工程起重机第一篇课件

1、工程机械设计工程起重机第一篇 总 论工程机械学院1工程起重机第一篇 总 论 第一章 概 述第二节 起重机载荷计算类别第三章 工程起重机计算载荷与 计算方法第四章 工程起重机的驱动型式工程机械学院2工程起重机 第一章 概 述 工程起重机在经济建设中的作用：是各种工程建设广泛应用的重要起重设备。它对减轻劳动强度，节省人力，降低建设成本，提高劳动生产率，加快建设速度，实现工程施工机械化起着十分重要的作用。 工程起重机的主要类型：主要包括轮胎式起重机、履带式起重机、塔式起重机、桅杆式起重机和缆索式起重机及施工升降机等。 适用范围：适用于工业建筑、民用建筑和工业设备安装等工程中的结构与设备的安装工作以及

2、建筑材料、建筑构件的垂直运输与装卸工作。它也广泛应用于交通、农业、油田、水电和军工等部门的装卸与安装工作。 第一节 工程起重机的分类及其特点工程机械学院3工程起重机一、轮胎式起重机 轮胎式起重机既是工程起重机的主要品种，又是一种使用范围广、作业适应性大的通用型起重机。在一些国家中将轮胎式起重机和履带式起重机统称为自行式起重机或移动式起重机。轮胎式起重机又分为汽车起重机和轮胎起重机两种类型。工程机械学院4工程起重机(一)汽车起重机 通常习惯上把装在通用或专用载重汽车底盘上的起重机称为汽车起重机。工程机械学院5工程起重机 汽车起重机由于它是利用汽车底盘，所以具有汽车的行驶通过性能，机动灵活，行驶速

3、度高，可快速转移，转移到作业场地后能迅速投人工作，因此特别适用于流动性大，不固定的作业场所。(一)汽车起重机 通常习惯上把装在通用或专用载重汽车底盘上的起重机称为汽车起重机。工程机械学院6工程起重机运行式（汽车起重机）工程机械学院7工程起重机汽车起重机工程机械学院8工程起重机汽车起重机工程机械学院9工程起重机汽车起重机工程机械学院10工程起重机运行式（轮胎起重机）工程机械学院11工程起重机(二)轮胎起重机 将起重作业部分装设在专门设计的自行轮胎底盘上所组成的起重机称为轮胎起重机。工程机械学院12工程起重机(二)轮胎起重机特点 定义：将起重作业部分装设在专门设计的自行轮胎底盘上所组成的起重机称为

4、轮胎起重机。 轮胎起重机与汽车起重机的区别：由于其底盘不是汽车底盘，因此设计起重机时不受汽车底盘的限制。轴距，轮距可根据起重机总体设计的要求而合理布置。轮胎起重机一般轮距较宽，稳定性好，轴距小，车身短，故转弯半径小，适用于狭窄的作业场所。轮胎起重机可前后左右四面作业，在平坦的地面上可不用支腿吊重以及吊重慢速行驶。 一般说来，轮胎起重机行驶速度比汽车起重机慢，其机动性不及汽车起重机。但它与履带式起重机相比，具有便于转移和在城市道路上通过的性能。近年来轮胎起重机行驶速度有显著捉高，并且出现了越野型液压伸缩臂式轮胎起重机，它具有较大的牵引力和较高的行驶速度，越野性能好，并可全轮转向，机动灵活，特别适

5、于狭窄场地上作业。工程机械学院13工程起重机二、履带式起重机 把起重作业部分装设在履带底盘上，行走依靠履带装置的起重机称为履带式起重机。履带式起重机在很长一段时期内是作为单斗挖掘机的一种变型机械。履带式与轮胎式相比，因履带与地面接触面积大，故对地面的平均比压小，可在松软、泥泞地面上作业。它牵引系数高，约为轮胎式的1.5倍，爬坡度大,可在崎呕不平的场地上行驶。由于履带式起重机支承面宽大，故稳定性好，一般不需要象轮胎式起重机那样设置支腿装置。 履带式起重机行驶速度慢，而且行驶过程要损坏路面。因此，转移作业场地时，需通过铁路运输或用平板拖车装运。工程机械学院14工程起重机三、塔式起重机 塔式起重机的

6、结构特点是有一直立的塔身，起重臂连结在垂直塔身的上部，故塔式起重机起升高度和工作幅度都很大。塔式起重机在房屋建筑，电站建设以及料场、混凝土预制构件厂等场所得到广泛应用。 塔式起重机由于塔身是直立的， 起重臂与塔身组成“”型， 其有用幅度比轮胎式或履带式起重机大得多，故可使起重机靠近所施工的建筑物。一般情况下，塔式起重机的有用幅度接近全幅度的80。同样情况下，若选用履带式或轮胎式起重机，其有用幅度则不超过50，并随着建筑物的增高而急剧减少。工程机械学院15工程起重机自升式塔式起重机类型有：固定式、轨道式、爬升式、附着式工程机械学院16工程起重机塔式起重机之一内爬式塔式起重机提升过程工程机械学院1

7、7工程起重机塔式起重机之一自升塔式起重机顶升过程工程机械学院18工程起重机 塔式起重机的动力装置是用外接电源的电动机，而一般施工现场都有动力电源，可很方便地接通电源，不需要造价昂贵的内燃机动力装置。但是塔式起重机普通是在专用的宽轨道上行走的，故需专门平整场地，铺设轨道，增加铺轨费用。近年来为适应高层建筑或超高层建筑施工的需要，一种能自行升高的自升塔式起重机的研制和应用日益增多。工程机械学院19工程起重机第二节 工程起重机的组成及其作用 为使起重机能正常进行作业，各种类型起重机通常是由工作机构、金属结构和动力装置与控制系统三部分组成的。工程机械学院20工程起重机一、工作机构 工作机构是为实现起重

