起重机主梁设计说明书

桥式起重机是指用吊钩或抓斗吊取货物的一般用途的桥式起重机。而起重机钢结构是起重机的重要组成部分，约占起重机总量的40%~90%，制造成本占总成本的1/3以上。钢结构制造质量是评价起重机整体质量最重要的因素之一。 桥式起重机是应用最广泛的一种起重机，其结构在制造技术上很有典型性。桥式起重机钢结构可分为桥架、门架和小车架等。桥架又分为正轨箱型梁桥架、偏轨箱型梁桥架、偏轨空腹箱型梁桥架等；本书主要介绍了跨度16.5m,起重量10t的通用桥式起重机箱型梁的设计生产过程。

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第二章 桥式起重机主梁的结构及尺寸

2.1 设计要求：

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），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。

设计题目：跨度为16.5米的桥式箱形起重机主梁的设计

设计内容及要求：1．起重机主梁的设计：确定载荷；主梁垂直最大弯矩和剪切力的计算；主梁截面主要尺寸的确定；主梁强度的验算；主梁垂直刚度的验算；主梁整体性的验算；主梁局部稳定性的验算；主梁翼缘焊缝的设计与强度计算等。 2. 绘制产品的结构图3．设计说明书1份。要求说明书能以“工程语言和格式” 阐明自己的设计观点、设计方案的优劣及设计数据的合理性；按照设计步骤、进程，科学地编排设计说明书的格式与内容，书写工整、叙述简明，约15页左右。 设计参数：起重量（t）:10； 跨度（m）：16.5； 工作类型:A7； 起升高度(m)：10；起升速度(m/min):16 小车运行速度(m/min)：40 大车运行速度(m/min)：110 小车运行方式：分别传动 桥架主梁形式：箱形梁估计重量（不大于t）：小车5.6,起重机17.1。

2.2主要尺寸的确定

大梁轮距K=（1/8 ～1/5）L = （1/8～ 1/5）× 16.5 m= 2.0625 ～ 3.3 m 取K = 3 m 。

主梁高度H = （1/14～1/18）L = 0.92～1.78 m , 取H= 1 m 桥梁端部梯度C = （1/10～1/5）L =1.65～3.3 m , 取 C=2m

根据表7.1 选择腹板厚δ = 6mm , 上下盖板厚δ1 = 8mm。因此腹板高度 h = H －2δ1 = 984 mm。b ﹥ H/3.5 = 285 mm ；b ﹥ L/ 50 = 330 mm ； b = 400 mm B = b + 2δ + 40 = 452 mm 取B = 450mm 。同理主梁支撑面的腹板高度 取 h0 = 600 mm。这时支撑面实际高度 H0 = h0 + 2δ1 = 616 mm 。

2.3劲板的布置

h/δ = 1； 16Mn 钢需加纵横筋板以保证其局部稳定性；

主梁端部大加劲板的间距a′≈h = 984mm,取 a’ = 0.75m 主梁端部小加劲板的间距 a1′= a′/2=0.5m

主梁中部大加劲板的间距 a = (1.5～2)h = 1.5～2m ；取a=1.5m 主梁中部小加劲板的间距 a1 = a/2 = 1m ；取a1 = 1.5 m 盖板的横斜度b/250 ；即为1.6mm。 腹板与垂直面的偏差H/2504mm

横加劲板选用六块型号2，长度为5米，边宽20mm，边厚是4mm的角钢。

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第三章 桥式起重机主梁的受力分析及校核

3.1. 载荷计算

查曲线得桥梁自重，Gq = 5.6 tf .

由于桥梁自重引起的均布载荷ql = Gq/L = 5.6t/16.5m = 0.34 tf/m 查表7-3得，主梁由于集中驱动大车运行机构的长传动轴系引起的均布载荷 qy = 0.65 ～ 0.07 tf/m ；取qy = 0.067 tf/m 查表 7-3 得运行机构驱动部件重量引起的集中载荷为Gd= 0.75 tf。

主梁的总计算均布载荷 ：q′= ql + qy= 0.34 +0.067tf/m=0.407tf/m

主梁的实际总计算均布载荷 q = kⅡq′= 1.1 ×0.407 tf/m=0.4477tf/m kⅡ 为冲击系数，由表 2-6 中查得为 1.1 ；

作用在一根主梁上的小车两个车轮的轮压值据表 7-4 中的数据选用:P1′= 3700 kgf ； P2′= 3600 kgf 考虑到动力系数，

[1]PP111.1537004255kgfP[1]2P21.1536004140kgf；1.15为动力系数，表2-2得

3.2.主梁的最大弯矩：

M(GP)[1]maxLBxcqlkⅡGdkⅡG0L0[P1P2L2LkⅡG0l0PPq24(1)L2查表得操纵室的重量为G01.05t;,其重点距支点的距离为l0280cm；

