60T龙门吊的设计与计算说明
za60T龙门吊的设计与计算说明
9 K/ k' L+ z5 @' t龙门吊的设计与检算
6 l* ^& c' t b0 F3 _' Q0 K* y( G7 H2 z2 g- u5 b4 _8 Q( s$ s2 m& w
一、概况
) r- j5 H, o+ l9 l) wXXX桥，全长559.34m共有板梁594片，全部为先张法预应力板梁，预制场设在第17#墩～第22#墩之间左幅的一块空地上，预制场的走向与桥梁的走向一致。(见附图)( J1 [8 O* Y! H( k2 I
二、龙门吊的设置
+ m) D& U) C+ `; V2 u因为预制场的走向与桥梁的走向一致，而预制场上只设置一台龙门吊，这样必须借助一个型钢加工的扁担（重约10t）板梁最大的自重31.2t，滑轮和钢丝绳重约2t，合重43.2t，按1.3的系数为43.2×1.3=56.2t。这样龙门吊的吊重按60t设置。
8 I! [$ M; l: P% l三、龙门吊的主要参数：
: o( _0 K" L1 X7 {$ x5 C吊重W1=60t，跨度L=30m，高度H=15m，天车重W2=6t。由6组贝雷片加上下加强弦杆。1 S/ N; p" {! {
四、强度检算：
9 o4 l$ z4 ]# d' f（一）横梁：
5 H9 S/ K9 ]8 Y7 s0 }/ B1、静荷载：横梁由10片贝雷片上下加加强弦杆组成6组，贝雷片自重：G1=275Kg/片；加强弦杆自重：G2=80Kg/片；插销和支撑架的自重（对应贝雷片）：G3=25Kg/片；9 @! X4 ^7 y9 [
这样横梁自重G=（G1+ G2×2+ G3）× 6×10=27600Kg。. E) B/ M2 ]# S
横梁的静荷载为横梁的自重，可视为均布荷载q=（G÷1000）×10KN/30m=9.2KN/m；1 T& g# W; B& S' t" L2 P" R3 t
故Mmax静=ql2/8=9.2×302÷8=1035KN•m
; e% j% x$ \- M8 z4 d& M/ Z2 A Qmax静=ql/2=9.2×30/2=138KN
5 _5 v- g8 k' H, }9 d/ |) r6 _4 B2、动荷载：动荷载系数K动=1.3；（教材《基础工程》）) d! j" ?! W+ Q. o9 p1 n
工作荷载P=K动（W1 +W2）=1.3×(600+60)=858KN。
& C1 U( i( D, G, |故Mmax动=PL/4=858×30/4=6435KN•m7 l# s$ b8 Z) p7 P
Qmax动=P=858KN
4 ]* B0 r& j v4 \$ a3、总荷载：* X- B. I/ x- Z. Z+ v# F0 F' \+ q
Mmax =Mmax静+Mmax动=7470KN•m; x P$ V7 O' x! P
Qmax =Qmax动+Qmax动=996KN
`% v5 X2 |5 N+ U% Q% a& ]4、容许强度：; t7 M2 P* a- F [
[M]=9618.8KN•m；[Q]=1397.8KN。$ F" d+ X# M: f9 O. _6 _. a9 s
5、结论：[M]＞Mmax [Q]＞Qmax 满足要求。
" a4 D3 ~- V+ T3 h6、挠度计算：! P, i1 @3 |+ W6 O ~# `7 A9 b
横梁采用6组单层贝雷片上下加强的组装形式，其强性模量：E=2.1×106Kg•cm2 惯性矩：J=3464606.4cm4
9 u) [8 d) ~: ^) [: ]/ k4 t⑴ 均布恒载最大挠度f1max=5ql4/（384EJ）=5×9.2×(3000)4/(384×2.1×106×3464606.4)=1.334cm
# f+ u$ v5 p: n% ~⑵ 集中荷载最大挠度：f2max=PL3/（48EJ）=85800×30003/（48×2.1×106×3464606.4）=6.635cm
6 S/ M5 ?( b/ s0 T+ |$ U⑶ 由销孔间隙引起的挠度f3max：销孔间隙△L=0.159cm节数n=10桁高h=150跨长L=30m/ O$ \1 b3 y6 I8 L }, d+ Y5 g
