【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 利用等級(jí)劃分的依據(jù)是什么？有多少級(jí)？ 起重機(jī)的載荷狀態(tài)與哪兩因素有關(guān)？載荷譜系數(shù)分為哪四級(jí) 。 起重機(jī)的工作級(jí)別分為哪幾級(jí)？ 工程機(jī)械學(xué)院 51 工程起重機(jī) 第三章 工程起重機(jī)計(jì)算載荷與計(jì)算方法 第一節(jié) 作用在起重機(jī)上的載荷 設(shè)計(jì)起重機(jī)時(shí)，必須 首先 確定作用在起重機(jī)上的外載荷，以作為計(jì)算起重機(jī)穩(wěn)定性、支腿壓力或輪壓、機(jī)構(gòu)零部件和金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及選擇原動(dòng)機(jī)功率的依據(jù)。 作用在起重機(jī)上的外載荷應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定 ，主要的有； 起重載荷、起重機(jī)啟重載荷、風(fēng)載荷、重物偏擺引起的載荷、慣性和離心力載荷和振動(dòng)、沖擊引起的動(dòng)力載荷等 。 工程機(jī)械學(xué)院 52 工程起重機(jī) 一、起升載荷 PQ 對(duì)于吊鉤式起重機(jī)，起重載荷包括最大額定起重量 Q和吊鉤自重 q。當(dāng)起升高度大于 50米時(shí)，還應(yīng)包括鋼絲繩的自重。 二、自重載荷 G 自重載荷指除起重載荷外起重機(jī)各部分的總重量，它包括結(jié)構(gòu)自重 L：機(jī)構(gòu)和屯氣設(shè)備等重量。起重機(jī)自重，在設(shè)計(jì)前是未知的，初步設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)同類型、參數(shù)相近的機(jī)型進(jìn)行初步估計(jì)，但最后核算的重量如與估算重量出入較大時(shí)，則應(yīng)重新進(jìn)行調(diào)整和核算。自重載荷根據(jù)具體結(jié)構(gòu)型式，以集中或均布載荷作用在相應(yīng)的位置上。 三、風(fēng)載荷 W 工程起重機(jī)主要在室外作業(yè)，應(yīng)考慮風(fēng)力產(chǎn)生的載荷，實(shí)壇計(jì)算時(shí)，認(rèn)為風(fēng)載荷是水平作用于起重機(jī)上，其大小與起重機(jī)所在地區(qū)的風(fēng)速大小、迎風(fēng)面積和形狀有關(guān)。 作用于起重機(jī)上的風(fēng)載荷可按下式計(jì)算： ① 當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上實(shí)體結(jié)構(gòu)并列時(shí)，其迎風(fēng)面積彼此重疊 ，這時(shí)，第二個(gè)和第二個(gè)以后的被前面遮擋的迎風(fēng)面積可按 (圖 3—1)所示確定。圖中 η 為折減系數(shù)，按表 3—4選取。 ② 三角形斷面的空間桁架迎風(fēng)面積可取為其一片平面桁架的 。正四邊形空間桁架在對(duì)角線的迎風(fēng)面積可近似認(rèn)為是 1． 2倍的正面的迎風(fēng)面積 。 ③ 對(duì)于吊重的迎風(fēng)面積，有的國(guó)家 (如日本 )規(guī)范規(guī)定 ，當(dāng)?shù)踔匦∮?5噸時(shí)，每吊 1噸其迎風(fēng)面積為主米 2，此值與表 3—3數(shù)值相同，當(dāng)?shù)踔卮笥?5噸小于 25噸時(shí)，以 5米 2為基數(shù)，每 1噸增加 2，如吊 8噸為 2(5+)，此值略大于表 3—3數(shù)值，這種計(jì)算方法也可作為計(jì)算時(shí)參考 。 AqCKP ihW ?起升載荷需要考慮以下系數(shù)： ； φ2C,m1,Y0,?0 ； φ3 ； φ4 4. 自重載荷沖擊系數(shù)； φ1 風(fēng)載荷計(jì)算公式意義： ； qⅠ ,qⅡ ,qⅢ ； ， 與結(jié)構(gòu)的體型，尺寸等有關(guān) 由 7個(gè)方面決定（見(jiàn)書(shū)） ； 工程機(jī)械學(xué)院 53 工程起重機(jī) 四、重物偏擺引起的載荷 T 回轉(zhuǎn)動(dòng)臂式起重機(jī)撓性懸掛重物時(shí)，因受水平風(fēng)力，起重機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)的離心力，變幅時(shí)重物水平移動(dòng)慣性力，以及回轉(zhuǎn)加速、制動(dòng)時(shí)的切向慣性力等原因使重物偏擺一個(gè) a角而引起水平力。 如圖 3—2所示，該水平力由起升鋼絲繩傳到吊臂端部，使吊臂端部作用一個(gè)水平力 T。 T＝ (Q+q)tana qQWgjjj Rkc??????tan 但是，上述使重物偏擺的因素并不一定作用在同一方向和同一平面內(nèi)。