畢業(yè)論文(設計)35噸履帶起重機臂架系統(tǒng)設計 I 第1章履帶起重機概述 1.1履帶起重機簡介 1.2國外履帶起重機發(fā)展狀況 1.3國內(nèi)履帶起重機發(fā)展狀況 1.4履帶式起重機的發(fā)展趨勢 1.5履帶起重機臂架簡介 1.6個人工作重點——臂架系統(tǒng)設計 第2章臂架的結構形式 9-2.1設計參數(shù) 2.2臂架的結構型式 2.3.經(jīng)濟性分析 3.1所選材料許用應力計算 3.2主臂的計算 3.3副臂的計算 3.4撐桿的計算 3.5拉索的計算 40-大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文(設計)3.5.1主臂拉索計算 3.5.2固定副臂拉索計算 I履帶起重機是廣泛應用于電力建設、市政建設、橋梁施工、石油化工、水利水電等行業(yè)的一種起重運輸設備，隨著經(jīng)濟建設的發(fā)展，對其需求越來越大，對其性能的要求也越來越高。本次設計的35噸履帶起重機是35噸履帶起重機的臂架系統(tǒng)設計，臂架是履帶式起重機的重要構件之一，臂架設計得是否合理，直接影響著起重機的起升能力。本文主要內(nèi)容包括：國內(nèi)外履帶起重機發(fā)展狀況的比較，桁架臂的介紹，主臂、副臂及撐桿結構設計，臂架的強度、剛度和穩(wěn)定性計算，臂架連接處強度的校核。同時完成臂架系統(tǒng)裝配圖，主臂、副臂及撐桿的裝配圖和相關零部件的工程圖。設計過程采用Pro/E軟件進行三維實體建模，并進行虛擬裝配，最后應用其工程圖模塊轉化為二維工程圖。本次設計的35噸履帶起重機參考了撫順挖掘機制造責任有限公司的QUY35履帶起重機，并且嚴格按照《起重機設計規(guī)范》、《機械設計手冊》進行設計，其性能和質(zhì)量滿足相關要求。關鍵詞：履帶起重機，臂架，強度，穩(wěn)定性Crawlercraneisakindofhoistingeqconstruction,cityplanningconstruction,bridgeconstruction,petroleumcheructionandwaterconservancyetc.industry.Alongwiththedevfeconomicinourcountry,therequestofthecapabilityishigherandhigher.The35tcrawlercranedesignedisapracticalpthe35tcrawlercrane'sboomsystem.Theboomisoneofthewhichaffectstotheliftingcapacityofthecranedirectly.Themaincontentofthepapdomesticwithabroad,abriefintroductionoflatticeboom,thestructuredesignofboom,thefixedflyjib,andthefixedjibstrut,thecalculatiooftheboomsystem,thecheckingofstrengthofstrengthofconntimeplanarengineeringdrawingmustbedone,suchastheassemblingoftheengineeringdrawingwiththePro/Eplanarengineeringdrawingmoduleprocess,werefertotheQUY35crawlerItscapabilityandqualitymeettheKeyWords:Crawler第1章履帶起重機概述1.1履帶起重機簡介履帶起重機是將起重作業(yè)部分裝在履帶底盤上、行走依靠履帶裝置的流動式起重機，可以進行物料起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)。履帶起重機具有接地比壓小、轉彎半徑小、可適應惡劣地面、爬坡能力大、起重性能好、吊重作業(yè)不需打支腿、可帶載行駛等優(yōu)點，并可借助更換吊具或增加特種裝置成為抓斗起重機、電磁起重機或打樁機等，實現(xiàn)一機多用，進行樁工、土石方作業(yè)，在電力建設、市政建設、橋梁施工、石油化工、水利水電等行業(yè)應用廣泛。履帶起重機的帶載行駛、臂長組合多、起重性能好、作業(yè)高度和幅度大是其獨有的無與倫比的優(yōu)勢，具有其他起重設備無法替代的地位。隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，國家基本建設的規(guī)模越來越大，需要吊運的物品的質(zhì)量、體積和起升高度都越來越大，履帶起重機愈來愈顯示其優(yōu)越性，市場容量迅速上升，引起了國際知名廠商的關注，國內(nèi)起重機行業(yè)也興起了履帶起重機開發(fā)熱潮。1.2國外履帶起重機發(fā)展狀況目前，國外專業(yè)生產(chǎn)履帶起重機的廠家很多，德國的主要生產(chǎn)廠家有利勃海爾(Liebherr)公司、特雷克斯——德馬格(Terex—Demag)公司、森尼波根(Seneb0gen)公司，美國主要生產(chǎn)廠家有馬尼托瓦克(Manitowoc)公司、林克——貝爾特(Linkbelt)公司、P&H公司，日本的主要生產(chǎn)廠家有神鋼(Kobelco)公司、日立住友(Hitachi—Sumitomo)公司和石川島(IHI)公司，其中利勃海爾、特雷克斯——德馬格、馬尼托瓦克、神鋼、日立住友等公司產(chǎn)品系列較全，市場占有率較高。表1列出了國外履帶起重機主要生產(chǎn)公司系列型譜。1.德國利勃海爾(Liebherr)公司利勃海爾公司，一個以塔機起家、擁有50余年歷史的家族式跨國公司，是世界著名起重機生產(chǎn)廠家之一，該公司的產(chǎn)品技術先進，其生產(chǎn)的LR系列履帶起重機最大起重量已達1200噸。該公司產(chǎn)品主要特點有：系統(tǒng)為全液壓驅動、電液比例控制，可實現(xiàn)無級調(diào)速且傳動平穩(wěn)，具備完善的自拆裝功能，主副鉤可單獨工作亦可交替使用，自動安全保護合理，大噸位履帶起重機安裝全球衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)，廠家對其產(chǎn)品進行實時監(jiān)控，另外為充分發(fā)揮臂架的起重能力、提高整機的穩(wěn)定性大噸位履帶起重機均增加了超起裝置。目前的產(chǎn)品系列為LR11型1200噸，在中國市場上銷售0噸、LR1350型350噸和LR1280型280噸級履帶起重機?！埋R格原屬德國曼內(nèi)斯曼集團旗下的企業(yè)，由于該集團產(chǎn)業(yè)特雷克斯。德馬格的履帶起重機制造和經(jīng)營歷史很長，技術上與利勃海爾利勃海爾稍低一點，又比日本產(chǎn)品高不少。德馬格公司主要生產(chǎn)起重量從50噸到1600噸的德馬格的CC系列履帶起重機，進入中國市場也兩年來，由于國內(nèi)對大噸位履帶起重機的需求大幅增長，該公司在中國的銷售業(yè)績不斷攀升?？偟膩碚f德國的履帶起重機產(chǎn)品講究高性能、高新技術，德國利勃海爾公司和特雷克斯美國馬尼托瓦克公司是世界著名起重機設計制造廠家之一，它創(chuàng)建于1902年，當時是造船廠，1927年開始生產(chǎn)起重機，1988年開始生產(chǎn)制造多種類、多型號起重機。馬尼托瓦克生產(chǎn)的履帶起重機起重量從45噸到907噸，其250噸及以上履帶起重機產(chǎn)品的生產(chǎn)量在全球占有較大的份額。產(chǎn)品系列為45噸、50噸、73噸、77噸、91噸、109噸、為了改善和擴大司機視野，司機室可以上下左右調(diào)節(jié)位置，計算機監(jiān)導比例控制，設計原則強調(diào)自裝自拆功能。為了加大起重能力財力構筑“環(huán)軌”,施工中起重機無法移動，只能回轉，限制了作業(yè)范圍，吊裝完畢后，還必須日本的履帶起重機起步于50～60年代，以機械傳動為主，70年代開始迅速發(fā)展，hi-Sumitomo)公司和石川島(IHI)公司，日立住友是住友和曰立公司在2002年合并為“Hitachi—Sumitomo”品牌，主要生產(chǎn)起重量從30噸到650噸將其在全球的市場占有率擴大。神鋼(Kobelco)公司早在1964年，開發(fā)了3000系列履帶起重機，1977年開發(fā)了5000系列履帶式起重機，1982年設計成功5650履帶起重機，最大起重量650噸，1984年升級換代為7000系列履帶式起重機，現(xiàn)在部分7000系列升級為CKE系列履帶起重機，其開發(fā)的履帶起重機產(chǎn)品系列化程度高、性價比高，瞄準出口市場，深受發(fā)展中國家的歡迎，在全球范圍內(nèi)占產(chǎn)的CKE系列產(chǎn)品起重量從60噸到400噸，7000系列產(chǎn)品起重量從35噸到800噸。產(chǎn)品系列為35噸、45噸、55噸、60噸、70噸、80噸、90噸、100噸、12650噸、800噸。