起重机械基础知识讲稿

1、起重机械基础知识起重机械基础知识 (2006年4月苏州） 南京市特种设备监督检验所 吕嘉宾起重机械基础知识起重机械基础知识 l第一节第一节 起重机的分类、主要参数和组成起重机的分类、主要参数和组成 l第二节第二节 起重机设计总论起重机设计总论 l第三节第三节 起重机机构及主要零部件起重机机构及主要零部件 l第四节第四节 起升机构的计算起升机构的计算 l第五节第五节 起重机金属结构常用材料起重机金属结构常用材料 l第六节第六节 桥门式起重机金属结构桥门式起重机金属结构 l第七节第七节 起重机金属结构的制造工艺起重机金属结构的制造工艺 l第八节第八节 安全保护装置安全保

2、护装置 第一节第一节 起重机的分类、主要参数和组成起重机的分类、主要参数和组成 l一、起重机的分类一、起重机的分类 l（一）起重机定义（一）起重机定义： l起重机以间歇、重复方式工作，使挂在吊钩或其它取 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 移动机电设备。 l（二）起重机又可分为（二）起重机又可分为： l1.桥架型：桥式起重机，门式起重机，装卸桥， 架桥机； l2. 臂架型：门座起重机，半门座，塔式，铁路起 重机，流动式， 浮式，甲板，桅杆，悬臂； l3.绳索型： 缆索起重机，门式缆索起重机； 缆索起重机 1-安装用钢丝绳2-安装用卷扬机3-辅助桅杆 4-承重钢丝绳5-侧缆风绳

3、6-起重卷扬机 7-起重钢丝绳8-起重小车 6 7 4 6 7 4 8 d e l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。 l1.额定起重量额定起重量Gn 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。 l其名义额定起重量其名义额定起重量，是指最小幅度时，起重机安全工 作条件下允许提升的最大额定起重量，也称最大起重 量Gmax。 2.总起重量总起重量Gt 总起重量，是指起重机能吊起的

4、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。 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 料的质量之和则是额定起重量。 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）。 对于小车，为小车轨道中心线之间的距离； 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。 （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

5、小幅度之分。 l（六）起重力矩（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 =GL。（NM) l（七）起重倾覆力矩（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。 l（八）轮压（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。 l（九）起升高度（九）起升高度H和下降深度和下降深度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。 l（十）运行速度（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）。 l（十一）起重机工作级

6、别（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。 l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。 l起重机载荷状态按名义载荷谱系数分为轻、中、 重、特四级； l起重机的利用等级分为U0U9十级。 l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A1A8级。 利用等级工作循环总数 备注 U01.6104 不经常使用 U13.2104 U26.3104 U31.25105 U42.5105经常轻负荷使用 U55105经常断续使用 U61106不经常繁忙使用 U72106 繁忙使用U84106 U

7、94106 起重机的利用等级起重机的利用等级 工作循环工作循环从准备起吊始，到下一次起吊止。从准备起吊始，到下一次起吊止。 载荷状态 名义载荷谱 系数KQ 说明 Q1轻0.125很少起吊额定载荷，一般起吊轻载荷。 Q2中0.25有时起吊额定载荷，一般起吊中等载荷。 Q3重0.5经常起吊额定载荷，一般起吊较重载荷。 Q4特重1.0频繁起吊额定载荷。 载荷状态载荷状态 Qmax N (m-材料疲劳试验曲线的指数，m=3） 1如：如：25% 吊吊Qmax，25%吊吊Qmax/2，50%吊吊Qmax/4 则：则：KQ=0.25（1）30.25（0.5）30.5(0.25)3 =0.289 2如：仅如：

8、仅100%吊吊0.75 Qmax 则：则：KQ=1（0.75）3=0.42 m ii Q Q Q N N K max 名义载荷谱系数名义载荷谱系数KQ 的计算的计算 载荷状 态 名义载 荷谱系 数KQ 利用等级 U0U1U2U3U4U5U6U7 2106 U8U9 Q1轻0.125A1A2A3A4A5A6A7A8 Q2中0.25A1A2A3A4A5A6A7A8 Q3重0.5A1A2A3A4A5A6A7A8 Q4特重1.0A2A3A4A5A6A7A8 例：长期吊运例：长期吊运75%额定载荷，经常断续使额定载荷，经常断续使 用的起重机工作级别为用的起重机工作级别为A6。 某车间经常要吊运8吨的重物

9、，购买 QD20和LH10两种型号的起重机，实 际级别是不一样的！ l三、起重机的组成三、起重机的组成 l1.机械传动系统/液压传动系统 l2.金属结构 l3.电气/液压控制系统 l4.安全保护系统 第二节第二节 起重机设计总论起重机设计总论 l一、起重机安全正常工作的条件一、起重机安全正常工作的条件 l为了保证起重机的安全正常工作，起重机设计时应满足下为了保证起重机的安全正常工作，起重机设计时应满足下 列三个基本条件：列三个基本条件： l（一）（一）金属结构和机械零部件应具有足够的强度、刚度和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。抗屈曲能力。 l（二）（二）整机必须具有必

10、要的抗倾覆稳定性。整机必须具有必要的抗倾覆稳定性。 l（三）（三）原动机具有满足作业性能要求的功率，制动装置提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。供必需的制动力矩。 l1.强度强度金属构件抵抗外力作用不产生破坏的能力。金属构件抵抗外力作用不产生破坏的能力。 l2.刚度刚度在外力作用下，金属构件抵抗产生弹性变形的在外力作用下，金属构件抵抗产生弹性变形的 能力。能力。 l3.稳定性稳定性金属构件承受压力载荷作用时，保持原有几金属构件承受压力载荷作用时，保持原有几 何形状的能力。何形状的能力。 l二、起重机载荷分类二、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

