起重工艺（共计556页共计2部分）_部分1.pptx

1 第一章 起重机械的分类 基本参数及载荷处理 2 第一节起重机械的分类及使用特点 一 起重机的分类起重机械一般分为两大类 轻小起重机械和起重机 1 轻小起重机械 1 千斤顶 螺旋式 齿条式 液压式 2 滑轮组 3 起重葫芦 电动 手动 4 卷扬机 电动 液压 5 单轨起重机 见图1 1 1 2 1 3 3 图1 1轻小起重机械 液压千斤顶 4 图1 2轻小起重机械 电动葫芦手拉葫芦 5 图1 3轻小起重机械 卷扬机 6 第一节起重机械的分类及使用特点 2 起重机 1 桥架型桥式起重机 一般用于车间内 门式起重机 一班用于露天场地 见图1 4 1 5 7 图1 4桥式起重机 8 图1 5门式起重机 9 第一节起重机械的分类及使用特点 2 缆索式 一般用于在一狭长区域吊装 3 臂架式门座式起重机 见图1 7 一般用于港口 塔式起重机 见图1 8 一般用于建筑工地 浮式起重机 见图案1 9 一般用于桥梁吊装 自行式起重机 见图案 10 应用广泛 桅杆式起重机 见图案1 11 应用特殊吊装 10 图1 7门座式起重机 11 图1 8塔式起重机 12 图1 9浮式起重机 13 图1 10自行式式起重机 汽车式 14 图1 11 a 自行式式起重机 履带式 1250t 15 图1 11 b 自行式式起重机 履带式 3000t 16 图1 12桅杆式起重机 17 第一节起重机械的分类及使用特点 二 土木工程常用起重机的使用特点 1 塔式起重机 1 类型压杆式 水平臂架加小车式 2 使用特点使用前需安装 使用后需拆除 不适合单件物体的吊装 起重机位置固定或仅能在一定范围内移动 轨道铺设范围 18 第一节起重机械的分类及使用特点 起升高度高 幅度利用率高 可吊装体积较大的物体 起重量不大 鉴于上述特点 主要适宜于某一固定范围内 数量多但重量小的场合 如一般建筑工地 在安装工地 主要用于锅炉 管道等的组装 19 第一节起重机械的分类及使用特点 2 桥式起重机该类起重机安装在车间内 起升高度和跨度固定 起重量不随起升高度和跨度变化 适合车间内的设备 构件的吊装 3 门式起重机该类起重机一般安装在露天场地 起升高度和跨度固定 起重量不随起升高度和跨度变化 适合于施工现场的材料堆放场地 设备及构件保管场地 设备及构件组装场地等的吊装工作 20 第一节起重机械的分类及使用特点 4 自行式起重机 1 类型汽车式履带式轮胎式 2 使用特点可以自己行走 尤其是其中的汽车式起重机 不需辅助设施便可长途转移 灵活 机动 使用极为方便 效率高 21 第一节起重机械的分类及使用特点 幅度利用率低 较塔式起重机 起重量随起升高度和幅度的增加而大幅度下降 对施工现场的道路和地基要求较高 台班使用费较高 鉴于上述特点 主要适用于单件或小批量的大 中型设备 构件 的吊装 22 第一节起重机械的分类及使用特点 5 桅杆式起重机非标准起重机 其结构简单 起重量大 场地适应性强 使用效率低 一般在使用前需专门设计和制造鉴于上述特点 主要适用于某些其它起重机无法完成的特重 特高 场地受限的特殊场合的吊装 23 第二节起重机械的基本参数 一 额定起重量q表示 单位 kn 塔式起重机为 kn m 指起重机容许吊装的最大载荷 它由起重机的整体稳定性 结构强度 各机构的承载能力等所决定 这是起重机选择的首要参数 24 第二节起重机械的基本参数 二 最大起升高度h表示 单位 m指工作场地地面或轨道面至起重机取物装置 一般为吊钩中心线 的上极限位置的距离如图1 13示 三 幅度 跨度 r表示 单位 m1 幅度 针对的是具有变幅机构的臂架式起重机 它指的是起重机的旋转中心垂线与取物装置垂线间的水平距离 如图1 13示 25 图1 13起重机的起升高度与幅度 26 第二节起重机械的基本参数 2 跨度 针对的是桥架式起重机 指的是大车两轨道的中心距 如图1 14示 它表征了桥架式起重机在宽度方向的工作范围 上述3个参数直接影响起重机吊装物体的技术可行性 此外 还有 工作速度 外形尺寸 自重 生产率 工作类型等 它们主要影响起重机吊装物体的经济性 可自己参阅教科书 27 图1 14起重机的跨度 28 第三节起重机械的载荷处理 起重机械承受的是非常强烈的直接动力载荷和冲击载荷 必须考虑其影响 在不同的吊装工艺中 常有数台起重机或数分支共同承担载荷 由于实际施工与计算模型存在误差 必须考虑这个误差的影响 在一些大型吊装中 要求的起升高度高 设备或构件的体积大 风载的影响比较大 在设计时必须加以考虑 29 第三节起重机械的载荷处理 一 动载荷计入强烈的直接动力载荷和冲击载荷的影响 以动载系数计入 一般吊装工程 取k动 1 1二 不均衡载荷系数 计入在数台起重机或数分支共同承担载荷时 由于实际施工与计算模型存在误差的影响 以不均衡载荷系数计入 一般吊装工程 取 k不 1 2 30 第三节起重机械的载荷处理 三 计算载荷 计算载荷的一般式为 q计 k动 k不 q 31 四 风载荷 1 按照载荷规范 gbj9 87 风载荷的计算式为 32 式中 wk 风载荷标准值 kn m2 fi 迎风面积 m2 按照载荷规范 gbj9 87 风载荷标准值的计算公式为 33 式中 z z高处的风振系数 s 风载体型系数 z 风压高度变化系数 w0 基本风压 kn m2 