8、机不同的运动要求而设置的。要使一个重物从某一位置运动到空间任一位置，则此重物不外乎要作垂直运动和沿两个水平方向的运动。起重机要实现重物的这些运动要求，必须设置相应的工作机构。不同类型的起重机，其工作机构稍有差异。而对于轮胎式起重机、履带式起重机和塔式起重机，一般设有起升机构、变幅机构、回转机构和行走机构。依靠起升机构实现重物的垂直上下运动，依靠变幅机构和回转机构实现重物在两个水平方向的移动，依靠行走机构实现重物在起重机所能及的范围内任意空间运动和使起重机转移工作场所。这四个机构是工程起重机的基本工作机构。工程机械学院21工程起重机(一)起升机构 起升机构是起重机最主要的机构。它是由原动机、卷筒

9、、钢丝绳、滑轮组和吊钩组成。原动机的旋转运动，通过卷筒一钢丝绳一滑轮组机构变为吊钩的垂直上下直线运动。起重机因驱动形式的不同，驱动卷筒的原动机可为电动机，可为液压马达，也可为机械传动中某一主动轴。当原动机为电动机或高速液压马达时，应通过减速器改变原动机的扭矩和转速。为了提高下降速度，起升机构往往设置离合器，使卷筒脱开原动机动力，在重物自重作用下反向旋转，让重物或空钩自由下降。 大型起重机往往备有两套起升机构，吊大重量的称为主起升机构或主钩，吊小重量的称为副起升机构或副钩。副钩的起重量一般为主钩的1513或更小。为使重物停止在空中某一位置或控制重物的下降速度，在起升机构中必须设置制动器或停止器等

10、控制装置。工程机械学院22工程起重机(二)变幅机构钢丝绳变幅液压油缸变幅动臂式变幅小车式变幅 起重机变幅是指改变吊钩中心与起重机回转中心轴线之间险距离，这个距离称为幅度。起重机由于能变幅，这就扩大了作业范围，即由垂直上下的直线作业范围扩大为一个面的作业范围。不同类型的起重机，变幅型式也不同。工程机械学院23工程起重机(三)回转机构 起重机的一部分(一般指上车部分或回转部分)相对于另一部作相对的旋转运动称为回转。为实现起重机的回转运动而设置的机构称为回转机构。起重机有了回转运动，从而使起重机从线、面作业范围又扩大为一定空间的作业范围。回转范围分为全回转(回转3600以上)和部分回转(可回转270

11、0左右)。一般轮胎式起重机、履带式起重机和塔式起重机多是全回转的，汽车起重机是部分回转的。所示为回转机构设在上车部分时的工作原理图。它是由原动机经减速器将动力传递到小齿轮上，小齿轮既作自转又作沿着固定在底架上的大齿圈公转，从而带动整个上车部分回转。工程机械学院24工程起重机 (四)行走机构 轮胎式起重机的行走机构就是通用或专用汽车底盘或专门设计的轮胎底盘。履带式起重机的行走机构就是履带底盘。塔式起重机的行走机构是专门设计的在轨道上运行的行走台车。工程机械学院25工程起重机二、金属结构 起重机的吊臂，回转平台、人字架，底架(车架大梁、门架、支腿横梁等)和塔式起重机的塔架等金属结构是起重机的重要组

12、成部分。起重机的各工作机构及零部件都是安装或支承在这些金属结构上的。起重机金属结构是起重机的骨架。它承受起重机的自重以及作业时的各种外载荷。组成起重机金属结构的构件较多，其重量通常占整机重量的一半以上，耗钢量大。因此，起重机金属结构的合理设计，对减轻起重机自重，提高起重性能，节约钢材都有重要意义。工程机械学院26工程起重机三、动力装置与控制系统 动力装置是起重机的动力源，是起重机的最重要组成部分。它在很大程度上决定了起重机的性能和构造特点。不同类型的起重机由不同类型的动力装置组成。轮胎式起重机和履带式起重机的动力装置多为内燃机。可由一台内燃机对上下车各工作机构供应动力，对于大型汽车起重机，有的

13、上下车各设一台内燃机，分别供应起重机构(起升、变幅、回转)的动力和行走机构的动力。塔式起重机以及相对固定在港口码头、仓库料场上工作的一些轮胎起重机的动力装置是外接电源的电动机。 起重机的控制系统包括操纵装置和安全装置。动力装置是解决起重机做功所需的能源。有了这个能源，就能使起重机各机构运动。而控制系统则是解决各机构怎样运动的问题。如动力传递的方向，各机构运动速度的快慢，以及使机构突然停止等。相应于这些运动要求，起重机的控制系统设有离合器、制动器，停止器、液压传动中的各种操纵阀，以及各种类型的调速装置和专用的安全装置等部件。通过这些控制系统创造的条件，改变起重机的运动特性，以实现各机构的起动、调

14、速、改向、制动和停止，从而达到起重机作业所要求的各种动作。工程机械学院27工程起重机第三节 工程起重机发展趋势 近年来随着建设工程规模不断扩大，起重安装工程量越来越大，尤其是现代化大型石油、化工、冶炼、电站以及高层建筑的安装作业逐年增多。因此，对工程起重机，特别是大功率的工程起重机的需要量日益增加。 随着现代科学技术的发展， 各种新技术，新材料、新结构，新工艺在工程起重机上得到广泛的应用。所有这些因素都有力地促进了工程起重机的发展。工程机械学院28工程起重机近年来工程起重机的发展趋势主要体现一、广泛采用液压技术 由于液压传动具有体积小、重量轻、结构紧凑、能无级调速、操纵简便、轻巧、运转平稳和工

15、作安全可靠等优点，因此，近年来国内外各种类型的工程起重机广泛采用液压传动。我国的主要工程起重机厂，近年来的产品多是液压起重机。二、通用型起重机以中小型为主，专用起重机向大型大功率发展 为了提高建设工程的装卸和安装作业的机械化程度，工程起重机的发展，仍是以轻便灵活的中小型起重机为主。目前超过100吨级的轮胎起重机品种逐渐增多。三、重视“三化”，逐步过渡采用国际标准 目前各国在发展工程起重机新产品中都很重视“三化”(标准化、系列化、通用化)。一些国家对自行式起重机制订了国家标准，规定了起重量系列。四、发展一机多用的产品 为了充分发挥工程起重机的作用，扩大其使用范围，有的国家在设计起重机时重视了产品

