CN111488643B - 一种履带式起重机行走及起重荷载计算系统及计算方法 - Google Patents

一种履带式起重机行走及起重荷载计算系统及计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种履带式起重机行走及起重荷载计算系统及计算方法。该计算系统包括行走路线规划模块、标准吊装工况安全模块及吊装范围确定模块。行走路线规划模块是根据单边履带对楼板或地基或支撑平台的均布荷载值确定最佳的行走路线；标准吊装工况安全模块是分别根据起重臂垂直于车身方向时的竖向荷载合力以及对回转中心弯矩之和的计算值确定履带式起重机在楼板或地基或支撑平台的安全性及自身稳定性；吊装范围确定模块是根据‑180至180度工况下的荷载包络曲线来确定履带式起重机最适宜的吊装范围。本发明大幅提高计算效率，仅用时1天完成两千余台起重机械下部荷载计算，为呼吸类临时传染病医院的施工部署与建设提供了极大的帮助。

Description

一种履带式起重机行走及起重荷载计算系统及计算方法
技术领域
本发明属于工程机械技术领域，尤其涉及一种全覆盖工况下履带式起重机行走及起重荷载计算系统及计算方法。
背景技术
目前，当前履带式起重机及作业工况选取，主要采用“车型-吊重组合下的多作业半径、多角度工况依次进行计算、比选。而采用的办法多为有限元软件（如PKPM、MIDAS等软件）进行建模计算，存在计算准备工作量大、多次重复工作、缺乏工作效率和针对性等问题。
随着吊装作业在施工工程中的应用愈加频繁，对履带式起重机车辆及工况选型要求时效性越来越高，对施工安全性也提出了更高要求。
在施工呼吸类临时传染病医院钢结构装配式建筑体系时，施工作业周期之短，体量之大未有先见。在施工高峰同时采用近2000余台起重机械，对于起重机行走及吊装安全的要求达到前所未有的高度。而采用传统方法无法短时间内完成当前体量的计算工作，而且传统的方法均不会考虑行走工况下的安全性。
发明内容
本发明为解决上述技术问题提供一种全覆盖工况下履带式起重机行走及起重荷载计算系统及计算方法。使用该计算方法大幅提高计算效率，仅用时1天完成2000余台起重机械下部荷载计算，为呼吸类临时传染病医院的施工部署与建设提供了极大的帮助。
本发明为解决上述技术提供所提供的技术方案如下：
一种履带式起重机行走及起重荷载计算系统，所述计算系统包括行走路线规划模块、标准吊装工况安全模块及吊装范围确定模块；所述行走路线规划模块是根据机械性能参数表得到履带接地计算长度及宽度，并考虑楼板或地基或支撑平台的扩散厚度，计算得到单边履带对楼板或地基或支撑平台的均布荷载值，从而根据所述均布荷载值确定最佳的行走路线；所述标准吊装工况安全模块是分别根据起重臂垂直于车身方向时的竖向荷载合力以及对回转中心弯矩之和的计算值确定履带式起重机在楼板或地基或支撑平台的安全性及自身稳定性；所述吊装范围确定模块是根据-180至180度工况下的荷载包络曲线来确定履带式起重机最适宜的吊装范围。
优选地，所述单边履带对楼面的均布荷载值的公式为：
（1）；
其中，式（1）中的η为动力系数，G1为主机重，G2为吊钩重，G3为主臂重，G4为配重，bc为履带接地计算宽度，Lc为履带接地计算长度。
优选地，所述，/>， h为楼板厚度，s为垫层厚度，bt为履带接地宽度，Lt为履带接地长度。`
优选地，当时，履带全截面受压，单边履带地面边缘最大压力值为：
；
单边履带底面边缘最小压力值：
；
其中，η为动力系数，MY为绕Y轴弯矩，，W为单边履带抗弯抵抗矩，；Fi为单边履带的荷载，Lf为履带有效受压长度，b为履带接地宽度，M=(G0+G2)×R+G3×R/2-G4×r-G5×rs，R为吊装半经，r为配重回转距离，rs为超起配重回转距离，G5为超起配重，α为起重臂与车身的角度。
优选地，当时，履带部分截面受压，单边履带地面边缘最大压力值为：
；
履带底面边缘最小压力值：
。
优选地，所述多角度工况下的荷载包络曲线是以起重臂与车身方向的各种不同角度为横坐标，以各种不同角度得到的履带式起重机履带压的计算值为纵坐标所得到的曲线。
