CN111985020B - 一种汽车式起重机行走及起重荷载计算系统及计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车式起重机行走及起重荷载计算系统及计算方法。该系统包括行走路线规划模块、标准吊装工况安全模块以及吊装范围与角度确定模块。行走路线规划模块是根据计算得到每个车轮的竖向荷载标准值，与楼板或地基或支撑平台的承载力进行比较，确定最佳的行走路线；标准吊装工况安全模块是根据起重臂垂直于车身方向时的支腿荷载的计算值与楼板或地基或支撑平台的承载力进行比较；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吊装同一区域时汽车吊的活动范围及吊装角度。本发明大幅提高了计算效率，仅用时一天完成所有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

一种汽车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汽车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，当前汽车吊及履带吊及作业工况选取，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，对汽车吊、履带吊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汽车式起重机行走及起重荷载系统计算方法。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。

本发明为解决上述技术提供所提供的技术方案如下：

一种全覆盖工况下汽车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单轮轮压作用长度及宽度，并考虑楼板或地基或支撑平台的扩散厚度，计算得到每个车轮的竖向荷载标准值，从而根据每个车轮的竖向荷载标准值与楼板或地基或支撑平台的承载力进行比较，确定最佳的行走路线；所述标准吊装工况安全模块是根据起重臂垂直于车身方向时的支腿荷载的计算值与板或地基或支撑平台的承载力进行比较，从而确定汽车吊在楼板或地面的安全性；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吊装同一区域时汽车吊的活动范围及吊装角度。

优选地，所述每个车轮的竖向荷载标准值的p_i计算公式为：

其中，式(1)中的

其中b_cl＝b_tl+2s+h，b_cw＝b_tw+2s+h，η为动力系数，G_i为轴荷，b_cl为单轮轮压计算长度，b_cw为单轮轮压计算宽度，b_tl为单轮轮压作用长度，b_tw为单轮轮压作用宽度。

优选地，所述支腿荷载的计算公式为：

式中：

N₁-N₄分别为汽车吊起重机四个支腿的荷载；

η——动力系数；

∑P＝G+P₀+P₁+P₂，其中，G为吊车自重，P₀为活动配重，P₁为最大吊重，P₂为超起配重；

M_x——绕垂直车身轴线方向(Y轴)力矩；

M_y——绕沿车身轴线方向(X轴)力矩；

L_zz——支腿纵向距离；

L_zh——支腿横向距离；

α——起重臂水平投影与车身夹角。

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多个支腿荷载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，即若最大荷载超过地基或楼板或支撑平台的承载力，即采取相应的加固方案或绕开该区域进行作业，该区域用作其他用途。

优选地，

M_y＝M₀ cosα+(P₀+P₁+P₂)e-M₁₂

M_x＝M₀sinα (4)

其中，M₀＝P₁×R-P₀×r-P₂×rs，e＝e₁-L_zz/2，M₁₂＝M₁-M₂，R为作业半径，r为配重至支腿中心，rs为超起配重至回转中心距离，e＝e₁-L_zz/2，e₁为前支腿至回转中心距离，M₁为前轴荷对支腿中心力矩，M₂为后轴荷对支腿中心力矩。

优选地，根据每个车轮的竖向荷载标准值确定最佳的行走路线是将多个车轮的最大竖向荷载标准值与路面的最大承载力进行比较，若大于路面承载力，则需绕过该段路面。

一种全覆盖工况下汽车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单轮轮压作用长度及宽度，并考虑楼板或地基或支撑平台的扩散厚度，计算得到每个车轮的竖向荷载标准值，从而根据每个车轮的竖向荷载标准值与楼板或地基或支撑平台的承载力进行比较，确定最佳的行走路线；

根据起重臂垂直于车身方向时的支腿荷载的计算值与板或地基或支撑平台的承载力进行比较，从而确定汽车吊在楼板或地面的安全性；

根据多角度工况下的荷载包络曲线来确定吊装同一区域时汽车吊的活动范围及吊装角度。

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，若最大荷载超过地基或楼板或支撑平台的承载力，即采取相应的加固方案或绕开该区域进行作业，该区域用作其他用途。

