第九章 工程起重机第一节 起重机械的基本参数及其确定起重机的参数是表征其技术性能的指标,也是设计和选用起重机的依据 。 它主要包括：
起重量,幅度 （ 或外伸距 ）,起升高度,工作速度,生产率,轨距 （ 或跨度,轮距 ） 和基距 （ 或轴距 ）,工作级别,起重机外型尺寸,自重和轮压等 。
一,起重量起重量通常是指最大额定起重量,它表示起重机正常工作时所允许起升的最大重物的质量 （ t） 。
对于使用吊钩的起重机,它指允许吊钩吊起的最大重物的质量 。 对于使用吊钩以外各种吊具的起重机,如使用抓头,电磁吸盘,集装箱吊具等的起重机,这些吊具的质量应包在内,即为允许起升的最大重物质量与可拆吊具的质量之和 。
对于起重量较大的起重机,通常除主钩外,还装设起重能力较小,起升速度较高的副钩,副钩的起重量一般约为主钩的起重量的 20%～ 40%。
轮胎,汽车,履带等起重机的额定起重量是随工作幅度不同而变化的,其标定起重量是指使用支腿且臂架处于最小幅度位置时允许起升的最大质量 。
起重量一般由使用部门根据需要提出。在选定起重量时，
应使其符合我国起重机械列标准和交通行业标准的规定，
见表 9.1-1。
表 9.1-1 起重机械最大起重量系列（ GB783-87）（ t）
0.1 0.125 0.16 0.2 0.25 0.32 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应用范围二,幅度 （ 或外伸距 ）
幅度 （ 或外伸距 ） 是指起重机吊具伸出起重机支点以外的水平距离 （ m）,不同形式的起重机往往采用不同的计算起点 。 对回转臂架起重机,其幅度是指回转中心线与吊具中心线间的水平距离 。
三,起升高度起升高度是指起重机能将额定起重量起升的最大垂直距离 （ m） 。
四,工作速度起重机的工作速度包括起升、变幅、回转、运行四个机构的速度。
五,生产率起重机的生产率是指在单位时间内吊运货物的总吨数,通常用 t/h表示 。 它是综合了起重量,工作行程和工作速度等基本参数以及操作技能,作业组织等因素而表明起重机工作能力的综合指标 。
要提高起重机的生产率,主要可从以下两方面着手：
一是提高起重量,如采用大吨位的起重机或采用轻型吊具,以增大起重机的有效起重量；
二是增加每小时的工作循环次数,如提高工作机构的速度,缩短起重机吊具运行的路程,几个工作机构尽可能同时动作,缩短挂钩等辅助时间等；
三是总结推广先进的管理和操作经验 。
六,起重机及其机构的工作级别工作级别是表明起重机及其机构工作繁忙程度和载荷状态的参数 。
起重机是间歇动作的机械 。 工作时,各个机构不但时开时停,而且有时正转,有时反转；有时满载,有时空载；有时载荷大,有时载荷小；有的起重机日夜三班工作,
有的特殊用途的起重机甚至一年才用一两次 。 这些现象都会对起重机的金属结构和机构的零部件的疲劳,磨损等产生不同的影响 。 因此,应根据不同情况对起重机及其机构划分为不同的工作级别,目的是为合理地设计,制造和选用起重机及其零部件提供一个统一的基础 。
根据我国起重机设计规范 （ GB3811-83）,起重机及其机构的工作级别是按它们的利用等级和载荷状态来划分的 。 利用等级反映工作的繁忙程度,起重机按其设计使用期内总的工作循环次数分等级,各机构按其使用期内运转总时数分等级 。 起重机及其机构的载荷状态表明它们经常受载的轻重程度,均分为轻,中,重,特重四级 。 根据起重机或机构的利用等级和载荷状态,把起重机的工作级别分 A1至 A8
共八个级别,各机构则分为 M1至 M8各八个工作级别 。 例如 1～ 3级是指不经常使用的或经常轻闲地使用的级别,而 7～ 8级则表示繁忙地使用或者利用等级中等但载荷状态为重或特重的情况 。
第二节 起重机械零部件及主要机构一,起重机械零部件
1.钢丝绳钢丝绳是广泛应用于起重机中的挠性构件,具有承载力大,卷绕性好,运动平稳无噪音,工作可靠等优点 。
(1).结构形式的选择起重机钢丝绳通常采用双重绕绳,先由钢丝捻绕成绳股,再由绳股绕绳芯捻绕成钢丝绳 (图 9.2-1)。 钢丝抗拉强度极限可达 1.4- 2Gpa,其中 1.7,1.85GPa 较常用 。 钢丝按力学性能分为特号,Ⅰ 号,Ⅱ 号三种 。 特号韧性最好,用于载人的升降机,
Ⅰ 号韧性较好,用于一般起重机,Ⅱ 号成本较低,用做捆扎绳 。 钢丝表面分镀锌和光面两种,前者防腐性能好,但由于镀锌的影响,破断拉力和挠性有所降低 。
钢丝绳分类钢丝绳的捻绕方向根据其外层绳股的螺旋线方向分为右旋绳和左旋绳,一般无特殊要求,多采用右旋绳 。 钢丝捻成绳股与绳股捻成绳方向相同为顺捻,钢丝捻成绳股与绳股捻成绳方向相反为交捻 （ 图 9.2-2） 。 交捻不会松散,制造方便,起升机构常采用交捻 ;顺捻挠性好和寿命长 。
钢丝绳按钢丝与钢丝之间的接触形式分为点接触,线接触和面接触 。 点接触钢丝绳钢丝易滑动,接触应力大,影响使用寿命,但制造成本低,线接触钢丝绳钢丝之间接触良好,使用寿命约为点接触钢丝绳 2倍,故起升机构应优先采用线接触钢丝绳 。
(2).钢丝绳直径的计算与选择钢丝绳直径可由钢丝绳最大工作静拉力确定：
式中,d—— 钢丝绳最小直径,mm；
c—— 选择系数,mm/； 表 9.2-1
Smax—— 钢丝绳最大工作静拉力,N。
对单联滑轮组,Smax=Q/mη 组对双联滑轮组,Smax=Q/2mη 组
(3),钢丝绳的标记确定钢丝绳的形式和所需钢丝绳的最小直径后,可在圆股钢丝绳国家标准 GB1102-88
中选定所需钢丝绳型号 。 钢丝绳型号中应包括结构形式,主参数,钢丝绳质量和捻制方法 。 具体标记见下例所示：
6W（ 19） -35-155-Ⅰ -光 -右交 - GB1102-88
这种型号标记的钢丝绳表示,6股,每股 19丝,直径为 35mm,公称抗拉强度为 1.55GPa，
Ⅰ 号光面制成的,右向交绕的瓦灵吞型钢丝绳,瓦灵吞型是一种线接触钢丝绳 。
m a xscd?
