橋式起重機(jī)橋架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),橋式起重機(jī),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ****學(xué)院****屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第一章 緒論 1.1 課題的背景 由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中物料裝卸搬運(yùn)費(fèi)用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機(jī)的需求量不斷增長(zhǎng)，起重量越來(lái)越大，工作速度越來(lái)越高，并對(duì)能耗和可靠性提出更高的要求。起重機(jī)已成為自動(dòng)化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機(jī)不但要容易操作，容易維護(hù)，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有優(yōu)異的耐久性、無(wú)故障性、維修性和使用經(jīng)濟(jì)性,起重機(jī)的出現(xiàn)大大提高了人們的勞動(dòng)效率，以前需要許多人花長(zhǎng)時(shí)間才能搬動(dòng)的大型物件現(xiàn)在用起重機(jī)就能輕易達(dá)到效果，尤其是在小范圍的搬動(dòng)過(guò)程中起重機(jī)的作用是相當(dāng)明顯的。橋式起重機(jī)作為起重機(jī)的一種，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和起重運(yùn)輸中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化的重要工具和設(shè)備，可減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率。橋式起重機(jī)在工礦企業(yè)、鋼鐵化工、鐵路交通、港口碼頭以及物流周轉(zhuǎn)等部門和場(chǎng)所均得到廣泛的運(yùn)用，它是人們生產(chǎn)活動(dòng)中不可缺少的一種設(shè)備。 1.2國(guó)內(nèi)外橋式起重機(jī)現(xiàn)狀與發(fā)展前景 1.2.1 國(guó)內(nèi)起重機(jī)現(xiàn)狀 經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)橋式起重機(jī)行業(yè)已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也越發(fā)激烈。橋式起重機(jī)行業(yè)在國(guó)內(nèi)需求旺盛和出口快速增長(zhǎng)的帶動(dòng)下，依然保持高速發(fā)展，產(chǎn)品幾近供不應(yīng)求 盡管我國(guó)起重機(jī)行業(yè)發(fā)展迅速，但是國(guó)內(nèi)起重機(jī)仍缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。從技術(shù)實(shí)力看，與歐美日等發(fā)達(dá)地區(qū)相比，中國(guó)的技術(shù)實(shí)力還有一定差距。目前，過(guò)內(nèi)大型起重機(jī)尚不具備大量生產(chǎn)能力。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，由于技術(shù)能力所限，中國(guó)起重機(jī)在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上也不完善，難以同國(guó)外匹敵。同時(shí)我國(guó)起重行業(yè)目前存在幾個(gè)突出問(wèn)題，歸納如下： （1）整體技術(shù)含量偏低，突出表現(xiàn)在產(chǎn)品的品種規(guī)格少，性能、可靠性等指標(biāo)低于發(fā)達(dá)國(guó)家同類產(chǎn)品的水平。 （2）知名品牌寥寥無(wú)幾，能打入國(guó)際市場(chǎng)并享有一定聲譽(yù)的知名品牌幾乎沒(méi)有。 （3）產(chǎn)品低價(jià)惡性競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，企業(yè)合理利潤(rùn)難保，已嚴(yán)重制約企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。 