起重機械計算方法

1、在進行起重機總體設計時，特別是鋼結構設計時，考慮的載荷和工民建鋼結構廠房設計考慮的載荷有很大不同，其特點就是起重機是動態(tài)使用的，在考慮載荷時，都要乘一個系數(shù)，現(xiàn)在我把整體設計時最常用的載荷系數(shù)簡單得說一下，使對起重機鋼結構設計不了解的人有一個初步的認識，同時，也請這方面的專家指出不足之處。規(guī)范中可沒有這么詳細啊！一、自重沖擊系數(shù)當貨物突然起升離地、貨物下降制動、起重機運行通過軌道接縫或運動機構起動、制動時，起重機的的自身重量將產生沖擊和振動。由于這種沖擊和振動，起重機各部分質量會產生附加的加速度，雖然可用計算機計算這種加速度， 但計算工作量較大，所以， 實際計算時是將自重乘以一個沖擊系數(shù)，以考

2、慮這種附加動載的影響。按照起重機設計規(guī)范（ GB3811-83 ），的規(guī)定，自重沖擊系數(shù)分兩種情況，一是貨物離地或貨物下降制動對自重的沖擊，將起重機自重乘以起升沖擊系數(shù)1，二是吊著貨物的起重機運行通過軌道接縫，將起重機自重和起升載荷均乘以相同的運行沖擊系數(shù)4，他們都是經驗值。1 、起升沖擊系數(shù) 1規(guī)范規(guī)定：0.9 1 1 1.這個系數(shù)的應用分兩種情況：當自重對要計算的元件起增大作用時，取 1=1.01.1 ，否則取 1=0.91.0 。2 、運行沖擊系數(shù) 4規(guī)范規(guī)定，4用下式計算： 4=1.10+0.058vh ( 注： h為 h 開更號）式中 v- 起重機（或小車）的運行速度（m/s)h-軌

3、道接縫處二軌道面的高度差（mm ）理論表明，當速度較大時（v2m/s），沖擊系數(shù)并不隨速度增大，只要控制h2mm ，系數(shù)不會大于1.1 。二、起升載荷動載系數(shù)2這是一個最重要的系數(shù)。2一般取 1 2 2當起升質量突然離地上升或下降制動時起升質量將產生附加的加速度，由這個附加加速度引起的慣性力，將對機構和結構產生附加的動應力，我國規(guī)范規(guī)定，將起升載荷乘以系數(shù) 2予以增大， 2即為起升載荷動載系數(shù)。1 、 2的估算值 2=1+cv 1/ （g0+yo） 各符號的意義見起重機設計規(guī)范（ GB3811-83 ）附錄 B為了檢驗上式的正確性，曾對通用橋式起重機、塔式起重機、門座起重機等做過測定，2值與實

4、測值很接近。第1頁共7頁2 、初步設計階段2的估算值在初步設計階段，上述公式的一些參數(shù)未知，2如何估算呢？將上式進行簡化： 2=1+acva= 1/g（ 0+yo） 根據(jù)規(guī)范規(guī)定，按照以下公式參考選?。?=1+0.17v - 做安裝用的、使用輕閑的臂架起重機。2=1+0.35v - 做安裝用的橋式起重機，做一般裝卸和施工用的吊鉤式起重機2=1+0.70v - 在機加工車間和倉庫用的吊鉤橋式起重機、港口抓斗門座起重機2=1+1.00v - 抓斗和電磁橋式起重機。v- 額定起升速度（m/s)若 2 1.1 ，取 2=1.1 ；若 2 2，取 2=2，此時應采取措施降低離地速度（用電控的方法），使

5、2不致太大。3 、 2值的其他估算方法以上是規(guī)范介紹的方法，至于 2到底多大，也在于參考其他吊車的參考值以及設計者的心得體會，其他方法大家也可以參考，這里就介紹以下出處，有興趣的可以找資料，也可以找我聯(lián)系。起重機設計手冊 （機械工業(yè)出版社）P20是規(guī)范未出來之前的常規(guī)設計方法起重機設計手冊 （中國鐵道出版社）P13是 ISO （ 8686-1 ：1989 ）的設計方法。三、突然卸載沖擊系數(shù) 3規(guī)范中是這樣規(guī)定的：當起升質量部分或全部突然卸載時， 將對結構產生動態(tài)減載作用， 減小后的起升載荷等于突然卸載沖擊系數(shù)3乘以起升載荷。 3=1- ( m/m)*(1+ 3）m- 起升載荷突然卸去的那部分重

