起重机械基础知识讲义

起重机械根底知识

目 录

第一节 起重机的分类、主要参数和组成 .............................................................. 2

第二节 起重机设计总论 .......................................................................................... 6

第三节 起重机机构及主要零部件 ........................................................................ 12

第四节 起升机构的计算 ........................................................................................ 32

第五节 起重机金属结构常用材料 ........................................................................ 35

第六节 桥门式起重机金属结构 ............................................................................ 41

第七节 平安保护装置 .......................................................................................... 55

第一节 起重机的分类、主要参数和组成

一、起重机的分类

〔一〕定义：

起重机——以间歇、重复方式工作，挂在吊钩或其它取物装置上的重物在一定的空间范围内实现垂直升降和水平移动。

〔二〕起重机又可分为：

1.桥架型：①桥式起重机；②门式起重机；③装卸桥；④架桥机；

2.绳索型：①缆索起重机；②门式缆索起重机；

3.臂架型：①门座起重机；②半门座；③塔式；④铁路起重机；⑤流动式；

⑥浮式；⑦甲板；⑧桅杆；⑨悬臂；

二、起重机械的主要参数

〔一〕起重量G

起重量G〔过去常用字母Q表示〕，是指被起升重物的质量，单位为千克〔kg〕或吨〔t〕。一般分为额定起重量、最大起重量、总起重量、有效起重量等。

n

额定起重量，是指起重机能吊起的重物或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。对于幅度可变的起重机，其额定起重量是随幅度变化的。

其名义额定起重量，是指最小幅度时，起重机平安工作条件下允许提升的最大额定起重量，也称最大起重量Gmax。

t

总起重量，是指起重机能吊起的重物或物料，连同可分吊具和长期固定在起重机上的吊具或属具〔包括吊钩、滑轮组、起重钢丝绳以及在臂架或起重小车以下的其他起吊物〕的质量总和。 量Gp

有效起重量，是指起重机能吊起的重物或物料的净质量。如带有可分吊具抓斗的起重机，允许抓斗抓取物料的质量就是有效起重量，抓斗与物料的质量之和那么是额定起重量。

〔二〕跨度S

桥架型起重机运行轨道轴线之间的水平距离称为跨度，用字线S表示，单位为米〔m〕。

〔三〕轨距k

对于小车，为小车轨道中心线之间的距离；

〔四〕基距B

基距也称轴距，是指沿纵向运动方向的起重机或小车支承中心线之间的距离。

〔五〕幅度L

起重机置于水平场地时，空载吊具垂直中心线至回转中心线之间的水平距离称为幅度L。

幅度有最大幅度和最小幅度之分。

〔六〕起重力矩M

起重力矩是幅度L与其相对应的起吊物品重力G的乘积，M=G·L。

〔七〕起重倾覆力矩MA

起重倾覆力矩，是指起吊物品重力G与其至倾覆线距离A的乘积。

〔八〕轮压P

轮压是指一个车轮转递到轨道或地面上的最大垂直载荷。单位为N。 〔九〕起升高度H和下降深度h

起重高度，是指起重机水平停机面或运行轨道至吊具允许最高位置的垂直距离，单位为m。

〔十〕运行速度V

起升〔下降〕速度Vn，是指稳定运动状态下，额定载荷的垂直位移速度〔m/min〕。

〔十一〕起重机工作级别

起重机工作级别是考虑起重量和时间的利用程度以及工作循环次数的工作特性。它是按起重机利用等级〔整个设计寿命期内，总的工作循环次数〕和载荷状态划分的。起重机载荷状态按名义载荷谱系分为轻、中、重、特四级；起重机的利用等级分为U0～U9十级。

起重机工作级别，也就是金属结构的工作级别，按主起升机构确定，分为A1～A8级。

三、起重机的组成

4.平安保护系统

第二节 起重机设计总论

一、起重机平安正常工作的条件

为了保证起重机的平安正常工作，起重机设计时应满足以下三个根本条件：

〔一〕金属结构和机械零部件应具有足够的强度、刚度和抗屈曲能力。

〔二〕整机必须具有必要的抗倾覆稳定性。

〔三〕原动机具有满足作业性能要求的功率，制动装置提供必需的制动力矩。

——金属构件抵抗外力作用不产生破坏的能力。

2.刚度——在外力作用下，金属构件抵抗产生弹性变形的能力。

——金属构件承受压力载荷作用时，保持原有几何形状的能力。

二、起重机载荷分类

作用于起重运输机金属结构上的载荷，根据其不同特点与出现的频繁程度分为根本载荷、附加载荷及特殊载荷三类。〔GB3811-83规定的〕

〔一〕根本载荷

根本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然出现的载荷，包括：

〔1〕自重载荷PG 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PQ 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置，但可以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计算在起升载荷之中。起重机起升高度小于50m时，起升载荷可不计起升钢丝绳的重力。

