桥式起重机主梁安全性分析(论文)

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1、冃IJ 言随着现代工业的发展，起重机在冶金，机械，交通运输，电力，建筑，采矿， 化工，造船，港口和国防工业部门中的应用越来越广泛。它不仅只在生产过程中 起辅助作用，而且已经成为大批生产和流水作业不可缺少的组成部分，它是现代 机械化，自动化，提高劳动生产率，减轻体力劳动的重要工具。起重机的分类有很多种，常见的是按起重机体型特点来分类。如桥式起重机、 门式起重机、门座起重机、塔式起重机、汽车起重机、铁路起重机、桅杆起重机、 缆索起重机等。在桥式起重机和门式起重机中，又按吊具不同分为：抓斗、吊钩、电磁、抓 斗电磁、挂梁等起重机。从金属结构来看，还可以主梁形式不同分为箱型双梁和 箱型单梁起重机等。本文

2、主要从起重机的主梁来分析其安全性能。随着社会主义建设的发展，桥式起重机的需要与日俱增，我国每年的桥机 产量在10万吨以上。桥式起重机的桥架结构是起重机的重要组成部分，它的重 量占起重机自重的40%60% ,要使用大量的钢材。桥架自重也直接影响厂房建 筑承重结构及基础的土建费用与材料消耗。在确保产品使用安全及正常使用年限 的前提下，尽最减轻桥架自重是节约金属材料的重要途径。我国生产的桥式起重机，不论是通用桥式起重机或是冶金工厂用特种桥式 类型起重机，在1958年以前由于设计力量薄弱，基本上是沿用国外的设计，桥 架结构以箱型和四桁架型等传统结构型式为主。一直到1958年大跃进以后，由 于破除迷信，

3、在群众性的技术革新运动推动下，才试制了一些新型桥架结构的 桥式起重机，其中主要的如偏轨箱型、单主梁结构、三角桁架结构等等。但是由 于没有及时总结经验，研究试验工作也做得不够，没有在改进与提高以后进行 推广，因此桥架选型工作仍然是我们当前迫切要做的工作，应该比较系统的有 组织的研究适合我国各个产业部门采用的桥架结构型。我国在桥式起重机的产品系列化、通用化和标谁化方面虽然也做了一些工作, 但为了使桥架结构定型，还要做大量的工作。目前生产的基本情况是550吨小 起重量桥式起重机仍以箱型结构为主，箱型结构是应用最为广泛的传统结构。它 具有制造简便、生产工效高、通用性强等一系列的优点，因而迄今仍然是国内

4、外 桥式起重机的常用桥架形式。1緒论桥式起重机是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。本次起重机案例的主要参数如下：起重量5t,跨度14m，起升高度为9m,起升速度8m/min,小车运行速度 V=1.640m/mi n,大车运行速度V=50m/mi n,大车运行传动方式为分别传动；桥 架主梁型式为箱形梁。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。起重 小车又由起升机构、小车运行机构和小车架三

5、部分组成。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。小车架是支托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。本文只对主梁和端梁做简要介绍，大车， 小车，制动器等不再做介绍。1.1主梁的介绍：主梁跨度14m ,是由上、下盖板和两块垂直的腹板组成封闭箱形截面实体板 梁连接，主梁横截面腹板的厚度为6mm,翼缘板的厚度为10mm,主梁上的走台 的宽度取决于端梁的长度和大车运行机构的平面尺寸，主梁和端梁采用搭接形 式。腹板的稳定性由横向加劲板和，纵向加劲条或者角钢来维持，纵向加劲条的 焊接采用连续点焊，

6、主梁翼缘板和腹板的焊接采用贴角焊缝，主梁通常会产生下 挠变形，但加工和装配时采用预制上拱。1.2端梁的介绍：端梁部分在起重机中有着重要的作用，它是承载平移运输的关键部件。端梁 部分是由车轮组合端梁架组成，端梁部分主要有上盖板，腹板和下盖板组成；端 梁是由两段通过连接板和角钢用高强螺栓连接而成。在端梁的内部设有加强筋, 以保证端梁架受载后的稳定性。端梁的主要尺寸是依据主梁的跨度，大车的轮距 和小车的轨距来确定的；大车的运行采用分别传动的方案。在装配起重机的时候，先将端梁的一段与其中的一根主梁连接在一起，然后 再将端梁的两段连接起来。本章主要对箱形桥式起重机进行介绍，确定了其总体方案并进行了一些简

