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1、 第 1 頁 電話：傳真：200 噸-S=50 米_架橋機(jī) 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 計 算 書 編制：_日期：_審核：_日期：_審定：_日期：_ 【2011-09-06】第 2 頁 電話：傳真：【A1】.架橋機(jī)主要由上部天車、橫移平車、主梁、前中后支腿、前中后支腿橫梁、各驅(qū)動機(jī)構(gòu)等部件組成；【A2】.架橋機(jī)主梁的兩部上部小車，總額定起重量為【100+100】噸，兩臺小車吊【100+100】噸時的吊點(diǎn)距離是 45 米；【A3】.下面對以上所述的主要結(jié)構(gòu)受力件進(jìn)行分析，包含各主要工況的情況，以證明架橋機(jī)的可行性；【A4】.對于比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)我們采用 Ansys 建模求解的解決方式；【A4】.下面先分析主梁2、結(jié)構(gòu)，對于其他主要受力也要給予分析計算以確保可行性；【A5】.下圖首先是在 ansys 有限元分析環(huán)境中對主梁的三維建模圖，架橋機(jī)主梁結(jié)構(gòu)在 Ansys 中的各種工況分析結(jié)果如下；【A6】.架橋機(jī)主梁主要應(yīng)該考慮的各種工況如下：1.當(dāng)小車剛開始在主梁端部起吊時：A.如果是端部起吊且該端部位無支撐點(diǎn)，則是懸臂起吊，應(yīng)考慮懸臂主梁的起吊能力；B.如果是端部起吊但該端部位有支撐點(diǎn)，則非懸臂起吊，應(yīng)考慮懸臂主梁的腹桿承受能力；2.當(dāng)前部小車吊 100 噸置于跨距 52 米中附近時，此時主梁受力最大，應(yīng)計算主梁各最值；3.當(dāng)主梁過洞時，主梁懸臂懸出最長時，計算主梁懸支點(diǎn)處部位最大應(yīng)力；下面對這些主要工況3、的受力分析結(jié)果闡述如下：圖【A6】【1】【Ansys 三維立面視圖】第 3 頁 電話：傳真：圖【A6】【2】【Ansys 三維軸測視圖】【A100】.考慮端部起吊 100 噸但該端部位有支撐點(diǎn)，則非懸臂起吊，應(yīng)考慮懸臂主梁的腹桿承受能力；【注意：此狀態(tài)同時考慮主梁自重，】考察該狀態(tài)的主梁最大應(yīng)力符合安全條件；【A100】【1】端部加載 第 4 頁 電話：傳真：【A100】【2】如圖所示：綜合應(yīng)力=.581E+08(Pa），即=58.1(MPa)=168(MPa)，主梁該狀態(tài)強(qiáng)度滿足要求；【B100】.考慮一小車吊 100T 于跨中時，同時考慮每個小車和橫移平車自重 6 噸，不考慮其余載荷【包括4、主梁自重】；第 5 頁 電話：傳真：圖【B100】【1】【加載圖】圖【B100】【2】【下?lián)蠄D（顯示單元）】圖【B100】【3】【下?lián)蠄D（不顯示單元）】如上圖可知額定靜載最大下?lián)希捍?0.099952(m)；最大下?lián)习l(fā)生于跨中附近（如上圖顯示“MIN”處）；第 6 頁 電話：傳真：【注意：最大下?lián)系娜≈颠€是按顯示單元的圖上的值來選取更為合理！】主梁跨距：S=52(m)；最大垂直靜剛度：T垂=S垂=520.099952=520；T垂=520400，垂直靜剛度滿足要求，符合架橋機(jī)通用技術(shù)條件：GB/T 26470；【B200】.考慮起吊總額定起重量為【100+100】噸，并且考慮小車自重、主梁自重5、，橫向偏斜力和風(fēng)力；運(yùn)行速度慢，橫向偏斜力不大；因?yàn)槭氰旒苁剑該躏L(fēng)面積小，風(fēng)力小；圖【B200】【1】【水平最大偏移（顯示單元）】【俯視狀態(tài)】主梁水平最大偏移：水=0.00335 m；水平剛度：T水=S 水=520.00335=15522；T水=155222000，水平剛度滿足要求，主梁水平狀態(tài)剛性較容易滿足；【B300】.