門式起重機的門架結構

1、通用門式起重機雙梁門式起重機單梁門式起重機葫蘆單梁門式起重機小車式單梁門式起重機（二）主要尺寸參數(shù)選擇的原則1門式起重機的跨度和懸臂長度2門式起重機的起升高度3門式起重機的基距（軸距）第一節(jié) 門式起重機的門架結構門式起重機用途廣泛,根據(jù)其不同用途及結構特點分為通用門式起重機、造船門式起重機、集裝箱門式起重機和裝卸橋等。一、通用門式起重機的門架（一）結構型式通用門式起重機的起重量為5100t，跨度小于30m，雙剛性支腿結構型式；跨度大于30m時，采用一剛一柔支腿結構形式。（三）計算載荷及載荷組合1載荷計算作用在門式起重機上的載荷有金屬結構的自重載荷、移動載荷（包括小車自身重力及起升載荷）、大車運

2、行制動慣性力、小車運行制動慣性力、碰撞載荷以及風載荷。2載荷組合 根據(jù)使用情況和工作條件：原則結構可能產(chǎn)生的最大內力。通常按表3-25載荷組合A和組合B進行計算，參見第三章。（四）主梁結構的設計計算主要是確定桁架式主梁結構或偏軌箱形主1主梁結構的主要幾何尺寸梁結構的高度h和寬度b2主梁結構的強度計算垂直平面內（即門架平面）起重機運行時靜定支承的剛架水平平面內靜定的外伸簡支梁主梁內力確定后，可進行截面選擇和驗算，危險截面依結構而異（五）支腿結構的設計計算兩側剛性支腿的門架 ，當起重機不動時考慮支腿受到支承橫推力的作用 ；對軌道的安裝誤差和起重機的偏斜相當敏感 ，門架的跨度限制在30m以內門式起重

3、機跨度大于30m時，一剛一柔支腿結構 。 柔性支腿是一平面結構，在門架平面內不能承受任何水平力，僅承受垂直載荷，而在支腿平面內可以承受水平載荷。剛性支腿為一空間結構，除能在支腿平面內承受載荷外，還能在門架平面內承受垂直和水平載荷。1在門架平面內支腿的受力分析雙側剛性支腿門架,按起重機靜止不動的一次超靜定剛架結構進行內力計算一剛一柔性支腿的門架，無論主梁或支腿，按靜定剛架結構進行內力計算2在支腿平面內的受力分析L型和C型單主梁門式起重機的支腿平面結構可按靜定結構進行計算，其計算簡圖和受力情況，如圖所示。B1 = + A +確定支腿在橫梁上的安裝位置的原則是使大車輪壓相等，即按下式計算：B2MFN

4、單梁式及雙梁式門式起重機支腿平面結構的受力分析：根據(jù)支腿和下橫梁在連接處的剛度比值等因素而定。=0.61具體見表10-3 支腿平面內剛架內力計算公式（1013）雙梁式門式起重機帶馬鞍的實體式箱形支腿結構與桁架式支腿結構的計算簡圖如下，用力法求解多余未知力的基本結構。多余未知力的計算公式為：N P l iA iN 1 2 l iA iF =+l 0A 0N 1（1014）注意：變截面支腿的慣性矩換算成等效等截面支腿的折算慣性矩才能進行內力分析對于正應力和剪應力都比較大的截面，應驗算其折算應力剛性支腿作為雙向偏心壓桿進行穩(wěn)定性驗算（參閱第六章），應該考慮支腿端部實際的約束影響支腿與主梁（橫梁）剛性

5、連接構成空間剛架，計算支腿整體穩(wěn)定性時必須考慮主梁（橫梁）對支腿端部的約束影響根據(jù)剛架支腿的不同屈曲形式，可導出支腿端部的轉角方程，進而求得支腿的穩(wěn)定方程及腿端約束的計算長度系數(shù) 值。按表10-4、表10-5及表10-6 選?。╅T架結構的剛性計算一般門式起重機，應驗算門架主梁跨中和懸臂端的靜撓度，對有安裝作業(yè)等特殊要求，計算起重機的自振頻率=ke 112me i mef H = f H 門式起重機門架的靜態(tài)剛性門式起重機門架的動態(tài)剛性門架平面內的水平位移門架平面外的水平位移支腿剛架平面內的剛性門式起重機的垂直動態(tài)剛性門式起重機的水平動態(tài)剛性跨中見式（10-15 ）門架平面內的垂直位移懸臂端

