第八章偏軌箱形龍門(mén)起重機(jī)2011

1、本章內(nèi)容：簡(jiǎn)單介紹偏軌箱形龍門(mén)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的形式，詳細(xì)分析主梁、支腿的內(nèi)力，介紹主梁、支腿的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。本章重點(diǎn)：偏軌箱形龍門(mén)起重機(jī)主梁的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。中軌箱形梁中軌箱形梁偏軌箱形梁偏軌箱形梁半偏軌箱形梁半偏軌箱形梁第一節(jié) 偏軌箱形龍門(mén)起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)金屬結(jié)構(gòu)組成：上部主梁，支腿。龍門(mén)起重機(jī)的分類 單主梁龍門(mén)起重機(jī)雙梁龍門(mén)起重機(jī)一、單主梁龍門(mén)起重機(jī)1、帶懸臂單梁龍門(mén)起重機(jī)支腿的形式：L型、C型主梁的形式：箱形截面 起重小車采用側(cè)向懸掛的方式： 二支點(diǎn)小車三支點(diǎn)小車適用于適用于Q=520t 適用于適用于Q=2050t 支腿的計(jì)算簡(jiǎn)圖的確定 在龍門(mén)架平面為上端固定、下端自由的計(jì)算簡(jiǎn)圖，因此支腿

2、上大下小 在支腿平面為上端自由、下端固定的計(jì)算簡(jiǎn)圖，因此支腿上小下大當(dāng)跨度L35 m時(shí)，通常制成一側(cè)剛性支腿、另一側(cè)柔性支腿。從而可消除溫度和吊重引起的推力從而可消除溫度和吊重引起的推力。2無(wú)懸臂的單主梁龍門(mén)起重機(jī)二、雙梁龍門(mén)起重機(jī)1無(wú)馬鞍雙梁龍門(mén)起重機(jī)（O形）采用標(biāo)準(zhǔn)軌距 （U形）不采用標(biāo)準(zhǔn)軌距 支腿粗壯防止兩根主梁向中間并小車軌道在主梁的上方小車軌道在主梁的上方U形雙梁龍門(mén)起重機(jī)形雙梁龍門(mén)起重機(jī)2帶馬鞍雙梁龍門(mén)起重機(jī) 變截面支腿的形式： 主要靠馬鞍防止主要靠馬鞍防止主梁向中間并主梁向中間并龍門(mén)架平面和支腿平面龍門(mén)架平面和支腿平面 均為上大下小均為上大下小第二節(jié) 偏軌箱形主梁的內(nèi)力分析一、計(jì)

3、算簡(jiǎn)圖1、帶柔性支腿的龍門(mén)起重機(jī)2、具有兩個(gè)剛性支腿的龍門(mén)起重機(jī)垂直平面水平面 垂直平面結(jié)論：結(jié)論：主梁的最不利計(jì)算簡(jiǎn)圖是按兩端簡(jiǎn)支的外伸梁簡(jiǎn)支的外伸梁計(jì)算，不因其結(jié)構(gòu)形式和支承情況而改變。二、垂直載荷引起的主梁內(nèi)力1移動(dòng)載荷引起的主梁內(nèi)力一個(gè)主梁上總的小車輪壓： nQGRixci21PPR跨間運(yùn)行時(shí) 小車車輪1下的主梁彎矩方程式為： 11ALZ-aMR ZRZL4L)aL(RM211max此時(shí)2aLZ14L)aL(RM222max同樣方法：如果P1P2，則M1maxM2max當(dāng)P1=P2=P時(shí)，則M1max=M2max=Mmax， P1=P2=P時(shí)彎矩M的圖線 剪力方程式為 )LbLZ1 (

4、P)LZ1 (PQ21當(dāng)Z=0時(shí) 有 P1P2時(shí)的剪力廣義影響線 P1=P2時(shí)的剪力廣義影響線 LbPPPQ221max懸臂段范圍運(yùn)行，小車走到懸臂端時(shí)，支承A處 21PPQ小車位于懸臂端時(shí)的彎矩及剪力圖小車位于懸臂端時(shí)的彎矩及剪力圖)(21maxblPlPM2、固定載荷引起的主梁內(nèi)力1）勻布固定載荷0LGq2200maxql218qL)L2L(8qLM2qlM2maxqL21Q qlQ 2）集中固定載荷司機(jī)室對(duì)主梁的作用 端梁對(duì)主梁的作用 三、水平載荷引起的主梁內(nèi)力1大車制動(dòng)慣性力引起的主梁內(nèi)力橋架慣性力qH(水平均布力）司機(jī)室慣性力PHs端梁慣性力PHd有載小車慣性力為P1H和P2H計(jì)算方