11、其不同特 点与出现的频繁程度分为基本载荷、附加载荷及特殊载 荷三类。（GB3811-83规定的） l（一）基本载荷（一）基本载荷 基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： l（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）。 l（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。 l（3）水平惯性载荷P

12、H 指运行、回转或变幅机构起（制） 动时引起的水平惯性载荷。 l（二）附加载荷（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： l（1）工作状态下的风载荷Pw； l（2）有轨起重机偏斜运行时产生的侧向力PS； l（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。 l（4）坡度载荷 l（三）特殊载荷（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： l（1）非工作状态下的风载荷Pw； l（2）试验载荷；

13、l（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； l（4）工作状态下结构偶然可能承受的碰撞载荷PC； l（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。 l（四）机构不稳定运行时的冲击动力载荷系数（四）机构不稳定运行时的冲击动力载荷系数 l1.起升冲击系数 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 来考虑这种作用的影响。 一般0.9 1.1 l2.起升载荷动载系数 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

14、常将起升载荷乘以大于1的起升载荷动载系 数 ，来考虑起升载荷的这种动力响应。 l一般 =1.02.0 l3.突然卸载冲击系数 l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。考虑这种工况时，通常将起升载荷乘以突然卸载冲击系 数 ，按下式计算： )1(1 33 m m 式中 m 起升质量中突然卸去的那部分质量(kg）； l 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。 l4.运行冲击系数 当起重机或其一部分装置（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

15、系数。有轨运行时，按下式计 算： l式中 h轨道接缝处两轨道顶面的高度差（mm）； l v运行速度（m/s）。 l*对同一载荷，以上系数不重复计算！对同一载荷，以上系数不重复计算！ l（如大车运行制动，吊钩满载下降制动，对起升载荷（如大车运行制动，吊钩满载下降制动，对起升载荷PQ ，考虑，考虑 ，就不，就不 能再考虑能再考虑 的影响。）的影响。） hv058. 01 . 1 4 l三、载荷组合三、载荷组合 GB3811规定了三种组合方式： l1.只考虑基本载荷基本载荷为第类载荷组合 零件和构件的疲劳、磨损、发热疲劳、磨损、发热按第类载荷组合计算。 l2.考虑基本载荷与附加载荷基本载荷与附加载荷

16、为第类载荷组合 零件和构件的静强度、整机工作状态抗倾覆稳定性静强度、整机工作状态抗倾覆稳定性按第类载荷 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 也应按第类载荷组合计算。 l3.考虑基本载荷与特殊载荷或三种载荷基本载荷与特殊载荷或三种载荷都考虑为第类载荷组合 按第类载荷组合校核整机非工作状态下抗倾覆稳定性和防风抗整机非工作状态下抗倾覆稳定性和防风抗 滑安全性滑安全性；对承受风载荷的机构零部件、抗倾覆和防滑安全装置 的零件进行强度计算强度计算。 门式起重机在大车运行制动，小车在悬臂端满载下降制动， 风向顺着大车轨道方向的工况下，计算结构静强度时，应 考虑哪些载荷进行组合？（请说明

17、载荷的名称，符号自定 并说明） l答：该工况的载荷组合如下： l（1）考虑运行冲击系数影响的自重载荷： l（2）考虑起升动载系数影响的起升载荷： l（3）大车运行制动引起的惯性载荷：PH l（4）沿大车轨道方向工作状态下的风载荷：PW l（5）大车运行时的侧向载荷：PS G P 4 Q P 2 举举 例：例： l四、许用应力和安全系数 l起重机按许用应力法进行疲劳和静强度计算时，基本条 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。 l材料极限应力与许用应力（或计算应力）之比，就是安 全系数。 max最大计算应力 许用应力 lim材料极限应力，对钢材取 s， n安全

18、系数(见下页附表） n lim max 机构传动零件强度计算安全系数 疲劳计算n1 静强度计算 工作最大载荷n非工作最大载荷 1.251.51.15 结构强度计算安全系数 计算载荷组合类别 组合组合组合 安全系数1.51.331.15 l五、计算方法介绍五、计算方法介绍 l（一）许用应力法（一）许用应力法 l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较。 l许用应力的选用以使用经验为基础，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。（如力学 模型的不精确） l（二）极限状态法（二）极限状态法 l以部分载荷系数对各种载荷在组合之

19、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对比。 l每种载荷的部分载荷系数均以概率和载荷确定的精确度为 依据。以概率统计和试验为基础。 l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。 一、各种机构一、各种机构 1.起升机构 第三节第三节 起重机机构及主要零部件起重机机构及主要零部件 2.小车运行机构 3.大车运行机构 l二、主要零部件二、主要零部件 l（一）电机（一）电机 l1.起重及冶金用电动机型号YZ和YZR，老型号为JZ2和JZR2； l2.特点：运用于短时或断续周期性工作，具有较高的过载能力和机械强 度； l3.基本要求和参数 l（1）一般环境用：防护等级

20、IP44，环境温度40； 冶金环境用：防护等级IP54，环境温度60； l（2）基准工作制：S340%（S3，负载持续率40%，每个工作周期 10min或每小时循环6次），功率等参数均按此标准； l（3）频率50HZ，电压380，定子一般Y接法，转子均按Y接法。 l（4）在额定电压下的最大转矩倍数在2.32.8 l4.举例： YZR280S-6的P=55kw YZR280S-8的P=45kw YZR280S-10的P=37kw （二）联轴器（二）联轴器 种类：齿轮、弹性柱销、梅花弹性、万向节、液力偶合器 （三）浮动轴（三）浮动轴 （四）制动器（四）制动器 种类：块式、蹄式、带式、盘式、锥形。块

