【正文】 機(jī)、電設(shè)備的自重遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過起升載荷，例如通用龍門起重機(jī)的自重通常是起升載荷的2～7倍，門座起重機(jī)的自重約為起升載荷的8～25倍，對(duì)巨型裝卸橋，金屬結(jié)構(gòu)自重在起重機(jī)總重中所占比例更大，因此，金屬結(jié)構(gòu)自重載荷的正確估定和計(jì)算十分重要。無軌運(yùn)行起重機(jī)的運(yùn)行沖擊系數(shù)由表33查取。 也可根據(jù)運(yùn)行速度由表32直接查取。計(jì)算時(shí)應(yīng)將自重載荷和起升載荷乘以運(yùn)行沖擊系數(shù)。對(duì)抓斗起重機(jī)，；對(duì)電磁起重機(jī)。 m──起升質(zhì)量（kg）。三、突然卸載沖擊系數(shù) 當(dāng)起升質(zhì)量部分或全部突然卸載時(shí)，將對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)減載作用。 本節(jié)所討論起升機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問題，是以簡(jiǎn)支梁力學(xué)模型為研究對(duì)象的，這對(duì)橋式、龍門起重機(jī)是比較適宜的，對(duì)汽車起重機(jī)、輪胎起重機(jī)、塔式起重機(jī)的臂架結(jié)構(gòu)動(dòng)載荷計(jì)算同樣適用：亦可用下列簡(jiǎn)化公式計(jì)算臂架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力系數(shù)： （316）式中 ──與起升高度有關(guān)的系數(shù)，～；──與臂架形式有關(guān)的系數(shù)，對(duì)常見的汽車起重機(jī)、。 代入式（314） 顯然，考慮了金屬結(jié)構(gòu)（包括小車）的質(zhì)量影響，動(dòng)力系數(shù)將會(huì)提高，且跨度加大時(shí)，值增加更為顯著。 為便于比較，我們用式（314）計(jì)算本節(jié)前述的算例，并假定金屬結(jié)構(gòu)的換算質(zhì)量。 全面考慮金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量和小車質(zhì)量（包括吊重）的影響，推薦用下列公式計(jì)算動(dòng)力系數(shù)： （314）式中 （315） 這里 ──金屬結(jié)構(gòu)的換算質(zhì)量（kg），各種龍門起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的換算質(zhì)量計(jì)算式列于表31；──吊重的質(zhì)量（kg）；其余符號(hào)意義同式（311）。 解 求跨中的靜撓度y1（取靜定計(jì)算簡(jiǎn)圖） 求起升滑輪組的靜變位 （312）式中 i──鋼絲繩的分支數(shù)；Ags──每根鋼絲繩的截面積（mm2）； 用鋼絲繩截面應(yīng)力（通常取平均應(yīng)力）代入式（312），得： （313） 將已知量代入式（313） 對(duì)通用吊鉤龍門起重機(jī)，取b=，則得： 應(yīng)該指出，公式（311），既考慮了金屬結(jié)構(gòu)的彈性，又考慮了起升滑輪組的彈性，比較符合實(shí)際情況。 算例 計(jì)算通用雙梁龍門起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)工作時(shí)的動(dòng)力系數(shù)。的表達(dá)式為： （310）將代入（310），且令得 （311）式中 v──起升速度（m/s） b──操作系數(shù)，； g──重力加速度（m/s2） y1──結(jié)構(gòu)在吊重懸掛點(diǎn)，起升載荷引起的靜變位（m）；設(shè)計(jì)初，對(duì)橋式類型起重機(jī)，小車在跨中時(shí)可取y1 =(1/700～1/800)L，小車在懸臂端時(shí)可取 y1= l /350，l為有效懸臂端長(zhǎng)(m)；對(duì)動(dòng)臂起重機(jī)，取y1 = (1/200～1/250)R，R為最大幅度； ──起升滑輪組在起升載荷作用下的靜變位。為使討論的問題簡(jiǎn)單，還可把圖32a的二自由度系統(tǒng)進(jìn)一步簡(jiǎn)化成圖32b和32c的單自由度系統(tǒng)。在起升機(jī)構(gòu)工作的第二階段，由于吊重沒有脫離地面，而結(jié)構(gòu)又簡(jiǎn)化成單質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)，因此其動(dòng)力學(xué)模型可簡(jiǎn)化成圖31的形式圖31 吊重尚未離地時(shí)起升機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型 圖32 吊重突然離地時(shí)起升機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型 當(dāng)起升機(jī)構(gòu)工作進(jìn)入第三階段時(shí)，吊重突然離地，整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型如圖32a所示。