Engineering Mechaine (1)- APS

五维生物

2015-10-08

APS, ME

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The chinese vision of Engineering Mechaine (1) for APS

1. 起重机概况和主要参数

起重量、幅度、起升高度、工作速度、生产率、轨距和基距、工作级别、起重机外形尺寸、自重、轮压

1.1 起重量

定义：最大额定起重量，它表示起重机正常工作时所允许起升的最大重物的质量(t)

吊钩：允许吊钩吊起的最大重物的质量
其余：这些吊具的质量应包在内，即为允许起升的最大重物质量与这些吊具的质量之和

$$Q_额＝Q_货＋G_取$$

$Q_货$：正常工作时起吊的最大货载质量
$G_取$：取物装置的质量。指抓斗、电磁吸盘、集装箱吊具质量，而不包括吊钩的质量

$副钩起重量＝（20％～40％）\times主钩起重量$

1.2 幅度

定义：起重机吊具伸出起重机支点以外的水平距离(m)

回转臂架起重机：指回转中心线与吊具中心线间的水平距离
非回转臂架起重机：指臂架下铰点至吊具中心线的水平间距
桥式卸船机：指临水侧轨道中心线至吊具中心线的最大水平间距

1.3 起升高度

定义：起重机能将额定起重量起升的最大垂直距离(m)

在岸上工作的起重机(轮胎起重机、货场上的龙门起重机)：指自地面或轨面升至最高位置的垂直距离。
装卸船舶为主的门座起重机、桥式卸船机等可将吊具降至码头面以下的船舱内：起升高度为在轨面以上的上升高度和在轨面以下的下降深度之和。
浮式起重机：在水面以上的起升高度和在水面以下的下降深度之和，它是计及船倾影响后的实际起升高度。

$$H ＝ H_上＋ H_下$$

$H_上$：上升到最高位置时，钩吊中心（或抓斗底部）至轨面的垂直距离（应保证在洪水位和船舶空载吃水条件下将大包货物起出舱口）
$H_下$：轨面下的下降深度（应保证在枯水位和船舶满载吃水条件下，吊钩能下降至舱底）
使用吊钩时按吊钩中心计算，使用其他吊具时，算至它们的最低点，抓斗按闭合状态最低点计算

1.4 工作速度

1.4.1 起升速度

定义：起重机械起升额定起重量时，货物匀速上升的速度(m/mm， m/min)

1.4.2 变幅速度

定义：起重机吊具从最大幅度至最小幅度沿水平方向运动的平均速度(m/min)

1.4.3 回转速度

定义：回转起重机的转动部分在匀速转动状态下每分钟回转的圈数(r/min)

1.4.4 运行速度

定义：起重机械或起重小车匀速运行时的速度(m/min) ，无轨运行机械称行驶速度(km/h)

1.5 生产率

定义：在单位时间内吊运货物的总吨数，通常用t/h表示

件杂货：$Q ＝ n m_货$ (t/h)
散货 $Q = n V \rho_堆 \Phi$ (t/h)
- n：每小时工作循环次数,
  
  $n = 3600/T $
  - T：一个工作循环的总时间单位：s
    包括该循环中起重机各机构的工作时间和挂、摘钩等辅助时间t辅。
  - $T=\sum t_{工作}+\sum t_{辅助}$
    
    各机构的工作时间∑t只需计算升降、回转时间而不必计算变幅的时间，
    因为变幅是和起升、回转动作同时进行的。起重机各机构是否可以同时
    动作决定于该起重机的性能、司机的操作水平和现场条件。
- m货：每吊货物的平均质量 (t)
- V：抓斗的有效容积（m3）
- $\rho_堆$：散货的堆积密度 (t /m3)，堆积状态下单位体积所有的质量
- $\Phi$：抓斗的填充系数，
  - 对粒状货物取0.8～1.0
  - 对块状货物取0.6～0.9
提高生产率的措施
- 提高起重量或降低抓斗自重
- 增加 n
  - 速度$\uparrow$
  - t起、t制$\downarrow$
  - L$\downarrow$
  - 合并动作
- 推广先进的管理和操作经验
  - 抓货尖
  - t辅 $\downarrow$

1.6 轨距、跨度和基距

轨距：指有轨运行起重机或其小车行走轨道中心线之间的水平距离(m)
基距：沿轨道方向上起重机两支腿中心线的间距(m)

对轮胎起重机:

轮距：左右两组行走轮中心线的间距(m)，分为前轮距和后轮距
轴距：前轮与后轮轴中心线的间距(m)

2. 工作级别划分

起重机整机划分
机构的分级
结构或机械零件的分级

2.1 整机划分

2.1.1 整机的使用等级

设计预期寿命：设计预设的该起重机从开始使用起到最终报废时止能完成的总工作循环数。起重机的一个工作循环是指从起吊一个物品起，到能开始起吊下一个物品时止，包括起重机运行及正常的停歇在内的一个完整的过程。

2.1.2 整机的起升载荷状态级别

指在该起重机的设计预期寿命期限内，它的各个有代表性的起升载荷值的大小及各相对应的起吊次数，与起重机的额定起升载荷值的大小及总的起吊次数的比值情况。

$$K_p=\sum [\frac{C_i}{C_T}(\frac{P_{Qi}}{P_{Qmax}})^m]$$

$K_p$：起重机的载荷谱系数
$C_i$：与起重机各个有代表性的起升载荷相应的工作循环数
$C_T$：起重机总工作循环数
$P_{Qi}$：能表征起重机在预期寿命期内工作任务的各个有代表性的起升载荷
$P_{Qmax}$：起重机的额定起升载荷
$m$：幂指数，为了便于级别的划分，约定取3

2.1.3 起重机整机的工作级别

根据起重机的10个使用等级和4个载荷状态级别，起重机整机的工作级别划分为A1～A8共8个级别

2.2 机构的分级

2.2.1 机构的使用等级

是指设计预设的该机构从开始使用起到预期更换或最终报废为止的总运转时间，它只是该机构实际运转小时数累计之和，而不包括工作中此机构的停歇时间。机构的使用等级是将该机构的总运转时间分成的10个等级，以T0、T1、T2……T9表示。

2.2.2 机构的载荷状态级别

机构的载荷状态级别表明了机构所受载荷的轻重情况

$$K_m=\sum [\frac{t_i}{t_T}(\frac{P_{i}}{P_{max}})^m]$$

$K_m$：机构载荷谱系数
$t_i$：与机构承受各个不同大小等级的载荷的相应时间的分别累计值
$t_T$：机构承受所有不同大小等级的载荷时间的总和
$P_i$：能表征机构在服务期内工作特征的各个不同大小等级的载荷
$P_{max}$：机构承受的最大载荷
m：指数，为了便于级别的划分，约定取＝3

