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河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 摘要 進入 21 世紀(jì)以來，我國的鐵路、造船工業(yè)進入了快速發(fā)展的軌道， 門式起重機因其在露天作業(yè)環(huán)境中有其它類型起重機無法替代的優(yōu)勢， 因此對其進行研究、創(chuàng)新，使其結(jié)構(gòu)更合理，使用更方便，具有重要的 戰(zhàn)略和現(xiàn)實意義。本設(shè)計以雙梁 A 型門式起重機結(jié)構(gòu)設(shè)計為設(shè)計目標(biāo)， 內(nèi)容包括主梁、支腿、馬鞍、上下橫梁等結(jié)構(gòu)的設(shè)計。首先采用許用應(yīng) 力法及計算機輔助設(shè)計方法和第四強度理論對主梁結(jié)構(gòu)進行載荷計算， 然后對其強度、穩(wěn)定性、剛度進行校核，最后進行螺栓連接的計算。如 不符合，重復(fù)所做步驟。其設(shè)計很好的體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)在金 屬結(jié)構(gòu)件和起重機運輸中的重要運用。 關(guān)鍵詞：門式起重機；金屬結(jié)構(gòu)；載荷計算；雙梁 . 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 Abstract In the 21st century, China's railways, shipbuilding industry has entered a rapid development track, gantry crane in its operating environment in the open air there are other types of cranes can not be replaced advantage, so its research, innovation, its structure is more reasonable , More convenient, has important strategic and practical significance.The design-A double beam gantry crane design goals for the design, including the main beam, legs, saddle, upper and lower beams and other structures. Focus on part of the structure of the load and load combinations, the final calculation of the bolt connection. Good indication of the design of structural mechanics, mechanics of materials in the metal structure and the importance of transport used cranes. Key words：Gantrycranes; metalstructure; loadcalculation; doublebeam . 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 目錄 第一章 前言 ...................................................1 1.1 結(jié)構(gòu)簡介 ................................................1 1.2 發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................1 1.3 研究 目的和意義 ..........................................2 第二章 總體設(shè)計 ...............................................4 2.1 總體設(shè)計 ................................................4 2.1.1 材料選擇 ............................................4 2.1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ........................................4 2.1.3 設(shè)計參數(shù) .............................................5 2.2 部件截面形狀的確定 ......................................6 2.3 截面慣性矩驗算 .........................................11 第三章 主梁計算 ..............................................12 3.1 載荷及內(nèi)力計算 .........................................12 3.1.1 載荷計算 ...........................................12 3.1.2 內(nèi)力計算 ............................................17 3.2 主梁的強度 .............................................24 3.2.1 主梁彎曲應(yīng)力驗算 ....................................24 3.2.2 主梁支撐處的剪力 ...................................28 3.2.3 主梁疲勞強度 .......................................29 3.3 主梁的穩(wěn)定性 ...........................................30 3.4 主梁剛度設(shè)計計算 .......................................35 3.4.1 主梁跨中一簡支剛架靜剛度計算 .......................35 3.4.2 小車懸臂一簡支剛架靜剛度計算 .......................36 3.4.3 主梁水平靜剛度計算 .................................36 3.4.4 懸臂的水平靜剛度 ...................................37 3.4.5 主梁動剛度 ..........................................37 第四章 支腿平面內(nèi)剛架的設(shè)計 ..................................40 4.1 鋼架的三次超靜定結(jié)構(gòu) ...................................40 4.2 馬鞍橫梁跨中截面內(nèi)力計算 ...............................42 4.2.1 剛性腿側(cè)計算 .......................................42 4.2.2 結(jié)構(gòu)彎矩計算 .......................................43 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第五章 支承架設(shè)計及計算 ......................................45 5.1 支撐架剛度計算 .........................................45 5.2 支撐架的小車軌頂處位移 .................................51 5.3 整體穩(wěn)定性計算 .........................................58 第六章 螺栓連接強度計算 ......................................60 6.1 馬鞍的連接強度計算 .....................................60 6.2 支腿與橫梁的連接計算 ...................................61 6.3 主梁在跨中的連接計算 ...................................62 6.4 主梁蓋板的螺栓連接 .....................................62 結(jié)論 .........................................................64 致謝 .........................................................65 參考文獻 .....................................................66 附錄：外文資料與中文翻譯 .....................................67 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 前言 1.1 結(jié)構(gòu)簡介 門式起重機是橋式起重機的一種變形。在港口主要用于室外的貨場、 料場貨、散貨的裝卸作業(yè)。它的金屬結(jié)構(gòu)像門形框架，承載主梁下安裝 兩條支腳，可以直接在地面的軌道上行走，主梁兩端可以具有外伸懸臂 梁。門式起重機具有場地利用率高、作業(yè)范圍大、適應(yīng)面廣、通用性強 等特點，在港口貨場得到廣泛使用。本次設(shè)計的起重機因支腿形狀類似 字母 A 又稱 A 型門式起重機，該裝置主要是由雙主梁、兩剛支腿、兩柔 支腿以及馬鞍、上下橫梁等結(jié)構(gòu)組成。雙梁 A 型門式起重機一般做成箱 型結(jié)構(gòu)，而且常做成雙懸臂的橋架。有時也可做成桁架結(jié)構(gòu)，但是桁架 結(jié)構(gòu)存在著制造勞動量大，維修保養(yǎng)不方便等缺點，所以一般設(shè)計成箱 梁門式起重機。 1.2 發(fā)展現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)大型起重機的廠家很多。其中以中聯(lián)重科、三 一重工、撫挖等公司產(chǎn)品系列較全，市場占有率較高。中聯(lián)重科在 2007 年 12 月宣布實行品牌統(tǒng)一戰(zhàn)略后?，F(xiàn)已成功開發(fā)了 50t~600t 履帶式起重 機產(chǎn)品系列。作為中國起重機行業(yè)的領(lǐng)跑者，徐州重型機械有限公司現(xiàn) 在已經(jīng)形成了以汽車起重機為主導(dǎo)，履帶式起重機和全路面起重機為側(cè) 翼強勢推進的龐大型譜群。國內(nèi)最具歷史的履帶式起重機生產(chǎn)企業(yè)撫挖 現(xiàn)已擁有 35t~350t 的履帶式起重機產(chǎn)品系列。QUY350 是撫挖 2007 年推 出的國產(chǎn)首臺 350t 履帶式起重機，填補了國內(nèi) 350t 履帶式起重機的產(chǎn)品 型譜空白。國外專業(yè)生產(chǎn)大型起重機廠家很多。其中利勃海爾、特雷克 斯-德馬格、馬尼托瓦克與神鋼等公司產(chǎn)品系列較全， 市場占有率較高。 利勃海爾公司的產(chǎn)品技術(shù)先進、工作可靠，其生產(chǎn)的 LR 系列履帶起重 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 機最大起重量已達 1200t。其桁架臂履帶式起重機系列在 2007 年又喜添 新品 LR1600/2，使其產(chǎn)品型譜更加完善。 未來的一段時間內(nèi)，起重機的發(fā)展趨勢包括以下幾個方面： （1）大噸位的自拆裝系統(tǒng)。 （2）便利模塊化和組合化。 （3）混合型起重機 1.3 研究目的和意義 通過對雙梁 A 型門式起重機的研究和創(chuàng)新設(shè)計，能夠讓我很好的掌 握結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)在金屬結(jié)構(gòu)件和起重機運輸中的運用。作為畢業(yè) 設(shè)計的一大課題，在融合貫通機械專業(yè)的同時，更能很好的使自己所學(xué) 專業(yè)知識全面化、系統(tǒng)化。本次設(shè)計的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，特別是支腿、馬鞍 部分，設(shè)計難度較大，計算量也較多。不光是對專業(yè)知識的考察，更體 現(xiàn)在自己對待生活和學(xué)習(xí)的態(tài)度上。通過這一環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，更能很好的 提高了以下方面的能力： 1、綜合運用所學(xué)知識和技能，獨立分析和解決設(shè)計問題的能力； 2、熟練運用基本技能，包括繪圖、計算機應(yīng)用、翻譯、查閱文獻等 等的能力；實驗研究的能力；撰寫科技論文和技術(shù)報告，正確運用國家 標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)語言闡述理論和技術(shù)問題的能力： 3、收集加工各種信息的能力，獲取知識的能力； 5、多角度的培養(yǎng)我們綜合運用和擴大所學(xué)知識面的能力，以提高理 論聯(lián)系實際的能力。 