起重機(jī)人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課件

1、 25t-35m港口門座起重機(jī)總體 與人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師： 徐承軍 匯報(bào)學(xué)生： 蔡建康 2014年6月4日2014年本科畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯 一、一、 緒論緒論二、貨物水平位移系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、貨物水平位移系統(tǒng)設(shè)計(jì)三、臂架自重平衡三、臂架自重平衡四、起重機(jī)輪壓計(jì)算四、起重機(jī)輪壓計(jì)算五、起重機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算五、起重機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算六、人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)六、人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 緒論緒論搬運(yùn)成搬運(yùn)成本高本高優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)降低成降低成本本總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)改進(jìn)改進(jìn)人字架結(jié)人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)構(gòu)設(shè)計(jì)校核校核保證保證u物料搬運(yùn)成本很高物料搬運(yùn)成本很高u起重機(jī)不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要不斷改進(jìn)起重機(jī)不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要不斷改進(jìn)u論文的主要

2、工作論文的主要工作繩索法：鋼絲繩磨損快，壽命短，不宜繩索法：鋼絲繩磨損快，壽命短，不宜采用采用組合臂架補(bǔ)償法：（組合臂架補(bǔ)償法：（1）剛性拉桿組合臂架）剛性拉桿組合臂架 （2）平行四邊形組合臂架）平行四邊形組合臂架 （3）曲線象鼻梁組合臂架）曲線象鼻梁組合臂架2 貨物水平系統(tǒng)設(shè)計(jì)貨物水平系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用剛性拉桿組合臂架方案： 系統(tǒng)剛性好 鋼絲繩磨損小 臂架架下面有效空間大臂架和象鼻梁前段長(zhǎng)度臂架和象鼻梁前段長(zhǎng)度 象鼻梁后段和大拉桿長(zhǎng)度象鼻梁后段和大拉桿長(zhǎng)度 組合臂架尺寸確定組合臂架尺寸確定 起升高度 和計(jì)算 幅度的確定0Hf 取0.5-3m，f當(dāng)較大值時(shí)在滿足最大幅度要求下可獲得較小的臂架長(zhǎng)度取為

3、2.5m210HHHHmaxminSS ?取起升倍率為12maxmaxDfRS 臂架與象鼻梁前段的長(zhǎng)度臂架與象鼻梁前段的長(zhǎng)度采用采用Excel數(shù)據(jù)分析方法數(shù)據(jù)分析方法根據(jù)幾何特性求長(zhǎng)度根據(jù)幾何特性求長(zhǎng)度隨后篩選隨后篩選 象鼻梁后段與大拉桿的長(zhǎng)度象鼻梁后段與大拉桿的長(zhǎng)度采用反轉(zhuǎn)法全幅度水平落差全幅度水平落差水平速度校核水平速度校核吊重全幅度未平衡力矩吊重全幅度未平衡力矩 平衡系統(tǒng)地校驗(yàn)平衡系統(tǒng)地校驗(yàn) 全幅度水平落差全幅度水平落差 分別做十一種工分別做十一種工況下幅度圖況下幅度圖 水平速度水平速度分別測(cè)各種工況下的分別測(cè)各種工況下的PB、PD、AB的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度吊重不平衡矩吊重不平衡矩PDPBOBV

4、.0?ADPBOBQMQ.6 . 234. 219.9039 .2118minmax平平VVm.1000KNMQ 吊重全幅度水平位移計(jì)算結(jié)果3 臂架自重平衡臂架自重平衡 杠桿系統(tǒng)尺寸和活對(duì)重重量確杠桿系統(tǒng)尺寸和活對(duì)重重量確定定確定尺寸：確定尺寸：反轉(zhuǎn)法反轉(zhuǎn)法對(duì)重重量：對(duì)重重量：臂架臂架自重重心升高自重重心升高h(yuǎn)2 2所所增加的重力勢(shì)能等增加的重力勢(shì)能等于對(duì)重下降于對(duì)重下降h2 2所所減小的重力勢(shì)能減小的重力勢(shì)能，來確定對(duì)重質(zhì)量。來確定對(duì)重質(zhì)量。 臂架平衡系統(tǒng)的檢驗(yàn)臂架平衡系統(tǒng)的檢驗(yàn) 在全幅度范圍內(nèi)做在全幅度范圍內(nèi)做11種工況下的種工況下的臂架位置，臂架位置，分別求出不同幅度時(shí)的分別求出不同幅度

