目錄摘 要 .................................................................................1ABSTRACT ...............................................................................21 緒論 .................................................................................31.1 課題的研究目的和意義 .....................................................................................................................................31.2 課題研究的內(nèi)容 .................................................................................................................................................32 港口單臂架 MQ4035 門座起重機(jī)總體設(shè)計(jì) ..................................................42.1 性能參數(shù) .............................................................................................................................................................42.2 確定主要工作機(jī)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)的形式 .............................................................................................................52.3 載荷的計(jì)算 .......................................................................................................................................................122.4 輪壓的計(jì)算 .......................................................................................................................................................212.5 整機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算 ....................................................................................................................................243 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 ..................................................................293.1 概述 ...................................................................................................................................................................293.2 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承選型計(jì)算： ...........................................................................................................303.3 回轉(zhuǎn)支承裝置計(jì)算 ...................................................................................................................................323.4 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................................................................................................................374 總結(jié)與展望 ..........................................................................454.1 工作總結(jié) ...........................................................................................................................................................454.2 工作展望 ...........................................................................................................................................................45參考文獻(xiàn) ..............................................................................46致 謝 ................................................................................46附錄一 文獻(xiàn)檢索 .......................................................................481摘 要近年來，隨著我國實(shí)力的不斷進(jìn)步，各行各業(yè)都有了巨大的發(fā)展，在港口運(yùn)輸方面，以門座起重機(jī)為主要工作單位的運(yùn)輸機(jī)械占據(jù)的地位也越來越重要，而其中的回轉(zhuǎn)部分的設(shè)計(jì)也越來越受到人們的關(guān)注，回轉(zhuǎn)部分的好壞，對(duì)其總體性能的影響是不言而喻的，因此，有必要對(duì)其回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行一次探討。本文以 MQ4035 單臂架門座起重機(jī)為例，敘述了門座式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)的一般過程，并對(duì)其回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，并且給出了回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及其總體的 CAD 圖紙，結(jié)論證明，本文所確定的門座起重機(jī)各項(xiàng)參數(shù)可以通過整機(jī)穩(wěn)定性驗(yàn)算，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所選擇的電機(jī)和軸承符合要求。本文借鑒了以往這方面學(xué)者的經(jīng)驗(yàn)，也可以對(duì)于后來人的學(xué)習(xí)提供一些參考。關(guān)鍵詞：門座起重機(jī)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；總體計(jì)算。