然而，由于重物偏擺衰減很慢，而且還具有保持原擺動(dòng)平面的慣性，在水平力停止作用后，重物仍在擺動(dòng)。如圖 3—3所示，重物在垂直于吊臂平面內(nèi)擺動(dòng)，當(dāng)起重機(jī)轉(zhuǎn)過(guò) 900后，重物的擺動(dòng)變成在吊臂平面內(nèi)了。因此，考慮到最不利情況，上述各因素引起的偏擺可能在同一平面內(nèi)疊加起來(lái)，則最大偏擺角 a可由下式求得： 工程機(jī)械學(xué)院 54 工程起重機(jī) 在初算時(shí)，有的推薦用下式計(jì)算最大偏擺角： 這一計(jì)算式是在忽略了一些影響因素后，僅按起重機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)起動(dòng) (或制動(dòng) )時(shí)間 t為 4秒，并考慮增大系數(shù)為 2的情況下得來(lái)的。這一計(jì)算式在回轉(zhuǎn)速度較高的情況下(如 3～ 4轉(zhuǎn) /分 )，誤差較大，計(jì)算結(jié)果 a值偏大。 按我國(guó)現(xiàn)行起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦，偏擺角可參考表 3—6選取。對(duì)于輪胎式起重機(jī) a角另有推薦值，見(jiàn)第十六章。 ?? m ax ?工程機(jī)械學(xué)院 55 工程起重機(jī) 五、慣性力和離心力引起的載荷 P、 F 當(dāng)回轉(zhuǎn)、變幅，行走等機(jī)構(gòu)起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，由起重機(jī)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)部分的自重產(chǎn)生慣性力 —P，當(dāng)起重機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)，由起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分的自重產(chǎn)生離心力 F。 P和 F可按下式計(jì)算： 90022RnGRgVGFtgVGP?????????工程機(jī)械學(xué)院 56 工程起重機(jī) 六、振動(dòng)和沖擊引起的動(dòng)力載荷 由于起重機(jī)是彈性系統(tǒng)，在驟然加載或減載時(shí)，會(huì)引起系統(tǒng)的彈性振動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)應(yīng)力，通常把相應(yīng)于振動(dòng)應(yīng)力的載荷稱為振動(dòng)載荷，這是一種動(dòng)力載荷 。對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)和支承零件，由于起升機(jī)構(gòu)工作時(shí)，被提升的重物驟然離地，或下降時(shí)驟然制動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生這種動(dòng)力裁荷：對(duì)于傳動(dòng)零件，由于起重機(jī)各機(jī)構(gòu)起動(dòng)、制動(dòng)要引起動(dòng)力載荷，因而機(jī)構(gòu)傳動(dòng)零件也要承受這種載荷。 為便于計(jì)算，通常動(dòng)力載荷是以靜載荷 (當(dāng)不平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)時(shí)還包括慣性載荷 )乘以一個(gè)大于 1的系數(shù) φ，系數(shù) φ稱為動(dòng)載系數(shù)。動(dòng)載系數(shù)與工作速度有關(guān)，具體選取可分別按金屬結(jié)構(gòu)件和傳動(dòng)零件由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)所推薦的公式和數(shù)值進(jìn)行計(jì)算和選取。在起升機(jī)構(gòu)中，如果在起升繩非常松弛的狀態(tài)下突然離地高速起吊，這時(shí)要產(chǎn)生很大的動(dòng)力載荷，其動(dòng)載系數(shù)可按下列近似公式計(jì)算： φ=1+av 工程機(jī)械學(xué)院 57 工程起重機(jī) 沖擊載荷也是一種動(dòng)力載荷 。起重機(jī)或變幅小車運(yùn)行通過(guò)不平坦的鋼軌接縫時(shí)，或無(wú)軌運(yùn)行因道路不平時(shí)而產(chǎn)生垂直方向沖擊振動(dòng)的載荷為沖擊載荷，它等于沖擊系數(shù)和重量 (起重機(jī)行走時(shí)包括吊重重量 )的乘積。沖擊系數(shù) k值可按表 3—7推薦值選取。 除上述載荷外， 還有起重機(jī)生產(chǎn)工藝，安裝運(yùn)輸以及溫度變化等引起的載荷。 