第一章起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)研發(fā)設(shè)計計算基礎(chǔ)

1、第一篇起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計計算基礎(chǔ)第一章概論第一節(jié) 起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的作用和發(fā)展過程由金屬材料軋制成的型鋼（角鋼、槽鋼、工字綱、鋼管等）及鋼板作為基本 元件，彼此按一定的規(guī)律用焊接的方法連接起來，制成基本構(gòu)件后，再用焊接或螺栓將基本構(gòu)件連接成能夠承受外加載荷的結(jié)構(gòu)物稱為金屬結(jié)構(gòu)。例如常見龍門起重機(jī)的上部主梁和支腿、輪式起重機(jī)的動臂和底架等。矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的作用是作為機(jī)械的骨架，承受和傳遞起重運(yùn)輸機(jī)所負(fù) 擔(dān)的載重及其自身的重量。圖1-1所示的雙梁箱形龍門起重機(jī)，吊重 Q通過起 重小車1的運(yùn)行輪傳給上部主梁2,上部主梁2又傳給支腿3,最終通過大車運(yùn) 行軌道傳給基礎(chǔ) 。

2、 聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。圖1-1雙梁箱形龍門起重機(jī)1-起重小車；2-上部主梁；3-支腿。金屬結(jié)構(gòu)是起重運(yùn)輸機(jī)的主要組成部分。不少起重機(jī)就是以金屬結(jié)構(gòu)的外形 而命名的，如橋式起重機(jī)、龍門起重機(jī)、門座起重機(jī)、塔式起重機(jī)、桅桿起重機(jī) 等。 殘騖樓諍錈瀨濟(jì)溆塹籟。起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)是出現(xiàn)較晚的一種結(jié)構(gòu)。直到十九世紀(jì)后期，由于鋼鐵 工業(yè)的發(fā)展，機(jī)器制造業(yè)的進(jìn)一步完善，金屬結(jié)構(gòu)才得以迅速發(fā)展。最早的起重 機(jī)是木制的，1880年德國制成了世界上第一臺電力拖動的鋼制橋式起重機(jī)。爾 后，歐美一些國家相繼生產(chǎn)出由金屬材料制成的橋式起重機(jī)和其它類型的起重 機(jī)，其中包括低合金和鋁合金結(jié)構(gòu)的起重機(jī)。 當(dāng)時的起重機(jī)金屬結(jié)

3、構(gòu)全部是鉚接 結(jié)構(gòu) 。 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。二十世紀(jì)以來，由于鋼鐵、機(jī)械制造業(yè)和鐵路、港口及交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展， 促進(jìn)了起重運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展。 對起重運(yùn)輸機(jī)械的性能也提出了更高的要求。 現(xiàn)代 起重運(yùn)輸機(jī)械擔(dān)當(dāng)著繁重的物料搬運(yùn)任務(wù)， 是工廠、 鐵路、港口及其它部門實現(xiàn) 物料搬運(yùn)機(jī)械化的關(guān)鍵。 因而起重運(yùn)輸機(jī)械的金屬結(jié)構(gòu)都用優(yōu)質(zhì)鋼材制造， 并用 焊接代替鉚接連接，不僅簡化了結(jié)構(gòu)，縮短了工期，而且大大地減輕了自重，焊 接結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代金屬結(jié)構(gòu)的特征 。 彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡。我國是應(yīng)用起重機(jī)械最早的國家之一，古代我們祖先采用杠桿及轆轤取水， 就是用起重設(shè)備節(jié)省人力的例子。因是人力驅(qū)動，故起重能力小，且效率