返回表 9.2 - 1 钢丝绳选择系数 c 和安全系数 n
选择系数 c 值钢丝公称抗拉强度 σ b,N / m m
2
机构工作级别
1550 1700 1850
安全系数
n
M1 ～ M3 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,滑轮组滑轮组是起重机械的一个重要的部件,在起升机构里大量采用 。 滑轮组是由钢丝绳依次绕过定滑轮和动滑轮组成的一种联合装置 。 具有省力和增速的作用 。 滑轮组按作用分省力滑轮组和增速滑轮组两种 （ 图 9.2.3） 。 增速滑轮组主要用于液压或气力机构中,利用油或气缸工作装置获得数倍于活塞行程的速度,如轮式起重机的吊臂伸缩机构 。 省力滑轮组用于起重机械的起升机构上,该种滑轮组以较少的力能吊起较大的重物 。 省力的大小,用滑轮组的倍率 m表示 。 滑轮组的倍率 m在数值上等于滑轮组承载分支数与绕进卷筒上驱动分支数之比 。 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----钢丝绳自由端拉力
L----钢丝绳自由端移动的距离
H----物品提升距离
v0 ---钢丝绳线速度
v----物品的提升速度下图何为省力滑轮组?何为增速滑轮组?倍率 =?
滑道起重量小时,选用小的倍率,随着起重量增大,倍率相应提高 。 倍率增大,起升速度相应减少 。 流动式起重机常用的单联滑轮组倍率数见下表二,起重机主要 机构
1.起升机构起升机构是起升货物并使它产生升降运动的机构,它是起重机最主要和最基本的机构,
没有起升机构就不能称其为起重机 。 起升机构依动力装置的不同可分为三种,（ 1）
内燃机经机械传动装置带动起升卷筒转动,目前只在少数履带起重机和轮胎式起重机上应用； （ 2） 电动机经机械传动装置带动起升卷筒转动,简称电动起升机构,
它属于分别驱动,传动装置简单,可以采用标准件,在桥式起重机,龙门起重机和塔式起重机上广泛应用 ;（ 3） 由油马达经机械传动装置或直接驱动卷筒,简称液压起升机构,它属于分别驱动,具有结构简单,外形尺寸紧凑,重量轻等优点,
在汽车起重机和轮胎起重机上得到广泛应用 。 下面主要介绍后两种起升机构 。
额定起重量 3 5 8 12 16 25 40 65 100
倍率 2 3 4 — 6 6 6 — 8 8 — 10 10 12 — 16 16 — 20
(1),电动起升机构参见图 9.2.5电动起升机构简图,电动机经过减速器减速后驱动卷筒旋转,使钢绳绕进卷筒或由卷筒放出,从而使吊钩升降 。 卷筒的正反向转动是通过改变电动机的转向来达到的；而机构运动的停止或使货物保持在悬吊状态是依靠制动器抱住制动轮来实现的 。 制动器通常装在高速轴上,这样所需要的制动力矩小,因而制动器的尺寸小,重量轻,
电动起升机构的动力装置是电动机,通常采用交流电动机,也有用直流电动机 。 按照取物装置的不同可分为吊钩起升机构,电磁吸盘起升机构和抓斗起升机构 。
电动机与卷筒并列布置是大多数吊钩起重机常用的起升机构的形式,电动机通过二级标准减速器带动卷筒转动；对于大起重量的起重机,为了实现低速起升以及增大电动机与卷筒之间的距离,除采用标准两级卧式减速器外,再采用一对传动比为
3～ 5的开式齿轮传动 。 并列式起升机构分组性好,宜先用标准件,机构布置匀称,
安装维修方便,因而得到广泛应用 。
(2),液压起升机构液压起升机构主要应用于汽车起重机和轮胎起重机 。 按照液压驱动装置的类型可分为：
高速油马达,低速大扭矩油马达和起升油缸式起升机构三种 。
a,高速油马达起升机构,高速油马达比较成熟,得到广泛的应用 。 采用高速油马达作驱动装置的起升机构可分为单卷筒式和双卷筒式两种 。
单卷筒式起升机构按卷筒与油马达相对位置可分为并列式与同轴式两种 。 并列式布置的起升机构是目前中小吨位轮胎式起重机最常用的,其简图参见 9.2.6a所示 。 高速油马达 1经二级标准减速器 3带动卷筒 4转动 。 制动器 2装在高速轴上,这样需要的制动力矩小,制动器外形尺寸小 。 这种形式的起升机构,其优点是分组性好,可以采用标准件,维修方便；缺点是机构布置不够紧凑,特别是在起重量大的情况尤为突出,因之适用于中小吨位的起重机 。
双卷筒式应用在大中型轮胎式起重机上,一般除装设主起升机构外,还装有副起升机构 。 当吊轻货和起升高度比较大时,可用起升速度较高的副起升机构,以提高生产率 。 按照主副起升机构两个卷筒的驱动方式可分为分别驱动和集中驱动,参见图
9.2.7,前者选用两套独立的单卷筒式起升机构组成主副起升机构,优点是构造简单,缺点是成本高,机构不够紧凑；后者由一个油马达驱动两个卷筒,在两个卷筒上分别装有各自的离合器和制动器,以保证两个卷筒独立的工作 。 优点是成本低,结构紧凑,可实现重力下降；缺点是结构比较复杂 。 这种型式的起升机构,
目前在轮胎式起重机上的应用较多 。
b.低速油马达式起升机构,低速大扭矩油马达的特点是转速低,输出扭矩大,这对低速重载的起重机械是非常需要的 。 有这类油马达就可以将油马达直接与卷筒联接,
一般不需要减速装置,从而简化了机构的传动装置和结构 。 低速大扭矩油马达与同功率的减速器相比,体积和重量小得多,这种优点当输出扭矩越大时越明显 。