5、時(shí)的未平衡力矩未平衡力矩。)2(2lglg1lglgdldlddooxlxlbbrGrGrGrrrGrRrGM 應(yīng)滿足下面條件：應(yīng)滿足下面條件： 最大幅度時(shí)最大幅度時(shí)0且且+Q Q00且且+Q0。 式中式中MQ吊重對(duì)臂架下鉸點(diǎn)吊重對(duì)臂架下鉸點(diǎn)O的未平衡力的未平衡力矩。如果該條件之一滿足，而另一條件不滿足，矩。如果該條件之一滿足，而另一條件不滿足，可以通過修正可以通過修正Gd來調(diào)整來調(diào)整。 在設(shè)計(jì)過程中，往往要反復(fù)多次才能得到在設(shè)計(jì)過程中，往往要反復(fù)多次才能得到滿意的結(jié)果滿意的結(jié)果。4 起重機(jī)輪壓計(jì)算起重機(jī)輪壓計(jì)算起重機(jī)自重力矩計(jì)算起重機(jī)自重力矩計(jì)算 根據(jù)線性法分別估算起重機(jī)各部分的質(zhì)量，再測(cè)量

6、各部分的重根據(jù)線性法分別估算起重機(jī)各部分的質(zhì)量，再測(cè)量各部分的重心到回轉(zhuǎn)中心線的距離，計(jì)算最小最大幅度的重力矩，整理成表。心到回轉(zhuǎn)中心線的距離，計(jì)算最小最大幅度的重力矩，整理成表。起重機(jī)的迎風(fēng)面積計(jì)算起重機(jī)的迎風(fēng)面積計(jì)算 由已知起重機(jī)各個(gè)部分的位置長(zhǎng)度，根據(jù)線性法線性法，得出由已知起重機(jī)各個(gè)部分的位置長(zhǎng)度，根據(jù)線性法線性法，得出最小最大幅度各部分所受的力和力矩，并整理成表。最小最大幅度各部分所受的力和力矩，并整理成表。起重機(jī)的輪壓計(jì)算起重機(jī)的輪壓計(jì)算 門座起重機(jī)的支承反門座起重機(jī)的支承反力計(jì)算按剛性支承假定力計(jì)算按剛性支承假定計(jì)算計(jì)算。 P PG1G1的重心與支承平面的重心與支承平面形心重合于

7、形心重合于O1 1點(diǎn)點(diǎn) 包括貨物、臂架系統(tǒng)、包括貨物、臂架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)臺(tái)等回轉(zhuǎn)部分總重力轉(zhuǎn)臺(tái)等回轉(zhuǎn)部分總重力PG2G2的的重心在重心在E點(diǎn)點(diǎn)O O2 2為回轉(zhuǎn)中心為回轉(zhuǎn)中心2B2)t21.(4422)S2t1.(4422)St21.(4422)t21.(44yx21y21yx21yx21MSMSPPVBMSMPPVBMSMPPVBMSMSPPVGGDXGGCGGBGGA各支承點(diǎn)的支承反力為：各支承點(diǎn)的支承反力為： 分工況討論分工況討論 的值。的值。 1 1 工況：起重機(jī)在最大幅度吊工況：起重機(jī)在最大幅度吊起貨物，臂架平面與起貨物，臂架平面與X軸的夾角為軸的夾角為9090 2 2 工況：起重機(jī)在最大

