1、 作用在起重機(jī)上的外載荷有起升載荷、起重機(jī)自重載荷、不穩(wěn)定運(yùn)動時的動載荷、風(fēng)載荷、坡度載荷、通過不平的軌道接頭時的沖擊載荷、車輪側(cè)向載荷、碰撞載荷、安裝和運(yùn)輸載荷以及某些工藝性載荷等。 由于起重機(jī)的外載荷種類很多而且變化不定，因此進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時，只能選擇與起重機(jī)零部件或結(jié)構(gòu)破壞形式有關(guān)的、具有典型性的載荷作為依據(jù)，這種載荷通常稱為計(jì)算載荷。 在起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算方法中，對于起重機(jī)的零部件或結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下三類計(jì)算。 疲勞、磨損或發(fā)熱的計(jì)算。疲勞、磨損或發(fā)熱的計(jì)算。 強(qiáng)度計(jì)算。強(qiáng)度計(jì)算。 強(qiáng)度驗(yàn)算。強(qiáng)度驗(yàn)算。 與這三類計(jì)算相適應(yīng)，起重機(jī)的計(jì)算載荷有下列三種組合。一、一、I I類載荷類載荷( (正常工作情

2、況下的工作載荷正常工作情況下的工作載荷) ) 又稱壽命計(jì)算載荷。這是用來計(jì)算零部件疲勞、磨損和發(fā)熱的一種計(jì)算載荷。它所要考慮的是起重機(jī)在正常工作情況下產(chǎn)生的載荷。這種載荷，不僅要計(jì)及載荷大小，還要計(jì)及其作用時間。一般針對應(yīng)力反復(fù)作用次數(shù)超過一定值(一般大于l05)的零部件，需要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算(見表31)。工作狀態(tài)零件名稱工作類型每旋轉(zhuǎn)一周完成一次應(yīng)力循環(huán)的零件齒輪、鏈輪、蝸輪、車輪、轉(zhuǎn)動的心軸、主要承受彎曲載荷的轉(zhuǎn)軸輕級(n5rmin)、中級、重級、特重級機(jī)構(gòu)每開動一次完成一次應(yīng)力循環(huán)的零件運(yùn)行、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中主要承受扭轉(zhuǎn)載荷的轉(zhuǎn)軸及聯(lián)軸器中級、重級、特重級起重機(jī)每個工作循環(huán)應(yīng)完成一次應(yīng)力循環(huán)的

3、零件吊鉤及其他吊具、固定的心軸、起升機(jī)構(gòu)中主要承受扭轉(zhuǎn)載荷的轉(zhuǎn)軸重級、特重級表3-1 需要進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算的零件 二、二、類載荷類載荷( (工作狀態(tài)下的最大載荷組合工作狀態(tài)下的最大載荷組合) ) 又稱強(qiáng)度計(jì)算載荷。這是用來計(jì)算零部件或金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及起重機(jī)整體穩(wěn)定性及輪壓的計(jì)算載荷。它所要考慮的是起重機(jī)在正常工作條件下最不利的載荷組合，如滿載、上坡、迎風(fēng)時起重機(jī)起動的載荷組合。一般說來，對起重機(jī)的所有受力零部件都要用類載荷進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。三、三、類載荷類載荷( (非工作狀態(tài)下的最大載荷非工作狀態(tài)下的最大載荷) ) 又稱驗(yàn)算載荷。這是指起重機(jī)處于非工作狀態(tài)下可能出現(xiàn)的最大載荷(如暴風(fēng)載荷

4、、船上起重機(jī)由于波浪引起的船舶顛簸載荷等)，或工作時發(fā)生的事故載荷(如起重機(jī)全速碰撞產(chǎn)生的載荷)。這種載荷用來驗(yàn)算起重機(jī)的固定設(shè)備(如夾軌器)、變幅機(jī)構(gòu)、支承旋轉(zhuǎn)裝置的某些零件和金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及起重機(jī)不工作時的整體穩(wěn)定性。 產(chǎn)生這類載荷時起重機(jī)是不工作的，或雖在工作但出現(xiàn)的機(jī)會極少，因此，按此類載荷驗(yàn)算靜強(qiáng)度時，可取較小的安全系數(shù)。 自重包括機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)備等組成部分的重量。自重的分配根據(jù)結(jié)構(gòu)情況而定。機(jī)械及電氣設(shè)備重量一般可看成是集中載荷，桁架自重可假定分布在相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)上，箱形結(jié)構(gòu)可看成是連續(xù)分布的。 動載荷是起重機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動狀態(tài)改變時(如起動或制動)產(chǎn)生的振動載荷和慣性載荷的總稱。