因此,低速大扭矩油马达宜用于大中型的起重机 。
2,回转机构回转机构的作用是将起吊的货物绕起重机垂直轴线作水平圆弧移动 。 回转机构由回转驱动装置支承和回转装置两大部分组成 。
(1),回转驱动装置
① 电动回转装置通常装在回转部分上,电动机经过减速器带动最后一级小齿轮,小齿轮与装在固定部分的大齿圈啮合,以实现起重机回转 。
② 液压回转驱动装置
a,高速油马达回转机构在液压回转驱动装置传动方案中,高速油马达驱动方式在传动形式上与电动机驱动基本相同这两种型式的回转机构在汽车起重机和轮胎起重机中应用很广 。
b.低速大扭矩油马达回转机构低速大扭矩油马达的转速在每分钟 0～ 100转范围内,因此,可以直接在油马达轴上安装旋转机构的小齿轮 。 该型式在一些小吨位汽车起重机上应用,有的不装制动器,
也可在油马达输出轴上加装制动器
(2),回转支承装置支承旋转装置的作用是保证起重机旋转部分有确定的旋转运动,并能承受起重机旋转部分作用于它的垂直力,水平力和倾覆力矩 。 就其构造式来说可分为柱式与转盘式两类 。
3,变幅机构用来改变起重机幅度的机构称为变幅机构 。 利用变幅机构可以扩大起重机的作业范围,
当变幅机构和旋转机构协同工作时,起重机的作业范围是一个环形空间 。
变幅机构按照结构型式可分运行小车式和臂架式；按照传动装置构造分挠性传动和刚性传动 。
①,运行小车式运行小车式变幅是指小车沿着臂架方向运行以改变起重机幅度的方式 。 工作臂架置于水平位置,运行小车沿着臂架方向移动改变幅度,如塔吊 。
运行小车式变幅的优点是变幅时重物作水平移动,这样可节省由于变幅时重物高度变化而消耗的能量 。 变幅速度较快,重物安装时位置较易对准,幅度有效利用率较大 。 其缺点是臂架承受较大的弯矩,因而结构自重较大 。
② 臂架式变幅是指臂架绕支点摆动一定角度或借助臂架伸缩以改变起重机的幅度 。 一般在汽车式,轮胎式等流动起重机中采用臂架式变幅的优点是起升高度较大,拆装运输方便 。 但幅度的利用率较低,变幅速度不均匀,在变幅时要达到重物水平移动,需要采取复杂的构造措施 。
4,制动器为保证起重机工作的安全和可靠,在起升机构中必须装设制动器,而在其他机构中视工作要求也要装设制动器 。 如起升机构中的制动器使重物的升降运动停止并使重物保持在空中,或者用制动器来调节重物的下降速度 。 而在回转和行走机构中则可用制动器以保证在一定行程内停住机构 。 制动器的主要作用有,a支持制动,当重物的起升和下降动作完毕后,使重物保持不动； b停止制动,消耗运动部分的动能,使其减速直至停止； c下降制动,消耗下降重物的位能以调节重物下降速度 。
(1)制动器的种类及其比较制动器按其工作状态可分为,（ 1） 常闭式； （ 2） 常开式； （ 3） 综合式 。
常闭式制动器经常处于上闸状态,机构工作时,借外力使制动器松闸 。
常开式制动器经常处于松闸状态,当需要制动时借外力使制动器上闸制动 。
综合式制动器在起重机通电工作过程中常开,可通过操纵系统随意进行制动 。 起重机不工作时,切断电源,制动器上闸成为常闭 。
一般在起升和变幅机构中采用常闭式制动器以保证工作安全可靠 。 而回转和行走机构中则多采用常开式或综合式制动器以达到工作平稳 。
制动器按其构造形式可分为,（ 1） 带式制动器； （ 2） 块式制动器； （ 3） 盘式制动器等 。
参见图 9.2.4
带式制动器为常闭式制动器,由弹簧通过制动带压紧制动轮实现制动 。 结构简单,紧凑,
制动力矩较大,可以安装在低速轴上并使起重机的机构布置得很紧凑,在轮胎式起重机中应用较多 。 其缺点是制动时制动轮轴上产生较大的弯曲载荷,制动带磨损不均匀 。
块式制动器构造简单,工作可靠,两个对称的瓦块摩损均匀,制动力矩大小与旋转方向无关,制动轮轴不受弯曲作用 。 但制动力矩较小,宜安装在高速轴上,与带式相比构造尺寸较大 。 在电动的起重机械,特别塔式起重机中应用较普遍 。
盘式制动器的上闸力为轴向压力,制动平稳,制动轮轴不受弯曲作用,可用较小的轴向压力产生较大的制动力矩 。
第三节 典型工程起重机械结构工程起重机是各种工程建设中进行起重作业的各种机械的总称 。 它对减轻劳动强度,
节省人力,降低建设成本,提高施工质量,加快建设速度,实现工程施工机械化起着十分重要的作用 。
工程起重机主要包括汽车起重机,轮胎起重机履带式起重机,塔式起重机,桅杆式起重机,缆索式起重机以及施工升降机等 。 它适用于各类建筑和工业设备安装等工程中的结构与设备的安装工作以及成件和贵重物品的垂直运输与装卸工作 。 它也广泛应用于交通,农业,油田,水电和军工等部门的装卸与安装工作 。
下面就工程起重机中常用的,主要的机种 —— 汽车和轮胎式起重机,塔式起重机和履带式起重机的主要特点,工作原理与设计计算的原则作一概要介绍 。
一,汽车和轮胎式起重机汽车和轮胎式起重机既是工程起重机的主要品种,又是一种使用范围广,作业适应性大的通用型起重机 。 轮胎式起重机又分为汽车式起重机和轮胎起重机两种类型 。
1.汽车和轮胎起重机通常习惯上把装在通用或专用载重汽车底盘上的起重机称为汽车起重机,
由于汽车式起重机是利用汽车底盘，所以具有汽车的行驶通过性能，机动灵活，
