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起重机负荷表

读取负荷表,然后核实负荷基准。

找到正确的图表单元格,确定动态因数假设,并将总悬吊负荷与净负载区分开来。

作者 Peter Wang, COO · · 复核于 · 11 分钟阅读

逐步读取图表单元格。

示例 A · 示意性海上主钩负荷表。标注的交叉点为 20 m 半径与 Hs ≤ 2.5 m 区间。

文章中的示意性数据。每一列都嵌入了一个固定因数:总许用负荷 = 额定值 × 1.30 / ψ。经认证的负荷表会给出其自身的规则集、因数和 Hs 区间。
起重半径额定值:ψ 1.30 下限Hs ≤ 2.0 m — ψ ≈ 1.5Hs ≤ 2.5 m — ψ ≈ 1.7Hs ≤ 3.0 m — ψ ≈ 1.95
12 m10.0 t8.7 t7.6 t6.7 t
16 m8.4 t7.3 t6.4 t5.6 t
20 m6.9 t6.0 t5.3 t4.6 t
24 m5.6 t4.9 t4.3 t3.7 t
  1. 找到对应的半径行。 应在吊装路径最不利点使用工作半径:随着吊臂变幅外伸,半径增大,起重能力随之下降。
  2. 选择海况列。 取预报的有效波高 Hs 用于本次作业,并向上取整至下一个图表区间;在两列之间时,以较不利者为准。
  3. 读取交叉点。 该图表单元格给出的是本工况下的总许用悬吊负荷,而非净货物重量。需扣除吊钩、穿绳、索具、吊梁、钩下设备及其他悬吊皮重,才能得到净负载允许量。
  4. 核实基准。 各列之间的过渡对应本示意图表内嵌的固定动态因数 ψ。若 ψ 由总有效悬吊质量计算得出,应按下文方法将该因数与该集中质量联立求解。请参见 DAF 文章 ,了解该因数的来源,以及补偿如何将其降低。
02 / 核实假设

该因数是否随质量变化?

示例 B · 另一个独立的计算示例:10 t 基准图表单元格,最小因数为 1.30。这两条分支采用不同的假设;并非“有补偿”与“无补偿”的对比。

固定外部因数

使用比例法则。

该因数是独立给定的,不随悬吊质量变化。

10 × 1.30 / 1.8
7.2 t 固定 ψ = 1.8 时的总许用负荷
查看固定因数的计算基础 ↗
质量相关因数

将质量与因数联立求解。

在速度公式中,该因数会随着有效悬吊质量的减小而增大。

m · ψ(m) = 13 t
6.50 t ψ ≈ 2.00 时的总许用负荷

已公布的计算示例输入值:vr = 1.25 m/s,k = 400 kN/m。

查看联立计算过程 ↗

在采用任一分支之前,请先核实经批准的负荷表和项目基准。这些只是本文的计算示例,并非项目认证负荷表数值。

03 / 扣除悬吊皮重

总许用负荷并非净货物重量。

应从总许用负荷中扣除吊钩、穿绳、索具、吊梁、钩下设备及其他悬吊皮重。

总许用负荷− 悬吊皮重= 净负载允许量

是什么导致了峰值负荷?

可参考现有的设备指南,区分单次冲击事件与重复性波浪周期运动。

比较作业工况 →
工程细节

公式、假设与配套说明。

以下为完整的技术说明,包含原始数据、参考资料及计算示例。

起重机负荷表规定了起重机在不同半径、吊臂长度和角度下可吊起的最大安全工作负荷(SWL)。在海上环境中,由于吊钩、负载、甲板和海面之间可能相互产生相对运动,必须根据动态载荷对图表所列的可用起重能力进行核实。

动态负荷因数(ψ)常与 DAF 一并讨论,是在依据负荷表核实时,适用规则对图表基准处总静态悬吊负荷所施加的乘数。两者相关但不可互换:DAF 是针对特定负荷通道实测或计算得出的响应比值,而 ψ 则遵循该负荷表自身的规则集。因数为 1.5 意味着起重机与索具必须承受比所述静态悬吊负荷基准高 50% 的负荷。

额外负荷的来源

最大幅度的起重能力折减,通常来自相对速度和突然的张力变化:

  • 从供应船或驳船起吊 ：起重机吊钩与货物甲板可能沿相反方向运动。若吊钩上升的同时甲板或集装箱下降,吊索可能几乎瞬间从松弛变为完全受载,这种冲击载荷可能大幅超过静态负载。
  • 穿越浪溅区 ：负载穿过自由液面时,浮力、阻力、附加质量和波浪水质点速度会迅速变化,导致吊钩负荷波动、动态因数升高。
  • 起重机与钢丝绳的弹性 ：起重机、钢丝绳、吊索与负载构成一个类似弹簧-质量的系统,快速运动或时机不当都会放大峰值张力。
  • 起吊、着陆与卡挂 ：即使平均海况看似可以接受,短时事件仍可能主导最大吊钩负荷。

动态负荷因数将这些影响归纳为一个数值,应用于起重机负荷表。

如何计算相对速度?

