【正文】 ） 自由扭轉(zhuǎn)和約 束扭轉(zhuǎn)的概念 起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中的梁為非圓截面直桿，而且是開口薄壁（工字形截面等）后閉口薄壁（箱形截面）結(jié)構(gòu)。所有剛性肋的面積慣性矩（ sI ）必須大于此值。 sI 是加強(qiáng)肋繞 被加強(qiáng)板板厚中心線的面積慣性矩。 只要作用在板上的載荷應(yīng)力（在非均布應(yīng)力時(shí)取最大的應(yīng)力值）小于極限應(yīng)力（或許用應(yīng)力），板是穩(wěn)定的，其驗(yàn)算公式如下： cr11 ?? ? 或 ? ? ncrcr 11 ?? ? = cr??? 或 ? ? ncr ?? ? = ? mcrm ?? ? 或 ? ? nmcrmcr ?? ? ? 式中 n—— 安全系數(shù)，其值與強(qiáng)度安全系數(shù)一致，按載荷組合分別取 、 、和遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 ； ? ? ? ?crcr ?? \1 和 ? ?mcr? —— 分別為正應(yīng)力、剪應(yīng)力和局部壓應(yīng)力作用下的許用屈曲臨界應(yīng)力。 腹板局部穩(wěn)定性的 校核 驗(yàn)算 對于 正 軌箱形 梁，腹板同時(shí)受彎曲正應(yīng)力，剪應(yīng)力和集中輪壓作用在腹板上緣產(chǎn)生的壓應(yīng)力。考慮到實(shí)際生產(chǎn)中，為了限制腹 板波浪度，一般取間距 ?? m。 金屬結(jié)構(gòu)也可能在以上幾種應(yīng)力共同作用在梁 的腹板上時(shí)喪失局部穩(wěn)定。 5） 動(dòng)剛度 在起重機(jī)小車卸載時(shí)，主梁在垂直方向?qū)a(chǎn)生衰減振動(dòng)，這種振動(dòng)對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響不大，但對于起重機(jī)的正常使用以及司機(jī)的操作田間卻是不利的，緩慢的衰減過程影響到起重機(jī)的生產(chǎn)率，因此，從現(xiàn)代 化生產(chǎn)的要求出發(fā)（特別是對高速運(yùn)行的起重機(jī)以及要求所吊運(yùn)件能精確安裝的起重機(jī)），起重機(jī)應(yīng)保證一定的動(dòng)剛度。根據(jù)板殼理論，作用在受載面積中心（圖 25）彎距： ?8NMx ??????????????????? )1)(()1)(s i n4ln2( vvd bb??????? )201)(1325()291)( 14 i n314ln2( 35 ???????????????????????? 魏喜斌：龍門式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 ?8NMx ??????????????????? )1)(()1)(s i n4ln2( vvd bb??????? ?)201)(1325()291)( 14 i n314ln2( 35 ???????????????????????? 式中 )( 112121 babad 、?? 3321961 ?a IbkPN ?? 在此處 I軌道的慣性矩； ? —— 上蓋板的厚度； 1k — 系數(shù)，取決于 ba 之間值，見表 （ 21） 。有懸臂時(shí)的側(cè)推力為： )32(4 )6(212??? kh LLqH j= )31402(1294 )3126120(32022 ???? ?? 為了安全起見，現(xiàn)將有懸臂 門架當(dāng)作無懸臂門架計(jì)算，即 Nkh LqH j 9)312(9804 )32(4 22 ???? ???? 彎矩 cmNHhMM Dc ????????? 2 1 3 1 4 5 2 3 7 9 支腿平面內(nèi)的支腿內(nèi)力計(jì)算 由垂直載荷引起的支腿內(nèi)力在垂直載荷 cp 作用下引起的支腿內(nèi)力為支反力： ? ? ? ? Nl allpV c 27 )( 2)( 1 ??????? Nl alpV c )()( 12 ????? 箱型梁的約束彎曲 校核 計(jì)算 根據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在薄壁箱型梁的角點(diǎn)上，最大約束彎曲正應(yīng)力可近似取為：)1( ???? ?? o 式中 o? —— 自由彎曲正應(yīng)力； ?? —— 考慮約束彎曲而使應(yīng)力增大的系數(shù)； 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 B—— 翼緣板寬度。 在主梁載面上，各種載荷在同一點(diǎn)引起的剪應(yīng)力予疊加。 對于每種計(jì)算情況，由于其載荷組合出現(xiàn)的可能性不同，所以在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，對金屬魏喜斌：龍門式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力值也各不相同。