2AbstractIn recent years, with the continuous progress of our country, various trades and industries have a huge development, in the port transport, the portal crane as the main transport machinery have a more and more important position, the design of the rotating part of the crane also have been paid attention by more and more people, the good or bad of the circumgyrate mechanism is very important to the portal crane, therefore, it is necessary to carry out a discussion about the design of the rotating mechanism.This paper takes the MQ4035 portal crane as an example to describe the general process of portal crane’s design, and make a design of the rotating mechanism. We also give the CAD drawings of the crane and the rotating mechanism. The result reveals that the stability of the whole crane can meet the requirements, the motor and bearings in the rotating mechanism meet the requirements.This article draws on the experience of the scholars in this part, then also can provides some reference to the people.Key Words：portal crane；rotating mechanism ；load computation.31 緒論1.1 課題的研究目的和意義隨著世界經(jīng)濟(jì)全球化的快速發(fā)展和我國對(duì)外貿(mào)易量的持續(xù)增長，港口業(yè)務(wù)迅速發(fā)展，決定了港口起重機(jī)械向高速化、自動(dòng)化、智能化發(fā)展，對(duì)設(shè)計(jì)和性能要求也越來越高：質(zhì)量輕、剛度好、工作空間大、工作速度快、作業(yè)效率高。因此港口裝卸機(jī)械的設(shè)計(jì)計(jì)算方法需要不斷的更新、充實(shí)和完善，使港口機(jī)械向更注重功能性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性的方向發(fā)展。根據(jù)國內(nèi)外起重機(jī)械的發(fā)展，今后一個(gè)時(shí)期，港口起重機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)是：1）發(fā)展大型、專業(yè)的裝卸機(jī)械。以適應(yīng)船舶大型化、貨物裝卸散裝化、集裝箱化發(fā)展需要。2）減輕機(jī)械自重，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)械的輕型化，包括采用新的結(jié)構(gòu)型式，新材料，新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，新工藝等。3）將機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)結(jié)合，單機(jī)設(shè)計(jì)與機(jī)械化作業(yè)系統(tǒng)相結(jié)合。將先進(jìn)的微機(jī)控制（PLC 控制）、光纖技術(shù)、液壓技術(shù)等運(yùn)用到機(jī)械的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，以改善起重機(jī)工作性能。4）新的裝卸搬運(yùn)技術(shù)的研究。包括用自動(dòng)存取系統(tǒng)的自動(dòng)化倉庫，氣墊搬運(yùn)技術(shù)等。5）標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)化，規(guī)范化。6）人際工作學(xué)的應(yīng)用。1.2 課題研究的內(nèi)容本課題以 MQ4035 型門座式起重機(jī)為研究對(duì)象，進(jìn)行整機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。首先根據(jù)給定的技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行門座起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)技術(shù)；然后進(jìn)行其回轉(zhuǎn)支承裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的計(jì)算。具體工作如下：1）根據(jù)課題所給的主要技術(shù)參數(shù)，參照《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，對(duì)門座起重機(jī)進(jìn)行總體方案選型和總體設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)起升、變幅、回轉(zhuǎn)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行初步選型和布置，繪制門座起重機(jī) MQ4035 的總圖。2）根據(jù)所給定的參數(shù)，進(jìn)行回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的計(jì)算，包括其支承裝置和驅(qū)動(dòng)裝置的計(jì)算，選擇電動(dòng)機(jī)和聯(lián)軸器、制動(dòng)器。42 港口單臂架 MQ4035 門座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)2.1 性能參數(shù)起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)表征起重機(jī)的作業(yè)能力，是設(shè)計(jì)起重機(jī)的基本依據(jù)。設(shè)計(jì)港口起重機(jī)械時(shí)，需要根據(jù)具體情況確定起重機(jī)的主要性能參數(shù)。本次設(shè)計(jì)的 MQ4035 門座起重機(jī)主要性能參數(shù)見表 2.1[1]。表 2.1 主要性能參數(shù)表項(xiàng)目名稱 性能參數(shù)起重量 40t最大幅度：35m工作幅度最小幅度：11.5m軌上：25m起升高度軌下：15m起升機(jī)構(gòu)：25m/min變幅機(jī)構(gòu)：24m/min回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：1r/min機(jī)構(gòu)工作速度運(yùn)行機(jī)構(gòu)：25m/min整機(jī)：A6起升機(jī)構(gòu)：M6變幅機(jī)構(gòu)：M6回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)：M6機(jī)構(gòu)工作級(jí)別運(yùn)行機(jī)構(gòu)：M4軌距/基距 10.5/10.5m工作狀態(tài)最大風(fēng)壓 250N/m2非工作狀態(tài)最大風(fēng)壓 1560 N/m2工作時(shí)最大輪壓 240KN軌道型號(hào) QU80電源 380V/50Hz52.2 確定主要工作機(jī)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)的形式單臂架門座起重機(jī)是簡易式門座起重機(jī)，主要由鋼結(jié)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、吊具裝置、電氣設(shè)備及其必要的安全和輔助設(shè)備組成。在鋼絲繩纏繞系統(tǒng)中，采用補(bǔ)償滑輪鋼絲繩纏繞系統(tǒng)或補(bǔ)償卷筒鋼絲繩纏繞系統(tǒng)，在變幅過程中起升吊點(diǎn)保持近水平狀態(tài)，使用狀態(tài)安全可靠。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，主要有臂架、人字架、回轉(zhuǎn)平臺(tái)以及門架組成 [2]。2.2.1 確定主要工作機(jī)構(gòu)形式1）起升機(jī)構(gòu)組成及工作原理起升機(jī)構(gòu)是用來實(shí)現(xiàn)貨物升降的工作機(jī)構(gòu)，它是起重機(jī)械中不可缺少的部分，是起重機(jī)中最基本重要的機(jī)構(gòu)，其工作性能的優(yōu)劣直接影響起重機(jī)的技術(shù)性能。起升機(jī)構(gòu)一般由驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置、制動(dòng)裝置、卷繞系統(tǒng)、取物裝置以及安全輔助裝置等組成。驅(qū)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、減速器、卷筒等部件。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩、卷筒、定滑輪和動(dòng)滑輪。取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、抓斗、電磁吸盤、吊具、掛梁等多種型式。安全保護(hù)裝置有超負(fù)荷限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保護(hù)開關(guān)等，根據(jù)實(shí)際需要配用。