毕业设计 - 图文

黑林职院机电工程系 毕业设计

毕 业 论 文（设 计）

评定成绩：

题 目 通用式桥式起重机主梁生产工艺

副标题

性 质 ： 毕业论文 毕业设计

√ □

学生姓名 杨兵

年 级 焊接10-1 系 别 机电工程系 专 业 焊接技术及自动化 指导教师 曹永胜

黑龙江林业职业技术学院

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目 录

1.绪 论 简介 类型 发展

起重机械的分类 起重机设计的总体方案

5 5 5 5 6 14

2.主梁的设计 15 2.1箱型梁式桥架结构的构造及尺寸 14 2.1.2主梁的几何尺寸 14 2.2梁的截面选择 16 3. 大车运行机构的设计

3.1设计的基本原则和要求 3.1.1机构传动方案

3.1.2大车运行机构具体布置的主要问题： 3.2确定机构的传动方案

3.2.1选择车轮与轨道，并验算其强度 4. 端梁的设计 4.1 端梁的尺寸的确定 4.1.1端梁的截面尺寸 4.2 端梁的计算

4.3 主要焊缝的计算

4.3.1 端梁端部上翼缘焊缝

4.3.2 下盖板翼缘焊缝的剪应力验算

5. 焊接工艺设计 27

5.1制造工艺及措施 5.2焊接方法 5.3焊接工艺

5.4主梁焊接变形的控制

16 16 17 17 17 18 21 21 21 22 26 26 26

28 29 32 33

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5.4.1 组焊顺序 5.5焊接装配 5.5.1检测 33 34 34

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前 言

本次毕业设计是为了让我们更清楚地理解机械加工辅助设备的生产制造的加工工艺规程，为我们即将走上工作岗位的毕业生打基础，最后，让我们在数控车床上加工出该零件达到图纸要求。

焊接技术和数控技术的广泛应用给传统的制造业的生产方式，产品结构带来了深刻的变化。也给传统的机械，机电专业的人才带来新的机遇和挑战。

随着我国综合国力的进一步加强和加入世贸组织。我国经济全面与国际接轨，并逐步成为全球制造中心，我国企业广泛应用现代化数控技术参与国际竞争。数控技术和焊接技术是制造实现自动化，集成化的基础，是提高产品质量，提高劳动生产率不可少的物资手段。

此业设计让我们毕业生更好的熟悉焊接工艺和数控车床，确定加工工艺，学会分析零件为走上工作岗位打下基础。

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1.绪 论

起重机(Crane)属于起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。

简介

欧式起重机采用独特的设计理念，具有尺寸小，重量轻，轮压小的特点。与传统起重机相比， 吊钩至墙面的极限距离最小，净空高度最低，科力起重机更能贴近前面作业，起升高度更高，实际增加了现有厂房的有效工作空间。由于起重机具有重量轻，轮压小的特点，新厂房空间可以设计的更小，功能更齐全。较小的厂房意味着初期建设投资，以及长期供热、空调及其他维护费中可以节省一笔可观的资金。概念

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。

类型

在建桥工程中所用的起重机械，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。轻小型起重设备如：千斤顶、气动葫芦、电动葫芦、平衡葫芦（又名平衡吊）、卷扬机等。桥架类型起重机械如梁式起重机、龙门起重机等。臂架类型起重机如固定式回转起重机、塔式起重机、汽车起重机、轮胎、履带起重机等。

在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。又称吊车。属于物料搬运机械。起重机的工作特点是做间歇性运动，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的。

发展

起重机械的总体发展趋势

重点产品大型化——如大型专用塔机、核电、化工等大型履带吊等。

通用产品轻量化——将广泛采用新材料和合理的结构型式，以减轻设备的自重。 高速化——以满足生产率日益提高的要求。

多样化——将向同一设备科使用多种工作装置的要求发展，以扩大使用范围。 最优化——将普遍采用先进的设计计算方法。 通用化——力求提高系列产品零部件的通用性。

液压化——主要体现在履带式起重机和轮式起重机向全液压传动发展。

安全化——起重机械的可靠性、安全性和舒适性将成为评价设备的主要指标。

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起重机械的分类

4000 4100 4110 4120 4130 4140 4150 4160 4170 4180 4190 41A0 4200 4210 4120 4230 4240 4250 4260 4270 4280 4300 4310 4320 4330 4400 4410 4420 4430 4440 4450 4460 4470 4480 4490 4600 4610 4620

