施工升降机设计计算书.doc

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1、SC200/200型 施工升降机设 计 计 算 书1 导轨架（标准节）的设计与校核1.1 主要性能参数及几何参数标准节重量：140 kg；吊笼重：1500kg；最大吊杆起重量：q = 200kg；每个吊笼的额定载重量为: 2000kg；提升高度：144m;最大附着间距：L = 6m；标准节高：h = 1.508m；起升速度：v = 33m/min导轨架最大架设高度：H = 150m；标准节主弦杆尺寸：76mm4.5mm；标准节主弦杆中心距：ab = 650650mm；吊笼空间尺寸：3.01.52.27m；工作吊笼数：N=2； 主电机额定功率：P = 311kW。1.2 计算载荷1.2.1 结构

2、自重载荷 图1-1 标准节结构图表1-1 标准节自重明细表序号材料规格名称数量材料单重（kg）总重（kg）1764.5主弦杆42010.642.4275505前（后）角钢4Q235A2.7511326.82.75斜腹杆4Q235A1.265.044短角钢4Q235A0.31.2563405前后角钢2Q235A2.174.346齿条2Q235A23.847.67齿条连接块6Q235A0.20.128连接弯板8Q235A0.342.27975505角钢4Q235A2.8211.281026.82.75斜腹杆2Q235A1.372.741163405角钢2Q235A2.34.61226.82.75斜

3、腹杆2Q235A1.432.8613接头4Q235A0.210.8414M1670螺钉6Q235A0.110.6615M16螺母6Q235A0.020.12总计137.1考虑到焊缝及安装用紧固件的重量，取每个标准节的计算自重为140kg。1.2.2 结构（自重）线载荷 1.2.3 风载荷由实际结构计算得出（一个标准节）实际迎风面积为：（应为As=2(1.5080.076+0.5870.075+0.7750.0268)+0.5870.063+1.5080.06=0.486m2）桁架轮廓面积：结构迎风面充实率；(需改) 型钢桁架结构充实系数 0.30.6，取 ；（与应一致）根据安装高度与结构形式确

4、定风载体形系数C ；型钢构成平面桁架风力系数C = 1.61.7，取C = 1.6；标准节为两桁架并列的等高结构，则总迎风面积为：A = 式中，（前片结构的迎风面积）（后片结构的迎风面积）1=12：按前片结构的1=0.5和间隔比a/b=1确定折减系数2=0.5代入上式，则总迎风面积为：1.2.3.1 工作状态最大风力线载荷：最大风力线载荷按下式求得 （ ？）式中：；工作风压系数风载荷的计算依据GB3811-2008 ；由GB3811-2008表15得，按照在沿海等地方选取。工作状态风力线载荷 （ ？）1.2.3.2 非工作状态风力线载荷：根据GB3811-2008表18得 ，计算取 ，由表19

5、 得Kh=1，则： （ ？） 根据GB3811-2008表19确定的风压高度变化系数Kh,计算得到导轨架各风压段的计算风压线载荷值。表1-2 计算风压线载荷随导轨高度变化参数表导轨架安装高度（m）风压高度变化系数Kh计算风压线载荷（kg/m）101.062.39201.1370.50301.3282.35401.4691.09501.5797.95601.67104.19701.75109.18801.83114.17901.90118.541001.96122.281102.02126.031202.08129.771302.13132.891402.18136.011502.23139.1

6、3 本计算书取导轨架顶部的计算风压作为整机全高的定值风压。1.2.4 结构的起升冲击载荷结构起升冲击系数的确定：由GB/T10054-2005得载荷冲击系数为1.1+0.264v，式中v为额定提升速度（m/s）。 （应为1.1+0.264v=1.245）结构线载荷形成的冲击载荷：1.2.5 吊笼滚轮在导轨架（主弦杆）上的摩擦力:正常状态下，由于吊笼重心偏离滚轮，所以滚轮与导轨主弦杆间存在摩擦力；当起升重物向外偏离吊笼中心线，达到外偏位置时，摩擦力最大。在下图中：:吊笼自重（kg）； :额定载重量（kg）图1-2 受力简图对A或B点取矩求出摩擦力:（0.04改为0.075）式中：f:滚轮与主弦杆