2.2.3 机构工作级别

是将各单个机构分别作为一个整体进行的关于其载荷轻重程度及运转频繁情况总的评价，它并不表示该机构中所有的零部件都有与此相同的受载及运转情况。

根据机构的10个使用等级和4个载荷状态级别，机构单独作为一个整体进行分级的工作级别划分为M1～M8共8级。

2.3 结构件的使用等级

2.3.1 应力循环

结构件或机械零件的一个应力循环是指应力从通过m时起至该应力同方向再
次通过m时为止的一个连续过程。如图所示是包含5个应力循环的时间应力变化
历程。

$\sigma_{sup}$：峰值应力
$\sigma_{sup,max}$：最大峰值应力
$\sigma_{sup,min}$：最小峰值应力
$\sigma_{inf}$：谷值应力
$\sigma_{m}$：总使用时间内所有峰值应力和谷值应力的算术平均值

2.3.2 结构件或机械零件的使用等级

结构件或机械零件的总使用时间：是指设计预设的从开始使用起到该结构件报废或该机械零件更换为止的期间内发生的总的应力循环次数。

2.3.3 结构件或机械零件的应力状态级别

结构件或机械零件的应力状态级别，表明了该结构件或机械零件在总使用期内发生应力的大小及相应的应力循环情况

$$K_s=\sum [\frac{n_i}{n_T}(\frac{\sigma_{i}}{\sigma_{max}})^c]$$

$K_s$：结构件或机械零件的应力谱系数
$n_i$：与结构件或机械零件发生的不同应力相应的应力循环数
$n_T$：结构件或机械零件总的应力循环数
$\sigma_i$：该结构件或机械零件在工作时间内发生的不同应力，并设定：$\sigma_1>\sigma_2\dots>\sigma_n$ 。对机械零件，每一个循环期间内认为发生的应力基本上相等，为 $\sigma_i$，而各个循环之间的应力则可以是不同的
$\sigma_{max}$：为应力中的最大应力
$c$：指数，与有关材料的性能，结构件或机械零件的种类、形状和尺寸，表面粗糙度以及腐蚀程度等有关，由实验得出

3. 载荷

3.1 基本载荷

定义：是指在起重机正常工作时经常发生的载荷，包括在防屈服、防弹性失稳及在有必要时进行的防疲劳失效等验算中，应考虑这类载荷。

3.1.1 自重载荷$P_G$

是指起重机本身的结构、机械设备、电气设备以及在起重
机工作时始终积结在它的某个部件上的物料（如附设在起重机上的漏斗料仓、连续
输送机及在它上面的物料）等质量的重力

3.1.2 起升载荷 $P_Q$

是指起重机实际的起吊作业中每一次吊运的物品质量（有效起重量）和吊具质量总和的重力。额定起升载荷：是指起重机起吊额定起重量时能吊运的物品质量吊具质量总和的重力。其单位为牛顿（N）或千牛（kN）

3.1.3自重振动载荷 $\phi_1P_G$

当物品起升离地时，或将悬吊在空中的部分物品突然卸除时，或悬吊在空中的物品下降制动时，起重机本身（主要是其金属结构）的自重将因出现振动而产生脉冲式增大或减小的动力响应。此自重振动载荷用起升冲击
系数乘以起重机的自重载荷来考虑，为反映此振动载荷范围的上下限，该系数取为两个值：$\phi_1=1\pm\alpha, 0\le\alpha\le0.1$

3.1.4 起升动载荷$\phi_2P_Q$

起升动力效应：当物品无约束地起升离开地面时，物品的惯性力将会使起升载荷出现动载增大
的作用。此起升动力效应用一个大于1的起升动载系数2乘以起升载荷PQ来考虑
起升状态级别：由于起升机构驱动控制型式的不同，物品起升离地时的操作方法会有较大的差异，由
此表现出起升操作的平稳程度和物品起升离地的动力特性也会有很大的不同
起升载荷的动载系数$\phi_2$：起升质量离地起升或下降制动过程中的动载效应

$$\phi_2=\phi_{2min}+\beta_2v_q$$
- $\phi_2$：起升动载系数，由上式计算得出，其最大值对建筑塔式起重机和港口臂架起重机等起升速度很高的起重机不超过2.2，对其他起重机不超过2.0
- $\phi_{2min}$：与起升状态级别相对应的起升动载系数的最小值
- $\beta_2$：按起升状态级别设定的系数
- $v_q$：稳定起升速度，单位为米每秒（m/s）。与起升机构驱动控制型式及
  操作方法有关

3.1.5 突然卸载时的动力效应$\phi_3P_Q$

$$\phi_3=1-\frac{\Delta m}{m}(1+\beta_3)$$

$\delta m$：突然卸除的部分起升质量，单位为千克（kg）；
$m$：总起升质量，单位为千克（kg）；
$\beta_3$：系数，对用抓斗或类似的慢速卸载装置的起重机， =0.5；对用电磁盘或类似的快速卸载装置的起重机， =1.0。

3.1.6 运行冲击载荷$\phi_4(P_G+P_Q)$

$$\phi_4=1.1+0.58v\sqrt{h}$$

3.1.7 变速运动引起的载荷

驱动机构（包括起升驱动机构）加速引起的载荷
水平惯性力
回转惯性力

3.1.8 位移和变形引起的载荷

3.2 偶然载荷

3.2.1 偏斜运行时的水平侧向载荷$P_S$

是指装有车轮的起重机或小车在作稳定状态的纵向运行或横向移动时，发生在它的导向装置（例如导向滚轮或车轮的轮缘）上由于导向的反作用引起的一种偶然出现的载荷。

$$P_s = \frac{1}{2}\sum P\lambda$$

$\sum P$：起重机发生侧向力一侧的经常出现的最不利轮压之和
$\lambda$：侧压系数
L ：起重机跨度
B ：起重机基距

3.2.2 坡道载荷$W_坡$

是指位于斜坡（道、轨）上的起重机自重载荷及其总起升载荷沿斜坡（道、轨）面的分力

3.2.3 风载荷

对于露天工作的起重机应考虑风载荷的作用。假定风载荷是沿起重机最不利的水平方向作用的静力载荷，计算风压值按不同类型起重机及其工作地区选取

3.2.3.1 计算风压$p$

$$p=0.625v_s^2$$

$p$：计算风压，单位为牛每二次方米（N/m2）；
$v_s$：计算风速，单位为米每秒（m/s）。

计算风速为空旷地区离地10m高度处的阵风风速，即3s时距的平均瞬时风速。
工作状态的阵风风速，其值取为10min时距平均风速的1.5 倍。
非工作状态的阵风风速，其值取为10min时距平均风速的1.4倍。

$P_I$是起重机工作状态正常的计算风压，用于选择电动机功率的阻力计算及发热验算
$P_{II}$ 是起重机工作状态最大计算风压，用于计算机构零部件和金属结构强度、结构的刚性及稳定性，验算驱动装置的过载能力以及起重机整机的抗倾覆稳定性、抗风防滑安全性等