6、通過依據(jù)數(shù)據(jù)、準(zhǔn)確的制圖，培養(yǎng)了我們收集、整理、分析及運 用資料的能力 。 7、另外它不僅僅局限在機械基礎(chǔ)知識上更涉及了有關(guān)材料學(xué)、力學(xué) 等多學(xué)科知識，使我們對交叉學(xué)科有了一定的涉足，拓寬了我們的知識 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 面，更激發(fā)了進行本專業(yè)工作、學(xué)習(xí)的激情與興趣。 本設(shè)計為 32t 雙梁 A 型門式起重機結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)給出的設(shè)計參數(shù)， 設(shè)計出符合要求滿足使用性能的起重機結(jié)構(gòu)，并對設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)進行 校核計算。所用到的研究方法主要有經(jīng)驗總結(jié)法、比較研究法、文獻資 料法等。借鑒前人對起重機結(jié)構(gòu)設(shè)計的成熟經(jīng)驗，結(jié)合目前雙梁 A 型門 式起重機所存在的缺點和不足，進行起重機的創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過翻 閱相關(guān)文獻書籍對涉及到的雙主梁、兩剛支腿、兩柔支腿以及馬鞍、上 下橫梁等結(jié)構(gòu)進行計算，特別是載荷計算及載荷組合，螺栓的連接計算。 比 較 研 究 法 可 以 理 解 為 是 根 據(jù) 一 定 的 標(biāo) 準(zhǔn) ， 對 兩 個 或 兩 個 以 上 有 聯(lián) 系 的 事 物 進 行 考 察 ， 尋 找 其 異 同 ， 探 求 普 遍 規(guī) 律 與 特 殊 規(guī) 律 的 方 法 。 具 體 要 求 如 下 ： a、設(shè)計中要注意的問題是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，特別是支腿、馬鞍部分，設(shè) 計難度較大，計算量較多。 b、通過本次設(shè)計，熟練掌握結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)在金屬結(jié)構(gòu)件和起 重機運輸中的運用。 c、完成校院要求的工作量和畢業(yè)設(shè)計論文的撰寫。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第二章 總體設(shè)計 2.1 總體設(shè)計 2.1.1 材料選擇 在選擇起重機材料時一般應(yīng)考慮以下幾個方面：1.經(jīng)濟性：性能與 材料價格成正比;2.設(shè)計要求：對于有重量限制的，可以選用強度等級好 一些的材料;3.作業(yè)環(huán)境要求：對于有低溫操作要求的產(chǎn)品，必須考慮材 料的低溫沖擊性能，也就是 A/B/C/D/E 等;4.制造能力：如果對于高強度 板的焊接能力達不到，就不能選用。 參閱大連起重機廠編的《起重機設(shè)計手冊》 ，起重機金屬結(jié)構(gòu)主要受 力構(gòu)件應(yīng)采用平爐或轉(zhuǎn)爐的碳素鋼和普通合金鋼，但端梁一般采用 Q235B 的鋼材或者型材。 2.1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 依據(jù)原始資料及查閱《起重機課程設(shè)計手冊》現(xiàn)列出門架的結(jié)構(gòu)簡 圖及其主要尺寸如圖 2-1，2-2 和表 1-1 . 圖 2-1 門架結(jié)構(gòu)簡圖 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 圖 2-2 門架結(jié)構(gòu)簡圖 具體尺寸如表 1-1： 表 1-1 A1 5.2m A2 4.2m A3 11.16m A4 1m A5 8m A6 1.4m L1 10m B2 1.89m B3 11.32m 2.1.3 設(shè)計參數(shù) ①總體參數(shù) 起重量：Q=32t 跨度：S=26m 工作級別 A6 起升高度：11m 起升速度： 工作風(fēng)壓;q=250Pamin/3.9?起V ②大車參數(shù) 大車運行速度：V=37.8m/min 大車輪距（基距）：B=8.5m 懸臂全長： 有效懸臂長度：L21 mS61? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 整機總重： (估)馬鞍自重：106.8t?AGtGm36.? 操縱室重： 電器集中質(zhì)量：kgc5kgdq750 梯子等重： 單支腿自重：ct24tt. ③小車參數(shù) 小車自重： 小車軌：P38tGxc3.1? 小車輪距：b=2.7m 小車軌距：K=2.5m 小車軌面到小車最高點的高度：1.6m 2.2 部件截面形狀的確定 雙 梁 門 式 起 重 機 承 載 能 力 強 ， 跨 度 大 、 整 體 穩(wěn) 定 性 好 ， 品 種 多 ， 但 自 身 質(zhì) 量 與 相 同 起 重 量 的 單 主 梁 門 式 起 重 機 相 比 要 大 些 ， 造 價 也 較 高 。 根 據(jù) 主 梁 結(jié) 構(gòu) 不 同 ， 又 可 分 為 箱 形 梁 和 桁 架 兩 種 形 式 。 但 考 慮 到 制造勞動量大，維修保養(yǎng)不方便等缺點，目 前 一 般 多 采 用 箱 形 結(jié) 構(gòu) 。 1.主 梁 截 面 1） 如 圖 2-3 所 示 主 梁 截 面 的 形 狀 及 尺 寸 。由已知條件和經(jīng)驗值可知 主梁截面的主要結(jié)構(gòu)尺寸及重要參數(shù)如下 ： 高度： 取腹板高度：0Hm?120hm? 翼緣板厚度; 取主腹板厚度： ，1??8? 副腹板厚度： 62 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 2-3 主梁截面圖 2）主梁尺寸計算 主梁高度如下： mhH12012001 ????? 主梁寬度： mm)6~48()5.~4(?b主 腹板外側(cè)間距： mL30~60603?側(cè) 且 ，取 b=614mm,上下翼緣板各不相同，分別120473bm?? 為 及 .取懸臂部分的橫斷面完全等同于中間主梁的橫斷面，675?6 選擇偏軌箱型形式，采用偏軌省去了中軌支撐軌道而設(shè)置橫向加勁板， 從而也省去了大量的焊縫，減少制造過程變形為了能在主腹板上設(shè)置軌 道和壓板須使上翼緣板的懸伸寬度加大因而增加了保證懸臂部分局部穩(wěn) 定性而設(shè)置的三角肋。 