起重机械 桥式起重 门式起重机 塔式起重机 流动式起重机 铁路起重机 通用桥式起重机 电站桥式起重机 防爆桥式起重机 绝缘桥式起重机 冶金桥式起重机 架桥机 电动单梁起重机 电动单梁悬挂起重机 电动葫芦式起重机 防爆梁氏起重机 通用门式起重机 水电站门式起重机 轨道式集装箱式起重机 万能杠件拼装式龙门起重机 岸边集装箱起重机 造船门式起重机 电动葫芦式起重机 装卸桥 普通塔式起重机 电塔式起重机 塔式皮带布料机 轮胎起重机 履带起重机 全路面起重机 集装箱正面吊起起重机 集装箱侧面吊起起重机 集装箱跨运车 轮胎式集装箱门式起重机 汽车起重机 随车起重机 蒸汽铁路起重机 内燃铁路起重机 黑林职院机电工程系 毕业设计

4630 4700 4710 4720 4730 4740 4750 4760 4770 4800 4810 4820 4830 4840 4850 4860 4870 4880 4890 4900 4910 4920 4930 4940 4A00 4A10 4A20 4B00 4B10 4B20 4B30 4C00 4C10 4C20 4C30 4C40 4C50 4C60 4C70 4C80 4C90 4CA0 4CB0 门座起重机 升降机 缆索起重机 桅杆起重机 悬臂式起重机 轻小型起重设备

电力铁路起重机 港口门座起重机 船厂门座起重机 带斗门座式起重机 电站门座起重机 港口台架起重机 固定式起重机 液压折臂起重机 曲线施工升降机 锅炉炉膛检修平台 钢索式液压提升装置 电站提滑模装置 升船机 施工升降机 简易升降机 升降作业平台 高空作业车 固定式缆索起重机 摇摆式缆索起重机 平移式缆索起重机 辐射式缆索起重机 固定式桅杆起重机 移动式桅杆起重机 柱式悬臂式起重机 壁式悬臂式起重机 平衡悬臂式起重机 输变电施工用抱杆 电站牵张设备 内燃平衡重式叉车 蓄电池平衡重式叉车 内燃侧面叉车 插腿式叉车 前移式叉车 三向堆垛叉车 托盘堆垛车 防爆叉车 钢丝绳电动葫芦 黑林职院机电工程系 毕业设计

4CC0 4CD0 4CE0 4CF0 4CG0 4D00 4D10 4D20 4D30 4D40 4D50 4D60 4D70 4D80 4D90

机械式停车设备 防爆钢丝绳电动葫芦 环链电动葫芦 气动葫芦 防爆气动葫芦 带式电动葫芦 升降横移类机械式停车设备 垂直循环类机械式停车设备 多层循环类机械式停车设备 平面移动类机械式停车设备 巷道堆垛类机械式停车设备 水平循环机械类式停车设备 垂直升降类机械式停车设备 简易升降类机械式停车设备 汽车专用升降机类停车设备

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柱式悬臂吊

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国产小吨位起重机

平衡吊

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龙门起重

机

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吊钩桥式起重机

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本次毕业设计围绕通用桥式起重机主梁生产展开，桥式起重机是现代工业生产和起重运输中实现实现生产过程 机械化、自动化得重要工具和设备。 所以桥式起重机在室内外工矿企业、钢铁化工、铁路交通、港口码头以及物流周转等部门和场所均得到广泛的运用。

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。 普通桥式起重机一般由起重小车、桥架运行机构、桥架金属结构组桥式起重机原理图成。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。

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放下，以升降重物。小车架是支托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。

起重机运行机构的驱动方式可分为两大类：一类为集中驱动，即用一台电动机带动长传动轴驱动两边的主动车轮；另一类为分别驱动、即两边的主动车轮各用一台电动机驱动。中、小型桥式起重机较多采用制动器、减速器和电动机组合成一体的“三合一”驱动方式，大起重量的普通桥式起重机为便于安装和调整，驱动装置常采用万向联轴器。