近兩年神鋼(Kobelco)在中國市場中噸位履帶起重機的銷售業(yè)績大都為300噸以下產(chǎn)品，也有少量達到300以上的產(chǎn)品。1.3國內(nèi)履帶起重機發(fā)展狀況我國生產(chǎn)履帶起重機歷史較短，“七五”期間以技術貿(mào)易相結合的公司履帶起重機的年產(chǎn)量從數(shù)10臺到200臺左右不等，產(chǎn)品以200噸及以下噸位為主。徐州重型機械有限公司——中國工程起重機的龍頭企業(yè)，2003年，工廠斥巨資進行式轉臺、PLC計算機集成控制系統(tǒng)等的設計制造核心技術，已獲得履帶起重機方面浦沅——中國工程起重機主要生產(chǎn)企業(yè)，2002年開始進軍履帶起重機行業(yè)，2005年初推出200噸履帶起重機。三一重工在2004年11月上海的寶馬會上展出了開發(fā)的50噸履帶起重機，目前在開發(fā)80噸、150噸履帶起重機。撫順工程機械有限公司主要生產(chǎn)30-70噸履帶起重機。哈爾濱四海工程機械制造公司主要生產(chǎn)50噸履帶起重機。由于我國履帶起重機起步晚，國內(nèi)用戶對履帶起重機的認識較少，2000年之前市場容目前，國產(chǎn)履帶起重機已經(jīng)形成30-300t的產(chǎn)品系列，品種較少，中小噸位重復較多，而國外公司產(chǎn)品型譜的覆蓋面很大，最大起重量已達到1600噸；國內(nèi)年產(chǎn)量低，只相當于國外一個公司的生產(chǎn)能力，未形成規(guī)模為趕超世界先進國家，國內(nèi)企業(yè)奮起直追。近3年來，新品推出速度由3—4年1種新品發(fā)展到1—2年3、4種新品，且新品噸位不斷向大噸位發(fā)展，其中，僅徐重先后推出的新品就達4、5種，并且均為在國內(nèi)率先推出的大噸位產(chǎn)品，伴隨著新品推出的進程，以徐重為代表的實在中國大型工程全面上馬的環(huán)境下，自2000年以來的14臺發(fā)展到2005年的200多臺，年平均增長率約70%,即便在05年受宏觀調(diào)控的影響下，行業(yè)銷量也比04年銷量增長近10%。此外，僅05年上半年，國內(nèi)履帶起重機就進口228臺，國內(nèi)需求的迅猛增長，使行業(yè)均看好履帶吊市場，有實力的企業(yè)全力加大了對履帶吊的研發(fā)投300噸履帶吊就是在此環(huán)境下催生出的巨作。至此，國內(nèi)履帶吊已形成了35噸—300噸十到，450噸、600噸級履帶吊的設計工作即將完成。2.技術水平有差距但有全新突破在系統(tǒng)及結構件的設計上仍存在一定的差距，大噸位產(chǎn)品功能尚不產(chǎn)品檔次和競爭能力。在產(chǎn)品試驗研究上下功夫，逐步完善試驗、研究體均有自己的核心技術，國內(nèi)企業(yè)自己的核心技術正逐步形成，不斷提升力是國內(nèi)企業(yè)面臨的緊迫任務。3.產(chǎn)品可靠性有近幾年，國內(nèi)企業(yè)在履帶起重機技術上取得了一些突破，但由于起步較今年上半年，國內(nèi)履帶起重機進口228臺，國內(nèi)企業(yè)履帶起重機出口僅為12臺，貿(mào)1.4履帶式起重機的發(fā)展趨勢由于各種工程建設的大型化，所需的配套設備構件等的重量也不斷增加，對超大型起過1000噸，例如德馬格的CC12600型起重量為1600t,利勃海爾的LR11200型起重量為1200t。隨著超起裝置的不斷完善，更大噸位履帶起重機的開發(fā)已成為現(xiàn)實?，F(xiàn)在各大公司均下大力氣研究開發(fā)自己的核心技術，以不斷提升自己的產(chǎn)品檔次和競爭能隨著計算機技術和電子技術的不斷發(fā)展，逐公司在特大型履帶起重機上還配備有全球衛(wèi)星定位通訊系統(tǒng)充分利用新技術、新工藝來提高產(chǎn)品質(zhì)量，并不斷開發(fā)新材品競爭力。例如1000MPa抗拉強度的臂架材料已被廣泛采用，從而大幅度地降低了臂架自重，提高了產(chǎn)品起重性能。整機的結構也逐漸采用高強材料，通過優(yōu)化設計顯著減輕整機重5.自行拆裝系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶需求的多樣性，使專用起重機的市場為拓寬履帶起重機的使用范圍，國外履帶起重機分為兩個9.人機工程化1.5履帶起重機臂架系統(tǒng)簡介履帶起重機臂架主體結構一般采用空間桁架結構，桁架結構與履帶起重機的臂架組合方式有單主臂、主臂帶固定副臂、主臂帶塔式副臂，如圖1所示。有時還采用超起裝置、超短副臂、輕型臂等特殊組合不變，通過改變主臂的角度來實現(xiàn)變幅。塔式工況是主臂相對不動幅。