起重机主梁课程设计说明书.doc

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《焊接结构》课程设计说明书

《焊接结构》课程设计

说明书

题目：

桥式箱型起重机主梁

院（系）：

材料科学与工程学院

班级：

材料08-2班

姓名：

吴志威

学号：

15

指导教师：

朱燕

目录

第1章桥式起重机概述 -4-

第2章桥式起重机主梁的结构及尺寸 -4-

2.1主梁的总体构造 -4-

2.1.1主梁 -4-

2.1.2端梁 -5-

2.1.3隔板 -5-

2.2主梁结构主要参数 -6-

2.2.1已知参数 -6-

2.2.2其他参数 -6-

第3章桥式起重机主梁的受力分析及校核 -8-

3.1载荷计算 -8-

3.1.1均布载荷 -8-

3.1.2集中载荷 -8-

3.1.3小车轮压 -8-

3.2主梁垂直最大弯矩和剪切力 -9-

3.3主梁强度的验算 -10-

3.3.1主梁跨中截面的最大正应力 -10-

3.3.2主梁支承截面的最大切应力 -10-

3.4主梁垂直刚度的验算 -11-

3.5主梁稳定性的验算 -12-

3.5.1主梁整体稳定性的验算 -12-

3.5.1主梁局部稳定性的验算 -12-

3.6疲劳强度的校核 -12-

第4章焊缝的设计及校核 -12-

4.1.1主梁翼缘焊缝采用的设计与强度计算 -12-

第五章桥式起重机主梁的制造工艺设计 -13-

5.1备料 -13-

5.1.1盖板（上下盖板δ=8mm） -13-

3.5.2腹板（δ=6mm） -13-

3.5.3大小隔板（δ=6mm） -14-

5.2下料 -14-

5.2.1上下盖板 -14-

5.2.2腹板 -14-

5.2.3肋板 -14-

5.3坡口选择 -14-

5.4焊接方法的选择 -14-

5.5主梁的装配与焊接 -14-

5.5.1主梁的焊接顺序 -14-

5.5.2主梁装配焊接的一般顺序图 -16-

5.6检验 -17-

5.6.1上拱度的检验 -17-

5.6.2挠度的检验 -17-

5.6.3变形量的检验 -17-

5.6.4焊缝质量检验 -17-

5.6.5上下盖板 -17-

总结 -18-

参考文献 -29-

第1章桥式起重机概述

桥式起重机是横架于车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。

由于它的两端坐落在高大的水泥柱或者金属支架上，形状似桥。

桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。

在室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以及物流周转等部门和场所均得到广泛的运用，是使用范围最广、数量最多的一种起重机械。

主要介绍了跨度22.5m,起重量5t的通用桥式起重机箱型梁的设计生产过程，设计过程较为详细地考虑了实际生产与工作中的情况。

第2章桥式起重机主梁的结构及尺寸

2.1主梁的总体构造

2.1.1主梁

桥式起重机机架中主要的受力元件，由左右两块腹板，上下两块盖板，以及若干大小隔板及加强筋板组成。

其主要技术要求有：

（1）主梁上拱度：

当受载后，可抵消按主梁刚度条件下产生的挠曲变形，避免承载小车爬坡。

（2）主梁旁弯：

在制造桥架时，走台侧后有残余的拉伸应力，当运输及使用过程中残余应力释放以后，导致主梁向后弯曲，而且主梁在水平惯性载荷作用下，按刚度条件允许有一定的侧内弯曲，两者叠加会造成过大的弯曲变形。

（3）腹板波浪变形:

受压区＜0.7δ0，受拉曲＜1.2δ0。

规定较低的波浪变形对于提高起重机的稳定性和寿命是有利的。

（4）上盖板水平度≤b／250.腹板垂直度≤h0／200，b为盖板宽度，h0为梁高。

2.1.2端梁

端梁是桥式起重机桥架组成的一部分，一般采用箱型结构，并在水平面内于主梁刚性连接。

端梁受载情况分为以下两类：

（1）端梁受有主梁最大的支撑应力，即端梁上作用有垂直载荷。

（2）端梁没有垂直载荷，端梁只起联系主梁的作用。

2.1.3隔板

为了使梁的垂直腹板具有局部刚度，将他们用横向肋板从内部加强，肋板又称为隔板，这些隔板被焊接到垂直腹板及盖板上，隔板不焊到下盖板上，因为这样做很困难，而且隔板本身与其腹板相连的焊缝会产生很高的内应力，这是由于四周封闭造成的。

图1-1桥梁的构造示意图

2.2主梁结构主要参数

2.2.1已知参数

（1）起重量Q（t）:

