起重机的构造和工作原理（带你了解起重机的生产制造与过程控制）

起重机的构造和工作原理（带你了解起重机的生产制造与过程控制）主梁底面位置H2：主梁底面到起重机轨道顶面的距离缓冲器高度H1：大车缓冲器纵向中心线到起重机轨道顶面的距离（2）尺寸参数： 跨度S 起重机高度H 小车轨距K 大车基距W 小车基距Wc起重机宽度B:起重机运行方向前后最外端的距离

绪论1.1 起重机概论

起重机(Crane)属于起重机械的一种，是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。

为了对起重机有一个整体的概念，我主要以最常用的桥式起重机为例先介绍一下起重机具有的特性。

（1）什么是桥式起重机（overhead travelling cranes）？（如图1-1）.

桥式起重机的定义：桥架两端通过运行装置，直接支撑在高架轨道上的桥架型起重机.

（2）尺寸参数：

跨度S 起重机高度H 小车轨距K 大车基距W 小车基距Wc

起重机宽度B:起重机运行方向前后最外端的距离

缓冲器高度H1：大车缓冲器纵向中心线到起重机轨道顶面的距离

主梁底面位置H2：主梁底面到起重机轨道顶面的距离

司机室底面位置H3：司机室底面到起重机轨道顶面的距离

主钩上极限位置H4：主钩最高位置到起重机轨道顶面的距离

副钩上极限位置H5：副钩最高位置到起重机轨道顶面的距离

主钩左极限位置C1：从传动侧看，主钩横向左极限位置

主钩右极限位置C2：从传动侧看，主钩横向左极限位置

副钩左极限位置C3：从传动侧看，副钩横向左极限位置

副钩右极限位置C4：从传动侧看，副钩横向右极限位置

司机室水平位置L1：司机室外端离起重机轨道中心线的距离

司机室底长L2：司机室底部长度

起重机轨道中心至起重机外缘距离b：起重机桥架方向的外缘离起重机轨道中心线的距离

主梁上拱度：主梁预置的由水平线算起的向上拱起量

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，构成一个矩形的工作范围，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。

桥式起重机广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处，分为普通桥式起重机、简易梁桥式起重机和冶金专用桥式起重机三种。

1.1 起重机的分类及组成

起重机械，根据其构造和性能的不同，一般可分为轻小型起重设备、桥式类型起重机械和臂架类型起重设备三大类。轻小型起重设备如：千斤顶、葫芦、卷扬机等。桥架类型起重机械如梁式起重机、龙门起重机等。臂架类型起重机如固定式回转起重机、塔式起重机、汽车起重机、轮胎、履带起重机等。

（1）桥式起重机的分类：

按用途分：分为通用，专用，冶金，防爆，绝缘，桥式堆垛起重机

按驱动方式分：手动，电动，液压桥式起重机

按操作方式分：司机室操纵，地面操纵，远距离操纵桥式起重机

（2）起重机的结构组成：

构成桥式起重机的主要金属结构部分是桥架，它横架在车间两侧吊车梁的轨道上，并沿轨道前后运行。除桥架外，还有小车，小车上装有起升机构和运行机构，可以带着吊起的物品沿桥架上的轨道左右运行。于是桥架前后运行和小车左右运行以及起升机构的升降动作，三者所构成的立体空间范围是桥式起重机吊运物品的服务空间。

通用桥式起重机，一般都具有三个机构：即起升机构、小车运行机构和大车运行机构。在一个周期内，几个提升机构不是同时工作的。所以起重机械是一种周期性间歇工作的机械。起重机械由机械、金属结构和电气三大部分组成。机械方面是指起升、运行、变幅和旋转等机构，但不是所有的起重机械都同时具有这些机构，而是根据工作的需要，有多有少，但无论如何，起升机构是必不可少的；金属结构是构成起重机的躯体，是安装各机构和支托它们全部重量的主体部分。电气是起重机械动作的能源，各机构都是单独驱动的。

1.2 国内外制造起重机的先进技术及起重机的发展方向

随着生产规模的扩大，自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备的起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高，科学技术的飞速发展，推动了现代设计和制造能力的提高，这些都促使起重机的技术性能进入崭新的发展阶段，起重机正经历着一场巨大的变革。下面简要论述国外先进起重机的特点和发展趋势。

1.2.1 国外起重机的发展动向

（1）重点产品大型化，高速化和专用化

由于生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。目前世界上最大的履带起重机起重量3000t，最大的桥式起重机起重量1200t，集装箱岸连装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min，堆垛起重机级最大运行速度240m/min，垃圾处理用起重机的起升速度达100m/min。

工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场不断扩大，品种也不断更新，以特有的功能满足特殊的需要。例如冶金、核电、造纸、垃圾处理专用起重机，防爆、防腐、绝缘起重机和铁路、船舶、集装箱专用起重机的功能不断增加，性能不断提高，适应性比以往更强。德国德马格公司研制出一种飞机维修保养的专用起重机，在国际市场打开了销路。这种起重机安装在房屋结构上，跨度大、起升高度大、可过跨、停车精度高。在起重小车下面安装有多节伸缩导管，与飞机维修平台相连，并可作3600旋转。通过大车和小车的位移、导管的升降与旋转可使维修平台到达飞机的任一部位，进行飞机的维护和修理极为快捷方便。

（2）系列产品模块化、组合化和标准化

用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。可以将单件小批量生产的起重机改换成具有相当大批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理。

达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。目前，德国、英国、法国、美国和日本的著名起重机公司都已采用起重机模块化设计，并取得了显著的效益。德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化设计后，比单件设计的设计费用下降12％，生产成本下降45％，经济效益十分可观。
（3）通用产品小型化、轻型化和多样化

有相当大批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构，减小自重和轮压，也可命名整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位的一般用途桥式起重机。德国德马格公司经过几十年的开发和创新，已形成了一个轻型组合式的标准起重机系列。起重量1～80吨，工作级别A1～A7，整个系列由工字形和箱型单梁、悬挂箱形单梁、角形小车箱形单梁和箱形双梁等多个品种组成。

主梁与端梁相接以及起重小车的布置有多种型式，可适合不同建筑物及不同起吊高度的要求。根据用户需要每种规格起重机都有三种单速及三种双速供任意选择，还可以选用变频调速。操纵方式有地面手电门自行移动、手电门随小车移动、手电门固定、无线遥控、司机室固定、司机室随小车移动、司机室自行移动等七种选择。大车及小车的供电有电缆小车导电、DVS系统两种方式。如此多的选择项，通过不同的组合，可搭配成百上千种起重机，充分满足用户不同的需求。

（4）产品性能自动化、智能化和数字化

起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。

变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。使起重机具有更高的柔性，以适合多批次少批量的柔性生产模式，提高起重机综合自动化水平。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，特殊场合的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。
（5）产品组合成套化、集成化和柔性化

在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合。这类起重机自动化程度高，具有信息处理功能，可将传感器检测出来的各种信息实施存储、运算、逻辑判断、变换等处理加工，进而向执行机构发出控制指令。这类起重机还具有较好的信息输入输出接口，实现信息全部、准确、可靠地在整个物料搬运集成系统中的传输。

例如生产工程机械的美国卡特皮勒公司金属结构厂购置了一套以桥式起重机为主的物料自动搬运系统，用于钢板的喷丸处理、切割和入库的自动装卸搬运作业，比原先采用单机操作工作效率提高65％。日本东芝浜川崎工厂用全自动桥式起重机组成的物料输送系统来搬运柔性加工线上的夹具和工件，为机床运送毛坯或将加工好的零件送到下一工序或仓库。这些在空间移动的起重机搬运系统代替了过去通常使用的自动导向搬运车，使车间地面面积得到充分利用。
（6）产品构造新型化、美观化和实用化

结构方面采用薄壁型材和异形钢、减少结构的拼接焊缝，提高抗疲劳性能。采用各种启强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。桥式起重机的桥架结构型式大多采用箱形四梁结构，主梁与端梁采用高强度螺栓联接，便于运输与安装。

在机构方面进一步开发新型传动零部件，简化机构。“三合一”运行机构是当今世界轻、中级起重机运行机构的主流，将电动机、减速器和制动器合为一体，具有结构紧凑、轻巧美观、拆装方便、调整简单、运行平稳、配套范围大等优点，国外已广泛应用到各种起重机运行机构上。