8、幅度吊工況：起重機(jī)在最大幅度吊起起 貨物，臂架平面與貨物，臂架平面與X軸的夾角為軸的夾角為70 3 3 工況工況: :起重機(jī)在最小幅度空載，起重機(jī)在最小幅度空載，暴風(fēng)侵襲情況暴風(fēng)侵襲情況下根據(jù)各點(diǎn)的力求出輪壓繪制成表根據(jù)各點(diǎn)的力求出輪壓繪制成表5 起重機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算起重機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算 計(jì)算工況計(jì)算工況 門座起重機(jī)應(yīng)按最不利的載荷組合來計(jì)算其抗傾覆穩(wěn)門座起重機(jī)應(yīng)按最不利的載荷組合來計(jì)算其抗傾覆穩(wěn)定性定性基本穩(wěn)定性（只考慮作用載荷）基本穩(wěn)定性（只考慮作用載荷）、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性（作用載荷、風(fēng)載荷）（作用載荷、風(fēng)載荷）、非工作時(shí)最大風(fēng)載荷、非工作時(shí)最大風(fēng)載荷（風(fēng)載荷）（風(fēng)載荷）、突然卸載、突然卸載

9、（作用載荷、風(fēng)載荷）（作用載荷、風(fēng)載荷）、突然卸載 抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算sin.h.cos5 . 0*5 . 1sinh.cos5 . 03max1SRPCSPQG（1）基本穩(wěn)定性）基本穩(wěn)定性sin5 . 0cossincos5 . 0gtvsin5 . 0coshgtvsinhcos.5 . 0Rgtv)bsincosh (cossinhcoscos.5 . 03 . 1sin.hcos.5 . 0133max2rymax32rx3max1h23max1SChgtvPhSRPSRPSPPSRPCSPTGGOGOQWQG）（）（動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性非工作最大風(fēng)載時(shí)的穩(wěn)定性非工作最大

10、風(fēng)載時(shí)的穩(wěn)定性bsincosh2 . 1sinhcos5 . 02WGPCSP突然卸載時(shí)的穩(wěn)定性突然卸載時(shí)的穩(wěn)定性)sincos(cos5 . 02 . 1sinhcos5 . 022min1bhPhSRPCSPWQG 人字架與轉(zhuǎn)柱轉(zhuǎn)臺(tái)構(gòu)成門座起重機(jī)和平衡系統(tǒng)的支承人字架與轉(zhuǎn)柱轉(zhuǎn)臺(tái)構(gòu)成門座起重機(jī)和平衡系統(tǒng)的支承結(jié)構(gòu)，受他承擔(dān)著變幅齒條、起升鋼絲繩以及大拉桿傳遞結(jié)構(gòu)，受他承擔(dān)著變幅齒條、起升鋼絲繩以及大拉桿傳遞過來的力，對(duì)起重機(jī)的安全使用影響很大過來的力，對(duì)起重機(jī)的安全使用影響很大.6 人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人字架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平衡梁大拉桿自重鋼絲繩等載荷分析初選工字鋼50a分別計(jì)算關(guān)鍵截面的強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性校

11、核結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)載荷分析載荷分析 (1)變幅機(jī)構(gòu)的力變幅機(jī)構(gòu)的力變幅機(jī)構(gòu)的力剛好平衡未平衡力矩變幅機(jī)構(gòu)的力剛好平衡未平衡力矩M變幅機(jī)構(gòu)傳來的力變幅機(jī)構(gòu)傳來的力R、鋼絲繩張力傳來的力、鋼絲繩張力傳來的力S、活對(duì)、活對(duì)重杠桿傳來的力重杠桿傳來的力N 、大拉桿上傳來的力、大拉桿上傳來的力SX以及人字以及人字架的自重架的自重Q（2）鋼絲繩傳來上的力）鋼絲繩傳來上的力 鋼絲繩的張力傳來的力鋼絲繩的張力傳來的力S可以由貨物重及可以由貨物重及 鋼絲繩和人字架的夾角等數(shù)據(jù)計(jì)算出。鋼絲繩和人字架的夾角等數(shù)據(jù)計(jì)算出。（3）活對(duì)重杠桿力活對(duì)重杠桿力N可以由小拉桿的拉力可以由小拉桿的拉力P、平衡梁的重力平衡梁的重力Gdl、

