桥式起重机结构设计.doc

沈阳理工大学课程设计专用纸 学院材料科学与工程学院专业焊接专业学生姓名 学号设计题目桥式起重机结构设计设计要求及技术参数： 参数： 直径 8m 材质 16Mn 条件：工作压力 20kgf/cm2 实验压力 2.5 kgf/cm2 常温下微冲击技术要求：1.写出该结构的几种设计方案 2.强度计算及尺寸选择 3.绘制结构设计图 4.撰写主要工艺过程 5.撰写设计说明书进度安排：1熟悉零件：讲授课程，熟悉零件 2天2查阅相关资料，提出可行方案 3天3上机画图 6天4书写说明书 5天5图纸及工艺的检测 3天6答辩 2天指导教师（签字）： 年 月 日学院院长（签字）：年 月 日焊接结构课程设计任务书焊接结构课程设计任务书目录绪论-31. 设计方案-32. 桥架结构设计-42.1. 主要尺寸的确定-42.2. 主梁的计算-52.3. 端梁的计算-72.4. 主要焊缝的计算-103. 起重小车的设计-113.1起升机构计算-113.2小车运行机构计算-134. 大车设计-165. 吊钩装置设计-19 6. 焊接工艺-20 6.1.焊接方法-20 6.2.备料-23 6.3.焊接工序-23 6.4.焊接检验-24参考文献-25绪论 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。 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。 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。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。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。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，造于成批生产，但自重较大。桥式起重机的特点是可以使拴在吊钩或是其他取物装置上的重物在空间实现垂直升降或水平运移。1.设计方案在绪论中，研究了各种桥式起重机，于是得到了以下几种设计方案可供选择：1、曲腹板梁式起重机曲腹板双梁桥式结构，它是由两根纵向主梁和两根横向端梁所组成，主梁采用薄壁的曲板结构，即有对梁的中心线左右摆动的折曲单腹板和上、下盖板所组成，代替传统形式的箱形梁。 2、单梁桥式起重机单梁桥式的主梁结构是采用钢板压延成型的U槽钢，再与工字钢组焊成箱型实腹板梁也是用钢板压延成U形，再组焊成箱型横梁。3、箱型双梁结构箱型双梁结构有一个两根箱型主梁和两根横向端梁构成的双梁桥架 ,桥架上运行起重小车，可起吊和水平搬运物体。 根据任务书所给的参数：跨度为30m，起重量为160/50t，起升速度10m/min，小车速度30m/min，大车速度60m/min，材质16Mn，考虑合理性，经济性和可靠性等设计原理，对上诉几种方案进行比较后决定本次设计采用箱型双梁结构。2.桥架结构设计 参数：跨度L=30，起重量160t，起升速度10m/min，大车速度60m/min，材料16Mn，起重机类型：中级，小车轨距Lxc=500cm,小车轮距Bxc=385cm，小车架重量Gxj=1190kg，小车重计为17.5t。 2.1主要尺寸的确定 1）大车轮距K=（）L=（）30=5.07.5 m 取K=6m 2）主梁高度h=L/20=1500 mm 取 h=1.5m 3）端梁高度 H1=(0.40.6)h=（0.40.6）2=0.81.2m 取=1m 4)桥架端部梯形高度C=（1/101/5） L=36cm 取C=3m 5)主梁腹板高度根据梁计算高度： 根据主梁计算高度h=150cm，最后选腹板高H=150cm. 6）确定主梁截面尺寸： 主梁中间截面各构件板厚，推荐确定如下： 腹板厚=8mm,上下盖板厚=24mm 主梁两腹板内壁间距根据下面的关系式来决定： b=(0.40.5)h=6075cm 取 b=70cm 盖板宽度：B=80cm 主梁的实际高度：H=h+2=150+20.8=151.6cm 同理：主梁支撑截面的腹板高度取h=150cm，这时支撑截面的实际高度 =h+2=150+22.4=154.8cm。