焊接结构课程设计任务书设计题目：门式起重机焊接箱形梁的设计校核课程名称焊接结构课程设计班级09513地点自定起止时间2012.12.3～2012.12.19设计内容及要求1．箱型梁式桥架结构的构造及尺寸，满足强度、刚度及稳定性的要求，考虑主梁上拱度及上翘度等问题。
2．制定主梁的制造工艺过程，根据板厚等条件确定坡口形式及尺寸，并考虑焊接变形的控制。
3．绘制装配图及零件图。
4．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20页左右。
设计参数起重量40/10t 起升高度12/18m 轮距3.7m 轨距2.5m 工作级别A6净跨度30m进度要求阶段进度第一阶段查阅文献资料，熟悉焊接结构设计的思路，初步了解起重机主梁的设计方法及程序第二阶段对结构进行合理设计，并进行相关的计算；第三阶段绘制设计的焊接结构；第四阶段对设计的结构进行合理性审查，并选择合适的加工制造方案第五阶段检查图纸、编写设计说明书参考资料推荐［1］《起重机课程设计》陈道南、盛汉中. [M].北京：冶金工业出版社，1993 ［2］《起重机设计手册》起重机设计手册编写组.北京：机械工业出版社,1980 ［3］《起重机设计手册》张文质、虞和谦、王金诺等.北京：中国铁道部出版社，1998.3 ［4］《材料力学》材料成型与控制工程专业（本科）《材料力学》课现用教科书［5］《焊接手册》第三卷机械工程学会焊接学会编..北京: 机械工业出版社,2001.8 ［6］《焊接结构》田锡唐.北京：机械工业出版社,1994.10［7］《起重机设计规范》GBT3811-2008绪论最新研究报告显示，中国工程机械行业在2006 年至2012 年期间实现了20% 的年度增长之后，2012 年到2015 年期间，每年的增长预计达到33% 。
根据中国统计局、《联合国展望》的数据，处在城市化进程加速期的中国，对于机械工程设备的需求将进一步增长。
国内知名工程机械企业克瑞公司负责人介绍，造船门式起重机等机械产品的需求量在不断上升，宏发起重部分塔机产品已经逐步走出了国门，行销海外。
目前，中国几乎占据了全球机械设备销售数量的六成。
中国的民营企业已经进入了国际市场，而中国经济的稳步增长，也吸引了国际的工程机械企业加大在中国的业务。
虽然中国的工程机械制造厂家在收入增长和盈利能力方面已经超过全球行业平均水平，而且一些民营企业通过海外并购活动，进一步加强了行业地位，但是海外并购本身，并不能一蹴而就地解决造船门式起重机等工程机械设备产品尚需提升提高的问题。
鉴于此，克瑞公司于2008 年投资成立了我国第一家塔机4S 店，这标志着我国门式起重机营销模式在赶超国际水平的道路上迈出了跨越性的第一步。
随后，造船门式起重机企业克瑞公司将新型的服务模式陆续推广至国内外地区，先后在豫南、太原、西安、唐山、南通、武汉、石家庄、连云港、中东等地成立了直营或加盟店4S 店。
根据传统塔式起重机的营销特点进行了创新，增加了起重机租赁业务、循环利用业务和科技服务业务等三项业务功能，将此前单一的售后服务模式，扩展为“售前顾问式、售中一站式、售后本地实效服务”的全方位服务模式。
同时，宏发起重实施了“再造营销系统、全面导入企业形象识别系统、引入精益生产理念、与国内大型知名企业组建合资企业、进入金融领域”五大战略措施，顺发营销服务模式全面升级。
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。
目录第一章箱型梁门式起重机的主梁构造及尺寸 (1)一、桥架的总体构造 (1)二、主梁的几何尺寸 (1)1、梁的截面选择和验算 (1)2、箱形主梁截面的主要几何尺寸 (2)三、主梁的受力分析 (3)1、载荷计算 (3)2、强度验算 (5)3、焊缝的设计和验算 (7)4、主梁刚度的验算 (7)5、主梁稳定性及加强肋板的选择 (8)第二章主梁的制造工艺过程 (13)一、备料 (13)二、下料 (14)三、焊接结构的设计 (14)1、焊接人员 (14)2、焊接材料 (14)3、焊接接头方式 (15)4、坡口制备 (15)四、检验 (18)五、焊接变形的控制 (19)结束语 (21)参考文献 (22)桥式起重机设计说明书第一章箱型梁门式起重机主梁的构造及尺寸一、主梁的总体构造箱型梁门式起重机主梁主要是两根梁组成主梁主梁是桥式起重机桥架中主要受力元件，由左右两块腹板，上下两块盖板以及若干大、小隔板及加强筋板组成。
主梁上拱度：当受载后，可抵消按主梁刚度条件产生的下挠变形，避免承载小车爬坡。
主梁旁变：在制造桥架时，走台侧焊后有拉深残余应力，当运输及使用过程中残余应力释放后，导致两主梁向内旁弯；而且主梁在水平惯性载荷作用下，按刚度条件允许有一定侧向弯曲，两者叠加会造成大弯曲变形。
二、主梁的几何尺寸1、梁的截面选择和验算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限制），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。
中部高度H腹板厚度δ 1翼板宽度b翼缘板宽度b 腹板的壁间距b0悬梁臂长度L悬2、箱形主梁截面的主要几何尺寸主梁采用箱型结构，故有主梁高度：H=（1/15-1/20）L,又因为门式起重机的跨度在30m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=1.2～20m，取H=2m=2000mm。
