２０１３年２月 吉 林 电 力 Ｆｅｂ．２０１３ 第４１卷 第１期（总第２２４期） Ｊｉｌｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．１（Ｓｅｒ．Ｎ０．２２４） 大起重量悬挂运输设备轨道梁计算分析 Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｔｒａｃｋ Ｂｅａｍ ｏｆ Ｈｅａｖｙ Ｌｏａｄｉｎｇ Ｃａｐａｃｉｔｙ Ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ Ｃｒａｎｅ 刘天英，孟健 （东北电力设计院，长春 １３００２１） 摘 要：针对火电厂中大起重量悬挂运输设备轨道梁断面的选取，按照钢结构设计规范及第四强度理论分别进行 了轨道梁的整体弯曲应力和轨道梁下翼缘合成应力计算分析。结果表明，在进行轨道梁的设计时应特别注意下翼 缘合成应力的计算，同时进一步讨论了当轨道梁断面不足时的加强方法。 关键词：悬挂运输设备；轨道梁；应力计算 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ ｓｅｃｔｉｏｎ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｎｏｒａｉｌ ｂｅａｍ ｏｆ ｂｉｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅｒｍａｌ ，ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ，ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍｏｎ５ｒａｉｌ ｂｅａｍ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｒｅｓｕｌｔａｎｔ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｍｏｎｏｒａｉｌ ｂｏｔｔｏｍ ｆｌａｎｇｅ ａｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ＯＵｔ ａｓ ｐｅｒ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｏｕｒｔｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｈｅｏｒｙ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｓｐｅｃｉａｌ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｓｈａｌｌ ｂｅ ｐａｉｄ ｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｕｌｔａｎｔ ｓｔｒｅｓｓ ｆｏｒ ｂｏｔｔｏｍ ｆｌａｎｇｅ ｏｆ ｍｏｎｏｒａｉｌ ｂｅａｍ ｗｈｅｎ ｍｏｎｏｒａｉｌ ｂｅａｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ ｆｕｒｔｈｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｉｓ ｍａｄｅ ｔＯ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｐｐｒｏａｃｈ ｏｆ ｍｏｎｏｒａｉｌ ｂｅａｍ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｎｏｔ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ ｃｒａｎｅ；ｍｏｎｏｒａｉｌ ｂｅａｍ；ｓｔｒｅｓｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ 中图分类号：ＴＨ２ｌ８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９—５３０６（２０１３）０１—００２４—０３ 火电厂中大量辅机设备需要通过悬挂运输设 计算时，电动梁式吊车或电动葫芦的动力系数 备检修维护，随着机组容量的加大，辅机设备质量越 取为 １．