主梁中间截面和支撑面的尺寸简图分别示与图中 7）加劲板的布置尺寸 为了保证主梁结构中受压构件的局部稳定性，需要设置一些加劲板构件，主梁端部大加劲板的间距： a=h=150cm 主梁端部小加劲板的间距：60cm主梁端部小加劲板的高度：h/3=50cm 主梁中部大加劲板的间距：a=(1.52)h=(1.52)150=225300cm 取a=250cm由于腹板的高度比为140.6130,所以要设置水平加劲板以保证腹板局部稳定性，采用45455角钢作水平加劲板杆。 2.2主梁的计算： 1）计算载荷确定 查表得半个桥架的自重为43.8t，则主梁由于桥架自重引起的均布载荷为1.46t/m 由表查得主梁由于集中驱动大车运行机构的大传动轴系引起的均布载荷为：0.0650.07t/m 取=0.07t/m 由表7-查得运行机构中央驱动部件重量引起的集中载荷=0.75t 主梁的总均布载荷：1.46+0.07=1.53t/m 主梁的总计算均布载荷：q=1.11.53=1.683t/m 式中1.1为冲击系数，由表2-中查得 作用在一根主梁上的小车两个车轮的轮压值可根据表7-中所列数据选用：P1=305MPa P2=325MPa， 2）主梁垂直最大弯矩 由于公式2-1计算主梁垂直最大弯矩： 设敞开司机操纵室的重量为=1000kg,其重心距支点的距离为：=2800mm将已知数值代入上式计算可得： Mmax=7.11 3)主梁水平最大弯矩 由公式7-15计算主梁水平最大弯矩： Mgmax = (1- -)+(3 - -)=76.65 r=L+=31.34 4)主梁的强度验算 主梁中间截面的最大弯曲应力根据公式7-16计算： =（G+P）+ g=+ Wx=646.6 Wy=184.8 所以：=1038kgf/cm2差得A3钢的许用应力为=1600kgf/cm2 故 主梁支撑面的最大剪应力为max= 5)主梁的垂直刚度计算 主梁在满载小车轮压作用下，在跨中所产生的最大垂直挠度可按照公式7-20进行计算： f= = = 0.996 =0.06 Ix = WxH/2=3.8105 以此可得：f=1.9cm 允许的挠度由公式7-22得： f=()L=2.253.2cm 因此得到：ff 6)主梁的水平刚度验算： 主梁在大车运行机构起，制动惯性载荷作用下，产生的水平最大挠度按照公式7-23计算： fg =(1-) + (5-) 式中Pg=730kg,qg=0.38kg/cm, =2066 E= 112983.75 由此可知：fg=0.119cm 水平挠度的许用值：fg= = 1.125cm 因此，fg=K0.8183=147kw式中系数K=0.8由表33-6选用电动机JZR-528,其中N(25%)=37kw,n=720rpm,GD=3.234kgm6).选择标准减速器：卷筒转速：n=34.7减速器总传动比：i=查附表13选2Q500V3CA减速器，当中级工作类型时，许用功率N=24KN，i.7).验算起升速度和实际需要功率：实际起升速度：V误差：所以可以，实际所需等效功率：N其中N式中；r-系数，t=0.87；8).选择制动器：所需静制动力矩：M式子中k G3.2小车运行机构计算1)确定机构传动方案：经比较后，确定采用如图方案：2)选择车轮与轨道车轮的最大轮压：小车自重取为G载荷率：由表选择车轮，当运行速度6090m/min,工作类型为中级时，车轮直径D轨迹为18kg/m的作用轮压为3.49tf3.5tf可用。强度校核：最大计算轮压：P，式中k-冲击系数；点接触时进行强度校核的接触应力。 =4000式中r轨顶弧半径，由表19-9车轮材料用35GrMnSi，3)运行阻力计算：摩擦总阻力矩：Mn=由表19-4车轮轴承型号为7581，轴承内径和外径的平均值d=125mm，由表7-1滚动摩擦系数k=0.0005，承摩擦系数4)选电动机：电动机净功率：N式中：P-满载运行时静阻力；m驱动电动机台数，m=1;初选电动机功率： N=k查33-6e=3.5KW，n,电动机重量Gd=80kgf。