整體結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力，考慮起吊總額定起重量為【100+100】噸，并且考慮小車自重、主梁自重；同時考慮橫移平車運(yùn)行時的慣性力和風(fēng)力；第 7 頁 電話：傳真：圖【B300】【1】【最大應(yīng)力（顯示單元）】圖【B300】【2】【最大應(yīng)力（顯示單元）】【最大應(yīng)力處放大】如上圖，最大6、應(yīng)力在主梁靠近剛性支腿的地方，顯示“MX”的地方；主梁板材料為 Q235-B，屈服強(qiáng)度Qs=235(MPa)，安全系數(shù)ns=1.4，極限最大值為 =ns=168(MPa)；第 8 頁 電話：傳真：如圖所示：綜合應(yīng)力=.146E+09(Pa），即=146(MPa)；=146(MPa）=168(MPa)，主梁強(qiáng)度滿足要求；【B400】.從以上各圖可知，主梁結(jié)構(gòu)在該工況滿足要求；【B500】.主梁接頭銷軸計算【跨中吊 100 噸時】；本主梁分段之間的接頭連接采用銷軸連接的方式，每個接頭上下弦桿的銷軸大小不同；上弦桿兩個直徑為 68 的銷軸；銷軸材料為 45#；下弦桿四個直徑為 58 的銷軸；銷軸材料7、為 45#；銷軸承受的力主要為剪切力，所以應(yīng)對其剪應(yīng)力進(jìn)行校核；40Cr 的屈服強(qiáng)度s=370 Mpa，考慮安全系數(shù)ns=1.4，則 =sns=3701.4=264 Mpa；則剪應(yīng)力極限 =2=2642=132 Mpa；計算得弦桿的最大拉(壓)力為：F弦 max=2634800（N）；不過實(shí)際上接頭并不會完全在最大最大拉(壓)力的位置處，但我們按最大拉(壓)力估算后若滿足則接頭在非最大拉(壓)力出的剪應(yīng)力一定滿足；上、下弦桿接頭銷軸總的剪切面積分別為：S上=6 PI()6824=21790 mm2；S下=8 PI()6824=29053 mm2；直徑為 68 的銷軸的剪應(yīng)力：上=F弦 maxS8、上=263480021790=120 Mpa；直徑為 58 的銷軸的剪應(yīng)力：下=F弦 max2S下=263480029053=90 Mpa；不管上還是下，都小于上面計算的剪應(yīng)力極限：=132 Mpa；主梁接頭滿足要求；【C100】.主梁過洞的分析計算；主梁過洞的分析，重點(diǎn)應(yīng)注意懸臂支撐點(diǎn)的應(yīng)力值大小，該值太大會造成主梁失穩(wěn)；第 9 頁 電話：傳真：【C100】【1】主梁過洞 【C100】【2】主梁過洞綜合應(yīng)力圖 按上圖知，受力最大處位于懸臂支撐點(diǎn)附近，值為：.122E+09（Pa）,即 122（MPa）；該值=168(MPa)，該工況主梁滿足要求；第 10 頁 電話：傳真：【D100】.上部天9、車架主要受力部位的分析計算；上部天車架主要的受力部分可分解成兩部分：1：固定定滑輪組的天車架主橫梁；2：固定車輪輪組的天車架主端梁；下面將對這兩部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析，以確定結(jié)構(gòu)的可行性；【D200】.上部天車架主橫梁的分析計算；上部天車架主橫梁之橫截面尺寸圖如下：【D200】上部天車架主橫梁截面圖【中間為定滑輪組】額定起重力：G=1000000(N)；跨距：S=1.8(m)；P0=G4=10000004=250000(N)；b=0.20(m)；b等效滑輪中心距離；NA=NB=P0=250000(N)；c=Sb2=1.80.22=0.80 m；跨中最大下?lián)希捍?P0c(8c2+12cb+3b10、3)24EI垂，I垂-垂直慣性矩；按此截面可計算出I垂=292916906(mm4)，后面帶入計算時單位應(yīng)化為m4；垂=250000 0.80 (8 0.802+12 0.80 0.2+3 0.23)24 0.196 292916906=0.001025342 m；T垂=S垂=1.80.001025342=1755；大于 1000，故剛性符合要求；水平彎矩：M垂=250000 0.80=200000 N.m；第 11 頁 電話：傳真：垂=1.1M垂XI垂，X=0.42=0.2(m)；動載系數(shù)取：1.1；水平慣性產(chǎn)生的最大應(yīng)力，位于水平橫向離對稱軸最邊遠(yuǎn)的位置；垂=1.1 M水 XI垂=200011、00 0.2 106292916906=136 Mpa；安全系數(shù)nS=1.4,材料為 Q235-B，則=2351.4=168(Mpa)；垂=136 Mpa =168 Mpa，小車架主橫梁滿足要求；【D300】.