优选地，还可以根据荷载包络曲线确定的最大荷载，确定地基或楼板或支撑平台的选型及加固形式。
优选地，根据单边履带对楼板或地基或支撑平台的均布荷载值确定最佳的行走路线是将单边履带对楼板或地基或支撑平台的最大均布荷载值与路面的承载力进行比较，若大于路面承载力，则需绕过该段路面。
一种履带式起重机行走及起重荷载计算方法，包括如下步骤：
根据机械性能参数表得到履带接地计算长度及宽度，并考虑楼板或地基或支撑平台的扩散厚度，计算得到单边履带对楼面的均布荷载值，从而根据单边履带对楼面的均布荷载值确定最佳的行走路线；
分别根据起重臂垂直于车身方向时的竖向荷载合力和对回转中心弯矩之和的计算值确定履带式起重机在楼板或地基或支撑平台的安全性和自身稳定性；
根据-180至180度工况下的荷载包络曲线来确定履带式起重机最适宜的吊装范围。
优选地，还包括根据荷载包络曲线确定的最大荷载，确定地基或楼板或支撑平台的选型及加固形式的步骤。
本发明的有益效果为：1）可通过现场实际情况确定吊重及吊装半径，初步确定吊重机械范围，提取各个履带式起重机性能参数，输入数据。求得履带式起重机的行走工况下的履带传递荷载值，提取履带式起重机的吊装工况履带荷载曲线。也可以根据实际吊装需求，求得单个角度的履带荷载值。依据履带压值选择合适行走路线，依据履带在吊装作业时的应力曲线确定吊装安全性，也可根据实际需要确定一定角度范围的最大荷载，从而确定地基/楼板/支撑平台的选型及加固形式；2）研发本系统计算方法，在“定车型单工况逐个计算”的基础上，采用大数据系统收集120余种起重机型号，开发计算履带式起重机吊装作业支座底部荷载的集成系统，大幅提高计算效率，仅用时1天完成所有起重机械下部荷载计算，为呼吸类临时传染病医院的施工部署与建设提供了极大的帮助。
附图说明
图1为履带吊吊装工况平面示意图，图中P1a、P1b、P2a、P2b为履带端点的荷载点示意；
图2为履带吊侧向吊装时的荷载示意图；
图3为履带吊正向吊装时的荷载示意图；
图4为履带吊履带全截面受压时的计算简图；
图5为履带吊履带部分截面受压时的计算简图；
图6为履带吊履带包络工况荷载曲线图。
图7为履带吊路线规划图。
实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明提供一种履带式起重机行走及起重荷载计算系统，所述计算系统包括行走路线规划模块、标准吊装工况安全模块及吊装范围确定模块；所述行走路线规划模块是根据机械性能参数表得到履带接地计算长度及宽度，并考虑楼板或地基或支撑平台的扩散厚度，计算得到单边履带对楼板或地基或支撑平台的均布荷载值，从而根据所述均布荷载值确定最佳的行走路线；所述标准吊装工况安全模块是分别根据起重臂垂直于车身方向时的竖向荷载合力以及对回转中心弯矩之和的计算值确定履带式起重机在楼板或地基或支撑平台的安全性及自身稳定性；所述吊装范围确定模块是根据-180至180度工况下的荷载包络曲线来确定履带式起重机最适宜的吊装范围。
参考图1至图5，所述单边履带对楼面的均布荷载值的公式为：
（1）；
其中，式（1）中的η为动力系数，G1为主机重，G2为吊钩重，G3为主臂重，G4为配重，bc为履带接地计算宽度，Lc为履带接地计算长度。
所述，/>， h为楼板厚度，s为垫层厚度，bt为履带接地宽度，Lt为履带接地长度。`
当时，履带全截面受压(如图4所示)，单边履带地面边缘最大压力值为：
；
单边履带底面边缘最小压力值：
；
其中，η为动力系数，MY为绕Y轴弯矩，，W为单边履带抗弯抵抗矩，；Fi为单边履带的荷载，Lf为履带有效受压长度，b为履带接地宽度，M=(G0+G2)×R+G3×R/2-G4×r-G5×rs，R为吊装半经，r为配重回转距离，rs为超起配重回转距离，G5为超起配重，α为起重臂与车身的角度。
当时，履带部分截面受压(如图5所示)，单边履带地面边缘最大压力值为：
；
履带底面边缘最小压力值：
。