5)选择减速器：车轮转速：n机构传动比：i=查表得：2-16i0 N6）选择制动器对于小车运行机构的制动时间，取因此所需制动力矩为：1.45kgf.m由表选用JWZ100额定制动力矩7)选择联轴器（1）机构高速轴上全齿联轴器的计算扭矩; 选择联轴器：C其最大允许扭矩=71kgf.m (2)低速级联轴器4 大车设计 在桥式运行机构中，跨度在（10.532m）的范围内，均可用分别传动的方案起重量Q=160T，桥架跨度L=30m，工作类型为中级，机构运转持续率JC%=25%，起重机估计总量G=0.45160+0.8230=96.6tf 小车重量Gc=0.4160=64tf 桥架采用箱型结构。1） 确定机构传动方案跨度30m为中等跨度，为减轻重量，决定采用图传动方案2） 选择车轮与轨道，并验算其强度。按照图4.1所示的重量分布，计算大车车轮的最大轮压和最小轮压。满载时，最大轮压 = = 空载时，最大轮压 =39.08tf 空载时，最小轮压 =tf 载荷率： 由表，当运行速度=6090m/min时，=0.45， 工作类型为中级时，车轮直径=500mm，轨道为Qu70的许用轮压为26t,故可用。3） 选择电动机电动机静功率： = 式中满载运行时的静阻力 = 大轮直径为500mm时，内径和外径的平均值mm m驱动电动机台数，m=2; 初选电动机功率： N=kw.式中电动机功率增大系数，由表中查得=1.3，由表选用电动机-21-6， =5kw,=930r/min,=0.376, 电动机重95kgf. 4) 减速器 车轮转速 机构传动比 查表，选用两台ZQ-350-V-1Z减速器，=9.2kw(当输入转速为1000r/min),可见5） 选择制动器由1取制动时间=5sec,按空载计算制动力矩，令Q=0得： 式中 m制动器系数，两套驱动装置工作，m=2 现选用两台YWZ-200/25制动器，额定制动力矩，为避免打滑，使用时需要将其动力矩调整至2.9kgfm以下。6） 选择联轴器根据机构传动方案，每套机构的高速轴和低速轴都采用浮动轴机构高速轴上的计算扭矩： 式中联轴器的等效力矩； 等效系数，取，见表 由表33-6及图查得，电动机端轴为圆柱形，mm,mm,由表查ZQ-350减速器高速轴端为圆锥形，mm, mm,故在靠电动机端从附表中选两个常200制动轮的半齿联轴器S121（靠电动机一侧为圆柱形孔，浮动轴端d=45mm）, =140kgfm,重量G=18.6kgf;在靠减速器端，由附表19选用两个半齿轮联轴器S138（靠减速器端为圆锥形，浮动轴端直径d=45mm）,重量G=21.15kgf. 5.吊钩装置设计1）确定吊钩装置的构造方案 已知吊钩装置用于三倍率双联滑轮组，所以必须采用长形构造方案。已知数剧：起重量160/50tf，起升速度10m/min,双联滑轮组2）选择由表选择一个160吨锻造面双吊钩，其基本尺寸如图5.1，材料采用20号钢，吊钩的尺寸如图Dbb1b2hdd1d03502101101490375240220T22020l1RR1R2R3Ll200400360403513572803）吊钩轴劲螺纹M64出拉伸应力： = 732kg/式中由【1】查得轴劲拉伸许用应力=800kgf/6.焊接工艺6.1焊接方法 主梁、端梁的上、下盖板及腹板的对接均采用埋弧自动焊，腹板的下料采用微机控制，筋板用剪板机进行下料。为了保证主梁、端梁的几何尺寸，在盖板、筋板、腹板定位焊完成后，按照工艺确定的焊接电流、电压、焊接顺序、方向、焊接的分布进行二人、四人对称焊接，确保结构受热均匀，变形在控制范围内，然后再平台上进行桥架对装和起吊翻转焊接。小车架的焊接采用手工电弧焊，对装在平台上进行，用工装夹具固定在平台上焊接。在结构件的生产过程中，根据生产过程的检测结果，采取变换支撑点，变换焊接顺序，采用定位工装，配合火焰校正等方法来控制和修复结构的变形，保证起重机的上拱度，旁弯，同一截面高低差，垂直度等几何参数达到国家标准要求。 