第三章 起重机械的计算载荷与计算方法.ppt

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1、第三章第三章 起重机械的计算载荷与计算方法起重机械的计算载荷与计算方法一、起重机械的计算载荷一、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、安装和运输载荷载荷、风载荷、货物偏摆载荷、碰撞载荷、安装和运输载荷等。等。1、起升载荷、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。装置重量的总合。对抓斗起重机对抓斗起重机，=QgQg，Q Q起重量起重量 对吊钩起重机，对吊钩起重机，=（Q+Q+）g,g,吊钩重量吊钩重量

2、 2 2、自重载荷、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。量。自重在设计前是未知的。自重载荷的作用形式：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；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；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。箱形板梁结构，视为连续分布。3 3、动载荷、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。载荷、振动载荷和冲击

3、载荷。金属结构及其它承载零件的动载荷金属结构及其它承载零件的动载荷（1 1）水平动载荷）水平动载荷 直线运动时的水平惯性动载荷：直线运动时的水平惯性动载荷：运动件质量；运动件质量；起动加速度或制动减速度；起动加速度或制动减速度；1.51.5考虑驱动力突加对结构的动力效应的系数值。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：曲线运动时的水平惯性载荷：距回转中心的距离；距回转中心的距离；起、制动时间；起、制动时间；回转角速度。回转角速度。物品的偏摆载荷物品的偏摆载荷 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

4、、制动时的惯性力、回转离心力，以及物品幅、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，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。即偏摆载荷。一般不作用在同一方向、同一水平面上。偏摆角偏摆角 的计算公式为：的计算公式为：式中：式中：工作状态下吊重绳的最大偏摆角；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；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

5、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；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、制动时的切向惯性力；回转机构起、制动时的回转离心力。回转机构起、制动时的回转离心力。其中，其中，和和 起主要作用。起主要作用。假定动力系数为假定动力系数为2，回转起、制动时间为，回转起、制动时间为4s，则：，则：v臂架头部的圆周速度。臂架头部的圆周速度。计算结果不大于计算结果不大于 的推荐值。的推荐值。正常工作载荷（即正常工作载荷（即类载荷类载荷）作用下，吊重绳的偏摆）作用下，吊重绳的偏摆角角 的计算如下：的计算如下：计算电动机功率时：计算电动机功

6、率时：计算机械零件的疲劳及磨损时：计算机械零件的疲劳及磨损时：（2 2）垂直动载荷）垂直动载荷 起升机构起、制动时的动载荷：起升机构起、制动时的动载荷：自重冲击载荷自重冲击载荷 ：起升冲击系数，起升冲击系数，。当。当 对要计算对要计算的零件起增大应力作用时，的零件起增大应力作用时，反之，起减小，反之，起减小应力作用时，取应力作用时，取 。起升动力载荷起升动力载荷 ：起升载荷动载系数，起升载荷动载系数，。其估算公式为：。其估算公式为：c c操作情况系数，安装用操作情况系数，安装用c=0.25c=0.25，吊钩式起重机，吊钩式起重机c=0.5c=0.5，抓斗式起重机，抓斗式起重机c=0.75c=0

7、.75。v v额定起升速度，额定起升速度，m/sm/s。结构质量影响系数，结构质量影响系数，。结构在物品悬挂处的折算质量，对桥架型起重结构在物品悬挂处的折算质量，对桥架型起重机，机，为小车质量加上桥架质量的一半；对臂架型起重机，为小车质量加上桥架质量的一半；对臂架型起重机，为臂架质量的为臂架质量的1/31/3。额定起重量。额定起重量。在额定起升载荷作用下，取物装置的位移量，在额定起升载荷作用下，取物装置的位移量，单位：单位：m m。在额定起升载荷作用下，物品悬挂处的结构静变在额定起升载荷作用下，物品悬挂处的结构静变位量，单位：位量，单位：m m。对桥架型起重机，。对桥架型起重机，；对；对臂架型

8、起重机，臂架型起重机，。的初步估算公式：的初步估算公式：使用轻闲的安装用臂架型起重机，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：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：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：抓斗和电磁桥式起重机：。若若 22，应控制加速度，并取，应控制加速度，并取 =2=2。起升机构突然卸载时的冲击载荷：起升机构突然卸载时的冲击载荷：突然卸载冲击系数，突然卸载冲击系数，。计算公式为：。计算公式为：突然卸去部分的质量；突然卸去部分的质量；起升质量；起升质量

