起重機械計算方法

1、在進行起重機總體設(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(shè)計時最常用的載荷系數(shù) 簡單得說一下，使對起重機鋼結(jié)構(gòu)設(shè)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??！一、自重沖擊系數(shù)當貨物突然起升離地、貨物卜.降制動、起重機運行通過軌道接縫或運動機構(gòu)起動、制動時,起重機的的自身 重量將產(chǎn)生沖擊和振動。由于這種沖擊和振動，起重機各部分質(zhì)量會產(chǎn)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個沖擊系數(shù)，

2、以考慮這種附加動我的影響。按照起重機設(shè)計規(guī)范（GB381183）,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卜降制 動對自重的沖擊，將起重機自重乘以起升沖擊系數(shù)（pl，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)（p4,他們都是經(jīng)驗值.1、起升沖擊系數(shù)（pl規(guī)范規(guī)定：Oo 9（pl2乎以增大，q）2即為起升載荷動我 系數(shù).1、中2的估算值q2= l+cvVl/6g（A0+yo）各符號的意義見起重機設(shè)計規(guī)范（GB381183）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，牛2值與實測值很接近。第1頁共7頁2、

3、初步設(shè)計階段32的估算值在初步設(shè)計階段，上述公式的一些參數(shù)未知，q2如何估算呢？將上式進行簡化：（p2=l+acva=Vl/6g （AO+yo）根據(jù)規(guī)范規(guī)定，按照以下公式參考選?。簈）2=l+0o 17v做安裝用的、使用輕閑的臂架起重機。（p2=l+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p2=l+0.70v在機加工車間和倉庫用的吊鉤橋式起重機、港I抓斗門座起重機2,?。╬2=2,此時應(yīng)采取措施降低離地速度（用電控的方法），使叩2不致 太大.3、（p2值的其他估算方法以上是規(guī)范介紹的方法，至于叩2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

4、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(shè)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(shè)計方法起重機設(shè)計手冊（中國鐵道出版社）P13是ISO（86861： 1989）的設(shè)計方法.三、突然卸載沖擊系數(shù)叩3規(guī)范中是這樣規(guī)定的：當起升質(zhì)最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) 93乘以起升載荷。（p3=l （Am/m）*（l+p3）Am起升戰(zhàn)荷突然卸去的那部分重量m起升質(zhì)量03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(zhì)量），起重機將受到與起升

5、質(zhì)量相等但方向相反的載荷. （p3的取值范圍一 11。使用時應(yīng)注意：第2頁共7頁1、一般的設(shè)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(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(例如抓斗或電磁起重機，應(yīng)考慮突然卸載對結(jié)構(gòu) 的動力作用C我也有一些拙見，請指正。起升載荷動載系數(shù)32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)牛2最大為2,即(p2=2,(視不同情況選取)假定一物體m,從高h跌落，其沖擊力為：用機械能守恒定理：mg( 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= (l+(l+

6、2h/Y)A0.5 ) *Y沖擊系數(shù)為(l+(l+2h/Y)人0.5)沖擊力為 F=kYmax=k*(l+(l+2h/Y)A0.5 )*YF=kY*沖擊系數(shù)F=mg* 沖擊系數(shù)=mg*(l+ (l+2h/Y)A0.5)沖擊力為重力與沖擊系數(shù)的乘積當h=0 (此時。起升載荷對機構(gòu)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的動應(yīng)力情況相同)沖擊系數(shù)為(l+(l+2h/Y)人0。5)=2結(jié)論:沖擊系數(shù)最大為2首先回答櫻上朋友的問題。你可能是學結(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)某著名大學的起重機博士，根據(jù)他的解釋, 答

7、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或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(p2=2,這就是你的公式的由來， 注意,是靜止物體。二、起重機起升工況要比上述工況更雜的多,而且不是上述工況。第3頁共7頁起重機起升最理想的工況G中擊最?。┤绺綀D2所示，彈性鋼絲繩以無限小的速度vO緩緩提起，當kAx等尸 mg時，物體也以vO緩緩離開地面，此時（p2=l （無沖擊），但這種工況效率太低，不現(xiàn)實，

8、也是不可能的，因 此，隨著vO的增大,（p2也會增大，肯定會大于2,例如，vOi艮大，（如10g）,而鋼絲繩的剛度也很大，迫使G 在短時間內(nèi)vO達到10g,（如1秒），則G的平均加速度就為10g/l=10g,其受的慣性力就為10mg,即受拉力 為 為mg,此時,（p2=10o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）。試想，如果k 為無窮大，則重物速度從0變到vO的時間為0,此時，中2為無窮大.你提的問即相當好，這正好反映了起重機鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和普通鋼結(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，