对于甲板吊装,船级社规则通常按以下方式估算相对速度:

v_r =\frac{1}{2}v_L + \sqrt{v_c^2+v_d^2}

式中, v_r 为相对速度, v_L 为起重机起升速度, v_c 为由船舶运动引起的吊臂端点垂向速度, v_d 为由波浪运动引起的甲板或负载垂向速度。

我们估算 v_c 和 v_d ,依据船舶响应数据、实测运动、海洋环境数据或时域仿真得出。数据有限时,可采用保守的经验规则取值。

如何计算动态因数与总许用悬吊负荷?

对于常规起重机与索具系统,可根据相对速度、刚度以及图表基准处的总有效悬吊集中质量来估算动态因数:

\psi(m) =1 + \frac{v_r}{g} \sqrt{\frac{k}{m}}

式中, v_r 为相对速度, g 为重力加速度, k 为起重机与钢丝绳的有效刚度,而 m 为图表基准处的总有效悬吊集中质量。许多海上核算还会依据相关规则和吊装类别施加一个最小因数。

以下文所用的计算示例为例: v_r=1.25\,\mathrm{m/s}, k=400\,\mathrm{kN/m},10 t 图表单元格,最小因数为 1.30。在初始总有效悬吊集中质量为 10 t 时:

\psi(10)=1+\frac{1.25}{9.81}\sqrt{\frac{400\,000}{10\,000}}=1.8059

存在两条不同的计算分支:

  1. 外部给定、与质量无关的因数。 若 ψ = 1.8 是固定的规则表或分析输入值,则按比例法则可得 10(1.30/1.8)=7.2\,\mathrm{t}。下文的对比卡片与图 1 展示了这一固定因数分支。
  2. 与质量相关的速度公式。 若 ψ 由上式得出,则它会随总有效悬吊质量的减小而增大。以吨为单位表示 m 时, \psi(m)=1+2.54842/\sqrt{m},而许用动态负荷为 10(1.30)=13\,\mathrm{t}。因此:
m\,\psi(m)=m+2.54842\sqrt{m}=13 \quad \Rightarrow \quad m=6.5019\,\mathrm{t},\quad \psi=1.9994

为便于工程沟通取整后,联立求解得到的总许用悬吊负荷为 6.50 t,对应 ψ ≈ 2.00 ,较 10 t 图表单元格低约 35%。这并非净货物重量:需扣除吊钩、穿绳、索具、吊梁、钩下设备及其他悬吊皮重。在使用简单比例法则之前,请先确认该因数是否与质量无关。

通过缓冲吸收降低冲击载荷,或通过 升沉补偿降低吊钩与负载间的相对运动,可使吊装更接近最小因数,减少折减。

固定因数对比(与质量无关)

下方的卡片与曲线展示的是独立的比例法则分支,其中 ψ 为固定的外部取值,不随负载变化。它们只是简化对比,并非经认证的 POLARIS 负荷表,也不同于上文联立求解得到的 ψ(m) 结果。

示例图表额定值10 t在某一选定半径下
最小动态因数1.30作为基准下限
固定 ψ ≤ 1.3 10.0 t
固定 ψ = 1.5 8.7 t
固定 ψ = 1.8 7.2 t

与质量无关的比例法则:总许用悬吊负荷 = 图表额定值 × 1.30 / 固定 ψ。若 POLARIS 起重机缓冲器 能将峰值负荷控制在接近最小因数的水平,则同一图表单元格可更接近满额定值。

总许用悬吊负荷与固定、不随质量变化的动态因数的关系图,针对具有 1.30 最小因数的 10 吨图表单元格;图中提示,若因数随质量变化,则必须与质量联立求解
图 1:仅为与质量无关的对比。当固定 ψ 超过下限时,总许用悬吊负荷 = 10 t × 1.30/ψ。若 ψ 由速度公式得出并与 m 相关,则应改为联立求解耦合方程;计算示例的输入值给出总许用悬吊负荷为 6.50 t(ψ ≈ 2.00)。此为简化示例,并非经认证的负荷表。