3.2.3.2 工作状态风载荷$P_{WI}$、$P_{WII}$

作用在起重机上

$$P_{WI}=Cp_IAsin^2\theta$$

$$P_{WII}=Cp_{II}Asin^2\theta$$
- $P_{WI}$：作用在起重机上的工作状态正常风载荷，单位为牛顿（N）
- $P_{WII}$：作用在起重机上的工作状态最大风载荷，单位为牛顿（N）
- $C$：风力系数
- $p$：工作状态计算风压，单位为牛每二次方米（N/m2 ）
- $A$：起重机构件垂直于风向的实体迎风面积，单位为二次方米（m2），它等于构件迎风面积的外形轮廓面积乘以结构迎风面充实率$\varphi$ ，即 $A=A_0\varphi$
- $\theta$：风向与构件纵轴或构架表面的夹角(θ<90º)，单位为度（º）
作用在起吊物品

$$P_{WQI}=1.2p_IA_Q$$

$$P_{WQII}=1.2p_{II}A_Q$$
- $P_{WQI}$：作用在吊运物品上的工作状态正常风载荷，单位为牛顿（N）
- $P_{WQII}$：作用在吊运物品上的工作状态最大风载荷，单位为牛顿（N）
- $A_Q$：吊运物品的最大迎风面积，单位为二次平方米（m2）。如果起重机是吊运某些特定尺寸和形状的物品，则应根据该物品相应的尺寸和外形确定其迎风面积

起重机结构上总的风载荷为其各组成部分风载荷的总和

3.2.3.3 风力系数$C$

空气动力长细比和构件截面尺寸比等在风力系数计算中的定义

单根构件、单片平面桁架结构

正方形格构式塔架
- 直边型：$C=1.7(1\eta)$
- 圆形型：
  - $Dv_s\le6 m^2/s$，$C=1.2(1+\eta)$
  - $Dv_s\ge6 m^2/s$，$C=1.4$
- 对角线方向作用时，风载荷最大，为正向迎风面风载荷的1.2倍

3.2.3.4 挡风折减系数$\eta$

两片构件的挡风折减

被前片部分遮挡的后片构件的风载荷计算，应考虑前片对后片的挡风折减作用，即用后片的迎风面积乘以挡风折减系数来计算
n片构件的挡风折减

结构纵向的总迎风面积

$$A=(1+\eta+\eta^2+\dots+\eta^{n-1})\varphi A_{01}=\frac{1-\eta^n}{1-\eta}\varphi A_{01}$$
- $\varphi$：第一片结构的迎风面充实率
- $A_{01}$：第一片结构的外形轮廓面积，二次方米（m2）

3.2.4 雪和冰载荷

3.2.5 温度变化引起的载荷

3.3 特殊载荷

非工作状态风载荷$P_{WIII}$：是起重机在不工作时能承受的最大风力作用

$$P_{WIII}=CK_hp_{III}A$$
- $C$：风力系数
- $P_{WIII}$：起重机的非工作状态风载荷，单位为牛顿（N）
- $K_h$：风压高度变化系数
- $p_III$：非工作状态计算风压，单位为牛每二次方米（N/m2）
起重机的碰撞载荷：指同一运行轨道上两相邻起重机之间碰撞或起重机与轨道端部缓冲止挡件碰撞时产生的载荷
- 缓冲器的连接部件上或止挡件上
- 起重机结构
  - 当水平运行速度$v_y\le0.7m/s$，不必考虑此缓冲碰撞力
  - 当水平运行速度$v_y>0.7m/s$时，应考虑以下情况的缓冲碰撞力
- 缓冲器碰撞弹性效应系数
- 在刚性导架中升降的悬挂物品的缓冲碰撞力
倾翻水平力：对带有刚性升降导架的起重机，如果起重机在水平移动时受到水平方向的阻碍与限制，就会产生一个水平方向作用的、引起起重机（大车）或小车倾翻的力
试验载荷
- 静载试验载荷：1.25
- 动载试验载荷：1.1
- 特殊情况
意外停机引起的载荷
机构（或部件）失效引起的载荷
起重机基础受到外部激励引起的载荷
安装、拆卸和运输引起的载荷

3.4 其他载荷

工艺性载荷引起的载荷
走台、平台和其他通道上的载荷

3.5 基本设计方法

3.5.1 许用应力法

定义：“许用应力法”也称为“安全系数法”或“定值法”。即将影响结构设计的诸因素取为定值，采用一个凭经验选定的安全系数来考虑设计诸因素变异的影响，以衡量结构的安全度。

$$\sigma\le[\sigma]$$

目前，只有结构构件或连接的疲劳强度计算采用此方法。

3.5.2 极限状态设计法

半概率极限状态设计法
近似概率极限状态设计法
全概率极限状态设计法

3.5.2.1 载荷情况

A：无风
- A1：起重机在正常工作状态下无约束地起升地面的物品，没有工作状态风载荷及其他气候影响产生的载荷
- A2：起重机在正常工作状态下，突然卸除部分起升载荷，没有工作状态风载荷及其他气候影响产生的载荷
- A3：起重机在正常工作状态下，物品悬挂在空中，没有工作状态风载荷及其他气候影响产生的载荷
- A4：在正常工作状态下，起重机在不平道路或轨道上运行，没有工作状态风载荷及其他气候影响产生的载荷
B：有风
- B1：起重机在正常工作状态下，无约束地起升地面物品，有工作状态风载荷及其他气候影响产生的载荷
- B2：起重机在正常工作状态下，突然卸除部分起升载荷，有工作状态风载荷及其他气候影响产生的载荷
- B3：起重机在正常工作状态下，加速提升已悬挂在空中的物品，有工作状态风载荷及其他气候影响产生的载荷
- B4：在正常工作状态下，起重机在不平道路或轨道上运行，有工作状态风载荷及其他气候影响产生的载荷
- B5：在正常工作状态下，起重机在带坡度的不平的轨道上以恒速偏斜运行，有工作状态风载荷及其他气候影响产生的载荷，无其他机构同时作不稳定运动
C：受到特殊载荷作用的工作情况或非工作情况
- C1——起重机在正常工作状态下，出现无约束地猛烈提升地面物品的特殊情况，且当物品在其离地时达到最大起升速度值的这种突然猛烈离地起升的情况
- C2——起重机在非工作状态下，有非工作状态风载荷及其他气候影响产生的载荷作用
- C3——动载试验状态下，起重机提升动载试验载荷，与载荷组合A1的驱动加速力相组合，并考虑试验状态风载荷
- C4——起重机在带有额定起升载荷的状态下，与出现的缓冲碰撞力相组合
- C5——起重机在带有额定起升载荷的状态下，与出现的倾翻水平力相组合
- C6——起重机在带有额定起升载荷的状态下，与出现的意外停机引起的载荷相组合
- C7——起重机在带有额定起升载荷的状态下，与出现的机构失效引起的载荷相组合
- C8——起重机在带有额定起升载荷的状态下，与出现的基础外部激励引起的载荷相组合
- C9——起重机在安装、拆卸或运输过程中出现的载荷组合
载荷组合表的应用
- 各项载荷的计算
- 载荷组合的选取
- 用许用应力设计法时载荷组合表的应用：许用应力值以材料、零件、部件或连接的规定以
  相应的安全系数n来确定，在一般情况下，当高危险度系数$\gamma_n$取为1时，安全系数也就是载荷组合表中的强度系数 $\gamma_{fi}$
- 用极限状态设计法时载荷组合表的应用：各个计算载荷在进行组合计算前应按各个载荷
  情况的规定分别乘以各自的分项载荷系数$\gamma_{pi}$和高危险度系数$\gamma_n$ ，在一般非高危险情况下，高危险度系数$\gamma_n$取为1，极限设计应力以材料、零件、构件或连接的规定强度R除以抗力系数$\gamma_m$ 来确定，或以其它广义的极限值作为可接受的极限状态控制值
- 关于弹性位移的考核
- 关于疲劳强度验算：劳强度验算应按Al、A2、A3和A4(常规载荷) 等载荷组合考虑
- 危险度系数的应用：高危险度系数$\gamma_n =1.05\sim1.1$
  - 许用应力：安全系数n等于强度系数 $\gamma_{fi}$和高危险度系数$\gamma_n$的乘积
  - 极限状态：各分项载荷应先乘以高危险度系数$\gamma_n$后再进行
    计算与组合。

