门式起重机毕业设计.doc

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1、目 录1 设计方案1.1课题分析1.2 设计方案的确定2 起重机设计参数和工作级别2.1设计参数2.2 主要参数的确定2.3 工作级别3载荷的类型及其组合3.1载荷的类型3.2载荷的组合4起重机金属结构的设计4.1门架主要尺寸确定4.2门架的计算载荷4.3主梁的内力计算4.4门架静刚度的计算4.5大车车轮最大轮压和最小轮压的计算5 电动机的选择5.1大车电动机5.2小车电动机6 吊钩装置的选择7 焊接工艺工序8 焊接工艺8.1焊缝分类8.2工艺参数8.3焊接顺序9 焊接接头的检验10 焊接结构设计10.1焊缝布置10.2焊接方法10.3 焊缝顺序1 设计方案1.1 课题分析起重机是现代工业在实

2、现出产过程机械化、自己主动化，改善物料搬运前提，提高劳动出产率必不可少的重要机械设备。它对于发展国民经济，改善人们的事物、文化生活的需要都起着重要的作用。随着经济建设的迅速发展，机械化、自己主动化程度也在不停提高，与此相适应的起重机技能也在高速发展，产物种类不停增加，使用规模越来越广。一些企业由于没有起重机械，不仅工作效率低，劳动强度大，甚至难以工作。高层建筑的施工，上万吨级或几十万吨级的大型船只的建造，火箭和导弹的发射，大型电站的施工和安装，大重件的装卸与搬运等，都离不开起重机的作业。起重机不仅可以作为辅助的出产设备，完成原料、半成品、产物的装卸、搬运，进行机电设备、船体分段的吊运与安装，而

3、且也是一些出产过程及工艺操作中的必需的装备。再如冶炼金属工业出产中的炉料筹办、加料、钢水浇铸成锭、脱模取锭等，必需依靠起重机进行出产作业。据统计，在国内的冶炼金属、煤炭部门的机械设备总数量或总自重中，起重运输机械约占45%。起重机是机械化作业的重要的事物基础，是一些工业企业中主要的固定资产。对于工矿企业、港口码头、车站库场、建筑施工工地，和海洋开发、宇宙航行等部门，起重机已成为主要的出产力要素，在出产中进行着高效的工作，组成合理社团批量出产和机械化流水作业的基础，是现代化出产的重要标志之一。龙门起重机作为物料搬运机械中的最主要的一种，在各行各业中得到广泛的应用，龙门起重机起重范围可以从几吨到几

4、十吨甚至几百吨，在机械制造、冶金、钢铁、码头集装箱装运等行业都必须有龙门起重机。而起升机构更是起重机的咽喉设备，因此对其进行研究，改进其结构使其更加合理，使用更加方便，成本更加低廉，具有重要的现实意义。1.2 设计方案的确定起重机由产生运动的机构、承受载荷的金属结构、提供动力和起控制作用的电气设备及各种安全指示装置等四大部分组成。本设计中主要设计起重机承受载荷的金属结构及其焊接工艺。1、起重机主梁门式起重机按主梁形式可分为单主梁门式起重机和双主梁门式起重机。其中，单主梁门式起重机结构简单，制造安装方便，自身质量小，主梁多为偏轨箱形架结构。与双主梁门式起重机相比，整体刚度要弱一些。因此，当起重量

5、Q50t、跨度S35m时,可采用这种形式。按主梁结构又可分为衍架梁、箱型梁和蜂窝梁。箱型梁是使用钢板焊接成箱式结构，具有安全性高，刚度大等特点。一般用于大吨位及超大吨位的门式起重机。箱形结构又可分为正轨箱形双梁、偏轨箱形双梁、偏轨箱形单主梁等几种。正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。偏轨箱形双梁和偏轨箱形单主梁的截面都是由上、下翼缘板和不等厚的主副腹板组成，小车钢轨布置在主腹板上方，箱体内的短加劲板可以省去，其中偏轨箱形单主梁是由一根宽翼缘箱形主梁代替两根主梁，自重较小

6、，但制造较复杂。2、起重机支腿单主梁门式起重机门腿有L型和C型两种形式。L型的制造安装方便，受力情况好,自身质量较小，但是，吊运货物通过支腿处的空间相对小一些。C型的支脚做成倾斜或弯曲形，目的在于有较大的横向空间，以使货物顺利通过支脚。3、金属结构构件的材料起重机工作是经常承受变化载荷和冲击载荷，工作任务繁重且频繁，工作环境较差，因此要求金属材料强度高，塑性好，韧性强，耐冲击，焊接性好。起重机金属结构构件多采用普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、低合金钢和铸钢等钢材，主要承载结构一般常用普通碳素结构钢如Q235刚。当其中量超过400t时且工作级别较低时，宜采用Q345、Q390、Q420等低合金高

