起重机金属结构工作级别确定

�起重运输机械� 2010 ( 6) 起重机金属结构工作级别确定 侯 屹 大连起重矿山机械有限公司 大连 116036 摘 要: GB /T 3811! 1983 �起重机 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 � 和 GB /T 3811! 2008 �起重机设计规范� 在进行起重机金属 结构的疲劳验算时, 对定义起重机金属结构的工作级别有很大差异, 这些差异对起重机金属结构的疲劳强度计 算有相当大的影响, 严重的可能导致起重机金属结构的安全使用寿命低于起重机整机所要求的安全使用寿命, 因此, 需引起注意。 关键词: 金属结构; 工作级别; 疲劳强度; 疲劳计算 中图分类号: TH218 文献标识码: A 文章编号: 1001- 0785 ( 2010) 06- 0006- 07 Abstrac t: In GB /T 3811! 1983 Design Rules for C ranes and GB /T 3811! 2008 Des ign Ru les fo r C ranes, the re is b ig d ifferences o f de fining the wo rk ing g rades o f crane m eta l structure when do ing fa tigue assessm ent o f m eta l structure o f crane, wh ich influences heav ily to calculation o f fatigue streng th o f c rane me tal structure, further, m ay cause the sa fe ope r� a tion life of m eta l structure less than that o f comp lete crane� There fore, mo re a ttention to it shou ld be pa id� K eywords: m eta l structure; working g rade; fa tigue streng th; fatigue ca lculation 1 引言 起重机购销工作中很重要的环节就是在 合同 劳动合同范本免费下载装修合同范本免费下载租赁合同免费下载房屋买卖合同下载劳务合同范本下载 中需要供需双方共同确认起重机的工作级别。这 项工作的正常程序应该是: 用户将所购买起重机 的使用情况 (包括每天大约使用的次数、每次吊 载的情况、预计的使用寿命等 ) 提交给起重机的 生产企业, 起重机生产企业的设计人员根据用户 所提的使用参数, 依据 GB /T 3811! 2008 �起重机 设计规范� (以下简称新标准 ) 的相关规定进行计 算, 初步确定出起重机的工作级别后, 再和用户 共同确认, 最终形成正式的合同。合同中确定的 起重机工作级别就作为起重机设计工作的关键性 依据, 而且是供需双方都认同的依据。 但现实情况是: 不认为起重机的工作级别是 重要的设计参数。基本上是用户在签订合同时就 直接根据经验或参照同类产品得出的起重机工作 级别, 生产厂家基本上不提异议, 也不过问用户 所提的工作级别是否合理, 是否需要修改, 一般 就按用户的要求签订合同。这种做法对于一些工 作级别较高的起重机来说 (新标准规定 A5级以上 的起重机 ), 将存在很严重的隐患。 典型案例: 用户通过正常的招标程序, 订购 了几台铸造起重机, 当时用户提出的工作级别是 A7级, 并和起重机生产厂家签订了供销合同, 设 备交付使用几年后, 有几台起重机的主梁相继出 现裂纹。起重机生产厂家的设计人员将主梁按 A7 级进行疲劳强度计算, 结果是不但完全满足 GB /T 3811! 1983 �起重机设计规范� (以下简称老标 准 ) 的要求, 而且还留有了较大的安全裕度, 原 则上讲这些主梁是不应该出现裂纹的。当设计人 员再向用户了解实际使用情况, 经 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 计算, 该 设备应该定为 A 8级, 将原主梁按 A8级进行疲劳 计算, 则不能满足要求。只能将出现裂纹的起重 机主梁进行更换。 起重机金属结构工作级别的确定, 对于工作 级别较高的起重机来说是非常关键的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 , 是非 常重要的设计参数, 应该引起足够的重视。起重 机金属结构工作级别的确定, 老标准和新标准有 不同的规定。 2 老标准的相关规定 老标准对起重机金属结构部分没有单独确定 其工作级别, 而是将起重机整机的工作级别等同 于其金属结构的工作级别, 这样在计算金属结构 的疲劳强度时会很方便。 