GB/T 22437.5-2010 桥式和门式起重机载荷与载荷组合标准

📌GB/T 22437.5-2010《起重机 载荷与载荷组合 第5部分:桥式和门式起重机》是桥门式起重机结构设计的载荷核心标准。标准规定了桥式起重机和门式起重机在其设计寿命内应计算的各类载荷及组合方法,对应ISO 8686-5:1992(IDT),与GB/T 3811和GB/T 22437.1构成桥门机载荷体系。

GB/T 22437.5-2010是起重机载荷与载荷组合系列标准的第5部分,专门针对桥式和门式起重机的载荷特性和工作工况制定了载荷分类与组合的计算规则。桥式和门式起重机作为应用最广泛的机型,其载荷组合计算具有典型性。本文对标准的核心内容进行系统解读。

GB/T 22437.5-2010桥式和门式起重机载荷与载荷组合


标准定位与桥门机载荷特点

GB/T 22437.5-2010专门针对桥式起重机和门式起重机的载荷计算。桥门式起重机的结构特点决定了其载荷分析的特殊性:主梁和端梁构成的箱形结构主要承受垂直方向的弯曲载荷,小车在轨道上行走产生局部轮压载荷,大车行走时的水平惯性力和歪斜侧向力对端梁和轨道产生附加水平载荷。与流动式和塔式起重机不同,桥门式起重机的风载荷影响相对较小(室内使用时不考虑风载荷,室外门式起重机才需计算)。此外桥门式起重机的起重小车轮压是主梁局部应力的重要来源,需要专门计算。

载荷分类

主载荷(P)——自重载荷(主梁、端梁、小车架、司机室、电气设备走道等全部结构件和附件的质量)、起升载荷(额定起重量+吊具+钢丝绳悬挂部分的重量)和自重引起的惯性力(小车和大车启动/制动时的水平惯性力)。起升动力系数φ₂按起升速度和驱动方式取1.0~1.6。运行冲击系数φ₃(大车和小车在轨道接头处行驶时的冲击载荷)取1.0~1.4。

附加载荷(A)——风载荷(仅限于室外门式起重机,工作状态风压250N/m²,暴风状态按50年一遇)、温度载荷(长度超过80m或制作安装温差超过20°C时应考虑温度伸缩引起的应力)和雪载荷(有积雪可能的地区)。

特殊载荷(S)——安装和拆卸载荷、碰撞载荷(缓冲器碰撞力)、试验载荷(静载1.25倍、动载1.1倍额定载荷)。桥门式起重机的缓冲器碰撞力按大车额定速度的85%~100%计算碰撞动能,乘以1.0~1.5的动载系数。

起升动力系数
φ₂=1.0~1.6
按起升速度
运行冲击系数
φ₃=1.0~1.4
轨道接头冲击
小车车轮轮压
局部载荷
主梁腹板设计
室外风载荷
250N/m²(工作)
按地区(暴风)
歪斜侧向力
大车行走偏斜
水平力=1/10轮压
Коэффициент безопасности
工况A/B n≥1.22
工况C n≥1.10

载荷组合工况

标准定义了桥门式起重机的三种基本载荷组合:

工况A(正常无风)——P,用于桥式起重机主梁和端梁在室内无风条件下的强度校核。安全系数n≥1.22(相对于屈服强度n=1.48,相对于抗拉强度n=2.5)。此工况下还应校核主梁的垂直静刚度和动刚度(满载下挠度不超过L/750,小车位于跨中时主梁自振频率≥2Hz)。

工况B(工作有风,室外)——P+A,用于室外门式起重机工作状态下的强度校核,叠加工作风载荷。安全系数n≥1.22。

工况C(暴风非工作)——P+暴风A,用于室外门式起重机非工作状态(已运行到锚定位置并夹紧夹轨器)的强度校核。安全系数n≥1.10。

对于桥门式起重机,最主要的载荷组合是工况A——小车满载位于跨中时主梁承受最大弯曲应力和下挠度,小车满载位于主梁端部时主梁承受最大剪切应力。在这两种最不利位置下分别校核主梁的强度、刚度和稳定性。

小车车轮轮压计算

标准特别强调了小车轮压载荷的计算方法:小车轮压P_w = (Q + G_t + G_h)/n,其中Q为额定起重量,G_t为小车自重,G_h为吊钩组重量,n为车轮数量。轮压的分布应考虑小车在轨道上的位置——小车靠近一端时,四个车轮的轮压分布不均匀,近端车轮轮压增大。轮压导致的主梁腹板局部压应力应单独校核(腹板高度比和腹板厚度应满足局部稳定要求)。标准建议在主梁腹板上对应轨道位置设置纵向加劲肋以增强抗局部压力的能力。