上部天車架主端梁的分析計算；【D300】上部天車架主端梁截面圖 額定起重力：G=1000000(N)；輪距：S=1.40(m)；P0=G4=10000004=250000(N)；b=0.556(m)；b小車架兩根主橫梁中心距離；NA=NB=P0=250000(N)；c=Sb2=1.400.5562=0.422 m；跨中最大下?lián)希捍?P0c(8c2+12cb+3b3)24EI垂，I垂-垂直12、慣性矩；按此截面可計算出I垂=328391424(mm4)，后面帶入計算時單位應(yīng)化為m4；垂=250000 0.422(8 0.4222+12 0.422 0.556+3 0.5563)24 0.196 328391424=0.000324807 m；第 12 頁 電話：傳真：T垂=S垂=1.40.000324807=4310；大于 1000，故剛性符合要求；水平彎矩：M垂=250000 0.7=175000 N.m；垂=1.1M垂XI垂，X=0.42=0.2(m)；動載系數(shù)取：1.1；水平慣性產(chǎn)生的最大應(yīng)力，位于水平橫向離對稱軸最邊遠(yuǎn)的位置；垂=1.1 M水 XI垂=175000 0.2 113、06328391424=106 Mpa；安全系數(shù)nS=1.4,材料為 Q235-B，則=2351.4=168(Mpa)；垂=106 Mpa =168 Mpa，上部天車架主橫梁滿足要求；【D400】.綜上上部天車架的幾方面計算，上部天車架可以滿足使用要求并符合起重機(jī)相關(guān)設(shè)計規(guī)范。【E100】.小車縱移主梁和支腿構(gòu)件 縱移主梁最大下?lián)?如上圖可知額定靜載最大下?lián)希捍?0.005678(m)；最大下?lián)习l(fā)生于跨中附近（如上圖顯示“MIN”處）；【注意：最大下?lián)系娜≈颠€是按顯示單元的圖上的值來選取更為合理！】縱移主梁跨距：S=5.25(m)；最大垂直靜剛度：T垂=S垂=5.250.005678=925；14、T垂=925700，垂直靜剛度滿足要求，符合架橋機(jī)通用技術(shù)條件：GB/T 26470 第 13 頁 電話：傳真：縱移主梁最大應(yīng)力 如上圖，最大應(yīng)力在顯示“MX”的地方；主梁板材料為 Q235-B，屈服強(qiáng)度Qs=235(MPa)，安全系數(shù)ns=1.4，極限最大值為 =ns=168(MPa)；如圖所示：綜合應(yīng)力=.107E+09(Pa），即=107(MPa)；=107(MPa）=168(MPa)，主梁強(qiáng)度滿足要求；【F100】.前部直梁 前部直梁最大應(yīng)力 第 14 頁 電話：傳真：如上圖，最大應(yīng)力顯示“MX”的地方；主梁板材料為 Q235-B，屈服強(qiáng)度Qs=235(MPa)，安全系數(shù)ns=1.4，15、極限最大值為 =ns=168(MPa)；如圖所示：綜合應(yīng)力=.680E+08(Pa），即=68(MPa)；=68(MPa）=168(MPa)，前部直梁強(qiáng)度滿足要求；【G100】.中部彎梁 中部彎梁最大應(yīng)力 如上圖，最大應(yīng)力顯示“MX”的地方；主梁板材料為 Q235-B，屈服強(qiáng)度Qs=235(MPa)，安全系數(shù)ns=1.4，極限最大值為 =ns=168(MPa)；如圖所示：綜合應(yīng)力=.495E+08(Pa），即=49.5(MPa)；=49.5(MPa）=168(MPa)，中部彎梁強(qiáng)度滿足要求；【H100】.前支腿穩(wěn)定性計算 前支腿高度約為：H=4.4 米，比其余位置更為細(xì)長，所以前支腿計算結(jié)果滿16、足要求，則其余自然滿足；前支腿截面為直徑 325mm 厚度為 9mm 的管，我們按最小截面進(jìn)行計算，則使用更大截面則自然滿足；管截面慣性矩：Ig=pi()(3254(32529)4)64=111613258(mm4)；管截面積：Sg=pi()(3252(32529)2)4=8935(mm2)；截面慣性半徑：ig=IgSg=1116132588935=112 mm，即ig=0.112 m；長細(xì)比：g=Hig；取 1，g=14.40.112=39；第 15 頁 電話：傳真：g=3040，則前支腿按屈服極限校核其受力極限是否超出；則每根支腿的承載壓力：Ny=1000000 N；主管壓應(yīng)力：y=NyS17、g=10000008935=112 Mpa；y=112 Mpa =sns=168(MPa)；穩(wěn)定性滿足要求；【注意：小車下縱移主梁下的腿的高度不足 2 米，高度比前支腿高度小，既然前支腿穩(wěn)定性滿足要求，那么小車下縱移主梁下的腿高度更小則自然滿足；】【I100】.