桥式起重机主梁设计说明书.docx
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桥式起重机主梁设计说明书
桥式起重机设计说明书
姓名：
胡会会
学号：
20082091
学院：
材料科学与工程学院
专业班级：
材0802-2
指导教师：
朱浩
日期：
2011年7月
第一章桥式起重机箱型主梁截面尺寸
第六章焊接接头的力学性能评定13
一、接头拉伸试验14
二、接头弯曲试验15
三、接头冲击试验15
第一章桥式起重机箱型主梁截面尺寸
一、主梁的几何尺寸
1、梁的截面选择和验算
通常按刚度和强度条件，并使截面积最小（经济条件），满足建筑条件要求（如吊车梁及平台焊接梁最大高度受建筑条件限制），来确定梁的高度，然后初步估算梁的腹板、盖板厚度，进行截面几何特征的计算，然后进行验算，经适当调整，直到全部合格。
图1起重机的结构图
中部高度h
端梁连接处高度h1
梯形高度c
端梁宽度
腹板的壁间距b0
腹板厚度δ0
盖板宽度b
大隔板间距a
小隔板高度h2
小隔板间距a1
纵向加筋角钢h3
腹板厚
均布载荷
移动载荷
每个轮子的轮压
F1、F2
小车自重Gx
水平均布载荷qsh
水平集中载荷Fsh
2、箱形主梁截面的主要几何尺寸
靠近端梁处
跨中为
查表并根据实际需要确定
二、主梁的受力分析
1、载荷计算
由起重机主梁自重曲线得桥梁自重Gq=11t,
自重均布载荷q1=Gq/L=55N/cm
其中
为确定小车自重的系数，Q=5~100t的小车，
=0.35，动力系数
取1.2
Gx=
=172kN
2、强度验算
（1）、垂直弯矩
包括两部分：
移动载荷引起的弯矩：
均布载荷引起的弯矩：
（2）水平弯矩
包括两部分：
水平集中载荷引起的弯矩：
水平均布载荷引起的弯矩：
（3）尺寸确定后惯性矩的计算
对x轴的惯性矩
对y轴的惯性矩
（4）截面弯曲系数
由
产生的主梁跨中截面的正应力分别为
故水平和垂直弯矩同时作用时，在主梁上下盖中引起最大正应力为
16
钢
为225.5MPa故为安全
主梁截面最大剪应力在腹板中部，
主梁端部
主梁端部截面对x轴的静矩为
主梁端部截面对x轴的惯性矩
故
（16
钢
为137.3MPa）故为安全
3、主梁稳定性的计算
由于
，故应配置横向和纵向加筋。
由于
，需设置纵向加筋一根，布置在距上盖板273.6mm处。
4、主梁刚度的验算
由挠度计算公式得
忽略小车轮距，即B=0时：
则相对挠度为
符合条件
1300mm
700mm
2000mm
3500mm
700mm
6mm
752mm
1272mm
2000mm
424mm
636mm
318mm
查资料
查资料
172kN
5.5N/cm
38kN
第二章主梁的制造焊接工艺过程
一、备料
1、盖板（δ=16mm）
（1）对已选定的16Mn材料进行校平到喷丸等预处理；
（2）切割：
选用市场上规格为16mm×1600mm的材料，切成两均等份，对边缘进行精整切割。
（3）开坡口：
板厚为16mm时，采用单V型坡口，允许用火焰气割，但坡口面应将熔渣等清除干净。
（4）采用CO2焊对板材进行拼接至＞22mm（对接前先将各板材点固焊住，或采用夹具固定均可；且可采用压具以防止波浪变形，两端使用引弧，收弧板）。
（5）预置拱度：
fs=L/1000=19500/1000=19.5mm以上fs为理论值，实际下料时，fs′=（2~3）fs，fs′=（39~58.5）mm
上盖板下料的加长量为：
2.5L/1000=2.5×19500/1000=49mm
下盖板下料的加长量为：
1.5L/1000=1.5×19500/1000=30mm