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起重机设计的总体方案

本次桥式起重机设计的主要参数如下:

起重量10t,跨度16.5m，起升高度为10m起升速度8m/min小车运行速度v=40m/min大车运行速度V=90m/min大车运行传动方式为分别传动;桥架主梁型式,箱形梁.小车估计重量4t，起重机的重量16.8t .工作类型为中级。

其金属结构包括桥架、小车架和操纵室。桥架是由两根箱形主梁、两根箱形端梁和主梁两侧的走台所组成。在主梁的上盖板上铺设轨道，供小车行走之用。与主梁连接的一侧走台上安装起重机的运行机构。另一侧走台安装小车导电的滑线。走台的外侧都有栏杆，以保障检修人员的安全。

主梁与端梁进行刚性联接，两根端梁的中部是用螺栓连接起来的可拆件。这样，整个桥架可以拆开成两半来进行运输和安装。

小车架是由钢板焊接而成，上面装有起升机构和小车运行机构。操纵室悬装在桥架下面，室内装有起重机的电气控制设备，主要是供操作人员操纵之用。

根据上述参数确定的总体方案如下：

主梁的设计：

主梁跨度16.5m ,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梁连接，主梁横截面腹板的厚度为6mm,翼缘板的厚度为10mm，主梁上的走台的宽度取决于端梁的长度和大车运行机构的平面尺寸，主梁跨度中部高度取H=L/17 ，主梁和端梁采用搭接形式，主梁和端梁连接处的高度取H0=0.4-0.6H，腹板的稳定性由横向加劲板和，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。

小车的设计：

小车主要有起升机构、运行机构和小车架组成。

起升机构采用闭式传动方案，电动机轴与二级圆柱齿轮减速器的高速轴之间采用两个半齿联轴器和一中间浮动轴联系起来，减速器的低速轴鱼卷筒之间采用圆柱齿轮传动。运行机构采用全部为闭式齿轮传动，小车的四个车轮固定在小车架的四周车轮采用带有角形轴承箱的成组部件，电动机装在小车架的台面上，由于电动机轴和车轮轴不在同一个平面上，所以运行机构采用立式三级圆柱齿轮减速器，在减速器的输入轴与电动机轴之间以及减速器的两个输出轴端与车轮轴之间均采用带

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浮动轴的半齿联轴器的连接方式。小车架的设计，采用粗略的计算方法，靠现有资料和经验来进行，采用钢板冲压成型的型钢来代替原来的焊接横梁。

端梁的设计：

端梁部分在起重机中有着重要的作用，它是承载平移运输的关键部件。端梁部分是由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；端梁是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。端梁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，先将端梁的一段与其中的一根主梁连接在一起，然后再将端梁的两段连接起来。

本章主要对箱形桥式起重机进行介绍，确定了其总体方案并进行了一些简单的分析。箱形双梁桥式起重机具有加工零件少，工艺性好、通用性好及机构安装检修方便等一系列的优点，因而在生产中得到广泛采用。我国在5吨到10吨的中、小起重量系列产品中主要采用这种形式，但这种结构形式也存在一些缺点：自重大、易下挠，在设计和制造时必须采取一些措施来防止或者减少。

2.主梁的设计

2.1箱型梁式桥架结构的构造及尺寸 2.1.2主梁的几何尺寸

正轨箱形双梁是广泛采用的一种基本形式，主梁由上、下翼缘板和两侧的垂直腹板组 成，小车钢轨布置在上翼缘板的中心线上，它的结构简单，制造方便，适于成批生产。 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。 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：在制造桥架时，走台侧焊后有拉深残余应力，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作用下，按刚度条件允许有一 定侧向弯曲，两者叠加会造成大弯曲变形。 腹板波浪变形：受压区 < 0.7δ 0 ，受拉区 < 1.2δ 0 ，规定较低的波浪变形对于提高起重机 的稳定性和寿命是有利的。 上盖板水平度 c ≤ b / 250 ，腹板垂直度 h ≤ h0 / 250 ，b 为盖板宽度，h0 为上下盖板之间 的高度。 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，端梁按受载情况可分下述两类： （1 ） 、端梁受有主梁的最大支承压力，即端梁上作用有垂直载荷。 （2 ） 、端梁没有垂直载荷，端梁只

