起重机械计算方法

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1、在进行起重机总体设计时，特别是钢结构设计时，考虑的载荷和工民建钢结构厂房设计考虑的载荷有很大不同，其特点就是起重 机是动态使用的，在考虑载荷时，都要乘一个系数，现在我把整体设计时最常用的载荷系数简单得说一下，使对起重机钢结构设计 不了解的人有一个初步的认识，同时，也请这方面的专家指出不足之处。规范中可没有这么详细啊！一、自重冲击系数当货物突然起升离地、货物下降制动、起重机运行通过轨道接缝或运动机构起动、制动时，起重机的的自身重量将产生冲击和振 动。由于这种冲击和振动，起重机各部分质量会产生附加的加速度，虽然可用计算机计算这种加速度，但计算工作量较大，所 以，实际计算时是将自重乘以一个冲击系数，

2、以考虑这种附加动载的影响。按照起重机设计规范（GB3811-83），的规定，自重冲击系数分两种情况，一是货物离地或货物下降制动对自重的冲击，将起重机自重乘以起升冲击系数01二是吊着货物的起重机运行通过轨道接缝，将起重机自重和起升载荷均乘以相同的运行冲击系数04他们都是经验值。1、起升冲击系数0 1规范规定：0.9 0 1三1.1这个系数的应用分两种情况：当自重对要计算的元件起增大作用时，取0 1=1.01.1，否则取0 1=0.91.0。2、运行冲击系数0 4规范规定，04用下式计算：0 4=1.10+0.058v Vh （注：Vh 为 h 开更号）式中v起重机（或小车）的运行速度（m/s）h

3、轨道接缝处二轨道面的高度差（mm）理论表明，当速度较大时（v 2m/s），冲击系数并不随速度增大，只要控制h 2mm，系数不会大于1.1。二、起升载荷动载系数0 2这是一个最重要的系数。02 一般取10 2 2当起升质量突然离地上升或下降制动时起升质量将产生附加的加速度，由这个附加加速度引起的惯性力，将对机构和结构产生附加的动应力，我国规范规定，将起升载荷乘以系数02予以增大，02即为起升载荷动载系数。1、02的估算值0 2=1+cv V 1/0+y0 各符号的意义见起重机设计规范（GB381 1 -83）附录B为了检验上式的正确性，曾对通用桥式起重机、塔式起重机、门座起重机等做过测定，02值

4、与实测值很接近。2、初步设计阶段$2的估算值在初步设计阶段，上述公式的一些参数未知，$2如何估算呢？将上式进行简化：$ 2=1+acva= V 1/（入 O+y0 根据规范规定，按照以下公式参考选取： 2=1+0.17v -做安装用的、使用轻闲的臂架起重机。 2=1+0.35v 做安装用的桥式起重机，做一般装卸和施工用的吊钩式起重机 2=1+0.70v -在机加工车间和仓库用的吊钩桥式起重机、港口抓斗门座起重机 2=1+1.00v -抓斗和电磁桥式起重机。v -额定起升速度（m/s）若$2 1.1，取$ 2=1.1 ;若$2,取$ 2=2,此时应采取措施降低离地速度（用电控的方法），使$2不致

5、太大。3、$2值的其他估算方法以上是规范介绍的方法，至于$2到底多大，也在于参考其他吊车的参考值以及设计者的心得体会，其 他方法大家也可以参 考，这里就介绍以下出处,有兴趣的可以找资料，也可以找我联系。起重机设计手册（机械工业出版社）P20是规范未出来之前的常规设计方法 起重机设计手册（中国铁道出版社）P13是ISO（8686- 1 : 1989）的设计方 法。三、突然卸载冲击系数$ 3规范中是这样规定的：当起升质量部分或全部突然卸载时，将对结构产生动态减载作用，减小后的起升载荷等于突然卸载冲击系数$3乘以起升载荷。$ 3=1-（ m/m）*（1+）3A 一起升载荷突然卸去的那部分重量 m 起

