高手實例之由龍門起重機的底部水平力如何考慮？所引發(fā)的六連問

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問題1
( P# j5 o4 H% l& M& Q在龍門吊設(shè)計時,，在龍門吊的平面內(nèi),，整個吊車應(yīng)該就相當(dāng)于一個單層框架,。很明顯,，在豎向荷載作用下,，兩邊的腿必定會有垂直于軌道的水平反力,，不知在龍門吊設(shè)計時這個水平反力是如何考慮的？門式剛架中可通過抗剪件來受這個水平力,，但龍門吊是要沿著軌道走的，不知設(shè)計時,，這個水平力是把它釋放掉還是通過輪子與軌道的接觸來承受,？換句話說，龍門吊的計算模型中是兩個固定鉸支座還是有一個滑動鉸支座,。
( q9 |& D6 a2 o回答
在龍門吊的平面內(nèi)（門架平面內(nèi)）,，整個吊車是就相當(dāng)于一個剛性框架。
    龍門吊的門架是通過車輪支承在起重機的軌道上的,，支承的性質(zhì)取決于軌道能否給車輪以足夠的側(cè)向推力來約束車輪相對于軌道表面的側(cè)向滑動,，事實上，側(cè)向推力的大小與龍門吊是否處于運行狀態(tài)有關(guān),。
) B. p9 U2 H& E" h8 X    當(dāng)龍門吊不運動時,，軌道對車輪的側(cè)向摩擦力通常足以阻止車輪的側(cè)向滑動；
* E# ~1 s, |0 \$ W' S. C    當(dāng)龍門吊移動的時候,，車輪的側(cè)向滑移阻力會急劇下降,，側(cè)向推力接近于0。
    試驗證明,，當(dāng)圓柱車輪在極小的側(cè)向力H（H/P《f ）作用下滾動的時候,，車輪可發(fā)生側(cè)向滑移，沿偏角α的斜線方向運行,。


在任何情況下,，車輪總能夠繞軌道頂部自由擺動，如附圖,，因此,，側(cè)向推力為0時，支承性質(zhì)屬于可動鉸支座,，當(dāng)車輪不能側(cè)移時,，支承屬于固定鉸支座。順便說一句,，車輪的輪緣和軌道之間是有一定間隙的,，這個間隙一般在20~30mm，車輪輪緣和軌道側(cè)面相接觸,，共同形成側(cè)向約束,。產(chǎn)生橫推力。



7 h9 I* P; ~: V! A對于主梁而言,，如前述,，當(dāng)有橫推力時,，龍門架為一次超靜定結(jié)構(gòu)（圖1），無橫推力時,，為靜定支承剛架（圖2）,，很簡單，當(dāng)為靜定結(jié)構(gòu)時,，主梁處于最不利工況,，因此，主梁一般的按兩端簡支梁計算（圖3）,，這個不會因結(jié)構(gòu)形式和支承情況而改變
- `! G+ P" X- R- \* M

但是對于支腿而言,，門架按一次超靜定剛架計算。
. m. O7 ~* E! F0 `支腿的計算也不是一成不變的,。
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候,，考慮溫度變化等因素,，支腿一般做成一個剛性腿和一個柔性腿，這個時候,，門架就按靜定結(jié)構(gòu)計算了,，此時允許柔性腿頂部有一定的變形。
一般,，跨度30米以內(nèi)的做成2個剛性腿,，大于30米為一個剛性腿，一個柔性腿,。

問題2
; B/ c- I: t3 w$ w/ A# N

四方體的移動架在路軌上移動,路軌鋪在承軌梁上,承軌梁標(biāo)高13m,移動架支腿高(含行走機構(gòu))6m,吊重400t,鋼索長20m.移動架長10.5m,寬3.5m(我也認(rèn)為不合理,但沒辦法,安裝要求)

我在計算支腿柱頭彎矩(移動架主梁和支腿連接處)時,遇到如何考慮計算模型的問題.一般來講,移動架體行走時,輪軌側(cè)向力可以視為零,移動架體處于靜止?fàn)顟B(tài)時,有輪軌側(cè)向力.

計算支腿柱頭彎矩,應(yīng)該考慮兩種情況:

一位移動架處于靜止時,吊重作用在移動架主梁上引起柱頭處的彎矩,另外開始起吊時(即把吊重提升到一定高度,然后再移動移動架體),由于吊重偏離垂直方向2度到3度時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,移動架體處于運動狀態(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),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),整個移動架體有一個慣性力(一邊卡死,另一邊用卷揚機的拉力仍在,這里是需要考慮慣性力還是卷揚機的拉力?),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,畢竟輪軌處有一定的協(xié)調(diào)變形,這些力需要折算,然后計算柱頭彎矩.

想請教一下在設(shè)計時,如何準(zhǔn)確計算支腿柱頭彎矩?