行驶速度高，可快速转移，转移到作业场地能迅速投入工作，因此特别适用于流动性大，不固定的作业场所。此外在现成的汽车底盘上改装成起重机比较容易和经济。汽车起重机由于具有上述这些特点，因而随着汽车工业的迅速发展，近年来各国汽车起重机的品种和产量都有很大发展。但汽车起重机也有其弱点，主要是起重机总体布置受汽车底盘的限制，一般车身都较长，转弯半径大，并且只能在起重机左右两侧和后方作业。
2.轮胎起重机将起重作业部分装在专门设计的自行轮胎底盘上所组成的起重机称为轮胎起重机 。
轮胎起重机因为不受汽车底盘的限制。轴距、轮距可根据起重机总体设计的要求而合理布置。轮胎起重机一般轮距较宽，稳定性好；轴距小，车身短，故转弯半径小，适用于狭窄的作业场所。轮胎起重机可前后左右四面作业，在平坦的地面上可不用支腿吊重以及吊重慢速行驶。一般说来，轮胎起重机行驶速度与汽车起重机慢，其机动性不及汽车起重机。但它与履带式起重机相比，具有便于转移和在城市道路上通过的性能。
二,履带式起重机把起重作业部分装设在履带底盘上,行走依靠履带装置的起重机称为履带式起重机 。
履带式起重机与轮胎式起重机相比,因履带与地面接触面积大,故对地面的平均比压小,约为 0.05～ 0.25MPa,可在松软,泥泞地面作业 。 它牵引系数高,约为轮胎式的 1.5倍,爬坡度大,可在崎岖不平的场地上行驶 。 由于履带式起重机支承面宽大,
故稳定性好,一般不需要象轮胎式起重机那样设置支腿装置 。
履带式起重机行驶速度慢（ 1～ 5km/h）,而且行驶过程要损坏路面。因此，转移作业时，需通过铁路运输或用平板拖车装运。又因履带底盘笨重，用钢量大（一台同功率的履带式起重机比轮胎式重 50%～ 100%），制造成本高。
三,塔式起重机塔式起重机是各种工程建设,特别是现代化工业与民用建筑中主要施工机械 。
建筑塔机新产品的突出特点是：
a经济城市塔机向大中型发展 德国 LIEBHERR推出 EC-H系列,起重能力在 1120kN·m以上,
同早期生产的 400～ 650kN·m级城市塔机相比,安装时间进一步缩短,维修保养更加简化,采用一些高技术,产品价格亦有所降低 。
b大中型塔机吊臂幅度向更长的臂架发展 德国 WOLFF厂生产的 2300～ 2700kN·m级城市塔机中,9025FL型塔机的小车变幅臂架长达 90m。
(1)塔机分类塔机按回转部位分为上回转塔机 （ 图 9.3.3a） 和下回转塔机 （ 图 9.3.3b） 两大类 。
下回转走行式快装塔机的特点是：容易拆卸,转场快速,在现场里占用施工场地极少 。
但是这种塔机的起重能力有限制 。
上回转塔机的回转机构位于塔顶或塔尖 （ 塔机头部 ） 与塔身顶部之间,仅塔顶部分能转动,塔身固定不动 。 这种塔机起重能力比较大,起升高度比较高 。
塔机按能否移动又分为：走行式塔机和固定式塔机 。 走行式塔机还可再分为轨道式,
轮胎式,汽车式和履带式四种 。
表 9.3-1 塔机分类型式及代号类 组 型 代号 代号含义 主参数起重机械
Q( 起 )
塔式起重机
Q,T
( 起，塔 )
上回转式上回转自升式 Z( 自 )
下回转式 X （下）
下回转自升式 S （升）
快速安装式 K （快）
固定式 G （固）
爬升式 P （爬）
轮胎式 L （轮）
汽车式 Q （汽）
履带式 U （履）
QT
QTZ
QTX
QTS
QTK
QTG
QTP
QTL
QTQ
QTU
上回转塔机上回转自升塔机下回转塔机下回转自升塔机快速安装塔机固定式塔机爬升塔机轮胎式塔机汽车式塔机履带式塔机额定起重力矩
/kN · m
四,工程起重机的安全操作规程为了确保起重机 安全使用,在使用起重机时一定要遵照起重机安全操作规范,对于不同机型,不同使用环境条件的起重机,操作安全规程有所不同,以下是部分通用的 安全操作规范 内容 。
1,操作者必须熟悉起重机的结构和性能,经考试合格取得,特殊工种操作证,后,方能进行独立操作,并应遵守安全守则 。
2,按照润滑规定加足润滑油料,加油后要将油箱,油杯的盖子盖好 。
3,严禁超规范使用起重机,必须遵守,起重机安全管理规程,的规定 。
4,每班第一次起吊重物 （ 或者载荷在最大额定起重量 ） 时,应在重物吊离地面
0.3~0.5m后,将重物放下以检查制动器性能是否正常,确认可靠后继续起吊 。
5,禁止起重机悬吊重物在空中长时间停留,起重机在吊着重物时,操作者和起重工不得随意离开工作岗位 。
6,对于双吊钩 （ 主,副钩 ） 起重机,不准同时用两钩吊两个物件,不工作的吊钩必须开到接近上极限高度位置,并且不准带有吊索 。
7,电器各种保护装置必须保持完好,不得随意调整和更换 。
8,起重机运行中电气设备注意的问题 。
若发生故障,如电机过热,异常噪声,线路及配电箱冒烟等,应立即停机,切断电源进行检修 。
9,露天工作的起重机,风力大于 6级和遇到雷雨时,应立即停止工作,不工作时,应将起重机开到停机位置,并可靠锚固 。
起重量,幅度 （ 或外伸距 ）,起升高度,工作速度,生产率,轨距 （ 或跨度,轮距 ） 和基距 （ 或轴距 ）,工作级别,起重机外型尺寸,自重和轮压等 。
一,起重量起重量通常是指最大额定起重量,它表示起重机正常工作时所允许起升的最大重物的质量 （ t） 。
对于使用吊钩的起重机,它指允许吊钩吊起的最大重物的质量 。 对于使用吊钩以外各种吊具的起重机,如使用抓头,电磁吸盘,集装箱吊具等的起重机,这些吊具的质量应包在内,即为允许起升的最大重物质量与可拆吊具的质量之和 。
