门氏课设论文说明.docx
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门氏课设论文说明
目录
绪论.................................................................................................................................2
0.1结构简介.......................................................................................................................2
0.2发展现状.......................................................................................................................2
0.3研究目的和意义...........................................................................................................3
0.4本课题的主要内容.......................................................................................................3
1工作级别...................................................................................................................3
2主梁结构设计.................................................................................................................5
2.1主梁截面的几何参数...................................................................................................7
2.2主梁载荷计算...............................................................................................................9
2.3主梁刚度计算...............................................................................................................11
2.4主梁稳性验算...............................................................................................................12
3焊缝程序计算............................................................................................................15
4主梁变形控制...............................................................................................................15
5焊接热处理................................................................................................................16
6焊接工艺........................................................................................................................17
7焊接接头的检验...........................................................................................................18
8焊接结构设计................................................................................................................19
9参考文献........................................................................................................................21
绪论
0.1结构简介
门式起重机是桥式起重机的一种变形。
在港口主要用于室外的货场、料场货、散货的装卸作业。
它的金属结构像门形框架，承载主梁下安装两条支脚，可以直接在地面的轨道上行走，主梁两端可以具有外伸悬臂梁。
门式起重机具有场地利用率高、作业范围大、适应面广、通用性强等特点，在港口货场得到广泛使用。
本次设计的起重机因支腿形状类似字母A又称A型门式起重机，该装置主要是由双主梁、两刚支腿、两柔支腿以及马鞍、上下横梁等结构组成。