從主臂變幅方式來看，有只帶人字架的、只帶桅桿圖1.臂架組合方式圖2.主臂變幅方式1.6個人工作重點——臂架系統(tǒng)設計第2章臂架的結構形式2.1設計參數(shù)2.1.1作業(yè)工況最大起重量×幅度：35噸×3.5米主臂，固定副臂長：12～42米，9～15米安裝固定副臂的主臂長：24～36米副臂安裝角：10,30度2.1.2機構速度主副起升機構速度：0~110米/分變幅機構速度：0~35米/分回轉機構速度：0.6轉/分行走機構速度：1.0公里/小時機的有效起升高度(圖2.1a)。折線形臂架可以避免上述缺點，能夠更有效地利用臂下空間，但折線形臂架的結構復雜，受力情況不好。在橫向水平力的作用下，臂架受扭。在直線形主臂的端部安裝直線形副臂(圖2.1b),同樣也可以達到提高起升高度的目的。本次畢桁架式臂架的截面一般為矩形，空間的桿系分為弦桿和腹桿，均由型鋼加強，這樣能更好的將力傳到轉臺上去。此外，為了保證桁架式吊臂根部的水平剛度，旋轉平面的桁架應設置較強的綴板，并使綴板盡量靠近支承鉸點。近年來，桁架式吊臂多數(shù)采用鋼管制成中間等截面、兩端變截面的四弦桿空間桁架?，F(xiàn)代的桁架式吊臂主要采用圓管制造，應為圓管桿件抵抗屈曲的能力強，風阻力小，桿件接頭處力的傳遞好，價格便宜。圖2.1直線形與折線形桁架式臂架1—直線形臂架；2—折線形臂架；3—直線形主臂；4—直線形副臂圖2.2桁架式吊臂的局部結構簡圖隨著國內(nèi)大型工程的不斷建設，對于履帶起重機的需求量也不斷增加，但是目前還是國外的廠家占據(jù)著我國這個大市場的絕大部分?；谶@樣的實際情況，我們要設計自己的產(chǎn)品，增強產(chǎn)品的競爭力，逐漸以自主產(chǎn)品取代國外產(chǎn)品，并努力爭取開拓國際市場。雖然現(xiàn)在國內(nèi)的設計技術相比國外來說還有一定的差距，但是我們也應該看到自己的進步，相信這個差距會隨著我們的努力而逐漸減小。為了增強設計的產(chǎn)品同國外及國內(nèi)同噸位的其他產(chǎn)品的競爭力，經(jīng)濟性也是本次設計過程中所要考慮的重要因素之一。比如在選擇臂架形式的時候選擇自重較輕的桁架式而不選箱形臂架，是因為桁架式自重較輕，一方面能夠提高起升能力，另一方面可以節(jié)省鋼材，減小成本。還有就是在選擇臂架的材料的時候，由于這次設計的屬于小噸位，普通的低合金結構鋼即可滿足性能要求，所以就沒有選擇性能更高的高強鋼。這樣做一方面可以充分發(fā)揮材料的性能，避免浪費，另一方面，高強鋼貨源緊缺，供貨期較長，而普通結構鋼相比之下就有很大的優(yōu)勢，并且價格相對比較便宜。在臂架的設計過程中，通過分析臂架的受力，調(diào)整臂架的機構，充分發(fā)揮材料的性能，這樣不僅可以提高起升能力，而且可以節(jié)省材料降低成本。相信當產(chǎn)品推向市場的時候，將是一款有競爭力的產(chǎn)品，可以滿足用戶的需求，必將在小噸位履帶起重機市場受到歡迎。第3章臂架系統(tǒng)的計算臂架是履帶式起重機的重要構件之一，通過臂架能夠將貨物提升到一定的高度，改變臂架傾角可以達到變幅的目的，以增大作業(yè)范圍。對于履帶起重機，臂架設計得是否合理，直接影響著起重機的起升能力、整機穩(wěn)定性。因此，合理地設計出具有足夠強度、剛度和穩(wěn)定性，自重又輕的臂架有著非常重要的意義。3.1所選材料許用應力計算3.1.116Mn(Q345B)許用應力計算主臂、副臂及撐桿均選用低合金結構鋼16Mn,抗拉強度σb=530MPa屈服強度σ?=345MPa。材料的許用應力根據(jù)《起重機設計規(guī)范》中規(guī)定的方法進行計算3,其中載荷組合選取考慮了基本載荷和附加載荷的載荷組合Ⅱ。鋼材屈服強度9s與抗拉強度b的比值為：所以應按表14決定。安全系數(shù)n=1.33;拉伸、壓縮、彎曲許用應力剪切許用應力端面擠壓許用應力3.1.240Cr許用應力計算銷軸均采用合金結構鋼40Cr,抗拉強度σb=735MPa,屈服強度σg=540MPa材料的許用應力根據(jù)《起重機設計規(guī)范》中規(guī)定的方法進行計算，其中載荷組合選取考慮了基本載荷和附加載荷的載荷組合Ⅱ。鋼材屈服強度◎s與抗拉強度b的比值為：所以安全系數(shù)應按表14中規(guī)定的選取。安全系數(shù)：n=1.33;基本許用應力：剪切許用應力：端面擠壓許用應力：根據(jù)主臂長度的技術要求，將主臂頂節(jié)和底節(jié)均定為6m,和6m兩種長度規(guī)格。