3）截面慣性矩驗算 面積： ? ?22106547381206308Am?????? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 22614074980.749Amm??? 型心坐標(biāo)： 61328.3Xc???735104Yc 慣性矩: 94.826Ixmy?? 2.馬鞍截面 如圖 2-4 馬鞍截 面 的 形 狀 及 尺 寸 圖 2-4 馬鞍的截面形狀 面積： 22(3842608)163840.164Amm????? 質(zhì)量： HgFmaq N7.93 慣性矩： 342.10IX???4.5IY? 3.支腿截面 如圖 2-5、2-6 所示支腿截 面 的 形 狀 及 尺 寸 支腿上端的截面在門架平面內(nèi)的慣性矩： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 11323.60.160.20.22IX? ???????? ?? ? 40.1m? 支腿下端的截面在門架平面內(nèi)的慣性矩： ， 34.91Imx? 48.5yIm?? 圖 2-5 支腿上端的截面形狀 圖 2-6 支腿下端的截面形狀 4. 端梁截面 如圖 2-7 所示端梁截 面 的 形 狀 及 尺 寸 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 由于端梁一般是偏于安全的,參閱《起重機課程設(shè)計》選取截面截面如 圖 2-7 圖 2-7 端梁截面形狀 5.下橫梁截面 如圖 2-8 所示下橫梁截 面 的 形 狀 及 尺 寸 圖 2-8 下橫梁的截面形狀 下橫梁面積: 22(28068)40.4Amm????? 型心坐標(biāo)： ， XCY 慣性矩： ， 34.91Ix?4.15yI? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 2.3 截面慣性矩驗算 因主梁為關(guān)鍵性部件，在起重機使用過程中承載主要載荷，現(xiàn)對主 梁的慣性矩進行初步驗算 小車集中載荷： 1323109.841079210673mQptGxNjPN?????????????主 滿載小車位于主梁跨中產(chǎn)生的垂直靜撓度為： ??mLYEIpYX5.28048131 ???2m31026a91026 2NPEI???? ??取 查 取 ，材 料 力 學(xué) 》 教 程 表材 料 的 彈 性 模 量 ， 由 《主 梁 的 抗 彎 剛 度 冊度 ） ， 見 起 重 機 設(shè) 計 手主 梁 的 許 用 靜 位 移 （ 撓 1.17 mm?????13485.48)(1 YEpLIX ?904 當(dāng)滿載小車位于懸臂端極限位置產(chǎn)生的垂直撓度為： ??mlEIlLPYX 4.735063)(222??? 2.32?????1.60)26()(1)( 3322lpIX 10?4m 主梁截面許用慣性矩: 滿足要求??4907.I? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 第三章 主梁計算 3.1 載荷及內(nèi)力計算 3.1.1 載荷計算 （1）固定載荷 主梁自重載荷： m2843.910' NLmgFq??? 小車軌道重量： 3.69/1/g 欄桿及導(dǎo)電架質(zhì)量： 09.80/FmgNmL??? 主梁的均布載荷： (28431)/'4205/FqgN??? （2）移動載荷 首先假定小車的重量中心與起升載荷的重量中心均集中在小車的中心。 起升載荷： ()(3201)9.83270PmgNQ?????? 小車自重載荷： .4Gx 滿載小車靜輪壓有前面已知： 108792Pj 空載小車靜輪壓： .1473029''41 mgGxNj??????217438pN?? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 (3)動力效應(yīng)系數(shù) 起升沖擊系數(shù)： 1.?? 起升動載系數(shù)： 43.1876.0212min ?????qV? 運行沖擊系數(shù)： .0585.584hy? (4)慣性載荷 按車輪打滑條件確定大小車運行的慣性力 一根主梁上的小車慣性力： 1087921532PNxg???? 大車運行起制動慣性力（一根主梁上）為： 均布慣性力主梁： 405/41/271FqmH? 小車集中慣性力： 3872PN??? (5)風(fēng)載荷 作用于貨物的風(fēng)載荷： NAqCkFihW 125601.1 ???? 非工作狀態(tài)風(fēng)載荷： i .47867.3 ?? 作用于主梁上的風(fēng)載荷: 小車： 11.71250hiPCkqAN??? 主梁: NKn 3645)125.6(2 ????? (6)扭轉(zhuǎn)載荷 偏軌箱型梁由 和 的偏心作用而產(chǎn)生移動扭矩如圖 3-1 所示。偏軌p?H 箱型梁彎心 A 在梁截面的形心軸上（不考慮翼緣外伸部分）彎心至主腹 板中心的距離為： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 686212()(14)2018eb m?????????? 軌高： 34hmg1' (2034)72H??? 移動扭矩： 8.26534TPeNmp?:'187.h （7）慣性載荷 下橫梁產(chǎn)生的慣性力，下橫梁面的截面，由大車輪直徑 D=900m 選定下橫 梁截面尺寸， 下橫梁面積: 22(28068)40.4Amm????? 形心坐標(biāo)： XCY? 圖 3-1 下橫梁截面形狀及尺寸 下橫梁面積: 22(28068)40.4Amm????? 形心坐標(biāo)： XCYC 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 慣性矩： 342.9160Imx???48.150yIm??? 則下橫梁產(chǎn)生的自重載荷為： .7.29./FkAgNXhL?73.8/ 下橫梁產(chǎn)生的慣性力為： NLFPXhH 14.592106??? 馬鞍的截面（在門架平面內(nèi)）產(chǎn)生的慣性力： 面積： 2(3842608)6384.6Amm???? 質(zhì)量： 1.75.19./15/Fkgqma?? 慣性矩： 34.IX?4.510IY??? 慣性力： ??152.631820 FLqaPNHm???? 支腿上截面產(chǎn)生的慣性力： 慣性矩： 1323.60.16.20.122IX? ??????? ?? ?4.m? 支腿下截面產(chǎn)生的慣性力： 慣性矩： 342.9160Ix??48.5yI?? 取支腿從下截面開始的 0.7H 處作為計算截面如圖 3-2 所示。 平均面積： 16020821.Am??? 平均實體面積： 160???????????????? