第三章 起重机计算载荷与许用应力

第二章起重机技术参数与载荷目录第一节起重机主要技术参数第二节起重机工作级别第一单元起重机工作级别第二单元起重机结构工作级别第三单元机构工作级别第三节起重机的计算载荷第一单元起重机载荷的作用方式第二单元垂直动载荷第三单元水平载荷第四单元风载荷Pw第五单元其他载荷第四节载荷分类与计算原则第一单元载荷分类与载荷组合第二单元计算原则与安全系数第一节起重机主要技术参数起重机主要参数是表征起重机主要技术性能指标的参数，是起重机设计的依据，也是重机安全技术要求的重要依据。

一、起重量 G起重量指被起升重物的质量，单位为kg或t。

可分为额定起重量、最大起重量、总起重量、有效起重量等。

1．额定起重量Gn额定起重量为起重机能吊起的物料连同可分吊具或属具（如抓斗、电磁吸盘、平衡梁等质量的总和。

2．总起重量Gz总起重量为起重机能吊起的物料连同可分吊具和长期固定在起重机上的吊具和剧（包括吊钩、滑轮组、起重钢丝绳以及在起重小车以下的其他起吊物）的质量总和。

3．有效起重量Gp有效起重量为起重机能吊起的物料的净质量。

该参数需要说明如下：第一，起重机标牌上标定的起重量，通常都是指起重机的额定起重量，应醒目表示在起重机结构的明显位置上。

第二，对于臂架类型起重机来说，其额定起重量是随幅度而变化的，其起重特性指标是用起重力矩来表征的。

标牌上标定的值是最大起重量。

第三，带可分吊具（如抓斗、电磁吸盘、平衡梁等）的起重机，其吊具和物料质量的总服额定起重量，允许起升物料的质量是有效起重量。

二、起升高度 H起升高度是指起重机运行轨道顶面（或地面）到取物装置上极限位置的垂直距离，单位为m。

通常用吊钩时，算到吊钩钩环中心；用抓斗及其他容器时，算到容器底部。

1．下降深度h当取物装置可以放到地面或轨道顶面以下时，其下放距离称为下降深度。

即吊具最低工作位置与起重机水平支承面之间的垂直距离。

2·起升范围D起升范围为起升高度和下降深度之和，即吊具最高和最低工作位置之间的垂直距离。

第三章工程起重机计算载荷与计算方法第一节作用在起重机上的载荷主要的有：起升载荷、起重机自重栽荷、风载荷、重物偏摆引起的载荷、惯性和离心力载荷以及振动、冲击引起的动力载荷等一、自重载荷G (或用P G 表示)自重载荷指除起升载荷外起重机各部分的总重量(不是质量，在此以N 计)，它包括结构、机构、电气设备以及附设在起重机上的存仓等的重力二、起升载荷P Q (最大额定起重量Q +吊钩自重q )起升载荷是指起升质量的重力(以N 计)。

起升质量包括允许起升的最大有效物品、 取物装置(下滑轮组、吊钩、吊梁，抓斗、容器、起重电磁铁等)、悬挂挠性件及其它在升降中的设备的质量。

起升载荷动载系数φ2 2=1ϕ+δ——结构质量影响系数 201200=1()()Y m m Y δλ++ 三、水平载荷1.运行惯性力P H起重机自身质量和起升质量在运行机构起动或制动时产生的惯性力按质量m 与运行加速度a 乘积的倍计算，但不大于主动车轮与钢轨间的粘着力2.回转和变幅运动时的水平力P H臂架式起重机回转和变幅机构运动时，起升质量产生的水平力(包括风力、变幅和回转起、制动时产生的惯性力和回转运动时的离心力)按吊重绳索相对于铅垂线的偏摆角所引起的水平分力计算四、安装载荷在设计起重机时，必须考虑起重机安装过程中产生的载荷。

特别是塔式起重机，有的类型其安装给局部结构产生的应力大大地大干工作应力。

露天工作的起重机安装时风压应加以考虑。

五、坡度载荷起重机坡度载荷按下列规定计算：1．流动式起重机需要时按具体情况考虑。

2．轨道式起重机轨道坡度不超过%时不计算坡度载荷，否则按实际坡度计算坡度载荷。

六、风载荷P W在露天工作的起重机应考虑风载荷并认为风载荷是一种沿任意方向的水平力。

起重机风载荷分为工作状态风载荷和非工作状态风载两类。

工作状态风载荷P Wg 起重机在正常工作情况下所能承受的最大计算风力1.风载荷按下式计算： =W h P CK qA计算风压q 风压髙度变化系数K h 风力系数C 查表得七、试验载荷起重机投入使用前，必须进行超载动态试验及超载静态试验第二节载荷分类与载荷组合―、载荷分类作用在起重机结构上的载荷分为三类，即基本载荷，附加栽荷与特殊载荷。

