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河北建筑工程學院
畢業(yè)實習報告
系 別 機械工程系
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級 機091班
姓 名 周文斌
學 號 2009307107
指導教師 李常勝
實習成績
畢業(yè)實習報告
1、實習目的
畢業(yè)實習是大學生完成四年的全部課程之后的最重要的實踐環(huán)節(jié)。也是在進行畢業(yè)設計或畢業(yè)論文時必不可少的實踐性教學環(huán)節(jié)。它對于培養(yǎng)我們的動手能力有很大的意義，而且可以使我們了解傳統(tǒng)的機械制造工藝和現代機械制造技術。畢業(yè)實習為大學生提供了培養(yǎng)和造就實踐能力和創(chuàng)新能力的必要物質基礎和良好的環(huán)境，這次畢業(yè)實習對我們畢業(yè)生來說意義非常的重大，因此每位同學都必須珍惜這一難得的機會，有效地利用寶貴的畢業(yè)實習時間，把培養(yǎng)實踐能力和打造創(chuàng)新能力作為畢業(yè)實習和畢業(yè)設計的指導思想。
2、 實習內容
老師為了我們更加感性的認識塔式起重機，安排我們去長春機械展銷會參觀實習。因為對塔式起重機比較陌生，所以我們對這次的實習抱很大希望，首先要對塔式起重機有個全面的了解，其次對于自己要設計的起升機構更要弄明白。我們3月19日出發(fā)，經過一天的坐火車我們來到東北老工業(yè)基地長春。第二天在老師的帶領下我們觀看了塔式起重機以及大型挖掘機等重要機械，讓我們著實的開了眼界。各個生產商都擺放著他們的代表性產品。我們詳細的看了每個部件，塔身、臂架、標準節(jié)、等等很多部件。當然我仔細看了起升機構的結構并照下了很多照片以便下來自己再細細研究。在老師的介紹下我們對塔式起重機有了初步的認識。
塔式起重機是一種塔身豎立起重臂會轉到起重機械。在工業(yè)與民用建筑施工中塔式起重機是完成預制構件與其他建筑材料與工具等吊裝工作的主要設備。在高層建筑施工中，它的幅度利用率比其他類型起重機高。塔式起重機在高層工業(yè)和民用建筑施工的使用中一直處于領先地位。應用塔式起重機對于加快施工進度、縮短工期、降低工程造價起著重要的作用。由于塔式起重機性能參數不斷完善，使建筑工藝也有可能進行許多重大改革，比如采用大型砌塊、大板結構設置箱形結構后，建筑物結構件的預制裝備化、工廠化達到了很高的水平。
塔式起重機是在第二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。在中國塔式起重機的生產與應用已有40多年的歷史，經歷了一個從側回到自行設計制造的過程。經過多年的發(fā)展，中國塔式起重機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務的增加而進入了一個新的興盛時期，至此，無論從生產規(guī)模、應用范圍和塔式起重機總量等角度來衡量，中國均堪稱塔式起重機大國。根據國內外一些技術資料介紹，塔式起重機的發(fā)展趨勢可具體歸納為吊臂長度加長、工作速度提高且能調速、改善操縱條件、更多的采用組裝式結構四個方面。
塔式起重機一般有四大工作機構，它們是起升機構、變幅機構、回轉機構、行走機構。起升機構用來實現載荷的升降，它是塔式起重機中最重要也是最基本的機構，起升機構的性能將直接影響到整臺塔式起重機的工作性能。變幅機構是塔式起重機改變工作幅度的機構，用以擴大塔式起重機的工作范圍，提高工作效率。通過變幅機構能將所運輸的物料運送到工作面上。回轉機構是塔式起重機的主要工作機構之一，它能將起升在空間的物料繞塔式起重機垂直軸線作圓周運動，擴大塔式起重機的工作面。行走機構的作用是驅動塔式起重機沿著軌道行駛、配合其他機構完成水平運輸及垂直運輸工作。塔式起重機的自重和載荷重量通過行走機構的行走輪傳給軌道。
塔式起重機的起升機構通常由電機、制動器、減速器、卷筒、鋼絲繩、滑輪組及吊鉤等零部件組成。電機通過聯(lián)軸器與減速器相連。減速器的輸出軸上裝有卷筒，它通過鋼絲繩和安裝在塔身或塔頂上導向滑輪及滑輪組與吊鉤相連。電機工作時，卷筒將鋼絲繩卷進或放出，通過滑輪組使吊鉤上的物品起升或下降。當電機停止工作時，制動器通過彈簧力將制動輪剎住。
