金属结构设计

《金属结构》课程设计说明书专业：起重运输机械设计与制造班级：姓名：学号：指导教师：安林超日期：2012年10月第一章绪论桥式起重机是桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器，带动卷筒转动，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒放下，以升降重物。小车架是支托和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架，通常为焊接结构。起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮，如果起重量很大，常用增加车轮的办法来降低轮压。当车轮超过四个时，必须采用铰接均衡车架装置，使起重机的载荷均匀地分布在各车轮上。桥架的金属结构由主梁和端梁组成，分为单主梁桥架和双梁桥架两类。单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主梁的结构类型较多比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁，自重较小，但制造较复杂。四桁架式结构由四片平面桁架组合成封闭型空间结构，在上水平桁架表面一般铺有走台板，自重轻，刚度大，但与其它结构相比，外形尺寸大，制造较复杂，疲劳强度较低，已较少生产。空腹桁架结构类似偏轨箱形主梁，由四片钢板组成一封闭结构，除主腹板为实腹工字形梁外，其余三片钢板上按照设计要求切割成许多窗口，形成一个无斜杆的空腹桁架，在上、下水平桁架表面铺有走台板，起重机运行机构及电气设备装在桥架内部，自重较轻，整体刚度大，这在中国是较为广泛采用的一种型式。桥式起重机分类：1)普通桥式起重机主要采用电力驱动，一般是在司机室内操纵，也有远距离控制的。起重量可达五百吨，跨度可达60米。2)简易梁桥式起重机又称梁式起重机，其结构组成与普通桥式起重机类似，起重量、跨度和工作速度均较小。桥架主梁是由工字钢或其它型钢和板钢组成的简单截面梁，用手拉葫芦或电动葫芦配上简易小车作为起重小车，小车一般在工字梁的下翼缘上运行。桥架可以沿高架上面的轨道运行，也可沿悬吊在高架下面的轨道运行，这种起重机称为悬挂梁式起重机。3)冶金专用桥式起重机在钢铁生产过程中可参与特定的工艺操作，其基本结构与普通桥式起重机相似，但在起重小车上还装有特殊的工作机构或装置。这种起重机的工作特点是使用频繁、条件恶劣，工作级别较高。主要有五种类型。4)铸造起重机：供吊运铁水注入混铁炉、炼钢炉和吊运钢水注入连续铸锭设备或钢锭模等用。主小车吊运盛桶，副小车进行翻转盛桶等辅助工作。5)夹钳起重机：利用夹钳将高温钢锭垂直地吊运到深坑均热炉中，或把它取出放到运锭车上。6)脱锭起重机：用以把钢锭从钢锭模中强制脱出。小车上有专门的脱锭装置，脱锭方式根据锭模的形状而定：有的脱锭起重机用项杆压住钢锭，用大钳提起锭模；有的用大钳压住锭模，用小钳提起钢锭。7)加料起重机：用以将炉料加到平炉中。主小车的立柱下端装有挑杆，用以挑动料箱并将它送入炉内。主柱可绕垂直轴回转，挑杆可上下摆动和回转。副小车用于修炉等辅助作业。8)锻造起重机：用以与水压机配合锻造大型工件。主小车吊钩上悬挂特殊翻料器，用以支持和翻转工件；副小车用来抬起工件。在设计过程中，结合起重机的实际工作条件，注意了以下几方面的要求：整台起重机与厂方建筑物的配合，以及小车与桥架的配合要恰当。小车与桥架的相互配合，主要在于：小车轨距（车轮中心线间的水平距离）和桥架上的小车轨距应相同，其次，在于小车的缓冲器与桥架上的挡铁位置要配合好，小车的撞尺和桥架上的行程限位装置要配合好。小车的平面布置愈紧凑小车愈能跑到靠近桥架的两端，起重机工作范围也就愈大。小车的高度小，相应的可使起重机的高度减小，从而降低了厂房建筑物的高度。小车上机构的布置及同一机构中各零件间的配合要求适当。起升机构和小车平面的布置要合理，二者之间的距离不应太小，否则维修不便，或造成小车架难以设计。但也不应太大，否则小车就不紧凑。小车车轮的轮压分布要求均匀。如能满足这个要求，则可以获得最小的车轮，轮轴及轴承箱的尺寸，并且使起重机桥架主梁上受到均匀的载荷。一般最大轮压不应该超过平均轮压得20%。小车架上的机构与小车架配合要适当。为使小车上的起升、运行机构与小车架配合得好，要求二者之间的配合尺寸相符；连接零件选择适当和安装方便。在设计原则上，要以机构为主，尽量用小车架去配合机构；同时机构的布置也要尽量使钢结构的设计制造和运行机构的要求设计，但在不影响机构的工作的条件下，机构的布置也应配合小车架的设计，使其构造简单，合理和便于制造。尽量选用标准零部件，以提高设计与制造的工作效率，降低生产成本。小车各部分的设计应考虑制造，安装和维护检修的方便，尽量保证各部件拆下修理时而不需要移动邻近的部件。总之，要兼顾各个方面的相互关系，做到个部分之间的配合良好。本次设计为8t电动双梁桥式起重机设计，我在参观，实习和借鉴各种文献资料的基础上，同时在老师的精心指导下及本组成员的共同努力下完成的。