7、单 的分析。箱形双梁桥式起重机具有加工零件少，工艺性好、通用性好及机构安装 检修方便等一系列的优点，因而在生产中得到广泛采用。我国在5吨到10吨的 中、小起重量系列产品中主要采用这种形式，但这种结构形式也存在一些缺点： 自重大、易下挠，在设计和制造时必须采取一些措施来防止或者减少。2. 起重机主要尺寸2.1主梁高度H =1.89m22端梁高度H0= （0.40.6） H=0.761.13m取 H0=0.8m23主梁腹板高度H=1.89m，查表知腹板高度h=1.9m24主梁截面尺寸joa图2-1主梁中间截面各构件板厚如下： 腹板厚：6mm；上下盖板厚：8mm主梁腹板内壁间距根据下面关系式来决定：

8、H 1890b = 540 mm3.53.5L 34000b = = 680 mm5050因此取b=700mm盖板宽度：B=b+40=700+2x 6+40=752mm取 B=750mm主梁的实际高度：H=h+=1900+2X8=1916mm同理，主梁支承截面的腹板高度取h0 = 900 mm，这时支承截面的实际高度H = h + 2 b 616 mm 。0 0 1主梁中间截面和支承截面的尺寸简图示于图2-1和图2-2图2-2主梁中间截面的尺寸简图图2-3主梁支承截面的尺寸简图3. 主梁的计算31计算载荷查得半个桥架（不包括端梁）的自重，G = 80000 N则主梁由于桥架自重q 2引起的均布

9、载荷：G 80000q = q 2 = 40 N / cm1 L 2000查表查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:q = 6.5 7 N / cm，取q =6.7N/cmyy由表查得运行机构中央驱动部件重量引起的集中载荷为:G , = 7500 Nd主梁的总均布载荷：q，= q + q =32+6.7=28.7N/cmi主梁的总计算均布载荷：q = p q = 1.1 x 38 .7 = 42 .5 7 N / cm4式中 p冲击系数，查得p =1.144作用在一根主梁上的小车两个车轮轮压值可选用:P = 37000 N;P = 36000 N1 2考虑动力系数p =1

10、.15动力系数。23.2主梁垂直最大弯矩图3-1由下式计算主梁垂直最大弯矩:L B qL + GP + P (xc ) +4 dM( G + P )=max12 l2P + P q4(r+)L 2设敞开式司机操纵室的重量为G = 10000N ,其重心距支点的距离-为01 = 280 cm0将已知数值代入上式并计算可得:M( G + P )=max3400 - 14042 .57 x 3400 + 1.1 x 75001.1 x 10000 x 28042550 + 41400 () +-334002340042550 + 4140042 .574 ( + )34002+ 1.1x 10000

11、 x 280=45 .976 x 10 6N / cm3.3主梁水平最大弯矩图3-2由下式计算主梁的水平最大弯矩:aM = 0.8M(G+p)maxmaxg式中g-重力加速度，g =9.81m/s 2ua = qtq大车起动、制动加速度平均值，查得t = 6 8s，则q50a = 0.1 0.4m / s260 x (6 - 8)M( g，+ p )max不计冲击系数申和动载系数申时主梁垂直最大弯矩由下式计算得:M( G + P)max)+LP + P 4(匸 +Lq L + Gd2么)2G l0 IK 3 + G l0 037000+ 360003400 140( )+340038 .7 x

12、 3400 + 7500237000+ 3600038 .74(+)210000 X 0 33400340010000 x 280 = 22 .5 1 x 10 7 N .cm此得主梁水平最大弯矩:0.1 0.4M = 0.8 x 22 .5 1 x 10 7 x=( 2.7 5 3.6 7)x 10 6 N .cmmax9.8 1=3 x 10 6 N .cmmax34主梁的强度验算主梁中间截面的最大弯曲应力根据下式计算:M（ G + p） M一.G = G+ G = max + max g （G + P）g WWgxy式中 W主梁中间截面对水平重心轴线X-X的抗弯截面模数，其近似x值：h

13、6W =(+ B6)x 31h =(190 x 0.63+ 75 x 0.8) x 190=18620cm 3W 主梁中间截面对水平重心轴线x-x的抗弯截面模数, y其近似值：B675 x 0.8W =（1 + h6） b =（+ 190 x 0.6）x 70 = 9380 cm 3y 33因此可得45 .976 x 10 6 g =186203 x 10 6+= 28 MPa9380由表查得Q235钢的许用应力为:G g220=165 .4MPa1.331.33故 g g g主梁支承截面的最大剪应力由下式计算:Q(G + p)S ” ” T = max t maxI 2 611x 0式中Q