16、的多用性。例如在工作装置设计方面，除了使用吊钩外，还设计了配备有电磁吸盘、抓斗、拉铲和木料抓取器等取物装置。五、采用新技术、新材料、新结构、新工艺 为了减轻起重机的自重，提高起重性能，保证起重机高效可靠地工作，各国都非常重视采用新技术，新材料、新结构和新工艺。工程机械学院29工程起重机工程机械学院30工程起重机工程机械学院31工程起重机固定式起重机工程机械学院32工程起重机龙门起重机工程机械学院33工程起重机桥式起重机工程机械学院34工程起重机工程机械学院35工程起重机工程机械学院36工程起重机思 考 题 1、工程起重机主要包括哪几种形式？P.1 2、简述汽车起重机与轮胎起重机的异同点。P.2

17、 3、塔式起重机有哪些类型？主要应用在哪些方面？P.4 4、简述工程起重机的主要组成，并说明各部分的作用。P5 5、变幅机构有哪几种类型，各应用在哪类工程起重机上？P.6 6、简述起重机控制系统的组成与功用。P.7 7、上网查询工程起重机的现状与发展趋势，并写一篇论文，题目自拟。（要求在国庆节放假结束后上缴，不许雷同！）工程机械学院37工程起重机第二章 工程起重机的性能参数与工作类型 第一节 工程起重机的主要性能参数 工程起重机的主要性能参数包括起重量、起升高度、幅度、各机构工作速度和重量指标等。对于塔式起重机还包括起重力矩和轨距等参数。这些参数表明起重机工作性能和技术经济指标，它是设计起重机

18、的技术依据，也是生产使用电选择起重机技术性能的依据。 一、起重量 起重机起吊重物的重量称为起重量，通常以Q表示，单位吨。起重机的起重量参数通常是以额定起重量表示的。所谓额定起重量是起重机在各种工况下安全作业所容许的起吊重物的最大重量。它是随着幅度的加大而减少的。轮胎式和履带式起重机起重量现包括吊钩的重量，但对于取物装置为抓斗或电磁吸盘时，则包括抓斗和电磁吸盘的重量。对于塔式起重机，起重量往往包括吊具重量。轮胎式和履带式起重机的名义吨位级(即起重机铭牌上标定的起重量)通常是以最大额定起重量表示的。最大额定起重量是指基本臂处于最小幅度时所起吊重物的最大重量。但应予指出，有些大吨位级起重机，最大额定

19、起重量往往没有实用意义，因为幅度太小，当支腿跨距较大时，重物在支腿内侧。所以在这种情况下的最大额定起重量只是根据起重机强度确定的最大额定值，它只是标志起重机名义上的起重能力。工程机械学院38工程起重机 起重量是起重机的主要技术参数。为了适应国民经济各部门的需要，同时考虑到起重机品种发展实现标准化，系列化和通用化，对起重机的起重量，国家制订了系列标准。一机部于1974年对轮胎式起重机制订了基本参数系列标准，规定了轮胎式起重机最大额定起重量参数系列(表115)。国家建委于1978年对塔式起重机也制订了基本参数系列，规定了起重量和最大起重量参数(表171)。工程机械学院39工程起重机二、幅度 规定起

20、重机回转中心轴线至吊钩中心的距离称为幅度或称工作幅度。当某一长度的吊臂处于与水平面成某一夹角时，这个幅度值也就确定了。 但当吊臂处于同一夹角时，在吊重状态与在空钩状态时其幅度值是不等的。所以标定起重机幅度参数时，通常是指在额定起重量下，起重机回转中心轴线至吊钩中心的水平距离，并用R表示，单位米。幅度表示起重机不移位时的工作范围。所以幅度也是衡量起重机起重能力的一个重要参数。如图21所示，为了反映起重机实际工作能力，往往还以有效幅度A表示。对于轮胎式起重机有效幅度是指在使用支腿侧向工作时起吊最大额定起重量时吊钩中心垂线到该侧支腿中心线的水平距离。设计起重机时，应合理确定有效幅度。对于轮胎式起重机

21、，在JB137574标准(表115)中按不同起重量的起重机规定了不同的有效幅度范围。工程机械学院40工程起重机 三、起重力矩 起重机的工作幅度与相应于此幅度下的起重量的乘积称为起重力矩，并以M表示，则MQXR，单位吨米。它是综合起重量与幅度两个因素的参数。所以，以起重力矩这个参数就比较全面和确切地反映起重机的起重能力。特别是塔式起重机的起重能力通常是以起重力矩的吨米值来表示。对于塔式起重机，我国是以基本臂最大工作幅度与相应的起重量的乘积作为起重力矩的标定值。 工程机械学院41工程起重机四、起升高度 起升高度是指自地面或轨面(对于轨道式塔式起重机)到吊钩钩口中心的距离，以H表示，单位米。当取物装

22、置使用抓斗时，则指至抓斗最低点的距离。在标定起重机性能参数时，通常以额定起升高度表示。额定起升高度是指满载时吊钩上升到最高极限位置，自吊钩中心至地面或轨面的距离。对于动臂式起重机，当吊臂长度一定时，起升高度随幅度的减少而增加。用于吊装工程的起重机，其额定起升高度是重要的性能参数。当吊具需放到地面以下吊取重物时，则地面以下的深度叫下放深度，总起升高度等于起升高度和下放深度的和。 最大额定起升高度的确定，是根据起重机作业要求(如结构物的高度等)和起重机总体设计的合理性综合考虑。轮胎式起重机和塔式起重机基本参数系列标准中，对各种吨位级的起重机的起升高度作了相应的规定，设计时应予以遵循。工程机械学院4