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多个支腿荷载的计算值为纵坐标所得到的曲线。

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，提取各个汽车吊性能参数，输入数据。求得汽车吊的行走工况下的轮压值，提取汽车吊的吊装工况支腿荷载曲线。也可以根据实际吊装需求，求得单个角度的支腿荷载。依据轮压值选择合适行走路线，依据吊装支腿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，开发计算汽车吊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。

附图说明

图1为本发明实施例提供的汽车式起重机吊装时的主视图。

图2为本发明实施例提供的汽车式起重机吊装时的俯视图。

图3为汽车式起重机吊装时的路线规划图。

图4为汽车式起重机吊装时多角度工况下的荷载包络曲线图。

具体实施方式

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。

本发明提供一种全覆盖工况下汽车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单轮轮压作用长度及宽度，并考虑楼板或地基或支撑平台的扩散厚度，计算得到每个车轮的竖向荷载标准值，从而根据每个车轮的竖向荷载标准值与楼板或地基或支撑平台的承载力进行比较，确定最佳的行走路线；所述标准吊装工况安全模块是根据起重臂垂直于车身方向时的支腿荷载的计算值与板或地基或支撑平台的承载力进行比较，从而确定汽车吊在楼板或地面的安全性；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吊装同一区域时汽车吊的活动范围及吊装角度。

参考图1和图2，行走工况下，每个车轮的竖向荷载标准值的p_i计算公式为：

其中，式(1)中的

其中b_cl＝b_tl+2s+h，b_cw＝b_tw+2s+h，η为动力系数，G_i为轴荷，b_cl为单轮轮压计算长度，b_cw为单轮轮压计算宽度，b_tl为单轮轮压作用长度，b_tw为单轮轮压作用宽度。

可以将多个车轮的最小竖向荷载标准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。从而规划行走路线。

吊装工况下，支腿荷载的计算公式为：

式(3)中：

N₁-N₄分别为汽车吊起重机四个支腿的荷载；

η——动力系数；

∑P＝G+P₀+P₁+P₂，其中，G为吊车自重，P₀为活动配重，P₁为最大吊重，P₂为超起配重；

M_x——绕垂直车身轴线方向(Y轴)力矩；

M_y——绕沿车身轴线方向(X轴)力矩；

L_zz——支腿纵向距离；

L_zh——支腿横向距离；

α——起重臂水平投影与车身夹角。

优选地，

M_y＝M₀ cosα+(P₀+P₁+P₂)e-M₁₂

M_x＝M₀sinα (4)

其中，式(4)中，M₀＝P₁×R-P₀×r-P₂×rs，e＝e₁-L_zz/2，M₁₂＝M₁-M₂，R为作业半径，r为配重至支腿中心，rs为超起配重至回转中心距离，e＝e₁-L_zz/2，e₁为前支腿至回转中心距离，M₁为前轴荷对支腿中心力矩，M₂为后轴荷对支腿中心力矩

根据起重臂水平投影与车身的不同夹角，可以得到多角度工况下的荷载包络曲线。该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多个支腿荷载的计算值为纵坐标所得到的曲线。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，即若最大荷载超过地基或楼板或支撑平台的承载力，即采取相应的加固方案或绕开该区域进行作业，该区域用作其他用途。

本发明还提供一种全覆盖工况下汽车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单轮轮压作用长度及宽度，并考虑楼板或地基或支撑平台的扩散厚度，计算得到每个车轮的竖向荷载标准值，从而根据每个车轮的竖向荷载标准值与楼板或地基或支撑平台的承载力进行比较，确定最佳的行走路线；

根据起重臂垂直于车身方向时的支腿荷载的计算值与板或地基或支撑平台的承载力进行比较，从而确定汽车吊在楼板或地面的安全性；

根据多角度工况下的荷载包络曲线来确定吊装同一区域时汽车吊的活动范围及吊装角度。需要说明的是，上述步骤之间并没有特定顺序。

下面以50t汽车吊进行吊装的具体实施例来说明。表1为50t汽车吊的主要技术参数表。

表1

1.1行走工况下荷载计算

计算整体结构梁板荷载效应时按照集中荷载考虑。

动力系数η：1.3。

根据《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015及《建筑结构荷载规范》GB50009-2012：

