桥式起重机主梁

桥式起重机设计说明书姓名：高伟学院：材料科学与工程学院专业班级：材料成型及控制工程0703班指导教师：王勇日期：2011年1月前言在日新月异的社会中，随着生产的发展忽然科学技术的进步，焊接已成为一门独立的学科，并广泛应用于宇航空、核工业、造船、建筑及机械制造等部门，在我国的国民经济发展中，尤其是制造业的发展中，焊接技术是一门不可缺少的加工手段。据有关资料介绍，全世界的钢铁产业中约有50%左右时通过焊接加工有原材料变成产品的。目前许多焊接作业已经机械化、自动化、数控、人工智能化等很多高新技术。本书主要对桥式起重机中箱型梁的制造过程做了详细说明，由于书中遵循的是广泛通用的大起重量的桥式起重机的制造及设计原则，因此在设计专用起重机时不能完全采用本书的设计原则及数据，又因参考文献比较久远及涉及作者的经验有限，对于本书的一些缺点及不足，还望读者批评指正。本书具体描述了跨度19米，起重32t的通用桥式起重机箱型主梁的设计及生产过程，并对车间做了简单的设计，在张红霞老师和王勇老师的指导下，同时得到同组人员的大力协作，再次表示感谢。经验有限，缺点和错误在所难免，恳请读者批评指正。二〇一一年一月十八日目录前言课程设计任务书第一章箱型梁式桥架结构的构造及尺寸----------------------1第二章主梁的制造工艺过程--------------------------------13第三章焊接车间的设计------------------------------------26第四章焊接工艺卡----------------------------------------30第五章结束语及相关参考文献------------------------------41第一章设计过程箱型梁式桥架结构的构造及尺寸㈠桥架的总体构造①箱型梁式桥架结构是有两根主梁和两根端梁组成的。㈡桥式起重机由桥架和起重小车两大部分组成，桥架两端通过运行装置，直接支撑在高架轨道上，沿轨纵向运行，其中小车沿在桥架主梁上的小车轨道横向运行。分类：单（主）梁式起重机：具有一根主梁的桥式起重机。双（主）梁式起重机：具有两根主梁的桥式起重机。葫双桥式起重机：采用电动葫芦作为小车起升机构的桥式起重机㈠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。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。㈡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。㈢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。。计算项目设计计算内容计算结果中部高度端梁连接处高度h1梯形长度Ｃ端梁宽度２Ｃ０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纵向加加筋角钢第一章尺寸及相关参数设计h=（1/14~1/16）L取h=1270mmh1=（0.4~0.6）h取h1=650mmC=(0.1~0.2)L取C=2000mm2C0=（0.4~0.8）h1取2C0=480mmb0≥h/3且b0≥L/50取b0=450mmδ0=8mm(查资料得)b=b0+2(δ0+10）=482mm(手)b=b0+2(δ0+20）=502mm(自)靠近端梁处a=h0=h-δ1-δ2=1242mm跨中a=(1.5~2.0)h0=2000mmh2=h0/3=416mma1=0.5h0=625mmh3h2h3=450mmh=1270mmh1=650mmC=2000mm2C0=480mmb0=450mmb=502mma1=625mmh3=450mm计算项目设计计算内容计算结果主梁的受力分析三主梁的设计计算a、垂直方向垂直固定载荷：1均布载荷：由起重机主梁自重曲线得均布载荷2集中载荷:由大车运行机构估计重量得运行机构重量G1=0.8L1=1.5m操纵室重量G2=1.1L2=2.8m电气设备G3=0.6L3=5.9m3垂直活动载荷F=Gx+ΦQ=αQ+ΦQ=11.2+38.6=49.5t每个轮子上轮压F1=F2=F/4=12.4t②水平惯性力：按最危险情况，水平惯性载荷为各垂直载荷的1/10.载荷组合：KⅡGq=1.1×9=9.9tKⅡGx=1.1×11.2=12.32tΨⅡQ=1.15×32=36.8t第二章主梁截面的计算a．由活动载荷引起的弯矩和剪力，当活动载荷P1=P2时，其合力位置在b1/2处，合力R=P1+P2=(KⅡGx+ΨⅡQ)/2=24.56t∑F=0∑MB=0FA=(L-x-b1/2)R/L距支点A距离为x的截面上由活动载荷引起的剪力和弯矩分别为Gq=9tq1=0.474t/m《起重机设计规范》F1=F2=12.4tR=24.56计算项目设计计算内容计算结果a)当0xL-b1时，0x16.3mQ活max=FA=(L-x-b1/2)R/L=(19-x-1.35)×24.56/19=22.8tM活max=FAx=(L-x-b1/2)Rx/L=(19-x-1.35)×24.56×x/19=100t·m(当x=L/2-b1/4时）b、L-b1xL时，16.3x19Q活max=P(L-x)/L=P×b1/L=[(24.56/2)×2.7]/19=1.74tM活max=FAx=P(L-x)x/L=(24.56/2)×2.7×(19-2.7)/19=28.45t·m（当x=16.3时）b由固定载荷引起的弯矩及剪力a)均布载荷