1、主梁下料采用自动火焰切割方法。 a 盖板下料将上、下盖板校正后在对接长度方向上放400毫米的工艺余量。 b 腹板下料腹板矫平后首先在长度方向上拼接，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，腹板下料是，需放1.5 L/1000,并且在离中心处不得有接头，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200毫米，腹板下料后长度误差为10毫米。2、坡口制备：上、下盖板和腹板的对接，可采用单面焊双面成型工艺，坡口角度为30至40，单面v形坡口，以减小开坡口和焊后翻转的工作量。（1）腹板之间的焊接坡口接头选择及尺寸（2）腹板与筋板之间的接头坡口选择及尺（3）筋板与筋板之间的接头坡口选择及尺寸工艺参数二氧化碳气体保护焊：根据起重机的材质为16Mn，查表得：接头钢号类别保护气体 焊接电流16Mn低合金钢焊接二氧化碳 直流手工电弧焊：接管与筒体及补强圈与接管焊接时所采用的焊条： 接头钢号 类别 焊条牌号 焊接电流 16Mn 低合金钢 E5015 直流二氧化碳气体保护焊：底层焊道：电流120A 电压34V 焊接速度25m/h 焊条直径1.2mm坡口内焊道：电流140A 电压36V 焊接速度20m/h 焊条直径1.2mm盖面层焊道：电流120A 电压34V 焊接速度25m/h 焊条直径1.2mm手工电弧焊：底层焊道：电流90A 电压20V 焊接速度20cm/min 焊条直径3.2mm盖面层焊道：电流110A 电压20V 焊接速度20cm/min 焊条直径4mm6.2备料1）桥式起重机各部件所用钢材需要做防锈处理；2）主梁、端梁上、下盖板和腹板下料时，要保证使焊缝在组成箱型梁后不再同一截面，且相互错开;主梁跨度中心左右2米内不允许有拼接焊缝。3）上、下盖板的拼接焊缝均采用埋弧自动焊，对接坡口要求焊切割成单v型60，拼接焊缝需作x射线检查。4）上、下盖板用刨边机下料。5）腹板拱度要求焊切割伤、下拱度曲线，应同时同向切割坡口，用角磨砂轮修磨。63焊接工序1）将上、下盖板铺在平台上，并作出各部件的基准线。2）箱式梁内部采用二氧化碳保护焊。3）按照设计要求进行焊接，可以从一端向另一端依次焊接，在焊接时要注意，保证各条焊缝间的距离要求，焊接时要求保证焊缝避免出现夹渣、气孔等缺陷。4）焊后处理：焊接好的产品在焊接后会产生飞溅物，夹渣及变形，因此要用钢丝刷成砂纸等清除杂渣，并矫正其所产生的变形5）检验：产品焊后要进行检验，要求对焊缝进行强度和探伤检验合格方可进入下一道焊接工序。6）涂漆包装：经检验合格的产品，涂好漆，再经质量检验合格后方可出厂入库。6.4焊接检验（1）焊前检验主要目的是为了预防或减少焊接时产生缺陷的可能性。a 焊接材料和母材的检测，用化学分析。b 焊接设备是否完善合理，根据质量保证书检查，必要时进行质量分析检验。c 焊丝焊条的质量检验，进行宏观化学分析。d 氩气、氧气，乙炔气质量检验，必要时才进行质量分析检验，一般是通过材料质量保证书检查的。e 零件装配质量、坡口加工和清理，预热温度等的检查。（2）焊接生产中的检验首先是防止焊接工艺实施过程中缺陷的形成和及时发现缺陷，其次是督促焊工改进操作，提高质量，对于在施工结束后不能进行检验的部位，应在施工过程中随时进行检验。a 焊接设备的运行情况，通过目视检验。b 焊接规范正确与否，通过目视检验。c 多层焊过程中夹渣、未焊透、裂纹等缺陷的自检，可通过x射线检验来完成或者超声波探伤也可d 提前实施的必要专门检验，运用无损探伤即可。（3）成品检验成品检验是焊接结构产品检验的最后环节，在全部焊接工作完毕和焊渣清理干净后进行。a 外观和尺寸检验，通过目视检验，用观察（允许用不大于20倍的放大镜）和实测法检查几何形状上的缺陷，以及可观察到外部裂纹，表面烧伤，烧穿，喷溅和边缘胀裂等缺陷。b 焊接试板或抽样试版的检验：焊接工