16501404.47716501.17501.110502802](GP)[1]165021650Mmax425541404.4774()165021.110502805.2106kgfcm[42554140水平弯矩：由公式（7-15）计算主梁水平最大弯矩：

Mgmax[1]PgLqgL2Iy1L2L8c3L3[1]xc(1)(3);L42243K2Iy237003600P1+P2730kgf 1010q0.4270.407kgf/cm 作用在主梁上的均布惯性矩载荷为qg1010作用在主梁上的集中惯性载荷为Pg计算时

Iy1Iy2取2；C(KLxc)/250;K300;查表4-2得Lxc2000mm；

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85032003165021717

33002Mgmax730165016500.4071650221650(1)(3) 2.06105kgfcm

4217172417173.3.强度验算：

h98.40.6B1)h(450.8)98.45479cm333B450.8Wy[1](h)b(98.40.6)402842cm3

335.21062.06105[1]102.2MPa[]54792842Wx[1](16Mn的[]为225.5MPa；故安全。

主梁支撑面的最大剪切应力根据公式（7-17）计算

[1]max(GF)QmaxS[] IX020(GF)式中Qmax为主梁支撑面所承受的最大剪力，由公式（7-12）计算

(GP)QmaxP1P2LBxcqLKGdLl0KG0L2L16501404.47716501.17501650280 425541401.1105016502165013108kgf[1]Ix0为主梁水平承载面半面积对水平重心轴线X-X的惯性矩，其近似值为：

H0hH600.661.6(0B1)h00(450.8)6088704cm4 23232S为主梁水平承载面半面积对水平重心轴线X-X的静距：

hhh600.660600.8s[1]200B1(01)2450.8()1634cm3

24222422131081634201kgf/cm220.1MPa[]； 因此可得max8870420.6[1]IxWx0o16Mn钢的[]为137.3MPa。因此强度足够。

3.4.刚度验算

主梁刚度验算：主梁在满载以小车轮压作用下，在跨中所产生的最大垂直挠度可

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按f[1]322PL1[1(164)]；计算 48EIX[1]P23600B1400.973;[1]xc0.08 P3700L16501H10054792.710522370016503[10.973(160.08240.084)]f1.18cm；因此安全。

482.11062.710511[f](~)L2.36~1.65cm;f[f]1001000Ix[1]Wx主梁在大车运行机构起，制动惯性载荷作用下，产生的最大水平拱度可按公式：

fg[1]qgL43L4L(1)(5)；计算； 48EIy4384EIypgLPg730kgf,qg0.407kgf/cm,1717,式中

Iy[1]B45Wy28463945cm422；由此可得

73016503316500.4071650441650fg(1)(5)0.21cm

482.110663945417173842.1106639451717水平拱度的许用值[fg]由于

L0.825cm;因此fg[fg] 2000h/b1000/4002.510l/b16500/40041.2565；故可以不考虑整体失稳问题；

主梁的上拱度：

LLmm； ；梁跨度的最大拱度：fs100010004fx(Lx)任一点的上拱度值ys2；但是根据制度经验可知，由于焊接的影响，

L主梁的腹板下料时的上拱度远大于上式计算值，查表7-6得上拱度为56mm。腹

22.5L33mm；上盖板下料加长量为L41.25mm；下盖板下料加长量为

100010001.5L24.75mm。 板的下料加长量为

1000

计算数值为：fs[1] 5

第四章 焊缝的设计及校核

盖板与腹板的对接焊缝为角焊缝，劲板与盖板，劲板和腹板的连接也是角焊缝连接，劲板与横加强肋的连接也是角焊缝连接。用手工电弧焊焊接。 强度校核：角焊缝：[1](GP)QmaxS；取hf = 6mm，即K为6mm。 20.7hfIx01310810163410628.75MPa[]

20.70.61028870410816Mn钢焊缝[]约为142.2MPa。因此是安全的。

盖板连接采用平焊缝，验算盖板拼接焊缝时，主梁在起吊货物时，受到向下的拉力，从而使上盖板受压而下盖板受拉，故上盖板焊缝不必校核，只需校核下盖板对接焊缝下盖板的对接焊缝：[1]Qt10010327.8MPa[wfv]； B450816Mn钢对接焊缝抗剪[wfv]为86MPa。因此安全。