稱為計(jì)算情況 IIa 。 門架的計(jì)算載荷： cmNqqf ???? ? 支腿自重：雙梁門架的支腿單位長度自重常取為主梁單位長度自重的 ～ 倍單主梁門架的支腿單位長度自重取為主梁的 ～ 倍。 主梁截面如圖 （ 12） 所示，其幾何尺寸如下： King post section like Fig(12) shows, its geometry size is as follows 箱行主梁的截面以矩形截面。 m —— 機(jī)構(gòu)中電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)?；喗M采用滾動(dòng)軸承，當(dāng) 3?hi 時(shí)，滑輪組效率 ?? 。由于動(dòng)滑輪組與吊鉤裝在一起，稱為吊鉤組，所以我選擇定滑輪組。 吊鉤的選擇：吊鉤裝置是起重機(jī)最重要的一個(gè)承載部件。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括以下方面 起重機(jī)選擇類型為：箱形梁式龍門起重機(jī)，箱形梁式 結(jié)構(gòu) 起重機(jī) 主要由兩根主梁和兩根端梁組成。按照上部結(jié)構(gòu)，主梁的結(jié)構(gòu)又可分為單箱形主梁和雙箱形主梁 等等各種類型。我主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容是龍門起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)和金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。是市場上最為實(shí)用的一種類型起重機(jī)，深受客戶歡迎的理想的起重機(jī)。長型吊鉤裝置的吊鉤較短；而短型吊鉤的裝置的吊鉤較長。本次設(shè)計(jì)我選用起重機(jī)鋼軌道 （即正軌） 。 電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率： . kWNKN jde ???? 式中， ,?dK 選則電動(dòng)機(jī)的型號(hào)如下： YZAR255M8， sS 工作制， JC =40%， 6?CZ 次， kwN e 22%)40( ? ， min7151 rn ?，22 kgmGD ? 。門架結(jié)構(gòu)是板梁式箱形結(jié)構(gòu)。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 考慮到起重機(jī)沿大車軌道方向穩(wěn)定性的要求，門式起重機(jī)的輪距oLK )61~41(?， oL 為主梁全長。 進(jìn)行最大拉 力驗(yàn)算 kNym yMT iixA 32)24521502552(2 245448502 2222m a x ??????? ????? 計(jì)算受拉單栓承載力 ? ? kNPN t ???? 故 ? ?tA NT ? 驗(yàn)算通過。稱為計(jì)算情況。 在水平載荷作用下，蓋板上的剪應(yīng)力： oyysy I SQ ?? 2? = 2432 ??? ? 式中 sQ —— 支承處的水平剪力； yS —— 主梁載面的一部分對 y 軸的靜矩； yI —— 主梁載面對 y 軸的慣性矩； o? —— 上、下蓋板厚度。桿件需要的最小截面積為 2mm 。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 為了簡化計(jì)算，特作如下假設(shè)： 1）把上蓋板看作為是腹板和橫向加筋板約束的自由支承的薄板； 2）軌道視為一根中部受集中載荷的梁； 3）根據(jù)薄板受集中載荷作用來計(jì)算蓋板撓度； 4）計(jì)算應(yīng)力時(shí)，假設(shè)軌道和蓋板間僅在邊長為 a和 b矩形面積上接觸。 3） 門式起重機(jī)的懸臂撓度 ? ? 13501 Lf ? = 133501 ? =12930 式中 1L ________懸臂長度。 rl _____鋼絲繩繞組在相當(dāng)于額定起升高度時(shí)的實(shí)際平均下放長度，可近似取 穩(wěn)定性 校核 計(jì)算 對于雙梁箱形截面橋式和門式起重機(jī)以及單主梁 門式起重機(jī)，一般不進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，但應(yīng)進(jìn)行腹板和蓋板的局部穩(wěn)定性驗(yàn)算。 箱形截面梁腹板加勁的設(shè)計(jì)原則 1） 通常沿腹板全高設(shè)置橫向加勁板加固腹板。 圖 （ 28） 箱形主梁加勁板的設(shè)置 Fig (28) box shape king post stiffening plate establishment 5） 若腹板僅僅只用橫向勁板加固時(shí)，對于箱形截面梁，橫向勁板寬度取為等于兩腹板間距 b，若梁寬 B 較大，橫向加勁板中部可開孔，但應(yīng)保證 )4030( ?? hbfmm，加勁板厚度不應(yīng)小于jb151。 板在壓應(yīng)力 1? 剪應(yīng)力 ? 和局部壓應(yīng)力 m? 