9、；按起重机类型选取的系数，抓斗起重机按起重机类型选取的系数，抓斗起重机 ，电磁起重机电磁起重机 。运行机构工作时的冲击载荷：运行机构工作时的冲击载荷：运动冲击系数，运动冲击系数，。运行速度，单位：运行速度，单位：。轨道接缝处的高度差，单位：轨道接缝处的高度差，单位：。传动机构零件的动载荷传动机构零件的动载荷 用零件所在轴的扭矩表示。用零件所在轴的扭矩表示。（1 1）疲劳计算载荷）疲劳计算载荷 运行和回转机构：运行和回转机构：电机额定转矩传到计算零件的扭矩。电机额定转矩传到计算零件的扭矩。刚性动载系数，刚性动载系数，主动侧转动惯量；主动侧转动惯量；被动侧转动惯量；被动侧转动惯量；驱动力矩；驱动力

10、矩；阻力矩。阻力矩。起升和非平衡变幅机构起升和非平衡变幅机构 制动器后的零件：制动器后的零件：起升载荷折算到计算零件的静力矩；起升载荷折算到计算零件的静力矩；动态试验动载系数，动态试验动载系数，；其他零件：其他零件：平衡变幅机构平衡变幅机构 制动器后的零件：制动器后的零件：其他零件：其他零件：。（2 2）强度计算载荷）强度计算载荷 运行和回转机构：运行和回转机构：弹性振动增大系数，弹性振动增大系数，。起升和非平衡变幅机构起升和非平衡变幅机构 制动器后的零件：制动器后的零件：其他零件：其他零件：。平衡变幅机构平衡变幅机构 制动器后的零件：制动器后的零件：其他零件：其他零件：。4 4、风载荷、风载

11、荷 具有质量的空气以一定的速度具有质量的空气以一定的速度 吹向与其相垂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。结构物产生静压力。风载荷是一种沿任意方向的水平力。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。载荷。（1）、计算公式：）、计算公式：式中：式中：风力系数风力系数 风压高度变化系数风压高度变化系数 计算风压计算风压 起重机或悬吊物品垂直于风向的迎风面积起重机或悬吊物品垂直于风向的迎风面积 计算风压计算风压 风压

12、按空旷地区离地风压按空旷地区离地10 高度处的计算风速确定：高度处的计算风速确定：风速（风速（），工作状态按瞬时风速考），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。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，计算风压分三种，起重机正常工作状态下计算风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；压，用于选择电动机功率及发热验算；工作状态最工作状态最大大计算风压，用于强度、刚度、稳定性计算，计算风压，用于强度、刚度、稳定性计算，非工作非工作状状态计算风压，用于强度、刚度、稳定性计算。态计算风压，用于强度、刚度、稳定性计算。风压高度系数风压高度系数 起重

13、机工作状态风载荷不考虑高度变化，起重机工作状态风载荷不考虑高度变化，=1；非工作状态非工作状态 按下表选取：按下表选取：风力系数风力系数 风力系数与结构的体型、尺寸有关，几种情况：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一般起重机单片结构和单根构件的风力系数 见表见表1-141-14。两片平行平面桁架组成的空间结构，其整体结构的风力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系数c c可取单片结构的风力系数，而总的迎风面积应考虑前片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。对后片的挡风作用。风朝着矩形截面空间桁架或箱形结构

14、的对角线方向吹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来。当矩形截面的边长比22时，计算的风载荷为风向着矩形时，计算的风载荷为风向着矩形长边作用时所受风力的长边作用时所受风力的1.21.2倍；当矩形截面的边长比倍；当矩形截面的边长比2 2时，时，取为风向着矩形长边作用的风力。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直于风向的投影面积所受风力的1.251.25倍。倍。下弦杆为方形钢管、腹杆为圆管的三角形截面空间桁架，下弦杆为方形钢管、腹杆为圆管的三角形截面