为使中小吨位的起重小车结构尽量简化，同时降低起重机的尺寸高度，减少轮压，国外已大量采用电动葫芦作为起升机构。为了减轻自重，提高承载能力，改善加工制造条件，增加产品成品率，零部件尽量采用以焊代铸，如减速器壳体、卷简、滑轮等都用焊接结构。减速器齿轮都采用齿面，以减轻自重、减小体积、提高承载能力、增加使用寿命。液压推杆盘式制动器的应用范围也越来越大。此外，各机构采用的电动机都向高转速发展，从而减小电机基座号，减轻重量与减小外形尺寸，并可配用制动力矩小的制动器。

1.2.2 国内起重机制造厂商的现状以及发展方向

我国起重机设计的发展经历了一个曲折的过程。以前多是以模仿原苏联的设计为主，凭借设计者的经验，产品设计的局限性很大。从60年代起，开始了新产品、新部件的开发设计与实验研究工作，从而使设计从仿制和经验设计逐渐走向实验研究和计算分析阶段。到了80年代，开始在国内引入了一些国际上的先进技术与设计方法。同时将计算机应用技术引入设计领域，对起重机设计工作的发展起了很大的推动作用。

但是，我国起重机设计领域仍存在不少问题，主要是大多数中小企业对设计研究分析不够，资金投入少，人员培训工作跟不上发展的需要，一直没形成开发新产品或更新老产品的设计和应变能力，对引进的先进技术和产品，没有从设计的角度进行消化，更没有能力进行再创新工作。没有形成合理的设计人员梯队，产品仍然是几十年不变样，目前仍以照抄照搬为生存方式，没有自己的知识产权，只是在应付低价拿来的合同。

为数不多的几个大型企业则在创新设计中快速发展，使得国内起重机设计能力和水平逐步与国外的先进设计缩短了距离。这些企业已大量采用新的计算机新技术，二维CAD早已普及，三维设计已推广。电气设计采用ED等先进设计手段，引入定子调压和变频调速，PLC参与系统控制，采用了大量高新传感元器件，实现了定位准确，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通过专家系统的应用，极大地推进了创新设计的进程，并且利用系统论和信息论等现代计算机应用技术研究成果，使得起重机的创新设计开始向智能化方向发展。

1.3.3本课题研究的目的、任务、意义

本课题研究的是桥式起重机主梁制造过程中的精度要求很高 桥式起重机主梁在制造的过程中最严重的问题就是在焊接过程中的变形。根据《起重机械标准汇编》 GB/T14405–93(通用桥式起重机标准)，GB/T1306-94(电动单梁起重机标准)中主梁在焊接过程需要达到的技术要求，改善加工制造工艺路线、完善工艺工装设备 检查是否符合图纸技术要求，保证产品达到国家标准。

课题目的是通过规范工艺路线，设计工艺装备，进一步研究如何控制主梁在制造过程中的质量问题，以达到更高的制造精度。

本课题以LDA电动葫芦单梁桥式起重机和LH双梁桥式起重机为例 分别介绍主梁焊接制造过程中质量控制，来阐述主梁制造过程中出现的问题和改进措施，以及进一步研究。

在本课程设计之前，我们已经学过了机械设计基础，机械制造基础，工程材料，AUTOCAD PRO/E等设计的基础软件，基本上已经掌握了一般零件的设计方法；同时对起重机主梁的制造过程以及焊接基础知识也进行了初步的学习。现在通过本毕业论文，综合运用以前所学过的这些基础知识，对起重机主梁的制造过程及必备工艺装备进行设计，这是一种综合技能的训练，更是对我的学习能力的一次挑战，充分的锻炼了我们分析问题和解决实际问题能力的有效措施。

1.3.4本课题设计的指导思想以及应解决的主要问题

指导思想：从实际出发，解决实际存在的问题，从现有的设备使用情况，人员素质水平，管理方法出发，找出一条适合本公司生产要求，同时又符合员工素质水平，减少起重机的返修率，保证一次合格率的提高。

主要解决问题：根据《起重机械标准汇编》 GB/T 14405–93(通用桥式起重机标准)，GB/T1306-94(电动单梁起重机标准)中主梁在焊接过程需要达到的技术要求，熟悉加工制造工艺路线和检测工艺、寻求适当的工装设备、完善检测手段，提高制造精度，保证产品达到国家标准。

2 起重机主梁

主梁是起重机桥架上的主要受力部件，是桥架的重要组成部分，有不同种形式，以及各个组成部分，分别进行介绍（如图2-1）。

（1）起重机桥架的结构形式及组成部分（如图2-2）；

桥式起重机的桥架结构主要由主梁，栏杆，端梁，走台，轨道以及操纵室等组成。桥架的外形尺寸取决于起重量，跨度，起升高度以及主梁结构形式。

桥式起重机桥架常见的结构形式（图2-3）：

1）中轨箱型梁桥架

如图a）该桥架由两根主梁和两根端梁组成。主梁外侧分别设有走台，轨道放在箱形梁的中心线上，小车载荷依靠主梁上翼板和肋板来传递。该结构工艺性好，主梁、端梁等部件可采取自动焊接，生产率高；制造过程中主梁的变形量较大。

2）偏轨箱型梁桥架

如图b) 所示，它是由两根偏轨箱形梁和两根端梁组成。小车轨道安装在上翼板边缘主腹板处，载荷直接作用在主腹板上。主梁多为宽主梁形式，依靠加宽主梁来增加桥架水平刚度，同时可省掉走台，主梁制造时变形较小。

3）偏轨空腹箱型梁桥架

如图c）所示，该桥架与偏轨箱形梁桥架基本相似，只是副腹板上开有许多矩形孔洞，自重减轻，又能使梁内通风散热，对梁内放置运行机构和电器设备提供了有利条件，同时便于内部维修，但制造比偏轨箱形梁麻烦。

4）箱型单主梁桥架

如图d）所示，它由一根宽翼缘偏轨箱形梁与端梁不在对称中心连接，以增大桥架的抗倾翻力矩能力。小车偏跨在主梁一侧使主梁受偏心载荷，最大轮压作用在主副板顶面的轨道上，主梁上要设置一到两根支承小车反滚轮的轨道。该桥架制造成本低，主要用于起重量较大、跨度较大的门式起重机。

1.1 起重机主梁的各种结构及特性2.1.1主梁截面的型式

主梁根据其截面形状主要有正轨箱形结构、偏轨箱型结构、偏轨空腹箱形结构、单主梁箱形结构、四桁架式结构、三角形桁架结构、单腹板梁结构、曲腹板梁结构、预应力箱形梁结构及管形单梁结构等。

北京北起意欧替起重机有限公司所制造的主梁主要以正轨箱型主梁为主。正轨箱形主梁之所以应用最广，是由于它具有制造工艺简单、工时少、通用性强（适用于5～80t的起重机）、机构安装检修方便等优点。但这种主梁自重较大，容量生产下绕变形，箱体内部施焊条件差，在大跨度、高速运行的起重机桥架水平刚度差。

为了克服箱形主梁的缺点，空腹桁架主梁和空腹箱型主梁在大起重量起重机上得到推广应用。

桁架结构式主梁具有自重轻，刚度大的优点，尤其在小起重量、大跨度的情况下，更显示出它的优点。桁架结构力刚性好，自重较箱形结构轻，但是与箱形结构的主梁相比，桁架结构主梁的制造工时多、外形尺寸大、疲劳强度较低，所以在一般桥式起重机还是广泛采用箱形结构式主梁，而桁架结构主梁采用较少。

单腹板式主梁，虽有自重轻、制造简便的优点，但因刚度和稳定性差，上部焊缝易开裂，目前已极少生产。

管形结构式主梁及其他形式的主梁，目前还处于试制阶段，尚未广泛采用。

2.1.2主梁的外形

按强度理论，主梁最合理的外形是抛物线，如图2-4（a）所示。这种形状的主梁在自重和动负荷作用下所产生的弯曲力矩的分布最合理，在其任何截面上的应力都相等，具有等强度和节约材料的优点，但是抛物线形主梁制造困难。图2-4(c)所示的矩形主梁制造容易，但自重大，浪费材料。图2-4（b）所示的梯形综合了上述两种主梁的优点，所以得到广泛采用。

2.1.3主梁的特性

现以正轨箱形主梁作简要介绍如下：

箱形主梁系由上下盖板和两块垂直腹板组成，为封闭的箱型截面结构。为了封闭的箱形截面结构。为了减轻重量，做成等强度梁，则腹板的下边和下盖板应做成抛物线形，如图2-5（a）所示。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，如图2-5（b）、（c）所示。