起重机载荷计算方法起重机是工业生产中常用的一种设备，用于搬运和移动重物。

在使用起重机进行作业时，需要对起重机的载荷进行准确计算，以确保作业的安全和高效。

本文将介绍起重机载荷计算的方法。

一、静载荷和动载荷起重机的载荷分为静载荷和动载荷两种。

1. 静载荷静载荷是指起重机在静止状态下受到的力，通常包括自重、货物的重量以及起重机受到的任何外部力。

静载荷的计算方法通常基于力学原理，并考虑各种参数，如起重机的结构、重心位置、旋转半径等。

2. 动载荷动载荷是指起重机在移动或提升货物时受到的力，包括动力引起的力和惯性力。

动载荷的计算方法需要考虑起重机的运动和加速度等因素，以确保起重机在作业过程中的稳定性和安全性。

二、起重机载荷计算的基本原理起重机载荷计算的基本原理是根据力学和静力学定律，将作用在起重机上的各种力量分析和计算，从而得出起重机的受力情况以及各个部件的受力大小。

起重机载荷计算的基本步骤如下：1. 确定起重物的重量，包括重物的实际重量以及所需的安全余量。

2. 分析起重物所受的外部力，如重物本身所受的力、其他设备的影响力等。

3. 根据起重机的结构和参数，计算起重机的自重。

4. 根据作业要求和实际情况，计算起重机的工作半径、工作高度等参数。

5. 结合起重机的工作状态，计算起重机的动载荷，包括提升力、水平力和倾斜力等。

6. 根据计算结果，评估起重机的受力情况，确定是否满足安全要求。

三、起重机载荷计算方法的应用起重机载荷计算方法广泛应用于各个领域，特别是工业生产和建筑工程中的货物搬运和安装。

在工业生产中，通过准确计算起重机的载荷，可以确保货物的安全搬运和准时投放，提高作业效率。

同时，也可以对起重机的结构进行优化设计，减少起重机的自重，提高工作效率和能源利用率。

在建筑工程中，起重机是现代建筑所必需的设备之一。

通过对起重机载荷的准确计算，可以保证建筑材料的安全运输和安装。

同时，还可以预测起重机在不同作业环境下的工作情况，为工程人员提供重要的参考依据。

起重机设计计算书————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期:ﻩ桁架式双梁门式起重机设计计算书设计:审核:第一章型式及主要技术参数一、型式及构造特点ME型桁架式双梁门式起重机，主要适用于大型料场、铁路货站、港口码头等装卸、搬运;还可以配以多种吊具进行各种特殊作业。