单轮轮压作用长度b_l：200mm；

单轮轮压作用宽度b_w：300mm；

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b_cx＝b_tx+2s+h，b_cy＝b_ty+2s+h。其中b_tx为荷载作用面平行于板跨的宽度，b_ty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：100mm

垫层厚度s：0mm

单轮轮压计算长度b_cl(等同于上式中的b_cx)：200+2×0+100＝300mm；

单轮轮压计算宽度b_cw(等同于上式中的b_cy)：300+2×0+100＝400mm；

单边车轮的竖向荷载标准值：

等效成均布荷载：

行走工况下，轮压荷载计算结果如下表2所示：

表2

由图3可以看出，汽车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<100。由表2可以看出，汽车吊单边轮考虑软弱地基层的扩散作用下的荷载值最大为812.50，远大于软弱地基层的承载力及地下室顶板承载力，因此需要调整路线。而采用上述计算方法考虑到实际阴影部分的地基的扩散作用下的荷载值最大为812.50，小于其地基层的承载力1500，故选此为最佳的行走路线。

1.2吊装工况下支腿压力计算

50t汽车吊(臂长24.6m)+最大吊重6.2吨+作业半径7.5m，不带活动配重。

表3

根据公式(3)和(4)，支腿荷载计算公式：

A、起重臂沿车尾方向(α＝0°)

M_x＝465×sin0°＝0kN

M_y＝465×cos0°+(0+62+0)×0.08-613.2＝-143.24kN

B、起重臂沿支腿侧后方对角线方向(α＝arctan(L_zh/L_zz)＝arctan(6.9/5.92)＝49.4°)

M_x＝465×sin49.4°＝353.06kN

M_y＝465×cos49.4°+(0+62+0)×0.08-613.2＝-305.63kN

C、起重臂垂直车身方向(α＝90°)

M_x＝465×sin90°＝465kN

M_y＝465×cos90°+(0+62+0)×0.08-613.2＝-608.24kN

D、起重臂支腿侧前方对角线方向(α＝90°+49.4°＝139.4°)

M_x＝465×sin139.4°＝302.61kN

M_y＝465×cos139.4°+(0+62+0)×0.08-613.2＝-961.30kN

E、起重臂沿车头方向(α＝180°)

M_x＝465×sin180°＝0kN

M_y＝465×cos180°+(0+62+0)×0.08-613.2＝-1073.24kN

F、起重臂沿支腿侧后方对角线方向(α＝-arctan(L_zh/L_zz)＝-arctan(6.9/5.92)＝-49.4°)

M_x＝465×sin(-49.4°)＝-353.06kN

M_y＝465×cos(-49.4°)+(0+62+0)×0.08-613.2＝-305.63kN

G、起重臂垂直车身方向(α＝-90°)

M_x＝465×sin(-90°)＝-465kN

M_y＝465×cos(-90°)+(0+62+0)×0.08-613.2＝-608.24kN

H、起重臂支腿侧前方对角线方向(α＝-90_o+(-49.4°)＝-139.4°)

M_x＝465×sin(-139.4°)＝-302.61kN

M_y＝465×cos(-139.4°)+(0+62+0)×0.08-613.2＝-961.30kN

综上所述，吊装工况下，汽车吊不同角度下的支腿荷载如下表4所示：

表4

所述标准吊装工况安全模块是根据起重臂垂直于车身方向时的支腿荷载的计算值确定汽车吊在楼板或地面的安全性。在本实施例中，计算出90度时的四个支腿荷载分别为137.67、137.67、169.13、169.13。而四个支腿N1、N2、N3及N4所在楼板的承载力均为150，可以看出，在N3和N4位置所在的楼板需要加固，例如通过扣件式钢管脚手架支撑反顶来加固。

