但是對(duì)于支腿而言，門架按一次超靜定剛架計(jì)算。 ) ^# P! f$ D: [& v
支腿的計(jì)算也不是一成不變的。
; R& W' X7 E$ Q8 f: E0 ^1 |如果龍門吊的支腿都是剛性支腿，門架按一次超靜定剛架；當(dāng)龍門吊的跨度很大的時(shí)候，考慮溫度變化等因素，支腿一般做成一個(gè)剛性腿和一個(gè)柔性腿，這個(gè)時(shí)候，門架就按靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算了，此時(shí)允許柔性腿頂部有一定的變形。 ) U" n1 d: k* a( \* q- H
一般，跨度30米以內(nèi)的做成2個(gè)剛性腿，大于30米為一個(gè)剛性腿，一個(gè)柔性腿。
( R, @5 s, Q, k/ ^, X2 J7 ~) q' \6 a7 ?+ T& V- a/ _ I3 e4 c
問題2
5 f- e& l# D- ~. ~, r' p四方體的移動(dòng)架在路軌上移動(dòng),路軌鋪在承軌梁上,承軌梁標(biāo)高13m,移動(dòng)架支腿高(含行走機(jī)構(gòu))6m,吊重400t,鋼索長(zhǎng)20m.移動(dòng)架長(zhǎng)10.5m,寬3.5m(我也認(rèn)為不合理,但沒辦法,安裝要求)
我在計(jì)算支腿柱頭彎矩(移動(dòng)架主梁和支腿連接處)時(shí),遇到如何考慮計(jì)算模型的問題.一般來講,移動(dòng)架體行走時(shí),輪軌側(cè)向力可以視為零,移動(dòng)架體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí),有輪軌側(cè)向力.
計(jì)算支腿柱頭彎矩,應(yīng)該考慮兩種情況:
一位移動(dòng)架處于靜止時(shí),吊重作用在移動(dòng)架主梁上引起柱頭處的彎矩,另外開始起吊時(shí)(即把吊重提升到一定高度,然后再移動(dòng)移動(dòng)架體),由于吊重偏離垂直方向2度到3度時(shí)引起的輪軌反力反映在支腿柱頭處的彎矩;
另外一種工況時(shí),移動(dòng)架體處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài),原則上不考慮輪軌側(cè)向力,這樣柱頭處的彎矩只是由于吊重引起的柱頭彎矩(支腿柱頭為剛節(jié)點(diǎn)),但是,當(dāng)兩側(cè)輪軌有一側(cè)卡死(這種情況很少,但如果有這種情況),整個(gè)移動(dòng)架體有一個(gè)慣性力(一邊卡死,另一邊用卷?yè)P(yáng)機(jī)的拉力仍在,這里是需要考慮慣性力還是卷?yè)P(yáng)機(jī)的拉力?),架體整體受扭,有輪軌側(cè)向力,支腿柱頭處表現(xiàn)出額外附加彎矩.
現(xiàn)在的問題是:感覺這些力并不能硬性跌價(jià),畢竟輪軌處有一定的協(xié)調(diào)變形,這些力需要折算,然后計(jì)算柱頭彎矩.
想請(qǐng)教一下在設(shè)計(jì)時(shí),如何準(zhǔn)確計(jì)算支腿柱頭彎矩?
