起重机载荷的作用方式培训

起重机载荷的作用方式培训CONTENTS目录01起重机载荷概述02重力载荷03动力载荷04垂直动载荷CONTENTS目录05水平载荷06自然载荷07其他载荷01起重机载荷概述载荷的定义与重要性载荷的定义起重机在作业过程中承受的各种作用力的统称，包括静载荷、动载荷、自然载荷等多种类型，其作用方向和大小随工况动态变化。载荷的复杂性特征载荷种类多样，涵盖重力、动力、自然等多种形式，且随起重机作业工况（如起升、运行、制动等）改变呈现多变特征，需综合考虑多因素影响。载荷计算的核心地位是起重机零构件受力分析、强度计算的原始依据，也是设备报废评估和事故原因判断的关键依据，直接影响计算结果准确性与作业安全性。载荷超限的危害当载荷产生的应力和变形超过零构件承受限度时，会导致其丧失功能甚至破坏，引发设备故障或安全事故，危及人员与财产安全。载荷的分类体系按载荷性质与作用特点分类

起重机载荷可分为重力载荷、动力载荷、自然载荷及其他载荷四大类。重力载荷是基础载荷，包括起重机自身结构及设备的自重载荷，以及起升物品、取物装置等构成的起升载荷；动力载荷源于运动状态改变产生的惯性、冲击与振动效应；自然载荷主要为风、冰、雪、地震等环境因素作用；其他载荷则涵盖偏斜运行侧向力、坡度载荷、试验载荷等特殊工况载荷。按载荷作用时间与频率分类

根据作用持续性和发生频次，载荷可分为基本载荷、附加载荷和特殊载荷。基本载荷是始终或经常作用的载荷，如自重载荷、起升载荷及常规运动惯性力；附加载荷为正常工作状态下非经常性作用的载荷，包括工作状态风载荷、偏斜侧向力等；特殊载荷是在非工作状态或偶然情况下出现的载荷，如非工作状态风载荷、碰撞载荷、试验载荷等。按力学特性与计算方式分类

从力学效应角度可分为静载荷与动载荷。静载荷指起重机静止、稳定匀速运动或吊载悬吊静止时的载荷，如静止状态的自重与起升载荷；动载荷是运动状态改变时产生的动态增载效应，需通过动力系数（如起升动载系数φ2、运行冲击系数φ4）量化计算，其大小与运动速度、加速度、结构刚度及操作方式等因素相关。载荷计算的基本原则

计算目的与核心作用载荷计算是起重机零、部、构件受力分析的原始依据，也是报废或事故原因判断分析的重要依据，直接影响计算结果和事故结论的准确性。

载荷状态准确判断原则需准确识别载荷种类（如静载荷、动载荷等）、作用方向及不同工况下的作用方式，载荷状态判断偏差将导致计算结果和事故分析结论失真。

简化模型合理选取原则自重载荷计算时，机械设备和电气设备可视为集中载荷作用于安装位置中心，桁架自重视为节点集中载荷，箱型结构自重按均布载荷处理。

特殊情况简化处理原则起升高度小于50米时，起升钢丝绳重量可不计；轨道式起重机轨道坡度不超过规定值（通常为0.5%）时，可不计算坡度载荷。02重力载荷自重载荷的组成与特性

自重载荷的组成部分自重载荷包括起重机的金属结构、机械设备、电气设备等（不包括起升载荷）的重力载荷。通常比工作对象的重量大得多。

自重载荷的作用方式机械设备和电气设备可视为集中载荷作用在设备安装的位置中心；桁架的自重视为作用在结构节点上的集中载荷；箱型结构的自重作为均布载荷处理。

自重载荷的简化处理原则载荷的作用方式及简化的力学模型可分别考虑，通过集中载荷或均布载荷的形式，将复杂结构自重转化为便于计算的力学模型。自重载荷的简化计算模型

01集中载荷模型起重机的机械设备和电气设备可视为集中载荷，作用于设备安装位置的中心；桁架结构的自重也简化为作用在结构节点上的集中载荷。

02均布载荷模型箱型结构的自重通常作为均布载荷处理，沿结构长度方向均匀分布。

03模型简化原则自重载荷的简化需结合结构类型与受力特点，通过集中或均布载荷形式，将复杂实际载荷转化为便于工程计算的力学模型，为后续强度、刚度分析提供基础。起升载荷的构成要素

