GB/T 3811《起重机设计规范》已于2008年4月30日由国家质检总局和国家标准化管理委员会正式批准发布,并已在2009年6月1日正式实施。GB/T 3811-2008在内容上与旧版GB/T 3811-1983相比变化较大,引进了新的起重机设计理念,并列介绍了许用应力设计法和极限状态设计法两种方法;改变了桥式和门式起重机静刚性大小与工作级别挂钩的方法,与最新国际标准ISO 22986:2007《起重机——刚性——桥式起重机和门式起重机》一致;增加了安全一章的内容等。GB/T 3811-2008《起重机设计规范》是起重机设计领域重要的基础标准,是起重机设计的必要准则和共同遵守的技术依据,本栏目将陆续对新国标更新关键部分进行解读。本期介绍关于动载系数方面的部分内容,其余部分将在以后陆续推出。

 

1 起升冲击系数φ1与起升动载系数φ2

当荷重(物品)离开地面起升时,对起重机本身(主要是对金属结构)将产生振动激励。起重机自身质量受到起升冲击而出现的动力响应,用起升冲击系数φ1乘以起重机自身质量(自重)的重力来考虑。为反映这种振动引起载荷增大和减小的变化范围的上下限,通常该系数为两个值:φ1=1±a,0≤a≤0.1。系数φ1用于起重机结构和它的支承设计计算中。

当荷重(物品)突然被提升离地,或在下降过程中突然在空中制动时,所起升的质量的惯性力将对起重机的承载结构和传动机构产生附加的动载荷作用。此作用用一个大于1的起升动载系数φ2乘以起升载荷P Q来考虑。φ2的值与起升状态及起升驱动系统的控制情况有关。

φ2=φ2min + β2V q

式中:φ2——起升动载系数;

φ2min——与起升状态级别相对应的起升动载系数的最小值;

β2——起升状态级别设定的系数;

V q——稳定起升速度,m/s,与起升荷重有关,由空载电动机或发动机的稳定转速导出。

φ1是起升机构工作时起重机自身质量受到起升冲击的系数,简称为起升冲击系数。它仅与起重机的自身载荷相乘。

φ2是考虑物品及吊重质量的起升竖直惯性力对起重机的承载机构和传动机构产生的附加动力效应。φ2称为起升动载系数,仅与额定起升载荷相乘。

显然φ1与φ2时同时起作用的。在起升机构工作时,通过引入φ2考虑自重载荷产生的动态效应。因此可以解决某些构件(例如们做起重机的门架)名义动载荷系数较大的问题。但有些构件,如有较大的横向弯曲振动(如门座起重机大拉杆的风振等),仍要另外考虑专门的风振计算。桥架起重机桥架的弯曲振动影响可以用φ1=1.1来考虑,并同时考虑φ2。

2 突然部分卸载的冲击系数φ3

以卸除或坠落部分有效载荷为正常工作的起重机(例如当使用抓斗或电磁盘空中卸载时),将对起重机结构产生振动减载作用。减小后的起升载荷用总起升载荷乘以突然部分卸载的冲击系数φ3来计算

突然卸载冲击系数φ3值由式给出:

φ3=1-

式中:Dm¾¾ 在空中突然卸除或坠落的那部分起升质量;

m¾¾ 总起升质量;( 机械设备 http://www.nanningjie.com/a/gongye/jixie/ )

— 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。

起重机以卸除空中悬吊部分有效载荷为正常工况(例如抓斗或电磁盘起重机空中卸载时),将对起重机结构产生振动减载作用。突然卸载工况用于金属结构计算和起重机抗倾覆稳定性计算。因此是φ3专门为起重机及其金属结构计算提供的系数。

3 在不平路面或轨道面上运行引起的冲击载荷φ4

(1) 在不平路面上或在不平路面外运行的起重机

在这种情况下,由于路面不平引起的起重机的冲击效应,用运行冲击系数φ4乘以起重机和起升质量的重力来考虑,φ4取决于起重机的构造形式(质量分布)、取物装置、起重机的弹性和/或悬挂方式、运行速度、以及运行路面的种类和条件。此冲击效应需根据经验、试验或采用适当的起重机和运行表面的模型分析得到。一般可采用以下数据计算:

对轮式流动式起重机

当运行速度≤0.4m/s时,φ4=1.1

当运行速度>0.4m/s时,φ4=1.3

对履带式流动式起重机

当运行速度≤0.4m/s时,φ4=1.0

当运行速度>0.4m/s时,φ4=1.1

(2) 在轨道面上运行的起重机

带载或空载运行于具有一定弹性特性轨道面上的起重机,在车轮加速时发生的动力效应,取决于起重机的结构布置(质量分布、起重机的弹性和/或其悬挂与支承方式)、运行速度和车轮直径,必须依靠经验、试验或选用适当的起重机和轨道的模型进行估算。一般可按以下规定选取:

a)对于轨道接头保持良好状态的起重机,如轨道用焊接连接、并对接头进行打磨光滑的高速起重机,φ4=1。

b) 对于通过一般情况下的轨道接头的起重机发生的冲击载荷,可用系数φ4乘以起重机和总载荷质量产生的重力来计算。

φ4=1.1+0.058 V y

式中: V y ——运行速度,m/s;

h——轨道接头处两轨面的高度差,mm。

φ4时考虑起重机或小车通过不平路面或轨道街头时的垂直方向的冲击效应。此工况与起升冲击效应不一定同时出现。

 

4 变速运动引起的惯性载荷φ5

由于刚体分析不能直接反映弹性效应,所以将引起加速度或减速度的驱动力变化值(DF)乘以机构驱动加速的动载荷系数φ5,并与发生加速度或减速度以前所存在的力代数相加,该增大的力就作用在承受驱动力的部件上,也适当的作用在起重机和总载荷上。φ5数值的选用取决于驱动或制动力的变化率、质量分布和系统的弹性。通常,较低值适用于力发生平稳变化的系统,较高值适用于力发生突然变化的系统。

在欧洲标准EN 13001-2中,对值φ5提出了一条新的取值规定,即:传动系统有很大的间隙或明显的反向冲击、用质量弹簧模型不能进行准确的估算时,取φ5=3。经研究分析,在运行机构突然打反车反向起动或在“传动机构失效”等事故情况突然出现时,其φ5值应取得比驱动机构正常启动或制动时的动载系数大。这些在以前的标准中没有涉及。