另外,對(duì)于吊重量大(比如200噸以上)的移動(dòng)架體,個(gè)人認(rèn)為,采用"三合一"并不一定合適的,主要是如果兩側(cè)車輪運(yùn)行不均,很容易引起輪與輪軌卡死,這樣,整體架子受扭力很大,表現(xiàn)在柱頭的彎矩就不得了了,以為如何? ! F1 B9 i$ v& Q7 `
回答. Y5 c9 \) D0 t4 R. { r
先說一說"三合一"的問題。
$ E; a6 |3 _5 {( c9 ? 橋式類型的起重機(jī)大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行方式無(wú)非就是集中驅(qū)動(dòng)和分別驅(qū)動(dòng)二種方式，在早期的橋式類型的起重機(jī)設(shè)計(jì)中，具體就是50年代，都認(rèn)為集中驅(qū)動(dòng)是唯一的選擇方式，認(rèn)為只有這樣才能保證大車運(yùn)行同步，原因是只有兩側(cè)主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速保持同步才能使起重機(jī)走直線，多年的理論與實(shí)踐證明，分別驅(qū)動(dòng)并不破壞起重機(jī)直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。而且，集中驅(qū)動(dòng)因?yàn)閭鲃?dòng)零件多，安裝調(diào)整復(fù)雜，已經(jīng)被分別驅(qū)動(dòng)所代替。
+ n {, x( f0 g) m 一般，只要你的剛架有足夠的剛度，并且其輪距與軌距B/L在1/4~1/6，兩側(cè)電動(dòng)機(jī)的輸出力矩可以互相調(diào)節(jié)，車輪與輪軌卡死的現(xiàn)象基本不會(huì)出現(xiàn)，再者，你的運(yùn)行速度不會(huì)很快的，也就更不會(huì)出現(xiàn)了。 - z) f$ D$ Q4 m! E1 r6 E8 z
所謂的三合一就是電機(jī)、減速器、制動(dòng)器三合一，沒有了聯(lián)軸器，和一般的分別驅(qū)動(dòng)的區(qū)別是用電磁制動(dòng)而不是液壓制動(dòng)，沖擊大一些，但是如果運(yùn)行速度低，且在運(yùn)行機(jī)構(gòu)上是可以的。 0 |: g+ y" F3 j% Q) R! J
你關(guān)心的是起重機(jī)跑偏后的水平側(cè)向力，那么這個(gè)力到底多大呢？ - |" M3 ?- v! D. i
你的這個(gè)架子自重估計(jì)50噸，吊重400噸，如果輪壓分布均勻，則一側(cè)的輪壓為225噸，則水平側(cè)向力為P=1/2（∑R*λ），因你的架子跨距3.5米，輪距10.5米，L/B很小，取λ=0.1，則P=11.25噸。 ! W4 z3 {- v; v& v( ?) Q9 N
這個(gè)力已經(jīng)算的很大，由于運(yùn)行速度低，側(cè)向力不會(huì)達(dá)到上述計(jì)算值。+ X7 R; L5 q& ]8 f0 q/ q! w' d
: P l2 A8 K% L: Z# o( v5 e8 W問題3
5 a `# n$ \7 v5 z$ q對(duì)于移動(dòng)架輪子偏斜運(yùn)行時(shí)的水平側(cè)向力應(yīng)該按照你所說的近似公式計(jì)算；但是，這里關(guān)于L和B的取值，我覺得應(yīng)該是：L為起重機(jī)的跨距，反映在移動(dòng)架體上就是兩側(cè)輪軌的水平距離，應(yīng)該取10.5m;B應(yīng)該為水平輪輪距，即一側(cè)行走機(jī)構(gòu)最外側(cè)輪子中心線的距離，這里應(yīng)該取3.5m。 `5 r! M! E, t% c4 M# O$ e
所以，λ=0.15，則P=16.875t。
& V3 g. i5 S$ A7 B% e5 j總體感覺這個(gè)架子的尺寸不大合理，即L/B太大，但這是根據(jù)安裝要求定下來的，雖然是不合理，但只能在設(shè)計(jì)上彌補(bǔ)了。不過對(duì)這個(gè)問題的認(rèn)識(shí)有了提高，非常感謝了。
! S5 J( A h4 _0 p/ y) \不知以為如何？: g5 H5 Y8 l1 k" T
回答* u2 O9 D) H& r. F# q* E