21、式双分为电磁块式 和电力液压块式等。 l在用起重设备上制动器的安全检验： l1.动力驱动的起重机，其起升、变幅、回转、运行机构都必须装设制动 器。 l2.起升、变幅机构的制动器必须是常闭式的。 l3.吊运炽热金属或易燃易爆危险品，以及一旦发生事故可能造成重大危 险或损失的起升机构；其每一套驱动装置都应装设2套制动器。 l（五）减速器（五）减速器 l种类：ZQ型、QJ型（焊接箱体）、QS型（三合一）、行星齿轮 l分为普通和硬齿面，卧式、立式、三合一式；立式减速器又有套装和 外出轴式。 l选用减速器注意以下三点： l1、高速轴的许用功率N l2、低速轴的最大许用扭矩M l3、低速轴最大径向载荷计算

22、 （六）卷筒（六）卷筒 种类：铸造卷筒、焊接卷筒 l卷筒的安全检验及报废标准： l1.卷筒上钢丝绳尾端的固定装置，应有防松或自紧的性 能； l2.多层缠绕的卷筒，端部应有凸缘。凸缘高出量，应比 最外层高出2倍钢丝绳直径或链条的宽度； l3.用于起升机构和变幅机构的卷筒，筒体内无贯通支承 轴的结构时，宜采用钢材制造。 l4.卷筒直径与钢丝绳直径的比值h1 l5.卷筒上的钢丝绳工作时放出最多时、卷筒上的余留部 分除固定绳尾的圈数，至少还应缠绕23圈，以避免绳 尾压板或楔套、楔块受力。 l6.卷筒出现裂纹或筒壁磨损达原壁厚的20%时，应报废。 l（七）钢丝绳（七）钢丝绳 l1.钢丝绳的用途及构造钢丝

23、绳的用途及构造 l钢丝绳是起重机械的重要零件之一。它具有强度高、 挠性好、自重轻、运行平稳、极少突然断裂等优点。 起重机用钢丝绳的强度一般为1400-1700N/mm2之间。 l（1）金属芯用软钢丝制成，可耐高温并能承受 较大的挤压应力，绕性较差，适用于高温或多层缠绕 的场合。 l（2）有机芯通常用浸透润滑油的麻绳制成，亦 有采用棉芯的。有机芯易燃，不能用于高温场合。 l（3）石棉芯用石棉绳制成，可耐高温。 l2.钢丝绳的类型钢丝绳的类型 l（1）根据钢丝绳捻绕的次数分： l 单绕绳丝 绳（张紧绳、承载绳） l 双绕绳丝 股 绳 l（2）根据股中相邻二层钢丝的接触状态分： l 点接触钢丝绳（股

24、中各层丝径相同） l 线接触钢丝绳 （股中各层丝径不同） l -1外粗型(x-t型)：又称西尔型（X型） l -2粗细型(x-y型) l -3密集型(x-c型) l 面接触钢丝绳 l（3）根据钢丝绳捻绕的方向分： l 顺绕绳； l 交绕绳； l 混绕绳。 l（4）按钢丝绳的绕向分： l 右绕绳； l 左绕绳； l（5）按钢丝绳中股的数目分，有4股绳、6股 绳、8股绳和18股绳等。 l3、钢丝绳的标记、钢丝绳的标记 l老标准: 钢丝绳6（19）-21.5-1550-1-光-GB1102-74 l新标准: l18 NAT 6（9+9+1）+NF 1700 ZZ 190 117 GB/T8918 l

25、18 绳径 lNAT 光面丝 l6 6股 l(9+9+1) 股结构 lNF 天然芯 l1770 抗拉强度（N/mm2） lZ 绳右捻 lZ 股右捻 l190 破断拉力（KN） l117 每百米长质量（1kg/100m） l4.钢丝绳的选择与使用钢丝绳的选择与使用 l（1）钢丝绳的受力特征）钢丝绳的受力特征 l钢丝绳受力复杂。受载时，钢丝中产生拉伸应力、弯曲应 力、挤压应力（钢丝绳与滑轮、卷筒等接触挤压，钢丝之 间相互挤压）以及钢丝绳捻制时的残余应力等。当钢丝绳 绕过滑轮时，受有交变应力作用，使金属材料产生疲劳， 最后由于钢丝之间的摩擦、钢丝绳与绳糟的摩擦使钢丝磨 损而破断。试验表明： l钢丝绳

26、的弯曲曲率半径对钢丝绳寿命的影响很大，这是 因为绳轮直径减小时，钢丝的弯曲变形加剧，弯曲应力加 大，因而钢丝的磨损加快，疲劳损伤加快，钢丝和绳的寿 命就降低。 l钢丝绳绕过绳轮时，绳轮与钢丝接触面间的压力和相对 滑动，使钢丝磨损断丝，接触应力越大，断丝越迅速。 l（2）钢丝绳选择的基本要求）钢丝绳选择的基本要求 l按选择系数按选择系数C确定钢丝绳直径确定钢丝绳直径 式中 C选择系数（mm/N1/2）； S钢丝绳最大工作静拉力（N）。 系数C值与工作级别有关，按表2-1选取。 l 按安全系数选择法确定钢丝绳整绳破断拉力按安全系数选择法确定钢丝绳整绳破断拉力F，再选择钢丝，再选择钢丝 绳直径。绳直