34 2 各参数的确定 1 风振系数 z的确定起重机的臂架和部分设备及构件应视为悬臂形高耸结构 对于自振周期t1大于0 25s的高耸结构 风振系数可按下式计算 35 36 式中 脉动增大系数 取值见教材表1 2 脉动影响系数 取值见教材表1 3 振形系数 对于起重机的臂架一般取1 0 37 2 风载体型系数 s作用 计入风对不同体型的设备 构件的影响取值 见表1 1 38 表1 1风载体型系数 s的取值 39 注 表中w0的单位以kn m2计 d的单位以m计 如遇本表不包括的结构 请查 建筑结构载荷规范 gbj9 87 档风系数为结构实际净面积与轮廓面积之比 一般在0 4 0 5之间 40 3 风压高度变化系数 z 作用 反映风压的高度变化规律 风压高度分布图如图1 15示 取值 见表1 2 41 图1 15风压高度分布图 42 表1 2风压高度系数 z的取值 43 注 a类指近海海面 海岛 海岸 湖岸及沙漠地区b类指田野 乡村丛林 丘陵以及房屋比较稀疏的中 小城市和大城市郊区 c类指有密集建筑群的大城市市区 44 4 迎风面积fi 按10米分段计算设备 构件的实际迎风面积 45 例题 1 如例题图1 一吊装装置 已知被吊装设备重为q 需选择吊索钢丝绳和滑轮组 试分别计算吊索钢丝绳和滑轮组的计算载荷 46 解 1 分析 由图知 滑轮组为一套 承担全部载荷 不存在因施工精度问题而产生载荷分配不均的问题 所以 其计算载荷应是设备重量q乘以动载系数 47 例题图1 48 由图知 吊索为两根共同承担载荷 在施工时就可能出现两根吊索的长度 夹角 不能完全与设计一致 产生载荷分配不均 在求其计算载荷时 除了应考虑动载系数外 还应考虑不均衡载荷系数 49 2 计算载荷滑轮组的计算载荷 50 每根吊索的计算载荷 51 2 如例题图2 一塔式起重机 高为40m 其横截面尺寸为2m 2m 如果考虑其塔柱实际迎风面积与外轮廓面积之比为0 5 按工作状态下的最大风压值250n m2 求塔柱承受的风载荷 考虑为b类地面粗糙度 52 例题图2 53 解 1 各高度段风压标准值的确定 1 计算公式 54 2 各参数的确定 自振周期t1近似地计算为 则 55 风振系数 z为 查 课程讲解 表1 2 脉动增大系数 为1 69 查 课程讲解 表1 3 脉动影响系数 为 0 87 振形系数取1 0 56 查表1 2风压高度变化系数在10m 20m 30m 40m处分别为 1 1 25 1 42 1 56则 在10m 20m 30m 40m高处的风振系数分别为 57 58 取挡风系数为0 5 根据已知条件 该塔架为单榀钢管桁架 则 风载体型系数 s为1 2 1 2 0 5 0 6 由此可以计算出各高度段的风压标准值 59 60 2 各段迎风面积计算由于塔柱沿高度方向 截面无变化 所以各段面积相等 均为 f1 f2 f3 f4 0 5 2 10 10m2 61 3 按公式计算风载荷答 该塔柱承受的风载荷p为16 7kn 62 第二章 索 吊具的计算与选择 63 第一节 钢丝绳 2 1 1 吊装常用的钢丝绳的材料 规格及其特性1 钢丝绳的组成钢丝绳是起重工程的重要工具之一 一般采用多股高强度钢丝束绕制 每一股钢丝束由多根钢丝绕制而成 如图2 1示 64 图2 1钢丝绳 65 2 材料起重工程中常用钢丝绳的钢丝的强度极限有 1400mpa 140kg mm2 1550mpa 155kg mm2 1700mpa 170kg mm2 1850mpa 185kg mm2 2000mpa 200kg mm2 等数种 66 3 规格钢丝绳的规格较多 起重工程常用的为 6 19 16 37 16 61 1三种 其中 6代表绕成钢丝绳的股数 19 37 61 代表每股中的钢丝数 1代表中间的麻芯 67 4 特性在同等直径下 6 19 1钢丝绳中的钢丝直径较大 强度较高 但柔性差 而6 61 1钢丝绳中的钢丝最细 柔性好 但强度低 6 37 1钢丝绳的性能介于上述二者之间 68 5 结构按绕制的方向 可分为三种类型 1 顺绕组成钢丝绳的6股钢丝束的绕制方向与每股钢丝束中的钢丝的绕制方向相同 其特点是平滑 柔软 但有自行扭转和松散的缺点 69 2 交绕组成钢丝绳的6股钢丝束的绕制方向与每股钢丝束中的钢丝的绕制方向相反 其特点是不会自行扭转和松散 但表面不平滑 挠性小 易磨损 70 3 互绕钢丝绳的6股钢丝束中 每相邻两股的捻绕方向相反 该种钢丝绳具有前述两种钢丝绳的优点 即既平滑 柔软 又不会自行松散 71 6 用途及安全系数在起重工程中 钢丝绳一般用来做缆风绳 跑绳和吊索 做缆风绳的安全系数不小于3 5 做跑绳的安全系数一般不小于5 做吊索的安全系数一般不小于8 如果用于载人 则安全系数不小于10 12 不同用途的钢丝绳的许用拉力是用其破断拉力除以安全系数 72 2 1 2 钢丝绳的技术使用1 破坏形式 1 疲劳破坏 2 磨损 3 表现形式为 断丝2 破断拉力查表 73 3 绳轮比式中 dmin 钢丝绳绕过的最小轮径d 钢丝绳直径e1 系数 按照工作类型决定 轻型 16 中型 18 重型 20 e2 系数 按照钢丝绳结构决定交 互绕 1 顺绕 0 9 74 4 多分支吊索的夹角采用多分支吊索 吊索与水平面的夹角 一般应控制在450 600之间 特殊情况下不得小于300 如图2 2示 