由于吊重偏離垂直方向2度到3度時(shí)引起的輪軌反力反映在支腿柱頭處的彎矩; ; a5 P5 W" A& O
這個(gè)角度考慮有誤。1、由于在載荷起升的過程中（大車不動(dòng)），起升速度緩慢起升，且吊重的開始位置不會(huì)偏離起升垂直軸線很多，因此不存在偏擺角的問題。一般假設(shè)若偏離0.2米（已經(jīng)很多了），起吊高度18米，則夾角0.63度，偏擺力約1%，才4噸。況且，起升是一個(gè)緩慢的過程，不是一下就發(fā)生的。再說，起吊過程會(huì)拴牽引繩，不讓他偏擺。 % {4 x$ Y8 L- ?; y0 Y
2、大車運(yùn)行起制動(dòng)的時(shí)候，倒是有水平運(yùn)行慣性力。那么這個(gè)力多大呢？ 9 B$ a/ ]1 f2 c! `4 i, G& u. t, v
你的大車運(yùn)行速度不會(huì)超過10m/min吧，一般大車起制動(dòng)時(shí)間約4~6秒，則加j減速度為10/（60*4）=0.04m/^^s，則偏擺角=arctg 2*a/g=arctg 2*0.04/9.8=0.46度，偏擺力的大小可想而知。 1 m, r) ^, E2 G+ P
3、順便說一句，只有在塔吊等臂架類型起重機(jī)才考慮吊重由于回轉(zhuǎn)、變幅的偏擺角，由此引起的慣性力及離心力。
5 @* x0 |# O6 O( B# |) V) l
+ D& _) J, L& h7 P9 B, X* G問題4
" |/ O$ h1 I8 E偏角的問題，你考慮的非常好，我可能是太保守了。不過，我認(rèn)為，偏離半米左右是可以作為計(jì)算的依據(jù)的。
4 I* l9 W+ J# _& W% b1 }另外，計(jì)算起制動(dòng)引起的慣性力時(shí)，偏擺角應(yīng)該是arctg a/g吧？
* I0 i! {8 Z, L! e$ W回答3 h. }3 o3 z: O) V; Y) m2 W
1、是arctg 2*a/g，見《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（機(jī)械工業(yè)出版社） P23
/ ]7 J( t. U- v) ~. z2 h( E: A# e% I2、由于運(yùn)行機(jī)構(gòu)的水平慣性載荷很大，所以，一般運(yùn)行機(jī)構(gòu)的起制動(dòng)時(shí)間很長(zhǎng)，為4~6秒，有的時(shí)間更長(zhǎng)。這個(gè)慣性力也可用理論力學(xué)的剛體動(dòng)力學(xué)計(jì)算。 4 O9 e) P C9 Y" w8 y4 ]; R# Z6 s
運(yùn)行速度10米/分，時(shí)間為5秒，則加減速度a為0.033，P=ma，則慣性力就可以計(jì)算出來了，我認(rèn)為對(duì)于該結(jié)構(gòu)來說是微乎其微了。+ Q9 J, l6 |' |# C8 |
6 R3 R% q& z& V$ F [& J問題5
7 Q# V8 x/ k" w% x$ G3 L我現(xiàn)在最大的問題是，輪子水平力疊加的問題，由于最終我要計(jì)算柱頭處的彎矩，所以，你認(rèn)為那（哪）些力系組合是合理的？
2 Y$ U8 F5 ~% f" k, {回答
, k5 N8 W+ |( b' Y X. N' Y" V; X9 U( n輪子水平力疊加的問題從何說起？綜合我前述的內(nèi)容，車輪輪緣與軌道側(cè)面相抵觸，形成側(cè)向約束，產(chǎn)生橫向推力，這個(gè)力對(duì)支腿產(chǎn)生彎矩。 9 d- K T+ m" G/ g: ^+ g
計(jì)算柱頭處的彎矩其實(shí)就是龍門吊計(jì)算支腿的強(qiáng)度問題。
J; L- ~3 M" [你的這個(gè)結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化成正面剛架（沿跨度方向）和側(cè)面（支腿平面）兩種平面剛架進(jìn)行計(jì)算。
) k6 r) S# G" `' C+ c1、正面剛架如果是2個(gè)剛性腿的話，在大車運(yùn)行時(shí)，是靜定門架，大車不動(dòng)時(shí)是一次超靜定門架。如前所述，計(jì)算支腿時(shí)按一次超靜定考慮。
, ^; ~/ e5 D: N+ E" ]6 U2、支腿平面是靜定門架。 $ F8 S/ R _: k$ {6 B5 l% V ?
