起重机械基础知识讲稿.ppt

1、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 第一节 起重机的分类、主要参数和组成 第二节 起重机设计总论 第三节 起重机机构及主要零部件 第四节 起升机构的计算 第五节 起重机金属结构常用材料 第六节 桥门式起重机金属结构 第七节 起重机金属结构的制造工艺 第八节 安全保护装置,第一节 起重机的分类、主要参数和组成,一、起重机的分类 （一）起重机定义： 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。 （二）起重机又可分为： 1.桥架型：桥式起重机，门式起重

2、机，装卸桥，架桥机； 2. 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； 3.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 6-起重卷扬机 7-起重钢丝绳8-起重小车,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。 1.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

3、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Gt 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。 3.有效起重量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则是额定起重量。,（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

4、）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 =GL。（NM) （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

5、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数分为轻、中、重、特四级； 起重机的利用等级分为U0U9十级。 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A1A8级。,起重机的利用等级 工作循环从准备起吊始，到下一次起吊止。,载荷状态,名义载荷谱系数KQ 的计算,例：长期吊运75%额定载荷，经常断续

6、使用的起重机工作级别为A6。,某车间经常要吊运8吨的重物，购买QD20和LH10两种型号的起重机，实际级别是不一样的！,三、起重机的组成 1.机械传动系统/液压传动系统 2.金属结构 3.电气/液压控制系统 4.安全保护系统,第二节 起重机设计总论,一、起重机安全正常工作的条件 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： （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。 1.强度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

7、抵抗产生弹性变形的能力。 3.稳定性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基本载荷、附加载荷及特殊载荷三类。（GB3811-83规定的） （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： （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

8、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； （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。 （4）坡度载荷 （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：,

9、（1）非工作状态下的风载荷Pw； （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 1.1,2.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，通常将起升载荷

10、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。 一般 =1.02.0 3.突然卸载冲击系数 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：,式中 m 起升质量中突然卸去的那部分质量(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.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系数。有轨运行时，按下式计算： 式中 h轨道接缝处两轨道顶

11、面的高度差（mm）； v运行速度（m/s）。 *对同一载荷，以上系数不重复计算！ （如大车运行制动，吊钩满载下降制动，对起升载荷PQ ，考虑 ，就不能再考虑 的影响。）,三、载荷组合 GB3811规定了三种组合方式： 1.只考虑基本载荷为第类载荷组合 零件和构件的疲劳、磨损、发热按第类载荷组合计算。 2.考虑基本载荷与附加载荷为第类载荷组合 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。 3.考虑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滑安全性

12、；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。,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？（请说明载荷的名称，符号自定并说明） 答：该工况的载荷组合如下： （1）考虑运行冲击系数影响的自重载荷： （2）考虑起升动载系数影响的起升载荷： （3）大车运行制动引起的惯性载荷：PH （4）沿大车轨道方向工作状态下的风载荷：PW （5）大车运行时的侧向载荷：PS,举 例：,四、许用应力和安全系数 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

13、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安全系数(见下页附表）,机构传动零件强度计算安全系数,结构强度计算安全系数,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较。 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） （二）极限状态法 以部分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对比。 每种载荷的部分载荷系

14、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。 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 1.起升机构,第三节 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,二、主要零部件 （一）电机 1.起重及冶金用电动机型号YZ和YZR，老型号为JZ2和JZR2； 2.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； 3.基本要求和参数 （1）一般环境用：防护等级IP44，环境温度40； 冶金环境用：防护等级IP54，环境温度60； （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

15、等参数均按此标准； （3）频率50HZ，电压380，定子一般Y接法，转子均按Y接法。 （4）在额定电压下的最大转矩倍数在2.32.8 4.举例： YZR280S-6的P=55kw YZR280S-8的P=45kw YZR280S-10的P=37kw,（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 （四）制动器 种类：块式、蹄式、带式、盘式、锥形。块式双分为电磁块式和电力液压块式等。,在用起重设备上制动器的安全检验： 1.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。 2.起升、变幅机构的制动器必须是常闭式的。 3.吊运炽热金属或易燃易爆危险品，