双梁A型门式起重机一般做成箱型结构，而且常做成双悬臂的桥架。
有时也可做成桁架结构，但是桁架结构存在着制造劳动量大，维修保养不方便等缺点，所以一般设计成箱梁门式起重机（如下图所示）
图0-1门式起重机
0.2发展现状
目前，国内专业生产大型起重机的厂家很多。
其中以中联重科、三一重工、抚挖等公司产品系列较全，市场占有率较高。
中联重科在2007年12月宣布实行品牌统一战略后。
现已成功开发了50t~600t履带式起重机产品系列。
作为中国起重机行业的领跑者，徐州重型机械有限公司现在已经形成了以汽车起重机为主导，履带式起重机和全路面起重机为侧翼强势推进的庞大型谱群。
国内最具历史的履带式起重机生产企业抚挖现已拥有35t~350t的履带式起重机产品系列。
QUY350是抚挖2007年推出的国产首台350t履带式起重机，填补了国内350t履带式起重机的产品型谱空白。
国外专业生产大型起重机厂家很多。
其中利勃海尔、特雷克斯-德马格、马尼托瓦克与神钢等公司产品系列较全，市场占有率较高。
利勃海尔公司的产品技术先进、工作可靠，其生产的LR系列履带起重机最大起重量已达1200t。
其桁架臂履带式起重机系列在2007年又喜添新品LR1600/2，使其产品型谱更加完善。
未来的一段时间内，起重机的发展趋势包括以下几个方面：
（1）大吨位的自拆装系统。
（2）便利模块化和组合化。
（3）混合型起重机。
0.3研究目的和意义
通过对双梁A型门式起重机的研究和创新设计，能够让我很好的掌握结构力学、材料力学在金属结构件和起重机运输中的运用。
作为毕业设计的一大课题，在融合贯通机械专业的同时，更能很好的使自己所学专业知识全面化、系统化。
本次设计的结构较复杂,不光是对专业知识的考察，更体现在自己对待生活和学习的态度上。
通过这一环节的训练，更能很好的提高了以下方面的能力：
1、综合运用所学知识和技能，独立分析和解决设计问题的能力；
2、熟练运用基本技能，包括绘图、计算机应用、翻译、查阅文献等等的能力；实验研究的能力；撰写科技论文和技术报告，正确运用国家标准和技术语言阐述理论和技术问题的能力：
3、收集加工各种信息的能力，获取知识的能力；
4、多角度的培养我们综合运用和扩大所学知识面的能力，以提高理论联系实际的能力。
5、通过依据数据、准确的制图，培养了我们收集、整理、分析及运用资料的能力。
6、另外它不仅仅局限在机械基础知识上更涉及了有关材料学、力学等多学科知识，使我们对交叉学科有了一定的涉足，拓宽了我们的知识面，更激发了进行本专业工作、学习的激情与兴趣。
0.4本课题研究的主要内容
本次课题研究主要内容是A型门式起重机主梁结构设计和主起升机构的设计计算。
该A型门式起重机主钩起重量为50吨，副钩起重量为10吨，工作级别为M6，主梁跨度：
L=35米，两端悬臂各10米；主起升高度为10米，副起升高度为12米，主起升速度为5米/分，副起升速度为10米/分，小车运行速度为30米/分，大车运行速度为10米/分，小车轨距为2.5米；基距为8.5米。
1.1工作级别
起重机结构设计时要考虑起重机的工作级别，它是结构设计的主要参数，它由起重机利用等级U和载荷状态所决定。
1.1.1利用等级
起重机在有效寿命期间有一定的总工作循环数。
起重机作业循环是从准备起吊物品开始，到下一次起吊物品为止的整个工作过程工作循环总数表征起重机的利用程度，它是起重机分级的基本参数之一。
确定适当的使用寿命时，要考虑经济、技术和环境因素，同时也要计及设备老化的影响。
起重机的利用等级按照GB3811—83查得本文设计的起重机使用寿命为30年，工作级别为U6。
1.2.2载荷状态
载荷状态表明起重机受载的轻重程度，与两个因素有关：
一个是实际起升载荷Qi与额定载荷Qmax之比，另一个是实际起升载荷Qi的作用次数Ni与工作循环总数N之比。
它们的关系共同表示载荷谱，载荷谱系数Kq计算得
q=
式中
Qi——第i个实际起升载荷，i=1,2,3…
Qmax——额定起升载荷
Ni——实际起升载荷Qi的作用次数
N—工作循环总数
m—材料疲劳试验曲线的指数，此处取m=3
计算可知载荷状态为中级。
1.3.3工作级别的划分
确定了起重机的利用等级和载荷状态可按GB3811—38确定起重机整机工作级别。
起重机整机工作级别分为A1~A8八级，这里取A6。
1.2载荷的类型
一自重载荷G=84KN
二起升载荷Q=500KN起升载荷是起升质量的重力。
三在不平路面运行产生的冲击载荷PN
起重小车运行时，由于路面凸凹不平、轨道接头间隙或高低错位，会使用。
轨道公差标准为规定范围
载荷系数=1
四机构启动产生的水平惯性载荷
五风载荷
六起重机偏斜运行时的水平侧向力
七坡度载荷
八特殊载荷：
地震载荷、温度载荷等
1.3载荷的组合
一、第一类载荷组合（或称寿命计算载荷）
二、第二类载荷组合（或称强度计算载荷）
三、第三类载荷组合（或称强度验算载荷）
2主起升机构的设计计算
主梁设计计算主要考虑主梁的截面选取以及载荷稳定性的验算，一般采用箱型式。
2.1主梁截面几何参数计算
2.1.1主梁截面的选取
主梁采用箱型结构，故有主梁高度：
H=（1/15-1/20）L,又因为门式起重机的跨度在35m之内，故两侧采用刚性支腿的门架，不考虑轨道的安装误差、起重机的偏斜以及温度变化对门架产生的影响，所以主梁高度H=（1/15-1/25）L=2.6m
主腹板厚度：
=10mm副腹板厚度：
=6mm
翼缘板厚度：
=（1.2~4）×6=7.2~24mm取
=16mm
翼缘板宽度：
b=（0.6~0.8）×h=1240mm取b=1162mm
左右腹板板各不相同，选择偏轨箱型形式：
采用偏轨省去正轨支撑轨道而设置横向加劲板，从而也省去大量焊缝，减少制造过程变形。
为了能在主腹板上设置轨道和压板，须使上翼缘板的悬伸宽度加大，因而增加了保证悬臂部分局部稳定性而设置的三角劲.
