1、前言起重機箱形梁式橋架結構是國內外橋式起重機中應用最普遍的一種橋架結構型式。隨著科技的飛躍發展，起重機箱形梁式橋架結構對減輕勞動強度、節省人力、降低建設成本、提高勞動生產力、加快建設速度、實現工程機械化、生產自動化起著十分重要的作用，是非常重要的工具和設備。它是箱形橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機，又稱天車。橋式起重機的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設在橋架上的軌道橫向運行，構成一矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。所以橋式起重機在室內外工礦企業、鋼鐵化工、鐵路交通、港口碼頭以及物流周轉等部門和場所均得到廣泛的運用，是使用范圍最廣

2、、數量最多的一種起重機械。橋式起重機可分為普通橋式起重機、簡易梁橋式起重機和冶金專用橋式起重機三種。普通橋式起重機一般由起重小車、橋架運行機構、橋架金屬結構組成。橋架的金屬結構由主梁和端梁組成，分為單主梁橋架和雙梁橋架兩類。單主梁橋架由單根主梁和位于主梁兩邊的端梁組成，雙梁橋架由兩根主梁和端梁組成。主梁與端梁剛性連接，端梁兩端裝有車輪，用以支承橋架在高架上運行。主梁上焊有軌道，供起重小車運行。橋架主梁的結構類型較多，比較典型的有箱形結構、四桁架結構和空腹桁架結構。本次設計是對箱形單主梁式橋架結構起重機的主梁設計。橋式起重機的主梁主要由上、下蓋板和兩側的垂直腹板及內部肋板組成，是起重機的主要受力

3、部件。小車鋼軌布置在上翼緣板的兩端，它的結構簡單，制造方便，適于成批生產，但自重較大。各項設計參數都正確參考了相關國家標準及設計規范，這樣讓設計有章可循，并考慮到結構方面的要求，合理地進行設計。設計基本思路：本設計綜合考慮實際因素，結合給定的工藝參數，按照相關國家標準 GB/T 3811-20081 及設計規范進行設計。主梁各項參數計算、選材、強度核算以及焊縫的設計及強度核算也都正確參考了國家標準或焊接手冊，這樣讓設計有章可循，并考慮到結構方面的要求，合理地進行設計。目 錄第 1章 設計箱形梁的結構形式與尺寸 .錯誤! 未定義書簽。給定條件 . .錯誤! 未定義書簽。箱形梁的構造和主要尺寸的確

4、定 . .錯誤! 未定義書簽。箱形梁的構造 . .錯誤! 未定義書簽。箱形梁的主要尺寸確定 . .錯誤! 未定義書簽。主梁預制上拱度計算 . .錯誤! 未定義書簽。第 2章 梁的校核 .錯誤! 未定義書簽。梁的靜載強度校核 . .錯誤! 未定義書簽。許用應力 . .錯誤! 未定義書簽。強度校核 . .錯誤! 未定義書簽。主梁跨端截面的最大剪切應力的計算 .錯誤! 未定義書簽。主梁的靜剛度計算 . .錯誤! 未定義書簽。第 3章 焊腳尺寸的設計及校核 .錯誤! 未定義書簽。主梁的角焊縫 . .錯誤! 未定義書簽。主梁與端梁的角焊縫 . .錯誤! 未定義書簽。第 4章 裝焊工藝 .錯誤! 未定義書

5、簽。基本要求 . .錯誤! 未定義書簽。對焊工的要求 . .錯誤! 未定義書簽。對設備的要求 . .錯誤! 未定義書簽。對材料的要求 . .錯誤! 未定義書簽。坡口和焊縫形式的選擇 . .錯誤! 未定義書簽。對環境的要求 . .錯誤! 未定義書簽。焊前準備 . .錯誤! 未定義書簽。焊接方法 . .錯誤! 未定義書簽。備料及下料 . .錯誤! 未定義書簽。焊接工序 . .錯誤! 未定義書簽。定位焊縫 . .錯誤! 未定義書簽。裝焊順序 . .錯誤! 未定義書簽。檢驗 . .錯誤! 未定義書簽。附錄 1 .18附錄 2 .19附錄 3 .20總結 .錯誤! 未定義書簽。參考文獻 .錯誤! 未定義

