10吨起重机单梁设计书
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.专业.专注. 10吨起重机单梁设计书 1.设计规范及参考文献 中华人民共和国国务院令(373)号《特种设备安全监察条例》 GB3811—2008 《起重机设计规范》 GB6067—2009 《起重机械安全规程》 GB5905-86 《起重机试验规范和程序》 GB/T14405—93 《通用桥式起重机》 GB50256—96 《电气装置安装施工及验收规范》 JB4315-1997 《起重机电控设备》 GB10183—88 《桥式和门式起重机制造和轨道安装公差》 JB/T1306-2008 《电动单梁起重机》 GB164—88 《起重机缓冲器》 GB5905—86 《低压电器基本标准》 GB50278-98 《起重设备安装工程及验收规范》 GB5905—86 《控制电器设备的操作件标准运动方向》 ZBK26008—89 《YZR系列起重机及冶金用绕线转子三相异步电动机技术条件》 2.设计指标
2.1设计工作条件 ⑴气温:最高气温40℃;最低气温-20℃ ⑵湿度:最大相对湿度90% (3)地震:地震基本烈度为6度 2.2设计寿命 ⑴起重机寿命30年 ⑵电气控制系统15年 ⑶油漆寿命10年 2.3设计要求 2.3.1 安全系数 2.3.1.1钢丝绳安全系数n≥5 2.3.1.2结构强度安全系数 载荷组合Ⅰ n≥1.5 载荷组合Ⅱ n≥1.33 .专业.专注.
2.3.1.3抗倾覆安全系数n≥1.5 2.3.1.4 机构传动零件安全系数 n≥1.5 2.3.2钢材的许用应力值(N/mm2) 表1
钢号 厚度 σs [σ] [τ] [σc] 安全系数
Q235 ≤16 235 176.7 102.0 265.0 1. 33 16~40 225 169.2 97.7 253.8 40~60 215 161.7 93.3 242.5 60~100 205 154.1 89.0 231.2 100~150 195 146.6 84.6 219.9
Q345 ≤16 345 259.4 149.8 389.1 1.33 16~25 325 244.4 141.1 366.5 25~36 315 236.8 136.7 355.2 36~50 295 221.8 128.1 332.7 50~100 275 206.8 119.4 310.2
40Cr ≤25 785 523.3 302.1 785 1.5 25~100 540 360 207.8 540
101~300 490 326.7 188.6 490 45# 355 236.7 136.6 355 40CrNiMo 835 556.7 321.4 835
铸钢ZG 200~400 200 133.3 77.0 200 230~450 230 153.3 88.5 230 270~500 270 180 103.9 270 310~570 310 206.7 119.3 310 .专业.专注.
340~640 340 226.7 130.9 340
[σs]-钢材的屈服点; [σ]-钢材的基本许用应力; [τ]-钢材的剪切许用应力; [σc]-端面承压许用应力; 2.3.3螺栓连接的许用应力值(N/mm2) 10.9级高强度螺栓抗剪[τ]=350 2.3.4焊缝的许用应力值(N/mm2) 对接焊缝: [σw] = [σ] (压缩焊缝) [σw] = [σ] (拉伸1、2级焊缝) [σw] = 0.8[σ] (拉伸3级焊缝) [τw]= [σ]/21/2(剪切焊缝) 角焊缝: (拉、压、剪焊缝) [τw]= 160(Q235钢)200(Q345钢) 2.3.5起重机工作级别: 利用等级 U5 工作级别 A4 机构工作级别为 M5 3.设计载荷 3.1竖直载荷 3.1.1起升载荷 额定起升载荷:20t 3.1.2桥式起重机自重载荷 .专业.专注.
主梁:10.81t 端梁:0.88t 小车(包括电动葫芦):1.12t 电气装置及附件(电控箱、电缆、大车导电挂架等):0.15t 总计:12.96t 3.1.3 起升载荷基本值:20t 3.1.4 冲击系数 3.1.4.1起升、制动冲击系数1 起升速度:h=0.058m/s 起动平均加速度а=0.029m/s2 (起升、制动时间t=2s) 制动冲击系数1 1=1+a/g 式中:g—重力加速度,取g=9.81 m/s2 1=1+a/g=1+0.029/9.81=1.003 3.1.4.2起升载荷动载系数2 根据《起重机设计手册》当起升速度Vh<0.2 m/s时 2=1.1 3.1.4.3运行冲击系数 起重机大车重载走行速度为0.333m/s,起重小车重载的走行速度为0.333m/s,轨道平顺程度良好,因此在运行中载荷的最大竖向冲击力将发生在轨道接缝处,则运行冲击系数: 3=1.10+0.058h1/2 式中:h—轨缝高差,h=0.002m 3=1.10+0.0581.570.0021/2=1.1041 .专业.专注.
