金属结构设计.docx

第三章载荷与载荷组合
金属结构是承载结构，根据用途和机型不同，所承受的外载荷也 不相同。准确的确定载荷值、科学的进行载荷组合及正确的进行结构 分析与设计，是保证机械装备具有可靠的承载能力和良好的使用性能 的重要前提条件。
第一节载荷的分物品下降制动时，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成乘以起重机的自 重载荷来考虑，为反应此振动载荷范围的上下限，该系数取两个值：
= 1±6Z, 0<6Z < O
额定起升载荷马
额定起升载荷是指起重机起吊额定起重量时能够吊运的物品最 大质量与吊具及属具质量（气）总和（即总起升质量）的重 力，简而言之，就是起吊额定起重量时的总起升质量的重力，单位为 N 或 kN。
起升载荷是指起重机在实际的起吊作业中每一次吊运的物品质 量（有效起重量）与吊具及属具质量总和（即起升质量）的重力，单 位为N或kNo
（1） 起升动载荷右乌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02乘以额定起升载荷乌来考虑。
（2） 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。因此将起升状态 划分为HC|-HC4四个级别：起升离地平稳的为HC],起升离地有轻微 冲击的为He?,起升离地有中度冲击的为He’，起升离地有较大冲击 的为HC/与各个级别相应的操作系数尾和起升动载系数02min值列于 表3-1中，具体说明见图3-2。起升状态级别可以根据经验确定，也 可以根据起重机的各种具体类型选取。对物品离地未采取专门先进控 制方案的某些起重机，其起升状态级别举例可参考表3-2o
起升状态级别
图3-2起升动载系数自
表3-1属和g值
A
©2 min
HC]
0. 17
1. 05
hc2
0. 34
1. 10
hc3
0. 51
1. 15
hc4
表 3-2；
起重机
0. 68
由些起重机的起升状j
类别
1. 20
史别举例
起升状态级别
人力驱动起重机
HCl
电站起重机，安装起重机，车间起重机
HCj HC.
卸船机（用起重横梁、吊钩或夹钳） 货场起重机（用起重横梁、吊钩或夹钳）
HC3
卸船机（用抓斗或电磁盘）
货场起重机（用抓斗或电磁盘）
hc./hc,
炉前铸造起重机
炉后铸造起重机
料箱起重机
加热炉装取料起重机（用水平夹钳）
hc./hc,
锻造起重机
hc4
（3）起升动载系数但 当从地面加速起升载荷时，载荷惯性力 增大了起升载荷的静力值，并使金属结构产生弹性振动，计算结构时 考虑铅垂惯性力和振动作用的起升载荷称为起升动载荷4。
结构系统承受的起升动载荷Pd （或动位移由）与起升静载荷PQ （静 位移％）之比值称为起升动载系数仍，它表示相对起升静载荷增大的 程度：
放,=血=查〉' （3-3）
Pq③。
因而计算金属结构所用的起升动载荷为：
4* （3-4）
研究表明，变速升降物品时，物品离地起升比下降制动对结构产 生的动力效应更大，因此可研究物品离地起升的工况。
动载系数仍由理论和试验研究获得，它不仅与起升速度和操作情 况有关，而且与结构的刚度和质量、起升钢丝绳绕组的刚度和起升质 量有关。为理解其本质，下面进行动载系数仍的理论推导。
金属结构实际上是一个无限多自由度的振动系统，在工程中通常 将其简化成具有多个集中质量的有限自由度等效系统来分析。
物品离地起升过程分为三个阶段：
a） 起升机构卷绕起升钢丝绳由松弛到张紧拉直但仍未受力。
b） 起升钢丝绳开始受力并逐渐增大直至与物品的重力相等， 结构和起升钢丝绳产生位移但物品未离地。
c） 物品离开地面的瞬间即与结构同时振动。
对结构产生动力效应最大的第三阶段，建立结构、钢丝绳绕组及 起升物品的动力学模型（见图3-3）,它是一个二自由度质量-刚度振 动系统。应当指出，图3-3a模型是以结构（含跨中小车）自重载荷 产生的结构静位移位置作为振动系统的原始位置（图中未示出）的。
图3-3b中明和Y分别表示结构的换算质量（含小车质量）和刚 度，俱和灼分别表示总起升质量和起升钢丝绳绕组的刚度。在分析 中忽略钢丝绳的质量和起升机构本身振动的影响。
图3-3物品刚离地后结构及钢丝绳绕组的动力学模型
当物品刚离地时，叫和皿围绕各自的静力平衡位置（由gg分别 对结构和钢丝绳绕组产生的静位移位置）而振动，若忽略系统阻尼， 则该系统的振动为简谐振动。
设物品