塔式起重機的變幅機構按工作性質可分為非工作性變幅機構和工作性變幅機構。非工作性變幅機構指只在空載時改變幅度，調整取物裝置的作業(yè)位置，而在重物裝卸英東過程中幅度不再改變。這種變幅機構變幅次數少，變幅時間對起重機的生產效率影響小，一般采用較低的變幅速度，其優(yōu)點是構造簡單、自重輕。工作性變幅機構是指能在帶載條件下變幅的機構。變幅過程是起重機工作循環(huán)主要環(huán)節(jié)，變幅時間對起重機的生產效率有直接影響，一般采用較高的變幅速度。其優(yōu)點是生產率高，能更好地滿足裝卸工作地需要。工作性變幅機構驅動功率較大，而且要求安裝限速和防止超載的安全裝置，與非工作性變幅機構相比，構造復雜，自重也較大。
塔式起重機的變幅機構按機構運動形式分為臂架擺動式變幅機構和運行小車式變幅機構。動臂式變幅機構式通過吊臂俯仰擺動實現變幅。小車變幅塔式起重機是指通過起重小車沿起重臂運行進行變幅的塔式起重機。綜合變幅塔式起重機是指根據作業(yè)的需要臂架可以彎折的塔式起重機。
塔式起重機的回轉機構能使塔機的起重臂架作360度回轉，這樣就擴大了塔式起重機的工作面。塔式起重機回轉機構包括回轉支撐裝置和驅動機構兩部分?；剞D支撐裝置為塔機的回轉部分提供穩(wěn)定、牢固的支撐，并將回轉部分的載荷傳遞給塔身部分；驅動機構驅動塔機的回轉部分，使其相對塔機的固定部分實現回轉。塔式起重機的回轉支撐裝置一般有柱式回轉支撐裝置和滾動軸承式回轉支撐裝置。塔式起重機上一般采用電動回轉驅動裝置。回轉驅動裝置通常安裝在塔機的回轉部分上，電動機經減速器帶動最后一級小齒輪，小齒輪與裝在塔機固定部分上的大齒圈相嚙合，以實現回轉運動。
行走機構用以支撐起重機本身的重量和起重載荷，并使起重機水平運行。起重機的行走方式分為有軌行走機構和無軌行走機構兩類。有軌行走是指車輪在專門鋪設的軌道上行走；無軌行走則采用輪胎或履帶，可以在普通的道路上行駛，機動性強。
通過老師的講解使我們更深入的了解的塔式起重機的構造和功用。為我們的畢業(yè)設計做了很好的鋪墊。
3、實習結果
實習結束了,該次實習使我們不僅掌握了有關起升機構的知識還了解了關于塔式起重機的其他部件。以前在課本上不能理解的問題都有了更深刻的認識。這次實習以及前一段時間查閱的大量資料為我的畢業(yè)設計提供了良好的基礎，使我深深地體會到要想搞好設計，就必須耐心仔細地查找與設計相關的資料和信息（包括設計產品的基本功能、主要結構、應用特點及其發(fā)展前途，市場效益等）。我國目前制造業(yè)的發(fā)展狀況也粗步了解了機械制造的發(fā)展趨勢。在新的世紀里,科學技術必將以更快的速度發(fā)展，更快更緊密得融合到各個領域中,而這一切都將大大拓寬機械制造業(yè)的發(fā)展方向。
將來的機械制造將會向“四個化”發(fā)展，即柔性化、靈捷化、智能化、信息化。即使工藝裝備與工藝路線能適用于生產各種產品的需要，能適用于迅速更換工藝、更換產品的需要,使其與環(huán)境協(xié)調的柔性,使生產推向市場的時間最短且使得企業(yè)生產制造靈活多變的靈捷化,還有使制造過程物耗,人耗大大降低,高自動化生產,追求人的智能與機器智能高度結合的智能化，以及借助于物質和能量的力量生產出價值的信息化。
4、實習總結或體會
畢業(yè)實習是我們從學校到社會的一座橋梁，是從理論到實際的一條紐帶。加強我們綜合能力的培養(yǎng)，使得我們既要掌握專業(yè)的基本理論和基本知識，又具有對于所學知識的運用能力以及獨立工作的能力，為我們在畢業(yè)設計中、甚至為畢業(yè)后的實際工作打下了良好的基礎。通過此次畢業(yè)實習我們了解到目前機械制造的發(fā)展趨勢，也使我們清晰地定位我們所處的位置，對我們以后走上工作崗位起到一個良好的模范作用。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。我深深地感覺到自己所學知識的膚淺和在實際運用中的專業(yè)知識的匱乏，一旦接觸到實際，才發(fā)現自己知道的是多么少，這時才真正領悟到“學無止境”的含義。
河 北 建 筑 工 程 學 院
本科畢業(yè)設計（論文）
題
目
QTZ40塔式起重機——變幅系統(tǒng)的設計
學 科 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級 機091班
