1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上昆明工業(yè)職業(yè)技術學院畢業(yè)（專業(yè)技術）論文橋式起重機主梁下?lián)蠁栴}的預應力矯正法研究與應用姓 名： 葉 濤 學 號： 專 業(yè)： 機電設備維修與管理 年 級： 08 級 指導教師： 張 正 職 稱： 副 教 授 定稿日期：2010年 12月31日橋式起重機主梁下?lián)蠁栴}的預應力矯正法研究與應用2008級機電維修與管理專業(yè) 云南安寧（） 葉濤摘要：橋式起重機主梁下?lián)?，會影響設備正常運行給生產(chǎn)帶來不便，威脅生命財產(chǎn)安全。本文應用預應力處理方法，對某廠5t雙梁行車主梁下?lián)蠁栴}進行了分析計算，提出了修復方案。并在分案計算過程中對預應力矯正法的原理、計算方法及施工步驟進行了必要的研究和

2、闡述。關鍵詞：橋式起重機 主梁下?lián)?預應力矯正 施工統(tǒng)籌前言：橋式起重機在制造時其主梁都有一定的上拱量，在長期適應過程中，由于使用和日常維修等諸多因素的影響，會引起主梁上拱逐漸消失而產(chǎn)生下?lián)希瑢е轮髁喊l(fā)生永久性變形，從而影響橋式起重機正常工作。為了安全生產(chǎn)、避免浪費、減少修理時間，確保起重機正常運行。通過對主梁下?lián)显蜻M行分析，積極采取預應力矯正法對主梁進行修復，恢復上拱。起到延長橋式起重機使用壽命，降低運行成本的目的。下面結合昆鋼棒線廠普線車間5t橋式起重機（以下簡稱棒線廠5t行車）主梁下?lián)系漠a(chǎn)生原因、影響和預應力修復方法進行分析、計算。1、橋式起重機主梁下?lián)系脑蛟斐芍髁合聯(lián)系脑蚴嵌喾矫?/p>

3、的，有制造、運輸、安裝和使用等。對棒線廠5t行車而言，可大致歸納為以下幾個方面：1.1超載（超負荷）及不合理使用：超載及不合理使用是主梁下?lián)系闹饕蛑?，實際生產(chǎn)中為趕工期、搶時間、抓生產(chǎn)，采取“超負荷、歇人不歇機”等，致使主梁局部應力超過屈服極限，從而導致主梁變形下?lián)稀?.2橋式起重機環(huán)境溫度的影響：環(huán)境溫度高，則主梁內應力均勻化過程易進行。另一方面，受熱引起材質的變化和最大復合應力超過許用值，即達到或超過材料的屈服極限，造成的主梁下?lián)稀?.3主梁結構內應力影響：箱型主梁都是焊接性結構，由于焊接過程中局部加熱造成焊縫及附近加熱區(qū)金屬收縮，產(chǎn)生殘余應力，由于工作應力和殘余應力疊加，結構的局部

4、應力超過屈服極限，從而導致局部塑性變形。另外，由于自然時效，使主梁結構中殘余應力在使用過程中均勻化，從而使主梁出現(xiàn)永久性變形。1.4起重機不合理存放，搬運，安裝，起吊等都會造成起重機主梁下?lián)稀?、下?lián)蠈ζ鹬貦C的影響2.1對小車的影響：隨著主梁下?lián)铣潭鹊牟煌?，會形成“三條腿”現(xiàn)象。同時，又會引起主梁的水平彎曲（旁彎），主梁向內彎曲時使小車軌距減少，軌跡減少至一定值時出現(xiàn)嚴重的啃軌、翻車現(xiàn)象等。2.2對小車運行的影響：小車軌道會隨著主梁下?lián)弦黄鹱冃危≤囉芍虚_往兩端時，要克服運行阻力和外加阻力。嚴重下?lián)系男≤囓壍?，其運行機構的電機易燒壞。小車向中間運行時會出現(xiàn)“溜車”、速度加快、不能準確停車等現(xiàn)象