5、法：計(jì)算方法：將相應(yīng)的垂直載荷縮小 倍，即得大車制動(dòng)慣性力。ga52風(fēng)載荷引起的主梁內(nèi)力主梁迎風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)載荷為水平的均布載荷qw小車及貨物迎風(fēng)產(chǎn)生的風(fēng)載荷為水平的移動(dòng)集中載荷P1w和P2w注：注：計(jì)算主梁時(shí)僅考慮順著大車軌道方向的風(fēng)載荷。計(jì)算主梁時(shí)僅考慮順著大車軌道方向的風(fēng)載荷。四、主梁承受的扭矩1外扭矩的確定如圖，主梁承受的扭矩為 nsncnMMM) eB(Q) eB(GM2i1xcinc2h)RR(MwHns0212Be對(duì)于雙主梁： eRMnc大車制動(dòng)大車制動(dòng)時(shí)引起的時(shí)引起的慣性力慣性力小車和小車和貨物的貨物的風(fēng)載荷風(fēng)載荷2扭矩在主梁上的分布BAnMMM(1)小車在跨中時(shí)a. 兩條腿剛度都

6、很大2MMMnBAb. 一條剛性腿一條柔性腿nAMM0MB（2）小車位于跨間，靠近一條腿時(shí)nAMM0MB(3) 小車在懸臂端a. 兩條腿剛度都很大BKAnABK1LCGIMM11LCCGIb. 一條剛性腿一條柔性腿nAMM0MBBnAMMM主梁懸臂長(zhǎng)度對(duì)扭矩在支腿主梁懸臂長(zhǎng)度對(duì)扭矩在支腿A及及B上的分配沒(méi)有影響上的分配沒(méi)有影響iiKsAI204純抗扭慣性矩四、偏斜運(yùn)行側(cè)向力S引起的主梁內(nèi)力單梁：?jiǎn)瘟海簂nsMPh雙梁：雙梁：lsMPhsP其中 為沿軌道方向的超前力sPLSBsSBPLSBLPMSl第四節(jié) 偏軌箱形主梁的設(shè)計(jì)計(jì)算一、確定計(jì)算載荷及其組合二、主梁的內(nèi)力計(jì)算畫(huà)彎矩圖，找出危險(xiǎn)截面三、

7、主梁的截面選擇四、主梁的強(qiáng)度校核危險(xiǎn)截面的位置：滿載小車位于跨中時(shí)的跨中截面 滿載小車位于有效懸臂端時(shí)的懸臂根部截面 工作級(jí)別A6時(shí)，按載荷組合I校核疲勞強(qiáng)度按載荷組合II校核靜強(qiáng)度工作級(jí)別A6時(shí)，按載荷組合II校核靜強(qiáng)度 1滿載小車位于跨中時(shí)主梁跨中截面強(qiáng)度校核滿載小車位于跨中時(shí)主梁跨中截面強(qiáng)度校核 (1)正應(yīng)力主梁跨中截面的正應(yīng)力分布圖主梁跨中截面的正應(yīng)力分布圖 2滿載小車位于懸臂端時(shí)主梁支承處截面強(qiáng)度校核 (1)正應(yīng)力(2)剪應(yīng)力(3)復(fù)合應(yīng)力主腹板厚度(2)平均擠壓應(yīng)力 (3)復(fù)合應(yīng)力五、帶懸臂主梁的局部穩(wěn)定性校核六、主梁的剛度校核（一）主梁的靜剛度校核計(jì)算靜撓度時(shí)的計(jì)算載荷是起升載荷

