焊接结构课程设计指导书概要.docx
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焊接结构课程设计指导书概要
焊接结构与生产工艺课程设计指导书
通用桥式起重机金属结构和生产工艺设计
曹永胜李慕勤曹丽杰
佳木斯大学材料工程学院
通用桥式起重机金属结构和生产工艺课程设计指导书
一、设计目的
1.培养学生综合运用所学知识的技能.通过对典型焊接结构和生产工艺的设计,使学生能针对产品使用性能和使用条件，制定焊接结构的设计方案及生产工艺方案。
在具体的设计过程中，应根据结构的特点和技术要求,提出问题,分析问题产生的原因,并找到解决问题的途径和具体措施,制定合理的结构设计方案和生产工艺方案,从而得到一次解决实际工程问题的锻炼.
2.培养学生自学能力.使学生熟悉工具书,参考书的查找与使用方法,在学习前人的设计经验的基础上,发挥主观能动性,有所创新.
3.了解焊接工程技术人员的主要任务,工作内容和方式方法.
二、设计内容与计划
（一）设计内容
1.5～50T通用桥式起重机主梁箱型结构设计。
2.5～50T通用桥式起重机主梁生产工艺指定。
3．5～50T通用桥式起重机主梁结构生产图纸绘制。
（二）设计计划
1．接受设计任务、查阅资料和制定设计方案。
（2天）
2．主梁结构设计计算；（7天）
3．主梁结构生产图纸绘制；（1天）
4．主梁结构生产工艺分析；（2天）
5．主梁生产工艺规程制定。
（2天）
6．总结和考核。
（1天）
（三）任务完成
课程设计完成后，学生应交付以下材料：
1主梁结构设计计算说明书；
2主梁结构生产工艺分析报告；
3主梁结构生产用施工图纸;
4主梁生产工艺规程.
通用桥式起重机主梁结构及生产工艺设计
§1通用桥式起重机简介
通用桥式起重机是指用吊钩或抓斗（有的也有用电磁盘）吊取货物的一般用途的桥式起重机，它桥架（大车）和起重小车两大部分组成，桥架横跨于厂房或露天货物上空，沿吊车梁上的起重机轨道纵向运行。
通用桥式起重机有大车运行机构（装在桥架上），起升机构和小车运行机构（装在小车上）等三种工作性机构，皆为电动。
通用桥式起重机的起重量可达500吨，跨度50～60米。
1.1通用桥式起重机的基本组成
1.2通用桥式起重机的基本参数
1额定起重量Q（tf）
2跨度L（m）
3大车运行速度（m/min）
4小车运行速度（m/min）
5起升高度（m）
6起升速度（m/min）
7接电持续率JC
JC=100ti/T%
ti—在起重机的一个工作循环中该机的总运转时间。
T--起重机一个工作循环所需的时间。
T=360/Nh（s）
Nh—起重机每小时吊运货物的次数。
1.3通用桥式起重机主梁的结构
箱形梁结构如图1所示，主要由上下盖板、两侧腹板和筋板组成。
箱形梁的特点：
（1）
制造工艺简单，可采用自动焊；
（2）适于批量生产；
（3）刚性大，比桁架式大；
（4）安装检修方便。
一般Q≥80tf时，采用偏轨梁；
Q≤63tf时，采用正轨梁或单梁。
§2通用桥式起重机主梁结构设计
2.1确定主梁的截面形式
确定主梁的截面形式的依据：
1起重量，2跨度，3作业环境。
2.2主梁结构主要参数
1已知参数
（1）起重量Q（tf）
（2）跨度L（m）
（3）小车轮距blj
2其他参数
（1）主梁高度h：
h=（1/14～1/18）L（m）
（2）腹板间距bo：
bo=（1/50～1/60）L（m）
h/bo≤3L/bo≤50以便进行焊接。
工艺要求的最小间距bomin约
为300毫米，此时梁高不宜超过650毫米。
（3）盖板宽度b
手工焊b=bo+2（10+δo）（mm）
自动焊b=bo+2（20+δo）（mm）
（4）腹板厚度δo
为考虑锈蚀和控制波浪度，主梁腹板一般取
当Q=5～63tf时，δo≥6mm
Q=80～100tf时，δo≥8mm
Q=125～200tf时，δo≥10mm
Q=250tf时，δo≥12mm
