桥式铸造起重机金属结构设计算例

I前言本设计为180/50t桥式铸造起重机金属结构设计，由于此桥式铸造起重机的起重量大、跨度大、工作级别高，在设计计算时疲劳强度为其首要约束条件。因此在选材时选用稳定性好，对应力集中情况不敏感的Q235-A，降低材料的成本。为减少结构的超静定次数，改善受力，同时又方便运输，桥架采用六梁铰接式结构。主、副小车的起重量均偏大，故采用偏轨箱型梁桥架。偏轨箱型梁桥架不仅可减小小车的外形尺寸，同时也增大了起升空间，有利于铸造厂间的应用。在设计时，本着满足疲劳强度、刚度、稳定性的前提下，尽可能节约材料。考虑铸造起重机主、副小车之间有一定得高度差，使副小车能自如地从主小车下面通过，故在设计主主梁时采用大截面、薄钢板，从而达到节省材料、重量轻的要求。同时采用大截面又提高了梁的刚度和稳定性。根据梁的受力特点，偏轨箱型梁主腹板上侧受局部压应力，将主腹板上侧的板加厚。而其它受力较小的地方则采用较薄的板，以节约材料。在设计过程中，全部采用国家标准，并借鉴了在实习时所参观的太原重工、大连重工起重同类产品的设计。在结构上进行改进，对桥架的受力进行了较详尽的分析。整个设计安全、可靠、节材、耐用，满足了设计要求。2第一章总体方案设计§1.1原始参数起重量Q(主/副)180/50t跨度S22m工作级别AiA8起升高度H(主/副)20/22m起升速度V(主/副)4.5/11.4m/min运行速度(主/副/大车)36/33.7/73.5m/min轮距(主/副/大车)4080/1850/9800mm轨距(主/副/大车)8700/3000/22000mm轮压(主/副/大车)34500/19640/87600kg起重机重量220t§1.2总体结构及设计根据已给参数，此桥式铸造起重机吨位、跨度较大，为减少结构的超静定次数，改善受力，方便运输，选用六梁铰接式结构。结构框架如图(1)图(1)§1.3材料选择及许用应力根据总体结构，铸造起重机工作级别A8为重级，工作环境温度较高，设计3计算时疲劳强度为其首要约束条件，选用Q235-A，考虑起重量较大，主/副梁均采用偏轨箱型梁。材料的许用应力及性能常数见表1、表2。表1.1材料许用应力板厚正应力2/Nmm剪应力2/NmmmmbⅠⅡⅢⅠⅡⅢ16370152.0167.9184.487.7696.94106.516370158.8175.4192.691.7101.3111.2表1.2材料性能常数表弹性模量E剪切弹性模量G密度52.0610MPa47.9410MPa37850/kgm§1.4各部件尺寸及截面性质1.主主梁尺寸初选高度1111417HS=1294~1571mm考虑大车运行机构安装在主梁内，且主主梁与副主梁的高度差必须满足一定得要求，故将主主梁取为大截面薄钢板的形式，以达到节省材料、重量轻的要求。因此取腹板高度2400hmm。为了省去走台，对宽型偏轨箱型梁11/1.01.5HB，主主梁腹板内侧间距取12200Bmm50L=440mm。上下翼缘板厚度018mm，上翼缘板长2530mm，下翼缘板长2326mm，主腹板厚度114mm，副腹板厚度212mm。上下翼缘板外伸部分长不相同。有轨道一侧上翼缘板外伸长度015270ebmm，取eb250mm。其它翼缘外伸部分长度1.527efbhmm。4018fhmm(焊缝厚度)取'eb=50mm。轨道侧主腹板受局部压应力，应将板加厚，由局部压应力的分布长度，设计离上翼缘板350mm的一段腹板板厚取为18mm。主主梁跨中截面尺寸如图(2)图(2)2．主主梁跨端截面尺寸高度21112436121822HHmm要确定主主梁跨端截面尺寸，只需确定其高度2H，取2H=1300mm，跨端下翼缘板厚度为18mm。主主梁跨端截面尺寸如图(3)53．截面性质(1)主主梁跨中建立如图示的坐标系，计算形心位置232618924001212182050141043350182243253018242723261824001220501435018253018iiiAyyA=1256.851257mm。2400125623261811632530181265205014226935018226924001223261825301820501435018iiiAyxA=1238.881239mm计算弯心位置2112121021.3810211214ebmm弯心近似地在截面对称形心轴x上，其至主腹板中线的距离为1021mm。净截面面积2253023261824001220501435018151208Amm毛截面面积20241822135351034Amm计算惯性矩对形心轴x的惯性矩333223322210425301823261812240025301811702326181257912121218350142050122400393501898620501421412121.59010xImm对形心轴y的惯性矩333223322211418232618253024001223261876253018262400121212205014350181212395620501410875735018103212121.20910yImm(2)主主梁跨端截面性质净截面面积223262530181