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1、,主 编 ： 文 豪,起重机械,第六章,取 物 装 置,目 录 / CONTENTS,6.1 概述,6.2 吊钩与吊环,6.3 抓斗,6.4 夹钳,6.5 其他取物装置,第1节 概 述,第一节 概述,概 述,起重机必须通过取物装置将起吊物品与起升机构联系起来，从而进行这些物品的装卸、吊运和安装等作业。 对于取物装置主要有以下要求： 1) 提高生产率。减轻自重，缩短装卸时间。 2) 减轻体力劳动。尽量减少辅助人员数量，减轻装卸劳动强度。自动装卸的取物装置，如抓斗、起重电磁铁、真空吸盘等，不仅完全不需要装卸辅助人员，而且也大大缩短了装卸时间。 3) 安全作业。对于吊运的物品应当防止坠落或其他损伤，
2、对于作业人员应防止发生人身伤亡事故。,第一节 概述,吊运成件物品、散粒物品以及液体物品, 应采用不同的取物装置。,图6-1 吊钩、吊环、吊索,图6-2 夹钳、托爪,图6-4 盛桶,图6-3 吊梁,第一节 概述,图6-5 起重电磁铁、真空吸盘、抓斗、料斗,第2节 吊钩与吊环,第二节 吊钩与吊环,吊钩与吊环,吊钩和吊环是起重机中应用最广泛的取物装置，通常与滑轮组的动滑轮组合成吊钩组，与起升机构的挠性构件联系在一起。,一、吊钩 1 吊钩及吊钩组的构造,（1）吊钩的材料 吊钩断裂可能导致重大的人身及设备事故，因此，吊钩的材料要求没有突然断裂的危险。目前吊钩广泛采用低碳钢。,第二节 吊钩与吊环,中小起重
3、量起重机吊钩的毛坯是采用锻造方法成形的。大起重量的吊钩可采用钢板铆合，称为叠片式吊钩。通常锻造吊钩的材料为Q345qD、Q420qD、35CrMo、34Cr2Ni2Mo、30Cr2Ni2Mo 等优质低合金高强度结构钢或合金结构钢。对材料的要求为晶粒细度不大于5 国际单位，加入少量铝（铝的质量分数0.02%）以防止老化。叠片式吊钩由若干块厚度不小于20mm 的Q235、20 优质碳素钢或Q345 钢板铆接成一体。 叠片式吊钩比锻造吊钩具有更大的安全性，一般不会因突然断裂而破坏，因为金属缺陷引起的断裂常局限于个别钢板，其余钢板仍然能够支持吊重。损坏的钢板可以更换，它不像锻造吊钩，一旦破坏就整体报废
4、。但是叠片式吊钩自重较大，因为它的截面形式不如锻造吊钩合理。,第二节 吊钩与吊环,（2）吊钩的种类 根据制造方法的不同，吊钩可分为锻造吊钩和叠片式吊钩；根据形状的不同，吊钩又可分为单钩和双钩，如图6-6 所示。 单钩的优点是制造和使用比较方便。双钩的优点是相对质量小一些，因为它的受力情况比较有利。 单钩用于较小的起 重量。当起重量较 大时，为了不使吊 钩过重，多采用双 钩。,图6-6 吊钩的种类 a) 锻造单钩 b) 锻造双钩 c) 叠片式单钩 d) 叠片式双钩,第二节 吊钩与吊环,（3）吊钩的构造 单钩钩孔的尺寸根据系物绳或专用吊具的尺寸而定。标准吊钩的钩孔尺寸根据容纳系物绳的尺寸而定。 吊
5、钩钩身（弯曲部分）的截面形状有圆形、矩形、梯形、T 形与工字形等，如图6-7 所示。从受力情况来看，工字形截面最合理，可以得到自重较轻的吊钩，它的缺点是锻造工艺复杂。目前最常用的吊钩截面是梯形和T 形，其受力情况比较合理，锻造加工比较容易。矩形截面只用于叠片式吊钩，其截面的承载能力未能充分利用，因而比较笨重。圆形截面只用于简易的小型吊钩。,第二节 吊钩与吊环,小型吊钩通常采用管螺纹，这种螺纹制造方便，但应力集中严重，容易在螺纹处断裂。为了防止上述缺点，大型吊钩多采用梯形或锯齿形螺纹。为了更好地减轻应力集中，还可以采用圆螺纹。小型起重机的吊钩采用如图6-8所示的结构，它省去了尾部螺纹，减轻了应力