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 22360.36m? 圖 3-2 下支腿 0.7H 處截面形狀及尺寸 慣性矩： IX?3440.72.10m??1Iy339? 支腿自重載荷為： .2785.69.8/3102/2FkAgNmq???? (8)偏斜側(cè)向力 一根主梁的重量： LPqG104)(43' ?? 一組大車運行機構(gòu)的重量： 29.876mgNj?? 司機室及設(shè)備的重量（按合力計）： 0.190PNGs? 一根端梁的重量： 2843.5718PFLdq??? 滿載小車在主梁跨中時，左側(cè)下橫梁總靜輪壓 PR1如下 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 11 2()2(1)237047631025(4.5)193.8109()479dPpPPpRQGztmaXhLdGLx sN?????????? 由 ，查得.620?BL.75?? 側(cè)向力： 14029.13524PNSR?? 滿載小車在主梁與支腿相接處 ??NLdPPSX GdLXhmaZtGQR7.6319826310 48.1973542102742 2?????????? ?????????????? 側(cè)向力： 897540.17603PNSR???? 3.1.2 內(nèi)力計算 （1）垂直平面內(nèi)的應(yīng)力 計算主梁內(nèi)力時，將門架當(dāng)作平面靜定結(jié)構(gòu)分析,由主梁自重均布載 荷引起的力有： 支反力： NLFVqBA 5.8620)1426(405)12( ?????? 剪力： NQRCLD .37)4qR 605???? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 跨中彎矩： mNlLFMqL 13876502.)426(05)4(242 ??????? 跨端彎矩： .2lCD?: 圖 3-3 內(nèi)力模型圖 考慮移動載荷引起的主梁內(nèi)力，取小車輪壓 分別1087921?jjp 計算小車位于跨中和懸臂端時的主梁內(nèi)力。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 1）小車位于跨中，受力如圖 3-4 所示。 圖 3-4 小車受力圖 跨中的剪力為： 119843????????)265.1(2743815.)21(LKPFP? mN 跨中的內(nèi)扭矩： ????.34804TTnH????:mN367 最大彎矩作用位置： 24.75?? ??????)2617438(5.098221LpPkXjjjj mN 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 求得支反力為: NLKXPLVjjA 5.1246).8(21079210879)(21 ????????pPAjjB 35.4)(21 ??? 剪力為： ， NVQD5.41VQBC92 2）小車位于懸臂端，如圖 3-5 所示。 圖 3-5 小車受力圖 支持反力 VA計算如下： NLklPLljj 25.71626)5.( 108792610879)(''21???? ????? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 NLklPlVjjB 5.397246.108792610879''21 ??????? 剪力： NVQBRDLC5.34D 7.1.576.394? 彎矩： ??NklplPMjj 5.123648)5.6(6089)(''21 ?????NLVB 5.145.39742 ??? 滿載小車處于主梁的左端時，如圖 3-6 所示。 圖 3-6 滿載小車受力圖 跨端剪力為： NLKPFPC 3.27586.2174385.4 ???????? 跨端內(nèi)扭矩： (0)1T mnH??: = mN.328 當(dāng)小車制動時，慣性力順主梁方向引起的主梁內(nèi)力，如圖 3-7 所示 支反力： NLhPVgXBA 8.657021??? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 剪力： NVQBADC8.6570??13HPAXg 圖 3-7 主梁受力示意圖 跨中彎矩： 1153.6832MPhNmLXg???: 支座處彎矩： .172D （2）水平面內(nèi)的應(yīng)力 在主梁水平面內(nèi)，如圖 3-8 所示當(dāng)大車制動時由于慣性力和風(fēng)載荷 引起的主梁內(nèi)力（其中由主梁自重引起的慣性力 和小車自重引起的FH 已計算過）：PH 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 圖 3-8 主梁內(nèi)力簡圖 是將風(fēng)載荷 均布在主梁上2q2p （順大車軌道方向的風(fēng)載荷）NmlL1.428619???? 小車在跨中： 2()(5).52MFqlDH????14583N?: mNPplLqHWHL 23679)1085.67430(4162)4156(2 )22 ??????? ????????????? 小車在懸臂端： ???214LMFqlpPDHH?? N5.173426)085374()4561(2 ???????212LqlPLw???????75.93426)0874537(64)156(2 ???????????? 現(xiàn)分別將主梁在水平面和垂直面產(chǎn)生的彎矩列表如表 3-1，3-2。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 表 3-1 主梁在水平面內(nèi)的彎矩（N/m） 小車的位置 DML2M 小車在跨中 -14853 236792 小車在懸臂 -173734.5 9534.75 表 3-2 主梁在垂直平面內(nèi)的彎矩（N/m） 產(chǎn)生彎矩的外 力 主梁均布質(zhì)量 q 下 移動載荷 P 下 小車的位置 DML2DML2 小車在跨中 -73648 1387650 0 981162 小車在懸臂 1235648 -516418.5 -706674 -353337 產(chǎn)生彎矩的外 力 小車在制動下 外力合成下 小車的位置 DL2DL2 小車在跨中 173326 86663 99768 1191386 小心在懸臂 173326 86663 -606996 -143113 3.2 主梁的強度 3.2.1 主梁彎曲應(yīng)力驗算 由表 3-1，3-2 可知，在水平和垂直平面內(nèi)，小車位于跨中和懸臂支 撐處時產(chǎn)生的彎矩最大，現(xiàn)分別驗算跨中和懸臂支撐兩個位置處主梁的 彎曲應(yīng)力。由公式求得跨中彎曲應(yīng)力： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 1221. .SSMMyxLLzWIIxyx?????????????????33938654108547.10.2( )0.726????14. ..3sMPMPaan?????? 