4、很低。 幾千年的封建統(tǒng)治年代， 工業(yè)得不到發(fā)展， 從而使起重運(yùn)輸設(shè)備及其金屬結(jié)構(gòu)的 發(fā)展緩慢， 阻礙了金屬結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用。 解放以前，我國自行設(shè)計制造的起重機(jī) 金屬結(jié)構(gòu)很少， 絕大多數(shù)起重運(yùn)輸設(shè)備依靠進(jìn)口。 鐵路貨物的裝、 卸則以人力為 主。解放初期各主要鐵路站場連一臺像樣的起重運(yùn)輸機(jī)都沒有， 當(dāng)時的機(jī)械化水 平就可想而知了 。 謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。解放以后，隨著冶金、鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，起重運(yùn)輸機(jī)械獲得了飛速的發(fā)展， 金國剛解放就建立了全國最大的大連起重機(jī)器廠， 1949年 10月，在該廠試制成 功我國第一臺起重量為 50 噸、跨度為 22.5m 的橋式起重機(jī)。為培養(yǎng)起重運(yùn)輸機(jī) 械專業(yè)的專門人

5、材， 在上海交通大學(xué)等多所高等工業(yè)學(xué)校中， 創(chuàng)辦了起重運(yùn)輸機(jī) 械專業(yè)。鐵路系統(tǒng)為適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要， 提高裝卸效率， 也在唐山鐵道學(xué)院 （現(xiàn)為西南交通大學(xué)） 辦起了鐵路裝卸機(jī)械專業(yè)， 培養(yǎng)專門從事鐵路裝卸機(jī)械設(shè) 計和研究的技術(shù)人材。 廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。圖1-2 20/10噸單主梁C形龍門起重機(jī)1-大車走行基礎(chǔ)；2-大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)；3-抓斗；4-司機(jī)升降電梯；5-支腿；6-司機(jī)室走臺；7-司機(jī)室；8-司機(jī)座椅；9-走臺；10-上部主梁；11- 起重小車；12-小車供電裝置；13-小車罩；14-大車供電裝置；15-地溝煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚。J Y力 Him圖1-3100/20噸雙梁O形龍門起重

6、機(jī)1-大車走行基礎(chǔ)；2-地溝供電滑車；3-端部走臺；4-小車供電裝置；5-欄桿；6-上部主梁，7-小車罩；8-載重小車；9-電梯升降機(jī)構(gòu)；10-小車供 電支架；11-端梁；12-上曲腿；13-扶梯；14-直腿；15-下曲腿；16-大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)；17-電梯吊籠；18-爬梯；19-司機(jī)室；20-司機(jī)座椅。鵝婭盡損鶴 慘歷蘢鴛賴。到目前為止，我國通用橋式類型起重機(jī)和工程起重機(jī) （汽車起重機(jī)、輪胎起 重機(jī)、塔式起重機(jī)）已從過去的仿制過渡到了自行設(shè)計制造的階段。有些機(jī)種和產(chǎn)品，無論從結(jié)構(gòu)形式，還是性能指標(biāo)都達(dá)到了較高水平。1973年西南交通大學(xué)和天津鐵路分局共同研制的單主梁C形龍門起重機(jī)（圖1-2）和1

7、975年共同研制的0形雙梁龍門起重機(jī)（圖1-3），由于它們具有腿下凈空大、司機(jī)視野好、 貨物過腿容易、外形美觀等優(yōu)點，深受用戶觀迎，并獲很快推廣。國內(nèi)許多廠家 已能設(shè)計制造各種參數(shù)的建筑用塔式起重機(jī)（圖1-4），不僅能滿足國內(nèi)需要，還有少量出口 o 籟叢媽羥為贍債蟶練淨(jìng)。近幾年以來，輪式起重機(jī)的發(fā)展極為迅速，不少產(chǎn)品已經(jīng)系列化。其中以中、 小噸位的汽車起重機(jī)最引人注目。 大噸位的輪式起重機(jī)，近年來發(fā)展也很快，圖 1-5為長江起重機(jī)廠設(shè)計制造的125噸汽車起重機(jī)。鉉儐歲齦訝驊糴。圖1-4建筑塔式起重機(jī)I1zziHML預(yù)頌圣圖1-5125噸汽車起重機(jī)西南交通大學(xué)與山海關(guān)橋梁廠、蘭州機(jī)車廠共同研制了