6、書簽。第 1 章 設計箱形梁的結構形式與尺寸給定條件根據任務設計說明書所列表1-1 如下：吊車形勢吊鉤橋式起重機使用溫度材料Q235 或 16Mn工作類型載荷類型類跨距額定載荷10t橋架主梁形式估計重量小車不大于 4t大車不大于起升高度12m起升速度小車運行速度40m/min大車運行速度表 1-1 箱形梁設計給定條件箱形梁的構造和主要尺寸的確定室溫（中級）箱形梁8m/min90m/min箱形梁的構造箱形梁的結構尺寸示意圖如圖1-1 所示。箱形梁的主要尺寸確定1、筋板及腹板的相關設計（1）主梁端部長度C的確定（2）主梁蓋板厚度與腹板厚度的確定（給出推薦值如表1-2 ）起重量 Q（tf ）5， 8

7、10（）15（ 16）2030（ 32）50腹板厚666， 8蓋板厚8， 1010， 1212， 1416 22圖 1-1箱形主梁的構造簡圖表 1-2 箱形主梁腹板和蓋板厚度的推薦值（mm）注：表中所列板厚較大者用于跨度較大者據表 1-2 選出跨度為的蓋板厚（3）主梁中部高度H和蓋板間距，腹板厚 h 的確定。當 17<L<23時（4）主梁端部高度的確定起升重量為 10t ，屬于起升重量較重，（5）腹板間距 b 的確定根據起重機設計原則，（6）上下蓋板的寬度b 應該選擇較小值，即 B 的確定。本次設計采用的是手工MAG焊,2、主梁筋板的設置（1）橫向大筋板間距a 的設置當時，橫向筋板

8、之間的距離不應大于2h 或 3m跨中處的主梁端頭處的（2）橫向小筋板高度及間距的設置1）橫向小筋板高度的設置2）橫向小筋板間距的設置（3）縱向筋條設置當時，需要設置縱向筋條。當橫向小筋板與縱向筋條都存在時，可適當減小筋板高度，則所以為了安全，選擇整數。（4）筋板間距的設置根據以上C，主梁處的a、，端梁處的主梁端部的均布情況綜合得出：，a、以及考慮到筋板在主梁及主梁、主梁端部、（5）橫向筋板厚度的確定（據非標準機械設計手冊2 中式5-44和 5-45得如下公式）據起重機計設計手冊3 中表1-8-34選取。（6）縱向角鋼的確定（據非標準機械設計手冊2 中式5-42的如下公式）據起重機計設計手冊 3

9、 中表 1-8-41 選取同時據厚度可以選出相應的6 號等邊角鋼，其標準為主梁預制上拱度計算規定梁跨度中央的最大上拱度。第 2章 梁的校核梁的靜載強度校核許用應力材料的許用應力是材料的極限應力除以安全系數 n，即對于類載荷情況下的強度計算安全系數見表2-1 。Q235和 16Mn的機械性能分別見表 2-2 和表 2-3 。類載荷組合情況時鋼材的許用應力見表2-4 。（運送一般貨物/ 運送液態金屬）（括號內為大高度起重機）Q23516Mn表 2-1金屬結構構件材料的安全系數n表 2-2 Q235 的機械性能材料名棒鋼直徑或厚型鋼和異型鋼厚組別鋼板厚度稱度度Q2351 組40mm15mm420mm

10、2403804002 組41100mm1620mm2140mm2304104303 組101250mm>20mm4160mm220440470表 2-3 16Mn 的機械性能抗拉強度抗拉強度鋼號鋼材厚度或直徑（mm）延伸率（ %）( MPa)( MPa)<16（ 1 組）5203502101725（ 2 組）50033019016Mn2636（ 3 組）480310190375048029019055100 的方圓鋼480280190表 2-4 類載荷組合情況時鋼材的許用應力許用應力（ MPa）符應力種類Q23516Mn號第 1 組第2,3組第 1組第 2 組第 3 組拉，壓，彎1

11、60140230220205剪切9585140130120本次設計的是類載荷組合的設計，所以可以根據表2-1選出 Q235 的，16Mn的。根據表 2-2 和表 2-3 選出 Q235的，。16Mn的，。所以， Q235和 16Mn的許用應力可以從表2-4 中選用，即強度校核主梁自重的確定給定如圖2-1 的曲線圖。據圖 2-1 可知，起重量為10t ，跨距為米的梁的重量，小車重量。1、主梁自重引起的均布載荷q圖 2-1 箱形梁式橋架結構的重量曲線2、梁的自重在處引起的最大彎矩為：3、額定載荷 P在 處引起的最大彎矩為：4、危險截面最大彎矩為：5、主梁跨中截面對水平重心軸x-x 的抗彎截面模量（