fs
x
L/2
L
图5拱度示意图
2、腹板（δ=6mm）
（1）对已选定的16Mn进行校平到喷丸预处理。
（2）切割：
选用市场上规格为6mm×1800mm的钢板，切去多余的部分，然后对材料进行精整（气割）。
（3）开坡口：
δ=6mm，根据《焊接手册》选用CO2气保焊无需开坡口。
即“I”型坡口。
（4）采用CO2焊进行拼接。
（5）下料拱度：
fs=（1/1000~3/1000）L=（19.5~58.5）mm
3、大小
按设计尺寸对板材进行切割，注意下料时合理组合尺寸，尽量减少板材的消耗。
二、下料
采用自动火焰切割方法下料。
（a）、盖板下料将上、下盖板矫平后。
在对接长度方向上放400mm的工艺余量。
（b）、腹板下料腹板矫平后，首先在长度方向拼接，然后左右两侧腹板对称气割．以防主梁两侧腹板尺寸不同．引起主梁的扭曲变形。
为使主梁有规定的上拱度，在腹板下料时必须有相应的上拱度，且上拱度应大于主梁的上拱度。
腹板下料时，需放1.5L／1000，即30mm的余量，并且在离中心200mm处不得有接头，为避免焊缝集中，上、下盖板与腹板的接头应错开，距离不小于200mm。
腹板下料后长度误差为10mm。
（c）、长短肋板下料主梁的长短肋板的宽度尺寸只能小不能大（1mm左右）。
长度尺寸可允许有一定的误差（±2mm以内）。
肋板的4个角应为90。
，尤其是肋板与上盖板联接处的2个角更应严格保持直角，以使装配后主梁的腹板与上盖板垂直，同时主梁在长度方向上不会发生扭曲变形。
三、焊接
1、焊接材料
与16Mn匹配的焊接材料是H08MnA焊丝和HJ431焊剂。
焊接前，必须将焊丝表面的油污、铁锈等污物清除干净，为防止氢侵入焊缝，对焊剂必须严格烘干，HJ431焊剂要求250
、2h烘干。
2、接头形式
上、下盖板及腹板的拼接采用对接接头形式，组合时采用T型接头形式
3、坡口制备
上、下盖板和腹板的对接，可采用单面焊双面成形工艺，坡口角度为30。
～40。
，单面V形坡口，以减小开坡口和焊后翻转的工作量。
4、装配一焊接
（1）上盖板置于支撑平台上，并加压板固定。
在地上铺好已拼接好的上盖板，在两端加凸台，使其中间向下弯曲，弯曲程度等于预置的上拱度，即中点处向下挠L/1000。
（2）装配焊接大隔板和小隔板
在制定的位置上焊接大小隔板，为保证其垂直度及位置的准确，需采用撑住固定或者点固焊对其位置固定。
为保证旁弯以防止受力时盖板过度向中心弯曲，应从大梁的中部向盖板边缘焊接，先焊隔板的一面，然后再焊另一面（避免结构翘曲）。
（3）腹板的隔板的焊接
将腹板组立点焊于制定位置，由于腹板有预置上挠，装配时需要使盖板与之贴合严密。
（采用楔形垫片）
将点固好的梁旋转90°侧向放置，再对腹板与隔板之间进行焊接。
（4）角钢的焊接
为了减小变形，从而需减少线能量的输入，角钢采用断续焊，且由于空间较小，采用CO2半自动焊。
（5）装配下盖板及盖板与腹板的焊接
在装配压紧力作用下预弯成所需形状，使用撑具等辅助设备以保证盖板的倾斜度和腹板的垂直度，然后点固焊住。
四条长角焊缝用埋弧焊
图7起重机主梁焊接的一般顺序
图8主梁角焊缝的焊接
（6）组对间隙
上、下盖板及腹板在对接时，均应留有一定的间隙，板厚16mm，间隙为34mm，以保证单面焊双面成形。
两腹板与下盖板在组对时，应尽量减小组焊间隙。
间隙量<1.0mm，以减小焊接变形。
长短肋板在与上盖板进行组对时，也同样应将各组件压紧，以尽量减小组焊间隙。
5.焊接工艺
要保证箱形主梁的焊接质量及合理的上拱度，并有效控制其焊接变形。
（1）、施焊前，先检查坡口及组对质量，如发现尺寸超差．应及时处理后再施焊。
