压缩机撬装底盘设计1 金属结构概述金属结构，是由轧制型钢和钢板作为基本元件，按照一定的结构组成规则用栓接、铆接、焊接的方法连接起来用于承受载荷的结构物。
在压缩机成套设备开发实践中，金属结构部件主要有容器、管道及支撑、气缸支撑、撬装底盘等。
其中，容器、管道及支撑、气缸支撑都有标准及设计参考资料，而对于压缩机撬装底盘的设计却还没有什么专门的论述。
本人通过对《非标准机械设备设计手册》·第五章.起重机金属结构论述的研究，并结合压缩机撬装底盘具体承载情况，提出了针对压缩机撬装底盘的结构设计、受力分析、强度校核的一种方法。
2 许用应力法许用应力，就是将所用材料的抗拉强度、屈服强度按受力情况除以一定的安全系数后得到的在构件使用条件下所允许的强度上限。
许用应力法，就是将构件所受应力限制在许用应力内。
3 撬装底盘强度校核下面以2D12/90压缩机用撬装底盘为例，通过受力分析、最大应力校核说明压缩机撬装底盘设计时应遵循的原则和分析计算方法。
3.1 底盘受力分析3.1.1 主要载荷压缩机撬装底盘主要承受机组本身的自重，压缩机工作过程中的不平衡惯性力、惯性力矩，及压缩机安装时地脚螺栓的预紧力。
如附录一：2D12/90撬装底盘简化结构图，机组重心为O点；不平衡惯性力矩绕过O 点且垂直于XOY平面的轴Z产生作用；主机底支座地脚螺栓的预紧力作用于7-φ52孔处。
3.1.2 危险截面经过受力分析，底盘上①、②号槽钢上的开孔A1或A2处，因为开φ52孔使槽钢结构受到很大的破坏，孔处槽钢背侧承受了最大的弯曲应力，必须校核。
因为，机组几乎所有重量都压在了③、④号槽钢上，所以结构中B、B’、B’’、B’’’处的焊接接头承受了最大的剪切应力，所以必须校核。
3.2 许用应力撬装底盘使用：槽钢250X80X9-Q235-B/GB/T707-1988。
查GB/T 700-1988《普通碳素结构钢》得Q235-B常温下：抗拉强度：σb 屈服强度：σ＝400MPas因为，σsσb=235400=0.588<0.7，所以材料的许用应力按《非标准机械设备设计手册》·第五章.起重机金属结构·表5-1.钢材的安全系数和许用应力计算，并结合撬装底盘主要承受静载荷的情况，选取许用应力安全系数：n＝1.15，则＝235MPa许用拉伸、压缩、弯曲应力：[σ]=σs n=2351.15=204(MPa)许用剪切应力：[τ]=[σ]√3=204√3=118(MPa)[1] 许用挤压应力：[σc ]=1.5[σ]=1.5×204=307(MPa) 3.3 地脚螺栓预紧力 3.3.1 地脚主螺栓预紧力主机底座有7条GB/T799-M42×1150-6.3与基础直接相连的主地脚螺栓。
计算每条螺栓的预紧力： Q z =KI z μ [2] 式中，K -----预紧系数，K ＝1.4～1.7，N [3]μ-----底盘与主机底座间的摩擦系数，μ＝0.15，这里：K ＝1.5 I [3] z I z =(M ′+M ′′)×103L 1+L 2+L 3+L 4+L 5+L 6+L 7 ，N-----每条螺栓所承受的使机体移动的力，按下式计算：M’ -----压缩机一阶惯性力矩，这里：M’＝22995.1N·mM’’-----压缩机二阶惯性力矩，这里：M’’＝4599N·mL 1～7L -----主螺栓孔到惯性力矩作用中心的距离，mm1＝L 2＝845 mm ，L 3＝L 6＝935 mm ，L 4＝L 7L ＝807 mm ，5 可知： I z =(22995.1+4599)×103845×2+935×2+807×2+440=4915.2(N)＝440 mm螺栓预紧力：Q z =1.5×4915.20.15=49152(N) 。
3.3.1.1 基础最大压应力设机组安装时，每条地脚主螺栓处所加垫铁面积：F’＝0.04m 2设机组安装时，主机底座正下方所加垫铁总面积：F’ ’＝0.4m 。
2则，机组对基础最大应力：。
σcJ =σcJ ′+σcJ ′≤[σcJ ] ，MPa 式中，σcJ ′-----地脚主螺栓预紧力对基础的压应力，MPa σcJ ′′-----机组总重量G 对基础的压应力，MPaG -----机组总重量，kg ，这里：G ＝13000kgσcJ ′=Q F =491520.04=1.23(MPa)σcJ ′′=9.81G F ′′×10−6=9.81×130000.4×10−6=0.32(MPa)[σcJ ]-----基础许用压应力，MPa ，混凝土：�σcJ �=0.8～0.16MPa机组对基础最大压应力：σcj =1.23+0.32=1.55(MPa )<[σ] 可见，此时压缩机组对基础的压应力已经达到基础许用压应力的极限。
在将2D12主机底座主螺栓孔由9个改为7个后，对基础的压应力已经达到基础许用压应力的极限。
在主机底座主螺栓孔为9个时，经计算本机组对基础的压应力：σcj =1.28MPa ，处于许用压应力的中间值附近，比较合理。