5、不同的機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境、工作情況，得到的動載荷也不相同。（一）、機(jī)構(gòu)傳動零部件的最大動載荷（二）、金屬機(jī)構(gòu)及某些承載零部件的最大動載荷（三）、起重運(yùn)輸及吊裝工藝設(shè)計(jì)中的計(jì)算載荷對電動起重機(jī)，傳動零部件的最大動載荷可按下式確定，即 Mmax=IIM零額 (32)式中Mmax所計(jì)算的零部件傳遞的最大力矩； M零額電動機(jī)額定力矩?fù)Q算到所計(jì)算零部件上的力矩； II第類載荷的動力系數(shù)。 對輕、中級機(jī)構(gòu)的M零額應(yīng)按JC=25時的電動機(jī)額定力矩計(jì)算；對重級、特重級機(jī)構(gòu)的M零額應(yīng)按JC=40時的電動機(jī)額定力矩計(jì)算；初步計(jì)算時，動力系數(shù)II可按表32選取。 表3-2傳動零部件的動力系數(shù)II值 m.min-1

6、零件名稱機(jī)構(gòu)名稱起升機(jī)構(gòu)按主起升速度分運(yùn)行機(jī)構(gòu)按運(yùn)行速度分旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)按臂架端點(diǎn)切向速度分405050100100200200350350低速軸零件1.101.201.301.501.502.002.501.501.852.202.60減速器高速軸1.301.401.501.602.20其余高速軸2OO2OO 金屬結(jié)構(gòu)和其他承載零部件(如吊耳等)承受物品重力及風(fēng)載荷等的直接作用。這些構(gòu)件的最大載荷，要根據(jù)工作中可能出現(xiàn)的最不利的外載荷組合進(jìn)行計(jì)算。這些載荷中最重要的是包括額定起重量在內(nèi)的起升機(jī)構(gòu)工作時引起物品動載荷、風(fēng)載荷以及運(yùn)行、變幅和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)起、制動時產(chǎn)生的慣性載荷。其動力系數(shù)按圖31、圖3-

7、2查得。圖31 門座起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)及其他承載構(gòu)件的動力系數(shù) 1一抓斗起重機(jī)；2一吊鉤起重機(jī)圖32橋式類型起重機(jī)的動力系數(shù) 1一抓斗起重機(jī)；2一吊鉤起重機(jī) 在設(shè)備的起重運(yùn)輸及吊裝工藝設(shè)計(jì)中采用的計(jì)算載荷，包括動載荷與受力不均衡載荷兩種。設(shè)計(jì)計(jì)算中常利用動載系數(shù)(動力系數(shù))K1、不均衡系數(shù)K2乘以靜載荷，來近似地代替設(shè)備或起重機(jī)具在沖擊振動情況下的動載荷與不均衡對稱工作情況下的不均衡載荷。 1計(jì)算動載荷 在設(shè)備的起吊、牽引、運(yùn)輸過程中，因機(jī)械傳動和操作人員的突然起動或剎車，均能增大設(shè)備本身及起重機(jī)索具所承受的載荷。 因此，在選擇或驗(yàn)算起重機(jī)索具強(qiáng)度以及設(shè)備本體強(qiáng)度時，應(yīng)將設(shè)備自重以及根據(jù)吊裝工藝設(shè)

8、計(jì)中由靜力平衡原理計(jì)算出的各機(jī)索具的受力，乘以動載系數(shù)K1作為吊裝工藝設(shè)計(jì)中該機(jī)索具所承受的計(jì)算動載荷。 視工作情況而定的動載系數(shù)K1見表33。表3-3 視工作情況而定的動載系數(shù)K1驅(qū)動方式及運(yùn)行條件手動機(jī) 動輕級中級重級動載系數(shù)K11OO1.101.301.50 此外，設(shè)備在運(yùn)輸過程中，因道路不平引起運(yùn)輸車輛振動，使設(shè)備本身靜自重增大。因此在驗(yàn)算設(shè)備強(qiáng)度時，應(yīng)將其自重乘以動載系數(shù)K1，作為運(yùn)輸工藝設(shè)計(jì)中的計(jì)算自重。 設(shè)備運(yùn)輸時的動載系數(shù)K1見表3-4。表3-4設(shè)備運(yùn)輸時的動載系數(shù)K1 設(shè)備運(yùn)輸方式 K1 設(shè)備運(yùn)輸方式 K1 用小膠皮輪車人力曳運(yùn)時 用膠皮輪大車馬拉曳運(yùn)時 1.2 1.25 用

