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1、东 北 石 油 大 学课 程 设 计课 程桁架构造创新设计题 目龙门式起重机构造创新设计学 院机械科学与工程学院专业班级工程力学14-1班学生姓名蒋婷学生学号4指引教师李治淼7月22日目 录第1章 概述11.1 制作龙门吊的目的及意义11.2 选题背景1第2章 制作规定22.1 整体规定22.2 模型规定22.3 加载方式32.4 失效评比42.5 模型材料及工具4第3章 设计阐明53.1 桁架阐明53.2 构造阐明53.3 节点阐明6第4章 龙门吊静力学计算74.1 龙门吊静力分析力学模型74.2 龙门吊内力计算94.3 龙门吊应力计算104.4 龙门吊位移计算11第5章 龙门吊稳定性计算1
2、15.1 龙门吊稳定性分析模型135.2 稳定性计算成果分析13第6章 总结14第1章 概述1.1 制作龙门吊的目的及意义龙门吊重要用于室外的货场、料场货、散货的装卸作业。它的金属构造像门形框架，承载主梁下安装两条支脚，可以直接在地面的轨道上行走，主梁两端可以具有外伸悬臂梁。它的种类有诸多，按门框构造形式划分，可分为门式起重机和悬臂门式起重机。其中门式起重机具有场地运用率高、作业范畴大、适应面广、通用性强等特点，在港口货场得到广泛使用。保证它的强度、刚度、稳定性等，是可以安全应用于实际生活中的前提。1.2 选题背景龙门式起重机（gantry crane）是桥式起重机的一种变形，俗称龙门吊、龙门
3、起重机。龙门式起重机是门式起重机的象形说法。重要用于室外的货场、料场货、散货的装卸作业。整体构造像门形框架，承载主梁下安装两条支脚，可以直接在地面的轨道上行走，主梁两端可以具有外伸悬臂梁。龙门式起重机具有场地运用率高、作业范畴大、适应面广、通用性强等特点，在港口货场得到广泛使用。如图1.1所示的桁架梁式龙门起重机是由角钢或工字钢焊接而成的，长处是造价低，自重轻，抗风性好。但是由于焊接点多和桁架自身的缺陷，桁架梁也具有挠度大，刚度小，可靠性相对较低，需要频繁检测焊点等缺陷。合用于对安全规定较低，起重量较小的场地。图1.1 单梁桁架门式起重机第2章 制作规定2.1 整体规定使用竹条和胶水制作一龙门
4、式起重机构造，下部具有至少长600mm，宽350mm的立面空间，将在顶部梁的中央悬挂加载配重，规定构造在此工况下不发生破坏。模型采用竹条材料制作，模型制作自行安排时间地点来进行，材料与工具自备。2.2 模型规定模型在重力作用下与加载平面接触，此时模型的正面投影应在如图2.1所示阴影范畴之外。在加载平面上有一600mm*350mm的矩形区域，该区域不能有任何构件。该矩形区域紧贴加载平面，之间没有缝隙，矩形区域下部不能有拉条等构造构件。图2.1 限定范畴及加载示意图我们将准备一种的外轮廓投影大小刚好是600mm*350mm的检测用长方体。长方体将在模型验收时推入该区域，如果无法推入则视为模型不符合
5、规定。图2.2 下部净空间及挠度检查示意图2.3 加载方式模型直接放置在加载平面上，加载平面是水平的。模型与加载平面互相独立，不能粘接。加载平面上将放置一张A0图纸，以保证构造与加载平面之间有一种统一的摩擦系数。模型加载采用悬挂重物的方式进行加载，力F的方向竖直向下。如图2.1所示，加载位置是正面投影矩形限制区域的中线位置。模型的高度、长度、跨度以及具体的构造形式均不做任何限制，只要保证如图2.2所示符合挠度检查规定即可。可以浮现如图2.1所示的不对称状况，变截面、变高度、变宽度、梁式构造、张拉构造、桁架构造、预应力构造等等都是容许的。模型必须保证挂钩能顺利挂在模型加载位置，需根据挂钩对加载点
6、进行设计，保证挂钩顺利悬挂。构造构件不能阻碍悬挂挂钩和配重，如果浮现不能实现加载，无法记录成绩的问题，责任自负。所使用挂钩如图2.3所示的膨胀螺栓吊钩。 图2.3 加载挂钩2.4 失效评比 模型在进行加载时，模型的失效分为部分失效和整体失效。浮现下列任一情形则鉴定为模型整体失效，不能继续加载，成绩记为零分：（1）在加载阶段，整体构造浮现垮塌或侧倒，无法完毕加载。（2）浮现违背规定的其他状况，具体由评委讨论决定。浮现下列情形鉴定为部分失效：（1）整体没有破坏，但模型浮现明显的变形，构件发生过大的挠度，导致挂上重物后无法推入长方体的状况。（2）浮现违背规定的其他状况，具体由评委讨论决定。2.5 模
7、型材料及工具（1）竹材：用于制作构造构件，自行购买。竹材规格见表2-1。（2）502胶水：用于模型构造件之间的连接，自备502 胶水。（3）制作工具：自行携带制作工具，可以对材料进行任意机械加工（切、削、剪、磨等均可），但不能变化材料的力学性能。表2-1 竹材规格序号竹材规格1900*3*2mm2900*3*3mm3900*3*6mm4900*1*6mm5900*2*2mm注：竹材力学性能参照值弹模量1.0104MPa ，抗拉强度60MPa 。 第3章 设计阐明3.1 桁架阐明本次桁架设计为龙门吊构造，整个模型涉及横梁（及其中间构成部分）、支座两大部分。重要来进行整个横梁及支座的设计与制作，并