1.2.2 國(guó)外起重機(jī)發(fā)展前景 近年來(lái)，隨著國(guó)際合作的增加，國(guó)際起重機(jī)行業(yè)發(fā)展迅速。到目前為止，國(guó)際主要知名起重機(jī)制造廠商有德國(guó)的DEMAG?起重機(jī)，芬蘭的Kone起重機(jī)，美國(guó)CM集團(tuán)等。上述企業(yè)在起重機(jī)行業(yè)內(nèi)較為知名。 橋式起重機(jī)的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動(dòng)與控制的改進(jìn)。將機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的自動(dòng)化和智能化。大型高效橋式起重機(jī)新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動(dòng)裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測(cè)等設(shè)備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找起吊物重心、近場(chǎng)感應(yīng)防碰撞技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線、載波通訊及控制、無(wú)接觸供電及三維條形碼技術(shù)等將廣泛得到應(yīng)用。使起重機(jī)具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機(jī)綜合自動(dòng)化水平。重點(diǎn)開(kāi)發(fā)以微處理機(jī)為核心的高性能電氣傳動(dòng)裝置，使起重機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動(dòng)特性，可進(jìn)行操作的自動(dòng)控制、自動(dòng)顯示與記錄，起重機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)保護(hù)與自動(dòng)檢測(cè)，特殊場(chǎng)合的遠(yuǎn)距離遙控等，以適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)的需要 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝在橋式起重機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用。所有這些因素都有里地促進(jìn)了橋式起重機(jī)的發(fā)展。根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有橋式起重機(jī)產(chǎn)品和技術(shù)資料的分析，近年來(lái)橋式起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1）重點(diǎn)產(chǎn)品大型化，高速化和專用化 （2）系列產(chǎn)品模塊化、組合化和標(biāo)準(zhǔn)化 （3）通用產(chǎn)品小型化、輕型化和多樣化 （4）產(chǎn)品性能自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化 （5）產(chǎn)品組合成套化、集成化和柔性化 1.3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、目標(biāo)和方法 (1)主要內(nèi)容：了解橋式起重機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)50/10t雙梁橋式起重機(jī)的橋架結(jié)構(gòu)，并用Solidworks繪圖軟件繪制出橋架結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)圖和二維結(jié)構(gòu)圖。設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，根據(jù)橋式起重機(jī)的跨度和起重量查閱《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定橋架結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)及主端梁的結(jié)構(gòu)尺寸，再根據(jù)基本參數(shù)查閱《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定主端梁所受的各種內(nèi)力載荷、穩(wěn)定性及上拱度等并逐一進(jìn)行校核。 (2)目標(biāo)：本文完成了50/10t×25.5m偏軌雙梁橋式起重機(jī)主端梁等橋架結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的設(shè)計(jì)驗(yàn)算。功能實(shí)現(xiàn)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適用，工作可靠。 (3)方法：本設(shè)計(jì)采用規(guī)范的設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)橋式起重機(jī)各機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析。首先，通過(guò)查閱相關(guān)書(shū)籍和資料，學(xué)習(xí)橋式起重機(jī)的相關(guān)知識(shí)，了解橋式起重機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，掌握橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，學(xué)習(xí)并掌握Solidworks繪圖軟件的使用，掌握一般的繪圖方法和計(jì)算分析步驟；其次，根據(jù)現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)橋式起重機(jī)采用的各種結(jié)構(gòu)類型，結(jié)合課本知識(shí)和參考文獻(xiàn)信息，設(shè)計(jì)符合使用要求的結(jié)構(gòu)；然后，根據(jù)參考文獻(xiàn)[8]和參考文獻(xiàn)[10]，分析橋式起重機(jī)的受力情況，計(jì)算橋式起重機(jī)的自重載荷、起升載荷、水平慣性載荷，并對(duì)橋式起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行校核，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的靜剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。本文還對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了Solidworks三維和二維繪圖，便于生產(chǎn)制造。 第二章 橋式起重機(jī)偏軌箱型雙梁橋架總體設(shè)計(jì) 2.1 基本參數(shù) 橋架形式為雙梁橋架，軌道放置為偏軌 跨度L=25.5m，起重量mQ=50/10t 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查的起重量在3t～50t范圍內(nèi)起升高度取Hq=16/18m 由通用起重機(jī)吊鉤類型為重級(jí)故取吊鉤起升速度（主/副）vq=13/20m/min 根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1-1-9查的，大車運(yùn)行速度在（70～120） m/min范圍內(nèi)，取vd=90m/min 小車軌距K=2.5m，小車軌道方鋼軌道 根據(jù)起重機(jī)的載荷狀態(tài)和利用等級(jí)取其工作級(jí)別為A6 該起重機(jī)在室內(nèi)工作，工作溫度為-20℃～40℃。 2.2主梁尺寸 大車軸距 Bo=m取Bo=5.8m，端梁全長(zhǎng)為6.7m。 主梁高度 h=（）L=1821～1500 mm 取h=1600 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查的： 取腹板高度 h0=1600 mm 腹板厚度 δ1=8 mm 副腹板厚度 δ2=6 mm 翼緣板厚度 δ0=10mm 下翼緣板寬度 b1= b0+2δ0+40=800mm 上翼緣板寬度 b2=930 主梁總高度 H1=+2δ0=1620 mm 主梁寬度 b=(0.4～0.5)=648～810 mm 腹板外側(cè)間距 b=760 mm>=425 mm 且>=540 mm， 上下翼緣板不相同，分別為10mm×930mm及10mm×800mm 主梁端部變截面長(zhǎng)d==3187.5mm，取d=3.15m 2.3端梁尺寸 端梁高度 H2≈=810mm，取H2=900mm 端梁翼緣板厚度 δ2=10mm 端梁腹板厚度 δ3=8mm 考慮大車輪安裝，端梁內(nèi)寬b0=360mm 總寬 B2=440mm， 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，當(dāng)時(shí)，翼緣板處不需要設(shè)置任何加勁肋。 