在討論這一問題時(shí)，不考慮起升鋼絲繩的質(zhì)量，這對(duì)起升高度不太大的常用起重機(jī)是允許的：忽略起升機(jī)構(gòu)本身的振動(dòng)。 第三階段，貨物離開地面，結(jié)構(gòu)處于振動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)貨物仍處于靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)，起升機(jī)構(gòu)可認(rèn)為已處于穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。下面簡(jiǎn)單介紹的理論推導(dǎo)。第二節(jié) 機(jī)構(gòu)不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)的沖擊動(dòng)力載荷 一、起升沖擊系數(shù) 起升質(zhì)量突然離地起升或下降制動(dòng)時(shí)，自重載荷將產(chǎn)生沿其加速度相反方向的沖擊作用，考慮這種工況時(shí)，應(yīng)將自重載荷乘以起升沖擊系數(shù)來考慮自重載荷的重力變化，一般取，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，常取。 二、附加載荷：指起重機(jī)在正常工作狀態(tài)下結(jié)構(gòu)所承受的非經(jīng)常性作用的載荷（在起重機(jī)正常工作時(shí)并非必然出現(xiàn)而是可能出現(xiàn)的載荷），包括： 1. 工作狀態(tài)下的風(fēng)載荷； 2. 有軌起重機(jī)偏斜運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力 3. 根據(jù)實(shí)際情況決定需加以考慮的溫度載荷、冰雪載荷及某些工藝性載荷。起重機(jī)起升高度小于50米時(shí)，起升載荷可不計(jì)起升鋼絲繩的重力。 2. 起升載荷PQ：指所能吊起物品的最大重力，俗稱額定起重量。起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算基礎(chǔ)第一節(jié) 起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算載荷的分類 作用于起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)上的載荷，根據(jù)載荷的不同特點(diǎn)，載荷出現(xiàn)的頻繁程度分為基本載荷、附加載荷及特殊載荷三類。 一、基本載荷：指始終和經(jīng)常作用在起重機(jī)結(jié)構(gòu)上的載荷，即起重機(jī)正常工作時(shí)必然出現(xiàn)的載荷，包括： 1. 自重載荷PG：指起重機(jī)的結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備及電氣設(shè)備等的重力（亦稱固定載荷）。起升載荷不包括吊鉤、吊環(huán)、吊梁等取物裝置的重量，但可以更換的取物裝置如抓斗、電磁吸盤、真空吸盤、集裝箱屬具等的重力應(yīng)計(jì)算在起升載荷之中。 3. 水平慣性載荷：指運(yùn)行、回轉(zhuǎn)或變幅機(jī)構(gòu)起（制）動(dòng)時(shí)引起的水平慣性載荷。 三、特殊載荷：指起重機(jī)在非工作狀態(tài)或試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)結(jié)構(gòu)可能承受的最大載荷，或在工作狀態(tài)下結(jié)構(gòu)偶然承受的不利載荷，包括： 1. 非工作狀態(tài)下的風(fēng)載荷 2. 試驗(yàn)載荷； 3. 根據(jù)實(shí)際情況決定需加以考慮的安裝載荷、地震載荷及某些工藝性載荷； 4. 工作狀態(tài)下結(jié)構(gòu)偶然可能承受的碰撞載荷PC； 5. 工作狀態(tài)下結(jié)構(gòu)偶然可能承受的帶剛性起升導(dǎo)架的小車的傾翻水平力。 二、起升載荷動(dòng)載系數(shù) 起升質(zhì)量突然離地起升或下降制動(dòng)時(shí)，對(duì)承載結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生附加的動(dòng)載荷作用，從而引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)，增大起升載荷的靜力值，通常將起升載荷乘以大于1的起升載荷動(dòng)載系數(shù)，來考慮起升載荷的這種動(dòng)力響應(yīng)。 起升機(jī)構(gòu)工作時(shí)，由地面起吊貨物的過程，可以分為三個(gè)階段： 第一階段，開動(dòng)起升機(jī)構(gòu)，卷筒卷繞松弛的起升繩，直到起重繩被拉直但仍不受力。 