起重机主梁腹板下料预拱度曲线综述

第２９卷第２期　河北工业科技　Ｖｏ１．２９，Ｎｏ．２　２０１２年３月　Ｈｅｂｅｉ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｍａｒ．２Ｏ１２　文章编号：１００８—１５３４（２０１２）０２—０１２３－０５　起重机主梁腹板下料预拱度曲线综述　郭瑞革　（石家庄市动力机械厂，河北石家庄０５２１６５）　摘　要：介绍了桥式、门式起重机主梁结构特点，分析了主梁制造过程中影响拱度的因素，综述了腹　板下料预拱度计算的几种工艺方法，系统地比较了几种方法的特点，通过比较找出了最合理的方　法，为今后起重机生产制造提供可靠的技术参考依据。　关键词：桥式起重机；门式起重机；腹板；拱度；跨度；翘度　中图分类号：ＴＨ２ｌ５　文献标志码：Ａ　Ｐｒｅｃａｍｂｅｒ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｃｒａｎｅ　ｇｉｒｄｅｒ　ｐｌａｔｅ　ＧＵＯ　Ｒｕｉ—ｇｅ　（Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｍｏｔｉｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｆａｃｔｏｒｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｈｅｂｅｉ　０５２１６５．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｇｉｒｄｅｒ　ｐｌａｔｅｓ　ｏｆ　Ｂｒｉｄｇｅ　ｃｒａｎｅ　ａｎｄ　ｐｏｒｔａｌ　ｃｒａｎｅ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ　ｃａｍ—　ｂｅｒ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｉｎ　ｇｉｒｄｅｒｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａ　ｆｅｗ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｆｏｒ　ｏｂｔａｉｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃａｍｂｅｒ　ｏｆ　ｇｉｒｄｅｒ　ｐｌａｔｅｓ　ａｒｅ　ｓｕｍｍｅ—　ｒｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ　ｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｓｏ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｒｅａｓｏｎａｂｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｓ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｗｈｉｃｈ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｃｒａｎｅ　ｐｒｏｄｕｃ—　ｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅ　ｃｒａｎｅ；ｐｏｒｔａｌ　ｃｒａｎｅ；ｗｅｂ；ｃａｍｂｅｒ；ｓｐａｎ；ｄｅｇｒｅｅｓ　中国起重机制造技术规范（ＧＢ／Ｔ　１４４Ｏ５—　筋板在主梁上端焊缝形式如同小筋板一样，焊缝数　２０１ｌ，ＧＢ／Ｔ　１４４０６－－２０１１）条件规定了空载时主梁　量多于下部，所以主梁焊后必然产生下挠。