起重机械检验师考试金属结构部分

起重机械金属结构部分辽宁省安全科学研究院吴岩辽宁省安全科学研究院一、起重机金属结构的设计计算方法：许用应力法和极限应力法。目的：通过设计计算校核保证设备的安全性能。计算书内容包括结构、机构设计计算和电机的选用。结构计算是验证结构的强度（包括疲劳强度）、刚度和稳定性（包括抗倾覆稳定性）。依据：GB3811-2008起重机设计规范辽宁省安全科学研究院1.失效的形式强度失效：超载使用、腐蚀过大、裂纹弹性失稳：突然卸载、压溃疲劳失效：使用时间较长的塔式起重机抗倾覆稳定性：汽车起重机倾翻防风防滑安全性：港口起重机被风吹跑辽宁省安全科学研究院2.计算载荷与载荷系数—常规载荷自重载荷PG起升冲击系数Ф10.9~1.1额定起升载荷PQ起升动载系数Ф21.05~1.2突然卸载冲击系数Ф31.0~2.0运行冲击载荷运行冲击系数Ф41.0~1.3驱动加速引起的载荷水平惯性力大小车运行起制动惯性力回转离心力辽宁省安全科学研究院2.计算载荷与载荷系数—偶然载荷偏斜运行时的水平侧向载荷坡道载荷风载荷P=CpⅠA工作状态正常风载P=CpⅡA工作状态最大风载表15雪冰载荷辽宁省安全科学研究院2.计算载荷与载荷系数—特殊载荷非工作状态风载P=CKhpⅢA表18碰撞载荷倾翻水平力试验载荷安装、拆卸和运输引起的载荷工艺载荷等等辽宁省安全科学研究院3.载荷组合目的确定起重机不同受力情况组合，找出最不利的载荷组合，验算起重机的承载能力。无风载荷A1、A2、A3、A4有风载荷B1、B2、B3、B4、B5特殊载荷情况或非工作情况下C1~C9见P27页表20门式起重机所受载荷及载荷组合辽宁省安全科学研究院4.结构计算原则、方法计算内容：验算在最不利载荷组合下，起重机金属结构构件及其连接的强度（含疲劳强度）、刚性和稳定性是否满足要求。计算方法：许用应力法和极限应力法辽宁省安全科学研究院5.材料和许用应力起重机材料选择主要承载结构的构件宜采用力学性能不低于GB/T700中的Q235钢,GB/T699中的20钢材，GB/T1591中的Q345,Q390和Q420钢材。力学性能参数表沸腾钢的使用：低温和有疲劳要求的尽量不用高强度钢的使用：主要焊接工艺性并进行焊接试验（焊接工艺评定）抗脆性破坏安全性应：根据影响脆性破坏的条件来选用钢材的质量组别。辽宁省安全科学研究院导致构件材料发生脆性破坏的重要影响因素纵向残余应力和自重载荷引起的纵向应力的联合作用无焊缝或只有横向焊缝，脆性破坏危险性小、只有纵向焊缝结构，脆性破坏危险性增加、焊缝汇集高度应力集中，脆性破坏危险性最大构件材料的厚度材料厚度越大脆性影响性越大工作环境的温度表I.2辽宁省安全科学研究院6.结构的许用应力钢材的压缩、拉伸、弯曲许用应力σs/σb0.7的钢材，许用应力[σ]为钢材的屈服应力σs除以强度安全系数n表22Q235的许用应力值[σ]为:A158B175C193低碳钢拉伸应力-应变曲线焊接、螺栓连接、铆接的许用应力表23辽宁省安全科学研究院7.结构强度计算强度计算包括结构构件受拉、受压、受弯和受扭得应力分析和复合应力的计算。计算出的应力值应小于许用应力或相应的极限设计应力。σ=N/A[σ]受拉杆件局部压应力：当滑块或车轮上的集中载荷作用在构件顶面、垫片上或轨道上时，对其下面腹板上边缘长生的局部压应力连接强度计算:对接焊缝、螺栓连接辽宁省安全科学研究院8.