2.4主、端梁的連接 主、端梁采用焊接連接，端梁為拼接式。上翼緣板與主腹板間的承軌角焊縫采用雙面坡口熔透角焊縫，并用深熔焊或清根以保證根部的熔透。主腹板與下翼緣板間的角焊縫采用單面坡口封底焊縫坡口開(kāi)在腹板外側(cè)。副腹板與上下翼緣板間的角焊縫采用外側(cè)開(kāi)坡口，內(nèi)側(cè)角焊縫。 2.5橋架結(jié)構(gòu)與主、端梁截面示意圖 圖2-1 雙梁橋架結(jié)構(gòu) 圖2-2 主梁截面與端梁截面 第三章 主端梁的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 主梁的計(jì)算 3.1.1載荷與內(nèi)力計(jì)算 主梁自重載荷包括：主梁、小車軌道、走臺(tái)、欄桿等重量載荷、主梁上的機(jī)電設(shè)備及操控室的重量載荷等。 主梁截面積 A1=10×930+1600×8×2+800×10=39700mm2 端梁截面積 A2=440×10×2+900×8×2=23200mm2 主梁自重載荷 F’q=kρAg=1.2×7850×0.0397×1×9.81N/m=3668.7N/m 小車軌道重量 Fɡ=mɡg=38.86×9.81=381N/m 欄桿等重量 Fl=mlg=100×9.81=981N/m 主梁的均布載荷 Fq=F’q+Fɡ+Fl=5031N/m 起升載荷為 =g==490000 N 小車自重載荷 =mg=12.129.811000=107910.2 N 3.1.2動(dòng)力效應(yīng)系數(shù) 起升沖擊系數(shù) ψ1=1.1 動(dòng)載系數(shù) ψ2=1+0.7vq=1+0.7×13/60 =1.1517 運(yùn)行沖擊系數(shù) ψ4=1.1+0.058vd =1.1+0.058×1.5 =1.187≈1.19 3.1.3慣性力計(jì)算 大、小車都是4個(gè)車輪，其中主動(dòng)輪各占一半，按車輪打滑條件去確定大、小車運(yùn)行的慣性力 一根主梁上的小車慣性力為 Pxg==16343N 大車運(yùn)行起、制動(dòng)慣性力（一根主梁上）為 FH==16343N PH==N/m =359.4N/m 主梁跨端設(shè)備慣性力影響小可以忽略。 3.1.4偏斜運(yùn)行側(cè)向力 一根主梁的重量為 PQ=Fq（L-0.4）=5031×（25.5-0.4）N =126278N 一根端梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度的重量為 Fq1=kpAg=1.1×7850×0.021184×9.81N/m =1794.5N/m 一根端梁的重量為 PGd=Fq1B=1794.5×6.7N =12023N 一組大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的重量（兩組對(duì)稱配置）為 PGj=mjg=803×9.81N=7877N 司機(jī)室及設(shè)備的重量（按合力記）為 PGs=msg=2000×9.81N=19620N （1）滿載小車在主梁跨中央 圖3-1 端梁總輪 左側(cè)端梁總靜輪壓壓計(jì)算 PR1=(PQ+PGx)+(2PQ)+PGs(1-)+PGj+PGd =[(323730+107910)+126278+19620(1-)+7877+21023]N =379310N 由==4.397,查的λ=0.172 側(cè)向力為 Ps1=×PR1λ =×379310×0.172N=32620.7N （2）滿載小車在主梁左端極限位置 左側(cè)端梁總靜輪壓為 PR2=(PQ+PGx)（1-）+×(2PQ)+PGs(1-)+PGj+PGd =561275.7N 側(cè)向力為 Ps2=×PR2λ=×561275.7×0.172=48270N 故選取大車車輪直徑為Φ800 mm,軌道為QU70 3.1.5 扭轉(zhuǎn)載荷計(jì)算 偏軌箱型梁由Pn和PH的偏心作用而產(chǎn)生移動(dòng)扭矩，其它載荷PGj、PGs，產(chǎn)生的扭矩較小且作用方向相反，故不計(jì)算。 圖 3-2 扭轉(zhuǎn)載荷計(jì)算 偏軌箱型梁彎心A在梁截面的對(duì)稱形心軸x上（不考慮翼緣外伸部分）彎心至主腹板中線的距離為 e1=×(--) = ×(760-7)mm=322.7mm 軌高h(yuǎn)g=134mm，故小車軌道選用P38 h”=+hg=(×1620+134)mm=944mm 移動(dòng)扭矩 Tp=Pne1=228800×322.7N·mm=73834N·m TH=PHh”=16343×944N·mm =15428N·m 3.1.6 內(nèi)力 （1）垂直載荷 計(jì)算大車傳動(dòng)側(cè)的主梁。