12、）主梁跨中截面對水平重心軸x-x 的慣性矩（）主梁跨中截面的一半6、危險截面處的最大正應力 的計算：所以 Q235和 16Mn鋼都可以用來制造箱形梁。主梁跨端截面的最大剪切應力的計算1、各參數及其含義梁自重引起的剪力（ N），最大載荷移至跨端時引起的剪（N），主梁跨端最大剪力（N），主梁端部支承截面對水平重心軸x-x 的慣性矩（），S 主梁端部支承截面半面積對水平重心軸x-x 的靜矩（）。2、各參數的計算所以應該選擇 16Mn鋼進行箱形梁的制造。主梁的靜剛度計算1、撓度許用值的確定選取嚴格的撓度許用值。2、撓度計算主梁中部截面對水平重心軸x-x 的慣性矩（）E 為彈性模量，對于鋼可取自重引起的

13、最大撓度額定載荷引起的最大撓度第 3 章 焊腳尺寸的設計及校核主梁的角焊縫據焊接工藝簡明手冊 4 表 7-6 知，當 7mm<=10mm<18mm時，焊腳尺寸選K=4mm。據焊接結構學5 中表。所以4-12和表 4-13 ，即選用知， 16Mn 鋼的焊縫剪切應力許用值4mm焊腳高度合適。據起重機計設計手冊3 表 2-2-2選出筋板的焊腳尺寸。主梁與端梁的角焊縫據起重機計設計手冊3 ，主梁與端梁以角焊縫焊接，有公式。式中為角焊縫切應力、為主梁最大支反力、為焊縫長度之和、為焊縫剪切強度許用應力。據起重機計設計手冊 3 中表 2-2-2 選，據表 2-2-3 可以得出所以所選焊縫形式及焊

14、腳尺寸強度校核合格。第 4章 裝焊工藝基本要求對焊工的要求受力構件應由持證焊工施焊。從事制造、安裝、修理起重機的受力構件的焊工必須進行考試，對考試合格者發給焊工合格證 ( 已取得鍋爐、壓力容器焊工合格證的可不再另行考試) ，凡考試不合格者不得從事起重機受力構件的焊接（起重機的主要受力構件指：主梁、端梁、支腿、塔架、臂架等）。對設備的要求要根據焊接方法正確選擇焊接設備。據MAG焊選擇 NBC-630（直流）型焊機。對材料的要求1、根據使用條件確定母材種類、厚度。根據市售鋼板尺寸確定拼板時共有多少條拼接焊縫。2、確定焊接材料的種類和規格焊接材料應選用性能高于或等于相應母材標準規定值的下限或滿足圖樣

15、規定的技術要求。還保證力學性能，且需控制抗拉強度上限。選用熔化極氣保護焊，則應確定保護氣體種類和氣體流量，焊絲牌號和直徑。坡口和焊縫形式的選擇拼板采用對接焊縫，根據板厚、焊接方法和加工能力，坡口形式選擇I 型坡口。箱形梁的角接頭通常采用角焊縫。根據焊縫的受力情況、部位、焊接方法及裝焊順序，角焊縫選擇單面連續角焊縫以及雙面連續角焊縫。對環境的要求橋式箱形梁一般制造時都在室內，所以對環境要求較小。只有濕度和溫度要求。一般要求濕度小于90%，溫度大于 -10。焊前準備焊接方法主梁的上下蓋板及腹板的對接采用MAG焊，腹板的下料采用微機控制，筋板用剪板機進行下料。為了保證主梁的幾何尺寸，在蓋板、筋板、腹

16、板定位焊完成后，按照工藝確定的電流、電壓、焊接順序、焊接方向、焊縫的分布進行二人、四人對稱焊接，確保結構受熱均勻，變形在控制范圍內，然后在平臺上進行橋架起吊翻轉焊接。在結構件的生產過程中，根據生產過程的檢測結果，采取變換支撐點， 變換焊接順序， 采用定位工裝，配合火焰矯正等方法來控制和修復結構的變形，保證起重機的上拱度，同一截面高低差，垂直度等幾何參數達到國家標準要求。1、主梁下料采用自動火焰切割方法。a、蓋板下料將上、下蓋板校正后在對接長度方向上放400mm的工藝余量。b、腹板下料腹板矯平后首先在長度方向上拼接，然后左右兩側腹板對稱氣割，以防主梁兩側腹板尺寸不同，引起主梁的扭曲變形。為使主梁

