第三章 起重机械的计算载荷与计算方法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 起重机械的计算载荷与计算方法,一、起重机械的计算载荷,作用在起重机上的外载荷有：起升载荷、自重载荷、动,载荷、风载荷、货物偏摆载荷、碰撞载荷、安装和运输载荷,等。,1,、起升载荷,是由起升机构吊起的货物和取物装置及其它随同升降的,装置重量的总合。,对抓斗起重机,，,=,Qg,，,Q,起重量,对吊钩起重机，,=,（,Q+,）,g,吊钩重量,2,、自重载荷,包括机械部分、金属结构及电气设备和其它装置的总重,量。自重在设计前是未知的。,自重载荷的作用形式：,机械及电气设备的自重，一般看作是集中载荷；,桁架结构的自重，视作分布在相应节点上；,箱形板梁结构，视为连续分布。,3,、动载荷,是由运动速度改变引起的质量力，即惯性力，包括惯性,载荷、振动载荷和冲击载荷。,金属结构及其它承载零件的动载荷,（,1,）水平动载荷, 直线运动时的水平惯性动载荷：,运动件质量；,起动加速度或制动减速度；,1.5,考虑驱动力突加对结构的动力效应的系数值。, 曲线运动时的水平惯性载荷：,距回转中心的距离；,起、制动时间；,回转角速度。,物品的偏摆载荷,臂架型回转起重机臂架头部悬挂的起升物品在回转、变,幅、运行机构起、制动时的惯性力、回转离心力，以及物品,所受风力的作用下，会使悬挂物品的挠性钢丝绳相对铅垂方,向产生一定的偏摆角，此角会使起升载荷产生一水平分量，,即偏摆载荷。一般不作用在同一方向、同一水平面上。,偏摆角 的计算公式为：,式中：,工作状态下吊重绳的最大偏摆角；,变幅起、制动时物品所受的惯性力；,运行起、制动时物品所受的惯性力；,工作状态下作用在物品上的最大风力；,回转机构起、制动时的切向惯性力；,回转机构起、制动时的回转离心力。,其中， 和 起主要作用。,假定动力系数为,2,，回转起、制动时间为,4s,，则：,v,臂架头部的圆周速度。,计算结果不大于 的推荐值。,正常工作载荷（即,类载荷,）作用下，吊重绳的偏摆,角,的计算如下：,计算电动机功率时：,计算机械零件的疲劳及磨损时：,（,2,）垂直动载荷, 起升机构起、制动时的动载荷：,自重冲击载荷 ：,起升冲击系数， 。当 对要计算的零件起增大应力作用时， ，反之，起减小应力作用时，取 。,起升动力载荷 ：,起升载荷动载系数， 。其估算公式为：,c,操作情况系数，安装用,c=0.25,，吊钩式起重机,c=0.5,，抓斗式起重机,c=0.75,。,v,额定起升速度，,m/s,。,结构质量影响系数， 。,结构在物品悬挂处的折算质量，对桥架型起重,机， 为小车质量加上桥架质量的一半；对臂架型起重机，,为臂架质量的,1/3,。,额定起重量。,在额定起升载荷作用下，取物装置的位移量，,单位：,m,。,在额定起升载荷作用下，物品悬挂处的结构静变,位量，单位：,m,。对桥架型起重机， ；对,臂架型起重机， 。,的初步估算公式：,使用轻闲的安装用臂架型起重机， ；,安装用桥式起重机、一般装卸用吊钩臂架型起重机：,；,车间、仓库用吊钩桥式起重机、港口抓斗门座起重机：,；,抓斗和电磁桥式起重机： 。,若,2,，应控制加速度，并取,=2,。, 起升机构突然卸载时的冲击载荷：,突然卸载冲击系数， 。计算公式为：,突然卸去部分的质量；,起升质量；,按起重机类型选取的系数，抓斗起重机 ，电磁起重机 。, 运行机构工作时的冲击载荷：,运动冲击系数， 。,运行速度，单位： 。,轨道接缝处的高度差，单位： 。,传动机构零件的动载荷,用零件所在轴的扭矩表示。,（,1,）疲劳计算载荷, 运行和回转机构：,电机额定转矩传到计算零件的扭矩。,刚性动载系数， ，,， ，,主动侧转动惯量；,被动侧转动惯量；,驱动力矩；,阻力矩。,起升和非平衡变幅机构,制动器后的零件：,起升载荷折算到计算零件的静力矩；,动态试验动载系数， ；,其他零件：,平衡变幅机构,制动器后的零件：,其他零件： 。,（,2,）强度计算载荷,运行和回转机构：,弹性振动增大系数， ， 。,起升和非平衡变幅机构,制动器后的零件：,其他零件： 。,平衡变幅机构,制动器后的零件：,其他零件： 。,4,、风载荷,具有质量的空气以一定的速度 吹向与其相垂,直的结构物表面而被阻挡时，空气的动能便转化为势能，对,结构物产生静压力。,风载荷是一种沿任意方向的水平力。,起重机的风载荷分为工作状态风载荷和非工作状态风,载荷。,（,1,）、计算公式：,式中：,风力系数,风压高度变化系数,计算风压,起重机或悬吊物品垂直于风向的迎风面积,计算风压,风压按空旷地区离地,10,高度处的计算风速确定：,风速（ ），工作状态按瞬时风速考虑；非工作状态按两分钟时距平均风速考虑。