16t雙梁小車(chē)式橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

武寶貴

（天津鋼管集團(tuán)有限公司，天津 300301）

16t雙梁小車(chē)式橋式起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

武寶貴

（天津鋼管集團(tuán)有限公司，天津 300301）

為了滿(mǎn)足起重設(shè)備高精度，多速度行車(chē)的需要，對(duì)16t雙梁小車(chē)式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。介紹了16t雙梁小車(chē)式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路。對(duì)設(shè)備的載荷、主梁的結(jié)構(gòu)及剛度、強(qiáng)度進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，達(dá)到了節(jié)省成本，提高材料的利用率，提高起重機(jī)的性?xún)r(jià)比的設(shè)計(jì)目的。

雙梁起重機(jī)；載荷；主梁；強(qiáng)度；剛度；設(shè)計(jì)

1 引言

起重機(jī)是減輕操作人員體力勞動(dòng)量，提高作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的起重運(yùn)輸設(shè)備。是冶金企業(yè)生產(chǎn)和物資運(yùn)輸中的重要機(jī)械設(shè)備。我國(guó)的起重機(jī)行業(yè)是從建國(guó)后開(kāi)始建設(shè)，大部分是采用蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。改革開(kāi)放以后，隨著我國(guó)的工業(yè)迅速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)起重機(jī)的要求也隨之提高。作為特種設(shè)備，國(guó)家制定了嚴(yán)格的制造、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。為了滿(mǎn)足起重設(shè)備高精度，多速度行車(chē)的需要，機(jī)械部分要求也越來(lái)越高，設(shè)計(jì)更精確。本文就16t雙梁小車(chē)式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

本次設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括載荷的計(jì)算、梁的結(jié)構(gòu)、剛度、強(qiáng)度設(shè)計(jì)，達(dá)到節(jié)省成本，提高材料的利用率，提高起重機(jī)的性?xún)r(jià)比的設(shè)計(jì)目的。

3 載荷的計(jì)算

作用在橋架上的載荷有自重載荷，起升載荷，活動(dòng)載荷，水平慣性載荷等。

3.1 自重載荷

自重載荷可以分為均布載荷和集中載荷兩種。均布載荷有：主梁，走臺(tái)欄桿，配電管道等的重力。集中載荷有：司機(jī)室，大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，布置在走臺(tái)上的氣設(shè)備的重力。在普通設(shè)計(jì)當(dāng)中只是以照經(jīng)驗(yàn)選擇載荷。那么本車(chē)的一根主梁的半個(gè)橋架即G橋?yàn)? t。

3.2 移動(dòng)載荷

移動(dòng)載荷為小車(chē)的自重載荷和起升載荷，以小車(chē)輪壓方式作用在主梁上。

輪壓圖如圖1所示。

圖1 輪壓計(jì)算圖

小車(chē)各支撐、輪壓的計(jì)算：

式中，G2為小車(chē)的自重；Q為貨物的重力；t、e為小車(chē)及貨物的重心在支撐平面內(nèi)的投影，t=1040mm，e=1000mm。

輪壓分布如圖2所示。

圖2 輪壓分布圖

4 主梁的結(jié)構(gòu)及尺寸選擇

4.1 按梁的強(qiáng)度條件確定梁高h(yuǎn)s

其中，C1為將小車(chē)輪壓轉(zhuǎn)化為跨中集中載荷時(shí)小車(chē)的換算系數(shù)，C1=1-b/2 L；B 為小車(chē)的軸距；[δ]為腹板的餓總厚度，為20mm；[б]為材料的許用應(yīng)力，取1 20MPa；α=腹板加勁板的重量/腹板的重量≈1/3。

4.2 按剛度條件確定梁高

式中，[β]=L/[f]，E=200G P a，

計(jì)算得：hr≈6 7 2.6mm。

4.3 梁的截面參數(shù)取值

一般的設(shè)計(jì)中選擇：梁高h(yuǎn)選擇，h/L=1/1 4～1/20，那么在以上幾個(gè)條件都允許的情況下，結(jié)合表選擇h=8 50mm腹板，翼緣板的厚度。為起重量是1 6t所以腹板的厚度取10mm，受壓翼板的厚度，有局部穩(wěn)定性條件，一般為δ≥b/60，所以取10mm。