在固定載荷與移動(dòng)載荷作用下，主梁按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，如圖5。 圖3-3 主梁計(jì)算模型 固定載荷作用下主梁跨中的彎矩為 Mq=ψ4 =1.19× =530455N·m 跨端剪切力為 Fqc≈ψ4[] =106307.5N 移動(dòng)載荷作用下主梁的內(nèi)力 1）滿載小車在跨中，跨中E點(diǎn)彎矩為 MP= 輪壓合力Pn與左輪的距離為 b1= =1.344m 則 MP=N·m =1557600N·m 跨中E點(diǎn)剪切力為 FP≈ψ4Pn(1-) =128960.8N 跨中內(nèi)扭矩為 Tn=(ψ4TP+TH)=51645N·m 2）滿載小車在跨端極限位置（z=e1）。小車左輪距梁端距離為 c1=e1-L1=0.7m 跨端剪切力為 FPc= =1.19× =250447.5N 跨端內(nèi)扭矩為 Tn1=(ψ4TP+TH)(1-) =(1.19×73834+15428)×N·m =95189N·m 主梁跨中總彎矩為 Mx=Mq+Mp=(530455+1557600)N·m =2088055N·m 主梁跨端總剪切力（支承力）為 FR=Fc=Fpc+Fqc =(106307.5+250447.5)N=356755N （2） 水平載荷 1）水平慣性載荷。在水平載荷PH及FH作用下，橋架按剛架計(jì)算。因偏軌箱形梁與端梁連接面較寬，應(yīng)采取兩主梁軸線間距K’代替原小車軌距K構(gòu)成新的水平剛架，這樣比較符合實(shí)際，因此 K'=K+2x1=(2.5+2×0.331)m ≈3.16m b=K'=1.58m a=(Bo-K')=1.32m 圖3-4 水平剛架計(jì)算模型 ①小車在跨中。剛架的計(jì)算系數(shù)為 r1=1+ =1+ =1.1342 跨中水平彎矩（與單梁橋架公式相同） MH= =N·m =70299N·m 跨中水平剪切力為 PPH≈PH=8171.5N 跨中軸力為 NH= =N =-7866N ②小車在跨端?？缍怂郊羟辛? F'cH= = =19643.5N 2)偏斜側(cè)向力。在偏斜側(cè)向力作用下，橋架也按水平剛架分析。 圖3-5 剛架側(cè)向力作用分析 這時(shí)計(jì)算系數(shù)為 rs=1+= =1.2948 ①小車在跨中。側(cè)向力為 Ps1=0.5PR1λ=32620.7N 超前力為 =N=7419.6N 端梁中點(diǎn)的軸力為 =3710N 端梁中點(diǎn)的水平剪切力為 Fd1=Ps1=32620.7N =5786.4N 主梁跨中的水平彎矩為 Ms= =N·m =4899.3N·m 主梁軸力為 Ns1=Ps1-Fd1=26834N 主梁跨中總的水平彎矩為 My=MH+Ms=(70299+4899.3)N·m =75198.3N·m ②小車在跨端。側(cè)向力為 Ps2=48270N 超前力為 Pw2==48270.5×N =10979N 端梁中點(diǎn)的軸力為 Nd=Pw2=5489.5N 端梁中點(diǎn)的水平剪切力為 Fd2=Ps2()=48270N =8562.4N 主梁跨端的水平彎矩為 Mcs=Ps2a+Fd2b =(48270×1.32+8562.4×1.58)N·m =77245N·m 主梁跨端的水平剪切力為 Fcs=Pw2-Nd=0.5Pw=5489.5N 主梁跨端總的水平剪切力為 FcH=F'cH+Fcs=25133N 小車在跨端時(shí)，主梁跨中水平彎矩組合值較小，不需要計(jì)算 3.1.7強(qiáng)度 需要計(jì)算主梁跨中截面危險(xiǎn)點(diǎn)的強(qiáng)度 (1)主腹板上邊緣危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力 主腹板邊至軌頂距離為 hy=hg+δ0=144mm 主腹板邊的局部壓應(yīng)力為 бm==MPa50.57MPa 垂直彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力為 б01==MPa=101.2MPa 水平彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力為 б02==MPa=5.9MPa 慣性載荷與側(cè)向力對(duì)主梁產(chǎn)生的軸向力較小且作用方向相反，應(yīng)力很小，故不計(jì)算。 