作者：付荣柏编著
出版社：中国铁道出版社
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起重机钢结构制造工艺(第三版)试读：
内容简介
本书论述了起重机钢结构制造工艺的基本理论、主梁桥架变形规律理论计算及控制变形方法，并介绍桥式、门式类型起重机主要结构件工艺及部件整体组装研配工艺、检测方法、火焰矫正等。该书第三版增加了钢材焊接材料、偏轨箱形主梁和集装箱起重机制作等工艺内容。
本书供从事起重机钢结构和普通钢结构设计、制造工艺、检验等技术人员和生产维修人员阅读，也可供有关科研院所、高等院校、中等专业学校有关师生参考。
第三版前言
从新中国诞生，我国生产起重机已有60年历史。1949年大连起重机器厂（现大连重工起重集团有限公司）生产我国第一台桥式起重机，1953年该厂就能生产多种类型的起重机，如起重量5t、10t、15/3t、20/5t、30/5t，跨度11～32m吊钩桥式起重机；还能生产抓斗、电磁、淬火、冶金等起重机。但是由于建国初期我国技术落后，缺乏起重机设计制造工艺技术人才，1953年前苏联派技术专家米列奇和各里白尼柯夫来到大连起重机器厂指导起重机的设计和制造工艺。由于生产技术问题较多，1955年他们又派米哈依洛夫和莫赫夫二位专家帮助大连起重机器厂编制审查起重机主梁工艺方案。1960年苏联撤走专家，我国企业开始自力更生，攻技术难关。
20世纪六七十年代，我国生产起重机的企业主要是国营企业，有大连起重机器厂（一机部直属企业）、太原重型机器厂（一机部直属企业）、洛阳矿山机器厂（一机部直属企业）、上海起重运输机械厂、银川起重机器厂、铁岭地区开原起重机厂、营口起重机厂和上海港口机械厂等企业。各厂生产起重种类型不同，但主要是通用桥式、门式起重机，有吊钩、抓斗、电磁、挂梁、绝缘、防爆等类型起重机，还有用于铸造、锻造等的冶金起重机，上海港口机械厂生产港口门座起重机等。20世纪80年代后，我国起重机制造业发展很快，全国各地兴建许多起重机生产企业，企业的规模大小不一，有的企业人数不到100人；主要依靠配套，设备条件也不一样。起重机生产企业仅大连就有几十家。现在我国能生产各种类型的起重机如应用于一般机械制造厂车间、用于冶炼厂各车间的起重机，有用于港口的集装箱起重机，用于核电站的起重机等。起重量可达几百吨，跨度可达100m的大型起重机。
起重机钢结构与其他钢结构不同。起重机钢结构如主梁，上面有载重小车运行，主梁承受交变载荷，必须具备足够的强度和刚度，保证起重机安全可靠，平稳运行。如果一旦出现起重机质量事故，轻则停产修理，耽误车间的作业；重则造成设备毁坏、人身伤亡事故。《起重机钢机构制造工艺》是起重机钢结构制造的专业科技著作。
本书作者从事起重机钢结构制造工艺工作40余年，参加过起重机技术攻关、科学试验、产品质量行业创优、产品用户访问等活动。并赴国外技术考察，引进消化国外技术国产化以及与国外技术合作生产起重机等工作。书中论述了起重机钢结构制造的基本理论，如起重机主梁焊接变形、日照温度变形的基本规律及理论计算，以及控制焊接变形具体工艺措施。书中较详细介绍了起重机钢结构生产中普遍存在的主梁腹板倾斜超差（即扭曲）、主梁腹板波浪超差和主梁下挠等问题，并通过一些实例讲述控制的措施，对已发生的焊接变形，提出具体的火焰矫正方法。