27、径。 FSK 式中： S钢丝绳最大工作静拉力 K安全系数，按下表选择 SCd 机构用钢丝绳安全系数 机构工作级别 M1 M3 M4M5M6M7M8 安全系数K K44.55579 其他用途钢丝绳安全系数 用 途 安 全 系 数 支承动臂4 安装用2.5 缆风绳3.5 吊挂和捆绑用6 l（3）钢丝绳使用的基本要求）钢丝绳使用的基本要求 l尽可能选用较大的卷筒和滑轮直径（D）。 l单层缠绕的卷筒应切出螺旋槽，螺旋槽和滑轮槽的半径r 应与钢丝绳直径d相适应，r太大会使钢丝绳与糟底接触面 积太小，r太小有将钢丝绳卡紧的可能。因此r=0.53d为宜。 l应当尽量减少钢丝绳的弯曲次数，即不要使钢丝绳通过

28、太多的滑轮。 l为提高钢丝绳的使用寿命，应尽量选用线接触钢丝绳， 不宜选用点接触钢丝绳。 l选用钢丝绳的强度不宜过高，一般不应超过1700N/mm2。 (硬度大，弹性差） l钢丝绳在卷筒上，应能按顺序整齐排列。 l载荷由多根钢丝绳支承时，应设有使每根钢丝绳均衡受 力的装置。 l起升机构和变幅机构，不得使用编结接长的钢丝绳。 l起升高度较大的起重机，宜采用不旋转、无松散倾向的钢丝绳。 l当吊钩处于工作位置最低点时，钢丝绳在卷筒上缠绕圈数，除去固 定绳尾的圈数，必须不少于2圈。 l11吊运熔化或炽热金属的钢丝绳，应采用石棉芯等耐高温的钢丝绳。 l12钢丝绳开卷时，应防止打结或扭曲。 l13钢丝绳应

29、保持良好的润滑状态。 l14对日常使用的钢丝绳应每天检查，包括对端部的固定连接、平衡滑 轮处的检查，并作出安全性的判断。 l4.钢丝绳的报废钢丝绳的报废 l（1）断丝的性质和数量 l（2）绳端断丝 l当绳端或其附近出现断丝时，即使数量很少，也表明该部位应力很高。 l（3）断丝的局部聚集程度 l如果断丝紧靠一起形成局部聚集，则钢丝绳应报废。 l（4）断丝的增长率 l在某些使用场合，疲劳是引起钢丝绳损坏的主要原因，但断丝数逐渐 啬，其时间间隔越来越短。 l（5）绳股折断 l如果出现整根绳股的断裂，则钢丝绳应报废。 l（6）由于绳芯损坏而引起的绳径减小 l（7）弹性降低 l（8）外部及内部磨损程度

30、l 内部磨损及压坑 l 外部磨损：磨损使钢丝绳截面积减少，因而强度降低。当外层 钢丝磨损达到其直径的40%时，或者当钢丝绳直径相对于公称直径减 小7%或更多时，钢丝绳应报废。 l（9）外部及内部腐蚀 l 外部腐蚀：当表面出现深坑、麻点，钢丝相当松弛时应报废； l 内部腐蚀 l（10）变形 l 波浪形 l 笼形畸变 l 绳股挤出 l 钢丝挤出 l 绳径局部增大 l 扭结 l 绳径局部减小 l 局部被压扁 l 弯折 l（11）由于热或电弧的作用而引起的损坏 图图E4 交捻钢丝绳的磨损和外部腐蚀的发展过程举例交捻钢丝绳的磨损和外部腐蚀的发展过程举例 图图E8 波浪形：钢丝绳的纵向轴线呈现螺旋状的一种

31、变形。如果变形超过波浪形：钢丝绳的纵向轴线呈现螺旋状的一种变形。如果变形超过2.5.10.1的所列值，钢丝绳应报废的所列值，钢丝绳应报废 图图E9 多股绳的笼状（鸟笼形）畸变多股绳的笼状（鸟笼形）畸变理应立即报废理应立即报废 图图E10 钢芯挤出，通常伴随着邻近位置的笼状畸变钢芯挤出，通常伴随着邻近位置的笼状畸变理应立即报废理应立即报废 图图E13 顺捻钢丝绳直径的局部增大：顺捻钢丝绳直径的局部增大： 常由冲击载荷导致的钢芯畸变而引起常由冲击载荷导致的钢芯畸变而引起理应立即报废理应立即报废 图图E14 钢丝绳直径的局部增大：是由于纤维芯在退化状态钢丝绳直径的局部增大：是由于纤维芯在退化状态 在

32、外层股间突出而引起的在外层股间突出而引起的理应报废理应报废 5.5.钢丝绳的检验钢丝绳的检验 （1）检验分类 日常检验 定期检验 特殊检验 （2）钢丝绳检验部位（见表2-6） （3）检验方法 断丝的检验 一个节距内断丝的统计（包括外部和内部断丝），对6股或8股钢丝绳，可以 只统计外表面的断丝断，即使在同一条钢丝上有两处断丝，亦应按二根断丝统 计。 注意断丝的部位和形态，即断丝发生在绳股的凸出部位还是凹谷部位。根据 断丝的形态，可以判断发生断丝的原因。图2-12是断丝形态图。 是拉力造成的断丝； 是摩擦造成的断丝； 是疲劳造成的断丝； 是扭转造成的断丝； 是各种复杂因素造成的断丝。 磨损的检验：

33、 -1磨损状态有同心磨损和偏心磨损两种； -2磨损的种类有单纯磨损和粘性磨损两种； -3腐蚀； -4变形； -5电弧及火烤的影响； -6钢丝绳的润滑检验 （4）几个具体问题 钢丝绳直径的测量 （八）滑轮（八）滑轮 滑轮的主要作用，是用来改变钢丝绳的运动方向和达到省力 的目的。也常用作均衡滑轮，以均衡二支钢丝绳的张力。 1.滑轮的种类和构造 工作滑轮，根据其轴线是否运动，分为动滑轮和定滑轮。只 利用滑轮的传动来平衡钢丝绳拉力的，叫均衡滑轮。按滑轮的 制造工艺，可分为锻造、铸造、焊接三种。 l2.滑轮的检验 l（1）滑轮直径与钢丝绳直径的比值h2； l（2）滑轮槽应光洁平滑，不得有损伤钢丝绳的缺陷