（1）主梁跨度中高度H与跨度S之比

根据制造的经验，为满足主梁强度、刚度及稳定性的要求，其截面尺寸一般应符合下列条件：

式中，小跨度时比值取较大值，大跨度时比值取小值；在相同跨度下，起重量大比起重量小的高度要大一些。

主梁在端梁在连接处的高度H0一般根据跨中高度取为：H0 = (0.4~0.6) H

当跨度较大而起重量较小时，H0宜取较小值，否则取较大值。

1—上盖板；2—下盖板；3—腹板；4—大加劲板；5—小加劲板；6-水平加劲角钢

（2)主梁两腹板间距b与跨度S之比：

为了保证桥架具有足够的水平刚度，主梁两腹板内壁的间距b不能太小，一

般规定

同时，根据焊接施工条件的需求，这个距离还必须大于350mm。当b值确定后，便可以按下面的关系式定出上、下盖板：

（3）盖板的厚度：

上，下盖板的厚度常取同值，但有时上盖板的厚度可稍大些。上盖板的厚度由局部稳定性决定，盖板的最小厚度为6mm。

（4）腹板的厚度：

从充分发挥材料的抗弯能力的角度来看，主梁的腹板应尽量取高些用薄些。但考虑到运输和制造过程的碰撞以及锈蚀的影响，腹板的厚度

不应小于6mm。

（5）大加劲板的位置：

为了保持腹板的局部稳定性，一般当

时，便需要在主梁腹板内布置一些垂直的横向大加筋板。在靠近端梁处两块大加劲板的距离

且a≤2.2mm。大加劲板的具体位置应与走台上运行机构的电动机、减速器和传动轴的轴承部件（集中驱动的运行机构才有）等下支撑件的位置相配合，以免这些部件的悬臂重量造成腹板局部挠曲变形。

（6）小加劲板的位置

车的轮压更直接的传到腹板上去，并进一步增加腹板的局部稳定性，在大加劲板之间腹板受压区域内增设一些垂直的小加劲板，其高度约为H/3.两个小加劲板的间距a1 可根据上盖板的局部应力和小车轨道的应力条件来决定。

（7）水平加劲的位置

当

时，必须在离上盖板(0.2-0.25)H的地方再添设纵向加劲板条（或角钢），以增加腹板受压区的局部稳定性。

2.2主梁制造的国家标准，主要技术条件2.2.1主梁制造的技术要求 GB/14405—93

(1) 使用性能:

1）材料及热处理:Q235-B

重要构件的钢材在涂装前应进行表面喷（抛）丸的除锈处理，应达到GB8923中规定的Sa21/2级；其余构件应达到Sa2级或St2级（手工除锈）。

起重机构用制动轮，其材质应不低于GB699中规定的45钢或GB11352中规定的ZG340-640钢。表面热处理硬度应为45~55HRC，深2mm处的硬度应不低于40HRC.

(2) 焊接:

1) 焊缝坡口应符合GB985和GB986的规定，特殊接头应在图样上注明。

2) 焊接目测的检察不得有目测可见的明显缺陷，这些缺陷按GB6417的分类为：裂纹，空穴，固体夹杂，未融合和未焊透，形状缺陷及上述以外的其他缺陷。

3) 主梁受拉区的翼缘板，腹板的对接焊缝应进行无损探伤，射线探伤时应不低于GB3323中规定的Ⅱ级，超声波探伤时应不低于JB1152中规定的Ⅰ级。

(3) 桥架(起重机运行机构组装完成以后):

1) 主梁应有上拱，跨中上拱度应为（0.9/1000～1.4/1000）S，且最大上拱度应控制在跨中S/10的范围内。

2) 主梁在水平方向产生的弯曲:对轨道居中的正轨箱形梁及半偏轨箱形梁不大于S1/2000(S1为两端始于第一块大筋板的实测长度 在离上翼缘板约100mm的大筋板处测) 当Gn≤50t时只能向走台侧凸曲。

3)对全偏轨箱形梁，单腹板梁及架梁，应满足4.6.9及4.6.10条对轨道的要求。

4)主梁腹板的局部平面度，以1m平尺检测，在离上翼缘板H/3以内的区域不大于0.7

，其余区域不大于1.2

，见图2-7。

图2-7 主梁腹板的局部平面度

5) 箱形梁及单腹板梁上翼缘板的水平偏斜值C≤B/200，见图2-8。

6) 箱型梁腹板的垂直偏斜值ｈ≤Ｈ≤200，单腹板梁及桁架梁的垂直偏斜值ｈ≤Ｈ/300，见图2-9。

(水平及垂直偏斜值在长筋板或节点处测量)

7) 桁架梁杆件的直线度△1≤0.0015a，见图2-10。

(4) 外观

1) 起重机面漆应均匀、细致、光亮、完整和色泽一致，不得有粗糙不平，漏漆，错漆、皱纹、针对及严重流挂等缺陷。

2) 油漆漆膜厚度，每层为25~35µm，总厚为75~105µm。

3) 漆膜附着力应符合GB9286中规定的一级质量要求。

4) 涂漆颜色一般应符合JB2299的规定。

2.4起重机主梁变形对产品质量的影响

主梁是桥式起重机的主要受力部件，为了确保安全生产，它必须具有足够的强度、刚度和稳定性；还必须符合技术条件中有关几何形状的要求。

主梁的变形主要是指上拱减小和出现“残余下挠”，旁弯，腹板波浪度，水平偏斜和垂直偏斜等，几种变形常同时出现，相互并联，相互影响，严重影响着起重机的使用性能。

(1) 对小车运行的影响

由于残余下挠，小车轨道会产生“坡度”，小车由跨中向两端运行时就要有爬坡，不仅要克服正常运行的阻力，而且要克服由于斜坡产生的爬坡附加阻力，使之运行阻力增大。由于小车轨道存在坡度，还会出现“打滑”现象。制动后会自行“溜车”，要求停车位置准确的作业就很难完成。双梁桥式起重机的主梁下挠变形，还会使小车出现“三条腿”运行，使小车受力不均匀。

(2) 对大车运行机构的影响

主梁变形往往使传动轴变曲，特别是对集中驱动的大车传动轴的影响尤为严重。当传动轴弯曲度超过0.5mm/m时，就会损坏轴或轴颈，以及造成连轴器折断、连轴螺丝断裂等事故。转轴的转速越高，其危害就越大。

(3) 引起主梁内向内水平旁弯和裂纹

主梁残余下挠，往往与主梁向内水平旁弯、腹板波浪变形、内部焊缝或筋板开裂、下腹板疲劳裂纹等同时发生。残余下挠会使车体逐趋下附，受力情况恶化，承载能力降低。

主梁的水平旁弯后，会使小车轨道变形，小车运行阻力增加，产生“啃轨”，严重时会使小车脱轨而造成重大事故。

3 起重机主梁制造过程的质量控制

如何控制主梁在制造过程中产生的焊接变形，首先就是要从制定制造工艺和制定检验工艺入手，同时在制造过程中使用合理的工艺装备来定位，夹紧，从而保证操作者在实行焊接过程中，保证焊接的精度。另外对于工厂的现状也应该实施现场5S管理制度来提高工作效率。

3.1从主梁制造工艺上控制主梁质量3.1.1 主梁装配焊接的主要工艺要领

(1) 主梁各受力件材质均为Q235B，符合国家标准要求，焊接性能良好，焊接接头质量易于保证。埋弧焊焊丝采用H08A，焊剂采用HJ431，手工焊焊条采用E4303。

(2) 主梁跨度大，焊缝多，对变形要求严格，上拱度、旁弯、波浪度等均需控制。这些变形受到组装顺序、焊接顺序、焊接方向、拘束状态、反变形量的大小及主梁自重等许多因素的影响，在整个组装焊接过程中各种变形值均处于变动之中。筋板与盖板和腹板之间的焊缝大多分布在主梁高度方向的上部。这种不对称焊缝分布给控制变形带来困难。焊接时支承主梁的支点位置的变动也会由于梁自重影响产生新变形。因此，焊接变形的控制是箱形主梁装配焊接工艺的关键。