有效物品重力指允许起升的最大有效物品的重力，是起升载荷的核心组成部分，直接决定起重机的起重能力。

取物装置重力包括下滑轮组、吊钩、吊梁、抓斗、容器、起重电磁铁等取物装置的重力，是起升载荷不可缺少的部分。

悬挂挠性件重力指悬挂在起重机构中的挠性件（如钢丝绳等）的重力，当起升高度小于50米时，起升钢丝绳的重量可以不计。

其他升降中设备重力包含其他在升降过程中的设备的重力，这些设备与有效物品、取物装置等共同构成了起升载荷。起升载荷的计算方法起升载荷的组成要素起升载荷指所有起升质量的重力总和，包括允许起升的最大有效物品、取物装置（如下滑轮组吊钩、吊梁、抓斗、容器、起重电磁铁等）、悬挂挠性件以及其他在升降中的设备的重力。当起升高度小于50米时，起升钢丝绳的重量可以不计。额定起重量与有效起重量的区分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；有效起重量为起重机能吊起的物料的净质量。起重机标牌上标定的起重量通常为额定起重量，臂架类型起重机的额定起重量随幅度变化，其起重特性指标用起重力矩表征。起升载荷动载系数的应用在起升机构工作时，起升质量突然离地起升或下降制动的状况下，被吊物品重力载荷将产生动态增大效应，此时需引入起升载荷动载系数φ₂。φ₂值的大小与起升速度、系统刚度及操作状况有关，一般起升速度越大，系统刚度越大，操作越猛烈，φ₂值也越大，计算时通过动力系数与相应静载荷的乘积获得动载荷值。03动力载荷动力载荷的产生机理

01变速运动引发的惯性载荷起重机在启动、制动或变速运行时，结构自重和起升载荷因加速度产生惯性力，导致原有静载荷值增大，其大小与运动速度、加速度及质量分布相关。

02轨道不平与撞击产生的冲击载荷车轮经过轨道接头高差或运动部分撞击缓冲器时，会产生冲击载荷，运行速度越高、轨道不平度越大，冲击效应越显著，通常通过运行冲击系数量化。

03弹性系统振动引发的振动载荷惯性载荷和冲击载荷作用下，金属结构及工作机构的弹性系统会产生振动，形成动态附加载荷，其特性与系统刚度、阻尼及外载荷变化规律密切相关。惯性载荷的影响因素运动速度与加速度惯性载荷与起重机及起升质量的运动速度、加速度直接相关，速度越大、加速度越高，惯性力越大，如运行机构启动或制动时加速度增大会导致水平惯性力显著增加。质量分布特征系统的质量分布影响惯性载荷大小，质量越大且分布越不均匀，惯性效应越明显，例如起重机金属结构、机械设备等集中质量部件在变速运动时产生较大惯性力。结构刚度与阻尼结构的刚度和阻尼特性对惯性载荷的传递和响应有影响，刚度大、阻尼小时，惯性力传递更直接，易产生较大动载效应，反之则可一定程度缓冲惯性冲击。操作方法与技能司机操作的熟练程度和操作方法影响惯性载荷，操作猛烈、启停频繁会使惯性力增大，平稳操作可减少惯性载荷的不利作用，如起升或下降时缓慢操作可降低动载系数。冲击载荷的作用方式

冲击载荷的产生机理冲击载荷是起重机运动状态突变时产生的动力效应，使原有静载荷值增大。主要源于车轮经过不平整轨道接头的撞击，或运动部分对缓冲器的碰撞，导致金属结构和工作机构弹性系统产生振动。

轨道接头冲击的影响因素运行冲击系数φ4与起重机（或小车）运行速度（m/s）及轨道接缝处高度差（mm）相关，计算公式为φ4=1.10+0.058v√h。速度越大、轨道高差越大，冲击效应越显著，需通过控制轨道安装精度降低风险。

缓冲器碰撞的载荷特性起重机或小车超行程与终端止挡器碰撞时产生碰撞载荷，属特殊载荷。无自动减速装置时，大车碰撞速度取85%额定速度，小车取额定速度；有减速装置时不小于50%额定速度，其能量由缓冲器吸收，需按此工况验算结构强度。

