起重机械金属结构

起
重机械金属结构
目录
1、典型金属结构的识别
2、主要受力焊缝及缺陷（裂纹）的识别
3、金属结构件螺栓和销轴连接型式及常见缺陷
、典型金属结构的识别（一）授课要求：
1、了解起重机械（桥、门式起重机、塔式起重机、门座起重机等）的主要组成；
2、了解（薄壁箱型结构、桁架结构）主要受力结构件基本型式、组成、作用及基本要求，受力模式，材料选用原则等；
3、了解主要受力构件缺陷（失稳、腐蚀、裂纹、变形）及报废条件。

4、了解《起重机械安全监察规定》中主要受力结构件的制造要求（二）情景例题
1、根据下图（通用桥式起重机薄壁箱型结构图）指出各序号所指结构件名称，并根据图中轨道布置位置说出该主梁的型式。

①和② 的作用分别是什么起重机主要受力结构件可否委托加工，有何规定
参考答案：
①大加筋板（横向加劲肋）②小加筋板（短横向加劲肋）③上盖板④水平加筋板（纵向加劲肋）⑤腹板⑥下盖板
型式：正轨箱型梁①大加筋板的作用：保持腹板的局部稳定性。

②小加筋板的作用：使小车的轮压更直接地传到腹板上去，并进一步增加腹板的局部稳定性。

制造单位不得将主要受力结构件（主梁、主副吊臂、主支撑腿、标准节，下同）全部委托加工或者购买并用于起重机械制造。

主要受力结构件需要部分委托加工或者购买的，制造单位应当委托取得相应起重机械类型和级别资质的制造单位加工或者购买其加工的主要受力结构件并用于起重机械制造。

2、如图为桥式起重机主梁结构图。

请问为什么主梁端部下盖板向上
倾斜水平加筋板的作用并说明一般情况下上、下盖板的厚度有什么不同，为什么
答：为了减轻重量，根据主梁的受力特点做成等强度梁，则腹板的下
边和下盖板应做成抛物线形。

但为制造方便，通常腹板中部为矩形，两端做成梯形，同时使下盖板两端向上倾斜。

水平加筋板也是为了增加腹板的局部稳定性。

同时也有利于对腹板不平度的控制。

一般情况下上盖板厚度大于下盖板，因为上盖板受压，下盖板受
拉，由于上盖板受压要考虑受压构件的局部稳定性，即考虑稳定系数，所以一般情况下上盖板厚度大于下盖板。

3、指出下图各序号所指结构件名称。

安全技术规范中所指的造船门
式起重机主要受力构件有哪些说出其支腿结构的特点及作用
答: ①端梁；②主梁；③刚性支腿；④柔性支腿；⑤下横梁（或地横梁）主要受力构件: 主梁，支腿
支腿结构的特点及作用：考虑温度变化所引起的主粱伸长和缩短，以及两边运行机构不同步运行时所引起的主梁变形，所以都采用一边为柔性支腿，另一边为刚性支腿的门架。

4、下图为一自升式小车变幅塔式起重机，请指出图中标出的各部件名称。

试述小车变幅的塔式起重机起重臂的常用结构截面形状，说明下弦杆采用的材料的形状及用途。

这类起重臂断面内净空高度≥ 1.8m 及＜1.8m 时，其走道如何设置
参考答案：
1-吊臂（或起重臂）、2-吊臂拉杆、3-塔顶（或塔帽）、4-顶升套架、5-塔身、6- 平衡臂拉杆、7-平衡重（或配重）、8-平衡臂、9- 压重、10-底架
为减轻自重，大部分截面为正三角形，下弦杆用方钢或槽钢或角钢对焊扣方制成，既承受吊臂的各种载荷，又作为小车运动的轨道。

按《塔式起重机安全规程》（GB5144-2006），断面内净空高度≥ 1.8m 时走道应设置在起重臂的内部，断面内净空高度＜1.8m 时走道应沿着起重臂一侧设置。

5、指出塔式起重机标准节图中各杆件的名称。

并简述自升式塔式起
装精度的级别。

要求：根据《塔式起重机安全规程》 （ GB5144-2006），
自升式塔式起重机后续补充结构件（如标准节、预埋节等）的要求。

1、 自升式塔机出厂后，后续补充的结构件 （ 塔身标准节、预埋节、 基础连接件等 ） 在使用中不应降低原塔机的承载能力，且不能增加塔 机结构的变形
2 、对于顶升作业，不应降低原塔机滚轮 （滑道） 间隙的精度、滚轮（ 滑 道）接触重合度、踏步位置精度的级别
3、 对于安装拆卸作业，不应降低原塔机连接销轴孔、连接螺栓孔安
重机后续补充结构件（如标准节、预埋节等）的要
答：①连接套；②斜腹杆；③主弦杆（或主肢） ；④平腹
杆。

