1、DF30/70型架橋機設計計算書1.總體計算2.結構計算2.1 主梁計算2.2 前支腿計算2.3 前支腿銷軸計算2.4 邊梁掛架計算3.機械結構計算4.電氣系統設計計算目錄1.總體計算：1.1 主參數的確定：DF30/70型架橋機依據“DF30/70 型架橋機設計任務書”而設計的混凝土預制梁架設安裝的專用設備，起吊能力 70 噸；適應橋梁跨徑30 米，并滿足斜（彎）橋梁的架設要求。主要技術參數如下：起吊能力：70t適用橋梁跨徑：30m適用最大橋梁縱坡：±3%適用斜橋角度：0-450適用彎曲半徑：250m小車額定升降速度：1.27m/min小車額定縱向行走速度：4.25m/min主梁空

2、載推進速度：4.25m/min大車橫向行走速度：2.56m/min運梁平車軌距：2000mm運梁平車空載速度：17m/min運梁平車重載速度：4.25/8.5m/min本架橋機的設計是依據 Q/ZDF010-1999安裝公路橋梁用架橋機1 23 41通用技術條件 ，并參照 GB3811-83起重機設計規范 、GBJ17-88鋼結構設計規范 及起重機設計手冊 進行。1.2 整機穩定性計算：根據本架橋機的結構特點，只進行架橋機縱向前移時整機穩定性的校核計算，依據1的要求，整機穩定系數 Kw。架橋機受力如下圖所示：PW=CKhqAC風力系數查4表1-3-11，C 取 1.4Kh風壓高度變化系數查4表

3、1-3-10，Kh 取 1q計算風壓查4表1-3-9，q 取 25kg/m2A迎風面積A=7 m2PW=1.4×1×25×7=245 kgH=6m傾覆力矩 M1=0.7×32+3.5×27+15.61×11.15+0.245×6 =293t·m穩定力矩 M2=15.19×10.85+6×15.7+6×18.7+4×19.7=450 t·m穩定系數 Kw=M2/M1=450/293=1.53>1.4符合要求2.結構計算：由于架橋機用于公路橋梁工程預制梁的安裝，每

4、年工作約 6-8 個月，每天連續工作不超過 6 小時，故只對結構進行強度和剛度計算，而不進行其疲勞強度的計算。22.1 主梁結構計算：本架橋機主梁采用雙梁組合，標準節采用“A”字桁架，每節長 8米，最后一節長 4 米，導梁采用“A”字變截面，長 10 米，主梁全長 54 米，采用銷軸連接，每條梁 7 節(含 1 節導梁)，見下圖。 計算荷載：安裝中梁時，P 中=（Q 車/2+Q 梁/4）×K1安裝邊梁時，P 邊=（Q 車/2+Q 梁/2）×K2式中： P 中-安裝中梁時作用于單根“A”字桁架主梁的荷載P 邊-安裝邊梁時作用于單根“A”字桁架主梁的荷載Q 車-起吊小車質量，Q

5、 車=6000kgQ 梁-預安裝混凝土梁（板）的質量, Q 梁=70000kgK1-安裝中梁時的綜合系數，取 K1=1.2K2-安裝邊梁時的綜合系數，取 K2=1.2計算荷載為：P 中=24600kgP 邊=45600kg 計算方法：利用 SAP91 鋼結構有限元分析計算程序進行主梁的強度及剛度檢算，采用許用應力計算方法，滿足：max=s/n=2350/1.33=1760 kg/cm2Q235 材質3max=0.577 =1000 kg/cm2jy jy=1.5=3525 kg/cm2Q235 材質Q235 材質fmaxf=L/(7001000)L 為主梁計算跨度 計算工況： 工況：架橋機空載

6、前移，前端懸臂約 32m，如下圖： 工況：導梁前支腿到位，前支腿懸掛過孔，如下圖： 工況：前小車吊梁走到跨中，后小車還沒起吊梁，如下圖：4 工況：前小車走到距前支腿 13.5m，后小車起吊梁，如下圖： 工況：架設邊梁，載荷作用于前、中支腿附近，如下圖： 主梁結構計算分析：針對工況、工況、工況、工況和工況，對主梁結構進行有限元計算，計算結果如下：工況：應力超過 1700kg /cm2 的桿件分布范圍如下：最大應力：max=2022kg/cm2(下弦桿)最大撓度：fmax=42cm(主梁前端)支 反 力：R 前=0R 中=14498×2=28996kg5R 平=1473×2=2