姓 名 周文斌
指 導 教 師 李常勝
輔 導 教 師
河北建筑工程學院
畢業(yè)設計（論文）開題報告
課題
名稱
QTZ40塔式起重機——變幅系統(tǒng)的設計
系 別： 機械工程系
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級： 機091
學生姓名： 周文斌
學 號： 2009307107
指導教師： 李常勝
課題來源
導師課題
課題類別
工程設計
一、論文資料的準備
1.塔式起重機概述
塔式起重機是一種塔身樹立起重臂回轉的起重機械，簡稱塔機，也叫塔吊，起源于西歐。具有工作效率高、使用范圍廣、回轉半徑大、起升高度大、操作方便以及安裝與拆卸比較簡便等特點。主要完成在高層建筑施工中預制構件及其他建筑材料與工具等吊裝工作。塔式起重機應具備下列特點：
（1）起升高度和工作幅度較大、起重力矩大；
（2）工作速度高，具有安裝微動性能及良好的調速性能；
（3）要求拆裝運輸方便迅速，以適應頻繁轉移工地的需要。
2.我國塔式起重機的發(fā)展現狀
塔式起重機在我國的生產與應用已經有50余年的歷史，經歷了以個從測繪仿制到自行設計制造的過程，特別是進入20世紀90年代以后，我國塔式起重機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務的增加而進入了一個興盛時期，年產量連年猛增，而且有部分產品出口到國外。
現在我國的建筑用塔式起重機已越來越普遍，從普通的多層民用建筑、房地產工程、高層建筑到大型的鐵路工程、橋梁工程、電力工程、水利工程等，到處都有塔機的應用。近20年來，市場的需求，有力的促進了技術的進步，通過研究開發(fā)、技術創(chuàng)新、引進消化，我們的設計手段和配套件生產能力也有了很大的進步，計算機輔助設計、微電子技術、程控語言控制技術都在塔機上得到了應用。當然也不可否認，我國的塔機產品的技術性能、制作質量和品種型號規(guī)格，與發(fā)達國家產品相比，仍然存在較大的差距，特別是基礎零部件的可靠性、電氣元件、液壓元件、工藝安裝、生產設備和檢測手段等，差距更大。這就影響了我們整機產品的質量和可靠性，增加了事故隱患。對此我們絕不可以掉以輕心，要加倍努力、敢于創(chuàng)新、嚴格把關、趕超國際水平。
3.我國塔式起重機的發(fā)展趨勢
我國大規(guī)模經濟建設已有二十來年的歷史，這二十來年里，大量建筑物的涌現和大型工程的興建，鐵路、公路橋梁的建設，給塔式起重機提供了良好的市場。我國的塔式起重機發(fā)展趨勢可以分以下幾個方面：
我國塔機產品的品種、型號、規(guī)格應向多樣化發(fā)展，以適應不同工程、不同用戶的需求。就目前現實而言，我國塔式起重機幾乎是上回轉一統(tǒng)天下，下回轉塔機很少。
4. 國外發(fā)展概況
塔式起重機是在第二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。戰(zhàn)后各國面臨著重建家園的艱巨任務，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重機。自塔式起重機在建筑施工中顯露身手并逐漸成為工程機械一個重要分支以來，已經有50余年歷史，其間利經了曲折復雜的發(fā)展階段。70年代末，由于種種原因，國外塔式起重機制造業(yè)陷入了低谷，不少中小工廠紛紛停業(yè)或轉產，僅少數大廠得以維持。直至80年代末才呈現逐漸復蘇態(tài)勢，1994年為復蘇年頭，復蘇勢頭最好的國家為德國。據有關資料介紹，在塔機制造業(yè)鼎盛的70年代，西德?lián)碛懈魇剿C48500臺，80年代總量減至1/3，而近幾年，東西德合并，基建規(guī)模擴大，塔機產量上升，現有塔機近40000臺，其中半數機齡不足5年 www.51lunwen.com 。如今世界塔機市場最為紅火的地區(qū)為東歐和亞太（特別是東南亞）。活躍在塔機市場上的著名產商是；德國的 Liebherr 、Peiner、 Wolff ，法國的 Potain 、BPR,意大利的 Potain-Simma、Comedil 、 Nauva 、 EDILMAC ，西班牙的Comensa ，芬蘭的 Betrox ，丹麥的KRφLL 澳大利亞的Favco。這些大廠為了在國際塔機市場上占有更多份額，莫不注重總結經驗，認真分析市場動態(tài)，下大力氣進行產品的更新和開發(fā)。近年來，國外塔機在新產品開發(fā)上大致有下列一些特點：
