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1、门式起重机主梁设计说明书姓 名： 张濮博 学 院： 材料科学及控制工程学院 专业班级： 11050105 指导教师： 赵铁钧 日 期： 2014年11月 前言门式起重机是桥式起重机的一种变形。在港口，主要用于室外的货场、料场货、散货的装卸作业。它的金属结构像门形框架，承载主梁下安装两条支脚，可以直接在地面的轨道上行走，主梁两端可以具有外伸悬臂梁。门式起重机具有场地利用率高、作业范围大、适应面广、通用性强等特点，在港口货场得到广泛使用。门式起重机的类型门式起重机一般根据门架结构形式、主梁形式、吊具形式来进分类。按门框结构形式分（a）全门式起重机：主梁无悬伸，小车在主跨度内进行。（b）半门式起重机
2、：支腿有高低差，可根据使用场地的土建要求而定。（c）双悬臂门式起重机：最常见的一种结构形式，其结构的受力和场地面积的有效利用都是合理的。（d）单悬臂门式起重机：这种结构形式往往是因场地的限制而被选用。按主梁结构形式分（a）单主梁门式起重机单主梁悬臂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Q50t、跨度S35m时,可采用这种形式.单主门梁式起重机门腿有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,
3、以使货物顺利通过支脚。(b)双梁桥式起重机双梁桥式起重机承载能力强，跨度大、整体稳定性好，品种多，但自身质量与相同起重量的单主梁门式起重机相比要大些，造价也较高。根据主梁结构不同，又可分为箱形梁和桁架两种形式。目前一般多采用箱形结构。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5焊接工艺工序6 焊接接头的检验7 焊接结构设计8.1焊缝布置8.2焊接方法8.3 焊缝顺序 1设计方案1.1 课题分析起重机械用于物料起重、运输、装卸和安装
4、等作业的机械设备。门式起重机，是一种整机沿轨道方向运动，卷扬机沿主梁作横向运动，吊钩作升降运动的起重吊运设备。本产品是目前公路桥梁预制和吊运的最理想的起重机械。它的特点：自重轻、起吊重量大、安装拆卸和运输十分便利。同时也适用于工矿企业、铁路、码头等场地作业。本文是对跨度28m，起重量为45t的门式起重机进行了设计计算。简单地介绍了门式起重机的工作原理及设计过程。对门式起重机桥架的设计及计算，并且对各部分的结构功能和工作要求、特点等作了简要的介绍。通过对结构设计方案的选择和强度计算及焊缝选择进而阐明了门式起重机设计过程的要点，实现结构设计的合理性。门式起重机的结构设计在设计中选用箱型单梁桥式，该
5、设备有一根箱型主梁和两把横向端梁构成的单梁桥架，在桥架上运行起重小车，可以起吊和水平搬运各类物体。1.2 设计方案的确定查取资料，得以下几种设计方案可供选择一、 曲腹板梁式起重机曲腹板单梁桥式结构，它是由一根纵向主梁和两根横向端梁所组成，主梁采用薄壁的曲板结构，即由对梁的中心线左右摆动的折曲单腹板和上、下盖板所组成，代替传统形式的箱形梁。二、 箱形双梁结构箱形双梁结构有一个两根箱形主梁和两根横向端梁构成的双梁桥架，在桥架上运行起重小车，可起吊和水平搬运物体。三、 单梁门式起重机单梁门式的主梁结构式采用钢板压延成形的U槽钢，再与工字钢组焊成箱形实腹板梁也是用钢板压延成U形，再组焊成箱形横梁。根据
6、设计任务所给条件参数，考虑合理性，经济性和可靠性等设计原理，对上述几种方案进行比较后决定本次设计采用单梁结构。2 起重机设计参数和工作级别2.1设计参数工作级别A5， 起重量45吨， 跨度28米，左悬臂长6米，右悬臂长6米2.2 主要参数的确定1 )主梁全长L0=L+2 L2=28+26=40m2 )主梁重量Gq=45t2.3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
7、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
8、.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A5。3 载荷的类型及组合3.1 载荷的类型一 自重载荷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
9、类载荷组合（或称强度验算载荷）4起重机金属结构的设计.起重机（门式）主梁的具体设计计算设计内容 计 算 与 说 明结 果 1）大车轮距 2）主梁高度 3）端梁高度 4）桥架端部梯形高度 5）主梁腹板高度6）确定主梁截面尺寸7）加劲板的布置尺寸1）计算载荷确定2）主梁垂直最大弯矩3）主梁水平最大弯矩4）主梁的强度验算5）主梁的垂直刚度验算6） 主梁的水平刚度验算焊缝的设计及验算1.主要尺寸的确定 （）=（）28=45.6m 取=4.5m（理论值）（0.40.6）=0.6240.936m 取0.8m =（）=（）22.5=2.85.6m 取=3m根据主梁计算高度=1.56m，最后选定腹板高度h=1
10、.6m主梁中间截面各构件板厚根据1表7-1推荐确定如下：腹板厚=8mm；上下盖板厚=16mm主梁两腹板内壁间距根据下面的关系式来决定：=446mm=560mm因此取=600mm 盖板宽度：=656mm 取=650mm 主梁的实际高度：=1632mm 同理，主梁支承截面的腹板高度取=800mm，这时支承截面的实际高度=832mm 主梁中间截面和支承截面的尺寸简图分别示于图5-1和图5-2图5-1主梁中间截面的尺寸 图5-2主梁支承截面的尺寸 为了保证主梁截面中受压构件的局部稳定性，需要设置一些加劲构件（参见1图7-7）主梁端部大加劲板的间距：=1.6m，取=1.5m主梁端部（梯形部分）小加劲板的
11、间距：=0.75m主梁中部（矩形部分）大加劲板的间距： （1.52）=2.43.2m，取=2.5m 主梁中部小加劲板的间距：若小车钢轨采用P25轻轨,其对水平重心轴线的最小抗弯截面模数，则根据连续梁由钢轨的弯曲强度条件求得加劲板间距（此时连续梁的支点即加劲板所在位置；使一个车轮轮压作用在两加劲板间距的中央）；m式中 P小车的轮压，取平均值，小车自重为=70000N； 动力系数，由1图2-2曲线查得=1.15； 钢轨的许用应力，=170MPa。 由于腹板的高厚比=200160，所以要设置水平加劲杆，以保证腹板局部稳定性。采用角钢作水平加劲杆2.主梁的计算 查1图7-11曲线得半个桥架（不包括端梁