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起联系主梁的作用。

2.2梁的截面选择

通常按刚度和强度条件，并使截面积最小（经济条件） ，满足建筑条件要求（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。

3.大车运行机构的设计

3.1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 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

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3.1.1机构传动方案

大车机构传动方案，基本分为两类：

分别传动和集中传动，桥式起重机常用的跨度（10.5-32M）范围均可用分别传动的方案本设计采用分别传动的方案。

3.1.2大车运行机构具体布置的主要问题：

1. 联轴器的选择 2. 轴承位置的安排 3. 轴长度的确定 这三着是互相联系的。

在具体布置大车运行机构的零部件时应该注意以几点：

1. 因为大车运行机构要安装在起重机桥架上，桥架的运行速度很高，而且受载之后向下挠曲，机构零部件在桥架上的安装可能不十分准确，所以如果单从保持机构的运动性能和补偿安装的不准确性着眼，凡是靠近电动机、减速器和车轮的轴，最好都用浮动轴。

2. 为了减少主梁的扭转载荷，应该使机构零件尽量靠近主梁而远离走台栏杆；尽量靠近端梁，使端梁能直接支撑一部分零部件的重量。

3. 对于分别传动的大车运行机构应该参考现有的资料，在浮动轴有足够的长度的条件下，使安装运行机构的平台减小，占用桥架的一个节间到两个节间的长度，总之考虑到桥架的设计和制造方便。

4. 制动器要安装在靠近电动机，使浮动轴可以在运行机构制动时发挥吸收冲击动能的作用。

3.2确定机构的传动方案

本起重机采用分别传动的方案如图（2-1）

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大车运行机构图（3-1）

1—电动机 2—制动器 3—高速浮动轴 4—联轴器 5—减速器 6—联轴器 7低速浮动轴 8—联轴器 9—车轮

3.2.1选择车轮与轨道，并验算其强度

按照如图所示的重量分布，计算大车的最大轮压和最小轮压： 满载时的最大轮压： Pmax=

G-GxcQ?GxcL?e ??42L168-40100?4016.5?1.5= ??4216.5 =95.6KN

空载时最大轮压：

G-GxcGxcL?e ??42L168-404016.5?1.5 = ??4216.5P

‘max

=

=50.2KN 空载时最小轮压：

G-GxcGxce?? 42L168-40401.5?? = 4216.5P

‘min

=

=33.8KN

式中的e为主钩中心线离端梁的中心线的最小距离e=1.5m 载荷率：Q/G=100/168=0.595

由[1]表19-6选择车轮：当运行速度为Vdc=60-90m/min，Q/G=0.595时工作类型为中级时，车

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轮直径Dc=500mm，轨道为P38的许用轮压为150KN，故可用。

1）.疲劳强度的计算 疲劳强度计算时的等效载荷：

Qd=Φ22Q=0.6*100000=60000N 式中Φ2—等效系数，由[1]表4-8查得Φ2=0.6 车论的计算轮压： Pj= KCI2 r 2Pd =1.0530.89377450 =72380N

式中：Pd—车轮的等效轮压

G-GxcQd?GxcL?1.5 ??42L168-4060?4016.5?1.5 = ??4216.5Pd= =77450N

r—载荷变化系数，查[1]表19-2，当Qd/G=0.357时，r=0.89

Kc1—冲击系数，查[1]表19-1。第一种载荷当运行速度为V=1.5m/s时，Kc1=1.05 根据点接触情况计算疲劳接触应力：

?21? ?j=40003Pj???

?Dcr?1??2 =4000372380????

