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起重机——起重机载荷的作用方式
发布日期：2009-06-02

起重机械在运行过程中，要承受各种载荷（如静载、动载、交变载、冲击载、振动载等），各承载零件和结构件会产生相应的应力和变形，如果超过一定的限度，就会丧失功能甚至破坏，从而造成危险。起重机在作业过程中，承受载荷的复杂性不仅反映在载荷种类的多样性上，而且随着起重机作业的工作状况的不同而表现出多变的特征。载荷是起重机及其组成零部件正常工作受力分析的原始依据，也是零部件报废或事故原因判断分析的依据，载荷确定得准确与否将直接影响计算结果的安全性和事故结论的正确性。 1．静载荷　当起重机处于静止状态或稳定运行状态时，起重机只受到自重载荷和起升载荷的静载荷作用。　（1）自重载荷PG。它包括起重机的金属结构、机械设备、电气设备，以及附设在起重机上的存仓或输送机及其上的物料等的重力（起升载荷的重力除外）。载荷的作用方式可以分别考虑,一般情况下,机械设备和电气设备的载荷视为集中载荷；…….没完　（2）起升载荷PQ。这是指所有起计质量的重力。包括允许起升的有效物品、取物装置（如下滑轮组、吊钩、吊梁、抓斗、容器、起重电磁铁等）、悬挂绕性件，以及其他在升降中的备质量的重力。起升高度小于 50 m的起升钢丝绳的重量可以不计。 2．动载荷　动载荷是起重机在运动状态改变时产生的动载效应。它是强度计算的重要依据，对疲劳计算也有影响。　起重机不工作或吊载静止在空中时．其自重载荷和起升载荷处于静止状态。在起重机工作时．当运动状态改变．动载效应使原有静力载荷值增加．其增大的部分就是动载荷。动载荷包括在变速运动中结构自重和起升载荷产生的惯性载荷；由于车轮经过不平整轨道接头或运动部分对缓冲器的撞击产生的冲击载荷；惯性载荷和冲击载荷使金属结构和机构的弹性系统产生振动的振动载荷。动载荷与运动方向和工作速度（加速度）有关，与结构因素（如系统质量的分布，系统的刚度和阻尼等）有关，而且与使用条件（如外载荷的大小及其变化规律。有无冲击等）有关。为了计算方便，通常用动力系数（动载荷与静载荷的比值）表示。使用时，一般根据实际情况，查阅起重机设计规范及有关手册选用。　垂直动载荷 1．起升冲击系数　起升质量突然离地起升或下降制动时，自重载荷将产生沿其加速度相反方向的冲击作用。在考虑这种工况的载荷组合时，起升冲击系数与起重机自重载荷相乘。的数值范围如下：　　　　　　　 0．9≤ ≤1.1 2．起升载荷动载系数　起升质量突然离地起升或下降制动时，考虑被吊物品重力的动态效应的起升载荷增大系数。在考虑这种工况的载荷组合时，起升载荷动载系数与起升载荷相乘。值的大小与起升速度、系统刚度及操作情况有关，一般在1．0～2．0范围内。起升速度越大，系统刚度越大，操作越猛烈，则值也越大。值可用如下公式估算：式中:v--额定起升速度，m/s；　　c--操作系数，c=v0/v,v0为起升质量离地瞬间的起升速度，m/s；　　g--重力加速度；　　λ0--在额定起升载荷作用下，下滑轮组对上滑轮组的位移量，m；　　y0--在额定起升载荷作用下物品悬挂处的结构静变位值，m；　　δ--结构质量影响系数。 3．突然卸荷冲击系数　当起升质量部分或全部突然卸载时，将对结构产生动态减载作用。这种工况对金属结构和起重机抗倾覆的稳定性计算非常有用。减小后的起升载荷等于突然卸载的冲击系数与起升载荷的乘积。的计算公式为：式中:△m--起升质量中突然卸去的那部分质量，kg；　　m--起升质量， kg；　　g--重力加速度；　　β3--起重机的系数，对于抓斗起重机或类似起重机，β3＝0．5；对于电磁起重机或类似的起重机，β3＝1.0。 4．运行冲击系数　起重机或小车通过不平道路或轨道接缝时的铅垂方向的冲击效应。在考虑这种工况的载荷组合时，应将自重载荷和起升载荷乘以运行冲击系数。运行冲击系数与起重机或小车的运行速度、轨道或道路状况有关。对有轨运行的，其运行冲击系数可按下式计算：式中:h--轨道接缝处两轨道面的高度差， mm；　　v--运行速度，m/s。第三单元水平载荷 1．运行水平惯性力PH 　运行水平惯性力是起重机自身质量和起升质量在运行机构启动或制动时产生的沿水平方向的惯性力。惯性力作用在相应的质量上，按下式计算：　　　　　　 PH＝1.5 ma 式中:m--产生水平运行惯性力的相应质量， kg或t；　　a--运行加（减）速度，m/s2；　　1.5--考虑起重机驱动力对结构产生的动力效应的系数。　运行惯性力PH。计算的结果按不大于主动车轮与钢轨间的粘着力取值。 2．回转和变幅运动的水平力PH 　臂架式起重机回转和变幅机构运动时，起升质量产生的水平力由于受到诸如包括风力。变幅和回转启制动时产生的惯性力和回转运动时的离心力、司机操作方法与熟练程度等多种因素的影响，会发生悬挂物品的钢丝绳对铅垂线的偏斜，因而引起物品摆动，对金属结构有附加水平力的作用。一般综合考虑，按吊重绳索相对于铅垂线的偏摆角所引起的水平分力计算。