下載后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢(xún) Q 197216396 或 11970985密級(jí)： 公開(kāi) NANCHANG UNIVERSITY學(xué) 士 學(xué) 位 論 文THESIS OF BACHELOR（2009 — 2013 年）題 目 40T 門(mén)座起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)及重要總成設(shè)計(jì) 學(xué) 院：專(zhuān)業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：下載后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢(xún) Q 197216396 或 11970985指導(dǎo)教師：起訖日期：學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性申明本人鄭重申明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本申明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期：學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和下載后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢(xún) Q 197216396 或 11970985借閱。本人授權(quán)南昌大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密□，在 年解密后適用本授權(quán)書(shū)。本學(xué)位論文屬于不保密□。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√” ）作者簽名： 日期：導(dǎo)師簽名： 日期：下載后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢(xún) Q 197216396 或 11970985I40T 門(mén)座起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)及重要總成設(shè)計(jì)摘 要起重機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)在實(shí)現(xiàn)出產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化，自動(dòng)化，改善物料搬運(yùn)條件，提高勞動(dòng)出產(chǎn)率必不可少的機(jī)械設(shè)備。它對(duì)于發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)，改善人們的物質(zhì)，文化生活的需要都起著重要作用。門(mén)座起重機(jī)作為物料搬運(yùn)機(jī)械中的最主要的一種，在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。門(mén)座式起重機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)中是必不可少的，畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行門(mén)座式起重機(jī)的設(shè)計(jì)，不但有利于我們對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)的掌握并運(yùn)用，同時(shí)通過(guò)查找和學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外相關(guān)的先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)，可大大地提高我們對(duì)國(guó)內(nèi)外起重機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀的了解程度，對(duì)我們未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作有著積極而又深遠(yuǎn)的意義。本畢業(yè)設(shè)計(jì)論文主要針對(duì)門(mén)座起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)以及其他一些重要的總成和機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)門(mén)座起重機(jī)進(jìn)行工況載荷分析，進(jìn)行整機(jī)的穩(wěn)定性校核，以此為依據(jù)選擇相應(yīng)的執(zhí)行件和驅(qū)動(dòng)件。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，運(yùn)用 CAD 技術(shù)輔助設(shè)計(jì)，盡量實(shí)現(xiàn)三維建模仿真到二維工程圖紙的輸出無(wú)紙化。關(guān)鍵詞：門(mén)座起重機(jī)；運(yùn)行機(jī)構(gòu)；CAD 輔助設(shè)計(jì)；載荷分析。下載后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢(xún) Q 197216396 或 11970985IIDesign of 40T Gantry Crane`s Travel Mechanism and Important Assembly AbstractCrane is an indispensable mechanical equipment that used in the modern industry to make the production process mechanization and automation, help improve the material handling conditions and the labor production rate.It is very important for the development of national economy, improving people's material and cultural life.Gantry crane, as the one of the most main material handling equipment, is widely used in all walks of life. Gantry crane is indispensable in modern industry, to make the design of the gantry crane as the graduation thesis, is not only conducive to us to apply knowledge we have learned in college, but also greatly improve our understanding of crane`s development situation at home and abroad, and has a positive and far-reaching significance at our future study and work by looking and learning related design and manufacture of advanced technology at home and abroad.This graduation thesis mainly includes about gantry crane traveling mechanism and some other important assembly. Analysis working conditions of gantry crane, check the stability of the whole machine, on this basis to choose the corresponding execution parts and driving parts. In the process of design, we use the CAD technology aided design, Try our best to achieve paperless design in Creating of 3D model and mechanical drawings.Key words: Gantry Crane; Travelling Mechanism; Computer - Aided Design; Loading Analysis.