桥式起重机主梁结构设计论文大学论文.doc
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1、长春科技学院毕业论文引言 桥式起重机主梁是应用在起重装置中的焊接钢结构制件,承受起重过程的主要载荷,常采用低合金高强钢板材和型材组焊而成(参见图1)。具体焊接方法可根据材料壁厚采用不同的焊接方法,一般壁厚小于10mm时采用CO2气体保护焊:当壁厚大于12mm时也可常采用埋弧焊,以便提高生产效率。这两种焊接方法都是生产中常用的较先进和适用的加工方法,主要用于薄板和中厚板材的焊接。一些次要焊缝,如起重机主梁内部的角焊缝,也可采用手弧焊。焊缝形式为对接焊缝(BW)和角焊缝(FW)两种。主要有上下盖板或腹板的主要对接焊缝(都采用双面焊);上下盖板和腹板之间的角焊缝,在具体应用时可根据实际焊缝的尺寸大小
2、选择恰当的工艺参数,特别是通过工艺试验来准确地制定焊接工艺。这些角焊缝大多数采用单道焊。必要时也可采用双面角焊缝。这些焊缝的焊接次序不同会引起主梁的各种焊接变形,进而影响主梁的上拱度。主梁的上拱度是该结构的主要技术指标(LK/1000). 本次论文工作的主要任务就是根据桥式起重机主梁(图1)结构的变形分析,合理安排各焊缝的焊接顺序,及合理安排矫正工艺,综合控制其焊接变形,最终达到技术要求的上拱度。进行工艺设计时,需综合考虑:下料反变形、装配反变形、焊接顺序调节等工艺措施,即并选择恰当的焊接方法和工艺参数,进而制定合适而完整的生产工艺。 第 34 页 共 3 5页第一章 桥式起重机主梁性能要求及
3、应用概述 (一)桥式起重机主梁性能要求 1.根据其中及设计规范(GB3811-83)规定,主梁采用须用应力法计算。必须进行强度,稳定性和刚性计算,并满足规定要求。计算式一般不考虑材料塑性的影响。对工作级别为A6,A7,A8级的主梁。应进行疲劳强度计算,并满足规定的要求。许用应力法,即在强度计算中以材料的屈服线,在稳定性计算中以稳定临界应力,在疲劳强度计算中以一定的安全系数,分别得到强度,稳定性和疲劳强度的许用应力,构件的计算应力不得超过其相应的许用值。刚性要求是指结构在载荷作用下生产的变形量,不超过需用的变形值。许用应力又在和组合的类别及材料决定。 2.主梁在起重机工作过程中直接承受工作载荷,
4、要求有较高的强度,同时跨距比较大,工作时要求有较好的稳定性,这就要求具有较好刚度#而自重则尽可能地小,所以起重机主梁一般都设计成桁架式或箱形结构。 3.起重机的用途是将物品从空间的某一个地点搬运到另一个地点。为了完成这个作业,起重机一般具有使物品沿空间的三个方向运动的机构。桥式类型的起重机是依靠起重机运行机构和小车运行机构的组合运动使所搬运的物品在长方形平面内作运动。 4.通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组成。起重小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三部分组成。 5.起升机构包括电动机、制动器、减速器、卷筒和滑轮组。电动机通过减速器带动卷筒转动,使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒
5、放下,以升降重物。小车架是支拖和安装起升机构和小车运行机构等部件的机架,通常为焊接结构。 6.起重机运行机构一般只用四个主动和从动车轮,如果起重量很大,常用增加车轮的办法,来降低轮压,当车轮超过四个时,必须采用铰接均衡车架装置,使得起重机的载荷均布的分布在各车轮上。 7.桥架的金属结构由主梁和端梁组成,分为单主梁桥架和双梁桥架两类,单主梁桥架由单根主梁和位于跨度两边的端梁组成,双梁桥架由。 8.两根主梁和端梁组成。桥架主梁的结构类型较多,比较典型的有箱型结构、四桁架结构和空腹桁结构。 9.箱型结构又可分为正轨箱型双梁、偏轨箱型单主梁几种。正轨箱型双梁是广泛采用的一种基本形式,主梁由上、下翼缘板
