桥架的载荷计算-教本

由 PGx 和 PQ 产生的静轮压值为：
P1 j = Px1 + P01 ………………………………………（9-5） P2 j = Px2 + P02
采用均衡梁式八轮小车，静轮压计算与四轮小车相同，先求出均衡梁支承铰点的支反
力，再均分于均衡梁的两个车轮上。
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第九章 桥架
静轮压适用于计算惯性力和桥架的静态刚性。
第一节 桥架型式和应用范围
一、梁式起重机桥架 梁式起重机是电动葫芦小车运行在工字钢主梁上的轻小型起重设备，主要承受载荷的
桥架由单根主梁和两根端梁组成，称为梁式单梁桥架。按主梁截面结构型式的不同，可分 为格构式单梁桥架和封闭实腹式单梁桥架。
我国上世纪 70 年代初，研制了新的单梁结构型式，即封闭板式单梁桥架（图 9-2），其 中模压封闭截面桥架（图 9-2a）是以薄钢板模压成型后，与工字钢一起承受载荷的桥架， 在不改变葫芦小车运行机构的情况下，其主梁具有较大的抗弯、抗扭刚性，从而提高了结 构承载能力。桥架只由主梁和端梁组成，主梁端部与端梁改用螺栓连接，减少了连接部件 数量，节约运输存放空间。这种结构已成为系列产品（LB 型），跨度为 7m~22.5m，起重量 l~5t，共有 80 余种规格，是国内主要的单梁桥架型式。
这些扭矩分别作用于梁的不同截面上。 由于主梁和端梁采用固定的连接型式，这些扭转载荷可认为是作用在两端固定的梁上，
如图 9-29 所示。 上述各种载荷对不同的桥架产生的作用也不同，应视具体情况区别对待。 起重机工作中所产生的垂直和水平载荷出现的机率不同，不大可能同时出现，所以设
计时不能用全部载荷计算桥架，应根据起重机的实际工况，把可能经常同时出现的最不利 载荷作为一种计算组合来设计桥架。
再分别计算出动轮压值。
二、水平载荷
1．起、制动惯性载荷 大车（桥架）或小车运行起、制动时，将使桥架、小车和起升质量产生水平惯性力，
其各惯性力用以下总表达式计算，但不大于大车主动轮与钢轨间滑动摩擦（粘着）力之和，
即水平惯性力 PH i 为：
PHi
= φ5ma≤µmg
n0 n
………………………………（9-7）
移动载荷包括额定起升载荷 PQ （包括物品重力和吊具重力）和小车重力 PGx 。设计桥
架时，当完成小车设计或选用标准小车后，小车自重已知，而未知时可用式（9-2）估算：
吊钩小车
电磁小车 抓斗小车
mQ < 30t mQ > 50t
mQ = 5 ~ 20t
PGx = 0.35mQg ⎫
PGx PGx
= 0.32mQg = 0.45mQg
第二节 桥架的载荷计算与载荷组合
桥架上作用的载荷，可分为垂直方向载荷、水平方向载荷和扭转载荷。
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第九章 桥架
一、垂直载荷
桥架沿垂直方向作用的载荷如下述。
1．固定载荷
半桥架重力 PGb 包括主梁、小车轨道、走台、栏杆（或小车导电架及电缆小车）和集中
驱动的传动轴等重力，它们按均布载荷 Fq 作用在跨度为 S 的桥架上：
国外生产的上承式桥架有封闭截面的 Γ 形梁桥架（图 9-8a）、梯形梁桥架（图 9-8b）和
椭圆形梁桥架（图 9-8c）。以上均为双梁桥架，适用于中、小型起重机，Γ形梁桥架应用较 多。
为了降低厂房建筑高度，国外还生产有下承式桥架，如箱形双梁桥架（图 9-8d），单腹 板双梁桥架（图 9-8e）和桁架式桥架（图 9-8f）。下承式桥架的起重小车在桥架内部运行， 需设专用小车承轨梁，桥架制作、受力都较复杂。它们多用于空间受限制的场合。
P1 = φ1Px1 + φ2P01 ………………………………（9-6） P2 = φ1Px2 + φ2 P02 式中φ1 、φ2 也可能是φ4 。当小车轮距不大时，可取合力 ∑ P = P1 + P2 来计算桥架。 对刚性吊具小车，常选用系数φ2 ，φ3 ，φ4 计算。 按照起重机设计规范载荷组合规定，也可将动力系数 φi 先乘在相应质量（载荷）上；
三、扭转载荷
由于垂直、水平载荷对主梁截面的偏心作用而产生扭转载荷（图 9-10），设中轨箱形梁 截面扭心在形心 O 上。
