【文章內(nèi)容簡介】 利用等級劃分的依據(jù)是什么？有多少級？ 起重機的載荷狀態(tài)與哪兩因素有關(guān)？載荷譜系數(shù)分為哪四級 。 起重機的工作級別分為哪幾級？ 工程機械學院 51 工程起重機 第三章 工程起重機計算載荷與計算方法 第一節(jié) 作用在起重機上的載荷 設(shè)計起重機時，必須 首先 確定作用在起重機上的外載荷，以作為計算起重機穩(wěn)定性、支腿壓力或輪壓、機構(gòu)零部件和金屬結(jié)構(gòu)強度以及選擇原動機功率的依據(jù)。 作用在起重機上的外載荷應(yīng)根據(jù)實際情況確定 ，主要的有； 起重載荷、起重機啟重載荷、風載荷、重物偏擺引起的載荷、慣性和離心力載荷和振動、沖擊引起的動力載荷等 。 工程機械學院 52 工程起重機 一、起升載荷 PQ 對于吊鉤式起重機，起重載荷包括最大額定起重量 Q和吊鉤自重 q。當起升高度大于 50米時，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各部分的總重量，它包括結(jié)構(gòu)自重 L：機構(gòu)和屯氣設(shè)備等重量。起重機自重，在設(shè)計前是未知的，初步設(shè)計時可根據(jù)同類型、參數(shù)相近的機型進行初步估計，但最后核算的重量如與估算重量出入較大時，則應(yīng)重新進行調(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、風載荷 W 工程起重機主要在室外作業(yè)，應(yīng)考慮風力產(chǎn)生的載荷，實壇計算時，認為風載荷是水平作用于起重機上，其大小與起重機所在地區(qū)的風速大小、迎風面積和形狀有關(guān)。 作用于起重機上的風載荷可按下式計算： ① 當兩個或兩個以上實體結(jié)構(gòu)并列時，其迎風面積彼此重疊 ，這時，第二個和第二個以后的被前面遮擋的迎風面積可按 (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面積可取為其一片平面桁架的 。正四邊形空間桁架在對角線的迎風面積可近似認為是 1． 2倍的正面的迎風面積 。 ③ 對于吊重的迎風面積，有的國家 (如日本 )規(guī)范規(guī)定 ，當?shù)踔匦∮?5噸時，每吊 1噸其迎風面積為主米 2，此值與表 3—3數(shù)值相同，當?shù)踔卮笥?5噸小于 25噸時，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，這種計算方法也可作為計算時參考 。 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 風載荷計算公式意義： ； qⅠ ,qⅡ ,qⅢ ； ， 與結(jié)構(gòu)的體型，尺寸等有關(guān) 由 7個方面決定（見書） ； 工程機械學院 53 工程起重機 四、重物偏擺引起的載荷 T 回轉(zhuǎn)動臂式起重機撓性懸掛重物時，因受水平風力，起重機回轉(zhuǎn)時的離心力，變幅時重物水平移動慣性力，以及回轉(zhuǎn)加速、制動時的切向慣性力等原因使重物偏擺一個 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平面的慣性，在水平力停止作用后，重物仍在擺動。如圖 3—3所示，重物在垂直于吊臂平面內(nèi)擺動，當起重機轉(zhuǎn)過 900后，重物的擺動變成在吊臂平面內(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，則最大偏擺角 a可由下式求得： 工程機械學院 54 工程起重機 在初算時，有的推薦用下式計算最大偏擺角： 這一計算式是在忽略了一些影響因素后，僅按起重機回轉(zhuǎn)時起動 (或制動 )時間 t為 4秒，并考慮增大系數(shù)為 2的情況下得來的。這一計算式在回轉(zhuǎn)速度較高的情況下(如 3～ 4轉(zhuǎn) /分 )，誤差較大，計算結(jié)果 a值偏大。 按我國現(xiàn)行起重機設(shè)計手冊推薦，偏擺角可參考表 3—6選取。對于輪胎式起重機 a角另有推薦值，見第十六章。 ?? m ax ?工程機械學院 55 工程起重機 五、慣性力和離心力引起的載荷 P、 F 當回轉(zhuǎn)、變幅，行走等機構(gòu)起動或制動時，由起重機相應(yīng)的運動部分的自重產(chǎn)生慣性力 —P，當起重機回轉(zhuǎn)時，由起重機回轉(zhuǎn)部分的自重產(chǎn)生離心力 F。 