6、和两侧的垂直腹板组成,小车钢轨布置在上翼缘板的中心在线,它的结构简单,制造方便,造于成批生产,但自重较大。(二)桥式起重机的应用概述 1.本文主要完成了桥式起重机主体结构部分的设计及主梁和端梁的校核计算。采用正轨箱形梁桥架,正轨箱形梁桥架由两根主梁和端梁构成。主梁外侧分别设有走台,并与端梁通过连接板焊接在一起形成刚性结构。为了运输方便在端梁中间设有接头,通过连接板和角钢使用螺栓连接,这种结构运输方便、安装容易。小车轨道固定于主梁的压板上,压板焊接在盖板的中央。 2.起重机是现代生产不可缺少的组成部分,借助起重机可以实现主要工艺流程和辅助作业的机械化,在流水线和自动线生产车间中,起重机大大提高了
7、生产效率。 3.本文主要完成了桥式起重机主体结构部分的设计及主梁和端梁的校核计算。采用正轨箱形梁桥架,正轨箱形梁桥架由两根主梁和端梁构成。主梁外侧分别设有走台,并与端梁通过连接板焊接在一起形成刚性结构。为了运输方便在端梁中间设有接头,通过连接板和角钢使用螺栓连接,这种结构运输方便、安装容易。小车轨道固定于主梁的压板上,压板焊接在盖板的中央。 4.起重机属于起重机械的一种,是一种做循环、间歇运动的机械。通常起重机械由起升机构(使物品上下运动)、运行机构(使起重机械移动)、变幅机构和回转机构(使物品作水平移动)、再加上金属机构、动力装置、操纵控制及必要的辅助装置组合而成。 5.在建桥工程中所用的起
8、重机械,根据其构造和性能的不同,一般可分为轻小型起重设备,桥式类型起重机械和臂架类型起重机三大类。桥式起重机是横架与车间、仓库和料场上空进行物料吊运的起重设备。由于它的两端坐落在高大的水泥柱或者金属支架上,形状似桥,所以又称“天车”或者“行车”。桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行,起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行,构成一矩形的工作范围,就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料,不受地面设备的阻碍。 6.桥式起重机广泛应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。桥式起重机可分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。 7.桥式起重机的特点是可以使拴在吊钩或是其它
9、取物装置上的重物在空间实现垂直升降或水平运移。 8.起重机的用途是将物品从空间的某一个地点搬运到另一个地点。为了完成这个 作业,起重机一般具有使物品沿空间的三个方向运动的机构。桥式类型的起重机是依靠起重机运行机构和小车运行机构的组合运动使所搬运的物品在长方形平面内作运动。 9.起重机是现代生产不可缺少的组成部分,借助起重机可以实现主要工艺流程和辅助作业的机械化,在流水线和自动线生产车间中,起重机大大提高了生产效率。 第二章 桥式起重机主梁的结构组成及焊缝分布(一)桥式起重机主梁的结构组成 1.本论文主要介绍了跨度28米,起重量50吨的通用桥式起重机机箱型梁的设计生产过程,同时对车间的布置情况情
10、况作了较为粗略的参考设计,设计过程较为详细的考虑了实际生产与工作中的情况。箱型梁式桥架结构主要是两根主梁和两根端梁组成。主梁 主梁是桥式起重机桥架中主要受力元件,由左右两块腹板,上下两块盖板以及若干大小隔板及加强筋板组成。 2.主要技术要求有:主梁上拱度:当受载后,可抵消按主梁刚度条件产生的下挠变形,避免承载小车爬坡。主梁旁变:再制造桥架时,走台侧焊后有拉伸残余应力,当运输及使用过程中残余应力释放后,导致两主梁向内旁弯;而且主梁在水平惯性载荷和作用下,按刚度条件允许有一定侧向弯曲,两者叠加会造成打大弯曲变形。腹板波浪变形:受压区0.7,受拉区1.2,规定较低的波浪变形对于提高起重机的稳定性和寿