(1)更多的廠家注重開發(fā)經濟型城市塔機并擴展成系列。
(2)國外塔機新產品中，有一些新穎的輕、中型折疊式快速安裝塔機頗引人注目。
(3) 根據一些國家城建當局的有關規(guī)定，為防止塔機臂架在狹窄的空間運行發(fā)生矛盾，避免吊臂相互碰撞以及碰到鄰近的建筑物，在城市高層建筑密集地區(qū)施工必須采用動臂式自升塔式起重機。
(4)在經過較長時間研制之后，履帶式水平臂架塔機作為一種新產品正式問世。
(5) 變頻調速系統(tǒng)在國外塔機新產品上得到推廣應用。
(6)高新技術開始在塔機上應用。
(7)無論上回轉或下回轉式塔機，都十分重視駕駛室的平面設計和空間處理。
5.QTZ40型塔式起重機的簡單介紹及其市場前景
QTZ40自升式塔吊為上回轉、水平臂架、小車變幅、液壓自升式多用途塔吊。起重力矩400KN.m，最大起重量4t，獨立架設時最大起升高度可達30米，加附著最大起升可達100米，最大幅度分40米。該機參數先進，性能優(yōu)良可靠，造型美觀，質量精良，結構簡單實用，設有先進的安全裝置，維修方便，使用安全，價格合理，是廣大中小建筑企業(yè)理想的建筑施工機械。同時該機適用性好，廣泛用于中高層以下的各類工業(yè)與民用建筑和滑模施工的吊裝，還常用于港口、貨場的裝卸。
二、本課題的目的（重點及擬解決的關鍵問題）
本畢業(yè)設計是對機械專業(yè)學生在畢業(yè)前的一次全面訓練，目的在于鞏固和擴大學生在校期間所學的基礎知識和專業(yè)知識，訓練學生綜合運用所學知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學生獨立工作能力和創(chuàng)新精神之最佳手段。畢業(yè)設計要求每個學生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)造的分析、解決技術問題。通過畢業(yè)設計，使學生掌握裝載機的總體設計、工作裝置設計、牽引計算等技術工作的實現方法，為今后步入工作崗位打下良好的基礎。
重點及擬解決的問題是：
1、變幅機構和變幅小車的形式，卷筒尺寸計算
2、小車的強度計算
3、整機傾翻穩(wěn)定性的計算
三、主要內容、研究方法、研究思路
1.主要內容
塔式起重機的總體設計、變幅機構的設計、變幅小車的設計和計算等內容。
2. 研究方法
本設計的題目是QTZ40變幅機構的設計，主要設計理念是通過參照同類塔式起重機進行設計。QTZ40塔式起重機有多種形式，此次設計的形式為上回轉液壓頂升自動加節(jié)，固定式高度，工作幅度等設計。本機性能先進，結構合理，操作使用安全可靠．其主要特點是起重力矩大、起升高度高、工作幅度大、作業(yè)空間廣、使用效率高。
3.研究思路
本設計書主要包括三部分：
第一部分是QTZ40塔式起重機總體方案的選擇及總體設計計算過程；
第二部分是變幅機構的設計與計算：包括變幅機構的形式、確定卷筒尺寸、選擇電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器；驗算實際變幅速度 驗算起、制動時間；電動機發(fā)熱驗算；卷筒強度的計算。
第三部分是變幅小車的設計：包括變幅小車的形式、變幅小車的強度計算。最后，還需要對不同截面的穩(wěn)定性、剛度及強度進行驗算以及校核。
四、總體安排和進度（包括階段性工作內容及完成日期）
2013.3.25-2013.3.28 熟悉整理資料
2013.3.29-2013.4.13 方案選擇及總體設計
2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖
2013.4.21-2013.5.15 變幅機構、變幅小車的設計
2013.5.16-2013.6.5 繪制變幅機構、變幅小車裝配圖
2013.6.6-2013.6.19 繪制零件圖紙
2013.6.19-2013.6.21 準備論文及答辯
五、主要參考文獻
【1】 董剛 李建功 潘風章主編 《機械設計》（第3版） 北京：機械工業(yè)出版社 1998
【2】 張質文，虞和謙等.起重機設計手冊.北京：中國鐵道出版社.1997.