75 图2 2吊索的夹角 76 第二节滑轮组 一 h系列滑轮简介滑轮组的规格 型号较多 起重工程中常用的是h系列滑轮组 它有11种直径 14种额定载荷 17种结构型式共计103种规格 其规格的表示为 hxxx xxx 第一个h表示该滑轮组是h系列 第二部分是数字 表示该滑轮组的额定载荷 第三部分 乘号后的第一部分 也是数字 表示门数 最后一部分是英文字母 表示结构型式 77 78 第二节滑轮组 结构形式代号 g 吊钩d 吊环w 吊梁l 链环k 开口 导向轮 如 h80 7d表示 h系列起重滑轮组 额定载荷为80吨 7门 吊环型 79 第二节滑轮组 二 材料 起重用滑轮组常用材料有两种 铸铁和铸钢铸铁 硬 脆 耐磨损 有自润滑机能 用于一般滑轮组铸钢 承载能力大 常用于大吨位的特殊滑轮组 80 第二节滑轮组 三 运动阻力滑轮组在工作时因摩擦和钢丝绳的刚性的原因要产生运动阻力 产生的机理有二 1 摩擦阻力 2 刚性阻力 3 阻力系数 81 第二节滑轮组 四 滑轮组的展开图及倍率讲其概念和确定的方法 五 各分支拉力变化分析与拉力计算由于运动阻力的影响 致使每一分支跑绳的拉力不同 最小在固定端 最大在拉出端 如图2 3 82 图2 3滑轮组展开图及分支拉力分析 83 第二节滑轮组 由图可知 84 第二节滑轮组 知道了 就可按其关系 求出任一分支的拉力 工程中 一般要求求出最大分支的拉力sn 其公式为 85 第二节滑轮组 实际使用时 为了方便 令 称为载荷系数 可查表 因此最大拉力又可表示为 86 第二节滑轮组 六 滑轮组的穿绕方法由于每一分支跑绳的拉力不同 造成滑轮组在轴线方向受力不均 会引起滑轮组倾斜而发生事故 必须通过穿绕方法去解决 常用的穿绕方法有 1 单跑头顺穿 见图2 3 2 双跑头顺穿 见图2 4 3 花穿 见图2 5 87 图2 4双跑头顺穿 88 图2 6花穿 89 七 导向轮的选择1 导向轮的作用导向轮用于改变滑轮组钢丝绳 俗称跑绳 的方向 如图2 9所示 2 一般用于导向轮的滑轮组规格为便于跑绳穿入导向轮 一般采用开口滑轮组 开口滑轮组一般为1门 如h16 1gk 开口滑轮组如图2 10所示 90 图2 9导向轮的作用 91 图2 10开口滑轮组 92 3 导向轮的选择由图2 9可知 导向轮的载荷是进入和拉出导向轮的跑绳拉力的矢量和 即与跑绳拉力和夹角 有关 工程中 为了简化计算 常采用跑绳最大拉力乘以一角度系数来确定导向轮的载荷 93 即 式中 qd 导向轮载荷k 导向角度系数 按 查表2 3s 滑轮组跑绳最大拉力 按2 2 4计算 94 表2 3导向角度系数 95 八 滑轮组的使用注意事项1 所选钢丝绳直径必须与滑轮组轮槽匹配 2 钢丝绳在滑轮组中的偏角不能大于40 60 3 动 定滑轮组之间的最短距离不得小于规定的最短极限距离 表2 4 96 表2 4滑轮组的最短极限距离 97 第三节卷扬机一 卷扬机的类型 构造及规格1 作用 吊装工程中 常用卷扬机作为动力装置牵引滑轮组跑绳 以达到吊装或拖动重物的目的 98 2 类型 1 按驱动方式可分为 手动 俗称绞车 电动 液动和气动 吊装工程常用手动和电动卷扬机 液动卷扬机一般作为起重机的一部分用在标准起重机中 如常用的自行式起重机 99 2 按速度分可分为 慢速卷扬机和快速卷扬机 起重工程一般采用慢速卷扬机 3 按卷筒个数分可分为 单筒卷扬机和双筒卷扬机 起重工程一般采用单筒卷扬机 100 3 电动卷扬机的构造电动卷扬机主要由机架 电动机 减速器 卷筒和制动器组成 见图2 11 其中机架的功能是将各部件连接成一个整体 使用时连接地锚 将滑轮组跑绳的拉力传递给大地 卷筒的作用是卷入钢丝绳 101 图2 11卷扬机 102 4 电动卷扬机的技术规格电动卷扬机按照其额定拉力确定其技术规格 目前我国生产的电动卷扬机有10 320kn的各种规格的卷扬机 见表2 5 103 二 电动卷扬机的选择1 额定拉力的选择电动卷扬机的额定拉力按照滑轮组跑绳的最大拉力进行选择 选择时应注意 滑轮组跑绳的最大拉力不能大于电动卷扬机额定拉力的85 104 2 容绳量校核 1 容绳量指卷扬机卷筒能够卷入的某种直径钢丝绳的长度 应注意的是 对不同直径的钢丝绳 能够卷入的长度是不同的 卷扬机铭牌上的容绳量只是针对某一种钢丝绳直径 如采用不同直径的钢丝绳 必须进行容绳量校核 105 2 容绳量校核计算卷扬机的容绳量是否大于需要卷入的钢丝绳长度 需要卷入的钢丝绳长度按下式计算 106 式中 l 需要卷入卷扬机中的钢丝绳长度 单位 mn 滑轮组工作绳数h 提升高度 即动滑轮组上升的高度 单位 md 卷扬机卷筒直径 单位 m应注意与滑轮组跑绳总长度的区别 107 卷筒容绳量按下式计算 式中 卷筒容绳量d 钢丝绳直径d 卷筒直径 108 z0 钢丝绳在卷筒上绕的圈数 按下式计算 卷扬机卷筒长度n 钢丝绳可在卷筒上绕的层数 按下式计算 对带槽卷筒 109 对平卷筒 式中 h 卷筒轮沿高度 见图2 12示选择卷扬机时 必须 110 图2 12卷扬机容绳量计算模型 111 三 卷扬机使用注意事项1 钢丝绳应从卷筒下方绕入卷扬机 2 卷筒上的钢丝绳不能全部放出 至少保留3 4圈 3 应尽可能保证钢丝绳绕入卷筒的方向与卷筒轴线垂直 4 卷扬机与最后一个导向轮的最小距离不得小于25倍卷筒长度 112 例题 1 如第一章例题1 