图1-1主梁截面图
2.1.2主梁简易结构图图如下
图1-2主梁简易结构图（其中L：
跨度；L1=L2：
悬臂长）
2.1.3主梁迎风面积
A=2×16×1300+16×1950=72800mm2
2.1.4重心坐标
Z=0mm
Y=487.5mm
2.1.5主梁截面的惯性矩
Iy=1/12×19503×2+1/12×6×12403=5.0×109mm4
Iz=1/12×12403×2+1/12×1950×163×2=4.0×109mm4
.2.1.6主梁端面的确定
Q总=Q静+Q动=287+164=451KN
Q总/A<[τ]=96.5*106KN/mm
A>46700mm3
1950>h>0
2.2主梁载荷计算
2.2.1移动载荷及内力计算
作用在一根主梁上的移动载荷为：
静载荷（固定载荷）P=1/2（Q+G小车），其中G小车=0.35Q=17.5t（查起重机
手册）,
小车满载下降制动时载荷P计计算：
P计=1/2（Ф2Q+KG小车）
=1/2（1.6×50+1.0×17.5）
=50t
2.2.2移动载荷位于有效悬臂处主梁悬臂根部弯矩及剪力计算
M悬=P计g×L有悬
所以：
M悬=-50×10×10=5000KN·m
剪力：
Q悬=P计g=500KN
2.2.3移动载荷位于跨中时，主梁跨中弯矩及剪力计算
M中=1/4×P计g×L=1/4×50×35×10=4375KN·m
Q中=1/2×P计g=1/2×50×10=500KN1.1.5
2.2.4移动载荷在主梁上的弯矩图
图1-3（其中，L1=L2：
有效悬臂长L：
跨度）
2.2.5主梁上受力分析简图如下
图1-4主梁受力分析示意图
2.2.6均布载荷及内力计算
查起重机设计手册知门式起重机主梁和支腿的总质量，有双悬臂的公式：
，其中Q取50t，L0=L+2L1=35+2×10=55m
Q：
额定起重量（t），H：
最大起升高度，L0：
主梁全长，计算得G=90t，一般地m主×（70%~90%）=m支（查起重机设计手册），取m支=0.8m主，故有m主=16.4t，一根主梁自重G静=90t一根主梁的分布载荷q和q计计算，q=q计，q=q计=G静g/（L+2L刚），q=q计=90×10/55=16.4KN/m
3.2.7主梁均布载荷弯矩及剪应力计算
Mq=1/2（q计×L刚2）=1/2×16.4×102=820KN·m
Mq'=1/2q计（1/4L2－L刚2）=1/2×16×（1/4*352－102）=2250KN·m
Q=1/2q计L=1/2×9.1×26=287KN
Q'=q计L刚=9.1×5.5=164KN
图1-5主梁均布载荷弯矩及剪应力
2.2.8风向平行大车轨道方向时的均布风力计算
P1前=C×K×qПF（C：
风载体系系数，C=1.6；k：
高度修正系数，k=1.23（工作风压：
qП：
第二类风载荷系数，qП=150kg/m2；F：
迎风面积，F取25㎡）
P1前=1.6×1.23×1×25×150=59KN
2.2.9主梁的均布风载荷计算
q主风=P1前/（L+2L刚）
q主风=5.9/（35+2×10）=0.107KN/m
2.3主梁刚度计算
2.3.1主梁静刚度计算
2.3.1.1由于采用两刚性支腿，故经挠度按静定门架简图计算
小车位于有效悬臂5.5m处最大经挠度f端计算
f端=PL02（L+L0）/3EI≤[f]
[f]-主梁有效悬臂端的许用挠度根据起重机设计规范，[f]=L有效/350=0.03
L0-悬臂有效长度，L-跨度。
f端=1.26mm，f端/L1=0.0126<0.03（满足要求）