：距支点A距离为x的截面上的固定均布载荷引起的剪力和弯矩分别为：FA=qL/2=KⅡGq/2=4.50tQ活max=22.8tM活max=100t·mQ活max=1.74tM活max=28.45t·mQ均max=FA-qx=4.50t（当x=0时）q=KⅡGq/L=9.9/19=0.5210M均max=FAx-qx2/2=4.50×19/2-0.5210×9.52/2=19.24t·m（当x=9.5时）b)集中载荷确定支反力FA=[G1(L-L1)+G1L1+G2(L-L2)+G3(L-L3)]KⅡ/L=[0.8×19+1.1×（19-2.8）+0.6×（19-5.9）]×1.1×104/19=2.36tFB=(2G1-G2-G3)KⅡ-FA=（2×0.8+1.1+0.6）×1.1×104—23664=1.26ta当0xL1，0x1.5mQ集1=FA=1.98tM集1=FAx=1.98×1.5=3.55t·mQ均max=4.50tM均max=19.24t·mFA=2.36tFB=1.26tQ集1=1.98tM集1=3.55t·m计算项目设计计算内容计算结果2垂直方向的剪力和弯矩b当L1XL2，Q集2=FA-KⅡG1=23664-1.1×0.8×104=1.48tM集2=FAx-KⅡG1（x-L1）=23664x-1.1×0.8×104（x-1.5）=5.48t·m(x=2.5m)C当L2XL3,Q集3=FA-KⅡ（G1+G2）=23664-1.1×(0.8+1.1)×104=0.28tM集3=FAx-KⅡ[G1（x-L1）+G2(x-L2）]=6.36t·m(x=5.9m)d当L3XL-L1Q集4=FA-KⅡ（G1+G2+G3）=23664-1.1×(0.8+1.1+0.6)×104=-0.38tM集4=FAx-KⅡ[G1（x-L1）+G2(x-L2）+G3(x-L3)]=-3836x+86090=6.35t·m(x=5.9)e当L-L1xLQ集5=FA-KⅡ（2G1+G2+G3=23664-1.1×(1.6+1.7)×104=-1.26tM集5=FAx-KⅡ[G1（x-L1）+G2(x-L2）+G3(x-L3)+G1(x-L+L1)]=-12636x+243320=2.22t·m(x=17.5)通过对建立图和弯矩图的分析，得出垂直方向的最大剪力和弯矩分别是Mmax=(M活+M均+M集)max=120t•mQmax=(Q活+Q均+Q集)max=292.8KN水平方向的剪力和弯矩当大车的总轮数的1／2为驱动轮时，水平方向的剪力和弯矩，可以粗略地取垂直方向上的计算值的1／10M//max=Mmax/10=12t•mQ集2=1.48tM集2=5.48t·mQ集3=0.28tM集3=6.36t·mQ集4=-0.38tM集4=6.35t·mQ集5=-1.26tM集5=2.22t·mQ//max=Qmax/10=29.28KN计算项目设计计算内容计算结果1梁盖板与腹板的角焊缝四结构主梁的计算——焊缝的设计及计算梁盖板上腹板的角焊缝关于X，Y轴的惯性矩。Z=（2δ1+h0）／2=（2×14+1242）=635mmJX=(2δ0)h0³／12+bδ1³／6+2bδ1(Z-5)²=(2×8)×1242³／12+502×14³／6+2×502×14×630²=0.75×1010mm4JY=(2δ1)b1³／12+h0δ0³／6+2h0δ0[﹙b0+δ0﹚／2]²=（14×2）×502³／12﹢1242×8³／6﹢2×1242×8×[﹙450﹢8﹚／2]²=1.09×109mm4WX=JX／Z=0.75×1010mm4／635mm=0.118×108mm³WY=JY／Z=1.09×109mm4／251mm=4.26×106mm主梁中性轴以上截面对中性轴X-X静距SS=h0δ0×h0／4+bδ1（h0+δ1）／2=1242×8×1242／4+502×14×1256／2=6727430mm³主梁最大弯矩截面的正应力σmax=Mmax／WX﹢M//max／WY=102+29.7Mpa=132Mpa主梁最大剪应力截面的剪应力Qmax=(Q2max+Q2//max)½=(292.8²+29.28²)½=294.3KN最大剪应力截面对X轴的惯性矩（h0′=1242/2=621mm）Z=635mmJX=0.75×1010mm4JY=1.09×109mm4S=6727430mm³σmax=132MpaQmax=294.3KN计算项目设计计算内容计算结果Z′=（2δ1+h0′）／2=（2×14+621）／2=325mmJX′=2δ0h0′³／12+bδ1³／6﹢2bδ1(Z′-5)²=﹙2×6﹚×621³／12＋502×14³／6＋2×502×14×﹙325－5﹚²=0.0168×1011mmτmax=（Qmax×S）／（JX′×ζf）经过查参考资料和对比，取Q235钢比较合适；查的则许用应力[δ]=δs／1.33=220／1.33＝165.4Mpa＞132Mpa[τ]=[δ]／3½＝95.5Mpa＞τmax=81.8Mpa经过校核比较，所选的Q235钢满足要求Z′=325mmJX′=0.0168×1011mm4τmax=81.8MP《优质碳素结构钢》-低碳合金钢的力学性能计算项目设计计算内容计算结果第五章主梁主要焊缝的强度计算㈠角焊缝在腹板边缘双面不开坡口，焊透的情况下角焊缝在腹板边缘开破口的情况下：加筋板与盖板的校核主梁上盖板对截面水平中性轴的静距为S：S=bδ×﹙h＋δ）／2＝522×14×﹙621＋14﹚／2=2231390mm³集中载荷产生的剪