起升機(jī)構(gòu)的總體布置方案在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)裝置形式。在港口起重機(jī)中，起重機(jī)的驅(qū)動(dòng)型式有兩種：集中驅(qū)動(dòng)和分別驅(qū)動(dòng)。港口起重機(jī)常用的驅(qū)動(dòng)裝置型式為電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，各機(jī)構(gòu)由獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，分組性好，布置、安裝維修都比較方便，操縱控制系統(tǒng)簡單。電動(dòng)機(jī)與卷筒并列布置是吊鉤起重機(jī)應(yīng)用最多的布置型式，電動(dòng)機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)減速器帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，其布置形式如圖 2.1。電動(dòng)機(jī)輸出的扭矩經(jīng)減速器放大后驅(qū)動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒中放出，從而使吊具升降，實(shí)現(xiàn)貨物的起升動(dòng)作。卷筒的正反轉(zhuǎn)通過改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的停止或使貨物懸吊在空中一定位置依靠制動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)。起升機(jī)構(gòu)的鋼絲繩卷繞系統(tǒng)是起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的一部分，起著轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式的作用。門座起重常用的起升鋼絲繩卷繞系統(tǒng)形式如圖 2.2 所示，鋼絲繩兩頭固定在卷筒上，由卷筒引出通過人字架或轉(zhuǎn)柱上的導(dǎo)向滑輪 1 至臂架或象鼻梁尾部的導(dǎo)向滑輪 2，再通過臂架或象鼻梁頭部的定滑輪 3 引至吊鉤裝置的動(dòng)滑輪組 4。不同的起重量配置由不同數(shù)量的定滑輪或動(dòng)滑輪組成的滑輪組。對(duì)于單臂架門座起重機(jī)，臂架變幅時(shí)，為了使物品保持水平移動(dòng)或近似做水平位移動(dòng)，必須對(duì)起升鋼絲繩進(jìn)行補(bǔ)償。本文所采用的即為帶補(bǔ)償滑輪組的鋼絲繩卷繞系統(tǒng)，如圖 2.3 所示。6圖 2.1 起升驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖圖 2.2 門座起重機(jī)起升繩典型卷繞形式 圖 2.3 帶有繩索補(bǔ)償?shù)钠鹕K卷繞系統(tǒng)2）變幅機(jī)構(gòu)組成及工作原理在起重機(jī)中用來改變幅度的機(jī)構(gòu)稱為變幅機(jī)構(gòu)，對(duì)回轉(zhuǎn)類型的起重機(jī)，從取物裝置中心線到回轉(zhuǎn)中心線的距離稱為起重機(jī)的幅度。變幅機(jī)構(gòu)是用來實(shí)現(xiàn)取物裝置幅度改變的工作機(jī)構(gòu)，由臂架系統(tǒng)和變幅驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。變幅機(jī)構(gòu)的主要作用是：通過改變幅度來改變?nèi)∥镅b置的工作位置，以實(shí)現(xiàn)起重機(jī)起重能力的調(diào)整，或者裝卸路線的調(diào)整；通過改變幅度擴(kuò)大起重機(jī)的作用范圍，與起升、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作，使取物裝置的工作范圍形成一環(huán)形工作空間，以提高起重機(jī)的生產(chǎn)率。在裝卸類型的起重機(jī)中，一般采用較7高的變幅速度以提高裝卸生產(chǎn)率。本設(shè)計(jì)中，采用具有補(bǔ)償系統(tǒng)的桁架式單臂架系統(tǒng)，齒條式變幅驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。桁架式單臂架自重輕，幅度大，設(shè)計(jì)和制造方便。具有補(bǔ)償系統(tǒng)的變幅機(jī)構(gòu)可使吊重和臂架系統(tǒng)的重心在變幅過程中實(shí)現(xiàn)沿水平線或接近水平線軌跡運(yùn)動(dòng)，以減小吊重和自重引起的變幅阻力，從而減少變幅功耗。本機(jī)變幅機(jī)構(gòu)采用單根齒條驅(qū)動(dòng)變幅，傳動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸、制動(dòng)器、減速器、聯(lián)軸器、小齒輪、齒條和搖架等組成。當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，齒條作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)組合臂架擺動(dòng)而適應(yīng)各幅度位置的變化。搖架作為運(yùn)動(dòng)齒條的導(dǎo)向裝置，可繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。小齒輪與齒條的嚙合間隙用三個(gè)帶有偏心軸的導(dǎo)向輪來調(diào)整。電動(dòng)機(jī)與減速器的連接采用浮動(dòng)傳動(dòng)軸。在減速器的高速軸端裝有一套制動(dòng)器，在臂架的下鉸點(diǎn)裝有減速開關(guān)，在搖架上裝有兩級(jí)終端限位保護(hù)，在齒條箱的終端還設(shè)置有安全檔塊。變幅機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)傳遞路徑為：變頻電機(jī)→鼓型齒形聯(lián)軸器→浮動(dòng)軸→鼓型帶制動(dòng)盤齒形聯(lián)軸器→減速器→低速軸鼓型齒形聯(lián)軸器→齒條支承搖架→齒條。它采用變頻調(diào)速的方式，由電控 PLC、變頻器實(shí)現(xiàn)，具有良好的調(diào)速性能。變幅機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡圖如圖 2.4 所示。圖 2.4 變幅機(jī)構(gòu)示意圖1-變頻電機(jī)；2- 高速軸齒形聯(lián)軸器；3-浮動(dòng)軸；4- 盤式制動(dòng)器；5-高速軸帶制動(dòng)盤聯(lián)軸器；86-減速器；7- 低速軸齒形聯(lián)軸器；8- 齒條支承搖架；9-齒條總成3）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成及形式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的作用是使起重機(jī)的回轉(zhuǎn)部分作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到水平面內(nèi)運(yùn)移貨物的目的?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)類型起重機(jī)主要工作機(jī)構(gòu)之一?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)支承裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置兩部分組成?；剞D(zhuǎn)支承裝置的作用是將回轉(zhuǎn)部分支承在固定的機(jī)架上，使之不下落或翻倒，并起到對(duì)中作用，以保證回轉(zhuǎn)部分具有確定的運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)支承裝置可分為柱式回轉(zhuǎn)支承裝置和轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承裝置，本次設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承裝置。轉(zhuǎn)盤式回轉(zhuǎn)支承裝置的特點(diǎn)是沒有很高的立柱，起重機(jī)的回轉(zhuǎn)部分裝在一個(gè)大轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤通過滾動(dòng)體支承于固定的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)盤和回轉(zhuǎn)部分一起回轉(zhuǎn)。本次設(shè)計(jì)采用滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置，該裝置尺寸緊湊、性能完善，可以同時(shí)承受垂直力、水平力和傾覆力矩，是應(yīng)用最廣的回轉(zhuǎn)支承裝置。為保證軸承裝置正常工作，對(duì)固定軸承座圈的機(jī)架要求足夠的剛度。