焊接结构课程设计起重机海峰详解.doc

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1、焊接结构与生产课程设计 说明书设计题目通用桥式起重机金属结构和生产工艺设计学 院材料科学与工程年 级2012级专 业焊接技术与工程学生姓名魏海峰学 号12089940535指导教师王军佳木斯大学目 录第一部分结构设计1 主梁结构设计与校核31.1 桥式起重机桥架介绍31.2 大车的设计31.3 端梁的设计：41.4 总体结构示意图42 桥架截面尺寸初步确定52.1 尺寸计算52.2 腹板加筋板62.3 主梁截面参数设计表73 主梁的受力分析83.1 载荷的计算83.2 垂直方向 (按静定简支梁计算)93.3 水平方向上的弯矩和剪力114 主梁强度计算124.1 主梁最大弯矩截面的正应力124.

2、2 主梁最大剪力截面的剪应力124.3 主梁的刚度验算(不计动力系数)134.4 挠度设计134.5 焊缝尺寸的设计13第二部分工艺设计5 工艺设计145.1 材料复检155.2 钢材处理155.3 备料155.4 装配16顺序如下图所示：165.5 焊接175.6 对主梁的检验及修整195.7 整体修整205.8 总结206 参考文献211 主梁结构设计与校核1.1 桥式起重机桥架介绍 主梁 跨度19m，是由上、下盖板和两块垂直的腹板组成封闭箱形截面实体板连接，主梁横截面腹板的厚度为6mm，主梁上的走台的宽度取决于端梁的长度和达成运行机构的平面尺寸，主梁跨度中部高度取H=L/17，主梁和端梁

3、采用搭接形式，主梁和端梁连接处的高取H0=0.4-0.6H，腹板的稳定性有横向加劲板和纵向加劲条或者角钢来维持，纵向加劲条的焊接采用连续点焊，主梁翼缘板和腹板的焊接采用贴角焊缝，主梁通常会产生下挠变形，但加工和装配时采用预制上拱。1.2 大车的设计一设计的基本原则和要求大车运行机构的设计通常和桥架的设计一起考虑，两者的设计工作要交叉进行，一般的设计步骤：1. 确定桥架结构的形式和大车运行机构的传方式2. 布置桥架的结构尺寸3. 安排大车运行机构的具体位置和尺寸4. 综合考虑二者的关系和完成部分的设计 二.对大车运行机构设计的基本要求是：1. 机构要紧凑，重量要轻2. 和桥架配合要合适，这样桥架

4、设计容易，机构好布置3. 尽量减轻主梁的扭转载荷，不影响桥架刚度4. 维修检修方便，机构布置合理1.3 端梁的设计： 端梁部分在起重机中有着重要的作用，它是承载平移运部分运输的关键部件。端梁部分是有仇车轮组合端梁架组成，端梁部分主要有上盖板，腹板和下盖板组成端梁由两段通过连接板和角钢用高强螺栓连接而成。在端梁的内部设有加强筋，以保证端梁架受载后的稳定性。梁端的主要尺寸是依据主梁的跨度，大车的轮距和小车的轨距来确定的；大车的运行采用分别传动的方案。 在装配起重机的时候，先将梁端的一段与其中的一根主梁连接在一起，然后再将梁端的两段接连起来。1.4 总体结构示意图通用桥式起重机是指用吊钩或抓斗（有的

5、也有用电磁盘）吊取货物的一般用途的桥式起重机，它桥架（大车）和起重小车两大部分组成，桥架横跨于厂房或露天货物上空，沿吊车梁上的起重机轨道纵向运行。通用桥式起重机有大车运行机构（装在桥架上），起升机构和小车运行机构（装在小车上）等三种工作性机构。桥架由主梁和端梁及小车运行轨道组成，工作时小车在两根主梁上铺设的轨道上滑行。根据载重量不同，起重机分为正规箱型梁和偏轨箱形梁两种形式。（图1）原始数据设计基本参数起重量（吨）跨度（米）小车轮距（米）16191.22 桥架截面尺寸初步确定2.1 尺寸计算 参数计算步骤初步确定主 梁高 度ha. h=（1/141/18）L （m）h=19000(1/141/