下載后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢(xún) Q 197216396 或 11970985- 0 -目錄摘 要 .......................................................................................................................IAbstract..................................................................................................................II第一章 緒論 ..........................................................................................................21.1 門(mén)座起重機(jī)的特點(diǎn)及分類(lèi) .....................................................................21.2 門(mén)座起重機(jī)的結(jié)構(gòu) .................................................................................31.3 門(mén)座起重機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .............................................................41.4 課題研究?jī)?nèi)容 .........................................................................................6第二章 門(mén)座式起重機(jī)總體設(shè)計(jì) ..........................................................................82.1 門(mén)座起重機(jī)的性能參數(shù)及工況環(huán)境 .....................................................82.2 確定起重機(jī)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 .....................................................................92.2.1 起升機(jī)構(gòu)的組成及工作原理 ......................................................92.2.2 變幅機(jī)構(gòu)的組成及工作原理 ....................................................122.2.3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組成及工作原理 ....................................................182.2.4 運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成及工作原理 ....................................................212.2.5 門(mén)座起重機(jī)的安全設(shè)置 ............................................................222.3 確定起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)形式 ...................................................................27第三章 各工作機(jī)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)的計(jì)算載荷及載荷組合 ................................31本節(jié)所作分析與計(jì)算均以依據(jù) GB/T3811-2008 起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范依據(jù)。 .....313.1 計(jì)算載荷 ...............................................................................................313.1.1 自重載荷 ...............................................................................31????3.1.2 起升載荷 ...............................................................................31????下載后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢(xún) Q 197216396 或 11970985- 1 -3.1.3 自重震動(dòng)載荷 ............................................................................313.1.4 起升動(dòng)載荷 ................................................................................323.1.5 突然卸載時(shí)的動(dòng)力效應(yīng) ............................................................323.1.6 運(yùn)行沖擊載荷 ............................................................................333.1.7 起重機(jī)運(yùn)行慣性力 ....................................................................333.1.8 貨物偏擺載荷 ............................................................................333.1.9 風(fēng)載荷 ........................................................................................343.2 載荷組合 ...............................................................................................37第四章 整機(jī)穩(wěn)定性校核 ....................................................................................394.1 基本原則 ...............................................................................................394.2 驗(yàn)算工況、載荷系數(shù)和載荷組合 .......................................................394.2.1 門(mén)座起重機(jī)的驗(yàn)算工況 ............................................................394.2.2 載荷系數(shù)和載荷組合 ................................................................394.2.3 門(mén)座起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性的力矩表達(dá)式 ................................404.3 輪壓計(jì)算 ...............................................................................................45第五章 門(mén)座起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 ............................................................495.1 運(yùn)行機(jī)構(gòu)概述 .......................................................................................495.1.1 運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要解決的問(wèn)題 ............................................495.1.2 運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要的主要原始數(shù)據(jù) ....................................505.2 決定運(yùn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式 ...................................................................505.3 選擇車(chē)輪與軌道并驗(yàn)算其強(qiáng)度 ...........................................................505.3.1 驗(yàn)算車(chē)輪的耐久性 ....................................................................50下載后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢(xún) Q 197216396 或 11970985- 2 -5.3.2 驗(yàn)算車(chē)輪的強(qiáng)度 ........................................................................515.4 有軌運(yùn)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置 ...................................................................515.4.1 運(yùn)行靜阻力的計(jì)算 ....................................................................515.4.2 按滿(mǎn)載運(yùn)行靜功率初選電動(dòng)機(jī) ................................................535.4.3 減速裝置計(jì)算 ............................................................................535.4.4 電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力驗(yàn)算 ................................................................555.4.5 制動(dòng)器的選擇 ............................................................................555.5 有軌運(yùn)行機(jī)構(gòu)其他機(jī)構(gòu)和安全輔助裝置 ...........................................56第六章 總結(jié)與展望 ............................................................................................576.1 工作總結(jié) ...............................................................................................576.2 工作展望 ...............................................................................................57參考文獻(xiàn) ..............................................................................................................59致謝 ......................................................................................................................60附件一 起重機(jī)行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙 ..................................................................61下載后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢(xún) Q 197216396 或 11970985- 3 -下載后包含有 CAD 圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢(xún) Q 197216396 或 11970985- 4 -第一章 緒論- 5 -第一章 緒論1.1 門(mén)座起重機(jī)的特點(diǎn)及分類(lèi)門(mén)座起重機(jī)是港口碼頭數(shù)量和使用最多的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)構(gòu)最多的、最典型的電動(dòng)裝卸機(jī)械，是一種重要而又具有代表性的旋轉(zhuǎn)類(lèi)型運(yùn)動(dòng)式起重機(jī)，他因具有能讓運(yùn)輸車(chē)順利通過(guò)的門(mén)架結(jié)構(gòu)而得名。門(mén)形座架的 4 條腿構(gòu)成 4 個(gè)“門(mén)洞”，可供鐵路車(chē)輛和其他車(chē)輛通過(guò)?，F(xiàn)代門(mén)座式起重機(jī)廣泛應(yīng)用于港口、碼頭貨物的機(jī)械化裝卸，造船廠船舶的施工、安裝以及大型水電站工地的建壩工程中，對(duì)于減輕繁重的體力勞動(dòng)，改善工人的操作條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率都具有很大的意義，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化不可缺少的重要設(shè)備。它具有較好的工作性能和獨(dú)特的優(yōu)越結(jié)構(gòu)，通用性好，被廣泛地用在港口雜貨碼頭。門(mén)座起重機(jī)的工作機(jī)構(gòu)具有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，起升速度可達(dá) 1.17m/s，變幅速度可達(dá) 0.92m/s，使用率高，每晝夜可達(dá) 22h，臺(tái)時(shí)效率也很高，一般可達(dá)100t/h 以上；它的結(jié)構(gòu)是立體的，不多占用碼頭的面積，具有高大的門(mén)架和較長(zhǎng)距離的伸臂，因而具有較大的起升高度和工作幅度，能滿(mǎn)足港口、碼頭、船舶和車(chē)輛的機(jī)械化裝卸、轉(zhuǎn)載，充分使用港口、碼頭場(chǎng)地，適應(yīng)船舶的空載、滿(mǎn)載作業(yè)，以及地面車(chē)輛的通行要求；還具有高速靈活、安全可靠的裝卸能力，對(duì)提高裝卸生產(chǎn)率，減輕繁重的體力勞動(dòng)都具有重大的意義。但門(mén)座起重機(jī)也有它的缺點(diǎn)，如造價(jià)高，用鋼鐵材料多，要較大的電力供給，一般輪壓較大，需要堅(jiān)固的地基，附屬設(shè)備也較多，如變電所、電纜、地道、坑道、電源等。門(mén)座起重機(jī)有各種分類(lèi)方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)型式的不同，可分為不同的類(lèi)型。（1） 以門(mén)架的結(jié)構(gòu)類(lèi)型為主要標(biāo)志。門(mén)座起重機(jī)可以分為全門(mén)座和半門(mén)座起重機(jī)。后者不具備完整的門(mén)架，它的兩條運(yùn)行軌道不在同一水平面上，一條鋪設(shè)在地面上，另一條鋪設(shè)在庫(kù)房或特設(shè)的棧橋上。（2） 以起重臂的結(jié)構(gòu)類(lèi)型為主要標(biāo)志。門(mén)座起重機(jī)可分為四連桿組合臂架式門(mén)座起重機(jī)和單臂架式門(mén)座起重機(jī)兩種。前者的最大優(yōu)點(diǎn)是臂架下面的凈空高度較大，因而在一定的起升高度要求下，起重機(jī)的總高度較低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量較大，而單臂則與上述相反。目前，國(guó)內(nèi)大多采用四連桿組合臂架式起重機(jī)。（3） 以上部旋轉(zhuǎn)部分相對(duì)下部運(yùn)行部分旋轉(zhuǎn)的支承裝置的結(jié)構(gòu)類(lèi)型為主要第一章 緒論- 6 -標(biāo)志。門(mén)座起重機(jī)可分為轉(zhuǎn)柱式門(mén)座起重機(jī)、定柱式門(mén)座起重機(jī)、轉(zhuǎn)盤(pán)式門(mén)座起重機(jī)和大軸承式門(mén)座起重機(jī)。轉(zhuǎn)盤(pán)式門(mén)座起重機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造困難，目前較少采用；轉(zhuǎn)柱式和定柱式整體穩(wěn)定性好，是目前常用的形式，其中轉(zhuǎn)柱式應(yīng)用最多；大軸承式結(jié)構(gòu)新穎、構(gòu)件少，重量輕，具有廣闊的發(fā)展前景。1.2 門(mén)座起重機(jī)的結(jié)構(gòu)門(mén)座起重機(jī)又簡(jiǎn)稱(chēng)為門(mén)吊（其結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示） 、門(mén)機(jī)，是電力驅(qū)動(dòng)、有軌運(yùn)行的臂架類(lèi)起重機(jī)之一。它的構(gòu)造大體上可以分為兩大部分：上部旋轉(zhuǎn)部分和下部運(yùn)行部分。上部旋轉(zhuǎn)部分安裝在一個(gè)高大的門(mén)形底架（門(mén)架）上，并相對(duì)于下部運(yùn)行部分可以實(shí)現(xiàn) 360°任意旋轉(zhuǎn)。