一、起重机主要参数及选型 （一）工作级别及其划分
1、工作级别划分的意义
各种不同类型起重机的使用工况和使用条件差异很大，划分起重机及其组成部分的工作级别是为了合理地选用、设计和制造起重机械：
a.使起重机械的制造商和使用者，对不同用途起重机械的工作状态达成共识，双方同意以认同的工作级别作为合同和技术方面的基础；
b.在此基础上设计出符合使用要求，有合适的生产率，有足够的安全寿命的起重机，并且从设计方面为起重机通用化、系列化和标准化的提高创造先决条件。
c.使起重机械的制造商能按所划分的各个工作级别科学合理地组织起重机及其组成部分的生产标准化、系列化和通用化工作，以达到提高产品质量，获得经济效益的目的。
起重机通过起升和移动所吊运的物品完成搬运作业，为适应起重机不同的使用情况和工作要求，在设计和选用起重机及其零部件时，应对起重机及其组成部分进行工作级别的划分，包括：
—— 起重机整机的分级； —— 机构的分级；
—— 结构件或机械零件的分级。
确定分级的因素有二个：使用等级和载荷状态 2、起重机整机的分级 （1）起重机的使用等级
起重机的设计预期寿命，是指设计预设的该起重机从开始使用起到最终报废时止能完成的总工作循环数。起重机的一个工作循环是指从起吊一个物品起，到能开始起吊下一个物品时止，包括起重机运行及正常的停歇在内的一个完整的过程 (当起升负荷时，金属结构件中由起升负荷产生的应力从零增加到最大值，当负荷卸除后，应力值从最大值下降到零，这个循环称为主循环)。
起重机的使用等级是将起重机可能完成的总工作循环数划分成的10个级别，用U0?U9
表示，见表1。
表1 起重机的使用等级
使用等级 U0 U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8
总工作循环数 CT CT≤1.603104 441.60310< CT≤3.20310 443.20310< CT≤6.30310 456.30310< CT≤1.25310 551.25310< CT≤2.50310 552.50310< CT≤5.00310 565.00310< CT≤1.00310 661.00310< CT≤2.00310 662.00310< CT≤4.00310 起重机使用频繁程度 很少使用 不频繁使用 中等频繁使用 较频繁使用 频繁使用 特别频繁使用 1
U9 4.00310< CT （2）起重机的起升载荷状态级别 起重机的起升载荷，指起重机实际的起吊作业中每一次吊运的物品质量（有效起重量）和吊具质量总和的重力；起重机的额定起升载荷，是指起重机起吊额定起重量时能吊运的物品质量（最大的有效起重量）和吊具质量总和的重力。
起重机的起升载荷状态级别是指在该起重机的设计预期寿命期限内，它的各个有代表性的起升载荷值的大小及各相对应的起吊次数，与起重机的额定起升载荷值的大小及总的起吊次数的比值情况。
在表2中，列出了起重机载荷谱系数KP的四个范围值，它们各代表了起重机一个相对应的载荷状态级别。
表2 起重机的载荷状态级别及载荷谱系数
载荷状态载荷谱系数KP 说 明 级别 Q1 KP≤0.125 很少吊运额定载荷，经常吊运较轻载荷 Q2 0.125?KP≤0.250 较少吊运额定载荷，经常吊运中等载荷 Q3 0.250?KP≤0.500 有时吊运额定载荷，较多吊运较重载荷 Q4 0.500?KP≤1.000 经常吊运额定载荷 如果已知起重机各个起升载荷值的大小及相应的起吊次数的资料，则可用式（1）算出该起重机的载荷谱系数：
6KP??[CimQim()]??????????（1） CTmQmax（
1
）
变
为
：
m——指数，为了便于级别的划分，约定取m＝3。
展
开
后
，
式
KP?CmQ?C1mQ13C2mQ23C3mQ33n()?()?()????i()3 ?（2） CTmQmaxCTmQmaxCTmQmaxCTmQmax由式(2)算得起重机载荷谱系数的值后，即可按表2确定该起重机相应的载荷状态级别。 如果不能获得起重机设计预期寿命期内起吊的各个有代