一吊装装置 已知被吊装设备重为q 100kn 600 试选择吊索钢丝绳 滑轮组 113 解 1 滑轮组的选择滑轮组的计算载荷 114 滑轮组规格的选择查表2 2 选择滑轮组规格为 h16 3g滑轮组钢丝绳的选择设计为 滑轮组钢丝绳固定端固定在定滑轮组上 导向轮一个 加上定滑轮组最后一个定滑轮 共2个导向轮 则有 工作绳数为 6 导向轮个数为 2个 115 滑轮组钢丝绳的最大拉力为 查表2 3得 所以滑轮组钢丝绳的最大拉力为 116 查表2 1 选6 37 1 材料抗拉强度为1400mp的钢丝绳 安全系数取5 选用直径为 15mm 其许用拉力为23 9kn 再查表2 2 h16 3g滑轮组的适用绳径为 17mm 考虑与滑轮组的匹配 选择 6 37 1 材料抗拉强度为1400mp 直径为 17mm的钢丝绳 采用顺穿 117 2 吊索钢丝绳的选择每根吊索钢丝绳的计算载荷 118 查表2 1 安全系数取8选择 6 61 1 材料抗拉强度为1400mp直径为 36mm的钢丝绳 其许用拉力为84 93kn 119 2 按例题1 如设备需要吊装高度为20m 试选择卷扬机并校核容绳量 解 1 卷扬机额定拉力的选择 按例题1解 已知 滑轮组跑绳的最大拉力为 21 89kn则 要求的卷扬机额定拉力不得小于 21 89kn 0 85 25 75kn 120 查表2 5 可选择额定拉力为3吨 30kn 的慢速单筒卷扬机 其容绳量为 110m 对 12 5的钢丝绳 卷筒直径为 340mm 2 需要卷入卷扬机的钢丝绳长度计算 按例题1解 已知滑轮组为h16 3g 即工作绳数为6 121 则 122 显然 在步骤 1 中选择的30kn卷扬机的容绳量不符合要求 需重新选择卷扬机 3 重新选择卷扬机查表2 5 选择额定拉力为5吨 50kn 单筒慢速卷扬机 其参数为 容绳量 190m 针对 21mm钢丝绳 比较步骤 2 的要求 123 2m 17mm钢丝绳 满足 123 第三章 自行式起重机的技术用 124 第一节自行式起重机的分类 结构形式及特点 一 分类 自行式起重机分为汽车式 履带式和轮胎式三种 如图3 1 3 2 3 3 125 图3 1汽车式起重机 126 图3 2轮胎式起重机 127 图3 3履带式起重机 128 二 基本结构自行式起重机尽管类型不同 但基本组成结构是相同的 1 起重臂是起重机用以提升重物到高处的支承结构 它可分为格构式臂和箱形臂两类 一般格构式臂用于重型吊装 箱形臂用于轻型吊装 见图3 1 3 3 129 2 起升机构是起重机用以提升重物到高处的提升机构 它包括起升滑轮组 钢丝绳和液压卷扬机 它的承载能力是一定的 不随起重机的臂长 幅度变化 130 3 变幅机构用于改变起重臂的倾角以改变幅度的机构 可分为机械式和液压式两种 机械式由变幅滑轮组和液压卷扬机组成 如图3 4 一般用于格构式臂 131 图3 4机械式变幅机构 132 液压式由液压缸 液压泵和液压管路组成 如图3 5 一般用于箱形臂 变幅机构的承载能力由设计确定 不随幅度的变化而变化 133 图3 5液压式变幅机构 液压式变幅机构 4 旋转机构提供起重机的旋转运动 其基本构造是在起重机的承重结构上固定一内齿大齿轮 与之啮合一外齿小齿轮 小齿轮的转轴与起重机旋转部分相连 当小齿轮转动时 其既要绕自身轴自转 又要绕起重机旋转中心公转 这个公转运动带动起重机旋转 如图3 6 136 起重机工作时 要求调整水平 是要保证小齿轮的公转在一水平面内 否则 旋转机构将承受附加载荷 137 图3 6起重机旋转机构 138 5 行走机构用于起重机转移场地 改变吊装位置 是自行式起重机与其它起重机的区别标志之一 除了传动系统外 自行式起重机的行走机构分履带和轮胎两大类 汽车式和轮胎式采用轮胎 履带式起重机采用履带 行走机构一般与起重机的吊装能力无关 139 6 承重结构自行式起重机承重结构的作用是承受起重机自重和吊装载荷 并将其传递到地基 自行式起重机承重结构可分为支腿和履带两类 一般 汽车式和轮胎式起重机采用支腿承重结构 支腿又可分为 蛙式 液压式 和 组装式 等形式 吊装时 用支腿将起重机顶升离开地面 140 液压式 支腿 141 履带式起重机采用履带承重结构 老式起重机的两履带中心距是固定的 现代起重机将履带做成可调整式 吊装时 将履带中心距增大 行走时收回 142 三 特点1 汽车式起重机起重机装于标准汽车的底盘上 行驶驾驶和起重操作分开在两个驾驶室进行 吊装时 靠四个支腿将起重机支撑在地面上 因此该起重机与另外两种比 更具有较大的机动性 其行走速度更快 可达到60km h 不破坏公路路面 但一般不可在3600范围内进行吊装作业 其吊装区域受到限制 对基础要求也更高 143 2 履带式起重机 起重机装于专用底盘上 其行走机构和吊装作业的支撑均为履带 履带的支撑面积较大 可以支撑较大载荷 对基础的要求也相对较低 并可在一定程度上带载行走 因此 一般大吨位起重机较多采用履带式 但其行走速度较慢 且履带会破坏公路路面 转移场地须要拖车 144 3 轮胎式起重机 起重机装于专用底盘上 其行走机构为轮胎 吊装作业的支撑为支腿 其特点介于前二者之间 近年来已用得较少 145 第二节自行式起重机的特性曲线 一 特性曲线的概念 一台某一额定载荷的自行式起重机 不是在任何时候都可以吊装额定载荷 