但当起重机整机在完成 1个工作循环时, 产 生不止一次应力循环的起重机金属结构而言, 该 !6! �起重运输机械� 2010 ( 6) 规定就显得偏低。遇到这种情况时, 老标准没有 给出解决这类问题的办法, 一般是要凭经验进行 特殊考虑。 表 1 起重机的利用等级 利用等级 总工作循环次数 N 附 注 U 0 U 1 U 2 U 3 1�60 ∀ 104 3�20 ∀ 104 6�30 ∀ 104 1�25 ∀ 105 不经常使用 U 4 2�50 ∀ 105 经常轻闲使用 U 5 5�00 ∀ 105 经常中等使用 U 6 1�00 ∀ 106 不经常繁忙使用 U 7 U 8 U 9 2�00 ∀ 106 4�00 ∀ 106 > 4� 00 ∀ 106 繁忙使用 起重机整机的工作级别主要是依据起重机总 的工作循环次数确定起重机的利用等级 (共分 10 级: U 0 ~ U 9 ) (见表 1), 再依据起重机的名义载 荷谱系数确定起重机的载荷状态级别 (共分 4级: Q1~ Q4) (见表 2) , 然后根据一定的对角关系, 确定出起重机整机的工作级别 (见表 3)。起重机 整机的工作级别就是起重机金属结构的工作级别。 表 2 起重机的载荷状态及其名义载荷谱系数 K P 载荷状态 名义载荷谱系数 K P 说 明 Q1轻 0�125 很少起升额定载荷,一般起升轻微载荷 Q2中 0�25 有时起升额定载荷,一般起升中等载荷 Q3重 0�5 经常起升额定载荷,一般起升较重的载荷 Q4特重 1�0 频繁地起升额定载荷 表 3 起重机整机的工作级别 载荷状态 名义载荷谱系数 KP 利 用 等 级 U0 U1 U2 U 3 U 4 U 5 U 6 U7 U8 U9 Q1轻 0� 125 A1 A1 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 Q2中 0�25 A1 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A8 Q3重 0�5 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A8 A8 Q4特重 1�0 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A8 A8 A8 3 新标准的相关规定 新标准首次将起重机的工作级别和金属结构 的工作级别分别进行定义。 ( 1) 起重机整机工作级别的确定 起重机整机的工作级别主要是依据起重机整 机总的工作循环数确定起重机整机的使用等级 (共分 10级: U0 ~ U9 ) (表 4), 再依据起重机整 机的载荷谱系数确定起重机整机的载荷状态级别 (共分 4级: Q1~ Q 4) (表 5) , 然后根据一定的对 角关系, 确定出起重机整机的工作级别 (表 6)。 对于起重机整机工作级别的划分, 老标准和新标 准规定相同。 起重机整机的工作级别并不代表起重机金属 结构的工作级别。 表 4 起重机的使用等级 使用等级 起重机总工作循环数 CT 起重机使用频繁程度 U0 U1 U2 U3 CT # 1� 60 ∀ 104 1� 60 ∀ 104< CT # 3� 20 ∀ 104 3� 20 ∀ 104< C T # 6� 30 ∀ 104 6� 30 ∀ 104< C T # 1� 25 ∀ 105 很少使用 U4 1� 25 ∀ 105< CT # 2� 50 ∀ 105 不频繁使用 U5 2� 50 ∀ 105< CT # 5� 00 ∀ 105 中等频繁使用 U6 5� 00 ∀ 105< CT # 1� 00 ∀ 106 较频繁使用 U7 1� 00 ∀ 106< CT # 2� 00 ∀ 106 频繁使用 U8 U9 2� 00 ∀ 106< CT # 4� 00 ∀ 106 4�00 ∀ 106 < CT 特别频繁使用 !7! �起重运输机械� 2010 ( 6) 表 5 起重机的载荷状态级别及载荷谱系数 载荷状态级别 起重机的载荷谱系数 K P 说 明 Q1 K P # 0�125 很少吊运额定载荷, 经常吊运较轻载荷 Q2 0�125< KP # 0� 250 较少吊运额定载荷, 经常吊运中等载荷 Q3 0�250< KP # 0� 500 有时吊运额定载荷, 较多吊运较重载荷 Q4 0�500< KP # 1� 000 经常吊运额定载荷 表 6 起重机整机的工作级别 载荷状态 级别 起重机的 载荷谱系数 K P 起重机的使用等级 U 0 U 1 U 2 U 3 U 4 U 5 U 6 U 7 U 8 U 9 Q1 K P # 0�125 A1 A1 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 Q2 0�125< KP # 0� 250 A1 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A8 Q3 0�250< KP # 0� 500 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A8 A8 Q4 0�500< KP # 1� 000 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A8 A8 A8 ( 2) 起重机金属结构工作级别的确定 起重机金属结构的工作级别主要是依据起重 机金属结构总的应力循环数确定起重机金属结构 的使用等级 (共分 11级: B0 ~ B10 ) (表 7), 再依 据起重机金属结构的应力谱系数确定起重机金属 结构的应力状态级别 (共分 4级: S1~ S4) (表 8) , 然后根据一定的对角关系, 确定出起重机金 属结构的工作级别 (表 9)。 