17、有規定的上拱度，腹板下料時，需放的拱度，并且在離中心處不得有接頭，為避免焊縫集中，上下蓋板與腹板的接頭應錯開，距離不小于200mm，腹板下料后長度誤差為 10mm。2、坡口制備所有對接焊縫均采用坡口，間隙為2mm。角焊縫也不開破口。上蓋板與腹板的角接采用雙面焊，下蓋板月腹板的焊接采用單面焊。備料及下料1、氣割零件的邊緣和氣割焊接坡口面應清除掛渣飛濺，對重要的焊接接頭（如上蓋板對接焊縫），其坡口面必須用砂輪打磨光亮。2、應對焊件坡口兩側10mm范圍內進行油、銹、漆、垢、毛刺等清除干凈，且不得有裂紋、夾層等缺陷。3、蓋板（ =10mm）（1）對已選定的 16Mn材料進行校平、噴丸等預處理。（2）上

18、蓋板重，下蓋板重。（3）切割：選用寶鋼鋼板規格可自定，定制長寬為 8500× 490mm，使用數控氧乙炔火焰切割加工成兩塊 7010×490mm和一塊 8020×490mm的三塊板，對邊緣進行精打磨，每邊打磨量不超過 2mm。（4）選用 MAG焊對板材進行拼接 （對接前采用夾具固定， 且采用壓具以防止波浪變形，兩端使用引弧，收弧板），并對焊縫表面進行清理，使形成平角焊縫。（ 5）預置拱度：。腹板拱度要求焊切割傷、下拱度曲線，應同時同向切割。腹板拱度要求焊切割傷、下拱度曲線，應同時同向切割。上蓋板下料的長度方向的加工余量為：下蓋板下料的長度方向的加工余量為：4、腹板

19、（ =6mm）（1）對已選定的 16Mn進行校平到噴丸預處理。（2）腹板單重，總重。（3）切割：選用寶鋼鋼板規格可自定，定制長寬為8500×1230mm，使用數控氧乙炔切割腹板，上下弦為預置上拱，號板切成長×寬為8300×1230mm的板和兩塊號板切成長×寬為6900×1230mm的板。號板的一端切成直角梯形，（上底 +下底）×高為（ 750+1230）× 2225mm的板。然后對材料進行精整打磨。6（4）開坡口： =6mm，據簡明焊工手冊知板厚小于10mm無需開坡口。（5）與蓋板一樣采用MAG焊進行拼接。（6）下料拱度：在

20、腹板兩側到中心的位置需要有漸升式的拱度，拱度最大處為。5、大小筋板（ =）（1）主梁大筋板單重，總重237Kg；縱向筋條單重，總重。主梁端部大筋板單重，總重；縱向筋條單重，總重。小筋板單重，總重。（2）大筋板切割成1220×450mm的板 12 塊，小筋板切割成300×450mm的板 79 塊。注意下料時將寬度方向兩角切出8×8mm的等腰三角形，為使蓋板能與腹板焊接成型。6、縱向筋條采用標準件利用帶鋸進行大批量切割方法下料。7、橋式起重機各部件所用鋼材需要做防銹處理。8、主梁上、下蓋板和腹板下料時， 要保證使焊縫在組成箱形梁后不再同一截面，而且相互錯開；主梁跨度中

21、心左右 2000mm內不允許有拼接焊縫。9、上、下蓋板用刨邊機下料。焊接工序采用隨裝隨焊的焊接工藝。3本次焊接過程中全程采用MAG焊，據起重機計設計手冊（第二版上卷）中表 1-8-24 選用氣體 80%Ar+20%CO，據焊接手冊 6 表 7-12 焊絲采用型焊絲。定位焊縫焊接定位焊縫時必須注意以下幾點：1 、定位焊焊縫應與最終焊縫有相同的質量要求，焊接材料不能隨意選擇，必須與以后正式焊接時相同；2 、定位焊縫余高不宜過高，必須保證熔合良好， 與母材平緩過渡，防止正式焊接時出現未焊透缺陷；3、為防止未焊透等缺陷，定位焊時焊接電流應比正式焊接時大10一15，定位焊縫不能焊在焊縫交叉處或焊接方向發

