工程起重机械 课件 第一章起重机械总论

COVER起重机械总论工作特点·分类组成·技术参数·计算原理课程导览01起重机械概述工作特点、应用领域与分类体系02起重机械的组成四大组成部分及其作用03起重机械的发展现代技术发展方向04主要技术参数表征作业能力的关键指标05计算载荷与方法载荷分类与强度计算CHAPTER起重机械概述循环间歇搬运，多领域广泛应用了解起重机械的工作特点、应用领域与分类体系01循环作业的搬运机械起重机械用于物料的起重、运输、装卸和安装作业，能完成人力无法完成的搬运工作。起重机械通过

工作循环四阶段

完成物料的起重、运输、装卸与安装作业，已成为流水作业线上不可缺少的重要设备。工作循环四阶段01上料起吊物料02运送承载运输03卸料放置物料04回到原位机构处于起动、制动、正反向交替的运动状态应用领域与地位广泛应用在工厂、矿山、车站、港口、建筑工地、仓库、水电站等多个领域。在现代生产中不再是辅助机械，已成为流水作业线上不可缺少的重要设备。覆盖广泛的应用领域电站厂房设备吊装与水电枢纽施工建造施工领域3项吊装搬运工程量巨大高层建筑、冶金、化工、电站建设中，部分组合件重达几百吨常用机型多样龙门起重机、门座起重机、塔式起重机、履带式起重机、轮式起重机、桥式起重机水电工程大型设备采用缆索起重机、浮式起重机等大型设备吊装搬运大型设备两大维度的类型划分按主要用途分类6类通用起重机建筑起重机冶金起重机铁路起重机造船起重机甲板起重机按构造特征分类4类桥架型起重机臂架型起重机固定式起重机运行式起重机运行式起重机又分为轨道式和无轨式两种桥架型与臂架型是理解起重机结构的基础划分，后续章节将围绕这两类展开CHAPTER起重机械的组成四大系统协同，构成完整机械掌握工作机构、金属结构、动力装置与控制系统02四大工作机构组成起升机构四大基本工作机构组成：原动机、卷筒、钢丝绳、滑轮组和吊钩。原动机旋转运动通过卷绕系统转变为吊钩的垂直直线运动。大型起重机常设主钩与副钩两套起升机构，副钩起重量一般为主钩的1/5～1/3。工作机构金属结构起升、运行、回转、变幅变幅、回转与运行机构变幅机构作用改变取物装置中心铅垂线与回转中心轴线间的距离（幅度），使作业由线扩展为面形式轮胎式与履带式采用钢丝绳、液压油缸变幅；塔式起重机常采用小车沿吊臂水平移动的小车式变幅回转机构范围使作业范围由面扩大为空间，分全回转（360°以上）与部分回转（约270°）原理原动机经减速器带动小齿轮沿底架上的大齿圈公转，带动上车回转运行机构轮式起重机用汽车或轮胎底盘履带式用履带底盘桥式、龙门、塔式、门座式用轨道行走台车变幅机构动臂绕下铰点摆动改变吊臂与水平面夹角回转机构回转平台带动上部旋转，小齿轮沿大齿圈公转承力骨架：金属结构金属结构是起重机的