8、 100噸定長臂及伸縮 臂式鐵路起重機(jī)；與武漢橋機(jī)廠共同研制了 160噸定長臂及伸縮臂式鐵路起重 札如圖1-6、1-7所示，其各項性能指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。 滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦。圖1-6160噸定長臂鐵路起重機(jī)圖1-7160噸伸縮臂式鐵路起重機(jī)第二節(jié)起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的分類起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的類型繁多，對它們進(jìn)行分類，目的是區(qū)別各種不同的金屬結(jié)構(gòu)類型，找出其共同特點，便于設(shè)計和計算 。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。、按照組成金屬結(jié)構(gòu)基本元件的特點，起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)可分為桿系結(jié)構(gòu)和板結(jié)構(gòu)。桿系結(jié)構(gòu)由許多桿件焊接而成，每根桿件的特點是長度方向尺寸大， 而斷面 尺寸較小。常見的桁架式龍門起重機(jī)的桁架主

9、梁和支腿、四桁架式橋架、輪式和塔式起重機(jī)的桁架動臂（圖1-8）都是桿系結(jié)構(gòu) 。 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。塔式、輪式起重機(jī)桁架動臂板結(jié)構(gòu)由薄板焊接而成。薄板的特點是長度和寬度方向尺寸較大， 而厚度很 小，所以板結(jié)構(gòu)亦稱薄壁結(jié)構(gòu)。箱形龍門起重機(jī)的上部主梁和變截面箱形支腿 （圖 1-1），汽車起重機(jī)的箱形伸縮臂和支腿（圖 1-9）都是板結(jié)構(gòu) 。 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。桿系結(jié)構(gòu)和板結(jié)構(gòu)是起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中最常用的結(jié)構(gòu)形式。二、按起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的外形不同，分為門架結(jié)構(gòu)、臂架結(jié)構(gòu)、車架結(jié) 構(gòu)、轉(zhuǎn)柱結(jié)構(gòu)、塔架結(jié)構(gòu)等。這些結(jié)構(gòu)可以是桿系結(jié)構(gòu)，亦可以是板梁結(jié)構(gòu)。門 架結(jié)構(gòu)包括龍門起重機(jī)的龍門架，門座起重機(jī)的

10、門腿及平衡重式叉車的門架等。壇搏鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。圖1-9汽車起重機(jī)箱形支腿1-走行裝置；2-駕駛室；3-轉(zhuǎn)臺；4-動臂；5-變幅油缸；6-司機(jī)室；7-支腿。三、按組成金屬結(jié)構(gòu)的連接方式不同，起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)分為鉸接結(jié)構(gòu)、 剛接結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。鉸接結(jié)構(gòu)中，所有節(jié)點都是理想鉸。實際的起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)，真正用鉸 接連接的是極少見的。通常在桿系結(jié)構(gòu)中，若桿件主要承受軸向力，而受彎矩很 小時，稱之為鉸接結(jié)構(gòu)。起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中常用的桁架結(jié)構(gòu)， 在設(shè)計計算時， 視為鉸接結(jié)構(gòu) 。 蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。剛接結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的節(jié)點連接比較剛勁， 在外載荷作用下，節(jié)點各構(gòu)件之間的 相對夾角不會變化。剛接結(jié)構(gòu)節(jié)

11、點承受較大的彎矩，而不像鉸接結(jié)構(gòu)的節(jié)點認(rèn)為不承受彎矩。龍門起重機(jī)剛性支腿和上部主梁的連接就屬于剛接節(jié)點，而龍門架結(jié)構(gòu)就是剛接結(jié)構(gòu)（圖1-1） 。 買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄?；旌辖Y(jié)構(gòu)各桿件之間的節(jié)點，既有鉸接的，又有剛接的。常見單梁電葫蘆橋 式起重機(jī)的主體結(jié)構(gòu)（圖1-10）多做成混合結(jié)構(gòu)形式。混合結(jié)構(gòu)又稱桁構(gòu)結(jié)構(gòu)。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。四、起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)，按照作用載荷與結(jié)構(gòu)在空間的相互位置不同，分為平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)。平面結(jié)構(gòu)的作用載荷和結(jié)構(gòu)桿件的軸線位于同一平面內(nèi)，如圖 1-11所示的 桁架結(jié)構(gòu)，小車輪壓、結(jié)構(gòu)自重載荷與桁架平面共面， 所以此桁架結(jié)構(gòu)屬于平面 結(jié)構(gòu) 。 驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦。當(dāng)