3.3.1.2小车位于跨中处最大挠度计算
f中=PL3/48EI=7.5mm
f中/L1=7.5/55000=0.00013<[f中]=35/700=0.036（满足要求）
2.4稳定性验算
对于闭合截面箱型梁可不验算整体稳定性，只需验算上下盖板和腹板的稳定性，（h/b=1950/1240=1.57<3）b取1240mm。
3.4.1强度计算
WY=IY/L=4*109/1240=3200000mm2σ下=M/WY=1765/3200000=551.6kg、cm2
由于约束扭转正应力在箱型截面中所占的比例值不超过8%，为简化计算将偏轨箱型梁的弯曲正应力乘以系数1.08，用以考虑约束扭转正应力的影响，故：
考虑约束扭转时的总弯曲正应力σ总：
=1.08σ下=1.08×551.6=595.7kg/cm2
3.4.2受压翼缘板（下盖板）稳定性验算
对于箱型梁：
当腹板中心距b与受压翼缘板δ的比值小于60时：
（b/δ<60）,可以不验算局部稳定性,本算例：
b/h=1090/10=109.6>60
因此需设纵向一加劲板；加劲后划分的区格宽度c不应大于60δ3=60×6=360mm
（被加劲后分隔开的区格宽厚比应满足上述要求）。
加劲后实际宽度c=360mm。
下翼缘板临界应力σkp计算：
σkp=1000×100×δ32/b/2=5806kg/cm2
实际上下翼缘板受压应力σ下=551.6kg/cm2
σ下<σkp（满足要求）
采用的纵向加劲板惯性矩应满足下式：
I纵≥0.12rbδ33
式中-r-系数其值与β,α值有关。
α=a/b=200/207=0.97
式中的a-横向加劲板的间距，一般计算取值为2000mm
A纵——一条纵向劲的截面面积，本算例纵向劲采用角钢∠70×45×6，查[12]得r=16.67,加劲板厚度与主梁厚度之比
，故有
I纵=147.6cm4≥0.12×16.67×1240×0.63=53.58cm4（满足要求）
2.4.3主腹板稳定性验算：
最大轮压计算，大车制动和风向平行大车轨道方向时，小车制动引起自重和载重惯性力和作用在小车上的风载均使小车轮压（一根主梁的二车轮）增大，其中最大车轮压值pmax轮为：
pmax轮=p计/2+R/2=p计/2+（p货+p小+p小风）h小/2·b
式中：
p货-大车制动时货物摆动水平力。
p货=Qa/g=Q/g×V大/t制
b-轮距，由轨距L=2.5m知b=2.7m（查陈道南盛汉中编起重机课程设计）
所以：
p货=50×37.9/（10×3.5×60）=0.92KN
p小-小车自重惯性力，p小=14.3×37.9/（10×3.5×60）=0.26KN
p小风-小车风载物品风载水平分力之和：
p小风=ckq（A小车+A物）
p小风=1.2×1×25×（8+4）=0.3KN
A小车-小车迎风面积
A物-物品迎风面积，可以根据起重量估算。
取4m2
h小-小车面积形心和重心高度，即取：
h小=1500mm
所以：
Pmax轮=50/2+[（0.92+0.26+0.3）×150]/（2×270）=25.4KN
由于主腹板h0/δ1=1450/6=242大于160小于240；
因此，在主梁内需设置横向加劲板，并同时在受压区设置二道加劲肋，纵向加劲板、至腹板受压边为：
h1=（0.15~0.2）h0=（0.15~0.2）×1450=217.5~290mm
取h1=300mm,h2=（0.3~0.4）h0=（0.3~0.4）×1450=585~672mm,所以取：
h2=600mm
图1-6小车轮压以及所受载荷图
图1-7主腹板加劲示意图
主梁跨端区段：
式中：