門(mén)架可以沿軌道運(yùn)行，同時(shí)它又是起重機(jī)的承重部分。起重機(jī)的自重和吊重均由門(mén)架承受，并由它傳到地面軌道上。門(mén)座起重機(jī)正是由此門(mén)形底座而得名的。圖 1-1 門(mén)座起重機(jī)示意圖門(mén)座起重機(jī)的上部旋轉(zhuǎn)部分包括臂架系統(tǒng)、人字架、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、司機(jī)室等，還安裝有起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。下部運(yùn)行部分主要由門(mén)架和運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成。門(mén)架底部能通火車(chē)，軌距有 3 種：能通過(guò)一列火車(chē)軌距為 6m，稱(chēng)單線(xiàn)門(mén)架，能通過(guò)并排兩列火車(chē)的軌距為 10.5m，稱(chēng)雙線(xiàn)門(mén)架，能通過(guò)并排三列火車(chē)的軌距為 16m，稱(chēng)三線(xiàn)門(mén)架。碼頭前沿的門(mén)座起重機(jī)門(mén)架多屬雙線(xiàn)門(mén)架。門(mén)座底部裝有行車(chē)車(chē)輪或運(yùn)行臺(tái)車(chē)，運(yùn)行機(jī)構(gòu)使整臺(tái)起重機(jī)可以沿著地面上的軌道運(yùn)行。門(mén)座式起重機(jī)一般通過(guò)電纜卷筒或地溝滑觸線(xiàn)供電，采用電力直接驅(qū)動(dòng)，只有當(dāng)電力供應(yīng)無(wú)法解決時(shí)才考慮采用蒸汽發(fā)電或柴油發(fā)電等復(fù)合驅(qū)動(dòng)裝置。第一章 緒論- 7 -門(mén)座起重機(jī)的工作原理是：通過(guò)起升、變幅、旋轉(zhuǎn) 3 種運(yùn)動(dòng)的組合，可以在一個(gè)環(huán)形圓柱體空間實(shí)現(xiàn)物品的升降、移動(dòng)，并通過(guò)運(yùn)行機(jī)構(gòu)調(diào)整整機(jī)的工作位置，故可以在較大的作業(yè)范圍內(nèi)滿(mǎn)足運(yùn)移物品的需要。因此，門(mén)座起重機(jī)的設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容即是對(duì)門(mén)座起重機(jī)四大主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。將一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)劃分為主要的幾個(gè)構(gòu)成單元，也是進(jìn)行機(jī)電設(shè)計(jì)的一般方法。隨著機(jī)電液光一體化的發(fā)展，門(mén)座式起重機(jī)的設(shè)計(jì)將融入更多的元素，那個(gè)時(shí)候門(mén)座式起重機(jī)的設(shè)計(jì)內(nèi)容將劃分的更加詳細(xì)。門(mén)座起重機(jī)的整機(jī)組成如圖 1-2 所示。圖 1-2 門(mén)座起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖1.3 門(mén)座起重機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)門(mén)座式起重機(jī)是隨著港口事業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，1890 年,第一次將幅度不可變的固定式可旋轉(zhuǎn)臂架型起重機(jī)裝在橫跨于窄碼頭上方的運(yùn)行式半門(mén)座上，成為早期的港用半門(mén)座起重機(jī)，隨著碼頭寬度的加大,門(mén)座和半門(mén)座起重機(jī)并列發(fā)展，并普遍采用俯仰臂架和水平變幅系統(tǒng)。第二次世界大戰(zhàn)后，港用門(mén)座起重機(jī)迅速發(fā)展為便于多臺(tái)起重機(jī)對(duì)同一條船進(jìn)行并列工作,普遍采用了轉(zhuǎn)動(dòng)部分與立柱體相連的轉(zhuǎn)柱式門(mén)座起重機(jī),或轉(zhuǎn)動(dòng)部分通過(guò)大軸承與門(mén)座相連的滾動(dòng)軸承式支承回轉(zhuǎn)裝置,以減小轉(zhuǎn)動(dòng)部分的尾徑,并采用了減小碼頭掩蓋面的門(mén)座結(jié)構(gòu)。在發(fā)展過(guò)程中，門(mén)座起重機(jī)還逐步推廣應(yīng)用到作業(yè)條件與港口相近的船臺(tái)和水電站工地等處。第一章 緒論- 8 -經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)門(mén)座式起重機(jī)行業(yè)已經(jīng)形成了一定的規(guī)模，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也越發(fā)激烈。面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)與市場(chǎng)的變化和挑戰(zhàn)，近一兩年來(lái)，起重機(jī)廠家在擴(kuò)大產(chǎn)能方面投入很大，有的企業(yè)已經(jīng)收到了顯著的效果，市場(chǎng)占有率進(jìn)一步提高。我國(guó)門(mén)座式起重機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)水平在不斷提高，但是與國(guó)際水平還有一定距離，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，提高產(chǎn)量的同時(shí)，做到技術(shù)水平的提升，將會(huì)為增強(qiáng)我國(guó)門(mén)座式起重機(jī)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)起重機(jī)工業(yè)有很大的發(fā)展?jié)摿?，前景很好，但同時(shí)我國(guó)起重行業(yè)目前存在的幾個(gè)突出問(wèn)題：1、整體技術(shù)含量偏低，突出表現(xiàn)在產(chǎn)品的品種規(guī)格少，性能、可靠性等指標(biāo)低于發(fā)達(dá)國(guó)家同類(lèi)產(chǎn)品的水平。2、知名品牌寥寥無(wú)幾，能打入國(guó)際市場(chǎng)并享有一定聲譽(yù)的知名品牌幾乎沒(méi)有。3、產(chǎn)品低價(jià)惡性競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，企業(yè)合理利潤(rùn)難保，已嚴(yán)重制約企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)包括以下幾個(gè)方面：（1）大型化和專(zhuān)用化。用模塊化設(shè)計(jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機(jī)設(shè)計(jì)方法，將起重機(jī)上功能基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標(biāo)準(zhǔn)模塊，通過(guò)不同模塊的相互組合，形成不同類(lèi)型和規(guī)格的起重機(jī)。對(duì)起重機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，只需針對(duì)某幾個(gè)模塊。設(shè)計(jì)新型起重機(jī)，只需選用不同模塊重新進(jìn)行組合?？墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機(jī)改換成具有相當(dāng)批量的模塊生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高效率的專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，企業(yè)的生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。達(dá)到改善整機(jī)性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品，充分滿(mǎn)足用戶(hù)需求。 （2）輕型化和多樣化。由于起重機(jī)是國(guó)家特種設(shè)備，必須要具備很高的安全系數(shù)，因此在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，起重機(jī)的設(shè)計(jì)都無(wú)法擺脫龐大、厚重的慣性思維。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是 20 世紀(jì)以來(lái)的 CAD 技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用，起重機(jī)設(shè)計(jì)可以利用現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在減少起重機(jī)冗余機(jī)構(gòu)、減輕起重機(jī)質(zhì)量的同時(shí)保持甚至提升起重機(jī)的工作載荷。這樣的輕質(zhì)起重機(jī)易于裝配和搬運(yùn)。