冲击载荷的动态放大效应冲击载荷通过动力系数量化，与运动方向、结构刚度、阻尼及操作熟练度相关。例如，起升质量突然离地或下降制动时，起升载荷动载系数φ2随起升速度、系统刚度及操作猛烈程度增大，直接影响零部件强度计算结果。振动载荷的特性分析

振动载荷的产生机理振动载荷是起重机在惯性载荷和冲击载荷作用下，金属结构和工作机构的弹性系统产生的周期性交变载荷，其本质是系统弹性变形的动态响应。

振动载荷的影响因素振动载荷与起重机的结构形式和性质（如系统的质量分布、刚度和阻尼）、工作速度（加速度）、运动方向以及司机操作方法、操作技能熟练程度等多种因素相关。

振动载荷的表现特征振动载荷具有交变特性，会使起重机承载零件和结构件产生交变应力，长期作用易导致结构疲劳损伤，是影响起重机结构寿命和安全性的重要动态载荷形式。动力系数的应用与选取动力系数的定义与作用动力系数是用于计算动力载荷的放大系数，通过与相应静载荷的乘积来量化动载效应，是起重机强度计算和疲劳分析的重要依据。常用动力系数及适用工况包括起升冲击系数φ1（自重冲击，0.9≤φ1≤1.1）、起升载荷动载系数φ2（吊载动态增大效应，与起升速度、系统刚度及操作状况相关）、突然卸荷冲击系数φ3（抓斗/电磁吸盘卸货或吊载坠落时的动态减载）、运行冲击系数φ4（轨道不平引起，φ4=1.10+0.058v√h，v为运行速度m/s，h为轨道接缝高度差mm）。动力系数的选取原则需依据起重机设计规范及实际工况查阅选用，如起升速度越大、系统刚度越大、操作越猛烈，φ2值越大；计算自重对元件起增大作用时φ1取1.0~1.1，反之取0.9~1.0。04垂直动载荷起升冲击系数φ1起升冲击系数的定义起升冲击系数φ1是考虑在起升质量突然离地起升或下降制动时，起重机的自重载荷将产生沿其加速度相反方向的冲击作用的系数。在进行载荷计算时，它仅与起重机自重载荷相乘。起升冲击系数的取值范围根据《起重机钢结构设计中的载荷系数（GB3811-83）》规定，0.9≤φ1≤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φ1=1.0~1.1，否则取φ1=0.9~1.0。起升冲击系数的影响因素起升冲击系数的大小与起升操作的猛烈程度有关，操作越猛烈，冲击作用越大，φ1取值可能越大；同时也与起重机自身的结构特性等因素相关。起升载荷动载系数φ2

定义与作用起升载荷动载系数φ2是用于考量起升机构工作时，起升质量突然离地起升或下降制动状况下，被吊物品重力载荷产生动态增大效应的系数，在计算时仅与起升载荷相乘。

影响因素φ2值的大小与起升速度、系统刚度及操作状况有关，一般而言，起升速度越大，系统刚度越大，操作越猛烈，φ2值也越大。

应用场景在进行起重机零、部、构件的制定、安全检验、安全防护装置的选择和起重事故的分析计算时，必须考虑φ2所反映的动载荷作用方向及影响。突然卸荷冲击系数φ3突然卸荷冲击系数的定义突然卸荷冲击系数φ3是用于考虑抓斗起重机、电磁吸盘起重机在卸货时，或吊钩、钢丝绳意外断裂导致吊载坠落等情况下，起升质量部分或全部突然卸载对结构产生动态减载作用的系数。突然卸荷冲击系数的应用场景在进行金属结构和起重机抗倾覆的稳定性计算时，必须考虑突然卸荷这种动态减载作用的影响，此时需引入突然卸荷冲击系数φ3。突然卸荷冲击系数的取值原则突然卸荷冲击系数φ3的具体数值需根据实际工况，查阅起重机设计规范或有关手册来确定，以确保结构在突然卸荷情况下的安全性。运行冲击系数φ401运行冲击系数的定义运行冲击系数φ4是用于量化起重机（或小车）在运行过程中，由于轨道接缝处存在高度差等因素而对结构产生的垂直冲击效应的系数。它反映了起重机运行时的动力特性对结构受力的影响。02运行冲击系数的计算公式根据相关规范规定，φ4的计算公式为：φ4=1.10+0.058v√h。式中，v表示起重机（或小车）的运行速度（m/s），h表示轨道接缝处两轨道面的高度差（mm），√h为h的平方根。03运行冲击系数的影响因素运行冲击系数φ4与起重机（或小车）的运行速度v和轨道接缝处轨道面的高度差h有关。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，系数不会大幅增加。05水平载荷运行水平惯性力