3.1.2上下盖板、腹板和筋板的装配注意事项

(1) 焊接准备

1) 根据设计图样，编制起重机钢结构制造工艺，焊缝坡口应符合GB985-1988和GB986—1988的规定；

2) 在上下盖板、腹板下料时，要进行材料标记移植，标明材质、产品编号、材检号等；

3) 在上下盖板、腹板下料时，要考虑到焊缝收缩，必须留有加长量，对于上盖板加长量为2.5S/1000，对下盖板为1.5S/1O00，对腹板为2S/1000；

4) 采用埋弧焊(或气体保护焊)时，焊缝两端应点固引弧板和收弧板，其厚度和材质与板料相同；

5) 在主梁跨度中心线两侧各1m范围内不得有拼焊接头；

6) 为了避免焊缝集中，拼焊时要考虑上下盖板与腹板装配后其拼焊接头应相互错开，距离不小于200 mm；

7) 主梁受拉区的翼缘板和腹板的对接焊缝应进行无损探伤检查，射线探伤时应不低于JB/T4730--2005规定中的Ⅲ级；

8) 在腹板下料时，必须预制上拱度。由于主梁自重及焊接变形的影响，腹板的预制上拱度应大于主梁的上拱度，其值与主梁的跨度和起重量有关；

9) 上盖板宽度中线两侧各60mm范围内对接焊缝的外表面必须磨平。

(2) 主梁组装

1) 用压板螺栓将上盖板压紧在专用焊接平台上，压板距≤1m；

2) 以盖板一边为基准划出两块腹板的位置线，偏差小于或等于1mm，然后在上盖板上从跨度中心线位置开始向两端划出筋板的装配位置线；

3) 焊接大、小筋板焊缝，一般由2～4名焊工同时向两端对称焊接，焊接方向从无走台侧向有走台侧焊。焊接顺序为从中间向两端对称进行，一台起重机的两根主梁应向相反方向进行筋板角焊缝的焊接，以造成主梁向有走台侧凸弯；

4) 装配定位焊两块腹板，腹板与盖板对好跨度中心后，将两块腹板用专用卡具临时紧固到大筋板上，然后从主梁一端开始对两侧腹板同时进行定位焊。先松去距一端24mm长内的各压板，用加垫(或打楔)的方法将盖板垫起与腹板接触，并向该端方向定位焊腹板于盖板、筋板上，注意使腹板与盖板间隙小于1 mm，再向另一端一边松掉压板，一边逐级加高垫块，一边进行定位焊。依次类推，直至最后将腹板全部定位。

(3) 主梁内部焊缝的焊接

为了形成向有走台侧的凸弯，主梁两侧内部焊缝的焊接顺序，一般是先焊无走台侧，后焊有走台侧。

焊接前，将主梁无走台侧朝下放在胎架上，在梁的中段加垫，垫高20～30 mm；

断续焊缝应在焊前就划好位置，断续焊缝的端部正好是非焊段时，应焊上至少为焊段长度1/2的焊缝；

焊接筋板与腹板间的焊缝时，焊工应对称均匀分布，从中间向两端进行焊接；

焊好一面后，将焊件翻转180°，主梁两端垫起，两垫距离根据旁弯的大小来调整。若旁弯过大则缩小支点间距离，若旁弯过小则加大支点间距离；

一根主梁的两侧焊缝应尽量不间断地一次焊完，间隙时间不超过1 h。主梁焊完后，两端垫起中间悬空放置，两垫支点距离一般为0.8S。

(4) 主梁成形(下盖板装配)

下盖板装配是主梁装配焊接的重要工序，关系到主梁的最后成形质量，在下盖板装配定位焊接过程中，必须随时检查梁的水平、扭曲、腹板垂直度等情况，并严格控制，做好记录，边检查边调整，边装配定位焊，确保装配质量。

1) 将焊好后的下盖板用垫铁垫起，并在下盖上划主梁位置线；

2) 把主梁吊到下盖板上，跨度中心线找正对齐；

3) 用水准仪检查主梁上拱度，上拱度应从中间向两端级减少，基本符合抛物线状。如上拱度不符合要求，应用火焰矫正法加以调整；

4) 当上拱度、水平度和扭曲等调整达到要求后，装配定位焊下盖板，从主梁中间向两端部两面同时进行定位焊接。腹板与盖板的间隙不大于1l/mm，腹板与下盖板的错位不大于2l/mm，定位焊缝长40～60l/mm，焊脚尺寸小于等于4l/mm，定位焊间距300～400l/mm。

(5) 主梁腰缝的焊接

1) 将主梁放置于具有45°角的自动焊专用焊架上，见图3-1，一般是将两胎架放在主梁两端，但也可以根据上拱度、旁弯等情况适当调整2胎架之间的距离。

2) 采用埋弧自动焊焊接，焊接材料为焊丝H08A，焊剂HJ431，焊接工艺参数见表3-1。

表3-1 焊接工艺参数

3) 焊接顺序原则上是先焊下盖板角焊缝，后焊上盖板角焊缝，先焊无走台侧角焊缝，后焊有走台侧角焊缝，即1—2—3—4；但当上拱度过大时焊接顺序为3—4—1—2；当旁弯过大时，应为2- 1—4—3；当上拱度、旁弯都过大时，应为4—3—2—1.

3.1.3 LDA电动单梁起重机主梁的制造工艺路线

见表3-2，具体内容详见附件四.

表3-2 电动单梁起重机主梁的制造工艺卡

3.1.4LH电动双梁桥式起重机的制造工艺路线

具体内容详见附件5。以下为其中一道工序。

图3-2为腹板与上盖板、隔板点焊接工艺。

1) 将上盖板用高低不等的铁板或三角铁按腹板的起拱值垫成型，其成型尺寸与腹板图纸相符，见图3-2（a）；

2) 腹板角铁加强筋焊接，按图纸要求段焊，见图3-2（b）；

3) 吊入和隔板盖板同时点焊，

4) 测量腹板，在距离上盖板H/3处 测量长度1000mm内 不大于0.7b. 其余区域不大于1.2b.(b—钢板厚度)

5) 测量盖板，通常规定 主梁上盖板波浪变形在两筋板之间 当盖板厚度不大于10mm时 波浪变形不大于3mm 当盖板厚度大于10mm时 波浪变形不大于4mm.

6) 测量合格后焊接

7) 整体测量，见图3-2（c）（要求同上）。

3.2从主梁的检验工艺上控制主梁的质量

焊接质量的检验主要分为三个阶段，即焊前准备的检验、焊接过程的检验，焊后质量的检验。这三个过程中的检验及质量控制的目的，在于做好焊前准备工作，减少或避免产生焊接缺陷；焊接过程中的检验是保证产品质量，防止产生废品和返工的重要措施；焊后检验是最后验证产品质量，能否达到设计要求，满足用户需要。

焊接质量检验的方法可分为破坏性检验和非破坏性两大类。在起重机的制造过程中主要是非破坏性检验。如外观检验，应力测试，无损检验（超声波探伤，磁粉探伤，着色探伤，射线探伤）等等。

1) 原材料进厂检验（详见：附件3）

2) 配套件进厂检验（详见：附件3）

3) 材料的与处理检验（详见：附件3）

4) 下料前的检验（详见：附件3）

5) 下料后的检验（详见：附件3）

6) 主梁成型过程的检验（详见：附件3）

7) 主、端梁调形过程的检验（详见：附件3）

8) 喷漆过程的检验（详见：附件3）

9) 调试过程的检验（详见：附件3）

例：原材料进厂检验，见表3-3.