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汽车吊选择最适宜的吊装范围及吊装角度。图4为荷载包络曲线。从图4可以看出，本实施例中，最适宜的吊装范围为承载力>300的吊装区域，最适宜的吊装角度为-45°至45°。

验证说明：采用预贴应变片及表面式振弦式应变计，测得50吨汽车吊吊装不大于18.5吨的钢构件，吊装角度30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 (8)

1.一种汽车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与角度确定模块；所述行走路线规划模块是根据机械性能参数表得到单轮轮压作用长度及宽度，并考虑楼板或地基或支撑平台的扩散厚度，计算得到每个车轮的竖向荷载标准值，从而根据每个车轮的竖向荷载标准值与楼板或地基或支撑平台的承载力进行比较，确定最佳的行走路线；所述标准吊装工况安全模块是根据起重臂垂直于车身方向时的支腿荷载的计算值与板或地基或支撑平台的承载力进行比较，从而确定汽车吊在楼板或地面的安全性；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吊装同一区域时汽车吊的活动范围及吊装角度；

所述每个车轮的竖向荷载标准值的p_i计算公式为：

其中，式(1)中的

其中b_cl＝b_tl+2s+h，b_cw＝b_tw+2s+h，η为动力系数，G_i为轴荷，b_cl为单轮轮压计算长度，b_cw为单轮轮压计算宽度，b_tl为单轮轮压作用长度，b_tw为单轮轮压作用宽度；

其中根据每个车轮的竖向荷载标准值确定最佳的行走路线是将多个车轮的最大竖向荷载标准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。

2.如权利要求1所述的汽车式起重机行走及起重荷载计算系统，其特征在于，所述支腿荷载的计算公式为：

式中：

N₁-N₄分别为汽车吊起重机四个支腿的荷载；

∑P＝G+P₀+P₁+P₂，其中，G为吊车自重，P₀为活动配重，P₁为最大吊重，P₂为超起配重；

M_x——绕垂直车身轴线方向力矩；

M_y——绕沿车身轴线方向力矩；

L_zz——支腿纵向距离；

L_zh——支腿横向距离。

3.如权利要求1所述的汽车式起重机行走及起重荷载计算系统，其特征在于，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多个支腿荷载的计算值为纵坐标所得到的曲线。

4.如权利要求3所述的汽车式起重机行走及起重荷载计算系统，其特征在于，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，即若最大荷载超过地基或楼板或支撑平台的承载力，即采取相应的加固方案或绕开该区域进行作业，该区域用作其他用途。

5.如权利要求2所述的汽车式起重机行走及起重荷载计算系统，其特征在于，

M_y＝M₀cosα+(P₀+P₁+P₂)e-M₁₂

M_x＝M₀Sinα

其中，M₀＝P₁×R-P₀×r-P₂×rs，M₁₂＝M₁-M₂，R为作业半径，r为配重至支腿中心，rs为超起配重至回转中心距离，e＝e₁-L_zz/2，e₁为前支腿至回转中心距离，M₁为前轴荷对支腿中心力矩，M₂为后轴荷对支腿中心力矩，α为起重臂水平投影与车身夹角。

6.利用权利要求1所述的汽车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单轮轮压作用长度及宽度，并考虑楼板或地基或支撑平台的扩散厚度，计算得到每个车轮的竖向荷载标准值，从而根据每个车轮的竖向荷载标准值与楼板或地基或支撑平台的承载力进行比较，确定最佳的行走路线；

根据起重臂垂直于车身方向时的支腿荷载的计算值与板或地基或支撑平台的承载力进行比较，从而确定汽车吊在楼板或地面的安全性；

根据多角度工况下的荷载包络曲线来确定吊装同一区域时汽车吊的活动范围及吊装角度。

7.如权利要求6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，若最大荷载超过地基或楼板或支撑平台的承载力，即采取相应的加固方案或绕开该区域进行作业，该区域用作其他用途。

8.如权利要求6所述的计算方法，其特征在于，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多个支腿荷载的计算值为纵坐标所得到的曲线。