34、； l（3）滑轮应有防止钢丝绳跳出绳槽的装置； l（4）金属铸造的滑轮，出现下列情况之一时，应报 废： l 裂纹； l 轮槽不均匀磨损达3mm； l 轮槽壁厚磨损达原壁厚的20%； l 因磨损使轮槽底部直径减少量达钢丝绳直径的 50% l 其它损害钢丝绳的缺陷。 （九）吊钩（九）吊钩 1.吊钩的材料 吊钩的材料要求具有较高的强度的塑韧性，没有突然断裂的危 险。目前吊钩广泛采用低碳钢和低碳合金钢制造。 危险断面 l锻造吊钩的材料应采用DG20、DG20Mn、DG34CrMo、 DG34CrNiMo、DG30Cr2Ni2Mo钢制造。 l片式吊钩一般用于大吨位或受强烈灼热的场所，它通常是用厚度 不小

35、于20mm的A3、20或16Mn钢板制造。 l2.吊钩的分类与构造 l吊钩根据形状的不同，又可分为单钩和双钩两种。 l吊钩钩身截面形状有圆形、方形、梯形和T字形。T字形截面最合 理，但锻造工艺复杂。梯形截面受力较合理，锻造容易。 l3.吊钩组 l吊钩组就是吊钩与滑轮的动滑轮的组合体。吊钩组有长型与短型 两种。长型吊钩组采用普通的钩柄较短的短吊钩，支承在吊钩横 梁上，滑轮支承在单独的滑轮轴上。短型吊钩组过去采用长吊钩。 l4.在用锻造吊钩的检验要求 l（1）吊钩的表面不允许存在裂纹，否则应报废 l检验方法：目测，或用20倍放大镜及着色检查。 l（2）对采用GB10051-88起重吊钩规定的新材料

36、制造的吊钩，开口变形 达原尺寸的10%时，应报废；其它吊钩的开口变形达原尺寸的15%时，应报 废。 l检验方法：用游标卡尺测量。 l（3）检查吊钩的扭转变形，当钩身扭转超过10时，应报废。 l（4）吊钩的钩柄不得有塑性变形，否则应报废。 l检验方法：目测或用游标卡尺测量判断。 l（5）检查吊钩危险断面的磨损量，当其实际尺寸小于原尺寸的90%（对采用 GB10051-88起重吊钩规定的新材料制造的吊钩为95%）时，应报废。 l检验方法：可用游标卡尺或外卡钳测量。 l（6）吊钩的螺纹应尽量避免产生腐蚀现象。 l检验方法：目测。 l（7）吊钩钩柄腐蚀后的尺寸不得小于原尺寸的90%，否则应报废。 l检

37、验方法：用游标卡尺或外卡钳测量。 l（8）吊钩的缺陷不允许焊补（例如，为了修补磨损）。 第四节第四节 起升机构的计算起升机构的计算 一、计算钢丝绳的最大静拉力，选择钢丝绳直径。一、计算钢丝绳的最大静拉力，选择钢丝绳直径。 )( 0 max N am QQ S dz l式中 Smax吊额定起重量时绕上卷筒的钢丝绳分支的静拉力 （N）； Q 额定起升载荷（N）； Q0 吊具自重（N），抓斗、电磁铁的自重计入Q内，计算 时可按表2-15选取，当起升高度较大，钢丝绳自重不能忽略时， 还须考虑钢丝绳重量； a绕上卷筒的分支数； m滑轮组倍率； z滑轮组效率，见表2-16； d导向滑轮效率，见表2-17。

38、 min)/( 0 r D mV nt l二、卷筒转速计算二、卷筒转速计算 l单层卷绕卷筒的转速为： 式中 nt卷筒转速（r/min）； m 倍率 v起升速度（m/min）； D0卷筒的卷绕直径（m）， D0=D+d（D为卷筒槽底直径，d为钢 丝绳直径）。 l三、电动机选择三、电动机选择 l1.计算电动机的静功率 式中 Pj电动机静功率（kW）； 机构总效率（一般取=0.85-0.9），为传动效率，见表2-18。 l2.选择电动机功率 按满载起升计算所得静功率,还应考虑空钩升降和起动过电流对电动机发 热的影响。 式中 电动机初选功率（kW）； l稳态负载平均系数，0.7/0.8/0.9/1.0

39、 )( 100060 )( 0 kW VQQ p j )(kWGPjP l四、选择减速器四、选择减速器 l按下式进行传动比计算： l 式中 n 电动机额定转速（r/min）； l按设计方案考虑传动比分配，选用标准减速器，根据确定出 实际传动比。还应校核高速轴许用功率、低速轴最大许用扭还应校核高速轴许用功率、低速轴最大许用扭 矩、低速轴许用最大径向载荷。矩、低速轴许用最大径向载荷。 l低速轴许用最大径向载荷为：低速轴许用最大径向载荷为： l电机实际力矩力矩应小于低速轴最大许用扭矩：电机实际力矩力矩应小于低速轴最大许用扭矩： l其中： （Nm） t o n n i 2 SP maxmax 筒 G