6、右图为一起重机结构图，
指出该起重机在《特种设备目录》中的“类别”名，指出件号
1～6 的名称，简述该图中变幅机构的形式名称及特点
参考答案：
该起重机的类别为：门座式起重机
1-门架、2-转柱、3-人字架、4-臂架（或主臂架）、5-拉杆、6- 象鼻梁
平面四杆机构。

特点：在变幅过程中，象鼻梁的端点将沿接近于水平线的轨迹移
动
7、下图为主要受力构件缺陷的几种表现形式，指出图中的缺陷名称，并说明主要受力结构件的修复及报废条件
图1
图2
图3
图4
答：图1：整体失稳，图2 腹杆、下弦杆塑性变形，图3 腐蚀，图4 裂纹。

主要受力构件失去整体稳定性时不应修复，应报废。

金属结构的修复及报废
1、主要受力构件失去整体稳定性时不应修复，应报废。

2、主要受力构件发生腐蚀时，应进行检查和测量。

当主要受力构件断面腐蚀达设计厚度的10%时，如不能修复，应报废。

3、主要受力构件产生裂纹时，应根据受力情况和裂纹情况采取阻止措施，并采取加强或改变应力分布措施，或停止使用。

4、主要受力构件因产生塑性变形，使工作机构不能正常地安全运行时，如不能修复，应报废。

、主要受力焊缝及缺陷（裂纹）的识别
1、了解起重机械金属结构的焊接连接的特点及优缺点；
2、了解（薄壁箱型结构、桁架结构）主要受力结构不同焊接工艺对受力结构变形的影响及工艺措施；
3、了解主要受力构件焊接缺陷形式；
4、了解焊接裂纹的处理及检验方式。

１、下图为一桥式起重机加筋板的装配图，其焊接方向如图所示，请
指出适用于有旁弯还是无旁弯的∏形主梁桥式起重机盖板和腹板拼
接时应注意哪些问题主要承载结构件中不同厚度的钢板对接有何要
求，并说明这样做的目的
答：适用于有旁弯的∏形主梁（说明：对要求∏形梁外弯的5～50t 通用桥式起重机主梁，上盖板与筋板焊缝的焊接方向应由内侧向外侧。

对不要求外弯的∏形梁，焊接方向应一边由内侧向外侧，另一边由外侧向内侧交错进行。

）
盖板、腹板的接头不应布置在同一截面上，错开距离不小于
200mm，（2）盖板、腹板尽量减少接头。

如采用不同长度钢板拼接，应将长度长的钢板布置在跨中，两端布置较短的钢板，（3）拼接时应
避免十字接头。

不同厚度钢板的焊接，应从一侧或两侧制成不大于1:4 的过渡斜度，其目的为了减少应力集中，防止疲劳损坏。

２、说出焊缝缺陷的几种表现形式（至少5 种）下图为一在用起重机的主梁端部焊接处出现了裂纹，外观检查怀疑有裂纹，应采用何种检验方式，该方式有哪几种形式
答：裂纹、气孔、固体夹杂、未熔合、未焊透、咬边、焊缝超高、凸
度过大、角焊缝喉厚超过（小于）公称、角焊缝焊脚不对称、下塌、
错边、焊瘤等。

应进行表面探伤，有磁粉探伤和渗透探伤二种形式。

三、金属结构件螺栓和销轴连接型式及常见缺陷
1、了解起重机械金属结构螺栓、销轴连接型式、特点及优缺点；
2、了解高强度螺栓的标识和使用要求；
3、了解螺栓和销轴连接缺陷（松动、缺件、断裂、腐蚀、磨损等）的
形式。