6、18)=1006mm1006mm腹板间 距bobo=（1/501/60）L （m） bo=（1/501/60）19000=380mm工艺要求主梁高度和腹板间距关系h/bo3 L/bo50380mm盖板宽度b自动焊 b=bo+2（20+o）=380+52=432mm432mm腹板厚度o为考虑锈蚀和控制波浪度， 当Q=563tf时， o6mm这里取6mm 8mm盖板厚度1受压盖板厚度1： b1/160受拉盖板厚度2：o21 这里取上盖板厚度6.5mm，下盖板厚度6.5mm8mm端梁的高度和宽度端梁的高度h端=（0.40.6）h=530mm端梁的宽度b端=（0.50.8）h=318mm530mm31

7、8mm主梁端部过度距离CC=（1/51/10）L=2.38m 腹板高度ho=h-1-2=1000mm2.38m 1000mm2.2 腹板加筋板（选取橘色区）腹板高度h0与腹板厚度o之比h0/o腹板受压区同时有直接作用的集中轮压（如一般简支的工字形主梁，偏轨箱形梁）腹板受压区没有直接作用的集中轮压（如正轨箱形梁截面的主梁等）腹板受拉区直接作用有集中轮压（如悬臂梁）h0/o70（60）可不设筋板或仅按构造需要设筋板可不设保证局部稳定性的筋板，但需加短筋板或承轨梁以承受钢轨设横向筋杆70（60）h0/o160（135）沿梁全长设置横向筋板a2h，a2.2m采用如图4的横向筋板a2h，h2=0.3h1

8、60（135）h0/o240（200）沿梁全长设置横向筋板，并同时在受压区设一道或两道纵向筋杆采用如图5纵横筋板240（200）320（270）按高腹板梁的局部稳定性处理，配置多根纵向及横向筋2.3 主梁截面参数设计表桥架参数单位（毫米）主梁高度1006腹板间距380腹板厚度6盖板宽度432上盖板厚度8下盖板厚度8端梁高度530端梁宽度318主梁端部过度距离2375腹板高度10003 主梁的受力分析3.1 载荷的计算图2 通用桥式起重机主梁结构图 表3 桥式起重机桥架结构的计算载荷组合 载荷情况 载荷种类主 梁大车不动,小车在规定位置起升或下降载荷.大车平稳制动,小车在跨中,满载下降制动.桥架

9、自重Gq=7.5tfKGq=1.1X7.5小车自重Gx=0.35X16KGx=1.1X0.35X16起升载荷Qx=X16Qq=1.15X16大车起制动时的惯性力Fdg,qdg注:K-冲击系数,取K=1.1; -动力系数,取=1.153.2 垂直方向 (按静定简支梁计算)P2BP1xbljAb1j/2（图3）活动载荷计算(1) 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b1j/2处,合力 R=P1+P2=( KGx+Qq).=1.1X0.35X16+1.15X16=24.56tf求A点的支反力,对B点取矩 F=0 MB=0 VA=(L-x-blj/2)R/L距支点A距离为x的

10、截面上的由活动载荷产生的剪力和弯矩分别为: 当0x18.6m时 Q活max=VA=(L-x-blj/2)R/L=(19-0.386-1.2/2)x24.56/19=23.3tf M活max=VA.x=(L-x-blj/2)xR/L=（19-0.386-1.2/2）X0.386X24.56=9tfm 当L- b1xL时 VA=P(L-x)/L=12.03t Q活max= VA=P(L-x)/L12.28x(19-0.386)/19=12.03t M活max=VA.x= P(L-x)x/L=4.64tfm(2) 由固定载荷引起的弯矩及剪力 均布载荷距支点A距离为x的截面上的由固定均布载荷产生的剪力

11、和弯矩分别为:ABqx图4 均布载荷计算图 VA=qL.(L/2)/L=qL/20.3X19/2=2.85t Q均=VA-qx=2.85tX=18.6m时 M均max=M均=VA.x-qx(x/2) = VA.x-qx2/2=13.1tfm q= KGq/2L=1.15x7.5/(2x19)=0.23kgf/m 集中载荷确定支反力 VA=G1（L-L1）+ G1L1+G2（L-L2）+ G3（L-L3）K/L =0.5(19-1.5)+0.5x1.5+1.1(19-2.8)+0.2x(19-5.0) =1.74tfxL3L2G1G2G3G1L1L1L图5集中载荷计算图AB VB= (2G1-G