起重机金属结构的使用等级不是通过工作循 环次数确定, 而是通过金属结构总的应力循环数 确定, 这就解决了老标准中没有解决的 ∃金属结 构的应力循环次数大于起重机整机的工作循环次 数 % 的问题, 使这一类起重机金属结构的工作级 别有了确定的依据。另外, 起重机金属结构的应 力状态级别也不是通过工作循环次数确定, 而是 通过金属结构的应力谱系数确定, 上述 2点就是 新、老标准对起重机金属结构工作级别确定的区 别所在。 在使用新标准确定起重机金属结构的工作级 别时, 首先必须确定当起重机整机在完成 1个工 作循环时, 其金属结构完成了几次应力循环。对 于桥、门式起重机而言, 起重机金属结构的应力 循环次数和起重机整机的工作循环次数是完全相 同的。 表 7 结构件和机械零件的使用等级 使用等级 结构件或机械零件的总应力循环数 nT B0 nT # 1� 6 ∀ 104 B1 1� 6∀ 104 < nT # 3� 2 ∀ 104 B2 3� 2∀ 104 < nT # 6� 3 ∀ 104 B 3 6�3 ∀ 104 < nT # 1�25 ∀ 105 B4 1�25 ∀ 105 < nT # 2� 5 ∀ 105 B5 2� 5 ∀ 105< nT # 5 ∀ 105 B6 5∀ 105 < nT # 1 ∀ 106 B7 1∀ 106 < nT # 2 ∀ 106 B8 2∀ 106 < nT # 4 ∀ 106 B9 4∀ 106 < nT # 8 ∀ 106 B 10 8 ∀ 106< nT 表 8 结构件和机械零件的应力状态级别及应力谱系数 应力状态级别 应力谱系数 K S S1 K S# 0� 125 S2 0� 125 E7 (起重机金属结构的工作级别却小于 起重机整机的工作级别 )。这是个令人费解的结论。 根据对角线原理, 这样的例子还有很多 ( 16个 )。 金属结构的工作级别比起重机整机的工作级 别低, 对于静强度计算没有差别, 但对于疲劳计 算差别就太大了, 可以说不是数量级的差别, 而 是本质的差别。 下面以实际算例具体说明, 按新标准的规定 和按老标准的规定分别计算同一算例, 从中可见 其存在的问题, 以期引起设计人员的重视。 5 计算实例 对 �GB /T 3811! 2008 &起重机设计规范 ∋释 义与应用� 中的第 108页的计算实例分别用新标 准和老标准进行疲劳计算。 ( 1) 按新标准计算 某桥式起重机 ( A7 ) 箱型主梁, 材料为 Q235B ( �b = 370 N /mm2 ) , 验算其跨中段腹板下 部与横隔板焊接处的疲劳强度。 按组合 A组合载荷, 最大应力工况为小车在 跨中吊运额定载荷, 最小应力工况为空小车位于 梁端部。经计算, 该处的应力: x方向拉应力 �xmax = 170 N /mm2, �xm in = 53N /mm 2 y方向拉应力 �ymax = 120 N /mm2, �ym in = 0N /mm 2 剪 切 应 力 t xym ax = 50 N /mm2, t xym in = - 50 N /mm 2 根据题意, 该桥式起重机为 A7级, 从表 6可 知: 其载荷状况为 Q3, 使用等级为 U6, 则其主梁 结构件的使用等级为 B6, 应力状态为 S3, 工作级 别为 E6。再查新标准附录 O表 O�2, 得知验算处 的接头形式标号为 2�22, 应力集中等级为 K2。 查新标准表 33得 [ �- 1 ] = 95�6 N /mm 2 ( E6 - K2组合 ) 又知 rx = �xm in /�xmax = 53 /170= 0�31 则从新标准表 31得 [ � rt ] = 1�67[ �- 1 ] 1- 1- [ �- 1 ] 0�45�b r = 159�7 / ( 1- 0�13) = 183�6 N /mm2 又知 ry = �ym in /�ymax = 0 则 [ �y r ] = 1�67[ �- 1 ] = 159�7 N /mm2 又知 r t = t xym in / t xym ax = - 1, 则 [ t xy r ] = [ �- 1 ] w0 /1�72 = 147�8 /1�72 = 85�9 N /mm2 式中 [ �- 1 ] w0是按新标准表 31规定的。 