另一方面，伴隨著工業(yè)事業(yè)的發(fā)展，起重機(jī)的設(shè)計(jì)將更加的滲入到各行各業(yè)，起重機(jī)也將變得更加的多樣化。（3）自動(dòng)化和智能化。將機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到第一章 緒論- 9 -機(jī)械的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的自動(dòng)化和智能化。大型高效起重機(jī)的新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動(dòng)裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測(cè)等設(shè)備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找起吊物重心、近場(chǎng)感應(yīng)防碰撞技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、載波通訊及控制、無(wú)接觸供電及三維條形碼技術(shù)等將廣泛得到應(yīng)用。使起重機(jī)具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機(jī)綜合自動(dòng)化水平。重點(diǎn)開(kāi)發(fā)以微處理機(jī)為核心的高性能電氣傳動(dòng)裝置，使起重機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動(dòng)特性，可進(jìn)行操作的自動(dòng)控制、自動(dòng)顯示與記錄，起重機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)保護(hù)與自動(dòng)檢測(cè)，特殊場(chǎng)合的遠(yuǎn)距離遙控等，以適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。（4）成套化和系統(tǒng)化。在起重機(jī)單機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)把各種起重運(yùn)輸機(jī)械組成一個(gè)物料搬運(yùn)集成系統(tǒng)，通過(guò)中央控制室的控制，與生產(chǎn)設(shè)備有機(jī)結(jié)合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。這類(lèi)起重機(jī)自動(dòng)化程度高，具有信息處理功能，可將傳感器檢測(cè)出來(lái)的各種信息實(shí)施存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷、變換等處理加工，進(jìn)而向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令。這類(lèi)起重機(jī)還具有較好的信息輸入、輸出接口，實(shí)現(xiàn)信息全部、準(zhǔn)確、可靠地在整個(gè)物料搬運(yùn)集成系統(tǒng)中的傳輸。起重機(jī)通過(guò)系統(tǒng)集成，能形成不同機(jī)種的最佳匹配和組合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮最佳效用。目前重點(diǎn)發(fā)展的有工廠生產(chǎn)搬運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)，柔性加工制造系統(tǒng)，商業(yè)貨物配送集散系統(tǒng)，集裝箱裝卸搬運(yùn)系統(tǒng)，交通運(yùn)輸和郵電部門(mén)行包貨物的自動(dòng)分揀與搬運(yùn)系統(tǒng)等。 （5）新型化和實(shí)用化。采用各種高強(qiáng)度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力條件，減輕自重和增加外形美觀。在機(jī)構(gòu)方面進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型傳動(dòng)零部件，簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)。 “三合一”運(yùn)行機(jī)構(gòu)是當(dāng)今世界輕、中級(jí)起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的主流，將電動(dòng)機(jī)、減速器和制動(dòng)器合為一體，具有結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧美觀、拆裝方便、調(diào)整簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、配套范圍大等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外已廣泛應(yīng)用到各種起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)上。 在電控方面開(kāi)發(fā)性能好、成本低、可靠性高的調(diào)速系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，發(fā)展半自動(dòng)和全自動(dòng)操縱。采用機(jī)電儀液一體化技術(shù)，提高使用性能和可靠性，增加起重機(jī)的功能。今后會(huì)更加注重起重機(jī)的安全性，研制新型安全保護(hù)裝置。重視司機(jī)的工作條件，應(yīng)用人體工程學(xué)設(shè)計(jì)司機(jī)室，降低司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。德國(guó)近年為解決起重機(jī)吊鉤的防擺控制，開(kāi)發(fā)了模糊邏輯電路的控制技術(shù)，用神第一章 緒論- 10 -經(jīng)信息和模糊技術(shù)來(lái)尋找開(kāi)始加速的最佳時(shí)刻，將有經(jīng)驗(yàn)司機(jī)防擺實(shí)際操作的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。模糊控制方式能確定實(shí)施自動(dòng)工作的控制指令，將人們主觀上的模糊量通過(guò)模糊集合進(jìn)行數(shù)字化定量，再利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)像熟練司機(jī)一樣的自如操作，取得了更高的效率和安全性。模糊控制作為新的控制方法已引人注目。（6）混合型起重機(jī)。履帶起重機(jī)和輪式起重機(jī)各有利弊，將兩者取長(zhǎng)補(bǔ)短后，混合型起重機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，這也是起重機(jī)新型式的大膽嘗試與突破。1.4 課題研究?jī)?nèi)容本課題主要是內(nèi)河港口 50T 門(mén)座式起重機(jī)的設(shè)計(jì)。門(mén)座起重機(jī)的主要結(jié)構(gòu)包括起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)，而我主要負(fù)責(zé)的是運(yùn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。小組內(nèi)其他三個(gè)同學(xué)各自負(fù)責(zé)另一個(gè)主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。為了規(guī)范課題研究的方法，提高課題研究的效率，我所擬定的課題的主要研究?jī)?nèi)容如下（大致按照時(shí)間順序）：廣泛查閱起重機(jī)及門(mén)座起重機(jī)的相關(guān)知識(shí)，增加對(duì)起重機(jī)及起重機(jī)行業(yè)的感性認(rèn)識(shí)，并在閱讀相關(guān)材料及文獻(xiàn)的同時(shí)清晰門(mén)座起重機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。另外，要有意識(shí)的查閱相關(guān)的外文文獻(xiàn)，了解門(mén)座起重機(jī)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)和技術(shù)趨勢(shì)，在這個(gè)基礎(chǔ)上，翻譯一篇不少于 2000 字的外文文獻(xiàn)。和設(shè)計(jì)小組的同學(xué)一起參觀南昌港務(wù)公司昌北碼頭，實(shí)地考察內(nèi)河港口門(mén)座起重機(jī)的作業(yè)情況，認(rèn)真記錄好昌北碼頭門(mén)座起重機(jī)的作業(yè)的工況環(huán)境。細(xì)致觀察門(mén)座起重機(jī)的機(jī)械構(gòu)成，弄清楚門(mén)座起重機(jī)的各個(gè)主要機(jī)構(gòu)的，特別是運(yùn)行機(jī)構(gòu)的工作原理。另外在港口工程技術(shù)人員的指導(dǎo)下獲得更多關(guān)于門(mén)座起重機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、保養(yǎng)知識(shí)以及需要改善改進(jìn)的地方。