7、946kg主梁接頭處最大軸力：上弦 Nmax= +1.1×105 kg下弦 Nmax= -0.6×105 kg工況：沒有應力超過 1700Kg/cm2 的桿件：最大應力：max=1597kg /cm2(上弦桿)最大撓度：f=3cm支 反 力：R 導前=3744×2=7488kgR 中=8212×2=16424kgR 平=5977×2=11954kg主梁接頭處最大軸力：上弦 Nmax= -0.3×105 kg下弦 Nmax= +0.2×105 kg工況：應力超過 1700kg /cm2 的桿件分布范圍如下：最大應力：max=

8、3024kg /cm2最大撓度：f=10cm(上弦桿)(跨中)支 反 力：R 前=12390×2=24780kgR 中=14791×2=29582kg主梁接頭處最大軸力：6上弦 Nmax= -1.4×105 kg下弦 Nmax=+0.7×105 kg工況：應力超過 1700kg /cm2 的桿件分布范圍如下：最大應力：max= 2564kg /cm2最大撓度：f=6.7cm(上弦桿)(跨中)支 反 力：R 前=12150×2=24300kgR 中=19526×2=39052kgR 頂=6340×2=12680kg主梁接頭處最

9、大軸力：上弦 Nmax= -1.0×105 kg下弦 Nmax=+0.5×105 kg工況：應力超過 1700kg /cm2 的桿件分布范圍如下：最大應力：max= 2307kg /cm2最大撓度：f 前=6.9cm(腹桿)(跨中)7支 反 力：R 前=30061×2=60122kgR 中=28859×2=57718kg主梁接頭處最大軸力：上弦 Nmax= -0.8×105 kg下弦 Nmax=+0.4×105 kg綜合以上各工況主梁桿件受力情況，主梁標準節第二節和第三節接頭附近，第三節和第四節接頭附近應力max>，需加強，第三

10、節和第五節部分下弦應力max> ，需加強；第一節、第四節和第五節部分腹桿應力max>，需加強。加強范圍及加強型式詳見加強圖。加強后的主梁弦桿、腹桿應力max<，滿足要求；主梁最大工作撓度 fmax=-10cm=L/316制作時主梁預起拱 f 拱=6cm，則 f=4cm=L/790，滿足剛度要求。 主梁聯結銷軸校核： 綜合以上各工況:上弦 Nmax= -1.4×105kg下弦 Nmax= +0.7×105kg上弦銷軸剪切：max= 4 N上弦max/d2n1n2 =1473kg /cm2d銷軸直徑 d=5.5cmn1每一銷軸剪切面 n1=28n2每一節頭銷軸

11、數 n2=2下弦銷軸剪切：max=4N下弦max/d2n1n2 =1100kg /cm2d=4.5cmn1=2n2=2上弦銷軸擠壓：jy=N上弦max/dn=1591kg /cm2d銷軸直徑 d=5.5cm插板厚度=8cmn銷軸數量 n=2下弦銷軸擠壓：jy=N下弦max/dn=1296kg /cm2d銷軸直徑 d=4.5cm插板厚度=6cmn銷軸數量 n=2 導梁銷軸校核：根據工況:上弦 Nmax= -0.3×105kg下弦 Nmax= +0.2×105kg上弦銷軸剪切：max= 4 N上弦max/d2n1n2 =472kg /cm29d銷軸直徑 d=4.5cmn1每一銷

12、軸剪切面 n1=2n2每一節頭銷軸數 n2=2下弦銷軸剪切：max=4N下弦max/d2n1n2 =314kg /cm2d=4.5cmn2=2n2=2上弦銷軸擠壓：jy=N上弦max/dn=666kg /cm2d銷軸直徑 d=4.5cm加強板厚度=5cmn銷軸數量 n=2下弦銷軸擠壓：jy=N下弦max/dn=370kg /cm2d銷軸直徑 d=4.5cm插板厚度=6cmn銷軸數量 n=2主梁銷軸采用 40Cr，=2840 kg /cm2jy=6000kg /cm2#jy=4000kg /cm210導梁銷軸采用 45 鋼，=1870 kg /cm2由此可知：max< jy< jy滿