正常使用的工作环境温度为-25℃~+40℃范围内。

安装使用地点的海拔高度不得超过2000m,超过１000ｍ时，应对电动机容量进行校核。

整机主要由门架、小车、大车运行机构及电气控制设备四大部分组成：门架采用桁架结构，具有自重轻、用料省、刚度大、迎风面积小等特点。

本机小车有两个吊钩,分为主、副钩，小车副钩可在额定负荷范围内,协同主钩进行工作(但决不允许两钩同时提放两个重物），物体的重量不得超过主钩的额定起重量。

二、主要技术参数和结构简图主要技术参数工作级别:Ａ5、操纵方式：地操、单边悬臂长:9．1m起重量:主钩7５t 副钩2０ｔ跨度:２7 ｍ起升高度:11/１3m主钩起升速度:３．7m/ｍin副钩起升速度:6ｍ/ｍin(1）小车运行速度：２７ｍ/miｎ大车运行速度:34．1m/miｎ小车轮距:2８00mm小车车轮:4-φ500小车轨距：3600mm 小车轨道:P43大车轮距：10600mm 大车车轮:８-φ700大车轨距:27000mm大车轨道：ＱU80 起重机总重：１１70６７ｋg其中：小车运行机构：22080ｋg大车运行机构:12780kg电气设备（含电缆卷筒)等:４１20kg门架金属结构部件重量：主梁:2ｘ2４751=495０２kg支腿(Ⅰ)：２x2835.3=567０．3kg支腿（Ⅱ）：2ｘ224５＝44９０kｇ联系梁：2x992.4=1984.8ｋg马鞍梁: 2９62.6kg下横梁：２ｘ4871=9７４２kg电缆滑车架: 133２ｋg梯子、平台、栏杆等:１７20kg电缆拖车自重：13２０㎏(２）三、结构简图（见图１)(3）第二章载荷计算一、风载荷工作风压:qⅡ=25 kg/m2非工作风压：qⅢ＝８0 kg/m2（一）、沿大车轨道方向风载荷计算1、单片主梁迎风面积Ｆ梁风F梁风=ΨF轮式中：Ｆ轮—起重机组成部分的轮廓面积在垂直于风向平面上的投影(m2）F轮=36．55×2．15=7８.58m2Ψ—充满系数０.２~0.6,桁架式取Ψ=0.4F梁风=０.４×78.5８＝31．43ｍ22、小车迎风面积F小车风F小车风＝4.24×1.9１＝8.0984㎡３、货物迎风面积Ｆ货物风F货物风=36㎡４、沿大车轨道方向的工作风载荷为:Ｐ梁单=ＣknqⅡF梁风式中:C—体形系数.(桁架取C=1.4)= 1.4×1．46×25×3１.43 (小车、货物取C=1.２）=160６㎏ｋn —高度修正系数.（本机取kn=1.4６)Ｐ梁风双= CknqⅡ（1ϕF1+2ηϕＦ2）式中：F1=F2=F轮＝７8.５８㎡=１.4×1.4６×2５×(0.4×78.58+0.66×0．４×78．58)=２666．3 kg1ϕ＝2ϕ=0.4（4）η—折减系数. （nb ＝2.22=０.9０9)查表 η=0.66 点载荷梁双风γ=213.2666=１27 节点kg P小车风＝1.2×1.46×25×８.０98４=３54.７㎏P 货物风＝１．2×1.46×25×36=1５76.8㎏(二)、垂直大车轨道方向风载荷计算 迎风面积计算：F '梁风=2.16８×1.6×２=6.９4㎡ 注:迎风面积按主梁与支腿连接处，主梁为矩形截面计算。

第一章起重工具选择计算第一节吊鼻选择计算在施工中现场常用的吊鼻,一般有两种.一种是钢筋焊制吊鼻,另一种是钢板焊制吊鼻.钢筋焊制吊鼻,设置简单,常用于较轻吊件上.钢板焊制吊鼻,设置较复杂,常用于较重吊件上,现分述于后.一.钢筋吊鼻选择计算：如图4-1图4-1起吊10T重件，D10用钢筋做吊鼻，钢筋与重件焊接断面为D10，长度为100mm，选择钢筋直径.先选择Ф20钢筋做吊鼻.Ф20钢筋的断面积F=3.14cm²(查表得).按拉力计算，吊鼻拉应力：Ó=W/2F=10000/2×3.14=1592kg/cm²按剪力计算吊鼻的剪应力:τ=W/2F=10000/2×3.14=1592kg/cm²从以上计算看,钢筋吊鼻的剪应力过高,必须选择较粗的钢筋.如选用Ф30钢筋做吊鼻,则Ф30钢筋的断面积F=7.07cm²则剪应力:τ=W/2F=10000/2×7.07=707kg/cm²剪应力已低于800kg/cm²,说明使用普通3号钢Ф30做吊鼻是安全的.采用钢筋吊鼻,在重件起立过程中,钢筋会拉弯,但由于吊鼻是一次性使用,起立时拉弯,立直时又拉直,对一般3号钢来说是承受得了这一次变形的,所以不会出事故,但钢筋焊缝必须足够,要做焊缝应力计算,其剪应力也不得超过许用应力值,一般焊缝要超过计算长度多一些好.二.钢板吊鼻选择计算 如图4-2所示：采用Ó=12mm 钢板做吊鼻.吊鼻开Ф50孔,焊100mm 固定钢板，板宽120mm,则应力计算如下：τ=W/2F=10000/(2×4×1.2)=1041kg/cm ²>800kg/cm ² 拉孔板两侧拉应力为：Ó=W/F=10000/（12-5）×1.2=1190kg/cm ² 拉板焊缝剪应力为：τ=W/F=10000/(10×0.8×2)=625kg/cm ²从以上核算看，主要是孔上方高度不够，造成孔上方剪应力过高，如将孔上方高度从40mm 扩大到60mm ，则其剪应力为： τ=W/2F=10000/2×6×1.2=694kg/cm ²这样改动后，吊鼻拉板就安全了，但平放钢板吊鼻的端部焊缝在起立过程中仍用可能被拉开，要注意察看。