校核项目 载荷位置 Рабочие условия Требования стандарта
主梁最大弯矩 小车满载在跨中 A 弯曲应力≤[σ]
主梁最大剪力 小车满载在端部 A 剪切应力≤[τ]
跨中下挠度 小车满载在跨中 A ≤L/750~L/1000
端梁连接 大车制动力+小车制动力 A 螺栓/焊缝强度
Общая устойчивость 全部载荷组合 B/C 抗倾覆/抗风
主梁自振频率 без нагрузки A ≥2Hz

门式起重机特殊载荷

门式起重机(龙门起重机)与桥式起重机相比,还面临以下额外载荷:支腿处的风载荷,由于支腿高度大(可达30m以上),风载荷产生的水平力和弯矩对支腿和门架连接处影响显著。小车在悬臂端满载时支腿的倾覆力矩。大车行走歪斜引起的水平侧向力——当大车两端不同步时,起重机在轨道上发生偏斜,产生垂直于轨道方向的水平力作用于大车车轮轮缘和轨道侧面。标准规定歪斜侧向力F_s按(1/8~1/10)P_w计算(P_w为大车车轮最大轮压)。室外门式起重机还应计算暴风工况下夹轨器和锚定装置承受的风载荷。克鲁德重工在桥门式起重机结构设计中严格按GB/T 22437.5编制载荷谱,确保结构强度满足各工况要求。


桥式和门式起重机载荷组合对照表

以下对照表列出了桥式和门式起重机载荷组合对照表的核心参数配置,供选型和使用人员参考。

Комбинация нагрузок 载荷组成 系数取值 Условия эксплуатации
组合A 自重+额定载荷 φ=1.35 正常工作(室内)
组合B 自重+额定载荷+风载 φ=1.35 正常工作(室外)
组合C 自重+试验载荷(1.25倍) φ=1.25 Испытания под нагрузкой
组合D 自重+暴风载荷 φ=1.15 非工作状态

Часто задаваемые вопросы

问:桥式起重机主梁的刚度和挠度有什么具体要求?
答:标准要求主梁的垂直静刚度(满载跨中下挠度)不应超过L/750(A1~A5级)或L/1000(A6~A8级)。水平静刚度(大车制动时主梁水平方向变形)不应超过L/2000。动刚度(主梁满载时的最低自振频率)不应低于2Hz,以避免操作人员产生不适感和吊重摇摆过大。这些刚度指标虽然不像强度那样关系到结构安全,但直接决定了用户的吊装定位精度和操作舒适性。实际设计中很多起重机厂家会将下挠度控制在L/1000~L/1200以提高产品竞争力。
问:桥门式起重机为何需要考虑温度载荷?
答:桥门式起重机的主梁长度可达30~50m甚至更长(大型门式起重机跨度可达100m以上)。钢结构在温度变化下会产生热胀冷缩——每100m长度每升温10°C伸长约12mm。如果主梁两端与端梁刚性连接限制了自由伸缩,就会在结构中产生温度应力。标准规定以下情况应计算温度载荷:1)主梁长度超过80m;2)主梁制造时的环境温度与使用时的环境温度差超过20°C;3)室外使用的门式起重机。温度载荷的处理方式通常是在一端采用柔性铰接支座(一端固定、一端活动)来释放温度应力。
问:大车行走歪斜侧向力是如何产生的?有什么危害?
答:大车行走歪斜侧向力是桥门式起重机特有的载荷现象。当大车两端驱动电动机不同步(转速差超过1%)、车轮磨损不一致或轨道不平直时,起重机在行走过程中会相对于轨道产生一个偏斜角。这个偏斜角导致车轮轮缘与轨道侧面接触,产生垂直于轨道方向的水平侧向力F_s。该力作用于端梁上,在端梁与主梁的连接处产生附加弯矩。如果多次往复行走,歪斜侧向力还会导致轨道侧面磨损和车轮轮缘磨损。标准建议采用大车两端电动机电气同步(测速反馈)配合车轮水平导向轮来减小歪斜侧向力。
问:桥门式起重机的载荷组合中是否包含偏载工况?
答:是的。标准要求考虑以下偏载工况:1)小车位于跨中但起升载荷偏挂(吊点偏离小车中心线)时,主梁和端梁产生扭转载荷;2)大车一端车轮悬空或部分卸载(轨道不平或端梁变形导致)时,另一端车轮轮压增大;3)使用双小车或多小车联合吊装时,各小车之间的载荷分配不均匀性。偏载系数一般取1.1~1.3,具体值应根据实际使用情况确定。在抓斗或电磁吸盘等特殊吊具工况中,偏载系数的取值更应慎重。

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