13、足要求；滿足要求。 主梁焊縫計算：根據“A”字桁架梁結構及受力特點，最危險焊縫發生在上弦公榫插板與相鄰母材焊接處，故只對該處焊縫進行檢算。材質：公榫插板 16Mn相鄰母材 Q235 計算應力按 Q235上弦 Nmax= -1.4×105kghelw=140cm2f= Nmax/helw=1.4×105/140=1000 kg/ cm2查4表 4-2-3 w= / 2 =1245 kg/ cm2f<w焊縫滿足要求。2.2 前支腿計算：前支腿采用套管形式，受力 P=65000 kg，考慮安全性，計算按照小套管計算，管子為245×10，材料為 Q235，計算長度

14、l=300cm，取 2，采用折減系數法，計算如下：i=1/424.52+22.52=8.316=2×300/8.316=72.15查4表 4-1-16=120根據3附錄 3 查得=0.824=P/A=65000/0.824×73.827=1068 kg /cm2< =1760 kg/cm2<= 120前支腿滿足強度及剛度要求。112.3 前支腿銷軸計算：前支腿銷軸采用65，材質為 40Cr，根據結構，銷軸只需校核剪切應力和擠壓應力。max= 4P/d2n =980kg /cm2P 銷軸最大受力 P =65000 kgd 銷軸直徑 d=6.5cmn 銷軸剪切面 n

15、=2jy=P /dn =1250kg /cm2P 銷軸最大受力 P =65000 kgd銷軸直徑 d=6.5cm鉸鏈插板厚度=4cmn鉸鏈插板數量 n=2max< =2840 kg /cm2jy< jy=6000 kg /cm2銷軸滿足要求。2.4 邊梁掛架計算： 邊梁掛架上橫梁校核：邊梁掛架上橫梁材料為 Q235，尺寸如圖所示：12h=(9×1×10.5-4.5×4.1×4)/(9×1+4.1×20×2-4.5×4.1×2)=0.2cm慣性矩 Jx=9×13/12+4.1×

16、;203×2/12-4.1×4.53×2/12+9×1×10.32+4.1×20×0.22×2-4.5×4.1×4.22×2=5715.6cm4邊梁掛架上橫梁受力如圖所示：M=42000×55/4=577500kg.cm彎=577500/5715.6×10.8=1091kg/cm2剪=21000/136.1=154kg/cm2=10912+1542=1102 kg/cm2< =1760 kg/cm2強度滿足要求。 邊梁掛架吊板校核：吊板截面 20×1

17、00，材料 Q235=P/SP 吊板最大受力 P =21000 kgS 截面面積 S =20 cm2=21000/20=1050 kg/cm2< =1760 kg/cm2吊板強度滿足要求。 邊梁掛架銷軸校核：銷軸采用45，材質為 40Cr，根據結構，銷軸只需校核剪切應力和擠壓應力。13max= 4P/d2n =1320kg /cm2P 銷軸最大受力 P =42000 kgd 銷軸直徑 d=4.5cmn 銷軸剪切面 n=2jy=P /dn =1138kg /cm2P 銷軸最大受力 P =42000 kgd銷軸直徑 d=4.5cm接觸板厚度=4.1cmn接觸板數量 n=2max< =2

18、840 kg /cm2jy< jy=6000 kg /cm2銷軸滿足要求。3.機械結構計算：3. 1 中支腿上、下行走機構功率計算： 計算條件如下表所示： 下行走電機功率：f=0.5=0.015=1.5d=100D=400一臺電機摩擦阻力Pm=60×1000(2×0.5+100×0.015)×1.5/400=563kg14縱 移橫 移最大載荷 t3060速 度 m/min4.252.45計算坡度3%2%風 阻 力 kg300600坡 阻 力風 阻 力總 阻 力Pp=60×1000×0.02=1200kgPf=600kgPz=56

19、3+1200+600=2363kg功率N=2363×2.45/6120×0.9=1.05kW選用電機功率 1.5 kW，滿足使用要求。 上行走電機功率：f=0.5=0.015=1.5d=80D=317二臺電機摩擦阻力坡 阻 力風 阻 力總 阻 力Pm =30×1000(2×0.5+80×0.015)×1.5/317=312kgPp =30×1000×0.03=900kgPf =300kgPz =312+900+300=1512kg功率N=1512×2.45/6120×0.9=0.58kW選用電機