主梁上翼緣的靜矩為 Sy=δ0B1(y1-o.5δ0) =10×930(783.6-5)mm3 =7240980mm3 主腹板上邊的切應(yīng)力為 τ= =MPa =6.84MPa 該點(diǎn)的折算應(yīng)力為 б0=б01+б02=107.1MPa б1= = MPa =93.6MPa< =175MPa (2)副腹板下邊緣危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力 б2= =MPa =117.3MPa< =175MPa (3)下蓋板下邊緣危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力 б3=1.15 =MPa =134.5MPa< =175MPa (4)主梁跨端的切應(yīng)力 主梁跨端截面變小。為便于主、端梁連接，取腹板高度等于端梁高度hd=900mm，跨端只需計(jì)算切應(yīng)力。 1)主腹板。承受垂直剪力Fe及扭矩Tn1.故主腹板中點(diǎn)切應(yīng)力為 τ=+ 主梁跨端封閉截面面積為 A0=（b-7）(h0+δ0) =753×910mm2 =685230mm2 代入上式 τ=MPa =51.15MPa< =100MPa 副腹板中兩切應(yīng)力反向可不計(jì)算 2)翼緣板。承受水平剪應(yīng)力 FcH=25133N及扭矩Tn1=95189N·m τ=[]MPa =9.12MPa< =100MPa 主梁翼緣焊縫厚度取hf=8mm,采用自動(dòng)焊接，不需計(jì)算。 3.1.8主梁疲勞強(qiáng)度 橋架工作級(jí)別為A6，應(yīng)按載荷組合I計(jì)算主梁跨中最大彎矩截面（E）的疲勞強(qiáng)度。 由于水平慣性載荷產(chǎn)生的應(yīng)力很小，為了計(jì)算簡(jiǎn)明而忽略慣性應(yīng)力 求截面E的最大彎矩和最小彎矩，滿載小車位于跨中（輪壓P1在E點(diǎn)上），則 Mmax=Mx=2088055N·m 空載小車位于右側(cè)跨端時(shí)。 圖3-6 主梁跨中最小彎矩的計(jì)算 左端支反力為 FR1=[P'1(b+c2)+P'2c2] =N =4392N Mmin=Mq+Ψ4FR1z =[530455+1.19×4392×0.5×(25.5-1.344)]N·m =593580.4N·m （1）驗(yàn)算主腹板受拉翼緣焊縫①的疲勞強(qiáng)度。 圖3-7 主梁截面疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算點(diǎn) бmax==MPa =108.1MPa бmin= =MPa =30.73MPa 應(yīng)力循環(huán)特性 r==30.73/108.1=0.2843>0 根據(jù)工作級(jí)別A6，應(yīng)力集中等級(jí)K1及材料Q235， 查的[б-1]=119MPa ,бb=370MPa. 焊縫拉伸疲勞許用應(yīng)力為 [бrl]=1.67[б-1]/[1-(1-119/0.45×370)×0.2843]MPa =216.3MPa бmax=108.1MPa<[бrl] (合格) （2）驗(yàn)算橫隔板下端焊縫與主腹板連接處② бmax==MPa =101.6MPa бmin==MPa =28.87MPa r==28.87/101.6=0.2842>0 顯然，相同工況下的應(yīng)力循環(huán)特性是一致的。 根據(jù)A6和Q235，橫隔板采用雙面連續(xù)貼角焊縫連接，板底與受拉翼緣間隙為50mm，應(yīng)力集中等級(jí)為K3，查的[б-1]=71MPa 拉伸疲勞許用應(yīng)力 [бrl]=1.67[б-1]/[1-(1-71/0.45×370)×0.2842]MPa =141.7MPa бmax=101.6MPa<[бrl] (合格) 由于切應(yīng)力很小，忽略不計(jì) 3.1.9主梁穩(wěn)定性 （1）整體穩(wěn)定性 ==2.13<3 (穩(wěn)定) （2）局部穩(wěn)定性 翼緣板 ==74.6>60 需設(shè)置一條縱向加勁肋，不在驗(yàn)算。 翼緣板最大外伸部分=150/10=15 (穩(wěn)定) 主腹板 副腹板 故需設(shè)置橫隔板及兩條縱向加勁肋，主、副腹板相同，其布置示于圖10。 圖3-8 主梁加勁肋設(shè)置及穩(wěn)定性計(jì)算 隔板間距a=1600mm,縱向加勁肋位置 h1=h2=0.2h0=0.2×1600mm=320mm 1）驗(yàn)算跨中主腹板上區(qū)格I的穩(wěn)定性，區(qū)格兩邊正應(yīng)力為 б1=б01+б02=(101.2+5.9)MPa=107MPa б2 =б01-+б02 =65.2MPa φ==65.2/107= （屬于不均勻壓縮板） 區(qū)格I的歐拉應(yīng)力為 бE=18.6×MPa =116.25MPa (b=h1=320mm) 區(qū)格分別受б1、бE和τ作用的臨界壓應(yīng)力為 б1cr=ΧKббE 嵌固系數(shù)Χ=1.2，α==5>1,屈曲系數(shù)Kб=則 б’1cr=1.2×4.912×116.25MPa =685.2MPa>0.75бs=176MPa 