要完整说明书和图纸找扣扣 二五一一三三四零八 第3章 臂架系统的计算
臂架是履带式起重机的重要构件之一，通过臂架能够将货物提升到一定的高度，改变臂架倾角可以达到变幅的目的，以增大作业范围。
对于履带起重机，臂架设计得是否合理，直接影响着起重机的起升能力、整机稳定性。因此，合理地设计出具有足够强度、刚度和稳定性，自重又轻的臂架有着非常重要的意义。
3.1所选材料许用应力计算
3.1.1 16Mn(Q345B)许用应力计算
主臂、副臂及撑杆均选用低合金结构钢16Mn，抗拉强度
度
?s?345MPa。材料的许用应力根据《起重机设计规范》中规定的方法进行计算[3]，
钢材屈服强度
?b?530MPa，屈服强
其中载荷组合选取考虑了基本载荷和附加载荷的载荷组合Ⅱ。
?s与抗拉强度?b的比值为：
安全系数n?1.33；
?s345??0.65?0.7?b530 (3.1)
所以应按表14决定。 拉伸、压缩、弯曲许用应力
?????sn?345?259MPa1.33 (3.2)
剪切许用应力
????????259?150MPa33
(3.3)
端面挤压许用应力
????1.5????1.5?259?311MPaj (3.4)
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要完整说明书和图纸找扣扣 二五一一三三四零八 3.1.2 40Cr许用应力计算
销轴均采用合金结构钢40Cr，抗拉强度
?b?735MPa，屈服强度?s?540MPa。
材料的许用应力根据《起重机设计规范》中规定的方法进行计算，其中载荷组合选取考虑了基本载荷和附加载荷的载荷组合Ⅱ。
钢材屈服强度
?s与抗拉强度?b的比值为：
(3.5)
?s540??0.73?0.7?b735所以安全系数应按表14中规定的选取。 安全系数:n?1.33； 基本许用应力:
????0.5?s?0.35?bn?0.5?540?0.35?735?396MPa1.33
(3.6) (3.7)
剪切许用应力:
3
????????396?228MPa3端面挤压许用应力:
????1.5????1.5?396?594MPaj (3.8)
3.2主臂的计算
根据主臂长度的技术要求，将主臂顶节和底节均定为6m，标准臂节的长度有3m和6m两种长度规格。主臂长度参数及组合见下表3.1：
表3.1 主臂长度组合 主臂总长 臂节组合
12m 6+6
15 6+3+6
18 6+6+6
21 6+3+6+6
24 6+6+6+6
27 6+3+6 +6+6
主臂总长 臂节组合
30 6+6+6 +6+6
33 6+3+6 +6+6+6
36 6+6+6 +6+6+6
39 6+3+6+6 +6+6+6
42 6+3+3+6+6 +6+6+6
注：总计：1个6m底节、1个6m顶节、2个3m标准节、4个6m标准节
臂架在作业过程中，臂端承受起升载荷、拉索力及起升绳力的共同作用，如果带副臂，还将承受副臂及撑杆对它的作用力，由它的受力情况看，臂架主要承受轴向压力。其最不利的工况是吊载最大起重量35t，风侧向吹，起升和回转机构同时作业的
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要完整说明书和图纸找扣扣 二五一一三三四零八 工况，此时臂架受轴向压力和侧向载荷的同时作用。另一种危险的工况是最长主臂工况，42 m 臂长、8.43m幅度工况，此时臂架整体的稳定性较危险。
表3.2 主臂的截面性质
项 目
弦杆尺寸(mm)
单个弦杆截面面积(mm) 单个弦杆惯性矩I (mm) 单个弦杆旋转半径r (mm) 标准截面惯性矩Ix (mm) 标准截面惯性矩Iy (mm) 标准截面旋转半径rx (mm) 顶节危险截面位置(距滑轮)(mm) 顶节危险截面 (宽×高)(mm×mm) 顶节危险截面惯性矩Ix (mm) 顶节危险截面惯性矩Iy (mm) 顶节危险截面抗弯模量Wx (mm) 顶节危险截面抗弯模量Wy (mm)
3344
4442
数 值 76×5 1114.7
5
项 目
腹杆尺寸（mm） 单个腹杆截面面积(mm)
42
数 值 40×2.5 294.4 5.20×10 13.3 2.68×10 2.68×10 600.5 2500 1200×592 1.61×10 3.93×10 2.68×10 1.33×10
6689664
7.06×10 单个腹杆惯性矩I (mm) 25.2
9
单个腹杆旋转半径r (mm)
3
1.61×10 标准截面抗弯模量Wx (mm) 1.61×10 标准截面抗弯模量Wy (mm) 600.5 1500