7、强钢，在选用这类钢材时，应特别注意选择合理的焊接工艺并进行相应试验，以减少其制造内应力，防止焊缝开裂及控制高强度钢材结构的变形。综合以上材料，本设计采用单主梁，L型支腿，梁的形式采用箱型梁，主要材质选用Q345。2 起重机设计参数和工作级别2.1设计参数跨度L=30m；起重量Q=40T；起升高度H=18m；起升速度v=6m/min；大车运行速度3080m/min取vdc=50m/min；小车运行速度30 50m/min取vxc=40m/min；工作类型：中级；小车轮距Kxc=2.7m；双悬臂L1=L2=6m；材质：Q345；2.2 主要参数的确定1 )主梁全长L0=L+L1+L2=30+26=

8、42m2 )主梁重量Gq=25t3 )支腿重量Gt=5t（单根）4 )小车重量Gxc=11.4t5 )起重机总重G=46.4t2.3工作级别起重机结构设计时要考虑起重机的工作级别，它是结构设计的主要参数，它由起重机利用等级U和载荷状态所决定。2.3.1 利用等级起重机在有效寿命期间有一定的总工作循环数。起重机作业循环是从准备起吊物品开始，到下一次起吊物品为止的整个工作过程工作循环总数表征起重机的利用程度，它是起重机分级的基本参数之一。确定适当的使用寿命时，要考虑经济、技术和环境因素，同时也要计及设备老化的影响。起重机的利用等级按照GB381183查得本文设计的起重机使用寿命为25年，工作级别为

9、U5。2.3.2 载荷状态载荷状态表明起重机受载的轻重程度，与两个因素有关：一个是实际起升载荷Qi与额定载荷Qmax之比，另一个是实际起升载荷Qi的作用次数Ni与工作循环总数N之比。它们的关系共同表示载荷谱，载荷谱系数Kq计算得q= 式中Qi第i个实际起升载荷，i=1,2,3Qmax额定起升载荷Ni实际起升载荷Qi的作用次数N工作循环总数m材料疲劳试验曲线的指数，此处取m=3计算可知载荷状态为中级。2.3.3 工作级别的划分确定了起重机的利用等级和载荷状态可按GB381138确定起重机整机工作级别。起重机整机工作级别分为A1A8八级，这里取A4。3 载荷的类型及组合3.1 载荷的类型一 自重载

10、荷G二 起升载荷Q 起升载荷是起升质量的重力。三 在不平路面运行产生的冲击载荷起重机或起重小车运行时，由于路面凸凹不平、轨道接头间隙或高低错位，会使运动的质量在铅垂方向产生的冲击作用。四 机构启动产生的水平惯性载荷五 风载荷六 起重机偏斜运行时的水平侧向力七 坡度载荷八 特殊载荷：地震载荷、温度载荷等3.2 载荷的组合一、第一类载荷组合（或称寿命计算载荷）二、第二类载荷组合（或称强度计算载荷）三、第三类载荷组合（或称强度验算载荷）4 起重机金属结构的设计计算4.1门架主要尺寸确定门架的主要构件有主梁、支腿和下横梁，皆采用箱型结构。主梁截面如图所示，其几何尺寸如下：4.1.1主梁几何尺寸高度()

11、30=1.22m取H=1600mm;宽度=(0.60.8) 1.6=0.961.28m取B=1000mm；取副腹板厚度2=10mm翼板厚1=16mm;其余尺寸b=800mm (腹板间距)4.1.2主梁几何特性面 积 F=64000mm2静 面 矩 Sx = 2.59107mm3；Sy=1.30107mm3惯 性 矩 2.81010mm4； 7.9109mm4截面模数 3.4107mm3； Wy=1.7107mm3;4.1.3支腿几何尺寸和几何特性支腿总体尺寸 支腿几何图形如图 8-25 所示，参考同类型起重机，采用“L”型支腿，确定总体几何尺寸如下：H=13.4mH1=2mH2=1mH3=1.