需修正，則 б1cr=бs（） =235×(1-)MPa =219.8MPa 腹板邊局部壓應(yīng)力бm=50.57MPa 壓力分布長(zhǎng)c=2hy+50=[2×(134+10)+50]mm=338mm α==5>3,按a=3b計(jì)算α=3 β==0.352 區(qū)格I屬雙邊局部壓縮板，板的屈曲系數(shù)為 б'mcr=ΧKmбE =1.2×2.128×116.25MPa =296.86Mpa>0.75бs 需修正，則 бmcr=235()MPa =200Mpa 區(qū)格平均切應(yīng)力 τ= =MPa =8.42Mpa 由α==1600/320=5>1,板的屈曲系數(shù)為 Kτ=5.34+ τ'cr=ΧKτбE=1.2×5.5×116.25MPa需修正 =767.25MPa =1329MPa>0.75бs 需修正，則 Mpa =227.16MPa MPa=131.15MPa 區(qū)格上邊緣的復(fù)合應(yīng)力為 =MPa =93.85MPa α==5>2,區(qū)格的臨界復(fù)合應(yīng)力為 бcr= =MPa =160MPa [бcr]==160/1.33MPa=120.3MPa < [бcr] 區(qū)格Ⅱ的尺寸與區(qū)格I相同，而應(yīng)力較小，故不需要再算。主腹板外側(cè)設(shè)置短加勁肋，與上翼緣板頂緊以支撐小車軌道，間距a1=400mm. 1）驗(yàn)算跨中副腹板上區(qū)格I的穩(wěn)定性 副腹板上區(qū)格I只受б1和τ的作用，區(qū)格兩邊的正應(yīng)力為 б1=б01+б02 =（101.2+5.9MPa =108.7MPa б2= =MPa =66.9MPa 切應(yīng)力 τ= =MPa =2.2Mpa（很?。? 區(qū)格I的歐拉應(yīng)力為 бE=18.6 =18.6×MPa =65.4MPa φ==0.615<1 (屬于不均勻壓縮板) α==1600/320=5>1 Kб==4.898 б’1cr=ΧKббE =1.2×4.898×65.4MPa =384.4MPa б’1cr>0.75бs 需要修正，則 б1cr=235()MPa=208MPa α=5>1,Kr=5.34+=5.5 τ'cr=ΧKτбE=1.2×5.5×65.4MPa =431.6MPa ×431.6MPa =747.55MPa>0.75бs 需要修正，則 235()MPa =221MPa τcr=MPa=127.6MPa 復(fù)合應(yīng)力為 =MPa =108.77MPa α=5>2,區(qū)格I的臨界復(fù)合應(yīng)力為 бcr= =MPa =207.94MPa =108.77MPa<=156.3MPa 區(qū)格Ⅱ和跨端應(yīng)力較小，不再計(jì)算 2）加勁肋的確定。橫隔板厚度δ=6mm，板中開(kāi)孔尺寸為340mm×1100mm 翼緣板縱向加勁肋選用角鋼∠70×70×6，A=816mm2 ，Ix1=377700mm4 縱向加勁肋對(duì)翼緣板厚度中線（1-1）的慣性矩為 Ix=Ix1+Ae2=Ix1+A(b+0.5δ0-Z0)2 =377700+816×（70+0.5×10-19.5）2mm4 =2.891×106mm4 [Ix]= =2.7453×106mm4 Ix>[Ix](合格) 主、副腹板采用相同的縱向加勁肋∠63×63×5，A=614.3mm2，Ix1=231700mm4 縱向加勁肋對(duì)主腹板厚度中線的慣性矩為 Ix=Ix1+Ae2 =231700+614.3×49.62mm4 =1742976mm4 [Ix]= = =1679360mm4S1，可只計(jì)算靠彎板的腹板邊的折算應(yīng)力，該處正應(yīng)力為 б==MPa =37.3MPa 切應(yīng)力 τ==MPa =46.5MPa 折算應(yīng)力 MPa =88.76MPa <[τ]Ⅱ (合格) 假設(shè)端梁支承水平剪力只由上翼緣板承受，不計(jì)入腹板 上翼緣板的切應(yīng)力為 τy==MPa =32.9MPa<[τ]Ⅱ 端梁支承處的翼緣焊縫截面計(jì)算厚度（2×0.7×8mm=11.2mm）比腹板厚度（8mm）大，故焊縫不需驗(yàn)算，截面4-4的水平彎矩較小，忽略不計(jì) 3.2.3 疲勞強(qiáng)度 端梁疲勞強(qiáng)度計(jì)算只考慮垂直載荷的作用 （1）彎板翼緣焊縫 驗(yàn)算截面4-4的彎板翼緣焊縫 滿載小車在主梁跨端時(shí)，端梁截面4-4的最大彎矩和剪切力為 Mmax=Mx4=68705N·m Fmax=Fv4==362542N 空載小車位于跨中不移動(dòng)時(shí)端梁的支承反力為 F'vd≈ =N =98580.6N 這時(shí)端梁截面4-4相應(yīng)的彎矩和剪切力為 