第二章 起重機的結構和性能

1、 第二章第二章 起重機的結構和性能 第一節(jié)第一節(jié) 起重機械的基本參數(shù)及其確定起重機械的基本參數(shù)及其確定 起重機的參數(shù)是表征其技術性能的指標，也是設計和選用起重機的依據(jù)。它主 要包括：起重量、幅度（或外伸距）、起升高度、工作速度、生產(chǎn)率、軌距 （或跨度、輪距）和基距（或軸距）、工作級別、起重機外型尺寸、自重和輪 壓等。 一、起重量 起重量通常是指最大額定起重量，它表示起重機正常工作時所允許起升的最大 重物的質量（t）。 對于使用吊鉤的起重機，它指允許吊鉤吊起的最大重物的質量。對于使用吊 鉤以外各種吊具的起重機，如使用抓頭、電磁吸盤、集裝箱吊具等的起重機， 這些吊具的質量應包在內(nèi)，即為允許起升的最

2、大重物質量與可拆吊具的質量之 和。 對于起重量較大的起重機，通常除主鉤外，還裝設起重能力較小、起升速度較 高的副鉤，副鉤的起重量一般約為主鉤的起重量的20%40%。 輪胎、汽車、履帶等起重機的額定起重量是隨工作幅度不同而變化的，其標定 起重量是指使用支腿且臂架處于最小幅度位置時允許起升的最大質量。 起重量一般由使用部門根據(jù)需要提出。在選定起重量時， 應使其符合我國起重機械列標準和交通行業(yè)標準的規(guī)定， 見表9.1-1。 表表9.1-1 9.1-1 起重機械最大起重量系列（起重機械最大起重量系列（GB783-87GB783-87）（）（t t） 0.1 0.125 0.16 0.2 0.25 0.

3、32 0.4 0.5 0.63 0.8 1 1.25 1.6 2 2.5 3.2 4 5 6.3 8 10 12.5 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 800 1000 口述不同起重量系列的應用范圍 二、幅度（或外伸距 ） 幅度（或外伸距）是指起重機吊具伸出起重機支點以外的水平距離（m），不同形式 的起重機往往采用不同的計算起點。對回轉臂架起重機，其幅度是指回轉中心線 與吊具中心線間的水平距離。 三、起升高度 起升高度是指起重機能將額定起重量起升的最大垂直距離（m）。 四、工作速度 起重機的工作速度包括起升、

4、變幅、回轉、運行四個機構的速度。 五、生產(chǎn)率 起重機的生產(chǎn)率是指在單位時間內(nèi)吊運貨物的總噸數(shù)，通常用t/h表示。它是綜合了 起重量、工作行程和工作速度等基本參數(shù)以及操作技能、作業(yè)組織等因素而表明 起重機工作能力的綜合指標。 要提高起重機的生產(chǎn)率，主要可從以下兩方面著手： 一是提高起重量一是提高起重量，如采用大噸位的起重機或采用輕型吊具，以增大起重機的有效起 重量； 二是增加每小時的工作循環(huán)次數(shù)二是增加每小時的工作循環(huán)次數(shù)，如提高工作機構的速度，縮短起重機吊具運行的 路程，幾個工作機構盡可能同時動作，縮短掛鉤等輔助時間等； 三是總結推廣先進的管理和操作經(jīng)驗三是總結推廣先進的管理和操作經(jīng)驗 。 六

5、、起重機及其機構的工作級別 工作級別是表明起重機及其機構工作繁忙程度和載荷狀態(tài)的參數(shù)。 起重機是間歇動作的機械。工作時，各個機構不但時開時停，而且有時正轉，有時 反轉；有時滿載，有時空載；有時載荷大，有時載荷??；有的起重機日夜三班工 作，有的特殊用途的起重機甚至一年才用一兩次。這些現(xiàn)象都會對起重機的金屬 結構和機構的零部件的疲勞、磨損等產(chǎn)生不同的影響。因此，應根據(jù)不同情況對 起重機及其機構劃分為不同的工作級別，目的是為合理地設計、制造和選用起重 機及其零部件提供一個統(tǒng)一的基礎。 根據(jù)我國起重機設計規(guī)范（GB3811-83），起重機及其機構的工作級別是按它們的利 用等級和載荷狀態(tài)來劃分的。利用等