40、MTM n i8 . 07 . 0 max n p Tn9550 l五、选择制动器五、选择制动器 l起升机构制动器的制动转矩必须大于吊重产生的静 转矩，应满足下式要求： l l式中TZ 制动器制动转矩（Nm）； l KZ制动安全系数，见表2-14。 l根据计算出的选择制动器型号。 )( 2 )( 00 mN im DQQ kT zz l六、选择联轴器六、选择联轴器 l根据所传递的扭矩、转速和轴径等参数选择联轴器的规格。起升机构 的联轴器应满足下式要求： l l式中 T 联轴器传递的扭矩（Nm）； lk1联轴器重要度系数，按表2-20选取； lk2考虑工作级别系数，按I类载荷计算时，按表2-21

41、选取，按类 载荷计算时，取k2 =1； lk3角度偏差系数，按表2-22选取； lTmax按第类载荷计算的轴传最大扭矩（Nm）， 对高速轴: m_为电动机转矩允许过载倍数， TTkkkT IImax321 nm TT)8 . 07 . 0( IImax Tn为电动机额定转矩， （Nm）， P为电动机额定功率（kW）， n为电动机额定转速（r/min）； 对低速轴: 为起升载荷动载系数， Tj为钢丝绳最大静拉力作用于转筒的扭矩（Nm）； lT联轴器许用扭矩，由有关手册查取。 n P Tn9550 jiT T IImax 举例：举例： l下图是起重机的起升机构。 l已知：额定起升载荷Q=100kN

42、 ,吊钩和动滑轮组重量 q=5kN, 电机额定转速n=950 r/min，减速器的减速比 i=40，卷筒绳槽中心节圆的直径D=400mm，滑轮组的倍 率m=3,机构总效率=0.9。 （1）求电动机所提供的静功率(要求功率 的单位为kW)。 （2）如果在电机的型号不变的情况下， 要将额定起重量由10t提高到11t，可采取 哪些具体措施来实现？采用这些措施时应 分别注意什么问题？ 解：（1）静功率计算 起升速度v 静功率P min)/(94. 9 340 1040014. 3950 3 m im Dn v )(32.19 9 . 0601000 94. 910)5100( 100060 )( 3

43、kw vqQ P min)/(072.9 10)5110( 32.199.0100060 )( 100060 3 1 1 m qQ P V 841.43 3072.9 1040014.3950 3 1 vm Dn i （2）在电机的型号不变的情况下，要将额定起重量由10t提 高到11t，可通过降低起升速度的办法实现。起升速度至少 要降到V1以下。 具体做法是： 更换减速器高速级齿轮，增大减速器速比，增大后的减 速比i1为： 采取这种方法应注意： a.要重新验算钢丝绳的净拉力和绳径; b.验算主梁等金属结构的强度、刚度和局部稳定性。 增大滑轮组的倍率，使滑轮组的倍率m 增加到4。 倍率增大后的起

44、升速度v2为： min/072.9min)/(45.7 440 1040014.3950 1 3 2 mVm im Dn V 增大滑轮组的倍率可使起升速度降低较大，可保证在不更 换电机的情况下起升能力提高。 采取这种方法应注意： a.要重新更换倍率为4的滑轮组，要对定滑轮进行重新安装; b.验算主梁等金属结构的强度、刚度和局部稳定性。 第五节第五节 起重机金属结构常用材料起重机金属结构常用材料 l一、起重运输机金属结构常用材料的分类一、起重运输机金属结构常用材料的分类 l由于起重运输机金属结构多采用焊接结构，故要求材料 具有良好的可焊性。此外，还要求起重运输机金属结构 的材料有较好的时效性和防

45、腐性。 l目前起重运输机金属结构主要构件所用的材料有普通碳 素结构钢、优质碳素钢、普通低合金钢、合金结构钢。 l普通碳素结构钢是一种低碳钢，用于金属结构的低碳钢 含碳量不超过0.22%。低合金钢也是一种低碳钢，它含 有不超过2.5%的合金元素（锰、硅、铜、镍、硼等）。 l按冶炼方法的不同，结构钢分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。 l平炉钢平炉钢的质量较好，其机械性能和化学成分比较稳定，是 起重机金属结构的常用钢材。 l转炉钢转炉钢又分为酸性转炉钢和碱性转炉钢。转炉钢的钢材含 有较多的气泡、杂质（硫、磷）和有害气体（氧、氮）， 材质不匀，易裂，可焊性差。因此，转炉钢不允许用于常 在露天或低温下工作的起

46、重机金属结构上。目前，国内转 炉钢的产量较大，如果能保证其机械性能和化学成分不次 于平炉钢时，一般起重机的金属结构，也可以用转炉钢。 l电炉钢电炉钢质量最好，但价格较贵，起重机金属结构极少采用。 l按照钢锭浇铸的方法，结构钢材可以分成镇静钢和 沸腾钢。 l镇静钢质优而匀，塑性和韧阁性都好。 l沸腾钢是脱氧不完全的钢，塑性和韧性较差。用这 种材料制成的焊接结构，受动力载荷作用时接头易 出现裂缝。沸腾钢还有时效硬化现象，不宜用在低 温下工作的起重机金属结构上。从经济观点来看， 由于沸腾钢未经很好的脱氧，因而省去大量昂贵的 脱氧剂，冶炼时间短，所以其成本较低。用沸腾钢 轧制成型材和板材时，其内部的气

47、泡可能被压合， 并形成坚实的外壳。所以在一般情况下，其强度并 不比镇静钢低太多。因此，在常温下工作的起重机 金属结构也可用沸腾钢制造。 l普通碳素结构钢Q235是制造起重机金属结构最常用的 材料。根据化学成分和脱氧方法，Q235分为A、B、C、 D四个质量等级。 l优质碳素钢：08、20、45零件用材，如螺栓、轴 l低合金钢与碳素钢相比具有更高的屈服极限与抗拉强度、 更好的低温冷脆性和耐磨性以及较好的可焊性。但有效 应力集中系数较高，若结构主要由最大强度控制，而不 由疲劳强度控制，则采用16Mn低合金钢效果最好。 l对于一般起重机金属结构，当设计温度高于- 20时，允许采用平炉或氧气顶转炉沸腾