5

（2）跨度L（m）：

22.5

（3）小车轮距（mm）：

1100

2.2.2其他参数

（1）主梁高度h：

（2）腹板间距b。

：

又因为，而且当时，梁高不宜超过650mm

所以满足条件的

（3）腹板厚度：

=6mm

（4）盖板宽度b：

自动焊:

（5）盖板厚度，

受压盖板厚度：

其中

，

（6）腹板高度：

（7）端粱的高度和宽度：

端粱的高度

取

宽度

取

（8）主梁端部梯形的高度d：

取

（9）加强肋的布置尺寸

由于，所以除设置横向肋板外，还需设置一条纵向加强肋。

1）主梁端部横向加强肋的间距，即

取

2）主梁端部短横向加强肋的间距，即

3）主梁中部（矩形部分）横向加强肋的间距a，

即

即a=1.8m

4）主梁中部段横向加强肋的间距，

即

其中

钢轨选P15轻轨，由表可得

根据布置的方便，取

5）短横向加强肋高：

6）纵向加强肋采用

第3章桥式起重机主梁的受力分析及校核

3.1载荷计算

3.1.1均布载荷

（1）梁的重量

由产生的均布载荷，

（2）大车集中驱动引起的均布载荷，

查表得

3.1.2集中载荷

（1）大车集中驱动引起的集中载荷，

查表得

（2）司机房重力引起的集中载荷一般取10~15kN，

，取

3.1.3小车轮压

查表得

因为小车轮压b值不大，则

考虑起升载荷动载因素，小车轮压值应为

3.2主梁垂直最大弯矩和剪切力

已知，：

起升冲击系数，取=1.1

主梁受力如图所示

图3-1

3.3主梁强度的验算

3.3.1主梁跨中截面的最大正应力

因为

所以

又因为钢

所以

3.3.2主梁支承截面的最大切应力

=58mm

其中

则

则

又因为

所以

3.4主梁垂直刚度的验算

主梁的垂直挠度可按公式

（1）和公式

（2）综合计算：

移动载荷：

（3-1）

均布载荷：

（3-2）

则

其中

查表得

则

故主梁的静刚度满足要求

3.5主梁稳定性的验算

3.5.1主梁整体稳定性的验算

由

因此主梁的整体稳定性满足要求

3.5.1主梁局部稳定性的验算

由于加强肋设置是按前面局部稳定性的要求设置的，此局部稳定性不需验算。

3.6疲劳强度的校核

由于起重机的工作级别为,故主梁的疲劳强度不需要验算

第4章焊缝的设计及校核

4.1.1主梁翼缘焊缝采用的设计与强度计算

由于主梁翼缘焊缝采用CO2气体保护焊焊接，焊脚尺寸选为K=6mm，由于CO2气体保护焊焊接方法有较大的熔深。

所以

（取焊缝正应力等于母材最大正应力）

又因为

所以

故设计合理

第五章桥式起重机主梁的制造工艺设计

5.1备料

5.1.1盖板（上下盖板δ=10mm）

（1）对已选定的Q235材料进行检验等焊前处理；

（2）切割：

选用市场上规格为10×1400L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10mm时，采用单Y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=22500/1000=22.5mm以上fs为理论值，实际下料时，fs′=（2~3）fs

fs′=（45~67.5）mm

上盖板下料的加长量为：

2.5L/1000=2.5×22500/1000=56.3mm

下盖板下料的加长量为：

1.5L/1000=1.5×22500/1000=33.8mm

图5-1

3.5.2腹板（δ=6mm）

（1）对已选定的Q235进行校平到喷丸预处理。

（2）切割：

选用市场上规格为6×1800L的钢板，切去多余的部分，然后对材料进行精

整

（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）切割示图。

（6）下料拱度：

fs=（1/1000~3/1000）L=（22.5~67.5）mm

3.5.3大小隔板（δ=6mm）

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。

5.2下料

采用自动火焰切割方法下料。

5.2.1上下盖板

盖板盖板下料将上、下盖板矫平后。

在对接长度方向上放400mm的工艺余量。

5.2.2腹板

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34mm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。