12、2-G3) K -VA =(2x0.5-1.1)x1.1-1.74 =-2.04tfa. 当0xL1=1.5mQ集= VA=1.74tf M集= VA.x=1.74x1.5=2.61tfmb. 当L1xL2=2.8m Q集= VA-KG1=1.74-1.1x0.5=1.19tf M集= VA.x-KG1（x- L1）=4.157tfmc. 当L2xL3=5.0m Q集= VA-K（G1+ G2）1.744-1.1x1.6=-0.01 M集= VA.x -KG1（x- L1）+ G2（x- L2） =-4.113tfmd. 当L3x（L- L1） Q集= VB-KG1 =-2.04-1.1x0.

13、5 =-2.59tf M集= VB.X -KG1(X- L1） =-45.325tfme. 当（L- L1）xL Q集= VB=-2.04tf M集= VB.X =-38.76tfm 垂直方向上的总弯矩和总剪力 Mmax=（M活+M均+M集）max （先确定最大弯矩点） =9+13.1+4.1=26.2x105N*cm Qmax=（Q活+Q均+Q集）max （先确定最大剪力点） =23.3+2.85+1.74=2.789x105图6主梁惯性矩截面ZY3.3 水平方向上的弯矩和剪力 当大车的总轮数的1/2为驱动轮时，水平方向上的弯矩和剪力，可粗略地取垂直方向上的计算值的1/10。 Mmax=Mm

14、ax/10=2.62x105 Qmax=Qmax/10=2.79x1044 主梁强度计算4.1 主梁最大弯矩截面的正应力 max= Mmax/Wz + Mmax/Wy Wz=(h。/3+b1)xh。 =(100x0.6/3+43.2x0.65)x100=4808cm2 Wy=(b1/3+h)b=(43.2x0.65/3+100x0.6)x43.2=2996cm2 max=632kgf/cm21600kgf/cm2（满足要求)4.2 主梁最大剪力截面的剪应力 max= Qmax.S/Jz 其中S中性轴以上截面对中性轴的面积矩(静矩) S=43.2/8x(100.62-1002)+0.6x1002

15、/4=2148cm3max=2.79x106/(2x0.6x240400)x(43.2x1900/8-43.2x1002/8) =408kgf/cm2950 kgf/cm2（满足要求)A3钢=1600kgf/cm2 =950 kgf/cm2 合力 =948kgf/cm21600kgf/cm2 （满足要求)4.3 主梁的刚度验算(不计动力系数) 垂直挠度f1 式中 小车行至跨中时，车轮距端点的距离 f=L/(7001000)f1=0.007f=L/(7001000)=0.020.03（满足要求)4.4 挠度设计起重机装焊完工后,主梁跨中应有f=L/1000的上拱度,上拱曲线按y=4f（L-x）x

16、/L2分布。考虑桥架自重及组装焊接的变形，常取的腹板下料的上拱度为：Q=563tf时，f0=L/250L/450；Q=80100tf时，f0=L/500L/550。f0=L/250L/450=19/（250450）4.5 焊缝尺寸的设计盖板与腹板连接角焊缝通常不开坡口，平角焊缝，焊角K一般不大于腹板厚度，通过验算最大切应力，确定焊角K值。 式中 S 主梁端部上盖板对Z轴的静矩 a 角焊缝计算厚度a = 0.7K，气体保护焊和自动埋弧焊a =（0.81）KJz=240400cm4 Qmax=2.789x105N*cmS=b/8x(h2-ho2)+o(h2-ho2)=10798cm3解得K6mm（

17、满足要求)5 工艺设计桥式起重机的制造任务为龙门吊，跨距19mm，起吊质量为16。由A3钢板焊接而成。焊条电弧焊通常采用E5015碱性焊条；气体保护焊焊丝采用ER506。 钢材复检 钢材预处理，较平，矫直，喷丸，除锈等 成品 质 量检测 放样，划线，好料 喷漆包装 下料，气切割 无损检测 钢材成型处理 修整，处理 装配，点固， 总装，焊接 （图7）具体制造工艺流程5.1 材料复检对主梁制造所用材料查看标签同时取试样在实验室中进行强度与刚度的复检验。再次确定是否符合要求。5.2 钢材处理钢结构零件进行组装焊接前，应进行型材预处理，清除氧化皮、锈和其它表面污物。板板材还要用平板矫正机矫平，通常规定