11、命是有利的。上盖板水平度b/250,腹板垂直度h/200,b为盖板宽度,h为梁高。端梁 端梁是桥式起重机桥架组成部分之一,一般采用箱型结构,并在水平面内与主梁刚性连接,端梁按照受载情况可分为下属两类: (1)端梁受有主梁的最大支撑压力,即端梁上作用有垂直载荷。 (2)端梁没有垂直载荷,端梁只起联系主梁的作用。(二)梁的几何尺寸1、梁的截面选择和验算 通常按刚度和强度条件,并使截面积最小(经济条件),满足建筑条件要(如吊车梁及平台焊接梁最大高度受建筑条件限制),来确定梁的高度,然后初 步估算梁的腹板、盖板厚度,进行截面几何特征的计算,然后进行验算,经适当调整,直到全部合格。图3中部高度h端梁连接
12、处高度h1 梯形高度c端梁宽度腹板的壁间距b0腹板厚度0盖板宽度b大隔板间距a小隔板高度h2小隔板间距a1纵向加筋角钢h3腹板厚 均布载荷集中固定载荷移动载荷每个轮子的轮压F1、F2小车自重Gx水平均布载荷qsh水平集中载荷Fsh集中载荷均布载荷2、箱形主梁截面的主要几何尺寸靠近端梁处跨中为 查表并根据实际需要确定(三)梁的受力分析1、载荷计算桥梁自重Gq=19.3t,自重均布载荷q1=Gq/L=68N/cm局部重量q2=0.12t/m=12N/cm,集中重量为2t则均布载荷为q=q1+q2=80N/cm运行机构重量G1,间距L1司机室重量G2,间距L2电气设备重量G3,间距L3其中为确定小车
13、自重的系数,Q=5100t的小车,=0.35,动力系数取1.2Gx= =172kN由于起重机运行轨道不平造成桥梁和主梁的震动,从而引起集中的和分布的固定载荷产生动力加载作用,也应估计在固定载荷中。动力加载作用可按一个冲击系数k来考虑,k取1.12、强度验算(一)、支座反力Ra包括两部分:固定集中载荷引起的支座反力则主梁距左支座x处由固定载荷引起的弯矩为移动载荷F1、F2引起的支座反力为移动载荷在x截面的弯矩为由移动载荷和固定载荷共同作用引起距支座x处的截面弯矩为将上式对x求导并令 解得将此x值代入得当小车的一个车轮处于左支座上时,主梁截面上最大剪力为,并且x=0,则计算水平方向的弯矩时,可以认
14、为桥架是一个超静定刚架结构,最大弯矩为其中可简化计算,令尺寸确定后惯性矩的计算中性轴至梁最外边缘距离 惯性矩 惯性矩抵抗矩 抵抗矩 由产生的主梁跨中截面的正应力分别为故水平和垂直弯矩同时作用时,在主梁上下盖中引起最大正应力为16钢为225.5MPa故为安全主梁截面最大剪应力在腹板中部,主梁端部截面对x轴的静矩为主梁端部截面对x轴的惯性矩故(16钢为137.3MPa)故为安全(二)、主梁稳定性的计算整体稳定性问题由于;,故可以不考虑整体失稳问题。局部稳定性问题由于,故应配置横向和纵向加筋。由于,需设置纵向加筋一根,布置在距上盖板273.6mm处。3、主梁刚度的验算图4 主梁垂直挠度的计算简图图
15、5主梁水平挠度计算简图主梁在满载小车轮压下,在跨中产生最大垂直挠度简支梁垂直下挠度的精确计算可按下式进行式中则16Mn钢选水平刚度按超静定刚架计算其中4、焊缝的设计和验算(1)、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=(0.81)K=0.480.6cm.。则剪力作用下,角焊缝最大剪应力式中则集中载荷产生的剪应力可用下式计算验算折合应力大小横加筋在纵加筋以上部分与腹板的焊缝,大小横加筋与上盖板的焊缝,全部采用K=6mm连续角焊缝。(2)、验算支承加筋与盖板焊缝时,可假定全部集中载荷由加筋与盖板
16、,以及加筋两端各长的腹板与盖板角焊缝传递,则有(3)、验算支承加筋与腹板的连接焊缝是假定它承担全部支座反力与集中载荷,并且在焊缝全长上均匀分布上式中,只包含了小隔板与腹板的焊缝长度,省略了大隔板与腹板的焊缝长度,安全系数更高(4)、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1.4m0.7m2.8m0.35m700mm6mm750mm1970mm2050mm450mm680mm480mmG1=0.8tL1=1.5mG2=1.3tL2=2.8mG3=0.6tL3=5.9m(四)桥式起重机主梁的焊缝分布 (1)从焊