随着臂杆的伸长 幅度的增加 其能够吊装的载荷按一定规律减小 其能够达到的最大起升高度也随着臂杆的缩短 幅度的增加而按一定规律减小 146 反映起重机的起重能力随臂长 幅度的变化而变化的规律的曲线称为起重机的起重量特性曲线 反映起重机的最大起升高度随臂长 幅度变化而变化的规律的曲线称为起重机的起升高度特性曲线 147 起重量特性曲线和起升高度特性曲线统称为起重机的特性曲线 目前一些大型起重机上 为了更方便 其特性曲线往往被量化成表格形式 称为特性曲线表 特性曲线如图3 7示 特性曲线表见教材 148 图3 7自行式起重机的特性曲线 149 二 起重量特性曲线的构成起重机的起重性能由起重机的 机构承载能力 臂架结构的承载能力 和 整体稳定性 三个方面综合决定 1 当机构一旦设计确定 机构承载能力就已确定 与起重机的幅度 起升高度无关 所以在 特性曲线 上表现的是一根水平线 见图3 8 150 2 臂架的高度和倾斜的角度影响其承载能力所以 与起重机的幅度和起升高度有关 其曲线如图3 8示 3 起重机的整体稳定性与其幅度有关 其曲线如图3 8示 4 起重机的特性曲线是上述三根曲线的包络线 151 图3 8特性曲线的组成 152 三 特性曲线的应用选择起重机的依据是其特性曲线 现用一个实例讲特性曲线的应用 某工程吊装一台设备 设备重30kn 3吨 设备基础高6m 包括腾空高度 设备自身高2m 经初步设计 要求吊索高1 5m 现场条件要求 幅度不得小于5m 现工地有一台额定起重量为80kn 8吨 的起重机 其特性曲线如图3 9问该起重机能否吊装该设备 153 图3 9起重机特性曲线 注 6 95m臂长 11 7m臂长 154 解 1 确定吊装要求的起升高度hh 基础高度 设备高度 吊索高度 6m 2m 1 5m 9 5m2 确定需要的臂长根据幅度r和起升高度h查起升高度曲线 需要采用11 7m臂长 其在r 5 5m时的最大起升高度为12m 155 注意 11 7m臂长的最小幅度为5 5m 大于要求的9 5m 起升高度满足要求 3 确定起重机量是否满足要求根据r 5 5m查起重量特性曲线 得 起重机的额定起重量为26kn 2 6吨 小于设备的重量30kn 不满足要求 4 结论该起重机不能吊装该设备 156 上述例子是一台小型起重机 只有两节臂 事实上 现代起重机都比较大 我国目前最大的自行式起重机已达到1250吨 主臂总长108m 副臂总长108m 用于吊装的臂长很多 仅用一条起重量特性曲线已不能满足要求 而是将曲线量化成表格形式 称为 特性曲线表 或 起重性能表 在表中 以幅度和臂长共同确定其起重量 部分起重机的 起重性能表 见附录 157 现再用一个实例来讲解起重性能表的应用 某工程需要吊装一台设备 已知设备重8吨 80kn 设备基础高12m 包括腾空高度 设备高3m 吊索高2m 为不使起重机臂与设备相干涉 要求幅度r不得小于15m 现工地有一台额定起重量为40吨的起重机 其起升高度曲线和起重性能表见附录1表1 试计算该起重机能否吊装该设备 158 解 1 确定吊装要求的起升高度hh 基础高度 设备高度 吊索高度 12m 3m 2m 17m2 确定需要的臂长根据幅度r和起升高度h查起升高度曲线 需要采用24臂长 其在r 15m时的最大起升高度 159 为18 8m 大于吊装要求的17m 3 确定起重机量是否满足要求根据r 16m 臂长24m 打支腿 查起起重性能表得 起重机的额定起重量为61kn 6 1吨 小于设备的重量80kn 不满足要求 4 结论该起重机不能吊装该设备 160 第三节自行式起重机的技术使用 一 自行式起重机的选择1 步骤 起重机的选择必须按照其特性曲线进行 具体的步骤为 1 根据被吊装设备或构件的就位位置 现场具体情况等确定起重机的站车位置 站车位置一旦确定 其幅度就已确定 2 根据被吊装设备或构件的就位高度和站车位置 幅度 查起重机的特性曲线 确定其臂长 161 3 根据上述已确定的幅度 臂长 查起重机的特性曲线确定起重机能够吊装的载荷 4 如果起重机能够吊装的载荷大于被吊装设备或构件的重量 则起重机选择合格 否则重选 5 校核通过性能 162 2 通过性能的计算所谓通过性能 指的是被吊装设备或结构被吊装到指定高度时 被吊装设备或结构是否与起重机的臂架相碰 如图3 10示 设备的通过性能与设备的几何尺寸 吊装高度 起重机幅度 最大起升高度 吊索高度 臂架头部高度 臂架横截面尺寸等有关 计算时应正确确定上述各项参数 163 图3 10设备通过性计算简图 164 图中各参数意义及确定 r 幅度 按站车位置确定 hmax 臂头高度 可按最大起升高度加滑轮组最短极限距离确定 b 起重机旋转中心至臂脚铰链的水平距离 h 起重机臂脚铰链高度 a 设备至臂架的安全距离 一般取30cm 165 h1 基础高度 应计算到地脚螺栓顶部 如设备在吊装过程中 必须跨越高于基础的障碍 则必须取障碍的高度 h2 腾空高度 一般取30cm h3 设备高度 h4 吊索高度 按实际设计吊索角度计算 r 设备半径 166 l1 r a 1 2臂宽l2 r b从计算简图b可知 整理该式 可得 167 幅度r为 通过性校核必须在起重机选出之后进行 否则参数b h和臂宽未知 168 二 自行式起重机的稳定性按工作状态和非工作状态 可分为载重稳定性和自重稳定性 