以上计算的三个冲击系数不会同时发生,因此我们在检算结构和机构的强度和稳定性时取起升载荷的冲击系数=1.1。 3.2水平载荷 3.2.1运行惯性力 起重机或小车在水平面内进行纵向或横向运动起(制)动时,起重机或小车自身质量和总起升质量的水平惯性力,按该质量与运行加速度乘积的φ5倍计算,此时取φ5=1.5,用来考虑起重机驱动力突变时结构的动力效应。 起重机大车横向走行紧急制动时惯性力:(制动时间取t=6s) 空载时: F=1.5 ×12960× 20/60/6=1080 N 重载时: F=1.5 ×( 12960+20000)× 20/60/6=2747 N 小车纵向走行紧急制动时惯性力:(制动时间取t=4s) 空载时: F=1.5 × 1120×20/60/4=140 N 重载时: F=1.5 ×(1120+20000)×20/60/4=2640N 4.总体设计 桥架尺寸的确定 4.1大车轴距 B0=(1/7~1/5)L=(1/7~1/5) ×22.5=3.214~4.5m 取B0=3.5m,端梁全长 4m 4.2主梁尺寸 由于起重量和跨度都偏大,宜选用箱型截面主梁 .专业.专注.
主梁跨中部分截面的理论高度为 H1=h=(1/14~1/17)L=(1/14~1/17)×22.5=1.607~1.323m 主梁两腹板外侧间距为: B≥h/3=0.44~0.55m 主梁翼缘板宽度取B1=700mm 考虑箱形梁内部焊接的要求,两腹板外侧间距取b=660mm 按主梁整体稳定条件,H1≤3b,实取H1=h=1500mm 取腹板高度 h0=950mm 翼缘板厚度 δ0=16mm 腹板厚度 δ1=δ2=8mm 主梁工字钢下翼缘补强板取16×130 mm 4.3端梁尺寸 高度H2=(0.4~0.6)h=600~900mm,取H2=470mm 考虑大车轮安装取总宽B1=220mm,跨中翼缘板厚度 δ1=16mm 腹板厚度 δ=6mm 大车轮距 W=3500mm 端梁总长 L=4000mm 4.4主、端梁连接采用突缘法兰螺栓连接 5.主、端梁截面几何性质 热轧工字钢30C特性: 截面面积:A=73.254cm2=7.3254×103 mm2 惯性矩: Ix=9850cm4=9.85×107mm4 Iy=445cm4=4.45×106mm4 .专业.专注.
截面抗弯系数 Wx=657cm3=6.57×105mm3 Wy=68.5cm3=6.85×104mm3 5.1截面几何性质 5.1.1主梁 截面面积 A=8×720+2×6×900+2×6×400+7325.4+12×100=44916mm2=0.044916m2 形心位置 x=350mm Y=(16×700×1508+2×8×966×1033+2×6×420×408+111400×241+16×130×8)/145176=426mm 惯性矩 Ix=9.81×109mm4 Iy=I1=7.82×108mm4 截面抗弯系数 Wx=6.49×106mm3 Wy=4.87×106mm3 5.1.2端梁 截面面积(跨中) A=6×464×2+6×208+16×230+10×450=14432mm2=0.01314 m2 形心位置 x=(6×464×13+6×464×227+6×208×114+16×230×115+10×450×235)/14432 =158mm .专业.专注.
Y=(6×464×232+6×464×232+6×208×13+16×230×472+10×450×245)/14432 =284mm 惯性矩。 Ix=4.47×108mm4 Iy=I2=1.48×108mm4 截面抗弯系数 Wx=2.83×106mm3 Wy=5.21×105mm3 6.主梁、端梁钢结构强度、刚度、整体稳定性计算 6.1 计算原则 根据这种结构形式的起重机的特点,可以不考虑水平惯性力对主梁造成的应力,及其水平平面内载荷对主梁的扭转作用也可以忽略不计。 主梁强度计算按第Ⅱ类载荷进行组合。对活动载荷,由于小车轮距较小,可近似按一集中载荷计算。验算主梁跨中断面弯曲正应力和跨端断面剪应力。 主梁跨中断面弯曲正应力包括梁的整体弯曲应力和由小车轮压在工字钢下翼缘引起的局部弯曲应力两部分,合成后进行强度校核。 梁的整体弯曲在垂直平面内按简支梁计算,在水平面内按刚接的框架计算。计算的依据为《起重机设计规范》、《起重机设计手册》及《钢结构设计手册》 6.2 载荷计算 6.2.1主梁单位长度自重载荷: q=KρAg=1.05×7850×0.044916×9.8=3628N/m 式中:K-自重的动载系数,K=1.05; ρ-钢材比重,ρ=7850kg/m3;