6、級反映工作的繁忙程度，起重機按其設計使 用期內(nèi)總的工作循環(huán)次數(shù)分等級，各機構按其使用期內(nèi)運轉總時數(shù)分等級。起重 機及其機構的載荷狀態(tài)表明它們經(jīng)常受載的輕重程度，均分為輕、中、重、特重 四級。根據(jù)起重機或機構的利用等級和載荷狀態(tài)，把起重機的工作級別分A1至A8 共八個級別，各機構則分為M1至M8各八個工作級別。例如13級是指不經(jīng)常使用 的或經(jīng)常輕閑地使用的級別，而78級則表示繁忙地使用或者利用等級中等但載 荷狀態(tài)為重或特重的情況。 第二節(jié)第二節(jié) 起重機械零部件及主要機構起重機械零部件及主要機構 一起重機械零部件一起重機械零部件 1.鋼絲繩 鋼絲繩是廣泛應用于起重機中的撓性構件，具有承載力大、卷繞

7、性好、運動平穩(wěn)無 噪音、工作可靠等優(yōu)點。 (1).結構形式的選擇 起重機鋼絲繩通常采用雙重繞繩：先由鋼絲捻繞成繩股，再由繩股繞繩芯捻繞成鋼先由鋼絲捻繞成繩股，再由繩股繞繩芯捻繞成鋼 絲繩絲繩 (圖9.2-1)。鋼絲抗拉強度極限可達1.4- 2Gpa,其中1.7、1.85GPa 較常用。 鋼絲按力學性能分為特號、號、號三種。特號韌性最好，用于載人的升降機， 號韌性較好，用于一般起重機，號成本較低，用做捆扎繩。鋼絲表面分鍍鋅 和光面兩種，前者防腐性能好，但由于鍍鋅的影響，破斷拉力和撓性有所降低。 鋼絲繩分類鋼絲繩分類 鋼絲繩的捻繞方向根據(jù)其外層繩股的螺旋線方向分為右旋繩和左旋繩，一般無特殊 要求，

8、多采用右旋繩。鋼絲捻成繩股與繩股捻成繩方向相同為順捻，鋼絲捻成繩 股與繩股捻成繩方向相反為交捻（圖9.2-2）。交捻不會松散，制造方便，起升機 構常采用交捻;順捻撓性好和壽命長。 鋼絲繩按鋼絲與鋼絲之間的接觸形式分為點接觸、線接觸和面接觸。點接觸鋼絲繩 鋼絲易滑動，接觸應力大，影響使用壽命，但制造成本低，線接觸鋼絲繩鋼絲之 間接觸良好，使用壽命約為點接觸鋼絲繩2倍，故起升機構應優(yōu)先采用線接觸鋼絲 繩。 (2).鋼絲繩直徑的計算與選擇 鋼絲繩直徑可由鋼絲繩最大工作靜拉力確定： 式中：d鋼絲繩最小直徑，mm； c選擇系數(shù)，mm/；表9.2-1 Smax鋼絲繩最大工作靜拉力，N。 對單聯(lián)滑輪組： S

9、max=Q/m組 對雙聯(lián)滑輪組： Smax=Q/2m組 (3)鋼絲繩的標記 確定鋼絲繩的形式和所需鋼絲繩的最小直徑后，可在圓股鋼絲繩國家標準GB1102- 88中選定所需鋼絲繩型號。鋼絲繩型號中應包括結構形式、主參數(shù)、鋼絲繩質量 和捻制方法。具體標記見下例所示： 6W（19）-35-155-光-右交- GB1102-88 這種型號標記的鋼絲繩表示：6股,每股19絲,直徑為35mm,公稱抗拉強度為1.55GPa， 號光面制成的，右向交繞的瓦靈吞型鋼絲繩，瓦靈吞型是一種線接觸鋼絲 繩。 max scd 返回 表表 9.29.2- -1 1 鋼絲繩選擇系數(shù) c 和安全系數(shù) n 選擇系數(shù) c 值 鋼絲

