起重吊裝基本知識(shí)、基本理論講座01一.起重吊裝用繩索（一）麻繩麻繩的種類、特點(diǎn)和用途（1）麻繩種類：麻繩用大麻纖維編織成，按使用的原料不同分為印尼棕繩、白棕繩、混合繩和線麻繩四種。麻繩又分浸油和不浸油兩種。浸油的麻繩有耐腐蝕和防潮的特點(diǎn)，但由于浸油后，麻繩的重量增大，質(zhì)地較硬，不易彎曲，強(qiáng)度降低20%左右。在吊裝作業(yè)中，一般不采用浸油麻繩。麻繩按照擰成的股數(shù)可分三股、四股、九股三種。見圖1（2）麻繩的特點(diǎn)：麻繩具有質(zhì)地柔軟、攜帶方便、容易綁扎等特點(diǎn)，但其強(qiáng)度較低，一般麻繩的拉力強(qiáng)度僅為同直徑鋼絲繩的10%左右，而且易磨損。（3）麻繩的主要用途：綁扎輕型構(gòu)件或抬吊輕型物品；吊裝輕型構(gòu)件；當(dāng)提升或吊裝構(gòu)件或重物時(shí)，用以拉緊，作溜繩用，以保證被吊構(gòu)或重物的穩(wěn)定和在設(shè)計(jì)規(guī)定的位置上，防止碰、撞，有利于就位。麻繩的拉力計(jì)算在吊裝作業(yè)中使用麻繩時(shí)，必須對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，看其是否符合安全要求。驗(yàn)算公式如下：PWSb/k式中p——允許起吊重量，N；Sb——麻繩破斷拉力，N；K——安全系數(shù)，見表【例題】在重鋼一廠有一直徑為20皿國產(chǎn)魚旗牌白綜繩，用作千斤繩，允許吊重為多少？【解】：應(yīng)用以上公式 PWSb/K 查表Sb=16KNK=8P=16/8=2KN答：允許吊重為2KN。在安裝施工現(xiàn)場(chǎng)，一般只知道被起吊構(gòu)件或物體的重量，而需求得用多大直徑的麻繩時(shí)，可用如下公式進(jìn)行計(jì)算。P=A?【6】因?yàn)槁槔K為圓形直徑，其截面面積A=ud2/4所以P=（孔?d2/4）?【6】所求麻繩直徑為d=J4P/3?【6】式中A一麻繩截面積，d一麻繩直徑，m；【6】一麻繩允許應(yīng)力，Pa。麻繩的安全系數(shù)與許用抗拉力見表。【例題】用一根三股白棕繩吊裝3KN的構(gòu)件，需用多大直徑的繩？【解】：按表選取【6】=10MPa=10000KPa代入上式d=/4?P/(u【6】)=/4X3/(3.14X10000)=0.0196m=19.6皿答：按一般起重作業(yè)按表選用20皿白棕繩即可，其破斷拉力為16KN，構(gòu)件為3KN，有5倍以上安全系數(shù)。為快捷知道麻繩的破斷拉力，在安裝施工現(xiàn)場(chǎng)安全使用麻繩，有如下經(jīng)驗(yàn)公式可應(yīng)用。當(dāng)麻繩dW15皿時(shí)SbR5d215皿<dW25皿時(shí) Sg4d2d>25rn時(shí) Sbe2?3d2得出的單位為kg，化算為N。麻繩的正確使用和保養(yǎng)麻繩要存放左干燥的木板上和通風(fēng)良好的地方，不能受潮或高溫烘烤。麻繩不能在有酸堿的地方使用，并防止沾染酸堿后降低強(qiáng)度后報(bào)廢。麻繩與滑輪和滑輪組組合使用時(shí)，繩輪比為1：10以上。麻繩用于吊裝有棱角的構(gòu)件或設(shè)備時(shí)，應(yīng)該用麻袋或其它軟物包墊完善，以免傷割麻繩。斷絲的麻繩禁止用于起吊作業(yè)，舊麻繩根據(jù)新舊程度按新繩的40?60%破斷拉力使用。麻繩在輪槽中的偏角控制在3度范圍內(nèi)，否則脫槽割傷、割斷麻繩發(fā)生事故。打結(jié)的麻繩禁止在滑輪中使用。麻繩應(yīng)用特制油涂抹保護(hù)，油的成份如下：工業(yè)凡士林83%，石蠟4%,松香10%，石墨3%。（二）尼龍繩及滌綸繩用途及性能在吊裝表面光潔的構(gòu)件、零部件，磨光的銷軸，軟金屬制品，或其它表面不允許磨損的設(shè)備時(shí)，必須使用尼龍繩、滌綸繩等非金屬繩索。