16、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。 （五）减速器 种类：ZQ型、QJ型（焊接箱体）、QS型（三合一）、行星齿轮 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。 选用减速器注意以下三点： 1、高速轴的许用功率N 2、低速轴的最大许用扭矩M 3、低速轴最大径向载荷计算,（六）卷筒 种类：铸造卷筒、焊接卷筒,卷筒的安全检验及报废标准： 1.卷筒上钢丝绳尾端的固定装置，应有防松或自紧的性能； 2.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； 3.用于起升机构和变幅机构的卷筒，筒体内无贯通

17、支承轴的结构时，宜采用钢材制造。 4.卷筒直径与钢丝绳直径的比值h1 5.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。 6.卷筒出现裂纹或筒壁磨损达原壁厚的20%时，应报废。,（七）钢丝绳 1.钢丝绳的用途及构造 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。 （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。 （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

18、芯易燃，不能用于高温场合。 （3）石棉芯用石棉绳制成，可耐高温。,2.钢丝绳的类型 （1）根据钢丝绳捻绕的次数分： 单绕绳丝 绳（张紧绳、承载绳） 双绕绳丝 股 绳 （2）根据股中相邻二层钢丝的接触状态分： 点接触钢丝绳（股中各层丝径相同） 线接触钢丝绳 （股中各层丝径不同） -1外粗型(x-t型)：又称西尔型（X型） -2粗细型(x-y型) -3密集型(x-c型) 面接触钢丝绳,（3）根据钢丝绳捻绕的方向分： 顺绕绳； 交绕绳； 混绕绳。 （4）按钢丝绳的绕向分： 右绕绳； 左绕绳； （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。,3、钢丝绳的标记 老标准: 钢丝绳6（1

19、9）-21.5-1550-1-光-GB1102-74 新标准: 18 NAT 6（9+9+1）+NF 1700 ZZ 190 117 GB/T8918 18 绳径 NAT 光面丝 6 6股 (9+9+1) 股结构 NF 天然芯 1770 抗拉强度（N/mm2） Z 绳右捻 Z 股右捻 190 破断拉力（KN） 117 每百米长质量（1kg/100m）,4.钢丝绳的选择与使用 （1）钢丝绳的受力特征 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

20、，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： 钢丝绳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。 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。,（2）钢丝绳选择的基本要求 按选择系数C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。 按安全系数选择法确定钢丝绳整绳破断拉力F，再选择钢丝绳直径。 FSK 式中： S钢丝绳最大工作静拉力

21、 K安全系数，按下表选择,机构用钢丝绳安全系数,其他用途钢丝绳安全系数,（3）钢丝绳使用的基本要求 尽可能选用较大的卷筒和滑轮直径（D）。 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。 应当尽量减少钢丝绳的弯曲次数，即不要使钢丝绳通过太多的滑轮。 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。 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） 钢丝绳在卷筒上，应能按顺序整齐排列。 载荷由多根钢丝绳支承时，应设有使每根钢丝绳均衡

22、受力的装置。 起升机构和变幅机构，不得使用编结接长的钢丝绳。,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。 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。 11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。 12钢丝绳开卷时，应防止打结或扭曲。 13钢丝绳应保持良好的润滑状态。 14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。 4.钢丝绳的报废 （1）断丝的性质和数量 （2）绳端断丝 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。,（3）断丝的局部聚集程度 如果断丝紧

23、靠一起形成局部聚集，则钢丝绳应报废。 （4）断丝的增长率 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。 （5）绳股折断 如果出现整根绳股的断裂，则钢丝绳应报废。 （6）由于绳芯损坏而引起的绳径减小 （7）弹性降低 （8）外部及内部磨损程度 内部磨损及压坑 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。 （9）外部及内部腐蚀 外部腐蚀：当表面出现深坑、麻点，钢丝相当松弛时应报废； 内部腐蚀,（10）变形 波浪形 笼形畸变 绳股挤出 钢丝挤出 绳径局部增大 扭

24、结 绳径局部减小 局部被压扁 弯折 （11）由于热或电弧的作用而引起的损坏,图E4 交捻钢丝绳的磨损和外部腐蚀的发展过程举例,图E8 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,图E9 多股绳的笼状（鸟笼形）畸变理应立即报废,图E10 钢芯挤出，通常伴随着邻近位置的笼状畸变理应立即报废,图E13 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理应立即报废,图E14 钢丝绳直径的局部增大：是由于纤维芯在退化状态 在外层股间突出而引起的理应报废,5.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（