均以稳定力矩mw 由起重机的自重和配重提供 和倾翻力矩mq 由被吊装设备以及惯性力产生 的比值表示 这个比值称为 稳定安全系数 以k表示 一般要求 169 在正常使用时 均按起重机的特性曲线的规定进行 不必进行此项计算 只有在特殊的吊装工艺情况下或进行起重机研究时 才会进行 因此课堂上不具体讲计算 需要时 参考教材 170 第四节自行式起重机的安全管理 一 常见事故及原因1 倾翻 见图3 11 171 172 173 174 175 176 主要原因 1 基础沉陷 讲实例 2 载荷不明 超载 3 违章操作汽车式起重机在高臂架时收回支腿 履带式起重机带高臂架行走 爬坡 在高于6级的大风下工作或不收回高臂架 177 2 折臂主要原因 1 超载 2 保养不善 臂架有锈蚀 3 臂架有隐蔽伤 4 受扭 讲实例 5 违章操作 如箱型臂的各节未伸缩到位等 178 3 坠臂主要原因 1 起重臂过卷限制器损坏 导致臂架反方向坠落 2 变幅滑轮组 钢丝绳 卷扬机损坏 3 变幅液压系统损坏 4 盲目采用 辅助装置 导致起重机机构损坏 179 二 安全管理要求1 吊装前的安全管理 1 吊装前必须全面检查车况 特别是安全装置 警报装置 制动装置等必须灵敏 可靠 2 吊装场地地面及起重臂回转范围内的空中 不应有障碍物 应将起重机的起重臂的覆盖范围划为危险区域 不准闲人进入 更不准有其它项目在施工 指挥人员应有良好的视觉 180 3 起重机的基础应按规定处理 试验 4 对起重机的就位 安装 拆卸等 应严格按其随机技术文件的要求执行 5 多台起重机共同抬吊设备或构件时 必须制定详细的方案 且每台起重机承担的实际载荷应不大于其额定载荷的85 6 对汽车式起重机 规定可吊装的区域为如图3 12示在区域1 可吊装额定载荷 在区域2 3 可吊装额定载荷的75 在区域4 不允许吊装 182 图3 12汽车式起重机工作区域 183 7 汽车式起重机伸出高臂架时 不允许收回支腿 8 履带式起重机伸出高臂架时 不允许爬坡 转弯 2 吊装中的安全管理 1 不准歪拉斜吊 2 对液压起重机 吊装过程中 不允许改变臂长 如必须改变 则必须放下载荷 且每节臂伸出 缩回必须到位 不允许只伸出或缩回一部分 185 3 吊装时 最好不改变幅度 特殊情况下只能减小幅度 拉起臂架 不可增大幅度 放下臂架 4 履带式起重机可带载行走 但所带载荷不得大于额定载荷的三分之一 186 例题 某现场需吊装一台设备至一高基础上 如例题图所示 已知基础高20m 设备重25kn 包括索吊具 设备外形几何尺寸为 长 宽 高 6 2 5 3m 吊装时 设备方位如例题图所示 由于现场情况限制 只能在图示方向吊装 请选择起重机 187 例题图1平面布置 188 例题图2立面布置 189 解 由题知 本题中起重机臂有可能与设备和基础两处发生碰撞 必须计算基础的通过性和设备的通过性 本例只讲基础通过性计算 设备通过性计算做为作业 1 确定起重机必须具有的吊装高度 1 确定吊索高度设计吊索栓接方式如例题图3所示 190 例题图3吊索拴接方法 191 由图知 吊索高度h4为1 5m则 吊装高度为 起重机所具有的吊装高度不得小于24 8m 192 2 初步确定起重机站车位置 幅度r 1 臂头高度hmax的确定按经验取起重机滑轮组的最短极限距离为1 5m 则 hmax 24 8 1 5 26 3m 2 参数b h由于起重机未确定 偏安全的取为0 臂宽按经验取为1m 193 3 幅度r的确定 按基础的通过性 公式 194 则 取 195 3 起重机的确定 1 查附录4 能达到35m以上幅度的起重机 至少为p h670 tc型汽车式起重机 查其起升高度特性曲线 当r为35m时 起升高度要大于24 8m 所需臂长为42 67m 2 查p h670 tc型起重机的起重量特性曲线 当 196 r 35m臂长 42 67m时 其额定起重量为29kn 2 9t 大于设备重量25kn 2 5t 合格4 基础通过性校核取p h670 tc型起重机的b 1 5m h 2m 臂宽 1m做为作业 请同学们自己做 同时做设备通过性计算 197 第四章 桅杆式起重机 198 第一节桅杆式起重机的基本结构与分类 一 基本结构桅杆式起重机由金属结构 起升系统 稳定系统 动力系统组成 1 金属结构包括 桅杆 基座及其附件组成 主要用来提供起升高度和幅度 并将被吊装设备或构件的重量传递到基础上 如图4 1 199 图4 1桅杆金属结构 200 图4 2桅杆头部结构 201 图4 3 a 桅杆基座结构1 202 图4 3 b 桅杆基座结构2 203 2 起升系统 主要作用是提升被吊装设备或构件 它主要由滑轮组 导向轮和钢丝绳等组成 3 稳定系统 主要作用是稳定桅杆 包括缆风绳 地锚等 4 动力系统 为桅杆式起重机提供动力 常用的主要是电动卷扬机 也有液压装置 204 二 分类1 按桅杆结构形式分 桅杆可分为格构式和实腹式 一般为钢管 两类 如图4 1 2 按组合形式分 桅杆可分为单桅杆 双桅杆 人字桅杆 门式桅杆和动臂桅杆五类基本形式 205 三 基本工作形式 桅杆式起重机的基本工作形式有如下五种 其它工作形式可以认为是该基本形式的变化 1 直立单桅杆吊装 主要用于吊装桥式起重机 大型构件等 如图4 4 206 如图4 4直立单桅杆吊装桥式起重机 207 