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第五章 桥式起重机主梁的制造工艺设计

5.1.备料：

1、盖板（δ1=8mm）

（1）对已选定的16Mn材料进行校平到喷丸等预处理；

（2）切割：选用市场上规格为16mm×1400mm的材料，切成两均等份，对边缘进行精整切割。（3）开坡口：板厚为8mm时，采用单V型坡口，允许用火焰气割，但坡口面应将熔渣等清除干净。

（4）采用手工电弧焊对板材进行拼接至 ＞22mm（对接前先将各板材点固焊住，或采用夹具固定均可；且可采用压具以防止波浪变形，两端使用引弧，收弧板）。 （5） 预置拱度：fs=L/1000=16500/1000=16.5mm 以上fs为理论值，实际下料时，fs′=（2~3）fs ，fs′=（33~49.5）mm，取fs为56mm。上盖板下料的加长量为：2.5L/1000=2.5×16500/1000=41.25mm下盖板下料的加长量为：1.5L/1000=1.5×16500/1000=24.75mm

fs

x L/2 L 2.腹板（δ=6mm）

（1）对已选定的16Mn进行校平到喷丸预处理。

（2）切割：选用市场上规格为6mm×1800mm的钢板，切去多余的部分，然后对材料进行精整（气割）。

（3）开坡口：δ=6mm，根据《焊接手册》选用手工电弧焊开V坡口。（4）采用手工电弧焊进行拼接。

（5）腹板的下料加长量为2L/1000=2×16500/1000=33mm。

3.大小隔板（δ=6mm）

按设计尺寸对板材进行切割，注意下料时合理组合尺寸，尽量减少板材的消耗。

5.2.下料

采用自动火焰切割方法下料。

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(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24.75mm的余量，并且在离中心200mm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。 盖板为三块拼接而成，长度为4.5m，4.5m，7.5m，腹板由4块3m长和一块4.5m长得钢板拼接而成。

(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(1mm左右)。长度尺寸可允许有一定的误差(±2mm以内)。肋板的上面的两个角应为45。，以免在与盖板和腹板焊接时变形太大。

5.3.焊接方法的选择

选用手工电弧焊。

5.4.主梁的装配与焊接

（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

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

① 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。

② 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

①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）

②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。

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b 为方便施焊（由于间距较小），一般采用焊条手工焊。 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，采用手工电弧焊。

（5）装配下盖板及盖板与腹板的焊接

①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。 ②测量挠度：

在上盖板平面上的两端固定一根细钢丝绳，使其滑移到不同的位置，在这个过程中钢丝绳保持水平，检验大梁的上拱度。

③测量挠度后，若上挠度大于允许值，则：先焊1、2，使焊后产生一定量的下挠，与上挠度有一定的抵消，从而使上挠度符合预置挠度。

若上挠度小于允许值，则：先焊3、4，使焊后产生一定上挠，与原上挠度值相叠加，使上挠度等于预置挠度。

若上挠度正好，则按1→4→2→3的顺序来焊接，可防止扭曲变形。 ④四条长角焊缝用手工电弧焊。

大隔板上盖板小隔板焊缝装大小隔板1焊缝下盖板3焊缝隔板 焊接2焊缝4装腹板腹板点焊点焊接下盖板焊接腹板与盖板焊接测量挠度焊接变形检验矫正

（6）对主梁的修整及检验

对焊后的焊缝进行表面清理及打磨等工序。主梁制成后，如有超出规定的挠曲变形，需进行修理，可用锤击法和重击法，但应用最多的是火焰矫正。

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材料验收钢材处理备 料装 配质量检验焊 接修整处理喷漆包装成 品

5.5. 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。

(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，电弧电压为22～25V。

5.6. 腹板矫平

板材波浪变形值应不大，否则使用辊式矫正机矫正；板料不应有划伤现象；如腹板高度方向上需要拼接时，应先拼接，焊后在平板矫正机上矫正。

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参考文献：

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[6] 《起重机设计手册》编写组 起重机设计手册[M] 机械工业出版社 1980 [7] 杨春利，林三宝 电弧焊基础[M] 哈尔滨工业大学出版社 2010 [8] 焊接学会 焊接手册-焊接结构[M] 机械工业出版社 2001

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