14、（G + P ）主梁支承截面最大剪力，由下式计算得:maxQ (G + P )=maxqL + * G4 d2=42550+ 41400 (3400 - 140340042 .57 x 3 400+ 1.1 x 7 5 0021.1 x 1 0000x (3 400 2 8 0) + _3 400=2453.72N主梁支承截面对水平重心轴线x-x的惯性矩，其近似值:H-W =(xO 290 x 0.63+ 75 x 0.8) x 90 x91 .62=239706cm 3S 主梁支承截面半面积对水平重心线X-X的静距:h 8hB 8h8S = 20x0 +(L +F242290x0.69090

15、0.82xx+ 75 x0.8 x(+ )2422=3841 cm 3因此可得TmaxQ(G + P)S245327 .4 x 3841max= 21 MP aI 28239076 x 2 x 0.6x 0由表查得A3钢的许用剪应力为t = EL = 95 .6MPa，故11V3T max T II由上面的计算可知，强度足够。35主梁的垂直刚度验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下式进行计算:PL31 + a (1 6 卩 2 + 4 卩 4) -148 EIx式中aP 3600厂=0.973P 37001140=0.0413400H=186202191 .6x= 1.

16、8 x 10 62因此可得:37000 x 3400 31 + 0.973 x (1 60 .041 2 + 40 .041 4)48 x 21 x 10 6 x 1.8 x 10 6=0.376cm允许的挠度值由下式可得:L 皿=4.86 cm(A3 级)700700因此36主梁水平刚度验算P L3q L4g+g48 EI 384 EIyy式中P 作用在主梁上的集中惯性载荷 g=(0.01 0.02)u (P+ P)1 2500.01 - 0.02)- x (3700060+ 36000 ) = 608 1216 .7 N作用在主梁上的均布惯性载荷q =( 0.01 0.02 - g50=(

17、0.01 0.02 - - x 38 .760=0.320.64N/cm由此可得:B=3570275x = 3517502cm 31216 x 3400 30.64 x 3400 4= + -g 48 x 21 x 10 6 x 351750384 x 21 x 10 6 x 351750=0.165cm水平挠度的许用值：Lf = 1.7 cmg 2000因此 f 0，故起重机是稳定的。GPif5. 事故案例分析桥机起吊工序在不少企业生产中是不可缺少的重要手段，起吊安全事关 重要，人命关天。据发生事故资料表明：由于施工组织者安全意识淡薄、操作者 存在侥幸心态、单纯凭经验盲目起吊及操作不当引起的

18、人身伤害事故率约占60% 以上，给国家、集体的财产造成损失，给个人和家庭带来不幸。通过剖析典型事 故案例，针对施工组织者、操作者的工作中普遍存在的问题，我们提出防范、减 少发生桥机起吊事故的看法和建议，希望能对遏制桥机起吊事故发生的安全监察 工作有所帮助。5.1事故案例某企业发生一起桥机起吊事故，事故经过是：一台30t/5t桥机在对一件长约 8300mm、宽约3250mm、厚度为120mm、重约25.4t的拼焊钢板进行180翻身 吊运时，由于操作者选用的钢丝绳及卸扣等起吊工具偏小，起吊方法上有误，因 此，当桥机起吊工件呈垂直状态大车行驶约30cm时，承重的039mm卸扣销轴 突然被剪切断开，钢

19、板坠落在焊接平台上，一台焊接设备当场砸损，所幸没有造 成人身伤害的事故。5.2事故原因分析分析这起桥机起吊作业事故时存在的主要问题为：5.2.1忽视安全项目负责人接受此项任务后，因抢工期，只注重了抓生产进度，而未能及时 做好周密的组织工作及明确提出起吊的安全措施。5.2.2斜拉斜吊违章作业操作者安全意识淡薄，一人独自作业，未能认真检查工件上的两只临时吊耳 中心与工件的重心是否一致，对工件在起吊过程中的重心变化考虑不周。用单根 钢丝绳二端通过卸扣与吊耳连接，钢丝绳因起吊过程中的重心变化而在吊钩中发 生滑动，造成工件向一端倾斜。当时起吊的卸扣与钢板成70夹角，起吊重量为 13.5t,由于单根钢丝直