4 主梁制造过程的研究

通过对工厂中制造主梁的焊接工艺和检验工艺的了解与现场学习，对起重机的相关知识进行学习，并进行了初步的总结研究。

4.1主梁焊接工艺的研究4.1.1焊接应力与变形产生的原因及基本形式：

影响焊接应力与变形的因素很多，其中最根本的原因是焊件受热不均匀，其次是由于焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件的刚性不同所致。另外，焊缝在焊接结构中的位置、装配焊接顺序、焊接方法、焊接电流及焊接方向等对焊接应力与变形也有一定的影响。下面着重介绍几个主要因素。

（1）焊件的不均匀受热

焊接是一个局部的加热过程，焊件上的温度分布及不均匀。为了便于了解不均匀受热时应力与变形的产生，首先对均匀加热时的应力与变形进行讨论。

不受约束的杆件在均匀加热与冷却时，其变形属于自由变形，因此在杆件加热过程中不会产生任何内应力，冷却后也不会有任何残余应力和残余变形。

受约束的杆件在均匀加热时的变形属于非自由变形，在实际生产中，即存在外观变形，也存在内部变形。

长板条中心加热（类似于堆焊）引起的应力与变形 如图4-1所示的长度为L0、厚度为

的长板条，材料为低碳钢，在其中间沿长度方向上进行加热。为简化讨论，我们板条上的温度分为两种，中间为高温区，其温度均匀一致；两边为低温区，其温度也均匀一致。 加热时，板条的高温区与低温区是可以分离的，高温区伸长，低温区不变。

图4-1 钢板条中心加热和冷却时的应力与变形a）原始状态 b）、c）加热过程 d）、e）冷却过程

长板条一侧加热（相当于板边堆焊）引起的应力与变形

如图4-1a）所示的材质均匀的钢板，在其边缘快速加热。假设钢板由许多互不相连的窄条组成，则个窄条在加热时将按温度高低而有所不同伸长，如图4-1b）所示。但实际上，板条是一整体，各板条之间是相互牵连、相互影响的，上一部分金属因受下一部分金属的阻碍作用而不能自由伸长，因此产生了压缩塑性变形。

由上述可知，对构件进行不均匀加热，在加热过程中，只要温度高于材料屈服点的温度，构件就会产生压缩塑性变形，冷却后，构件必然有残余应力和残余变形。焊接是极不均匀的加热过程，且温度远远高于材料屈服点温度，所以，焊后焊件必然有残余应力和残余变形。

1）焊缝金属的收缩

焊缝金属冷却过程中，当由液态凝固为固态时，其体积要收缩。由于焊缝金属与母材是紧密相联系的，因此，焊缝金属并不能自由收缩。这将引起整个焊件的变形，同时在焊缝中引起残余应力。另外，一条焊缝是逐步形成的，焊缝先结晶的部分要阻止后结晶部分的收缩，由此也会产生焊接应力与变形。

2）金相组织的变化

钢在加热及冷却过程中发生相变，可得到不同的组织。这些组织的比体积也不一样，由此也会造成焊接应力与变形。

3）焊件的刚性和拘束

焊件的刚性和约束对焊接应力和变形也有较大的影响。刚性是指焊件抵抗变形的能力；而约束是焊件周围物体对焊件变形的约束。刚性是焊件本身的性能，它与焊件材质、焊件截面形状和尺寸等有关；而约束是一种外部条件。焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越大，焊接变形越小，焊接应力越大；反之，焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越小，则焊件变形越大，而焊接应力越小。

焊接残余变形的五种基本变形形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形。这些变形基本变形形式的不同组合，形成了实际生产中复杂的焊接变形。

图4-2 焊接变形的基本形式 a）收缩变形 b）角变形 c）弯曲变形 d）波浪变形 e）扭曲变形

4.1.2如何控制焊接变形

控制焊接变形，总的来说，可以从两方面着手：①设计方面，即从结构的设计与选材上防止焊接变形，②工艺方面，即在制造过程中采用一些适当的工艺措施来控制焊接变形。下面介绍几种常用的控制焊接变形的工艺措施：

（1）留余量法

此法既是在下料时，将零件的长度或宽度尺寸比设计尺寸适当加大，以补偿焊件的收缩。余量的多少可根据计算公式并结合生产经验来确定。留余量法主要是用于防止焊件的收缩变形。

（2）反变形法

此法就是根据焊件的变形规律，焊前预先将焊件向着与焊接变形的相反方向进行人为的变形（反变形量与焊接变形量相等），使之达到抵消焊接变形的目的。主要控制角变形和弯曲变形。如图4-3所示是Y形坡口单面对接焊时，利用反变形法防止角变形的最简单的例子。如图4-3a是不采取反变形的情况，焊后将产生角变形；图4-3b是焊前预先将坡口处垫起，形成一个反变形，然后再焊接，焊后基本平直。

（3）刚性固定法

采用适当的办法来增加焊件的刚度或拘束度，可以达到减小其变形的目的，这就是刚性固定法。常用的刚性固定法有以下几种：

1）将焊件固定在刚性平台上

2）将焊件组合成刚性更大或对称的结构

3）利用焊接夹具增加结构的刚性和拘束

4）利用临时支撑增加结构的刚性和拘束

（4） 选择合理的装配焊接顺序 装配焊接顺序对焊接结构变形的影响是很大的，因此，可以利用合理的装配焊接顺序来控制焊接变形。为了控制和减小焊接变形，装配焊接顺序的选择应遵守以下原则：

1）正在施焊的焊缝应尽量靠近结构截面的中性轴

2）对于焊缝非对称布置的结构，装配焊接时应先焊焊缝少的一侧

3）焊缝对称布置的结构，应由偶数焊工对称地施焊

4）长焊缝焊接时，可采用如图4-3所示的方向和顺序进行焊接，来减少其焊后的收缩变形

5）相邻两条焊缝，为了防止产生扭曲变形，应按如图所示的方向和顺序焊接

4.1.3主梁变形的原因

主梁严重下挠的原因较多，主要有以下一些：

（1）制造时下料和焊接不符合要求。

主梁腹板下料按规定须按拱度下料，有些单位自制主梁时不按规定下料，而是按直板下料，主梁上拱是通过火烤或焊接工艺获得。这样制造出的主梁经过一段时间，拱工就自然消失（自然失效），因而产生下挠。由于焊接工艺不良或金属材料不合格都会使主梁很快产生下扰。

（2）超负荷吊运

超负荷吊运对起重机主梁危害严重，当超载25%以上时，有可能一次就造成主梁残余性下扰，或使原来存在的下挠更严重。据调查，超载使用者，84%的主梁都产生严重下挠。

（3）违章吊运

违章掉拔埋设物件（死物），或改变工作类型使用（如轻级、中级改重级使用），都会使起重机严重超负荷，从而使主梁下挠变形。

（4）操作不正确

钢丝绳没绷紧就快速起吊，制动器调整不当，快速下降，起吊重物时制动过猛和吊运重物翻转引起冲击等，均会造成主梁下挠。

（5）腐蚀

在有腐蚀性气体或湿度大的环境中，以及露天作业的起重机，因防腐不良造成钢结构腐蚀而损坏主梁。

（6）高温的影响

钢的屈服点是随着温度升高而降低的，在高温下长期工作的起重机，由于受热辐射的烘烤，主梁下盖板温度超过上盖板，使主梁产生永久性变形，产生残余下挠。

（7）修理的影响

修理时，主梁上盖板经常接触气焊、电焊施工、小车轨道压板的多次割焊，都会使主梁产生下挠。焊接走台会使主梁向内旁弯。

（8）长时间在跨中位置吊运重物

4.1.4 旁弯产生的原因

（1）在使用中产生的水平旁弯

起重机在使用中，由于主梁的下挠，造成主梁向内侧产生了水平弯曲。

（2）制造工艺要求的预制旁弯

为了达到主梁预制旁弯的要求，在焊接主梁上盖板与大小劲板焊缝时，施焊方向从无走台向有走台侧移动，致使主梁向走台侧产生水平弯曲。

（3）因改制结构产生水平弯曲

加宽走台和在走台外增加拉筋板时，由于在主梁外侧进行气割和焊接加热，造成主梁内侧水平弯曲。

（4）由于使用中水平惯性力的作用，引起主梁向内侧产生水平弯曲

4.1.5 主梁腹板波浪产生的原因

在腹板拼接时，由于钢板本身不平（焊前又无校平处理），在焊接内应力的作用下，产生了腹板的波浪变形。

4.1.6重点研究几道关键工序

根据上面的介绍及工厂的实际加工条件，对几道关键工序进行了重点研究，其他的制造工序与规范见附件。

关键工序一：板材下料

以前的加工工艺是采用先逐个板材切割，然后进行对接，要求公差2mm。经过分析与北起的实际情况的考察，逐个切割，很难保证每块板材的整体公差要求公差，即使每块板的公差达到标准，当对接后整体的公差则很难保证。直接导致的结果有两块腹板的整体公差不一致，造成成箱后主梁超差，只能打开不合格处重新修复，返工率为85%造成不必要的浪费。

解决的方案：

先进行板材的对接，再进行切割。工艺如图，采用这种方案保证了板材的整体公差要求，经过现场的模拟试行使得箱型成型后的合格率提升到98%以上。

板材下料工艺如下：

（1）将几张板平放在平台上，算好尺寸，焊缝错位，板厚在10mm以下（含10mm）的板不需打坡口，10mm板接缝间隙为3mm，δ8、δ6板接缝间隙为2mm，大于δ10 板需打45°坡口，将相邻两板点焊连接，进行焊接、焊缝，保证直线度及外观的效果，如图4-4所示连接长度要符合图纸要求。

