1、門式起重機主梁設計說明書姓 名： 張濮博 學 院： 材料科學及控制工程學院 專業班級： 11050105 指導教師： 趙鐵鈞 日 期： 2014年11月 前言門式起重機是橋式起重機的一種變形。在港口，主要用于室外的貨場、料場貨、散貨的裝卸作業。它的金屬結構像門形框架，承載主梁下安裝兩條支腳，可以直接在地面的軌道上行走，主梁兩端可以具有外伸懸臂梁。門式起重機具有場地利用率高、作業范圍大、適應面廣、通用性強等特點，在港口貨場得到廣泛使用。門式起重機的類型門式起重機一般根據門架結構形式、主梁形式、吊具形式來進分類。按門框結構形式分（a）全門式起重機：主梁無懸伸，小車在主跨度內進行。（b）半門式起重機

2、：支腿有高低差，可根據使用場地的土建要求而定。（c）雙懸臂門式起重機：最常見的一種結構形式，其結構的受力和場地面積的有效利用都是合理的。（d）單懸臂門式起重機：這種結構形式往往是因場地的限制而被選用。按主梁結構形式分（a）單主梁門式起重機單主梁懸臂門式起重機結構簡單，制造安裝方便，自身質量小，主梁多為偏軌箱形架結構。與雙主梁門式起重機相比，整體剛度要弱一些。因此，當起重量Q50t、跨度S35m時,可采用這種形式.單主門梁式起重機門腿有L型和C型兩種形式.L型的制造安裝方便,受力情況好,自身質量較小,但是,吊運貨物通過支腿處的空間相對小一些.C型的支腳做成傾斜或彎曲形,目的在于有較大的橫向空間,

3、以使貨物順利通過支腳。(b)雙梁橋式起重機雙梁橋式起重機承載能力強，跨度大、整體穩定性好，品種多，但自身質量與相同起重量的單主梁門式起重機相比要大些，造價也較高。根據主梁結構不同，又可分為箱形梁和桁架兩種形式。目前一般多采用箱形結構。目 錄1 設計方案1.1課題分析1.2 設計方案的確定2 起重機設計參數和工作級別2.1設計參數2.2 主要參數的確定2.3 工作級別3載荷的類型及其組合3.1載荷的類型3.2載荷的組合4起重機金屬結構的設計5焊接工藝工序6 焊接接頭的檢驗7 焊接結構設計8.1焊縫布置8.2焊接方法8.3 焊縫順序 1設計方案1.1 課題分析起重機械用于物料起重、運輸、裝卸和安裝

4、等作業的機械設備。門式起重機，是一種整機沿軌道方向運動，卷揚機沿主梁作橫向運動，吊鉤作升降運動的起重吊運設備。本產品是目前公路橋梁預制和吊運的最理想的起重機械。它的特點：自重輕、起吊重量大、安裝拆卸和運輸十分便利。同時也適用于工礦企業、鐵路、碼頭等場地作業。本文是對跨度28m，起重量為45t的門式起重機進行了設計計算。簡單地介紹了門式起重機的工作原理及設計過程。對門式起重機橋架的設計及計算，并且對各部分的結構功能和工作要求、特點等作了簡要的介紹。通過對結構設計方案的選擇和強度計算及焊縫選擇進而闡明了門式起重機設計過程的要點，實現結構設計的合理性。門式起重機的結構設計在設計中選用箱型單梁橋式，該

5、設備有一根箱型主梁和兩把橫向端梁構成的單梁橋架，在橋架上運行起重小車，可以起吊和水平搬運各類物體。1.2 設計方案的確定查取資料，得以下幾種設計方案可供選擇一、 曲腹板梁式起重機曲腹板單梁橋式結構，它是由一根縱向主梁和兩根橫向端梁所組成，主梁采用薄壁的曲板結構，即由對梁的中心線左右擺動的折曲單腹板和上、下蓋板所組成，代替傳統形式的箱形梁。二、 箱形雙梁結構箱形雙梁結構有一個兩根箱形主梁和兩根橫向端梁構成的雙梁橋架，在橋架上運行起重小車，可起吊和水平搬運物體。三、 單梁門式起重機單梁門式的主梁結構式采用鋼板壓延成形的U槽鋼，再與工字鋼組焊成箱形實腹板梁也是用鋼板壓延成U形，再組焊成箱形橫梁。根據