48、钢 Q235BF，工作级别为A7和A8的起重机金属结 构，采用平炉镇静钢Q235C或特殊镇静钢 Q235D。 l反映碳素结构钢和低合金钢性能的主要指标有 强度（抗拉强度、屈服强度）、塑性和韧性、 脆性断裂和可焊性。 二、起重机金属结构常用材料的性能二、起重机金属结构常用材料的性能 （一）钢材的强度（一）钢材的强度 （比例极限（比例极限 b b， ， 弹性极限弹性极限s s） 5倍延伸率 l（二）钢材的塑性和韧性（二）钢材的塑性和韧性 l钢材的塑性用静力拉伸试验中的延伸率和载面收缩 率来衡量。 l标准试件的标距有两种，一种取直径的5倍，称为短 试件，另一种取直径的10倍，称为长试件。 l延伸率是

49、说明钢材塑性的指标，延伸率大则钢的塑性 好，加工容易，承载时虽出现较大变形而并不破坏。 l对钢材进行冷弯试验，可从另一方面考查其塑性，它 反映了钢材的冷加工性能。冷弯试验通常用宽度等于 两倍厚度的板条进行，按规定的直径绕弯心弯曲 180，要求弯曲处不出现裂缝或分层现象。 l（三）钢的脆性断裂（三）钢的脆性断裂 l钢的破坏形式有两种。即塑性破坏和脆性断裂即塑性破坏和脆性断裂。 l塑性破坏之前有明显的塑性变形，人能及时发现并采取措 施而防止发生事故。 l脆性破坏前的变形很小，应力相当低（只有屈服极限的脆性破坏前的变形很小，应力相当低（只有屈服极限的 1/3左右），且断裂进展的速度极快，裂纹进展到临

50、界尺左右），且断裂进展的速度极快，裂纹进展到临界尺 寸之后，扩展速度达寸之后，扩展速度达2000m/s，结构破坏于顷刻之间，结构破坏于顷刻之间。 l（疲劳破坏是典型的脆性破坏，焊接结构和铆接结构比较，疲劳破坏是典型的脆性破坏，焊接结构和铆接结构比较， 焊接结构发生脆性破坏的比例较大焊接结构发生脆性破坏的比例较大） l在起重机金属结构中如何防止脆性断裂： l1）在材料方面）在材料方面 当计算温度高于-20而加载速 度较高时，应采用保证常温冲击韧性的钢材 Q235B/C；若计算温度低于-20时，则应选择保 证低温冲击韧性的钢材Q235D。 l2）在加工工艺方面）在加工工艺方面 要防止出现坑痕和裂纹

51、，确 定焊接工艺时，应尽量减小热影响区范围并防止 焊接中出现裂纹等缺陷。 l3）在设计方面）在设计方面 应尽量使应力集中程度低，并避 免出现三向受拉应力状态（如交叉焊接），尽可 能选用较薄的钢材等。 l（四）钢材的可焊性（四）钢材的可焊性 l钢材的可焊性是衡量钢材焊接工艺好坏的指标。人们 通常用焊缝及其相邻的基本金属的抗裂性和使用性能 来说明材料可焊性的优劣。 l碳素结构钢的可焊性，可以粗略地用碳当量来表示， 当碳当量Ce0.45%时，则认为钢材的可焊性良好。 计算碳当量的经验公式为： 144405246 VMoNiCrSiMn CC e l三、金属结构的联接三、金属结构的联接 l（一）焊接（

52、一）焊接 l焊接是目前广泛采用的一种联接方法。焊接工艺比较简单，其不足之处 是连接刚度较大，易引起结构的残余应力和变形，焊缝对低温的敏感性 大。 l（二）螺栓联接（二）螺栓联接 l螺栓联接的优点是连接的韧性和塑性较好，质量检查方便，传力均匀。 对经常变化与动力载荷的结构，以及在低温下工作的结构，连接可靠性 好。其缺点是在动载作用下容易松动。 l1）粗制螺栓粗制螺栓 粗制螺栓传递剪力的能力很小。材料为Q235或20号钢，粗 制螺栓表面不经特别加工，孔径较栓径大2-4mm，承剪能力较差。 l2）精制螺栓精制螺栓 精制螺栓要求的精度较高，安装不方便。经机械加工，表 面光洁，尺寸准确，一般孔径比栓径大

53、0.3-0.5mm，安装时要轻敲才可装入， 安装困难，较适合于承受剪力。 l3）高强度螺栓不是靠本身传力，而是靠很高的螺栓预紧力 在连接间产生的摩擦力来传递力。由于这种螺栓克服了螺栓 的许多缺点，又保留了优点，而且其静强度和疲劳强度比同 尺寸的铆接还要高，因此被广泛采用。但在安装过程中，其 预紧力必须保证，须用力矩扳手紧固。 高强度螺栓联接的 选用，应符合GB12281231-84的规定。 l4）螺栓的安装要求 螺栓、螺母、垫圈的材质，规格精度应符合图纸要求。 普通螺栓应有弹垫、双螺母、止退垫片、开口销等防松 措施。 螺头、螺母的工作面必须与联接支承面周圈接触，不允 许有倾斜现象。 螺栓与螺母