6、升质量3 3-对于抓斗起重机或类似起重机取0.5,对于电磁起重机或类似起重机取1.0从式中看出，在严重情况下（即突然卸去全部起升质量），起重机将受到与起升质量相等但方向相反的载荷。$3的取值范围 -11。使用时应注意：1、一般的设计中卸载的冲击影响主要在起重机抗倾覆稳定性计算时应用。2、 对部分起升载荷突然卸除或坠落属于正常作业的起重机（例如抓斗或电磁起重机，应考虑突然卸载对结构的动力作 用。我也有一些拙见，请指正。起升载荷动载系数$2的推导：我国规范和aisc规范规定起升载荷动载系数$ 2最大为2,即$ 2&It;=2,(视不同情况选取)假定一物体m,从高h跌落,其冲击力为：用机械能守恒定理

7、：mg( h+Ymax) = 0.5*k*Ymax here Ymax为结构最大变形，k为劲度系数静荷载时mg=kY联立求解 Ymax=(1+(1+2h/Y)9.5 )*Y冲击系数为(1+(1+2h/Y)A0.5)冲击力为F=kYmax=k*(1+(1+2h/YF0.5 )*YF=kY*冲击系数F=mg* 冲击系数=mg*(1+(1+2h/Y)A0.5)冲击力为重力与冲击系数的乘积当h=0(此时与起升载荷对机构和结构产生的动应力情况相同)冲击系数为(1+(1+2h/Y)A0.5)=2结论:冲击系数最大为2首先回答楼上朋友的问题。你可能是学结构的，我呢，是具体搞技术的，平时只管套规范，但对规范的

8、公式的理论由来还真的没有吃透，本着求实的态度，为此，我专门打了电话，求教了一个朋友，他是国内某著名大学的起重机博士，根据他的解释，答复如下，不知 您是否满意，这也是我迟迟未答复的原因。、你的推导没有错误，但你的力学模型和起重机起升工况的力学模型不一样。你的力学模型如附图1所示，其实就是一静止物体突然加载到某弹性物体上的冲击工况，重物G在初始时静止弹簧K的自由状态，G挂上弹簧突然松手，此时弹簧的最大受力为2mg，即$ 2=2 ,这就是你的公式的由来，注意，是静止物体。二、起重机起升工况要比上述工况复杂的多，而且不是上述工况。起重机起升最理想的工况（冲击最小）如附图2所示，弹性钢丝绳以无限小的速度

9、v0缓缓提起，当k等于mg时，物体也以v0缓缓离开地面，此时$ 2=1 （无冲击），但这种工况效率太低，不现实，也是不可能的，因此，随着v0 的增大，$2也会增大，肯定会大于2,例如，v0很大，（如10g），而钢丝绳的刚度也很大，迫使G在短时间内v0达到10g,（如1秒），则G的平均加速度就为10g/仁10g,其受的惯性力就为10mg，即受拉力为10mg，此时，$ 2=10。三、归根结底，你的模型未考虑重物与弹簧在初始时就存在相对速度（钢丝绳动而重物不动）为无穷大， 。试想，如果k 则重物速度从0变到v0的时间为0,此时，$2为无穷大。你提的问题相当好，这正好反映了起重机钢结构的设计和普通钢结

10、构建筑设计的不同原理，相通之处，它们 但两者又有许多 都是钢结构，但一个动，一个静止而已。谢谢你提的问题，我也受益匪浅。（接着说动载系数）四、试验载荷动载系数$ 6起重机在投入使用使用以前，必须进行超载动态试验和超载静态试验，也就是大家常说的110%动负荷试验和125%静负荷试验。试验时风速一般不超过8.3m/s，大约是5级风（8.017.9m/s，离地10m高）。1、 动态试验是起吊额定负荷的110%，且处于起重机最不利位置，按要求完成各种运动和组合运动。此时，虽然是全速上升或下降，但离地及下降制动均比较谨慎，按照规范：$ 6=（ 1+ $2）/22、静态试验是加额定载荷的125%，且处于起