其中标记：

1，2，3— 同一腹板中平板排列顺序1，2，3；

正—腹板对焊按拼接方向正，反。

（3）画线、取中、定坐标，在中心处必须打冲眼作标记，以便找中(如图4-6):

（4） 将拼接板垂直中心线距板30 mm（见图纸）处定为坐标原点，水平轴X1，X2；两轴线相距尺寸(如图4-7)：

（5）按照所给腹板下料曲线数值，确定上下边各点位置，如图4-8：

（6）将所确定的腹板上下边各点依次用直线相连，如图4-9：

（7）用气割小车按上述连线双边同时切割下料，其偏差应小于2mm.，注意小车气割到两连线点必须停止，进行测量；

（8）将平板1，2，3 点焊处打开，码放好；

（9）两块腹板在全长范围内，每条接缝必须挫开250mm以上；

(10) 腹板与盖板在全长范围内，每条接缝必须挫开250mm以上。

关键工序二：主梁腹板做拱

分析：

主梁的腹板的拱度的保证不仅与下料时手工描画曲线数值时的准确性有关，还要先保证裁腹板时的相邻两边的垂直的，再进行划线做拱。以前的加工工艺是再没保证腹板的垂直度就进行做拱，这样做的结果会造成拱度的偏差，造成主梁拱度的偏大或偏小。如果拱度偏大，则会出现小车的爬坡能力不够，导致起重机不能正常运行。如果拱度偏小，则很可能出现主梁的塑性变形，或产生下挠。这样的起重机在运行时非常的危险。

解决方案：

在腹板做拱的工艺上应采用先保证腹板相邻两边的垂直度，再划线做拱。采用此方案不仅能够保证拱度在偏差范围内，保证了主梁合理受力，也减小了材料的浪费，提高了产品的合格率。

关键工序三：隔板的切割

分析：

隔板的相邻两边的垂直一定要保证在一定的偏差内，在高度方向上的偏差不得大于3mm，在宽度方向上的偏差（只能为负值）不得大于1mm，相临两边的垂直偏差不得大于H/1000mm.如图所示，如隔板两边不垂直，会影响腹板的直线度。起重设备厂生产的不合格的起重机经过检验，发现由于在切割隔板时，没有保证它的一定垂直度的偏差，导致腹板的板面出现波浪度，出现某处应力的集中，而影响主梁的承载能力。

解决方案：

在隔板的加工工艺进行一下改动，要求在切割隔板时留出余量，切割完成后，将隔板在铣床上铣隔板的四边，保证隔板相邻两边的垂直度要求。

关键工序四：四条焊缝焊接

分析：

焊缝的培高要保证规范的高度，否则不能保证焊接的强度，同样影响相应梁的承受能力。北起在焊接这四条焊缝时，使用的自动埋弧焊机。

解决方案：

要对操作人员进行定期考核，提高操作人员的技术水平。对自动埋弧焊机要定期维护、保养，使焊机处在良好的工作状态。

关键工序五：箱形梁成型

分析：

一根梁有八个端点，（如图4-11）A、B、C、D、A′、B′、C′、D′，当按照标准去保证时，仍然出现梁的扭曲度过大，以前的加工工艺只保证了，两点之间的高度差在范围公差内，例如 A高B2mm，C高D2mm B′高A′2mm D′高C′2mm，均符合标准，可箱形梁在进行埋弧焊接时，只要进行焊接就会有应力变形，如果任何一点产生变形，则就出现了扭曲度过大的现象。箱形梁的扭曲度过大则使梁出现局部应力集中，不能达到预期的承载能力，造成不合格率的升高。

解决方案：

无论作任何一根梁时，要保证梁的八个端点的两点之间的高度差在范围公差内，并且累计公差量也不要大于3mm.这样就能保证梁不会出现扭曲度过大，而影响梁的承载能力。

4.2 检验工艺的研究4.2.1检验工艺主要考核内容

（1）焊接时焊缝质量检验标准

1）外观：

不得有：表面裂纹、设计要求焊透而没有焊透、未溶合、表面气孔、肉眼所见的夹渣及深度大于0.5毫米的咬边。

角焊缝焊脚尺寸应满足图纸设计要求，两直角边焊趾高度差应小于3毫米（见图4-12）。

焊缝表面高低差应小于2毫米（见图4-13）；

宽度差应小于2毫米（见图4-14）。

对接焊缝的表面高度应小于3毫米，开坡口的埋弧焊对接焊缝，焊缝宽度比坡口边每侧增宽小于3毫米（见图4-15）。

不开坡口的焊条电弧焊对接焊缝的宽度为母材厚度的1.5-2倍（见图4-16）。

（2）焊缝内部：按无损检测标准执行

（3）主梁的上拱度，下挠度，旁弯，腹板的波浪度，水平偏斜，垂直偏斜这几个要点的检测。如不符合要求时，可采取火焰矫正法或配合压重等方法进行矫正。

4.2.2主梁变形的测量方法

（1）上拱度（下挠度）的测量

1）水准仪法 测量时把水准仪架设于距主梁适当的位置，如设在厂房内同一条轨道上的另一台桥式起重机或其他支架上，再转动水准仪，可以找出一条水平线，再根据这条线直接测出主梁各点的上拱值。

水平仪也可以在地面上进行测量，此时需在主梁内侧上盖板处（长筋板处）自由悬挂一标尺，水平仪距标尺15～20m，下端距地面1.5m左右，在木条下端适当位置挂一支1m长的钢板尺，与水准仪目镜相对应（图4-17）即可测量主梁跨中的上供值或下挠值（加载前后的刻度差）。

这种方法可使测量人员远离起重机，比较安全，精度也较高。

2）连通器法 这种方法简单，不需要仪器，是用一个水桶和一个有刻度的玻璃管或水管标尺，用胶管连接起来就可以测量（图4-18）。具体作法是，将盛有带色水的木桶固定在起重机主梁跨端适当的位置上，然后移动带有刻度的水管标尺，测得主梁上各测点的水位高度，各测点的读数与跨端的读数差便是各测点的拱度（或挠度）值。应该注意，水管不能太细，否则会受毛细管作用影响。

3）钢丝法 钢丝法也比较简单，不用仪器，测量较为方便和准确，应用较为普遍。测量方法如图4-19所示，即把直径为0.5mm的细钢丝，用固定在主梁端部上盖板上的撑杆（用金属杆制作，也可以用槽钢、角钢、圆钢代替）架起来，一端固定，另一端用质量为15kg的重锤把钢丝拉紧。上盖板与钢丝间距离可用立式游标卡尺量取。

（2） 旁弯的测量

旁弯的测量一般采用钢丝测量法，如图4-20所示。将钢丝紧贴在被测的主梁上盖板上，在上盖板的两端梁中心线处，各取距上盖板某一边相等的距离，固定拉紧钢丝。然后量出主梁跨中的上盖板同一边至钢丝的水平距离X1，则可得主梁水平旁弯值为

（3）波浪变形的测量

用1m长的直尺在腹板表面的任何方向和部位测量波浪凹谷至直尺边的距离，就是腹板的波浪变形值，如图4-22所示。

4.2.3检验不合格后的矫正方法

在检查主梁的上拱度、波浪、高低差等。如果箱形梁同时有上拱度、旁弯、扭曲等三种不符合要求的变形，一般先矫正扭曲，再矫正上拱度，最后矫正旁弯变形。在这里主要讲一下主梁下挠变形的矫正方法。

（1）目前修理主梁下挠变形的方法，基本上可分为4种：预应力法、钢丝绳张拉法、火焰矫正法和加下盖板法。

1）预应力法：

预应力法是用预应力张拉钢筋，使下挠程度，安装上3～5根经过计算的钢筋，在主梁空载时将钢筋拉紧。加在主梁上的偏心力矩，促使主梁向上弯曲，达到恢复上拱的目的。在偏心力矩作用下，起重机未起吊重物时，主梁已存在预应力，可以抵消一部分由重物重力所产生的下挠。

图4-23中托架的设置是为防止起重机运行过程中，因钢筋抖动影响起重机正常工作。

这种修复方法的优点是工艺简单，工期短。缺点是只适用于小吨位，且主梁下挠较少的起重机；对主梁的局部变形、腹板波浪超差、端梁变形等问题无法解决。

2）钢丝绳张拉法：

钢丝绳张拉法的原理和预应力法相同。在梁的两端焊支座板，并和穿绕钢丝绳的滑轮组固接在一起。修理时只要将一钢丝绳固定，另一端钢丝绳用手拉葫芦慢慢张紧即可。这种方法操作简单，而且张力较大。由于钢丝绳的特殊性能，操作和使用也比较安全。