6、設計任務所給條件參數，考慮合理性，經濟性和可靠性等設計原理，對上述幾種方案進行比較后決定本次設計采用單梁結構。2 起重機設計參數和工作級別2.1設計參數工作級別A5， 起重量45噸， 跨度28米，左懸臂長6米，右懸臂長6米2.2 主要參數的確定1 )主梁全長L0=L+2 L2=28+26=40m2 )主梁重量Gq=45t2.3工作級別起重機結構設計時要考慮起重機的工作級別，它是結構設計的主要參數，它由起重機利用等級U和載荷狀態所決定。2.3.1 利用等級起重機在有效壽命期間有一定的總工作循環數。起重機作業循環是從準備起吊物品開始，到下一次起吊物品為止的整個工作過程工作循環總數表征起重機的利用程

7、度，它是起重機分級的基本參數之一。確定適當的使用壽命時，要考慮經濟、技術和環境因素，同時也要計及設備老化的影響。起重機的利用等級按照GB381183查得本文設計的起重機使用壽命為25年，工作級別為U5。2.3.2 載荷狀態載荷狀態表明起重機受載的輕重程度，與兩個因素有關：一個是實際起升載荷Qi與額定載荷Qmax之比，另一個是實際起升載荷Qi的作用次數Ni與工作循環總數N之比。它們的關系共同表示載荷譜，載荷譜系數Kq計算得q= 式中Qi第i個實際起升載荷，i=1,2,3Qmax額定起升載荷Ni實際起升載荷Qi的作用次數N工作循環總數m材料疲勞試驗曲線的指數，此處取m=3計算可知載荷狀態為中級。2

8、.3.3 工作級別的劃分確定了起重機的利用等級和載荷狀態可按GB381138確定起重機整機工作級別。起重機整機工作級別分為A1A8八級，這里取A5。3 載荷的類型及組合3.1 載荷的類型一 自重載荷G二 起升載荷Q 起升載荷是起升質量的重力。三 在不平路面運行產生的沖擊載荷起重機或起重小車運行時，由于路面凸凹不平、軌道接頭間隙或高低錯位，會使運動的質量在鉛垂方向產生的沖擊作用。四 機構啟動產生的水平慣性載荷五 風載荷六 起重機偏斜運行時的水平側向力七 坡度載荷八 特殊載荷：地震載荷、溫度載荷等3.2 載荷的組合一、第一類載荷組合（或稱壽命計算載荷）二、第二類載荷組合（或稱強度計算載荷）三、第三

9、類載荷組合（或稱強度驗算載荷）4起重機金屬結構的設計.起重機（門式）主梁的具體設計計算設計內容 計 算 與 說 明結 果 1）大車輪距 2）主梁高度 3）端梁高度 4）橋架端部梯形高度 5）主梁腹板高度6）確定主梁截面尺寸7）加勁板的布置尺寸1）計算載荷確定2）主梁垂直最大彎矩3）主梁水平最大彎矩4）主梁的強度驗算5）主梁的垂直剛度驗算6） 主梁的水平剛度驗算焊縫的設計及驗算1.主要尺寸的確定 （）=（）28=45.6m 取=4.5m（理論值）（0.40.6）=0.6240.936m 取0.8m =（）=（）22.5=2.85.6m 取=3m根據主梁計算高度=1.56m，最后選定腹板高度h=1

10、.6m主梁中間截面各構件板厚根據1表7-1推薦確定如下：腹板厚=8mm；上下蓋板厚=16mm主梁兩腹板內壁間距根據下面的關系式來決定：=446mm=560mm因此取=600mm 蓋板寬度：=656mm 取=650mm 主梁的實際高度：=1632mm 同理，主梁支承截面的腹板高度取=800mm，這時支承截面的實際高度=832mm 主梁中間截面和支承截面的尺寸簡圖分別示于圖5-1和圖5-2圖5-1主梁中間截面的尺寸 圖5-2主梁支承截面的尺寸 為了保證主梁截面中受壓構件的局部穩定性，需要設置一些加勁構件（參見1圖7-7）主梁端部大加勁板的間距：=1.6m，取=1.5m主梁端部（梯形部分）小加勁板的

