起重機(jī)械計算方法

1、在進(jìn)行起重機(jī)總體設(shè)計時，特別是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，考慮的載荷和工民建鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計考慮的載荷有很大不同，其特點(diǎn)就是起重機(jī)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(shè)計時最常用的載荷系數(shù)簡單得說一下，使對起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計不了解的人有一個初步的認(rèn)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(xì)?。∫?、自重沖擊系數(shù)當(dāng)貨物突然起升離地、貨物下降制動、起重機(jī)運(yùn)行通過軌道接縫或運(yùn)動機(jī)構(gòu)起動、制動時，起重機(jī)的的自身重量將產(chǎn)生沖擊和振動。由于這種沖擊和振動，起重機(jī)各部分質(zhì)量會產(chǎn)生附加的加速度，雖然可用計算機(jī)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)，

2、 以考慮這種附加動載的影響。按照起重機(jī)設(shè)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(jī)自重乘以起升沖擊系數(shù)（M,二是吊著貨物的起重機(jī)運(yùn)行通過軌道接縫，將起重機(jī)自重和起升載荷均乘以相同的運(yùn)行沖擊系數(shù)（H,他們都是經(jīng)驗值。1、起升沖擊系數(shù)（）1規(guī)范規(guī)定：0.9 w1 1.1這個系數(shù)的應(yīng)用分兩種情況：當(dāng)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(yùn)行沖擊系數(shù)（）4規(guī)范規(guī)定，（）4用下式計算：（）4=1.10+0.058v Vh （注：為 h 開更號）式中 v 起重機(jī)（或小車）的運(yùn)行速度（

3、 m/s）h 軌道接縫處二軌道面的高度差（ mm ）理論表明，當(dāng)速度較大時（vW2m/s）,沖擊系數(shù)并不隨速度增大，只要控制hW2mm,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)。（M一般取1W。2 2當(dāng)起升質(zhì)量突然離地上升或下降制動時起升質(zhì)量將產(chǎn)生附加的加速度，由這個附加加速度引起的慣性力，將對機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加的動應(yīng)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、的估算值（）2=1+cv V 1/ 6 營 0+yO 各符號的意義見起重機(jī)設(shè)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(jī)、塔式起重機(jī)、門座起

4、重機(jī)等做過測定，值與實測值很接近。2、初步設(shè)計階段 。2的估算值在初步設(shè)計階段，上述公式的一些參數(shù)未知，如何估算呢？將上式進(jìn)行簡化：()2=1+acva=V 1/ S(g 入 0+yO 根據(jù)規(guī)范規(guī)定，按照以下公式參考選取：()2=1+0.17v -做安裝用的、使用輕閑的臂架起重機(jī)。f)2=1+0.35v 做安裝用的橋式起重機(jī)，做一般裝卸和施工用的吊鉤式起重機(jī)()2=1+0.70v -在機(jī)加工車間和倉庫用的吊鉤橋式起重機(jī)、港口抓斗門座起重機(jī)。2=1+1.00v -抓斗和電磁橋式起重機(jī)。v 額定起升速度( m/s)若。22,取()2=2,此時應(yīng)采取措施降低離地速度(用電控的方法)，使不致太大。3、

5、值的其他估算方法以上是規(guī)范介紹的方法，至于 到底多大，也在于參考其他吊車的參考值以及設(shè)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(jī)設(shè)計手冊(機(jī)械工業(yè)出版社)P20是規(guī)范未出來之前的常規(guī)設(shè)計方法起重機(jī)設(shè)計手冊(中國鐵道出版社)P13是 ISO (8686-1 ： 1989 )的設(shè)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(dāng)起升質(zhì)量部分或全部突然卸載時， 將對結(jié)構(gòu)產(chǎn)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) 乘以起升載荷。()3=1-( A m/m)*(1+ 3Am 起升載荷突然卸去的那部分重量m 起升質(zhì)量3 3-對

6、于抓斗起重機(jī)或類似起重機(jī)取0.5,對于電磁起重機(jī)或類似起重機(jī)取1.0從式中看出， 在嚴(yán)重情況下 (即突然卸去全部起升質(zhì)量) ， 起重機(jī)將受到與起升質(zhì)量相等但方向相反的載荷。(H的取值范圍-11 。第2 頁共6 頁使用時應(yīng)注意：1、一般的設(shè)計中卸載的沖擊影響主要在起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性計算時應(yīng)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(jī)(例如抓斗或電磁起重機(jī)，應(yīng)考慮突然卸載對結(jié)構(gòu) 的動力作用。我也有一些拙見，請指正。起升載荷動載系數(shù)的推導(dǎo)：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&a=2,(視不同情況選取)假定一物體m,從高h(yuǎn)跌落，其沖擊力為：用機(jī)械能守恒定理：m