3、作用在龍門架上的力只有吊重、自重、大車制動(dòng)慣性力、大車歪斜側(cè)向力，因?yàn)槟銢]有小車，在室內(nèi)，所以不考慮風(fēng)載荷、小車制動(dòng)力和小車碰撞載荷。
j. \2 [+ l1 W, i4、支腿的計(jì)算分上述2個(gè)平面計(jì)算。 5 i/ z0 j9 N2 E5 \; P1 h. ~
在正面，由吊重會(huì)對(duì)支腿根部產(chǎn)生水平推力，從而在柱頭產(chǎn)生1個(gè)彎矩。
, X) Q9 d2 B9 T% A5 i3 ]大車運(yùn)行水平慣性力會(huì)在支腿平面對(duì)支腿產(chǎn)生1個(gè)彎矩。
$ v- q# X8 K( c5 x4 [. E. s9 |還有就是大車運(yùn)行的歪斜側(cè)向力也會(huì)產(chǎn)生彎矩。 # q5 D9 e; G% I" a' e# G, v
還有就是吊重對(duì)支腿產(chǎn)生的壓力。
( M5 j+ \# N+ ^) X5 `以上彎矩不是簡(jiǎn)單疊加，在正面，彎矩在支腿頂部最大，而在支腿平面，支腿根部彎矩最大。
5 s% E8 _" c- ~因此，支腿是一個(gè)雙向壓彎構(gòu)件。 ; |8 A' n9 J4 i
如果搞清了這個(gè)結(jié)構(gòu)的受力，計(jì)算應(yīng)該不麻煩了吧。
4 X; Q- C3 a4 ?1 O+ c1 k我沒有你的具體的結(jié)構(gòu)圖，不知你是單梁還是雙梁，在門架平面內(nèi)吊點(diǎn)離支腿距離是多少，在支腿平面，吊點(diǎn)離支腿多少等，所以不好直接計(jì)算，但是，算法是一樣的。
9 `" V/ ?' C4 J需要另外提醒的是有關(guān)車輪的問題。 & k2 e( x+ x3 B' I# `) `' V
你的吊重400噸，自重就算50噸，總共450噸，每個(gè)支腿100多噸，一個(gè)支腿一個(gè)輪子共4個(gè)輪子肯定不行了，因?yàn)?，一般的軌道?0噸左右，所以，至少是一個(gè)支腿2個(gè)輪子共8個(gè)輪子，這樣，輪壓如果分布均勻的話，是56.25噸，一般的鐵路鋼軌肯定不行（P系列），需要起重機(jī)專用鋼軌（QU系列），輪子的直徑至少要700以上，而且是合金鋼的，普通的鑄鋼直徑要到900了。
1 T& O, w" M$ x5 h9 [因此，車輪組及軌道的計(jì)算也很重要，請(qǐng)注意。
3 J- |4 ?) d7 W8 H還有就是大車運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)問題。
1 r4 n- _, F1 H+ U) ~我不知道你是用三合一或者別的機(jī)構(gòu)等自身能夠動(dòng)的機(jī)構(gòu)呢，還是用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引運(yùn)行。兩個(gè)各有優(yōu)缺點(diǎn)。如果使用頻率不高，一年也就幾件，用卷?yè)P(yáng)機(jī)比較合算，因?yàn)樵谑┕挝粊碚f，卷?yè)P(yáng)機(jī)到處都是，臨時(shí)拿來就可以用了，有自身的動(dòng)力如三合一當(dāng)然更好，但要考慮經(jīng)濟(jì)因素。
: e7 d9 H+ ?% p3 n9 \不管哪一種方式，你都要計(jì)算出運(yùn)行的阻力出來。' k" Y Q2 x8 M
/ W$ I7 v+ v4 A問題6) @ C$ n8 H2 E" ?1 Z6 b3 N U
看我的設(shè)計(jì)方案
* G* o' D3 W+ `- p9 z1 o3 r1.考慮采用卷?yè)P(yáng)機(jī),采用6倍的滑輪組,應(yīng)該沒有問題.
2 q! C( t" `6 }. d5 Y5 o& N2.關(guān)于車輪的選用,不敢大意,現(xiàn)采用一邊8個(gè),共16個(gè)輪子.