6、見式（10-16 ）表10-7中相關公式計算取滿載小車位于門架跨中或懸臂極限位置，按第四章方法及時公式（4-81）計算（1017）( )h S二、造船用門式起重機的門架造船門式起重機的門架結構是由主梁、剛性支腿和柔性支腿三大部分組成。多采用箱形結構制造，但柔性支腿也常做成圓管結構（一）主梁結構分單梁結構和雙梁結構主梁的高度由靜、動剛性條件來確定單梁式主梁寬度b與安裝外形尺寸、梁的水平剛性以及小車的穩(wěn)定性等有關，一般取。雙梁式主梁的寬度b較小與水平剛性及梁的整體穩(wěn)定性有關。大型造船門式起重機的跨度大且主梁截面尺寸很大且鋼板很薄，板的局部穩(wěn)定性計算尤為重要1 18 12（二）支腿結構 造船門式起重

7、機跨度較大設計成一剛一柔性支腿（三）造船門式起重機受載情況及支承反力水電站壩頂門式起重機（啟閉機）主要起吊閘門，起重量450500t，跨度為716m，高度在20m左右，做成箱形結構（一）結構特點跨度較大（S40m）一剛柔支腿，為減輕橋架自重，常做成桁架結構。懸臂長度可取為=（0.250.35）S，高度h=(1/81/14)S,通常取桁架斜桿的傾角為=4050（二）設計計算 結構的受載情況及計算原則與門式起重機結構類似第二節(jié) 裝卸橋的門架結構一、裝卸橋第二節(jié) 裝卸橋的門架結構二、岸邊集裝箱裝卸橋主要用于碼頭岸邊為船舶裝卸集裝箱，分為A型和H型（一）結構特點金屬結構主要由水平伸臂結構和門架結構兩部

8、分，水平伸臂結構由前伸臂和后伸臂兩部分組成 ，為減輕臂架自重及降低碼頭前方的輪壓使用牽引式小車，伸臂結構做成桁架式和箱形或板梁式。A型門架剛性比較好，但門架的凈空高度低，自重較大。確定門架結構的高度尺寸時，要考慮到裝卸橋能在最高潮位時為空船裝載（二）設計計算門架的軌距按傾覆穩(wěn)定性和裝卸工藝要求而定，一般為10.5m 和16m。門架結構可分解成平面的框架結構和桁構結構進行近似計算?？臻g門架的精確計算可采用有限單元法。門座起重機廣泛用于港口、造船廠、水電站和建筑工地等 ，起重機的門架結構支承著起重機回轉部分的全部重力和外載荷。第三節(jié) 門座起重機的門架結構一、門架的結構（一）轉柱式門架結構 起重機上

9、部回轉結構與轉柱連成一體，轉柱插 入門架中，轉柱上端安裝有水平滾輪，它支承在門架頂部的水平圓環(huán)上，轉柱下端支承在門架中部的橫梁上 。有交叉門架和八桿門架結構（二）大軸承式門架結構 起重機的支承回轉裝置采用大型滾動軸承，簡化了門架結構。來自起重機回轉部分的垂直力、水平力和不平衡力矩，通過大軸承直接傳給門架的頂部結構兩種回轉支承結構都能使回轉部分和門架連成一體傳遞載荷，而不會使回轉部分發(fā)生局部傾覆失穩(wěn)二、門架外形尺寸選擇的原則（一）門架高度門架高度取決于工作條件和場地條件（二）軌距和基距（軸距）門架軌距根據(jù)場地條件、火車車廂的外形尺寸來選擇，此外還要注意滿足起重機的整體傾覆穩(wěn)定性條件三、門架上的載