25、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： -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

26、问题 钢丝绳直径的测量,（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。,2.滑轮的检验 （1）滑轮直径与钢丝绳直径的比值h2； （2）滑轮槽应光洁平滑，不得有损伤钢丝绳的缺陷； （3）滑轮应有防止钢丝绳跳出绳槽的装置； （4）金属铸造的滑轮，出现下列情况之一时，应报废： 裂纹； 轮槽不均匀磨损达3mm； 轮槽壁厚磨损达原壁厚的20%； 因磨损使轮槽底部直径减少量

27、达钢丝绳直径的50% 其它损害钢丝绳的缺陷。,（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,锻造吊钩的材料应采用DG20、DG20Mn、DG34CrMo、DG34CrNiMo、DG30Cr2Ni2Mo钢制造。 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于20mm的A3、20或16Mn钢板制造。 2.吊钩的分类与构造 吊钩根据形状的不同，又可分为单钩和双钩两种。 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。 3.吊钩组 吊钩

28、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。,4.在用锻造吊钩的检验要求 （1）吊钩的表面不允许存在裂纹，否则应报废 检验方法：目测，或用20倍放大镜及着色检查。 （2）对采用GB10051-88起重吊钩规定的新材料制造的吊钩，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。 检验方法：用游标卡尺测量。 （3）检查吊钩的扭转变形，当钩身扭转超过10时，应报废。 （4）吊钩的钩柄不得有塑性变形，否则应报废。 检验方法：目测或用游标卡尺测量判断

29、。 （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。 检验方法：可用游标卡尺或外卡钳测量。 （6）吊钩的螺纹应尽量避免产生腐蚀现象。 检验方法：目测。 （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。 检验方法：用游标卡尺或外卡钳测量。 （8）吊钩的缺陷不允许焊补（例如，为了修补磨损）。,第四节 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。,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

30、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。,二、卷筒转速计算 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）。,三、电动机选择 1.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。 2.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

31、动过电流对电动机发热的影响。 式中 电动机初选功率（kW）； 稳态负载平均系数，0.7/0.8/0.9/1.0,四、选择减速器 按下式进行传动比计算： 式中 n 电动机额定转速（r/min）； 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、低速轴最大许用扭矩、低速轴许用最大径向载荷。 低速轴许用最大径向载荷为： 电机实际力矩力矩应小于低速轴最大许用扭矩： 其中： （Nm）,五、选择制动器 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： 式中TZ 制动器制动转矩（Nm）； KZ制动安全系数，见表2-14。 根据计算出的选择制动器型号。

32、,六、选择联轴器 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： 式中 T 联轴器传递的扭矩（Nm）； k1联轴器重要度系数，按表2-20选取； k2考虑工作级别系数，按I类载荷计算时，按表2-21选取，按类载荷计算时，取k2 =1； k3角度偏差系数，按表2-22选取； Tmax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，,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）； T联轴器许

33、用扭矩，由有关手册查取。,举例：,下图是起重机的起升机构。 已知：额定起升载荷Q=100kN ,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,（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

34、。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。 倍率增大后的起升速度v2为：,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 起重机金属结构常用材料,一、起重运输机金属结构常用材料的分类 由于起重运输机金属结构多

35、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腐性。 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。 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）。,按冶炼方法的不同，结构钢分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。 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。 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

36、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。 电炉钢质量最好，但价格较贵，起重机金属结构极少采用。,按照钢锭浇铸的方法，结构钢材可以分成镇静钢和沸腾钢。 镇静钢质优而匀，塑性和韧阁性都好。 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

37、制成型材和板材时，其内部的气泡可能被压合，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。,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。 优质碳素钢：08、20、45零件用材，如螺栓、轴 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。,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

38、腾钢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。 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 （一）钢材的强度,（比例极限b， 弹性极限s）,5倍延伸率,（二）钢材的塑性和韧性 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。 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。 延伸率是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。 对钢材进行冷弯试验，可从另一方面考查其

39、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。,（三）钢的脆性断裂 钢的破坏形式有两种。即塑性破坏和脆性断裂。 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。 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，裂纹进展到临界尺寸之后，扩展速度达2000m/s，结构破坏于顷刻之间。 （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）,在起重机金属结构中如何防止脆性断裂： 1）在材料方面 当计算温度高于-20而加载速度较