12、結(jié)構(gòu)桿件的軸線不在一個平面內(nèi)， 或結(jié)構(gòu)桿件軸線雖位于同一平面，但外 載荷不作用于結(jié)構(gòu)平面（通常稱為平面結(jié)構(gòu)空間受力），處于這兩種情況的結(jié)構(gòu) 都稱空間結(jié)構(gòu)。圖1-12的集裝箱龍門起重機(jī)的龍門架和圖 1-13的輪式起重機(jī)車 架，都是空間結(jié)構(gòu)的例子 。 貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。圖1-10電葫蘆橋式起重機(jī)桁構(gòu)梁Pi Pi圖1-11平面桁架結(jié)構(gòu)第三節(jié) 起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的計算簡圖對起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定分析時，我們常用一理想的力 學(xué)模型來代替實際的結(jié)構(gòu)物。這種力學(xué)模型稱為起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的計算簡 圖。對結(jié)構(gòu)物進(jìn)行簡化時，應(yīng)使計算簡圖盡可能接近實際情況，而注意使計算工作盡量簡單 。 鍬籟饗

13、逕瑣筆襖鷗婭薔。將實際的金屬結(jié)構(gòu)簡化成計算簡圖，包括結(jié)構(gòu)本身的簡化、支座的簡化和作 用載荷的簡化。結(jié)構(gòu)本身簡化時，構(gòu)件用其軸線來代替，變截面構(gòu)件近似地視為等截面構(gòu)件， 桿件之間的節(jié)點，根據(jù)金屬結(jié)構(gòu)的類型，簡化為鉸接點或剛接點 。 構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦話騖。支座是結(jié)構(gòu)的支承。它是金屬結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)相連接或接觸的部分。 結(jié)構(gòu)所承受 的外加載荷都是通過支座傳給基礎(chǔ)或其它結(jié)構(gòu)的。 因此，支座是金屬結(jié)構(gòu)很重要 的傳力部件。起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中，經(jīng)常遇到的支座有活動鉸支座、固定鉸支 座和固定支座三種 。 輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩?；顒鱼q支座的特點是在支承部位有一個鉸接結(jié)構(gòu)，它可使支承的上部結(jié)構(gòu)繞 鉸點自由轉(zhuǎn)動，而包括

14、支承在內(nèi)的整個結(jié)構(gòu)又可在一個方向內(nèi)自由移動。有軌運(yùn)行式起重機(jī)的大車走行輪沿軌道方向可簡化成活動鉸支座。圖1-14a是活動鉸支座的結(jié)構(gòu)形式，圖1-14b是活動鉸支座的簡圖?；顒鱼q支座只能承受垂直方向的 支反力 。 堯側(cè)閆繭絳闕絢勵蜆贅。固定鉸支座和活動鉸支座的不同點，是包括支座在內(nèi)的整個結(jié)構(gòu)不能沿一個 方向移動，但仍可繞鉸點自由轉(zhuǎn)動。固定鉸支座既可承受垂直支反力， 又可承受 水平支反力。圖1-15a中的A支座是固定鉸支座的典型結(jié)構(gòu)，圖1-15b是它的計算簡圖。如果將整個臺車作為該支座的組成部分，對這樣的支承結(jié)構(gòu)也可以簡化為活動鉸支座 。 識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。固定支座和活動鉸支座、固定鉸支座相反