如何减少负荷表折减

实际问题不仅在于动态因数是多少,更在于是什么导致了它。不同的负荷工况需要不同的设备。

  • 冲击载荷与甲板起吊: 应使用 POLARIS 起重机缓冲器。该缓冲器在起重机与负载之间增加了受控行程与阻尼,使单次速度失配(甲板起吊、冲击、过载)在转化为峰值吊钩负荷之前得到吸收。它在两次事件之间需要时间复位;若松弛-冲击循环在浪溅区反复出现,则应选用升沉补偿。
  • 浪溅区穿越与水下吊装: 应使用 被动升沉补偿 以降低吊钩与负载间的相对运动。RIGEL 与 CYGNUS 适用于较简单的被动工况;ANTARES 则用于浮力变化的复杂或多阶段水下吊装。
  • 上部主动升沉补偿: 应在必须将残余运动降到最低的场合使用主动升沉补偿。实际上,它仅适用于性能提升足以证明成本与复杂度合理的少数场合;对大多数负荷表工况而言,诸如 ANTARES 这样的自适应被动升沉补偿器,已可在无需外部动力的情况下弥补大部分差距。
  • 作业控制措施: 应采用受控起升速度,规划柔性起吊,避免二次接触,避开共振海况,并选择合适的天气窗口。设备可降低峰值负荷,但吊装作业程序仍决定着起始条件。

如需进行初步产品核查,请使用 升沉补偿器选型指南。如需完整评估,请提供起重半径、SWL、起升速度、负载、海况、波浪周期及吊装顺序。

标准与船级规范

海上作业用起重机负荷表受 DNV-ST-0378、DNV-RP-N202、API 2C 及 EN 13852 管辖。在适用情况下,Norwegian Dynamics 产品按照 DNV-ST-0378 进行设计并取得船级认证。

起重机负荷表:常见问题

什么是起重机负荷表?
该表列出了起重机在各半径、吊臂长度和角度下可吊起的最大安全工作负荷(SWL)。在海上环境中,图表数值只是核算的起点而非终点,还必须叠加动态载荷的影响。
为什么海上起重机负荷表要进行折减?
因为吊钩、负载、甲板与海面会相互产生相对运动。起吊时的冲击载荷、浪溅区内的作用力变化,以及起重机与钢丝绳中的弹簧-质量放大效应,都会使峰值吊钩负荷高于静态重量,负荷表必须通过动态因数来体现这种影响。
海上吊装应采用怎样的动态因数?
适用的因数或分析方法,应来自经批准的起重机负荷表以及合同指定的项目基准。在本示意计算中,m 为图表基准处、由所选刚度所代表的总有效悬吊集中质量,并不必然等于净货物质量。
如何根据负荷表计算许用悬吊负荷?
若 ψ 为外部给定、与质量无关的取值时,可采用 总许用悬吊负荷 = 图表额定值 × 下限 / ψ;固定 ψ = 1.8 时,10 t 图表单元格(下限 1.3)对应 7.2 t。若 ψ 由本页速度公式给出时,则会随总有效悬吊质量变化,须与 m 联立求解。计算示例的输入值给出总许用悬吊负荷为 6.50 t,此时 ψ ≈ 2.00。扣除吊钩、穿绳、索具、吊梁及其他悬吊皮重后,净货物重量会更低。
如何减少负荷表折减?
POLARIS 起重机缓冲器可在其额定力-行程范围内降低单次冲击响应;被动升沉补偿可降低吊钩与负载之间的重复性响应。应通过匹配工况对这两种效果分别进行量化,并采用经认证的负荷表和项目标准。

相关资源

正在为经补偿的吊装读取负荷表?

如果负荷表折减正在限制吊装作业,请提供起重机与负荷工况。我们可以区分冲击载荷、转运吊装与浪溅区工况,并给出切实可行的下一步建议。

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ND 解决方案POLARIS →起重机缓冲器:降低冲击载荷,使起重能力更接近图表额定值。

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海上吊装负荷工况:ND 基准数据

实际吊装所测得的数据,包含有被动补偿和无被动补偿两种情形,均来自 Norwegian Dynamics 自有的时域仿真。它不复现任何标准,其价值在于这些数据本身,而这些数据是任何标准都未公布的。

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