再加上　应有厂的上拱度为　主梁细又长，自重也会引起主梁下挠。为了提高起　＿厂一（Ｏ．９～１．４）ｓ／１　０００，　重机的承载能力，改善主梁的受力情况，抵抗主梁在　对于门式起重机悬臂端上翘度为　载荷作用下的向下变形，必须提高主梁的强度与刚　ｆ１一（Ｏ．９～１．４）Ｚ１／３５０。　度。主梁腹板下料时必须要预置适当上拱度值。上　式中：Ｓ为起重机跨度；ｚ　为主梁悬臂长度。　拱度值若偏大，小车运行爬坡需要克服运行阻力大，　在达到最大允许负载时主梁下挠不应超过ｓ／　势必增大运行机构的载荷和功率，降低小车运行机　７００。在这个拱度和挠度范围内，起重机小车才能保　构的使用寿命；坡度大到一定程度时，小车还易产生　持正常工作状态。因此，起重机主梁在制造时必须　溜车。上拱度值若偏小，就会减少起重机的使用寿　带有符合要求的上拱度，有悬臂的必须要有符合要　命，给用户造成较大的经济损失Ｌ１　］。　求的上翘度。　图１是主梁截面示意图，图中的Ｏ－Ｏ轴为主梁　由于起重机主梁上部小筋板数量较多，小筋板　横截面的中性轴。由图ｌ可见，主梁６条纵向主焊　与上盖板、两腹板三面都是双面角焊缝并且满焊，大　缝（卜１，２—２，３—３）有４条位于中性轴以上，这对形　成主梁上拱度很有利。当先焊３—３焊缝时，由于焊　收稿日期：２０１卜１２－０１　责任编辑：陈书欣　缝位于中性轴以下，焊后将产生上拱，但由于主梁自　作者简介：郭瑞革（１９６７一），女，河北正定人，工程师，主要从事起　重的影响，两者相互抵消；当焊接２—２焊缝时，由于　重机方面的研究工作。　焊缝位于中性轴以上，焊后产生下挠并与主梁自重　１２４　河北工业科技　第２９卷　影响方向相反，两者合成最终产生一个下挠量，但这　个下挠量还达不到预期的主梁下挠量（指与主梁实　际工作状态的上拱度对应值）；焊接１—１焊缝时，由　于焊缝位于中性轴以上并离中性轴的距离最远，焊　后产生的下挠量最大。另外，大小筋板自角钢以上　部分的立焊缝焊完后会使主梁产生下挠，大小筋板　自角钢以下立焊缝焊完后会使主梁起拱。　４）厂捍为主梁在垂直方向的焊接变形。　ｆ肄一｛甑　ｔ　七ｆ４七｛龟　…　｛孰　其中：厂筋为焊接　型梁筋板的翘曲变形；厂角为　焊接丌型梁内角钢的翘曲变形；　为焊接主梁４条纵　缝的翘曲变形；厂走为焊接走台时的翘曲变形；厂轨为焊　接轨道压板时的翘曲变形。　纵向焊接变形量：　ｆ焊纵一－－０（ｅ—Ｚ　Ｋ。ｓ　）／Ｊ；　横向焊接变形量：　ｙ　横＝＝＝一ｒ（￡　６ｚ　Ｋ。／Ｊ）　（＝【。　式中：　为纵向焊缝翘曲工艺系数；ｒ为横向焊　缝工艺系数；￡　为重叠系数；Ｋ为焊角尺寸；　为构　件截面重心到纵向焊缝的距离；　：ｎ为主梁内部ａ　个筋板焊缝焊接变形总量；ｂ为上盖板宽度。计算时　需要根据每道工序组成的截面，求出型芯和惯性矩，　按图纸尺寸计算每道工序的拱度变化值，然后将各　ｙ　道工序的拱度变化值加在一起，即为主梁焊接拱度　变化值。“＋”表示向上拱，“一”表示向下挠。　图１　主粱截面图　Ｆｉｇ．１　Ｓｅｃｔｉｏｎａｌ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｉｒｄｅｒ　对于大于５０　ｔ的偏轨箱型梁主腹板下料拱度约　为（１．４ｓ／１　０００＋８），副腹板下料拱度为１．４ｓ／１　０００。　１　计算方法　１．１主梁跨中腹板预拱度计算　由以上计算公式可以看出影响主梁下挠的因素　有很多：主梁的材料、单位长度质量、主梁截面几何　形状、主梁的结构形式、焊接工艺方法、参数等。对于　同一台起重机的２根主梁，２根主梁腹板下料选择的　预拱曲线类别不同，如果采用相同的焊接工艺方法、　腹板预拱度是为了保证主梁焊成后的合格拱度　而在腹板下料时预先留出的拱度。