（5）盖板厚度δ1
受压盖板厚度δ1：
b1/δ1≤60
受拉盖板厚度δ2：
δo≤δ2≤δ1
（6）端梁的高度和宽度
端梁的高度h端=（0.4～0.6）h（m）
端梁的宽度b端=（0.5～0.8）h端（m）
主梁端部过度距离C：
C=（1/5～1/10）L（m）
（7）腹板高度ho=h-δ1-δ2
2.3主梁筋板的配置
为保证主梁在受力后腹板、盖板不产生局部失稳，必须配置横向筋板，必要时还需要配置纵向筋杆。
筋板配置见表1。
2.4主梁的计算载荷及载荷组合
2.4.1载荷
表1腹板常用的加筋板配置原则
腹板高度h0与腹板厚度δo之比h0/δo
腹板受压区
同时有直接作用的集中轮压（如一般简支的工字形主梁，偏轨箱形梁）
腹板受压区没有直接作用的集中轮压（如正轨箱形梁截面的主梁等）
腹板受拉区直接作用有集中轮压（如悬臂梁）
h0/δo≤70（60）①
可不设筋板或仅按构造需要设筋板
可不设保证局部稳定性的筋板，但需加短筋板或承轨梁以承受钢轨
设横向筋杆
70（60）沿梁全长设置横向筋板a≤2h，a≤2.2m
采用如图4的横向筋板
a≤2h，h2=0.3h
160（135）沿梁全长设置横向筋板，并同时在受压区设一道或两道纵向筋杆
采用如图5纵横筋板
240（200）应配置横向筋板机两道纵向筋杆
h0/δo>320（270）
按高腹板梁的局部稳定性处理，配置多根纵向及横向筋
注①16Mn钢用括号内的数，A3钢用括号外的数值。
1垂直载荷
（1）垂直固定载荷
a．均布载荷
桥架自重G（包括主梁、走台、栏杆、滑电线）.
在起重机的初步设计时，可参考同类型产品的有关数据，来初步确定桥架自重。
当无合适的参考数据时，中级类型的Q=5～250tf的箱形双梁桥架的自重Gq可按图3估计，重级工作类型起重机的桥架自重应将图中数据增加5%。
桥架单位长度的重量（单根梁）
q=Gq/2Ltf/m
当大车运行机构为集中驱动时，q还应增加（0.1～0.2）tf/m，以考虑传动轴的重量.
b．集中固定载荷
集中固定载荷及其作用位置见表2。
起重量Q
tf
载荷tf
作用位置m
G1
G2
G3
L1
L2
L3
50～10
15～20
30～50
75～100
0.45
0.5
0.8
0.87
1.05
1.1
1.1
1.1
0.15
0.2
0.6
1.2
1.5
1.5
1.5
1.5
2.8
2.8
2.8
2.8
4.5
5.0
5.9
5.9
（2）垂直活动载荷（包括起升载荷Q、小车自重Gx）
起升载荷Q
小车自重可参考同类型产品的有关数据选取，或按下式初步估算
Gx=αQtf
α—确定小车自重的系数Q=5～100tf的吊钩小车α=0.35
2水平惯性力
大车起动或制动时的水平惯性力指当起重机起动或制动时由大车（包括桥架、大车运行机构及装在桥架上的司机室、电器设备等）的质量引起的惯性力Fdg,其值为:
Fdg=βPx∑
qdg=βq
Px∑--一根主梁上小车轮压的代数和kgf
q—桥架一根主梁的每米长度的自重kgf/m
β—系数,当大车总轮数的1/2为驱动轮时,取β=0.1;当总轮数的1/4为驱动轮时,取β=0.05
2.4.2载荷组合
对于不同的计算情况应取不同的载荷作用的组合来进行起重机桥架的金属结构的计算，桥式起重机的载荷组合见表3。
2.5主梁的设计计算
2.5.1主梁的内力分析
表3桥式起重机桥架结构的计算载荷组合
载荷情况
载荷种类
主梁
Ⅰ
Ⅱ
大车不动,小车在规定位置起升或下降载荷.
大车平稳制动,小车在跨中,满载下降制动.
桥架自重
Gq
KⅡGq
小车自重
Gx
KⅡGx
起升载荷
ψⅠQx
ψⅡQq
大车起制动时的惯性力
Fdg,qdg
注:
KⅡ--冲击系数,取KⅡ=1.1;ψⅡ--动力系数,取ψⅡ=1.15
1垂直方向（按静定简支梁计算）
（1）
由活动载荷引起的弯矩和剪力
当活动载荷P1=P2时,其合力位置在b1j/2处,合力R=P1+P2=（KⅡGx+ψⅡQq）.