第二階段，起升機(jī)構(gòu)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，起升繩開始受力且發(fā)生了彈性伸長(zhǎng)，金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移和振動(dòng)。這一階段終了時(shí)，起升繩的總拉力正好等于貨物的重力，金屬結(jié)構(gòu)的位移等于。 我們主要研究起升機(jī)構(gòu)工作的第二、第三階段對(duì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。由于起升機(jī)構(gòu)的振動(dòng)頻率遠(yuǎn)比金屬結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率大得多，所以起升機(jī)構(gòu)的振動(dòng)對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的振動(dòng)幾乎沒有影響，因而這一假定也是正確的；不考慮起升鋼絲繩拉力的變化對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響；金屬結(jié)構(gòu)體系實(shí)際上是多自由度系統(tǒng)，我們把它簡(jiǎn)化成單質(zhì)點(diǎn)等效系統(tǒng)。圖中表示橋架的換算質(zhì)量，表示吊重的質(zhì)量，為橋架跨中的剛度，為吊鉤滑輪組剛度，顯然圖32a的動(dòng)力學(xué)模型是二自由度系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的等效剛度為： （31）式中 在第三階段開始時(shí)，由于吊重已經(jīng)離地，起升繩和吊重以同樣的速度上升，所以，起升繩的張力與吊重的重力相平衡，設(shè)為系統(tǒng)的等效質(zhì)量，于是可寫出系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式： （32）式中 于是 即 （33） 令 代入式（33） 得 （34） 式（34）的通解為： （35）將初始條件代入式（35） 得 所以 （36）當(dāng)時(shí)，產(chǎn)生最大振幅，得 （37）起升機(jī)構(gòu)工作的第三階段，由于振動(dòng)引起的動(dòng)力效應(yīng)，可用下式表示 （38）式中──結(jié)構(gòu)與起升滑輪組在起升載荷作用下的靜變位之和，將（37）代入式（38）得： （39） 在金屬結(jié)構(gòu)的起升載荷計(jì)算中，通常用一動(dòng)力系數(shù)來考慮起升載荷對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的動(dòng)力作用。與起升高度H有關(guān)，設(shè)計(jì)開始時(shí)，可取=(m)。已知：起重量Q=5105N，跨度L=，起升高度H=，起升速度，金屬結(jié)構(gòu)材料Q235，模性模量E=105MPa，上部主梁斷面慣性矩，鋼絲繩的彈性模量。 公式（311）中，忽略了金屬結(jié)構(gòu)和吊重的質(zhì)量，對(duì)中小跨度起重機(jī)影響不大，但對(duì)大跨度起重機(jī)，計(jì)算結(jié)果可能偏小。式（314）中的表明金屬結(jié)構(gòu)和吊重的質(zhì)量對(duì)動(dòng)力系數(shù)的影響，由式（315）可知，當(dāng)時(shí)，即不考慮金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量時(shí)，式（314）與式（311）完全相同；式（315）還表明，當(dāng)起重機(jī)跨度增大，將隨之增大，即增大，導(dǎo)致的計(jì)算值增大。由前面算例知，起升質(zhì)量為： 則 表31 各種龍門起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的換算質(zhì)量起重機(jī)型式及簡(jiǎn)圖計(jì)算式α=～α=～小車位于跨中α=～小車位于懸臂端α=～輪式起重機(jī)或其它動(dòng)臂起重機(jī)取動(dòng)臂質(zhì)量的1/3注： Gxc──起重小車的重量（N）； Gj──橋架結(jié)構(gòu)的重量（N）； g──重力加速度。 由于起升機(jī)構(gòu)下降制動(dòng)，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)比突然離地起升的動(dòng)力影響要小，所以本節(jié)沒有討論這種情況。v──吊重的起升速度（m/s） 對(duì)常用的動(dòng)臂起重機(jī)?？紤]這種工況時(shí)，通常將起升載荷乘以突然卸載沖擊系數(shù)，按下式計(jì)算： （317）式中 ──起升質(zhì)量中突然卸去的那部分質(zhì)量（kg）。 ──系數(shù)。