9、我也受益匪淺。（接著說動載系數(shù)）四、試驗載荷動我系數(shù)96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：(p6= (l+q)2)/22、靜態(tài)試驗是加額定載荷的125%,且處于起重機戢不利位置，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 lOmino規(guī)范規(guī)定，

10、有特殊要求的起重機，其試驗我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（GB590586）五、彈性振動增大系數(shù)叩5和剛性動載系數(shù)（p8這兩個系數(shù)是用于傳動機構(gòu)動我荷計算的。起重機機構(gòu)啟動時原動機發(fā)出的轉(zhuǎn)矩要比機構(gòu)的靜阻轉(zhuǎn)矩大，增大的轉(zhuǎn)矩用來加速機構(gòu)的運動質(zhì)晟。因此機 構(gòu)啟動存在動致荷。電動機的額定功率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=955O*Pn/n零件承受的總載荷為靜力矩和慣性力矩之和Mmax=Mj+Mg=（p8 * Mn考慮到機構(gòu)傳動系統(tǒng)在起動和制動時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動，則Mmax=（p5 *（p8 * Mn剛性動

11、我系數(shù)（p8和電動機的驅(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（p8=lo 2-2.0彈性振動增大系數(shù)（p5,對突然起動的機構(gòu)，取1。5-1.7,對較平穩(wěn)的機構(gòu)，取1。11.5一事實上，機構(gòu)起動和制動時，除傳動機構(gòu)承受動載荷外，起重機的金屬結(jié)構(gòu)也將承受水平動載荷，因此，也可先 將起重機各個質(zhì)量的慣性力按照剛體動力學的方法計算出，然后再乘以（P5o六、碰撞緩沖器考慮的彈性振動動載系數(shù)97起重機運行軌道的終端設(shè)有彈性緩沖器，一般有彈簧和液壓兩種.一般的碰撞力分析是以剛體動力學的基礎(chǔ)導出的，實際應(yīng)考慮碰撞時起重機結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生彈性振動。按照ISO/TC96工作小組擬訂的關(guān)于起重機計算載荷的文件，

12、須將緩沖力乘以動載系數(shù)q）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：（p7=lo 25對具有不變緩沖力的液壓緩沖器：（p7=1.60在我國規(guī)范中規(guī)定：（p7=l我在起重機設(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 在運行機構(gòu)驅(qū)動軸上的力矩計算的經(jīng)驗公式，還不錯，在起重機設(shè)計手冊里，有詳細的計算步驟，我估計， 這可能和ISO有不同之處,具體得有機會請教專家了.現(xiàn)在，把起重機設(shè)計所用的8個載荷系數(shù)（pl（p8都簡要地講完了，大家可能是一頭霧水這幾個第5頁共7頁系數(shù)都知道了，但是起重機鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計都還考慮哪些載荷呢？是的，這些系數(shù)是和錢荷密

13、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，卜面 就直接引用,思路也就很清楚了。一、自重載荷PG芍慮乘以起升沖擊系數(shù)（P1二、起升載荷PQ考慮乘以起升載荷動載系數(shù)（p2o必要時，考慮乘以突然卸我沖擊系數(shù)（p3 （參見上述（p3系數(shù)的解釋）三、在不平路面運行產(chǎn)生的沖擊載荷考慮乘以運行沖擊系數(shù)g,注意：PG和PQ分別乘四、機構(gòu)起動（制動）產(chǎn)生的水平慣性載荷1、運行慣性力PH=（p5*m*aPadm運行部分質(zhì)量a起制動加速度Pad驅(qū)動車輪和鋼軌（或地面）粘著力2、回轉(zhuǎn)或變幅運動時的水平慣性力PH=PQ*tgaa鋼絲繩乂寸鉛垂線

14、的偏擺角五、風載荷PWPW=C*Kh*q*AC風力系數(shù),考慮結(jié)構(gòu)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ifi機或起吊物品垂直于風向的迎風面枳.六、起重機偏斜運行時的水平側(cè)向力PSPS=2R*A/22R-起重機產(chǎn)生側(cè)向力一側(cè)最大輪壓之和A水平側(cè)向力系數(shù)，與起重機跨度L和大車輪距B之比有關(guān)，七、坡度載荷起重機不平時，自重我荷和起升我荷會產(chǎn)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、特殊我荷第6頁共7頁1、溫度我荷：一般不予考慮。如有特殊情況，應(yīng)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 荷：在起用機安裝時，金屬結(jié)構(gòu)或機構(gòu)承受的載荷為安裝載荷.應(yīng)校核構(gòu)件的強度。它取決于吊裝 的方法和吊點的位置。同時應(yīng)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(diào)車編組作業(yè)和行駛時，由于車輛振動和