5.2.3肋板

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。

5.3坡口选择

上盖板对接接头形式，当板厚6~8mm时，采用I型坡口；板厚10~20mm时，采用单Y型坡口；板厚20~30mm时，采用双Y型坡口。

开坡口允许用火焰切割，但坡口面应将熔渣等清除干净。

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。

5.4焊接方法的选择

上下盖板的拼接采用CO2气保焊，角焊缝采用手工电弧焊。

5.5主梁的装配与焊接

5.5.1主梁的焊接顺序

（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

1）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。

2）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）腹板与隔板的焊接

1）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）

2）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。

在焊接过程中，需注意事项

（1）大隔板断续焊，小隔板连续焊。

（2）为方便施焊（由于间距较小），一般采用焊条手工焊或者CO2焊。

（3）为保证要求的拱度与旁弯：

两个焊接工人同时由大梁的中部开始将隔板焊上，先焊主腹板一侧，每条焊缝由外缘向盖板侧板，最好不立即从两面焊接隔板。

（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

1）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。

2）测量挠度：

在上盖板平面上的两端固定一根细钢丝绳，使其滑移到不同的位置，在这个过程中钢丝绳保持水平，检验大梁的上拱度。

3）测量挠度后，若上挠度大于允许值，则：

先焊1、2，使焊后产生一定量的下挠，与上挠度有一定的抵消，从而使上挠度符合预置挠度。

若上挠度小于允许值，则：

先焊3、4，使焊后产生一定上挠，与原上挠度值相叠加，使上挠度等于预置挠度。

若上挠度正好，则按1→4→2→3的顺序来焊接，可防止扭曲变形。

4）四条长角焊缝用埋弧焊

（6）对主梁的修整及检验

对焊后的焊缝进行表面清理及打磨等工序。

主梁制成后，如有超出规定的挠曲变形，需进行修理，可用锤击法和重击法，但应用最多的

是火焰矫正。

再按要求对其进行探伤。

5.5.2主梁装配焊接的一般顺序图

上盖板

大隔板

小隔板

焊缝

腹板

加强筋

上盖板

装大小隔板

隔板焊接

装腹板

腹板点焊

下盖板点焊

焊缝

焊缝

3

4

1

2

腹板与盖板焊接

下盖板

测量挠度

焊接变形检验矫正

5.6检验

5.6.1上拱度的检验

在上盖板平面的两端固定一根细钢丝绳，使其水平，将其滑移到不同位置在此过程中保持水平，检验大梁的上拱度。

5.6.2挠度的检验

在垂直腹板的两端一米高的地方，固定一根悬线，检查大梁在水平面内的挠度，在安装大隔板的地方测量大梁挠度，其值不应超过L/2000=11.3mm

5.6.3变形量的检验

检验各板的变形量：

腹板波浪变形受压区<0.7δ0=4.2mm，其余区域<1.2δ0=7.2mm，上盖板水平度≤0.328mm，腹板垂直度≤6mm。

5.6.4焊缝质量检验

对主要的工作焊缝进行100%的X射线检验。

其他联系焊缝采用抽检进行超声或磁粉探

伤。

5.6.5上下盖板

（1）上盖板下料后，毛刺和凹凸不平应铲除，毛刺高度不应大于0.5mm，划痕不得大于1mm。

（2）采用气割下料，气割后气割面与轨制面直偏差不应超过2mm，气割表面不平度不应超过1~1.4mm。

（3）对接后要对余高进行机械加工，从而减小应力集中。

对于Q235等低合金钢应注意缓冷。

总结

通过对主梁的设计，在实践过程中是我对梁式起重机的工作原理和相关的设计要求有了新的和更加深刻的认识，这对我今后的学习工作起到了重要作用。

在课程设计中大量运用了相关焊接方面的知识，可以更好的对大学三年时间学习的相关过程得到了很好的巩固和深化，将最近尤其是近几个学期以来学习的专业可进行很好的融合与辨析。

在对桥式起重机主梁的设计过程中，由于自身的不足，和相关知识的欠缺，遇到了许许多多的问题，正是在老师与同学们的相互合作中，自己才从迷茫中找到了解决问题的终南捷径，通过对相关文献的的查询，和虚心请教，在摸索中不断进步，其中存在的问题不可避免，在今后的过程中希望可以学习到更多的东西，加强了对焊接结构的构造获得更加的数据与结果。

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。

参考文献

【1】贾安东.《焊接结构及生产设计》，天津大学出版社.1989

【2】机械工程手册/电机工程手册编辑委员会.《机械工程手册》，机械工业出版社.1982

【3】中国机械工程学会焊接学会编.《焊接手册》第三卷，机械工业出版社.1992

【4】陈道南.《起重机运输机械》，冶金工业出版社

【5】陈道南.《起重机课程设计》，冶金工业出版社

【6】JB/1152《超声波探伤》

【7】GB3323《射线探伤》

【8】GB3811-83《起重机设计规范》

【9】GB324-88《焊缝符号表示方法》

【10】起重机设计手册编写组编.《起重机设计手册》.机械工业出版社.1980

【11】陈玮璋.《起重机金属结构》.人民交通出版社.1985

【12】陈国璋.《起重机计算实例》.中国铁道出版社.1985

【13】中国焊接协会编.《焊接标准汇编》.中国标准出版社.1996

【14】陈祝年.《焊接设计简明手册》.机械工业出版社.1996

【15】A.B.维尔尼克.《大起重量桥式起重机》.中国工业出版社.1963

【16】田锡唐.《焊接结构》.机械工业出版社

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