懸臂支撐處彎曲應(yīng)力 ：C3360954107928101.21.58.7.6SDCWxy???? ?????? ???????? ?????65.7.MPPaa?? 主腹板上邊緣點至軌頂距離為： 0hyg???134m? 主腹板邊的局部壓應(yīng)力為： 41.5807946.(24)20Pj MPmahy?????????????? 在水平面內(nèi)，主梁還受偏斜運行時的水平側(cè)向載荷作用，由側(cè)向力 對雙梁產(chǎn)生的水平彎矩如下： 0FSBDW? 水平剛架計算模型為如圖 3-8 所示。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 3-8 水平剛架計算模型圖'2(50278)3051Kkxm????'31b????'9297022aB?? 小車在跨中，剛架的計算系數(shù)為： 1.106.3158312' ??????LIkrs 小車在跨中，偏斜側(cè)向力為: 24PNS 超前力為： LBPSW8.1965011 ??? 下橫梁中點的軸力為： 76212NPNd? 下橫梁中點的水平剪切力為： 112.97352410'205aFP NdSkrs?????????????????? 主梁跨中的水平彎矩為: 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 =11dSsNFPM??? mN45268152.1970.2354????? 主梁軸力為： (4)9FNs? 小車在跨端時側(cè)向力： 2PS 超前力： LBpsw713569540022 ??? 下橫梁中點的軸力： 268NPNdW? 下橫梁中點的水平剪力： 112.97542701503'2354aFPdSkrs?????????????????? 主梁跨端的水平彎矩： (54270.91.28)142302MabNmCSd???:: 主梁跨端的水平剪力： 217352wFPNNSd??? 垂直彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力為： 139386541029.07.MyLMPaIx????? 水平彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力： 312854028.02.6DaIy??? 慣性載荷與側(cè)向力對主梁產(chǎn)生的軸向力較小且作用方向相反，應(yīng)力很小， 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 可忽略不計。因而有主梁上翼緣的靜矩： 1133075940480022SBy m???????????????????? 跨中剪切力： .674FPN????135412589702.108.60STpyn MPaIAx?? ???????? 點 1 的折算應(yīng)力： ?91.2.813.890MPaa?????2 223.46..46.35.10 Pm a???????????95.1176MPaa??? 點 2 的應(yīng)力: 331938671028541028.2( ). .6ySLxDMPaII?????????137MPPaa?? 點 3 的應(yīng)力： ??23318918670128540.11.5.5. 6yLxDII????? ?????? ?????? ??? 滿足要求??76MPPaa?? 3.2.2 主梁支撐處的剪力 （1）根據(jù)上述計算，小車在懸臂端時，主梁支撐處剪力最大，主梁支撐 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 處的垂直平面內(nèi)剪應(yīng)力由下列公式計算： ()12QSDxI???? 小車在跨中： ??(3784510692)19385L NVAB????? 小車在懸臂端： (21)4QD? 所以剪應(yīng)力： ?? 9649835704103.720.7..1 MPx a???? ??? 主梁承受扭矩 產(chǎn)生的切應(yīng)力為：Tn37541016.280aMPxA???????.64? （2）翼緣板承受水平剪力計算 小車位于懸臂端時支撐處承受的最大水平剪力： 21PFqlPFCHwHCS????????564.537408157213563N???? ?? ???1. .00(7)2MPMPaa? ??? ?????? ?? 主梁翼緣板厚度取 ，采用自動焊接，不需計算。8hmf? 3.2.3 主梁疲勞強度 （1）橋架工作級別為 A6，應(yīng)按載荷組合 計算主梁跨中的最大彎矩截面? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 的疲勞強度 由于水平慣性力產(chǎn)生的應(yīng)力很小，為了計算簡明而忽略慣性，只求截面 的最大彎矩和最小彎矩。 截面最大彎矩： mNM19386max? 滿載小車位于懸臂端時，彎矩最?。?143inMNm??: 空載小車的輪壓為： 09.8'' 2712Pj? 則空載小車位于懸臂時，對跨中產(chǎn)生的彎矩為： mNkiplMjjL 90382)5.6(782)(''2' 1 ?????????''()784.5.'2Pllj ?::??13569063196,minNm????: 則取 8M 3.3 主梁的穩(wěn)定性 1）.整體穩(wěn)定性 主梁高寬比為： 穩(wěn)定120364hb?? 2）.局部穩(wěn)定性 翼緣板 01? 需設(shè)置一條縱向加勁肋，不再驗算 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 翼緣板最大外伸部分 穩(wěn)定10 b?? 主腹板 ??120846h??? 需設(shè)置橫向加勁肋（隔板） ，期間距現(xiàn)取為 1200mm。 副腹板 ??12056172408h??? 除需設(shè)置橫向加勁肋外，還需在腹板最大受壓處設(shè)置一條縱向加勁肋， 將腹板分為上下兩個格區(qū)，縱向加勁肋設(shè)置在距腹板受壓邊為 240mm 處， 如圖 3-9 所示： 圖 3-9 縱向加勁肋簡圖 1.驗算跨中主腹板上區(qū)格 的穩(wěn)定性，區(qū)格兩邊正應(yīng)力為：???91.02.813.8910MPaa?????540.2.69.2yhPMa????????????? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 屬于不均勻壓縮板??69.20.4.61138????? 區(qū)格 的歐拉應(yīng)力為：?2018.66.724014MPbhmya??????????? 區(qū)格分別受 ， 和 作用時的臨界壓應(yīng)力：1m?? 6xkcry?? 