尼龍繩和滌綸繩具有輕、柔軟、耐腐蝕、具有彈性，當(dāng)額定滿載時(shí)，最大伸長(zhǎng)率可達(dá)40%?36%。減少?zèng)_擊的優(yōu)點(diǎn)。還具有耐油、不怕蟲蛀、細(xì)菌不能繁殖。吸水率只有4%,抗水性能達(dá)99.6%，耐有機(jī)酸和無機(jī)酸的腐蝕。為便于吊裝設(shè)備，用尼龍帆布制成帶狀的吊具，見圖。具有單層?八層的尼龍帆布，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)2140N/m?層。（三）鋼絲繩鋼絲繩的特性：鋼絲繩是用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度碳素鋼絲捻制成的，它具有截面相等、抗拉強(qiáng)度高、耐磨損、彈性好，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，沒有噪音，自重輕、工作安全、可靠。能承受沖擊性載荷，破斷前有斷絲預(yù)兆，整根鋼絲繩不會(huì)立即折斷。鋼絲繩的缺點(diǎn)：鋼絲繩由于具有柔性【能彎曲】、還具有僵性【反抗彎曲】，按規(guī)范要求，在起重吊裝機(jī)索具中具有一定的繩輪比，必然增大卷筒和滑輪的直徑，相應(yīng)地增大了其尺寸和重量。使用不當(dāng)時(shí)，易發(fā)生疲勞破壞和磨損。鋼絲繩的技術(shù)規(guī)范國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩中，針對(duì)我們起重吊裝作業(yè)常用的鋼絲繩有：6X19+1【其中6為六股鋼索，19為每股鋼索中有十九根0?4?3皿的鋼絲捻制而成，1為中間的一根麻芯，麻芯油浸過的。當(dāng)鋼絲繩受力后，油從縫隙中擠出，起到減小摩擦保護(hù)鋼絲繩使用壽命】。一般用作纜風(fēng)繩和拖拉繩。6X37+11其中6為六股鋼索，37為每股鋼索中有三十七根0.4?3皿的鋼絲捻制而成，1為一根中間的油浸麻芯】。一般用作滑輪組與卷筒起重跑繩用。6X61+【其中6為六根鋼索，61為每股鋼索中有六十一根0.4?3皿的鋼絲捻制而成，1為一根中間的油浸麻芯】。一般用作千斤繩【吊索】、捆綁繩用。其中鋼絲的抗拉強(qiáng)度分別為1400MpPa、1550MPa、1700MPa、1850MPa、2000MPa五個(gè)等級(jí)，見表?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，鋼絲繩的破壞主要是由疲勞、磨損引起的。鋼絲繩的破壞：根據(jù)實(shí)驗(yàn)與安裝施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐證明，鋼絲繩的破壞主要由鋼絲繩的疲勞、磨損引起的。因鋼絲繩在工作時(shí)一般要進(jìn)出滑輪或卷筒作彎繞，除了產(chǎn)生拉應(yīng)力外，還有接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，尤其是后兩者的脈動(dòng)特性，引起金屬的疲勞。經(jīng)過一段時(shí)間的使用，鋼絲繩表面的鋼絲發(fā)生彎曲疲勞與磨損，表面層的鋼絲逐漸折斷，折斷的鋼絲數(shù)量愈多，其它未斷的鋼絲所受拉力越大，疲勞與磨損便愈來愈甚，使斷絲速度加快，當(dāng)斷絲發(fā)展到一定程度，就保證不了鋼絲繩的使用安全系數(shù)，按規(guī)范要求，鋼絲繩在一個(gè)節(jié)距內(nèi)斷絲超過規(guī)定的數(shù)量便報(bào)廢。疲勞破壞：由于鋼絲繩是在交變載荷持續(xù)反復(fù)作用【積勞成疾】發(fā)生的破壞。破壞特點(diǎn)是突然性、高度局部性和各種缺陷的敏感性。疲勞破壞的宏觀斷口特征是脆性的，無明顯塑性變形。