20、功率 1.1 kW，滿足使用要求。 下行走機構軸承選擇：輪壓 P=60/4=15t裝 320 軸承 2 套，每套基本額定負荷 13t，滿足使用要求。 上行走機構軸承選擇：輪壓 P=60/4=15t裝 416 軸承 2 套，每套基本額定負荷 12.5t，滿足使用要求。3.2 起吊天車計算： 起吊天車運行機構功率計算：摩擦阻力Pm=(Q 起+G0)(2K+d)K 附/D 輪= (Q 起+G0) f015Q 起G0起升載荷重量起吊天車自重Q 起=35000×1.1=38500 kgG0=6000kgK滾動摩擦系數K 取 0.05d軸承內徑d=9cmK 附附加摩擦阻力系數K 附取 1.5D車

21、輪直徑D=33cmf0摩擦阻力系數 f0=(2K+d)K附/D 輪滾動軸承摩擦系數取0.015計 算 得 Pm =475 kg坡 阻 力 Pp=44500×0.01=445kg風 阻 力 Pf =Cq(F 起+F 物)=812kgCq風載體型系數工作標準風壓C 取 1.4q 取 25kg/m2F 起F 物小車擋風面積物品擋風面積F 起取 1.2 m2F 物取 22 m2運行阻力 P 靜 = Pm + Pp +Pf =1732kg滿載時電動機的靜功率 N 靜= P 靜×V/102mV小車運行速度V=0.0708m/min機械傳動效率取0.9m電動機數目m=2計 算 得N 靜=

22、 1290×0.0708/102×0.9×2=0.668Kw電動機功率 N=K 電×N 靜=1.3×0.668=0.868Kw16選擇電動機功率為 1.5 Kw滿足要求。 起吊天車行走箱強度計算：行走箱截面為箱形，材料為 Q235，尺寸如圖所示：h=28.9×1.4×20.7/(28.9×1.4+40×1.4×2)=5.5cm慣性矩 Jx=1.4×403×2/12+28.9×1.43/12+1.4×40×2×5.52+28.9×

23、;1.4×15.22=27675.82cm4起吊天車行走箱受力如圖所示：M=45000×150/4=1687500kg.cm=25.5×1687500/27675.82=1555kg/cm2< =1760 kg/cm2行走箱強度滿足要求。 車輪輪壓計算：車輪受力：P 單=P 總/m=13000kgP 總支撐點垂直總反力P 總=52000kgm支撐的車輪數 m=417車輪參數：D=33cm 材料 ZG340-640 表面 HB300-380車輪和鋼軌接觸應力： 線=6002 P 計/b×d線b車輪與軌道接觸寬度b 取 5.5cmD車輪直徑D=33cm

24、P 計車輪的計算輪壓P 計=K1××P 單K1等效沖擊系數K1 取 1載荷變化系數取0.8故 P 計=1×0.8×13000=10400kg線=6002×10400/5.5×33=6423kg/cm2查表得 線=6400-8000 kg/cm2線max=9000-12000 kg/cm2線在允許范圍內，滿足要求。 傳動齒輪齒根彎曲疲勞和彎曲強度計算：齒輪參數m=0.8cmZ 小=21 材料 40Cr齒根彎曲應力彎=2MC/Zm2BM小齒輪傳遞的扭矩M=9087kg.cmC速度系數C 取 1.0245B齒寬B=5.4cm齒形系數取0.3

25、27磨損系數取0.8彎=2×9087×1.0245/21×0.82×5.4×0.327×0.8=981 kg/cm2查表得 彎=1600 kg/cm218彎<彎彎曲強度滿足要求。3.3 卷揚機及滑輪組的計算： 鋼絲繩計算：卷揚機型號 JM6 滑輪組采用上下各 5 組的形式鋼絲繩最大拉力P=Q 起/ mQ 起起升載荷包括吊具Q 起=44000 kgm滑輪組倍率m=11滑輪組效率取0.91P=44000/ 11×0.91=4396 kg<6000 kg滿足要求 提升速度：卷揚機繩速 14 m/minV 提=14/11=1.27m/min4.電氣系統設計計算：4.1 主空氣開關 QF0 的選取:該開關所帶帶電機總數為 20 臺，其中主鉤 1 和主鉤 2 所用電機M1，M2 為 16kW,而在各各種允許的工況中，M1、M2 同時運轉時為最大負荷狀態，與其同時工作的可能還有液壓站電機兩臺功率為 2×4kW，因此元件的選取將按照 16+16+4+4=40kW 進行，即:P=40 kW工作電壓 U=380VI=P/1.732×Ucosx=40/1.732×0.38×0.88 ×0.87=79.38(A)19考慮溫度系