（2）、焊前必须清除坡口及焊缝两侧各20mm范围内的油、污、水、锈及其他杂质。
（3）、焊接顺序：
先焊上、下盖板及腹板的对接焊缝．再焊两腹板与下盖板的2条纵缝；焊接过程中，应尽量采用2名或4名焊工同时、对称地进行焊接，以防止主梁发生扭曲变形。
（4）、选用合理的焊接工艺参数：
焊接方法采用埋弧焊。
第三章焊缝外观评定及焊接无损检测
一、焊缝外观质量评定
项次
项目
质量标准（mm）
检验记录
1
裂纹
一、二、三类焊缝均不允许
2
表面夹渣
1、二类焊缝不允许
三类焊缝深不大于0.1
，长不大于0.3
3
咬边
1、二类焊缝深不超过0.5，连续长度不超过100，两侧咬边累计长度不大于10%全长焊缝
三类深不大于1，长度不限
4
未焊满
1、二类焊缝不允许
三类焊缝不超过0.2+0.02
，且不超过1，每100焊缝内缺陷总长不大于25
5
表面气孔
一类焊缝不允许
6
焊缝余高
手工焊
一、二类焊缝三类焊缝
埋弧焊
一、二类焊缝0~4，三类焊缝0~5
7
飞溅
清除干净
8
焊瘤
不允许
二、无损检测
1.射线检测
采用x射线或
射线照射焊接接头检查内部缺陷的无损检验法，叫射线探伤。
当被透视的焊件厚度小于50mm时，应采用x射线探伤。
原理：
应用最广泛的是照相法。
当射线通过金属材料时，其部分能量被吸收使射线发生衰减，如果透过金属材料的厚度不同（如焊缝内部有裂纹、气孔、未焊透等缺陷时，该处发生空穴，使材料变薄）或密度不同（如焊缝内部有夹渣等缺陷时）产生的衰减也不同，透过较厚或较大的物体时衰减大，因此射线底片上的强度就较弱，底片的感光度就较小，经过显影后得到的黑度就浅，反之，黑度就深，根据底片上黑度深浅不同的影像，就能将缺陷清楚的显示出来。
方法：
射线照相前，焊缝及其热影响区得表面质量应先经外观检查合格，被检区域和照相底片上均应作出永久性的定位和识别标记作为底片复查和重新定位的依据。
5、超声波检测
原理及方法：
高频脉冲发生器产生的高频脉冲电压同时作用在探头和接受放大器上，探头能把接受的高频交变电压变成超声振动，向焊件发射车超声波，作用在接收放大器上的高频脉冲信号经放大后，在指示器荧光屏上显示出“始脉冲a”，表示已向焊件发射超声波，荧光屏上的始脉冲对应焊件表面的位置，进入焊件内部的超声波按直线传播，在其传播方向上遇到缺陷时，就会引起反射，这些反射波被探头接收后，再把声波振动变为变电压，由接收放大器放大后在指示器荧光屏上产生“缺陷脉冲c”，另一部分超声波在焊件底部发生反射，在指示器荧光屏上产生“底脉冲b”，根据缺陷脉冲与始脉冲的距离l和底脉冲与始脉冲的距离L的不同，可以计算出不同的缺陷深度，
，
为焊件厚度。
6、磁粉探伤
原理：
首先将被检焊缝的两侧局部充磁，焊缝中便有磁力线通过，对于断面尺寸相同，内部材料均匀的焊缝，磁力线的分布是均匀的。
当焊缝内部有裂纹、气孔、夹渣等缺陷存在时，则磁力线因各段磁阻不同而产生弯曲，磁力线将绕过磁阻较大的缺陷，如果缺陷位于焊缝表面及近表面，则磁力线不但在焊缝内部弯曲，而且将穿过焊缝表面形成漏磁的作用，磁粉就被吸附在缺陷上，根据被吸附磁粉的形状、多少、厚薄程度便可以判断缺陷的大小和位置。
探伤方法有干法和湿法两种，用干法时，在焊缝充磁后直接撒上干的磁粉进行检验，用湿法时，则在磁化的焊缝表面上涂上磁浑浊液进行检验。
7、渗透探伤
原理：
利用带有荧光染料或红色染料的渗透剂的渗透作用，显示缺陷痕迹来进行无损检验。
用于工件表面和近表面缺陷的探伤。
方法：
着色法，先用清洗剂去除焊件表面油脂、污垢，干燥后施加渗透剂，然后用清洗剂除去多余的渗透剂，再施加显示剂，施加完毕用4~10倍放大镜进行观察，可看到裂纹痕迹。