18、板厚大于6mm的，用1m平尺测量，波浪度应小于3mm。5.3 备料1、盖板（=9mm）（1）对已选定的Q235材料上盖板下料加长量按加长量2L/1000=219000/1000=38mm，下盖板下料加长量按加长量1L/1000=119000/1000=19mm，板宽允许偏差小于2mm，在对接长度方向上放400mm的工艺余量。用自动火焰切割。（2）切割：选用市场上规格为22mm1400mm的材料，切成两均等份，对边缘进行精整切割，对于盖板，剪切后出现波浪变形大于3mm/m；水平弯曲，在6m长内弯曲量大于3mm,应采用平板矫正机矫正。（3）开坡口：板厚为9mm时，采用单Y型坡口，允许用火焰气割，但

19、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=19000/1000=19mm 以上fs为理论值，实际下料时，fs=（23）fs ，fs=（3857）mmfsxL/2L图8 拱度示意图2、腹板（=6mm）（1）对已选定的Q235腹板下料的加长量按1.5L/1000=1.519000/1000=30mm，目的是使主梁有规定的上拱度，在腹板下料时有相应的上拱度，且上拱度应大于主梁的上拱度。（在离中心200mm处不得有接头，为避免焊缝集中，上

20、、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。）用火焰切割。（2）切割：选用市场上规格为6mm1800mm的钢板，切去多余的部分，然后对材料进行精整（气割）。用1m平尺复查板材的波浪变形，大于3mm应重新用平板矫正机矫正。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。（3） 下料拱度：fs=（1/10003/1000）L=（1957）mm3、大小隔板（=6mm）注意下料时合理组合尺寸，尽量减少板材的消耗。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(2m

21、m以内)。肋板的4个角度应为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。按设计尺寸对板材进行数控切割。5.4 装配 顺序如下图所示： 图9 装配顺序图即：（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（3）装腹板（4）角钢固定（5）腹板与隔板的焊接（6）装配下盖板及盖板与腹板的焊接（7）测量挠度（8）焊接变形检验校正5.5 焊接（一）焊接工艺要点要保证箱形主梁的焊接质量及合

22、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CO2气体保护焊，焊条直径为1.2mm，焊接电流为160200A，电弧电压为2225V。 （二）焊接的顺序1.盖板的拼接和对接将盖板放在平台上，接头处间隙小于2mm定位焊，并要求接口处两端定位焊引弧板和引出板。焊接前，两端用螺

23、栓压板压紧在平台上，用气保焊焊进行焊接。焊接方向背面反方向焊接。焊后矫平，铲去引弧板和引出板，进行无损检测，合格后转入下道工序。2.腹板的拼接和对接腹板不够宽的板料要预先拼接宽度，拼接间隙小于2mm定位焊。并要求接口处两端定位焊引弧板和引出板，采用CO2气体保护焊，焊完一面翻转焊接另一面，要求焊透，焊后矫平，按下料的编号依次将腹板放在平台上，以号料时的基准线为准，将各块板料对齐。然后定位焊。同样接缝两端定位焊引弧板和引出板。焊后处理，对接焊产生的角变形，可采用重磅压的方法矫正。然后割掉引弧板和引出板。再进行无损检测，应符合要求。3.大小隔板的焊接为了保证邻边成90度，可采用定位胎组装定位焊。对

24、接焊缝要求焊透。如采用焊条电弧焊，背面应清根后焊接。4.形梁组装焊接将腹板吊放在平台上，并画出大小隔板的定位线和角钢的定位线，组装后定位焊角钢，并完成角钢焊缝。在一个腹板上按定位线组装定位焊大小隔板。注意隔板与腹板的垂直度。在另一腹板画线，并焊接矫正焊后变形，在这一腹板上画出大小隔板、跨度中点、支腿零点的定位线，与大小隔板和上盖板组装定位焊。组装时注意，要使腹板、上盖板的跨中点和支腿中点对准。组装时可应用腹板装配卡具，由跨中向两边组装定位焊。5.焊接形梁内壁焊缝首先焊接腹板侧内壁焊缝，通常用半自动焊或焊条电弧焊。隔板焊接方向由下盖板指向上盖板。然后翻转90度，使上盖板朝下，焊接大隔板与上盖板的