11、間距：=0.75m主梁中部（矩形部分）大加勁板的間距： （1.52）=2.43.2m，取=2.5m 主梁中部小加勁板的間距：若小車鋼軌采用P25輕軌,其對水平重心軸線的最小抗彎截面模數，則根據連續梁由鋼軌的彎曲強度條件求得加勁板間距（此時連續梁的支點即加勁板所在位置；使一個車輪輪壓作用在兩加勁板間距的中央）；m式中 P小車的輪壓，取平均值，小車自重為=70000N； 動力系數，由1圖2-2曲線查得=1.15； 鋼軌的許用應力，=170MPa。 由于腹板的高厚比=200160，所以要設置水平加勁桿，以保證腹板局部穩定性。采用角鋼作水平加勁桿2.主梁的計算 查1圖7-11曲線得半個橋架（不包括端梁

12、）的自重，=18000N則主梁由于橋架自重引起的均布載荷： N/cm 查1表7-3得主梁由于分別驅動大車運行機構的長傳動軸系引起的均布載荷15N/,取13N/由1表7-3查得運行機構中央驅動部件重量引起的集中載荷為=20kN 主梁的總均布載荷： q=+=64.3+13=77.3N/cm主梁的總計算均布載荷： Q=1.1*77.3=85.03N/cm式中 =1.1沖擊系數，由1公式2-5得。 作用在一根主梁上的小車兩個車輪的輪壓值可根據1表7-4中所列數據選用： =175000N；=170000N考慮動力系數的小車車輪的計算輪壓值為： =201250N =195500N式中=1.15動力系數，由

13、1圖2-2曲線查得。由1公式（7-4）計算主梁垂直最大彎矩：+ 設敞開式司機操縱室的重量為=20000N，其重心距支點的距離為=300cm 將各一直數值代入上式計算可得：+=205.6由1公式（7-18）計算主梁水平最大彎矩：式中 g重力加速度，g=9.81； 大車起動、制動加速度平均值，=68s， 則=0.150.20；不計及沖擊系數和動載系數時主梁垂直最大彎矩，由下式算得：= +Ncm因此得主梁水平最大彎矩：=8.2110.94Ncm 取Ncm主梁中間截面的最大彎曲應力根據1公式（7-19）計算： 式中 主梁中間截面對水平重心軸線的抗彎截面模數，其近似值： = 主梁中間截面對垂直重心軸線的

14、抗彎截面模數，其近似值： 因此可得： 由1表2-19查得Q235鋼的許用應力為 故 主梁支承截面的最大剪應力根據1公式（7-20）計算： 式中 主梁支承截面所受的最大剪力，由1公式（7-15）計算：= = +=537610N主梁支承截面對水平重心軸線的慣性矩，其近似值： = S主梁支承截面半面積對水平重心軸線的靜矩： S =因此可得： =44.5MPa由1表2-19查得A3鋼的許用剪應力=95.6MPa，故 由上面的計算可知，強度足夠主梁在滿載小車輪壓作用下，在跨中所產生的最大垂直撓度可按照1公式（7-23）進行計算： 式中 因此可得： =0.974cm允許的撓度值由1公式（7-22）得： =

15、4cm（級） 因此 主梁在大車運行機構起、制動慣性載荷作用下，產生的水平最大撓度可按1公式（7-25）計算（略去第三項，簡化成簡支梁）： 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水平撓度的許用值： cm因此 由上面計算可知，主梁的垂直和水平剛度均滿足要求。當起重機工作無特殊要求時，可以不必進行主梁的動剛度驗算。蓋板和腹板的連接角焊縫通常不開坡口，平角焊縫，焊腳K不大于腹板厚，如取K=6mm，則角焊縫計算厚度K0=4.2cm，如為氣體保護焊或自動焊K0=

16、（0.81）K=0.480.6cm.。則剪力作用下，角焊縫最大剪應力式中則蓋板連接采用平焊縫，驗算蓋板拼接焊縫時，主梁在起吊貨物時，受到向下的拉力，從而使上蓋板受壓而下蓋板受拉，故上蓋板焊縫不必校核，只需校核下蓋板對接焊縫=4.5m=1.56m0.8m C=3h=1.6m=8mm=16mm=600mm=650mm=1632mm（實際值） =0.75m=2.5m=64.3N/cm=13N/cm=20kN=77.3N/cmq=85.03N/cm=1.1=201250N=195500N205.6=170MPa=537610N=416000S=強度足夠0.974cm取=8625N取=2.1N/cm=0