40、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。 2）在加工工艺方面 要防止出现坑痕和裂纹，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。 3）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。,（四）钢材的可焊性 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。 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：,三、

41、金属结构的联接 （一）焊接 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。 （二）螺栓联接 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。 1）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。 2）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0.3-0.5mm，安装时要轻敲才

42、可装入，安装困难，较适合于承受剪力。,3）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。 4）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。 螺栓与螺母的配合，不应过紧过松。,螺栓尾端应超出螺母2-4牙，不

43、许存在欠出现象。 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。 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。 高强度螺栓应达到相应的预紧力（事故举例） （三）铆 接 （四）销轴连接 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。 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。 销轴不应有过度的磨损,第六节 桥门式起重机金属结构 一、金属结构的设计要求 起重机零部件和金属结构设计应按工作状态的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

44、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。 对A6、A7、A8级的结构件应进行疲劳（耐久性）计算（验算）。 （一）静强度设计要求 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,A-A,S,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500kg，主梁截面为等直梁，截面如AA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 =160

45、Mpa，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：,（2）电动葫芦在跨中时: Mmax=62500Nm max=263.7 Mpa 工字梁的强度不足！ （3）工字梁的强度不足，可采用以下办法提高粱的强度： 在工字梁上加焊槽钢等型钢，提高粱的截面惯性矩Ix。 在工字梁上加焊角钢桁架结构，提高粱的截面惯性矩Ix。 在工字梁上加焊薄板箱形结构，提高粱的截面惯性矩Ix。,（二）刚度的设计要求 1.静刚度 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

46、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： （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。 （2）溜车。小车向下滑移 我国的桥式起重机的静刚度指标规定为： 工作级别为A5以下的起重机：YSS/700； 工作级别为A6的起重机：YSS/800； 工作级别为A7 、A8以下的起重机：YSS/1000。 b.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。,2动刚度 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。 对

47、电动桥门式起重机，当小车位于跨中时的满载自振频率f2Hz。 （三）稳定性计算 稳定性计算有以下几种： （1）轴心受压构件 （2）压弯结构件 （3）板的局部稳定性,(四）结构疲劳强度计算 零件和构件在低于材料屈服极限的交变应力的反复作用下，经过一定的循环次数，在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疲劳寿命。 根据应力循环次数分为高周疲劳和低周疲劳。 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。 高周疲劳强度是指交变应力

48、远低于屈服强度，疲劳寿命大于105 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下工作的，使用年限内的总应力循环次数在百万次以上，因此主梁应力集中程度较高的部位往往会疲劳破坏。,疲劳曲线,影响疲劳强度的相关因素： （1）所受应力或应力幅的大小 （2）应力循环特性 （3）应力集中程度的大小 （4）应力循环次数的多少 （5）应力的种类,构件拉伸的疲劳强度 压宿的疲劳强度,1.应力循环特性计算： r=min/max,对称循环: r=-1,脉动循环: r=0,不对称循环: -1 r 1,（四）结构疲劳强度计算,（四）结构疲劳强度计算,2.疲劳许用应力 （1）疲劳许用应力的基本值-1： -1=

49、-1/n -1疲劳强度极限，由试验获得； n 安全系数， （2）非对称循环的疲劳许用应力r r 0时： 拉伸： r=（1.67 -1）/（1 0.67r） 压宿： r=（2 -1）/（2 r）,已考虑了应力集中和工作级别的影响,构件拉伸的疲劳强度 压宿的疲劳强度, r,查： -1,应力集中等级的查取：,3.结构疲劳强度计算 （1）危险截面确定的基本原则 主梁跨中附近截面将发生最大正应力，跨端截面将发生最大剪应力，在1/4跨度截面内两种应力都比较大。因此疲劳验算时应选择这三个截面。 （2）计算工况的确定 按基本载荷进行计算（按类载荷组合），求出max max r,（四）结构疲劳强度计算,4.疲劳