8、和小車自重。 1、按簡(jiǎn)支外伸梁計(jì)算靜撓度 滿載小車位于跨中(圖822)348RLfEI忽略輪距時(shí)的撓度： 滿載小車位于有效懸臂端忽略輪距2() 3RlfLlfEI2、按一次超靜定龍門(mén)架簡(jiǎn)圖計(jì)算靜撓度 滿載小車位于跨中 滿載小車位于有效懸臂端)12838(3)(23221fkkLlEIClPPf 3、靜剛度計(jì)算總結(jié) 具有柔性支腿的龍門(mén)起重機(jī)應(yīng)按簡(jiǎn)支外伸梁計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算靜撓度。 具有兩個(gè)剛性支腿的龍門(mén)起重機(jī)分幾種情況：小車位于跨中時(shí)靜撓度建議按簡(jiǎn)支梁計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算小車位于有效懸臂端時(shí)的有效懸臂端靜撓度建議按一次超靜定龍門(mén)架計(jì)算簡(jiǎn)圖計(jì)算（二）、橫向框架抗扭剛度校核（對(duì)于箱形梁可不考慮）（三）、主梁的動(dòng)剛

9、度校核例8-1 L型單主梁偏軌箱型龍門(mén)起重機(jī)，起重量mQ=20/5t，跨度L=35m，懸臂長(zhǎng)l=10m，小車在懸臂端的極限位置l1=7m，小車質(zhì)量mx=7.8t，主梁截面形式及尺寸如圖。 風(fēng)壓q =150Pa，水平慣性力均取垂直載荷的1/10，軌道高度hg=107mm。材料Q235， 許用撓度，跨中YL=L/800，懸臂端YL1=L/350，試驗(yàn)算起重機(jī)主梁的靜強(qiáng)度和靜剛度。 , 2 . 1,15. 1, 1 . 1241,100 ,175MPaMPa解：（1）載荷計(jì)算主梁截面積：)(55712)14601654(8)68(2200)()(2132mmBBhAxSz主梁質(zhì)量：設(shè)加勁肋質(zhì)量系數(shù)k

10、=1.5)(36080)35000100002(557121085. 75 . 1)2(6kgLlAkm主梁自重均布載荷：36080 9.86.43(/)255000mgqN mmlL主梁迎風(fēng)面積：)(122)35102(216. 2)2(2mLlHA風(fēng)載荷：因箱形梁8 .24216. 2552HLl65. 1C工作風(fēng)壓下，1hk)(30195122150165. 1NAqCkPIIhw風(fēng)載荷集度：)/(549. 055000301952mmNLlPFww水平慣性力（均布）：6.43/0.643(/)0.6431010HqFN mmN mmMPa移動(dòng)載荷：組合IIa：kNgmmPQxa3 .3

11、198 . 9)202 . 18 . 71 . 1 ()(21組合IIb：kNgmmPQxb3 .3138 . 9)208 . 7(15. 1)(4按載荷組合IIa計(jì)算。設(shè)小車輪壓相等，即：VaPP2kNPPaV65.15923 .3192水平集中慣性載荷（作用于軌道頂）：kNgmmPQxH24.2710/)(2主梁截面彎心水平位置：mmBe60314076860323彎心垂直位置在截面中心線上。外扭矩：822()22216319300 60327240(107)2.242 102nVHgHMPePhN mm （2）內(nèi)力計(jì)算1）垂直方向（跨度大，兩支腿分別制成一剛一柔）22( /2)12239

12、2()8243500010000319.3 10350001.1 6.43 ()8243.523 10 ()Vx LP LqLqlMN mm跨中：kNPQVLy65.1592/2)2/(懸臂根部：2( 1)11239/221.1 6.43 10000 /2319.3 1070002.589 10 x lVMqlP lN mm2）水平方向mmNFFFHW/192. 11kN.2qqlQV1)y(l12310931033191000043611跨中：mmNLPLLLFMHLy83001)2/(10613. 34/350001024.278/ )55000350002(55000192. 14/2)

13、2(8NPQHLx136202/2)2/(懸臂根部：mmNlPlFMHly88121)1(10502. 27000272402/10192. 122/kNPlFQHlx392724010192. 1241)1(3）主梁截面性質(zhì)中性軸位置mmAAyyiii75.1138557128146042200)86(11088165422121mmy25.107775.11388220082mmAAxxiii88.80855712822001434622002781460730816548271mmx12.84588.80816542慣性矩：410213221122132103 . 4)2)()4()4(

14、)(123mmhyhyByBhIxSx41022223322121121121321233110011. 212.188165488.788146088.7812200612.62522008)14601654(128)2()2()27()27()26()(12mmBxBBxBxBxhxBhBBISSxxxxxSy上翼緣板靜矩371211042. 1)425.1077(81654)2(mmyBSSy截面靜矩3727212321022. 225.1069)68(211042. 1)(21mmySSy4）強(qiáng)度校核跨中截面：( /2)2( /2)29810101.15()3.523 101077.2