１、指出图中标准节高强度螺栓连接缺陷，分析可能带来的危害重复使用高强度螺栓有何规定高强度螺栓连接要求
答：右边螺栓缺防松螺母。

危害：容易发生松动，会造成塔身摇摆加剧，增大结构件及连接件的附加动载荷，严重时会使连接套根部发生裂纹断裂，使标准节连接失效。

按照《起重机安全使用第3 部分：塔式起重机》（GB/）高强度螺栓的重复使用应严格按照制造商规定的条件。

摩擦型高强度螺栓不应重复使用，除非按照制造商提供的说明书的规定。

用于紧固回转支座的螺栓一旦取出，应更换新的，除非制造商提供的说明书另有规定。

螺栓应只能按制造商提供的说明书的要求进行紧固。

按照《塔式起重机安全规程》（GB5144-2006），采用高强度螺栓连接时，其连接表面应清除灰尘、油漆和锈蚀。

应使用力矩扳手或专用扳手，按使用说明书或设计图样规定的预紧力或预紧力矩拧紧。

２、（1）高强度螺栓M30*中, 各数字表示何意思该螺栓的屈服强度至少能达到多少（2）简述螺栓断裂失效有几种形式（3）并分析下图高强螺栓断裂失效的形式。

参考答案：
（1）30 表示螺栓的公称直径d=30mm。

300 表示螺栓公称长度l=300mm。

标示螺栓的使用性能等级，10 表示螺栓的抗拉强度为
1000MPa，9表示螺栓的屈强比为。

该螺栓的屈服强度至少能达到1000× =900 MPa. （２）断裂失效有韧性断裂、脆性断裂和疲劳断裂等三种失效形式。

（３）从图中高强度螺栓断口可看出有典型的疲劳台阶，故属于疲劳断裂。

３、简述高强螺栓连接的优缺点。

塔机的销轴连接和高强度螺栓连接方式主要应用在哪些部位应注意些什么
参考答案：
（1）螺栓联接的优点是连接的韧性和塑性较好，检查方便，传力均匀。

对经常变化与动力载荷的结构，以及在低温下工作的结构，连接可靠性好。

其缺点是在动载作用下容易松动。

高强度螺栓不是靠本身传力，而是靠很高的螺栓预紧力在连接间产生的摩擦力来传递力。

由于这种螺栓克服了螺栓的许多缺点，保留了优点，而且其静强度和
疲劳强度比同尺寸的铆接还要高，因此被广泛采用。

但在安装过程中，其预紧力必须保证，须用力矩扳手紧固。

（2）销轴连接：吊臂之间，吊臂与转台、配重臂与转台、标准节之间；应可靠固定防止脱落，不得有缺陷，直径减少不大于5 ％。

高强度螺栓：回转支承连接、标准节连接；达到规定的力矩（力矩扳手），不应缺件。

铆钉、螺栓副、销轴材料铆钉材料宜采用符合GB715的BL2、BL3 圆钢。

普通螺栓材料应符合GB/T699和GB/T700的规定。

高强度螺栓、螺母和垫圈材料应符合GB/T1231或GB/T3633的规定。

大于M24的扭剪型高强度螺栓副和大于M30的高强度螺栓副，应符合GB/、GB/等的规定。

各种规格的螺栓副除选用
GB/T1231标准规定的材料外，还可采用GB/T3077规定的用于级的40Cr 和用于级以上的35CrMo、42CrMo等钢材。

主要承载连接销轴的材料，宜采用符合GB/T699的45 钢及符合GB/T3077的
40Cr、35CrMo、42CrMo 等钢材，并进行必要的热处理。

螺纹连接的主要类型有螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接。

它们的构造、主要尺寸关系、特点及应用见表。

1. 螺纹连接的预紧实际应用上绝大多数螺纹连接装配时都必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受到力的作
用，这个预加的作用力称为预紧力。

预紧的目的在于增强连接的可靠性、紧密性和防松能力，防止受载后被连接件间出现缝隙或发生相对滑移。

适当选用较大的预紧力，对提高螺纹连接的可靠性以及连
接件的疲劳强度都是有利的。

但过大的预紧力也会导致整个连接件的结构尺寸增大，甚至在装配或偶
然过载时拉断。

因此，为了保证连接所需的预紧力，又不使连接件过载，对重要的螺纹连接，如气缸盖、压力容器盖、管路凸缘等的连接，装配时要控制预紧力。

实际应用中，预紧力是通过控制预紧力
矩来控制的。

而预紧力矩的大小常用测力矩扳手和定力矩扳手控制。

2. 螺纹连接的防松所谓防松就是防止螺纹副工作时产生相对转动。

按防松原理的不同，常见防松方法分摩擦防松、
机械防松和永久止动防松3 种。

摩擦防松较为简单方便，机械防松可靠性高，重要的连接应采用机械
防松。

金属结构的连接检验方法
金属结构的裂纹多产生在局部应力较高处，如主梁、端梁的连接部位、车轮角轴承架的连接部位，以及走台连接部位。

下面介绍金属结构连接的检验方法：
1. 金属结构的焊接连接及焊缝外观的检验方法外观检验使用目测和焊工卡尺检查，或用5 倍放大镜检查，必要时用渗透法（煤油试验或着色PT）检验，金属结构的连接焊缝无明显可见的焊接缺陷。