12、6mHz=18mB=12mL=11mL1=2.67mL2=8.33ma=2.83m计算门架内力时，取计算高度：h=H+H1+H2=16.4m计算支腿平面内力时，取h=H=13.4m支腿截面尺寸及几何特性支腿截面尺寸如图所示，板厚取16mm;其几何特性为：上横截面：Sx = 2.08107mm3；Sy=1.89107mm31.861010mm4 ；1.131010mm4；2.87107mm3；2.33107mm3；下横截面：Sx = 2.54107mm3；Sy=2.44107mm31.201010mm4；4.501010mm4；2.90107mm3；4.48107mm3；折算惯性矩： 1.531

13、010mm4 ；2.821010mm4主梁支腿抗弯刚度比系数：式中I2主梁绕X轴惯性矩； I1支腿折算惯性矩； h= 16.4m ;L=30m 大车轮矩取： ()46=9.2 11.5m取：11m4.2门架的计算载荷N/m4.2.1主梁单位长度质量1 = N/m4.2.2小车轮压单主梁小车有两个垂直车轮轮压 计算轮压：=1114000+1.05(40000+4300)=538515NPj=538515/2=269257.5N4.2.3小车制动时由于货重和小车自重引起惯性力=0.15=0.15=38872.5N4.2.4大车制动时产生的惯性力（1） 主梁自重引起的惯性力：=1112.42N（2）

14、 货物自重和小车自重引起惯性力：=20428.82N（3） 支腿自重引起的惯性力：0.15（4） 主梁自重引起惯性力化成均布载荷：4.2.5风载荷（1） 作用于货物的风载荷（2） 作用在小车上的风载荷（3） 作用在主梁上的风载荷=（4） 将主梁上的风载荷或为均布载荷=31.2N/m（5） 作用在支腿上的风力化为均布载荷=/h=648/13.4=48.4 N/m4.3主梁的内力计算4.3.1垂直面的内力主梁均布自重引起的内力支反力:剪 力：=35714.4N =5952.4=弯 矩：-=-=-107143.2Nm跨 中：=1232146.8Nm4.3.2移动载荷引起的主梁内力 取小车轮压：Pj=

15、269257.5N分别计算小车位于跨中和悬臂端时的主梁内力：A.小车位于跨中=3696411.84Nm最大弯矩作用位置：=14.35mVA=257589.68N280925.33N剪力QD=VA=257589.68NQC=VB=280925.33NB. 小车位于悬臂端支反力 VA=622882.35N VB=-=-84367.35N剪力=84367.35N=84367.35-622882.35=-538515N弯矩MD=-P1L1-P2(L-K)=-269257.56-269257.5(6-2.6)=-2531020.5NmML/2=VB4.3.3小车制动惯性力引起的主梁内力（图8-30a、b

16、、c）当小车制动时，惯性力顺主梁方向引起的主梁内力支反力:21250.3N剪 力：21250.3N 38872.5N弯矩：跨 中：318754.5Nm支座处：637509Nm1） 水平面内力顺大车轨道方向的风载荷引起的主梁内力（1）小车在跨中弯矩=-2916.72Nm=171903.9Nm（2）小车在悬臂端弯矩=-107310.82Nm=-36884.27 Nm11m= N/mPj=269257.5N38872.5N=1112.42N20428.82N4772.75N=113.64N/m=125000.4N=35714.4N=89286N-107143.2Nm=1232146.8Nm=3696

17、411.84NmVA=257589.68NVB=280925.33NQD= 257589.68NQC =280925.33NVA=622882.35NVB=-84367.35N=84367.35N=-538515NMD=-2531020.5Nm21250.3N=318754.5Nm=-107310.82Nm4.3.4主梁的强度验算1） 弯曲应力验算跨中1.15=189106N/m2支座处弯曲应力：=1.15=100106N/m22） 剪应力验算小车在跨中：QD=89286+257589.68+21250.3=325625.38N小车在悬臂：QD=-35714.4-538515-21250.3=

18、-595479.7N取QD=-595479.7N4.5大车车轮的最大轮压和最小轮压计算满载时，最大轮压：Pmax=+=33.6t空载时，最大轮压：=14.3t由起重机设计实例2-9表，当运行速度vdc=3080m/min时，工作类型为中级，车轮直径D0=800mm，轨道为QU70的许用轮压为60t，故可用。5 电动机的选择5.1 大车的电动机电动机静功率计算：（取=0.9） m=2（驱动电动机台数） Pj=34049.25kgfNj=154.5kw初造电动机的计算功率：NeKdNj=1.2154.5=185kw式中Kd电动机功率增大系数。由表查得Kd=1.2由此选择电动机的型号为YZR280M