: z/ i% n, o# O( z: p+ ~3.結(jié)構(gòu)用雙梁,雙梁間用工字鋼連接,所以,受力主要是門架平面,計(jì)算支腿時(shí),主要考慮為超靜定結(jié)構(gòu).關(guān)于受力,一方面是由于吊重引起的柱頭彎矩,吊重引起的垂直壓力.對(duì)于大車起制動(dòng)引起的慣性力和偏軌引起的側(cè)向力對(duì)于支腿的影響,我覺得反映在一點(diǎn)是一樣的,即輪軌偏軌引起的側(cè)向力,側(cè)向力對(duì)柱頭應(yīng)該有彎矩作用.
9 H! x7 i3 [5 V2 D0 ]- e M對(duì)于支腿平面,由于支腿和主梁中心線重合,應(yīng)該沒有柱腳的彎矩,如果是單梁的,應(yīng)該有吧.
9 e% M+ S: b" j- A主梁長(zhǎng)10.5m,上作用兩個(gè)力,關(guān)于中心成對(duì)稱，兩個(gè)力間距離4.5m.
. p% Q3 V: S# @7 R- J& }大車起制動(dòng)引起的慣性力大概為13.2t,輪子跑偏引起的側(cè)向力為16.7t,個(gè)人認(rèn)為,附加側(cè)向力應(yīng)該只考慮輪子跑偏引起的側(cè)向力,即16.7t,如你所說,側(cè)向力是輪子與輪軌接觸引起的約束力,不知道這樣考慮是否正確.這個(gè)側(cè)向力對(duì)柱頭應(yīng)該有個(gè)附加彎矩,然后和由于吊重引起的彎矩疊加,應(yīng)該是很大的值.
/ A5 `* m5 C0 g# n0 ], `3 T由于力的作用線和支腿的中心線重合,支腿屬于單向壓彎構(gòu)件. 8 ]/ F' S5 V( e5 [" H6 b( X* {" z
回答9 J' @0 k |7 W" z; d5 u" v+ Q& G g
1、用卷?yè)P(yáng)機(jī)，我感覺這個(gè)方案比較簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。至于滑輪組，我感覺沒有這么復(fù)雜吧，不過，這要看你機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算了，我不好斷言。 ' P) i0 O1 E; W2 W6 @ o
2、用16個(gè)車輪，也只有如此了，這是降低輪壓的唯一辦法，不過，你用的是一邊2條軌道共4條軌道，那么，這個(gè)臺(tái)車的結(jié)構(gòu)可是夠復(fù)雜，夠重的了。) x: u! h! B( V6 b% d( i8 p2 l
參照他人設(shè)計(jì)，采用兩條軌道，成功案例是可承重450t的移動(dòng)架體，所以，用16個(gè)車輪應(yīng)該是可以的。 * `' u2 d2 H% ~1 G& h& j
對(duì)于彎矩的計(jì)算，感覺昨天考慮的不大合適，輪軌跑偏時(shí)，引起側(cè)向力，對(duì)柱頭引起彎矩，這時(shí)候，由于移動(dòng)架處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以 ，不考慮吊重引起的柱頭彎矩；除非是移動(dòng)架在運(yùn)動(dòng)中突然卡死，有水平慣性力引起的柱頭彎矩，和由于吊重引起的彎矩，這兩個(gè)疊加，視為靜止?fàn)顟B(tài)。綜合幾種情況下的彎矩，比較柱頭處的彎矩值，取大作為計(jì)算依據(jù)。
3 I1 r0 |& `- e$ P以為如何？ : L9 O. X: V3 s* Z! Y( F
現(xiàn)在我的大梁計(jì)算出來，采用箱形梁，翼緣30，腹板1200，也夠大了，證明是強(qiáng)度控制的梁，這跟以前計(jì)算中的剛度控制不同，可能跟吊重和吊重的位置有關(guān)。
2 }3 ^0 g7 L9 l; f# f另外，現(xiàn)在初步選定支腿柱頭面法蘭長(zhǎng)度為1200，柱頭處腹板間距離為900，支腿柱腳處腹板距離400，主要是考慮和行走機(jī)構(gòu)配合。沒有細(xì)算，先把示意圖畫出來，然后和業(yè)主討論。
