摘要：建立了钢丝绳吊重离地起升的动力学模型，对起升工况进行了仿真研究，较真实地反映了钢丝绳吊重离地起升过程中的动态特性，得到了离地起升瞬间的位移、速度、加速度方程，并基于此提出了新的钢丝绳和起重机的起升动载系数计算公式。该公式与现行国内外标准相比，具有计算精确、参数易取、简单的特点，可应用于起重机系统设计中，具有良好的参考价值。
关键词：钢丝绳；动载系数；刚度；起重机；建模
中图分类号：TH113 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）29-0049-03
钢丝绳吊重离地起升工况复杂，其动载荷与结构刚度、钢丝绳刚度、吊重质量、空气阻尼、起升速度等诸多因素有关。在起重机设计中，常采用动载系数法计算动载荷。起升动载系数是起重机动载系数
中较为重要的一个，其选取对起重设备的安全性具有重要影响。学者们对吊重提升系统的动载荷及起升过程的动态特性进行了较多的研究，多为针对某种起重设备和工况的仿真分析，尚未提供简单易行且精确的起升动载系数计算公式。因此，起重机设计中常采用参考相关标准进行起升动载荷的计算。
ISO标准（ISO8686-1）、欧洲搬运协会标准（CEN/TC147/WG/N2）、德国工业标准DIN15018以及我国先后发布的GB/T3811-1983、GB/T3811-2008等都根据起重机的种类及使用条件规定了起升动载系数的计算方法。然而，各国标准在计算起升动载系数时都将起重机划分了不同的起升等级，并规定按起升等级计算起升动载系数，由于标准中对起重机等级的划分较为笼统，且为简化计算，这给实际中起重机起升动载系数计算带来不便。
本文建立了钢丝绳吊重离地起升动力学模型，并进行仿真及试验研究，获得起升过程的动态特性。基于此，提出了采用提升初速及提升钢丝绳相关参数的起升动载系数计算公式，该公式计算具有计算精确、参数易取、简单的优点。
1 模型建立
1.1 离地起升工况分析
物品离地起升过程分为三个阶段：
第一阶段：起升机构卷绕起升钢丝绳由松弛到张紧拉直但仍未受力。
第二阶段：起升钢丝绳开始受力并逐渐增大直至与物品的重力相等，结构和起升钢丝绳产生位移但物品未离地。
第三阶段：物品离开地面的瞬间即与结构同时振动。
1.2 动力学方程建立及求解
2 仿真实例
2.1 仿真参数的选取
根据深圳市海星港的某台门座起重机的实际情况，取支撑结构折算质量=6000kg，取起升物体重量12500，吊钩重量800kg，=13300，支撑结构刚度=14.7e+6。根据实验所测量数据，用动载法得到钢丝绳刚度=8.216e+005N/m。重力加速度为9.8，钢丝绳长度为45，钢丝绳为18×7不旋转钢丝绳。
2.2 仿真结果
实际计算的起升动载系数随起升速度变化的曲线如图3中点划线所示。从计算结果可知，所仿真钢丝绳提升重物离地时，其起升动载系数与国际标准ISO8686-1第HC4等级接近，主要落在中国标准GB/T3811-2008的第HC2和HC4等级之间，且与起升速度成线性变化。
采用标准计算起升动载系数，首先要确定起重机的起升等级，而起升等级的确定较为笼统。同时，现有标准只是对起升系数进行简单的计算，而实际影响起升动载系数的还有结构的刚度、起升钢丝绳刚度、重物质量以及起、制动强度等因素。因此，在起升动载系数的选取中，无论使用何种标准、把起重机划归为何种起升等级都是不准
确的。
由于计算中，认为起升时提升机构的运动速度保持不变，也就相当于假设提升机构的刚度无限大，实际中由于提升机构具有一定的刚度，系统起升动载系数要小些，因此本文的起升动载系数计算公式所计算值比实际中略偏大，安全性好。
3 结语
对钢丝绳吊重离地起升进行仿真研究，仿真结果表明：提升物体从静止加速到提升初速所需时间与提升初速的大小无关，只与钢丝绳刚度及物体质量有关；钢丝绳的起升动载系数与提升初速成
正比。
提出以钢丝绳弹性模量、有效长度、有效横截面积、吊重质量相关的钢丝绳及起重机起升动载系数计算公式，该公式克服了按标准计算时采用简化计算及由于起重机起升等级确定的笼统性而引起计算精度不足的缺点。此外，钢丝绳的实际弹性模量可以通过试验测出或参考制绳所用钢丝的弹性模量凭借经验选取，使得起升动载系数的计算简单易行。该公式可为起重机设计提供一定的参考价值，同时，在知道起重机起升动载系数的情况下，可用它来校核起升钢丝绳的强度以及起升速度等参数是否合适。
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作者简介：王幸清（1985-），男，广东深圳人，供职于深圳市特种设备安全检验研究院，研究方向：机械设计制造及其自动化。
（责任编辑：秦逊玉）
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