复合应力的验算 �xmax [ �x r ] 2 + �ym ax [ �y r ] 2 - �xmax�ym ax �x r �y r + t xym ax [ t xyr ] 2 # 1�1 ( 1) 式 ( 1)左边 = ( 170 /183�6) 2 + ( 120 /159�7) 2 - ( 170 ∀ 120 ) / ( 183�6 ∀ 159�7) + ( 50 /85�9 ) 2 = 0�86 + 0�56- 0�69+ 0�34= 1�07# 1�1 结论: 采用优质角焊缝 ( S�Q ) 满足疲劳强度 要求 (用低 1级的标准校核高 1级是危险的 )。 ( 2) 按老标准计算 !10! �起重运输机械� 2010 ( 6) 老标准规定: 起重机金属结构的工作级别和 起重机整机的工作级别相同。 上述例题中, 载荷组合及计算都按新标准 (新、老标准差别不大 ) , 只是在选取 [ �- 1 ] 值 时, 老标准和新标准有区别, 根据老标准的规定: A7级的起重机, 其金属结构的工作级别按 A7级 进行验算。 rx = �xm in /�xmax = 53 /170= 0�31 则从老标准表 K2中, 按 A7�K 2组合查得: [ �- 1 ] = 79�4N /mm2 (按新标准 E6级比按老 标准 A7级查的 [ �- 1 ] 提高了 20�4%, 如此放大 许用值, 按 E6级验算当然会满足要求。) ry = �ym in /�ymax = 0, 则 [ �y r ] = 1�67[ �- 1 ] = 132�6N /mm2 r t = t xym in / t xymax = - 1, 则 [ t xy r ] = [ �- 1 ] w0 /1�72 = 147�8 /1�72 = 85�9N /mm2 (与新标准计算相同 )。 [ � r t ] = 1�67[ �- 1 ] 1- 1- [ �- 1 ] 0�45�b r = 132�6 / ( 1- 0�162) = 158�2N /mm2 �xmax [ �x r ] 2 + �ymax [ �y r ] 2 - �xmax �ymax �x r �y r + t xymax [ t xy r ] 2 # 1�1 ( 2) 式 ( 2) 左边 = ( 170 /158�2) 2 + ( 120 /132�6) 2 - ( 170 ∀ 120) / ( 158�2 ∀ 132�6) + ( 50 /85�9) 2 = 1�15 + 0�82- 0�97+ 0�34= 1�34 > 1�1 (已超出许用值 21�8%以上 ) 结论: 该处虽采用优质角焊缝 ( S�Q ), 但不 满足疲劳强度要求。 如果按新标准 E7级查 [ �- 1 ] 的话, 根据 E7 - K2组合查得 [ �- 1 ] = 77�6 N /mm2, 比按老标 准 A7级查的 [ �- 1 ] 降低了 2�3% 左右, 若按 [ �- 1 ] = 77�6 N /mm 2对上题进行验算, 最终的计 算值要超出许用值 26%以上, 说明新标准的验算 基准比老标准更严格。 ( 3) 分析 对 A7级起重机的金属结构进行疲劳强度验 算, 按新标准计算满足要求, 按老标准计算不满 足要求, 而且远远超过许用值, 这种现象不合常 理。老标准将起重机金属结构的工作级别定义为 和起重机整机的工作级别相同, 这已经 20年的实 践检验证明, 从另一个角度说明新标准将部分起 重机金属结构的工作级别定义得比起重机整机的 工作级别低有问题, 值得商榷。 如果认同上述计算结果合理, 这就表示认同 1 台设计寿命为 30年的起重机, 可以允许配上 1套 设计寿命为 20年甚至更低的金属结构 (指起重机 的主梁 )。这将给广大设计人员在认识上以及实际 设计过程中造成极大的混乱, 因为这样的计算结 果违背了 ∃起重机金属结构的安全使用寿命要高 于, 至少要等同于起重机整机的安全使用寿命 % 的设计原则。 因此, 设计人员在设计产品时, 一定要特别 注意确定起重机金属结构的工作级别, 特别是工 作级别在 A6级以上的起重机, 对其金属结构工作 级别的确定要慎重。 A5级的起重机在新标准中, 要求必须验算其 金属结构的疲劳强度, 如果起重机金属结构中的 计算应力不是特别大的话, 由于 E5级的 [ �- 1 ] 值较大, 所以一般都能够通过验算。 新标准对起重机金属结构工作级别的确定要 求较宽, 认为: ∃可按本标准中的建议选取, 或按 设计者经验判断 % [ 4] , 并不要求必须按照新标准选 取, 这就给设计者在确定起重机金属结构的工作 级别时, 留有充分的选择余地。 老标准规定 A6、A7、A8级的起重机对其金 属结构部分必须进行疲劳强度验算。新标准规定 E4 (含 E4级, 相当于老标准的 A5, 本人认为应 该从 E5) 级以上的起重机对其金属结构部分必须 进行疲劳强度验算。从中可以看出新标准对疲劳 强度的校核范围比老标准扩大了, 也可以说明整 个行业及社会对疲劳破坏的重视程度大大的提高 了。