第四章焊接工艺卡
第五章焊接接头微观组织及显微硬度
一、微观组织观察
1、焊缝组织
室温组织为铁素体和珠光体，可观察显微组织形态为柱状晶。
2、熔合线
室温组织为铁素体和珠光体，可观察到柱状晶和粗大的晶粒。
3、热影响区
紧邻熔合区为粗晶区，室温组织为粗大的铁素体和珠光体。
4、细晶区
该区金属在加热过程中全部经历了由铁素体和珠光体到奥氏体的相变重结晶，而冷却过程又经历了由奥氏体到铁素体和珠光体的相变重结晶，这两次相变重结晶的作用使晶粒得到了显著的细化，而且大小均匀。
其组织为晶粒细小均匀的铁素体和珠光体。
5、母材
室温组织为铁素体和珠光体，晶粒大小均匀，无柱状晶和粗大晶粒。
二、显微硬度测试
检测设备:
HVS-1000数显显微硬度计载荷:
0.1kgf
1、焊缝HV=（254.939+253.189+251.46）/3=253.196
2、熔合区HV=（263.97+251.46+294.11）/3=269.85
3、热影响区HV=265.829
4、细晶区HV=（294.11+287.68+269.61）/3=283.80
第六章焊接接头的力学性能评定
焊缝力学实验：
试样对齐放平，间距2mm。
依据经验选择焊接性能较好的焊接方式焊接。
第一步：
把焊材放平，坡口对齐，间距2mm，两端用焊条点焊，固定一下。
第二步：
用埋弧焊进行焊接，使得试样单面焊接双面成形。
焊接后试样的外观要求：
试板挠度f在200mm长度内不应超过板厚的10%（0.8mm）,且对接接头平板错位h不应超过板厚的15%（1.2mm）。
焊缝及其热影响区表面无裂纹、未熔合、夹渣、弧坑和气孔，焊缝咬边深度不超过0.5mm，焊缝处不低于母材表面。
在符合要求处截取试样如图所示：
（1）拉伸试样：
（2）冲击试样：
－、拉伸试验步骤
1、准备试件。
用刻线机在原始标距范围内刻划圆周线（或用小钢冲打小冲点），将标距内分为等长的10格。
用游标卡尺在试件原始标距内的两端及中间处两个相互垂直的方向上各测一次直径，取其算术平均值作为该处截面的直径，然后选用三处截面直径的最小值来计算试件的原始截面面积A。
（取三位有效数字）。
2.调整试验机。
根据低碳钢的抗拉强度σb和原始横截面面积估算试件的最大载荷，配置相应的摆锤，选择合适的测力度盘。
开动试验机，使工作台上升10mm左右，以消除工作台系统自重的影响。
调整主动指针对准零点，从动指针与主动指针靠拢，调整好自动绘图装置。
3.装夹试件。
先将试件装夹在上夹头内，再将下夹头移动到合适的夹持位置，最后夹紧试件下端。
4.检查与试车。
请实验指导教师检查以上步骤完成情况。
开动试验机，预加少量载荷（载荷对应的应力不能超过材料的比例极限），然后卸载到零，以检查试验机工作是否正常。
5.进行试验。
开动试验机，缓慢而均匀地加载，仔细观察测力指针转动和绘图装置绘出图的情况。
注意捕捉屈服荷载值，将其记录下来用以计算屈服点应力值σS,屈服阶段注意观察滑移现象。
过了屈服阶段，加载速度可以快些。
将要达到最大值时，注意观察“缩颈”现象。
试件断后立即停车，记录最大荷载值。
6.取下试件。
7.用游标卡尺测量断后标距。
8.用游标卡尺测量缩颈处最小直径d1。
二、冲击试验步骤
1.测量试件尺寸。
2.检查机器，校正零点。
校零点用空摆实验进行。
3.将试件装入在冲击试验机上，简梁式冲击实验应使没有缺口的面朝向摆锤冲击的一边，缺口的位置应在两支座中间，要使缺口和摆锤冲刃对准。
将摆锤举起同空打时的位置，打开锁杆。
使摆锤落下，冲断试件，然后刹车，读出试件冲断时消耗的功，以下式可计算出材料的冲击韧度值
4.
