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16t双梁小车式桥式起重机金属结构设计探讨

武宝贵

（天津钢管集团有限公司，天津 300301）

摘 要：为了满足起重设备高精度，多速度行车的需要，对16t双梁小车式起重机的金属结构进行设计。介绍了16t双梁小车式起重机的金属结构的设计思路。对设备的载荷、主梁的结构及刚度、强度进行了设计计算，达到了节省成本，提高材料的利用率，提高起重机的性价比的设计目的。

关 键 词：双梁起重机；载荷；主梁；强度；刚度；设计

1 引言

起重机是减轻操作人员体力劳动量，提高作业效率，实现安全生产的起重运输设备。是冶金企业生产和物资运输中的重要机械设备。

我国的起重机行业是从建国后开始建设，大部分是采用苏联标准。改革开放以后，随着我国的工业迅速发展，各行各业对起重机的要求也随之提高。作为特种设备，国家制定了严格的制造、检验标准。为了满足起重设备高精度，多速度行车的需要，机械部分要求也越来越高，设计更精确。本文就16t双梁小车式起重机的金属结构设计进行介绍。

2 设计内容

本次设计内容主要包括载荷的计算、梁的结构、刚度、强度设计，达到节省成本，提高材料的利用率，提高起重机的性价比的设计目的。

3 载荷的计算

作用在桥架上的载荷有自重载荷，起升载荷，活动载荷，水平惯性载荷等。

3.1 自重载荷

自重载荷可以分为均布载荷和集中载荷两种。均布载荷有：主梁，走台栏杆，配电管道等的重力。集中载荷有：司机室，大车运行机构，布置在走台上的气设备的重力。在普通设计当中只是以照经验选择载荷。那么本车的一根主梁的半个桥架即G桥为4t。

3.2 移动载荷

移动载荷为小车的自重载荷和起升载荷，以小车轮压方式作用在主梁上。

轮压图如图1所示。

小车各支撑、轮压的计算：

式中，G2为小车的自重；Q为货物的重力；t、e为小车及货物的重心在支撑平面内的投影，t=1040mm，e=1000mm。

轮压分布如图2所示。

4 主梁的结构及尺寸选择

4.1 按梁的强度条件确定梁高Hs

其中，C1为将小车轮压转化为跨中集中载荷时小车的换算系数，C1=1-b/2L；B为小车的轴距；[δ]为腹板的饿总厚度，为20mm；[б]为材料的许用应力，取120MPa；α=腹板加劲板的重量/腹板的重量≈1/3。

4.2 按刚度条件确定梁高

4.3 梁的截面参数取值

一般的设计中选择：梁高h选择，h/L=1/14~1/20，那么在以上几个条件都允许的情况下，结合表选择h=850mm腹板，翼缘板的厚度。为起重量是16t所以腹板的厚度取10mm，受压翼板的厚度，有局部稳定性条件，一般为δ≥b/60，所以取10mm。

翼缘板宽度b，对于正规箱型，取b=（0.33!~0.55）h，所以取450mm。

两腹板的间距b0=b-（40~60），所以选择390mm，加劲肋的间距a，可根据腹板高度h0与腹板厚度之比来确定。

H0/δh=141.6，故在100（235/δs）1/2≤h0/δh≤170（235/δs）1/2。

所以按以下计算方式：当h0η1/2/δh≤1200时，直接a≤2h0，那么a在设计中选择1000mm。低加劲肋选择a的1/2~1/3。

5 主梁设计计算

5.1 强度计算

在垂直平面内的普通弯曲应力按简支梁计算，受力如图3所示。

B为端梁的长度，为4182mm；c为端梁除去轨道宽度，一端的长度为1406mm；l为轨道的宽度，为2000mm。

所以，r=17.5m。

P大惯=（16000+6227）×9.8×0.19=41.386kN

q惯=1658.1N

那么，MH=114.37kN·m。

主梁分布、集中惯性力如图4、图5所示。

跨中翼缘板总的弯曲应力：

式中，Mv为固定和移动在计算截面引起的弯矩之和；Wz为在垂直方向上截面抗弯模量，Wz=bh2/6=0.05；Wy为在水平方向的截面抗弯模量，Wy=hb2/6=0.023。

σw=99.6+4.9=104.5MPa≤[σ]=120MPa

跨端截面腹板的最大剪应力为：

式中，Ix为计算截面上的惯性矩bh3/12=0.0246；S0为计算剪应力处截面的最大静矩0.152；Δ为腹板厚度6mm。

τ=30.16MPa≤[τ]=90MPa

故以上强度条件满足要求。

5.2 主梁的刚度计算

主梁的垂直静刚度计算如下：

对于四轮小车:

式中，P1、P2为小车的计算轮压；E为材料的弹性模量，200GPa；I为梁的转动惯量，计算结果为0.02175。

fv=4.29≤[f]=16500/2000=8.25

故刚度符合要求。

6 结束语

未来桥式起重机机械部分将向着以及先进的制造工艺，便宜而优质的材料，更加合理了构造方式，较低的制造成本等方向发展，最终实现桥式起重机的高效化、实用化。因此，采用优化的机构，减少用材，提高材料的性价比是不忽视的。以改善桥式起重机的整体性能，对推动起重更新换代，具有非常现实的意义。

参 考 文 献

[1]   张质.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，2004.

[2]   祝权.实用五金手册[M].上海：上海科技出版社，2001.

[3]   刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]   濮良贵.机械设计[M].8版.北京：高等教育出版社，2006.