但对某些级别的起重机金属结构而言却是降 低了, 这也许并不是新标准制定者的初衷。 6 几点建议 综合上述的分析与计算, 建议在确定起重机 金属结构工作级别时, 应遵循以下原则: ( 1) 对于起重机整机在进行 1个工作循环时, 只产生 1次应力循环的金属结构件 (如桥式起重 机和门式起重机 ), 在验算起重机金属结构的疲劳 强度时, 建议根据起重机整机的工作级别来确定 !11! �起重运输机械� 2010 ( 6) 起重机金属结构的工作级别, 按起重机整机的工 作级别验算其金属结构的疲劳强度, 基本可以保 证产品质量, 满足设计和使用要求。 ( 2) 对于发生事故后, 对设备、人员都会造 成极大伤害的起重机 (例如铸造起重机 ), 在对其 金属结构进行设计计算时, 除了在静强度计算中, 需要按新标准要求, 考虑高危险度系数 �n外, 在 进行疲劳强度计算时, 建议最好按比起重机整机 工作级别高一级的工作级别去验算, 这样才能确 保金属结构的安全使用寿命。 ( 3) 对于起重机整机在进行 1个工作循环时, 产生不止一次应力循环的金属结构件, 在验算起 重机金属结构的疲劳强度时, 可根据新标准的规 定确定起重机金属结构的工作级别, 因为只要金 属结构的应力循环次数高于起重机整机的工作循 环次数, 金属结构的工作级别就一定高, 至少是 等于起重机整机的工作级别。以上是学习新标准 的一点体会, 供同行参考。 参考文献 [ 1] GB /T 3811! 1983 起重机设计规范 [ S] � [ 2] GB /T 3811! 2008 起重机设计规范 [ S] � [ 3] 全国起重机械标准化技术委员会 �GB /T 3811! 2008 起重机设计规范释义与应用 [ M ] � 北京: 中国标准出 版社, 2008� 作者地址: 大连起重矿山机械有限公司 邮 编: 116036 缠绕角对钢丝增强氟塑料软管组件 应力水平的影响分析 于海涛 1 杜金强2 何宇廷2 朱伯伟 3 王 鹏 3 1驻沈阳飞机工业集团有限公司军事代表室 沈阳 110034 2空军工程大学工程学院 西安 710038 3驻上海胶带股份有限公司军事代表室 上海 200235 摘 要: 运用有限元方法建立了钢丝增强氟塑料软管组件的参数化有限元模型, 并运用该模型计算分析了 钢丝缠绕角对软管组件应力水平的影响, 得出了内管和增强钢丝的最大应力随缠绕角的变化规律。分析发现, 内管的应力水平对缠绕角的变化极其敏感, 钢丝缠绕角的轻微偏离会导致内管应力水平的大幅增加, 因此在生 产中须严格控制增强钢丝的缠绕角。 关键词: 软管组件; 参数化模型; 缠绕角; 应力水平 中图分类号: V233�91 文献标识码: A 文章编号: 1001- 0785 ( 2010) 06- 0012- 04 Abstrac t: The fin ite elem entm e thod is used to estab lish the pa rame tric finite elem ent model o f stee lw ire re in fo rced fluorine p lastic tube component, and this model is app lied to calcu late the influence o f stee lw ire w rap ang le on the stress level o f tube component, and obta in the rule that them ax im um stress o f interna l tube and re inforced steel w ire change w ith the w rap ang le� Through the ana lysis, it is found that the stress leve l o f internal tube is extrem ely sensitive to the change o f w rap ang le, the slight dev iation of stee lw ire w rap ang lew ill lead to the grea t increase o f stress leve l in the interna l tube, therefo re, and the w rap ang le of re inforced stee lw ire must be strictly contro lled in the production� K eywords: tube com ponent; param etricm ode;l w rap ang le; stress leve l 1 前言 从 20世纪 50年代开始, 随着聚四氟乙烯材料 的发现, 其优良的化学稳定性、极强的耐高低温 性能、优异的润滑性及电绝缘性能等特点逐渐被 人们所认识, 于是聚四氟乙烯塑料软管组件逐渐 !12!