另外,對于吊重量大(比如200噸以上)的移動架體,個人認(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?
回答
+ u9 F: d. g0 U( ~: v" k" Z+ G1 b

先說一說"三合一"的問題,。
% ]/ J+ l6 K5 i    橋式類型的起重機大車運行機構(gòu)的運行方式無非就是集中驅(qū)動和分別驅(qū)動二種方式，在早期的橋式類型的起重機設(shè)計中,，具體就是50年代,，都認(rèn)為集中驅(qū)動是唯一的選擇方式，認(rèn)為只有這樣才能保證大車運行同步,，原因是只有兩側(cè)主動輪的轉(zhuǎn)速保持同步才能使起重機走直線,，多年的理論與實踐證明，分別驅(qū)動并不破壞起重機直線運動的規(guī)律,。而且,，集中驅(qū)動因為傳動零件多，安裝調(diào)整復(fù)雜,，已經(jīng)被分別驅(qū)動所代替,。
    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)電動機的輸出力矩可以互相調(diào)節(jié),，車輪與輪軌卡死的現(xiàn)象基本不會出現(xiàn)，再者,，你的運行速度不會很快的,，也就更不會出現(xiàn)了。
    所謂的三合一就是電機,、減速器,、制動器三合一，沒有了聯(lián)軸器,，和一般的分別驅(qū)動的區(qū)別是用電磁制動而不是液壓制動,，沖擊大一些,，但是如果運行速度低,，且在運行機構(gòu)上是可以的。
    你關(guān)心的是起重機跑偏后的水平側(cè)向力,，那么這個力到底多大呢,？
3 d3 Y8 U0 C( F    你的這個架子自重估計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。
這個力已經(jīng)算的很大,，由于運行速度低,，側(cè)向力不會達(dá)到上述計算值。
+ q7 u* c' d2 c/ J# ?
6 @0 ^: s1 ?7 G3 \; |4 d1 w( A: E! k問題3
對于移動架輪子偏斜運行時的水平側(cè)向力應(yīng)該按照你所說的近似公式計算,；但是,，這里關(guān)于L和B的取值，我覺得應(yīng)該是：L為起重機的跨距,，反映在移動架體上就是兩側(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)行走機構(gòu)最外側(cè)輪子中心線的距離,，這里應(yīng)該取3.5m,。
2 ]( u1 I' \, p5 y! s' \9 ?所以，λ=0.15,，則P=16.875t,。
總體感覺這個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)計上彌補了。不過對這個問題的認(rèn)識有了提高,，非常感謝了,。
不知以為如何？
回答
& ]3 e. y2 w& \由于吊重偏離垂直方向2度到3度時引起的輪軌反力反映在支腿柱頭處的彎矩;
這個角度考慮有誤,。1,、由于在載荷起升的過程中（大車不動），起升速度緩慢起升,，且吊重的開始位置不會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，起升是一個緩慢的過程,，不是一下就發(fā)生的,。再說，起吊過程會拴牽引繩,，不讓他偏擺,。
2、大車運行起制動的時候,，倒是有水平運行慣性力,。那么這個力多大呢？
你的大車運行速度不會超過10m/min吧,，一般大車起制動時間約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,。
3、順便說一句,，只有在塔吊等臂架類型起重機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,。