对于起重量较大的起重机,通常除主钩外,还装设起重能力较小,起升速度较高的副钩,副钩的起重量一般约为主钩的起重量的 20%～ 40%。
轮胎,汽车,履带等起重机的额定起重量是随工作幅度不同而变化的,其标定起重量是指使用支腿且臂架处于最小幅度位置时允许起升的最大质量 。
起重量一般由使用部门根据需要提出。在选定起重量时，
应使其符合我国起重机械列标准和交通行业标准的规定，
见表 9.1-1。
表 9.1-1 起重机械最大起重量系列（ GB783-87）（ t）
0.1 0.125 0.16 0.2 0.25 0.32 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应用范围二,幅度 （ 或外伸距 ）
幅度 （ 或外伸距 ） 是指起重机吊具伸出起重机支点以外的水平距离 （ m）,不同形式的起重机往往采用不同的计算起点 。 对回转臂架起重机,其幅度是指回转中心线与吊具中心线间的水平距离 。
三,起升高度起升高度是指起重机能将额定起重量起升的最大垂直距离 （ m） 。
四,工作速度起重机的工作速度包括起升、变幅、回转、运行四个机构的速度。
五,生产率起重机的生产率是指在单位时间内吊运货物的总吨数,通常用 t/h表示 。 它是综合了起重量,工作行程和工作速度等基本参数以及操作技能,作业组织等因素而表明起重机工作能力的综合指标 。
要提高起重机的生产率,主要可从以下两方面着手：
一是提高起重量,如采用大吨位的起重机或采用轻型吊具,以增大起重机的有效起重量；
二是增加每小时的工作循环次数,如提高工作机构的速度,缩短起重机吊具运行的路程,几个工作机构尽可能同时动作,缩短挂钩等辅助时间等；
三是总结推广先进的管理和操作经验 。
六,起重机及其机构的工作级别工作级别是表明起重机及其机构工作繁忙程度和载荷状态的参数 。
起重机是间歇动作的机械 。 工作时,各个机构不但时开时停,而且有时正转,有时反转；有时满载,有时空载；有时载荷大,有时载荷小；有的起重机日夜三班工作,
有的特殊用途的起重机甚至一年才用一两次 。 这些现象都会对起重机的金属结构和机构的零部件的疲劳,磨损等产生不同的影响 。 因此,应根据不同情况对起重机及其机构划分为不同的工作级别,目的是为合理地设计,制造和选用起重机及其零部件提供一个统一的基础 。
根据我国起重机设计规范 （ GB3811-83）,起重机及其机构的工作级别是按它们的利用等级和载荷状态来划分的 。 利用等级反映工作的繁忙程度,起重机按其设计使用期内总的工作循环次数分等级,各机构按其使用期内运转总时数分等级 。 起重机及其机构的载荷状态表明它们经常受载的轻重程度,均分为轻,中,重,特重四级 。 根据起重机或机构的利用等级和载荷状态,把起重机的工作级别分 A1至 A8
共八个级别,各机构则分为 M1至 M8各八个工作级别 。 例如 1～ 3级是指不经常使用的或经常轻闲地使用的级别,而 7～ 8级则表示繁忙地使用或者利用等级中等但载荷状态为重或特重的情况 。
第二节 起重机械零部件及主要机构一,起重机械零部件
1.钢丝绳钢丝绳是广泛应用于起重机中的挠性构件,具有承载力大,卷绕性好,运动平稳无噪音,工作可靠等优点 。
(1).结构形式的选择起重机钢丝绳通常采用双重绕绳,先由钢丝捻绕成绳股,再由绳股绕绳芯捻绕成钢丝绳 (图 9.2-1)。 钢丝抗拉强度极限可达 1.4- 2Gpa,其中 1.7,1.85GPa 较常用 。 钢丝按力学性能分为特号,Ⅰ 号,Ⅱ 号三种 。 特号韧性最好,用于载人的升降机,
Ⅰ 号韧性较好,用于一般起重机,Ⅱ 号成本较低,用做捆扎绳 。 钢丝表面分镀锌和光面两种,前者防腐性能好,但由于镀锌的影响,破断拉力和挠性有所降低 。
钢丝绳分类钢丝绳的捻绕方向根据其外层绳股的螺旋线方向分为右旋绳和左旋绳,一般无特殊要求,多采用右旋绳 。 钢丝捻成绳股与绳股捻成绳方向相同为顺捻,钢丝捻成绳股与绳股捻成绳方向相反为交捻 （ 图 9.2-2） 。 交捻不会松散,制造方便,起升机构常采用交捻 ;顺捻挠性好和寿命长 。
钢丝绳按钢丝与钢丝之间的接触形式分为点接触,线接触和面接触 。 点接触钢丝绳钢丝易滑动,接触应力大,影响使用寿命,但制造成本低,线接触钢丝绳钢丝之间接触良好,使用寿命约为点接触钢丝绳 2倍,故起升机构应优先采用线接触钢丝绳 。
(2).钢丝绳直径的计算与选择钢丝绳直径可由钢丝绳最大工作静拉力确定：
式中,d—— 钢丝绳最小直径,mm；
c—— 选择系数,mm/； 表 9.2-1
Smax—— 钢丝绳最大工作静拉力,N。
对单联滑轮组,Smax=Q/mη 组对双联滑轮组,Smax=Q/2mη 组
(3),钢丝绳的标记确定钢丝绳的形式和所需钢丝绳的最小直径后,可在圆股钢丝绳国家标准 GB1102-88
中选定所需钢丝绳型号 。 钢丝绳型号中应包括结构形式,主参数,钢丝绳质量和捻制方法 。 具体标记见下例所示：
6W（ 19） -35-155-Ⅰ -光 -右交 - GB1102-88
这种型号标记的钢丝绳表示,6股,每股 19丝,直径为 35mm,公称抗拉强度为 1.55GPa，
Ⅰ 号光面制成的,右向交绕的瓦灵吞型钢丝绳,瓦灵吞型是一种线接触钢丝绳 。
m a xscd?