第二章桥式起重机金属结构设计参数起重量：8t跨度S：13.5m工作级别：A5起升高度：8m小车轮距CB：1.4m小车轨距b：1.8m起升速度：8m/min小车运行速度：40m/min小车工作级别：M5大车运行速度：90m/min第三章主要尺寸的确定1.大车轮距的确定K=（11~85）L=（11~85）13.5=1.69~2.7m取k=4m2.主梁的高度H=118L=13.518=0.75m(理论值)3.端梁的高度0H=(0.4~0.6)H=0.3~0.45m取0H=0.4m4.桥架端部梯形高度C=1111(~)(~)13.51.35~2.7105105Lm取c=2m5.主梁腹板高度根据主梁计算高度H=0.75m,最后选定腹板高度h=0.7m6.确定主梁截面尺寸1111(~)(~)13.51.35~2.7105105L.m取c=2m根据主梁计算高度H=0.75m,最后选定腹板高度h=0.7m主梁中间截面各构件板厚根据表4-1推荐确定如下：腹板厚6;mm上下盖板厚18;mm主梁两腹板内壁间距根据下面的关系是来决定：7502143.53.5135002705050HbmmLbmm因此取b=350mm盖板宽度：B=b+2+40=350+2C6+40=402mm取B=400mm主梁的实际高度：H=h+21=700+2C6=716mm同理，主梁支撑截面的腹板高度取0h=400mm,这时支撑截面的实际高度0H=+21=400+2C8=416mm.主梁中间截面和支撑截面的尺寸简图分别示于图4-21和图4-227.加劲板的布置尺寸为了保持主梁截面中受压构件的局部稳定性，需要设置一些加劲构件（参见图4-7）主梁端部大加劲板的间距：'ah=0.7m,取'a=0.7mm主梁端部（梯形部分）小加劲板的间距：1a='0.352am主梁中部（矩形部分）大加劲板的间距：a=(1.52)h=1.051.4m,取a=1.4m主梁中部小加劲板的间距：若小车钢轨采用15P轻轨，其对水平中心轴线x-x的最小抗弯截面模数minW=47.73cm，根据连续梁由钢轨的抗弯强度条件求得加劲板间距（此时连续梁的支点即加劲板所在位置；使一个车轮轮压作用在两加劲板间距的中央）：1amin[]26647.7170001.41400080001.15()4Wmp式中P－小车的轮压，取平均值，并设小车自重为xcG=4000N；2-动力系数，由图2-2曲线查得2=1.15；[]-钢轨的许用应力，[]=170MPa.因此，根据布置方便，取1a=2a=0.7m由于腹板的高厚比h/=700/6=117160,所以不要水平加劲杆来保证腹板局部稳定性。第四章主梁的计算1．计算载荷的确定查图4-11曲线得半个桥架（不包括端梁）的自重，Gq/2=32000N则主梁由于桥架自重引起的均布载荷：lq=q/2GL=320001350=23.7N/cm查表4-3得主梁由于集中驱动大车运行机构的长传动轴系引起的均布载荷：=6.57N/cm，取yq=6.7N/cm由表4-3查得运行机构中央驱动部件重量引起的集中载荷为：dG=7300N主梁的总均布载荷：'q=lq+yq=32.7+6.7=30.4N/cm主梁的总计算均布载荷：'41.130.433.44qqN/cm式中4=1.1-冲击系数，由公式2-5得。作用在一根主梁上的小车两个车轮的轮压值可根据表4-4所列数据选用：1P=32000;2P=29000考虑动力系数2的小车车轮的计算轮压值为：1P=21P=1.1532000=36800N1P=22P=1.1529000=33350N式中2=1.15-动力系数，由图2-2中曲线查得。2.主梁垂直最大弯矩由公式（4-12）计算主梁垂直最大弯矩：4400212()400max12[()]24()2xcdGPLBqLGGlPPLLMGlPPqL设敞开司机室的重量为=1000N,其重心距支点的距离为0l=280cm将各已知数值代入上式公式计算可得：()maxGPM=26135014033.413501.173001.110000280[3680033350()]135021350368003335033.444()135021.1100002803310.Ncm3.主梁水平最大弯矩由公式（7-18）计算主梁水平最大弯矩：''()maxmax0.8.GPgaMMg式中g-重力加速度,g=9.81m/2s;qqvat-大车起动、制动加速度平均值，qt=68s,则2750.150.2/60(68)ams;''()maxGPM-不计冲击系数和动载系数时主梁垂直最大弯矩，由下式算得：''()maxGPM='00''21200'''12[()]24()2xcdLBqLGGlPPLLGlPPqL=2135014030.41350730010000280[3200029000()]13502135010000280320002900030.44()13502=29.38因此得主梁水平最大弯矩：65max0.150.20.829.3810(3.594.97)10.9.81gMNcm取maxgM=5410.Ncm4.主梁的强度验算主梁中间截面的最大弯曲应力根据公式（7-19）计算：()()maxmax[]GpGPggxyMMWW式中-主梁中间截面对水平中心轴线x-x的抗弯截面模数，其近似值：xW=maxmax12067877323[]3328020