疲勞破壞總是始于微觀裂紋，來源于冶爍、冷熱加工、化學(xué)成份影響、熱處理影響、殘余應(yīng)力影響、應(yīng)力集中的影響等。針對(duì)起重吊裝實(shí)踐，鋼絲繩的疲勞破壞有如下原因：鋼絲繩纏繞不規(guī)范，任意交錯(cuò)，層層相咬，股股相磨。卷筒或滑輪的直徑太小，繩輪比不符合規(guī)范要求。滑輪或卷筒的軸承壞了，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)生振動(dòng)或不均勻的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，鋼絲在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，就會(huì)發(fā)生鞭打卷筒的現(xiàn)象。鋼絲繩的節(jié)距：鋼絲繩的報(bào)廢與折減負(fù)荷使用按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在一個(gè)節(jié)距內(nèi)斷絲或磨損情況而確定的。見一個(gè)節(jié)距的示意圖一個(gè)節(jié)距鋼絲繩的計(jì)算：鋼絲繩的計(jì)算重點(diǎn)掌握，鋼絲繩與滑輪及卷筒繩輪比的計(jì)算；鋼絲繩使用安全系數(shù)的計(jì)算；破斷拉力計(jì)算；許用拉力計(jì)算等。鋼絲繩纏繞滑輪或卷筒時(shí)最小直徑的計(jì)算D^e1ee2-d式中D一滑輪或卷筒的直徑皿ei—根據(jù)工作類型而決定的系數(shù)。輕型e：11?16；中型ej18；重型ej20。e2__根據(jù)鋼絲繩結(jié)構(gòu)決定的系數(shù)。交互捻e2=1；同向捻e2=0.9o國內(nèi)生產(chǎn)使用的H系列滑輪的繩輪比是D/d=11左右。鋼絲繩安全系數(shù)計(jì)算：合理正確計(jì)算鋼絲繩安全系數(shù)必須保證在【安全、可靠】的基礎(chǔ)上，做到對(duì)構(gòu)件與設(shè)備吊裝的【萬無一失、完整無損】。在計(jì)算與選擇鋼絲繩的安全系數(shù)時(shí),應(yīng)考慮如下的因素：鋼絲繩在吊裝過程中將會(huì)出現(xiàn)拉伸、擠壓、彎曲、疲勞等復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，而且每股、每根鋼絲繩的受力都不一樣，這種不均勻的受力難以正確計(jì)算。一般只能按有較大安全儲(chǔ)備近似地計(jì)算。在吊裝過程中，常發(fā)生有沖擊和振動(dòng)的現(xiàn)象。如起重機(jī)的起動(dòng)和突然停車，由于鋼絲繩在初始狀態(tài)時(shí)是處於松弛，繼而起動(dòng)對(duì)構(gòu)件和設(shè)備猛拉時(shí)，產(chǎn)生比靜荷載大幾倍的動(dòng)荷載。c.鋼絲繩在使用過程中因磨損、銹蝕、被繩卡損傷等影響其強(qiáng)度。c.這些因素中最主要的是沖擊荷載和因拉伸、彎曲反復(fù)出現(xiàn)的疲勞現(xiàn)象。因此,安全系數(shù)與起重機(jī)牽引性質(zhì)、操作方法和滑輪與卷筒的直徑比,工作的繁忙程度有關(guān)。纜風(fēng)繩安全系數(shù)K=3.5；起重牽引跑繩K=5；吊索【千斤繩、捆綁繩】K=6?10；用于載人 K=12?14。鋼絲繩破斷拉力和許用拉力計(jì)算a.鋼絲繩破斷拉力計(jì)算Sb=ji*d2]/4.n.6b.由=n?Fi.6b.由式中S一鋼絲繩的破斷拉力，N；bd一鋼絲繩中每一根鋼絲的直徑M；1n一鋼絲繩中鋼絲的總根數(shù)；6一鋼絲繩中鋼絲的抗拉強(qiáng)度，Pa；bFi一鋼絲繩中鋼絲總斷面積，M2；由一鋼絲繩中鋼絲的搓捻不均勻殘余應(yīng)力引起不均勻折減系數(shù)。6X19+1由=0.85；6X37+1也=0.82：6X61+1由=0.80。