结构刚度计算刚度是与起重机安全性有关的轴心受力构件刚度λ≤[λ]表28λ结构构件的长细比无论受压还是受拉λ都要受到有效控制，在用起重机检查时对于受力构件发生形变后，也要控制，特别是受压构件。起重机整体刚度辽宁省安全科学研究院8.结构刚度计算桥式起重机低起升速度加速度可接受定位精度的起重机f≤S/500中等定位精度特性的起重机f≤S/750高定位精度特性的起重机f≤S/1000小车位于悬臂长度位置f≤L/350手动小车位于跨中f≤S/400塔式起重机⊿L≤1.34H/100箱型伸缩式臂架的轮胎（汽车）起重机起重机的动态刚性：一般不做要求辽宁省安全科学研究院9.构件抗失稳计算轴心受压构件的整体失稳N/ΦA≤[σ]Φ见表K.1-K.4从表可以看到，Φ随λ变大而减小很多对强度影响很大，所以保证刚度，在一定前期下就是在保证强度。压弯构件的整体稳定性][yyxxWMWMAN辽宁省安全科学研究院3T电动悬挂起重机主梁的计算辽宁省安全科学研究院10.结构的疲劳强度计算结构构件及其连接的抗疲劳能力（疲劳极限强度）取决于构件的工作级别、材料种类、应力变化情况及构件连接的应力集中等级等。根据载荷组合A的实际可能的最不利工况计算得出的绝对值最大应力进行核算。rx=σxmin/σxman应力循环系数疲劳许用应力表31表33从这两个表中可以看到抗疲劳能力工作级别、材料种类、应力变化，也可以看出需进行不同工作级别的结构截面尺寸和布置是不一样的。辽宁省安全科学研究院11.GB3811构造一般要求主要承载结构的构造的设计应力求简单、受力明确、传力直接、尽量降低应力集中的影响。结构(或结构件)的设计应考虑到制造、检查、运输、安装(拆卸)、使用和维护等的方便和可能性。露天工作的起重机应避免积水。应根据起重机的实际工作环境考虑腐蚀对结构钢材的影响(结构有可靠的防腐措施或属于短暂性使用的设备，可不考虑腐蚀的影响)，主要承载结构的钢板和型钢的最小厚度应不小于表34的规定。对于动载荷比较严重和受力比较复杂的焊接结构件，除非采取措施减小或消除焊接内应力，否则选用的钢材厚度对碳素钢不宜大于50mm，对低合金钢不宜大于35mm。辽宁省安全科学研究院11.GB3811构造一般要求对承载后会发生较大弹性变形的结构，在设计时应预先采取与此弹性变形相反的措施，如桥式起重机和门式起重机主梁跨中应作出向上的预拱，门式起重机悬臂段应作出向上的预翘，且这些预变形宜由结构构造或结构件的下料来保证。在设计由疲劳强度控制的主要焊接结构时，应采取各种降低疲劳应力的措施，如改善街头型式降低应力集中等级，对双面连续焊缝的头部进行包裹回焊、采用较大半径的圆弧过渡板以减少内应力等。主要承载结构件在不同连接处允许采用不同的连接方式来传递载荷，但在同一连接处不宜混合使用不同的连接方式。主要承载结构的表面如果长期受到热辐射作用，且表面温度达到150℃以上时，结构设计应考虑有效的隔热防护措施。辽宁省安全科学研究院12.金属结构的检查整体失稳：整体失稳时不得修复，应报废；产生严重塑性变形：产生严重塑性变形使工作机构不能正常运行时，如不能修复，应报废；在额定载荷下，主梁跨中下挠值达到水平线下S/700时，如不能修复，应报废；发生锈蚀或腐蚀超过原厚度的10％时应报废；严重锈蚀或腐蚀：GB6067规定桥式起重机整体腐蚀应小于原厚度的10%产生裂纹：产生裂纹应修复或采取措施防止裂纹扩展，否则应报废。