5、，甚至發(fā)生事故。2.3對大車的影響：主梁下?lián)蠈勾筌囘\行機構的傳動軸、支架及結構一起下移，傳動軸彎曲嚴重時，會損壞軸頸，甚至引起聯(lián)軸器的牙齒折斷，連接螺栓斷裂等。2.4對主梁結構的影響：使主梁下蓋板和腹板的受拉區(qū)應力達到屈服極限，甚至使下蓋板及附近的腹板上出現(xiàn)裂紋吧，脫焊現(xiàn)象。3、預應力矯正法處理主梁下?lián)系脑眍A應力矯正法是指構件在工作之前引進的應力，這個應力使構件與造成下?lián)系墓ぷ鲬Γㄍ廨d荷）方向相反，從而抵消部分或全部工作應力，達到主梁向上彎曲恢復上拱的目的。處理橋式起重機主梁下?lián)铣２捎妙A應力矯正法，在主梁下部焊接支座，穿上冷拉及時效的預應力鋼筋（預應力鋼筋經(jīng)過冷拉強化和時效的好處：鋼筋

6、的屈服極限提高了；經(jīng)過冷拉考驗了焊接質量；消除了內應力，圖3-1a）。對鋼筋進行張拉便可使主梁上拱。預應力矯正法容易控制上拱程度，對施工人員技術要求不太高，修復周期短、效果好，拱度一般較穩(wěn)定。預應力矯正法原理：是在主梁下蓋板兩端焊上兩支承架，之后把若干兩端帶有螺紋拉桿穿過支撐架。擰緊張拉螺母（相當于給支座一個外力，用F表示，如圖3-1b）。根據(jù)力的平移原理，把力F移到主梁中性線上A、B兩點，并在兩點對應加上大小相同方向相反的力F1=F2=F,如圖3-1c，F(xiàn)1與F2形成力偶M,如圖3-1d。在左右各力偶M的作用下，使主梁產(chǎn)生上拱，如圖3-1d虛線部分。圖3-1預應力矯正法原理圖應用預應力較正法

7、處理，即修復后主梁造成的應力正好和外載荷作用于主梁的應力相反，這個應力將抵消一部分由外載荷作用下產(chǎn)生的拉應力。因此施加預應力鋼筋在主梁下部，相當于增加了斷面積，提高了主梁承載能力。下面會著重介紹預應力矯正法的處理計算過程。4、下?lián)咸幚碛嬎?.1矯正量的確定 （） （4-1） 式中矯正后主梁應達到的上拱值，由于預應力鋼筋本身增加了主梁截面積，故不必滿足橋式起重機出廠時原始上拱量的要求，一般取，為主梁跨度。橋式起重機主梁中點的下?lián)现?。這個數(shù)值用水準儀或掛鋼絲法測得，拉絲法較簡單，而錘重則根據(jù)跨度來定，以1015為宜。主梁任意一點鋼絲撓值計算： = （） （4-2）式中線錘重量（）； 鋼絲單位長度的

8、重量（）；所求撓度處至掛架的距離（）；4.2主梁無活動載荷時的上拱量的確定。根據(jù)莫爾公式求撓度 （圖4-1） 式中預應力鋼筋內力為單位力時，主梁產(chǎn)生的反彎矩，=1； 在主梁中間有一向上單位力時，主梁任意截面上的反彎矩，=。所以 （） （4-3） 式中、見圖4-1()； 預應力鋼筋距主梁截面軸的距離（）； 主梁的彈性模數(shù)（MPa）；主梁繞軸的慣性距（）。4.3所需預應力鋼筋的拉力計算 （KN） （4-4）4.4每根主梁所需預應力鋼筋數(shù) （4-5）式中 為預應力鋼筋許用拉應力（）； 為預應力鋼筋截面面積（）； 安全系數(shù) 。4.5支承架立板厚度計算 （4-6）4.6單孔受剪切面積 （） (4-7)式