6、量m- 起升質量3- 對于抓斗起重機或類似起重機取0.5 ，對于電磁起重機或類似起重機取1.0從式中看出， 在嚴重情況下 （即突然卸去全部起升質量），起重機將受到與起升質量相等但方向相反的載荷。3的取值范圍 -11 。第2頁共7頁使用時應注意：1 、一般的設計中卸載的沖擊影響主要在起重機抗傾覆穩(wěn)定性計算時應用。2 、對部分起升載荷突然卸除或墜落屬于正常作業(yè)的起重機（例如抓斗或電磁起重機，應考慮突然卸載對結構的動力作用。我也有一些拙見，請指正。起升載荷動載系數(shù)2的推導：我國規(guī)范和aisc規(guī)范規(guī)定起升載荷動載系數(shù)2 最大為 2，即 2<=2,( 視不同情況選?。┘俣ㄒ晃矬wm, 從高

7、h 跌落 ,其沖擊力為：用機械能守恒定理:mg( h+Ymax) = 0.5*k*Ymaxhere Ymax為結構最大變形，k 為勁度系數(shù)靜荷載時mg=kY聯(lián)立求解Ymax=(1+(1+2h/Y)0.5 )*Y沖擊系數(shù)為(1+(1+2h/Y)0.5)沖擊力為F=kYmax=k*(1+(1+2h/Y)0.5 )*YF=kY*沖擊系數(shù)F=mg*沖擊系數(shù)= mg*(1+(1+2h/Y)0.5)沖擊力為重力與沖擊系數(shù)的乘積當 h=0( 此時與起升載荷對機構和結構產生的動應力情況相同）沖擊系數(shù)為 (1+(1+2h/Y)0.5)=2結論 : 沖擊系數(shù)最大為2首先回答樓上朋友的問題。你可能是學結構的，我呢，

8、是具體搞技術的， 平時只管套規(guī)范， 但對規(guī)范的公式的理論由來還真的沒有吃透，本著求實的態(tài)度，為此，我專門打了電話，求教了一個朋友，他是國內某著名大學的起重機博士，根據(jù)他的解釋，答復如下，不知您是否滿意，這也是我遲遲未答復的原因。一、你的推導沒有錯誤，但你的力學模型和起重機起升工況的力學模型不一樣。你的力學模型如附圖1 所示，其實就是一靜止物體突然加載到某彈性物體上的沖擊工況，重物 G 在初始時靜止彈簧 K 的自由狀態(tài)， G 掛上彈簧突然松手，此時彈簧的最大受力為2mg ，即 2=2 ，這就是你的公式的由來，注意，是靜止物體。第3頁共7頁二、起重機起升工況要比上述工況復雜的多，而且不是上述工況。

9、起重機起升最理想的工況（沖擊最?。┤绺綀D2 所示，彈性鋼絲繩以無限小的速度v0 緩緩提起，當k x等于 mg 時，物體也以 v0 緩緩離開地面，此時 2=1（無沖擊），但這種工況效率太低，不現(xiàn)實，也是不可能的，因此，隨著 v0 的增大， 2也會增大，肯定會大于 2，例如， v0 很大，（如 10g ），而鋼絲繩的剛度也很大，迫使 G 在短時間內 v0 達到 10g ，（如 1 秒），則 G 的平均加速度就為 10g/1=10g, 其受的慣性力就為 10mg ，即受拉力為 10mg ，此時， 2=10。三、歸根結底，你的模型未考慮重物與彈簧在初始時就存在相對速度（鋼絲繩動而重物不動）。試想，如果

10、k為無窮大，則重物速度從0 變到 v0 的時間為0 ，此時， 2為無窮大。你提的問題相當好，這正好反映了起重機鋼結構的設計和普通鋼結構建筑設計的不同原理，但兩者又有許多相通之處，它們都是鋼結構，但一個動，一個靜止而已。謝謝你提的問題，我也受益匪淺。（接著說動載系數(shù)）四、試驗載荷動載系數(shù) 6起重機在投入使用使用以前，必須進行超載動態(tài)試驗和超載靜態(tài)試驗，也就是大家常說的110% 動負荷試驗和 125% 靜負荷試驗。試驗時風速一般不超過8.3m/s ，大約是5 級風（ 8.017.9m/s，離地 10m 高）。1 、動態(tài)試驗是起吊額定負荷的110% ，且處于起重機最不利位置，按要求完成各種運動和組合

11、運動。此時，雖然是全速上升或下降，但離地及下降制動均比較謹慎，按照規(guī)范： 6=（ 1+ 2） /2第4頁共7頁2 、靜態(tài)試驗是加額定載荷的125% ，且處于起重機最不利位置，載荷應平穩(wěn)無沖擊加載。載荷離地100200mm ，懸空時間不得少于 10min 。規(guī)范規(guī)定，有特殊要求的起重機，其試驗載荷由用戶和制造廠簽定合同予以規(guī)定。起重機試驗詳見起重機試驗規(guī)范和程序（ GB5905-86 ）五、彈性振動增大系數(shù)5和剛性動載系數(shù)8這兩個系數(shù)是用于傳動機構動載荷計算的。起重機機構啟動時原動機發(fā)出的轉矩要比機構的靜阻轉矩大，增大的轉矩用來加速機構的運動質量。因此機構啟動存在動載荷。電動機的額定功率Pn(K