25、焊缝，仍采用半自动焊或焊条电弧焊。再翻转90度，使另一腹板朝下，焊接此腹板内壁焊缝，焊接方法同上。6.形梁组装定位焊下盖板将下盖板放在平台上，画出两端折弯定位线，可垫钢轨用重磅压弯。将下盖板垫起，然后将形梁吊放在下盖板上，测量形梁的上拱度和上翘度。如不合适，可采用螺旋拉紧器顶、压方法调整。下盖板与形梁组装定位焊后，卸去螺旋拉紧器、压重和千斤顶。然后检查拱度、翘度和腹板、盖板倾斜。按图样装配定位焊下盖板的角钢及大小隔板与盖板上需要焊接的焊缝7.形梁四条纵向焊缝的焊接将主梁吊放在埋弧焊胎架上，胎架应垫在支腿中心、跨中、悬臂端的位置。胎架将梁垫成45度位置焊接。焊接方法采用埋弧焊。焊接顺序原则上是先

26、焊下盖板与腹板的焊缝，后焊上盖板与腹板的焊缝。在装配压紧力的作用下，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，然后用点固焊住。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。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1423的顺序来焊接，可防止扭曲变形。（三）其他要求1. 焊接人员参加焊接的焊工应具备相应的操作

27、资格除此之外还应配备专门的焊接技术人员进行现场指导、焊接检验人员进行全程跟踪检查。2. 焊接材料焊条使用前必须严格按使用说明书的规定进行烘干。然后放在保温筒内，随用随取。焊条烘干后在保温筒内存放超过4h应重新烘干烘干次数不得超过2次。3. 接头形式上盖板对接接头形式，当板厚68mm时，采用I型坡口；板厚1020mm时，采用单Y型坡口；5.6 对主梁的检验及修整 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，或者火焰矫正。1、 上盖板下料后，毛刺和凹凸不平应铲除。2、 对接后要对余高进行机械加工，从而减小应力集中。3、 对于下盖板，采用

28、热弯方法进行折弯。4、 挠度的检验5、 变形量的检验检验各板的变形量：腹板波浪变形受压区，腹板垂直6、 焊缝质量检验 对主要的工作焊缝进行100%的X射线检验。 箱形主梁的质量检验主要是制造过程中的工序检验及制造完成后的专检。箱形主梁焊接完毕，经质检，其几何尺寸、上拱度及焊缝质量均符合质量要求。 对于此大型桥式起重机的箱形主梁的制造，在不具备大型吊装设备的情况下，作者采用合理的装焊顺序及工艺措施，成功地弥各方面的不足，保证了箱形梁的焊接质量并满足了尺寸要求。5.7 整体修整1、防止大梁在水平面内弯曲，将悬臂支撑（即走台支撑）焊上大梁之前给予大梁一定程度的预弯，在它这样的位置上支撑焊到大梁上。配

29、重3的重量根据实际规定：在大梁的两端没有与部支柱4接触以前，配重可以继续往上加。2、焊接大梁时，应尽量避免变形。大梁断面允许的最大扭转（或通常所说的螺线形）可以按比例关系a0.02H确定范围。为满足这个要求，采用下列方法：（1）在隔板和上盖板装配的时候，所有的隔板应与盖板严格地装成90，而且在一条直线上；（2）大梁构件在焊接前的装配以及焊接，须在调整后的架子上进行。3、焊缝的补焊修整若检验出未焊透、裂纹、夹杂等缺陷时，若不符合焊接检验标准。需对其进行补焊，采用碳弧气刨对缺陷进行彻底的清理、清除，然后再补焊。4、焊材的保存为防止焊剂的潮湿引起的气孔时，对熔炼型焊剂在150350烘培，烧结型焊剂则可控制在200400。烘培时间均以一小时为宜。5、 对焊丝和焊剂的保存应按照材料的牌号、种类标注，避免混乱。5.8 总结 通过这次课程设计我么你了解了主梁的设计，生产工艺的流程，为以后工作提供经验。6 参考文献1 起重机设计手册2 机械工程手册。第12卷3 贾安东。焊接结构及生产设计4 材料力学5 焊接结构6 机械制图