6、集中。,图6-7 吊钩的截面形状,图6-8 不带螺纹的吊钩,第二节 吊钩与吊环,为了防止系物脱钩，有的吊钩装有闭锁装置（图6-9a）。轮船装卸用的吊钩通常制成图6-9b 所示的形状，凸出的鼻状部分是为了防止吊钩在起升时挂住舱口。叠片式吊钩的钩口通常有软钢垫块，垫块上方为圆弧形，以免损伤系物绳，下方与钩口紧密配合，使载荷均匀分配到各片上去。标准吊钩的规格和尺寸已经系列化。,图6-9 闭锁钩与鼻状钩,第二节 吊钩与吊环,（4）吊钩组 吊钩组是指吊钩与滑轮组动滑轮的组合体。吊钩组有长型与短型两种，图6-10 所示。长型吊钩组采用普通的短吊钩（钩柄较短的吊钩），支承在吊钩横梁上，滑轮支承在单独的滑轮轴
7、上， 它的高度较大，使有效起升高度减小。 短型吊钩组过去采用长吊钩，这种吊钩 组的滑轮直接装在吊钩横梁上，总高度 会大大减小，但它只能用于双倍率滑轮 组。短型吊钩组只用于较小的起重量。,图6-10 吊钩组 a) 长型 b) 短型,第二节 吊钩与吊环,对于吊钩通常需验算它的几个危险截面、尾部螺纹以及吊挂装置的几个部件的强度。 （1）钩身强度的验算 吊钩钩身的强度计算若采用直梁偏心弯曲的方法，则误差较大，目前多用曲梁弯曲理论计算。这种计算方法是按最大应力不超过材料的屈服极限为准则进行的。它与一般机械零件如轴、齿轮等，一旦最大应力超过屈服极限就会产生永久变形，不能继续使用的情况不同。,2 吊钩的计算
8、,第二节 吊钩与吊环,1) 单钩。图6-12 所示为一个单钩的计算简图，需验算1-2 与3-4 两个截面的强度。,图6-12 单钩计算简图,第二节 吊钩与吊环, 1-2 截面。载荷为偏心拉力，即吊重PQ，偏心距为a /2 + e1，因而它同时承受弯曲力矩M = PQ（a /2 + e1），e1 为截面重心距最大应力边缘的距离。由于在截面1-2 附近截面重心轴线弯曲得很厉害，按直梁计算其弯曲应力误差很大，因而应按曲梁计算。应力分布如图6-12b 所示。截面内缘1 点应力为最大拉应力1，截面外缘2 点的应力为最大压应力2，它们的计算公式为,第二节 吊钩与吊环,式中 动力系数； PQ对于吊钩指额定起
9、重量PQRC； A1-2 截面的面积； KB依曲梁截面形状而定的系数； e1截面重心至内缘距离； e2截面重心至外缘距离。 其中 对于梯形截面，有 式中,第二节 吊钩与吊环,对于矩形截面，将式（6-4）中b = B 代入，有,对于圆形和椭圆形截面，有,第二节 吊钩与吊环, 3-4 截面。最危险的受力情况是当两系物绳倾角增大为max时，则,第二节 吊钩与吊环,式中 A3-4 截面的面积； KB3-4 截面的形状系数。 由于3-4 截面处有强烈磨损，应力应按报废时的截面尺寸计算。当截面高度磨损达5%时，应考虑报废更换。,第二节 吊钩与吊环,2) 双钩。图6-13 所示为一个双钩的计算简图。一般也是
10、验算两个危险截面的受力情况，即1-2 截面与3-4 截面。危险载荷则都是最大倾角max的系物绳张力P,图6-13 双钩的计算简图,第二节 吊钩与吊环, 1-2 截面。最大正应力为,第二节 吊钩与吊环, 3-4 截面。应力计算与单钩完全相同。即,3) 吊钩的许用应力为 式中, n =1 3 (一般用途), n =2 5（用于吊运熔融金属）。,第二节 吊钩与吊环,（2）尾部螺纹部分的强度验算 1) 螺纹尾部的拉应力为 式中 A螺纹根部截面面积; d1螺纹根部直径; 许用应力， = s / n，通常取n =4。,第二节 吊钩与吊环,2) 螺母高度验算。螺母的高度主要由螺纹间的挤压应力决定。挤压应力的