7、间摩擦系数，取0.075;:轴承摩擦系数，取0.015;d:滚轮轴径 d=30mm;D:滚轮直径 D=88mm；:附加阻力系数，取=1.2.因摩擦力F=27.17kg与导轨架整体受力相比较是很小的，故忽略。（不应忽略）1.3 标准节截面几何特性及许用应力1.3.1 单肢杆特性引用材料力学12公式计算1.3.1.1 主弦杆截面积：惯性矩：惯性半径：长细比：查表得稳定系数：=0.9681.3.1.2 腹杆截面积：（2.23应为2.13）惯性矩：惯性半径：长细比查表得稳定系数：=0.6301.3.2 整体特性截面积：A=4=48.51=34.04；惯性矩：；惯性半径：； 抗弯模量：1.3.3 许用应

8、力 Q235材料的许用应力为2350，取安全系数（应按GB3811 P35 表22中的B、C两种组合分别取值），按公式计算可得到：1.4 工况确定1.4.1 可能存在的工况考虑到施工升降机的各种工作状况，共列出12种工况。加入动载系数，分别计算各工况的轴向极限载荷N值（均取满载值）。工况：双笼同时满载启动上升；=（3700+3700）1.145+106.3150=24418kg（应为1.245）工况：双笼同时满载下降制动；=（3700+3700）（2-1.45）+106.3150=22272kg工况：一笼满载上升，一笼满载下降制动；=37001.145+3700（2-1.145）+106.31

9、50=23345kg（应为1.245）工况：一侧吊笼满载上升，另一侧停止； =3700（1+1.145）+106.3150=24251.5kg（应为1.245）工况：一侧吊笼满载下降，另一侧停止（空中）；（2-）+=3700(2-1.145)+3700+150106.3=22808.5kg（应为1.245）工况：一侧吊笼满载下降，另一侧静止于地面；= （2-）=3700(2-1.145) +106.3150=19108.5kg（-？）工况：一侧吊笼满载上升，另一侧静止于地面；= +=37001.145+106.3150=20181.5kg（应为1.245）工况： 两侧吊笼满载停于空中；= +=

10、3700+3700+106.3150=23345kg工况：两侧吊笼停于地面；=15945kg工况：安装时，双笼同时动作，其中上升时受力大；=（+）+=170021.145+106.3150=19838kg（应为1.245）工况：安装时，一侧吊笼动作，另一侧停于地面；=+ =17001.145+106.3150=17891.5kg（应为1.245）工况： 安装时，一侧吊笼动作，另一侧停于空中=+=17001.145+1700+106.3150=19591.5 kg（应为1.245）1.4.2 确定计算工况在以上工况轴向力计算中，假定的都是可能出现的各种工况。综合计算结果相比较，工况受力最大，需校

11、核强度和刚度；工况受倾翻力矩较大，即所受弯矩较大；工况的非工态承受最大风载荷，也需校核。所以选上述三种典型工况作为本机的计算工况，校核整体稳定性和结构强度，并将其分别定义为工况1、工况2和工况3。1.4.3 计算典型工况下结构承受的弯矩工况1：结构端部弯矩； 横向载荷引起的弯矩； 0；工况2： 0.325=1202.5kg.m 0.88=0.883700=3256 kg.m = 0；= 0工况3：；0；1.5 导轨架结构整体稳定性校核1.5.1 确定最大自由工作高度(第一附着支撑点的位置)设最大自由工作高度为h = 12m，自重作用于结构顶部。1.5.1.1 导轨架长细比：（查结构力学5计算得

12、）查表得稳定系数为 = 0.8791.5.1.2 风载荷对导轨架根部弯矩及应力校核公式： = =1/219.501212 = 1404kg.m本结构为双向压弯结构，采用下面的（钢结构）计算公式进行校核： 在本结构中：取： =1；=1；CY=1; ；; 1.5.1.3 计算工况1条件下的结构整体稳定性： 又；将上述数据带入公式中得：（=？）（=？）即在工况1条件下，是安全的。1.5.1.4 计算工况2下的结构的整体稳定性：； 1202.5kgm； 3256kgm；。（=？）（=？）所以，本结构在条件2下也是安全的 。1.5.1.5 计算工况3下，结构的整体稳定性：；（62.39应为139.13）

