起重机械基础知识讲稿.pdf
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1、起重机械基础知识目 录第一节起重机的分类、主要参数和组成.2第二节起重机设计总论.6第三节起重机机构及主要零部件.12第四节 起升机构的计算.32第五节起重机金属结构常用材料.35第六节桥门式起重机金属结构.41第七节安全保护装置.55起重机械基础知识第一节起重机的分类、主要参数和组成一、起重机的分类(一)定义:起重机以间歇、重复方式工作,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。(-)起重机又可分为:1.桥架型:桥式起重机;门式起重机;装卸桥;架桥机;2.绳索型:缆索起重机;门式缆索起重机;3.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
2、杆;悬臂;B I-9汽车起重机箱形支S81一走行装置;2 T驶室;3一转台;4一动臂;5一变幅油缸;6司机室;7一支腿。图 1 Y 建筑塔式起重机3000n nm i*2 20/10I 一大 窣 走 行 大 车 运 行 机 构:一 黑*”一司 机 升 降 电*A 支司机室走台 7一司机室机”椅;9-走 台;10一上主,11一国小车”2一小寄供电量;13一小车罩,14一 大车供电赞,;1 A it 海.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)o 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
3、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G皿。2.总起重量G,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
4、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)o(三)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=G-L。(七)起重倾覆力矩小起重倾覆力矩,是指起吊物品重力G与其至倾覆线距离A的乘积。(A)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No(九)起升高度
5、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)0(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分为轻、中、重、特四级;起重机的利用等级分为U。口十级。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Al As级。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
6、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。(G B
7、 3 8 1 1-8 3 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 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5 0 m时,起升载荷可不计起升钢丝绳的重力。(3)水平惯性载荷P”指运行、回转或变幅机构起(制)动时引起的水平惯性载荷。(-)附加载荷附加载荷指起重机在正常工作状态下结构所
8、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P w.i;(2)有轨起重机偏斜运行时产生的侧向力P s;(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P“0;(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P c;(5)工作状态下结构偶然n J能承受的带刚性起升导架的小车的倾翻水平力
9、P s i,o(四)机构不稳定运行时的冲击动力载荷系数1.起升冲击系数后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,用起升冲击系统外来考虑这种作用的影响。一般 0.9W/W L 12.起升载荷动载系数如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外,来考虑起升载荷的这种动力响应。一般%=L02.03.突然卸载冲击系数仍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小,%按下式计算:/
10、=1-m(1 +/?3)式 中 Am起升质量中突然卸去的那部分质量(kg);m-起升 质 量(kg);A 系数,对抓斗起重机,A=0.5;对电磁起重机,A=l-04.运行冲击系数处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处。有轨运行时,内按下式计算:=l.l+0.058vV/z式 中h轨道接缝处两轨道顶面的高度差(mm);v-运 行 速 度(m/s)o*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
11、I类载荷组合计算。2.考虑基本载荷与附加载荷为第n类载荷组合零件和构件的静强度、整机抗倾覆稳定性按第n类载荷组合计算。止 匕 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in类载荷组合按第ni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。表3-1 4载荷与栽荷组合教 荷载 荷 组 合载 荷 名 移组合I蛆合u组合i nI.1A1,I,n.I I.n.0 1.PG*Pa叽PGm j6 PG丸Pc叱中A PG自重栽荷%Pc起畀冲击系数0%PG外几8尸G一一运
12、行冲击系数仍起升载荷PQ起升载荷动载系数2SPQRPQPq华 钟Q%PQ一突然卸载冲击系数力伊3&一水平惯性栽荷PHPHIP/nHf2PHIP mPH2P mPMI附加载荷工作状态结构和物品承受的风投荷P”,,Pw.PW,IPw.t一一一偏斜运行侧向力Ps一P sPs椅姝a荷非工作状态风羲荷Pw.Pw.o一一一一碰撞载荷PcPc 带刚性导架小车的帧翻水平力ps.一一P$L试验载荷H一,6 P.几表3-1 5龙门起重机载荷组合表计算项目 起 重 机 工 况载荷情况 主 梁支 腿疲 劳 和强度计算强度计算疲劳和强度计算强度计算龙门架平 面支腿平面龙门架平 面支膻平面龙门架或支腿平面大车不动、吊重起