19、85.2 小车的电动机电动机静功率：Nj=387.8kw式中 机构的总效率，取=0.85。电动机计算功率：NeKdNj=0.9387.8=349kw。式中Kd=0.9由此选择电动机的型号为YZR160M66 吊钩装置的选择吊钩装置选择40t吊钩组重量：430kg主要尺寸：A1=250mm A2=200mm A3=285mm h=170mm E3=475mmL1=990mm B1=224mm B2=190mm H1=280mm H2=236mm轴承型号：8228/226轴承数量：8材料：DG34CrMn7 焊接工艺工序一、备料1 主梁上下翼板均采用16mm厚钢板；腹板和支腿采用10mm厚钢板；主

20、梁筋板采用10mm厚钢板；支腿小筋板采用16mm厚筋板。材质均为Q345A。2 门式起重机各部件所用钢材需要做防锈处理；3 主梁的上、下盖板和腹板下料时，要保证使焊缝在组成箱形梁后不在同一截面，且互相错开；主梁跨度中心左右两米内不允许有拼接焊缝。4 上、下盖板的拼接焊缝均采用埋弧自动焊，对接坡口要求焊切割成单V型60，拼接焊缝需做X射线或超声波检查。5 上、下盖板用刨边机下料。6 腹板拱度要求焊切割上、下拱度曲线，应同时同向切割坡口，用角轮砂轮修磨。二、焊接工艺工序1 将上、下盖板铺在平台上，并作出各部件的基准线。2 箱形梁腹板开45坡口，采用埋弧自动焊。3 按照设计要求进行焊接，可以从一端向

21、另一端一次焊接，在焊接时要注意保证各焊缝间的距离要求，焊接时要求保证焊透，避免出现夹渣、气孔等缺陷。4 焊后处理焊接好的产品在焊接后会产生飞溅物、夹渣及变形，因此要用钢丝刷或砂纸等清除渣豆，并矫正其所产生的变形。5 检验产品焊后要进行检验，要求对焊缝进行强度和探伤检验合格方可进入下一道焊接工序。6 涂漆包装经检验合格的成品，涂好漆，再经质量检验合格后方可出厂入库。8 焊接工艺8.1 焊缝分类压力容器各部分的焊接接头分为A，B，C三类：A类焊缝：主梁内部的筋板连接部分，开K形坡口B类焊缝：主梁内部的筋板与腹板的连接部分C类焊缝：主梁腹板间的对接焊缝焊接方法选用埋弧焊和手工电弧焊并用，腹板之间采用

22、埋弧焊；筋板处焊接采用手工电弧焊8.2 工艺参数埋弧自动焊：根据起重机的材质为Q345 A(16Mn)，查表得：接头钢号类别焊丝牌号焊接电流Q345 (16Mn)低合金钢焊接H08Mn2SiA直流手工电弧焊：在起重机焊接结构中占重要位置接头钢号类别焊条牌号焊接电流Q345 (16Mn)低合金钢E5015直流埋弧自动焊：底层焊道：电流120A 电压34V 焊接速度25m/h 焊条直径1.2mm坡口内焊道：电流140A 电压36V 焊接速度20m/h 焊条直径1.2mm盖面层焊道：电流120A 电压34V 焊接速度25m/h 焊条直径1.2mm手工电弧焊：底层焊道：电流90A 电压20V 焊接速度

23、20cm/min 焊条直径3.2mm盖面层焊道：电流110A 电压20V 焊接速度20cm/min 焊条直径4mm8.3 焊接顺序8.3.1 焊前清理工件焊接前必须进行清理，除去工件表面的锈渍，油污和工件表面的毛刺。焊前处理能够有效防止焊接过程中产生气孔、夹杂等焊接缺陷的形成。8.3.2 焊接过程焊接过程至关重要，施工人员必须严格按照合理的结构顺序，选择合理的焊接工艺参数，严格施工。首先将两侧点焊在一起，然后将点固好的两侧拼接在一起。焊接过程应该保持结构的对称性，以减少变形和焊接残余应力。8.3.3 焊后处理工件焊接后必须进行焊后处理。工件的焊后处理主要包括热处理和焊接检验。由于工件承受一定的

24、压力，必须对其进行焊接后局部的跟踪回火处理，以消除残余应力和达到细化结合处材料的晶粒。对工件的局部薄弱处应该进行无损探伤。9.焊接接头的检验为确定焊接接头是否符合质量要求，就必须测定其质量特性。无损检验是实施焊接质量检验的主要工艺方法和有效的质量检验手段。通过无损检验的数据结果与施工设计要求及有关标准、规范、合同等规定相比较，以确定其质量等级和是否满足质量要求。无损检验的作用则在于监控焊接产品的质量的形成过程。因此，无损检验是焊接结构生产的质量管理过程中的基础和手段。无损检验的方法超声波检验：超声波在被检材料中传播时，根据材料的缺陷所显示的声学性质对超声波传播的影响来探测其缺陷的方法。通常用超