承力骨架，承受自重及作业时的各种外载荷组成分类桥架型包括桥架、支腿臂架型包括吊臂、回转平台、人字架、底架、塔身等承载功能整机骨架各工作机构的零部件均安装或支承在金属结构上，是整机的骨架设计意义重量占比构件多、耗钢量大，重量通常约占整机重量的一半以上合理设计的价值对减轻自重、提高起重性能、节约钢材、提高可靠性有重要意义动力源与操纵控制动力装置：解决供能问题内燃机轮式与履带式起重机多采用，大型汽车起重机上下车可各设一台分别供能电动机塔式、门座、桥式、龙门起重机采用外接动力电源驱动🎛️控制系统：解决怎样运动组成由操纵装置与安全装置组成部件包括离合器、制动器、停止器、液压操纵阀、调速装置和安全装置功能实现起动、调速、换向、制动、停止，保证安全作业CHAPTER起重机械的发展数字化智能化，绿色节能发展了解现代起重机械的技术发展方向03通用为主专用大型化通用起重机中小型为主国内外普遍采用10～40吨级，强调降低高度、简化结构、减小自重与轮压电动葫芦桥式起重机和梁式起重机发展较快，将大部分取代中小吨位一般用途桥式起重机德国德马格公司形成起重量1～80吨、工作级别A1～A8的轻型组合式标准起重机系列专用起重机大型化高速化大型履带起重机起重量达4000t桥式起重机起重量达2万吨集装箱岸桥小车速度达350m/min堆垛起重机速度达240m/min垃圾处理起重机起升速度达100m/min模块化组合化标准化标准模块标准化将功能基本相同的零部件制成具有多种用途、相同联接要素且可互换的标准模块。组合调整灵活通过不同模块组合形成不同类型和规格的起重机，改进时只需针对某几个模块进行调整。生产变革高效生产单件小批量生产改换为模块批量生产，实现高效率专业化生产，企业组织由产品管理转向模块管理。性能效益降本增效改善整机性能、降低制造成本、提高通用化程度，用较少规格零部件组成多品种、多规格系列产品。自动化与智能化控制变压变频调速射频数据通讯故障自诊监控吊具防摆模糊控制激光查找起吊重心近场感应防碰撞现场总线自动化与智能化是起重机升级的核心驱动力数字化驱动装置新一代电气控制核心可编程序控制器逻辑控制中枢故障诊断及数据管理系统状态监测与数据支撑发展方向以微处理机为核心的高性能电气传动操作的自动控制与显示记录自动保护与检测远距离遥控智能化代表产品突破从千吨级突破到塔机智能化，国产全地面起重机完成关键跨越。2010年首台千吨级全地面起重机SAC12000、QAY1200、QAY800展出，打破垄断地位2012年全球最大全地面起重机QAY2000展出，创造起重能力最大、臂架最长、负载行驶最强等多项纪录塔机智能化智能化技术广泛应用无级调速、安全监控、远程维护、故障诊断，实现自动控制与远程遥控核心突破全球唯一用伸缩式主臂即可实现3MW风机安装的全地面起重机电气元件与液压元件可靠性大大提高，品质显著提升一机多用的功能拓展一机多用显著扩大起重机适用范围工作装置层面除吊钩外，配备电磁吸盘、抓斗、拉铲、木料抓取器等取物装置可装设钻孔装置、打桩拔桩装置等设备，用于建筑基础工程整机组合层面塔式起重机组合设计在国外发展较快，大型塔机企业拥有完整系列，适应不同用户需求长吊臂固定式自升塔式起重机服务范围大、成本低、适应性强，受到越来越多重视新技术新材料新工艺液压技术全面赋能体积小、重量轻、结构紧凑、无级调速、操纵简便、运转平稳吨级突破我国已研制成功3、5、8、12、20、65、80、125吨级伸缩臂式液压起重机，国外已有400吨级液压汽车起重机智能安全研制电子式起重力矩限制器，载荷接近额定值时自动警报，超载时自动切断工作机构电源操作环境司机室宽敞、视野良好、保温隔热隔声，配置远距离联系设备和工业电视设备，实现机电一体化绿色环保的节能实践绿色发展路径四大节能实践更清洁的排放国内排放标准已达欧洲五阶段徐工XCT55采用LNG发动机低噪声动力源发动机开始各环节降噪，是否更安静成衡量标准能量回收XCT55回收动能与势能，降低油耗混合动力三一STC750S高性能蓄电池组，市区电池单独驱动实现零排放精细化人性化设计精细化设计提升安全可靠性与竞争力设计计算精确化2项计算机技术精确化有限元技术、疲劳分析、动力学仿真广泛应用，使设计计算与受力分析更精确专用软件最优化实力企业开发专用塔机设计软件，推动设计向最优化推进，提高安全性、可靠性和节能效果，缩短开发周期以人为本设计3项人为主体设计汽车起重机整体设计从造型、视觉与交互到操控宜人性，均以人为主体进行更精细、更具人性化的设计六边形/U形截面臂大型折弯机的出现使中等吨位以上汽车起重机普遍采用六边形或U形截面起重臂，保证制造精度、降低成本并减少焊接工作量高强度材料采用更高强度材料，解决了汽车起重机的桥荷质量问题CHAPTER主要技术参数参数表征能力，设计选型依据掌握表征起重机械作业能力的关键参数04技术参数总览技术参数是设计、制造、选择和使用起重机的基本依据通用主要参数6项起重量起升高度跨度（桥架型）幅度（臂架型）机构工作速度生产率臂架型专属参数1项起重力矩轮式起重机专属参数2项爬坡度最小转弯半径参数关联性联动参数之间相互关联，共同决定一台起重机能否满足特定作业要求起重量：核心作业指标额定起重量是正常工作时允许一次起升的最大质量，单位为吨（t）或千克（kg）取值规则4项吊钩起重机不包括吊钩和动滑轮组自重抓斗、电磁铁可取下的取物装置质量计入额定起重量桥架型额定起重量为定值臂架型有的为定值（如门座），有的随臂架长度和幅度变化（轮胎、汽车、履带）标准系列与符号4项最大起重量额定起重量不止一个时，通常称最大起重量系列档位符合国际标准的最大起重量系列从