【3】 《機械設計手冊》（第1卷）（新版）機械設計手冊編委會編著
北京：機械工業(yè)出版社 2004.8
【4】 《機械設計手冊》（第2卷）（新版）機械設計手冊編委會編著
北京：機械工業(yè)出版社 2004.8
【5】 成大先主編《機械設計手冊》（第4版）北京：化學工業(yè)出版社 2002
【6】 顧迪民主編《工程起重機》（第2版）北京：中國建筑工業(yè)出版社 1988
【7】 劉品主編《互換性與測量技術基礎》（第2版）哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社 2001
【8】 徐灝主編《機械設計手冊》（第2版） 北京：機械工業(yè)出版社 2000
【9】 曹雙寅主編《工程結構設計原理》 南京：東南大學出版社 2002
【10】劉鴻文主編《材料力學》（第4版） 高等教育出版社
【11】《QTZ400塔式起重機使用說明書》
【12】張青 張瑞軍 編著《工程起重機結構與設計》北京：化學工業(yè)出版社，2008.7
【13】中華人民共和國國家標準GB/T 13752-92 《塔式起重機設計規(guī)范》 北京：中國標準出版社 1993
【14】范俊祥主編《塔式起重機》 中國建材工業(yè)出版社
【15】許鎮(zhèn)宇、邱宣懷主編：《機械零件》 人民教育出版社
【16】劉佩衡主編《塔式起重機使用手冊》 北京：機械工業(yè)出版社，2002
【17】中國建設部《鋼結構設計規(guī)范》 2003.12
【18】黃靖遠 龔劍霞 賈延林 《機械設計學》北京工業(yè)出版社，2002
【19】safety on construction sites 著者American Society of civil Engineers.Task Committee on Crane Safety on Constructions Sites 中圖分類號：TH21-36
指導教師意見：
指導教師簽名： 日期：
教研室意見：
教研室主任簽名： 日期：
系意見：
系領導簽名： 日期：
系蓋章
課題來源：導師課題、社會實踐、自選、其他
課題類別：工程設計、施工技術、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學實驗、畢業(yè)論文。
摘要
塔式起重機作為建筑施工的主要設備，在建筑等行業(yè)發(fā)揮著極其重要的作用。塔式起重機屬于臂架型起重機，由于其臂架鉸接在較高的塔身上，且可回轉，臂架長度較大，結構輕巧、安裝拆卸運輸方便，適于露天作業(yè)，因此大多數用于工業(yè)與民用建筑施工。
塔式起重機是為了滿足高層建筑施工、設備安裝而設計的新型起重運輸機械，QTZ40塔式起重機是由建設部長沙建設機械研究院設計的新型建筑用塔式起重機，該機為水平臂架，小車變幅，上回轉自升式多用途塔機。
本設計的題目是固定式QTZ40塔式起重機起升系統(tǒng)的設計。QTZ40塔式起重機有多種形式，此次設計的形式為上回轉液壓頂升自動加節(jié)，可隨著建筑物的升高而升高，固定式高度為30米，在附著狀態(tài)下可達到100米，其工作幅度為40米。
本設計書主要包括三部分：第一部分是QTZ40塔式起重機總體方案的選擇及總體設計計算過程；第二部分是變幅機構的設計與計算：包括變幅機構的形式、確定卷筒尺寸、選擇電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器；驗算實際變幅速度 驗算起、制動時間；電動機發(fā)熱驗算；卷筒強度的計算；第三部分是變幅小車的設計：包括變幅小車的形式、變幅小車的強度計算。
關鍵詞：QTZ40塔式起重機 總體設計：變幅系統(tǒng)
ABSTRACT
As an important facility, the tower crane plays an important role in construction industry. The tower crane belongs to the arm rack type crane. Its arm is hinged on the high tower body, and it may rotate. It has longer arm, dexterous structure. What’s more, it is easy to be assembled, disassembled and transported. It is suitable for the open-air work and mainly used for industry and civil construction
Tower cranes are to meet high-rise construction building, equipment installation and design as a new type machinery of lifting transport. The QTZ40 tower cranes are new tower cranes designed by Changsha Institute of the Ministry of Construction Machinery used in construction building. The aircraft is horizontal boom, trolley luffing, on the back or decanted from the tower-type multi-purpose machines .
The design topic is the stationary QTZ40 tower crane system and the design of lifting structure. There are many kinds of QTZ40 tower crane. The form of this design is as below. With an upper rotating hydraulic pressure propping system, the machine could add height automatically and thus rise with the building ascension. The stationary type is 30meter high; it could reach the height of 100meters when it is being adhered. Its work scope is 40 meters.
This design book mainly includes three parts. The first part summarizes the present situation and the development tendency of the tower crane in both our country and abroad, as well as the characteristic and application occasion..The second part is the QTZ40 tower crane overall concept choice and the system design computation process; the third part is the organization design and the computation of lifting mechanism and the last is the design of the hook group.