15、，它既不能轉(zhuǎn)動，又不能沿一個方向移動。這種支座不僅能承受垂直支反力和水平支反力，而且還能承受彎矩。固 定支座可以用焊接連接，亦可用螺栓連接 。凍鈹鋨勞臘錯癇婦脛糴。圖1-14活動鉸支座的典型結(jié)構(gòu)和簡圖圖1-15固定鉸支座的典型結(jié)構(gòu)和簡圖起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的支座，通常是屬于空間結(jié)構(gòu)的支座。按平面支座進(jìn)行 分析時，在一個平面內(nèi)屬于一種支座情況，而在另一平面內(nèi)，又可簡化成另一種支座情況。有時，在同一平面內(nèi)，由于研究的對象不同或工況不同，也可以取兩 種支座情況。例如，龍門起重機(jī)在龍門架平面，當(dāng)研究上部主梁強(qiáng)度時，常取靜 定支座；當(dāng)研究支腿的強(qiáng)度時，就可能取超靜定支座 。恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。載荷簡化時

16、，固定載荷（結(jié)構(gòu)或機(jī)構(gòu)的自重載荷）可簡化成勻布載荷、集中 載荷或節(jié)點載荷。移動載荷（起升載荷和小車自重載荷）以輪壓的形式作用在小 車軌道上時，接觸長度很小，可以簡化成集中載荷。鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫。圖1-16a是一單主梁龍門起重機(jī)。根據(jù)上述原則進(jìn)行簡化時，在龍門架平面 主梁和支腿用其幾何軸線代替，結(jié)構(gòu)自重視為勻布載荷，起升載荷視為集中移動 載荷。計算主梁時，支座取圖1-16b的靜定支座；計算支腿時，用圖1-16C的一 次超靜定支座 。 碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。必須指出，如何把實際的金屬結(jié)構(gòu)合理地簡化成計算簡圖， 是起重運(yùn)輸機(jī)金 屬結(jié)構(gòu)分析中一個十分重要而且應(yīng)該首先加以解決的問題。計算簡圖選擇合理

17、與 否，將直接影響到結(jié)構(gòu)分析的正確性。 在計算同一結(jié)構(gòu)時，往往需要采用幾種計 算簡圖。初步設(shè)計時，用一個比較簡單，而精確度不高的計算簡圖（確定計算簡圖時，忽略較多的次要因素）。在最后技術(shù)設(shè)計階段，改用一個在計算上較繁，而精確度較高的計算簡圖（確定計算簡圖時，忽略較少的次要因素） 。閿擻輳嬪諫遷擇植秘騖。圖1-16單主梁龍門起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)計算簡圖（a）結(jié)構(gòu)圖；（b）簡化成靜定結(jié)構(gòu)計算簡圖；（c）簡化成超靜定結(jié)構(gòu)計算簡圖第四節(jié) 起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的工作級別設(shè)計起重機(jī)時，需要對起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)和零部件進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性、 疲勞、磨損等計算。為使所設(shè)計的起重機(jī)具有先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，安全可靠， 具

18、有一定的工作壽命，必須在設(shè)計計算時考慮起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的工作級 別。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的工作級別是表明金屬結(jié)構(gòu)工作繁忙程度的參數(shù)。氬嚕躑竄貿(mào)懇彈濾頷澩。起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的工作級別按結(jié)構(gòu)件中的應(yīng)力狀態(tài)（名義應(yīng)力譜系數(shù)）和應(yīng)力循壞次數(shù)（應(yīng)力循環(huán)等級）分為 A1A8級 。 釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。起重機(jī)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力循環(huán)等級，可以用起重機(jī)結(jié)構(gòu)在其使用壽命期間完成的 總的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)來表征。這里所說的循環(huán)次數(shù)是指起升機(jī)構(gòu)從吊重被起升時開 始，到準(zhǔn)備起升下一個吊重為止。我國將起重機(jī)結(jié)構(gòu)整個壽命期間總的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N按使用情況分為十級，列于表1-1 。慫闡譜鮫逕導(dǎo)嘯畫長涼表1-1起重機(jī)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力循環(huán)等級應(yīng)力循環(huán)等