【例題】1.輕鋼車間有一根6X19+1鋼絲繩，直徑為21.5皿，鋼絲的抗拉強(qiáng)度6b=1550MPa,鋼絲直徑d=1.4皿，試求其破斷拉力為多少？【解】：代入公式S=^?di?n?6?由/4=3.14X1.42X10—3X114b bX1550X103X0.85/4=231KN。查表相吻合答破斷拉力為231KN【例題】2?重鋼車間有一根6X61+1吊索，直徑為22.0皿鋼絲直徑為0?8皿，抗拉強(qiáng)度6b=1550MPa，試求破斷拉力為多少？【解】：代入公式S=3.14X0.82X10-3X366X1550X103Xb0.8/4=228KN。查表相吻合(從這二例題加上書上例題可作分析比較，一是相同直徑破斷拉力不一樣,鋼絲的直徑也不一樣，為什么？)答破斷拉力為228KN。b.鋼絲繩破斷拉力的估算6b=0.5?d2(KN)式中d一鋼絲繩直徑皿；該經(jīng)驗(yàn)公式適用于鋼絲抗拉強(qiáng)度為1600MPa左右，即表中所示1550MPa?1700MPa之間，不偏大，也不偏小。其它抗拉強(qiáng)度的可由下式換算出。Sb=6b/1600X0.5d2(KN)【例題】重鋼一廠有一直徑為39皿的6X37+1的起重吊裝用的鋼絲繩,試求其破斷拉力為多少？【解】：代入S=0.5-d2=0.5X392=760.5(KN)b查表：當(dāng)6j1550MPa時(shí)Sb=717.5(KN)當(dāng)6j1700MPa時(shí)Sb=787(KN)在它們兩者之間，基本符合。C.鋼絲繩許用拉力的計(jì)算S=S/Kb式中S一許用拉力N；S一鋼絲繩的破斷拉力KN；bK一安全系數(shù)。為了彌補(bǔ)材料的不均勻，外力決定的不準(zhǔn)確，計(jì)算的不精確，以及考慮到荷載的性質(zhì)、材料的性質(zhì)和施工作業(yè)的安全，一般要求鋼絲繩在實(shí)際工作中所承受的力是它在試驗(yàn)時(shí)強(qiáng)度極限的兒分之一，這樣鋼絲繩在工作時(shí)就有幾倍的安全系數(shù)。根據(jù)安裝施工使用起重鋼絲繩的實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)和參照有關(guān)規(guī)范鋼絲繩的報(bào)廢由下列項(xiàng)目判定。斷絲的性質(zhì)和數(shù)量；繩端斷絲；斷絲的局部聚集；斷絲的增加率；繩股斷裂；由于繩芯損壞而引起的繩徑減小；彈性減?。煌獠考皟?nèi)部的磨損；外部及內(nèi)部的腐蝕；變形；由于熱源或電弧造成的損壞。在安裝施工現(xiàn)場(chǎng)，鋼絲繩的損壞往往是由各種因素綜合積累造成的，這就應(yīng)由主管人員在【安全、可靠】基礎(chǔ)上判別并決定鋼絲繩是報(bào)廢還是折減使用。吊裝繩索的計(jì)算在起重吊裝設(shè)備與構(gòu)件時(shí),常用鋼絲繩和鏈條制成一種專用吊具，稱為吊索【千斤繩、帶子繩、栓繩和吊帶的】。吊索可用單肢、雙支、四支或多支式的。其計(jì)算公式為：S=Q計(jì)/n?1/sinBW6/k式中S-1根分支吊索所承受的拉力N；Q計(jì)一被吊設(shè)備與構(gòu)件的計(jì)算重量N；計(jì)Q計(jì)f?K不.QNK動(dòng)一動(dòng)載系數(shù)，一般取K動(dòng)=1.1；K不一不均衡系數(shù)，一般取4=1.3；n—吊索的分支數(shù)；B—吊索與水平面的夾角；6b一鋼絲繩的破斷拉力KN；K一安全系數(shù)，一般取6?10?！纠}】己知某安裝現(xiàn)場(chǎng)有一重為50000N的構(gòu)件，用雙分支吊索吊裝該構(gòu)件，當(dāng)?shù)跛髋c構(gòu)件水平面的夾角8為90o、600、45o、300時(shí)，試求每根吊索的受力為多少？水平力為多少？選用多大直徑的鋼絲繩？