16t双梁小车式桥式起重机金属结构设计

武宝贵

（天津钢管集团有限公司，天津 300301）

16t双梁小车式桥式起重机金属结构设计

武宝贵

（天津钢管集团有限公司，天津 300301）

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。

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4 t。

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。

图1 轮压计算图

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。

图2 轮压分布图

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/2 L；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1 20MPa；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

式中，[β]=L/[f]，E=200G P a，

计算得：hr≈6 7 2.6mm。

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=1/1 4～1/20，那么在以上几个条件都允许的情况下，结合表选择h=8 50mm腹板，翼缘板的厚度。为起重量是1 6t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=（0.3 3!～0.5 5）h，所以取4 50mm。

两腹板的间距b0=b-（40～60），所以选择3 90mm，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=1 4 1.6，故在100（2 3 5/δs）1/2≤h0/δh≤1 70（2 3 5/δs）1/2。

所以按以下计算方式：当 h0η1/2/δh≤1200时，直接a≤2 h0，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。

图3 简支梁图

当P1>P2时，主梁的最大弯矩截面距左支点的距离为：

所以，z=76 4 9mm。

其最大弯矩为：

当小车位于跨端时，即z=0，主梁的剪力最大。

主梁在水平面内按框架计算，由P大惯和q惯引起的跨中弯矩为：

B为端梁的长度，为41 8 2mm；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=1 7.5m。

那么，MH=1 1 4.3 7k N·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：

图4 主梁分布惯性力图

图5 主梁集中惯性力图

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=0.02 3。

跨端截面腹板的最大剪应力为：

式中，Q计算截面上的计算剪力为：

式中，Ix为计算截面上的惯性矩bh3/1 2=0.02 46；S0为计算剪应力处截面的最大静矩0.1 5 2；Δ为腹板厚度6mm。

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，200G P a；I为梁的转动惯量，计算结果为0.02 17 5。

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。

[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.

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

武宝贵（1955—），男，天津人，工程师，主要从事钢管设计方面的研究工作。

（编辑 潘娜）