19、級總的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N設(shè)備使用情況Uo41.6X 104U143.2X 10不經(jīng)常使用U26.3X 10U31.25 X 105U42.5X 105經(jīng)常輕度使用U55.0X 105經(jīng)常中等使用U61.0X 106較繁忙地使用U72.0X 106繁忙地使用U84.0X 106U96>4.0 X 10特別繁忙地使用起重機(jī)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)表明結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的變化程度。它與所起升的載荷在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的應(yīng)力口與額定起升載荷產(chǎn)生的應(yīng)力fax之比G/；max以及各個應(yīng)力G出現(xiàn)的次數(shù)m與總的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N之比m/N有關(guān)。表示G/；max和n-i/N之間關(guān)系的圖形稱為應(yīng)力譜。應(yīng)力譜系數(shù)“按下式計算： 諺辭調(diào)擔(dān)鈧諂動

20、禪瀉類。(1-1)式中n-應(yīng)力口出現(xiàn)的次數(shù);N總的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，N八n-；門第-個起升的載荷產(chǎn)生的應(yīng)力,G 7-1,6,6,6 ；=max額定起升載荷產(chǎn)生的應(yīng)力；m指數(shù)，m 二 3。起重機(jī)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)按名義應(yīng)力譜系數(shù)分為四級，見表 1-2。由式（1-1） 計算出的k/直應(yīng)按表1-2選取與其接近的較大的名義應(yīng)力譜系數(shù)。 如果設(shè)計時對 起重機(jī)結(jié)構(gòu)實際的應(yīng)力狀態(tài)不了解，通常可憑經(jīng)驗預(yù)估一個合適的應(yīng)力狀態(tài)。嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。表1-2起重機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)及名義應(yīng)力譜系數(shù)kc應(yīng)力狀態(tài)名義應(yīng)力譜系數(shù)ka構(gòu)件應(yīng)力說明S1-小0.125通常承受很小的應(yīng)力，很少受最大應(yīng)力S2-中0.25通常承受中等應(yīng)力，偶爾

21、受最大應(yīng)力S3-大0.50通常承受較大應(yīng)力，有時受到最大應(yīng)力S4-特大1.00經(jīng)常有規(guī)律地承受最大應(yīng)力根據(jù)起重機(jī)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力循環(huán)等級和應(yīng)力狀態(tài)，即可確定起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的工作級別，共分為八級，列于表1-3。表1-3起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)工作級別的劃分應(yīng)力狀態(tài)名義應(yīng)力譜系數(shù)ka應(yīng)力循環(huán)等級U0U1U2U3U4U5U6U7U8U9S1-小0.125A1A2A3A4A5A6A7A8S2-中0.25A1A2A3A4A5A6A7A8S3-大0.50A1A2A3A4A5A6A7A8S4-特大1.00A2A3A4A5A6A7A8起重機(jī)的載荷譜和工作循環(huán)次數(shù)是決定構(gòu)件應(yīng)力譜和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的依據(jù)。結(jié)構(gòu)工作級別不一定與起重機(jī)

22、的工作級別相同，視具體情況而定 。 熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機(jī)庫常用起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)工作級別，列于表1-4，供設(shè)計時參考表1-4 常用起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)工作級別舉例起重機(jī)類別起重機(jī)主要用途金屬結(jié)構(gòu)工作級別起重機(jī)類別起重機(jī)主要用途金屬結(jié)構(gòu)工作級別龍門起重機(jī)一般用途A5 A6輪式起重機(jī)履帶起重機(jī)安裝和裝卸用A4 A6用抓斗裝卸散狀貨物A6 A7用抓斗裝卸散狀貨物A6 A7電站用A5塔式起重機(jī)建筑、施工安裝用H<60mA5造船、安裝用A5H>60mA6裝卸集裝箱A6 A7運(yùn)送混凝土用H<60mA6門座起重機(jī)安裝用A5H>60mA7裝卸一般貨物A6用抓斗裝卸散狀貨物A7 A8注：表中H貨物起