表性的起升载荷值的大小及相应的起吊次数的资料，因而无法通过上述计算得到它的载荷谱
系数及确定它的载荷状态级别，则可以由制造商和用户协商选出适合于该起重机的载荷状态级别及确定相应的载荷谱系数。 （3）起重机整机的工作级别
根据起重机的10个使用等级和4个载荷状态级别，起重机整机的工作级别划分为A1～A8共8个级别，见表3。
表3 起重机整机的工作级别
载荷状态 Q1 Q2 Q3 载荷谱系数KP 起 重 机 的 使 用 等 级 U0 A1 A1 A1 U1 A1 A1 A2 U2 A1 A2 A3 U3 A2 A3 A4 U4 A3 A4 A5 U5 A4 A5 A6 U6 A5 A6 A7 U7 A6 A7 A8 U8 A7 A8 A8 U9 A8 A8 A8 KP≤0.125 0.125? KP≤0.250 0.250? KP≤ 2
0.500 Q4 3、机构的分级 （1）机构的使用等级
机构的设计预期寿命，是指设计预设的该机构从开始使用起到预期更换或最终报废为止的总运转时间，它只是该机构实际运转小时数累计之和，而不包括工作中此机构的停歇时间。机构的使用等级是将该机构的总运转时间分成的10个等级，以T0?T9表示，见表4。 （2）机构的载荷状态级别
表明机构所受载荷的轻重情况。表5列出了机构载荷谱系数Km四个范围值，代表机构一个相对应的载荷状态级别。
表4 机构的使用等级
使用等级 T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 载荷状态级别 L1 L2 L3 L4 载荷谱系数Km Km≤0.125 0.125? Km≤0.250 0.250? Km≤0.500 0.500? Km≤1.000 总使用时间tT（h） tT≤200 200＜tT≤400 400＜tT≤800 800＜tT≤1600 1600＜tT≤3200 3200＜tT≤6300 6300＜tT≤12500 12500＜tT≤25000 25000＜tT≤50000 50000＜tT 表 5 机构的载荷状态级别及载荷谱系数 说 明 机构很少承受最大载荷，一般承受轻小载荷 机构较少承受最大载荷，一般承受中等载荷 机构有时承受最大载荷，一般承受较大载荷 机构经常承受最大载荷 频繁使用 不频繁使用 中等频繁使用 较频繁使用 很少使用 机构运转频繁情况 0.500? KP≤1.000 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A8 A8 A8 机构的载荷谱系数Km可用计算得到。 （3）机构的工作级别
机构工作级别的划分，是将各单个机构分别作为一个整体进行的关于其载荷轻重程度及运转频繁情况总的评价，它并不表示该机构中所有的零部件都有与此相同的受载及运转情况。根据机构的10个使用等级和4个载荷状态级别，机构单独作为一个整体进行分级为M1～M8，见表6。
表6 机构的工作级别
载荷状态
载荷谱系数Km 机 构 的 使 用 等 级 T0 T1 T2 T 3 T 4 T5 T6 T 7 T8 3
T9 L1 L2 L3 L4 Km?0.125 0.125?Km?0.25 0.250?Km?0.50 0.500?Km?1.00 M1 M1 M1 M2 M1 M1 M2 M3 M1 M2 M3 M4 M2 M3 M4 M5 M3 M4 M5 M6 M4 M5 M6 M7 M5 M6 M7 M8 M6 M7 M8 M8 M7 M8 M8 M8 M8 M8 M8 M8 4、结构件或机械零件的工作级别 根据结构件或机械零件的使用等级及应力状态级别，结构件或机械零件工作级别划分为E1～E8共8个级别，见表7。
表7 结构件或机械零件的工作级别