主臂長度參數(shù)及組合見下表3.1:臂架在作業(yè)過程中，臂端承受起升載荷、拉索力及起升繩力的共同作用，如果帶副臂，還將承受副臂及撐桿對它的作用力，由它的受力情況看，臂架主要承受軸向壓力。其最不利的工況是吊載最大起重量35t,風側向吹，起升和回轉機構同時作業(yè)的工況，此時臂架受軸向壓力和側向載荷的同時作用。另一種危險的工況是最長主臂工況，42m臂長、8.43m幅度工況，此時臂架整體的穩(wěn)定性較危險。弦桿尺寸(mm)76×5腹桿尺寸(mm)單個弦桿截面面積(mm2)1114.7單個腹桿截面面積(mm2)單個弦桿慣性矩I(mm)7.06×10?單個腹桿慣性矩I(mm)單個弦桿旋轉半徑r(mm)25.2單個腹桿旋轉半徑r(mm)標準截面慣性矩Ix(mm')1.61×10?標準截面抗彎模量Wx(mm3)標準截面慣性矩Iy(mm')1.61×10?標準截面抗彎模量Wy(mm3)標準截面旋轉半徑rx(mm)600.5標準截面旋轉半徑ry(mm)頂節(jié)危險截面位置(距滑輪)(mm)1500底節(jié)危險截面位置(距臂根)(mm)頂節(jié)危險截面(寬×高)(mm×mm)631×532底節(jié)危險截面(寬×高)(mm×mm)頂節(jié)危險截面慣性矩Ix(mm')4.47×10?底節(jié)危險截面慣性矩Ix(mm)頂節(jié)危險截面慣性矩Iy(mm')3.18×10?底節(jié)危險截面慣性矩Iy(mm)頂節(jié)危險截面抗彎模量Wx(mm3)1.42×10?底節(jié)危險截面抗彎模量Wx(mm3)頂節(jié)危險截面抗彎模量Wy(mm3)1.20×10?底節(jié)危險截面抗彎模量Wy(mm3)起重量(kN)起升載荷動載系數(shù)Q?工作幅度(m)起升繩力(kN)臂架仰角(DEG)起升繩與臂架軸線夾角(DEG)拉索與臂架軸線夾角(DEG)起升沖擊系數(shù)φ1臂長(m)臂架自重(t)θB起升繩力Fsh:LQ一起升載荷；m,η一起升倍率與滑輪組效率：根據(jù)力矩平衡原理，對臂架鉸點取矩，得拉索力Fg為：F?=(φ?QLcosθ+0.5φmgLcosθ-FhLsinh)/=(1.03×35×9.8×cos78.6°+0.5×1.05×2.3×9.8×cos78.6-63×sin1.85°)⑨1—臂架自重沖擊系數(shù)；6sh一起升單繩與臂架軸線夾角θ一變幅拉索與臂架軸線夾角；臂架在危險截面的軸向力Fb為變幅拉索力、臂架自重、起升載荷和起升單繩拉力合力：F?=φ?Qsinθ+φmgsinθ+Fhcosθh+=1.03×35×9.8×sin78.6°+1.05×2.3×9.8×sin78.6°+61.9×cos1.85°+174.6臂架自重垂直于臂架軸線的側向均布載荷Fce:Fce=φ?mgcosθ/L=1.03×2.3×9.8×cos78.6°/12=0.389kN/m旋轉平面內(nèi)由貨物偏擺和臂架風載及慣性載荷引起的側向集中力T:T=T?+T,=Q×tgα+T=35×9.8×tg3°+0.248=18.2kN式中，T1—載荷是通過鋼絲繩懸掛在臂架端部的，載荷在風力和回轉機構的起動和制動過程中的慣性力作用下偏離鉛垂線一個角度a(規(guī)范規(guī)定a=3°~6°);Pw=CqLHφ(1+η)=1.3×70×12×1.2×0.3×(1+0.57風側向吹，工作風壓為一類風壓：91=0.6qπ=0.6×116.7=70N/mC一風力系數(shù)，qD2=70×(76×10?3)2=0.4≤1,取C=1.3;⑨一結構充實率，對于鋼管桁架結構，取φ=0.3;η一兩片相鄰桁架前片對后片的擋風折減系數(shù)；變幅平面內(nèi)：vnimI,=3.18×108/(1.61×10?)=0.20臂架屬于桁架結構，故取n=2查表J3得臂架變截面長度系數(shù)為：H?=1.25;在變幅平面內(nèi)，臂架可看為兩端鉸支，故取長度系數(shù)μ=1;長細比λ,換算長細比λhy臨界力Pliny旋轉平面內(nèi)：查表μ?2=1.029H?一拉臂繩或起升繩影響的長度系數(shù)；B一起升滑輪鉸點到變幅拉索后鉸點的水平距離，作圖得知。長細比λ?換算長細比λhx臨界力Plinx(3)臂架剛度驗算在回轉平面內(nèi)，僅由橫向力引起的臂端撓度fw:采用放大系數(shù)法求臂端撓度f:剛度滿足要求。(4)整體穩(wěn)定性驗算根據(jù)長細比λ=max{2hλy}=41.9查表得穩(wěn)定系數(shù)φ=0.8855穩(wěn)定性滿足要求。(5)腹桿穩(wěn)定性驗算為制造方便，臂架的腹桿一般采用相同截面的桿件。由于腹桿受力不大，按極限長細比[λ]來驗算腹桿的穩(wěn)定性。