【解】：Q計(jì)=K動(dòng)?K不?Q=1?1X1?3X50000=71500N8 900 600450 3001/sin8 1 1.161.414 2Q/n35750 35750計(jì)S=1/sin8?Q#/n計(jì)35750 4147035750 3575050550 71500按最大受力耒選擇鋼絲繩代入S=6b/K 所以6b=K?S=6X71500=429000N=429KN答：查表選用6X61+1,鋼絲抗拉強(qiáng)度為1700MPa直徑為30.5皿的鋼絲繩。二、吊具的計(jì)算（一）騎馬式繩卡使用數(shù)量的計(jì)算n=T/2N?（f1+f2）=2.5?T/N式中T一鋼絲繩上所受的拉力，N；N一擰緊繩卡螺帽時(shí)，螺栓上所受的力（可查表求得）；f1-鋼絲繩與鋼絲繩之間的摩擦系數(shù),為安全起見取f1=0oF一鋼絲繩在繩卡卡箍上的摩擦系數(shù)，f=0.2。22拉力值N是以用長(zhǎng)0.2米的螺帽扳手雙手用力擰緊螺帽為前提,一般使用三個(gè)，最后一個(gè)加旁彎，以便觀察其是否有松動(dòng)。（二）、卸扣計(jì)算：卸扣的承載能力與彎環(huán)部位直徑的平方成正比，對(duì)直環(huán)形螺旋式卡環(huán)的允許承載按下式枯算。P=40Xd2N平均式中P—允許承載荷重，N；d平均一銷軸與彎環(huán)直徑的平均值，即d平均=d+d/2皿【例題】按表選用卸扣，己知銷軸直徑為12皿，彎環(huán)直徑為10皿，試確定其允許荷重為多少？【解】：代入以上公式d平均=d+d/2=12+10/2=11皿P=40Xd2平均=40X112=4840N答：查表允許負(fù)荷為5000N,與計(jì)算基本相吻合。（三）、鏈條計(jì)算按用途不同鏈條可分為焊接鏈條、片狀鏈條兩種,用于撓性傳動(dòng)構(gòu)件或撓性起重構(gòu)件。其拉力按下式計(jì)算。F=b?9.81.W?m/nN式中b一鏈與垂直線形成夾角d時(shí)的受力系數(shù)，查表。W一構(gòu)件或設(shè)備的重量Kg；m一安全系數(shù),m=5；n—鏈條根數(shù)。三、起重滑輪和滑輪組計(jì)算（一）定滑輪計(jì)算在滑輪中，繩索一端的拉力S和另一端的荷載重量Q方向相反,大小相等。但由于繩索具有剛性而產(chǎn)生剛性阻力W和軸承的摩擦阻1力W,故2S=Q+W+W12由于繩索具有剛性，鋼絲繩在繞入或引出滑輪時(shí),其繩索和滑輪不能立即密合而產(chǎn)生一定的偏移?】和e2。若暫不考慮軸承摩擦阻力時(shí)，可得出力矩方程式：TOC\o"1-5"\h\zQ+W1(R-e2)=Q(R+ei) (1)化簡(jiǎn)后得W=(e+e)?Q/R—ee(e+e)?Q/R(因D>e) (2)1 1 2 2 1 2 2摩擦阻力計(jì)算的力矩方程式如下：W2-R=(2Q+W1)?f1-d/2W2=(2Q+Q?e1+e2/R)f1?d/2Red/R?孔?。 (3)式中d一滑輪輪軸直徑皿；f一轉(zhuǎn)輪與軸的摩擦系數(shù)1將W與可代入(1)式,可得：12S=Q(1+e1+e2/R+f1d/R)=uQ (4)式中r一總阻力系數(shù)?？傋枇ο禂?shù)，是包括繩索的剛性阻力和滑輪軸承人摩擦阻力的一個(gè)系數(shù)，它與撓性構(gòu)件的種類、滑輪及軸承的特性以及繩索在轉(zhuǎn)輪上的包角的大小等因素有關(guān)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)采用滾柱軸承寸r=1.02；青銅襯套時(shí)r=1.04；無襯套時(shí)r=1?06。定滑輪效率計(jì)算當(dāng)荷載Q上升高度為h時(shí)，這時(shí)拉力S也移動(dòng)距離為h,故定滑輪的效率為：n=有用功/作功=Qh/Sh=Qh/uQh=1/u (5)即定滑輪的效率為其總阻力系數(shù)的倒數(shù),要提高定滑輪的