应力 状态 级别 P1 P2 P3 P4 B0 E1 E1 E1 E1 B1 E1 E1 E1 E2 B2 E1 E1 E2 E3 B3 E1 E2 E3 E4 使 用 等 级 B4 E2 E3 E4 E5 B5 E3 E4 E5 E6 B6 E4 E5 E6 E7 B7 E5 E6 E7 E8 B8 E6 E7 E8 E8 B9 E7 E8 E8 E8 B10 E8 E8 E8 E8 5、起重机、机构、结构件和机械零件工作级别的关系 1)结构件的使用等级比GB/T3811-1983中整机、机构的使用等级数多一级，共11级(U0～U10)。机械零件的使用等级比GB/T3811-1983中整机、机构的使用等级数少一级，共9级(B0～B8)。
2)在结构件、机械零件与整机的工作级别的对应上有所变化，例如，整机：A2对应于U2、Q2，结构件：E2对应于B3、P2，机械零件：E2对应于B3、P2。这就意味着结构件和机械零件在相同应力状态下的使用等级高于整机使用等级一个级别。
3)按照应力循环基数划分结构件的使用等级高于按照整机工作循环基数划分的整机使用等级一个级别是有道理的：因为a)起重机的许多结构件，在工作中受到的应力循环总数往往要比起重机整机的应力循环次数高，如桁架起重机的竖腹杆、塔式起重机塔身结构的主肢在起重机的一个工作循环中产生的应力循环通常是整机的几倍；b)在起重机的使用过程中，金属结构件，特别是主要受力构件通常是不可更换的，一般要求做到与起重机整机同步报废或停止工作。因此提高结构件的使用等级是必要的，也是合理的。
4) 而起重机的机械传动系统中的机械零件如起升机构减速机的传动轴或齿轮，虽然在工作中受到的应力循环总数往往要比起重机整机的应力循环次数高得多，但是由于其可更换性和可维修性，适当降低其使用等级的级别是经济的，也是科学的。
思考题1：起重机整机和结构件的工作级别各分为哪几级，都是根据哪些因素划分的？为什么同一级别（如A4，E4）的结构件使用等级要比整机高一级？
4
都分为8个级别，分别是A1～A8和E1～E8。是根据使用等级和载荷（应力）状态级别二个方面的因素划分的。
因为：（1）起重机的许多结构件，工作中受到的应力循环总数往往要比起重机整机的应力循环次数高，如桁架起重机的竖腹杆、塔式起重机塔身结构的主肢在起重机的一个工作循环中产生的应力循环通常是整机的几倍；（2）在起重机的使用过程中，金属结构件，特别是主要受力构件通常是不可更换的，一般要求做到与起重机整机同步报废或停止工作。因此提高结构件的使用等级是必要的，也是合理的。
（二）载荷与载荷组合 1、常规载荷
常规载荷是指在起重机正常工作时经常发生的载荷。在防屈服、防弹性失稳及在防疲劳失效等验算中，应考虑这类载荷。 1.1 自重载荷PG及自重振动载荷φ1PG
①自重载荷PG：是指起重机本身的结构、机械设备、电气设备以及在起重机工作时始终积结在它的某个部件上的物料（如附设在起重机上的漏斗料仓、连续输送机及在它上面的物料）等质量的重力。对某些起重机的使用情况，自重载荷还要包括结壳物料质量的重力，例如粘结在起重机及其零部件上的煤或类似的其他粉末质量的重力。
②自重振动载荷φ1PG：当物品起升离地时，或将悬吊在空中的部分物品突然卸除时，或悬吊在空中的物品下降制动时，起重机本身（主要是其金属结构）的自重将因出现振动而产生脉冲式增大或减小的动力响应。此自重振动载荷用起升冲击系数?1乘以起重机的自重载荷来考虑，为反映此振动载荷范围的上下限，该系数取为两个值：?1=1±?，0≤?≤0.1。 1.2 起升载荷PQ及起升动载荷φ2PQ
①起升载荷是指起重机实际的起吊作业中每一次吊运的物品质量（有效起重量）和吊具质量总和的重力。
②当物品无约束地起升离开地面时，物品的惯性力将会使起升载荷出现动载增大的作用。此起升动力效应用一个大于1的起升动载系数?2乘以起升载荷PQ来考虑。 a. 起升状态级别
根据起重机不同的操作平稳程度和动力特性，引入起升状态级别概念。?2的值与起升状态级别及起升驱动系统的控制情况有关。将起升状态划分为HC1～HC4四个级别：起升离地平稳的为HC1，起升离地有轻微冲击的为HC2，起升离地有中度冲击的为HC3，起升离地有较大冲击的为HC4。
表8 ?2和?2min值
起升状态级别 HC1 HC2 HC3 HC4
5
?2 0.17 0.34 0.51 0.68 ?2min 1.05 1.10 1.15 1.20