12、）的自重，=18000N则主梁由于桥架自重引起的均布载荷： N/cm 查1表7-3得主梁由于分别驱动大车运行机构的长传动轴系引起的均布载荷15N/,取13N/由1表7-3查得运行机构中央驱动部件重量引起的集中载荷为=20kN 主梁的总均布载荷： q=+=64.3+13=77.3N/cm主梁的总计算均布载荷： Q=1.1*77.3=85.03N/cm式中 =1.1冲击系数，由1公式2-5得。 作用在一根主梁上的小车两个车轮的轮压值可根据1表7-4中所列数据选用： =175000N；=170000N考虑动力系数的小车车轮的计算轮压值为： =201250N =195500N式中=1.15动力系数，由
13、1图2-2曲线查得。由1公式（7-4）计算主梁垂直最大弯矩：+ 设敞开式司机操纵室的重量为=20000N，其重心距支点的距离为=300cm 将各一直数值代入上式计算可得：+=205.6由1公式（7-18）计算主梁水平最大弯矩：式中 g重力加速度，g=9.81； 大车起动、制动加速度平均值，=68s， 则=0.150.20；不计及冲击系数和动载系数时主梁垂直最大弯矩，由下式算得：= +Ncm因此得主梁水平最大弯矩：=8.2110.94Ncm 取Ncm主梁中间截面的最大弯曲应力根据1公式（7-19）计算： 式中 主梁中间截面对水平重心轴线的抗弯截面模数，其近似值： = 主梁中间截面对垂直重心轴线的
14、抗弯截面模数，其近似值： 因此可得： 由1表2-19查得Q235钢的许用应力为 故 主梁支承截面的最大剪应力根据1公式（7-20）计算： 式中 主梁支承截面所受的最大剪力，由1公式（7-15）计算：= = +=537610N主梁支承截面对水平重心轴线的惯性矩，其近似值： = S主梁支承截面半面积对水平重心轴线的静矩： S =因此可得： =44.5MPa由1表2-19查得A3钢的许用剪应力=95.6MPa，故 由上面的计算可知，强度足够主梁在满载小车轮压作用下，在跨中所产生的最大垂直挠度可按照1公式（7-23）进行计算： 式中 因此可得： =0.974cm允许的挠度值由1公式（7-22）得： =
15、4cm（级） 因此 主梁在大车运行机构起、制动惯性载荷作用下，产生的水平最大挠度可按1公式（7-25）计算（略去第三项，简化成简支梁）： 式中 =（0.010.02） =（0.010.02） = 4312.58625N =（0.010.02）=（0.010.02） =1.062.13N/cm 由此可得： =0.628cm水平挠度的许用值： cm因此 由上面计算可知，主梁的垂直和水平刚度均满足要求。当起重机工作无特殊要求时，可以不必进行主梁的动刚度验算。盖板和腹板的连接角焊缝通常不开坡口，平角焊缝，焊脚K不大于腹板厚，如取K=6mm，则角焊缝计算厚度K0=4.2cm，如为气体保护焊或自动焊K0=
16、（0.81）K=0.480.6cm.。则剪力作用下，角焊缝最大剪应力式中则盖板连接采用平焊缝，验算盖板拼接焊缝时，主梁在起吊货物时，受到向下的拉力，从而使上盖板受压而下盖板受拉，故上盖板焊缝不必校核，只需校核下盖板对接焊缝=4.5m=1.56m0.8m C=3h=1.6m=8mm=16mm=600mm=650mm=1632mm（实际值） =0.75m=2.5m=64.3N/cm=13N/cm=20kN=77.3N/cmq=85.03N/cm=1.1=201250N=195500N205.6=170MPa=537610N=416000S=强度足够0.974cm取=8625N取=2.1N/cm=0
17、.628cm 5 焊接工艺工序一、备料1 门式起重机各部件所用钢材需要做防锈处理；2 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。3 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。4 上、下盖板用刨边机下料。5 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 箱形梁内部采用二氧化碳气体保护焊。3 按照设计要求进行焊接，可以从一端向另一端一次焊接，在焊接时要注意保证各焊缝间
18、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。6.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
19、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。7焊接结构设计7.1焊缝布置7.1.1主梁上焊
20、缝的布置： 翼缘板、腹板拼接焊缝的布置由于大跨度、大吨位起重机主梁，特别是宽翼缘主梁，翼缘板和腹板横向和纵向均需对接。拼接示意图见A0图纸。拼接部位的要求：1) 翼缘板和腹板的横向对接焊缝不允许布置在梁的同一截面上，对接焊缝应互相错开200mm以上。2) 翼缘板、腹板的横向对接焊缝还应与梁的大小加强板的角焊缝互相错开，与大加强板错开150mm，与小加强板错开50mm。 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偏轨箱形梁结构。焊缝布置见A0图纸。横向加强板焊缝的布置横向加强板是主梁的主要构件，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。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。7.2焊接方法7.2.1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
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