8、通过502胶水将各构造互相连接，整体采用竹木条材料制作。3.2 构造阐明龙门起重机构造不仅承当竖向静荷载，并且需承受一定量的弯矩，在重物作用的状况下具有足够的刚度，且不发生破坏。对于构造形式及造型而言，只要满足有关控制点的规定，对塔架体系以及外形的选择不限，这为设计方案的选择提供了较大的余地。在构造选型过程中分别从构造体系及构造外形两方面进行了分析。在构造体系的选用方面，由于拱形构造能将力传递到两端，能承受较大的弯矩作用，而不至于折断，且传力最为直接、高效，非常合用于拱形梁构造。 在构造外形的选择方面，考虑到起重机要承受较大的向下压应力挠度不易过大，因此横梁应采用中间高，两端低的模型，这样既可
9、以省材料，又能保证挠度不大，而拱形是满足此规定，并且有很大的抗压能力，而底座承受更大的压应力，因此揉度不易过大，通过长时间的实验，最后采用了如图3.1此种构造的底座，此构造有较大的硬度与刚度，可以完全承受所规定的重量，而梁与底座的接触点采用面接触，因挠度不大，因此接触点只是简朴地连接即可，由于力分散到左右两个支座，因此两边的弯曲会很大，因此将两个支座设计为由多种三角形构成的形式。三角形的构造具有稳定性不易变形抗压，抗弯的能力均较强，因此可以较好的分担梁的受力，给梁以支撑的作用。截面采用L型构造，让构造可以实现好地连接，避免开胶。 图3.1 支座模型图3.3 节点阐明起重机构造中涉及较多节点，竹
10、子构件在这些节点处的连接均采用胶水粘结，为贴合连接节点。这里列出了三种典型的节点连接构造形式，如图3.2所示，涉及粘合节点（节点 A）、横梁顶部与塔架之间的节点（节点 B）、塔架与横梁中部之间的节点（节点 C）。塔架的主干与主干之间还连有细杆，以保证构造的稳定。 A节 点使用搭接和粘接的组合方式，可以使起加固作用的连接杆承受一定的拉力而不会断开。B节点，保证十分稳固，不仅节省材料，也满足规定。C节点的设计采用最简朴的连接方式，用于此处不仅可以提高强度，还能提高其稳定性。 A节点粘接方式 B节点粘接方式 C节点粘接方式图3.2 各节点粘接方式第4章 龙门吊静力学计算4.1 龙门吊静力分析力学模型
11、本次设计的桁架构造总长610mm，总高380mm。运用学过的材料力学和构造力学，采用有限元软件ANSYS进行力学分析与计算。在ANSYS中，采用Beam188梁单元离散，由于构造每一段在其中都被打断，因此在mesh的时候每一段只划分了两段，如图4.1所示。图4.1 整体模型图这个构造总共有324个单元，300个节点，在支座两端施加全约束，在梁上最中间处，即截面为6*6mm中间处施加FY=100N的力。在保证满足承载的状况下，我们但愿它的质量尽量的小，因此我们对我们使用的材料以及重要截面做出相应的记录，如表4-1所示。其中四种重要截面分别如图4.2、4.3、4.4所示。表4-1 竹条用料登记表竹
12、条横截面积/mm2桁架的体积mm3 竹条的根数3*6*2*11220026*15719.3542*217082.633*27900.403 图4.2 截面1图4.3 截面2 图4.4 截面3 图4.5 截面44.2 龙门吊内力计算通过轴力图与弯矩图来分析局部受力状况，从而简化构造，达到最佳状态。据图4.6可知弯矩最大处发生在最中间两根杆处，因素是中间承重杆所受力向两边传递，导致边上两根杆受力最大。图4.6 弯矩图根据图4.7分析得知，梁上两根杆一边受压，一边受拉，轴力最大处发生在这两根杆的中间处。图4.7 轴力图4.3 龙门吊应力计算竹条的强度是衡量构造能否承受100N的力的核心因素之一，需要
13、进行应力计算，如图4.8是该构造的应力分析图。图4.8 X轴应力图如图4.9所示，为第三强度理论应力分析成果，最大应力为61.28MPa。图4.9 等效应力4.4 龙门吊位移计算所设计符合应力条件之外，X、Y方向的位移也不能超过一定值，图4.10为X方向的位移图。如图所示，X方向的最大位移为1.173mm.图4.10 X方向位移图 如图4.11所示，为该构造Y方向的位移图，在Y方向的最大位移为4.65mm.图4.11 Y方向位移图如图4.12所示，为该构造的总位移图，图4.12 总位移图如图4.13所示，为局部放大的最大位移图，图4.13 总位移局部放大图 据图可见，该构造的变形量最大达到5.
14、24mm，其中最大变形处发生在中间承重杆附近。第5章 龙门吊稳定性计算5.1 龙门吊稳定性分析模型 稳定性分析也是判断构造能否承载成功的因素之一，特性值屈曲分析施加的载荷为100N，支座两端施加的全约束。特性值屈曲分析用于预测一种抱负弹性构造的理论屈曲强度，通过特性值屈曲分析我们可以获得极限载荷，可以对我们做的构造有一种更清晰的分析。5.2 稳定性计算成果分析为了使构造可以保证不失稳，我们做了特性值屈曲，成果如表5-1如下：SETTIME/FREQLOAD STEPSUBSTEPCUMULATIVE21-0.5814512121221.337012222231.554312323241.772012424表5-1图5.1 屈曲失稳图第6章 总结 本构成员有：王久亮、尚文博、陈开放和蒋婷，最后选用蒋婷的模型进行模型制作
