1、LOGO 輪胎式起重機長安大學工程機械學院建筑機械系長安大學工程機械學院建筑機械系Company Logo第十四章第十四章 輪胎式起重機的金屬結構輪胎式起重機的金屬結構起重機車架的設計計算起重機車架的設計計算2 伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算1Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 箱型吊臂的支承箱型吊臂的支承（1 1）變幅平面內視為一外伸梁）變幅平面內視為一外伸梁（2 2）吊臂橫向平面內）吊臂橫向平面內( (即回轉切向平即回轉切向平 面面) )視為懸臂梁，根部固接視為懸臂梁，根部固接 箱型吊臂的載荷箱型吊臂的載荷 自重，吊重，慣性力和風力自

2、重，吊重，慣性力和風力* *載荷的確定和組合載荷的確定和組合Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 自重自重 等效為均布載荷等效為均布載荷 第第i節臂段上的自重均布載荷為節臂段上的自重均布載荷為 * *載荷的確定和組合載荷的確定和組合(1)111()b iibibiiiiiiGlGqlllllCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 自重自重 計算吊臂某一截面彎矩時，將計算吊臂某一截面彎矩時，將 自重簡化為作用在吊臂端部集自重簡化為作用在吊臂端部集 中力，簡化后的載荷為中力，簡化后的載荷為* *載荷的確定和組合載荷的確定和組合(

3、)2bGMbMbG lZPGlCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 自重自重 計算吊臂端部撓度時，等效為計算吊臂端部撓度時，等效為 端部集中力，簡化后的載荷為端部集中力，簡化后的載荷為* *載荷的確定和組合載荷的確定和組合3bGfbfbGPGCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 自重自重 校核吊臂自重引起的壓桿穩定校核吊臂自重引起的壓桿穩定 時，等效為端部集中力，簡化時，等效為端部集中力，簡化 后的載荷為后的載荷為 不考慮自重的動力影響不考慮自重的動力影響* *載荷的確定和組合載荷的確定和組合3bGKbKbGPGCompa

4、ny Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 吊重吊重（1 1）等效為鉛垂的集中載荷，作用在吊臂端部）等效為鉛垂的集中載荷，作用在吊臂端部（2 2）強度計算中考慮動力影響）強度計算中考慮動力影響（3 3）各節臂伸出后在各種臂長時的控制起重量不同）各節臂伸出后在各種臂長時的控制起重量不同 * *載荷的確定和組合載荷的確定和組合Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 吊重吊重（3 3）各節臂伸出后在各種臂）各節臂伸出后在各種臂 長時的控制起重量不同長時的控制起重量不同 吊臂變輕吊臂變輕 大幅度時穩定起重量提高大幅度時穩定起重量提高* *載荷的確定

5、和組合載荷的確定和組合443322QQQQQQ，443322WWWWWW，Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 慣性力慣性力（1 1）吊臂自重引起的水平慣性）吊臂自重引起的水平慣性 力和回轉離心力忽略不計力和回轉離心力忽略不計（2 2）切向水平慣性力）切向水平慣性力* *載荷的確定和組合載荷的確定和組合2211110.0105cos()()2kkbiiibiiiiinlPlqeqtCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 慣性力慣性力（2 2）切向水平慣性力）切向水平慣性力 令令 則有則有* *載荷的確定和組合載荷的確定和組合

6、2211110.0105 cos()()2kkbiiibiiiiinlPlqeqt131.53 min4cos24 22bbibGnlRqqnrtselt ，0.003bPRGCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 慣性力慣性力（2 2）切向水平慣性力）切向水平慣性力 慣性力合力作用在約離吊臂慣性力合力作用在約離吊臂 處處 在吊臂根部引起相同彎矩轉化在吊臂根部引起相同彎矩轉化 到吊臂端部的等效水平慣性力到吊臂端部的等效水平慣性力* *載荷的確定和組合載荷的確定和組合1()3cosel0.002dmbpmbPRGGCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算