本书第一版由中国铁道出版社外聘起重机专家夏宏身负责审查，该书于1991年出版，填补了我国起重机钢结构制造工艺专著的空白，曾受到起重机制造行业技术人员的好评，荣获1978～1996年年度大连市优秀著作奖。该书也于1996年再版。作者退休后，又在当地起重机制造厂专门从事起重机钢结构制造技术咨询工作十余年，进一步加深了对起重机钢结构有关问题的研究。
根据现在起重机制造业发展的需要及读者反映，本次修订对原版进行了修改和补充，主要有起重机钢轨的焊接、起重机钢结构使用的钢材和焊接材料、偏轨箱形梁工艺要点、集装箱起重机组装研配工艺、半成品结构件和桁架结构件的火焰矫正等内容。
本书作者已步入古稀之年，为将一生奋斗的科技成果和实践经验传承下来，特修改补充本书，供读者参考。作 者 2010年3月24日
第一章概论
起重机钢结构是起重机的重要组成部分，约占起重机总重量的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。掌握起重机钢结构的制造工艺，对于保证起重机产品的质量、提高生产效率、降低生产成本具有十分重要的意义。
第一节
起重机钢结构的种类和特点
桥式类型起重机是应用最为广泛的一种起重机，其钢结构在制造技术上很具有典型性。掌握了它的制造技术，对于其他起重机的钢结构（例如臂架，塔架等）的制造都可借鉴，不难举一反三。
桥式类型起重机钢结构可分为桥架、门架和小车架等。
一、桥 架
通常把桥式起重机的主梁与端梁等部件组成的结构称为桥架。门式起重机和装卸桥等主梁和上横梁等部件组成的上部结构也称为桥架。（一）正轨箱形梁桥架
正轨箱形梁桥架系由两根主梁和两根端梁构成。主梁外侧另设有走台，如图1-1所示。
钢结构的特点：
1.主梁与端梁通过连接板焊接在一起形成刚性结构。为运输方便在端梁中间设有接头，通过连接板和角钢使用螺栓连接。这种结构运输方便，安装容易。
2.小车轨道通过焊在主梁上的压板固定于盖板中央，故称正轨箱形梁。这种主梁上部焊缝较多，制造过程中主梁变形量较大。
3.工艺性好、主梁、端梁等部件可采用埋弧焊和自动气体保护焊，生产效率高。尤其箱形梁桥架比四桁架的高度小，适用于厂房和仓库内使用。图1-1 正轨箱形梁桥架1—主梁；2—端梁；3—轨道；4—走台（二）偏轨箱形梁桥架
偏轨箱形梁桥架是由两根偏轨箱形梁和两根端梁构成。
钢结构的特点：
1.小车轨道是安装在上盖板边缘主腹顶处，如图1-2所示。小车轮压直接作用在主腹板上。
2.偏轨箱形梁的高度与正轨箱形梁一样，但高、宽比很接近H∶B=1～1.2。这种结构形式，主梁的刚度比正轨箱形梁大。主梁在制造过程中，焊接下挠变形量也较小。图1-2 偏轨箱形梁桥架
3.由于偏轨箱形梁系宽形梁，可以省掉走台，使制造简化。（三）偏轨空腹箱形梁桥架
偏轨空腹箱形梁桥架的结构与偏轨箱形梁桥架基本相似，只是副腹板上开设许多带镶边的矩形孔洞，如图1-3所示。
钢结构的特点：
1.偏轨空腹箱形梁由于在副腹板开孔，既能减轻自重，又能使梁内通风散热，对梁内放置运行机构和电气设备提供了有利条件，同时增加梁内亮度，便于维修。桥架外观也颇为美观。
2.制造比偏轨箱形梁麻烦费工，偏轨空腹箱形梁结构在冶金起重机上应用较多。（四）单主梁桥架
单主梁桥架采用一根主梁。与小车轮的布置相应，主要有垂直反滚轮单主梁、水平反滚轮单主梁和梯形单主梁，如图1-4所示。图1-3 偏轨空腹箱形梁桥架图1-4 单主梁截面形式
1.垂直反滚轮单主梁，主梁制造工艺性同偏轨箱梁一样。用户使用维修方便。但小车的垂直轮压较大，适用于起重量较小的起重机。
2.水平反滚轮主梁，小车的垂直轮压始终等于小车及载荷重，适用于起重量较大的起重机。缺点是吊钩一侧的水平滚轮不便于维修和更换。