——冲断试件时所消耗的功
——试件缺口横截面积
5.注意事项：
在实验过程中要特别注意安全，绝对禁止把摆锤举高后安放试件，当摆锤举高后，人就离开摆锤摆动的范围，在放下摆锤之前，应先检查一下有没有人还未离开，以免发生危险。
6.实验结果：
拉伸试样（mm）
6.30
6.10
5.90
冲击焊（mm）
5.72
5.80
5.82
拉伸破坏载荷
第一次
第二次
（KN）
105
104
冲击功
母材
焊缝
HAZ
（J）
33.75
35.88
40.24
分析：
当拉伸试验结果达到或不低于母材标准值时，可停止试验，判为合格；否则，为不合格允许从同一试样上再取一试样重新试验。
结束语
经过了为期四周的课程设计，我终于完成了《桥式起重机主梁》的设计说明书。
从开始接到设计题目到系统的实现，再到说明书的完成，每走一步对我来说都是一次新的挑战，这也是我在大学期间独立完成的一个项目。
在这段时间里，我学到了很多知识，从对起重机一无所知，对工艺卡的制作、对焊接车间的设计等相关技术了解甚少的状态，通过查看相关的资料和书籍，请教老师和同学，一步步完成了起重机主梁的设计说明书。
设计过程中，由于本人理论知识和实验条件的限制，设计说明书的部分内容不是很成熟，存在些许不足之处，在今后的设计中应对此加以改进，因为学问无极限，知识无边界。
这次做设计的经历也会使我终身受益，我感受到做学问是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习和研究的过程。
正如古语所云：
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行！
”对我来说，这次专业技能训练，为我更深刻了解专业知识提供了机会，也使我在实践中感受到了知识的力量！
这次技能训练更加坚定了我学好本专业的信心，我相信成功贵在坚持，我相信只要努力，我们都会有所获。
因为：
Yourultimategreatgoalswillcometrueaslongasyoucommityourselftoit!
冲击焊（mm）
5.72
5.80
5.82
拉伸破坏载荷
第一次
第二次
（KN）
105
104
冲击功
母材
焊缝
HAZ
（J）
33.75
35.88
40.24
分析：
当拉伸试验结果达到或不低于母材标准值时，可停止试验，判为合格；否则，为不合格允许从同一试样上再取一试样重新试验。
结束语
经过了为期四周的课程设计，我终于完成了《桥式起重机主梁》的设计说明书。
从开始接到设计题目到系统的实现，再到说明书的完成，每走一步对我来说都是新的尝试与挑战，这也是我在大学期间独立完成的又一项目。
在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受，从对起重机一无所知，对工艺卡的制作、对焊接车间的设计等相关技术很不了解的状态，我开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己非常稚嫩作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我兴奋好一段时间。
从中我也充分认识到了做工程设计的艰辛。
由于作者理论知识有限，查找的资料较为陈旧，说明书的一些内容不是很成熟，还有很多不足之处，在今后的设计中应对此加以改进。
这次做设计的经历也会使我终身受益，我感受到做学问是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫做学问了。
希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。
桥式起重机设计说明书
姓名：
秦晓婷
学号：
20082092
学院：
材料科学与工程学院
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材0802-2
指导教师：
朱浩
日期：
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