50、强度的另一种计算方法（GBJ017-88） 应力幅： =max min 焊接部位 =max 0.7min 非焊接部位 =（c/n）1/ c、参数，根据应力集中类别按表选取。 n应力循环次数。,二、焊接与疲劳裂纹（补充内容）,1焊接连接形式与焊缝形式 对接（有连接板、无连接板）、搭接、T形接 2焊接连接的应力集中等次 1-8级 3焊接部位裂纹的种类 受拉区、交变应力区、复合应力区易产生裂纹，裂纹的产生与设计强度不足，接头布置不合理，制造工艺错误，焊接质量不好，以及承受的载荷状态（应力情况）和材料有关。,焊接过程中产生的裂纹 焊接过程中结构产生焊接变形，造成残余应力。由于焊接的热影响区产生热塑性变

51、形，冷却后，热影响区的残余应力为拉应力。如果焊接电流过大，焊缝区过热，使热影响区的材料的金相组织粗大，脆性增加，加上焊接工艺不合理，施焊次序不对，产生焊接约束应力。这些因素综合在一起，极易产生焊接裂纹。,二、焊接与疲劳裂纹（补充内容）,焊缝缺陷造成的裂纹（强度不足） 焊缝中的咬边，焊缝高度不足（或不等边），未焊透，焊缝温度偏低未完全熔合、连续气孔、夹渣等缺陷，在结构承受较大载荷时，易在焊缝的缺陷处产生裂纹。 焊缝接头的疲劳裂纹（重点要讨论的） 接头的连接形式不合理，应力集中等级过高、焊缝区存在焊缝的咬边、未焊透等缺陷加重了应力集中等级，承受交变拉压应力作用。应力幅偏大，应力循环次数较高。总之，

52、这些因素造成焊缝结构的疲劳强度不足，引发焊接接头产生疲劳裂纹。,二、焊接与疲劳裂纹（补充内容）,A、疲劳裂纹产生的条件，扩展过程和断口形态 （A）疲劳裂纹产生的条件 a.承受交变应力 b.应力和应力幅较大 c.交变应力经过相当的循环次数，在105以上。 d.存在应力集中部位,二、焊接与疲劳裂纹（补充内容）,(B)疲劳裂纹产生的过程 a.应力集中部位金属表面的缺陷处（车刀痕、焊接缺陷、腐蚀点坑等）生核产生微裂纹，可能同时产生多个微裂纹 b.随着交变循环次数增加，微裂纹扩展汇合形成宏观裂纹。 c.裂纹逐步扩展，直至瞬间断裂。 (C)疲劳裂纹的断口形态 以原始生核处为中心，是放射状的贝纹线。,二、焊

53、接与疲劳裂纹（补充内容）,B、疲劳裂纹的典型特征 1.发生在焊缝的热影响区。此处存在焊接残余拉应力，焊缝残余拉应力严重时可达屈服极限s。 2.发生在应力集力部位。一般发生在焊缝溶合线处。 3.裂纹的扩展方向与结构受力的轴线方向垂直。 4以原始生核处为中心，是放射状的贝纹线。,二、焊接与疲劳裂纹（补充内容）,C、裂纹的修理 裂纹两端打孔，孔径大于8mm，在裂纹上开60坡口、补焊、另贴加强板、加强劲，以改善受力状态。,举例：桥式起重机主梁裂纹的分析,一、事由 2006年2月，某物资储运公司仓库一台通用桥式起重机主梁出现裂纹。 二、委托事项 （1）该裂纹是什么性质的裂纹？ （2）分析裂纹产生的原因。

54、,三、有关调查和现场勘查情况 （1）1990年5月，该储运公司购买了一台QD20/5-19.5通用桥式起重，工作级别为A5，原准备安装于机修车间使用。后因计划调整，需要将该机安装在一新建的库房内使用，库房的大车轨距为22.5m。该公司对主梁实施改造，改造方案是：主梁截面不变，将主梁从跨中分断加长，使跨度为22.5m，同时将额定起重量降为16吨。该库房用于储存钢卷板，库房内只安装了这一台起重机。 （2）该库房存储的钢卷板只有10t/卷和14 t/卷两种规格，各占50%。吊运卷板的吊具重量为0.6 t。经统计，该库房自1989年以来累计储存卷板量为200万吨。 （3）裂纹发生在跨中偏东1.2m的主