4. 运行机构

运行机构的作用是使起重机（大车）或起重机小车作水平运动，以达到在水平方向上运移物品（工作性的带载运行）；或调整、变更起重机和起重机小车的工作位置（非工作的空载运行）；同时，通过运行机构，可以将所有作用在起重机或起重小车上的载荷传递给基础建筑

4.1 分类

4.1.1 工作性质分类

工作性运行机构：运移物品（带载），如桥式、门式起重机的小车运行机构
非工作性运行机构：调整、变更工作位置（无载），如门座和装卸桥的大车运行机构

4.1.2 运行型式分类

有轨运行机构：负载能力大，运行阻力小，制造与维护方便，范围有限，常用
无轨运行机构：轮胎、履带等，普通路面行走，调动性好，承载能力小

4.1.3 驱动方式

自行式运行机构：驱动装置在运动部分上靠摩擦力驱动，常用
牵引式运行机构：驱动装置与运动部分分开布置，靠钢丝绳牵引，用于塔式、缆索起重机

4.1.4 驱动方式

集中驱动运行机构：一套驱动和传动装置，用于小车（小跨度）运行机构
分别驱动运行机构：多套驱动和传动装置，多用，用于大车（大跨度）

4.2 组成：运行支承装置

起重机的用途
- 工作性运行机构一般取较高的运行速度，100-350m／min
- 非工作性运行机构取较低的远行速度，一般为20-30m／min
运行距离
- 运行距离长的取较高的运行速度

4.3 设计

根据总体设计要求：

初步确定运行机构的构造型式，包括结构型式、驱动方案、均衡台车支承系统等
运行支承装置设计：

包括均衡梁、台车架、销轴、车轮、轴承的计算及轨道的选舞等
运行驱动装置的设计：

包括运行阻力、电动机或内燃机、减速及传动装置、制动装置的计算及选择等
运行安全与指示装置设计：

包括行程限位器、缓冲器、防风安全装置等的计算与选择等
运行机构设计的原始数据主要包括：
- 起重量、起重机的基本尺寸及其界限尺寸
- 各机构的工作速度和工作级别、支点压力、起重机各部分的重量及其重心位置的初估值
- 起重就各部分迎风面积及其形心位置的初估值
- 起至机的使用要求及其制造、安装、维修条件等

4.4 均衡装置

许用轮压受基础构造的限制，当采用增多车轮数目的方法来降低轮压时，为了使各车轮的轮压均匀，常采用均衡粱的方法（杠杆系统）

4.5 轨道

轨道承受起重机或起重小车的轮压，并将轮压传递到支承的基础上

4.5.1 要求

顶面能承受车轮的挤压
断面具有良好的抗弯强度
底面具有足够的宽度．以减小对基础的比压力
轨道与基础的固定要合理、可靠

4.5.2 结构

顶面：能承受车轮的挤压应力和磨损
底面：具有足够的宽度以减轻对铺设基础的比压力，同时还应考虑轨道的固定
截面：应有良好的抗弯强度

4.5.3 种类

平顶：
- 圆柱踏面的车轮
- 线接触，实际上，有时只接触一点上，产生很大的挤压应力
- 结构刚度较大的场合
凸顶：
- 圆柱或圆锥踏面的车轮
- 点接触
- 寿命长

4.5.4 选用

起重机的运行轨道大量采用铁路钢轨，轨项是凸的
轨道的固定：当起重机工作时，固定的轨道不能有纵向和横向的可能

4.6 车轮

4.6.1 作用

车轮承受着作用于起重机或起重小车上纳所有载荷，并引导起重机沿着轨道运行

4.6.2 材料

4.6.3 种类

轮缘
- 双轮缘车轮：一般起重机大车或大吨位小车使用
- 单轮缘车轮：轮缘在外，在轨距较小，刚性大时使用
- 无轮缘车轮：有导向装置
为了防止脱轨，车轮备有轮缘，其高度约为15～25mm，带有1:5的斜度
提高轮缘寿命的措施是增加轮缘高度

4.6.4 计算

4.6.4.1 计算载荷

车轮以及轨道按最大轮压Pmax（Ⅱ类载荷）进行静强度计算。按等效轮压Pc进行疲劳强度计算（Ⅱ类载荷）

$$P_c=\frac{2P_{max}+P_{min}}{3}$$

4.6.4.2 Pmax与Pmin定义

大车运行机构
- Pmax：小车满载，位于跨度极限位置时所引起的大车车轮上的最大轮压值（N）
- Pmin：小车空载，位于跨中时所引起的大车车轮上的最小轮压值（N）
小车运行机构
- Pmax：小车满载，并考虑小车自重所引起的轮压值（N）
- Pmin：小车空载，只考虑小车自重所引起的轮压值（N）

4.6.4.3 车轮踏面疲劳计算

线接触：$P_c\le k_1D_lEC_1C_2(N)$
点接触：$P_c\le k_2R^2C_1C_2/m^3(N)$
- $k_1$：与材料有关的许用线接触应力常数
- $D_l$：车轮直径
- E：车轮与轨道的有效接触长度
- $C_1$：转速系数
- $C_2$：工作级别系数
- $K_2$：与材料有关的许用点接触应力常数
- R：曲率半径，为车轮的曲率半径与轨道半径中的大者
- r：曲率半径，为车轮的曲率半径与轨道半径中的小者
- m：与半径之比有关的系数