3）火焰矫正法：

火焰矫正法如图4-24所示。是用氧-乙炔火焰加热桥架的某些部位，以达到矫正主梁变形的目的。其原理是，当主梁某一局部位置加热时，该处的膨胀变形，因受到周围未被加热的钢板的限制，而不能自由膨胀，就产生了压缩塑性变形现象。而热金属在冷却过程中，又会牵动它周围的冷金属互相靠近。每个加热区在冷却时产生偏心力矩，促使主梁恢复上拱。

火焰矫正法的优点是，灵活性大，可以矫正桥架结构的各种错综复杂的变形。缺点是操作时要用千斤顶将主梁占间顶起，使主梁一端的车轮离开轨道面，不但工艺复杂，技术要求高，而且工期较长，修复费用高。

4）主梁加下盖板法：

主梁加下盖板法如图4-25所示。这种方法是在主梁下盖板之下重新焊接一块下盖板。新加的下盖板的宽度较原下盖板宽15～20mm，每隔400～450mm钻

的孔，以便增加焊缝的长度，调整主梁的变形。采用这种方法完全是以焊接变形来使主梁恢复上拱度，故焊角的大小、焊接工艺等因素直接影响变形的大小。在采用这种方法以前，一定要对主梁进行很好的测量，以确定焊角的大小和焊接工艺。采用这种方法实质是以焊接应力来恢复上拱度，由于焊接应力和变形随着时效过程而逐渐消失，故经过一段使用之后，上拱度仍会减小。所以，采用这种修复方法时，主梁上拱度的值比规定的上拱度要取上级限值或比规定的上拱度略大一些。

（2）旁弯的矫正：

通常采用火焰矫正法对不合格的旁弯进行矫正。矫正时加热面布置在主梁上部筋板位置处，并且在主梁凸弯的相反一侧，在上盖板和腹板上都布置三角形加热面，三角形底边长度e=60～100mm，在腹板上的三角形高度h为腹板高度 的1/5，在盖板上三角形高度b可为盖板宽度B的1/5～1/4，即b= (1/5～1/4)B，加热面尺寸可根据旁弯情况进行调整。

（3）扭曲的矫正：

可采用矫正上拱度和旁弯的2项矫正方法，配合起来达到矫正扭曲的效果。

（4）波浪的矫正：

波浪变形一般产生在腹板中部和下部，无走台侧更严重一些，通常采用火焰矫正法进行矫正。4.3工艺装备使用的研究

焊接工艺装备是焊接结构装配与焊接生产过程中起配合及辅助作用的工装卡具、机械装置或设备的总称，简称焊接工装。焊接工装的应用对提高产品质量，减轻焊接工人的劳动强度、加速焊接生产实现机械化、自动化进程等诸方面起着非常重要的作用。

焊接工装的作用主要表现在如下几个方面：

（1）定位准确、夹紧可靠，可部分或全部取代下料和装配时的划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高零件的精度和互换性。

（2）防止和减小焊接变形，降低焊接后的矫正工作量，达到提高劳动生产率的目的。

（3）能够保证最佳的施焊位置，焊缝的成型性优良，工艺缺陷明显降低，可获得满意的焊接接头。

（4）采用机械装置进行零部件装配的定位、夹紧及焊件翻转等繁重的工作，可改善工人的劳动条件。

（5）可以扩大先进工艺方法和设备的使用范围，促进焊接结构生产机械化和自动化的综合发展。

4.3.1焊接工艺流程所需的工艺装备

（1）装配平台 如图4-26：

主要类型：铸铁平台，钢结构平台，导轨平台，水泥平台

1）铸铁平台是由许多块铸铁组成的，结构坚固，工作表面需要加工，平面度比较高，面上具有许多孔槽，便于安装夹具，常用于进行结构的装配以及用于钢板和型钢的热加工弯曲。

2）刚结构平台是由型钢和厚钢板焊制而成的，它的上表面一般不经过切削加工，所以平面度不及铸造平台，常用于制造大型焊接结构或制作桁架结构。

3）导轨平台是由安装在水泥基础上的许多导轨排列组成的，每根导轨的上表面都经过切削加工，并有紧固工件用的螺栓沟槽。这种平台用于制作大型焊接结构件。

4）水泥平台是由水泥浇灌而成的一种简易而又适合于大面积工作的平台，浇灌前在一定的部位预埋拉桩、拉环，以便装配时用来固定工件。在水泥平台可以拼接钢板、框架和构件，又可以在上面安置胎架进行较大部件的装配。

根据实际情况，我们选用钢结构平台。这种平台是由型钢和厚钢板焊制而成的。因为北起起重机设备有限公司工厂内有很多钢板，所以就地取物使用现有材料制造，它的上表面一般不经过切削加工，所以平面度较差。常用于制作大型焊接结构或制作桁架结构。钢结构平台在制造时就留好拱度值，形成主梁上拱度。

一般要求：

1）平台应具备足够的强度和刚度。

2）平台表面应光滑平整，要求水平放置。

3）尺寸较大的装配平台应安置在相当坚固的基础上，保证起重机主梁的拱度。

4）平台应便于对工件进行装、卸、定位焊、焊接等装配操作。

5）设备构造简单，使用方便，成本要低。

（2）平面定位用定位器，见图4-27.

定位器可作为一种独立的工艺装备，也可以是复杂夹具中的一个基本元件。定位器具有多种结构形式，如挡铁、支撑钉或支撑板、定位销及V型块等。使用时，可根据被定位焊件的结构形式及定位要求进行布置和选择。

3）夹紧装置

利用某种施力元件或机构使焊件达到并保持预定位置的操作称为夹紧，用于夹紧操作的元件或机构就称之为夹紧器或夹紧机构。在起重机主梁的焊接工序中，为保证腹板与隔板焊接的垂直度和局部平面度起到夹紧定位的作用。

螺旋夹紧器一般由螺杆，螺母和主体三部分组成，通过螺杆与螺母的相对转动达到夹紧焊件的目的。为避免螺杆直接压紧焊件而造成焊件表面的压伤和产生位移，通常在螺杆的端部有可以摆动的压块。螺旋夹紧器的夹紧动作比较慢（每转一圈前进一个螺距），辅助时间长，工作效率不高。见图4-28.

1）杠杆夹具

杠杆夹具是利用杠杆的增力作用夹持零件，图4-29所示为几种简单夹具的形式及应用。

4.4 制造业5S管理制度的推行

经过几个月的现场实习，发现北京北起意欧替起重机有限公司厂房的现场管理很有问题，起重机械行业因产品、工艺、设备的特殊性生产现场难于保证良好状态，脏、乱、差现象较普遍，因为现场运转的机电设备多，员工的安全意识差，现场比较危险。

所以我建议公司实行制造业5S现场管理制度。针对当前起重机械行业的现状及起重机企业的实际情况，研究在起重机械行业建立5S制度的必要性，分析5S管理的特点，以及如何建立及实施5S管理。

4.4.1 5S现场管理的特点和概念

（1）什么是5S现场管理？

5S起源于日本，是指在生产现场中对人员，机器，材料，方法等生产要素进行有效的管理，最先这是日本企业独特的一种管理办法。

（2）5S的内容：

5S是日文SEIRI（整理），SEITON(整顿)，SEISO（清扫），SEIKETSU(清洁)，SHITSUKE(素养)。

1）SEIRI（整理）：将混乱的状态收拾成井然有序的状态。

首先，区分哪些是必要的东西，哪些是不必要的东西。抛弃不必要的东西。将必要的东西收拾得井然有序。

2）SEITON(整顿)：所谓整顿，就是整理散乱的东西，使其处于整齐的状态。目的是在必要的时候能迅速取得必要的东西。整顿比整理更深入一步，表示：

a) 能迅速取出

b) 能立即使用

c) 处于能节约的状态

3）SEISO（清扫）：将工作场所打扫干净，当设备出现异常时及时进行修理，使之恢复正常状态。清扫过程是根据整理、整顿的结果，将不需要的部分清除或入库储存。

4）SEIKETSU(清洁)：所谓清洁就是保持工作场所没有污物，始终处于非常干净的状态。通过一次又一次的清扫，使工作场所的地板和机器都干干净净并且要不断保持这种干净，让人看了之后受到感动和鼓舞。