Keywords: QTZ500 tower crane The total design：luffing system
目錄
第1章 前言·················································································1
1.1塔式起重機概述········································································1
1.2塔式起重機的發(fā)展趨勢································································1
第2章 總體設計···········································································2
2.1 概述····················································································2
2.2確定總體設計方案···································································2
2.2.1 選擇確定總體參數······························································· 2
2.2.2工作機構··········································································20
2.2.3安全保護裝置··································································· 28
2.3 總體設計設計總則···································································30
2.3.1 整體工作級別···································································30
2.3.2 機構工作級別···································································30
2.3.3 主要技術性能參數······························································31
2.4 平衡重的計算·········································································31
2.5 起重特性曲線·········································································33
2.6 塔機風力計算······································································· 35
2.6.1工作工況Ⅰ···································································· 35
2.6.2工作工況Ⅱ···································································· 39
2.6.3非工作工況Ⅲ··································································41
2.7 整機的抗傾覆穩(wěn)定性計算···························································44
2.7.1工作工況Ⅰ···································································· 45
2.7.2工作工況Ⅱ···································································· 46
2.7.3非工作工況Ⅲ··································································47
2.7.3非工作工況Ⅳ··································································48
2.8 固定基礎穩(wěn)定性計算································································49
第3章 變幅機構的設計和計算······················································ 51
3.1變幅機構的形式······································································ 51
3.2 確定卷筒的尺寸······································································51
3.2.1 卷筒的名義直徑·······························································51
3.2.2 多層繞卷筒相關參數計算·····················································52
3.3. 選擇電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器·········································· 53
3.3.1選擇電動機···································································· 53
3.3.2 選擇減速器···································································· 54
3.3.3 變幅機構制動器的選擇·······················································54
3.3.4變幅機構聯(lián)軸器的選擇······················································· 55
3.4. 驗算變幅速度·······································································57
3.5驗算起、制動時間驗算······························································ 57
3.6電動機發(fā)熱校驗······································································ 59
3.7 校驗卷筒強度·········································································60
第4章 變幅小車的設計·······························································61
4.1 變幅小車的形式······································································61