4.6.4.4 车轮踏面最大强度校核

$$P_{j,max}=\varphi_2P_{max}$$

线接触：$\sigma_{x,max}=6000\sqrt{\frac{2P_{j,max}}{bD_l}}\le[\sigma_{x,max}]$
点接触：$\sigma_{d,max}=40000^3\sqrt{P_{j,max}(\frac{2}{D}+\frac{1}{r})^2}\le[\sigma_{d,max}]$
- r／R为其它值时，m值采用内插法求得
- r为二接触曲率半径中的小值

4.7 主动轮数目

部分驱动

1/2驱动：大多数情况
1/4驱动：速度特别低，加速度小

4.8 运行阻力

运行静阻力
- 摩擦阻力
- 坡度阻力
- 风阻力
- （牵引式）：起升和态引钢丝绳张力差所引起的钢丝绳阻力
室内：主要是摩擦阻力
室外：摩擦阻力、坡度阻力和风阻力
牵引式：摩擦阻力、坡度阻力和风阻力、起升和态引钢丝绳张力差所引起的钢丝绳阻力

4.8.1 摩擦阻力

4.8.1.1 车轮轴承的摩擦阻力$W_1$

$$W_1=P\frac{\mu d}{D_l}$$

$P$：车轮轮压
$D_l$：车轮踏面的滚动直径
$d$：车轮轴枢的直径
$\mu$：车轮轴承的摩擦系数
- 滚珠、滚柱：$\mu=0.015$
- 圆锥：$\mu=0.02$
- 滑动：$\mu=0.08\sim0.1$

4.8.1.2 车轮滚动摩擦阻力$W_2 $

$$W_2=P\frac{2f}{D_l}$$

f：滚动摩擦系数

4.8.1.3 总摩擦系数 $W_m$

自重载荷G和额定起升载荷$Q_c$之和，并用附加阻力系数$\beta$来考虑附加摩擦阻力$W_3$，则总的摩擦阻力为

$$W_m=W_1+W_2+W_3=\beta\cdot(G+Q_\varepsilon)\cdot\frac{\mu d+2f}{D_t}$$

$G$：运行部分自重载荷
$Q_c$：额定起升载荷
$\beta$：附加阻力系数

4.8.1.4 运行打滑

起动过程：驱动主动轮$\rightarrow$产生主动摩擦力T（驱动力矩$\uparrow\rightarrow T\uparrow$ $\rightarrow$若$T>\sum阻力\rightarrow$ 起重机运行

$$T_{max}=\phi_粘N_主$$
- $\phi_粘$：粘着系数
- $N_主$：主动轮压之和
若运行阻力>$T_{max}$，打滑
不打滑条件

$$T_{max}=\phi_粘N_主\ge W_{从磨}+W_风+W_坡+W_惯$$
- $W_{从磨}$：从动轮的摩擦阻力，主动轮已克服
- $W_惯=\frac{G+Q_c}{g}\cdot\frac{v_行}{t_起}$
  - $v_行$：运行速度
  - $t_起$：启动时间
  - $W_风$：工作状态最大风阻力

4.8.2 风阻力

$$W_f=\sum CqA(N)$$

$C$：风力系数，依迎风构件的结构构造型式而定
$A$：迎风构件的净迎风面积
$q$：风速压头(N／m2)

4.8.3 坡度阻力

$$W_p=(G+Q_\varepsilon)\alpha$$

$\alpha$：运行轨道的坡度值

4.8.4 钢丝绳阻力

起升绳紧边与松边张力差：$$W_{s1}=\Delta S$$

$$\Delta S=Q\frac{1-\eta}{(1+\eta^m)\eta}(1-\eta^{m+1})$$
- $m$：滑轮组倍率
牵引绳下垂引起的附加阻力：$$W_{s2}=\frac{ql^2}{8h}$$
- $q$：牵引绳单位长度自重载荷（N/m)
- $l$：悬垂的跨长

$$W_s=W_{s1}+W_{s2}$$

4.9 电动机容量选择

4.9.1 据运行静阻力计算电机静功率

$$P_j=\frac{1}{m}\frac{W_rV}{60\times1000\eta}(kw)$$

$m$：驱动电机的总个数
$V$：机构运行速度
$W_r$：起重机稳态运行时的静阻力，一般：$W_r=W_m+W_f+W_p$
$\eta$：运行机构总传动效率

4.9.2 加速阶段消耗功率

$$P_g=\frac{1}{m}[(\sum M\frac{V}{60t_q})\frac{V}{1000\times60}+\frac{Jn^2}{91250t_q}]$$

J：转动惯量
$t_q$：时间

4.9.3 考虑起动和过载发热

$$P_{Jc}=K_dP_j$$

$P_{Jc}$：在相应JC值时电机的额定功率
$K_d$：电机起动时为克服惯性的功率增大系数对于在室外工作的门式起重机的大、小车和装卸桥的大车运行机构$K_d=1.1\sim1.3$，速度高者取大值

初选：$P_{Jc}\ge P_j+P_g=\frac{1}{m}[\frac{W_rV}{60\times1000\eta}+(1.15\sim1.2)\times\frac{\sum M V^2}{3600\times 1000t_q}]$

4.10 减速装置

$$i=\frac{n_d}{n_l}$$

$n_l$：车轮转速
$n_d$：电动机额定转速或电机在静功率时的转速，考虑到运行电机的稳定静功率的工作时间短，电机功率变化很大，故以电机额定转速考虑为佳

4.10.1 工况

设计规范规定：选用和设计减速器时，输入功率应按起动工况确定，即：对于动载荷较大的
机构减速器的选择应该按实际的作用载荷来考虑

4.10.2 减速器的输入功率$P_{js}$

动力矩：

$$P_{js}=\Psi_qP_{Jc}/m$$
- $\Psi_q$：电机平均起动力矩倍数
- $m$：减速器个数
$P_{js}=\frac{1}{m}\frac{(W_r+W_g)V}{60\times 1000\eta}$
- $W_g=(W_G+W_Q)a/g$：运行起动时的惯性力
  - $W_G$：机器自重
  - $W_Q$：货物重力
$P_js=P_静+P_动=\frac{W_rV}{60\times 1000\eta}+\frac{[J]n_d^2}{91250t_q}$

4.10.3 减速器校验

按满载起动工况验算减速器低速轴输出端所承受的最大工作力矩$M_{max}$

$$M_{IImax}\le [M]$$

一般可取$M_{IImax}=2.25M_n$
复校运行速度,误差$\le 10%$

5. 变幅机构

定义：用来改变幅度的机构称

幅度

5.1 基本概念

分类
- 工作性质分
  - 工作性变幅机构
  - 非工作性变幅机构
- 变幅方式
  - 运行小车式
  - 俯仰臂架式
    - 载重水平变幅
    - 臂架自重平衡
- 变幅性能
  - 非平衡（简单）：汽车起重机
    