10、公稱抗拉強度 b ,N/mm 2 機構工作級別 1550 1700 1850 安全系數(shù) n M1M3 0.093 0.089 0.085 4 M4 0.099 0.095 0.091 4.5 M5 0.104 0.100 0.096 5 M6 0.114 0.109 0.106 6 M7 0.123 0.118 0.113 7 M8 0.140 0.134 0.128 9 2. 滑輪組 滑輪組是起重機械的一個重要的部件，在起升機構里大量采用?；喗M是由鋼絲繩 依次繞過定滑輪和動滑輪組成的一種聯(lián)合裝置。具有省力和增速的作用具有省力和增速的作用。滑輪組 按作用分省力滑輪組和增速滑輪組兩種（圖9.2

11、.3）。增速滑輪組主要用于液壓或 氣力機構中，利用油或氣缸工作裝置獲得數(shù)倍于活塞行程的速度，如輪式起重機 的吊臂伸縮機構。省力滑輪組用于起重機械的起升機構上，該種滑輪組以較少的 力能吊起較大的重物。省力的大小，用滑輪組的倍率m表示?；喗M的倍率m在數(shù) 值上等于滑輪組承載分支數(shù)與繞進卷筒上驅動分支數(shù)之比。倍率m的大小可用公式 表示： m=Q/S=L/H=v0/v 式中： Q被吊起物品的重量； S-鋼絲繩自由端拉力 L-鋼絲繩自由端移動的距離 H-物品提升距離 v0 -鋼絲繩線速度 v-物品的提升速度 下圖何為省力滑輪組?何為增速滑輪組?倍率=? 滑道 起重量小時，選用小的倍率，隨著起重量增大，倍

12、率相應提高。倍率增大，起升速 度相應減少。流動式起重機常用的單聯(lián)滑輪組倍率數(shù)見下表 二二、起重機主要起重機主要機構機構 1.1. 起升機構 起升機構是起升貨物并使它產(chǎn)生升降運動的機構，它是起重機最主要和最基本的機 構，沒有起升機構就不能稱其為起重機。起升機構依動力裝置的不同可分為三種： （1）內(nèi)燃機經(jīng)機械傳動裝置帶動起升卷筒轉動.目前只在少數(shù)履帶起重機和輪胎 式起重機上應用；（2）電動機經(jīng)機械傳動裝置帶動起升卷筒轉動，簡稱電動起 升機構，它屬于分別驅動，傳動裝置簡單，可以采用標準件，在橋式起重機、龍 門起重機和塔式起重機上廣泛應用;（3）由油馬達經(jīng)機械傳動裝置或直接驅動卷 筒，簡稱液壓起升機構

13、，它屬于分別驅動，具有結構簡單，外形尺寸緊湊，重量 輕等優(yōu)點，在汽車起重機和輪胎起重機上得到廣泛應用。下面主要介紹后兩種起 升機構。 額額 定定 起起 重重 量量 3 3 5 5 8 8 1 12 2 1 16 6 2 25 5 4 40 0 6 65 5 1 10 00 0 倍倍 率率 2 2 3 3 4 4 6 6 6 6 6 6 8 8 8 8 1 10 0 1 10 0 1 12 2 1 16 6 1 16 6 2 20 0 (1). 電動起升機構 參見圖9.2.5電動起升機構簡圖，電動機經(jīng)過減速器減速后驅動卷筒旋轉，使鋼繩繞 進卷筒或由卷筒放出，從而使吊鉤升降。卷筒的正反向轉動是通過

14、改變電動機的 轉向來達到的；而機構運動的停止或使貨物保持在懸吊狀態(tài)是依靠制動器抱住制 動輪來實現(xiàn)的。制動器通常裝在高速軸上，這樣所需要的制動力矩小，因而制動 器的尺寸小、重量輕. 電動起升機構的動力裝置是電動機，通常采用交流電動機，也有用直流電動機。按 照取物裝置的不同可分為吊鉤起升機構、電磁吸盤起升機構和抓斗起升機構。 電動機與卷筒并列布置是大多數(shù)吊鉤起重機常用的起升機構的形式，電動機通過二 級標準減速器帶動卷筒轉動；對于大起重量的起重機，為了實現(xiàn)低速起升以及增 大電動機與卷筒之間的距離，除采用標準兩級臥式減速器外，再采用一對傳動比 為35的開式齒輪傳動。并列式起升機構分組性好，宜先用標準件