运行水平惯性力的定义运行水平惯性力是起重机自身质量和起升质量在运行机构启动或制动时产生的沿水平方向的惯性力，作用在相应的质量上。

运行水平惯性力的计算公式计算公式为PH＝1.5ma，其中m为产生水平运行惯性力的相应质量（kg或t），a为运行加（减）速度（m/s²），1.5是考虑起重机驱动力对结构产生的动力效应的系数。

运行水平惯性力的取值限制运行惯性力PH计算的结果应按不大于主动车轮与钢轨间的粘着力取值。回转和变幅运动的水平力

水平力产生机理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受风力、变幅和回转启制动时的惯性力、回转运动时的离心力、司机操作方法与熟练程度等多种因素影响，导致悬挂物品的钢丝绳对铅垂线产生偏斜，从而对金属结构产生附加水平力。

水平力计算方法一般综合考虑各因素，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。在起重机金属结构计算中，臂架式起重机回转和变幅机构启动或制动时，起重机的自身质量和起升质量（此时视为与起重臂刚性固接）产生的水平力，等于该质量与该质量中心的加速度乘积的1.5倍，通常忽略起重机自身质量的离心力，起升质量所受的风力需单独计算并按最不利方向叠加。

偏摆角的选取规定偏摆角分为正常工作情况下吊重绳的偏摆角αⅠ和工作情况下吊重绳的最大偏摆角αⅡ。计算电动机功率时，取αⅠ＝（0.25～0.3）αⅡ；计算机械零件的疲劳及磨损时，取αⅠ＝（0.3～0.4）αⅡ。不同类型起重机的αⅡ值不同，如装卸用门座起重机臂架平面内αⅡ为12°，垂直臂架平面内为14°等。偏斜运行时的水平侧向力

偏斜运行的成因桥架类型起重机大车运行过程中，因走轮安装误差、两侧驱动电机转速或走轮直径差异、轨道面不平度、起重机或小车未四点着地导致驱动轮弹性滑移不一致等因素，易发生偏斜运行。

水平侧向力的产生偏斜运行时，起重机产生垂直作用于车轮轮缘或水平导向轮上的水平侧向力，该力具有随机性，需通过试验和统计办法归纳的经验公式近似计算。

水平侧向力的计算计算公式为Ps＝1/2∑Pλ，其中ΣP表示起重机发生侧向力一侧经常出现的最不利轮压之和，λ为水平侧向力系数，具体数值需根据实际工况确定。碰撞载荷

碰撞载荷的定义与产生场景碰撞载荷是起重机在非工作状态下或工作状态下偶然受到的不利载荷，主要发生在起重机或起重小车超过行程限制与轨道终端止挡器撞击，以及同一跨度轨道上多台起重机相互碰撞的情况。

碰撞速度的确定原则无自动减速装置或限位开关时，大车碰撞速度取85%额定运行速度，小车取额定速度；有自动减速装置或限位开关时，按减速后的实际碰撞速度计算，但不小于50%额定运行速度。

碰撞载荷的计算依据作用在缓冲器上的碰撞载荷根据能量原理计算，假定碰撞动能在碰撞过程中完全为缓冲器所吸收，按缓冲器在特定碰撞速度下所吸收的动能确定。

碰撞载荷的处理要求碰撞载荷应作为特殊载荷考虑，计算时需考虑起重小车位于最不利位置，且不叠加起升、运行冲击系数或起升载荷动载系数，起重机应设置减速缓冲装置以减小碰撞载荷。06自然载荷风载荷的分类与计算

风载荷的分类起重机风载荷分为工作状态风载荷和非工作状态风载荷两类。工作状态风载荷是起重机在正常工作情况下所能承受的最大计算风力；非工作状态风载荷是起重机非工作时所受的最大计算风力（如暴风产生的风力）。

风载荷的计算公式风载荷按下式计算：Pw=CKhqA。式中：Pw为作用在起重机上或物品上的风载荷（N）；C为风力系数；Kh为风压高度变化系数；q为计算风压（N/m²）；A为起重机或物品垂直于风向的迎风面积（m²）。