预拱度的值可按　下式计算：　｛嗽一ｆ镘一｛肄一ｔ　ｋ　工艺参数进行焊接，主梁焊接完成后的拱度是完全　不同的。　１）起重机技术条件要求桥吊主梁上拱度厂技一　（Ｏ．９～１。４）ｓ／１　０００，可取中间值。　２）自重引起的主梁下挠度为厂自。　对于主梁自重引起的下挠度：　ｆ　一一（ｑｌ。／３８４ＥＪ）（２４２　一５）。　１．２　主梁悬臂端腹板下料预翘度计算　ｆ赚一｝投～｛　一｛　ｋ　式中：厂技为起重机技术条件要求悬臂端上翘　度；ｆ自为自重引起的主梁悬臂端下挠量，其中ｆ自一　一（ｑｒｎｌ。／２４ＥＪ）（１—６　。一３２。）；ｆｎ为主梁焊接引起　对于悬臂自重引起的下挠度：　ｆｎ一一（ｑｒｎｌ。／２４ＥＪ）（１—６２　一３，ｔ。）。　翘度的变形量；ｋ　为调整系数，可取５～１０　ｍｍ，悬　臂短的取小值，悬臂大的取大值。　对于门式偏轨箱型梁副腹板下料翘度比主腹板　大８～１２　ｍｍ。　式中：ｑ为单位长度质量；Ｊ为主梁截面惯性　矩；Ｚ为两支垫距离；　—ｍ／ｌ，ｍ为支垫到主梁端距　离；Ｅ为材料的弹性模量。　３）调整系数为ｋ。　由于计算非常复杂，实际中主梁悬臂端腹板下　料预翘度通常按以下经验公式计算：　－厂一Ｚｌ／３５０＋ｋ　，　（１）　对于５～５０　ｔ正规箱型梁，忌取５～１５　ｍｍ；偏轨　箱型梁，　取５～１０　ｍｍ。对于偏轨箱型梁，钢轨焊　接或轨道压板焊接都在主腹板的上盖板上，并且主　腹板与上盖板是双面焊，副腹板与上盖板是单面焊，　主腹板焊接产生的下挠比副腹板大，根据大连起重　机械厂的经验，一般主腹板下料预拱度比副腹板大，　是主梁上盖板宽度的１／２００－－１／１００。　ｆ—Ｚ　／３５ｏ。　（２）　式（１）适用于筋板与上盖板焊缝焊完后再组装　两腹板的工艺方法。一般对质量大、悬臂短的是　取　５～１０　ｍｍ；对质量小、悬臂长的ｋ　取１５～２０　ｍｍ。　式（２）适用于筋板与上盖板焊缝在组成兀型梁　后焊接的工艺方法。　第２期　郭瑞革起重机主梁腹板下料预拱度曲线综述　ｌ２５　通常副腹板下料翘度比主腹板大８～１２　ｍｍ。　２）正弦曲线法　由以上计算公式可以看出，影响拱度的因素有　以跨端为坐标原点的正弦曲线为　很多：主梁腹板下料预拱度值、主梁的材料、截面形　Ｙ—ｆｓｉｎ（ｎｘ／１）。　状、焊接工艺方法、参数等。对于同一台起重机的２　式中：厂为跨中拱度值；Ｘ为计算点到跨中的距　根主梁腹板下料选择的预拱曲线类别不同，如果采　离；ｚ为跨度值。‘　用相同的焊接工艺方法、工艺参数进行焊接，主梁焊　门式起重机悬臂部分上翘度曲线为　接完成后的拱度是完全不同的。　一厂ｆ１一　ｉ＼　ｎ　厶　１。，　　２　腹板下料工艺曲线分析　式中：厂为悬臂端翘度值；ｚ为悬臂分段点编号　（自支点算起为０，１，２，３，…）。　目前中国国内主梁腹板下料预拱度曲线、翘度　３）三折线法　曲线大致有以下几种工艺画法。　腹板的上边缘线为三折线。其中跨中３　ｍ为直　１）二次抛物线法　线，两斜边对称倾斜至跨中。　主梁腹板下料预拱度曲线为　４）四次曲线法　Ｙ一厂（１—４ｘ。／ｌ　）。　Ｙ一厂（１—４ｘ　／ｌ。）。。　式中：厂为跨中拱度值；ｚ为计算点到跨中的距　５）四次曲线和二次抛物线组合法　离；ｌ为跨度值。　Ｙ＝０．００１　３ｆ（１—４　／ｌ。）。＋　门式起重机悬臂部分上翘度曲线为　（ｆ一０．Ｏ０１　３１）（１—４ｘ　／ｌ。）。　Ｙ一　。／ｌ｝。　下面用１０　ｔ跨度为２２．５　ｒｎ的主梁腹板下料为　式中：－厂为悬臂端翘度值；ｚ为计算点到支腿中　例，分别画出以上５种曲线进行比较，见图２。　心的距离；Ｚ。为悬臂长。　正弦曲线　三折线四次曲线＋二次抛物线二次抛物线四次曲线　二次抛物线正弦曲线　图２　同一主梁腹板采用不同曲线形式下料预置拱度曲线　Ｆｉｇ．