對(duì)于三排滾柱式回轉(zhuǎn)軸承，它由三個(gè)座圈組成，上下兩排滾柱水平平行排列，承受軸向載荷和傾覆力矩，徑向滾道垂直排列的滾柱承受徑向載荷，是常用四種形式的回轉(zhuǎn)支承中承載能力最大的一種，適用于回轉(zhuǎn)支承直徑較大的大噸位起重機(jī)。本機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置、三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承、安全裝置（極限力矩聯(lián)軸器、鎖定裝置）等組成，其中驅(qū)動(dòng)裝置由 YZR 繞線式電機(jī)、極限力矩聯(lián)軸器、行星齒輪減速機(jī)、回轉(zhuǎn)小齒輪等組成，用來驅(qū)動(dòng)起重機(jī)上部回轉(zhuǎn)。兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置左、右對(duì)稱布置。行星齒輪減速機(jī)采用全封閉硬齒面齒輪的減速箱，采用油浴或油泵強(qiáng)制潤滑，并設(shè)置排油孔便于廢油排放。行星齒輪減速機(jī)采用 YZR 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作平穩(wěn)、可逆，可作 360°回轉(zhuǎn)。并配有極限力矩聯(lián)軸器防止過載，發(fā)生事故。其組成為：電機(jī)，行星齒輪減速機(jī)，回轉(zhuǎn)支承等?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)布置圖如圖 2.5 所示，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)俯視圖如圖 2.6 所示?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)充分考慮了安裝、維修和保養(yǎng)的方便，外露的旋轉(zhuǎn)部件（如小齒輪、大齒圈）周圍設(shè)有安全罩和接油盤，保證工作時(shí)人員安全?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)傳遞路徑為：電機(jī)→極限力矩聯(lián)軸器→行星齒輪減速機(jī)→回轉(zhuǎn)小齒輪→回轉(zhuǎn)支承。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)采用變阻調(diào)速方式，分 4 檔控制?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制動(dòng)器采用常開式腳控液壓式制動(dòng)器。9圖 2.5 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)布置圖1-電機(jī)；2- 上箱體；3-制動(dòng)器；4- 極限力矩聯(lián)軸器；5-減速器；6-回轉(zhuǎn)支承圖 2.6 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)俯視圖1-回轉(zhuǎn)鎖定裝置；2-制動(dòng)操作系統(tǒng)；3-回轉(zhuǎn)支承；4-回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)104）運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成及形式運(yùn)行機(jī)構(gòu)的作用是用來改變門座起重機(jī)的工作位置，從而達(dá)到在水平方向移動(dòng)物品或改變起重機(jī)工作范圍的目的。門座起重機(jī)為有軌運(yùn)行式起重機(jī)，它只能沿著專門鋪設(shè)的軌道運(yùn)行。它的組成可以分為運(yùn)行支承裝置、運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置和運(yùn)行安全裝置三部分。運(yùn)行支承裝置用來支撐起重機(jī)的重量，它包括均衡梁、車輪、銷軸等；運(yùn)行驅(qū)動(dòng)裝置用來驅(qū)動(dòng)車輪使起重機(jī)沿著輪道移動(dòng)；運(yùn)行安全裝置用來保證起重機(jī)的安全運(yùn)行。本機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用四腿分別驅(qū)動(dòng)，每個(gè)支腿上各有兩套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置，每套驅(qū)動(dòng)裝置由三合一減速器（含電機(jī)）、開式齒輪傳動(dòng)、車輪組、大均衡梁及小均衡梁等部件組成。減速電機(jī)通過開式齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)車輪滾動(dòng)。每個(gè)支腿上分別裝有 8 個(gè)車輪，總共車輪數(shù)為 32 個(gè)，其中驅(qū)動(dòng)輪數(shù)為 16 個(gè)。為了防止碰撞造成機(jī)損，運(yùn)行機(jī)構(gòu)兩端設(shè)有橡膠緩沖塊和行程限位開關(guān)。為了防止起重機(jī)在非工作狀態(tài)遭遇暴風(fēng)襲擊，在車體上分別設(shè)有錨定裝置、防風(fēng)系纜裝置和電力液壓防風(fēng)鐵楔。在斷電的情況下，電動(dòng)液壓防風(fēng)鐵楔能自動(dòng)和手動(dòng)工作。且電動(dòng)液壓防風(fēng)鐵楔與門機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)連鎖，并且有足夠的鎖緊力。在小均衡梁上設(shè)有頂升裝置以方便門機(jī)修理及更換車輪。運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用變頻調(diào)速的方式，其運(yùn)行機(jī)構(gòu)簡圖如圖 2.7。圖 2.7 運(yùn)行機(jī)構(gòu)簡圖1-聚胺脂緩沖器；2- 掃軌板；3-開式齒輪；4- 車輪；5-電動(dòng)液壓防風(fēng)鐵楔；6-大均衡梁；7-小均衡梁； 8-三合一減速電機(jī)； 9-錨定裝置112.2.2 金屬結(jié)構(gòu)選型起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)是整臺(tái)起重機(jī)的支持構(gòu)架，決定了起重機(jī)械結(jié)構(gòu)型式，它用來裝置起重機(jī)的機(jī)械、電器設(shè)備、支持被起吊的重物，承受和傳遞作用在起重機(jī)上的各種載荷。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的基本受力構(gòu)件分三類：軸心受力構(gòu)件、受彎構(gòu)件和壓彎構(gòu)件，這些基本構(gòu)件根據(jù)其受力和外形尺寸又可分別設(shè)計(jì)成格構(gòu)式、實(shí)腹式或混合式的結(jié)構(gòu)型式。格構(gòu)式構(gòu)件是由許多型鋼、鋼管或組合截面桿件連接而成的桿系結(jié)構(gòu)，用于受力相對(duì)較小、外形尺寸相對(duì)較大的場合；實(shí)腹式構(gòu)件主要由鋼板組成，適用于載荷大、外形尺寸小的場合；混合式構(gòu)件部分為實(shí)腹結(jié)構(gòu)，部分為桿系結(jié)構(gòu)，其使用條件介于格構(gòu)式構(gòu)件和實(shí)腹式構(gòu)件之間 [3]。金屬結(jié)構(gòu)的連接方法主要有：焊接連接、鉚接連接和螺栓連接。焊接連接于其他連接方法比較，不僅省工、省料、易于機(jī)械化和自動(dòng)化施工，而且能簡化結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，減輕結(jié)構(gòu)自重，因而是金屬結(jié)構(gòu)中最主要，最普遍的連接方法；鉚釘連接用料多，自重大，而且釘孔削弱了構(gòu)件的截面，使構(gòu)件在受拉時(shí)降低了承載能力，因此以逐步被焊接所代替；螺栓連接裝配方便、迅速、質(zhì)量可靠，因此主要用于結(jié)構(gòu)安裝連接，或用于需要經(jīng)常拆卸的結(jié)構(gòu)中。1) 臂架系統(tǒng)臂架是承受和傳遞吊重載荷的主要構(gòu)件，要求其具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性、并且兼顧起重機(jī)整機(jī)自重、穩(wěn)定性及整機(jī)性能。根據(jù)不同的使用條件，臂架系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成單臂架和組合臂架兩種形式。單臂架系統(tǒng)按照變幅機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)形式的不同可以分為剛性傳動(dòng)變幅的單臂架和柔性拉索變幅的單臂架。前者采用高強(qiáng)度管子制成三角形或矩形截面的大桿桁架結(jié)構(gòu)，或者由變截面箱形梁組成臂架；后者沒有臂架平衡裝置，變幅鋼絲繩固定于臂架頭部，依靠柔性拉索的收縮與放出實(shí)現(xiàn)臂架的俯仰。本文所設(shè)計(jì)機(jī)型為單臂架結(jié)構(gòu)起重機(jī)，采用由圓管焊接組合成的桁架式臂架，變幅為剛性傳動(dòng)變幅，即采用齒條變幅。