?5030? =13555Kg/cm

2

22 ?j =135550N/cm

2

式中r-轨顶弧形半径，由[3]附录22查得r=300mm，对于车轮材料ZG55II，当HB>320时，[?jd] =160000-200000N/cm，因此满足疲劳强度计算。

2）.强度校核 最大轮压的计算： Pjmax=KcII2Pmax =1.1395600 =105160N

2

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式中KcII-冲击系数，由[3]表2-7第II类载荷KcII=1.1 按点接触情况进行强度校核的接触应力：

2??2jmax=3Pjmax??Dc?1?r??

=3105160??21?2?50?30??

=15353Kg/cm2

?jmax

=153530N/cm2

车轮采用ZG55II，查[1]表19-3得，HB>320时，?jmax < [?j]

故强度足够。 3.2.2选择电动机

电动机静功率：

Nj=Pj2Vdc/（602m2 ?） =3216390/60/0.95/2=2.54KW

式中Pj=Pm（Q=Q）—满载运行时的静阻力 (P m（Q=0）=2016N)

m=2驱动电动机的台数 初选电动机功率： N=Kd*Nj=1.3*2.54=3.3KW 式中Kd-电动机功率增大系数

?]=240000-300000N/cm2

j，

[

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4.端梁的设计

4.1 端梁的尺寸的确定 4.1.1端梁的截面尺寸

1.端梁截面尺寸的确定： 上盖板?1=10mm,

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中部下盖板?1=10 mm 头部下盖板?2=12mm

按照[1]表19-4直径为500mm的车轮组尺寸，确定端梁盖板宽度和腹板的高度时，首先应该配置好支承车轮的截面，其次再确定端梁中间截面的尺寸。配置的结果，车轮轮缘距上盖板底面为25mm;车轮两侧面距离支承处两下盖板内边为10 mm，因此车轮与端梁不容易相碰撞；并且端梁中部下盖板与轨道便的距离为55 mm。如图示（3-1）

4.1.2 端梁总体的尺寸

大车轮距的确定：K=（取K=3300㎜

端梁的高度 H0=（0.4～0.6）H主 取H0=500㎜ 确定端梁的总长度L=4100㎜

1111～）L=（～）316.5=2.06～3.3m 85854.2 端梁的计算

1.计算载荷的确定

设两根主梁对端梁的作用力Q

RA=

?P)Q(Qmax(Lxc?2a2)(G+P)

max

相等，则端梁的最大支反力：

K

式中 K—大车轮距，K=330cm Lxc—小车轮距，Lxc=200cm

a2—传动侧车轮轴线至主梁中心线的距离，取a2=70 cm Qmax=114237N 因此RA=

(Q?P)114237?(200?2?70) =117699N

330 2.端梁垂直最大弯矩 端梁在主梁支反力

Q(G?P)max作用下产生的最大弯矩为：

6

Mzmax=RAa1=117699360=7.06310N

a1—导电侧车轮轴线至主梁中心线的距离，a1=60 cm。 3.端梁的水平最大弯矩

1）. 端梁因车轮在侧向载荷下产生的最大水平弯矩：

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M'pmax=Sa1

式中：S—车轮侧向载荷，S=?P；

?—侧压系数，由图2-3查得，?=0.08； P—车轮轮压，即端梁的支反力P=RA 因此：

M'pmax=?RAa1

=0.083117699360=564954N2cm

2）.端梁因小车在起动、制动惯性载荷作用下而产生的最大水平弯矩：

M''pmax(LP=

xgxc?2a2)Ka1

式中

P''—小车的惯性载荷：xgP= xg1P1=37000/7=5290N 7 因此：

Mpmax=

5290?(200?2?70)?60=327018N2cm

330和

比较

M'pmaxM''pmax两值可知，应该取其中较大值进行强度计算。

4.端梁的强度验算

端梁中间截面对水平重心线X-X的截面模数：

h??B?1)h 348?0.63 =(?40?1)?48=2380.8cm

3

Wx?(' 端梁中间截面对水平重心线X-X的惯性矩：

h 2504 =2380.8? =59520cm

2

Ix?Wx?'' 端梁中间截面对垂直重心线Y-Y的截面模数：

Wy?('B?1?h?)b 3 =(40?12?48?0.6)?27.41154.4cm 3 端梁中间截面对水平重心线X-X的半面积矩：

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Sx?2??hh2?4?B?1?h??1 2 =48?0.6?12?40?1?48?13=1325.6cm 2 端梁中间截面的最大弯曲应力：