23、2工程起重机五、轨距 对于轨道式塔式起重机，轨距是一项重要参数，因为它直接影响整机的稳定性及起重机本身尺寸。轨距是指两根轨道中心线之间的距离。轨距的大小是由主参数起重力矩值来确定的，随着主参数的增大，轨距也增宽。我国塔式起重机基本参数系列标准对轨距作了相应的规定。工程机械学院43工程起重机六、工作速度 工程起重机的工作速度主要包括起升，变幅，回转和行走的速度。对伸缩臂式起重机还包括吊臂伸缩速度和支腿收放速度。 起升速度指起重吊钩升起(或下降)的速度，以Vq表示，单位米/分，变幅速度指吊钩自最大幅度到最小幅度时的平均线速度，以Vb表示，单位米/分，回转速度指起重机转台每分钟转数，以n表示，单位转

24、/分，行走速度以Va表示，单位公里/小时。对轨道式塔式起重机行走速度单位为米/分。 起重机工作速度选择合理与否，对起重机性能有很大影响。一般说来，起重机工作效率与各机构工作速度有直接关系。当起重量一定时，工作速度高，生产率也高。但速度高也带来一系列不利因素。如惯性增大，起、制动时引起的动力载荷增大，从而机构的驱动功率和结构强度也要相应增大。所以，合理选择工作速度要全面考虑与之有关的一系列因素。工程机械学院44工程起重机合理选择工作速度要全面考虑的系列因素 (一)根据起重机所服务对象的作业要求考虑。如主要用于港口码头和料场装卸作业的起重机，为了提高装卸货物及材料的生产率，一般要求工作速度快，但对

25、于建筑安装工程使用的起重机，则要求吊装平稳性好，其工作速度相应地要低些，甚至要求能实现微动速度(一般小于1米/分)。 (二)工作速度选择与运动行程有关。行程小，采用高的速度显然不合理。因为合理的速度应是在正常工作时机构能达到稳定运动，不然在机构未达到等速稳定运动前就要制动。所以一般只有在运动行程大时，如用于高层建筑中的起重机的起升机构，才采用较高的速度。在这种起升高度大的情况下，通常是以长吊臂工作，其相应的起重量要降低，所以往往是通过更换滑轮组倍率来提高吊钩速度。为了提高生产率，空钩下降时，要求速度快，所以往往采用脱开动力靠重力下降的方式来加快下降速度。 (三)起重机工作速度的选择与机型有关。

26、如大起重量的起重机，主要解决重件吊装问题，工作并不频繁，工作速度不是主要问题，这种情况下，为了降低驱动功率，减少动力载荷和增加工作平稳性，一般速度取得较低。 (四)各机构的工作速度，根据机构本身作业要求和运动性质，可选择不同的速度。如回转速度因受起动、制动惯性力的限制，回转速度取得很低。变幅速度也不能取得很大，因为变幅运动对起重机平稳性和安全性有很大影响，特别是带载变幅时，速度取得更低。 综上所述，起重机各机构工作速度的合理选择，要考虑的因素较多，通常新设计起重机时，除仔细地、全面地考虑上述因素外，还可根据同类型、同吨位和工作条件相类似的起重机的相应速度作为选择时参考。 工程机械学院45工程起

27、重机七、自重及重量指标 起重机的自重是指起重机处于工作状态时起重机本身全部自重，以G表示，单位吨。起重机自重这一参数是评价起重机的一个综合性指标。它反映了起重机设计、制造和材料的技术水平。随着技术的进步和材料性能的提高，起重机自重可以相应地减少。 起重机自重与起重机类型、吨位级、底盘型式、传动型式、结构型式和整机稳定性程度等因素有关。例如履带式底盘比轮胎式底盘自重大，箱形伸缩臂式比桁架臂式自重大。对于各种吨位级的轮胎式起重机自重最大值，我国在轮胎式起重机基本参数系列标准中作了规定(表114)，设计制造后的起重机自重不应超过所规定的数值。 为了考核起重机重量指标，通常用重量利用系数K表示。所谓重

28、量利用系数是指起重机在单位自重下有多大起重能力。显然K值越大，重量指标越先进。重量利用系数可有三种表示形式。工程机械学院46工程起重机 (一)以起重量表示起重能力时： (二)以起重力矩表示起重能力时： (三)以起重力矩和与此相应的起升高度来表示起重能力时：重量利用系数可有三种表示形式 上述三个公式中的起重能力，对于轮胎式和履带式起重机都是用最大额定起重量及其相应的幅度和起升高度表示的。对于塔式起重机是以最大起重力矩和最大起升高度表示的。 工程机械学院47工程起重机第二节 工程起重机工作类型 起重机是间歇工作的机器，具有短暂而重复工作的特征。它不象有些机器(如皮带运输机)开动后在较长一段时间内连

29、续不停地运转。而起重机工作时各机构时开时停，时而正转，时而反转。有的起重机日夜三班工作，有的只工作一班，有的甚至一天中只工作几次。这种工作状况表明，起重机及其机构的工作繁忙程度是不同的。此外，作用于起重机上的载荷也是变化的，有的起重机是经常满载工作，有的经常只吊轻载，其负载情况很不相同。还有，由于各机构的短暂而重复的工作，起、制动频繁，所以时时受到动力冲击载荷的作用，由于机构工作速度的不同，这种动力冲击载荷作用程度也不同。起重机的这种工作特点，在设计起重机零部件、金属结构和确定起重机动力功率时都必须给以考虑。 按我国现行的起重机设计手册推荐，将起重机按工作繁忙程度和载荷波动特性所决定的工作类型

30、划分为轻、中、重和特重四种类型。表21所示为起重机划分为这四种类型的依据。表中机构载荷率就是机构载荷波动特性，按表22选取，t指机构年工作时数。工程机械学院48工程起重机工程机械学院49工程起重机 规定起重机的这种工作类型，不仅为合理地设计起重机所必需，而且使用户能合理地选用符合其使用要求的产品。 一台起重机各机构的工作类型可各不相同。而整机和金属结构部分的工作类型则由其主要机构(一般是主起升机构)的工作类型确定。 常用的工程起重机各机构工作类型可参考表23选取。从表中可看出，确定各机构的工作类型的主要原则是： 1非工作性运动的机构，即在起重机不吊重时，用来调整起重机位置的机构，如不作带载运动