如图6所示，多角度工况下的荷载包络曲线是以起重臂与车身方向的各种不同角度为横坐标，以各种不同角度得到的履带式起重机履带压的计算值为纵坐标所得到的曲线。还可以根据荷载包络曲线确定的最大荷载，确定地基或楼板或支撑平台的选型及加固形式。
本发明根据单边履带对楼板或地基或支撑平台的均布荷载值确定最佳的行走路线是将单边履带对楼板或地基或支撑平台的最大均布荷载值与路面的承载力进行比较，若大于路面承载力，则需绕过该段路面。
本发明还提供该履带式起重机行走及起重荷载计算方法，包括如下步骤：
根据机械性能参数表得到履带接地计算长度及宽度，并考虑楼板或地基或支撑平台的扩散厚度，计算得到单边履带对楼面的均布荷载值，从而根据单边履带对楼面的均布荷载值确定最佳的行走路线；
分别根据起重臂垂直于车身方向时的竖向荷载合力和对回转中心弯矩之和的计算值确定履带式起重机在楼板或地基或支撑平台的安全性和自身稳定性；
根据-180至180度工况下的荷载包络曲线来确定履带式起重机最适宜的吊装范围。
下面以50t履带式起重机进行吊装的具体实施例来说明。表1为履带式起重机质量参数：
表1
1.1 行走工况下荷载计算
整机行走两条履带按均布荷载计算。
根据机械性能及场地实际工况，易知：
动力系数η：1.3。
履带接地宽度b：0.76 m；
履带接地长度L：4.844 m；
根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012，附录C.0.5第2条，
荷载作用面平行和垂直于板跨的计算宽度，分别取，/>。其中/>为荷载作用面平行于板跨的宽度，/>为荷载作用面垂直于板跨的宽度，s为垫层厚度，h为板的厚度。由此计算得：
考虑楼板扩散作用：
楼板厚度h：100 mm
垫层厚度s：0 mm
履带接地计算宽度bc：0.76+2×0+0.1=0.86 mm；
履带接地计算长度Lc：4.844+2×0+0.1=4.944mm；
履带总计算面积A0：2×0.76×4.844=7.36 m2；
单边履带对楼面均布荷载为：
由图7可以看出，履带吊原行走路线需要经过软弱地基层及地下室顶板区域，而软弱地基层的承载力为<50，地下室顶板的最大处承载力50-100。履带吊单边履带考虑软弱地基层的扩散作用下的荷载值最大为88.54，大于软弱地基层的承载力，小于地下室顶板承载力，因此需要调整路线，绕开软弱地基，但不必避开地下室顶板层承载力大于88.54的区域。
1.2 吊装工况下荷载计算
1.2.1 计算参数
50t履带式起重机（臂长31m）+最大吊重5吨+作业半径12m。
沿车身方向为X轴，垂直车身方向为Y轴。
计算参数如下：
起重臂水平投影与车身之间夹角为，
绕X轴弯矩
绕Y轴弯矩
对F1支座（靠近配重一端）取矩：
对F2支座（靠近吊重一端）取矩：
由此求得：
将压力和弯矩等效为偏心压力，
等效偏心距为：
1)若，履带全截面受压。
履带有效受压长度：
单边履带受压面积：
单边履带抗弯抵抗矩：
履带底面边缘最大压力值：
履带底面边缘最小压力值：
2)若，履带部分截面受压。
竖向荷载合力与底面荷载合力平衡，可得
履带有效受压长度：
履带底面边缘最大压力值：
参数皆取自于上述图表中，在此不再赘述。
履带底面边缘最小压力值：
1.2.2 起重臂沿车身方向，α=0°
1.2.3 起重臂垂直车身方向，α=90°
1.2.4 起重臂沿履带对角线方向，α=arctan(B/L)=arctan(3.64/4.844)=36.9°
所述标准吊装工况安全模块是根据起重臂沿车身方向、垂直于车身方向、沿履带对角线方向时的履带荷载的计算值确定履带吊在楼板或地面的安全性。在本实施例中，计算出90度时的两个履带四个端点的荷载分别为83.83、83.83、110.89、110.89。而两个履带的四个端点P1a、P1b、P2a及P2b所在楼板的承载力均为150，可以比较得出，该位置不需要采取加固措施。
所述吊装范围与角度确定模块是根据多角度工况下的荷载包络曲线来确定履带吊选择最适宜的吊装范围及吊装角度。图6为荷载包络曲线。从图6可以看出，本实施例中，最适宜的吊装范围为承载力>120的吊装区域，最适宜的吊装角度为-90°和90°。