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第九章 桥架
由图 9-10 可见，走台、栏杆（含小车导电架、电缆等）的总重力 PGz 引起外扭矩 Tz = PGze ， 因 PGz 均布，单位均布扭矩 T ' = Tz / S ，梁跨端机电设备固定重力 PGj 产生外扭矩 Tj = PGje 。 惯性力 PH1 和 PH 2 引起移动集中外扭矩 TH = (PH1 + PH 2 )h′ 。在偏轨箱形梁中，小车动轮压 P1 ，P2 也产生外扭矩，当扭矩方向相同时，合扭矩为 ∑ TP = (PH1 + PH 2 )h′ + (P1 + P2 )b0 / 2 。
Fq
=
PG b S
………………………………………（9-1）
桥架上的固定设备载荷 PGi 随起重机而不同，它包括运行机构电机重力 PGd 、减速机重
力 PGj 和司机室（集中力方式作用在
桥架上。
设计桥架时，固定载荷均属未知，可用下列方法估计：
1）利用设计手册及产品目录查取； 2）参考类似产品确定，这是既方便又准确的方法。 2．移动载荷
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第九章 桥架
二、通用桥式起重机桥架 通用桥式起重机的起重量为 5~100t，是工矿企业应用最为广泛的中型起重设备。特制
的小车运行在桥架的主梁上，桥架分为桥式双梁桥架和桥式单梁桥架。 桥架根据主梁和走台形式的不同而异。常见主梁和走台结构型式。 1）中轨箱形梁桥架 2）预应力箱形梁桥架。 3）半偏轨箱形梁桥架。 4）偏轨箱形梁桥架。 5）四桁架桥架。 6）三角形截面桥架。 前三种桥架的共同特点是主梁为窄形梁，高宽比约为 2.5~3，并设有走台，行人安全感
⎪ ⎪ ⎬ ⎪
PGx = (0.95 ~1)mQg⎭⎪
………（9-2）
移动载荷以小车轮压的方式作用在主梁上。四轮小车轮压计算简图如图 9-9 所示。O 是
小车架中心，K 和 b 是小车架的轨距和轮距，额定起升载荷 PQ 作用点为 E，小车的综合质
心 F 偏离通过 O 的纵轴的距离为 e，E 点距 AD 边为 l1，F 点距 AD 边为 l2，分别计算受力 较大一侧梁（AB）的轮压值。
模压截面需有专用冲压设备，为减少设备投资，曾用圆管或钢板焊接封闭截面代替， 制造了圆管封闭截面桥架（图 9-2c）和钢板焊接封闭截面桥架（图 9-2b），两者因结构材料 分布不够合理、制作工艺复杂而未能得到推广。
当起重量增大时，模压封闭截面桥架的刚性不足，而采用了箱形截面桥架（图 9-2 d）， 由于这种箱形梁下翼缘板承受小车轮压，故采用加宽、加厚的下翼缘板，以增大水平刚性， 起重量可增大到 l6t，电动葫芦运行小车可根据需要配制。这种封闭式单梁桥架，主、端梁 采用可拆式螺栓连接，用薄板焊接代替桁架焊接结构，从而改进了制作工艺，节省了工时， 使梁单元的存放、运输更加便利，克服了格构式单梁桥架的不足，是一种新的结构型式。
桥式起重机桥架，常以起升、大车运行两机构同时起、制动工况，带载运行工况和试 验工况来决定组合，详见载荷组合表 3-25。
小车重力 PGx 产生的静轮压 Px1 和 Px2 为：
Px1
=
PGx b
(0.5 +
e
/
K )(b
− l2 )
…………………………（9-3）
Px 2
=
PGx b
(0.5 +
e/
K )l2
额定起升载荷 PQ 产生的静轮压 P01 和 P02 为：
P01 = PQ (b − l1) / 2b ………………………………（9-4） P02 = PQl1 / 2b
力 PH1 、 PH 2 作用于梁上，并与轮压的作用位置相对应。当轮压不大时，为简化计算，常以
合力 PH = PH1 + PH 2 作用于主梁上。
2．偏斜运行时的水平侧向载荷 桥架偏斜运行时，产生的水平侧向载荷可按第三章决定。偏斜运行时的水平侧向载荷
Ps ，作用在一侧端梁的相应车轮轮缘上。
3．风载荷 跨度大于 30m 的露天工作的桥式起重机，应考虑风载荷，其计算参照第三章，风载荷 按水平均布载荷作用主梁上。有时为计算方便，两根主梁均布风载荷取等值。
根据运行小车轨道的位置，分为对称轨道单梁桥架和非对称轨道单梁桥架 三、冶金桥式起重机桥架
