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,i;
(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。
(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:
(1)非工作状态下的风载荷Pw,o; (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=1.0~2.0 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——起升质量中突然卸去的那部分质量(kg);
——起升质量(kg);
——系数,对抓斗起重机,=0.5;对电磁起重机,=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——轨道接缝处两轨道顶面的高度差(mm);
——运行速度(m/s)。
*以上系数不重复计算!
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Ⅰ类载荷组合
零件和构件的疲劳、磨损、发热按第Ⅰ类载荷组合计算。 2. 考虑基本载荷与附加载荷为第Ⅱ类载荷组合
零件和构件的静强度、整机抗倾覆稳定性按第Ⅱ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Ⅱ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Ⅲ类载荷组合 按第Ⅲ类载荷组合校核整机抗倾覆稳定性和防风抗滑安全性;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。
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。 ——最大计算应力 ——许用应力
——材料极限应力,对钢材取 ——安全系数
机构传动零件强度计算安全系数
疲劳计算n1 1.25
结构强度计算安全系统
计算载荷组合类别 组合Ⅰ 组合Ⅱ 组合Ⅲ 静强度计算 工作最大载荷nⅡ 1.5 非工作最大载荷 1.15 安全系数
五、计算方法介绍 (一)许用应力法
1.5 1.33 1.15 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。
(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数均以概率和载荷确定的精确度为依据。 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。
第三节起重机机构及主要零部件
一、各种机构 1.起升机构 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;
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