7、伸縮式箱型吊臂的設計計算 慣性力慣性力（2 2）切向水平慣性力）切向水平慣性力 在吊臂根部引起相同彎撓度轉化到吊臂端部的等效在吊臂根部引起相同彎撓度轉化到吊臂端部的等效 水平慣性力水平慣性力 由水平慣性力，離心力和風力引起的吊重的偏擺用由水平慣性力，離心力和風力引起的吊重的偏擺用 水平載荷系數來反映。水平載荷系數來反映。* *載荷的確定和組合載荷的確定和組合0.0017dfbpfbPRGGCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 吊臂風載吊臂風載 等效為端部的集中載荷，將此載荷作為橫向載荷加等效為端部的集中載荷，將此載荷作為橫向載荷加 以組合，此時吊臂受力最為不

8、利。以組合，此時吊臂受力最為不利。 吊臂強度計算的載荷組合吊臂強度計算的載荷組合（1 1）按工作狀態最大載荷作強度計算）按工作狀態最大載荷作強度計算（2 2）載荷組合：自重，考慮動載系數的吊重，吊臂切向）載荷組合：自重，考慮動載系數的吊重，吊臂切向 水平慣性力，吊重偏擺引起的水平力的總和。水平慣性力，吊重偏擺引起的水平力的總和。* *載荷的確定和組合載荷的確定和組合Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 變幅平面（變幅平面（Z-Y平面）平面） 吊臂端部的作用力：吊臂端部的作用力： 考慮動載系數的吊重考慮動載系數的吊重 起升繩拉力起升繩拉力 吊臂自重載荷（均布載

9、荷）吊臂自重載荷（均布載荷） 副臂傳遞的力和彎矩副臂傳遞的力和彎矩* *吊臂受力分析吊臂受力分析Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 變幅平面（變幅平面（Z-Y平面）平面） 等效到吊臂端部計算公式為：等效到吊臂端部計算公式為：* *吊臂受力分析吊臂受力分析022sinsinsincoscoscossin/()QQjbbyQjbBxQQjxPNPgGGiHPGGMePePiMCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 回轉切向平面（回轉切向平面（Z-X平面）平面） 吊臂端部作用力：吊臂端部作用力： 吊臂偏擺的水平載荷吊臂偏擺的水平

10、載荷 副臂傳遞的水平力和力矩副臂傳遞的水平力和力矩 吊臂自重引起的切向慣性力吊臂自重引起的切向慣性力 作用在吊臂上的風力作用在吊臂上的風力* *吊臂受力分析吊臂受力分析Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 回轉切向平面（回轉切向平面（Z-X平面）平面） 等效到吊臂端部計算公式為：等效到吊臂端部計算公式為： * *吊臂受力分析吊臂受力分析0sinsinsinQQjbbxQjpbbyjyPNPGGiHPHGWMM Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 吊臂截面平面（吊臂截面平面（X-Y平面）平面） 載荷：扭矩載荷：扭矩 * *

11、吊臂受力分析吊臂受力分析02ZQjzMP eMCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 穩定性和強度計算的基本假設穩定性和強度計算的基本假設（1 1）吊臂受力和變形在變幅平面和回轉切向平面內各自）吊臂受力和變形在變幅平面和回轉切向平面內各自 分別考慮，互不影響；分別考慮，互不影響；（2 2）變形時吊臂橫截面按平面處理；）變形時吊臂橫截面按平面處理； （3 3）吊臂變形是小變形，撓度曲線是連續光滑的彈性曲）吊臂變形是小變形，撓度曲線是連續光滑的彈性曲 線，用滿足幾何邊界條件的余弦函數或拋物線函線，用滿足幾何邊界條件的余弦函數或拋物線函 數描述。數描述。 * *吊臂

12、整體穩定性和強度計算吊臂整體穩定性和強度計算Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 整體穩定性驗算整體穩定性驗算 受力狀態：壓彎構件受力狀態：壓彎構件 驗算公式：二階應力理論的強度公式驗算公式：二階應力理論的強度公式* *吊臂整體穩定性和強度計算吊臂整體穩定性和強度計算001111 0.2(1 0.2)1 1 1.11 1.1HxxfxEyHyyfyExxyExExNNMMMNMMMNNNNAWWNNCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算強度計算強度計算 受力狀態：彎矩，扭矩，軸向壓力，橫向剪力受力狀態：彎矩，扭矩，軸向壓力，

