHBB④小车制动时由于货重和小车自重引起的惯性力()2xcQdxgxmmmgPP机械结构实践课程设计8式中，xP——小车主动轮静轮压之和，在此设计中，有()2xcQdxmmmgP。将各数据带入式中，得3(1503007)109.80.142313502NxgP⑤风载荷假设设计的造船用门式起重机工作在沿海地区。A．作用在起重机吊运物品上的工作状态最大风载荷=1.2WQQPPAⅡⅡ式中，PⅡ——起重机工作状态最大风压，查表3-9，得2250N/mPⅡ；QA——吊运物品的最大迎风面积，查表3-10确定，2=75mQA。将数据带入上式，得=1.225075WQPⅡ=22500NB．作用在主梁上的风载荷（沿轨道运行方向）z11=WzPCPAⅡⅡ式中，C——风力系数，由表3-11确定，1.85C；1zA——主梁沿轨道运行方向的迎风面积，21=(2)(100230)101600mzASLh。将数据带入上式，得机械结构实践课程设计91=1.852501600740000NWzPⅡ将作用在主梁上的风载荷化为均布载荷，有11=27400001002304625N/mWzWzPqSLⅡⅡC．作用在主梁端部的风载荷z22=WzPCPAⅡⅡ式中，C——风力系数，由表3-11确定，0.8C；2zA——主梁沿轨道运行方向的迎风面积，22=3.51035mzAbh。将数据带入上式，得2=0.8250357000NWzPⅡD．作用在支腿上的风载荷=WggPCPAⅡⅡ式中，C——风力系数，由表3-11确定，1.85C；gA——主梁沿轨道运行方向的迎风面积，2=20501000mgA。代入上式，得=1.852501000462500NWggPCPAⅡⅡ机械结构实践课程设计10化为均布载荷，得=462500509250N/mWgWgPqHⅡⅡE．作用在小车上的风载荷=1.22508024000NWxcxcPCPAⅡⅡ⑥碰撞载荷由于起重机水平运行速度10.6m/s0.7m/syv，因此小车对缓冲器产生的缓冲碰撞力即碰撞载荷不需要考虑。4.主梁内力计算计算主梁的内力时，将门架当作平面静定结构进行分析。A．在门架平面的垂直面内①主梁均布自重引起的内力主梁自重引起的内力的计算简图和内力图如图所示。支反力()210027562(30)22205040NABSFFqL机械结构实践课程设计11剪力2756230826890NLRDCQQqL1212756210021378150NRLDCQQqS弯矩221212756230212403350NmCDMMqL222221()24110027562(30)2422050400NmSSMqL②移动载荷引起的主梁内力移动载荷取为小车轮压，即122525117NPPP，分别计算小车位于跨中和悬臂端时的主梁内力。a．小车位于跨中时：弯矩机械结构实践课程设计12212max122[()/]4()/[25251172525117(10010)/100]4(25251172525117)/100113945904NmPPSKSMPPS最大弯矩作用位置1212()/2()/25251172525117(10010)/1002(25251172525117)/10047.5mPPSKSxPPS支反力12()ASxSxKFPPSS10047.52525117100100(47.510)25251171002398861N12BAFPPF2525117252511723988612651372N剪力2398861NDAQF2651372NCBQFb．小车位于悬臂端时支反力机械结构实践课程设计1312()/()/AFPSLSPSLKS2525117(10030)/1002525117(1003010)/1006312792N12-/-)/BFPLSPLKS（252511730/1002525117(3010)/1001262558N剪力1262558NRCDQQ1262558631279