3.3.2 主机底座安装螺栓预紧力在主机底座与撬装底盘连接处，安装有9条GB/T5783-M24X60-8.8螺栓。
Q a =KI a μ [2] 式中， I ，Na I a =(M ′+M ′′)×103S 1+S 2+S 3+S 4+S 5+S 6+S 7+S 8+S 9 ，N-----每条螺栓所承受的使机体移动的力，按下式计算：M’ -----压缩机一阶惯性力矩，这里：M’＝22995.1N·mM’’-----压缩机二阶惯性力矩，这里：M’’＝4599N·mS 1～9S -----安装螺栓孔到惯性力矩作用中心的距离，mm1＝S 4＝718mm ，S 2＝625 mm ，S 3＝S 5＝892 mm ，S 6＝S 7S ＝829 mm ，8＝S 9 可知： I a =(22995.1+4599)×103718×2+625+892×2+829×2+544×2=4186.6(N) ＝544 mm螺栓预紧力：Q a =1.5×4186.60.15=41866(N) 。
3.3.3 底盘地脚螺栓预紧力在撬装底盘周边与基础连接处，安装有12条GB/T799-M24×800-6.3螺栓。
Q d =KI d f [2] 式中， I ，Nd I d =(M ′+M ′′)×103Z 1+Z 2+Z 3+Z 4+Z 5+Z 6+Z 7+Z 8+Z 9+Z 10+Z 11+Z 12 ，N-----每条螺栓所承受的使机体移动的力，按下式计算：M’ -----压缩机一阶惯性力矩，这里：M’＝22995.1N·mM’’-----压缩机二阶惯性力矩，这里：M’’＝4599N·mf ------撬装底盘与基础间的摩擦系数，这里：f ＝0.4 S [3]1～9Z -----底盘地脚螺栓孔到惯性力矩作用中心的距离，mm1＝Z 4＝1750mm ，Z 2＝Z 3＝1404 mm ，Z 5＝Z 6Z ＝1268 mm ，7＝Z 12＝1590 mm ，Z 8＝Z 9＝1178 mm ，Z 10＝Z 11 可知： I d =(22995.1+4599)×103(1750+1404+1268+1590+1178+1202)×2=1644(N)＝1202 mm ，螺栓预紧力：Qd =1.5×4186.60.4=6165(N) 。
3.4 起吊应力校核 3.1.1 开孔A 处弯曲应力 如右图，将开孔A 处槽钢背侧简化为图中所示结构。
在不考虑表面垫板的情况下，A 处截面的弯曲应力：σA =M A W A ×103<[σσ] ，MPa 式中，M A M A =9.81GS (S −e)2L×10 ，N·m-----A 处截面上的弯矩，N·m G -----机组总重量，kg ，按3.3.1.1S -----A 孔中心到下吊装点的距离，mm ，按附录一：S ＝845 mme -----A 孔中心到压力作用中心的距离，mm ，按附录一：e ＝180 mm L -----上下两吊装点的距离，mm ，按附录一：L ＝2005 mmMA =9.81×13000×845×(845−180)2×2005×10=17870(N ∙M)W A -----A 处截面的抗弯截面模量，mm 3.1.2 B 处焊缝剪切应力 3 WA =ab 26=9×25026=93750(mm 3) [σ]-----槽钢材料的许用弯曲应力，MPa ，按3.2：[σ]＝204MPa可得： σA =1787093750×103=190.6(MPa )<[σσ]所以，开孔A 处槽钢弯曲应力安全。
如右图，B 处焊接接头的剪切应力： τB =9.81G 4F B <[τB ] ，MPa 式中，G -----机组总重量，kg ，按3.3.1.1F B -----B 处焊接接头面积，mm FB =(2h +b )c =(2×80+250)×6 2=2460(mm2) [τB 五章.起重机金属结构·表5-17.焊缝的许用应力计算：]-----焊接接头的许用剪切应力，MPa ，按《非标准机械设备设计手册》·第 [τB ]=0.8[σ]√2=0.8×204√2115.4(MPa)可得： τB =9.81×130004×2460=12.96(MPa)≪[τ]所以，B 处焊缝的剪切强度安全。
处3.5 槽钢刚度校核在撬装底盘的整个结构中，①、②号槽钢所承受的载荷最大、力臂最长、中心挠度最大。
下面对②号槽钢的刚度进行校核。
如右图，最大挠度为：f =9.81×103GS (L 2−S 2)3218√3EI x L <[f][4]式中，G -----机组总重量，kg ，按3.3.1.1，mm E -----槽钢材料弹性模量，GPa这里：E ＝200GPa [2]， I x -----槽钢材料弹性模量，mm 4，I ＝3.53×107mm 可得： f =9.81×103×13000×845×(20052−8452)3218√3×200×103×3.53×107×2005=1.47mm <[f]所以，①、②号槽钢的刚度在许用范围内，安全。