?max?Mzmax?'WxMW'pmax'y

7.06?1065649542

==2965+489=3454N/cm ?2380.81154.4 端梁中间截面的剪应力：

(Q?P)Qmax?Sx ?? 'Ix?2? =

114237?1325.62

=2120 N/cm

59520?2?0.6 端梁支承截面对水平重心线X-X的惯性矩、截面模数及面积矩的计算如下： 首先求水平重心线的位置 水平重心线距上盖板中线的距离：

C1=

1.2?12.7(0.5?12.7?0.5)?2?11?1.2(0.5?12.7?0.6) =5.74 cm

40?1?2?12.7?0.6?2?11?1.2水平重心线距腹板中线的距离： C2=5.74-0.5-0.5312.7 =-1.11 cm

水平重心线距下盖板中线的距离： C3=（12.7+0.5+0.6）-5.74 =8.06cm

端梁支承截面对水平重心线X-X的惯性矩：

3

I'=x0113232

34031+403135.74+23312.730.6+2312.730.631.11+2311312122

4

1.2+231131.238.06=3297cm

端梁支承截面对水平重心线X-X的最小截面模数：

W'x0=

I'3x01C3??22

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=32973

1

8.06?0.63

=406.1 cm

端梁支承截面水平重心线X-X下部半面积矩：

S'x0=231131.238.06+（8.06-0.6）30.63（8.06-0.6）/2

3

=229.5 cm

端梁支承截面附近的弯矩：

Mz=RAd=117699314=1647786Ncm

式中—

端梁支承截面的弯曲应力：

M?W'?Zx0'?1647786

406.12

=4057.6N/cm

端梁支承截面的剪应力：

?'?RA?Sx0nIx0??''?2

117699?229.5

2?3297?0.6 =6827.4 N/cm

端梁支承截面的合成应力： ???'2?3?'?4057.62?3?6827.42

2

2 =12501.5 N/cm 端梁材料的许用应力： [?d]II=(0.80～0.85) [?]II

=(0.80～0.85)16000=12800～13600 N/cm [?d]II=(0.80～0.85) [?]II

= (0.80～0.85)9500 =7600～8070 N/cm

验算强度结果，所有计算应力均小于材料的许用应力，故端梁的强度满足要求。

22

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端梁的截面尺寸图（4-1）

4.3 主要焊缝的计算 4.3.1 端梁端部上翼缘焊缝

端梁支承截面上盖板对水平重心线X-X的截面积矩：

S=403135.74=229.6 cm 1'3

端梁上盖板翼缘焊缝的剪应力：

??RA?S2nI1'x0'?0.7hf2

?117699?229.6

4?3297?0.7?0.6 =4878.8 N/cm

式中n1—上盖板翼缘焊缝数； hf—焊肉的高度，取hf=0.6 cm

4.3.2 下盖板翼缘焊缝的剪应力验算

端梁支承截面下盖板对水平重心线X-X的面积矩：

S=231231.238.06=232.128 cm 1''3

端梁下盖板翼缘焊缝的剪应力： ?2?nI2RA?S2x0'?0.7hf?117699?232.128

4?3297?0.7?0.6

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=4929.8 N/cm

2

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5.焊接工艺设计

箱形主梁的焊缝质量和尺寸精度要求高．截面尺寸大、刚性大。在焊接过程中，由于受现场起重条件的限制，无法对箱形主梁反复翻转，只能利用合理的装配及焊接顺序进行变形控制。焊后一旦发生变形则无法矫正，因此，箱形主梁的制造关键就是如何在制造过程中控制好焊接变形。 桥式起重机的主梁要求在垂直平面内必须有一定的上拱度．以抵消起重时梁的下挠度。上拱数值为L／1000，即22itlm。因此，在制造过程中，采用预制腹板上拱变形的方法来保证主梁的上拱度。