54、的配合，不应过紧过松。 l螺栓尾端应超出螺母2-4牙，不许存在欠出现象。 l法兰螺栓的拧紧工艺应对称的逐步拧紧，不能按排列顺序逐步拧紧。 l高强螺栓应用高强度平垫片，不得用弹垫。连接表面不应有油污、 油漆。 l高强度螺栓应达到相应的预紧力（事故举例） l（三）铆 接 l（四）销轴连接 l销轴、开口销等连接件应经镀锌、钝化、氧化或磷化等表面处理， 或其它防腐处理。 l销轴的防退/脱装置应可靠。开口销的尾部开口半销应彻底扳开。 l销轴不应有过度的磨损 l第六节第六节 桥门式起重机金属结构桥门式起重机金属结构 l一、一、金属结构的设计要求金属结构的设计要求 l起重机零部件和金属结构设计应按工作状态的

55、最大载荷进行 强度计算，按非工作状态最大载荷及特殊载荷进行强度验算， 对受压和平面弯曲构件应按工作状态最大载荷和非工作状态 最大载荷进行抗挠屈的稳定性验算。结构件还要按工作状态 最大载荷进行刚度验算。 l对A6、A7、A8级的结构件应进行疲劳（耐久性）计算（验 算）。 l（一）静强度设计要求（一）静强度设计要求 l起重机金属结构强度设计采用许用应力法。许用应力为结构 材料的屈服点、，一般情况下取n=1.5、n=1.33、 n=1.15； 注意：危险截面和危险点注意：危险截面和危险点 A-A A A S 举例：举例：下图所示电动单梁起重机，额定起重量Q=2t，跨度 S=10m，电动葫芦自重500

56、kg，主梁截面为等直梁，截面如A A所示。 （1）对该电动单梁起重机结构简化计算力学模型，并画出满 载葫芦在距车轮中心S/4时主梁的弯矩图和剪力图。 （2）梁截面惯性矩Ix=2.37103cm4，材料的 =160Mpa，计 算梁的静强度（不考虑动载系数）。 （3）如果强度计算不够，如何提高梁的强度？ 答：（1）满载葫芦在距车轮中心S/4时主梁的弯矩图和剪力图如下： Q S s 18750N 6250N M 46875Nm O O l（2）电动葫芦在跨中时: Mmax=62500Nm l max=263.7 Mpa l 工字梁的强度不足！ l（3）工字梁的强度不足，可采用以下办法提高粱的强度：

57、l在工字梁上加焊槽钢等型钢，提高粱的截面惯性矩Ix。 l在工字梁上加焊角钢桁架结构，提高粱的截面惯性矩Ix。 l在工字梁上加焊薄板箱形结构，提高粱的截面惯性矩Ix。 l（二）刚度的设计要求 l1.静刚度 l桥门吊主梁静刚度是指满载小车（包括额定载荷和小车自重， 不包括桥架自重）作用在跨中时，主梁在垂直平面内引起的 最大静挠度与跨度之比。主梁下挠后对使用性能产生的主要 影响是： l（1）小车爬坡。下挠过大使小车既要克服运动阻力，又要 克服斜坡产生的爬坡附加阻力。 l（2）溜车。小车向下滑移 l我国的桥式起重机的静刚度指标规定为： l工作级别为A5以下的起重机：YSS/700； l工作级别为A6的

58、起重机：YSS/800； l工作级别为A7 、A8以下的起重机：YSS/1000。 lb.具有悬臂小车的门式起重机的装卸桥，当满载小车位于跨 端的有效工作位置时，该处由于额定起升载荷和小车自重引 起的垂直静挠度应为：Yll/350。 l2动刚度 l振动特性（动刚度）是指起重机的消振能力， 通常以主梁自振周期（频率）或衰减时间衡量。 l对电动桥门式起重机，当小车位于跨中时的满 载自振频率f2Hz。 l（三）稳定性计算（三）稳定性计算 l稳定性计算有以下几种： l（1）轴心受压构件 l（2）压弯结构件 l（3）板的局部稳定性 l(四）结构疲劳强度计算四）结构疲劳强度计算 l零件和构件在低于材料屈服

59、极限的交变应力的反复作用交变应力的反复作用下， 经过一定的循环次数，经过一定的循环次数，在应力集中部位应力集中部位产生裂纹，裂纹在 一定条件下扩展，最终突然断裂，这一失效过程称为疲劳 破坏。材料在疲劳破坏前所经历的应力循环次数称为材料在疲劳破坏前所经历的应力循环次数称为疲劳疲劳 寿命寿命。 l根据应力循环次数分为高周疲劳和低周疲劳。 l低周疲劳是指应力较高，通常接近或超过屈服强度，疲劳 寿命一般少于104105，每次循环都发生塑性变形，低周 疲劳破坏就是塑性变形累积的结果。 l高周疲劳强度是指交变应力远低于屈服强度，疲劳寿命大 于105 l起重机结构和零件都是高周疲劳。 起重机是在交变应力作用

60、下工作的，使起重机是在交变应力作用下工作的，使 用年限内的总应力循环次数在用年限内的总应力循环次数在百万次百万次 以上以上，因此主梁应力集中程度较高的，因此主梁应力集中程度较高的 部位往往会疲劳破坏。部位往往会疲劳破坏。 疲劳曲线疲劳曲线 l影响疲劳强度的相关因素：影响疲劳强度的相关因素： l（1）所受应力或应力幅的大小）所受应力或应力幅的大小 l（2）应力循环特性）应力循环特性 l（3）应力集中程度的大小）应力集中程度的大小 l（4）应力循环次数的多少）应力循环次数的多少 l（5）应力的种类）应力的种类 构件构件拉伸拉伸的疲劳强度的疲劳强度 压宿压宿的疲劳强度的疲劳强度 1.应力循环特性计算