9、載重汽車載運(yùn)時 用火車載運(yùn)時 1.3 1.2 當(dāng)利用人字桅桿、雙分支、四分支吊索或雙桅桿起吊設(shè)備時，因現(xiàn)場具體條件的不同，往往存在著下述各種受力不平衡因素。 (1)由于桅桿制作或組合的不完全對稱，受力后引起分支單桅桿的受力不均衡。 (2)由地質(zhì)變化而產(chǎn)生的桅桿不均勻沉陷，引起各分支吊索的受力不均衡。 (3)由于各分支綁固的吊索長短、松緊不完全相同，因而引起各分支吊索的受力不均衡。 (4)當(dāng)用多臺卷揚(yáng)機(jī)起吊設(shè)備時，因卷揚(yáng)機(jī)卷筒直徑、轉(zhuǎn)速等不一樣，卷揚(yáng)機(jī)操作人員起動、停車不一致，動作不協(xié)調(diào)，均能引起各套牽引裝置和制動裝置的受力不均衡。 因此；在選擇和驗(yàn)算各起重吊索具時，應(yīng)將吊裝工藝設(shè)計(jì)計(jì)算中由靜力

10、平衡原理計(jì)算出的各起重吊索具受力，乘以不均衡系數(shù)K2。一般K21.2。 綜上所述，在設(shè)備起吊、運(yùn)輸或牽引過程中，可能同時承受沖擊振動影響與不均衡載荷影響的各起重吊索具，在選擇和驗(yàn)算強(qiáng)度時，應(yīng)將設(shè)備起重運(yùn)輸和吊裝時以靜力平衡原理算出的各起重吊索具的受力，連乘以動載系數(shù)K1和不均衡系數(shù)K2，作為吊索具或設(shè)備所承受的綜合計(jì)算載荷。 要求綜合計(jì)算的載荷等于或小于該設(shè)備或該起重吊索具的容許最大使用應(yīng)力或安全承載力。 (一)風(fēng)載荷的計(jì)算公式 露天工作的起重機(jī)應(yīng)按下式計(jì)算風(fēng)載荷P風(fēng)(N)，即 、 P風(fēng)一CKhqA (33)式中 C風(fēng)力系數(shù)(風(fēng)載體型系數(shù))，見表3-5； Kh風(fēng)力高度變化系數(shù)，見表3-6； q

11、計(jì)算風(fēng)壓值，Nm2，第I、類計(jì)算載荷的風(fēng)壓值分別記為q、q、q，見表37； A 起重機(jī)結(jié)構(gòu)或物品垂直于風(fēng)向的迎風(fēng)面積，m2。 (二)風(fēng)力系數(shù)C的確定 風(fēng)載體型系數(shù)與擋風(fēng)結(jié)構(gòu)物的表面形狀有關(guān)，可近似地按表3-5選取。離地(海)面高度m102030405060708090100110120130140150200陸上(h/10)0.31001.231.391.511.621.711.791.861.931.992052.112.162.202.252.45海上及海島(h/10)0.21001.151.251.321.381.431.471.521.551.581.611.641.671.691.7

12、21.82表3-6 風(fēng)力高度變化系數(shù)Kh值表3-5單片結(jié)構(gòu)的風(fēng)力系數(shù)C結(jié)構(gòu)形式C型鋼制成的平面桁架(充實(shí)率一0.3o6)1.6型鋼、鋼板、型鋼梁、鋼板梁和箱形截面構(gòu)件Lh51.3101.4201.6301.7401.8501.9圓管及管結(jié)構(gòu)Qd211.3 1130.7封閉的司機(jī)室、機(jī)器房、對重、鋼絲繩及物品等1.11.2(三)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓值q的確定 1第類載荷的風(fēng)壓值q 9值按相當(dāng)天地空曠地區(qū)10m高處的6級(對沿海地區(qū))或5級(對內(nèi)陸地區(qū))的瞬時風(fēng)壓值計(jì)算，但計(jì)算時不考慮風(fēng)振系數(shù)。 2第類載荷的風(fēng)壓值q 9值按10m高處30年一遇的最大的10min平均風(fēng)壓值確定。 起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓值見表37。地區(qū)

13、工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓非工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓風(fēng)速m/SqIqq內(nèi)陸15.50.6q150500600沿海202506001000臺灣省及南海諸島202501500表3-7 起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓值(GB 381183) Nm一2 (四) 迎風(fēng)面積A的計(jì)算 1起重機(jī)迎風(fēng)面積的計(jì)算 起重機(jī)結(jié)構(gòu)或物品的迎風(fēng)面積按起重機(jī)組成部分或物品的凈面積在垂直于風(fēng)向平面的投影來計(jì)算，即 A一A輪 (3-4)式中A輪起重機(jī)組成部分的輪廓面積在垂直于風(fēng)向平面上的投影，m2； 起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)或機(jī)構(gòu)的充滿系數(shù)，即結(jié)構(gòu)或機(jī)構(gòu)的凈面積與其輪廓面積之比。 常用結(jié)構(gòu)形式的值如下。 由型鋼或鋼板制成的桁架或空腹結(jié)構(gòu)：=0.20.6。 管子桁架結(jié)構(gòu)(