10、荷（一）自重力 門架結構重力及安放在門架上的機電設備重力（二）起重機回轉部分傳來的作用力 回轉部分自身的重力、額定起升載荷（含吊具重力），還有起升、變幅及回轉機構起、制動的慣性力等（三）作用在門架上的風載荷 作用在臂架上、上部回轉結構和門架上的風力。三、門架上的載荷通常門架結構是按工作狀態(tài)下的最大載荷進行結構強度計算：組合A 門架停止不動，在最大幅度處由地面起升額定載荷組合B 門架停止不動，在產(chǎn)生最大不平衡力矩幅度處懸吊著額定起升載荷，回轉和變幅機構緊急制動，工作狀態(tài)下的最大風力。設計門架時，還應考慮到起重機在安裝和檢修時的情況（一）計算假定（二）作用載荷（三）內力分析剛架平面內的內力分析剛架

11、平面外的內力分析門架頂部圓環(huán)的內力計算交叉門架的剛性驗算起重臂垂直于軌道起重臂平行于軌道四、交叉門架結構的計算五、八桿門架結構的計算左圖為八桿門架結構的計算簡圖（一）作用在門架上的載荷垂直力 、回轉力矩水平力 、下水平力 、附加彎矩（二）八桿門架結構的分析分解成頂部圓環(huán)、撐桿和下門架逐個進行計算，但相當繁瑣。較為有效的方法是采用有限元商業(yè)軟件計算六、圓筒形門架結構的計算主要包括四個部分分別為：確定圓筒門架上作用的載荷 ；進行圓筒的強度計算 ；對圓筒的局部穩(wěn)定性進行計算；最后對門腿的計算一、自動化倉庫系統(tǒng)簡介自動化倉庫系統(tǒng)是在不直接進行人工處理的情況下能自動地存儲和取出物料的系統(tǒng)。主要包括 ：A

12、貨架Bi巷道堆垛機Cj出入庫系統(tǒng)DkAGV（自動地面搬運車輛）或其它地面搬運車輛E管理控制中心第四節(jié) 自動化立體倉庫巷道堆垛機的門架結構二、巷道堆垛機簡介巷道堆垛機是立體倉庫中用于搬運和存取貨物的主要設備。是隨立體倉庫的使用而發(fā)展起來的專用起重機。巷道堆垛機起重量一般不超過2t，特殊情況可達45t，起升高度最高到40m，大多數(shù)在20m左右。依據(jù)結構型式可分為單立柱和雙立柱兩種類型。三、單立柱巷道堆垛機結構計算多數(shù)立體倉庫采用的是單立柱結構的巷道堆垛機，如左圖所示介紹堆垛機結構的強度、剛性和穩(wěn)定性分析當載荷處于最高位置時，立柱的受力狀況最為不利 如下圖所示1.載荷計算（1）總體載荷內力分析1）載

13、貨臺滾輪輪壓2）總提升力3）立柱頂部作用力 x = =（2）立柱沿巷道縱向平面（即YOZ平面）的受力分析1）YOZ平面內計算簡圖當載貨臺滿載位于最高位置，以最大行走加（減）速度起（制）動時，立柱受力處于最不利狀態(tài)。如左圖所示2）彎矩增大系數(shù)立柱屬于壓彎構件 ，軸向壓縮力始終平行于Z軸，并在頂端作用有彎矩，通過推理表明彎矩與撓度的增大系數(shù)相同。1 1(1 ) 1 N N Ex（1057）（3）立柱沿巷道橫向平面（即XOZ平面）的受力分析在XOZ平面內由于上部導軌的導向作用，立柱為兩端簡支構件，其計算簡圖如下頁圖所示。此平面內立柱也是壓彎構件+ +橫向彎矩并考慮彎矩增大系數(shù)c My =y PLs

14、=y (Q + Gc )L02立柱強度計算N M x M yAj (1 N N Ex )W jx (1 N N Ey )W jy（10-60） （10-63）+ +3立柱整體穩(wěn)定性計算N M x M y A (1 N N Ex )Wx (1 N N Ey )Wy4下橫梁強度計算如左圖所示下橫梁和立柱連接處 的截面為危險截面 =M maxW x（10-65）（10-64） f5結構剛性計算要求堆垛機在作業(yè)時平穩(wěn)可靠，停位準確，一般貨叉與托盤孔的對位偏差不應大于10mm。立柱的動、靜態(tài)剛性是影響堆垛機停位精度和工作平穩(wěn)性的決定因素，剛性計算便成為堆垛機設計計算的重要環(huán)節(jié)之一（1）靜剛性計算立柱的靜