（1）关键焊缝、重要焊缝的外观质量不允许有下列缺陷：裂纹、孔穴、固体夹杂，未溶合和未焊透、形状缺陷及上述以外的其
它缺陷；裂纹、表面气孔、表面夹渣、咬边、飞溅、敞开的尾部弧坑、
（2）焊缝的内在质量，一般应通过适当的无损检测方法予以确认，射线探伤应不低于GB3323中规定的Ⅱ级，超声波探伤应不低于
JB/T10559 中规定的Ⅰ级；
（3）焊接接头应避免焊缝立体交叉和在一处焊缝大量集中。

2. 金属结构的螺栓连接、销轴连接的检验方法主要承载结构件在同一连接处不允许采用不同的连接方式；每一杆件在节点处或接头的一侧，螺栓数不得少于2 个；螺栓联接不得松动，不应有缺件、损坏等缺陷。

螺栓连接主要是普通螺栓连接和高强度螺栓连接两类。

（1）普通螺栓连接又分为粗制和精制，普通螺栓连接不允许用在重要受力构件的连接。

粗制螺栓连接由于配合间隙大，受剪情况不好且连接变形大，常用在次要构件的连接中；精制螺栓安装较为困难，仅适用于受剪力的连接。

（2）高强度螺栓连接主要用于重要构件的连接，高强度螺栓在受剪和受拉两方面的性能都比较好，对被联接的螺栓孔精度要求不高，但对螺栓孔的联接面要求较高，要求联接面的磨擦系数必须稳定。

①采用高强度钢（45 号钢和40B 钢）制造螺栓，并经热处理，就是使预紧力可以获得大些，因而摩擦力也可以大一些。

②为了保证连接有较大的摩擦力，应对构件接触表面进行喷砂、喷小铁丸和酸洗等除绣处理，再
涂以无机富锌漆，防止再生锈。

③为使螺栓的预紧力能均匀地传递给杆件，每个高强度螺栓要用两个高强度钢制造的垫圈，垫圈应倒角45°保证能够贴紧，以防止钢板表面被螺栓头和螺母压陷或损伤。

④严格保证接触面的清洁，必须把在螺栓孔周围30 毫米范围内的油污、氧化皮、铁锈、涂料等处理干净，处理完后不能被油类等能改变磨擦系数的物质污染。

⑤使用高强度螺栓时应设法保证各螺栓中的预紧力达到规定数值。

常用的拧紧方法有两种：一种是使用（定）力矩扳手，在力矩达到规定值时（便发出声响或者自动停机）停止拧紧；另一种是先用普通扳手拧紧到一定紧的程度，再用冲击式扳手将螺母拧过半圈即可。

⑥为安装方便，螺孔应比螺杆的直径大1～2mm，保证相互之间不接触、不滑动，有可靠的摩擦力。

高强度螺栓连接检验要求：
①（摩擦型）高强度螺栓不允许外剪力超过构件间的摩擦力。

②使用高强度螺栓时应保证各螺栓中的预紧力达到规定数值，应避免超拉和欠拉。

③高强度螺栓连接副应采用同一厂商、批号的产品，不同厂商、批号的螺栓、螺母、垫圈间不应混用，也不能少用。

④高强度螺栓连接副的螺栓、螺母、垫圈均不应重复使用。

⑤严禁使用普通垫圈或者不使用垫圈。

⑥高强度螺栓连接不允许使用弹簧垫圈
⑦每个螺栓一端不应垫2 个及以上的垫圈，并不应采用大螺母代替垫圈。

⑧当螺栓孔与高强度螺栓配合尺寸较小时，不允许用敲击的方法安装高强度螺栓，严禁敲打螺栓强行穿入。

（3）金属结构的销轴连接起重机臂架根部的连接以及拉杆或撑杆的连接，通常都采用销轴连接。

自升式塔机的小车变幅起重臂，其下
弦杆连接销轴不宜采用螺栓固定轴端挡板的形式。

当连接销轴轴端采用焊接挡板时，挡板的厚度和焊缝应有足够的强度、挡板与销轴应有足够的重合面积，以防止销轴在安装和工作中由于锤击力及转动可能产生的不利影响。