〔3〕水平惯性载荷PH 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

附加载荷指起重机在正常工作状态下结构所承受的非经常性作用的载荷〔在起重机正常工作时并非必然出现而是可能出现的载荷〕，包括：

〔1〕工作状态下的风载荷Pw，i；

〔2〕有轨起重机偏斜运行时产生的侧向力PS；

〔3〕根据实际情况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〕特殊载荷

特殊载荷指起重机在非工作状态或试验状态时结构可能承受的最大载荷，或在工作状态下结构偶然承受的不利载荷，包括：

〔1〕非工作状态下的风载荷Pw，o；

〔2〕试验载荷；

〔3〕根据实际情况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受的碰撞载荷PC；

〔5〕工作状态下结构偶然可能承受的带刚性起升导架的小车的倾翻水平力PSL。

〔四〕机构不稳定运行时的冲击动力载荷系数

1 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，用起升冲击系统1来考虑这种作用的影响。

≤1≤

2

起升质量突然离地起升或下降制动时，对承载结构和传动机构将产生附加的动载荷作用，从而引起结构振动，增大起升载荷的静力值，通常将起升载荷乘以大于1的起升载荷动载系数2，来考虑起升载荷的这种动力响应。

一般2～

3

当起升质量局部或全部突然卸载时，将对结构产生动态减载作用。考虑这种工况时，通常将起升载荷乘以突然卸载冲击系数3，3按下式计算：

)1(133mm

式中 m——起升质量中突然卸去的那局部质量〔kg〕；

m——起升质量〔kg〕；

3——系数，对抓斗起重机，3=0.5；对电磁起重机，3=1.0。

4

当起重机或其一局部装置〔小车〕沿道路运行时，由于道路或轨道不平〔有接缝〕而使运动的质量产生铅垂方向的冲击作用。计算时应将自重载荷和起升载荷乘以运行冲击系数4。有轨运行时，4按下式计算：

hv058.01.14

式中 h——轨道接缝处两轨道顶面的高度差〔mm〕；

v——运行速度〔m/s〕。 *以上系数不重复计算！

三、载荷组合

GB3811规定了三种组合方式：

1. 只考虑根本载荷为第Ⅰ类载荷组合

零件和构件的疲劳、磨损、发热按第Ⅰ类载荷组合计算。

2. 考虑根本载荷与附加载荷为第Ⅱ类载荷组合

零件和构件的静强度、整机抗倾覆稳定性按第Ⅱ类载荷组合计算。此外，校核原动机的过载热能力和制动器的制动转矩也应按第Ⅱ类载荷组合计算。

3. 考虑根本载荷与特殊载荷或三种载荷都考虑为第Ⅲ类载荷组合

按第Ⅲ类载荷组合校核整机抗倾覆稳定性和防风抗滑平安性；对承受风载荷的机构零部件、抗倾覆和防滑平安装置的零件进行强度计算。

四、许用应力和平安系数

起重机按许用应力法进行疲劳和静强度计算时，根本条件是保证零部件或构件的危险截面或计算截面的危险点的计算应力小于许用应力。

材料极限应力与许用应力〔或计算应力〕之比，就是平安系数。

nlimmax

max——最大计算应力

 ——许用应力

lim ——材料极限应力，对钢材取S

n ——平安系数

机构传动零件强度计算平安系数

疲劳计算n1 静强度计算

工作最大载荷nⅡ 非工作最大载荷

结构强度计算平安系统

计算载荷组合类别 组合Ⅰ 组合Ⅱ 组合Ⅲ

平安系数

五、计算方法介绍

〔一〕许用应力法

是将组合后的载荷在零件或构件中产生的应力，与零件或构件类型和具体条件所确定的许用应力进行比拟。许用应力的选用以使用经验为根底，保证零件或构件抗屈服、抗疲劳、抗弹性失稳的能力有一定的裕度。

〔二〕极限状态法

以局部载荷系数对各种载荷在组合之前加以放大，并与由屈服或弹性失稳条件所规定的极限状态进行比照。

每种载荷的局部载荷系数均以概率和载荷确定的精确度为依据。

这是一种先进的设计方法，主要用于金属结构和承载能力验算。