3.对称轨道的梯形主梁，由一根主梁代替两根主梁的作用。虽然梁的截面大些，但比双梁制造成本要低得很多。
这种结构形式适用于起重量较大，跨度较大的门式起重机或装卸桥。（五）四桁架桥架和单腹板开式桥架
四桁架桥架是由主桁架、副桁架、上水平桁架和下水平桁架以及箱形端梁构成，横截面设置斜支承以保持空间结构几何不变，参见图1-5。上水平桁架表面一般都铺有走台板。在桥架适当部位配置机电设备。图1-5 四桁架桥架
钢结构特点：
1.四桁架桥架比一般其他形式的双梁桥架轻。
2.四桁架桥架制造时焊接变形较小，容易控制。
3.四桁架桥架杆件较多，制造工作量较大。
4.四桁架桥架占空间较大，厂房高度要求较大。
除大跨度门式起重机或装卸桥采用四桁架结构外，其他应用已日趋减少。
单腹板开式结构桥架在技术要求上与四桁架式桥架有很多共同处。其特点是自重小、制造简便，但由于水平刚度和抗扭刚度小，上翼缘主焊缝开裂比较普遍，现已很少生产。（六）主端梁栓接桥架
电葫芦单梁桥式起重机现多采用焊接∏形梁（或模压∏形梁），下部焊接工字钢的结构形式。对上述桥架及起重量为5～125t的双梁偏轨箱形梁桥式起重机，主梁与端梁也可采用螺栓连接，如图1-6所示。
钢结构特点：
1.主梁、端梁单独制造，便于机械化生产，生产效率高，成本低。
2.运输较方便，尤其海上运输，占空间小，运费低。图1-6 主端梁栓接桥架
这种结构形式在国外应用比较普遍，如德国德马克公司威特起重机厂生产的5～125t通用桥式起重机就采用这种结构形式。
二、门 架
门架包括上部结构——桥架、下部结构——支腿、拉杆和走行梁（下横梁）等。常见的有以下几种。（一）电葫芦单主梁门式起重机门架
其上部结构为桁架（或模具压制成∏形梁），下部焊一根工字钢，以便悬挂电葫芦，如图1-7所示。其结构简单，制作容易。图1-7 电葫芦单主梁门式起重机（二）小车式单主梁门式起重机门架
根据支腿的结构形式不同分为两种：
1.L形单主梁门架。上部结构为单主梁；支腿制成L形，截面为箱形，支腿与主梁、支腿与走行梁连接均采用法兰板连接，如图1-8所示。图1-8 L形单主梁门架
2.C形单主梁门架。上部结构为单主梁，支腿制成C形，截面为箱形。支腿与主梁、支腿与走行梁连接均采用联接板栓接，如图1-9所示。图1-9 C形单主梁门架（三）双梁门式起重机门架
其上部结构与桥式起重机的双主梁桥架基本相似，如图1-10所示。门架支腿结构形式与主梁结构形式是相协调的，当主梁采用桁架式，则支腿也相应采用桁架式的。通常主梁采用箱形结构，支腿采用箱形或管形结构。图1-10 双梁门式起重机门架（四）装卸桥门架
装卸桥与门式起重机并无严格区别，它们的结构和受力情况相似。装卸桥钢结构的特点是跨度较大（S>35m）；门架有两条支腿，一条为刚性支腿，另一条为挠性支腿，如图1-11所示。装卸桥门架有两种形式：
1.板结构形式，如箱形截面结构和梯形截面结构等。
2.桁架结构形式，这种结构自重轻，制造过程焊接变形小。图1-11 箱形装卸桥门架（五）岸边集装箱起重机结构架
岸边集装箱起重机应用于港口岸边，从海上船舶向岸边场地吊运集装箱的专用门型起重机，上部结构由主梁、臂架梁、支承梁和A形架等组成的上部桥架结构，下部结构门架由支腿、门梁下横梁和拉杆等件组成门型架，如图1-12所示，臂架梁与主梁为铰接。起重机工作时臂架梁与主梁水平连接成一体，起重小车沿臂架和主梁轨道运行；起重机非工作时，臂架梁向空中竖起，整个结构比较高大。图1-12 岸边集装箱起重机结构架1—臂架梁；2—主梁；3—支腿；4—下横梁；5、6—前拉杆；7、8—后拉杆；9—拉杆；10—门梁；11—上横梁；12—A形架腿；13—支承梁