23、升高度第五節(jié) 對起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的要求及其發(fā)展趨向起重運(yùn)輸機(jī)是一種工作十分繁忙的重型機(jī)械，又是一種移動機(jī)械，為保證其正常工作，對起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)提出如下要求：鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)必須堅固耐用。金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)保證起重機(jī)有良好的工作性能，因此，其本身應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性；紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的自重應(yīng)力求輕巧。 起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的重量約占整 機(jī)重量的4070%,巨型起重機(jī)則可達(dá) 90%以上。由于起重運(yùn)輸機(jī)是移動的， 因此減輕自重不但可以節(jié)省原材料， 而且也相應(yīng)地減輕了機(jī)構(gòu)的負(fù)荷和支承結(jié)構(gòu) 的造價； 穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的制造工藝

24、性要求簡單, 安裝、維修容易, 并應(yīng)注意改 善司機(jī)的工作條件；起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的外形應(yīng)盡可能美觀、大方。 起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)工作不僅繁忙, 且結(jié)構(gòu)自重甚大, 消耗鋼材很多, 金屬 結(jié)構(gòu)的成本約占總成本的 1/3 以上。因此,設(shè)法提高金屬結(jié)構(gòu)的性能, 節(jié)省材料, 減輕自重、 減少制造勞動量, 從而降低產(chǎn)品成本, 是起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計與 制造工作堅定不移的方針,也是今后發(fā)展的總趨勢。 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。根據(jù)對起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的基本要求, 提出以下幾點今后發(fā)展的方向和研 究的重點。一、設(shè)計計算理論的研究和改進(jìn) 到目前為止,在起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計中,我國仍采用許用應(yīng)力計算法。這種方法使用

25、起來比較簡便, 但其缺點是對不同用途, 不同工作性質(zhì) （受力情況） 的金屬結(jié)構(gòu)采用同一的安全系數(shù), 而且安全系數(shù)往往偏大或過小。 因此,按許用 應(yīng)力計算法設(shè)計的起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu), 或者多消耗金屬材料或者安全程度較低。 隨 著生產(chǎn)發(fā)展的要求, 試驗研究工作的開展, 促進(jìn)了計算理論的改進(jìn)和發(fā)展。 近年 來出現(xiàn)了不少新的計算方法, 提出許多新的數(shù)據(jù)、參數(shù)、系數(shù)和公式。這些方法 正確地考慮了載荷的作用性質(zhì), 鋼材的性能及結(jié)構(gòu)工作特點, 如在建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè) 計領(lǐng)域內(nèi)采用的以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)計算法就是一例。 這種計算方法, 計 算結(jié)果比較精確, 比較符合金屬結(jié)構(gòu)的實際工作情況。 因而也能更充分地利用鋼

26、材的性能,節(jié)省材料 。 銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。二、改進(jìn)和創(chuàng)造新型的結(jié)構(gòu)形式 在保證起重運(yùn)輸機(jī)工作性能的條件下, 改進(jìn)和不斷創(chuàng)造新型的結(jié)構(gòu)形式, 是最有效地減輕起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)自重的方法之一。例如汽車起重機(jī)動臂用周長 相同的折線閉合斷面代替?zhèn)鹘y(tǒng)的箱形截面（圖1-17），使斷面幾何特性有所改善，因而提高了動臂的強(qiáng)度、岡"度和穩(wěn)定性，降低了動臂的自重。根據(jù)動臂的受 力特點，國外出現(xiàn)了梯形截面的動臂結(jié)構(gòu)（圖1-18），在減輕結(jié)構(gòu)自重方面，也取得了顯著效果。鐵路部門自行設(shè)計并制造的三角形斷面桁架式龍門起重機(jī)金 屬結(jié)構(gòu)，自重比相同參數(shù)的雙梁箱形龍門起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)輕15%-20%。港口小型門座起