13、橫向剪力 驗算公式：二階應力理論驗算公式：二階應力理論 任一截面最大壓應力和最大拉應力為任一截面最大壓應力和最大拉應力為* *吊臂整體穩定性和強度計算吊臂整體穩定性和強度計算1yxLxyyxssxyMNMAWWMNMFWW Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算強度計算強度計算 剪應力為剪應力為 * *吊臂整體穩定性和強度計算吊臂整體穩定性和強度計算11212122()2()222xzbbbbxzbbbbyzhhhSMbSMbSMhCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算強度計算強度計算 局部彎曲應力局部彎曲應力應力組合按第四強

14、度理論計算，驗算公式為應力組合按第四強度理論計算，驗算公式為 * *吊臂整體穩定性和強度計算吊臂整體穩定性和強度計算21cos()1 12log3 41cos()2mbbPb221.3()31.1 mCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算強度計算強度計算 若忽略局部應力，驗算公式為若忽略局部應力，驗算公式為 若忽略局部應力和剪應力，驗算公式為若忽略局部應力和剪應力，驗算公式為* *吊臂整體穩定性和強度計算吊臂整體穩定性和強度計算221.33 1.3Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算強度計算強度計算（1 1）截面上的軸向壓力

15、計算）截面上的軸向壓力計算（2 2）截面上的彎矩計算）截面上的彎矩計算（3 3）截面上的剪力計算）截面上的剪力計算（4 4）截面上的扭矩計算）截面上的扭矩計算（5 5）同步伸縮第二節臂尾部滑塊位于變幅液壓缸支點后）同步伸縮第二節臂尾部滑塊位于變幅液壓缸支點后 的內力計算的內力計算 * *吊臂整體穩定性和強度計算吊臂整體穩定性和強度計算Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算局部失穩部位局部失穩部位 側板和下底板側板和下底板受力狀態受力狀態 下底板下底板- -壓應力和剪應力壓應力和剪應力 側板側板- -拉應力，壓應力和剪應力拉應力，壓應力和剪應力支承方式支承方式

16、彈性嵌固支承彈性嵌固支承 側板較底板支承情況好側板較底板支承情況好 * *吊臂箱板的局部穩定校核吊臂箱板的局部穩定校核Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算正應力單獨作用時薄板局部正應力單獨作用時薄板局部 失穩的臨界應力失穩的臨界應力剪應力單獨作用時薄板局部剪應力單獨作用時薄板局部 失穩的臨界應力失穩的臨界應力和剪應力同時作用薄板和剪應力同時作用薄板 局部穩定性驗算公式局部穩定性驗算公式 * *吊臂箱板的局部穩定校核吊臂箱板的局部穩定校核22122()12(1)crEk kb15221.910 ()crk kbCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸

17、縮式箱型吊臂的設計計算正應力和剪應力同時作用薄板正應力和剪應力同時作用薄板 局部穩定性驗算公式局部穩定性驗算公式 組合臨界應力組合臨界應力* *吊臂箱板的局部穩定校核吊臂箱板的局部穩定校核2211(1)(3)1()()44crcrcrn 22122113(1)(3)()()44crccrcrcr Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算增加局部壓應力后，搭接處側增加局部壓應力后，搭接處側 板的局部穩定性驗算公式板的局部穩定性驗算公式 注：注：（1 1）滑塊支承處向后取一長度）滑塊支承處向后取一長度b b作為作為a a（2 2） 的計算的計算（3 3）由于局部壓應