三、小车架
小车架由于外形比桥架小，通常把它当成一个独立部件来生产。
小车架按结构形式，可分为两种，一种是双梁起重机小车架，另一种是单主梁起重机小车架。
双主梁起重机小车架如图1-13所示，由纵梁1、2、3和走行梁4、5组成。纵梁多为焊接的箱形梁或工字梁。走行梁为焊接的箱形梁。纵梁和走行梁也可采用模压型，如图1-14所示，小车轮轴承直接嵌入在梁的两端，结构较轻。尺寸较大的小车架，需按运输要求分段制造，采用螺栓或铆接联接。小车架上的电动机、减速机、制动器和轴承等支座，通常先加工，装配时焊接。图1-13 双主梁式小车架1、2、3—纵梁；4、5—走行梁图1-14 模压双主梁式小车架
单主梁门式起重机小车根据起重机车轮支承情况可有多种形式。最常见的垂直反滚轮式如图1-15所示。这种小车架可分成两部分：上部车架和下部支腿。支腿上座板与小车架非吊具侧下部用螺栓联接。水平反滚轮式小车架与垂直反滚轮式小车架结构相似，但支腿在小车架吊具一侧，如图1-16所示。图1-15 垂直反滚轮式小车1—上部车架；2—支腿图1-16 水平反滚轮式小车架1—上部车架；2—支腿
第二节
起重机钢结构技术要求
一、主梁上拱度及上翘度
主梁沿梁长方向以跨端连线为基准，跨中的预制向上拱起值称为跨中上拱度，简称主梁上拱度，用“F”表示，如图1-17（a）所示。门式起重机和装卸桥等起重机的跨外悬臂部分，沿悬臂长度方向，同样以跨端（支腿处）连线为基准，悬臂端向上翘起值称为主梁悬臂端上翘度，简称主梁上翘度，用“F′”表示，如图1-17（b）所示。图1-17 主梁上拱度和上翘度
主梁制造时，从下料开始就要制出上拱度和上翘度，不允许强制起拱（翘）。如若主梁的上拱度是靠主梁下部焊缝集结力形成的，则主梁经过长期使用及自然时效，焊接形成的局部纤维收缩逐渐伸长，内应力消失，而形成主梁下挠。选择制造主梁上拱度各国标准都不一样。如果设计时，主梁的刚度较大，焊缝尺寸较小，主梁上拱值可取得小些。德国德马克公司威特起重机厂桥式起重机偏轨箱形梁较正轨箱形梁刚度大，焊缝尺寸又较小，焊接内应力小，该公司起重机制造标准中规定重型起重机主梁上拱度为。国标GB/T 14405—1993《通用桥式起重机》、GB/T 14406—1993《通用门式起重机》两个标准中规定桥架组装后，主梁上拱度；主梁悬臂端翘度F′=。
二、主梁水平弯曲
主梁水平弯曲是指主梁在水平方向的弯曲，用“f”表示，如图1-18所示。当主梁向走台侧弯曲为外弯，以“+”号表示；相反主梁向吊具方向弯曲为内弯，以“-”号表示。图1-18 主梁水平弯曲
国标GB/T 14405—1993《通用桥式起重机》中规定，桥架组装1后，主梁允许水平弯曲f：正轨箱形梁，其中S 为实测距离。Q≤50t的正轨箱形梁只允许凸弯向走台侧。对于偏轨箱形梁、单腹板及桁架，前者由于梁宽，水平刚性较大，较易控制水平弯曲；后两种形式考虑到小车轨距及小车轨道中心线对梁腹板中心线的偏移差不得过大。应满足第八条、第十一条的规定。对正轨箱形梁不得超过20mm，且弯曲方向必须向外；对偏轨箱形梁、桁架梁及单腹板梁最大不得超过15mm。两个标准都规定水平弯曲应在离上盖板约100mm的腹板处测量。
三、主梁腹板波浪度
主梁腹板波浪度是主梁腹板有向内和向外凸凹不平的波浪变形，简称腹板波浪。