主要受力腹杆失稳应修复钢板严重局部失稳应修复辽宁省安全科学研究院13.载荷试验的目的辽宁省安全科学研究院桥式起重机制造工艺一、钢材预处理热轧钢材表面通常有一层氧化皮，呈灰黑色，覆盖于钢材表面，应进行除锈喷丸（手工、喷沙）等预处理，并进行防锈处理。通常采用的防锈底漆有703环氧脂铁红和无机硅酸锌底漆等。锈是一种有氧化物和水分子的物质。锈和氧化物的危害有减弱结构件的承载能力，降低结构的涂漆质量，影响乙块火焰切割和焊接质量等。辽宁省安全科学研究院2主梁工艺分析由于主梁内部有大量加筋板，加筋板的焊缝分布上下不均：（1）横向大筋板与下盖板不焊接，（2）小加筋全部连续角焊缝都在水平中心线以上，事实：中心线以上焊缝数量多于中心线以下，这样极易造成主梁下挠。要求：分析并保证如何使下挠最小，并且能预制上挠和造成一定旁弯（在焊接走台件之前）则是制定工艺的依据。辽宁省安全科学研究院3主梁制造工艺要点1.盖板和腹板对接焊工艺为避免应力集中，翼板与腹板的拼接接头不应在同一截面上，错开距离不得小于200mm；同时接头一般不应安排在梁的中心附近，一般应距中心2m以上。2.筋板的制造筋板是一个长方形，长筋板中间一般也有减轻孔。由于筋板尺寸影响到装配质量，要求其宽度差只能小于1mm左右，长度尺寸允许有稍大一些的误差。筋板的四个角应保证90°，尤其是筋板与上盖板接触处的两个角更应严格保证直角。辽宁省安全科学研究院3.腹板上拱度的制备主梁成拱最常用的方法是腹板下料成拱法。腹板的拱形可采用二次抛物线形或正弦曲线形。腹板上拱值规定为0.9～1.4S/1000，考虑气割、焊接电流、焊接速度、操作者技术程度等因素影响，一般2S/1000以上。腹板下料有两种方法：（1）腹板拱度曲线直接号料法（2）样板号料法辽宁省安全科学研究院辽宁省安全科学研究院4.盖板、腹板对接焊缝焊接（1）开坡口盖板、腹板对接焊缝要求焊透，采取开坡口的方法，以增加熔深。板厚δ6mm时就要开坡口。（2）板件拼接间隙和定位焊①板件拼接间隙过大，焊接时易产生烧穿、焊缝成形不佳的缺陷，同时焊接变形也较大。一般埋弧1mm，手工2mm。辽宁省安全科学研究院表15—工作状态计算风压和计算风速返回辽宁省安全科学研究院表18—非工作状态计算风压和计算风速返回辽宁省安全科学研究院表20—起重机金属结构的载荷与载荷组合表返回续表辽宁省安全科学研究院表20（续）返回辽宁省安全科学研究院龙门起重机载荷组合表返回示意图辽宁省安全科学研究院载荷示意图返回载荷表辽宁省安全科学研究院材料力学性能参数表（1）返回后表辽宁省安全科学研究院材料力学性能参数表（2）返回前表辽宁省安全科学研究院表I.2—钢材质量组别及钢材牌号返回辽宁省安全科学研究院表22—强度安全系数n和钢材的基本许用应力[σ]返回辽宁省安全科学研究院图1—低碳钢拉伸应力-应变曲线返回辽宁省安全科学研究院表23—焊缝的许用应力返回焊缝分级辽宁省安全科学研究院焊缝缺陷质量分级前表返回辽宁省安全科学研究院表28—结构构件的容许长细比[λ]返回辽宁省安全科学研究院表K.1—a类截面轴心受压构件的稳定系数φ返回K.2K.3K.4续表1续表2辽宁省安全科学研究院返回表K.1续表2辽宁省安全科学研究院返回表k.1续表1辽宁省安全科学研究院表31—构件疲劳许用应力返回表33辽宁省安全科学研究院表33—拉伸和压缩疲劳许用应力的基本值[σ-1]返回表31辽宁省安全科学研究院表34—钢板和型钢的最小厚度返回