9、中立板許用剪切應力。4.7立板厚度計算 (） (4-8)式中為螺母與立板接觸處立板上圓的直徑。即預應力鋼筋的材質、根數(shù)、直徑以及支座的設計均根據(jù)的大小來決定。4.8小車滿載停于主梁中部時，預應力鋼筋受到附加力，其增值的計算，根據(jù)變形相等原理列出下式： (4-9)式中 鋼筋拉力增值引起鋼筋拉長變形量； 鋼筋拉力增值引起主梁壓縮變形量； 鋼筋拉力增值引起主梁上拱后，鋼筋變形量減少值； 小車輪壓引起主梁下?lián)鲜逛摻罾L的變形量。 圖4-1 圖4-2其中:（1）計算 ，見圖4-2 。根據(jù)莫爾公式求轉角； ） （） （4-10）式中小車最大輪壓（KN）； 小車輪距。由于相對來說佷小，故忽略不計。于是： （

10、） （4-11）（2）計算 （） （4-12）式中預應力鋼筋彈性模數(shù)（）；（3）計算 （） （4-13）式中主梁橫截面積（）。（4）計算 （） （4-14）4.9預應力鋼筋總內力（即為）和最大應力的計算 (4-15) (4-16)4.10支座焊接的計算 先計算焊縫最大剪切力；計算焊縫最大彎矩。式中 預應力鋼筋中心至主梁下蓋板焊縫間的距離。 最大焊接應力： (4-17)式中焊縫有效截面積； 焊縫抗彎截面模數(shù)； 焊接許用剪切力。4.11施工張力計算 當預應力鋼筋數(shù)目較多時，在施工中很難對鋼筋同時張緊。在這種情況下，由于主梁是彈性體，當張拉某一鋼筋時勢必影響已經(jīng)張拉好的鋼筋內力，使其性能有所降低。為

11、使每根鋼筋的張力最后相等，對每根鋼筋依次施加不同的張力，這個張拉叫施工張力。則有第根鋼筋獲得的張力： （KN） (4-18)式中 預應力鋼筋數(shù)。根據(jù)預應力鋼筋變形相等可列出下式： （4-19）式中 當?shù)诟摻顝埨瓡r，引起以拉好的（-1）根鋼筋的張拉力消失，將上式移項化簡得： （4-20）令： （4-21）每根預應力鋼筋的張力損失為 （KN） （4-22）根據(jù)第（-1）根鋼筋的張力等于第根鋼筋的張力加上每根鋼筋損失的張力，可列通式： (3-23)整理可得： （KN） （1、2-1） (3-23)5、應用實例昆鋼棒線廠普線車間由于建年早，原設計安裝負擔收集和轉運出倉重任的5t行車，隨著產(chǎn)量的提高，

12、不但經(jīng)常處于超負荷狀態(tài)，而且所處位置又在高溫環(huán)境中，而造成的起重機主梁下?lián)稀Ｏ旅婢桶艟€廠5t行車為例，介紹橋式起重機主梁下?lián)蠁栴}的分析、處理計算及修復方法。5.1原始數(shù)據(jù)主梁尺寸：如圖5-1主糧材質：Q =210GPa起 重 量：=5t小車參數(shù)：車輪數(shù)=4 重 量=2.655t 跨 度=1400 5.2實數(shù)下?lián)现祩鲃恿海ㄒ訟為標志）：導電梁（以B為標志）：5.3主梁上拱要求量 5.4總矯正量計算 5.5主梁截面圓形幾何參數(shù)計算主梁斷面積：截面形心位置：主梁慣性距： 5.6預應力鋼筋張拉力計算考慮到施工取條件， (如圖5-2) =5.7預應力鋼筋的選擇每個主梁所需預應力鋼筋數(shù)為方便施工和考慮修復

13、后使用過程中有足夠應力，取立板厚度計算 (KN) 查起重機械設計手冊、機械零件設計計算實例得MPa，=170MPa,=200GPa, 560MPa,即兩主梁均選擇材質為16MnSi，并經(jīng)過冷拉時效處理的36mm螺紋鋼筋各三根，立板厚度取，則：=, 。8.施工張力計算 列表求每根鋼筋的施工張力： 項目 內容導電梁傳動梁計算公式及結果 9.增力的計算小車的最大壓的計算： 式中啟動提升系數(shù)，經(jīng)對該起重機實測 =1.131.15。 10.預應力鋼筋總拉力N總及最大應力max計算導電梁： 傳動梁： 因為：16MnSi的=320MPa, =450MPa（經(jīng)過冷拉），所以：預應力鋼筋強度足夠。11.焊接強度