主梁腹板波浪对主梁的刚度、强度和腹板稳定都有影响。主梁腹板上部和下部有波浪变形，相当于这部分纤维有松弛现象；当主梁承受负荷后，只有其他纤维被拉长变形后，松弛的纤维才拉直而参与工作，因此影响主梁的刚度、强度和腹板的稳定。
另外，当主梁喷涂油漆后，波浪变形相当明显，影响表面质量。
主梁腹板波浪度各国都有不同的规定，我国的上述两个标准都规定主梁腹板波浪度以测量长度1m，其最大波峰离上盖板H/3以内的区域≤0.7δ（δ为腹板厚），其余区域≤1.2δ，如图1-19所示。图1-19 主梁腹板波浪区域示意图
四、主梁盖板水平偏斜和腹板垂直倾斜
梁的组装焊接过程中，由于板件装配误差和焊接变形，使梁盖板偏斜和腹板倾斜。当梁产生扭曲变形时，沿梁长不同的截面将有相对的盖板偏斜和腹板倾斜，如图1-20所示。图1-20 主梁盖板偏斜和腹板倾斜
国标规定，桥架主梁和双梁门架主梁上盖板偏斜（B为盖板宽度）。箱形梁腹板垂直倾斜h，但对于单腹板梁及桁架梁垂直倾斜，测量应在长筋板或节点处。
五、同截面小车轨道高低差
两根主梁同一截面轨道高低不平将使小车倾斜，引起受力和运行状况的恶化。如各截面上高低差相差较大，而主梁和小车架的变形不足以补偿时，小车的四个轮子会有一个悬空，使其余三个车轮的轮压增大。如果这个车轮是主动轮，这个车轮不接触轨道空转，而另一侧主动车轮接触轨道运行，形成车体歪斜，引起啃道。因此有必要限制同截面小车轨道的高低差Δh。GB/T 14405—1993《通用桥式起重机》规定，当轨距K≤2m时，Δh≤3mm；如图1-21所示。图1-21 同一截面小车轨道高低差
当2m 六、桥架组装焊接后跨度 起重机大车的跨度（从大车轮量出）过大或过小，与起重机的轨距不相匹配，会使起重机大车运行夹轨或啃道。由于所铺设的大车轨道跨度与起重机车轮测出的跨度都有误差，此外气温的变化也会引起起重机跨度的变化（对大跨度更为显著）。因此起重机大车车轮的中心很难对准轨道中心。大车车轮的踏面宽度一般比轨道顶部宽度大20～30mm，即用来补偿上述偏差。 国标GB/T 14405—1993《通用桥式起重机》，对桥式起重机角型轴承箱装车轮的结构大车车轮跨度允许偏差规定为±5mm，相对差小于5mm。由于组装角型轴承箱时有一定的调整量，因此由弯板中心线测出的桥架跨度允许偏差为±8mm，主、被动两边跨度的相对差不大于8mm，如图1-22所示。 对于可分离的端梁，通常是机械镗孔。 标准规定 S≤10m时，ΔS=±2mmS>10m时，ΔS=±[2+0.1（S-10）] （mm） 对于门式起重机，由于支腿的刚度是有限的，大车夹轨的可能性12相对小一些，标准规定从车轮处量出的跨度，当S 、S ≤26m时，1212允许偏差±8mm；相对差|S -S |不大于8mm。当S 、S >26m时，12允许偏差±10mm；相对差|S -S |不大于10mm。图1-22 起重机桥架跨度、对角线示意图 七、桥架对角线 假若大车跨度相等，轮距也相等，如对角线偏差大，则四个走轮形成一个平行四边形，即同是主动轮或从动轮一前一后运行，易引起大车车体倾斜，形成啃道和噪声。为使车轮一“齐”运行，大车跨度有允许偏差控制，走行梁轮距单独制造走行梁时要控制，则车轮的对角线偏差也要控制。因为车轮对角线偏差不好测量，因此以测量桥架对角线来代替。 为控制不影响起重机性能的对角线允许偏差，我国标准规定，桥12架及双梁门架对角线差|D -D |不大于5mm，如图1-22所示。对单主梁门式起重机桥架没有提出要求。
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