13、= h =92.8412=1114.08kg kg/ 所以，本结构在工况3条件下是安全的（非工作状态）结论：导轨架自由工作高度在12m以下时，不加附着支撑是安全的。本升降机规定自由工作高度7.5m，是偏安全的。1.5.2 确定第一附着支撑后的最大工作高度（第二附着位置）1.5.2.1 设定长细比，确定二附着支撑之间的间距为保证导轨架整体结构在工作时，其受力状态差异不太大，应使整体结构具有的长细比相差不大。取由= = = 60可得式中带中间支承的等截面压杆的计算长度系数。经验计算：时，所以，取，因最大自由高度为12m，则附着支撑之间的间距为9m。本升降机规定附着支撑之间的间距为6m左右，是偏安全

14、的。结构长细比：=可取查表得1.5.2.2 风载荷对导轨架的弯矩a) 工作状态最大风载荷对第一支承点处产生的弯矩：b) 工作状态最大风载荷对导轨架根部产生的弯矩：c) 非工作状态最大风载荷对第一支承点处产生的弯矩（取20m高处风载）：（62.39应为139.13）d) 非工作状态最大风载荷对导轨架根部产生的弯矩（取20m高处风载）：（62.39应为139.13）1.5.2.3 在计算工况1条件下的结构稳定性所受最大轴向载荷：；将上述数据代入公式可得： ( ? )所以，本结构在工况1条件下是安全的。1.5.2.4 在计算工况2条件下的结构稳定性； ；;带入公式得: 所以，本结构在工况2条件下也是

15、安全的。1.5.2.5 计算工况3下结构的稳定性：；= h = 92.849 = 835.56kg所以，本结构在工况3条件下是安全的（非工作状态）。结论：本结构在工作高度不超过21m时，结构的稳定性可以保证，若超过21m时，需在21m处加第二附着支撑。1.5.3 确定第二附着支撑后的最大工作高度（第三附着位置）1.5.3.1 确定附着支撑之间的间距，计算长细比为保证结构的附着支撑具有一定的规律性，各附着支撑之间的间距相等，均为9m。图1-3 附着支撑结构简图取所以若不考虑结构的受载过程中横向载荷的影响，其第一附着点A恰为结构弯曲中心反弯点，故可把图a简化为图b。现在简化条件下考核该结构的稳定状

16、态因横向载荷仅为风载荷，故失真性不大。简化后结构高度， ，由GB3811-2008中表J.1查得：计算长度：长细比:查表得：1.5.3.2 风载核对第二附着支撑处的弯矩工作状态：非工作状态：（62.39应为139.13）1.5.3.3 计算工况1条件下结构的稳定性及强度：；将上述数据代入公式可得：所以，本结构在工况1条件下也是安全的 。1.5.3.4 计算工况2条件下结构的稳定性及强度：； ；带入公式得：所以，本结构在工况2下也是安全的 。1.5.3.5 计算工况3条件下的整体稳定性（非工作状态）（62.39应为139.13）所以在工况3条件下结构也是安全的。结论：结构在工作高度超过30米时，

17、须在30米处加第三附着支撑。由于结构受力的一致性，在30米基础上每增加9米，增加一个附着支撑。其计算与第三附着支承相同，不另证明。需要说明的是，在以上稳定性校核中，结构所受的竖向力均按最大高度H=150m工况的轴力进行计算的，虽有些保守，但对校核结果偏安全。1.6 结构的单肢杆件受力计算1.6.1 主弦杆计算1.6.1.1 工作状态：=2538.02Kgm则 ，工作状态，安全1.6.1.2 非工作状态则非工作状态，安全综上所述，主弦杆满足强度要求。1.6.2 腹杆计算 因工作状态只有风载产生横向力，但其值很小。故只检验非工作状态风载产生的内力。由对标准节的分析知腹杆与框架连接处最危险；斜腹杆与