55、梁改造接头加强板角焊缝边缘处，下盖板横向全部断裂，并延伸到两侧腹板下部，腹板上两裂纹的方向和翼缘板垂直，一侧裂纹长度约130mm，另一侧裂纹长度约90mm。主梁接头及裂纹情况详见下图。,四、综合分析 （1）裂纹的性质分析 1）该机自1989年使用至今，可以排除先天性裂纹的存在和主梁结构静强度不足引起的裂纹。 2）该裂纹具有典型的焊接疲劳裂纹特征： 发生在焊缝的热影响区； 裂纹发生在焊缝边缘的咬合线处，此处存在应力集中； 裂纹沿构件受力轴线的垂直方向扩展。所以，该裂纹是疲劳裂纹。,（2）裂纹产生的原因分析 1）接头离跨中过近，截面承受较大弯矩，所受应力较大。 2）接头设计不合理，存在明显应力集中

56、部位。裂纹发生处是搭接角焊缝，此处存在典型的应力集中现象。且焊缝和截面的受力方向垂直，应力集中系数较高。 3）起重机空载和负载工作时，主梁危险截面的应力差较大，起重机每工作一次，主梁就承受一次交变载荷。 4）起重机工作繁重，实际工作级别较高。该起重机正常工作时，起吊载荷连同吊具重量为10.614.6吨，接近额定载荷，载荷状态为重级；自1989年投入使用至今，累计储存200万吨，即进出货量达400万吨，起重机至少工作3.3105次以上，已具有较高的应力循环次数。实际工作级别较高，达A6以上。,三、主梁的构造要求 （一）主梁的构造特点 （1）主梁跨中高度H与跨度S之比 根据制造经验，为满足主梁强度

57、、刚度及稳定性的要求，其截面尺寸一般应符合下列条件：,其中：小跨度时比值取较大值，大跨度时比值取小值； 主梁在端梁连接处的高度H0一般根据跨中高度取为：,（3）盖板的厚度 上、下盖板的厚度常取同值，但有时上盖板的厚度可稍大些。盖板的最小厚度为6mm。 （4）腹板的厚度 从充分发挥材料的抗弯能力的角度来看，主梁的腹板应尽量取高些用薄些。腹析的厚度不应小于6mm。,为什么？A,（5）大加劲板的位置 为了保持腹板的局部稳定性，一般当(h/)70时，在靠近端梁处两块大加劲板的距离 ah ，在跨中则取a=(1.52)h，且 a 2.2m。 （6）小加劲板的位置 为了使小车的轮压更直接地传到腹板上去，并进

58、一步增加腹板的局部稳定性，在大加劲板之间腹板受压区域内增设一些垂直的小加劲板，其高度约为h/3。 （7）水平加劲板的位置 当(h/)160时，必须在离上盖板(0.20.25)h的地方再添设纵向加劲板条（或角钢），以增加腹板受压缩区的局部稳定性。,；,（二）设计结构构造时的一般原则,1.露天工作的结构，应避免积水。 2.一般不宜选用钢材厚度厚于40mm的碳素钢或厚于30mm低合金钢。 3.主要承载结构件在不同连接处可以采用不同的连接方式，但同一连接处不允许采用不同的连接方式。 4.现场拼接的大型结构，优先采用高强螺栓。 5.焊接梁除靠近支承处外，横向加劲肋的下端不应直接焊接在受拉翼缘板上，一般应

59、在距受拉翼缘板内表面不小于50mm处断开。 6.翼缘板和腹板的对接焊缝不宜在同一截面上，间距不小于200mm，横向加劲肋应离开与其平行的腹板对接焊缝，间距也不应小于200mm。 7.焊接梁的受压翼缘板上铺设轨道并承受活动轮压时，如果轨道正对腹板，则腹板和翼缘板一般宜顶紧双面焊接。,某企业自制的型号为QD20/522.5A6双梁通用桥式起重 机主梁侧向及截面如下图所示： 问：（1）该起重机主梁结构布置存在什么缺陷？这些缺陷分别会有什么不良影响？ （2）在图上标出主梁跨中截面的危险点，并指出应对这些危险点进行哪些强度计算。,举例：,已知：b=550，b0=490，0=6 1=12，2=10，h0=1150，h1=3， h2=550，l1=2000。,（三）小车轨道铺设 1.轨道采用压板固定时，压板固定处必须正对横向加劲肋，且沿轨道长度成对布设在横向加劲肋的上方，不允许交错布设。压板的固