4.2 變幅小車的設計······································································61
4.2.1繩索牽引式小車構造及其驅動方式··········································61
4.2.2 運行小車牽引力計算··························································63
4.2.3牽引繩最大張力································································66
4.2.4 選擇牽引繩····································································67
4.2.5 牽引卷筒計算··································································67
畢業(yè)設計小結··············································································70
參考文獻···················································································· 72
防止起重機負載擺動的反饋控制指令開關
摘要——當起重機在搬運物體工作時，有效載荷經常大振幅度振動。用開環(huán)的方法處理這一問題的效果并不理想，閉環(huán)方法也被使用，但發(fā)動機需要變速工作。本文敘述了在發(fā)動機關閉之后持續(xù)適時控制單速電機消除實際載荷振動的反饋方法，抑制振動的實驗驗證方案是在橋式起重機上進行的。
一、緒論
起重機經常被用來在復雜的工作空間搬運物體。一個經常存在的問題就是起重機在負載情況下可以自由擺動。這些擺動構成了安全隱患并能影響到載荷變化或其他在工作場所物體。實際上，一名經驗豐富的起重機操作員必需在控制器的幫助下才能保持擺動幅度。最近，有了不同的用于增強操作員技術的控制方法，這些方法分為開環(huán)和閉環(huán)。
開環(huán)采用的辦法是輸入整形，這種方法被證明在起重機移動時和移動后能有效的減少載荷擺動。整形可以有計劃的提高充足的建模不準確性（即纜索長度變化的頻率）。另一個辦法是開環(huán)優(yōu)化控制，這是基于數學模型系統(tǒng)計算出的離線運動軌跡。但是，如果模型不是準確的，其性能也將受到影響。這種情況也是輸入整形，但程度較輕。在此外，最優(yōu)控制沒有使用當前的起重機操作員界面，因為事先是不知道路徑的。
反饋控制需要預防的是系統(tǒng)模擬的不確定性和外部干擾?？刂破骺刂菩≤嚨奈恢盟俣群屠|索擺動角或控制小車吊具產生傾斜的命令，以減少負載擺動。吸波控制器調整小車速度，吸收任何正在返回的有效載荷振動，從而消除擺動。給定延遲角，測量后面的理想位置，也同樣可以證明有效減少了負載的擺動。
索倫森等人開發(fā)了一種控制系統(tǒng)，結合了整形和PD反饋控制。反饋控制使用了在高處攝像頭的測量，并比較了起重機的模擬成型響應。
帕克及Chang提出了一個遠程處理輸入整形的“弱命令”，用另一種方法減少了干擾的影響。為了彌補卸載時的擺動，他們引入同等規(guī)模的脈沖誘導振動，并且在相反的方向上卸載振動。他們用此方法來減少約75 ％的擺動以展示它的潛力。然而，適時的脈沖易于校準的問題依然存在。
所有的反饋方法需要速度加速度的精確控制。這里的研究是基于使用測量載荷擺動產生命令簡單的開關電機消除載荷擺動，使其適用于更廣泛的系列起重機。
二、 基于矢量的輸入整形器的計算
布克提供了一個分析框架振蕩矢量。singhose等人提供了解如何才能實現對振動消除矢量分析的輸入整形器。沖動的應用規(guī)模A1的二階阻尼系統(tǒng)單位質量會誘發(fā)反應 (1)
這有一個幅度和相位角為零。同樣的，如果一次沖動級2是適用于時間時刻，然后它會導致輸出 (2)
這有一個幅度A2和相位角θ=ω時刻。本幅度和角度可以轉化為矢量符號如圖1?？偨Y這些向量進行總振動響應，如在圖2。對應的時間響應這些沖動是在圖3。后一秒脈沖，總響應匹配振幅和相位等AR。
如果系統(tǒng)有阻尼，那么這種方法需要被改性。首先，θ角度變化
(3)
其次，阻尼的振幅衰減隨著時間的原因?？紤]到衰減，計算使用有效幅度當t=0，結果在規(guī)定的幅度時刻T2 (4)
一個成型機可以設計這樣的總和所有有效的沖動導致零振動，如在圖4。為此，該a3eff選擇是不同于，圖2。得到這一規(guī)模取消沖動，它必須被轉換到時間就會出現使用（3）和 （5）
在現實中，系統(tǒng)不移動的沖量。創(chuàng)建一個實際的命令，脈沖序列卷積與所需的命令。例如圖5顯示一步命令卷積與脈沖產的步命令。由此產生的命令不產生任何殘留振動。
圖一 脈沖序列和相應的矢量圖
圖二 總結2載體獲得總的反應
圖三 響應時間脈沖（改編自[ 18]）
2、 消除載荷擺動
本研究的目的不是創(chuàng)造的命令結果在無殘余振蕩點對點運動。相反，實測載荷擺動是用來創(chuàng)建命令，取消任何簡單的開關電動機一旦發(fā)生振蕩。當創(chuàng)建這樣的命令，巨大的執(zhí)行力向量不能任意選擇，如電機只能打開和關閉。然而，把汽車或關閉將導致有效載荷振蕩，它可以表示為矢量。不像純沖振動，這些載體將不會得零分相位角，為使電機不立即停止或加快速度。因此，由時間命令完成，有效載荷將有一些位移和速度，給出一個向量表示類似于圖6。向量旋轉電機應該有一個類似的規(guī)模，但相反，假設和加速度減速動態(tài)相似。如果不是，它可以代表了自己的獨特的振幅和相位。
該控制器在這里將使用指令開關（開關）消除位置和速度組成部分的振動?？刂破餍枰嬎氵m當時間，這些命令在適當的時間。
對于這一計算，矢量三角形的使用，如在圖7。三角形的三邊的電流振動水平（avib），和振動振幅的“上”和“關閉”命令。如果三角形可以被創(chuàng)建，然后振蕩可以被迫回到零（原產地的矢量圖。）假設運營商希望起重機在移動，然后命令序列會被“關閉”，等，“對”。某些部分的三角形是眾所周知的：目前的規(guī)模和振動影響轉動起重機（光）和關閉（aoff）。未知的是時間，直到起重機運轉，并在現有的振動相位角的起重機應轉向“關閉”（θ振動）。因為它是一個三角形，有一個可能的解決方案，如圖7所示。這一時間響應這些解決方案是在圖8。在圖7是可取，它有一個較小的角θ，ω，所以直到振動取消短。此外，搖擺角變化小。
找到θ振動，中間角度可以在圖9看到。從余弦定理：
（6）
（7）
從（7）得：
（8)
如果沒有阻尼，則解決方案可以解決直接振動效率。請注意，大多數起重機有近零阻尼，但是如果阻尼是重要的，那么該方程可以用來解決θ，但必須是迭代求解，
（9）
用方程（8）初步計算ζ=0。計算出后，δ從圖9可以計算 （10）
一旦δ計算出，可以計算
（11）
一旦控制器已關閉，然后等待直到角振動方向相反的φ上。在這一點上，控制器的電機上。如果校準是完美的，振蕩將被淘汰。
如果操作者操作起重機停止，然后振動可以取消移動支持無論是向前或向后。這樣的結果是不同的振動相位角，可用于控制器，如圖10。在圖10（1），相反方向的圖基本上是相同的，如圖7，除了在此基礎上關閉交換。
（12）
如圖10（b)，矢量圖具有相同的結構和δ在圖10（a），只是通過旋轉π弧度。因此
（13)
該控制器比較現有的振動相位角對（12）和（13）無論哪個角度先發(fā)生一次。
起重機停止，那么控制器等振蕩相位相反，“上升”命令。然后，電機轉向。
最大振蕩幅度可能被取消使用，一個開關命令大約是兩倍“誘導振蕩”命令。如果當前振蕩幅度過大，則控制器計算是基于最大注銷水平。作為預防措施，這一最高水平可以減少到極限移動的距離在取消振蕩，因此限制角和T .