18、框架的夹角；风载产生的横向力；腹杆轴向力；腹杆的应力；所以，腹杆满足强度要求。1.6.3 主弦杆厚度的校核主弦杆选用.5的无缝钢管制造，接头部位管内径为6.85mm。主弦杆截面积：最底一节标准节受力为：则有：所以壁厚为4.5mm的钢管满足强度条件。1.7 标准节连接螺栓强度计算选用M24的8.8级六角螺栓，考虑到工作时的偏心受载，螺栓在标准节两侧受拉。因此，按工况2计算：；实际受力状况：螺钉的面积；（按M24计算）8.8级螺栓、螺栓的屈服极限；（是屈服极限，不是许用应力）所以该螺栓连接是安全的。2 吊笼笼架强度校核2.1笼架承受的总载荷其中a=1.5,b=2.2（？）（1.145应为1.245

19、）笼架承受的总载荷由4根主梁分担P=0.252790kg10N/kg = 6975N2.2 笼架受力分析吊笼内装载额定载重量，载荷重心位置沿吊笼宽度方向，向远离导轨架方向偏离六分之一宽度处设置。(参见图1-2)（？）由于笼架中主槽钢、顶槽钢和斜槽钢均采用12#槽钢制成，由机械设计手册查得槽钢弯曲的强度条件为： 满足弯曲强度条件，选用的型钢符合要求2.3 关键连接焊缝强度校核2.3.1 吊笼连驱动耳板处焊缝校核图2-1吊笼连驱动耳板处焊缝示意图 焊缝一：如图所示，外力与焊缝长度方向平行，其中：；焊缝的计算长度= (100-10)mm，即焊缝的实际长度减10mm，将数值代入公式得：（1.145应为

20、1.245）所以焊缝一满足强度要求。焊缝二：如图所示，外力与焊缝长度方向垂直，其中：；焊缝的计算长度= (135-10)mm，即焊缝的实际长度减10mm；正面直角角焊缝的强度设计值增大系数，对承受动力载荷的结构，将数值代入公式得：（应为1.245）所以焊缝二满足强度要求。2.3.2 驱动架连接耳板处焊缝校核图2-2驱动架连接耳板处焊缝示意图如图所示：外力与焊缝长度方向平行，其中：；焊缝的计算长度= (120-10)mm，即焊缝的实际长度减10mm；将数值代入公式得：所以焊缝满足强度要求。2.3.3 安全钩板处焊缝校核外力与焊缝长度方向垂直，其中：；焊缝的计算长度= (100-10)mm，即焊缝

21、的实际长度减10mm；正面直角角焊缝的强度设计值增大系数，对承受动力载荷的结构，将数值代入公式得：所以焊缝满足强度要求。2.4 主要受力构件的强度校核2.4.1 笼顶吊耳的校核图2-3驱动架连接耳板处焊缝示意图吊耳的材料为Q235其许用应力为吊耳的最小危险截面的面积 （错）吊耳强度： 吊耳焊缝强度：，其中：，焊缝的计算长度= (60-10)mm，即焊缝的实际长度减10mm，将数值代入公式得（75应为60）所以焊缝满足强度要求。2.4.2 立梁槽钢的校核立梁由12#槽钢制成，由机械设计手册查得槽钢截面积槽钢的强度条件为：槽钢满足强度要求。 3 驱动部分校核电机功率：311kw；额定输出转速：87

22、.5r/min；额定输出转矩：2600N.m；减速器速比：1:16；3.1 电动机由于电动机选用施工升降机专用电机，所以仅作过载和发热校验。3.1.1 电动机过载校验 电动机过载校验应满足公式：式中：电机额定功率，33kW；：电压损失及转速差异系数；笼式交流异步电动机取H=2.5；：电动机台数；：相对于额定功率时的电动机最大转矩倍数；：额定起升载荷；：额定起升速度；：起升机总效率。电机额定功率满足过载校验。3.1.2 电动机发热校验 （按GB/T3811增加内容）3.2 制动器3.2.1 制动时间计算最大减速发生在电机额定转矩的150%。最大值负载转动惯量：最快的减速时间：确定平均减速时间，令3.2.2 计算减速时间为5s的制动转矩:3.2.3 计算制动功率Pb:3.2.4 制动器额定制动力矩 （查电机说明书，增加内容）4 传动部分校核4.1 减速器 （增加内容）4.2 驱动齿轮 （增加内容）4.3 齿条 （增加内容）