17、缝分布来看,断面重心左右基本对称,焊接后产生旁弯的可能性较小,而且比较容易控制;断面水平轴线上下是不对称的,梁内部有大量筋板,横向大筋板(隔板)与下盖板不焊接,而小筋板基本部在水平轴线以上,因此,焊缝大部分分布在水平轴线上部,这样极易造成主梁下挠,这和技术上要求上挠正好相反。 (2)腹板上下边缘的角焊缝后,将在其中部产生参与压应力。腹板较薄时容易失稳而产生角变形,这些角变形也是构成腹板的波浪变形。若它和焊缝压应力共同作用,会产生较大的波浪变形,甚至使梁发生扭曲。减少腹板焊后残余应力比较困难,因为应力主要是在最后从外面焊接4条纵向角焊缝之后产生的。第三章 桥式起重机主梁焊接工艺分析(一) 组焊顺
18、序 1. 分别拼接上下盖板和腹板。盖板和腹板各拼接焊缝应错开200 mm以上, 且长度方向应留焊接收缩余量。为获取前述的上挠度, 腹板在划线时上挠度应预先作出, 腹板跨中预制上拱度为跨度的1.6,制作的上挠度应具有圆滑的抛物线形状。采用焊后用火焰加热梁的下部来获得上挠度的方法是不合理的,不应使用。因为火焰加热下部后, 就在下部存在很大不应使用。因为火焰加热下部后, 就在下部存在很大不应使用。因为火焰加热下部后, 就在下部存在很大不应使用。因为火焰加热下部后, 就在下部存在很大挠也因之消失。 2. 组焊上盖板和隔板。上盖板划中线, 隔板线, 腹板双线和外形线。隔板宽度尺寸要一致, 要求用等离子弧
19、切割或刨边加工。上盖板平放于平台上,然后组焊隔板。焊接顺序从内侧向外侧( 走台侧) 施焊, 以便造成所需要的旁弯。这种装焊方式, 使可能造成下挠的大小筋板与上盖板的焊缝先行施焊, 从而焊接变形只有盖板的自由收缩, 而不会产生挠曲。 3. 组焊腹板。腹板划中线, 隔板双线和外形线。采用压紧夹具, 保证腹板与上盖板和隔板都贴合严密后定位焊, 然后将上盖板两端用槽钢垫起,支点位置在两端第1块大隔板处。!形梁的焊接, 先焊腹板与隔板, 再焊腹板与上盖板两内侧角焊缝, 2名焊工同时同向从中间向两头施焊。要减小腹板与隔板焊缝的角变形, 只能严格控制焊脚尺寸和用小的焊接热输入, 以及采用交错焊等, 这有利于
20、防止腹板的波浪变形。 4. 组焊下盖板。下盖板划中线, 腹板线和外形线。采用压紧夹具, 保证下盖板与腹板贴合严密后定位焊, 下盖板两端弯角处用大号割炬烤热后弯曲到位并点固。由于腹板预制了较大的上挠量, 下盖板的压紧力会使主梁的上挠度减小, 从而在水平轴线以上造成残余压应力, 这使先前!形梁焊接时在水平轴线以上造成的残余拉应力减小, 有利于防止腹板的波浪变形。 5. 焊腹板与上盖板外侧2条纵向角焊缝。2名焊工同时同向从一端向另一端施焊, 注意2人焊接速度要一致, 对称焊接, 避免焊后产生旁弯。 6. 翻转180, 将下盖板中间用槽钢垫起, 支点位置在中间2块大隔板处。焊腹板与下盖板外侧2条纵向角
21、焊缝。2名焊工同时同向从一端向另一端施焊。此时, 应该对主梁进行工序检查, 并根据检查结果制定相应解决方案。 7. 组焊连接板。先将连接板与端梁配钻孔后用螺栓把合, 用4个千斤顶支起2个端梁, 以车轮轴顶面作为测量基准调平, 对角线相等。然后将主梁落在连接板上, 调平, 对角线相等。再将连接板与主梁焊接在一起, 腹板和上盖板切头, 焊接主梁两端堵头板及筋板。 8. 组焊附件。焊接主梁外侧走台, 小车横行滑线支架及小车轨道等。(二)工艺参数 1. 主梁的上下盖板和腹板拼接的对接焊缝均采用X形坡口, 平焊, 用砂轮或碳弧气刨清根。主梁的上下盖板和腹板连接的角焊缝均采用V形坡口, 平焊, 采用3层或
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