長細比(3.25)Lc一腹桿的計算長度，當腹桿的撓曲方向在桁架平面內(nèi)時L.=0.8l當腹桿撓曲方向在桁架平面外時，Lc=l。腹桿撓曲在桁架平面內(nèi)L.=0.8l=0.8×1200=960mm[λ]—腹桿的許用長細比，根據(jù)《起重機設計規(guī)范》取[λ]=150臂架強度計算分為變幅平面和回轉平面兩種情況，在變幅平面內(nèi)按兩端簡支的受壓構件計算，其重量Q、拉索力Fg及起升繩力Fsh作用于桁架式吊臂的端點，除產(chǎn)生軸向力外，還由于這幾個作用力不能匯交于一點而在變幅平面內(nèi)產(chǎn)生初彎矩M。在回轉平面內(nèi)按臂根固定，臂端自由的懸臂梁計算。這樣假設后，臂架就是一個承受雙向彎曲的受壓構件。臂架橫向力的最大彎矩和最大軸向力都出現(xiàn)在臂架根部，但臂架根部有較強的綴板加強，所以通常取靠近臂根未被加強處截面作為計算截面。設此危險截面距臂根距離為離為x,則由橫向力引起的彎矩M(x)為：回轉平面內(nèi)的端部初彎矩是由起升單繩偏心引起的：Mx=Fhcosθsh×Xsh=61.9×cos1.85°×0.03=1.86kNm變幅平面內(nèi)端部初彎矩是由起升單繩拉力、變幅拉索力和起升載荷偏心引起的：My=FhYshcosθh+F?Ycosθ?-4?QY。cosθ=61.9×0.65×cos1.85+174.6×0.3×cos23.7-1.03×35×9.8×0.33×sin圖3.2主臂頭部尺寸示意圖由垂直于臂架軸線臂架自重的分力引起的彎矩M(y)(兩端簡支):由以上的計算結果可以看出：在回轉平面內(nèi)，由起升單繩偏心引起的端部初彎矩M非常小，約占總彎矩的1%,故在強度、剛度及穩(wěn)定性計算時可不考慮，只計算由橫向力產(chǎn)生的彎矩即可；在變幅平面內(nèi)，由臂架自重引起的彎矩也很小，但這是在最短主臂的工況下計算的，隨著臂架長度的增加，此項彎矩還將增大，所以不能忽略。其強度條件為：=213.3MPa<[σ]式中：W.,W,_一為底節(jié)危險截面的抗彎模量強度滿足要求。(7)距臂根2.5m處截面的穩(wěn)定性式中：4一軸壓穩(wěn)定修正系數(shù)，根據(jù)《起重機設計規(guī)范》,對于空間桁架計算時Wx,W一此公式是計算危險截面穩(wěn)定性公式，故Wx,Wy均為危險截面的抗彎模量；Cax,Coy一兩端端部彎矩不等折減系數(shù)；(回轉平面為懸臂，兩端的端部彎矩相同)不承受彎矩，(變幅平面根部銷軸連接，Ch,Chy一橫向載荷彎矩系數(shù)，由于橫向載荷不只是由集中力產(chǎn)生的，所以一繞強軸的端部彎矩對繞弱軸的端部彎矩的影響系數(shù)，本截面為封閉截面，抗扭性強，根據(jù)《起重機規(guī)范》,故取Cmy=1。(8)距臂根2.5m處截面局部弦桿單肢穩(wěn)定性驗算長細比(3.32)臨界力(3.33)查表得φ=0.9162局部穩(wěn)定性強度σ:=252.1MPa<[σ]局部穩(wěn)定性滿足要求。(9)頂節(jié)與底節(jié)連接處截面的穩(wěn)定性由橫向力引起的彎矩M(x)為：M(x)=T(L-x)=18.2×(12-6)=109.3kNm由垂直于臂架軸線臂架自重的分力引起的彎矩M(y)(兩端簡支):整體穩(wěn)定性強度：Wx,Wy一計算截面處抗彎模量(10)頂節(jié)與底節(jié)連接處截面局部弦桿單肢穩(wěn)定性驗算長細比臨界力局部穩(wěn)定性強度0:大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文(設計)局部穩(wěn)定性滿足要求。(11)距臂頭1.5m處截面的穩(wěn)定性由橫向力引起的彎矩M(x)為：M(x)=T(L-x)=18.2×(12-10.5)=27.3kNm由垂直于臂架軸線臂架自重的分力引起的彎矩M(y)(兩端簡支):整體穩(wěn)定性強度：W.,W,一計算截面處抗彎模量(12)距臂頭1.5m處截面局部弦桿單肢穩(wěn)定性驗算長細比臨界力局部穩(wěn)定性強度0:=195.1MPa<[σ]局部穩(wěn)定性滿足要求。(13)銷軸及單雙耳的計算5]①臂根鉸點處銷軸：回轉平面內(nèi)橫向力引起的彎矩：單個銷軸最大受力：F=F?/2+M/B=591.3/2+218.4/1.剪切應力T:式中，F(xiàn)—銷軸受的剪切力；d—銷軸直徑；[T]一許用剪切應力。②臂根鉸點處單耳：式中，F(xiàn)—單雙耳承受的剪切力；d—銷軸直徑；δ—單雙耳的厚度；[0j]一許用擠壓應力。