31、的变幅机构等，则属于轻级工作类型， 2工作性运动的机构，根据载荷波动特性、年工作时数等因素确定工作类型，可按表21确定， 3起重机用途不同，选取的工作类型也各不相同。如塔式起重机主要用于吊装的和主要用于输送混凝土的则各属不同工作类型，前者一般属轻级或中级，而后者则为中级或重级。又如履带式起重机使用抓斗时则属重级。工程机械学院50工程起重机思 考 题 1、工程起重机主要包括哪些主要技术参数？P.12 2、对于工程起重机起重能力的描述汽车起重机（含履带式）与塔式起重机有何异同。P.12、14 3、工程起重机工作速度的选择应考虑哪些因素？就设计而言工作速度如何确定？P.1314 4、工程起重机的起重

32、能力的质量利用系数有哪几种形式？不同类型的起重设备如何选择使用？P.14 5、工程起重机利用等级划分的依据是什么？有多少级？P.15 6、起重机的载荷状态与哪两因素有关？载荷谱系数分为哪四级。P.15 7、起重机的工作级别分为哪几级？P.16工程机械学院51工程起重机第三章 工程起重机计算载荷与计算方法第一节 作用在起重机上的载荷 设计起重机时，必须首先确定作用在起重机上的外载荷，以作为计算起重机稳定性、支腿压力或轮压、机构零部件和金属结构强度以及选择原动机功率的依据。作用在起重机上的外载荷应根据实际情况确定，主要的有；起重载荷、起重机启重载荷、风载荷、重物偏摆引起的载荷、惯性和离心力载荷和振

33、动、冲击引起的动力载荷等。工程机械学院52工程起重机 一、起升载荷PQ 对于吊钩式起重机，起重载荷包括最大额定起重量Q和吊钩自重q。当起升高度大于50米时，还应包括钢丝绳的自重。 二、自重载荷G 自重载荷指除起重载荷外起重机各部分的总重量，它包括结构自重L：机构和屯气设备等重量。起重机自重，在设计前是未知的，初步设计时可根据同类型、参数相近的机型进行初步估计，但最后核算的重量如与估算重量出入较大时，则应重新进行调整和核算。自重载荷根据具体结构型式，以集中或均布载荷作用在相应的位置上。 三、风载荷W 工程起重机主要在室外作业，应考虑风力产生的载荷，实坛计算时，认为风载荷是水平作用于起重机上，其大

34、小与起重机所在地区的风速大小、迎风面积和形状有关。 作用于起重机上的风载荷可按下式计算： 当两个或两个以上实体结构并列时，其迎风面积彼此重叠，这时，第二个和第二个以后的被前面遮挡的迎风面积可按(图31)所示确定。图中为折减系数，按表34选取。 三角形断面的空间桁架迎风面积可取为其一片平面桁架的1.25倍。正四边形空间桁架在对角线的迎风面积可近似认为是12倍的正面的迎风面积。 对于吊重的迎风面积，有的国家(如日本)规范规定，当吊重小于5吨时，每吊1吨其迎风面积为主米2，此值与表33数值相同，当吊重大于5吨小于25吨时，以5米2为基数，每1吨增加0.5米2，如吊8吨为6.5米2(5+3X0.5)，

35、此值略大于表33数值，这种计算方法也可作为计算时参考。起升载荷需要考虑以下系数：1.起升载荷动载系数； 2-C,m1,Y0,02.突然卸载冲击载系数；33.运行冲击系数； 44. 自重载荷冲击系数； 1风载荷计算公式意义：1.q-计算风压； q,q,q2.Kh-风压高度变化系数；3.C-风力系数，与结构的体型，尺寸等有关 由7个方面决定（见书）4.迎风面积；工程机械学院53工程起重机四、重物偏摆引起的载荷T 回转动臂式起重机挠性悬挂重物时，因受水平风力，起重机回转时的离心力，变幅时重物水平移动惯性力，以及回转加速、制动时的切向惯性力等原因使重物偏摆一个a角而引起水平力。如图32所示，该水平力由

36、起升钢丝绳传到吊臂端部，使吊臂端部作用一个水平力T。 T(Q+q)tana 但是，上述使重物偏摆的因素并不一定作用在同一方向和同一平面内。然而，由于重物偏摆衰减很慢，而且还具有保持原摆动平面的惯性，在水平力停止作用后，重物仍在摆动。如图33所示，重物在垂直于吊臂平面内摆动，当起重机转过900后，重物的摆动变成在吊臂平面内了。因此，考虑到最不利情况，上述各因素引起的偏摆可能在同一平面内叠加起来，则最大偏摆角a可由下式求得：工程机械学院54工程起重机 在初算时，有的推荐用下式计算最大偏摆角： 这一计算式是在忽略了一些影响因素后，仅按起重机回转时起动(或制动)时间t为4秒，并考虑增大系数为2的情况下

37、得来的。这一计算式在回转速度较高的情况下(如34转/分)，误差较大，计算结果a值偏大。 按我国现行起重机设计手册推荐，偏摆角可参考表36选取。对于轮胎式起重机a角另有推荐值，见第十六章。工程机械学院55工程起重机五、惯性力和离心力引起的载荷P、F 当回转、变幅，行走等机构起动或制动时，由起重机相应的运动部分的自重产生惯性力P，当起重机回转时，由起重机回转部分的自重产生离心力F。 P和F可按下式计算：工程机械学院56工程起重机六、振动和冲击引起的动力载荷 由于起重机是弹性系统，在骤然加载或减载时，会引起系统的弹性振动，这种振动会产生振动应力，通常把相应于振动应力的载荷称为振动载荷，这是一种动力载