φ=2n△L/h=0.0212rad φ=1.21470
% \3 X$ x; M, tR=h(L-n△L)/ 2n△L=141434.43cm
+ H: b' ^: u, w4 z+ o* N, wf3max=(R+h)(1-cos(φ/2))=7.955cm
0 u0 m7 b/ R7 y横梁总挠度：f=f1max+f2max+f3max=1.334+6.635+7.955=15.924cm3 k/ u3 G# d. @% }
（二）大车运行机构计算：; N& t6 G, N& U& x& m
龙门吊在运行时电机必须克服摩擦阻力、道路坡度阻力和风阻力。( P O+ w. U% ]9 N' J5 }6 D
1、摩擦阻力矩Mm和摩擦阻力Pm
8 H3 B7 v3 j$ K' w7 y: F$ M4 Y龙门吊在运行时其主要摩擦阻力矩车轮踏面在轨道上的滚动摩擦阻力矩，车轮轴承的摩擦阻力矩和附加摩擦阻力矩。
o6 J) p* L/ K1 r: z- W' v9 I/ P/ |Mm=（G+Q）×（R+Ud/2）β Pm=2 Mm/Dc
0 Y- ?7 ~ b3 _0 l3 R+ F式中G-龙门吊自重：G=（20×0.3+20×0.16）×6+8t+6t=69.2t
8 p0 d5 f- t2 CQ-起重量：Q=60t" r4 a+ v- I( E; U+ s# L. l m
DC-车轮直径：DC=0.4m=400mm
2 |: ]- }: n9 |! B" O% RR-滚动摩擦系数：R=0.0006mm
* m! r0 R- z; i8 V' `U-车轮轴承摩擦系数：U=0.015
' Z9 W# l# F2 x% }7 b1 x) X, ~; Ed-轴承内径：d=0.11m=110mm
0 K, H9 G. h5 u2 Jβ-车轮轮缘与轨道的摩擦，轨道不直等因素引起的附加摩擦系数' u; _' v6 @( r# C% a; a
β=1.52 @! R8 m+ e8 F2 B- f" N, q( d
代入得Mm=（G+Q）×（R+Ud/2）β=2.762KN•m/ x/ B( s4 e$ e/ t, ~
Pm=2 Mm/Dc=13.81KN& ?- d. i2 r9 S9 U$ W5 ~% t. H8 N
2、道路坡度阻力矩Mp及阻力Pp
2 R* S1 w( @' p( b: u! oPp=(G+Q)Kp Mp=Pp×Dc/2
/ D4 M S) {8 b0 q# T式中Kp-坡度阻力系数：Kp=0.002
. c* z, V; N4 p" `3 h. y) Y代入得Pp=(692+600)×0.002=2.584KN Mp=Pp×Dc/2=0.517KN•m
! ]- C1 A8 G7 \+ f7 n3 w: @3、风压阻力Pf及风压阻力矩Mf
7 d5 {# d1 F- Z; o/ |迎风面积：F=1.7×30+1.7×15×2=102m2
. K" F+ h, l+ f, _' ]3 `& [ v有效迎风面积：F’=φZF=0.6×102=61.2 m2
3 y9 [7 s3 \$ `- O2 U式中φZ-面积充实系数取0.6
3 { I2 [- ^: P% H; F3 s K# }Pf=q×C× F’ 式中q-计算风压q=150N/m2×0.6=90 N/m2 C-风力系数C=(h/10)0.3=(15/10)0.3=1.2. `! s- `6 t/ y
代入得：Pf=q×C×F’90×1.2×61.2×10-3=6.61KN
' Q6 {; l1 _/ Y* O( [Mf= Pf×DC/2=1.322KN•m0 k- q1 x* n7 D6 R; C. d
4、满载时龙门吊的静阻力系数矩Mj及Pj
0 v0 G: N6 `2 u' q) a2 M9 OMj=Mm+Mp+Mf=4.601KN.m$ e% a# P5 w8 L
Pj=Pm+Pp+Pf=23.004KN
; ^6 S+ \2 J% S( j7 }9 n9 S5、电动机功率计算：0 F- R; G0 n$ J* p. m" M- y
静功率：Nj=PjVc/(1000ηm)
2 {" Z' N& n. x3 J) [/ M式中Vc-大车运行速度 Vc=9m/min=0.15m/s3 H, l5 I% Z- [, r