③底節(jié)與頂節(jié)連接處銷軸：回轉平面內(nèi)橫向力引起的彎矩：單個銷軸最大受力：剪切應力T:④底節(jié)與頂節(jié)連接處單耳：⑤底節(jié)與頂節(jié)連接處雙耳：:3.2.2最長主臂工況計算起重量(kN)起升載荷動載系數(shù)φ?工作幅度(m)起升繩力(kN)臂架仰角(DEG)起升繩與臂架軸線夾角(DEG)拉索與臂架軸線夾角(DEG)起升沖擊系數(shù)φ1臂長(m)臂架自重(kg)由于最長主臂工況時的計算方法與最大起重量相同，所以只列出由Excel計算出的結果，計算過程就不再贅述。整體穩(wěn)定性強度單肢穩(wěn)定單肢穩(wěn)定性強度折算后整體穩(wěn)定性單肢穩(wěn)定性強度3.3副臂的計算根據(jù)副臂長度的技術要求，將副臂頂節(jié)和底節(jié)均定為3m,標準臂節(jié)的長度為3m。 注：總計：1個3m底節(jié)、1個3m頂節(jié)、3個3m標準節(jié)。臂架在作業(yè)過程中，臂端承受起升載荷、拉索力及起升繩力的共同作用，由它的受力情況看，臂架主要承受軸向壓力及側向載荷引起的彎矩，可以看成單向壓彎構件。弦桿尺寸(mm)腹桿尺寸(mm)單個弦桿截面面積(mm2)單個腹桿截面面積(mm2)單個弦桿慣性矩I(mm)單個腹桿慣性矩I(mm)單個弦桿旋轉半徑r(mm)單個腹桿旋轉半徑r(mm)標準截面慣性矩Ix(mm?)標準截面抗彎模量Wx(mm3)標準截面慣性矩Iy(mm?)標準截面抗彎模量Wy(mm3)標準截面旋轉半徑rx(mm)標準截面旋轉半徑ry(mm)頂節(jié)危險截面位置(距滑輪)(mm)底節(jié)危險截面位置(距臂根)(mm)頂節(jié)危險截面(寬×高)(mm×mm)212×212底節(jié)危險截面(寬×高)(mm×mm)400×213大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文(設計)頂節(jié)危險截面慣性矩Ix(mm")底節(jié)危險截面慣性矩Ix(mm?)頂節(jié)危險截面慣性矩Iy(mm?)底節(jié)危險截面慣性矩Iy(mm)頂節(jié)危險截面抗彎模量Wx(mm3)底節(jié)危險截面抗彎模量Wx(mm3)頂節(jié)危險截面抗彎模量Wy(mm3)底節(jié)危險截面抗彎模量Wy(mm3)3.3.1最大起重量工況計算起重量(kN)起升載荷動載系數(shù)φ?工作幅度(m)主臂仰角(DEG)副臂與主臂夾角(DEG)起升繩與副臂軸線夾角(DEG)9拉索與副臂軸線夾角(DEG)起升沖擊系數(shù)41副臂長(m)9副臂自重(t)主臂長(m)1臂架截面性質(zhì)圖3.3副臂受力簡圖起升繩力FshQ一起升載荷；m,η一起升倍率與滑輪組效率，n?=η=0.98根據(jù)力矩平衡原理，對臂架鉸點取矩，得拉索力F為：F?=(φ?QLcosθ+0.5φmgLcosθ-FshLsinθsh)/(L=(1.23×4.9×9.8×cos70°+0.5×1.05×0.4×9.8×cos70°-60.27×sin941—臂架自重沖擊系數(shù)；m—臂架自重；sh一起升單繩與臂架軸線夾角；θg一變幅拉索與臂架軸線夾角；臂架在危險截面的軸向力Fb為變幅拉索力、臂架自重、起升載荷和起升單繩拉力合力：F?=φ?Qsinθ+φmgsinθ+Fhcossh=1.23×4.9×9.8×sin70°+1.05×0.4×9.8×sin70°+60.27×cos9°+29臂架自重垂直于臂架軸線的側向均布載荷Fc:Fce=φmgcosθ/L=1.05×0.4×9.8×cos70°/9=0.156kN/m旋轉平面內(nèi)由貨物偏擺和臂架風載及慣性載荷引起的側向集中力T:式中，T1—載荷是通過鋼絲繩懸掛在臂架端部的，載荷在風力和回轉機構的起動和制動過程中的慣性力作用下偏離鉛垂線一個角度a(規(guī)范規(guī)定α=3°~6°);Tb—臂架側向風載，以40%折算到臂架頭部Pw=CqLHφ(1+η)=1.3×70×9×0.4×0.3×(1+0.57)式中，qπ=0.613v2=0.613×13.82=116.7N/m2風側向吹，工作風壓為一類風壓大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文(設計)④一結構充實率，對于鋼管桁架結構，取φ=0.3;η一兩片相鄰桁架前片對后片的擋風折減系數(shù)；根據(jù)B/H=0.4/0.4=1和4,取η=0.57。變幅平面內(nèi)：yii/1,=2.36×10?/(8.28×10?臂架屬于桁架結構，故取n=2查表J3得臂架變截面長度系數(shù)為：μ?=1.0804;在變幅平面內(nèi)，臂架可看為兩端鉸支，故取長度系數(shù)μ?