問題4
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算的依據(jù)的。
7 m6 Z  \+ o, w) F- |' ~# |( V另外,，計算起制動引起的慣性力時,，偏擺角應(yīng)該是arctg a/g吧？
1 [; x' ?: S2 ~回答
$ f! ?7 v4 R$ c5 _3 X$ L9 L1,、是arctg 2*a/g,，見《起重機設(shè)計手冊》（機械工業(yè)出版社） P23
- y4 x( K; t9 Z; A4 y/ X' @$ }# n2、由于運行機構(gòu)的水平慣性載荷很大,，所以,，一般運行機構(gòu)的起制動時間很長，為4~6秒,，有的時間更長,。這個慣性力也可用理論力學(xué)的剛體動力學(xué)計算,。
     運行速度10米/分,，時間為5秒，則加減速度a為0.033,，P=ma,，則慣性力就可以計算出來了，我認(rèn)為對于該結(jié)構(gòu)來說是微乎其微了,。
: X* _5 M8 K" [
問題5
我現(xiàn)在最大的問題是,，輪子水平力疊加的問題，由于最終我要計算柱頭處的彎矩,，所以,，你認(rèn)為那（哪）些力系組合是合理的？
9 U9 K9 P! t/ q! l% B回答
1 [# n8 L& }! \2 ~- C8 ?, K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,，這個力對支腿產(chǎn)生彎矩。
2 O- e9 d: q8 w: C$ i6 ^" T計算柱頭處的彎矩其實就是龍門吊計算支腿的強度問題,。
你的這個結(jié)構(gòu)可以簡化成正面剛架（沿跨度方向）和側(cè)面（支腿平面）兩種平面剛架進(jìn)行計算,。
1、正面剛架如果是2個剛性腿的話,，在大車運行時,，是靜定門架,，大車不動時是一次超靜定門架。如前所述,，計算支腿時按一次超靜定考慮,。
  K7 ~  t* ]6 q) E2、支腿平面是靜定門架,。
# `1 A% J) V  J7 s3,、作用在龍門架上的力只有吊重、自重,、大車制動慣性力,、大車歪斜側(cè)向力，因為你沒有小車,，在室內(nèi),，所以不考慮風(fēng)載荷、小車制動力和小車碰撞載荷,。
/ `, W8 y5 u. E; i# t; Y4,、支腿的計算分上述2個平面計算。
在正面,，由吊重會對支腿根部產(chǎn)生水平推力,，從而在柱頭產(chǎn)生1個彎矩。
: _% G" m9 M0 N4 ?% W5 O% F- C大車運行水平慣性力會在支腿平面對支腿產(chǎn)生1個彎矩,。
還有就是大車運行的歪斜側(cè)向力也會產(chǎn)生彎矩,。
還有就是吊重對支腿產(chǎn)生的壓力。
以上彎矩不是簡單疊加,，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,。
( h* K  }3 p) w; x6 Y4 l9 B因此，支腿是一個雙向壓彎構(gòu)件,。
如果搞清了這個結(jié)構(gòu)的受力,，計算應(yīng)該不麻煩了吧。
: j# V+ a# D8 l& K3 h" F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)吊點離支腿距離是多少，在支腿平面,，吊點離支腿多少等,，所以不好直接計算，但是，算法是一樣的,。
) k' S) F8 s( d9 h% X# t6 T需要另外提醒的是有關(guān)車輪的問題,。
你的吊重400噸，自重就算50噸,，總共450噸,，每個支腿100多噸，一個支腿一個輪子共4個輪子肯定不行了,，因為,，一般的軌道到60噸左右，所以,，至少是一個支腿2個輪子共8個輪子,，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,。
因此,，車輪組及軌道的計算也很重要，請注意,。
+ G! S" ]* V9 X2 }* K. j還有就是大車運行的驅(qū)動問題,。
我不知道你是用三合一或者別的機構(gòu)等自身能夠動的機構(gòu)呢,，還是用卷揚機牽引運行,。兩個各有優(yōu)缺點。如果使用頻率不高,，一年也就幾件,，用卷揚機比較合算，因為在施工單位來說,，卷揚機到處都是,，臨時拿來就可以用了，有自身的動力如三合一當(dāng)然更好,，但要考慮經(jīng)濟因素,。
& D8 a3 s- f0 i不管哪一種方式，你都要計算出運行的阻力出來,。
& F- S* R: B9 m% d! W2 ]" W
& d6 j* W) t  x/ z( N1 @問題6
看我的設(shè)計方案
2 f& C+ `7 ~5 Z7 O( j0 @- }9 H# S1.考慮采用卷揚機,采用6倍的滑輪組,應(yīng)該沒有問題.
2.關(guān)于車輪的選用,不敢大意,現(xiàn)采用一邊8個,共16個輪子.
9 ~( C" \8 R& \# H6 Y( T3.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,計算支腿時,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.對于大車起制動引起的慣性力和偏軌引起的側(cè)向力對于支腿的影響,我覺得反映在一點是一樣的,即輪軌偏軌引起的側(cè)向力,側(cè)向力對柱頭應(yīng)該有彎矩作用.
& z# |9 {9 X) M% e# ?, C2 m對于支腿平面,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.
% J+ P( m1 a: P: W主梁長10.5m,上作用兩個力,關(guān)于中心成對稱,，兩個力間距離4.5m.
大車起制動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.這個側(cè)向力對柱頭應(yīng)該有個附加彎矩,然后和由于吊重引起的彎矩疊加,應(yīng)該是很大的值.
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.
( }, ]- s4 h, X- g* g2 ?回答
. N3 c: a3 y) P5 y1、用卷揚機,，我感覺這個方案比較簡單,、經(jīng)濟,。至于滑輪組，我感覺沒有這么復(fù)雜吧,，不過,，這要看你機構(gòu)的設(shè)計計算了，我不好斷言,。