14、計算 主要計算主梁下蓋板與背板間的焊縫，這條焊縫采用腳焊。支座外最大剪力：支座外最大彎距：焊 角 寬 度：焊 縫 長 度： （圖6-1可得）焊 縫 面 積：焊接抗彎斷面模數(shù)：最大焊接應力： 一般焊縫=70MPa，支座焊接強度通過。12.支座的主要設計.支承架如下圖5-3所示（單位），支承架由立板、筋板和底板焊接（單面角焊）而成。底板的寬度應略寬，立板為主要受力件一般較厚，底板的厚度與主梁的厚度相等，筋板間距與拉桿中心距相等。 圖5-3支座圖.預應力鋼筋預應力鋼筋一般用45鋼制作，經(jīng)調制處理。端桿的螺母分為工作螺母和防松螺母，由于拉桿張拉時應力往往會超過設計應力。因此，工作螺母要求較厚，一般厚度

15、65為宜。防松螺母作用是防止工作螺母松動或拉桿斷裂而設置，一般用鋼制成。而每一個由3根短鋼筋通過套筒連接而成，連接裝配圖如5-4所示。圖5-4裝配圖 圖5-5托架圖.托架托架是為了防止或減少起重機運行過程中拉桿的抖動而設置的，一般1主梁設置3個，托架不引許焊在主梁腹板上，只能與下蓋板焊連（如圖5-5）。6.預應力矯正法操作程序與施工統(tǒng)籌圖 圖6-1施工統(tǒng)籌圖6.1預應力矯正法操作程序1.圓鋼下料，取樣試驗。防止混入不合格鋼種，必須取樣試驗。實驗項目是鋼材的屈服極限、強度極限和冷拉率。2.制作端桿及螺母，冷拉及時效。冷拉采用雙控，控制應力和冷拉率。3.停車，停電。4.在地面搭吊架。預應力鋼筋放在

16、吊架內，長端桿放于司機室端。5.在兩住梁間焊的角鋼橫撐10根。以防處理下?lián)线^程中發(fā)生旁彎。6.焊支座，托架均用T422,d=4焊條。7.穿預應力鋼筋。先穿司機室對面支座，再用套筒依次連接。8.施加張力，按圖5-5中次序張拉。在張拉過程中要檢查主梁各部位焊縫有無發(fā)生裂開現(xiàn)象，施張過后將兩端背帽焊死。9.施工過程中用拉線法測下?lián)霞吧瞎傲?，有條件的用激光水準儀。10.負荷實驗。按額定負荷及超載25%測主梁下?lián)?，并做提升動力系?shù)的測定。6.2施工步驟如圖6-1所示：結束語修復時必須做好“預應力鋼筋的冷拉工序”，冷拉是將鋼筋拉力超過屈服點，是鋼筋產(chǎn)生塑性變形，但不要達到強度極限。經(jīng)過冷拉，不但提高了屈服

17、極限，還可以把鋼筋的許用應力提高，預應力鋼筋冷拉還可以考驗焊接質量及端桿材質。此次修復棒線廠5t行車，從停電停車到恢復上拱只用里22h，施工順利且還有上拱潛力。同時，提高了起重機使用壽命，提高了生產(chǎn)，排除了安全隱患為今后正確使用和維護橋式起重機提供了理論依據(jù)。通過橋式起重機下?lián)蠁栴}預應力矯正法處理的探討和研究，增長了知識、鍛煉了自己，初步掌握了如何針對設備實際問題進行現(xiàn)場調研，收集、歸納并整理資料的技術設計方法，對今后學習工作受益匪淺。參考文獻：機械零件設計計算實例 梁正強 主編 中國鐵道出版社出版 1989年北京 第5665頁冶金機械安裝與維修 谷士強 主編 冶金工業(yè)出版社出版 1995年北京 第7282頁起重機械設計手冊 起重機