武寶貴

（天津鋼管集團有限公司，天津 300301）

16t雙梁小車式橋式起重機金屬結(jié)構(gòu)設計

武寶貴

（天津鋼管集團有限公司，天津 300301）

為了滿足起重設備高精度，多速度行車的需要，對16t雙梁小車式起重機的金屬結(jié)構(gòu)進行設計。介紹了16t雙梁小車式起重機的金屬結(jié)構(gòu)的設計思路。對設備的載荷、主梁的結(jié)構(gòu)及剛度、強度進行了設計計算，達到了節(jié)省成本，提高材料的利用率，提高起重機的性價比的設計目的。

雙梁起重機；載荷；主梁；強度；剛度；設計

1 引言

起重機是減輕操作人員體力勞動量，提高作業(yè)效率，實現(xiàn)安全生產(chǎn)的起重運輸設備。是冶金企業(yè)生產(chǎn)和物資運輸中的重要機械設備。我國的起重機行業(yè)是從建國后開始建設，大部分是采用蘇聯(lián)標準。改革開放以后，隨著我國的工業(yè)迅速發(fā)展，各行各業(yè)對起重機的要求也隨之提高。作為特種設備，國家制定了嚴格的制造、檢驗標準。為了滿足起重設備高精度，多速度行車的需要，機械部分要求也越來越高，設計更精確。本文就16t雙梁小車式起重機的金屬結(jié)構(gòu)設計進行介紹。

2 設計內(nèi)容

本次設計內(nèi)容主要包括載荷的計算、梁的結(jié)構(gòu)、剛度、強度設計，達到節(jié)省成本，提高材料的利用率，提高起重機的性價比的設計目的。

3 載荷的計算

作用在橋架上的載荷有自重載荷，起升載荷，活動載荷，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，走臺欄桿，配電管道等的重力。集中載荷有：司機室，大車運行機構(gòu)，布置在走臺上的氣設備的重力。在普通設計當中只是以照經(jīng)驗選擇載荷。那么本車的一根主梁的半個橋架即G橋為4 t。

3.2 移動載荷

移動載荷為小車的自重載荷和起升載荷，以小車輪壓方式作用在主梁上。

輪壓圖如圖1所示。

圖1 輪壓計算圖

小車各支撐、輪壓的計算：

式中，G2為小車的自重；Q為貨物的重力；t、e為小車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 按梁的強度條件確定梁高hs

其中，C1為將小車輪壓轉(zhuǎn)化為跨中集中載荷時小車的換算系數(shù)，C1=1-b/2 L；B 為小車的軸距；[δ]為腹板的餓總厚度，為20mm；[б]為材料的許用應力，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，

計算得：hr≈6 7 2.6mm。

4.3 梁的截面參數(shù)取值

一般的設計中選擇：梁高h選擇，h/L=1/1 4～1/20，那么在以上幾個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。

所以按以下計算方式：當 h0η1/2/δh≤1200時，直接a≤2 h0，那么a在設計中選擇1000mm。低加勁肋選擇a的1/2～1/3。

5 主梁設計計算

5.1 強度計算

在垂直平面內(nèi)的普通彎曲應力按簡支梁計算，受力如圖3所示。

圖3 簡支梁圖

當P1>P2時，主梁的最大彎矩截面距左支點的距離為：

所以，z=76 4 9mm。

其最大彎矩為：

當小車位于跨端時，即z=0，主梁的剪力最大。

主梁在水平面內(nèi)按框架計算，由P大慣和q慣引起的跨中彎矩為：

B為端梁的長度，為41 8 2mm；c為端梁除去軌道寬度，一端的長度為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為固定和移動在計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力為：

式中，Q計算截面上的計算剪力為：

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

故以上強度條件滿足要求。

5.2 主梁的剛度計算

主梁的垂直靜剛度計算如下：

對于四輪小車:

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

故剛度符合要求。

6 結(jié)束語

未來橋式起重機機械部分將向著以及先進的制造工藝，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，最終實現(xiàn)橋式起重機的高效化、實用化。因此，采用優(yōu)化的機構(gòu)，減少用材，提高材料的性價比是不忽視的。以改善橋式起重機的整體性能，對推動起重更新?lián)Q代，具有非?，F(xiàn)實的意義。

[1]張質(zhì).起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[2]祝權(quán).實用五金手冊[M].上海：上?？萍汲霭嫔纾?001.

[3]劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]濮良貴.機械設計[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，主要從事鋼管設計方面的研究工作。

（編輯 潘娜）