2) 人字架與回轉(zhuǎn)平臺(tái)本文中人字架采用桁架式結(jié)構(gòu)，上橫梁位于兩側(cè)豎直立柱和斜立柱的交匯處，其上布有對(duì)重平衡梁支座，用于承受平衡梁和對(duì)重的壓力，側(cè)面有補(bǔ)償滑輪組定滑輪，并受鋼絲繩拉力作用。人字架中部由橫梁構(gòu)成的平臺(tái)上安裝有變幅機(jī)構(gòu)，主要承受變幅機(jī)構(gòu)重力和齒條力。人字架根部通過法蘭與立柱連接，由立柱將上部載荷傳遞給轉(zhuǎn)臺(tái)。轉(zhuǎn)臺(tái)通常由兩根主梁和若干根橫梁組成焊接系統(tǒng)，使其具有足夠的強(qiáng)度，以便為人字架、臂架以及上部自重提供穩(wěn)定的支承。123 )機(jī)器房機(jī)器房內(nèi)壁是由多種型鋼組成的骨架。外壁由鋼板拼接，機(jī)房內(nèi)安裝有活動(dòng)吊耳若干個(gè)。機(jī)器房采用全封閉結(jié)構(gòu)，頂蓋設(shè)計(jì)有實(shí)現(xiàn)自通風(fēng)的出風(fēng)口。機(jī)房頂部另裝有軸流抽風(fēng)機(jī)，以備高溫時(shí)增加空氣排量。在機(jī)房內(nèi)設(shè)有檢修電源箱和滅火裝置。4) 司機(jī)室門機(jī)的司機(jī)室布置在轉(zhuǎn)臺(tái)右側(cè)（順臂架方向）的司機(jī)室平臺(tái)上，外壁為鋼板焊接。水密性好，空間較大，外形美觀、牢固，室內(nèi)采光充分，視野良好，環(huán)境舒適宜人。司機(jī)室內(nèi)安裝司機(jī)座椅、聯(lián)動(dòng)操作臺(tái)與儀表、空調(diào)機(jī)、對(duì)講機(jī)等。5) 圓筒門架圓筒門架結(jié)構(gòu)由圓筒體、門架主梁和端梁（牛腿）等組成，結(jié)構(gòu)簡圖如圖 2.8 所示。結(jié)構(gòu)全部采用鋼板焊接，主要材料為 Q235-B。圓筒門架上部安裝回轉(zhuǎn)大軸承，下部與運(yùn)行機(jī)構(gòu)大均衡梁連接，在門架結(jié)構(gòu)上面 設(shè)有防風(fēng)拉索連接鉸點(diǎn)、爬梯、維修平臺(tái)、扶手、欄桿、電纜卷筒、警鈴等裝置。6) 梯子欄桿平臺(tái)在門機(jī)需要維護(hù)保養(yǎng)、檢查、打油的地方均設(shè)置有梯子平臺(tái)、欄桿。臂架的梯子欄桿安裝在臂架中間，可以直達(dá)臂架頭部。到象鼻梁兩端檢修滑輪可以從大拉桿和臂架梯子前往。更換象鼻梁頭部滑輪可以將臂架收到最小幅度，利用臂架中部的平臺(tái)進(jìn)行。立柱梯子欄桿可以直達(dá)導(dǎo)向滑輪和平衡梁鉸點(diǎn)處。機(jī)器房梯子欄桿可以使工作人員直達(dá)機(jī)房、駕駛室和機(jī)房頂上各處。門架圓筒上為螺旋梯，可以引導(dǎo)工作人員直達(dá)圓筒頂部的圓形平臺(tái)。圖 2.8 圓筒門架結(jié)構(gòu)簡圖1-防風(fēng)拉索連接鉸點(diǎn)；2-連接支座；3-主梁；4-圓筒；5-接油盤；6-門；7-端梁132.3 載荷的計(jì)算要保證起重機(jī)械安全可靠的工作，必須對(duì)起重機(jī)及其零部件進(jìn)行必要的計(jì)算，這就要求首先確定作用在起重機(jī)上的外載荷。起重機(jī)的外載荷有：起升載荷、自重載荷、動(dòng)載荷、風(fēng)載荷、碰撞載荷、工藝載荷、安裝和運(yùn)輸載荷等。在起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算中，對(duì)于變化復(fù)雜的實(shí)際載荷，只能用簡化的理論計(jì)算并與試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法來確定，由此得到的載荷只是真實(shí)載荷的近似，稱之為計(jì)算載荷。起重機(jī)械具有短暫、重復(fù)、周期性循環(huán)及載荷變化等特點(diǎn)。為了使起重機(jī)安全可靠、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更為合理，在起重機(jī)零部件的強(qiáng)度和疲勞、壽命計(jì)算，總體計(jì)算時(shí)，通常將計(jì)算載荷分為三類：工作情況下的正常載荷（Ⅰ類載荷）、工作情況下的最大載荷（Ⅱ類載荷） 、非工作情況下最大載荷（Ⅲ類載荷），通過不同的載荷組合來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的計(jì)算或校核。本節(jié)所作分析與計(jì)算均以依據(jù) GB/T3811-2008 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范依據(jù)。2.3.1 自重載荷自重載荷是門座起重機(jī)計(jì)算的主要載荷。它是指起重機(jī)本身的結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備、電氣設(shè)備以及在起重機(jī)工作時(shí)始終積結(jié)在它的某個(gè)部件上的物料（如附設(shè)在起重機(jī)上的漏斗料倉、連續(xù)運(yùn)輸機(jī)及在它上面的物料）等質(zhì)量的重力。對(duì)某些起重機(jī)的使用情況，自重載荷還要包括結(jié)殼物料質(zhì)量的重力，例如粘結(jié)在起重機(jī)及其零部件上的煤或類似的其他粉末質(zhì)量的重力，但規(guī)定的屬于起重機(jī)起升載荷的質(zhì)量重力除外。設(shè)計(jì)時(shí)，參考同類產(chǎn)品取自重為 332t，則自重載荷：(2-1)3210320GPN??2.3.2 起升載荷起升載荷就是起升質(zhì)量的重力，起升質(zhì)量包括起重機(jī)允許起升的最大有效物品質(zhì)量、取物裝置（吊鉤滑輪組、起重橫梁、抓斗、容器或吸盤）質(zhì)量、懸掛著的撓性件以及其他在升降中的設(shè)備的質(zhì)量。起升高度小于 50m 的起升鋼絲繩的質(zhì)量可忽略不計(jì)。本設(shè)計(jì)中，起重量為 40t，吊鉤總成重量 1350kg，則起升載荷：(2-2)??4401.351350QPN????2.3.3 動(dòng)力載荷動(dòng)力載荷是指起重機(jī)各質(zhì)量由于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化而產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)力。它是強(qiáng)度計(jì)算的重14要依據(jù)，對(duì)疲勞計(jì)算也有影響。起重機(jī)不工作或吊重靜止在空中時(shí)，其自重載荷和起升載荷處于靜止?fàn)顟B(tài)。在起重機(jī)工作時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，動(dòng)載效應(yīng)使原有靜力載荷值增加，其增大的部分就是動(dòng)載荷。動(dòng)載荷包括在變速運(yùn)動(dòng)中結(jié)構(gòu)自重和起升載荷產(chǎn)生的慣性載荷；由于車輪經(jīng)過不平整軌道接頭或運(yùn)動(dòng)部分對(duì)緩沖器的撞擊產(chǎn)生的沖擊載荷；慣性載荷和沖擊載荷使金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的彈性系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)的振動(dòng)載荷。動(dòng)載荷與運(yùn)動(dòng)方向和工作速度（加速度）有關(guān)，與結(jié)構(gòu)因素（如系統(tǒng)質(zhì)量的分布，系統(tǒng)的剛度和阻尼等）有關(guān)，而且與使用條件（如外載荷的大小及其變化規(guī)律、有無沖擊等）有關(guān)。為了計(jì)算方便，通常用動(dòng)力系數(shù)（動(dòng)載荷與靜載荷的比值）表示。使用時(shí)，一般根據(jù)實(shí)際情況，查閱起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范及有關(guān)手冊(cè)選用。2.3.3.1 起升機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的動(dòng)載荷計(jì)算1）貨物驟然離地提升（或下降制動(dòng)）時(shí)，起重機(jī)自重產(chǎn)生的振動(dòng)載荷當(dāng)物品起升離地時(shí)，或?qū)业踉诳罩械牟糠治锲吠蝗恍冻龝r(shí)，或懸吊在空中的物品下降制動(dòng)時(shí)。起重機(jī)本身(主要是其金屬結(jié)構(gòu))的自重將出現(xiàn)振動(dòng)而產(chǎn)生脈沖式增大或減小的動(dòng)力響應(yīng)。此自重振動(dòng)載荷用起升沖擊系數(shù) φ 1 乘以起重機(jī)的自重載荷來考慮。為反映此振動(dòng)載荷的上下限，該系數(shù)取為兩個(gè)值， ，取 =0.1.，即 =1.1 或 0.9。在????1?本次計(jì)算中，取 =1.1。.1?2）貨物驟然離地或下降制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的附加動(dòng)載荷當(dāng)物品無約束地起升離開地面時(shí)，物品的慣性力將會(huì)使起升載荷出現(xiàn)動(dòng)載增大的作用。