σ挤为腹板局部挤压应力，按下式计算：
式中h‘-自小车运行轨顶至腹板上边缘的高度；h‘取154mm
σ—所计算区段内腹板最大的弯曲正应力。
σ=σ总×h0/H=49×1450/1470=48.3kg/cm2
实际选取h1=300mm符合要求。
只需验算上区格，下区格不需验算。
横向加劲板间距a：
t-所计算区段内腹板最大的平均剪应力，其计算式为：
t=Qmax/（h0δh）=50×103/195×1=256kg/cm2
k1,k2-系数，当：
0.46σ挤/t=0.4×700.9/322=0.871时，查表（见附录3）得：
k1,k2-
分别为630和593。
实取a=1800mm，等间距布置，但在刚性支腿外侧有效悬臂处，设置一些小隔板，间距
取500mm,腹板纵向加劲计算，纵向劲所需惯性矩，I纵计算式：
当h1/h0=300/2160=0.14时：
所以
，由于纵向劲，采用的角钢∠75×50×6，其截面面积A=7.246cm2=7.246×102mm2
I纵=1.48×106mm4>7.3×105mm4（满足要求）。
图1-8纵向加劲示意图
外伸宽度b劲=
+40=
+40=105mm
取b劲=150mm
厚度：
δ劲≥b劲/15=15/15=1cm=10mm,取δ劲=10mm
则横向加劲板至主腹板中心线的惯性矩I横见下：
I横=1/12×10×1553=3.1×106mm4
I横≥3h0δ13≥3×1950×103=1.26×106mm4
即：
I横≥1.26×106mm4=3h0δ13（满足要求）。
下图是主梁的示意图，主梁主要用于承载小车以及其他部件，保证小车运行机构和
起升机构的正常运作，为起重机实现吊物运到指定位置起到支承的作用。
3焊缝程序设计
3.1大车的电动机
电动机静功率计算：
（取η=0.9）m=3（驱动电动机台数）Pj=23939.5kgf
Nj=
=
=108.7kw
初造电动机的计算功率：
Ne
KdNj=1.2
108.7=130.44kw
式中Kd—电动机功率增大系数。
由表查得Kd=1.2
由此选择电动机的型号为YZR280M—8
3.2小车的电动机
装配一焊接顺序
（1）上盖板置于支撑平台上，并加压板固定。
在地上铺好已拼接好的上盖板，在两端加凸台，使其中间向下弯曲，弯曲程度等于预置的上拱度，即中点处向下挠L/1000。
（2）装配焊接大隔板和小隔板
在制定的位置上焊接大小隔板，为保证其垂直度及位置的准确，需采用撑住固定或者点固焊对其位置固定。
为保证旁弯以防止受力时盖板过度向中心弯曲，应从大梁的中部向盖板边缘焊接，先焊隔板的一面，然后再焊另一面（避免结构翘曲）。
（3）腹板的隔板的焊接
将腹板组立点焊于制定位置，由于腹板有预置上挠，装配时需要使盖板与之贴合严密。
（采用楔形垫片）
将点固好的梁旋转90°侧向放置，再对腹板与隔板之间进行焊接。
在焊接过程中，需注意事项
a大隔板断续焊，小隔板连续焊。
b为方便施焊（由于间距较小），采用CO2焊。
c为保证要求的拱度与旁弯：
两个焊接工人同时由大梁的中部开始将隔板焊上，先焊主腹板一侧，每条焊缝由外缘向盖板侧板，最好不立即从两面焊接隔板。
（4）角钢的焊接
为了减小变形，从而需减少线能量的输入，角钢采用断续焊，且由于空间较小，采用CO2半自动焊。
（5）装配下盖板及盖板与腹板的焊接
在装配压紧力作用下预弯成所需形状，使用撑具等辅助设备以保证盖板的倾斜度和腹板的垂直度，然后点固焊住。
测量挠度：
在
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