在上述工作的基礎(chǔ)上，確定主要工作機(jī)構(gòu)（吊鉤總成、變幅懸臂、運(yùn)行機(jī)構(gòu)等）和金屬結(jié)構(gòu)的形式；確定組合式臂架結(jié)構(gòu)主要尺寸；貨物水平位移補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)；計(jì)算工作機(jī)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)的計(jì)算工況、計(jì)算載荷以及載荷組合；進(jìn)行總體穩(wěn)定性計(jì)算；進(jìn)行輪壓計(jì)算；整機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算。所要完成的圖紙包括：（1） 繪制門(mén)座起重機(jī)總體方案圖一張；第一章 緒論- 11 -（2） 繪制運(yùn)行機(jī)構(gòu)裝配圖一張；（3） 繪制相關(guān)機(jī)構(gòu)總成圖；（4） 繪制相關(guān)零件圖；另外，如果時(shí)間精力足夠，還應(yīng)當(dāng)利用三維建模軟件（如 PRO/E）建立起重機(jī)主要零部件三維裝配模型；嘗試?yán)?PRO/E 軟件建立整機(jī)虛擬樣機(jī)；嘗試對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析。第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 12 -第二章 門(mén)座式起重機(jī)總體設(shè)計(jì)2.1 門(mén)座起重機(jī)的性能參數(shù)及工況環(huán)境起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)表征起重機(jī)的作業(yè)能力，是設(shè)計(jì)起重機(jī)的基本依據(jù)。設(shè)計(jì)港口起重機(jī)械時(shí)，需要根據(jù)具體的情況確定起重機(jī)的主要性能參數(shù)。本次設(shè)計(jì)的港口裝卸四連桿門(mén)座式起重機(jī)的主要性能參數(shù)見(jiàn)表 2-1。表 2-1 主要性能參數(shù)表項(xiàng)目名稱(chēng) 性能參數(shù)抓斗 吊鉤起重量40t最大幅度 35工作幅度最小幅度 10軌上 20 28起升高度軌下 15 15起升機(jī)構(gòu) 30m/min變幅機(jī)構(gòu) 50m/min回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 1.4r/min工作速度運(yùn)行機(jī)構(gòu) 26m/min整機(jī) A7起升機(jī)構(gòu) M8變幅機(jī)構(gòu) M7回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) M7工作級(jí)別運(yùn)行機(jī)構(gòu) M4基距/軌距 10.5/10.5m第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 13 -工作狀態(tài)最大風(fēng)速 20m/s非工作狀態(tài)最大風(fēng)速 55m/s許用輪壓 250kN軌道型號(hào) QU70電源 380V/50Hz起重機(jī)為內(nèi)河港口起重機(jī)，港口的最大風(fēng)速為 8 級(jí)。在設(shè)計(jì)起重機(jī)時(shí)，安全系數(shù)取為 1.2。起重機(jī)的使用年限是 15 年，每天工作 8 個(gè)小時(shí)。2.2 確定起重機(jī)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容港口門(mén)座式起重機(jī)主要由鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)與電氣系統(tǒng)三大部分組成。鋼結(jié)構(gòu)主要指臂架系統(tǒng)、平衡重系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、人字架、立柱、均衡梁、機(jī)房、司機(jī)室等；機(jī)構(gòu)有起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及運(yùn)行機(jī)構(gòu)；電氣系統(tǒng)包括供電、電器與電氣控制等。2.2.1 起升機(jī)構(gòu)的組成及工作原理在起重機(jī)中，起升機(jī)構(gòu)主要用于實(shí)現(xiàn)貨物的提升或下降。它是起重機(jī)中最重要、最基本的機(jī)構(gòu)，其工作的好壞直接影響整臺(tái)起重機(jī)的工作性能。起升機(jī)構(gòu)通常有以下幾個(gè)方面的任務(wù)：1） 起升、放置重物以及與其他機(jī)構(gòu)配合實(shí)現(xiàn)貨物的位移。2） 機(jī)構(gòu)能夠以各種不同的速度起升和下降重物。3） 能夠隨時(shí)制動(dòng)，使貨物停留在空中任意位置。4） 在電動(dòng)機(jī)突然斷電的情況下，重物能夠懸在空中。5） 當(dāng)電機(jī)通電后，整個(gè)機(jī)構(gòu)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。起升機(jī)構(gòu)一般由驅(qū)動(dòng)裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、取物裝置和安全保護(hù)裝置等組成。驅(qū)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器、減速器、卷筒等部件。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩、卷筒、定滑輪和動(dòng)滑輪。取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、抓斗、第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 14 -電磁吸盤(pán)、吊具、掛件等多種型式。安全保護(hù)裝置有超重負(fù)荷限制器、起升高度限位開(kāi)器、下降深度限位器、超速保護(hù)開(kāi)關(guān)等。各大部件根據(jù)實(shí)際需要配用。下圖 2-1 以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙聯(lián)起升機(jī)構(gòu)為例說(shuō)明其一般組成：1——電動(dòng)機(jī)；2——聯(lián)軸器（帶制動(dòng)輪） ；3——制動(dòng)器；4——減速器；5——齒型聯(lián)軸器；6——卷筒；7——起升鋼絲繩；8——取物裝置圖 2-1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)起升機(jī)構(gòu)起升機(jī)構(gòu)的總體布置方式在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)裝置型式，在港口起重機(jī)中，起重機(jī)的驅(qū)動(dòng)形式有兩種：集中驅(qū)動(dòng)和分別驅(qū)動(dòng)。而電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)型式的最為常見(jiàn)，起重機(jī)的各個(gè)機(jī)構(gòu)都有各自的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，分組性好，布置、安裝維修都很方便，操作控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單。電機(jī)與卷筒平行布置是門(mén)座起重機(jī)中最多的布置方案。通過(guò)聯(lián)軸器和減速器傳遞電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使卷筒旋轉(zhuǎn)。電機(jī)的輸出扭矩通過(guò)減速器放大驅(qū)動(dòng)卷筒，使鋼絲繩從卷筒上卷入或放出，從而實(shí)現(xiàn)貨物的上升或下降。卷筒的正反轉(zhuǎn)需借助電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，而貨物的減速和停止又是依靠制動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)。第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 15 -起升機(jī)構(gòu)中起升鋼絲繩的卷繞系統(tǒng)是起升結(jié)構(gòu)的重要部分，起著運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換的作用。其結(jié)構(gòu)形式又取決于起重機(jī)的起重量、作業(yè)對(duì)象及起重臂架系統(tǒng)型式。港口起重機(jī)前臂架多為四連桿組合臂架系統(tǒng)和單搖桿臂架系統(tǒng)，為了適應(yīng)單件雜貨、散貨的裝卸，一般有兩種取物裝置，吊鉤組或雙繩（四繩）抓斗。相應(yīng)的滑輪組的卷繞方式有兩套單聯(lián)（適用于吊鉤或雙繩抓斗） 、兩套雙聯(lián)（適用于吊鉤和四繩抓斗） ，卷繞系統(tǒng)示意圖如下（圖 2-2）：兩套單聯(lián) 兩套雙聯(lián)圖 2-2 門(mén)座起重機(jī)卷繞系統(tǒng)示意圖根據(jù)卷繞系統(tǒng)的不同，相應(yīng)的有不同型式的起升絞車(chē)。