1.计算的基本原则

为保证起重机安全、正常地工作,其金属结构和机构的零部件应满足强度、稳定性和刚度的要求。强度和稳定性要求是指结构构件在载荷作用下产生的内力不应超过许用的承载能力(指强度、疲劳强度和稳定性方面的许用承载能力);刚度要求是指结构在载荷作用下产生的变形量不应超过许用的变形值,以及结构的自振周期不应超过许用的振动周期。

起重机的零部件和金属结构应进行以下计算:①疲劳、磨损或发热的计算;②强度计算;③强度验算。与这三类计算相适应,起重机的计算载荷有下列三种组合:

(1)寿命(耐久性)计算载荷--第Ⅰ类载荷。该载荷是用来计算零部件或金属结构的耐久性、磨损或发热的。按正常工作时的等效载荷进行计算,不仅计算载荷大小,还要考虑它们的作用时间。

对于受变载荷作用的机构零件和金属结构,当应力变化循环次数足够多时,应进行疲劳计算;当应力变化循环次数较少或很少时,就不必进行疲劳计算。工作级别是A6,A7,A8级起重机的金属结构构件和机构零件应验算疲劳。

(2)强度计算载荷--第Ⅱ类载荷。该类载荷是用来计算零部件或金属结构的强度、受压和平面弯曲构件的稳定性、结构件的刚度、起重机的整体稳定性与轮压的,按工作状态最大载荷进行强度计算。确定强度计算载荷时,应选取可能出现的最不利的载荷组合。

(3)验算载荷--第Ⅲ类载荷。该类载荷是用来验算起重机的某些装置(如夹轨器)、变幅机构、支承旋转装置的某些零件和金属结构的强度和构件的稳定性,以及起重机的整体稳定性的,按非工作状态最大载荷及特殊载荷(安装载荷、运输载荷及冲击载荷等)进行强度验算。

在起重机事故处理时,由金属结构和机构的零部件破坏导致的事故,应进行必要的验算。验算时,按实际工况的实际载荷进行。

2.计算方法

目前起重机的计算采用许用应力法,即在强度计算中以材料的屈服极限,在稳定性计算中以稳定临界应力,在疲劳强度计算中以疲劳强度极限除以一定的安全系数,分另得到强度、稳定性和疲劳强度的许用应力。结构构件的计算应力不得超过其相应的许用值。

许用应力法计算的步骤是:根据相应的计算载荷确定计算应力、根据所用材料的机械特性确定强度极限,然后进行比较,使强度极限与计算应力的比等于或大于安全系数。强度验算应满足不等式:

3.安全系数

强度计算与疲劳计算的基本条件是零件危险截面的计算应力不得大于许用应力,即比材料极限应力小一个倍数,这个倍数即为安全系数。

安全系数的选择既要确保安全、可靠、耐用,又要充分利用材料,做到技术先进,经济合理。起重机零件或构件的安全系数可按下式计算:

k=1k1k2

式中:k1--考虑材料的最小强度储备,它与计算零件或构件的重要性以及载荷和应力的计算精确程度有关;

k2--考虑材料的不均匀性、内部可能存在的缺陷,以及实际尺寸与设计尺寸的误差等因素。

当起重机某些部分损坏会引起物品坠落、臂架下落、旋转部分倾覆、起重机倾覆,或当起重机撞在止挡器或相邻的起重机上会造成剧烈的冲击时,此类部件应有较高的安全系数;当起重机某些部件在破坏以后仅使起重机停止工作,则安全系数可以取低些。对于锻件和轧制件可取较低值;对于铸件则应取较高值。

(1)金属结构计算的安全系数。起重机的金属结构件应进行强度、刚度、稳定性计算,一般不考虑材料的塑性影响。对工作级别是A6,A7,A8级的构件应验算疲劳。结构计算的安全系数可见表5-14。

载荷组合类别

组合Ⅰ

组合Ⅱ

组合Ⅲ

安全系数

nⅠ=1.5

nⅡ=1.33

nⅢ=1.15

表5-14结构件强度安全系数

(2)零件计算的安全系数。零件的强度计算包括静强度计算和寿命计算两种。静强度计算包括验算零件的脆性断裂和塑性变形;寿命计算包括零件的疲劳强度计算和滑动摩擦件覆盖面的耐磨损计算。零件计算的安全系数可见表5-15。危险点的计算应力用材料力学通常方法计算,复合应力按合适的强度理论予以合成。

疲劳验算(nⅠ)

静强度验算

工作最大载荷(nⅡ)

非工作最大载荷,特殊载荷(nⅢ)

1.25

1.50

1.15

表5-15零件强度安全系数

注:对于运输熔化金属及危险物品等特别重要的起重机安全系数应适当加大。