四、運(yùn)行沖擊系數(shù) 當(dāng)起重機(jī)或其一部分裝置（小車）沿道路運(yùn)行時(shí)，由于道路或軌道不平（有接縫）而使運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量產(chǎn)生鉛垂方向的沖擊作用。有軌運(yùn)行時(shí)，按下式計(jì)算： （318）式中 h──軌道接縫處兩軌道頂面的高度差，mm； v──運(yùn)行速度，m/s。對(duì)裝有彈簧支承裝置的起重機(jī)。表32 有軌運(yùn)行起重機(jī)的運(yùn)行沖擊系數(shù)運(yùn)行速度m/s～～33沖擊系數(shù)表33 無軌運(yùn)行起重機(jī)的沖擊系數(shù)輪胎式、汽車式起重機(jī)運(yùn)行速度(km/h)路面20～50瀝青路20～50石子路第三節(jié) 起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)各種載荷的計(jì)算一、自重載荷的計(jì)算 在金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，自重尚未知道，必須預(yù)先給出。 參照現(xiàn)有類似結(jié)構(gòu)來確定自重載荷，是一種常用的可靠方法。圖33是單梁龍門起重機(jī)上部主梁?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度重量曲線；雙梁箱形龍門起重機(jī)跨內(nèi)部分的自重載荷可參考圖34的重量曲線（圖中Gz是指一根主梁的重量）； 在計(jì)算資料很少時(shí)，可利用一些經(jīng)驗(yàn)公式初步確定金屬結(jié)構(gòu)的自重。 箱形龍門起重機(jī)，上部主梁和支腿的總重，可用下列近似公式計(jì)算： 無懸臂時(shí) KN （319） 有懸臂時(shí) KN （320）式中 Q──起重量（kN）： ──吊鉤最大起升高度（m）； ──上部主梁總長(zhǎng)度（m）。 h──動(dòng)臂桁架計(jì)算高度(mm)； a──弦桿的重量與斜桿重量的比值～，對(duì)起重量和幅度較大的動(dòng)臂取大值。圖35 桁架載荷作用方式 桁架兩端部節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)計(jì)算載荷為。二、起升載荷的計(jì)算 橋式類型的起重機(jī)（橋式起重機(jī)、龍門起重機(jī)和裝卸橋等）的起升載荷常以小車輪壓（或N）的形式作用于主梁或主桁架上。小車輪壓的計(jì)算表達(dá)式為： （325） 考慮動(dòng)力載荷的作用，計(jì)算輪壓為： （326）式中 PXC──由于小車自重引起的輪壓； ──由于吊重Q和吊具G0的重量引起的輪壓； ──動(dòng)力系數(shù)，可取或；可取、或。如小車自重事先不知道，小車輪壓可根據(jù)起重量查表34。表34 起重小車輪壓推薦值起重量（kN）工作級(jí)別50A5～A668001360011400A7～A86950100A5～A694002700023000A7～A810000150/30A5～A6180003850036500A7～A819600200/50A5～A6200005320046800A7～A821000300/50A5～A6258007700073000A7～A827400500/100A5～A637000149000101000A7～A838000 對(duì)橋式類型的起重機(jī)而言，起升載荷的位置隨小車的位置而變化，故亦稱移動(dòng)載荷。對(duì)帶懸臂的龍門起重機(jī)，小車至少有兩個(gè)計(jì)算位置，即小車位于跨中附近和懸臂極限位置。通過其它方式變幅的輪式和塔式起重機(jī)，起升載荷的計(jì)算表達(dá)式為： （327） （328）式中 G0──吊具的重力（kN或N）。 式（327）用于計(jì)算靜剛度和疲勞強(qiáng)度，式（328）用于強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性計(jì)算。三、水平慣性載荷的計(jì)算 1. 運(yùn)行慣性力PH 起重機(jī)大車或小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)起動(dòng)或制動(dòng)時(shí)，起重機(jī)或小車的自身質(zhì)量以及起升質(zhì)量產(chǎn)生的水平慣性力PH為： ma （329） 式中 m──運(yùn)行部分的質(zhì)量（kg）。 起重機(jī)運(yùn)行慣性力不能超過主動(dòng)車輪與軌道之間的粘著力，即 （330）式中 u──車輪與軌道間滑動(dòng)摩擦系數(shù)的平均值，u=； ──起重機(jī)主動(dòng)車輪靜輪壓之和（N）。橋架類起重機(jī)大車起、制動(dòng)時(shí)引起的水平慣性載荷，沿大車軌道縱軸方向，與相應(yīng)的垂直載荷正交。起升質(zhì)量產(chǎn)生的水平慣性力（包括作用在起升質(zhì)量上的風(fēng)力、變幅和回轉(zhuǎn)起