标准截面旋转半径ry (mm) 底节危险截面位置(距臂根)(mm)
9
3
631×532 底节危险截面 (宽×高)(mm×mm) 4.47×10 底节危险截面惯性矩Ix (mm) 3.18×10 底节危险截面惯性矩Iy (mm) 1.42×10 底节危险截面抗弯模量Wx (mm) 1.20×10 底节危险截面抗弯模量Wy (mm)
6
3
6
3
8
4
8
4
3.2.1最大起重量工况计算
表3.3 主臂最大起重量工况数据
项 目
起重量(kN) 工作幅度(m) 臂架仰角(DEG)
拉索与臂架轴线夹角(DEG) 臂长(m)
数 值 35×9.8 3.5 78.6 23.7 12
项 目
起升载荷动载系数?2 起升绳力(kN)
起升绳与臂架轴线夹角(DEG) 起升冲击系数?1 臂架自重(t)
数 值 1.03 61.9 1.85 1.05 2.3
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(1)
载荷计算[2]
Fg Fsh 臂架 ?g 臂架截面性质 ?sh L ?2Q y x y x 宽 高 ?1mg
B ?图3.1 臂架受力简图
起升绳力sh：
?Q1.03?35?9.8Fsh?2??61.9 kNm?z6?0.951 Q－起升载荷；
F
(3.9)
式中，?2－起升载荷冲击系数:?2?1.03；
mm,?－起升倍率与滑轮组效率： ??1???z(1??)m1?0.986?0.951(1?0.98)?6根据力矩平衡原理，对臂架铰点取矩，得拉索力Fg为： Fg?(?2QLcos??0.5?1mgLcos??FshLsin?sh)/(Lsin?g)
???(1.03?35?9.8?cos78.6??0.5?1.05?2.3?9.8?cos78.6??63?sin1.85)/sin23.7?174.6kN
式中，L－臂架长度；
(3.10)
?－臂架仰角；
?1－臂架自重冲击系数；
m—臂架自重；
?sh－起升单绳与臂架轴线夹角； ?g－变幅拉索与臂架轴线夹角；
臂架在危险截面的轴向力Fb为变幅拉索力、臂架自重、起升载荷和起升单绳拉力合力：
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要完整说明书和图纸找扣扣 二五一一三三四零八 F b??2Qsin???1mgsin??Fshcos?sh?Fgcos?g?1.03?35?9.8?sin78.6??1.05?2.3?9.8?sin78.6??61.9?cos1.85??174.6?cos23.7??591.3 kN
(3.11)
臂架自重垂直于臂架轴线的侧向均布载荷Fce：
Fce??1mgcos?/L?1.03?2.3?9.8?cos78.6?/12?0.389kN/m (3.12)
旋转平面内由货物偏摆和臂架风载及惯性载荷引起的侧向集中力T：
T?T1?Tb?Q?tg??Tb?35?9.8?tg3??0.248?18.2kN (3.13)
式中，T1—载荷是通过钢丝绳悬挂在臂架端部的，载荷在风力和回转机构的起动和制动过程中的惯性力作用下偏离铅垂线一个角度α（规范规定α=3°～6°）；
Tb－臂架侧向风载，以40％折算到臂架头部
222q?0.613v?0.613?13.8?116.7N/mⅡ式中，
2q?0.6q?0.6?116.7?70N/mⅠⅡ风侧向吹，工作风压为一类风压：
Pw?CqLH?(1??)?1.3?70?12?1.2?0.3?(1?0.57)?0.62kN (3.14)
2?32C－风力系数，qD?70?(76?10)?0.4?1，取C?1.3； q－计算风压；
?－结构充实率，对于钢管桁架结构，取??0.3； ?－两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数；
?根据 B/H?1.2/1.2?1和，取??0.57。
Tb?40%Pw?0.4?0.62?0.248kN
(2) 临界力Plinx、Pliny计算
变幅平面内：
IynimIy?3.18?1081.61?109?0.20???L?Lmin?L??12?12?12?0，
臂架属于桁架结构，故取n=2
查表J3得臂架变截面长度系数为：?2=1.25； 在变幅平面内，臂架可看为两端铰支，故取长度系数长细比?y
31?1.25?12?10 ????25.0yr600.5 y
?1?1；
?1?2L(3.15)
换算长细比?hy
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