0.1t

到

1000t

共数十个档位避免选用标准中括号数值（如11.2、14、18等）应避免选用符号表示起重量常用符号

Q

表示，载荷以

Pq=Q×g

表示，单位牛（N）或千牛（kN）起升高度与幅度起重机的起升能力由起升高度与幅度共同界定，二者随臂架姿态与作业要求而变。升起升高度定义地面或轨道顶面至取物装置最高起升位置的铅垂距离，单位米（m）下放深度取物装置能下落到地面或轨面以下的距离总起升高度H=h1+h2，轨面以上高度与下放深度之和变化随臂架仰角和臂长变化，可由起升高度曲线查取幅幅度定义回转中心线与取物装置中心铅垂线之间的水平距离范围有最小值和最大值，按作业要求确定有效幅度用于判断轮胎和汽车起重机在最小幅度时工作的可能性起重力矩与跨度系列取值规则：桥式起重机跨度小于厂房跨度，起重

50t以下对应每种厂房跨度有两种跨度值，留有安全通道时取小值。厂房跨度与起重机跨度对照表项目厂房跨度（m）912151821242730起重机跨度L（Q=3～50t）（m）7.510.513.516.519.522.525.528.5起重机跨度L（Q=80～250t）（m）-1619222528龙门起重机跨度系列系列跨度系列值（m）系列111、14、17、20、23、26、29、32、35、38系列210.5、13.5、16.5、19.5、22.5、25.5、28.5、31.5、34.5、37.5龙门起重机跨度根据所跨的线路股数、汽车通道及货位要求确定，采用两种跨度系列。门座起重机轨距根据门座跨越的轨道数目而定。塔式起重机轨距由抗倾覆稳定性条件确定。轮式起重机轮距决定于抗倾覆稳定性，并兼顾最小转弯半径和运输限界。机构工作速度参数工作速度直接影响作业效率与定位精度起升速度低速保证平稳装卸用高于安装用散堆物料高于成件物品大起重量采用

低速运行速度按类型区分桥式类型运行距离短，用

米/秒（m/s）

表示汽车起重机常与汽车结队行驶，用

公里/小时（km/h）

表示变幅速度按满载考虑用平均线速度（m/s）或变幅时间（s）表示自最大幅度到最小幅度的平均线速度工作性变幅按

满载

考虑回转速度惯性力限制受回转起制动切向惯性力限制约10m幅度时

应不大于3r/min伸缩速度用伸缩时间表示缩臂（收腿）时间约为伸臂（放腿）的

1/2～1/3生产率：综合技术指标生产率是起重机在一定作业条件下单位时间内完成的物品作业量，可用小时、工班、天、月、年或整个寿命期累计量表示。两种生产率计算生产率（理论生产率）理论计算值，用于设计选型技术生产率（实际生产率）受多种因素影响，一般靠

统计方法

得到计算公式与影响因素公式P=Qe×n，Qe为每循环吊运物品质量循环数n=3600/Te，其中Te为作业循环周期取值臂架起重机取

中间幅度对应起重量

作为计算值因素起重量·机构工作速度·起升运行距离·物品包装·吊具完善情况·司机熟练程度行驶能力：爬坡与转弯最大爬坡度与最小转弯半径共同表征起重机的机动性能最大爬坡度无载、最大扭矩输出时能爬越的最大坡度，以

‰或度

表示。决定因素附着重量附着系数轮周牵引力最小转弯半径方向盘转到头时，外轮至转弯中心的水平距离，单位

米（m）。影响因素轴距、轮距转向车轮偏转角转向桥数目铁路起重机对应指标为

最小曲率半径，即能顺利通过的线路曲线段最小半径。利用等级划分起重机工作级别根据载荷状态和利用等级分为8个工作等级，综合反映起重机的繁忙程度和满载程度。U0～U9各利用等级总工作循环次数对比利用等级解读利用等级按总工作循环次数N划分

U0～U9

共

10级。U0

不经常使用，N=1.6×10⁴U4

经常轻闲地使用，N=2.5×10⁵U6

不经常繁忙地使用，N=1×10⁶U8

繁忙地使用，N=4×10⁶U9

最繁忙使用，N大于4×10⁶载荷状态划分载荷状态表明起重机受载的轻重程度，与起升载荷与额定载荷之比及各起升载荷作用次数占比有关。载荷状态分级Q1-轻很少起升额定载荷，KQ=0.125Q2-中有时起升额定载荷，KQ=0.25Q3-重经常起升额定载荷，KQ=0.5Q4-特重频繁起升额定载荷，KQ=1.0工作级别与比较指标工作级别划分依据A1～A8八级划分对应机构级别