计算风压的规定计算风压与空气密度和风速有关，规定为按空旷地区离地10m高度处的计算风速来确定。工作状态的计算风速按阵风风速（即瞬时风速）考虑，非工作状态的计算风速按2min的平均风速考虑。计算风压分qⅠ、qⅡ、qⅢ种，分别用于不同计算场景。

不同场景风压取值室外工作的起重机计算风压：内陆工作状态qⅡ为150N/m²，非工作状态qⅢ为500～600N/m²；沿海工作状态qⅡ为250N/m²，非工作状态qⅢ为600～1000N/m²；台湾及海南诸岛非工作状态qⅢ为1500N/m²。非工作状态计算风压取值还需结合具体地区气象特点调整。工作状态风载荷01工作状态风载荷的定义工作状态风载荷是起重机在正常工作情况下所能承受的最大计算风力，是起重机在工作状态下应考虑的附加载荷之一。02工作状态风载荷的计算方法风载荷按下式计算：Pw=CKhqA，式中Pw为作用在起重机上或物品上的风载荷（N），C为风力系数，Kh为风压高度变化系数，q为计算风压（N/m²），A为起重机或物品垂直于风向的迎风面积（m²）。03工作状态计算风压的分类与取值计算风压分qⅠ、qⅡ、qⅢ种。qⅠ为起重机正常工作状态计算风压，用于选择电动机功率的计算及机构零部件的发热和磨损计算；qⅡ为起重机工作状态最大计算风压，用于计算机构零部件和金属结构的强度刚度及稳定性等。室外工作的起重机的工作状态计算风压，内陆地区qⅡ取150N/m²，沿海地区取250N/m²，台湾及海南诸岛取250N/m²。04工作状态风载荷的作用与影响工作状态风载荷会对起重机产生水平方向的作用力，影响起重机的稳定性、机构零部件和金属结构的受力情况，在进行起重机设计、安全检验等工作时，必须考虑其作用，以确保起重机在工作过程中的安全可靠。非工作状态风载荷

非工作状态风载荷的定义非工作状态风载荷是起重机在不工作时所能承受的最大风力，是起重机处于非工作状态时可能受到的特殊载荷之一，需用于验算此时起重机机构零部件及金属结构的强度、整机抗倾覆稳定性和防风抗滑安全装置、锚定装置的设计。

非工作状态风载荷的计算风速非工作状态的计算风速按2min的平均风速考虑，计算风压规定为按空旷地区离地10m高度处的计算风速来确定，其计算风压值根据不同地区有所差异，如内陆地区宜取500～600N/m²，沿海地区取600～1000N/m²，台湾及海南诸岛取1500N/m²。

非工作状态风载荷的计算方法风载荷按下式计算：Pw=CKhqA，式中Pw为作用在起重机上或物品上的风载荷（N），C为风力系数，Kh为风压高度变化系数，q为计算风压（N/m²），A为起重机或物品垂直于风向的迎风面积（m²）。

非工作状态风载荷的地区差异取值非工作状态计算风压的取值需考虑地区因素，内陆的华北、华中和华南地区宜取小值，西北、西南和东北地区宜取大值；沿海以上海为界，以北取较小值，以南取较大值，上海可取800N/m²；在内河港口峡谷风口地区等特殊地区，应按当地气象资料计算。其他自然载荷

雪载荷与冰载荷雪载荷指起重机金属结构上积雪产生的重力载荷，冰载荷为结构表面结冰增加的附加重量。两者需根据当地气候条件，按相关规范或实际情况确定，寒冷地区露天作业起重机应重点考虑。

地震载荷地震载荷是地震引起的地面运动对起重机产生的惯性力，可能导致结构共振破坏。设计时需根据起重机使用地点的地震设防烈度，按抗震设计规范进行验算，特别是高层建筑用塔式起重机等。

温度载荷温度载荷由环境温度变化引起起重机金属结构热胀冷缩产生的应力。通常情况下可不作特殊考虑，但在温差剧烈或有温度梯度的场合（如高温车间、露天极端温差环境），需评估其对结构变形和连接的影响。07其他载荷安装载荷

安装载荷的定义与特点安装载荷是起重机在安装、拆卸及运输过程中，因生产工艺需要产生的特殊载荷。部分起重机（如塔式起重机）安装时局部结构应力可能大于工作应力，需重点关注。

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