17、.628cm 5 焊接工藝工序一、備料1 門式起重機各部件所用鋼材需要做防銹處理；2 主梁的上、下蓋板和腹板下料時，要保證使焊縫在組成箱形梁后不在同一截面，且互相錯開；主梁跨度中心左右兩米內不允許有拼接焊縫。3 上、下蓋板的拼接焊縫均采用埋弧自動焊，對接坡口要求焊切割成單V型60，拼接焊縫需做X射線或超聲波檢查。4 上、下蓋板用刨邊機下料。5 腹板拱度要求焊切割上、下拱度曲線，應同時同向切割坡口，用角輪砂輪修磨。二、焊接工藝工序1 將上、下蓋板鋪在平臺上，并作出各部件的基準線。2 箱形梁內部采用二氧化碳氣體保護焊。3 按照設計要求進行焊接，可以從一端向另一端一次焊接，在焊接時要注意保證各焊縫間

18、的距離要求，焊接時要求保證焊透，避免出現夾渣、氣孔等缺陷。4 焊后處理焊接好的產品在焊接后會產生飛濺物、夾渣及變形，因此要用鋼絲刷或砂紙等清除渣豆，并矯正其所產生的變形。5 檢驗產品焊后要進行檢驗，要求對焊縫進行強度和探傷檢驗合格方可進入下一道焊接工序。6 涂漆包裝經檢驗合格的成品，涂好漆，再經質量檢驗合格后方可出廠入庫。6.焊接接頭的檢驗為確定焊接接頭是否符合質量要求，就必須測定其質量特性。無損檢驗是實施焊接質量檢驗的主要工藝方法和有效的質量檢驗手段。通過無損檢驗的數據結果與施工設計要求及有關標準、規范、合同等規定相比較，以確定其質量等級和是否滿足質量要求。無損檢驗的作用則在于監控焊接產品的

19、質量的形成過程。因此，無損檢驗是焊接結構生產的質量管理過程中的基礎和手段。無損檢驗的方法超聲波檢驗：超聲波在被檢材料中傳播時，根據材料的缺陷所顯示的聲學性質對超聲波傳播的影響來探測其缺陷的方法。通常用超聲波檢驗低倍缺陷和表面缺陷。渦流檢驗：利用在試件中的渦流，分析試件中質量狀況的無損檢驗方法。磁粉檢驗：利用漏磁和合適的檢驗介質發現試件表面和近表面的不連續性的無損檢驗方法。X射線檢驗：利用X射線等射線對金屬內部缺陷進行的無損檢驗方法。滲透檢驗：通過施加滲透劑，用洗凈劑除去多余的部分，如有必要，施加顯像劑以得到零件上開口于表面的某些缺陷的無損檢驗方法。7焊接結構設計7.1焊縫布置7.1.1主梁上焊

20、縫的布置： 翼緣板、腹板拼接焊縫的布置由于大跨度、大噸位起重機主梁，特別是寬翼緣主梁，翼緣板和腹板橫向和縱向均需對接。拼接示意圖見A0圖紙。拼接部位的要求：1) 翼緣板和腹板的橫向對接焊縫不允許布置在梁的同一截面上，對接焊縫應互相錯開200mm以上。2) 翼緣板、腹板的橫向對接焊縫還應與梁的大小加強板的角焊縫互相錯開，與大加強板錯開150mm，與小加強板錯開50mm。 主梁承軌角焊縫和其他縱向角焊縫的布置主梁用四條縱向角焊縫將翼緣板和腹板連接，本起重機采用寬翼緣偏軌箱形梁結構。焊縫布置見A0圖紙。橫向加強板焊縫的布置橫向加強板是主梁的主要構件，偏軌箱形梁布置有大加強板和小加強板。焊縫布置見A0圖紙。縱向加強桿焊縫的布置當腹板的高度和厚度比時，除在全長設置橫向加強板外，在受壓區還要設置一道或多道縱向加強桿來增加腹板受壓區的穩定性和梁的水平剛度。為了減少大截面主梁的波浪邊形，縱向加強桿的設置是必要的。焊縫布置見A0圖紙。7.2焊接方法7.2.1主梁焊接方法 翼緣板、腹板拼接焊縫的焊接方法拼接焊縫是對接焊縫，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時，一般采用V形坡口。一般坡口角度選60左右。對接焊縫坡口設計接頭的坡口設計應保證根部熔透。1） 板厚14