P和 F可按下式計算： 90022RnGRgVGFtgVGP?????????工程機械學院 56 工程起重機 六、振動和沖擊引起的動力載荷 由于起重機是彈性系統(tǒng)，在驟然加載或減載時，會引起系統(tǒng)的彈性振動，這種振動會產(chǎn)生振動應(yīng)力，通常把相應(yīng)于振動應(yīng)力的載荷稱為振動載荷，這是一種動力載荷 。對于金屬結(jié)構(gòu)和支承零件，由于起升機構(gòu)工作時，被提升的重物驟然離地，或下降時驟然制動，就會產(chǎn)生這種動力裁荷：對于傳動零件，由于起重機各機構(gòu)起動、制動要引起動力載荷，因而機構(gòu)傳動零件也要承受這種載荷。 為便于計算，通常動力載荷是以靜載荷 (當不平穩(wěn)運動時還包括慣性載荷 )乘以一個大于 1的系數(shù) φ，系數(shù) φ稱為動載系數(shù)。動載系數(shù)與工作速度有關(guān)，具體選取可分別按金屬結(jié)構(gòu)件和傳動零件由起重機設(shè)計手冊所推薦的公式和數(shù)值進行計算和選取。在起升機構(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，這時要產(chǎn)生很大的動力載荷，其動載系數(shù)可按下列近似公式計算： φ=1+av 工程機械學院 57 工程起重機 沖擊載荷也是一種動力載荷 。起重機或變幅小車運行通過不平坦的鋼軌接縫時，或無軌運行因道路不平時而產(chǎn)生垂直方向沖擊振動的載荷為沖擊載荷，它等于沖擊系數(shù)和重量 (起重機行走時包括吊重重量 )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， 還有起重機生產(chǎn)工藝，安裝運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)使用起重機時 (國外有的起重機規(guī)范規(guī)定氣溫變化范圍為 +45～一 250C)，當要考慮溫度載荷時，溫度影響按鋼材線膨脹系數(shù) a＝ 12X106毫米／毫米 0C考慮， 安裝運輸載荷 取決于安裝和運輸?shù)墓ぞ吲c方法，可按具體情況進行計算。 冰雪載荷 一般不考慮。 地震載荷 國外有的起重機設(shè)計規(guī)范作了考慮，對于輪胎式起重機則可以不予考慮。 工程機械學院 58 工程起重機 第二節(jié) 起重機載荷計算類別 一臺新設(shè)計制造的起重機，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)保證起重機各零部件和結(jié)構(gòu)件在長期重復(fù)載荷作用下具有耐久性，不致產(chǎn)生疲勞損壞。對某些部件(如電動機、制動器等 )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 )各零部件、結(jié)構(gòu)件應(yīng)具有足夠的強度和穩(wěn)定，以保證起重機安全可靠地工作。 根據(jù)上述要求，起重機設(shè)計通常分為壽命計算、強度計算和強度驗算三種計算類別。相應(yīng)于這三種計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 工程機械學院 59 工程起重機 載荷情況 I——基本載荷 這類載荷是指起重機在正常工作條件下所承受的載荷，即起重機工作時經(jīng)?？赡艹霈F(xiàn)的載荷 。這類載荷是由起重機自重、等效起重量、重物正常偏擺 (α x)的水平載荷、平穩(wěn)起制動引起的動載荷等組合成的。除選擇電動機外，一般不考慮風壓載荷的影響。這類載荷是用來計算傳動零件和重級、特重級起重機的金屬結(jié)構(gòu)件的疲勞 (耐久性 )、磨損和發(fā)熱等的一種計算載荷。所以這一類載荷又叫壽命計算載荷。 基本載荷是始終和經(jīng)常作用在起重機上的載荷。它們是自重載荷、起升載荷以及由于機構(gòu)的起（制）動所引起的水平載荷。 工程機械學院 60 工程起重機 載荷情況 Ⅱ ——附加載荷 這類載荷是指起重機在使用期內(nèi)工作時可能出現(xiàn)的最大載荷，是非經(jīng)常性作用的載荷 。 它是由 起重機自重、最大額定起重量、急劇的起制動引起的動力載荷、工作狀態(tài)下最大風壓力以及重物最大偏擺 (αx)引起的水平載荷 等組合成 的。