15、53.613 10845.121.15 ()118.45 4.3 102.011 10 x Ly LAxyMyMxIIMPa(/2)(/2)189110101.15()3.613 10(1407)3.523 10(1077.258)1.15 ()113.624.3 102.011 10 x LBy LBBxyMyMxIIxMPaMPaCPVm3 .718)501152(159650282.242 10nMN mm80022.242 104.5222 14072208 8nnMMPaB H7(/2)11023159650 1.42 103.76()4.3 10(86)y LyxQSMPaI222

16、1113()98.5 BmmnMPa (/2)1(/2)1981010(27)1.15()3.523 101138.753.613 10781.881.15 ()123.45 4.3 102.011 10 x Ly LCxyMyMxIIMPa懸臂根部截面98( 1)2( 1)210102.589 101077.252.502 10845.124.3 102.011 1075.38 x ly lAxyMyMxIIMPa98( 1)( 1)10102.589 101069.252.502 10625.124.3 102.011 1072.2 x lBy lBBxyMyMxIIMPa82.242 1

17、0nMN mm80022.242 104.522 1407 2208 8nnMMPaB H22113761.1 BMPa98( 1)1( 1)10102.589 101138.752.502 10781.884.3 102.011 1078.26 x ly lCCxyMyMxIIMPaMPaISQxyly2 . 9)68(103 . 41042. 1109 . 3)(107532)1(1MPan7 .13157( 1)110233.9 102.22 1014.4()4.3 10(86)y lxQSMPaI114.54.518.9 DnMPa5）剛度校核跨中：333510()(207.8) 10

18、9.8 3500026.95484.8 2.1 104.3 10800QxLLxmm gLLfmmfEI懸臂端：2321115101()()(207.8) 109.8 7000(700035000)33 2.1 104.3 1020.7120350QxlxLmmgllLfEIlmmfmm%5 . 3%100202070.20在允許范圍內(nèi)，剛度合格強(qiáng)度滿足要求第五節(jié) 偏軌箱形龍門(mén)起重機(jī)支腿的設(shè)計(jì)計(jì)算一、確定計(jì)算載荷及其組合二、支腿的內(nèi)力分析兩個(gè)剛性支腿：一次超靜定問(wèn)題帶柔性支腿：靜定問(wèn)題最不利工況：最不利工況： 帶懸臂的龍門(mén)起重機(jī)小車位于有效懸臂端有效懸臂端不帶懸臂的龍門(mén)起重機(jī)小車靠近一條支腿處

19、靠近一條支腿處1、龍門(mén)架平面A. 垂直載荷1） 起升載荷和小車自重計(jì)算載荷不帶懸臂時(shí)：B. 水平載荷1) 小車慣性力PHx（或小車、貨物的風(fēng)載荷及小車的碰撞載荷）2）靜定結(jié)構(gòu)時(shí)，小車慣性力PHx（或小車、貨物的風(fēng)載荷及小車的 碰撞載荷）3）支腿承受的風(fēng)載荷注：橋架自重G在計(jì)算支腿軸向力時(shí)應(yīng)予以考慮；不考慮橋架自重G引起的橫推力龍門(mén)架平面內(nèi)支腿的危險(xiǎn)截面：龍門(mén)架平面內(nèi)支腿的危險(xiǎn)截面：支腿的上端2支腿平面的支腿內(nèi)力（按靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算）1）、求主梁對(duì)支腿的支反力A、起升載荷和小車自重引起的支腿的垂直載荷B、起升載荷和小車自重等引起的扭矩MA(按8-14，8-18計(jì)算)2）支反力VA引起的支腿的內(nèi)力3）