20、接挂在吊钩上和重心偏移，导致夹角突然偏小，使这一端 吊点上的卸扣承重受力突然加大，从卸扣剪断面分析，卸扣与吊耳由起吊时的面 接触形成点接触，瞬间产生的拉力骤增且集中，造成卸扣销轴受力点被剪切拉断。起重机安全操作规程规定，起升钢丝绳要通过吊物的重心，并保持垂直，即 不准斜拉斜吊。如果斜吊，不但会造成超负荷拉断钢丝绳，而且会使重物摆动挤 撞物体和人员，从而引起人身和设备事故。假设要从地面上吊起重量为Q的物体，垂直起吊，钢丝绳张力S只要等于 Q或稍大于Q，重物就可以离开地面。但如果斜拉，钢丝绳将和地面的垂线成一夹角。根据力学原理，作用在钢丝 绳上的拉力S，可分解为使物体垂直向上的力P和水平移动的力F

21、，要使物体吊 离地面，P至少要等于Q。同时F随着夹角的增大而增大。也就是说，斜吊时的 角度越大，在吊同样重的物体时钢丝绳所受的力也越大。所以，如果一个重物垂 直起吊时满负荷，那么斜吊时必然超负荷，甚至会发生钢丝绳被拉断的事故。另外，斜吊时产生的水平分力F，当重物离开地面前还受到摩擦力的影响。 在离开地面的一霎那，将使物体向垂直中心摆动，这就有可能和挂吊人员、周围 作业人员或其他物体挤撞而引起事故。5.2.3违规使用工具操作者缺乏对同一规格而不同材质的卸扣许用负荷相差悬殊的有关知识，仅凭经 验选用了申39mm卸扣。事后取样化验为20Vsup#V/sup钢；按GB1060389 卸扣标准产品有 M

22、 (20Vsup#V/sup)、S (20Mn)、T (35GrMo) 3 种系列， 由20Vsup#V/sup钢或以上钢号锻造后热处理制成。不同钢号的卸扣许用负 荷相差悬殊，如申39mm卸扣起重量分别为6.3t、10t、12.5t。5.3看法和建议为防范、减少起吊过程中的事故和隐患，谈一点看法和建议。(1) 企业施工组织者接到任务，头脑里应确立“安全第一”的思想，把安全生 产放在首位，组织布置生产的同时要强调安全，正确处理当生产与安全发生矛盾 时，生产必须服从于安全的辩证关系，在确保安全的条件下开展工作。在重大作 业中亲自到场，全面负责，切实把安全措施落实到人。(2) 桥机工、起吊工接到起吊

23、任务后，必须严格按照安全技术操作规程，认 真检查所使用的桥机、吊具等完好状况。当发现存在不安全因素时，应立即进行 检修并向有关领导报告；严禁使用不符合安全技术要求的设备、起吊工器具；切 实弄清起吊工作任务、要求；起吊工作严格执行TO不吊”的原则并须2人以上 作业，相互配合，专人指挥。遇到工作暂停或歇工时，不准将起吊重物悬吊在空 中；2台桥机同时起吊1件工件时，应按桥机同步作业额定的安全起重量合理配 置，认真做到不过载，统一指挥，同步运作，协调一致。起吊钢丝绳、工器具等 使用一段时间后，要对磨损、材质疲劳情况进行定期检查，必要时进行强度验证 和材料分析。起吊工作无小事，操作者不能只凭个人经验盲目

24、作业，了解一些材 料学、力学等基本技术知识，提高自身安全技术知识和文化素质，掌握安全操作 技能是十分必要的。(3) 选择合理起吊方案。起吊作业前，应根据作业的目的和要求、工件有关 数据、施工现场情况拟定起吊方案。选取对工件的捆绑方法时，应充分考虑起吊 高度、位置、角度等因素，合理选配起吊钢丝绳的长度、直径，工夹具规格。特 别在重大起吊作业前必须编制起吊方案，并由总工组织有关生产、技术、安监等 专业人员参加的专业会，进行对拟定的起吊方案进行论证，对起吊过程中的疑难 问题提出可行性对策，确定最佳起吊方案；施工单位必须严格按起吊方案要求， 制定重大起吊作业具体安全措施后，方能进行起吊作业，安监、设备