38、荷。对于金属结构和支承零件，由于起升机构工作时，被提升的重物骤然离地，或下降时骤然制动，就会产生这种动力裁荷：对于传动零件，由于起重机各机构起动、制动要引起动力载荷，因而机构传动零件也要承受这种载荷。 为便于计算，通常动力载荷是以静载荷(当不平稳运动时还包括惯性载荷)乘以一个大于1的系数，系数称为动载系数。动载系数与工作速度有关，具体选取可分别按金属结构件和传动零件由起重机设计手册所推荐的公式和数值进行计算和选取。在起升机构中，如果在起升绳非常松弛的状态下突然离地高速起吊，这时要产生很大的动力载荷，其动载系数可按下列近似公式计算：=1+av工程机械学院57工程起重机 冲击载荷也是一种动力载荷。

39、起重机或变幅小车运行通过不平坦的钢轨接缝时，或无轨运行因道路不平时而产生垂直方向冲击振动的载荷为冲击载荷，它等于冲击系数和重量(起重机行走时包括吊重重量)的乘积。冲击系数k值可按表37推荐值选取。 除上述载荷外，还有起重机生产工艺，安装运输以及温度变化等引起的载荷。工艺载荷由生产工艺要求提供，在气温变化较大的地区使用起重机时(国外有的起重机规范规定气温变化范围为+45一250C)，当要考虑温度载荷时，温度影响按钢材线膨胀系数a12X10-6毫米毫米0C考虑，安装运输载荷取决于安装和运输的工具与方法，可按具体情况进行计算。冰雪载荷一般不考虑。地震载荷国外有的起重机设计规范作了考虑，对于轮胎式起重

40、机则可以不予考虑。工程机械学院58工程起重机第二节 起重机载荷计算类别 一台新设计制造的起重机，应具有一定的使用期限(使用寿命)， 在规定的使用期内，应保证起重机各零部件和结构件在长期重复载荷作用下具有耐久性，不致产生疲劳损坏。对某些部件(如电动机、制动器等)还应保证其工作温度维持在安全的工作范围内。此外，应考虑起重机在使用期间内，可能出现的最不利情况下(即可能出现的最大载荷组合时)各零部件、结构件应具有足够的强度和稳定，以保证起重机安全可靠地工作。 根据上述要求，起重机设计通常分为寿命计算、强度计算和强度验算三种计算类别。相应于这三种计算类别有三种载荷情况。 载荷情况I基本载荷 载荷情况附加

41、载荷 载荷情况特殊载荷工程机械学院59工程起重机载荷情况I基本载荷 这类载荷是指起重机在正常工作条件下所承受的载荷，即起重机工作时经常可能出现的载荷。这类载荷是由起重机自重、等效起重量、重物正常偏摆( x)的水平载荷、平稳起制动引起的动载荷等组合成的。除选择电动机外，一般不考虑风压载荷的影响。这类载荷是用来计算传动零件和重级、特重级起重机的金属结构件的疲劳(耐久性)、磨损和发热等的一种计算载荷。所以这一类载荷又叫寿命计算载荷。 基本载荷是始终和经常作用在起重机上的载荷。它们是自重载荷、起升载荷以及由于机构的起（制）动所引起的水平载荷。工程机械学院60工程起重机载荷情况附加载荷 这类载荷是指起重

42、机在使用期内工作时可能出现的最大载荷，是非经常性作用的载荷。它是由起重机自重、最大额定起重量、急剧的起制动引起的动力载荷、工作状态下最大风压力以及重物最大偏摆(x)引起的水平载荷等组合成的。这类载荷是用来进行传动零部件、金属结构件的强度、稳定计算和整机工作稳定性计算。这类载荷又叫强度计算载荷。 应予指出，当机构受各种条件跟制(如行走轮打滑、离合器制动器打滑)和有限制装置时，则上述的最大载荷应考虑以限制条件或限制装置的极限载荷为计算载荷。工程机械学院61工程起重机载荷情况特殊载荷-非工作状态最大载荷 这类载荷是指起董杌处于非工作状态时可能出现的最大载荷，即非工作状态下起重机所承受的自重，非工作状

43、态最大风压力以及路面坡度引起的载荷等。这类载荷是作为零部件和金属结构件的强度验算和起重机非工作状态下整机稳定性验算之用。所以这类载荷又叫验算载荷。 显然，并不是每一种零部件都要进行这三种载荷情况的计算。一般说来，载荷情况的计算对于起重机任何部分都是必要的。而载荷情况I和的计算只有部分零部件才是必要的。例如需要进行载荷情况计算的只是那些在起重机非工作期间可能承受暴风载荷的零部件，如起重机变幅机构，回转支承装置的某些零件，夹轨器以及塔身结构等。至于起升机构，行走机构、回转机构的驱动系统等，在起重机不工作期间几乎不受力，因而不需进行载荷情况的计算。工程机械学院62工程起重机第三节 工程起重机设计计算

44、方法 一、按许用应力计算方法 工程起重机零部件、金属结构件的计算方法，目前大多数情况下仍采用许用应力计算方法。这种计算方法的基本原则是指所设计的零部件、构件最危险截面上应让算应力不得超过许用应力，若为强度条件，则： y 许用应力应比材料极限应力y小一个倍数，即安全系数记 按这种计算方法，在确定了截面计算应力后，主要是要确定材料极限应力和许用应力或安全系数。 材料极限应力与材料性质、 应力种类、尺寸大小和热处理条件等因素有关。当这些因素确定后，即可从材料手册中查出确定的材料极限应力。 因此，按许用应力方法计算的关键问题是合理地确定安全系数。我们从上述强度公式中看出，在截面计算应力值不变的情况下，

45、降低安全系数，可以减小零件、构件的截面尺寸。工程机械学院63工程起重机 因此，按许用应力方法计算的关键问题是合理地确定安全系数。我们从上述强度公式中看出，在截面计算应力值不变的情况下，降低安全系数，可以减小零件、构件的截面尺寸，节约材料，减轻重量，改善机器使用性能。但如果过分降低安全系数(即过分提高许用应力)，则会使零件、构件在过载及其他偶然性情况下产生破坏的危险。因此，对安全系数的确定，必须全面考虑，仔细分析，在保证有足够安全可靠的前提下尽可能降低安全系数。 目前在起重机零部件和金属结构件计算中，以两个系数来确定总的安全系数n， 式中 k1为考虑零件或构件重要性的系数(表38)， k2为考虑