此起升動(dòng)力效應(yīng)用一個(gè)大于 1 的起升動(dòng)載系數(shù) 乘以額定起升載荷 PQ來考慮。 的2?2?計(jì)算式如下：(2-3)qV2min2???式中： ——起升動(dòng)載系數(shù)；2?——與起升狀態(tài)級(jí)別相對(duì)應(yīng)的起升動(dòng)載系數(shù)的最小值；min——按起升狀態(tài)級(jí)別設(shè)定的系數(shù)；2?——穩(wěn)定起升速度。qV由于起升機(jī)構(gòu)控制型式的不同，物品離地起升時(shí)的操 作方法會(huì)有較大差異，因此將起重機(jī)起升狀態(tài)級(jí)別按起升平穩(wěn)程度劃分為 HC1—HC4 四個(gè)級(jí)別，本文取 HC3 級(jí)別，即起升離地有中度沖擊。在此工況下， =0.51， =1.15，則 =1.3625。2?min2?2?153）突然卸載時(shí)的動(dòng)力效應(yīng)有的起重機(jī)正常工作時(shí)會(huì)在空中從總起升質(zhì)量 m 中突然卸除部分起升質(zhì)量，這將對(duì)起重機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生減載振動(dòng)作用，減小后的起升動(dòng)載荷用突然卸載沖擊系數(shù) φ 3乘以額定起升載荷來計(jì)算。 的計(jì)算式如下：3?(2-4)??31??????式中： ——起升質(zhì)量中突然卸去的那部分質(zhì)量；m?——起升質(zhì)量；——對(duì)于抓斗起重機(jī)或類似起重機(jī) =0.53?3?計(jì)算得 =-0.5。?2.3.3.2 運(yùn)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的動(dòng)載荷計(jì)算1）運(yùn)行機(jī)構(gòu)工作時(shí)通過不平軌道時(shí)的沖擊載荷起重機(jī)帶載或空載運(yùn)行于具有一定彈性、接頭處有間隙或高低錯(cuò)位的鋼制軌道上時(shí)，發(fā)生的垂直沖擊動(dòng)力效應(yīng)取決于起重機(jī)的構(gòu)造型式（質(zhì)量分布、起重機(jī)的彈性及起重機(jī)的懸掛或支撐方式）、運(yùn)行速度和車輪直徑及軌道接頭的狀況等，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、試驗(yàn)或選用適當(dāng)?shù)钠鹬貦C(jī)和軌道模型進(jìn)行估算，對(duì)于軌道接頭狀況一般，起重機(jī)通過接頭時(shí)會(huì)發(fā)生垂直沖擊效應(yīng)，這時(shí) 可以按下式計(jì)算：4?(2-5)41.058vh??式中： ——起重機(jī)或小車運(yùn)行速度(m/s)；v——軌道不平的高低差(mm)。 取h .m計(jì)算得 =1.130。4?2）運(yùn)行慣性力當(dāng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，起重機(jī)自身質(zhì)量和起升質(zhì)量將產(chǎn)生水平方向的振動(dòng)，產(chǎn)生水平方向動(dòng)載荷。計(jì)算時(shí)，可先按剛體動(dòng)力學(xué)的方法計(jì)算起重機(jī)系統(tǒng)在機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)時(shí)的水平慣性力，水平慣性力的大小等于該質(zhì)量 與加速度 的乘積。然后再將這些慣性ma力乘以考慮彈性振動(dòng)影響的增大系數(shù) 。起重機(jī)起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，起重機(jī)自身質(zhì)量以及起5?升質(zhì)量產(chǎn)生的水平慣性力為：16(2-6)5HPma??式中： ——運(yùn)行部分的質(zhì)量；m——起動(dòng)（制動(dòng)）加速度；a——系數(shù)，考慮起重機(jī)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力（制動(dòng)力）突加及突變時(shí)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力效5?應(yīng)，平均取 =1.5。m=332+40+1.35=373.35t，查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，取 a=0.16m/s2計(jì)算得 PH=-89604N。2.3.4 物品偏擺載荷臂架類型回轉(zhuǎn)起重機(jī)，當(dāng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，貨物的切向慣性力和離心力；變幅機(jī)構(gòu)起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)貨物的水平慣性力；在物品上的風(fēng)力作用下，使懸吊的物品的鋼絲繩相對(duì)于鉛垂線產(chǎn)生偏擺角 。我國設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，在上述各水平載荷共同作用下，吊?臂頭部的水平力可按下式計(jì)算：(2-7)tanQTP???式中： ——貨物偏擺產(chǎn)生的水平力(N)；T——起升載荷(N)；QP——偏擺角。?在不同類別的計(jì)算中，選用不同的 值。計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率和機(jī)構(gòu)零件的疲勞時(shí)，用?正常工作情況下的偏擺角 ；計(jì)算機(jī)構(gòu)零件強(qiáng)度和起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性時(shí)，用工作狀態(tài)?下的最大偏擺角 。查手冊(cè)，取 。?? 10???N (2-8)tan435.241670.QTP??????N (2-9)10.39.???2.3.5 風(fēng)載荷對(duì)于露天工作的起重機(jī)應(yīng)考慮風(fēng)載荷的作用。假定風(fēng)載荷是沿起重機(jī)最不利的水平方向作用的靜力載荷。計(jì)算風(fēng)壓與陣風(fēng)風(fēng)速有關(guān)。工作狀態(tài)風(fēng)載荷是指起重機(jī)在工作時(shí)應(yīng)能承受的最大風(fēng)力。工作狀態(tài)風(fēng)壓沿著起重機(jī)全高取為定值，不考慮高度變化。工作17狀態(tài)下的風(fēng)載荷包括正常工作狀態(tài)下的風(fēng)載荷 和工作狀態(tài)下的最大風(fēng)載荷 ；非工wP? wP?作狀態(tài)下風(fēng)載荷 是起重機(jī)在非工作狀態(tài)時(shí)所受的最大風(fēng)力。 是起重機(jī)工作狀態(tài)正wP? w?常的計(jì)算風(fēng)壓，用于選擇電動(dòng)機(jī)功率的阻力計(jì)算及發(fā)熱計(jì)算； 是起重機(jī)工作狀態(tài)最大?計(jì)算風(fēng)壓，用于計(jì)算機(jī)構(gòu)零部件和金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的剛性及穩(wěn)定性，驗(yàn)算驅(qū)動(dòng)裝置的過載能力以及起重機(jī)整機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性等。非工作狀態(tài)風(fēng)載荷 是起重機(jī)在不工作wP?時(shí)能承受的最大風(fēng)力作用。將此風(fēng)載荷與起重機(jī)相應(yīng)的自重載荷進(jìn)行組合，用于驗(yàn)算非工作狀態(tài)下起重機(jī)零部件及金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、起重機(jī)整機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性.并進(jìn)行起重機(jī)的抗風(fēng)防滑裝置、錨定裝置等的設(shè)計(jì)計(jì)算。風(fēng)載荷可按下式計(jì)算：(2-10)whPCKqA??式中： ——作用在起重機(jī)上的風(fēng)載荷(N)；wP——風(fēng)力系數(shù)，與結(jié)構(gòu)型式有關(guān)；C——計(jì)算風(fēng)壓(N/m 2)；q——起重機(jī)垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積(m 2)。A1）計(jì)算風(fēng)壓風(fēng)壓是風(fēng)的速度能轉(zhuǎn)化為壓力能的結(jié)果，計(jì)算風(fēng)壓 與空氣的密度和風(fēng)速有關(guān)。風(fēng)壓q的計(jì)算式為：(2-11)20.65qv?不同地區(qū)和不同計(jì)算工況的起重機(jī)按下表選取相應(yīng)的計(jì)算風(fēng)壓值。