; ~) s3 q: q+ U5 i- D! } S5 Q而且麻煩的是，限高要求比較嚴(yán)，只能反復(fù)比較了，所以，最終結(jié)果不是優(yōu)化結(jié)果或接近優(yōu)化結(jié)果，只能保證安全即可。 2 N* G' K& |1 d0 e
一個(gè)臺(tái)車大概8t左右，兩個(gè)16t,所以，也不是很輕的。
! b4 Q: u) ]2 n& P3、關(guān)于支腿的彎矩，按照上述原則計(jì)算就是，感覺大車慣性力計(jì)算偏大。注意大車慣性力應(yīng)作用在主梁（簡(jiǎn)單計(jì)算），在根部彎矩最大，吊重產(chǎn)生的橫向水平推力產(chǎn)生的彎矩在柱頭最大，這個(gè)力是大頭，估計(jì)在150噸米左右。
7 a" R6 v% J1 l: ]/ N4、主梁是箱型梁，計(jì)算太保守了吧？我初步估算一下：集中載荷100噸，腹板高1200，就算10mm厚，粗算剪應(yīng)力為100*1.5/（120cm*2）=0.625t/^^cm，這計(jì)算已經(jīng)夠保守的了。 # D8 U# v& K) Z' W6 d; u' Q a
5、限高要求比較嚴(yán)的話，用法蘭就是，不過，和臺(tái)車連接的法蘭在局部細(xì)節(jié)上注意工人穿螺栓方便。至于法蘭及螺栓的計(jì)算按照常規(guī)就是，規(guī)范已經(jīng)很詳細(xì)。
% ^+ E# ?9 n5 {以上的討論只是大概的總體方案的討論，實(shí)際寫計(jì)算書的時(shí)候要復(fù)雜，比如水平慣性力的計(jì)算要分別計(jì)算支腿、主梁等，但實(shí)際結(jié)果肯定比估計(jì)的小。 要考慮起重機(jī)設(shè)計(jì)有關(guān)的動(dòng)力系數(shù)。在主梁、支腿的截面選擇時(shí)要符合規(guī)范的要求，這我就不多說了。 在結(jié)構(gòu)的細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮防腐，如果油漆不到的地方，應(yīng)加構(gòu)造堵頭板，防止銹蝕。 建議結(jié)構(gòu)確定后，再采用軟件進(jìn)行校核計(jì)算，與手算進(jìn)行對(duì)比，如SAP，這樣就會(huì)心里更有數(shù)。9 I' z% y* s0 k
( ] ?3 B% u9 R8 I7 P& S
點(diǎn)評(píng)：$ r: w4 j/ {/ s
搞起重設(shè)備的，在各方面要備加小心，國(guó)家對(duì)這一塊管的很嚴(yán)，它和壓力容器、電梯、大型游樂設(shè)施等都屬于特種設(shè)備。因?yàn)槲粗囊蛩靥啵ㄖ圃欤ㄌ貏e是焊接）、安裝、使用等，所以要通盤考慮。上海滬東造船廠2001.7.17事故就是個(gè)例子，那可是有博導(dǎo)在現(xiàn)場(chǎng)??！因此，起重設(shè)備無(wú)小事，一旦出事就是大事。無(wú)論哪個(gè)環(huán)節(jié)出了事，都不是好事，你也不可能一點(diǎn)沒事。之所謂一失足成千古恨。
! I& w$ D+ [4 @7 ]+ O* |1 ` 安全是第一位的，絕對(duì)要保證萬(wàn)無(wú)一失，因此，應(yīng)力取小一些會(huì)讓人放心，不就是多用幾噸鋼材嗎？換來的是你能夠安心的睡著覺。即使你設(shè)計(jì)無(wú)問題，制造也無(wú)問題，但是用的時(shí)候，碰到膽大的，指不定會(huì)給你怎么用呢！如果你經(jīng)常去現(xiàn)場(chǎng)，有一些對(duì)起重設(shè)備違規(guī)的現(xiàn)象，你做夢(mèng)都想不到。搞起重的，越懂，膽子越小，你信不信？ # f' ^% g2 `4 n; z
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