5.1制造工艺及措施

5.1.1焊接人员

参加焊接的焊工应具备相应的操作资格．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。

5.1.2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。

5.1.3下料

采用自动火焰切割方法下料。 (a)盖板下料将上、下盖板矫平后。在对接长度方向上放400mm的工艺余量。 (b)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。为使主梁有规定的上拱度，在腹板下料时必须有相应的上拱度，且上拱度应大于主梁的上拱度。腹板下料时，需放1．5L／1000，即33mm的余量，并且在离中心2ITI处不得有接头，为避免焊缝集中，上、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。 (c)长短肋板下料主梁的长短肋板的宽度尺寸只能小不能大

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(1mm左右)。长度尺寸可允许有一定的误差(±2mm以内)。肋板的4个角应为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。

5.1.4坡口制备

上、下盖板和腹板的对接，可采用单面焊双面成形工艺，坡口角度为30。～40。，单面V形坡口，以减小开坡口和焊后翻转的工作量。

5.2焊接方法

对桥式起重机来说，其桥架结构主要是由很多钢板通过焊接的方法连接在一起，焊接的工艺的正确与否直接影响桥式起重机的力学性能和寿命。角焊缝常用的确定焊角高度的方法

5-1

角焊缝最小厚度为： a≥0.3?max+1

?max为焊接件的较大厚度，但焊缝最小厚度不小于4mm，当焊接件的厚度小于4mm时，焊缝厚度与焊接件的厚度相同。

角焊缝的厚度还不应该大于较薄焊接件的厚度的1.2倍，即: a≤1.2?min

按照以上的计算方法可以确定端梁桥架焊接的焊角高度a=6mm.

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在端梁桥架连接过程中均采用手工电弧焊，在焊接的过程中焊缝的布置很关键，桥架的焊缝有很多地方密集交叉在设计时应该避免如图

5-1（a）、5-1（b）示

5-2（a）

5-2（b）

定位板和弯板的焊接时候，由于定位板起导向作用，在焊接时要特别注意，焊角高度不能太高，否则车轮组在和端梁装配的时，车轮组不能从正确位置导入，焊接中采用E5015（J507）焊条，焊条直径d=3.2mm,焊接电流160A,焊角高度最大4㎜。如图5-2位弯板和定位板的焊接

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5-3

角钢和腹板、上盖板的焊接采用的是搭接的方法，在焊好后再将两段端梁拼在一块进行钻孔。

由于所用的板材厚度大部分都小于10mm ,在焊接过程中都不开坡口进行焊接。

主要焊缝的焊接过程如下表：

焊接焊接名称 顺序 焊接方法 接头形焊接工艺 式 不开坡口，采用E5015双面 （J507）焊条，焊条直径d=4mm,焊接电流160～210A 双面 1 小筋板—腹板 手工电弧焊 角接 2 筋板—腹板 手工电弧焊 角接 双面 同上 3 端面板—腹板 手工电弧焊 角接 同上

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定位板—弯板

4 手工电弧焊 搭接 不开坡口，采用E5015（J507）焊条，焊条直径d=3.2mm,焊接电流160A 不开坡口，采用E5015

弯板—腹板 手工电弧焊 双面 角接 （J507）焊条，焊条直径d=4mm,焊接电流160～210A

角钢—腹板 手工电弧焊 手工电弧焊 手工电弧焊 手工电弧焊 角接 8 9 10 大筋板—下盖板 上盖板—腹板 大筋板—上盖板 手工电弧焊 手工电弧焊 手工电弧焊 角接 角接 角接 搭接 搭接 角接 双面 7 下盖板—腹板 同上 同上 同上 同上 同上 同上 同上

5 角钢—上盖板 6 腹板—大筋板 5.3焊接工艺

要保证箱形主梁的焊接质量及合理的上拱度，并有效控制其焊接变形．焊接工艺是关键。 (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2名或4名焊工同时、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：焊接方法采用焊条电弧焊，焊条直径为4．0mm，焊接电流为160～200A，电弧电压22～25V。( 5) 主