46、材料不均匀及内部缺陷的系数， 锻钢、轧钢件 k11.1 铸钢件 k21.25工程机械学院64工程起重机 从表38看出，不同的计算类别，相应的安全系数为nI，nII，n。因此， 许用应力也按不同的计算类别分别确定， 第I类载荷 第类载荷 第类载荷式中 rk-考虑应力集中和应力循环特性的材料疲劳极限；s材料屈服极限。工程机械学院65工程起重机式中 应力循环特征，它等于最小应力与最大应力的比值，即min/max 考虑材料对不对称循环应力的敏感系数； 对于碳钢，低合金钢 ， 02，对于合金钢 03。 k考虑零件表面状况和几何形状的应力集中系数。kkmkx。 对于零件有沟槽以及紧配合区段km1.52.0

47、, 对不同的零件表面加工情况kx按表39选取。 材料疲劳极限，当考虑应力循环特性和应力集中等因素时按下式确定：对称循环 一1时： 脉动循环 0时：当零件的应力循环次数小于基本循环次数时，疲劳极限应力可以相应提高到rk；式中 N0基本循环次数 N0107(对焊接钢板结构N02X106)，N零件的实际循环次数，m材料疲劳曲线的指数,对拉、压、弯、扭转应力 m8(对焊接钢结构m6)，对接触应力 m3。工程机械学院66工程起重机二、按极限状态计算方法 起重机结构计算方法，有的国家采用按极限状态计算。所谓极限状态是指某一结构或这一结构的某一部分达到失去正常工作能力，或不再满足所赋予的正常使用要求的状态。

48、根据结构在达到极限状态时所出现的损坏情况和严重程度的不同，可分为两种极限状态：(1)承载能方扭限状态(也有叫强度极限状态)， (2)正常使用极限状态。下面分别讨论这两种极限状态的特点和计算方法。 工程机械学院67工程起重机(一)第一种极限状态承载能力(强度、稳定、耐久性)极限状态。 这一极限状态是指结构强度方面的极限状态，即结构达到极限承载能力时会使结构由于弯折、剪断或扭断而破坏，比较细长的受压杆件会因失去稳定而破坏，承受反复载荷作用的构件会因过渡疲劳而破坏等等。 为保证起重机结构安全可靠， 避免出现这种极限状态，对于必须计算的任何构件均应按这一极限状态计算。按照这一极限状态计算时，所要解决的

49、是外载荷在构件截面上所引起的作用内力(计算内力)与构件相应截面的承载能力(抵抗内力)之间的矛盾。这两者之间的关系，其表达式为： N 式中 N结构构件计算内力，由外载荷确定， 构件极限抗力，它与构件截面尺寸，材料强度和结构使用条件等因素有关。因此，该式还可写成： 式中 ai构件内力系数， PiH标准载荷， ni载荷系数 A构件截面几何因素， R构件材料标准强度， m 工作条件系数， k材料强度系数工程机械学院68工程起重机(二)第二种极限状态正常使用极限状态 这是指结构或构件达到不能正常使用时两极限状态。例如结构在使用期间产生过大的变形以及结构振动(振幅)过大等。结构出现变形过大或振幅过大，虽然

50、对于结构本身的危害性不如达到上述的承载能力极限状态那样严重，但却将影响结构的正常使用。因此，对各种结构，必要时应按第二种极限状态进行验算。例如根据使用要求，需要控制变形值的构件应进行变形验算，使计算的构件最大变形(挠度等)不超过规定的允许值。又如对有防震要求的构件，则应使其最大振幅不超过规定的允许值。其关系式如下： f/Ff/F tptp式中 f/F,f/F 分别表示计算和许用的相对挠度， tp,tp分别为计算和许用的结构振动衰减时间。 综上所述可以看出，这一计算方法的基本特点是；(1)规定了结构分别按“承载能力”(强度，稳定，耐久性)和“正常使用”(变形，振幅等)两种极限状态计算；(2)用多

51、个系数“载荷系数”、 “材料强度系数”和“工作条件系数”来代替按许用应力计算方法中的安全系数n。这三种系数分别反映了载荷的变异性、各种材料强度的离散性以及不同的工作条件对结构安全度的影响，从而使结构具有必要的安全储备。在设计计算时，需根据具体条件合理选择这三个系数。在不同条件下三个系数组成的安全度不是一定值，这就比较更能符合结构工作的实际情况。工程机械学院69工程起重机思 考 题 1、工程起重机主要承受的外载荷有哪些？P.17 2、工程起重机设计时，在确定起升载荷过程中都考虑哪些载荷系数？各系数对于设计计算能保证哪些方面因素的影响？P.1719 3、工程起重机水平载荷计算应从哪两个方面考虑？设

52、计过程中应该如何处理？P.1920 4、工程起重机设计中的风载是如何考虑的？设计时如何考虑更完善？P.2023 5、风载系数是风载计算的主要参数，设计时如何考虑？P.2123 6、试问起重机的载荷分为哪几类？设计计算如何考虑？P.2324 7、工程起重机的设计方法有几种？简述各设计方法的特点。P.24工程机械学院70工程起重机第四章 工程起重机的驱动型式第一节 工程起重机对驱动装置的要求 起重机的性能和构造特点在很大程度上取决于驱动装置(动力装置和传动装置的总称)。而驱动装置本身的重量和成本，对起重机的技术经济指标也起着显著的影响。因此，设计起重机时，合理选择驱动装置和确定驱动型式是很重要的。