工藝載荷 由生產(chǎn)工藝要求提供，在氣溫變化較大的地區(qū)使用起重機(jī)時(shí) (國(guó)外有的起重機(jī)規(guī)范規(guī)定氣溫變化范圍為 +45～一 250C)，當(dāng)要考慮溫度載荷時(shí)，溫度影響按鋼材線膨脹系數(shù) a＝ 12X106毫米／毫米 0C考慮， 安裝運(yùn)輸載荷 取決于安裝和運(yùn)輸?shù)墓ぞ吲c方法，可按具體情況進(jìn)行計(jì)算。 冰雪載荷 一般不考慮。 地震載荷 國(guó)外有的起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范作了考慮，對(duì)于輪胎式起重機(jī)則可以不予考慮。 工程機(jī)械學(xué)院 58 工程起重機(jī) 第二節(jié) 起重機(jī)載荷計(jì)算類別 一臺(tái)新設(shè)計(jì)制造的起重機(jī)，應(yīng)具有一定的使用期限 (使用壽命 )， 在規(guī)定的使用期內(nèi)，應(yīng)保證起重機(jī)各零部件和結(jié)構(gòu)件在長(zhǎng)期重復(fù)載荷作用下具有耐久性，不致產(chǎn)生疲勞損壞。對(duì)某些部件(如電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器等 )還應(yīng)保證其工作溫度維持在安全的工作范圍內(nèi)。此外，應(yīng)考慮起重機(jī)在使用期間內(nèi)，可能出現(xiàn)的最不利情況下． (即可能出現(xiàn)的最大載荷組合時(shí) )各零部件、結(jié)構(gòu)件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定，以保證起重機(jī)安全可靠地工作。 根據(jù)上述要求，起重機(jī)設(shè)計(jì)通常分為壽命計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算和強(qiáng)度驗(yàn)算三種計(jì)算類別。相應(yīng)于這三種計(jì)算類別有三種載荷情況 。 載荷情況 I——基本載荷 載荷情況 Ⅱ ——附加載荷 載荷情況 Ⅲ ——特殊載荷 工程機(jī)械學(xué)院 59 工程起重機(jī) 載荷情況 I——基本載荷 這類載荷是指起重機(jī)在正常工作條件下所承受的載荷，即起重機(jī)工作時(shí)經(jīng)?？赡艹霈F(xiàn)的載荷 。這類載荷是由起重機(jī)自重、等效起重量、重物正常偏擺 (α x)的水平載荷、平穩(wěn)起制動(dòng)引起的動(dòng)載荷等組合成的。除選擇電動(dòng)機(jī)外，一般不考慮風(fēng)壓載荷的影響。這類載荷是用來(lái)計(jì)算傳動(dòng)零件和重級(jí)、特重級(jí)起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)件的疲勞 (耐久性 )、磨損和發(fā)熱等的一種計(jì)算載荷。所以這一類載荷又叫壽命計(jì)算載荷。 基本載荷是始終和經(jīng)常作用在起重機(jī)上的載荷。它們是自重載荷、起升載荷以及由于機(jī)構(gòu)的起（制）動(dòng)所引起的水平載荷。 工程機(jī)械學(xué)院 60 工程起重機(jī) 載荷情況 Ⅱ ——附加載荷 這類載荷是指起重機(jī)在使用期內(nèi)工作時(shí)可能出現(xiàn)的最大載荷，是非經(jīng)常性作用的載荷 。 它是由 起重機(jī)自重、最大額定起重量、急劇的起制動(dòng)引起的動(dòng)力載荷、工作狀態(tài)下最大風(fēng)壓力以及重物最大偏擺 (αx)引起的水平載荷 等組合成 的。這類載荷是用來(lái)進(jìn)行傳動(dòng)零部件、金屬結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定計(jì)算和整機(jī)工作穩(wěn)定性計(jì)算。這類載荷又叫強(qiáng)度計(jì)算載荷。 應(yīng)予指出，當(dāng)機(jī)構(gòu)受各種條件跟制 (如行走輪打滑、離合器制動(dòng)器打滑 )和有限制裝置時(shí)，則上述的最大載荷應(yīng)考慮以限制條件或限制裝置的極限載荷為計(jì)算載荷。 工程機(jī)械學(xué)院 61 工程起重機(jī) 載荷情況 Ⅲ ——特殊載荷 非工作狀態(tài)最大載荷 這類載荷是指起董杌處于非工作狀態(tài)時(shí)可能出現(xiàn)的最大載荷，即非工作狀態(tài)下起重機(jī)所承受的自重，非工作狀態(tài)最大風(fēng)壓力以及路面坡度引起的載荷等 。這類載荷是作為零部件和金屬結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度驗(yàn)算和起重機(jī)非工作狀態(tài)下整機(jī)穩(wěn)定性驗(yàn)算之用。所以這類載荷又叫驗(yàn)算載荷。 