2 斜立人字桅杆 或单桅杆和门式桅杆 吊装 主要用于在建筑物上吊装小型设备或构件 如图4 5 吊装过程见动画1 208 3 双桅杆滑移抬吊 主要用于吊装大型塔 罐设备 如图4 6 4 扳倒法吊装 主要用于吊装大型塔架类构件 如图4 7 5 动臂桅杆吊装 主要用于在某一范围内有大量中 小设备或构件的吊装 如图4 8 209 如图4 6双桅杆滑移抬吊 210 图4 7扳倒法吊装 211 图4 8动臂桅杆吊装 212 第二节实腹式桅杆式起重机的设计与校验 桅杆的设计主要有两项任务 长度确定 截面选择 现分别讨论 一 桅杆的长度确定确定桅杆长度时 可分直立和倾斜两种情况处理 实际上 直立是倾斜在倾角 为零的一种特殊情况 但为了更明确 仍分别论述 其它工作形式均可转化成上述两种情况处理 213 1 直立桅杆的长度选择应考虑如下问题 1 工艺要求或现场环境要求被吊装设备或构件被吊起的最大高度 2 被吊装设备或构件的高度 3 吊索拴接方法及高度 4 滑轮组的最短极限距离 5 工艺要求的腾空距离 6 安全距离 7 桅杆基础高度 如图4 9示 214 图4 9直立桅杆长度计算图 215 图中 h1 设备就位高度 即工艺要求或现场环境要求被吊装设备或构件被吊起的最大高度 h2 工艺要求的腾空距离 一般不小于300 h3 吊索和滑轮组在铅垂线上的投影 对于的确定 必须考虑 216 吊索的捆绑长度 必须根据施工实际情况确定 其原则是方便工人施工 滑轮组的最短极限距离和一定的安全裕度 安全裕度一般取为500 滑轮组的最短极限距离可查表 滑轮组的偏角 与铅垂线的夹角 h4 桅杆头部长度 一般取为500 217 桅杆总长为 l h1 h2 h3 h4对于桅杆总长的最后确定 还必须注意 计算出的l值 必须考虑一个安全裕度 一般为500 桅杆计算长度必须向大的方向圆整 以便于施工 如果桅杆基础较高 则应减去基础高度 如果基础高度不大 而厂房高度又无严格限制 则可忽略基础高度 218 2 倾斜桅杆的长度计算倾斜桅杆的长度计算时 除了要考虑上述各项参数外 还要考虑被吊装设备或构件的几何尺寸 桅杆倾斜的角度 桅杆的直径等 进行投影关系计算和通过性能计算 取二者中的较大者为桅杆长度 如图4 10示 219 图4 10倾斜桅杆长度计算图 图中 桅杆有效长度为lh1 基础高度h2 腾空高度h3 设备高度h4 吊索高度h5 滑轮组最短极限距离h6 吊环或捆绑绳长度 220 1 按投影关系有 2 按通过性能有 221 式中 a 设备外沿至桅杆轴线的距离 它包括 设备外沿至桅杆外沿的间距 不小于300 和桅杆的半径 r 设备半径 上述二者取较大者 并加一安全裕量后圆整 为桅杆的有效长度 再加上头部长度 一般为500 即为桅杆总长l 222 二 钢管式桅杆的截面选择与校核1 破坏特点 1 细长压杆 其破坏形式是失稳破坏 2 所以在截面选择时 应按稳定条件选择 223 2 设计方法与步骤 1 设计方法 桅杆是受压形式是偏心压杆 即除了承受压力 还要承受偏心弯矩 计算时 应按压弯组合进行 但工程实际中 对于钢管式桅杆 为了简化计算 常将其简化成轴心受压进行计算 而将其许用应力减小 224 因此 对于实腹式桅杆式起重机 有两种设计计算方法 简便计算 将偏心压杆简化成轴心压杆进行计算 同时将许用应力降低200 300kg cm2精确计算 按压弯组合进行设计计算 实际上 工程实际中 为保证安全 不管按哪种方法进行设计计算 一般均将设计值控制在800kg cm2 900kg cm2左右 225 2 设计步骤 受力分析与计算 计算出桅杆的内力 轴力 弯矩 并画出内力图 按经验初选截面 或按教材附录初选 计算初选截面的截面特性和长细比 查表查出稳定折减系数 按公式进行校核 如满足要求 选择完成 如不满足要求 重复上述过程 226 3 受力分析与内力计算受力分析简化如图4 11所示 以倾斜桅杆为例 图中 q计 桅杆计算载荷 注意 应包括设备 索 吊具的重量 s 跑绳拉力 可认为与桅杆平行 t 缆风绳等效拉力 g 桅杆自重 227 图4 11倾斜桅杆受力分析图 桅杆与铅垂线的夹角 缆风绳与水平面的夹角 228 1 载荷组合按照钢结构设计规范 gb50017 2003 的规定 对各类钢结构应按 极限概率状态 进行设计 其设计表达式为 229 式中 0 结构重要性系数 对安全等级为一级 二级 三级的结构构件分别取不小于1 1 1 0 0 9 对于桅杆结构 取不小于1 1 g 恒载荷 或 永久载荷 分项系数 在吊装工程中 取1 2 q 活载荷 或 可变载荷 分项系数 在吊装工程中 取1 4 230 恒载荷 或 永久载荷 标准值在桅杆结构截面或连接中产生的应力 活载荷 或 可变载荷 标准值在桅杆结构截面或连接中产生的应力 钢材 强度设计值 是钢材的屈服点 fy 除以抗力分项系数的商 对于q235 231 在吊装工程中 被吊装的设备或构件是运动的 滑轮组跑绳是运动的 缆风绳的拉力是随着被吊装的设备或构件的运动而改变的 所以被吊装的设备或构件的重量 包括索 吊具重量 滑轮组跑绳拉力和缆风绳的拉力等是 活载荷 或 可变载荷 由于在吊装过程中 桅杆不可避免地会因各种原因产生运动或振动 所以桅杆自重也可以偏安全地看成是 活载荷 或 可变载荷 在计算桅杆内力时均应乘上1 4的分项系数 232 具体计算时应注意 