=1;長細比換算長細比：查表μ?2=1.0104H?一拉臂繩或起升繩影響的長度系數(shù)；A—副臂鉸點到重物重心的水平距離，作圖得知。B一起升滑輪鉸點到變幅拉索后鉸點的水平距離，作圖得知。換算長細比(3)臂架剛度驗算f在回轉平面內(nèi)，僅由橫向力引起的臂端撓度w:采用放大系數(shù)法求臂端撓度f:剛度滿足要求。(4)整體穩(wěn)定性驗算根據(jù)長細比λ=max{2hxλny}=72.9查表得穩(wěn)定系數(shù)φ=0.683根據(jù)《起重機設計規(guī)范》公式(27),計算整體穩(wěn)定性為：穩(wěn)定性滿足要求。(5)腹桿穩(wěn)定性驗算為制造方便，臂架的腹桿一般采用相同截面的桿件。由于腹桿受力不大，按極限長細比[λ]來驗算腹桿的穩(wěn)定性。腹桿φ22×2,最長長度為l=416長細比(3.73)Lc—腹桿的計算長度，當腹桿的撓曲方向在桁架平面內(nèi)時L.=0.8l,當腹桿撓曲方向在桁架平面外時，L。=l。腹桿撓曲在桁架平面內(nèi)L.=0.8l=0.8×416=332.8mm[λ]—腹桿的許用長細比，根據(jù)《起重機設計規(guī)范》取[λ]=150(6)臂架強度驗算臂架強度計算分為變幅平面和回轉平面兩種情況，在變幅平面內(nèi)按兩端簡支的受壓構件計算，力Q、拉索力Fg及起升繩力Fsh作用于桁架式吊臂的端點，產(chǎn)生軸向力，因這幾個力同時作用于副臂頭部滑輪軸處，所以沒有端部初彎矩，但會受到由于臂架自重作用引起的彎矩。在回轉平面內(nèi)按臂根固定，臂端自由的懸臂梁計算，受由貨物偏擺和風載同時作用引起的橫向力作用。這樣假設后，臂架就是一個承受雙向彎曲的受壓構件。臂架橫向力的最大彎矩和最大軸向力都出現(xiàn)在臂架根部，但臂架根部有較強的綴板加強，所以通常取靠近臂根未被加強處截面作為計算截面。設此危險截面距臂根距離為x,則由橫向力引起的彎矩M(x)為：M(x)=T(L-x)=2.58×(9-0.99)=20.6由于回轉平面內(nèi)起升單繩相對臂架沒有偏心，不會像主臂那樣引起初彎矩。且變幅平面內(nèi)，起升單繩拉力、變幅拉索力和載荷重力也作用于同一點，所以也不會引起端部初彎矩。由垂直于臂架軸線臂架自重的分力引起的彎矩M(y)(兩端簡支):其強度條件為：=123.5MPa<[σ]式中：W,W,一為底節(jié)危險截面的抗彎模量強度滿足要求。大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文(設計)式中：4一軸壓穩(wěn)定修正系數(shù)，根據(jù)《起重機設計規(guī)范》,對于空間桁架計算時可可此公式是計算危險截面穩(wěn)定性公式，故Wx,W均為危險截面的抗彎模量；ox,oy一兩端端部彎矩不等折減系數(shù)；(回轉平面為懸臂，兩端的端部彎矩相同)受彎矩，(變幅平面根部銷軸連接，不承Cm一繞強軸的端部彎矩對繞弱軸的端部彎矩的影響系數(shù)，本截面為封閉截面，抗扭性強，根據(jù)《起重機規(guī)范》,故取Cm=1(8)距臂根0.99m處截面局部弦桿單肢穩(wěn)定性驗算長細比臨界力局部穩(wěn)定性強度0:局部穩(wěn)定性滿足要求。大連水產(chǎn)學院本科畢業(yè)論文(設計)(9)重心處截面的穩(wěn)定性由橫向力和力矩引起的彎矩M(x)為：M(x)=T(L-x)=2.58×(9-4.5)=11.6kNm由垂直于臂架軸線臂架自重的分力引起的彎矩M(y)(兩端簡支):整體穩(wěn)定性強度：=110.2MPa<[σ]W.,W,一計算截面處抗彎模量(10)重心處截面局部弦桿單肢穩(wěn)定性驗算臨界力(3.84)查表得φ=0.921局部穩(wěn)定性強度0:局部穩(wěn)定性滿足要求。(11)距臂頭0.545m處截面的穩(wěn)定性由橫向力和力矩引起的彎矩M(x)為：M(x)=T(L-x)=2.58×0.545=1.40kNm由垂直于臂架軸線臂架自重的分力引起的彎矩M(y)(兩端簡支):=0.156×9/2×0.545-0.5×0.15整體穩(wěn)定性強度：W.,W,一計算截面處抗彎模量(12)距臂頭0.545m處截面局部弦桿單肢穩(wěn)定性驗算長細比臨界力查表得φ=0.946局部穩(wěn)定性強度σ:局部穩(wěn)定性滿足要求。(13)銷軸及單雙耳的計算①下鉸點處銷軸：回轉平面內(nèi)橫向力引起的彎矩：單個銷軸最大受力：F=F?/2+M/B=145.9/2+23.2/0.4=剪切應力t:式中，F(xiàn)—銷軸受的剪切力；d—銷軸直徑；[T]—許用剪切應力。②