m-驱动电机的个数 m=2； η-运行机构效率 η=0.858 }7 i- I$ t% |6 U" e, _+ }+ _2 u
代入得Nj=PjVc/(1000ηm)=23.004×103×0.15/(1000×0.85×2)=2.03Kw电动机的实际功率：N=Kd×Nj=3.05Kw
4 k3 B3 N0 Q, Y- v9 u* l式中Kd-为克服起动时的惯性力,电动机的增大系数Kd=1.5
9 h% w& v7 k& }3 b6 i( S6、电动机型号选择：
% z+ t; M7 i6 t+ S. ]6 T根据龙门吊所需要的功率、速度及刹车要求，选择三相异步电磁制动电动机：YEJ112M-4Kw
& O4 d. i8 a7 l$ V& u! a: {（三）主要零部件强度计算：
9 P2 P+ x5 D! e9 ~大车梁强度计算：% C: I" J" S+ u6 |4 X+ X
1、大车梁受力如图所示! u5 w6 N& |4 m, A; i% T4 p
P为工作荷载7 |2 s9 l3 B x% [
P=[K1W1/(2×6)+(W2+Q)K2K3/(2×6)]K4
& U$ Q! U1 G! G式中K1-偏载系数 K1=2 K2-动荷载系数 K2=1.2* }4 P, w/ S, `
K3-冲击系数 K3=1.1 K4-各单元排受力不均匀系数 K4=1.1. Y8 P& d, F: U0 k, l4 j$ s
∴P=[2×600/(2×6)+(60+552)×1.2×1.1/(2×6)]×1.1=184.052KN
! W* W' L0 [* B: ^! `) p, Z- Q大车梁可视为简支梁进行计算：
$ J) ~. R" _. u& [RA=RB=(6P/2)=552.156KN9 h. J9 a. l. O8 }
Mmax=RA×(2.15+0.45+0.45)-P×1-P×0.45=1417.2KN•m
- g' ]& \8 a! |# y$ O7 R' HQmax=552.2KN/ ~# O2 e: v7 `0 p
2、大车危险截面计算：
% t6 N) U5 k% e4 f0 i大车危险截面为Ⅰ-Ⅰ,Ⅱ-Ⅱ；Ⅱ-Ⅱ是承受弯矩最大的截面，Ⅰ-Ⅰ是承受剪力最大的截面。
% ^0 M& H2 N% ?) f. h危险截面Ⅱ-Ⅱ：8 N5 W3 c; [1 Z o, h. t
Wx=[（50×23×2）/12+50×2×392×2+(1.2×763×2)/12]/40=9801.55cm3( x; Q7 l. V" N
危险截面Ⅰ-Ⅰ：S=2×1.2×6=86.4cm25 q! T2 w+ r6 w& R5 q1 o/ A j
大车梁采用Q235钢 其[δ]=150MPa [τ]=75 Mpa (教材《结构设计原理》)
0 G, N' n+ _8 f) d危险截面Ⅱ-Ⅱ：& |4 z: t, g" r7 @
δ= Mmax/ Wx=（1417.2×103）/9801.55=145.6MPa＜[δ]8 W; }5 z5 J ?* O5 B' e
危险截面Ⅰ-Ⅰ：/ o$ U6 O0 I$ O2 f7 T
τ= Qmax/S=552.2/86.4=63.9MPa＜[τ]9 Q3 F1 |$ U3 |3 N5 l! C _
可知大车梁强度满足使用要求。* E4 Q, Q. E7 l1 `- q
五、拼装过程：( {2 x5 G: M$ P
1、安装龙门吊的走行轨道；
7 D. ~# ?+ Y3 H& @. ^1 f2、用汽车吊将龙门吊的走行部安放在走行轨道上，并安置好支撑；: L! L2 M! G) v O- ^
3、在走行部上焊接与贝雷片的连接基座并且拼装龙门吊立柱的贝雷片；
@: l) m7 H$ ^; v, o& _/ `% ~2 l4、用汽车吊将拼装好的横梁吊装上去，安装好长短斜支撑弦杆；
; T$ ~( v$ t. G/ y+ ?5、用汽车吊将天车吊装好。
( K4 u0 Q+ V8 f0 g+ W六、小结：
5 p, o4 r- h6 ~9 x' p" z本龙门吊在装配完成后通过了XX市特种设备检验局检验。在使用过程中不断进行日常维护，在使用过程中未出现任何故障。