15、空间桁架，在侧向风力作用下，其风力系数可取在侧向风力作用下，其风力系数可取1.31.3。当风与结构长轴（或表面）成某一角度吹来时，结构所当风与结构长轴（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。受的风力可按其夹角分解成两个方向的分力来计算。迎风面积迎风面积A A 指受风部位在垂直风向平面上的投影面积。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结构受风面积还应考虑充实率 ，见表中所示。，见表中所示。5 5、其它载荷、其它载荷 （1 1）冰雪、地震载荷一般不考虑。若有特殊要求，则进行）冰雪、地震载荷一般不考虑。若有特殊要求，则进行专门计算。

16、专门计算。（2 2）安装及运输载荷在设计计算时视实际情况考虑。）安装及运输载荷在设计计算时视实际情况考虑。（3 3）坡度载荷：流动起重机需要时，按具体情况考虑；轨）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，且坡度不超过道起重机若轨道是永久性的，且坡度不超过0.5%0.5%,可不考虑，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。否则按实际坡度计算；临时性轨道，按其安装误差计算。（4 4）碰撞载荷：）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）。（不计挠性悬

17、挂的吊重所具有的动能）。对弹簧缓冲器：对弹簧缓冲器：对液压缓冲器：对液压缓冲器：S S缓冲行程，缓冲行程，m m；F F运行阻力，运行阻力，N N。（5 5）试验载荷：）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载荷缓慢加到额定值的125%125%，即，即 ；动态试验，验证各机构和制动器的性能，起吊额定起重动态试验，验证各机构和制动器的性能，起吊额定起重量的量的110%110%，虽是全速升降，但比较谨慎，故动载系数可去较，虽是全速升降，但比较谨慎，故动载系数可去较小，即小，即 ，其中，其中 动态试验动载系数，动

18、态试验动载系数，。（6 6）水平侧向载荷：）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。向载荷。发生侧向力一侧最不利轮压之和；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。水平侧向力系数，按图中选取。二、载荷分类与载荷组合二、载荷分类与载荷组合 1 1、载荷分类、载荷分类 （1 1）基本载荷：始终或经常作用在起重机上的载荷。）基本载荷：始终或经常作用在起重机上的载荷。（2 2）附加载荷：在正常工作状态下受到的非经常性载荷。）附加载荷：在正常工作状态下受到的非经常性载荷。（3 3）特殊载荷：非工作状态下可能受到

19、的最大载荷或工作）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。状态下偶然受到的不利载荷。2 2、载荷组合、载荷组合 （1 1）起重机破坏形式：）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。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。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

20、整体或局非正常工作情况下，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。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、受到可能出现的各种特殊载荷作用，引起强度破坏、失稳失稳、永久变形。永久变形。（2 2）三种载荷组合）三种载荷组合 I I类类载荷组合（载荷组合（正常工作载荷组合正常工作载荷组合或或寿命计算载荷组寿命计算载荷组合合）：主用于选择电动机，计算传动、支承零件和金属结构）：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，的疲劳、磨损。确定时，只考虑基本载荷；但选电动机时

21、，考虑风考虑风压压载荷的影响。载荷的影响。类类载荷组合（载荷组合（工作最大载荷组合工作最大载荷组合或或强度计算载荷组强度计算载荷组合合）：主用于计算起重机在工作状态下整体和局部稳定性、）：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。验电动机过载能力和制动器制动力矩。类类载荷组合，是载荷组合，是基本载荷加附加载荷基本载荷加附加载荷。类类载荷组合（载荷组合（非工作最大载荷组合非工作最大载荷组合或或验算载荷组验算载荷组合合）：主用于验算起重机在非工作状态下整体抗

22、倾覆稳）：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。它包含和可靠性。它包含基本载荷加特殊载荷基本载荷加特殊载荷。注意：一般，载荷组合注意：一般，载荷组合对起重机任何部分都应计算满对起重机任何部分都应计算满足，但载荷组合足，但载荷组合I I和和只部分零件才必须计算。只部分零件才必须计算。三、设计计算方法三、设计计算方法 许用应力计算法：许用应力计算法：。=材料的极限应力。强度计算时，对塑性材料取材料的极限应力。强度计算时，对塑性材料取屈服极限屈服极限 ；对脆性材料取强度极限；对脆性材料取强度极限 ；进行疲劳计算时；进行疲劳计算时取材料的耐久极限取材料的耐久极限 。n n 安全系数。要合理确定。根据计算零部件的重安全系数。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。的缺陷情况采用不同的安全系数。起重机设计规范（起重机设计规范（GB3811GB3811）规定的金属结构安全系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。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。