14、無斜桿的桁架取小值)：=0.20.4。 實(shí)體板結(jié)構(gòu)：=1 機(jī)構(gòu)：=0.81.0。 當(dāng)兩個或兩個以上的結(jié)構(gòu)并列，其迎風(fēng)面積相互重疊時(見圖3-3)，第二個和第二個以后的被前面遮擋的迎風(fēng)面積減小，減小的程度用折減系數(shù)表示(見表3-8)。0.10.20.30.40.50.6間隔比bh10.840.700.570.400.250.1520.870.750.620.490.330.2030.900.780.640.530.400.2840.920.810.650.560.440.3450.940.830.670.580.500.4160.960.850.680.600.540.46 表3-9 箱形截面構(gòu)

15、件擋風(fēng)折減系數(shù) 表3-8 桁架結(jié)構(gòu)擋風(fēng)折減系數(shù) 如圖3-3所示，兩片重疊的桁架，當(dāng)風(fēng)向垂直于桁架面時，總擋風(fēng)面積為 A=1A1+2A2 (35)式中A1第一片桁架的輪廓面積； A2第二片桁架的輪廓面積； 1第一片桁架的充滿系數(shù)； 2第二片桁架的充滿系數(shù)； 折減系數(shù)，根據(jù)比值bh由表38、表3-9查得(h為桁架高度，b為兩片桁架間的垂直距離)。 兩個箱形梁重疊時也可按上式計(jì)算，但間距b應(yīng)是兩箱形梁內(nèi)側(cè)的間距(見圖33(b)。a)桁架 (b)平行的箱形梁 圖33 兩個擋風(fēng)面重疊時的擋風(fēng)面積計(jì)算簡圖2起重機(jī)小車和物品的迎風(fēng)面積 起重機(jī)小車和物品的迎風(fēng)面積按它們實(shí)際的輪廓尺寸決定。物品的迎風(fēng)面積可參考

16、表3-10，根據(jù)物品質(zhì)量近似地估計(jì)。物品質(zhì)量t1235 6.381012.515 16202530 3240迎風(fēng)面積m212356781012151822物品質(zhì)量t506375 80100125150 160200250280300 320400迎風(fēng)面積m22528303540455565707580第三節(jié) 強(qiáng)度計(jì)算與安全系數(shù) 起重機(jī)的零件和金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)按工作狀態(tài)下的最大載荷進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 強(qiáng)度計(jì)算按下列公式進(jìn)行。 對塑性材料(鋼、鋁合金等)為 s/n (36) 對脆性材料(鑄鐵、青銅等)為 b/n (37) 式中零件危險截面的最大應(yīng)力，求盯值時須考慮動載的作用，但不考慮應(yīng)力集中； (s材料的屈

17、服限； b材料的強(qiáng)度限； n塑性材料的安全系數(shù)，按第工類載荷計(jì)算時為nI，按第類載荷計(jì)算時為n，按第類載荷計(jì)算時為n，按特殊載荷計(jì)算時為n0，見表311； N脆性材料的安全系數(shù)，可根據(jù)零件重要程度，一般取為n=35，n0.9n；nj0.8n。 按切應(yīng)力進(jìn)行的強(qiáng)度計(jì)算和按正應(yīng)力進(jìn)行的強(qiáng)度計(jì)算相類似。同時受正應(yīng)力與切應(yīng)力的零件，按折合當(dāng)量正應(yīng)力d計(jì)算，即。 d（2+32）0.5 (38) 表3-11中安全系數(shù)K1是用來計(jì)及材料的最小強(qiáng)度儲備的，其值和所計(jì)算零件或構(gòu)件的重要性以及載荷和應(yīng)力的計(jì)算精確程度有關(guān)。安全系數(shù)K2是用來計(jì)及材料的不均勻性、內(nèi)部可能存在的缺陷，以及實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)尺寸的誤差等因素的。計(jì)算對象載荷情況第一類第二類第三類耐久性計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度驗(yàn)算K1K2nIK1K2nK1Kzn金屬結(jié)構(gòu)除運(yùn)送液態(tài)金屬以外的所有起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)運(yùn)送液態(tài)