264123501891414121672Amm毛截面面积20221312822837066Amm建立图示的坐标系，计算形心位置62326189253018129112641265091414475121672350181107674.6675iiiAyyAmm25301812652326181163126412569141422691216723501822711236.861237iiiAyxAmm计算惯性矩，对形心轴x的惯性矩3332233222104253018232618121264253018616232618666121212149141835012126425914142001835043212124.05210XImm对形心轴y的惯性矩333223322210418232618253012641218232674182530281264121212914143501812118191414103235018103412128.49710yImm二、副主梁尺寸1.初选梁高1111417HS=1294~1571mm，取腹板高度01500hmm，上下翼缘板厚度016mm，腹板厚度：主腹板110mm，副腹板厚度28mm，副主梁总高10021532Hhmm副主梁宽度000.6~0.8900~1200bhmm，取腹板内侧间距0110044050Lbmmmm且110015103Hmm，主腹板一侧上翼缘板外伸长度015eb，取外伸长121ebmm，其余悬伸长大于1.5倍的焊缝厚度，取'31ebmm。其尺寸如下图47图(4)2.副主梁跨端截面尺寸的确定确定其高度2111153276622HHmm，取腹板高度为800mm副主梁跨端截面尺寸如图(5)图(5)3.截面性质(1)跨中建立图示的直角坐标系，求形心位置净截面面积21180127016108150066200Amm毛截面面积20110915161681244Amm8118016812701615241081500766782.4978266200iiAyymmA1180165901270166351500835150010114466200628.74629iiAyxAmm计算弯心位置A2128110054492.8493108emm弯心距主腹板板厚中线的距离为493emm计算惯性矩对形心轴x的惯性矩：33322322104127016118016101500127016742118016774121212815001500101615008162.7571012xImm对形心轴y的惯性矩：3332232210415001015008161180150010515150085941180161212121612703916127061.3161012yImm2副主梁跨端截面性质建立图示的坐标系，求截面形心位置净截面面积2127011801610880053600Amm毛截面面积201109816904944Amm1180168127016824800841680010416426.9642753600iiAyymmA118016590127016635800835800101144623.4862453600iiAyxmmA对形心轴x的惯性矩：333223229412701611801610800127016397118016419800121212880010118800117.2881012xImm9对形心轴y的惯性矩：333223229416118016127080010161180341612701180010121212800852080085899.331012yImm三、端梁截面尺寸考虑大车车轮的安装及台车的形状尺寸，端梁内宽取为600mm。初设截面尺寸如下图6图(6)形心即对称中心330xmm400ymm对形心轴x的惯性矩：33294660121077666012394223.238101212xImm3329477610126607761030521.731101212yImm净截面面积266012277610231360Amm毛截面面积20610788480680Amm四、各截面尺寸及性质汇总表10δ3δ4δ1δ2图(7)尺寸汇总表1.3单位：mm1234abch主主梁跨中181814122530232622002400跨端181814122530232622001264副主梁跨中16161081270118011001500跨端1616108127011801100800端梁12121010660660600776截面性质汇总表1.4xyxIyI净面积毛面积主主梁跨中12391257111.59010111.209101512085351034跨端1237675104.05210108.497101216722837066副主梁跨中629782102.75710101.31610662001681244跨端62442797.2881099.331053600904944端梁33040093.2381091.731103136048068011第二章桥架分析§2.1载荷组合的确定一、动力效应系数的计算1．起升冲击系数10.911.1对桥式铸造起重机11.12．起升