15、剛性是以滿載載貨臺位于立柱最高位置時，用立柱頂端在巷道縱向的水平靜位移來表征。不考慮行走的水平慣性力。設計位移應小于許用值，即 f 。f = f 0 + f1 + f 2(2）動態(tài)剛性計算堆垛機立柱的動態(tài)剛性可采用自振頻率加以表征，要求該頻率不低于許用值，即 f d f d 。堆垛機金屬結構為彈性構件，各部分質量將產(chǎn)生慣性力的作用，先簡化為多質量振動系統(tǒng)。再利用等效質量原理再轉化為立柱下端固定的單自由度系統(tǒng)km0n212fd = fd （1057）+ +4結構整體穩(wěn)定性計算四、雙立柱巷道堆垛機結構計算結構特點是，外形如“門”框形式，由兩根立柱和上、下橫梁組成一個長方形框架。所占用空間位置大，結

16、構復雜，一般用于較大型的立體倉庫。其計算過程與單立柱巷道堆垛機結構計算相似。1載荷計算2受力分析自重載荷、起升載荷 、垂直慣性力 、水平慣性力雙柱門架在運行起動、停止和加減速時產(chǎn)生慣性力，使機架在YOZ平面發(fā)生撓曲，整個機架成為振動體，立柱端的振動較大。在XOZ平面，立柱由于貨叉作業(yè)時的彎矩作用而發(fā)生彎曲。下面定性分析在YOZ平面和XOZ平面內，雙立柱堆垛機門架分別受水平慣性力和貨叉提取物品的載荷作用而產(chǎn)生的彎曲變形。YOZ平面內受力簡圖XOZ平面內受力簡圖M x M y(1 N N Ex )Wx (1 N N Ey )W yN A （1075）雙立柱門架為超靜定結構，解法一般有：力法、位移法

17、、固端彎矩法雙立柱巷道堆垛機門架的受力分析，除利用經(jīng)典力學方法公式外，還可利用三維建模軟件（如Solidworks，Pro/E，UG）建模，導入有限元分析軟件（如Cosmos，Ansys，Algor）進行分析，免去繁瑣的計算過程。第五節(jié)自動化立體倉庫貨架群金屬結構計算機輔助設計自動化立體倉庫而言，貨架造價通常占到總造價的6080 。探索合理的貨架群內力分析計算方法，指導貨架群結構設計是降低倉儲設備總成本的關鍵。本節(jié)運用結構力學分析方法，結構設計理論和計算機軟件技術，建立合理實用的貨架群力學模型，研制貨架群金屬結構計算機輔助設計軟件，實現(xiàn)貨架結構分析設計的CAD。一、理論建模1計算載荷的確定貨架

18、自重均布載荷，貨物和托盤的重力集中載荷以及地震載荷效應2結構分析及理論建模組合式貨架是一個龐大的三維鋼架系統(tǒng)，根據(jù)空間位置可定義為排、列、層，是具有規(guī)律性構造的結構群，通過分析可取包含首尾排的連續(xù)三排平面結構（如上圖最右）作為典型模型進行分析和計算。第五節(jié) 自動化立體倉庫貨架群金屬結構計算機輔助設計3 貨架結構的內力分析各層的外載荷基本相同，不同的只是通過立柱傳遞的內力。故從第n層開始計算，計算所得的立柱內力傳遞到相鄰的第n-1層。4內力計算迭代的形成分析第n層：從（圖10-72）可見該結構和載荷都是對稱的，因此根據(jù)結構力學原理，可取半個結構進行計算（圖10-73）。二、貨架群金屬結構計算機輔助設計1程序框圖 貨架群金屬結構計算機輔助設計軟件程序框圖如圖下圖所示。2軟件功能 軟件從系列化角度，按貨架立柱、橫梁、撐桿截面型譜設計的要求編制而成，可以針對不同層數(shù)、載荷行需求就進行強度、剛性、穩(wěn)定性計算3使用方法 軟件界面簡潔，