共同作用時(shí)的等效臨界復(fù)合應(yīng)力可按下式 、 22111121221,43413??????????????? ??????????????????????????crmc rmcrcrmmcrd???????????????? 、 = 1033451336 2 ??? ???? 式中， ? 為板邊兩端應(yīng)力之比 ?????? 12??， 1? 為板邊最 大應(yīng)力， 1? 、 2? 各帶自己的正負(fù)符號(hào)；其它符號(hào)同前。而且，區(qū)格板的屈服系數(shù)與 aba? 有關(guān)，屈曲臨界應(yīng)力與寬（ b）平方成反比。此時(shí)的加強(qiáng)肋稱為柔性加強(qiáng)肋。對于偏軌寬翼緣橋式類型起重機(jī)，其主梁截面較寬，而翼緣板厚 相對較?。?b兩腹板間距； 1? 上翼緣板厚度），因此受壓翼緣板必須根據(jù)局部穩(wěn)定性布置縱向加勁條。 圖 a 為工字形截面桿件兩自由端受兩個(gè)力偶作用而產(chǎn)生自由扭轉(zhuǎn)，圖 （ 29） a為變形后的情況，平行于桿軸的縱向直線 （例如翼緣）仍保持直線，截面 ABCD 已有翹曲不再成平面，由于各截面均能自由翹曲，且翹曲量相同，故縱向纖維長度不改變，截面上就不會(huì)產(chǎn)生正應(yīng)力。工字梁的翼緣不保持直線而產(chǎn)生彎曲，而且這種彎曲是在其自身平面內(nèi)作相反方向的彎曲。 閉口薄壁構(gòu)件的扭轉(zhuǎn) 校核 計(jì)算 閉口截面由于截面外形所具有的特征，它在純扭轉(zhuǎn)時(shí)，純扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的分布與開口截面中不相同，它沿壁厚是按常量分布的，因此中間層上的剪應(yīng)力并不等于零，這是閉口與開口截面的最主要區(qū)別。 魏喜斌：龍門式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)及金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 34 3 螺栓連接 構(gòu)造與布置 門式起重機(jī)主梁與支腿和下橫梁皆用螺栓連接。 起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中螺栓連接的計(jì)算要點(diǎn)是： 1） 按外力和螺栓的許用承載能力（最小的）確定傳遞內(nèi)力所必須的螺栓數(shù)目 。 所需精致螺栓數(shù)目 z 為 ? ? ??? NNz 故取 z=9。 距 x軸 1y 處最邊行的一個(gè)螺栓所受的拉力為： 211 )( iyPlyMN ??? =)6513 0( ??? 式中 l 壓力 P距 x軸的距離； M作用在連接處的計(jì)算 彎矩； 2iy? 每個(gè)受拉螺栓距 x 軸的距離平方之和（設(shè)共有 i 個(gè)受拉螺栓）。 工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)的風(fēng)載荷按下式計(jì)算： ACKP qhw ?? 式中 C—— 風(fēng)力系數(shù)； hK —— 風(fēng)壓高度變化系數(shù)； ? —— 風(fēng)振系數(shù)（對常用起重機(jī) ?? ）； A—— 結(jié)構(gòu)或物品垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積（ 2m ） 。 起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)應(yīng) 用的焊接主要有電焊和氣焊兩類。 焊接本身也存在著不少缺點(diǎn)。焊條常用直徑為 3， 4， 5， 6， 8和 10cm. 自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊的焊絲和焊劑應(yīng)通過試驗(yàn)選定，以保證焊逢和鋼材的強(qiáng)度。 圖 （ 43） 對接焊逢的斷面型式 The Fig (43) butt welding meets cross section pattern 為了防止未熔透起見，貼角焊逢最小厚度 fh 不得小于 4mm。 由剪切力產(chǎn)生的焊逢剪應(yīng)力為： fQ bhQ?? 折算剪應(yīng)力為： 22 vM ?? ? ???? 連接焊縫所能承受的最大拉力： ? ? kNlhN hff 1 0 0 81 0 04 5 ???????? ? 拼接板所能承受的最大拉力： kNN 1 9 8 01 8 05 5 01022 ????? 對焊縫形心的軸力引起的剪應(yīng)力： MP aA 77 ?? ????? MP aAy 77 ?? ???? 魏喜斌：龍門式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)及金屬。 焊逢連接計(jì)算 1） 對接焊逢 承受軸向力和彎矩的對接焊逢應(yīng)力按下式計(jì)算： ? ?lWMFN ?? ??? 或 ? ?y? = 35933068? ? ?38? 式中 ??? jlF ； 62jlW ?