27、重機(jī)的動臂用矩形斷面空腹管結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的桁架結(jié)構(gòu)，使動臂自重下降20%。我國六機(jī)部第九設(shè)計院為馬耳他設(shè)計并制造的起重量150噸，幅度45m的門座起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)，全部采用薄壁箱形結(jié)構(gòu)，在減輕整機(jī)自重方面取得了 明顯的效果。 擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。(a)(b)圖1-17折線形和八角形閉合斷面動臂圖1-18梯形截面動臂（a）折線形截面動臂；（b）八角形截面動臂。三、改進(jìn)制造工藝過程廣泛地采用焊接，特別是自動焊和改進(jìn)工藝過程，應(yīng)用沖壓焊接鋼板制造起 重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)，既能簡化結(jié)構(gòu)構(gòu)造，節(jié)省材料，又能減少制造安裝的勞動量， 縮短工期，從而降低產(chǎn)品成本。采用焊接結(jié)構(gòu)比鉚接結(jié)構(gòu)可以節(jié)省鋼材30%以上，所以

28、用焊接代替鉚接結(jié)構(gòu)被稱為金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造方法的一大改革。目前生產(chǎn)的起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)絕大部分都是采用焊接連接。賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。應(yīng)用沖壓焊接鋼板的金屬結(jié)構(gòu)，并用螺栓進(jìn)行裝配，可以省去許多復(fù)雜而繁 重的組裝工藝，防止裝配變形，增加結(jié)構(gòu)剛度，保證結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量 。塤礙籟饈決穩(wěn) 賽釙冊庫。四、盡量采用先進(jìn)技術(shù) 目前，起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造工作雖然有了一整套可行的方法和 工藝，但仍有許多問題有待進(jìn)一步研究和改進(jìn)。 裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。在設(shè)計方面， 如研究采用預(yù)應(yīng)力的方法設(shè)計起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)， 可改善結(jié)構(gòu)的 受力狀態(tài)，節(jié)省鋼材。利用有限元法（借助電子計算機(jī)）解算復(fù)雜的計算問題， 能簡化設(shè)計

29、過程，加快設(shè)計進(jìn)度且可探索斷裂設(shè)計法在起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)中應(yīng) 用的可能性。 起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計， 把設(shè)計工作的主要精力轉(zhuǎn)到優(yōu)化方案 的選擇方面來，使結(jié)構(gòu)設(shè)計工作者由被動的校核設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極主動地從各種可 能的設(shè)計方案中尋求最優(yōu)的方案， 最優(yōu)方案可以用數(shù)字來表示， 用數(shù)字來回答問 題，優(yōu)化設(shè)計是現(xiàn)代起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計的特色 。倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。在制造方面， 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化的沖壓結(jié)構(gòu)， 應(yīng)用最新的連接方法 （高強(qiáng)度螺 栓及膠合連接等） 和裝配式結(jié)構(gòu)， 選擇更先進(jìn)的工藝等， 這些都能為改善起重機(jī) 的工作性能， 節(jié)省材料，提高生產(chǎn)率，降低成本提供有利的條件。 綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。五、提

30、高起重機(jī)的參數(shù) 近年來，除生產(chǎn)一些輕、小、簡、廉的起重設(shè)備，以滿足各使用部門的需要 外，為解決長大笨重貨物（如冶煉設(shè)備、水壩閘門、化工設(shè)備、大型船舶、發(fā)電 設(shè)備和火車頭等）的裝卸，各國生產(chǎn)的起重機(jī)有向大噸位、大幅度（大跨度）、 大高度、高速度方向發(fā)展的趨勢， 同時要求有靈活的控制系統(tǒng)， 以適應(yīng)對起重機(jī) 調(diào)速的要求。 驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。由于造船工業(yè)的蓬勃發(fā)展，船舶噸位由幾千噸發(fā)展到幾十萬噸，為解決船 體整段組裝和機(jī)械安裝， 國外已生產(chǎn)了大型龍門起重機(jī)來代替原有的門座起重機(jī) 和塔式起重機(jī)。日本造有載重量為20003000kN，跨度為104140m,高度70m 左右的箱形單主梁龍門起重機(jī)；西德制成了造船用的載重量為8400kN，跨度140m，全高96m的箱形單主梁龍門起重機(jī)，主梁高達(dá)8m，滿載時總重量達(dá)40000kN。英國設(shè)計制造了載重量 10