表 2.2 起重機(jī)計(jì)算風(fēng)壓(N/m 2)工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓 非工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓地區(qū)風(fēng)速(m/s) q?q? q?內(nèi)陸 15.5 150 500～60020 250 600～1000沿海臺(tái)灣省及海南諸島 200.6 ?250 15002）風(fēng)壓高度變化系數(shù) hK18起重機(jī)的工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓不考慮高度變化，即 =1。所有起重機(jī)的非工作狀態(tài)計(jì)hK算風(fēng)壓均須考慮高度變化。起重機(jī)沿高度劃分為 20m 一段的等風(fēng)壓段，以各段中點(diǎn)的高度變化系數(shù) 與計(jì)算風(fēng)壓相乘。陸上的風(fēng)壓高度變化系數(shù)可按下式計(jì)算：hK(2-12)0.31hK???????3）風(fēng)力系數(shù) C風(fēng)力系數(shù)用以考慮結(jié)構(gòu)物迎風(fēng)的風(fēng)壓分布和背風(fēng)面負(fù)壓的影響，它與結(jié)構(gòu)物的體型、尺寸等有關(guān)，《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》可以得到。4）迎風(fēng)面積 A起重機(jī)結(jié)構(gòu)和物品迎風(fēng)面積，應(yīng)按最不利迎風(fēng)方位計(jì)算，并取垂直于風(fēng)向平面上的投影面積(2-13)lA???式中： ——結(jié)構(gòu)和物品的外廓面積(m 2)；lA——結(jié)構(gòu)物的充實(shí)率。?兩片并列等高且型式相同的結(jié)構(gòu)，考慮前片對(duì)后片的擋風(fēng)作用，其總迎風(fēng)面積為：(2-14)12A???式中： ——前片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積， ；1A1l?——后片結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面積， ；2 22l——兩片相鄰桁架前片對(duì)后片的擋風(fēng)折減系數(shù)。?參照同類產(chǎn)品，估算出各構(gòu)件風(fēng)力的作用點(diǎn)和截面的迎風(fēng)面積，并依此計(jì)算出風(fēng)載荷，考慮風(fēng)沿臂架平面方向和垂直于臂架平面兩個(gè)方向，然后計(jì)算傾覆力矩，以此作為校核整體的穩(wěn)定性和輪壓計(jì)算的依據(jù)。門座起重機(jī)整機(jī)重量重心位置見表 2.3 風(fēng)載荷計(jì)算結(jié)果見表 [4]。19表 2.3 門座起重機(jī)整體重心表名稱 A(m2) C Kh qⅠ N/m2 qⅡN/m2 h(m)PwI(N) PwⅡ (N)MI(N.m)MⅡ(N.m)貨 物 22.00 1.10 1.00 150 250 25.0 3630 6050 90750 151250臂 架 25.61 1.2 1.00 150 250 25.35 4610 7683 116864 194764人字架 19.87 1.7 1.00 150 250 23.2 5066 8445 117531 195924機(jī)器房 29.75 1.1 1.00 150 250 17.12 4909 8181 84042 140058轉(zhuǎn)臺(tái) 12 1.1 1.00 150 250 15.37 1980 3300 30432 50721司機(jī)室 5.2 1.20 1.00 150 250 16.74 936 1560 15668 26114門 架 63 1.20 1.00 150 250 7.3 11340 18900 82782 137970合 計(jì) 32471 54119 538069 896801表 2.4 工作狀態(tài)下，風(fēng)垂直臂架方向吹 (R=35m，Q=40t)20名稱 A(m2) C Kh qⅠ N/m2qⅡN/m2 h(m)PwI(N)PwⅡ (N)MI(N.m)MⅡ(N.m)貨 物 22.00 1.10 1.00 150 250 25.0 3630 6050 90750 151250臂 架 14.43 1.2 1.00 150 250 32.8 2597 4329 85182 141991人字架 19.87 1.7 1.00 150 250 23.2 5066 8445 117531 195924機(jī)器房 33.25 1.1 1.00 150 250 17.12 5486 8181 93925 156541轉(zhuǎn)臺(tái) 11.4 1.1 1.00 150 250 15.37 1881 3135 28911 48184司機(jī)室 5.98 1.20 1.00 150 250 16.74 1076 1794 18019 30031門 架 71.89 1.20 1.00 150 250 7.3 12940 21567 94463 157439合 計(jì) 32676 53501 528781 881360表 2.5 工作狀態(tài)下，風(fēng)平行臂架方向吹 (R=11.5m Q=40t)名稱 A(m2) C Kh qⅠN/m2qⅡN/m2 h(m) PwI(N) PwⅡ (N)MI(N.m)MⅡ(N.m)貨 物 22 1.10 1.00 150 250 25.00 3630 6050 90750 151250臂 架 14.43 1.2 1.00 150 250 25.35 2597 4329 65834 109740人字架 19.87 1.7 1.00 150 250 23.2 5066 8445 124117 206902轉(zhuǎn) 臺(tái) 11.4 1.1 1.00 150 250 15.37 1881 3135 28911 48184機(jī)器房 33.25 1.10 1.00 150 250 17.12 5486 9144 93925 156541司機(jī)室 5.98 1.20 1.00 150 250 16.74 1076 1794 18019 30031門 架 71.89 1.20 1.00 150 250 7.3 12940 21567 94462 157439合 計(jì) 32676 54464 516018 860087表 2.6 工作狀態(tài)下，風(fēng)平行臂架方向吹 （R=35m，Q=40t）名稱 A(m2) C Kh qⅢ (N/m2) h(m) PwⅢ (N) MⅢ (N.m)貨 物 0.00 0.00 0.00 1560 0.00 0 0 臂 架 14.43 1.2 1.46 1560 32.80 39439 1293597人字架 11.80 1.7 1.32 1560 24.5 41307 1012035轉(zhuǎn) 臺(tái) 19.00 1.10 1.13 1560 15.37 36843 566270機(jī)器房 30.70 1.10 1.13 1560 17.12 59530 1019149司機(jī)室 5.98 1.20 1.13 1560 16.74 12481 208926門 架 71.89 1.20 1.00 1560 7.3 134578 982419合 計(jì) 323908 5082396表 2.7 非工作狀態(tài)下，風(fēng)平行臂架方向吹 （R=11.5 m，Q=0t）212.4 輪壓的計(jì)算起重機(jī)車輪對(duì)軌道的垂直壓力稱為輪壓。作用在起重機(jī)上的各種載荷通過行走支承裝置和車輪傳遞到基礎(chǔ)上，這些支承點(diǎn)所承受的垂直反力稱為支承反力。對(duì)于每個(gè)支承點(diǎn)下裝有一組車輪的起重機(jī)，通常采用鉸接的均衡梁，使同組車輪的輪壓相等。因此，該支點(diǎn)支承反力除以支承點(diǎn)下的車輪數(shù)就是輪壓：(2-15)lVPm?式中： ——支承反力；V——該支點(diǎn)下車輪數(shù)。m計(jì)算起重機(jī)的輪壓，應(yīng)按Ⅱ類和Ⅲ類載荷組合，求出在各種不同工況情況下支承反力的最大值和最小值；根據(jù)碼頭基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所規(guī)定的許用輪壓，確定每個(gè)支點(diǎn)下的車輪數(shù)目和尺寸，從而算出最大輪壓和最小輪壓。最大輪壓用于運(yùn)行機(jī)構(gòu)零部件及金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算；最小輪壓用于運(yùn)行機(jī)構(gòu)起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)車輪的打滑運(yùn)算 [5]。四支點(diǎn)式起重機(jī)具有制造方便，抗傾覆穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但是其支承反力的計(jì)算是一個(gè)超靜定問題，它與支承結(jié)構(gòu)型式和基礎(chǔ)的剛性有關(guān)，還與起重機(jī)及軌道的制造和安裝精度等因素有關(guān)，精確計(jì)算比較復(fù)雜。