验证说明：采用预贴应变片及表面式振弦式应变计，测得50吨履带吊吊装不大于19.2吨的钢构件，吊装角度90度时实际工况下的楼板荷载，绘制应力应变曲线，得到的实际结果与本方法理论计算结果误差仅3%以内，故认为本方法切实可行。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种履带式起重机行走及起重荷载计算系统，其特征在于，所述计算系统包括行走路线规划模块、标准吊装工况安全模块及吊装范围确定模块；所述行走路线规划模块是根据机械性能参数表得到履带接地计算长度及宽度，并考虑楼板或地基或支撑平台的扩散厚度，计算得到单边履带对楼板或地基或支撑平台的均布荷载值，从而根据所述均布荷载值确定最佳的行走路线，所述根据所述均布荷载值确定最佳的行走路线是将单边履带对楼板或地基或支撑平台的最大均布荷载值与路面的承载力进行比较，若大于路面承载力，则需绕过该段路面；所述标准吊装工况安全模块是分别根据起重臂垂直于车身方向时的竖向荷载合力以及对回转中心弯矩之和的计算值确定履带式起重机在楼板或地基或支撑平台的安全性及自身稳定性；所述吊装范围确定模块是根据-180至180度工况下的荷载包络曲线来确定履带式起重机最适宜的吊装范围；
其中，所述均布荷载值的公式为：
其中，式(1)中的η为动力系数，G1为主机重，G2为吊钩重，G3为主臂重，G4为配重，bc为履带接地计算宽度，Lc为履带接地计算长度；
所述bc＝bt+2s+h，Lc＝Lt+2s+h，h为楼板厚度，s为垫层厚度，bt为履带接地宽度，Lt为履带接地长度；
当ex≤L/6时，履带全截面受压，单边履带地面边缘最大压力值为：
单边履带底面边缘最小压力值：
其中，η为动力系数，MY为绕Y轴弯矩，MY＝M×cos，W为单边履带抗弯抵抗矩，Fi为单边履带的荷载，Lf为履带有效受压长度，b为履带接地宽度，M＝(G0+G2)×R+G3×R/2-G4×r-G5×rs，R为吊装半经，r为配重回转距离，rs为超起配重回转距离，G5为超起配重，α为起重臂与车身的角度；当ex>L/6时，履带部分截面受压，单边履带地面边缘最大压力值为：
履带底面边缘最小压力值：
Pmon＝0。
2.如权利要求1所述的履带式起重机行走及起重荷载计算系统，其特征在于，所述-180至180度工况下的荷载包络曲线是以起重臂与车身方向的各种不同角度为横坐标，以各种不同角度得到的履带式起重机履带压的计算值为纵坐标所得到的曲线。
3.如权利要求2所述的履带式起重机行走及起重荷载计算系统，其特征在于，根据荷载包络曲线确定的最大荷载，确定地基或楼板或支撑平台的选型及加固形式。
4.利用如权利要求1所述的履带式起重机行走及起重荷载计算系统的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据机械性能参数表得到履带接地计算长度及宽度，并考虑楼板或地基或支撑平台的扩散厚度，计算得到单边履带对楼面的均布荷载值，从而根据单边履带对楼面的均布荷载值确定最佳的行走路线，所述根据所述均布荷载值确定最佳的行走路线是将单边履带对楼板或地基或支撑平台的最大均布荷载值与路面的承载力进行比较，若大于路面承载力，则需绕过该段路面；
分别根据起重臂垂直于车身方向时的竖向荷载合力和对回转中心弯矩之和的计算值确定履带式起重机在楼板或地基或支撑平台的安全性和自身稳定性；
根据-180至180度工况下的荷载包络曲线来确定履带式起重机最适宜的吊装范围；
其中，所述均布荷载值的公式为：
其中，式(1)中的η为动力系数，G1为主机重，G2为吊钩重，G3为主臂重，G4为配重，bc为履带接地计算宽度，Lc为履带接地计算长度；
所述bc＝bt+2s+h，Lc＝Lt+2s+h，h为楼板厚度，s为垫层厚度，bt为履带接地宽度，Lt为履带接地长度。
5.如权利要求4所述的计算方法，其特征在于，还包括根据荷载包络曲线确定的最大荷载，确定地基或楼板或支撑平台的选型及加固形式的步骤。
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