5）SHITSUKE(素养)：所谓素养就是在仪表和礼仪两个方面都做得好，能严格遵守企业推行的5S运动规定，并做到养成良好的5S运动的习惯。

素养是“5S”活动的核心，应为没有人员素质的提高，各项活动就不能顺利发展，就是开展也坚持不了。

整理，整顿，清扫，清洁，修养，这五个S并不是各自独立，互不相关的。它们之间是一种相辅相成，缺一不可的关系。整理是整顿的基础，整顿又是整理的巩固，清扫是显现整理，整顿的效果，而通过简洁和修养，则使企业形成一个所谓整体的改善气氛。其关系如图4-30所示。

5S活动的最大成果：产品可以准时交到客户手上，没有延误交货，同时工作空间，机械设备的管理得当，物品放置妥当。

5S活动的最终目标：创造人性化，安全的工厂环境，使工作人员感到舒心和轻松，机械设备得到维护与安全保障。

（2）5S活动的推行步骤:

5S活动策划——5S活动组织构建——拟定5S活动文件——实施5S教育培训——5S活动前宣传造势——建立5S样板区——前面推进5S活动——开展5S评比与考核

（3）5S的推行手法

1) 定点摄影法

定点摄影法是指从同样的位置，同样的高度，同样的方向，对同样的物体进行连续摄影，以便清晰地对比改善过程中的状况，让员工知道改善的进度和改善效果。定点摄影法是一种常用的5S活动方法。

作用：定点摄影的目的是将自己工作场所内（工作，工作岗位，设备，方法）不愿让其他人看到而“感到不好意思的地方”拍下来，

作为揭露问题和自我反省的材料。

在定点摄影的运用过程中，每个车间，每个部门只需要贴出一些有代表性的照片，并在照片上详细标明一下信息：部门经理（车间主任）的名字，现场负责者的名字，违反了5S管理的什么规定，照相日期，就可以将问题揭露得清清楚楚，这对存在问题的部门或个人会产生很大的整改压力。对于改善很快，很好的地方要马上照相并及时公布出来，可以做得快，做得好的部门，区域，责任人有成熟感，让做得慢，做得差，没有变化的部门，区域，责任人有压力。

改善前的现场照片能促使各个部门为了本部门形象与利益而采取解决措施，而改善后的现场照片能让部门的员工获得成就感与满足感，从而形成进一步改善的动力。

2) 红牌作战法

红牌就是指用红色的纸做成的5S管理问题揭示单。其中，红色代表警告，危险，不合格或者不良。红牌的内容包括责任部门，对存在问题的描述和相应的对策，要求完成整改的时间，完成的时间以及审核人等

红牌作战方案，表4-1：

3)定置管理

定置是对生产和工作现场的各类物品，根据5S的要求，科学地固定其位置。例如工厂区域定置，生产现场定置，办公区域定置，使其达到标准化，科学化，合理化。必须做到，有图必有物，有物必有区，有区必挂牌，有牌必分类；按图定置，按类存放，账务一致。

4）标志大行动

标志的主要对象是库存物品和机械设备。但是不能盲目地乱贴，而是要根据任何人都能识别，理解，一目了然，有一贯性，扩张性，原则上一个物品一个位置的原则进行。

具体表现在以下几个方面：

（1)机器设备摆放不当：作业流程不流畅，增加了搬运距离，虚耗工时多。

（2)机器设备保养不良，对产品的品质要求不严。由于设备保养不良，使用寿命及机器精度直接影响生产效率及品质无法提升，故障多，增加了开机时间及修理成本。

（3)工具乱摆放增加了找寻时间。人员走动增加、工作场所秩序混乱、工具易损坏。

（4)运料通道不当，工作场所不流畅，增加搬运时间且易生危险。

（5)原料、半成品、成品、整修品、报废品随意摆放，容易混料；要花时间去找要用的东西，管理人员看不出物品到底有多少。

如果生产现场每天被这些小事困扰着，那么其影响可不少：

(1) 员工的情绪会受到影响，从而降低工作效率；

(2) 容易造成直接经济损失或职业伤害，发生各种安全事故；

(3) 降低设备的精度及使用寿命。即使是最先进的设备，也会很快地变为不良器材而待维修或报废。

(4) 由于表示不清而造成材料误用，从而降低产品质量。

而解决以上问题的良方就是推行5S活动。4.4.3 5S的实施

5S管理的整理，强调工作现场，区别要与不要的东西，只保留有用的东西；整顿是把要用的东西按规定位置摆放整齐，并做好标识进行管理；清扫是将不需要的东西清除掉，保持现场工作无垃圾；清洁是维持以上整理、清扫后的局面，使工作人员觉得整洁、卫生、整理、清扫、清洁的对象是场地和物品；修养的对象则是人。无数实践证明，起重机械行业5S管理制度的建立与实施能够保持正常的生产秩序，实现生产过程的良性循环，进而保证企业经济效益的不断提升。现场管理的目的就是按照企业的生产经营目标，合理有效地计划、组织、协调和控制各种要素，以达到优质、高效、低耗、均衡和安全地完成产品生产过程。现场管理必须为实现企业的生产经营目的服务。

首先，必须明确现场的概念。简而言之，现场就是企业人员从事生产经营活动的各种场所。现场是个集合概念，仅对生产作业现场来说，就包括加工、检验、运输、储存、供应、办公等一系列工作现场和其他相关场所。

其次，现场管理包括广义的现场管理和狭义的现场管理两个范畴。广义的现场管理是指对企业所有生产经营活动场所的管理，不仅包括生产作业现场，而且包括与生产作业有关的质量现场、设备现场、物流现场、试验现场、运输现场和安全现场；还包括企业的现场信息、现场纪律、现场计量、现场抽样、现场流程、现场定置及现场诊断等企业所有现场的管理。狭义的现场管理主要是指对企业生产作业现场的管理，主要是对企业的各个生产车间以及为生产车间服务的料场、仓库、运输等生产作业场所的管理。为了企业的良性运作，对企业的所有生产经营活动场所都必须实行科学管理。

进一步说，生产作业现场管理是对生产过程的要素，包括人(操作者、管理者)、机(机器设备、工艺装备)、料(原材料、辅助材料、零件、部件)、能(水、电、煤、气)、法(操作方法、工艺制度、规章)、环(环境、安全措施)、信(信息)等进行合理配置和优化组合，将它们有机结合，通过生产过程的转换，产生符合市场需求、质量合格、低成本、交货及时的产品的一种综合性管理。

国内大部分起重机械行业也不同程度存在着以上各种现象，公司作为一个具有规模生产能力的生产经营型企业，面临着激烈的市场竞争，用户对产品的要求不断提高，企业不仅要增加产量，而且产品的质量要好，价格要便宜，交货要及时，售后服务要周到。而这些需求又在不断变化，要适应这种需求不断变化的状况，更有效地实现企业的生产经营目的，就必须加强现场管理。5S管理就是一种简单、便捷、行之有效的现场管理办法。

由此可见在起重机械行业实行5S管理是必要和可行的。

第一章起重机概论，起重机分为轻小型起重设备、桥式起重机械和臂架类型起重机三大类。而桥式起重机又是最普遍，最通用的。而主梁的形式又有很多种，正轨箱形结构、偏轨箱型结构、偏轨空腹箱形结构、单主梁箱形结构、四桁架式结构、三角形桁架结构、单腹板梁结构、曲腹板梁结构、预应力箱形梁结构及管形单梁结构等。因为主梁形式的多样性，所以使得起重机的桥架也有很多种形式。其主梁的形式主要是箱型梁结构。根据起重机主梁的特性可知，起重机百分之六十的重量都承受在主梁上。

因此，主梁质量的好坏直接影响着起重机的品质。所以严格控制起重机的质量是本起首要任务，因此，本课题从起重机的制造过程，检验过程，以及检测手段入手，分析了起重机的在制造过程中出现的主要问题，出现问题的原因，以及解决的方法，主梁制造过程的主要问题就是焊接变形，检测手段主要有超声波探伤、尺寸测量，矫正方法主要是火焰矫正、机械矫正法。

根据起重设备厂的现状，应该实行5S现场管理，可以改善工厂凌乱，使办公场所舒适，全员参与，活跃员工生活，使员工心情愉悦，从而提高工作效率，创造更高的效益。