1） 吊鉤起升絞車(chē)，如下圖 2-3、2-4 所示：圖 2-3 單聯(lián)吊鉤絞車(chē) 圖 2-4 雙聯(lián)吊鉤絞車(chē)2） 抓斗起升絞車(chē)（常用雙電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)） ，如下圖 2-5、2-6 所示：第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 16 -圖 2-5 雙繩抓斗絞車(chē) 圖 2-6 四繩抓斗絞車(chē)畢業(yè)設(shè)計(jì)所針對(duì)港口門(mén)座式起重機(jī) MQ4035 主要在港口使用吊鉤起升搬運(yùn)貨物，因此起升機(jī)構(gòu)只需要一套電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并且其吊鉤起升絞車(chē)為雙聯(lián)結(jié)構(gòu)，因此 MQ4035 為單套雙聯(lián)卷繞系統(tǒng)。其起升卷繞系統(tǒng)如圖 2-7 所示：?jiǎn)翁纂p聯(lián)卷繞系統(tǒng)圖 2-7 MQ4037 起升卷繞系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的，MQ5037 起升絞車(chē)的布置形式如圖 2-8 所示：第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 17 -圖 2-8 起升驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖2.2.2 變幅機(jī)構(gòu)的組成及工作原理變幅機(jī)構(gòu)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)臂架俯仰，以改變工作幅度的機(jī)構(gòu)。它主要有兩個(gè)方面的作用：一是在滿(mǎn)足起重機(jī)工作穩(wěn)定性的條件下，改變幅度，以調(diào)整起重機(jī)有效起重量或調(diào)整取物裝置工作位置；二是在起重量的最大幅度與最小幅度之間運(yùn)移貨物，以擴(kuò)大起重機(jī)的作業(yè)范圍。港口裝卸用門(mén)座起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的作用主要是指后者，它與其他機(jī)構(gòu)聯(lián)合作業(yè)，實(shí)現(xiàn)貨物的運(yùn)移。為了實(shí)現(xiàn)起重機(jī)幅度的改變，變幅機(jī)構(gòu)由兩大部分組成：臂架系統(tǒng)與變幅驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。下面首先介紹臂架系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。臂架系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)變幅機(jī)構(gòu)根據(jù)變幅方法可分為兩種基本形式：運(yùn)行小車(chē)式和擺動(dòng)臂架式。運(yùn)行小車(chē)式變幅機(jī)構(gòu)用于小型固定式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)，作為制造和修理車(chē)間的小型起重機(jī)設(shè)備，在港口裝卸作業(yè)中很少采用。擺動(dòng)臂架式變幅機(jī)構(gòu)，幅度的改變是靠擺動(dòng)臂來(lái)實(shí)現(xiàn)的。港口門(mén)座起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)幾乎全屬此類(lèi)。擺動(dòng)臂架式變幅機(jī)構(gòu)主要由擺動(dòng)臂架、驅(qū)動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置、制動(dòng)裝置所組成。此外，還有操縱設(shè)備、安全裝置等。根據(jù)變幅機(jī)構(gòu)的工作性質(zhì)有可分為非工作性變幅機(jī)構(gòu)和工作性變幅機(jī)構(gòu)。非工作性變幅機(jī)構(gòu)只是用來(lái)調(diào)整幅度，在裝卸作業(yè)中，幅度不變。第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 18 -工作性幅度機(jī)構(gòu)在裝卸作業(yè)時(shí)，通過(guò)改變幅度來(lái)運(yùn)移貨物，以擴(kuò)大起重機(jī)的服務(wù)面積和提高工作機(jī)動(dòng)性。港口起重機(jī)為提高裝卸效率，要求變幅機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)工作性變幅。其特征是：這種變幅是在帶載條件下進(jìn)行的，變幅頻繁，變幅過(guò)程成為起重機(jī)每一個(gè)工作循環(huán)的主要工序之一，變幅速度對(duì)裝卸生產(chǎn)率有直接的影響，故在這類(lèi)變幅機(jī)構(gòu)中，一般都應(yīng)采用較高的變幅速度，以提高裝卸生產(chǎn)率。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的港口工作的門(mén)座起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)是擺動(dòng)臂架式的工作性變幅機(jī)構(gòu)。其變幅機(jī)構(gòu)應(yīng)該滿(mǎn)足下面兩點(diǎn)要求：1） 載重水平位移。使載重在變幅時(shí)沿水平線(xiàn)或接近于水平線(xiàn)的軌跡移動(dòng)。2） 臂架自重平衡。使臂架系統(tǒng)的總重心高度在變幅時(shí)保持不變或變化很小。為使載重在變幅過(guò)程中沿水平線(xiàn)或近似水平線(xiàn)移動(dòng)，可以采用多種形式來(lái)達(dá)到，但基本上可以歸納為兩種類(lèi)型：起升繩補(bǔ)償法（也稱(chēng)為繩索補(bǔ)償法）和組合臂架法。MQ4037 采用的是組合臂架式變幅機(jī)構(gòu)，因此可以使用組合臂架法使載重水平位移。組合臂架法的基本設(shè)計(jì)方法是機(jī)械原理中所學(xué)的關(guān)于四連桿機(jī)構(gòu)定軌跡的設(shè)計(jì)方法。本次設(shè)計(jì)中，吊重水平位移補(bǔ)償系統(tǒng)所采用的是四連桿式組合臂架，臂架系統(tǒng)是組合式的，它由臂架、象鼻梁和剛性拉桿三部分組成，連同機(jī)架一起組成一個(gè)平面四連桿機(jī)構(gòu)。如果臂架的尺寸選擇合適，則在有效幅度內(nèi)，象鼻梁的端點(diǎn)將沿著接近水平線(xiàn)的軌跡移動(dòng)。當(dāng)起升繩沿著拉桿或臂架到象鼻梁從其頭部引出時(shí)，可滿(mǎn)足物品水平變幅的要求。使用這種補(bǔ)償系統(tǒng)物品懸掛長(zhǎng)度減小，擺動(dòng)現(xiàn)象減輕，起升繩的長(zhǎng)度和磨損減小，起升滑輪組倍率的大小對(duì)補(bǔ)償系統(tǒng)沒(méi)有影響。剛性拉桿組合臂架是組合臂架方案中最廣泛采用的一種型式，圖 2-9 示出了其變幅時(shí)吊重保持水平移動(dòng)的原理，剛性拉組合臂架臂架 1、象鼻梁 2、剛性拉桿 3 組成，三構(gòu)件與機(jī)架構(gòu)成一平面四連桿機(jī)構(gòu)，這種方案又稱(chēng)為四連桿組合臂架系統(tǒng)。當(dāng)臂架俯仰運(yùn)動(dòng)時(shí)，象鼻梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為一雙葉曲線(xiàn)。如果臂架系統(tǒng)尺寸及機(jī)架 O 和 D1 位置選擇適當(dāng)，則在有效工作幅度范圍 S 內(nèi)，象鼻梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡 ab 段接近為一水平線(xiàn)，這時(shí)只要起升繩沿臂架系第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 19 -統(tǒng)構(gòu)件的軸線(xiàn)布置，并從象鼻梁端點(diǎn)引出，就可以實(shí)現(xiàn)吊重沿接近水平線(xiàn)軌跡移動(dòng)。四連桿臂架系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是臂架下的工作空間較大，鋼絲繩的懸掛長(zhǎng)度不變，貨載擺動(dòng)現(xiàn)象減小。其缺點(diǎn)是：臂架為葙型結(jié)構(gòu)，自重較重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，迎風(fēng)面積也較大，在變幅過(guò)程中，臂架難以沿嚴(yán)格的水平線(xiàn)變幅。四連桿機(jī)構(gòu)定軌跡的設(shè)計(jì)在要求不是十分精確地情況下可以采用作圖法進(jìn)行設(shè)計(jì)。最后可以利用軟件對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)的目標(biāo)點(diǎn)的軌跡的水平度進(jìn)行校核圖 2-9 剛性拉桿組合臂架工作原理除了載重的水平位移補(bǔ)償外，也必須對(duì)臂架的自重進(jìn)行補(bǔ)償，以使臂架調(diào)運(yùn)貨物時(shí)載荷穩(wěn)定。