25、部门应进行 现场安全监控；桥机进行重大起吊作业时，应配备专职机修工、电工严密监控桥 机关键部件运行情况，直至起吊作业安全结束。目前存在的普遍现象是专业起吊 人员少，施工组织者、操作者只凭个人经验盲目作业，很少对起吊方案进行研讨， 给桥机起吊作业造成了事故和隐患。（4）选择好安全、合理的工器具。起吊前，应掌握桥机起重的各项参数，核 对工件的图纸理论重量，核算工件的重心位置，要认真仔细检查选用工器具的吊 具性能、范围、起重量，要考虑安全系数等。工件是否有起吊的专用吊耳，专用 吊耳必须由工艺技术人员进行设计，确保吊耳的几何尺寸、强度满足起吊要求， 专用吊耳焊缝符合有关技术标准要求，必要时可用无损探伤

26、的手段对焊缝进行检 查确认，确定焊缝合格后方可起吊。对金加工后的工件进行起吊作业，必须采取 保护措施，可用软材料对起吊总吨位进行保护，以免工件加工面被钢丝绳损伤或 加工后的工件锐角损伤起吊钢丝绳。掌握常用起重吊具负荷的速算方法，对操作 工不断提高自身技能，选配好安全、合理的工器具是必不可少的。以下公式可方 便快捷选配或迅速判断、速算起吊作业的钢丝绳、工器具、设备是否超过额定负 荷，是否符合安全生产要求。a钢丝绳的使用拉力：p=98dVsup2V/sup（N）式中：p一钢丝绳的使用拉 力（N，符合GB606785机构工作组别和吊挂、捆绑用安全规定）；d钢丝绳 直径（mm）。b滑轮与滑轮组的计算公

27、式：p=1.4ndVsup2V/sup（N）式中：p一滑轮允 许载重量（N）； d滑轮槽底直径（mm）； n滑轮的轮数。滑轮组的工作绳数：式中：n滑轮组工作绳数（根）Q起重量（N）； F牵引力（N）； n滑轮 组的阻力系数（nS6时n=1， n6时n=2）。c卸扣（以20Mn为例）使用拉力p=59dVsup2V/sup（N） 式中：p一卸 扣使用拉力（N）； d一卸扣弯环处直径（mm）。如果对链条、白棕绳、安全夹钳、地锚拉力等同样会速算，就可避免盲干, 减少事故发生率，工作起来心里踏实，安全生产就更有把握了。6. 参考文献1 起重机设计手册起重机设计手册编写组，机械工业出版社，19802 机械

28、设计师手册吴宗泽主编，机械工业出版社，20023 起重机课程设计 北京钢铁学院编，冶金工业出版社，19824 工程力学5 工程起重机（第二版）顾迪民编 中国建筑工业出版社，1988 刘云峰.桥式起重机箱形主梁腹板新型结构研究D.昆明：昆明理工大 学，20017 倪庆兴，王焕勇.起重机械嘲.上海：上海交通大学出版社，19908 陈道南，盛汉中起重机课程设计M.北京：北京钢铁学院，198210 堂增宝等主编，机械设计课程设计（第二版）。华中科技大学出版社，199811 材料力学刘鸿文主编 高等教育出版社200312 起重机械安全规程GB60678513 特种设备安全监察条例7.结束语通过做这次毕业

29、论文，让我了解了很多方面东西。搜西安此次毕业论文把大 学三年来的理论知识复习、总结并应用于实践当中，让我对工程机械特别是起重 机有了更深入的了解。从整体结构到各个部件都有了一个全面的认识。此次论文 不但是对我以前学习的一种深入，更是我今后工作的一种理论基础。回顾整个整个做论文过程，从自己确定题目，到自己通过各种方法收集资料, 为论文做准备，再到设计与计算等等。我独立完成了整个毕业论文，其中的内心 感受不是几段文字能表达清楚的，这期间，论文带给我苦闷，也带给我欢乐。在这次毕业论文中，有许多老师给予了指导和帮助，尤其是吴雁平老师，在 这次毕业设计的整个过程中，给了我很大帮助,做为我们的辅导老师，尽职尽责, 一丝不苟。至此，这次毕业论文也将告以段落，但老师的教诲却让人终生难忘，通过 这次毕业论文，不但使我学到了知识，也让我学到了许多的道理，总之是受益匪 浅。尽管我在毕业论文过程中做出了很多的努力，但由于我的水平有限，论文中 的错误和不当之处仍在所难免，望老师提出宝贵的意见。最后，向文中引用到其学术论著及研究成果的学术前辈与同行们致谢！再次向敬爱的老师表示衷心的感谢！