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1、黑龙江科技大学 焊接结构学课程设计说明书前 言起重机箱形梁式桥架结构是国内外桥式起重机中应用最普遍的一种桥架结构型式。随着科技的飞跃发展，起重机箱形梁式桥架结构对减轻劳动强度、节省人力、降低建设成本、提高劳动生产力、加快建设速度、实现工程机械化、生产自动化起着十分重要的作用，是非常重要的工具和设备。它是箱形桥架在高架轨道上运行的一种桥架型起重机，又称天车。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。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
2、部门和场所均得到广泛的运用，是使用范围最广、数量最多的一种起重机械。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、桥架金属结构组成。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主梁两边的端梁组成，双梁桥架由两根主梁和端梁组成。主梁与端梁刚性连接，端梁两端装有车轮，用以支承桥架在高架上运行。主梁上焊有轨道，供起重小车运行。桥架主梁的结构类型较多，比较典型的有箱形结构、四桁架结构和空腹桁架结构。本次设计是对箱形单主梁式桥架结构起重机的主梁设计。桥式起重机的主梁主要由上、下盖板和两侧的
3、垂直腹板及内部肋板组成，是起重机的主要受力部件。小车钢轨布置在上翼缘板的两端，它的结构简单，制造方便，适于成批生产，但自重较大。各项设计参数都正确参考了相关国家标准及设计规范，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。设计基本思路：本设计综合考虑实际因素，结合给定的工艺参数，按照相关国家标准GB/T 3811-20081及设计规范进行设计。主梁各项参数计算、选材、强度核算以及焊缝的设计及强度核算也都正确参考了国家标准或焊接手册，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。目 录第1章 设计箱形梁的结构形式与尺寸11.1 给定条件11.2 箱形梁的构造和主要尺寸
4、的确定11.2.1 箱形梁的构造11.2.2 箱形梁的主要尺寸确定21.3 主梁预制上拱度计算4第2章 梁的校核52.1 梁的静载强度校核52.1.1 许用应力52.1.2 强度校核62.2 主梁跨端截面的最大剪切应力max的计算82.3 主梁的静刚度计算8第3章 焊脚尺寸的设计及校核103.1 主梁的角焊缝103.2 主梁与端梁的角焊缝10第4章 装焊工艺114.1 基本要求114.1.1 对焊工的要求114.1.2 对设备的要求114.1.3 对材料的要求114.1.4 坡口和焊缝形式的选择114.1.5 对环境的要求114.2 焊前准备124.2.1 焊接方法124.2.2 备料及下料1
5、24.3 焊接工序144.3.1 定位焊缝144.3.2 装焊顺序144.4检验16附录118附录219附录320总结21参考文献22III第1章 设计箱形梁的结构形式与尺寸1.1 给定条件根据任务设计说明书所列表1-1如下：吊车形势吊钩桥式起重机使用温度室温材料载荷类型额定载荷估计重量起升高度小车运行速度Q235或16Mn类10t小车不大于4t12m40m/min工作类型跨距桥架主梁形式大车不大于21.8t起升速度大车运行速度A5（中级）22.5m箱形梁8m/min90m/min表1-1 箱形梁设计给定条件1.2 箱形梁的构造和主要尺寸的确定图1-1 箱形主梁的构造简图1.2.1 箱形梁的构
6、造箱形梁的结构尺寸示意图如图1-1所示。1.2.2 箱形梁的主要尺寸确定1、筋板及腹板的相关设计（1）主梁端部长度C的确定C=15110L=1511022500=(945002250)mm（2）主梁盖板厚度1与腹板厚度的确定（给出推荐值如表1-2）起重量Q（tf）5，810（12.5）15（16）2030（32）50腹板厚666，8盖板厚18，1010， 1212，141622表1-2 箱形主梁腹板和盖板厚度的推荐值（mm）注：表中所列板厚较大者用于跨度较大者据表1-2选出跨度为22.5m的盖板厚1=10mm，腹板厚=6mm。（3）主梁中部高度H和盖板间距h的确定当17L350mm根据起重机设
7、计原则，b应该选择较小值，即b=450mm。（6）上下盖板的宽度B的确定B=b+2+10手工焊B=b+2+20自动焊本次设计采用的是手工MAG焊,B=b+2+10=450+210+10=490mm2、主梁筋板的设置（1）横向大筋板间距a的设置当h=12506=205mm100mm时，横向筋板之间的距离不应大于2h或3m跨中处的a=1.52h=1.521230=(18452460)mma2h=21230=2460mma3000mm1845mma2460mm且a2200mm1845mma2200mm主梁端头处的ah=1230mm（2）横向小筋板高度及间距的设置1）横向小筋板高度h1的设置h10.3
8、h=0.31230=369mm2）横向小筋板间距a1的设置a1(4050)=(4050)6=(240300)mm（3）纵向筋条设置当Q235 160mmh=205mm240mm16Mn 145mmh=205mm20mm420mm2140mm4160mm240230220380400410430440470表2-3 16Mn的机械性能钢号钢材厚度或直径（mm）抗拉强度b(MPa)抗拉强度b(MPa)延伸率（%）16Mn16（1组）1725（2组）2636（3组）375055100的方圆钢520500480480480350330310290280210190190190190表2-4 类载荷组合
9、情况时钢材的许用应力应力种类符号许用应力（MPa）Q23516Mn第1组第2,3组第1组第2组第3组拉，压，弯剪切1609514085230140220130205120本次设计的是类载荷组合的设计，所以可以根据表2-1选出Q235的n=1.5，16Mn的n=1.55。根据表2-2和表2-3选出Q235的s=240MPa，b=380MPa。16Mn的s=350MPa，b=520MPa。Q235：sb=240380=0.630.7，16Mn：sb=350520=0.670.7所以，Q235和16Mn的许用应力可以从表2-4中选用，即Q235：=160Mpa，16Mn：=230MPaQ235：=9
10、5Mpa， 16Mn：=140MPa2.1.2 强度校核图2-1 箱形梁式桥架结构的重量曲线主梁自重的确定给定如图2-1的曲线图。据图2-1可知，起重量为10t，跨距为22.5米的梁的重量Gq2=7.3t，小车重量G=4t。1、主梁自重引起的均布载荷qq=Gq2+GL=（7.3+4）103225009.8=4.92N/mm2、梁的自重在L2处引起的最大弯矩为：M自重max=qL28=4.922250028=3.11108Nmm3、额定载荷P在L2处引起的最大弯矩为：MPmax=PL2=9.810103225002=22.05108Nmm4、危险截面最大弯矩Mmax为：Mmax=M自重max+MPmax=3.11+22.05108=2.56109Nmm5、主梁跨中截面对水平重心轴x-x的抗弯截面模量Wx=Jxymax（mm3） 主梁跨中截面对水平重心轴x-x的惯性矩Jx=bh312（mm4） 主梁跨中截面的一半ymax=h2Wx=bh26=450123026=1.13108mm36、危险截面处的最大正应力的计算：=MmaxWx=2.561091.13108=22.56MPaQ235：=160MPa16Mn：=230MPa所以Q235和