20、扭矩引起的支腿的內(nèi)力4）水平集中力引起的支腿的內(nèi)力5）水平均布載荷引起的支腿內(nèi)力6）偏斜載荷引起的內(nèi)力支腿截面的內(nèi)力：軸力N、彎矩M、扭矩Mn(按表8-6計(jì)算）危險(xiǎn)截面：支腿的下端帶馬鞍的龍門(mén)起重機(jī)支腿支腿平面的計(jì)算簡(jiǎn)圖：一次超靜定結(jié)構(gòu)三、支腿截面的選擇1、支腿結(jié)構(gòu)單主梁龍門(mén)起重機(jī)和無(wú)馬鞍的雙梁龍門(mén)起重機(jī)支腿變截面形式 bs等于梁寬 Cs略大于梁高，且Cs=(1.381.8)bsCx等于下橫梁寬（由走行輪支承結(jié)構(gòu)決定） Cx（400700）mm bx(2.93.7)Cx 帶馬鞍的雙梁龍門(mén)起重機(jī)支腿截面在兩個(gè)平面 內(nèi)都是上大下小2、下橫梁結(jié)構(gòu)1）單梁 為保證RA=RB PMBb22）雙梁無(wú)馬鞍3

21、）帶馬鞍7 . 0sxsbbb7 . 0sxsCCC四、強(qiáng)度校核1、支腿的強(qiáng)度校核在龍門(mén)架平面內(nèi)，支腿上端為危險(xiǎn)截面；在支腿平面內(nèi)，支腿下端為危險(xiǎn)截面；此外，還必須對(duì)中間截面進(jìn)行強(qiáng)度校核 2、下橫梁的強(qiáng)度校核五、支腿的整體和局部穩(wěn)定性校核1、整體穩(wěn)定性可按下面的簡(jiǎn)化計(jì)算式驗(yàn)算2、局部穩(wěn)定性校核1）軸心受壓2）偏心 yxxyMMNAWW10lb43l縱向加勁肋（成對(duì)布置） 橫向加勁肋15llb0040304030llbbmmCbmm3） 支腿下橫梁的局部穩(wěn)定與主梁的無(wú)集中輪壓作用時(shí)情況相同六、雙梁龍門(mén)起重機(jī)橋架水平剛度校核六、雙梁龍門(mén)起重機(jī)橋架水平剛度校核雙梁龍門(mén)起重機(jī)如果橋架水平剛度不夠水平剛

22、度不夠，會(huì)出現(xiàn)兩根主梁向中間并攏向中間并攏，甚至發(fā)生小車卡軌小車卡軌現(xiàn)象。滿載小車位于有效懸臂端滿載小車位于有效懸臂端，其中一條支腿出現(xiàn)最大支反力為水平剛度校核的最不利工況最不利工況。1計(jì)算載荷(1)一根主梁作用于支腿上端的垂直壓力(2)由于小車偏心作用引起的扭矩2水平支反力HA及HB（莫爾圖乘法）3. 校核 主梁和支腿在連接處的最大水平變位gctAbbf七、支腿與主梁及下橫梁的連接計(jì)算(見(jiàn)第四章)支腿與下橫梁的連接形式及受力簡(jiǎn)圖按受拉又受剪的螺栓連接計(jì)算八、變截面支腿的折算慣性矩1、用折算慣性矩所在位置法求折算慣性矩 近似認(rèn)為箱型支腿的慣性矩與截面高度的平方成正比變截面支腿2min1max1

23、2minmaxminmaxxxyyIIkzz又Lxxmin1max11min1kLx2min112minmin)(xxyyIIzxzmin2)() 1(1zxzILxkI（計(jì)算橫推力和剛度演算）（計(jì)算橫推力和剛度演算）令Lx則min2)() 1(1 zxzIkI變截面支腿受單位力作用計(jì)算簡(jiǎn)圖在單位力P作用下，臂端線位移：kkkkkEILzbln121) 1(12min3慣性矩為折算慣性矩的等截面支腿在單位力P作用下的臂端線變位：ztdEIL33dbmin2ln121 3) 1(zIkkkkkIzt（折算慣性矩）折算慣性矩的位置1ln12131t2、用辛普生數(shù)值積分公式求折算慣性矩 設(shè)支腿各等分處的截面慣性矩分別為：Iz0、Iz1、Iz2、Iz3、Iz4。 辛普生數(shù)值積分公式： 變截面支腿自由端在單位力作用下產(chǎn)生的線變位為 )(43)(13100nLffffnLdxxf)(2242nnffff 等分?jǐn)?shù)單位力P作用在等截面支腿的臂端時(shí)，臂端的線變位：ztdEIL33db九、變截面支腿的長(zhǎng)度系數(shù)2根據(jù)變截面支腿與等截面支腿臨界力根據(jù)變截面支腿與等截面支腿臨界力相等的條件