嵌固系數(shù) x=1.2, 屈曲系數(shù) ，205,4b??8.4.4.836101k?? 則 2351126.3' .985.3sMPcr acr???????????????????? 腹板邊局部壓應(yīng)力為： 46.m 壓力分布長： ??20130538hmg????? ，按 a=3b 計算53ab?? 所以， ， 80.4732cab?? 區(qū)格 屬雙邊局部壓縮板，板的屈曲系數(shù)為：?0.71.1..82.8.7304Km?????????????????????????? ，需修正，則' .206.729.8xkMPcr a??35211.49.8????????? 區(qū)格平均切應(yīng)力為： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 ??173541258927.906080FTpn MPahA?????????? 由 ，板的屈曲系數(shù)為：5ab??4.3.5.2KI???'1.06.7134xkMPcrya??? ，需修正。'342.576PSa????? 而 ，3521231..cra?????????13.78Mcra? 區(qū)格上邊緣的復(fù)合應(yīng)力為： 23.8946..8946.95.1 Pm????????? 區(qū)格的臨界復(fù)合應(yīng)力為：5.82,ab???223113[]()44mcrpcrcrcr???????????????95.115.92210.6830.684.67.9424013MPa? ?????????????????????15.9crMPan?????? 合格223mcr????????? 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間距，取 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 。2401am? 2.驗算跨中副腹板上區(qū)格 的穩(wěn)定性? 副腹板上區(qū)格 只受 及 的作用，區(qū)格兩邊正應(yīng)力為：?1??232819.07. 69.7107.x MPa??????????????? 切4164032(1..).229y Pax?? 應(yīng)力： ?? 175582( )7.491064080FTpnhA????????? 區(qū)格 的區(qū)拉應(yīng)力為：?.1.32MPya????????? 屬于不均勻壓縮板69.72031??54ab??8.4.4.8610K?????' 1.26.3716xkMPcrya??? 需修正'0.75s?23219.61.678cra?????????? ，5??4.5.3.5kI??'1.26.7.6xMPcrya????? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 需修正，則：'376.130.7516MPMPcrasa? ?????? ，252.9???????2713.Pcra?? 復(fù)合應(yīng)力為： 220.37.491MPa??????? ，區(qū)格 的臨界復(fù)合應(yīng)力為：52???121344crcrcrr??????????????????????????????????10.818210.63.36.37.4429491MPa? ??????????????????????????? 合格18..crMPan?????? 3.4 主梁剛度設(shè)計計算 3.4.1 主梁跨中一簡支剛架靜剛度計算 小車作用在跨中時， 2LY??18017.92.5LmYm???? 跨中靜剛度：主梁按靜定結(jié)構(gòu)簡圖計算靜剛度時為最不利情況 ??34822PbYLEIx????????? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 ???23.710217438 328802.7150.06. m? ??? ???????? ???9. 7.58LmYm??? 3.4.2 小車懸臂一簡支剛架靜剛度計算 小車作用在懸臂極限時，計算簡圖如圖 3-10 所示： 圖 3-10 小車懸臂極限位置靜剛度計算簡圖 mIELmYXxQd 3.10178.06.20)263()31(60)()( 52'2' ???????? ?1853L? 其中， mb3.)274(' ??? 是比實際值小，故算出的 偏大，故在懸臂端的靜剛度是很安全的xI Yd 3.4.3 主梁水平靜剛度計算 水平框架為多次超靜定結(jié)構(gòu)，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)的對稱性，從而端梁中 間截開取超靜定框架一側(cè)為基本系統(tǒng)，滿載小車位于懸臂時，超靜定門 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 架水平靜位移按圖 3-11 模型計算：mHmEILPX1201 07.11078.6.2643291?? ???? ?? 3.4.4 懸臂的水平靜剛度 由于 產(chǎn)生撓度相互抵消現(xiàn)只考慮 ：HFHP 圖 3-11 超靜定門架水平靜位移示意圖??mY mEILPyH057.4 109.108.971.0261)263(8916)( 52'21?? ??????? ?? 3.4.5 主梁動剛度 1.小車位于跨中位置時，主梁跨中垂直動剛度計算式為： ??????119.815.763221000gfvyyL y?????????????? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 ???15.7632.82.290.51fv?????????? 其中， .0ym(220)150lHmrqr??????3109.850568PLQnEAr??2.414m??? 結(jié)構(gòu)質(zhì)量影響系數(shù)： 15.0249.17302308.92)56(5021 ????????????????y 2.位于懸臂端時，垂直動剛度 由于 ，易得 ,不需計算17.9Yd?2fHvL? 3.水平靜剛度 門架和小車剛架的水平自振頻率，按物品高位懸掛的滿載小車計算： =10.15292fHmh???0.159263. 80HZ??.34.fHZ?????: 其中， 為集中于門架或支腿剛架頂部的換算質(zhì)量h 2'1 20.342 3HSmmmqQxztsdazt?????????????????????40581210.47591.8???? ?? ? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 ??2210.610425.98175.6423? ????????????? ?? ???98kg? 為單位水平力作用于門架或支腿剛架頂部產(chǎn)生的水平位移，對超靜定? 