11、重机最不利位置，载荷应平稳无冲击加载。载荷离地100200mm，悬空时间 不得少于10min。规范规定，有特殊要求的起重机，其试验载荷由用户和制造厂签定合同予以规定。起重机试验详见起重机试验规范和程序(GB5905-86 )五、弹性振动增大系数$5和刚性动载系数$ 8这两个系数是用于传动机构动载荷计算的。起重机机构启动时原动机发出的转矩要比机构的静阻转矩大，增大的转矩用来加速机构的运动质量。因此机构启动存在动载荷。 电动机的额定功率Pn(KW)、额定转矩Mn(N.m )和转速n( r/min)存在以下关系：Mn=9550*Pn/n零件承受的总载荷为静力矩和惯性力矩之和Mmax=Mj+Mg= $

12、 8*Mn考虑到机构传动系统在起动和制动时产生的扭转振动，则Mmax= $ 5* $ 8*Mn 刚性动载系数$8和电动机的驱动特性及计算零件两侧的转动惯量的比值有关，一般$ 8=1.22.0。弹性振动增大系数$5，对突然起动的机构，取1.51.7，对较平稳的机构，取1.11.5。事实上，机构起动和制动时，除传动机构承受动载荷外，起重机的金属结构也将承受水平动载荷，因此，也可先将起重机各个质量 的惯性力按照刚体动力学的方法计算出，然后再乘以$5。六、碰撞缓冲器考虑的弹性振动动载系数$ 7起重机运行轨道的终端设有弹性缓冲器，一般有弹簧和液压两种。一般的碰撞力分析是以刚体动力学的基础导出的，实际应考

13、 虑碰撞时起重机结构将产生弹性振动。按照ISO/TC-96工作小组拟订的关于起重机计算载荷的文件，须将缓冲力乘以动载系数$7,以考虑弹性振动对缓冲力的影响，并规定：对于线性弹簧缓冲器：$ 7=1.25对具有不变缓冲力的液压缓冲器：$ 7=1.60在我国规范中规定：$ 7=1我在起重机设计规范里，还真的没有找到这个系数(或许不常用)，在规范里，只是有缓冲器碰撞时作用在运行机构驱动轴上 的力矩计算的经验公式，还不错，在起重机设计手册里，有详细的计算步骤，我估计，这可能和ISO有不同之处，具体得有机 会请教专家了。现在，把起重机设计所用的8个载荷系数$ 1 $8都简要地讲完了，大家可能是一头雾水 这

14、几个系数都知道了，但是起重机钢结构设计都还考虑哪些载荷呢？是的，这些系数是和载荷密切相关的，它和一般的工业厂房考虑的载荷的确不一样，下面我就将这些载荷一一列出，因为在上面已经将载荷系数讲清了，那么，下面就直接引用，思路也就很 清楚了。一、自重载荷PG 考虑乘以起升冲击系数$ 1二、起升载荷PQ考虑乘以起升载荷动载系数$2。必要时，考虑乘以突然卸载冲击系数$ 3(参见上述$ 3系数的解释)三、在不平路面运行产生的冲击载荷考虑乘以运行冲击系数$4注意：PG和PQ分别乘四、机构起动（制动）产生的水平惯性载荷1、运行惯性力PH= $ 5*m*a Padm运行部分质量a起制动加速度Pad-驱动车轮和钢轨（或地面）粘着力2 、回转或变幅运动时的水平惯性力PH=PQ*tg aa 一3冈丝绳对铅垂线的偏摆角五、风载荷PWPW=C*Kh*q*AC-风力系数，考虑结构体型、尺寸等因素对风压的影响Kh风力高度系数q -计算风压A 起重机或起吊物品垂直于风向的迎风面积。