# Q# z4 {* x1 e, ?$ g9 p2,、用16個車輪，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,，這個臺車的結(jié)構(gòu)可是夠復(fù)雜，夠重的了,。
參照他人設(shè)計,，采用兩條軌道，成功案例是可承重450t的移動架體,，所以,，用16個車輪應(yīng)該是可以的。
' c4 t. ?, X0 N4 B( N5 y對于彎矩的計算,，感覺昨天考慮的不大合適,，輪軌跑偏時，引起側(cè)向力,，對柱頭引起彎矩,，這時候，由于移動架處于運動狀態(tài),，所以 ,，不考慮吊重引起的柱頭彎矩；除非是移動架在運動中突然卡死,，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,，取大作為計算依據(jù),。
以為如何？
/ v$ |8 _; ^5 O2 N1 w9 ?' D; V8 f( o% Z現(xiàn)在我的大梁計算出來，采用箱形梁,，翼緣30,，腹板1200，也夠大了,，證明是強度控制的梁,，這跟以前計算中的剛度控制不同，可能跟吊重和吊重的位置有關(guān),。
; e: z- k. Z" f0 P, G另外,，現(xiàn)在初步選定支腿柱頭面法蘭長度為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。
4 L) g3 V. d/ ^( O- g. W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。
/ i/ c0 E# ?) c- B* d* X9 C一個臺車大概8t左右,，兩個16t,所以,，也不是很輕的。
4 a6 j, i7 ~. u% o2 a  y" P3,、關(guān)于支腿的彎矩,，按照上述原則計算就是，感覺大車慣性力計算偏大,。注意大車慣性力應(yīng)作用在主梁（簡單計算）,，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,，這個力是大頭，估計在150噸米左右,。
4,、主梁是箱型梁，計算太保守了吧,？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,，這計算已經(jīng)夠保守的了,。
5、限高要求比較嚴(yán)的話,，用法蘭就是,，不過，和臺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算按照常規(guī)就是,，規(guī)范已經(jīng)很詳細(xì)。
1 n; i! Z/ J2 D- h. ~7 I4 V$ W以上的討論只是大概的總體方案的討論,，實際寫計算書的時候要復(fù)雜,，比如水平慣性力的計算要分別計算支腿、主梁等,，但實際結(jié)果肯定比估計的小,。 要考慮起重機設(shè)計有關(guān)的動力系數(shù)。在主梁,、支腿的截面選擇時要符合規(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)計時,，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)行校核計算,，與手算進(jìn)行對比,，如SAP，這樣就會心里更有數(shù),。
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點評：
搞起重設(shè)備的,，在各方面要備加小心，國家對這一塊管的很嚴(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,。因為未知的因素太多,，包括制造（特別是焊接）、安裝,、使用等,，所以要通盤考慮,。上海滬東造船廠2001.7.17事故就是個例子，那可是有博導(dǎo)在現(xiàn)場�,�,！因此，起重設(shè)備無小事,，一旦出事就是大事,。無論哪個環(huán)節(jié)出了事，都不是好事,，你也不可能一點沒事,。之所謂一失足成千古恨。
. l5 y5 _& q* Q* w- ?. ?  安全是第一位的,，絕對要保證萬無一失,，因此，應(yīng)力取小一些會讓人放心,，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)計無問題,，制造也無問題,，但是用的時候，碰到膽大的,，指不定會給你怎么用呢,！如果你經(jīng)常去現(xiàn)場，有一些對起重設(shè)備違規(guī)的現(xiàn)象,，你做夢都想不到,。搞起重的，越懂,，膽子越小,，你信不信？
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玩大結(jié)構(gòu),，巨型結(jié)構(gòu)，玩到一個年頭,，就再也不敢信誰了,，尤其在國內(nèi)，自己能玩的年代就自己玩一把,，自己感覺能力下降了,，不能玩了，就主動退出這個江湖,，
% w1 Z3 H* X2 v/ b# B* D: I2 T
樓主談的這些問題很對,，越玩越膽小，即使這些東西都懂,，假如對材料一知半解,，在國內(nèi)，一下就可以翻車,，萬劫不復(fù),，這也正是國內(nèi)害怕玩這些，全面引進(jìn)的一個原因,，
/ Y5 J8 O7 T$ }% f/ C0 O
舉例說,，你計算好了，沒問題,，但對于厚板結(jié)構(gòu),，什么都還好好的呢，鋼板層間撕裂了,，結(jié)構(gòu)一下就全面崩潰了,，重大事故,，到時候，你說都說不清楚,，

探索號QM

安全和質(zhì)量的保證是針對風(fēng)險而言,。

吟蕩第九步

樓上的好可憐，我是來學(xué)習(xí)經(jīng)驗的,。

歌舞

設(shè)計和使用是兩回事啊

739046455

收藏仔細(xì)慢慢看

bamboo

表示完全看不懂,，但掃街大俠新?lián)Q的頭像很霸氣 很玄幻，手里還是掃帚么,？

劍南春17385

長篇大論,！
+ H7 i2 q. `6 y$ T7 w9 o

瀟湘逸夢

理論依據(jù)啊，以后設(shè)計相關(guān)東西可以拿來計算驗證一下了

萬古悲風(fēng)

太復(fù)雜了,，有點看不懂