11、计算公式为,式中 Z螺纹的圈数； H螺母的螺纹高度； P螺纹的螺距; d螺纹的大径； d2螺母的小径； j许用挤压应力。 由于压力在各圈螺纹间分布很不均匀，挤压应力应取较低的许用值，对于Q235 材料的螺母和20 钢的吊钩，j = s / n，通常取n =5。 在一般情况下，H(1 1.5)d，由此计算的挤压应力是比较低的。,第二节 吊钩与吊环,（3）吊钩横梁的计算 吊钩横梁（图6-14）中间部分应按弯曲强度进行验算。即,式中 W吊钩的横梁中间部分断面的截面系数。 关于吊钩横梁的轴颈, 通常按平均挤压应力计算。即,图6-14 吊钩横梁计算,第二节 吊钩与吊环,（3）吊钩夹板的验算 吊钩夹板（图
12、6-15）主要进行有 孔断面抗拉强度的验算。即,式中 j应力集中系数，其值可按图6-16 所示的曲线 选取。,图6-16 应力集中系数j,图6-15 吊钩夹板计算,轴的平均挤压应力的计算公式为,第二节 吊钩与吊环,我国起重吊钩的标准化工作已经实现了与国际标准的接轨，已实施的起重吊钩相关的国家标准包括起重吊钩的规格、材料和制作技术要求等。 吊钩的起重量及牌号见表6-1。,3 标准吊钩,表6-1 吊钩的起重量（GB/ T 10051.12010）,注：机构工作级别低于M3 的按M3 考虑。,第二节 吊钩与吊环,吊钩的强度等级按材料的力学性能分为五个强度等级，见表6-2。,表6-2 吊钩的强度等级（
13、GB/ T 10051.12010）,注：1 尽量避免采用括号内的强度等级。 2 冲击功试验应在-20下进行, 括号中所给的冲击吸收功值仅供参考。,第二节 吊钩与吊环,吊钩专用的材料见表6-3。,表6-3 吊钩专用材料的牌号（GB/ T 10051.12010）,注：当采用JB/ T 6396 中规定的原材料，直径大于250mm 时：推荐材料中Alt 的质量分数0.020%，或用其 他形式证明材料中的氮被固化；冲击功试验温度为-20时，ISO 纵向试样的冲击功27J。,选择标准起重吊钩需根据吊钩的强度等级、机构工作级别及起重量来选择标准吊钩的钩号。,第二节 吊钩与吊环,起重量极大的货物采用吊环
14、起吊，它比吊钩的自重轻。在吊运一般货物时，系物绳难以穿过吊环的孔，这是它极少应用的原因。 根据构造形式的不同，吊环可分为铰接吊环（图6-17）和整体吊环（图6-18）。下面简单介绍它们的计算内容。,图6-17 铰接吊环的计算,二、吊环,图6-18 整体吊环的计算,第二节 吊钩与吊环,铰接吊环的计算如图6-17 所示。两拉杆按拉力计算，拉杆的拉应力为 对于下部横梁按曲梁理论计算。它承受起重量PQ 引起的弯曲作用及拉杆水平分力引起的弯曲和压缩作用。应用曲梁理论计算1-2 截面的应力为,1 铰接吊环的计算,第二节 吊钩与吊环,整体吊环是把拉杆和下部横梁作为一个整体锻造而成的，因此各截面的内力应按三次
15、超静定刚架计算。为了简化计算，其粗略的计算公式为（参看图6-18）,2 整体吊环的计算,简单计算拉杆所受弯矩为 拉杆所受拉力为 所以,第二节 吊钩与吊环,拉杆所受拉力为 所以 式中 W1下部横梁截面的截面系数； W2拉杆断面的截面系数； A拉杆截面的面积。,第3节 抓 斗,第三节 抓斗,抓斗,抓斗是一种自动的取物装置，它的抓取与卸料动作由起重机司机操纵，不需要辅助人员协助，因而避免了繁重的人力劳动，同时也节省了辅助时间，大大提高了装卸生产率。典型抓斗的构造如图6-19 和图6-20 所示。抓斗主要用于装卸大量的散粒物料，也有用于抓取圆木的抓斗（图6-21）。抓斗广泛应用于矿山、冶金厂、港口、车站、煤场及其他散粒物料仓库。,一、抓斗的种类及工作原理,1 概述,第三节 抓斗,抓斗的缺点是自重大, 设计抓斗时应努力减轻