返回表 9.2 - 1 钢丝绳选择系数 c 和安全系数 n
选择系数 c 值钢丝公称抗拉强度 σ b,N / m m
2
机构工作级别
1550 1700 1850
安全系数
n
M1 ～ M3 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,滑轮组滑轮组是起重机械的一个重要的部件,在起升机构里大量采用 。 滑轮组是由钢丝绳依次绕过定滑轮和动滑轮组成的一种联合装置 。 具有省力和增速的作用 。 滑轮组按作用分省力滑轮组和增速滑轮组两种 （ 图 9.2.3） 。 增速滑轮组主要用于液压或气力机构中,利用油或气缸工作装置获得数倍于活塞行程的速度,如轮式起重机的吊臂伸缩机构 。 省力滑轮组用于起重机械的起升机构上,该种滑轮组以较少的力能吊起较大的重物 。 省力的大小,用滑轮组的倍率 m表示 。 滑轮组的倍率 m在数值上等于滑轮组承载分支数与绕进卷筒上驱动分支数之比 。 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----钢丝绳自由端拉力
L----钢丝绳自由端移动的距离
H----物品提升距离
v0 ---钢丝绳线速度
v----物品的提升速度下图何为省力滑轮组?何为增速滑轮组?倍率 =?
滑道起重量小时,选用小的倍率,随着起重量增大,倍率相应提高 。 倍率增大,起升速度相应减少 。 流动式起重机常用的单联滑轮组倍率数见下表二,起重机主要 机构
1.起升机构起升机构是起升货物并使它产生升降运动的机构,它是起重机最主要和最基本的机构,
没有起升机构就不能称其为起重机 。 起升机构依动力装置的不同可分为三种,（ 1）
内燃机经机械传动装置带动起升卷筒转动,目前只在少数履带起重机和轮胎式起重机上应用； （ 2） 电动机经机械传动装置带动起升卷筒转动,简称电动起升机构,
它属于分别驱动,传动装置简单,可以采用标准件,在桥式起重机,龙门起重机和塔式起重机上广泛应用 ;（ 3） 由油马达经机械传动装置或直接驱动卷筒,简称液压起升机构,它属于分别驱动,具有结构简单,外形尺寸紧凑,重量轻等优点,
在汽车起重机和轮胎起重机上得到广泛应用 。 下面主要介绍后两种起升机构 。
额定起重量 3 5 8 12 16 25 40 65 100
倍率 2 3 4 — 6 6 6 — 8 8 — 10 10 12 — 16 16 — 20
(1),电动起升机构参见图 9.2.5电动起升机构简图,电动机经过减速器减速后驱动卷筒旋转,使钢绳绕进卷筒或由卷筒放出,从而使吊钩升降 。 卷筒的正反向转动是通过改变电动机的转向来达到的；而机构运动的停止或使货物保持在悬吊状态是依靠制动器抱住制动轮来实现的 。 制动器通常装在高速轴上,这样所需要的制动力矩小,因而制动器的尺寸小,重量轻,
电动起升机构的动力装置是电动机,通常采用交流电动机,也有用直流电动机 。 按照取物装置的不同可分为吊钩起升机构,电磁吸盘起升机构和抓斗起升机构 。
电动机与卷筒并列布置是大多数吊钩起重机常用的起升机构的形式,电动机通过二级标准减速器带动卷筒转动；对于大起重量的起重机,为了实现低速起升以及增大电动机与卷筒之间的距离,除采用标准两级卧式减速器外,再采用一对传动比为
3～ 5的开式齿轮传动 。 并列式起升机构分组性好,宜先用标准件,机构布置匀称,
安装维修方便,因而得到广泛应用 。
(2),液压起升机构液压起升机构主要应用于汽车起重机和轮胎起重机 。 按照液压驱动装置的类型可分为：
高速油马达,低速大扭矩油马达和起升油缸式起升机构三种 。
a,高速油马达起升机构,高速油马达比较成熟,得到广泛的应用 。 采用高速油马达作驱动装置的起升机构可分为单卷筒式和双卷筒式两种 。
单卷筒式起升机构按卷筒与油马达相对位置可分为并列式与同轴式两种 。 并列式布置的起升机构是目前中小吨位轮胎式起重机最常用的,其简图参见 9.2.6a所示 。 高速油马达 1经二级标准减速器 3带动卷筒 4转动 。 制动器 2装在高速轴上,这样需要的制动力矩小,制动器外形尺寸小 。 这种形式的起升机构,其优点是分组性好,可以采用标准件,维修方便；缺点是机构布置不够紧凑,特别是在起重量大的情况尤为突出,因之适用于中小吨位的起重机 。
双卷筒式应用在大中型轮胎式起重机上,一般除装设主起升机构外,还装有副起升机构 。 当吊轻货和起升高度比较大时,可用起升速度较高的副起升机构,以提高生产率 。 按照主副起升机构两个卷筒的驱动方式可分为分别驱动和集中驱动,参见图
9.2.7,前者选用两套独立的单卷筒式起升机构组成主副起升机构,优点是构造简单,缺点是成本高,机构不够紧凑；后者由一个油马达驱动两个卷筒,在两个卷筒上分别装有各自的离合器和制动器,以保证两个卷筒独立的工作 。 优点是成本低,结构紧凑,可实现重力下降；缺点是结构比较复杂 。 这种型式的起升机构,
目前在轮胎式起重机上的应用较多 。
b.低速油马达式起升机构,低速大扭矩油马达的特点是转速低,输出扭矩大,这对低速重载的起重机械是非常需要的 。 有这类油马达就可以将油马达直接与卷筒联接,