偏摆角根据不同种类的起重机按表5-9选取：　αⅠ--正常工作情况下吊重绳的偏摆角。计算电动机功率时，取αⅠ＝（0.25～ 0.3）αⅡ；计算机械零件的疲劳及磨损时，取αⅠ＝（0.3～0.4）αⅡ。　αⅡ--工作情况下吊重绳的偏摆角，（°）。表5－9臂架起直机吊在相对于钻垂线的编撰角推荐值起重机类型装卸用门座起重机安装用门座起重机轮胎式起重机 n≥2min-1 n＜2min-1 n≥0.33min-1 n＜0.33min-1 臂架平面内αⅡ 12° 10° 4° 2° 3°～6° 垂直臂架平面内αⅡ 14° 12° 4° 2° 　在起重机金属结构计算中，臂架式起重机回转和变幅机构启动或制动时，起重机的自身质量和起升质量（此时把它看做年起重臂刚性固接）产生的水平力，等于该质量与该质量中心的加速度乘积的1.5倍。通常忽略起重机自身质量的离心力。此时起升质量所受的风力要单独计算，并且按最不利方向叠加。 3．起重机偏斜运行时的水平侧向力Ps 　桥架类型起重机在大车运行过程中出现偏斜运行时，产生垂直作用于车轮轮缘或水平导向轮上的水平侧向力。造成起重机偏斜运行的因素是很复杂的，例如，走轮的安装误差使轴线不垂直于轨道，两侧驱动电动机的转速或走轮直径有差异，轨道面的不平度，起重机或起重小车没有四个支点着地而使驱动轮的弹性滑移不一致等原因，均会诱发起重机偏斜运行。不少因素带有明显的随机性，很难从理论上对水平侧向力作定量分析，通常用试验和统计办法归纳的经验公式近似计算：　　　　　　　　 Ps＝1/2∑Pλ 式中:ΣP--起重机发生侧向力一侧经常出现的最不利轮压之和；　　λ--水平侧向力系数。 4．碰撞载荷Pc 　碰撞发生在起重机或起重小车超过行程限制与轨道终端止挡器的撞击；同一跨度轨道上有多台起重机作业时，两台起重机之间的相互碰撞。碰撞偶然发生，碰撞载荷应作为一种特殊载荷来加以考虑。碰撞载荷在起重机上的分布取决于起重机的质量分布情况，计算时应考虑起重小车位于最不利的位置，而不考虑起升、运行冲击系数或起升载荷动载系数。　作用在缓冲器上的碰撞载荷根据能量原理，假定碰撞动能在碰撞过程中完全为缓冲器所吸收，按缓冲器在下列碰撞速度下所吸收的动能计算：　（1）无自动减速装置或限位开关时的碰撞速度，大车取 85%额定运行速度，小车取额定速度；　（2）有自动减速装置或限位开关时，按减速后的实际碰撞速度计算，但不小于 50%额定运行速度；　缓冲器的固定连接和缓冲器的止挡件。应按起重机额定速度碰撞的条件进行计算。　　第四单元风载荷 Pw 风是自然现象，露天工作的起重机受到风载荷的作用，会给起重作业造成干扰，引发事故，有时甚至给起重机带来灾难性的后果。　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两类。工作状态风载荷是起重机在正常工作情况下所能承受的计算风力；非工作状态风载荷是起重机非工作时所受的计算风力（如暴风产生的风力）。在计算起重机风载荷时，应考虑风对起重机是沿着最不利的方向作用的。风载荷按下式计算：　　　　　　 Pw=CKhqA 式中:Pw--作用在起重机上或物品上的风载荷，N；　　C--风力系数；　　Kh--风压高度变化系数；　　q--计算风压， N/m2；　　A--起重机或物品垂直于风向的迎风面积，m2。 1．计算风压q 　计算风压与空气密度和风速有关，可按下式计算：式中:q--计算风压， N/m2；　　v--计算风速，m/s。　计算风压规定为按空旷地区离地10m高度处的计算风速来确定。工作状态的计算风速按阵风风速（即瞬时风速）考虑，非工作状态的计算风速按 2min的平均风速考虑。　计算风压分qⅠ,qⅡ,qⅢ种。　 qⅠ为起重机正常工作状态计算风压，用于选择电动机功率的计算及机构零部件的发热和磨损计算。　 qⅡ为起重机工作状态计算风压，用于计算机构零部件和金属结构的强度刚度及稳定性；计算驱动装置的过载能力及整机工作状态下的抗倾覆稳定性。　 qⅢ为起重机非工作状态计算风压，用于验算此时起重机机构零部件及金属结构的强度、整机抗倾覆稳定性和起重机的防风抗滑安全装置、锚定装置的设计验算。　室外工作的起重机的计算风压如表 5- 10所示。地区工作状态计算风压非工作状态计算风压② qⅠ qⅡ qⅢ 内陆 0.6qⅡ 150 500～600 沿海① 250 600～1000 台湾及海南诸岛 250 1500 表 5- 10 起重机的计算风压 N/m2 注:①沿海地区系指大陆离海岸线 100km以内的大陆或海岛地区。　 ②非工作状态计算风压的取值：内陆的华北、华中和华南地区宜取小值；西北、西南和东北地区宜取大值；沿海以上海为界，以北取较小值，以南取较大值，上海可取800N/m2；在内河港口峡谷风口地区、经常受特大暴风作用的地区或只在小风地区工作的起重机，其非工作状态计算风压应按当地气象资料提供的常年风速计算。

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