15、，機構布置勻 稱，安裝維修方便，因而得到廣泛應用。 (2). 液壓起升機構 液壓起升機構主要應用于汽車起重機和輪胎起重機。按照液壓驅動裝置的類型可分 為：高速油馬達、低速大扭矩油馬達和起升油缸式起升機構三種。 a. 高速油馬達起升機構: 高速油馬達比較成熟，得到廣泛的應用。采用高速油馬達作 驅動裝置的起升機構可分為單卷筒式和雙卷筒式兩種。 單卷筒式起升機構按卷筒與油馬達相對位置可分為并列式與同軸式兩種。并列式布 置的起升機構是目前中小噸位輪胎式起重機最常用的，其簡圖參見9.2.6a所示。 高速油馬達1經(jīng)二級標準減速器3帶動卷筒4轉動。制動器2裝在高速軸上，這樣需 要的制動力矩小，制動器外形尺寸

16、小。這種形式的起升機構，其優(yōu)點是分組性好， 可以采用標準件，維修方便；缺點是機構布置不夠緊湊，特別是在起重量大的情 況尤為突出，因之適用于中小噸位的起重機。 雙卷筒式應用在大中型輪胎式起重機上，一般除裝設主起升機構外，還裝有副起升 機構。當?shù)踺p貨和起升高度比較大時，可用起升速度較高的副起升機構，以提高 生產(chǎn)率。按照主副起升機構兩個卷筒的驅動方式可分為分別驅動和集中驅動,參見參見 圖圖9.2.7，前者選用兩套獨立的單卷筒式起升機構組成主副起升機構，優(yōu)點是構造 簡單，缺點是成本高，機構不夠緊湊；后者由一個油馬達驅動兩個卷筒，在兩個 卷筒上分別裝有各自的離合器和制動器，以保證兩個卷筒獨立的工作。優(yōu)點

17、是成 本低、結構緊湊，可實現(xiàn)重力下降；缺點是結構比較復雜。這種型式的起升機構， 目前在輪胎式起重機上的應用較多。 b.低速油馬達式起升機構:低速大扭矩油馬達的特點是轉速低、輸出扭矩大，這對低 速重載的起重機械是非常需要的。有這類油馬達就可以將油馬達直接與卷筒聯(lián)接， 一般不需要減速裝置，從而簡化了機構的傳動裝置和結構。低速大扭矩油馬達與 同功率的減速器相比，體積和重量小得多，這種優(yōu)點當輸出扭矩越大時越明顯。 因此，低速大扭矩油馬達宜用于大中型的起重機。 2. 回轉機構 回轉機構的作用是將起吊的貨物繞起重機垂直軸線作水平圓弧移動?；剞D機構由回 轉驅動裝置支承和回轉裝置兩大部分組成。 (1). 回轉

18、驅動裝置 電動回轉裝置 通常裝在回轉部分上，電動機經(jīng)過減速器帶動最后一級小齒輪，小齒輪與裝在固 定部分的大齒圈嚙合，以實現(xiàn)起重機回轉。 液壓回轉驅動裝置 a. 高速油馬達回轉機構 在液壓回轉驅動裝置傳動方案中，高速油馬達驅動方式在傳動形式上與電動機驅動 基本相同這兩種型式的回轉機構在汽車起重機和輪胎起重機中應用很廣。 b.低速大扭矩油馬達回轉機構 低速大扭矩油馬達的轉速在每分鐘0100轉范圍內(nèi)，因此，可以直接在油馬達軸上 安裝旋轉機構的小齒輪。該型式在一些小噸位汽車起重機上應用，有的不裝制動 器，也可在油馬達輸出軸上加裝制動器 (2). 回轉支承裝置 支承旋轉裝置的作用是保證起重機旋轉部分有確

19、定的旋轉運動，并能承受起重機旋 轉部分作用于它的垂直力、水平力和傾覆力矩。就其構造式來說可分為柱式與轉 盤式兩類。 3. 變幅機構 用來改變起重機幅度的機構稱為變幅機構。利用變幅機構可以擴大起重機的作業(yè)范 圍，當變幅機構和旋轉機構協(xié)同工作時，起重機的作業(yè)范圍是一個環(huán)形空間。 變幅機構按照結構型式可分運行小車式和臂架式；按照傳動裝置構造分撓性傳動和 剛性傳動。 .運行小車式 運行小車式變幅是指小車沿著臂架方向運行以改變起重機幅度的方式。工作臂架置 于水平位置，運行小車沿著臂架方向移動改變幅度,如塔吊。 運行小車式變幅的優(yōu)點是變幅時重物作水平移動，這樣可節(jié)省由于變幅時重物高度 變化而消耗的能量。變

