起重运输机金属结构设计计算基础.doc

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1、起重运输机金属结构设计计算基础第一节起重运输机金属结构计算载荷的分类作用于起重运输机金属结构上的载荷，根据载荷的不同特点，载荷出现的频繁程度分为基本载荷、附加载荷及特殊载荷三类。一、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量，但可以更换的取物装置如抓斗、电磁吸盘、真空吸盘、集装箱

2、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50米时，起升载荷可不计起升钢丝绳的重力。3.水平惯性载荷：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：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；2.有轨起重机偏斜运行时产生的侧向力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：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

3、偶然承受的不利载荷，包括：1.非工作状态下的风载荷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。第二节机构不稳定运动时的冲击动力载荷一、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，考虑这种工况时，应将自重载荷乘以起升冲击系数来考虑自重载荷的重力变化，一般取，结构计算时，常取。二、起升载荷动载系数起升质量突然离地起升

4、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。下面简单介绍的理论推导。起升机构工作时，由地面起吊货物的过程，可以分为三个阶段：第一阶段，开动起升机构，卷筒卷绕松弛的起升绳，直到起重绳被拉直但仍不受力。此时，起升机构可认为已处于稳定运动状态。第二阶段，起升机构继续运动，起升绳开始受力且发生了弹性伸长，金属结构产生位移和振动。此时货物仍处于静止状态。这一阶段终了时，起升绳的总拉力正好等

5、于货物的重力，金属结构的位移等于。第三阶段，货物离开地面，结构处于振动状态。我们主要研究起升机构工作的第二、第三阶段对起重机金属结构的动力响应。在讨论这一问题时，不考虑起升钢丝绳的质量，这对起升高度不太大的常用起重机是允许的：忽略起升机构本身的振动。由于起升机构的振动频率远比金属结构的振动频率大得多，所以起升机构的振动对金属结构的振动几乎没有影响，因而这一假定也是正确的；不考虑起升钢丝绳拉力的变化对电机转速的影响；金属结构体系实际上是多自由度系统，我们把它简化成单质点等效系统。在起升机构工作的第二阶段，由

6、于吊重没有脱离地面，而结构又简化成单质点系统，因此其动力学模型可简化成图3-1的形式图3-1吊重尚未离地时起升机构动力学模型图3-2吊重突然离地时起升机构动力学模型当起升机构工作进入第三阶段时，吊重突然离地，整个系统的动力学模型如图3-2a所示。图中表示桥架的换算质量，表示吊重的质量，为桥架跨中的刚度，为吊钩滑轮组刚度，显然图3-2a的动力学模型是二自由度系统。为使讨论的问题简单，还可把图3-2a的二自由度系统进一步简化成图3-2b和3-2c的单自由度系统。这一系统的等效刚度为：（3-1）式中在第三阶段开

7、始时，由于吊重已经离地，起升绳和吊重以同样的速度上升，所以，起升绳的力与吊重的重力相平衡，设为系统的等效质量，于是可写出系统的运动方程式：（3-2）式中于是即（3-3）令代入式（3-3）得（3-4）式（3-4）的通解为：（3-5）将初始条件代入式（3-5）得所以（3-6）当时，产生最大振幅，得（3-7）起升机构工作的第三阶段，由于振动引起的动力效应，可用下式表示（3-8）式中──结构与起升滑轮组在起升载荷作用下的静变位之和，将（3-7）代入式（3-8）得：（3-9）在金属结构的起升载荷计算中，通常用一动力

8、系数来考虑起升载荷对金属结构的动力作用。的表达式为：（3-10）将代入（3-10），且令得（3-11）式中v──起升速度（m/s）b──操作系数，对一般吊钩起重机取0.5，对工作级别较高的起重机和抓斗起重机取0.8；g──重力加速度（m/s2）y1──结构在吊重悬挂点，起升载荷引起的静变位（m）；设计初，对桥式类型起重机，小车在跨中时可取y1=(1/700～1/800)L，小车在悬臂端时可取y1=l/350，l为有效悬臂端长(