25、声波检验低倍缺陷和表面缺陷。涡流检验：利用在试件中的涡流，分析试件中质量状况的无损检验方法。磁粉检验：利用漏磁和合适的检验介质发现试件表面和近表面的不连续性的无损检验方法。X射线检验：利用X射线等射线对金属内部缺陷进行的无损检验方法。渗透检验：通过施加渗透剂，用洗净剂除去多余的部分，如有必要，施加显像剂以得到零件上开口于表面的某些缺陷的无损检验方法。10焊接结构设计10.1焊缝布置10.1.1主梁上焊缝的布置：（1） 主梁承轨角焊缝和其他纵向角焊缝的布置主梁用四条纵向角焊缝将翼缘板和腹板连接，本起重机采用宽翼缘对称箱形梁结构。焊缝布置见A0图纸。（2）横向加强板焊缝的布置横向加强板是主梁的主要

26、构件，偏轨箱形梁布置有大加强板和小加强板。焊缝布置见A0图纸。（3）纵向加强杆焊缝的布置当腹板的高度和厚度比时，除在全长设置横向加强板外，在受压区还要设置一道或多道纵向加强杆来增加腹板受压区的稳定性和梁的水平刚度。为了减少大截面主梁的波浪边形，纵向加强杆的设置是必要的。焊缝布置见A0图纸。10.1.2支腿上的焊缝布置支腿分成几部分，这些部分焊接在一起，且每段都含有加强板。焊缝布置见A0图纸。10.2焊接方法10.2.1主梁焊接方法 翼缘板、腹板拼接焊缝的焊接方法拼接焊缝是对接焊缝，加工成V形坡口形式，V形坡口便于施焊，坡口易加工，在板厚25 mm时，一般采用V形坡口。一般坡口角度选60左右。对

27、接焊缝坡口设计接头的坡口设计应保证根部熔透。1） 板厚14 mm。开双面坡口。2） 板厚14 mm。可以采用不开坡口即I形坡口双面熔深埋弧焊，但如果焊后变形，会影响焊缝的力学性能。这时，焊缝设计应考虑对于10 mm板适当开坡口，以减小焊缝余高，改善对接焊缝的力学性能。拼接焊缝无论是横向对接焊缝还是纵向对接焊缝的焊接接头都采用对接接头，单面焊双面成形。主梁承轨角焊缝和其他纵向角焊缝的焊接方法偏轨箱形梁主腹板上翼缘侧承轨角焊缝A6 A8级，腹板厚度12 mm，双面开坡口熔透角焊缝，采用深熔焊或背面清根，以保证根部熔透。采用K形坡口，坡口角度45。接头形式为T形接头。主腹板下翼缘角焊缝A3 A8级，

28、腹板厚度10 mm，单面坡口封底焊，坡口放在梁外侧。采用坡口角度45。接头形式为T形接头。副腹板上下翼缘角焊缝A6 A8级，腹板厚度10 mm，单面坡口封底焊，坡口放在梁外侧。采用坡口角度45。接头形式为T形接头。横向加强板焊接方法加强板与主副腹板、受压翼缘板为双面连续角焊缝，与受拉翼缘间隔10 mm不焊。单面坡口封底焊，采用坡口角度45。接头形式为T形接头。10.2.2支腿焊接方法作为连接支腿中两个部分的焊缝，坡口形式为V形坡口，坡口角度为60。接头形式为对接接头。作为支腿中一部分的加强板，坡口形式为K形坡口，坡口角度45。接头形式为十字接头。10.3焊接顺序主梁的焊接顺序： 主腹板下翼缘角焊缝 副腹板上翼缘角焊缝 副腹板下翼缘角焊缝 主腹板上翼缘侧承轨角焊缝11.参考文献1 陈道南 起重机课程设计 第一版 冶金工业出版社，1983:20-1682 起重机设计手册编写组 起重机设计手册 第一版 机械工业出版社 19803 中国机械工程学会焊接学会 焊接手册 第三版 机械工业出版社 20084 中国机械工程学会焊接学会 焊接结构设计手册 第一版 机械工业出版社 19705 方洪渊 焊接结构学 机械工业出版社 第一版 2008