求A点的支反力,对B点取矩
∑F=0
∑MB=0
VA=（L-x-blj/2）R/L
距支点A距离为x的截面上的由活动载荷产生的剪力和弯矩分别为:
1当0Q活max=VA=（L-x-blj/2）R/L
M活max=VA.x=（L-x-blj/2）xR/L
2当L-b1VA=P（L-x）/L
Q活max=VA=P（L-x）/L
M活max=VA.x=P（L-x）x/L
（2）由固定载荷引起的弯矩及剪力
1均布载荷
距支点A距离为x的截面上的由固定均布载荷产生的剪力和弯矩分别为:
VA=qL.（L/2）/L=qL/2
Q均=VA-qx
M均=VA.x-qx（x/2）
=VA.x-qx2/2
q=KⅡGq/2L
2集中载荷
确定支反力
VA=〔G1（L-L1）+G1L1+G2（L-L2）+G3（L-L3）〕KⅡ/L
VB=（2G1-G2-G3）KⅡ-VA
a.当0〈x〈L1
Q集Ⅰ=VA
M集Ⅰ=VA.x
b.当L1〈x〈L2
Q集Ⅱ=VA-KⅡG1
M集Ⅱ=VA.x-KⅡG1（x-L1）
c.当L2〈x〈L3
Q集Ⅲ=VA-KⅡ（G1+G2）
M集Ⅲ=VA.x-KⅡ〔G1（x-L1）+G2（x-L2）〕
d.当L3〈x〈（L-L1）
Q集Ⅳ=VB-KⅡG1
M集Ⅳ=VB.X’-KⅡG1（X’-L1）
e.当（L-L1）〈x〈L
Q集Ⅴ=VB
M集Ⅴ=VB.X’
3垂直方向上的总弯矩和总剪力
M⊥max=（M活+M均+M集）max（先确定最大弯矩点）
Q⊥max=（Q活+Q均+Q集）max（先确定最大剪力点）
2水平方向上的弯矩和剪力
当大车的总轮数的1/2为驱动轮时，水平方向上的弯矩和剪力，可粗略地取垂直方向上的计算值的1/10。
M∥max=M⊥max/10
Q∥max=Q⊥max/10
2.5.2主梁强度计算
1主梁最大弯矩截面的正应力
σmax=M⊥max/Wz+M∥max/Wy≤〔σ〕
2主梁最大剪力截面的剪应力
τmax=Qmax.S/Jzδ≤〔τ〕
其中S—中性轴以上截面对中性轴的面积矩（静矩）
A3钢〔σ〕=1600kgf/cm2
〔τ〕=950kgf/cm2
3合力
4主梁的刚度验算（不计动力系数）
垂直挠度f1
式中
小车行至跨中时，车轮距端点的距离
〔f〕=L/（700～1000）
5挠度设计
起重机装焊完工后,主梁跨中应有f‘=L/1000的上拱度,上拱曲线按y=4f‘（L-x）x/L2分布。
考虑桥架自重及组装焊接的变形，常取的腹板下料的上拱度为：
Q=5～63tf时，f0‘=L/250～L/450；
Q=80～100tf时，f0‘=L/500～L/550。
6焊缝尺寸的设计
盖板与腹板连接角焊缝通常不开坡口，平角焊缝，焊角K一般不大于腹板厚度，通过验算最大切应力，确定焊角K值。
式中S—主梁端部上盖板对Z轴的静矩
a—角焊缝计算厚度a=0.7K，
气体保护焊和自动埋弧焊a=（0.8～1）K
§3主梁生产工艺分析
一主梁结构特点
1结构简图
2主梁的组成和主要技术数据
3主梁焊缝的布置,尺寸
二主梁生产的主要技术问题
1焊接变形对结构尺寸精度的影响
主梁结构装焊过程中可能出现哪些变形、变形部位、产生原因、影响如何.
3焊缝位置的可焊到性
三主梁生产的工艺措施
1如何下料；
2焊接方向；
3焊接方法、规范；
4检测方法；
5矫正措施。
§4施工图纸绘制
要求:
1零件齐备;
2尺寸标注准确、完整,焊缝处应用焊缝代号标注;
3应有施工技术要求;
4绘图应符合国家标准。
参考文献
1起重机设计手册
2机械工程手册。
第12卷
3贾安东。
焊接结构及生产设计
4材料力学
5焊接结构
6机械制图
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