    不适用于工作变幅
  - 平衡（复杂）：门座起重机
作用
- 通过改变幅度来改变取物装置的工作位置，以实现起重机起重能力的调整，或者提高非工作状态下的起重机通过性能。
- 通过改变幅度来扩大起重机的作业范围，与起升、回转机构协调工作，使取物装置的工作范围形成一环形工作空间，以提高起重机的生产率，改善其工作性能。
组成
- 臂架系统
- 变幅驱动系统

5.2 变幅机构设计

吊重水平位移补偿系统的设计：

确定吊重水平位移补偿系统的型式、臂架系统的型式、主要几何尺寸等
臂架自重平衡系统的设计：

确定臂架自重平衡系统的型式、主要尺寸及平衡对重等
变幅驱动机构的设计：

确定变幅机构布置及结构型式，驱动装置、传动装置、制动装置的选型和计算等
辅助装置的设计：

包括变幅安全装置，指示装置、缓冲装置的选型和计算

5.2.1 吊重水平位移补偿系统

目的：在变幅过程中吊重能沿水平线或接近水平线轨迹移动，以降低能耗，提高操作性能

绳索补偿法
- 滑轮组补偿法
- 导向滑轮补偿法
组合臂架系统
- 四连杆
- 平行四边形
- 曲线象鼻

5.2.1.1 滑轮组补偿法

起升绳总长度不变，而局部长度可变

$H m_q = ( l_1 - l_2 ) m_b$

$m_q$为起升滑轮组倍率
$m_b$为补偿滑轮组倍率
- 优：构造简单、较小的最小幅度
- 缺：绳长、滑轮多
补偿卷筒
- 缺：起升绳的长度大，磨损快；小幅度时物品摆动角度大

作图法
- 已知$R_{max}, R_{min}, H$、初定$L, O, m_q, m_b$，$R_{max}对应\alpha_1=20\sim 40^\circ$，$R_{max}对应\alpha_1=20\sim 40^\circ$
- $\frac{R}{4}$定$A_1, A_2$，做出$S=Qm_b/m_q$和Q合力交汇定$O_1$
- 校验6-10个位置
  
  $$\Delta y=\Delta l m_b-\Delta h m_q<3%R_{max}$$
  
  $$M_{max}\le0.1载重力矩$$

5.2.1.2 导向滑轮补偿法

$$(AB+BC）-（A′B′+B′C）= H$$

优：改善磨损
缺：构造复杂、受弯矩大、大中型

5.2.1.3 四连杆组合臂架

组成：
- 1：象鼻架
- 2：拉杆
- 3：机架
- 4：动臂
原理：象鼻端点画出双叶曲线，中间近似水平线
优缺点：
图解
- 已知$R_{max}, R_{min}, H$，初定O，O至回转中心水平距离$f=0.5\sim3m$
  
  $$H_0 =H-H_1+H_2$$
  - $H_0$：O点至象鼻架端部滑轮中心的高度
  - $H$：起重机轨面（水平面）以上的高度
  - $H_1$：臂架下铰点距轨面的垂直高度
  - $H_2$：取物装置所需空间高度，抓斗吊具应包括抓斗收绳长度
- 求臂架L和象鼻前段$l_1$
  - $m_q=1$
    
    $$S_{max}=R_{max}-f-D/2, S_{min}=R_{min}-f-D/2$$
    - S：臂架下铰点O至象鼻架端点的水平距离
    - D：起升导向滑轮直径
  - $m_q=2$
    
    $$S_{max}=R_{max}-f, S_{min}=R_{min}-f$$
    
    根据象鼻架端点在Rmax、Rmin时位于同一水平线上，确定A1和A2，求解L和l1
  - 取$\varphi_2=95\sim102^\circ, \alpha_2=75\sim82^\circ$,定B2, B1,验证$\alpha_1=40\sim50^\circ, \varphi_1=155\sim170^\circ$,否,取$f, \varphi_2, \alpha_2$
- 象鼻架后段长$l_2=(0.3\sim0.5)l_1$, 取A1、A2、A3，做C1、C2、C3，得O1，一般$A=(0.1\sim0.3)L, B=(0.3\sim0.45)L$
- 校验$\Delta y=0.02(R_{max}-R_{min})$, $M_{max}\le(0.5\sim0.1)$, $\frac{v_{max}}{v_{min}}\le2.6$

5.2.1.4 平行四边形组合臂架

组成：
- 拉杆
- 象鼻梁
- 可移动臂架
- 连杆

5.2.1.5 曲线象鼻梁式

组成：
- 臂架
- 象鼻
- 拉绳

5.2.2 臂架自重平衡系统

5.2.2.1 尾重平衡法

$$G_br_b=G_dr_d$$

优点：结构简单、平衡可靠
缺点：要求重力臂的长度不能太大，目前应用不多

5.2.2.2 杠杆-活对重平衡法

臂架位能的增加值=对重位能的减少值

很难做到全幅度内完全平衡

5.2.2.3 挠性件-曲线导轨活对重法

5.3 非平衡式变幅机构：绳索滑轮组传动

特点：简单、自重轻，适用于流动式起重机
注意：
- 小幅度时的安全问题：防险拉索
- 单向受力,不能用于平衡式变幅臂架

5.4 平衡式变幅机构

5.4.1 齿条传动

电驱$\rightarrow$传动齿轮$\rightarrow$齿条

优点：制造简单、安装方便
缺点：开式传动，磨损大，需防止超越行程

5.4.2 螺杆螺母传动

优点：结构紧凑，传动平稳，适用于大起重量。
缺点：螺杆不能受弯，效率较低，必须注意润滑问题，需防止超行程。滚珠螺杆效率高（0.9～0.96），但对加工要求高

5.5 载荷组合

Ⅰ类组合：正常载荷
- 用于电机功率和发热计算时
  - 对每一幅度，将各种变幅阻力直接相加
  - 对整个变幅过程，由于载荷随幅度而变化，因此仍必须将变幅过程划分成若干区段，求出变幅区段上的变幅时间和变幅阻力，进而求出影响电机发热的齿条等效作用力
- 接触疲劳强度的等效Ⅰ类载荷
Ⅱ类载荷：最大载荷
- 稳定运动时期
- 非稳定运动时期
Ⅲ类载荷：验算载荷

此时按非工作的幅度位置计算，一般取最小幅度位置

5.6 惯性载荷W惯的计算

$$W_惯\Delta l=E-E_0=\frac{2E}{v_条t_a}$$

$\Delta l=\frac{1}{2}v_条t_a$：起动时间$t_a$内齿条行程
$E$：臂架系统(包括货物)稳定运动时的动能
$E_0 = 0$：初始动能