２　Ｇｉｒｄｅｒ　ｐｌａｔｅ　ｕｓｉｎｇ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｒｅｃａｍｂｅｒ　ｃｕｒｖｅｓ　由图２可见，理论上二次抛物线的线型是起重　焊接工艺方法进行焊接的前提下，主梁、桥架组焊完　机最理想的运行轨迹。但主梁焊接后由于焊接和主　成后，对桥架主梁拱度（见图３）及焊接后主梁下挠　梁自重的原因，主梁会产生下挠，导致主梁实际拱度　量（见图４）进行了实际测量，数据见表１。　与腹板理论下料预拱度不符。　根据表ｌ画出按各种曲线下料后，按照同一种　为了找到较为合适的下料曲线，减少用火焰对　工艺将主梁、桥架组焊完成后桥架拱度曲线图（图　主梁进行调修而造成对主梁材料、刚性、拱度线型的　３）及主梁焊接产生下挠曲线图（图４）如下。　影响。在实际生产中对多台起重机主梁腹板下料、　由图３可以看出，不管采用何种曲线下料，焊接　焊接工艺（焊接顺序、焊接电流、电压等不同参数）进　下挠量曲线接近二次抛物线。　行了比较、测量、分析。下面是５台１０　ｔ跨度为　由图４可以看出，在同一测量点，腹板下料采用　２２．５　Ｉｎ起重机生产过程中，在给定同一拱度值，腹　的曲线类别不同，主梁焊接后下挠度差别很大，从而　板采用不同类别曲线方法下料（见图２），采用同种　直接导致小车运行状况差别很大。　河北工业科技　第２９卷　图３　同一主梁腹板采用不同曲线形式下料桥架焊完后实测拱度曲线　Ｆｉｇ．３　Ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｃａｍｂｅｒ　ｃｕｒｖｅｓ　ｆｏｒ　ｇｉｒｄｅｒ　ｐｌａｔｅ　ｕｓｉｎｇ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｒｅｃａｍｂｅｒ　ｃｕｒｖｅｓ　二次抛物线　正弦曲线　三折线　四次曲线＋二次抛物线　四次曲线　图４　同一主梁腹板采用不同曲线形式下料桥架焊完后实测下挠曲线　Ｆｉｇ．４　Ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｄｏｗｎｗａｒｐ　ｃｕｒｖｅｓ　ｆｏｒ　ｇｉｒｄｅｒ　ｐｌａｔｅ　ｕｓｉｎｇ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｒｅｃａｍｂｅｒ　ｃｕｒｖｅｓ　表１　实际测量值　Ｔａｂ．１　Ｔｒｕｅ　ｖａｌｕｅｓ　ｍｍ　１）二次抛物线在跨中变化比较平缓，在跨端变　化比较急剧，跨端轨道与上盖板之间容易出现间隙。　门式起重机最适合用该种下料曲线，因为采用这种　曲线下料，焊接后门吊支腿处主梁支座与主梁相连　接部位拱度、翘度起步较缓，如果支腿中心两端拱度　这样会出现小车在跨端爬坡比较吃力，下坡时容易　打滑溜车现象，使得小车运行不稳，造成吊装物品不　能准确吊运。其较适合焊接变形下挠量较大的正轨　箱型梁的腹板下料。　或翘度变化较大，主梁支座与主梁就无法平齐，不利　于主梁支座的焊接。其对小车的运行更是不利，很　有可能小车在支腿处出现失稳现象，导致安全隐患　存在。　２）正弦曲线在跨中变化比较剧烈，在跨端变化　比较平稳，但总体上正弦曲线比较接近于理想拱度　曲线。门式起重机翘度变化比较平缓，特别是单梁　３）采用三折线曲线下料，主梁焊接后线型不太　平稳，不建议采用。　第２期　郭瑞革起重机主梁腹板下料预拱度曲线综述　４）四次曲线在跨中变化比较剧烈，在跨端变化　的组合型曲线。　比较平稳，但总体上四次曲线也比较接近于理想拱　度曲线。但采用这种方法下料，主梁焊接跨中下挠　３　结　语　量较小，拱度较大，桥架焊接后多数需要火焰调修。　