7、g( h+Ymax) = 0.5*k*Ymax here Ymax 為結(jié)構(gòu)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/Y40.5 )*Y沖擊系數(shù)為 (1+(1+2h/Y40.5)沖擊力為F=kYmax=k*(1+(1+2h/Y)A0.5 )*YF=kY*沖擊系數(shù)F=mg* 沖擊系數(shù) =mg*(1+(1+2h/YF0.5)沖擊力為重力與沖擊系數(shù)的乘積當(dāng)h=0(此時與起升載荷對機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動應(yīng)力情況相同)沖擊系數(shù)為 (1+(1+2h/Y40.5)=2結(jié)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(xué)結(jié)構(gòu)的，我呢，是具體搞技術(shù)的，平時只管套規(guī)范，但對規(guī)范

8、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(nèi)某著名大學(xué)的起重機(jī)博士，根據(jù)他的解釋，答復(fù)如下，不知您是否滿意，這也是我遲遲未答復(fù)的原因。一、你的推導(dǎo)沒有錯誤，但你的力學(xué)模型和起重機(jī)起升工況的力學(xué)模型不一樣。你的力學(xué)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。二、起重機(jī)起升工況要比上述工況復(fù)雜的多，而且不是上述工況。起重機(jī)起升最理想的工況（沖擊最小）如附圖 2所示，彈性鋼絲繩以無限小的速度

9、v0緩緩提起，當(dāng)kAx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，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(nèi)v0達(dá)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，4 2=10。試想，如果k三、歸根結(jié)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） 為無窮大，則重物速度從 0變到v0的時間為0,此時，為無窮大。你提的問題相當(dāng)好，這正好反映了起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和

10、普通鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計的不同原理，但兩者又有許多相通之處，它們都是鋼結(jié)構(gòu)，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)）第4頁共6頁四、試驗載荷動載系數(shù)。6110%動負(fù)荷試,離地10m高）。起重機(jī)在投入使用使用以前，必須進(jìn)行超載動態(tài)試驗和超載靜態(tài)試驗，也就是大家常說的 驗和125%靜負(fù)荷試驗。試驗時風(fēng)速一般不超過8.3m/s ,大約是5級風(fēng)（8.017.9m/s1、動態(tài)試驗是起吊額定負(fù)荷的110% ,且處于起重機(jī)最不利位置，按要求完成各種運(yùn)動和組合運(yùn)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(jǐn)慎，按照規(guī)范：()6= ( 1+ 4 2) /22 、靜態(tài)試驗是加額

11、定載荷的 125% ，且處于起重機(jī)最不利位置，載荷應(yīng)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(jī)，其試驗載荷由用戶和制造廠簽定合同予以規(guī)定。起重機(jī)試驗詳見起重機(jī)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(jī)構(gòu)動載荷計算的。起重機(jī)機(jī)構(gòu)啟動時原動機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩要比機(jī)構(gòu)的靜阻轉(zhuǎn)矩大，增大的轉(zhuǎn)矩用來加速機(jī)構(gòu)的運(yùn)動質(zhì)量。因此機(jī)構(gòu)啟動存在動載荷。電動機(jī)的額定功率Pn(KW) 、額定轉(zhuǎn)矩 Mn(N.m )和轉(zhuǎn)速 n ( r/min) 存在以下關(guān)系：Mn=9550*Pn/n零件承受的總載荷為靜

12、力矩和慣性力矩之和Mmax=Mj+Mg= ()8*Mn考慮到機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)在起動和制動時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動，則Mmax=()5* ()8*Mn剛性動載系數(shù)。8和電動機(jī)的驅(qū)動特性及計算零件兩側(cè)的轉(zhuǎn)動慣量的比值有關(guān)，一般 。8=1.22.0。彈性振動增大系數(shù)。5,對突然起動白機(jī)構(gòu)，取 1.51.7 ,對較平穩(wěn)的機(jī)構(gòu)，取 1.11.5 。事實上，機(jī)構(gòu)起動和制動時，除傳動機(jī)構(gòu)承受動載荷外，起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)也將承受水平動載荷，因此，也可先將起重機(jī)各個質(zhì)量的慣性力按照剛體動力學(xué)的方法計算出，然后再乘以。5。六、碰撞緩沖器考慮的彈性振動動載系數(shù)。7起重機(jī)運(yùn)行軌道的終端設(shè)有彈性緩沖器，一般有彈簧和液壓兩種。一般的碰

13、撞力分析是以剛體動力學(xué)的基礎(chǔ)導(dǎo)出的，實際應(yīng)考慮碰撞時起重機(jī)結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生彈性振動。按照ISO/TC-96工作小組擬訂的關(guān)于起重機(jī)計算載荷的文件，須將緩沖力乘以動載系數(shù)(M,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：3 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(jī)設(shè)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(yùn)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動軸上的力矩計算的經(jīng)驗公式，還不錯，在起重機(jī)設(shè)計手冊里，有詳細(xì)的計算步驟，我估計，這可能和 ISO 有不同之處，具體得有機(jī)會請教專家了。這幾個系現(xiàn)在，把起重機(jī)設(shè)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 數(shù)都知道了，但是起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)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(guān)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(jīng)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)幅。必要時，考慮乘以突然卸載沖擊系數(shù)（參見上述系數(shù)的解釋）三、在不平路面運(yùn)行產(chǎn)生的沖擊載荷考慮乘以運(yùn)行沖擊系