5.7 电机选择

确定JC%、CZ、G
$N_电=GN_{等效}$选择电机，$W_额, n, GD^2$
验算
1. 象鼻梁端部水平移动加速度$\le 0.6 m/s^2$

5.8 制动器选择

6. 起升机构

定义：实现货物升降运动的机构

6.1 基本概念

6.1.1 组成

驱动装置：电机
传动装置：联轴器、减速器、浮动轴
制动装置：制动器
卷绕系统：卷筒组、滑轮组、钢丝绳
取物装置：吊钩组、抓斗、电磁吸盘、夹钳等
安全辅助装置：起升高度限位器(双重保护、双向保护)、起重量限制器、速度限制器、起重量指示器、派绳装置等

6.1.2 工作方式

起升机构、小车牵引机构均设置在机器房内
起升机构和小车运行机构均设置在小车架上

6.1.3 驱动方式

集中驱动
分别驱动

6.1.4 布置形式

电动机、卷筒并列布置
双电机、双卷筒布置
电动机、卷筒同轴线布置
电动机、卷筒垂直布置

6.1.5 减速器

符合起重机工作特点
变化载荷较大
结构紧凑
补偿性和分组性好

采用封闭式的标准两级或三级圆柱齿轮减速器

三支点式减速器

6.1.6 高速轴连接

传动要求
- 转速高，传递扭矩大
- 要具有一定的补偿性能
- 安全可靠
- 体积小，转动惯量小
- 考虑机构良好的传动性能和维修装拆工艺性
电动机型式：三相交流绕线式异步电动机YZR
联轴器：具有调位补偿功能
- 全齿联轴器
- 弹性柱销联轴器
- 梅花弹性联轴器
- 半齿联轴器
浮动轴：在两个半齿联轴器之间没有外支座的中间轴
制动装置：
- 一般都装在高速轴
- 联轴器的一个半体兼作制动轮
- 安装位置：
  - 减速器的另一端
  - 电动机的另一端
  - 浮动轴的另一个联轴器上

6.1.7 低速轴连接

传动要求
- 传递扭矩大，承受径向力大
- 支承可靠，传动平稳
- 结构紧凑，分组性好
- 能补偿两低速轴之间的安装与变形误差
典型方案

6.1.8 电动机
- 电动机的额定功率正比于它的体积与额定转速的乘积
- 安装方式：
  - 卧式
  - 立式
- 工作制
  - 连续工作制
  - 短时工作制
  - 周期性断续工作制
    
    $N_{jc} =N_{25} \sqrt{25\% / JC\%}$

6.2 设计

6.2.1 钢丝绳

$$S_{max}=\frac{P_Q+P_0}{xm\eta_z\eta_d}$$

P0：吊具的自重
x ：绕上卷筒的钢丝绳分支数
$\eta_z , \eta_d$：滑轮组（z）、导向滑轮（d）的效率

绳径

选择系数法：$d\ge C\sqrt{S_{max}}$
安全系数法：$F_o \ge S_{max}[n]$

6.2.2 卷筒

$$n_t=\frac{mv_n}{\pi D_0}$$

$v_n$ ：起升速度（m／min）
$D_0=D+d=hd$：卷筒的卷（缠）绕直径（m）

6.2.3 电动机

起升静功率
稳态功率
初步选用

$P_{JC}\le GP_j$
- $P_{JC}$：在JC值（机构）时的功率（kW）
- G ：稳态负载平均系数，据电机类型和机构和机构JC值按表选用
校核

6.2.4 减速装置

校核

许用功率：$[P_{nj}’]=[P]\frac{n_d}{n_0}\ge P_j$

6.2.5 验算起升速度和实际所需的功率

6.2.6 静力矩的计算

6.2.7 起、制动时间

6.2.8 浮动轴的校核

7. 滑轮组

7.1 滑轮的构造、尺寸、材料、型式、效率

构造：轮毂、轮辐和有绳槽的轮缘
尺寸：滑轮直径D，轮毂宽度B，绳槽尺寸
材料：铸铁、铸钢
型式：铸造、焊接、热轧
效率：
- 僵性阻力：$W_1=\lambda S$
  - 一般$\lambda=0.01$
  - S：钢丝绳绕入边的拉力
- 摩擦阻力：$W_2=\mu\frac{d}{D}N=2\mu\frac{d}{D}Ssin\frac{\theta}{2}$
  - $\mu$：轴承的摩擦系数
  - $d$：轴承的名义直径
  - $D$：滑轮直径
  - $\theta$：钢丝绳的包角
- 总：$W=W_1+W_2=eS$
  - $e$：阻力系数，滚动0.02，滑动0.05
- 滑轮效率：动滑轮>定滑轮
  - 滚动轴承：$\eta=0.98$
  - 滑动轴承：$\eta=0.95$

省力也可以改变用力方向

种类：
- 省力滑轮组（常）和增速滑轮组
- 单联滑轮组和双联滑轮组
倍率

$$m=\frac{重力Q}{理论升力S}=\frac{v_绳}{v_物}$$
效率

$$\eta=\frac{\frac{Q}{m}}{Q\frac{1-\eta}{1-\eta^m}}=\frac{1-\eta^m}{m(1-\eta)}$$

7.2 滑轮组的设计原则

定滑轮和动滑轮数量差不会超过1
数量不相等时，绳子的自由端从多的那一边出来，绳子的固定端挂在少的那一边
奇动偶定；一动配一定，偶数减一定，变向加一定

7.3 起重滑轮组钢丝绳的穿绕方法

单跑头顺穿法：偏歪
双跑头顺穿
小花穿法、大花穿法、环形穿绳法

7.5 计算实例

8. 钢丝绳

8.1 基本

作用：钢丝绳是起重机的重要构件之一，起传递动力的作用
特点：强度高，自重轻，承载能力大，耐冲击，运行平稳，可用
于高速工作
定义：钢丝绳是以优质碳素钢热轧盘条为主要原材料，经过深加工制成绳用钢丝，均匀捻制而成的产品
组成：
- 钢丝
- 绳股
- 绳芯：能够减少股间钢丝的接触应力，缓和弯曲应力，储存润滑油，防止绳内钢丝锈蚀（金属、纤维）
- 绳用油脂
生产过程：拉丝机$\rightarrow$热处理$\rightarrow$热镀锌$\rightarrow$捻股机$\rightarrow$合绳
分类：
- 捻绕次数：单绕绳、双绕绳、三绕绳
- 捻向分类：同向捻钢丝绳、交互捻钢丝绳、混合捻钢丝绳
- 外层绳股的螺纹旋线方向：左捻钢丝绳S、右捻钢丝绳Z
  - 交互捻钢丝绳：结构稳定、不易扭转、松散，多用于竖井提升的钢丝绳罐道，以及斜井提升
  - 同向捻钢丝绳：挠性和寿命都较交互捻绳要好，磨损小、使用寿命长、有断丝时容易发现，但同向捻绳容易松动、旋转，易打结。矿山提升多选用同向捻绳
- 形状分类：圆股绳、异形股绳
- 接触状态：点接触钢丝绳D、线接触钢丝绳、面接触钢丝绳（适用于较大的滚筒直径
- 股的数目：6股绳、8股绳和18股绳