傳送主梁即輸送箱底部的鉸軸受力計算 傳送主梁即輸送箱底部的鉸軸直徑為 80mm；鉸軸材料為 45#；鉸軸承受的力主要為剪切力，所以應(yīng)對其剪應(yīng)力進(jìn)行校核；45#的屈服強(qiáng)度s=370 Mpa，考慮安全系數(shù)ns=1.4，則 =sns=3701.4=264 Mpa；則剪應(yīng)力極限 =2=2642=132 Mpa；單個輪箱軸最大載荷為：F壓 max18、=1000000（N）；每個支座下的鉸軸數(shù)量為 2，這樣就有 4 個剪切面；鉸軸總的剪切面積分別為：S90=4 PI()9024=25447 mm2；直徑為 90 的鉸軸的剪應(yīng)力：90=F壓 maxS90=100000025447=39 Mpa；90=39 Mpa，小于上面計算的剪應(yīng)力極限：=132 Mpa；鉸軸受力滿足要求；【J100】.底部車輪輪箱鉸軸受力計算 傳送主梁即輸送箱底部的鉸軸直徑為 100mm；鉸軸材料為 45#；鉸軸承受的力主要為剪切力，所以應(yīng)對其剪應(yīng)力進(jìn)行校核；45#的屈服強(qiáng)度s=370 Mpa，考慮安全系數(shù)ns=1.4，則 =sns=3701.4=264 Mpa；則剪應(yīng)力19、極限 =2=2642=132 Mpa；單根主梁和負(fù)重后的最大載荷為：F壓 max=1000000（N）；每個支座下的鉸軸數(shù)量為 1，這樣就有 2 個剪切面；鉸軸總的剪切面積分別為：S100=2 PI()10024=15708 mm2；直徑為 100 的鉸軸的剪應(yīng)力：100=F壓 maxS100=100000015708=64 Mpa；第 16 頁 電話：傳真：100=64 Mpa，小于上面計算的剪應(yīng)力極限：=132 Mpa；鉸軸受力滿足要求；【K100】.底部車輪輪箱結(jié)構(gòu)的分析計算；【K100】底部車輪輪箱結(jié)構(gòu)橫截面圖 【K100】底部車輪輪箱結(jié)構(gòu)立面圖 每個車輪輪壓約：GN=250000(N20、)；輪距：S=0.5(m)；P0=G2=2500002=125000(N)；b=0(m)；c=Sb2=0.502=0.25 m；按此截面可計算出I垂=309354000(mm4)，后面帶入計算時單位應(yīng)化為m4；水平彎矩：M垂=125000 0.25=31250 N.m；垂=1.1M垂XI垂，X=0.3752=0.1875(m)；動載系數(shù)取：1.1；第 17 頁 電話：傳真：垂=1.1 M水 XI垂=1.1 31250 0.1875 106309354000=21 Mpa；安全系數(shù)nS=1.4,材料為 Q235-B，則=2351.4=168(Mpa)；垂=21 Mpa =168 Mpa；同時對于21、中間鉸軸 165,須計算輪壓對板的最大擠壓應(yīng)力；P0=G2=2500002=125000(N)；S0=(10+14)165=3960(mm2)；0=1.1P0S0=1.11250003960=35 Mpa，小于 =168 Mpa，滿足要求；同理對于中間鉸軸 100,須計算輪壓對板的最大擠壓應(yīng)力；P0=G4=2500004=62500(N)；S0=(10+10)100=2000(mm2)；0=1.1P0S0=1.1625002000=35 Mpa，小于 =168 Mpa，滿足要求；綜上得，底部車輪輪箱結(jié)構(gòu)滿足要求；【L100】.底部軌道梁車輪輪壓承載受力分析 【L100】底部軌道梁單元段立體圖(22、截取兩端有筋板的一段)截取兩端有筋板的一段分析，底部為平面全約束，按單元中施加最大輪壓，受力結(jié)果如下圖所示；第 18 頁 電話：傳真：【L100】底部軌道梁受力結(jié)果圖 如上圖，接觸最大應(yīng)力顯示“MX”的區(qū)域如上圖所示；如圖所示：接觸最大應(yīng)力=.196E+09(Pa），即=196(MPa)；根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊，起重機(jī)車輪(與鋼軌)，許用接觸應(yīng)力(線接觸)為：線=750(MPa)；=196(MPa）線=750(MPa)；同看接觸應(yīng)力區(qū)域之外的的綜合應(yīng)力情況，值都小于=168(MPa)；所以綜上兩點(diǎn)可得，底部軌道梁強(qiáng)度滿足要求；【M100】.綜上所有敘述，該架橋機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)可以滿足使用要求并符合起重機(jī)相關(guān)設(shè)計規(guī)范和條件。