,计算风压分三种，,起重机正常工作状态下计算风,压，用于选择电动机功率及发热验算；,工作状态最大,计算风压，用于强度、刚度、稳定性计算，,非工作状,态计算风压，用于强度、刚度、稳定性计算。,风压高度系数,起重机工作状态风载荷不考虑高度变化，,=1,；,非工作状态 按下表选取：,风力系数,风力系数与结构的体型、尺寸有关，几种情况：,一般起重机单片结构和单根构件的风力系数 见表,1-14,。,两片平行平面桁架组成的空间结构，其整体结构的风力,系数,c,可取单片结构的风力系数，而总的迎风面积应考虑前片,对后片的挡风作用。,风朝着矩形截面空间桁架或箱形结构的对角线方向吹,来。当矩形截面的边长比,2,时，计算的风载荷为风向着矩形,长边作用时所受风力的,1.2,倍；当矩形截面的边长比,2,时，,取为风向着矩形长边作用的风力。,三角形截面的空间桁架的风载荷，可取为该空间桁架垂,直于风向的投影面积所受风力的,1.25,倍。,下弦杆为方形钢管、腹杆为圆管的三角形截面空间桁架，,在侧向风力作用下，其风力系数可取,1.3,。,当风与结构长轴（或表面）成某一角度吹来时，结构所,受的风力可按其夹角分解成两个方向的分力来计算。,迎风面积,A,指受风部位在垂直风向平面上的投影面积。,结构受风面积还应考虑充实率 ，见表中所示。,5,、其它载荷,（,1,）冰雪、地震载荷一般不考虑。若有特殊要求，则进行,专门计算。,（,2,）安装及运输载荷在设计计算时视实际情况考虑。,（,3,）坡度载荷：流动起重机需要时，按具体情况考虑；轨,道起重机若轨道是永久性的，且坡度不超过,0.5%,可不考虑，,否则按实际坡度计算；临时性轨道，按其安装误差计算。,（,4,）碰撞载荷：,按缓冲器吸收碰撞时起重机或起重小车的全部动能计算,（不计挠性悬挂的吊重所具有的动能）。,对弹簧缓冲器：,对液压缓冲器：,S,缓冲行程，,m,；,F,运行阻力，,N,。,（,5,）试验载荷：,超载静态试验，检验起重机各部分的承载能力，将起升,载荷缓慢加到额定值的,125%,，即 ；,动态试验，验证各机构和制动器的性能，起吊额定起重,量的,110%,，虽是全速升降，但比较谨慎，故动载系数可去较,小，即 ，其中,动态试验动载系数，,。,（,6,）水平侧向载荷：,行走规程中车轮跑偏，将产生垂直作用于车轮的水平侧,向载荷。,发生侧向力一侧最不利轮压之和；,水平侧向力系数，按图中选取。,二、载荷分类与载荷组合,1,、载荷分类,（,1,）基本载荷：始终或经常作用在起重机上的载荷。,（,2,）附加载荷：在正常工作状态下受到的非经常性载荷。,（,3,）特殊载荷：非工作状态下可能受到的最大载荷或工作,状态下偶然受到的不利载荷。,2,、载荷组合,（,1,）起重机破坏形式：,正常工作情况下，由变动载荷引起的传动、支承零部,件、金属结构的疲劳破坏。,正常工作情况下，由工作状态最大载荷而引起整体或,局部失稳，机构零部件和金属结构的强度破坏或失稳，或因,刚度不够使工作失灵。, 非正常工作情况下，受最大风载作用引起整体或局,部失稳，支承零部件和金属结构强度破坏或失稳。, 受到可能出现的各种特殊载荷作用，引起强度破坏、,失稳,、,永久变形。,（,2,）三种载荷组合,I,类,载荷组合（,正常工作载荷组合,或,寿命计算载荷组,合,）：主用于选择电动机，计算传动、支承零件和金属结构,的疲劳、磨损。确定时，只考虑基本载荷；但选电动机时，,考虑风,压,载荷的影响。,类,载荷组合（,工作最大载荷组合,或,强度计算载荷组,合,）：主用于计算起重机在工作状态下整体和局部稳定性、,机构零部件和金属结构的静强度、刚度和失稳破坏，以及校,验电动机过载能力和制动器制动力矩。,类,载荷组合，是,基本载荷加附加载荷,。,类,载荷组合（,非工作最大载荷组合,或,验算载荷组,合,）：主用于验算起重机在非工作状态下整体抗倾覆稳,定性，安全装置、支承零部件和金属结构的静强度、稳定性,和可靠性。它包含,基本载荷加特殊载荷,。,注意：一般，载荷组合,对起重机任何部分都应计算满,足，但载荷组合,I,和,只部分零件才必须计算。,三、设计计算方法,许用应力计算法：,。,=,材料的极限应力。强度计算时，对塑性材料取,屈服极限 ；对脆性材料取强度极限 ；进行疲劳计算时,取材料的耐久极限 。,n,安全系数。要合理确定。根据计算零部件的重,要程度、载荷及应力计算精确程度，以及材料内部可能存在,的缺陷情况采用不同的安全系数。,起重机设计规范（,GB3811,）,规定的金属结构安全系,数和许用应力及机构传动零件的强度安全系数见下页表中。,