8.2 选择

确定型式
确定绳径

8.3 使用

固定：
受力：
损坏主要原因是：钢丝绳的反复弯曲造成钢丝的疲劳与磨损
延长寿命：
- 提高安全系数
- 增大滑轮和卷筒的直径
- 选择合理的滑轮槽和卷筒槽的尺寸
- 减少钢丝绳的弯曲次数，而且避免反向弯曲
- 定期保养和润滑

8.4 报废

报废标准：
- 钢丝绳被烧坏或断了一股
- 钢丝绳的表面钢丝被腐蚀、腐蚀达到钢丝直径的40%以上
- 受过死角拧扭，部分受压变形
- 钢丝绳在一个捻距中的断丝根数达到下表所列数值时
变形：
- 波浪形
- 笼状畸变
- 绳股挤出
- 钢丝挤出、绳径局部增大、扭结、弯折、局部断丝

9. 卷筒

9.1 卷筒的构造和类型

用途：用以收存钢丝绳，把电机的回转运动变为钢丝绳的直线运动，同时把驱动装置的驱动力传递给钢丝绳
多为圆柱形
由壳体、卷筒轴、齿轮盘接手（或大齿轮）、卷筒毂、轴承体和轴承组成
类型
- 按卷绕层数：单层卷绕卷筒、多层卷绕卷筒（汽车起重机
- 钢丝绳卷入卷筒的情况：单联卷筒和双联卷筒
- 结构：
  - 齿轮联接盘式卷筒组：封闭式、桥式起重机、检修时需沿轴向外移卷筒
  - 周边大齿轮式卷筒组：开式传动、传动速比大、转速低、只承
    受弯矩
  - 短轴式卷筒组：短轴代替整根卷筒长轴
  - 内装行星齿轮式卷筒组
- 加工工艺：铸造卷筒和焊接卷筒（重量轻
Lebus卷筒：
- 交叉越过底层螺旋区段钢丝绳后进入直线区段，可避免相邻绳圈的钢丝绳间的侧向挤压和摩擦，有利于延长钢丝绳的寿命
- 螺旋升角有所限制，因而D0/d绳的比值要比普通多层卷绕光面卷筒大得多
- 每次钢丝绳被抬高都是由于钢丝绳所在的槽宽度从d减小为0.5d
- 每次新的一层钢丝绳被抬高后开始倾斜是由于钢丝绳所在的槽宽度从0.5d减小为0，钢丝绳必须找到离它最近的新槽

9.2 卷筒的主要尺寸计算

卷筒槽底直径：$D \ge(e-1)d$
- e：系数
- D：钢丝绳直径
卷筒长度
- 单层卷绕卷筒
- 双联卷筒
- 多层卷绕卷筒的长度
壁厚
- 初定卷筒壁厚：$\delta=0.02D+(6\sim10)mm$铸钢, $\delta\approx d$铸铁

9.3 钢丝绳在卷筒上的固定

摩擦固定
螺钉和压板固定
楔块固定
尾端固定

9.4 卷筒的稳定性校核

$L\le3D$
L＞3D
D>=1200mm,L>2D

10. 吊钩

10.1 基本

作用：基本取物装置
分类：
- 单钩：制造、使用方便，用于起重量≤75吨
- 双钩：受力有利。用于起重量>75吨
- 制造方法：锻造吊钩与片式吊钩
- 带鼻吊钩和带有闭锁装置的吊钩
材料：20号优质低碳钢、起重量较小采用16Mn、20MnSi和36MnSi

10.2 主要尺寸

钩孔直径D
- 单钩$\approx (30\sim35)\sqrt{Q}mm$
- 双钩$\approx(25\sim30)\sqrt{Q}mm$
$\frac{h}{D}\approx 1.0\sim1.2$
$S\approx0.75D$

10.3 强度计算

10.4 吊钩组

定义：吊钩组是吊钩与起升机构中起升滑轮组的动滑轮的组合体，它由吊钩、吊钩横梁、螺母、夹板、滑轮和滑轮轴等零件组成

种类：短钩型吊钩组、长钩型吊钩组、倍率可变吊钩组
强度：

11. 抓斗

11.1 基本

应用：抓取散装物料
特点：抓取与卸料动作皆由起重机司机操纵
抓斗起重量：$P_Q=P_G+P_{Q1}$
- $P_G$：抓取物料载荷
- $P_{Q1}$：抓斗自重载荷
分类：
- 种类：木材抓斗、矿石抓斗、粮食抓斗、砂抓斗
- 物料的密度：轻型、中型、重型、特重型
- 开闭方式：单绳、双绳、马达
- 颚板：双颚板、多颚板
双绳抓斗工作原理
- 放斗落斗
- 抓料
- 起升运料
双绳抓斗四绳式
构造：头部，撑杆，颚板，横梁及电动葫芦
影响抓斗抓取能力的因素：
- 抓斗自重：头部与撑杆、颚板、加大横梁重量
- 滑轮组的倍率
- 最大开度（两侧+）
- 物料性质
- 颚板形状
  - 圆底：细粒内摩擦系数小
  - 平底：大中块及内摩擦系数大
- 颚板宽度B
- 闭合速度

11.2 设计计算

抓斗自重的确定$G_d= K_1Q$
抓斗自重的分配
颚板宽度
抓斗最大开度

12. 集装箱

12.1 基本

定义：具有足够强度和一定容积、适用多种运输方式、便于货物装卸和整体快速换装的运输设备
构造：梁板结构，顶板、底板和两面侧壁
吊具的分类：
- 结构特点：固定式吊具、组合式吊具（吊梁式、主从式、子母式）、伸缩式吊具、旋转式吊具
- 起吊数量：单箱吊具、双箱吊具
- 驱动方式：液压、电动

12.2 伸缩式吊具的工作装置

吊架结构：吊具的承载构件
伸缩机构：液压缸推动/链条传动，极限位置时有形成开关和挡铁限位

旋锁机构：吊具通过它四个角上的旋锁与集装箱联结，旋锁有两个位置状态
导向装置：
辅助装置：
- 横移装置
- 倾斜装置
- 减摇装置：八绳防摇方式（起升钢丝绳产生的水平分力将抑制吊具的摆动）
- 回转装置

13. 制动

13.1 基本

作用：消耗能量、停止运动、产生阻尼
起重机制动器作用：
- 支撑作用：起升机构静止，变幅机构不动
- 停止作用
- 落重作用：制动力与重力平衡
分类：
- 电气制动：
  - 再生发电制动
  - 反接制动
  - 单相制动：定子绕组接在单相电源/三相电源中的一相断开
  - 能耗制动
- 纯机械制动
  - 构成：抱闸部分、开闸部分
- 组合制动
分类：高速轴、低速轴
分类：减速制动、维持制动、阻尼制动、保护制动