Mmin= =(98580.6×0.19-1794.5×0.5×0.642)N·m =18363N·m Fmin==97432N 彎板翼緣焊縫應(yīng)力為 бmax==37.3MPa бmin==9.97MPa τmax= =MPa =33.2MPa τmin==8.9MPa 根據(jù)A6和Q235及彎板用雙面貼角焊縫連接K4，查的[б-1]=43MPa,бb=370MPa rб====0.2673>0 焊縫拉伸疲勞許用應(yīng)力為 [бrl]= =MPa =89.57MPa rτ===0.2686>0 按K0查的[б-1]=133MPa，取拉伸式 [бrl]= =MPa =234.8MPa [τr]===166MPa = =0.213<1.1 （2）端梁中央拼接截面 根據(jù)端梁拼接設(shè)計(jì)。連接螺栓的布置形式已經(jīng)確定，可只計(jì)算受力大的翼緣板 拼接截面1-1的內(nèi)力為 Mmax=Mx1=597409N·m 空載小車位于跨中不移動(dòng)時(shí)。主梁跨端的支承力為 F’R= =N =92569N M’R=F’Rx1=92569×0.33N·m =30547.8N·m 這時(shí)端梁支反力為 F'vd=98580.6N 端梁拼接截面1-1的彎矩為 Mmin= =N·m =160103N·m 翼緣板的平均應(yīng)力（按毛截面計(jì)）為 бy= =MPa =114.8MPa 翼緣板傳遞的內(nèi)力為 Ny=бyAy=114.8×8×440N=404096N 端梁拼接處翼緣板截面上布置有4-Φ21mm的螺栓孔，翼緣板靜截面積為 Af=（440-4×21）×8mm2 =2848mm2 應(yīng)力 бmax==MP =141.9MPa r====0.268>0 可見(jiàn)，在相同的循環(huán)工況下，應(yīng)力循環(huán)特性是一致的。根據(jù)A6和Q235及帶孔板的應(yīng)力集中等級(jí)W2，查的[б-1]=122MPa。 翼緣板拉伸疲勞許用應(yīng)力為 [бrl]= =MPa =219.5MPa бmax<[бrl] 若考慮垂直載荷與水平載荷同時(shí)作用，則計(jì)算應(yīng)力要大些腹板受力較小，不再計(jì)算 3.2.4 穩(wěn)定性 整體穩(wěn)定 ==2.39<3 (穩(wěn)定) 局部穩(wěn)定 翼緣板 （穩(wěn)定） 腹板 故只需要對(duì)著主梁腹板位置設(shè)置四塊橫隔板，δ=6mm 3.2.5 端梁拼接 端梁在中央截面1-1采用拼接板精制螺栓連接，翼緣用雙面拼接板8mm×420mm×440mm及8mm×350mm×440mm,腹板用單面拼接板8mm×440mm×860mm，精制螺栓選取M20mm,拼接構(gòu)造及螺栓布置如圖14所示。 圖3-12 端梁拼接構(gòu)造 （1）內(nèi)力及分配 滿載小車在跨端時(shí)，求的截面1-1的內(nèi)力為 Mx1=597409N·m,剪力Fv1=0 My1=26966N·m,FH1=21130.5N Nd=25133N 端梁的截面慣性矩為 Ix=2.32149×109mm4 Iy=5.9251×108mm4 腹板對(duì)x和y軸的總慣性矩為 Ifx=9.2108×108mm4 Ify=4.7894×108mm4 翼緣對(duì)x和y軸的總慣性矩為 Iyx=1.400408×109mm4 Iyy=1.1358×108mm4 彎矩分配 Mx1:腹板 Mfx=Mx1=237029.4N·m 翼緣 Myx=Mx1=360379.6N·m My1:腹板 Mfy=My1=21797N·m 翼緣 Myy=My1=5169N·m 水平剪切力分配 剪力由上、下翼緣板平均承受，一塊翼緣板所受剪切力為 F1=0.5FH1=10565N 軸力分配 軸力按截面積分配 一塊翼緣板受軸力 N'y==4176N 一塊腹板受軸力 N'f==8390.3N A=21184mm2,Ay=3520mm2,Af=7072mm2 （2）翼緣拼接計(jì)算 由Myx產(chǎn)生的翼緣軸力為 N”y===404013N 一塊翼緣板總軸力為 Ny=N'y+N”y=408189N 拼接縫一邊翼緣板上有8個(gè)螺栓，一個(gè)螺栓受力（剪切力）為 PyN==N =50123.6N Myy由上下翼緣板平均承受，一塊翼緣板的水平彎矩為 M'y==2585N·m 拼接縫一邊翼緣板上螺栓的布置尺寸為==3，可按窄式連接計(jì)算 x1=150mm,Σxi2=4(502+1502)mm2=100000mm2 翼緣板角點(diǎn)螺栓的最大內(nèi)力為 Py1==N=3877.5N 角點(diǎn)螺栓順梁軸的內(nèi)力和為 FN=PyN+Py1=(51023.6+3877.5)N=54901N 水平剪切力F1由焊接縫一邊翼緣上的螺栓平均承受，一個(gè)螺栓的受力為 Fs===1320.6