12、W) 、額定轉矩Mn(N.m ）和轉速n （ r/min) 存在以下關系：Mn=9550*Pn/n零件承受的總載荷為靜力矩和慣性力矩之和Mmax=Mj+Mg= 8*Mn考慮到機構傳動系統(tǒng)在起動和制動時產生的扭轉振動，則Mmax= 5* 8*Mn剛性動載系數(shù)8和電動機的驅動特性及計算零件兩側的轉動慣量的比值有關，一般8=1.22.0 。彈性振動增大系數(shù)5，對突然起動的機構，取1.51.7 ，對較平穩(wěn)的機構，取1.11.5 。事實上，機構起動和制動時，除傳動機構承受動載荷外，起重機的金屬結構也將承受水平動載荷，因此，也可先將起重機各個質量的慣性力按照剛體動力學的方法計算出，然后再乘以5。六、碰撞緩

13、沖器考慮的彈性振動動載系數(shù)7起重機運行軌道的終端設有彈性緩沖器，一般有彈簧和液壓兩種。一般的碰撞力分析是以剛體動力學的基礎導出的，實際應考慮碰撞時起重機結構將產生彈性振動。按照 ISO/TC-96 工作小組擬訂的關于起重機計算載荷的文件，須將緩沖力乘以動載系數(shù) 7，以考慮彈性振動對緩沖力的影響，并規(guī)定：對于線性彈簧緩沖器：7=1.25對具有不變緩沖力的液壓緩沖器： 7=1.60在我國規(guī)范中規(guī)定：7=1我在起重機設計規(guī)范里，還真的沒有找到這個系數(shù)（或許不常用），在規(guī)范里，只是有緩沖器碰撞時作用在運行機構驅動軸上的力矩計算的經驗公式，還不錯，在起重機設計手冊里，有詳細的計算步驟，我估計，這可能和

14、ISO 有不同之處，具體得有機會請教專家了。第5頁共7頁現(xiàn)在，把起重機設計所用的8 個載荷系數(shù) 1 8都簡要地講完了，大家可能是一頭霧水- 這幾個系數(shù)都知道了，但是起重機鋼結構設計都還考慮哪些載荷呢？是的，這些系數(shù)是和載荷密切相關的，它和一般的工業(yè)廠房考慮的載荷的確不一樣，下面我就將這些載荷一一列出，因為在上面已經將載荷系數(shù)講清了，那么，下面就直接引用，思路也就很清楚了。一、自重載荷PG考慮乘以起升沖擊系數(shù) 1二、起升載荷PQ考慮乘以起升載荷動載系數(shù)2。必要時，考慮乘以突然卸載沖擊系數(shù)3（參見上述3系數(shù)的解釋）三、在不平路面運行產生的沖擊載荷考慮乘以運行沖擊系數(shù)4，注意： PG 和 PQ 分別

15、乘四、機構起動（制動）產生的水平慣性載荷1 、運行慣性力PH= 5*m*a Padm-運行部分質量a-起制動加速度Pad-驅動車輪和鋼軌（或地面）粘著力2 、回轉或變幅運動時的水平慣性力PH=PQ*tg - 鋼絲繩對鉛垂線的偏擺角五、風載荷PWPW=C*Kh*q*AC-風力系數(shù)，考慮結構體型、尺寸等因素對風壓的影響Kh- 風力高度系數(shù)q- 計算風壓A-起重機或起吊物品垂直于風向的迎風面積。六、起重機偏斜運行時的水平側向力PSPS= R* /2R- 起重機產生側向力一側最大輪壓之和- 水平側向力系數(shù)，與起重機跨度L 和大車輪距B 之比有關，七、坡度載荷起重機不平時，自重載荷和起升載荷會產生與坡度方向平行的分力。沿軌道運行的起重機，若水平誤差不大于0.5% ，則不予考慮。八、特殊載荷第6頁共7頁1 、溫度載荷：一般不予考慮。如有特殊情況，應根據(jù)用戶提供的資料進行專門計算。2 、地震載荷：在我國一般不考慮。如有要求，按照用戶提供的地震資料計算。3 、安裝載荷：在起重機安裝時，金屬結構或機構承受的載荷為安裝載荷。應校核構件的強度。它取決于吊裝的方法和吊點的位置。同時應注明安裝時允許的風力。4 、運輸載荷：起重機在用鐵路運輸時，在調車編組