門架有 NmEIkLH /105.691078.016.2)4(12)( 622 ?????????? 綜上可以看出水平動剛度并不能滿足要求，但由于添加了加勁肋板、 橫隔板等，真實的慣性矩大于 ，符合要求，所以不再調(diào)4.m 整主梁尺寸。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 第四章 支腿平面內(nèi)剛架的設(shè)計 4.1 鋼架的三次超靜定結(jié)構(gòu) 支腿平面內(nèi)的結(jié)構(gòu)是以支撐架為基礎(chǔ)的三次超靜定結(jié)構(gòu)，由馬鞍橫 梁橫梁中間截面斷開作為超靜定的基本結(jié)構(gòu)。因為結(jié)構(gòu)載荷對稱，截開 截面又有彎矩和軸向力，為了求解超靜定內(nèi)力簡單，將均布載荷 ，3Q ， ， 與集中力 作用分開考慮，設(shè)均布載荷引起截面彎矩為 ，4P2Q62P 1Y 軸向力為 ,由集中力 引起的截面彎矩為 ,軸向力為 ，然后將內(nèi)Y3Y4 力求和進行校核計算.結(jié)構(gòu)受力分析簡圖如 4-1。 圖 4-1 結(jié)構(gòu)受力分析簡圖mtFQ mtABtFXhLqmaq201. 13.02.58962.4.3106136322???? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 41 ttAFP tN PLqmGGQx 429.018.9315 3427616)5.0)(173()20)((24 ???? ????? 馬鞍在梁端產(chǎn)生的彎矩為 0.50.289.483MtmKNXQ:.453KN?5.2.2189013615.8326ABtmKN????????????????? ::.04.7.944MPtmtKNX??:21.6.892.2.16Qt?:??583794.52.8634MmKNXXPQ????: 為 在 處產(chǎn)生的總彎矩M265.20130.2191.68944.756.4AQLVB t??? ???????? ?? ?2.6.87KNmX: 為 在下橫梁跨中產(chǎn)生的彎矩MQ6342VPtA?1.3865tmKNX??:????4.1902BtmP????: 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 42 (9034.81)0378262MVAKNmXP??????::1377KNm: 4.2 馬鞍橫梁跨中截面內(nèi)力計算 4.2.1 剛性腿側(cè)計算 鋼架受到水平載荷 及扭矩 作用，且兩側(cè)作用載荷相3P4Q56nM 等。計算簡圖如圖 4-2 所示： 圖 4-2 計算簡圖5.20131.73AQPtt???486t90.211.573LQPtt??? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 43 0.429/.0186/47PQtmtA???1.8/.4/53Btt 2 5645.763MTNtnP??: 4.2.2 結(jié)構(gòu)彎矩計算 水平載荷作用下基本結(jié)構(gòu)同前，由于結(jié)構(gòu)對稱，馬鞍橫梁斷開只有 剪力，為求解簡單，將載荷分為三種情況作用在基本結(jié)構(gòu)上一種是均布 載荷，一種是集中載荷，第三種是彎矩作用，三種情況下內(nèi)力分別假定 為 ,然后求合內(nèi)力，最后進行校核計算。5Y67 在均布載荷 ，扭矩 作用下各截面彎矩計算：5PnM0.1674.20.5324MAtmKNX???:.83..9Qt:0.5534P?:9MKNmX????0.174.2162.41326AtKNm??????????:.8..7.4QtX????????????????? :220.1.6534.6AMtmKN???:: 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 44 ??2.417.43.5663645MMKNmXQPXQY?????:2.2.68931VKNAL???34.57130.7286VAKNmXQY??????::07M21.534.968.74PAVttL???:0X21.628.9536MtmKNP?::??4.7194.648VAmKN??????:075X2.76312.5 91nVtKNAL???..85M566Xn07?mNAVnMXn 3.50.61258.458 ???? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 45 第五章 支承架設(shè)計及計算 5.1 支撐架剛度計算 支撐架剛度的計算，是以支撐架小車軌道點垂直、水平位移為計算 內(nèi)容，主要考慮垂直移動載荷及水平慣性力（忽略風(fēng)力）引起的位移。 由于兩種位移很少同時出現(xiàn)，因此不考慮位移疊加。 1.在計算垂直移動載荷下，支撐架的小車軌頂處位移時，僅考慮滿 載小車位于懸臂極限位置時（由吊重及小車自重引起的垂直和水平位移） 而其他垂直載荷不引起結(jié)構(gòu)位移的變化，故不作考慮。 滿載小車位于懸臂極限位置時，支撐架處作用垂直壓力為 ，計算7P 引起的位移其計算簡圖如圖 5-1 所示。7P 圖 5-1 kNLmQPa 7.21264)13.(24)(07 ??????????????????? 在 作用下，支撐架超靜定力的計算基本結(jié)構(gòu)如前，在 作用下，馬鞍7P 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 46 橫梁中間截面內(nèi)彎矩為 ，軸向力為 。8Y9Y 1）基本結(jié)構(gòu)在單位力作用下，彎矩簡圖如圖 5-2 所示 ： 圖 5-2 彎矩簡圖 2）基本結(jié)構(gòu)在 作用下，彎矩簡圖如圖 5-3 所示：7P 圖 5-3 彎矩簡圖 3）在 作用下，各截面彎矩值：7P2.981.4380.465MAKNmX???:: 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 47 ????271.4.893.976MPABKNmX??????::21.6VKN??893.271.1029.84876VKNm::0.mXP?: 求解超靜定力 ：Y9135223107BAADTEIIIXX? ?? ????? ?5.4.1.682.09332.0612402.91? ???? ???????????235017BAADTEIIEIXXX?????? ???22.7342.6.84.1614.2 .095 533.600? ????? ?? ?????? ???32523211017BAADTEIIIXX? ??? ??? ?????.64.1684.2164. 0.755333 .6209? ????? ??????? ?51 7275761AMXPDBMTPXP