一般不需要减速装置,从而简化了机构的传动装置和结构 。 低速大扭矩油马达与同功率的减速器相比,体积和重量小得多,这种优点当输出扭矩越大时越明显 。
因此,低速大扭矩油马达宜用于大中型的起重机 。
2,回转机构回转机构的作用是将起吊的货物绕起重机垂直轴线作水平圆弧移动 。 回转机构由回转驱动装置支承和回转装置两大部分组成 。
(1),回转驱动装置
① 电动回转装置通常装在回转部分上,电动机经过减速器带动最后一级小齿轮,小齿轮与装在固定部分的大齿圈啮合,以实现起重机回转 。
② 液压回转驱动装置
a,高速油马达回转机构在液压回转驱动装置传动方案中,高速油马达驱动方式在传动形式上与电动机驱动基本相同这两种型式的回转机构在汽车起重机和轮胎起重机中应用很广 。
b.低速大扭矩油马达回转机构低速大扭矩油马达的转速在每分钟 0～ 100转范围内,因此,可以直接在油马达轴上安装旋转机构的小齿轮 。 该型式在一些小吨位汽车起重机上应用,有的不装制动器,
也可在油马达输出轴上加装制动器
(2),回转支承装置支承旋转装置的作用是保证起重机旋转部分有确定的旋转运动,并能承受起重机旋转部分作用于它的垂直力,水平力和倾覆力矩 。 就其构造式来说可分为柱式与转盘式两类 。
3,变幅机构用来改变起重机幅度的机构称为变幅机构 。 利用变幅机构可以扩大起重机的作业范围,
当变幅机构和旋转机构协同工作时,起重机的作业范围是一个环形空间 。
变幅机构按照结构型式可分运行小车式和臂架式；按照传动装置构造分挠性传动和刚性传动 。
①,运行小车式运行小车式变幅是指小车沿着臂架方向运行以改变起重机幅度的方式 。 工作臂架置于水平位置,运行小车沿着臂架方向移动改变幅度,如塔吊 。
运行小车式变幅的优点是变幅时重物作水平移动,这样可节省由于变幅时重物高度变化而消耗的能量 。 变幅速度较快,重物安装时位置较易对准,幅度有效利用率较大 。 其缺点是臂架承受较大的弯矩,因而结构自重较大 。
② 臂架式变幅是指臂架绕支点摆动一定角度或借助臂架伸缩以改变起重机的幅度 。 一般在汽车式,轮胎式等流动起重机中采用臂架式变幅的优点是起升高度较大,拆装运输方便 。 但幅度的利用率较低,变幅速度不均匀,在变幅时要达到重物水平移动,需要采取复杂的构造措施 。
4,制动器为保证起重机工作的安全和可靠,在起升机构中必须装设制动器,而在其他机构中视工作要求也要装设制动器 。 如起升机构中的制动器使重物的升降运动停止并使重物保持在空中,或者用制动器来调节重物的下降速度 。 而在回转和行走机构中则可用制动器以保证在一定行程内停住机构 。 制动器的主要作用有,a支持制动,当重物的起升和下降动作完毕后,使重物保持不动； b停止制动,消耗运动部分的动能,使其减速直至停止； c下降制动,消耗下降重物的位能以调节重物下降速度 。
(1)制动器的种类及其比较制动器按其工作状态可分为,（ 1） 常闭式； （ 2） 常开式； （ 3） 综合式 。
常闭式制动器经常处于上闸状态,机构工作时,借外力使制动器松闸 。
常开式制动器经常处于松闸状态,当需要制动时借外力使制动器上闸制动 。
综合式制动器在起重机通电工作过程中常开,可通过操纵系统随意进行制动 。 起重机不工作时,切断电源,制动器上闸成为常闭 。
一般在起升和变幅机构中采用常闭式制动器以保证工作安全可靠 。 而回转和行走机构中则多采用常开式或综合式制动器以达到工作平稳 。
制动器按其构造形式可分为,（ 1） 带式制动器； （ 2） 块式制动器； （ 3） 盘式制动器等 。
参见图 9.2.4
带式制动器为常闭式制动器,由弹簧通过制动带压紧制动轮实现制动 。 结构简单,紧凑,
制动力矩较大,可以安装在低速轴上并使起重机的机构布置得很紧凑,在轮胎式起重机中应用较多 。 其缺点是制动时制动轮轴上产生较大的弯曲载荷,制动带磨损不均匀 。
块式制动器构造简单,工作可靠,两个对称的瓦块摩损均匀,制动力矩大小与旋转方向无关,制动轮轴不受弯曲作用 。 但制动力矩较小,宜安装在高速轴上,与带式相比构造尺寸较大 。 在电动的起重机械,特别塔式起重机中应用较普遍 。
盘式制动器的上闸力为轴向压力,制动平稳,制动轮轴不受弯曲作用,可用较小的轴向压力产生较大的制动力矩 。
第三节 典型工程起重机械结构工程起重机是各种工程建设中进行起重作业的各种机械的总称 。 它对减轻劳动强度,
节省人力,降低建设成本,提高施工质量,加快建设速度,实现工程施工机械化起着十分重要的作用 。
工程起重机主要包括汽车起重机,轮胎起重机履带式起重机,塔式起重机,桅杆式起重机,缆索式起重机以及施工升降机等 。 它适用于各类建筑和工业设备安装等工程中的结构与设备的安装工作以及成件和贵重物品的垂直运输与装卸工作 。 它也广泛应用于交通,农业,油田,水电和军工等部门的装卸与安装工作 。
下面就工程起重机中常用的,主要的机种 —— 汽车和轮胎式起重机,塔式起重机和履带式起重机的主要特点,工作原理与设计计算的原则作一概要介绍 。
一,汽车和轮胎式起重机汽车和轮胎式起重机既是工程起重机的主要品种,又是一种使用范围广,作业适应性大的通用型起重机 。 轮胎式起重机又分为汽车式起重机和轮胎起重机两种类型 。