13、升离地大 车不动,小圭运行 至 唐 中鸣 悬 臂 端前动,吊重下降制动,风 向 顺 着大 车 轨 道方向大车运行制动,小车 满 载 在跨 中 或 悬臂 端 下 降制动,风向顺 着 大 车轨道大 车不动,小车运行 至 畤 中或 悬 臂 端制动,吊重下降制动大车运行而动,小车 满 载 位于 跨 内 或师中不动大 车 不动,小车满载 运 行 至跨 中 或 悬臂端制动,吊 直 下 降制动,风向垂 直 于 大车轨道大 车运行制动,小韩需坳不动,吊1:下降制动,风向平行 于 大 车轨道大至不动,空及小生 位 于 跨中 或 悬d端,非工作状 态 风 载荷 顺 大 车轨道为向结构自重载荷Pc6 PG6 PG3
14、 4 PG夕l?G3 4 PGVi PGA PGPG小车自亘载荷GR3 1GMe6 G y*4 GMa iG*夕 4 GxeWIG.P4 GllcG*起升载荷PQSPQSPQ6PQPQ中【PQSPQ大车制动惯性载荷PHPHPHPH小车制动惯性载荷P、PH.PH.PH.工作状态风载荷Pw.iPw.iPw.Pw.t偏斜运行侧向力psPsPs非工作状态风载荷pw,oPw.o碰撞载荷小P c系试验栽荷pt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。*
15、2、低速轴的最大许用扭矩MM 2 (0.70.8)9 M 式中夕 电机最大力矩倍数,-=2.53.8,由电机产品目录中查收;i-减速器传动化一 减速器传动效率=0.90.95M瓶 一 电动机额定力矩(JC=25%时的电动机力矩)NM 额=9550(NM)nN 取JC=25%时,电机的额定功率(kw)n 取JC=25%时,电机的额定转速(min-1)3、低速轴最大径向载荷计算(六)卷筒种类:铸造卷筒、焊接卷筒图2-2 0绳端压板衰2-9卷 皆 与 滑 轮 的 跖、航 值机枸工作锻别AiM、Ma、M)1416Ms18血20M,22.4M.25注:采用不旋转M旌绳时,应按机构工作皴别里育一档的数值。
16、对 于 施 动 式 超 机.可 不 考 由 工 作JR:&i=1 6,无2=18。桥梁,起篁机的平街滑轮直径与D.相同.臂架31起 机则取为0.6&。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h5.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2 3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2
17、 0%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1 4 0 0-1 7 0 0 N/m m 2 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:单绕绳双绕绳(2)根据股中相邻二层钢丝的接触状态分:点接触钢丝绳线接触钢丝绳T 外粗型(
18、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1 8 股绳等。3、钢丝绳的标记老标准钢丝绳 6 X (1 9)-2 1.5 T5 5 0 T-光-G B 1 1 0 2-7 4新标准1 8 N A T 6 (9+9+1)+N F 1 7 0 0 Z Z 1 9 0 1 1 7 G B/T8 9 1 81 8 绳径N A T 光面丝6 -6 股(9+9+1)一 股结构N F 天然芯1 7 7
19、0 抗拉强度(N/m m2)Z 绳右捻Z 一 股右捻1 9 0 破断拉力(K N)1 1 7 每百米长质量(l g/1 0 0 m)说明:(1)尺寸圆形钢丝绳一表示钢丝绳的公称外接园直径。编制钢丝绳一同上(见右图)(2)钢丝绳的表面状态光面钢丝:N A TA级镀锌钢丝:2 A AA B 级镀锌钢丝:2 A BB级镀锌钢丝:2 B B(3)股结构代号外粗型一又称西尔型(S 型):S粗细型一又称瓦林吞型:W密集型一又称填充型:T(4)钢丝绳结构有绳外部外中心标记,按层次逐层标明总股数,其后在括号内标明股的结构;每股的结构由外向中心标志,标明该股的逐层钢丝数。股的每层丝数用“+”号隔开,绳的每层股数
20、也用“+”号隔开,绳芯也用“+”号隔开。如:1 2 (6+1)+6 (6+1)+N F(5)绳芯分类金属芯一有称钢芯,钢丝绳芯的代号为I W R,钢丝股芯的代号为I W S。纤维芯一(天然或合成的)一代号为F C。天然纤维芯一代号为N F o合成纤维芯一代号为S F o(6)抗拉强度钢丝公称抗拉强度R。一用N/nrn?作单位表示(7)捻向根据捻制方向用两个字母(Z 或 S)表示,前一个字母表示绳的捻向,第二个字母股的捻向;字 母“Z”表示右向捻,“S”表示左向捻。(8)钢丝绳最小破断拉力:FoF。一以K N 作单位表示(9)单位长度的质量:M按每1 0 0 m 计算质量,用 k g/1 0 0
21、 m 作单位。(1 0)标准号G B/T8 9 1 84.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,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
22、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d=c4s式 中 C-选择系数(m m/W );S 钢丝绳最大工作静拉力(N)o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。F 2 S K式中:s一钢丝绳最大工作静拉力K 安全系数,按下表选择机构用钢丝绳安全系数机构工作级别Ml M 3M 4M 5M 6M 7M 8安全系数K44.55579其他用途钢丝绳安全系数用 途安 全 系 数支承动臂4安装用2.5缆风绳3.5吊挂和捆绑用6(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)o单层缠绕的卷筒应切
23、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。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,
24、必须不少于2圈。O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。钢丝绳开卷时,应防止打结或扭曲。钢丝绳应保持良好的润滑状态。对一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
25、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(1 0)变形波浪形笼形畸变绳股挤出钢丝挤出绳径局部增大扭结绳径局部减小局部被压扁弯折(1 1)由于热或电弧的作用而引起的损坏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(见表2-6)表 2-6 钢丝绳的检骐部位表钢丝绳日常检验定期检验和特殊检验动起重机起升、变 幅、率引用钢丝绳微速运转
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