Ｏ５［ 。轨道梁直接承受吊车轮行驶，计算强 来越大，悬挂运输设备的起重质量越来越大，最大达 度时，钢材的强度设计值和截面惯性矩应分别乘以 到了４５ ｔ。悬挂运输轨道梁断面一般在Ｉ２８ａ￣Ｉ６３ｃ 磨损折减系数０．９。设计时轨道梁的吊点间距取 之间选取，工字钢的断面符合ＧＢ／Ｔ ７０６－－２００８（（热 ３ ｍ，轨道梁采用Ｉ６３ｃ，单位自重ｇｋ为１．４ ｋＮ／ｍ。 轧型钢》的要求，目前最大的断面只能到Ｉ６３ｃ［１］，如 轨道梁材质为Ｑ２３５Ｂ，钢材的抗弯强度设计值／ 一 果选用其他型式的型钢则不能满足悬挂运输设备安 ２０５ Ｎ／ｍｍ 。在进行整体内力计算时，对于移动荷 装的要求。以往多注重轨道梁整体弯曲应力的计算， 载，考虑到２组车轮的问距较小，按１个集中力考 而忽视在巨大的轮压作用下轨道梁下翼缘合成应力 虑。计算简图见图２（图中单位为ｍｍ）。 的计算。对于大起重量的悬挂运输设备轨道梁，下翼 Ｐ 一（Ｑ＋Ｇ）／４—１２０ ｋＮ，考虑荷载的分项系 缘的合成应力往往起控制作用，限定的工字钢断面 数１．４及动力系数１．Ｏ５，经过计算，轨道跨内最大 能否满足要求需重点计算。 弯矩设计值Ｍ 一３４４ ｋＮ・１ＴＩ。 整体变曲应力 ＝Ｍｍ ／７ １ 轨道梁的整体弯曲应力 式中：ｙ 为对 轴的截面塑性发展系数，对于承受 动力荷载时，宜取１．０；‘ｆ｜为轨道的磨损折减系数， 某火电项目引风机检修单轨电动吊车，起重量 取０．９；Ｗ 为对ｚ轴的净截面抵抗矩（截面系数）， Ｑ一４５０ ｋＮ，悬挂运输设备自重Ｇ≈３０ ｋＮ，悬挂运 查ＧＢ／Ｔ ７Ｏ６—２Ｏ０８为３ ２４８．９×１０。ｍｒｎ。。 输设备共有８组车轮，轮距见图１（图中单位为 则ｄ：一１１７．６ Ｎ／ｍｍ ＜ ／’１８４．５ Ｎ／ｍｍ ，整 ｍｍ）。轨道梁在Ｉ４５ａ￣Ｉ６３ｅ之间选用。 体弯曲应力满足要求。整体弯曲应力主要与轮压及 收稿日期：２０１２—１０—３０ 作者简介：刘天英（１９７５一），男，高级工程师，从事火力发电厂结构设计工作。 ・２４・ ２０１３年２月 吉 林 电 力 Ｆｅｂ．２０１３ 第４１卷 第１期（总第２２４期） Ｊｉｌｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．１（Ｓｅｒ．Ｎｏ．２２４） 轨道梁 轨道粱 图１ 悬挂运输设备轨道梁立面及剖面 图２计算简图 梁的跨度有关，轮压由悬挂运输设备厂家提供，一般 无法调整，如果整体弯曲应力不满足要求，可以考虑 ３ 调整轨道梁的吊点间距。 ２轨道梁局部弯曲应力 图３轨道梁下翼缘轮压作用下受力示意图 悬挂运输设备沿着轨道下翼缘行驶，轨道的下 翼缘在产生整体弯曲应力的同时，也产生局部弯曲 应力。影响轨道梁下翼缘局部弯曲应力的因素主要 梁 有轮压的大小、作用点的位置和翼缘的厚度［４］。工字 钢轨道梁在悬挂运输设备轮压的作用下，危险点的 位置为腹板根部、轮压作用点下表面及下翼缘靠近 自由端处。这３个位置的受力示意见图３，其局部弯 曲应力计算如下。腹板根部１点由翼缘在ＸＯＺ平面 内及ｘｏｙ平面的弯曲引起的应力分别为仃 一 一Ｋ１×２Ｐ ／ｔ ； ：ｌ一一Ｋ２×２Ｐ ／￡。。轮压作用点 ２下表面由翼缘在ＸＯＺ及ｘｏｙ平面内弯曲引起的应 力分别为 ２一 ３×２Ｐｋｍａｘ／ｔ２； ２一Ｋ ×２Ｐｋｍａｘ／ｔ 。靠 近自由端的点３由翼缘在ｘｏｙ平面内弯曲引起的应 图４下翼缘尺寸关系 一力 。＝Ｋ ×２Ｐｋｍａｘ／ｔ。。式中系数Ｋ。、Ｋ２、Ｋ。、Ｋ 及 ｉ／ａ Ｋ 通过查Ｋ一 曲线求得 ５］， 为轮压作用点位置 式中：ｉ为轮压作用点至腹板边的距离；１２为轨道梁 比。ｔ为距边缘（６一 ）／４处的翼缘厚度（ｍｍ）。下翼 下翼缘悬壁板宽ｌＣ为轮缘与轨道梁翼缘边缘的距 缘的局部弯曲应力计算时需要的有关尺寸见图４。 离，取４ ｍｍ；６为轨道翼缘宽度； 为轨道梁腹板厚 图４中ａ＝（６一 ）／２，ｉ一口＋ｃ—Ｐ。轮压比 ： 度；ｅ为轮压作用点至轮缘边的距离。 ・２５‘ ２０１３年２月 第４１卷 第１期（总第２２４期） 吉 林 电 力 Ｊｉｌｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｆｅｂ．２０１３ ＶｏＩ．４１ Ｎｏ．１（Ｓｅｒ．Ｎｏ．２２４） 因为轨道采用热轧工字钢，翼缘表面斜度为 １／６，取 一０．１６４ Ｒ，Ｒ为车轮踏面曲率半径。本例 中Ｒ一１７０ ｍｍ，则 一２７．８８ ｍｍ。按ＧＢ／Ｔ ７Ｏ６— ２００８提供的数据，工字钢Ｉ６３ｃ，ｂ一１８０ ｍｍ，ｄ一 １７ ｍｍ，ｔ一２２ ｍｍ。日一８１．５ ｍｍ，ｉ一５７．６２ ｍｍ，则 一ｉ／ａ＝：＝０．７１。查Ｋ一 图［５］，Ｋ１—０．６、Ｋ２—０．０８、 Ｋ３—０．２８、Ｋ４—０．９２、Ｋ ５—０．８２。 Ｐ 一Ｙｋ（Ｑ＋Ｇ）／ｎ 式中：ｋ为轮压不均匀系数，取为１．４；Ｑ为起吊重 量；Ｇ为悬挂运输设备自重；轮数 一１６；ｙ为分项系 数，取为１．４。 Ｐ …＝＝＝Ｙｋ（Ｑ＋Ｇ）／ 一５８．８ ｋＮ。 １点处的局部弯曲应力： ¨一一Ｋｌ×２Ｐ ／ｔ。一一１４５．８ Ｎ／ｒａｍ。； １一一Ｋ ２Ｘ ２Ｐｋｍａｘ／ｔ 一一１９．４ Ｎ／ｍｍ 。 ２点处的局部弯曲应力： ２一Ｋ３Ｘ ２Ｐｋｍａｘ／ｔ 一６８．０ Ｎ／ｒａｍ ； ：２一Ｋ ×２Ｐｋｍａｘ／ｔ 一２２３．５ Ｎ／ｍｍ 。 ３点处的局部弯曲应力： 柏一Ｋ５×２Ｐｋｍａｘ／ｔ 一１９９．２ Ｎ／ｍｍ 。 从以上计算可以看出，这几个位置的局部弯曲 应力都很高。 ３ 轨道梁下翼缘合成应力 下翼缘下表面各危险点的合成应力由整体弯曲 应力和局部弯曲应力合成，可按第四强度理论计算。 １点处的合成应力 一［ ：Ｉ＋（ ＋ ） 一 （ １＋口：）］ ≤ １ｆ ２点处的合成应力 一Ｅｄ ＋（ ＋ ） 一 ： （ ＋ ）］“ ≤ ／ ３点处的合成应力口。一 。＋ ≤ ｆ 式中： 为合成应力计算时钢材强度设计值增大系 数；当口 与（ ：，＋ 。）异号时，取为１．２；当 ，与（ 。 ＋ ）同号时或 ＋ 一０时，取为１．１。本例中对于１ 点处， 取为１．２；对于２、３点处， 取为１．１。 经计算ｌ点处的合成应力 一２１２．６ Ｎ／ｒａｍ ＜ １．２／’一２４６ Ｎ／ｒａｍ 。 经计算２点处的合成应力 一３１２．７ Ｎ／ｍｍ ＞ １．ｉｆ＝２２５．５ Ｎ／ｒａｍ 。 经计算３点处的合成应力口。＝＝＝３１４．８ Ｎ／ｒａｍ。＞ １．Ｉｆ＝２２５．５ Ｎ／ｒａｍ。。 ・２６・ 由上述计算可以看出，２、３点处的合成应力已 远远超过允许值，已经严重影响轨道梁的安全使用。 ４ 加强措施 根据上述计算，如果截面不满足要求，而且没有 更大截面可供选择的情况下，通过以下方式来解决： 调整轨道梁吊点间距，减小整体应力；采用高强度钢 材，Ｑ２３５Ｂ改为Ｑ３４５Ｂ或更高；加大轨道梁下翼缘 厚度。 调整轨道梁吊点的间距，确实可以减小整体弯 曲应力，但当局部弯曲应力在合成应力中占有很大 份额时，通过此方式降低合成应力，效果不明显。 如果采用更高强度等级的钢材，如Ｑ３４５Ｂ钢， 抗弯强度设计值／’一２９５ Ｎ／ｍｍ。， 。ｆ一３２４．５ Ｎ／ ｍｍ ，较Ｑ２３５Ｂ的强度设计值大得多，非常容易满 足下翼缘合成应力的要求，建议对大起重量悬挂运 输设备轨道梁优先选用Ｑ３４５Ｂ材质，但Ｑ３４５Ｂ材 质的热轧工字钢采购非常困难。 ５结论 从轨道梁局部弯曲应力的计算可看出，影响局 部弯曲应力主要是轮压值的大小和翼缘的厚度。由 于轮压值无法调整，只有采取增加翼缘的厚度，减小 合成应力的方法。加强后的下翼缘厚度由原来的 ２２ ｍｍ／ＪＩ大至３８ ｍｍ，有效地减小了下翼缘的局部 弯曲应力。计算合成应力满足要求，经过多年运行， 未发现问题，证明加强方式是可行的。 参考文献： ［１］ＧＢ ５００１７－－２００３钢结构设计规范Ｅｓ］． ［２］ 钢结构设计手册编辑委员会．钢结构设计手册（第３ 版）［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００４． Ｅ３３ 许朝铨．不应忽视悬挂运输设备轨道下翼缘在轮压作 用下折算应力的补充验算一兼论国家标准图集《悬挂 运输设备轨道》中轨道计算［Ｊ］．钢结构，２００４，１９（７２）： １５—１９． Ｅ４３张质文，虞和谦，王金诺．起重机设计手册［Ｍ］．北京： 中国铁道出版社，１９９８． （编辑郝竹筠）