翼緣板寬度b，對(duì)于正規(guī)箱型，取b=（0.3 3!～0.5 5）h，所以取4 50mm。

兩腹板的間距b0=b-（40～60），所以選擇3 90mm，加勁肋的間距a，可根據(jù)腹板高度h0與腹板厚度之比來(lái)確定。

H0/δh=1 4 1.6，故在100（2 3 5/δs）1/2≤h0/δh≤1 70（2 3 5/δs）1/2。

所以按以下計(jì)算方式：當(dāng) h0η1/2/δh≤1200時(shí)，直接a≤2 h0，那么a在設(shè)計(jì)中選擇1000mm。低加勁肋選擇a的1/2～1/3。

5 主梁設(shè)計(jì)計(jì)算

5.1 強(qiáng)度計(jì)算

在垂直平面內(nèi)的普通彎曲應(yīng)力按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，受力如圖3所示。

圖3 簡(jiǎn)支梁圖

當(dāng)P1>P2時(shí)，主梁的最大彎矩截面距左支點(diǎn)的距離為：

所以，z=76 4 9mm。

其最大彎矩為：

當(dāng)小車(chē)位于跨端時(shí)，即z=0，主梁的剪力最大。

主梁在水平面內(nèi)按框架計(jì)算，由P大慣和q慣引起的跨中彎矩為：

B為端梁的長(zhǎng)度，為41 8 2mm；c為端梁除去軌道寬度，一端的長(zhǎng)度為1406mm；l為軌道的寬度，為2000mm。

所以，r=1 7.5m。

那么，MH=1 1 4.3 7k N·m。

主梁分布、集中慣性力如圖4、圖5所示。

跨中翼緣板總的彎曲應(yīng)力：

圖4 主梁分布慣性力圖

圖5 主梁集中慣性力圖

式中，Mv為固定和移動(dòng)在計(jì)算截面引起的彎矩之和；Wz為在垂直方向上截面抗彎模量，Wz=bh2/6=0.05；Wy為在水平方向的截面抗彎模量，Wy=hb2/6=0.02 3。

跨端截面腹板的最大剪應(yīng)力為：

式中，Q計(jì)算截面上的計(jì)算剪力為：

式中，Ix為計(jì)算截面上的慣性矩bh3/1 2=0.02 46；S0為計(jì)算剪應(yīng)力處截面的最大靜矩0.1 5 2；Δ為腹板厚度6mm。

故以上強(qiáng)度條件滿(mǎn)足要求。

5.2 主梁的剛度計(jì)算

主梁的垂直靜剛度計(jì)算如下：

對(duì)于四輪小車(chē):

式中，P1、P2為小車(chē)的計(jì)算輪壓；E為材料的彈性模量，200G P a；I為梁的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，計(jì)算結(jié)果為0.02 17 5。

故剛度符合要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

未來(lái)橋式起重機(jī)機(jī)械部分將向著以及先進(jìn)的制造工藝，便宜而優(yōu)質(zhì)的材料，更加合理了構(gòu)造方式，較低的制造成本等方向發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)橋式起重機(jī)的高效化、實(shí)用化。因此，采用優(yōu)化的機(jī)構(gòu)，減少用材，提高材料的性?xún)r(jià)比是不忽視的。以改善橋式起重機(jī)的整體性能，對(duì)推動(dòng)起重更新?lián)Q代，具有非常現(xiàn)實(shí)的意義。

[1]張質(zhì).起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2004.

[2]祝權(quán).實(shí)用五金手冊(cè)[M].上海：上海科技出版社，2001.

[3]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].8版.北京：高等教育出版社，2006.

Design of Metal Structure of 16t Bridge Crane

WU Bao-gui

(Tianjin Pipe(Group)Co.,Ltd.,Tianjin 300301,China)

The metal structure of 16t bridge crane is designed to meet the requirements of high-accuracy and travelling with multiple speeds.The paper describes the design ideas,designs the load of equipment and the structure of main beam,and calculates their rigidity and strength.The goals of saving cost,raising utilization rate of materials and cost performance of crane are gotten.

double beam crane;load;main beam;strength;rigidity;design

2013-01-05

2013-02-02

武寶貴（1955—），男，天津人，工程師，主要從事鋼管設(shè)計(jì)方面的研究工作。

（編輯 潘娜）