主梁中间截面各构件的厚度，查数据得主腹板厚度：1δ=8mm 副腹板厚度：2δ=8mm 翼缘板厚度：3δ=（1.2～4）×8=9.6～32mm取3δ=12mm翼缘板宽度：b=（0.6 ～0.8）×H=1.2～1.6mm取b=1400mm两腹板内侧间距：b=b－（60～80）mm=1400-80=1320mm 取b=1320mm悬梁臂长度：L悬=(0.25～0.35)L=7.5～10.5m取8m主梁全长L总=30+2x8=46m上下翼缘板各不相同，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2.0m8mm12mm1400mm1320mm8000mm46000mm主梁载荷的计算移动载荷F移动载荷在悬梁臂处移动载荷在跨中主梁迎风面积A=2×12×1400+8×2×1976=65216mm2主梁截面的惯性矩Ix=1/12×1400×103×2+1/12×8×19763×2=1.03×109mm4Iy=1/12×10×14003×2+1/12×1450×83×2=2.6×109mm4三、主梁的受力分析1、主梁载荷计算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=11.2t（查起重机手册）,取G小车=0.35Q=0.35×40=14 t，P=1/2(40+14）=27t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（1.3×40+1.0×14）=33t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=33×8×10=2640KN·m剪力：Q悬= P计g=330KN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=1/4×33×30×10=2475KN·mQ中=1/2×P计g=1/2×33×10=165KN移动载荷在主梁上的弯矩图I x=1.03×109mm4I y=2.6×109mm4P计=33tM悬=2640KN·mM中=2475KN·m主梁自重引起的移动载荷一根主梁自重图1-3 （其中，L1=L2：有效悬臂长L：跨度）主梁上受力分析简图如下主梁受力分析示意图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：00.5()G QHL t，其中Q取40t，L=L+2L1=30+2×8=46mQ：额定起重量（t），H：最大起升高度，L：主梁全长，计算得G=74t，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支=32.89，m主=41.11t，一根主梁自重G静=41.11t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=41.11×10/(30+28)=8.94KN/m主梁均布载荷弯矩及剪应力计算Mq=1/2（q计×L刚2）=1/2×8.94×82=286.08KN·mMq'=1/2q计（1/4L2－L刚2）=1/2×8.94×（1/4×302－82）=719.67KN·mQ=1/2q计L=1/2×8.94×30=134.1KNQ'=q计L刚=8.94×8=71.52KNG=74tm主=41.11t风载荷主梁强度的计算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=1.2；k：高度修正系数，k=1（工作风压：qП：第二类风载荷系数，qП=25公斤/米2；F：迎风面积，F取80㎡）P1前=1.2×1×1×25×80=2.4KN车风载荷P小风（计算如上P1前=2.4t）所以：P小风=1/2×2.4=1.2KN(作用在一根主梁上)。
主梁的均布风载荷计算q主风= P1前/(L+2L刚)q主风=2.4/(30+2×8)= 0.053KN/m2、主梁强度计算弯曲应力的验算：主梁中间截面的最大弯曲应力根据[1]公式（7-19）计算：()()ygxPGgPG WMWM maxmax+=+=++σσσ≤[]Ⅱσq主风=0.053KN/mxW=3.4x10-2m3许用应力剪应力式中xW——主梁中间截面对水平重心轴线xx-的抗弯截面模数，其近似值：xW=( hδ1/3+Bδ)h=（1976x0.8/3+1400x12）x1976=3.4x10-2m3yW——主梁中间截面对垂直重心轴线yy-的抗弯截面模数，其近似值：Wy=( Bδ/3+ hδ1)b=(1400x12/3+1976x0.8)x1320=3.4x10-2m3因此可得：σ=(2926080/0.034+884370/0.0095)=150MPa由[1]表2-19查得Q235钢的许用应力为[]MPas9.17233.1/23033.1/===σσⅡ故σ＜[]Ⅱσ主梁支承截面的最大剪应力根据[1]公式（7-20）计算：()δτ2maxmax⋅⋅=+xPGISQ≤[]Ⅱσ0xI——主梁支承截面对水平重心轴线xx-的惯性矩，其值为Ix=1/12×1400×103×2+1/12×8×19763×2=1.03×109mm4S——主梁支承截面半面积对水平重心轴线xx-的静矩：S⎪⎭⎫⎝⎛++⨯=2242211δδδhBhh=2x1976x0.8/2X1976/4+1320x12(1976/2+12/2)=0.015m3yW=3.4x10-2m3σ=150MPa焊缝的设计和验算主梁刚度计算)012.0008.0(3.10015.0401520max+⨯=τ=43.5MPa由[1] 表2-19查得Q235钢的许用剪应力[][]3ⅡⅡστ==95.6MPa，故maxτ＜[]Ⅱτ3、焊缝的设计和验算（1）、盖板和腹板的连接角焊缝通常不开坡口，平角焊缝，焊脚K不大于腹板厚，如取K=6mm，则角焊缝计算厚度K=4.2cm，如为气体保护焊或自动焊K=（0.8～1）K=0.48～0.6cm.上盖板：对接焊缝[]'6122σδσ≤=LMMPa81400012.0292608062=⨯⨯=σ查焊接结构Q235刚焊接焊缝的许用应力为[]MPa152'1=σ所以成立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：下盖板与腹板采用角接焊缝角焊缝的许用剪应力计算MPaMPalQ wfv100][5.5412800401520=<=⨯==τδτ切4、主梁刚度计算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8m处最大经挠度f端计算f端=PL2(L+L)/3EI≤[f][f]-主梁有效悬臂端的许用挠度根稳定性验算纵向加劲板据起重机设计规范，[f]=L有效/350L-悬臂有效长度，L-跨度。