20、幅速度較快，重物安裝時位置較易對準，幅度有效利用率 較大。其缺點是臂架承受較大的彎矩，因而結構自重較大。 臂架式變幅是指臂架繞支點擺動一定角度或借助臂架伸縮以改變起重機的幅度。 一般在汽車式、輪胎式等流動起重機中采用 臂架式變幅的優(yōu)點是起升高度較大，拆裝運輸方便。但幅度的利用率較低，變幅速 度不均勻，在變幅時要達到重物水平移動，需要采取復雜的構造措施。 4. 制動器 為保證起重機工作的安全和可靠，在起升機構中必須裝設制動器，而在其他機構中 視工作要求也要裝設制動器。如起升機構中的制動器使重物的升降運動停止并使 重物保持在空中，或者用制動器來調(diào)節(jié)重物的下降速度。而在回轉和行走機構中 則可用制動器

21、以保證在一定行程內(nèi)停住機構。制動器的主要作用有：a支持制動， 當重物的起升和下降動作完畢后，使重物保持不動；b停止制動，消耗運動部分 的動能，使其減速直至停止；c下降制動，消耗下降重物的位能以調(diào)節(jié)重物下降速 度。 (1)制動器的種類及其比較 制動器按其工作狀態(tài)可分為：（1）常閉式；（2）常開式；（3）綜合式。 常閉式制動器經(jīng)常處于上閘狀態(tài)，機構工作時，借外力使制動器松閘。 常開式制動器經(jīng)常處于松閘狀態(tài)，當需要制動時借外力使制動器上閘制動。 綜合式制動器在起重機通電工作過程中常開，可通過操縱系統(tǒng)隨意進行制動。起重 機不工作時，切斷電源，制動器上閘成為常閉。 一般在起升和變幅機構中采用常閉式制動器

22、以保證工作安全可靠。而回轉和行走機 構中則多采用常開式或綜合式制動器以達到工作平穩(wěn)。 制動器按其構造形式可分為：（1）帶式制動器；（2）塊式制動器；（3）盤式制動 器等。 參見圖9.2.4 帶式制動器為常閉式制動器,由彈簧通過制動帶壓緊制動輪實現(xiàn)制動。結構簡單、緊 湊，制動力矩較大，可以安裝在低速軸上并使起重機的機構布置得很緊湊，在輪 胎式起重機中應用較多。其缺點是制動時制動輪軸上產(chǎn)生較大的彎曲載荷，制動 帶磨損不均勻。 塊式制動器構造簡單，工作可靠，兩個對稱的瓦塊摩損均勻，制動力矩大小與旋轉 方向無關，制動輪軸不受彎曲作用。但制動力矩較小，宜安裝在高速軸上，與帶 式相比構造尺寸較大。在電動的

23、起重機械，特別塔式起重機中應用較普遍。 盤式制動器的上閘力為軸向壓力，制動平穩(wěn)，制動輪軸不受彎曲作用，可用較小的 軸向壓力產(chǎn)生較大的制動力矩。 第三節(jié)第三節(jié) 典型工程起重機械結構典型工程起重機械結構 工程起重機是各種工程建設中進行起重作業(yè)的各種機械的總稱。它對減輕勞動強度， 節(jié)省人力，降低建設成本，提高施工質量，加快建設速度，實現(xiàn)工程施工機械化 起著十分重要的作用。 工程起重機主要包括汽車起重機、輪胎起重機履帶式起重機、塔式起重機、桅桿式 起重機、纜索式起重機以及施工升降機等。它適用于各類建筑和工業(yè)設備安裝等 工程中的結構與設備的安裝工作以及成件和貴重物品的垂直運輸與裝卸工作。它 也廣泛應用于