M1～M8八级整机工作级别由主要机构确定划分规则载荷状态越重、利用等级越高利用等级载荷状态机构级别差异各机构级别可能不同同一台起重机各机构工作级别可能不同整机由主要机构确定整机工作级别由主要机构确定一般为主起升机构通常为主起升机构机构级别载荷状态对应Q4特重从A2起特重载荷状态对应A2起Q1轻可低至A1轻载荷状态可低至A1载荷越重级别越高对应工作级别越高载荷状态CHAPTER计算载荷与方法载荷分类明确，强度计算严谨理解载荷分类与强度计算方法05载荷体系与自重载荷作用在起重机上的外载荷，是计算稳定性、支腿压力或轮压、机构零件与金属结构强度、选择原动机功率的依据。载荷体系涵盖起升载荷、自重载荷、风载荷、重物偏摆、惯性离心力、振动冲击、安装与试验载荷共八类主要外载荷。自重载荷（G）4项定义除起升载荷外，起重机的各部分总重力含结构含结构、机构、电气设备及辅助设备设计前自重未知，参照同类机型初步估计核算重量出入较大时，须重新调整核算冲击系数φ13项产生条件起升质量突然离地或下降制动时产生冲击作用方式自重载荷应乘以冲击系数

φ1取值一般取

0.9＜φ1＜1.1起升载荷与动载系数起升载荷是起升质量的重力，计算时应乘以大于1的起升动载系数φ2。起重机类别φ2计算式适用例子11+0.17v安装用、使用轻闲的臂架类起重机21+0.35v安装用桥架类、一般装卸用吊钩臂架类31+0.70v机加车间仓库吊钩桥式、港口抓斗门座41+1.00v抓斗和电磁桥架类起重机起升载荷（PQ）是起升质量的重力（以N计），含允许起升的最大有效物品、取物装置、悬挂挠性件及其他升降设备质量。起升高度小于

50m

时起升钢丝绳质量可以不计。起升质量离地或下降制动时产生附加动载荷，计算时应乘以大于1的

起升动载系数φ2。φ2一般在

0.1～2.0

范围内，起升速度越大、系统刚度越大、操作越猛烈，φ2值越大。水平载荷的计算起重机水平载荷包括运行惯性力与回转和变幅水平力，偏摆角是水平载荷计算的关键参数。运行惯性力Pi起重机自身质量与起升质量在起制动时产生惯性力按质量

×

加速度

×1.5倍计算，且不大于车轮与钢轨附着力加减速度与加减速时间按推荐值选取运行速度越高，加减速时间与加速度越大回转和变幅水平力Ph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计算电动机功率和零件疲劳磨损时，用正常工作偏摆角

αI计算强度和抗倾覆稳定性时，用最大偏摆角

αII偏摆角关系式计算电动机功率时

αI=（0.25～0.3）αII；计算零件疲劳磨损时

αI=（0.3～0.4）αII风载荷计算公式露天工作的起重机应考虑风载荷，风载荷是沿任意方向的水平力，分为工作状态风载荷Pwi和非工作状态风载荷Pwo（如暴风）两类。计算风压按空旷地区离地

10m

高度处风速确定。工作状态与非工作状态对比对比项工作状态风载荷Pwi非工作状态风载荷Pwo风速取值瞬时阵风风速2分钟平均风速计算风压qI、qIIqIII应用场景电机功率、发热验算、强度与稳定性强度、抗倾覆稳定性、锚定装置验算三种计算风压用途风压类型用途典型取值qI选择电动机功率和发热验算—qII计算强度、刚性和稳定性内陆

150N/m²，沿海

250N/m²，台湾及南海诸岛

250N/m²qIII验算非工作状态强度、抗倾覆稳定性和锚定装置依地区取

500～1500N/m²风压高度与风力系数风压高度变化系数Kh随离地高度的变化工作状态Kh=1·非工作状态须考虑高度变化工作状态vs非工作状态工作状态Kh=1，不考虑高度变化非工作状态须考虑高度变化，随离地高度增大而增大陆上增长快于海上及海岛风力系数Kf型钢平面桁架1.6·箱形截面随长高比增大·圆管0.7～1.3·封闭司机室1.1～1.220m等风压区段风速高度变化复合受力结构体形其他载荷类型安装载荷设计时必须考虑安装过程产生的载荷塔式、门座起重机安装给局部结构产生的应力有时远大于工作应力坡度载荷流动式起重机按具体情况考虑轨道式起重机轨道坡度不超过0.5%时不计算，否则按实际坡度计算试验载荷投入使用前必须进行超载静态和动态试验动态试验载荷取额定载荷的110%×φ6（φ6=(1+φ2)/2）静态试验载荷取额定载荷的125%，作用于最不利位置温度载荷气温变化较大的地区使用起重机时须考虑国外规范规定气温变化范围45～-2