顯然，并不是每一種零部件都要進(jìn)行這三種載荷情況的計(jì)算。 一般說(shuō)來(lái)，載荷情況 Ⅱ 的計(jì)算對(duì)于起重機(jī)任何部分都是必要的。 而 載荷情況 I和 Ⅲ 的計(jì)算只有部分零部件才是必要的。例如需要進(jìn)行載荷情況 Ⅲ 計(jì)算的只是那些在起重機(jī)非工作期間可能承受暴風(fēng)載荷的零部件 ，如起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)支承裝置的某些零件，夾軌器以及塔身結(jié)構(gòu)等。至于 起升機(jī)構(gòu)，行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等，在起重機(jī)不工作期間幾乎不受力，因而不需進(jìn)行載荷情況 Ⅲ 的計(jì)算 。 工程機(jī)械學(xué)院 62 工程起重機(jī) 第三節(jié) 工程起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算方法 一、按許用應(yīng)力計(jì)算方法 工程起重機(jī)零部件、金屬結(jié)構(gòu)件的計(jì)算方法，目前大多數(shù)情況下仍采用許用應(yīng)力計(jì)算方法 。 這種計(jì)算方法的基本原則是指所設(shè)計(jì)的零部件、構(gòu)件最危險(xiǎn)截面上應(yīng)讓算應(yīng)力不得超過(guò)許用應(yīng)力，若為強(qiáng)度條件，則： σy [σ] 許用應(yīng)力 [σ ]應(yīng)比材料極限應(yīng)力 σ y小一個(gè)倍數(shù)，即安全系數(shù)記 按這種計(jì)算方法，在確定了截面計(jì)算應(yīng)力后，主要是要確定材料極限應(yīng)力和許用應(yīng)力或安全系數(shù)。 材料極限應(yīng)力與材料性質(zhì)、 應(yīng)力種類、尺寸大小和熱處理?xiàng)l件等因素有關(guān)。當(dāng)這些因素確定后，即可從材料手冊(cè)中查出確定的材料極限應(yīng)力。 因此， 按許用應(yīng)力方法計(jì)算的關(guān)鍵問(wèn)題是合理地確定安全系數(shù)。我們從上述強(qiáng)度公式中看出，在截面計(jì)算應(yīng)力值不變的情況下，降低安全系數(shù)，可以減小零件、構(gòu)件的截面尺寸。 ]/[ ?? yn ?工程機(jī)械學(xué)院 63 工程起重機(jī) 因此， 按許用應(yīng)力方法計(jì)算的關(guān)鍵問(wèn)題是合理地確定安全系數(shù)。 我們從上述強(qiáng)度公式中看出， 在截面計(jì)算應(yīng)力值不變的情況下，降低安全系數(shù)，可以減小零件、構(gòu)件的截面尺寸，節(jié)約材料，減輕重量，改善機(jī)器使用性能 。但如果過(guò)分降低安全系數(shù) (即過(guò)分提高許用應(yīng)力 )，則會(huì)使零件、構(gòu)件在過(guò)載及其他偶然性情況下產(chǎn)生破壞的危險(xiǎn)。因此，對(duì)安全系數(shù)的確定，必須全面考慮，仔細(xì)分析，在保證有足夠安全可靠的前提下盡可能降低安全系數(shù)。 目前在起重機(jī)零部件和金屬結(jié)構(gòu)件計(jì)算中，以兩個(gè)系數(shù)來(lái)確定總的安全系數(shù) n， 21kkn ?式中 k1——為考慮零件或構(gòu)件 重要性的系數(shù) (表 3—8)， k2——為考慮 材料不均勻及內(nèi)部缺陷的系數(shù) ， 鍛鋼、軋鋼件 k1＝ 鑄鋼件 k2＝ 工程機(jī)械學(xué)院 64 工程起重機(jī) 從表 3—8看出，不同的計(jì)算類別，相應(yīng)的安全系數(shù)為 nI， nII，nШ。因此， 許用應(yīng)力也按不同的計(jì)算類別分別確定， 第 I類載荷 第 Ⅱ 類載荷 第 Ⅲ 類載荷 IrkI n/?? ? IIsII n/? IIIsIII n/?? ?式中 σ rk考慮應(yīng)力集中和應(yīng)力循環(huán)特性的材料疲勞極限； σ s——材料屈服極限 。 工程機(jī)械學(xué)院 65 工程起重機(jī) 式中 γ——應(yīng)力循環(huán)特征，它等于最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值，即 γ＝ σ min/σ max η——考慮材料對(duì)不對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力的敏感系數(shù)； 對(duì)于碳鋼，低合金鋼 ， η ＝ 0． 2，對(duì)于合金鋼 η ＝ 0． 3。 k—考慮零件表面狀況和幾何形狀的應(yīng)力集中系數(shù)。 k＝ kmk x。 對(duì)于零件有溝槽以及緊配合區(qū)段 km＝ ～ , 對(duì)不同的零件表面加工情況 kx按表 3—9選取。 材