53、 工程起重机对驱动装置的要求，主要应从起重机本身工作特点来考虑，主要的有以下几个方面。 工程机械学院71工程起重机工程起重机对驱动装置的要求 (1)适应外载荷多变的要求。起重机所吊重物重量不一，有时满载，甚至是超载，有时轻载或空载。 因而有时需要很大的驱动功率， 但在短时间内又要把功率降低到很小值。即使在同一循环作业中，也是处于时而加速、时而制动的工作状况。因而，所选择的驱动装置应能适应这种外载荷多变的要求。即当载荷增大时能随之增大转矩，降低转速；当外载荷减小时能降低转矩，增大转速，以提高起重机作业效率。也就是说要求驱动装置具有“软”的特性。 (2)适应迅速改变运动方向的要求。 起重机作业循环

54、变换频繁， 在同一作业循环内，回转机构、起升机构正向和逆向运动迅速交替变换。因此，要求驱动装置能适应这种频繁而迅速地改变传动方向。 (3)适应工作速度频繁变换的要求。起重机作业时，各机构的工作速度时时变换，而且要求调速范围大。尤其是起升机构的工作速度更是变换频繁。例如，为了提高作业效率，要求运转速度快，但在吊装构件或机器设备安装就位时，要求很低的速度(即微速动作)。因此，驱动装置应能适应这种变速的要求。 (4)适应冲击振动的要求。在起重机作业过程中，工作机构的起动、制动频繁，承受着较大的冲击载荷。因此，要求驱动装置要有足够的强度，结构应坚固可靠，以适应冲击振动载荷的不利影响。 此外，对于需要经

55、常转移作业场地的工程起重机，要求有独立的动力能源装置。为避免噪声的公害，要求低噪声的驱动装置。应予指出，要满足上述工作特点所提出的各项要求，仅仅依靠动力装置本身还不能完全达到，而必须有合理的传动装置与之相配合，以达到起重机所要求的传动特性。工程机械学院72工程起重机第二节 内燃机-机械驱动 一、概述 在轮胎式起重机和履带式起重机中，内燃机-机械驱动得到广泛的应用。它通过机械传动装置将内燃机发出的动力传递到各工作机构上去(简称内燃机驱动)。这种驱动装置有一个独立的能源(内燃机)，具有较大的机动性，可满足工程起重机流动性的要求。由于不受外界能源的牵制，所以起重机一到达作业场地后就可随时投入工作。此

56、外，内燃机结构紧凑，一般说来，外形尺寸和重量较小。但是内燃机-机械驱动与电力-机械驱动比较，前者存在不少缺点： (1)承受超载能力差，在超负荷运转时容易熄火，因此不得不选用大一些功率的内燃机，以较大的功率储备来适应超载的需要； (2)内燃机不能带载起动，因此在内燃机-机械传动系统中，必须设置离合器机构，在起动时脱开离合器； (3)内燃机不能逆转，为了保证机构的正向和逆向转动，在机械传动的起重机必须设置逆转机构；(4)内燃机在严寒地区运转，要采取措施，改善起动性能。此外，内燃机噪声、振动及废气污染等问题也有待进一步解决。工程机械学院73工程起重机 但是，内燃机动力装置配合其他型式的传动装置(也称

57、复合驱动)后，可以改善整个机器的动力性能。例如内燃机匹配液力变矩器后可以显著改善内燃机的超载性能，同时扩大了调速范围，简化了机械变速器。这种装置是属于液力传动，具有完全不同于内燃机的动力性能。内燃机加上电力传动或液压传动的传动装置后，整个动力性能也改变成为电力传动或液压传动所具有的动力性能，以此满足起重机对动力特性的要求。 在工程起重机中使用的内燃机目前常用的有两种类型，即柴油机和汽油机。柴油机比汽油机更具有使用经济性和工作可靠性的优点，所以柴油机得到广泛的应用。从降低重量和减少外形尺寸考虑，工程起重机用的柴油机应是运输型的。最好选用工程机械用的中转速的柴油机以适应工程起重机工作特性，保证工作

58、可靠性和简化中间传动装置的构造。工程机械学院74工程起重机 图3-4所示为Allison公司生产的MT-640型自动换档变速器的传动简图，与之相匹配的发动机额定功率为186.4kW，额定转速为4000rmin。MT-640型自动变速器由一个可闭锁的变矩器和三个行星排的变速机构组合而成。变速器装置有一个变矩器闭锁离合器CL,两个换档离合器C1、 C2和三个换档制动器B。MT-640型自动换档变速器具有四个前进档(其中第四档为直接档)和一个后退档。根据变速器的传动简图及其各档执行机构动作表，可以分析得出它在不同排档时的功率流传递路线图，如图35所示。各档功率流传递路线如图中粗线所示。工程机械学院7

59、5工程起重机 MT-640型自动换档变速器具有四个前进档(其中第四档为直接档)和一个后退档。根据变速器的传动简图及其各档执行机构动作表，可以分析得出它在不同排档时的功率流传递路线图，如图35所示。各档功率流传递路线如图中粗线所示。工程机械学院76工程起重机二、内燃机驱动功率的确定 起重机的内燃机驱动功率可按下述两种方法确定： (1)根据现有的同类型和吨位级相近的起重机的参数来确定所需的功率，然后再核算起重机的各项技术参数是否满足设计要求； (2)根据起重机设计参数，计算最大阻力矩(应为起动时的阻力矩)，然后确定所需的内燃机功率。 因为内燃机超载能力很差，故计算时应按起动时的最大阻力矩来确定内燃

60、机的功率。当两个或两个以上机构协同工作时，应按所有协同工作的机构所需的功率计算，并考虑其中一机构按起动时的功率计算。 所需内燃机额定功率为： 当根据计算功率来选择内燃机时，一般按内燃机产品说明书上的额定有效功率选择。但考虑所选内燃机原来的用途与起重机作业工况有差别时，应对有效功率作必要的折算。为了使所选的内燃机有一定的超载能力，应考虑一定的储备功率。工程机械学院77工程起重机 一、概述 本节所讨论的电力-机械驱动是指外接电源使电动机转动，再经机械传动装置将动力传递到各工作机构的一种驱动方式，简称电力驱动。至于由内燃机驱动直流发电机供电能到各电动机带动工作机构转动的驱动方式在第四节复合驱动中讨论