1.汽车和轮胎起重机通常习惯上把装在通用或专用载重汽车底盘上的起重机称为汽车起重机,
由于汽车式起重机是利用汽车底盘，所以具有汽车的行驶通过性能，机动灵活，
行驶速度高，可快速转移，转移到作业场地能迅速投入工作，因此特别适用于流动性大，不固定的作业场所。此外在现成的汽车底盘上改装成起重机比较容易和经济。汽车起重机由于具有上述这些特点，因而随着汽车工业的迅速发展，近年来各国汽车起重机的品种和产量都有很大发展。但汽车起重机也有其弱点，主要是起重机总体布置受汽车底盘的限制，一般车身都较长，转弯半径大，并且只能在起重机左右两侧和后方作业。
2.轮胎起重机将起重作业部分装在专门设计的自行轮胎底盘上所组成的起重机称为轮胎起重机 。
轮胎起重机因为不受汽车底盘的限制。轴距、轮距可根据起重机总体设计的要求而合理布置。轮胎起重机一般轮距较宽，稳定性好；轴距小，车身短，故转弯半径小，适用于狭窄的作业场所。轮胎起重机可前后左右四面作业，在平坦的地面上可不用支腿吊重以及吊重慢速行驶。一般说来，轮胎起重机行驶速度与汽车起重机慢，其机动性不及汽车起重机。但它与履带式起重机相比，具有便于转移和在城市道路上通过的性能。
二,履带式起重机把起重作业部分装设在履带底盘上,行走依靠履带装置的起重机称为履带式起重机 。
履带式起重机与轮胎式起重机相比,因履带与地面接触面积大,故对地面的平均比压小,约为 0.05～ 0.25MPa,可在松软,泥泞地面作业 。 它牵引系数高,约为轮胎式的 1.5倍,爬坡度大,可在崎岖不平的场地上行驶 。 由于履带式起重机支承面宽大,
故稳定性好,一般不需要象轮胎式起重机那样设置支腿装置 。
履带式起重机行驶速度慢（ 1～ 5km/h）,而且行驶过程要损坏路面。因此，转移作业时，需通过铁路运输或用平板拖车装运。又因履带底盘笨重，用钢量大（一台同功率的履带式起重机比轮胎式重 50%～ 100%），制造成本高。
三,塔式起重机塔式起重机是各种工程建设,特别是现代化工业与民用建筑中主要施工机械 。
建筑塔机新产品的突出特点是：
a经济城市塔机向大中型发展 德国 LIEBHERR推出 EC-H系列,起重能力在 1120kN·m以上,
同早期生产的 400～ 650kN·m级城市塔机相比,安装时间进一步缩短,维修保养更加简化,采用一些高技术,产品价格亦有所降低 。
b大中型塔机吊臂幅度向更长的臂架发展 德国 WOLFF厂生产的 2300～ 2700kN·m级城市塔机中,9025FL型塔机的小车变幅臂架长达 90m。
(1)塔机分类塔机按回转部位分为上回转塔机 （ 图 9.3.3a） 和下回转塔机 （ 图 9.3.3b） 两大类 。
下回转走行式快装塔机的特点是：容易拆卸,转场快速,在现场里占用施工场地极少 。
但是这种塔机的起重能力有限制 。
上回转塔机的回转机构位于塔顶或塔尖 （ 塔机头部 ） 与塔身顶部之间,仅塔顶部分能转动,塔身固定不动 。 这种塔机起重能力比较大,起升高度比较高 。
塔机按能否移动又分为：走行式塔机和固定式塔机 。 走行式塔机还可再分为轨道式,
轮胎式,汽车式和履带式四种 。
表 9.3-1 塔机分类型式及代号类 组 型 代号 代号含义 主参数起重机械
Q( 起 )
塔式起重机
Q,T
( 起，塔 )
上回转式上回转自升式 Z( 自 )
下回转式 X （下）
下回转自升式 S （升）
快速安装式 K （快）
固定式 G （固）
爬升式 P （爬）
轮胎式 L （轮）
汽车式 Q （汽）
履带式 U （履）
QT
QTZ
QTX
QTS
QTK
QTG
QTP
QTL
QTQ
QTU
上回转塔机上回转自升塔机下回转塔机下回转自升塔机快速安装塔机固定式塔机爬升塔机轮胎式塔机汽车式塔机履带式塔机额定起重力矩
/kN · m
四,工程起重机的安全操作规程为了确保起重机 安全使用,在使用起重机时一定要遵照起重机安全操作规范,对于不同机型,不同使用环境条件的起重机,操作安全规程有所不同,以下是部分通用的 安全操作规范 内容 。
1,操作者必须熟悉起重机的结构和性能,经考试合格取得,特殊工种操作证,后,方能进行独立操作,并应遵守安全守则 。
2,按照润滑规定加足润滑油料,加油后要将油箱,油杯的盖子盖好 。
3,严禁超规范使用起重机,必须遵守,起重机安全管理规程,的规定 。
4,每班第一次起吊重物 （ 或者载荷在最大额定起重量 ） 时,应在重物吊离地面
0.3~0.5m后,将重物放下以检查制动器性能是否正常,确认可靠后继续起吊 。
5,禁止起重机悬吊重物在空中长时间停留,起重机在吊着重物时,操作者和起重工不得随意离开工作岗位 。
6,对于双吊钩 （ 主,副钩 ） 起重机,不准同时用两钩吊两个物件,不工作的吊钩必须开到接近上极限高度位置,并且不准带有吊索 。
7,电器各种保护装置必须保持完好,不得随意调整和更换 。
8,起重机运行中电气设备注意的问题 。
若发生故障,如电机过热,异常噪声,线路及配电箱冒烟等,应立即停机,切断电源进行检修 。
9,露天工作的起重机,风力大于 6级和遇到雷雨时,应立即停止工作,不工作时,应将起重机开到停机位置,并可靠锚固 。
