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第一篇 起重运输机金属结构设计计算基础 第一章 概 论 起重运输机金属结构的作用和发展过程 由金属材料轧制成的型钢（角钢、槽钢、工字纲、钢管等）及钢板作为基本元件，彼此按一定的规律用焊接的方法连接起来，制成基本构件后，再用焊接或螺栓将基本构件连接成能够承受外加载荷的结构物称为金属结构。例如常见龙门起重机的上部主梁和支腿、轮式起重机的动臂和底架等。 起重运输机金属结构的作用是作为机械的骨架，承受和传递起重运输机所负担的载重及其自身的重量。图1-1所示的双梁箱形龙门起重机，吊重Q通过起重小车1的运行轮传给上部主梁2，上部主梁2又传给支腿3，最终通过大车运行轨道传给基础。 图1-1 双梁箱形龙门起重机 1-起重小车；2-上部主梁；3-支腿。 金属结构是起重运输机的主要组成部分。不少起重机就是以金属结构的外形而命名的，如桥式起重机、龙门起重机、门座起重机、塔式起重机、桅杆起重机等。 起重运输机金属结构是出现较晚的一种结构。直到十九世纪后期，由于钢铁工业的发展，机器制造业的进一步完善，金属结构才得以迅速发展。最早的起重机是木制的，1880年德国制成了世界上第一台电力拖动的钢制桥式起重机。尔后，欧美一些国家相继生产出由金属材料制成的桥式起重机和其它类型的起重机，其中包括低合金和铝合金结构的起重机。当时的起重机金属结构全部是铆接结构。 二十世纪以来，由于钢铁、机械制造业和铁路、港口及交通运输业的发展，促进了起重运输机械的发展。对起重运输机械的性能也提出了更高的要求。现代起重运输机械担当着繁重的物料搬运任务，是工厂、铁路、港口及其它部门实现物料搬运机械化的关键。因而起重运输机械的金属结构都用优质钢材制造，并用焊接代替铆接连接，不仅简化了结构，缩短了工期，而且大大地减轻了自重，焊接结构是现代金属结构的特征。 我国是应用起重机械最早的国家之一，古代我们祖先采用杠杆及辘轳取水，就是用起重设备节省人力的例子。因是人力驱动，故起重能力小，且效率很低。几千年的封建统治年代，工业得不到发展，从而使起重运输设备及其金属结构的发展缓慢，阻碍了金属结构的广泛应用。解放以前，我国自行设计制造的起重机金属结构很少，绝大多数起重运输设备依靠进口。铁路货物的装、卸则以人力为主。解放初期各主要铁路站场连一台像样的起重运输机都没有，当时的机械化水平就可想而知了。 解放以后，随着冶金、钢铁工业的发展，起重运输机械获得了飞速的发展，金国刚解放就建立了全国最大的大连起重机器厂，1949年10月，在该厂试制成功我国第一台起重量为50吨、跨度为22.5m的桥式起重机。为培养起重运输机械专业的专门人材，在上海交通大学等多所高等工业学校中，创办了起重运输机械专业。铁路系统为适应国民经济发展需要，提高装卸效率，也在唐山铁道学院（现为西南交通大学）办起了铁路装卸机械专业，培养专门从事铁路装卸机械设计和研究的技术人材。  图1-2 20/10吨单主梁C形龙门起重机 1-大车走行基础；2-大车运行机构；3-抓斗；4-司机升降电梯；5-支腿；6-司机室走台；7-司机室；8-司机座椅；9-走台；10-上部主梁；11-起重小车；12-小车供电装置；13-小车罩；14-大车供电装置；15-地沟 图1-3 100/20吨双梁O形龙门起重机 1-大车走行基础；2-地沟供电滑车；3-端部走台；4-小车供电装置；5-栏杆；6-上部主梁，7-小车罩；8-载重小车；9-电梯升降机构；10-小车供电支架；11-端梁；12-上曲腿；13-扶梯；14-直腿；15-下曲腿；16-大车运行机构；17-电梯吊笼；18-爬梯；19-司机室；20-司机座椅。 到目前为止，我国通用桥式类型起重机和工程起重机（汽车起重机、轮胎起重机、塔式起重机）已从过去的仿制过渡到了自行设计制造的阶段。有些机种和产品，无论从结构形式，还是性能指标都达到了较高水平。1973年西南交通大学和天津铁路分局共同研制的单主梁C形龙门起重机（图1-2）和1975年共同研制的O形双梁龙门起重机（图1-3），由于它们具有腿下净空大、司机视野好、货物过腿容易、外形美观等优点，深受用户观迎，并获很快推广。国内许多厂家已能设计制造各种参数的建筑用塔式起重机（图1-4），不仅能满足国内需要，还有少量出口。 近几年以来，轮式起重机的发展极为迅速，不少产品已经系列化。其中以中、小吨位的汽车起重机最引人注目。大吨位的轮式起重机，近年来发展也很快，图1-5为长江起重机厂设计制造的125吨汽车起重机。 图1-4 建筑塔式起重机 图1-5 125吨汽车起重机 西南交通大学与山海关桥梁厂、兰州机车厂共同研制了100吨定长臂及伸缩臂式铁路起重机；与武汉桥机厂共同研制了160吨定长臂及伸缩臂式铁