滑轮组跑绳拉力和缆风绳的拉力既是选择滑轮组 钢丝绳和卷扬机的依据 又是设计桅杆截面的依据 在计算滑轮组跑绳拉力和缆风绳的拉力时 被吊装的设备或构件的重量 包括索 吊具重量 一般不应考虑 活载荷 或 可变载荷 分项系数 以免滑轮组 钢丝绳和卷扬机等选得过大 而在计算桅杆截面时 分别乘上 233 2 载荷设计值计算 计算载荷设计值 滑轮组跑绳拉力设计值 234 缆风绳的拉力设计值 桅杆自重设计值 235 3 轴力计算设计桅杆截面时 一般需要计算桅杆的顶部 吊耳处 中部和底部轴力 令其分别为 236 顶部轴力 吊耳处的轴力 式中 l1 桅杆头部长度 237 桅杆中部轴力 桅杆底部轴力 238 图4 12桅杆轴力图 239 2 弯矩的计算可分别按各力单独作用于桅杆时产生的弯矩进行计算 然后叠加 具体过程为作业 请同学们自己做 注意 桅杆自重是均布载荷叠加后的弯矩图如图4 13 240 图4 13桅杆弯矩图 241 4 截面初选 1 按经验或按教材表附录5初选 2 查出 截面面积f 最小惯性半径i 计算出长细比 242 式中 为两端支承系数 两端铰支 1一端固定 一端自由 2两端固定 0 5一端固定 一端铰支 0 7一般 桅杆取为两端铰支 243 当 61时 小柔度杆 按强度进行计算 61时 中 大柔度杆 按稳定条件进行计算 按 查表 查出轴心受压折减系数 244 5 截面校核 按简便计算法 轴心压杆 式中 a为许用应力减少量 一般取200 300kg cm2nz为桅杆中部轴力 245 上式如满足 设计结束 如不满足 重新初选截面 进行校核 实际工程中 设计值一般控制在800kg cm2 1000kg cm2左右 如必须按压弯组合进行计算 其具体方法见格构式桅杆的校核 246 例题1 如图示 某工地采用倾斜桅杆吊装一设备 已知设备重 包括索 吊具 为50kn 外形尺寸为 长 宽 6 3 2 5m 基础高6 5m 如假定缆风绳的等效拉力为20kn 请按简便法设计一根钢管式桅杆 247 248 解 一 确定桅杆长度1 按投影关系已知 h1 6 5mh2 0 3mh3 2 5m 1 确定吊索长度h4吊索栓接方法设计如图示 249 由图示几何关系知 h4 1 5m 2 确定滑轮组长度h5根据设备重量 选择h8 2g滑轮组 单跑头顺穿 查表 得其最短极限距离 钩到钩 为2000 考虑500安全距离 则 h5 2 5m 250 令 按投影长度求得的桅杆有效长度为 取为14m 251 2 按通过性确定桅杆有效长度 假定桅杆直径为400 令 按通过性确定的桅杆有效长度为取为17 5m 252 两者比较 取桅杆有效长度为17 5m 加上桅杆头部长度500 则 桅杆总长l 17 5 0 5 18 00m符合材料的出厂规格 253 二 桅杆的截面选择1 滑轮组跑绳拉力计算 1 计算载荷q计 k动 q 1 1 50 55kn查表选h8 2g滑轮组 分支数为4 导向轮为2 查表 得载荷系数为 0 287则滑轮组的跑绳拉力s为 s q计 0 287 55 15 8kn 254 2 桅杆受力分析与计算 1 桅杆受力分析如图示 查教材附录4 初选 273 8的无缝钢管 其截面特性为 截面积f 66 7cm2惯性半径i 9 37cm自重 q 0 5228kn m 255 2 载荷设计值计算 计算载荷设计值 滑轮组跑绳拉力设计值 256 缆风绳的拉力设计值 桅杆自重设计值 257 3 轴力计算顶部轴力 吊耳处轴力 258 桅杆中部轴力 桅杆底部轴力 259 桅杆轴力图 260 3 截面校核 按简便算法 1 长细比计算 查表 教材附录5 得轴心压杆折减系数为 261 2 截面校核 符合要求 262 第三节格构式桅杆的设计计算 课程设计要用 要求自己看 263 第四节稳定系统的设计计算 桅杆稳定系统包括缆风绳和地锚两大部分 一 缆风绳的设计计算 一 缆风绳的布置形式1 倾斜桅杆缆风绳的布置 图4 14 2 直立单桅杆缆风绳的布置 图4 15 3 直立双桅杆缆风绳的布置 图4 16 4 动臂桅杆缆风绳的布置 图4 17 264 图4 14a倾斜桅杆缆风绳的布置 顶视图 图4 14b倾斜桅杆缆风绳的布置 立体图 266 图4 15a直立单桅杆缆风绳的布置 顶视图 4 15b直立单桅杆缆风绳的布置 立体图 268 图4 16a直立双桅杆缆风绳的布置 顶视图 图4 16b直立双桅杆缆风绳的布置 立体图 270 图4 17a动臂桅杆缆风绳的布置 顶视图 图4 17b动臂桅杆缆风绳的布置 立体图 272 二 缆风绳的设计计算 缆风绳拉力分 工作拉力 和 初拉力 两部分 1 初拉力 1 概念 指的是桅杆在没有工作时 缆风绳预先拉紧的力 它决定了桅杆头部在工作时偏移量的大小 273 2 初拉力的确定 理论公式 见教材 目前不成熟 按经验公式进行 在大多数吊装精度要求不高的情况下 能满足要求 初拉力计算的经验公式 a 取主缆风绳的工作拉力的15 20 274 b 按钢丝绳的直径确定 d 22mm时 t初 1吨22mm d 37mm时 t初 3吨d 37mm时 t初 5吨c 取钢丝绳的自重的50 100 最常用的是a 按主缆风绳的工作拉力的百分比取初拉力 275 2 工作拉力 1 概念 桅杆式起重机在工作时 缆风绳所承担的载荷 2 特点 布置方式较多 根据具体情况计算 肯定有一根处在吊装平面内