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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层或多层焊。隔板和腹板连接的角焊缝不开坡口, 横焊和立焊。( 6 采用CO2气体保护焊( 半自动焊) , NBC500晶闸管弧焊整流器, 直流反接( 工件接阴极) , 药芯焊丝THY- 51B, !1.2 mm。打底焊焊接电流180~220A,电弧电压22~26 V, 短路过渡; 其余各层焊接电流220~260 A, 电弧电压26~30 V, 细颗粒过渡。横焊和立焊焊接电流160~200 A, 电弧电压20~24 V。焊丝伸出长为焊丝直径的10倍左右, 气体流量为15~20 L/min, 焊速为5~8 mm/s ( 18~28 m/h) 。注意焊接热输入不要过大, 在焊接速度一定的条件下, 焊接电流不要超过300 A, 防止造成梁的整体扭曲变形; 焊接电流不要低于100 A, 防止造成焊缝金属的未熔合、未焊透等缺陷。

5.4主梁焊接变形的控制 5.4.1 组焊顺序

( 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, 就在下部存在很大的残余拉应力, 随工作过程该应力会松弛和消退, 上挠也因之消失。

( 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

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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。

5.5焊接装配

一 装配一焊接顺序 为使主梁保持合理的上拱度．并有效地控制焊接变形，组装时采用预制上拱法。 (1)先将下盖板矫平，然后将下盖板上所有的对接焊缝进行焊接。

(2)在平台上制出与腹板一致的上拱度，并将焊后的下盖板调平．平铺在平台上，并划出各板的安装位置线。

(3)(将一侧的腹板点固在下盖板上，注意保证腹板与下盖板的垂直度，并在腹板上划出各隔板的位置线。

(4)在将另一侧腹板上划出各隔板的位置线后．与下盖板点固焊接在一起。 (5)将长隔板与角钢按划好的位置线，分别与两腹板进行点固焊焊接在一起。 (6)焊接长隔板与两腹板的立缝，以及角钢与两腹板的角焊缝。 (7)组装上盖板。

(8)先焊接下盖板与两腹板的2条纵缝．再焊上盖板与两腹板的2条纵缝，最后焊接上盖板与长隔板的角焊缝。

(9)组对短隔板，组对后先焊接短隔板与两腹板的立缝，再焊接短隔板与上盖板的角焊缝。

二 组对间隙 上、下盖板及腹板在对接时，均应留有一定的间隙，板厚8mm，间隙为3 4mm，以保证单面焊双面成形。两腹板与下盖板在组对时，应尽量减小组焊间隙．间隙量<1．0mm，以减小焊接变形。长短肋板在与上盖板进行组对时，也同样应将各组件压紧，减小焊接间隙 。

5.5.1检测

( 1) 用经纬仪测量主梁的上拱度符合桥式起重机的拱度标准。

( 2) 测量主梁水平旁弯, 主梁腹板的垂直度和局部平面度, 主梁上翼缘板的水平度等符合准。 ( 3) 下盖板和腹板受拉区的对接焊缝经X射线检测符合RTⅡ- GB 3323。

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桥式起重机施工图

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致谢

首先向机电工程系的全体老师表示衷心的感谢，在这三年的时间里，他们为我们的成长和进步做出了贡献。在这次毕业设计中，有许多老师给予了指导和帮助,尤其是孙文程老师和曹永胜老师，在这次毕业设计的整个过程中，给了我们很大帮助,做为我们的辅导老师，尽职尽责，一丝不苟。

至此，这次毕业设计也将告以段落，但老师的教诲却让人终生难忘，通过这次毕业设计，不但使我学到了知识，也让我学到了许多的道理，总之是受益匪浅。

尽管我在毕业设计过程中做出了很多的努力，但由于我的水平有限，设计中的错误和不当之处仍在所难免，望老师提出宝贵的意见。

最后，向文中引用到其学术论著及研究成果的学术前辈与同行们致谢！ 再次向敬爱的老师表示衷心的感谢！

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参考文献

[1] 起重机设计手册 《起重机设计手册》编写组，机械工业出版社，1980 [2] 机械设计师手册 吴宗泽主编，机械工业出版社，2002 [3] 起重机课程设计 北京钢铁学院编，冶金工业出版社，1982 [4] 焊接手册 中国机械工程学会焊接学会编，机械工业出版社，1992

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5lew.html