这样，主梁用火焰调修会导致主梁拱度线型，主梁容　几年来运用以上方法通过对几百台起重机主梁　易扭曲，主梁上小车轨道铺不平，轨道下容易出现缝　腹板下料的实践检验，更进一步确认用四次曲线和　隙，小车运行起来就会出现起伏和三条腿现象，造成　二次抛物线的组合型曲线方法进行主梁腹板预拱下　小车运行不平稳，货物吊运容易起伏、摆动。不建议　料，既能很好地减少主梁因拱度不好用火焰调修的　采用此方法下料。　麻烦，又能保证主梁焊后拱度线型平滑，更能满足　５）四次曲线和二次抛物线的组合型曲线变化很　ＧＢ／Ｔ　１４４０５—２０１１和ＧＢ／Ｔ　１４４０６—２０１１标准对　平稳，也很接近理想的拱度曲线。采用这种曲线下　刚度、载荷性能的使用要求。　料，主梁、桥架焊接后拱度变化不大且较平稳，基本　上不用火焰修拱度。　参考文献：　综上所述，在选择主梁腹板预拱大小和曲线类　［１］ＧＢ／Ｔ　３８１１—２００８，起重机设计规范Ｉｓ］．　别时也要考虑主梁结构形式和焊缝分布情况，对于　［２］黄景一，付荣柏．起重机械设计制造新工艺与质量验收标准及　操作维护实用手册［Ｍ］．合肥：安徽文化音像出版社，２００３．　偏轨箱型梁腹板下料预拱曲线最好采用正弦曲线，　［３］陈玮璋．起重机械金属结构［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９８６．　如果是门吊，腹板预翘度下料最好采用二次抛物线；　［４］ＧＢ　６０６７—８５，起重机械安全规程［Ｓ］．　对于正轨箱型梁，主梁焊接后下挠变形量较大，主梁　［５］付荣柏．起重机钢结构制造工艺［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，　腹板下料预拱曲线最好采用四次曲线和二次抛物线　１９９６．　（上接第１０１页）　表２差压法测量结果（空气体积流量２００　ｍ。／ｈ）　测量截面上浓度分布的变化，即气固两相流流动情　Ｔａｂ．２　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｒｅｓｕｌｔ（ａｉｒ｛ｌｏｗ　２００　ｍ　／ｈ）　况的可视化，从而开拓了气固两相流动固相速度测　量的一种新方法，为ＥＣＴ系统的工业应用打下了坚　实基础。　参考文献：　［１］胡志波，余帆，马忠云，等．双套管气力输送技术的应用［Ｊ］　对比表１和表２，运用电容层析成像技术得到　节能技术，２００６，２４（６）：５４２－５４４．　的体积流量值与差压法分析的结果比较，可以得出　高彦丽，章勇高，邵富群，等．电容层析成像技术中图像重建算　电容层析成像技术所测得的流量值结果误差范围在　法的发展及研究口］．传感器与微系统，２００７，２６（１０）；９－１４．　王化祥，杨五强．电容过程成像技术的进展［Ｊ］．仪器仪表学报。　５　以内，符合多数工业场合的应用。从而为工业应　２０００，２（１）：４－７．　用中提供了一种有效的测量手段。　董向元，刘石，阎润生，等．电容层析成像中通用迭代法的研　究［Ｊ］．仪器仪表学报，２００６，２７（１）：２４—２７．　６　结　论　阎润生，刘石，王海刚，等．ＥＣＴ技术对成像的影响——用低　介电参数物质标定［Ｊ］．石油化工高等学校学报，２００４，１７（１）；　本文采用电容相关测速法，通过双层ＥＣＴ传感　５２一Ｓ４．　器测量得到了气力输送过程中栓柱的流动速度。同　董向元，陈琪，李惊涛，等．基于快速投影ＬＡＮＤＷＥＢＥＲ法　时，从速度流量数据和体积流量数据所反映的情况　的电容层析成像图像重建算法研究［Ｊ］．中国电机工程学报，　２００５，２５（１４）：８９－９２。　来看与实际工况中用其他测量方法得到的测量数据　赵　萍，刘洪利．一种基于速度检测的快速互相关算法［Ｊ］．信　相吻合，使准确性和实时性大大提高，而且通过　息技术，２０１０，１０：５－１０．　ＥＣＴ系统的图像重建算法，得到管道中栓柱流过时