24、交通、農(nóng)業(yè)、油田、水電和軍工等部門的裝卸與安裝工作。 下面就工程起重機中常用的、主要的機種汽車和輪胎式起重機、塔式起重機和 履帶式起重機的主要特點、工作原理與設計計算的原則作一概要介紹。 一、汽車和輪胎式起重機 汽車和輪胎式起重機既是工程起重機的主要品種，又是一種使用范圍廣、作業(yè)適應 性大的通用型起重機。輪胎式起重機又分為汽車式起重機和輪胎起重機兩種類型。 1.汽車和輪胎起重機 通常習慣上把裝在通用或專用載重汽車底盤上的起重機稱為汽車起重機. 由于汽車式起重機是利用汽車底盤，所以具有汽車的行駛通過性能，機動靈 活，行駛速度高，可快速轉移，轉移到作業(yè)場地能迅速投入工作，因此特別適用 于流動性大，

25、不固定的作業(yè)場所。此外在現(xiàn)成的汽車底盤上改裝成起重機比較容 易和經(jīng)濟。汽車起重機由于具有上述這些特點，因而隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展， 近年來各國汽車起重機的品種和產(chǎn)量都有很大發(fā)展。但汽車起重機也有其弱點， 主要是起重機總體布置受汽車底盤的限制，一般車身都較長，轉彎半徑大，并且 只能在起重機左右兩側和后方作業(yè)。 2.輪胎起重機 將起重作業(yè)部分裝在專門設計的自行輪胎底盤上所組成的起重機稱為輪胎起重機。 輪胎起重機因為不受汽車底盤的限制。軸距、輪距可根據(jù)起重機總體設計的要求 而合理布置。輪胎起重機一般輪距較寬，穩(wěn)定性好；軸距小，車身短，故轉彎半 徑小，適用于狹窄的作業(yè)場所。輪胎起重機可前后左右四面作業(yè)

26、，在平坦的地面 上可不用支腿吊重以及吊重慢速行駛。一般說來，輪胎起重機行駛速度與汽車起 重機慢，其機動性不及汽車起重機。但它與履帶式起重機相比，具有便于轉移和 在城市道路上通過的性能。 二、履帶式起重機 把起重作業(yè)部分裝設在履帶底盤上，行走依靠履帶裝置的起重機稱為履帶式起重機。 履帶式起重機與輪胎式起重機相比，因履帶與地面接觸面積大，故對地面的平均比 壓小，約為0.050.25MPa，可在松軟、泥濘地面作業(yè)。它牽引系數(shù)高，約為輪胎 式的1.5倍，爬坡度大，可在崎嶇不平的場地上行駛。由于履帶式起重機支承面寬 大，故穩(wěn)定性好，一般不需要象輪胎式起重機那樣設置支腿裝置。 履帶式起重機行駛速度慢（15

27、km/h），而且行駛過程要損壞路面。因此，轉移 作業(yè)時，需通過鐵路運輸或用平板拖車裝運。又因履帶底盤笨重，用鋼量大（一 臺同功率的履帶式起重機比輪胎式重50%100%），制造成本高。 三、塔式起重機 塔式起重機是各種工程建設，特別是現(xiàn)代化工業(yè)與民用建筑中主要施工機械。 建筑塔機新產(chǎn)品的突出特點是： a經(jīng)濟城市塔機向大中型發(fā)展 德國LIEBHERR推出EC-H系列，起重能力在1120kNm以 上，同早期生產(chǎn)的400650kNm級城市塔機相比，安裝時間進一步縮短，維修保 養(yǎng)更加簡化，采用一些高技術，產(chǎn)品價格亦有所降低。 b大中型塔機吊臂幅度向更長的臂架發(fā)展 德國WOLFF廠生產(chǎn)的23002700kNm級城 市塔機中，9025FL型塔機的小車變幅臂架長達90m。 (1)塔機分類 塔機按回轉部位分為上回轉塔機（圖9.3.3a）和下回轉塔機（圖9.3.3b）兩大類。 下回轉走行式快裝塔機的特點是：容易拆卸，轉場快速，在現(xiàn)場里占用施工場地極 少。但是這種塔機的起重能力有限制。 上回轉塔機的回轉機構位于塔頂或塔尖（塔機頭部）與塔身頂部之間，僅塔頂部分 能轉動，塔身固定不動。這種塔機起重能力比較大，起升高