限制這種振蕩的消除方法是假定疊加可以用于矢量表征誘導振動。這是唯一真正的電機的時間達到穩(wěn)態(tài)速度之間的載體，所以小載荷的振蕩不能消除。因此，一個振蕩幅度閾值是可以使用的。
圖四 總結三個向量得到零振動
圖五 創(chuàng)建一個樓梯步命令卷積
圖六 向量表示旋轉電機。 圖八 響應時間的矢量圖如圖7所示
圖七 矢量圖計算時的電機。 圖九角度來計算的命令啟動時間
3、 控制器的實現
該控制器是使用振蕩消除第三部分，從技術上體現在大橋式起重機。起重機有一個攝像頭安裝在車上測量載荷擺動的平面。本相機也可以衡量的有效載荷的高度。所有的行動的控制是基于一個單一的有效載荷的高度。該系統(tǒng)可以在不同的高度和校準時間會調整攝像機測量身高。
（1） 、系統(tǒng)校準
該控制器計算（8）-（13）需要量和相位角的振蕩造成的“上”和“關閉”。這些計算可以繪圖在起重機的輸入和響應在同一張圖上，如圖11。圖11（a）表示電機在5.5秒鐘被關閉，起重機前進。電動機在大約一秒鐘休息后，命令發(fā)出。圖11（b）表示有效載荷擺角θ和振動水平是由
（14）
在ω的自然頻率系統(tǒng)下。
在時間的零交叉的擺動角度（）和隨后的（）的輸入變化（）記錄。
本相位角的振蕩（）和隨后的（）可以輸入計算
（15）
其中是一個振蕩周期時間。復雜的矢量Α的輸入過程是由
（16） 在和振蕩幅度之前及后輸入下標表示向前運動。一個類似的程序可以為剩余向量。
圖形的繪制，Α可以啟動和停止，為正向和反向，如在圖12。平均振蕩的幅度=0.052弧度角φ=1.11（+π）弧度（63.6（180）°）。
（二）、控制器響應用戶動作
圖13顯示了響應用戶請求的起重機向后移動。圖13（a)，用戶輸入顯示使用線的邊界。由此產生的小車速度是一條虛線。如圖(b)所示之，起重機運動振蕩的有效載荷。圖13 C顯示相位角振蕩的它也表明，開關角度計算（11）-（13）。在最初的交叉（約2秒），振蕩級不夠大（1.7°）觸發(fā)控制行動。它是后一期（約6秒），振蕩消除控制行動發(fā)生。在這一點上，該控制器簡單地關閉起重機電機，如圖13a看到的實線。在這一點上的開關角跳動回電機。在第7秒，這個角度發(fā)生，以及起重機電機轉身。這時候起重機達到全速（約8秒），振蕩水平很小（約一個半度）。
操作者停止按壓反向按鈕約11秒，如圖13a虛線之時。起重機停止，再次引起振蕩。當所需的命令是在休息，有兩個開關角度由（12）和（13）可知，作為起重機取消振蕩的兩個向前和向后的角度。一旦起重機在休息的時候保持很小的振動，第一次角發(fā)生在13秒稍后，和移動式起重機稍微向前取消振蕩。。
3、 控制器響應擾動抑制
圖14顯示了該反應的起重機干擾當橋休息。在第一秒后，有效載荷不穩(wěn)。在大約第三秒，振蕩角相位匹配的開關角條件，和控制器指揮車向前移動。在過4秒，相位匹配，那時起重機停止操作。當起重機休息約5.5秒，有效載荷擺動很小。
圖15顯示了一個非常大的擾動的響應。在第1秒，有效載荷變成了一個擾動，這是一個單一的通斷指令且可以抑制。在這種情況下，第一個開關控制行動抑制最大數量，進而控制行動取消剩余振蕩就在對面方向。這導致小振蕩后起重機在6秒鐘內完成了二個命令。
該控制器還可以在起重機的移動中消除干擾，如在圖16。當起重機推進小振蕩，有效載荷是在1次擾動。該控制器最初給停止命令約1.5秒，停止不久后前振蕩相位匹配開關角，沒有消除。然后控制器直到等到適當的相位角，在適當的時候停止振動約6秒。
起重機開始加速但以時間為基礎的安全因素θ關閉。然而，有效載荷還不穩(wěn)，所以振蕩，導致小振蕩時，起重機已返回全速。
圖十 矢量圖時，打開電機
圖十一 測量橋式起重機反應的“關閉”命令 圖十二 不同命令下的振動向量
圖十三 響應時間
圖十四 應對干擾而起重機休息
圖十五 針對大擾動
圖十六 應對干擾時
5、 結論
一個控制的程序已經制定了離合馬達消除橋式起重機載荷擺動。控制使用擺動角度的有效載荷，及其衍生物，以決定何時打開和關閉起重機。該方法可以減少振蕩，當起重機移動或靜止。程序可以實施在大型橋式起重機。許多實驗表明，控制系統(tǒng)有效。
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