12、活對(duì)重的重力、活對(duì)重的重力Gd、一半小、一半小拉桿的重力拉桿的重力G1g/2的合力的合力求出。求出。g1r .2G-Gdl.rdlrd.1gdGRG（4）大拉桿上的力大拉桿上的力SX可以通過對(duì)象鼻梁的可以通過對(duì)象鼻梁的受力分析來獲得受力分析來獲得.（5）初定斜框架選用）初定斜框架選用50a的工字鋼，的工字鋼，頂梁選用箱型組合梁，粗估質(zhì)量頂梁選用箱型組合梁，粗估質(zhì)量.（6）將）將11種工況下的各力分別計(jì)算繪制成表，求種工況下的各力分別計(jì)算繪制成表，求其合力。其合力。計(jì)算主要?jiǎng)偣?jié)點(diǎn)受力計(jì)算主要?jiǎng)偣?jié)點(diǎn)受力 人字架結(jié)構(gòu)為桁架結(jié)構(gòu)的超靜定結(jié)構(gòu)，人字架結(jié)構(gòu)為桁架結(jié)構(gòu)的超靜定結(jié)構(gòu)，可以運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的力法來

13、求出各剛可以運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)中的力法來求出各剛節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)的力和力矩。的力和力矩。 將人字架看成一個(gè)將人字架看成一個(gè)整體，把橫梁上的一半整體，把橫梁上的一半的力平移到一個(gè)平面上，的力平移到一個(gè)平面上，圖中圖中M為豎直水平力產(chǎn)為豎直水平力產(chǎn)生的扭矩，由拆開右側(cè)生的扭矩，由拆開右側(cè)的剛節(jié)點(diǎn)，相當(dāng)于加了的剛節(jié)點(diǎn)，相當(dāng)于加了三個(gè)約束如下圖所示三個(gè)約束如下圖所示 。 030201333232131323222121313212111PXXXPXXXPXXX由力法典型方程由力法典型方程求出各力的大小。求出各力的大小。分別求出分別求出11中工況下的力，繪制成表。中工況下的力，繪制成表。 斜框架的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性校

14、核斜框架的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性校核根據(jù)求出的根據(jù)求出的X1、X2、X3的數(shù)值，的數(shù)值，需對(duì)重要節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核需對(duì)重要節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性校核 工字鋼受彎曲、剪切、拉壓的作用，工字鋼受彎曲、剪切、拉壓的作用，由第四強(qiáng)度理論由第四強(qiáng)度理論 ： 223 查表可知許用應(yīng)力為查表可知許用應(yīng)力為176Mpa176Mpa： 彎曲的剛度條件就是彎曲的剛度條件就是，= 為相為相距距1m1m長(zhǎng)度兩截的相對(duì)變化角長(zhǎng)度兩截的相對(duì)變化角，最大值不超過最大值不超過允許值，查到允許值，查到Q235Q235鋼的鋼的 =1.2 =1.2 強(qiáng)度校核剛度校核EIT 分別求出分別求出1111種工況下的種工況下的 ，經(jīng)驗(yàn)證剛度滿，經(jīng)驗(yàn)證剛度滿足要求。足要求。 人字架的斜框架可以看成是拉壓桿，由起重機(jī)人字架的斜框架可以看成是拉壓桿，由起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中軸心受壓桿的歐拉臨界應(yīng)力：金屬結(jié)構(gòu)中軸心受壓桿的歐拉臨界應(yīng)力： 穩(wěn)定性校核穩(wěn)定性校核22crE查起重機(jī)查起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)金屬結(jié)構(gòu)可得可得 p=101 p=101，可以，可以求出臨界應(yīng)力求出臨界應(yīng)力 =193Mpa =193Mpa ，和表中應(yīng)力值比，和表中應(yīng)力值比較，滿足穩(wěn)定性要求。較，滿足穩(wěn)定性要求。 為了進(jìn)一