18、力作用，支承情況）由于局部壓應力作用，支承情況 有所改善有所改善* *吊臂箱板的局部穩定校核吊臂箱板的局部穩定校核2211(1)(3)1()()44mcrcrmcrcrn mcrCompany Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 大型輪胎式起重機吊臂上，為增強側板穩定性，在基本大型輪胎式起重機吊臂上，為增強側板穩定性，在基本 臂側板上臂側板上( (甚至在伸縮臂側板上甚至在伸縮臂側板上) )，縱向或橫向加筋，縱向或橫向加筋; ; 箱形吊臂截面下底板常用兩塊鋼板組成，在板上隔一定箱形吊臂截面下底板常用兩塊鋼板組成，在板上隔一定 間距以塞焊間距以塞焊( (電焊釘電焊釘) )保證

19、其共同工作以符合設計假定。保證其共同工作以符合設計假定。* *吊臂箱板的局部穩定校核吊臂箱板的局部穩定校核Company Logo* *吊臂撓曲變形估算吊臂撓曲變形估算伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算吊臂變幅平面內撓度引起幅度增加，吊臂變幅平面內撓度引起幅度增加，計算穩定性控制的計算穩定性控制的 起重量時應考慮其影響，幅度起重量時應考慮其影響，幅度增加量用下式求得增加量用下式求得 已知端部橫向力、力矩和軸向壓力，吊臂端部撓度用下已知端部橫向力、力矩和軸向壓力，吊臂端部撓度用下 式求得式求得sinyRf 1ffCfCompany Logo* *吊臂撓曲變形估算吊臂撓曲變形估算伸縮

20、式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算吊臂變幅平面內端部撓度吊臂變幅平面內端部撓度 吊臂回轉切向平面內撓度吊臂回轉切向平面內撓度01()yfyyyfCff01()xfxxxfCffCompany Logo* *吊臂撓曲變形估算吊臂撓曲變形估算伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算各撓度之間關系各撓度之間關系xfyfsumf吊臂端部總撓度0 xf0yf0f吊臂各節側隙產生的總撓度1xf1yf1f橫向力和力矩產生的總撓度01()xfxxxfCff01()yfyyyfCffsumxyfffCompany Logo* *吊臂撓曲變形估算吊臂撓曲變形估算伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型

21、吊臂的設計計算吊臂端部撓度的控制吊臂端部撓度的控制 l為吊臂總長度為吊臂總長度-5 2-620010 7 10 0100yxxyflfllff，（忽略不計）Company Logo* *吊臂撓曲變形估算吊臂撓曲變形估算伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算 增大搭接長度，減小側隙或增大對增大搭接長度，減小側隙或增大對Y軸的平均面積慣性軸的平均面積慣性 矩矩Iy，可減小，可減小fx裝配時吊臂端部上翹裝配時吊臂端部上翹5 5l/1000/1000，或將吊臂各節做成香蕉，或將吊臂各節做成香蕉 狀，可減小狀，可減小fy。Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算

22、* *吊臂截面的設計吊臂截面的設計1-里節臂尾部滑塊2-外節臂前部滑塊矩形截面 輪胎式起重機吊臂的材料一般是輪胎式起重機吊臂的材料一般是16Mn16Mn，大型起重機，大型起重機采用高強度低合金鋼采用高強度低合金鋼。常用矩形截面，高寬比一般在常用矩形截面，高寬比一般在1.3-1.81.3-1.8。側板。側板用薄鋼板，厚度在用薄鋼板，厚度在3.2-6mm3.2-6mm范圍，下底板一范圍，下底板一般做得比上蓋板厚些。般做得比上蓋板厚些。 矩形截面危險處為矩形截面危險處為四角焊縫處，是最易產生應力集中之處。四角焊縫處，是最易產生應力集中之處。Company Logo伸縮式箱型吊臂的設計計算伸縮式箱型吊臂的設計計算* *吊臂截面的設計吊臂截面的設計梯形截面橫向抗彎剛度和抗扭剛度比梯形截面橫向抗彎剛度和抗扭剛度比矩形好。正梯形側板上半部拉應力較矩形好。正梯形側板上半部拉應力較大，提高了側板的穩定系數。倒梯形大，提高了側板的穩定系數。倒梯形下底板窄，可避免下底板的局部失穩。下底板窄，可避免下底板的局部失穩。梯矩形截面梯矩形