冶金桥式超重机是钢铁企业中普遍使用的大型起重设备，起重量为 100~500t 左右，其 桥架结构大型化，自重达几百吨。最常用的桥架也是由两根主梁和两根端梁组成。根据主 梁截面型式不同，桥架又分为不同的型式。
1）偏轨实腹箱形梁桥架与偏轨箱形梁桥架基本相同，仅主梁尺寸比较大些。 2）偏轨空腹箱形梁桥架）。 3）偏轨单腹板桁架式桥架。 这三种桥架都是冶金起重机常用的结构型式，是宽箱形梁，高宽比约为 1~1.2 左右，梁 内空间大，可放置运行机构和电气设备，并省略走台，从而为制造、运输带来方便。 四、国内外桥式起重机新型桥架 随着科技和生产的不断发展，桥架也不断更新，出现了新的结构型式，如图 9-8 所示。
二、教学内容的重点及难点 重点：1）桥架的载荷计算与载荷组合，桥架的设计步骤，起重机的轨道的选取与固定方法。 2）桥架作为整体结构与单根梁结构的尺寸控制、连接要求、公差配合的不同。四桁架桥架的
载荷和分配假定。 3）单、双梁桥架的设计步骤和方法。
难点：单梁桥架的设计，中轨箱形梁桥架的设计，偏轨箱形梁桥架的设计，四桁架桥架的设计步骤。 三、教学方式与手段 理论教学与模型、实物参观相结合。 四、教学内容的深化与拓宽 推荐与相关现代结构设计方法相关的参考书。
3．冲击载荷
桥式起重机运行至轨道接头时，产生冲击力，引起结构振动，由运行冲击系数φ4 考虑。
起重小车升降物品起、制动（或起升载荷全部或部分突然卸载）时，会使结构的自重载荷、
起升载荷增大，自重载荷由起升冲击系数φ1 、起升载荷由计算结构的动载系数φ2 或突然卸
载冲击系数φ3 考虑。
根据不同工况，各系数应乘以不同的载荷，详见载荷组合表 3-25。详细计算时，对吊 钩起重小车动轮压为：
国外单梁桥架的主、端梁也都采用螺栓连接型式，主梁采用 H 型钢，提高了单梁桥架 的承载能力。我国也已研制成功这种型材，并已得到广泛应用。
我国研制的 LDT 型电动单梁起重机系列是参考国外结构自主开发的系列产品，已推广 应用。该系列参数为起重量 1~10t，跨度 7.5~22.5m，桥架由一根主梁和两根端梁构成，主 梁截面按起重量和跨度的不同而异，有三种型式：槽钢和工字钢焊成组合截面、H 型钢和 焊接箱形梁，分别用于小、中、大不同的吨位和跨度。端梁采用钢板模压焊接箱形梁，主、 端梁采用承载凸缘螺栓连接，配置 AS 型电动葫芦和 GL“三合一”运行机构。AS 型电动葫 芦的部分性能参数列于表 9-1，供设计参考。
强，后三种桥架主梁是宽形梁，梁高宽比约为 1.2~1.6，均以上翼缘板或铺板兼作走台，省 去了专用的走台材料，提高了桥架的承载能力。目前生产最多的是中轨和偏轨箱形梁桥架， 其余桥架因工艺复杂而较少生产。四桁架桥架、偏轨箱形梁桥架多用于门式起重机金属结 构中。
桥式单梁桥架与桥式双梁桥架基本相同，只是以单根宽箱形梁代替两根窄箱形双梁， 端梁仍为两段。起重小车骑跨在单梁上运行。
按主梁截面结构型式的不同可分我国上世纪70年代初研制了新的单梁结构型式即封闭板式单梁桥架图92其中模压封闭截面桥架图92a是以薄钢板模压成型后与工字钢一起承受载荷的桥架在不改变葫芦小车运行机构的情况下其主梁具有较大的抗弯抗扭刚性从而提高了结构承载能力
第九章 桥架
第九章 桥 架
一、教学目标及基本要求 通过学习本章知识，学生能够设计出各种类型的桥式起重机的桥架结构。
根据上式计算的惯性力为：
1）小车运行起、制动惯性力为 PH′ ，沿主梁轨顶作用而传给端梁。
2）大车起、制动惯性力。
半桥架质量 mG 产生的水平惯性力，以水平均布载荷 FH 作用于梁上。
由半桥架固定设备的集中质量 mGi 产生的惯性力 PH i 。以水平集中力作用于梁的相应位
置上。
小车质量和总起升的质量（ mx + m ）产生的水平惯性力以小车轮传递的水平移动集中
国内外己研制成曲板梁和四梁式桥架。曲腹板桥架是由两个单腹板梁构成，共腹板做 成曲折形，可省去加劲肋，但这种梁很少用。
四梁式桥架是由两根主梁和两根完整端梁组成的，两根端梁用模压封闭截面，车轮用 轴穿式结构固定在端梁上。主梁多采用偏轨、半偏轨宽箱形梁，主梁和端梁用高强度螺栓 连接形成四根梁的桥架，称为四梁桥架。大车采用“三合一”运行机构。为便于检修机械 和放置电气设备，主梁两端设有小型走台，这种桥架主梁刚强，主、端梁分开，制作、存 放、运输方便，因而很受制造厂、用户欢迎。