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，通常根據(jù)起重機(jī)支承結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)的剛度大小和變形情況，把問題簡化為兩種理想情況，按照靜定結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。剛性支架假定，將支承架看成一個(gè)絕對(duì)剛體，在載荷作用下四支點(diǎn)始終保持在同一平面上。鉸接支架假定，則認(rèn)為支承架是由若干互相鉸接的縱橫簡支梁組成，在載荷作用下四支點(diǎn)不再保持在同一個(gè)平面上，而是隨基礎(chǔ)的變形而變形。應(yīng)當(dāng)指出，支承架的彈性狀況實(shí)際上總是介于上述兩者之間。根據(jù)門座起重機(jī)的實(shí)際情況，按剛性支腿進(jìn)行輪壓計(jì)算比較適合。圖 2.9 輪壓計(jì)算示意圖22由于本次設(shè)計(jì)的門座起重機(jī)門架中心與起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)中心重合為一，所以各支點(diǎn)的支承反力計(jì)算式為：(2-16)KMLGVyxa 5.0.421????(2-17)b ..(2-18)yxc 5.0.421(2-18)KLGVd ..???式中：G 1 — 起重機(jī)非回轉(zhuǎn)部分的自重（N）；G2 — 起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分的的自重（N）；Mx — 合力矩 M（M=M g+Mf+Mt,其中重力矩 Mg=G2×e，風(fēng)力引起力矩 Mf，貨物偏擺引起力矩 Mt）沿 X 軸的分力矩，M x=M×COSΦ（N）；My — 合力矩 M 沿 Y 軸的分力矩，M y=M×sinΦ（N）；e — 起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分（工作狀態(tài)時(shí)包括吊重，非工作狀態(tài)時(shí)吊重）重心到旋轉(zhuǎn)中心的距離（m）；Φ — 臂架與 X 軸的夾角（°）；L — 軌距（m）；K — 基距（m）；a — 軌道平面的對(duì)角線 AC 的長度（m）。輪壓計(jì)算的過程見表 2.8。23表 2.8 輪壓計(jì)算工作狀態(tài) 非工作狀態(tài)參數(shù)工況 1 工況 2 工況 3非回轉(zhuǎn)部分 G1(N) 1160580 1160580 1160580回轉(zhuǎn)部分 G2(N) 2220030 2220030 2220030總重（N) 3380610 3380610 3380610軌距 L（m） 10.5 10.5 10.5基距 K (m） 10.5 10.5 10.5a (m） 14.85 14.85 14.85e (m） 4.02 4.02 1.26t（m） 0 0 0臂架夾角 Φ（°） 0 45 0cosΦ 1 0.707106781 1sinΦ 0 0.707106781 0重力距 Mg(N.m) 8924520.6 8924520.6 3752259 風(fēng)力距 Mf(N.m) 896801 896801 5082396偏擺力矩 Mt(N.m) 1750598.5 0 0 合力矩 M(N.m) 11571920.1 9821321.6 8834655水平 Mx(N.m） 11571920.1 6944723 8834655垂直 My(N.m） 0 944723 0 Va（N) 257997 818045 387190Vb（N) 1378093 1492181 1248900 Vc（N) 1378093 818045 1248900反力Vd（N) 257997 143909 387190海側(cè)輪數(shù) n 16 16 16陸側(cè)輪數(shù) n 16 16 16Pa（N) 16125 51127 24199Pb（N) 86130 93261 78056 Pc（N) 86130 51127 78056 單個(gè)車輪Pd（N) 16125 8994 24199注：工況一為工作狀態(tài)下，臂架垂直于運(yùn)行軌道；工況二為工作狀態(tài)下，臂架垂直于軌道平面對(duì)角線 AC；工況三為非工作狀態(tài)下，臂架垂直于運(yùn)行軌道。驗(yàn)算結(jié)論：最大輪壓 Pmax=93261N；最小輪壓 Pmin=8994N，大車輪壓在許用輪壓 300kN 范圍內(nèi)。242.5 整機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算在自重和外載荷作用下，起重機(jī)本身所具有的抵抗傾覆的能力稱為起重機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性。保證起重機(jī)具有足夠的抗傾覆穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)起重機(jī)的基本要求。進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)采用“力矩法”，這種方法規(guī)定：包括起重機(jī)自重在內(nèi)的各項(xiàng)載荷對(duì)傾覆邊的力矩之和大于或等于零，則認(rèn)為起重機(jī)是穩(wěn)定的。驗(yàn)算工況有：無風(fēng)靜載、有風(fēng)動(dòng)載、突然卸載或吊具脫落、暴風(fēng)侵襲下的非工作狀態(tài) [6]。查《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，裝卸用門座起重機(jī)的載荷系數(shù)見表 2.9。表 2.9 載荷系數(shù)系數(shù)驗(yàn)算工況自重系數(shù)（ ）GK載荷系數(shù)（ ）P水平慣性力系數(shù)(包括物品)）iK風(fēng)力系數(shù)( )fK1 0.95 1.5 0 02 0.95 1.35 1 13 0.95 -0.2 0 14 0.95 0 0 1.12.5.1 無風(fēng)靜載工況起升載荷作用線在支承平面以外，處于該起吊重量所允許的最大幅度，臂架垂直于危險(xiǎn)傾覆線，起吊靜載試驗(yàn)載荷或額定載荷，不計(jì)附加載荷和坡度的影響，其抗傾覆穩(wěn)定性校核計(jì)算式為：(2-19)????max0.50.5GPQMKPlCKRl?????式中： ——起重機(jī)的軌距(m)；l——最大幅度時(shí)起重機(jī)自重重心到回轉(zhuǎn)中心線的距離(m)。C25圖 2.10 無風(fēng)動(dòng)載工況已知： =338.06t， =41.35t， =0.95， =1.5， =35m， =10.5m，GPQGKPmaxRl=1.25m，C則： ????029.45.1035.4125.10.6.3895.0 ????????????mtM2.5.2 有風(fēng)動(dòng)載工況臂架垂直于軌道、處于最大幅度位置，起吊額定起重量，軌道前低后高、工作狀態(tài)最大風(fēng)力沿臂架由后向前吹，起重機(jī)上作用著起升、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)起（制）動(dòng)引起的慣性力。這時(shí)起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算公式為：(2-20)??11 120.5cosin0QG PfvMKPlChKFSKPhgt?????????????????????式中： —— 時(shí)起重機(jī)自重的重心高度(m)；1hmaxR—— 是起重機(jī)迎風(fēng)面的形心高度(m)；2——物品起升（或下降）速度(m/s)；1v——起升機(jī)構(gòu)的起制動(dòng)時(shí)間(s)；t——作用在起重機(jī)上的工作狀態(tài)最大風(fēng)力；1fP26——允許的最大坡角，這里取 =0；? ?——偏斜 時(shí)，由起升載荷 產(chǎn)生的對(duì)臂架端部的拉力(N)；QF??? QP/cosQP????—— 對(duì)傾覆邊的力臂(m)；S????????max30.5tancosRlh?????????????圖 2.11 有風(fēng)動(dòng)載工況已知：=338.06t， =41.35t， =5.45t， =0.95， =1.35， =1， =35GPQ1fPGKPfKmaxRm， =10.5m， =1.25m， =14.40m， =15.34m， =25.32m， =0.42m/s，lCh2h3h1v=2s， =0， =10°，1t???則： 045.3.145.732104.5cos3.45.1760.3895. ????????????????? mtM?272.5.3 突然卸載或吊具脫落工況處于最小幅度的臂架垂直于軌道，軌道前高后低，工作狀態(tài)最大風(fēng)力沿臂架方向由前向后吹。此時(shí)起重機(jī)吊在空中的物品突然卸載（或吊具脫落），其抗傾覆穩(wěn)定性的計(jì)算公式為：(2-21)????1min120.5sin0.5cos0'' 'GPQfMKPlChKRlKPh????????????式中： ——最小幅度時(shí)起重機(jī)重心到回轉(zhuǎn)中心的距離(m)；'——最小幅度時(shí)起重機(jī)重心高度(m)；1'h——最小幅度時(shí)起重機(jī)迎風(fēng)面形心高度(m)；2'——最小幅度時(shí)作用在起重機(jī)上的工作狀態(tài)最大風(fēng)力。1'fP