這類載荷是用來進行傳動零部件、金屬結(jié)構(gòu)件的強度、穩(wěn)定計算和整機工作穩(wěn)定性計算。這類載荷又叫強度計算載荷。 應(yīng)予指出，當機構(gòu)受各種條件跟制 (如行走輪打滑、離合器制動器打滑 )和有限制裝置時，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算載荷。 工程機械學院 61 工程起重機 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)時可能出現(xiàn)的最大載荷，即非工作狀態(tài)下起重機所承受的自重，非工作狀態(tài)最大風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)件的強度驗算和起重機非工作狀態(tài)下整機穩(wěn)定性驗算之用。所以這類載荷又叫驗算載荷。 顯然，并不是每一種零部件都要進行這三種載荷情況的計算。 一般說來，載荷情況 Ⅱ 的計算對于起重機任何部分都是必要的。 而 載荷情況 I和 Ⅲ 的計算只有部分零部件才是必要的。例如需要進行載荷情況 Ⅲ 計算的只是那些在起重機非工作期間可能承受暴風載荷的零部件 ，如起重機變幅機構(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 起升機構(gòu)，行走機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)的驅(qū)動系統(tǒng)等，在起重機不工作期間幾乎不受力，因而不需進行載荷情況 Ⅲ 的計算 。 工程機械學院 62 工程起重機 第三節(jié) 工程起重機設(shè)計計算方法 一、按許用應(yīng)力計算方法 工程起重機零部件、金屬結(jié)構(gòu)件的計算方法，目前大多數(shù)情況下仍采用許用應(yīng)力計算方法 。 這種計算方法的基本原則是指所設(shè)計的零部件、構(gòu)件最危險截面上應(yīng)讓算應(yīng)力不得超過許用應(yīng)力，若為強度條件，則： σy [σ] 許用應(yīng)力 [σ ]應(yīng)比材料極限應(yīng)力 σ y小一個倍數(shù)，即安全系數(shù)記 按這種計算方法，在確定了截面計算應(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、尺寸大小和熱處理條件等因素有關(guān)。當這些因素確定后，即可從材料手冊中查出確定的材料極限應(yīng)力。 因此， 按許用應(yīng)力方法計算的關(guān)鍵問題是合理地確定安全系數(shù)。我們從上述強度公式中看出，在截面計算應(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 ?工程機械學院 63 工程起重機 因此， 按許用應(yīng)力方法計算的關(guān)鍵問題是合理地確定安全系數(shù)。 我們從上述強度公式中看出， 在截面計算應(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，改善機器使用性能 。但如果過分降低安全系數(shù) (即過分提高許用應(yīng)力 )，則會使零件、構(gòu)件在過載及其他偶然性情況下產(chǎn)生破壞的危險。因此，對安全系數(shù)的確定，必須全面考慮，仔細分析，在保證有足夠安全可靠的前提下盡可能降低安全系數(shù)。 目前在起重機零部件和金屬結(jié)構(gòu)件計算中，以兩個系數(shù)來確定總的安全系數(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＝ 工程機械學院 64 工程起重機 從表 3—8看出，不同的計算類別，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 。 工程機械學院 65 工程起重機 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——考慮材料對不對稱循環(huán)應(yīng)力的敏感系數(shù)； 對于碳鋼，低合金鋼 ， η ＝ 0． 2，對于合金鋼 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。 對于零件有溝槽以及緊配合區(qū)段 km＝ ～ , 對不同的零件表面加工情況 kx按表 3—9選取。 材