22、生急劇變化的地方，通常至少離開這些位置50mm以上，定位焊縫應填滿弧坑；4、若定位焊縫出現缺陷， 必須鏟除缺陷， 重新進行定位焊；定位焊縫要有足夠的強度且不能開裂，為防止焊接過程中開裂，應盡量避免強制裝配，必要時可增加定位焊縫的長度，并減小定位焊縫的間距。裝焊順序裝配焊接順序如圖4-1 所示。焊縫大隔板上蓋板小隔板裝大小隔板隔板 焊接裝腹板腹板點焊12焊縫焊縫焊縫下蓋板34點焊接下蓋板焊接腹板與蓋板焊接測量撓度焊接變形檢驗矯正圖 4-1 裝配焊接順序1、上蓋板置于支撐平臺上， 并加壓板固定。在地上鋪好已拼接好的上蓋板，在兩端加凸臺，使其中間向下彎曲，彎曲程度等于預置的上拱度，即中點處向下撓。蓋

23、板對接MAG焊焊接工藝如表4-1 或附錄 1。表 4-1蓋板對接焊工藝焊絲直徑氣體流量電流種類和電流（ A）電壓（ V）焊速（ m/min）（ mm）（ L/min ）極性450324225負極性2、在上蓋板加裝大筋板和小筋板并對其進行定位及焊接。3、加裝腹板，定位焊其與蓋板、 筋板。焊接時需兩側同時對稱焊接其與蓋板的焊縫。蓋板、腹板與筋板的角接MAG焊工藝如表 4-2 或附錄 2。表 4-2蓋板、腹板與筋板角接工藝焊絲直徑氣體流量電流種類和電流（ A）電壓（ V）焊速（ m/min）（ mm）（ L/min ）極性450324225負極性4、加裝筋條并對腹板和筋條進行定位焊， 然后進行大小筋

24、板、 筋條與腹板的焊接。5、加裝下蓋板，并兩側同時進行對稱焊接。 蓋板與腹板的角接 MAG焊工藝如表 4-3 或附錄 3。表4-3蓋板、腹板與筋板角接工藝焊絲直徑氣體流量電流種類和電流（ A）電壓（ V）焊速（m/min）（ mm）（ L/min）極性4503242025負極性6、測量撓度：在上蓋板平面上的兩端固定一根細鋼絲繩，使其滑移到不同的位置，在這個過程中鋼絲繩保持水平，檢驗大梁的上拱度。檢驗1、對焊縫進行探傷檢測首先清除焊縫表面污垢、油脂、氧化皮、焊接藥皮、焊渣和飛濺等。對于上蓋板的對接焊縫，用干粉法磁粉檢測，探傷標準符合GB/T 2695-2011，對于單面或雙面角焊縫進行超聲波檢測

25、，探傷標準符合JB1152規定的級。上蓋板下料后，毛刺和凹凸不平應鏟除，毛刺高度不應大于，劃痕不得大于 1mm。采用氣割下料，氣割后氣割面與軌制面直偏差不應超過2mm，氣割表面不平度不應超過1。對接后要對余高進行機械加工，從而減小應力集中。對于下蓋板，采用機械壓彎方法進行折彎。2、上拱度的檢驗在上蓋板平面的兩端固定一根細鋼絲繩，使其水平，將其滑移到不同位置在此過程中保持水平，檢驗大梁的上拱度。3、 撓度的檢驗在垂直腹板的兩端一米高的地方，固定一根懸線，檢查大梁在水平面內的撓度，在安裝大隔板的地方測量大梁撓度，其值不應超過。4、 變形量的檢驗檢驗各板的變形量：腹板波浪變形受壓區<=×6=，其余區域 <=×6=，上蓋板水平度，腹板垂直度6mm。5、焊縫質量檢驗對主要的工作焊縫進行超聲檢驗或磁粉檢驗。箱形主梁的質量檢驗主要是制造過程中的工序檢驗及制造完成后的專檢。箱形主梁焊接完畢，經質檢部門聯檢，其幾何尺寸、上拱度及焊縫質量均符合質量要求才可涂裝、標記，交付出廠。對于大型橋式起重機的箱形主梁的制造，在不具備大型吊裝設備的情況下，作者