载荷与应力的计算公式载荷在机械零件上的载荷分为静载荷与变载荷两大类。

静载荷是指大小、作用位置与作用方向不随时间变化或缓慢变化的载荷，如锅炉压力。

变载荷是指大小、作用位置和方向随着时间变化的载荷，如汽车悬架弹簧和自行车的链条工作时所受载荷。

机械零、部件所受载荷分为名义载荷、工作载荷、计算载荷。

名义载荷是指在平稳工作条件下根据额定功率通过力学公式计算出来的载荷。

工作载荷是指机器正常工作时所受的实际载荷。

在通常情况下引入载荷系数来考虑工作时各种因素的影响。

载荷系数与名义载荷的乘积称为计算载荷。

应力根据时间变化的特性不同，将应力分为静应力和变应力。

静应力是指不随时间变化或缓慢变化的应力，如图所示，变应力是随时间变化的应力。

变应力形式多样，可分为规律性和随机性两种，其中规律性稳定变应力可归纳为非对称循环变应力、脉动循环变应力和对称循环变应力三种基本类型1．拉伸与压缩变形1.l拉（压）杆的应力1.1.1拉（压）杆横截面上的正应力拉压杆件横截面上只有正应力o，且为平均分布，其计算公式为F.o ='"{(3-1)A式中为该横F,截面的轴力﹐A为横截面面积。

正负号规定﹑拉应力为正，压应力为负。

公式(3-1)的适用条件:(1〕杆端外力的合力作用线与杆轴线重合，即只适于轴向拉(压）杆件:(2〕适用于离杆件受力区域稍远处的横闻;(3）杆件上有孔洞或凹槽时，该处将产生局部应力集中现象，横截面上应力分布很不均匀;(4）截面连续变化的直杆，杆件两恻棱边的夹角时α≤20°,可应用式(3-1）计算，所得结果的误约为3 %。

图3-1拉压杆件任意斜截面（a图）上的应力为平均分布，其计算公式为全应力P。

= o cosα(3-2)正应力o, = o cos o (3-3)切应力t。

=sin 2a《3-4)式中为横截o面上的应力。

正负号规定﹔a由横截面外法线转至斜哉面的外法线，逆时针转向为正，反之为负。

拉应力为正，压应力为值。

起重作业安全讲座（10）--起重机的载荷（三）确保起重机安全可靠作业的计算有两种类型：一类是寿命计算〔包括疲惫、磨损和发热〕，这类计算要按等效原则确定计算载荷；另一类是强度计算〔包括材料的塑性破坏、脆性断裂、弹性失稳以及起重机的稳定性〕，这类计算应按在使用期内可能出现的最大载荷作为计算载荷。

这就必须要针对不同的零部件和结构件，依据起重机工作的特点，合计各种载荷实际出现的概率，把可能同时出现的载荷按最不利的状况进行组合，并依据一定的原则进行计算。

1.载荷分类与载荷组合作用在起重机上的载荷分为三类，即基本载荷、附加载荷与特别载荷。

各类载荷组合是强度和稳定性计算的原始依据。

〔1〕基本载荷：始终或常常作用在起重机结构上的载荷，包括自重载荷、起升载荷、惯性水平载荷，以及合计动载系数与相应载荷相乘的动载效应。

关于抓斗、电磁吸盘起重机，还应合计由于突然卸载的动态减载作用。

只合计基本载荷的组合为组合Ⅰ。

〔2〕附加载荷：起重机在正常工作状态下，结构所受到的非常常性作用的载荷。

它包括起重机工作状态下的最大风载荷、起重机偏斜运行侧向力、依据实际状况而合计的自然载荷，以及某些工艺载荷等。

合计基本载荷和附加载荷的组合为组合Ⅱ。

〔3〕特别载荷：起重机处于非工作状态时，结构可能受到的最大载荷，或者在工作状态下结构偶然受到的不利载荷。

合计基本载荷和特别载荷的组合，或三类载荷都合计的组合为组合Ⅲ。

2.计算原则为确保起重机安全、正常地工作，起重机的金属结构和机构的零部件应满足强度、稳定性和刚度的要求。

强度和稳定性要求是指结构构件在载荷作用下产生的内力不应超过许用的承载能力，刚度要求是指结构在载荷作用下产生的变形量不应超过许用的变形值，以及结构的自振周期不应超过许用的振动周期。

计算的内容不同，对应的载荷组合类别也不同。

〔1〕寿命〔耐久性〕计算载荷第Ⅰ类载荷用来计算零部件或金属结构的耐久性、磨损或发热。

按正常工作时的等效载荷进行计算。

起重机的计算载荷原则与安全系数2009-8-12 来源：来源：中国起重机械网浏览：42次1．计算的基本原则为保证起重机安全、正常地工作，其金属结构和机构的零部件应满足强度、稳定性和刚度的要求。

强度和稳定性要求是指结构构件在载荷作用下产生的内力不应超过许用的承载能力（指强度、疲劳强度和稳定性方面的许用承载能力）；刚度要求是指结构在载荷作用下产生的变形量不应超过许用的变形值，以及结构的自振周期不应超过许用的振动周期。

起重机的零部件和金属结构应进行以下计算：①疲劳、磨损或发热的计算；②强度计算;③强度验算。

与这三类计算相适应，起重机的计算载荷有下列三种组合：（1）寿命（耐久性）计算载荷--第Ⅰ类载荷。

该载荷是用来计算零部件或金属结构的耐久性、磨损或发热的。

按正常工作时的等效载荷进行计算，不仅计算载荷大小，还要考虑它们的作用时间。

对于受变载荷作用的机构零件和金属结构，当应力变化循环次数足够多时，应进行疲劳计算；当应力变化循环次数较少或很少时，就不必进行疲劳计算。

工作级别是A6,A7,A8级起重机的金属结构构件和机构零件应验算疲劳。

（2）强度计算载荷--第Ⅱ类载荷。

该类载荷是用来计算零部件或金属结构的强度、受压和平面弯曲构件的稳定性、结构件的刚度、起重机的整体稳定性与轮压的，按工作状态最大载荷进行强度计算。

确定强度计算载荷时，应选取可能出现的最不利的载荷组合。

（3）验算载荷--第Ⅲ类载荷。

该类载荷是用来验算起重机的某些装置（如夹轨器）、变幅机构、支承旋转装置的某些零件和金属结构的强度和构件的稳定性，以及起重机的整体稳定性的，按非工作状态最大载荷及特殊载荷（安装载荷、运输载荷及冲击载荷等）进行强度验算。

在起重机事故处理时，由金属结构和机构的零部件破坏导致的事故，应进行必要的验算。

验算时，按实际工况的实际载荷进行。

2．计算方法目前起重机的计算采用许用应力法，即在强度计算中以材料的屈服极限，在稳定性计算中以稳定临界应力，在疲劳强度计算中以疲劳强度极限除以一定的安全系数，分另得到强度、稳定性和疲劳强度的许用应力。

第三章起重运输机金属结构设计计算基础第一节 起重运输机金属结构运算载荷的分类作用于起重运输机金属结构上的载荷，依照载荷的不同特点，载荷显现的频繁程度分为差不多载荷、附加载荷及专门载荷三类。

一、差不多载荷：指始终和经常作用在起重机结构上的载荷，即起重机正常工作时必定显现的载荷，包括：1. 自重载荷P G ：指起重机的结构、机械设备及电气设备等的重力（亦称固定载荷）。

2. 起升载荷P Q ：指所能吊起物品的最大重力，俗称额定起重量。

起升载荷不包括吊钩、吊环、吊梁等取物装置的重量，但能够更换的取物装置如抓斗、电磁吸盘、真空吸盘、集装箱属具等的重力应运算在起升载荷之中。

起重机起升高度小于50米时，起升载荷可不计起升钢丝绳的重力。

3. 水平惯性载荷H P ：指运行、回转或变幅机构起（制）动时引起的水平惯性载荷。

二、附加载荷：指起重机在正常工作状态下结构所承担的非经常性作用的载荷（在起重机正常工作时并非必定显现而是可能显现的载荷），包括： 1. 工作状态下的风载荷i w P ,；2. 有轨起重机偏斜运行时产生的侧向力;s P3. 依照实际情形决定需加以考虑的温度载荷、冰雪载荷及某些工艺性载荷。

三、专门载荷：指起重机在非工作状态或试验状态时结构可能承担的最大载荷，或在工作状态下结构偶然承担的不利载荷，包括： 1. 非工作状态下的风载荷;0,w P 2. 试验载荷；3. 依照实际情形决定需加以考虑的安装载荷、地震载荷及某些工艺性载荷；4. 工作状态下结构偶然可能承担的碰撞载荷P C ；5. 工作状态下结构偶然可能承担的带刚性起升导架的小车的倾翻水平力SL P 。

第二节 机构不稳固运动时的冲击动力载荷一、起升冲击系数1ϕ起升质量突然离地起升或下降制动时，自重载荷将产生沿其加速度相反方向的冲击作用，考虑这种工况时，应将自重载荷乘以起升冲击系数1ϕ来考虑自重载荷的重力变化，一样取1.19.01≤ϕ≤，结构运算时，常取1.10.11≤ϕ≤。