利用臂架的俯仰來(lái)改變幅度時(shí)，臂架系統(tǒng)重心的高度也在不斷的變化，為了使臂架系統(tǒng)的重心盡可能不發(fā)生升降現(xiàn)象，以免由于重心升降時(shí)需要做功而引起變幅機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)功率的增大，可以采用多種構(gòu)造形式來(lái)達(dá)到。在這里采用了港口普遍采用的利用活配重使臂架系統(tǒng)合成重心位置在變幅過(guò)程中，接近于水平線(xiàn)的軌跡移動(dòng)的方案。第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 20 -圖 2-10 杠桿-活配重法臂架平衡系統(tǒng)工作原理圖圖 2-10 所示為利用桿杠活配重法來(lái)獲得臂架自重平衡的工作原理簡(jiǎn)圖?；钆渲嘏c臂架分離，繞各自鉸軸擺動(dòng)，采用杠桿連接使之組成非平行四邊形的四桿機(jī)構(gòu)。這種平衡法的基本原理為：不再是保持臂架和配重的合成重心位置不變，而是根據(jù)變幅過(guò)程中，臂架位能的增加（或減少）值等于活配重位能相應(yīng)地減少（或增加）值，使臂架系統(tǒng)在各個(gè)變幅位置保持總位能不變。這種方案與尾重法相比較，在臂架擺動(dòng)角度相同的條件下：活配重?cái)[動(dòng)角度顯著增大，從而增大了活配重的升降高度，以至于減輕了活配重的重量。同時(shí)它把臂架系統(tǒng)分成臂架與配重兩部分，配重被移到起重機(jī)旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)較遠(yuǎn)的地方，兩者用杠桿聯(lián)系起來(lái)，由于杠桿的放大原理，使配重重量大大地減輕，并可充分發(fā)揮配重對(duì)起重機(jī)穩(wěn)定性的作用，它在總體布置上，要比尾重法方便得多。但是這種平衡方案不能做到臂架系統(tǒng)的完全平衡。只要把四桿機(jī)構(gòu)的尺寸和配重的重量選得合適，可以使誤差縮減到很小的程度，安全能滿(mǎn)足對(duì)臂架平衡系統(tǒng)提出的要求。由于這種方案優(yōu)點(diǎn)較多，因此，目前應(yīng)用最普遍，門(mén)座起重機(jī)基本上都采用此種平衡方法，因此，畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的門(mén)座起重機(jī)也采用這個(gè)方法。變幅驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)為使臂架繞其鉸軸擺動(dòng)來(lái)改變起吊貨物的位置，就必須有一套專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 21 -機(jī)構(gòu)。根據(jù)變幅機(jī)構(gòu)工作性質(zhì)和要求不同，出現(xiàn)了多種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如齒條、螺桿螺母、液壓等。下面簡(jiǎn)要介紹經(jīng)常使用的齒條和螺桿螺母驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。1） 螺桿螺母變幅驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖 2-11 螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)變幅機(jī)構(gòu)筒圖1—機(jī)；2－減速器；3－轉(zhuǎn)動(dòng)的螺母；4－不轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿；5－臂架；6－轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿；7－不轉(zhuǎn)動(dòng)的螺母圖 2-11 為螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)變幅機(jī)構(gòu)筒圖。這種傳動(dòng)方案的主要優(yōu)點(diǎn)是：由于螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)本身具有很大的傳動(dòng)比，因而使整個(gè)傳動(dòng)裝置緊湊、重量輕、變幅平穩(wěn)無(wú)沖擊。主要缺點(diǎn)是：效率低，非密封條件下工作或潤(rùn)滑不良時(shí)，磨損快，螺母的螺紋磨損后不易檢查。近來(lái)出現(xiàn)的滾珠螺桿（見(jiàn)圖 2-12）能夠克服上述的這些缺點(diǎn)。這是一種有前途的變幅傳動(dòng)方式。但由于制造工藝復(fù)雜，還沒(méi)有廣泛采用。圖 2-12 滾動(dòng)螺桿第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 22 -1-支座；2-鍵槽； 3-螺桿；4-滾珠；5- 驅(qū)動(dòng)齒輪； 6-軸承；7-螺母2） 齒條變幅驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖 2-13 為齒條傳動(dòng)的變幅機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。臂架直接由齒條推動(dòng)，齒條則由裝設(shè)在機(jī)器房頂上的電動(dòng)機(jī)通過(guò)一個(gè)封閉式的三級(jí)圓柱齒輪減速器減速后，帶動(dòng)一個(gè)小齒輪，由小齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒條做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)臂架繞其軸心擺動(dòng)。對(duì)于較大型的起重機(jī)，齒條常制成針齒的形狀，以便制造和維修工作。圖 2-13 齒條傳動(dòng)的變幅機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)圖1-電動(dòng)機(jī)；2-液壓推桿制動(dòng)器；3-圓柱齒輪減速器；4-齒型連軸節(jié)；5-齒條因?yàn)樵谧兎鶗r(shí)振動(dòng)和沖擊都較大，所以在齒條頭部裝設(shè)橡膠緩沖裝置或液壓緩沖裝置。另外，為了避免由于齒條超程而使臂架脫落，確保變幅機(jī)構(gòu)安全工作，齒條在變幅有效區(qū)段內(nèi)兩端都設(shè)有行程開(kāi)關(guān)。這種傳動(dòng)方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，可以雙向受力，效率高。缺點(diǎn)是：因?yàn)榇嬖邶X間間隙，起、制動(dòng)時(shí)有沖擊；齒條傳動(dòng)是開(kāi)式傳動(dòng)，工作條件差，所以齒面易磨損。這種傳動(dòng)方式由于可以在效率較高的前提下，獲得相當(dāng)緊湊的結(jié)構(gòu)，因而，在工作性變幅機(jī)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。本機(jī)變幅機(jī)構(gòu)采用單根齒條驅(qū)動(dòng)變幅，傳動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸、制動(dòng)器、減速器、聯(lián)軸器、小齒輪、齒條和搖架等組成。當(dāng)電機(jī)工作時(shí)，齒條作直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)組合臂架搖擺而適應(yīng)各幅度位置的變化。搖架作為運(yùn)動(dòng)齒條的導(dǎo)向滑輪裝置，可繞鉸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。小齒輪與齒條的嚙合間隙用三個(gè)帶有第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 23 -偏心軸的導(dǎo)向輪來(lái)調(diào)整。電動(dòng)機(jī)與減速器的鏈接采用浮動(dòng)傳動(dòng)軸，在減速器的高速軸端裝有一套制動(dòng)器，在臂架的下鉸點(diǎn)裝有減速開(kāi)關(guān)，在搖架上裝有兩級(jí)終端限位保護(hù)器，在齒條箱的終端還設(shè)置有安全擋塊。變幅機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)傳遞路徑：變頻電機(jī)→鼓型齒形聯(lián)軸器→浮動(dòng)軸→鼓型帶制動(dòng)輪齒形聯(lián)軸器→減速器→低速軸鼓型齒形聯(lián)軸器→齒條支承搖架→齒條。它是采用變頻調(diào)速的方法，由電控 PLC、變頻器實(shí)現(xiàn)，具有良好的調(diào)速性能。變幅機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖 2-14 所示。圖 2-14 變幅機(jī)構(gòu)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖1—減速器；2—低速軸齒形聯(lián)軸器；3—制動(dòng)器罩；4—制動(dòng)器；5—帶制動(dòng)輪齒形聯(lián)軸器；6—浮動(dòng)軸；7—齒條總成；8—高速軸齒形聯(lián)軸器；9—電動(dòng)機(jī)變幅緩沖裝置在臂架類(lèi)起重機(jī)中，由于臂架系統(tǒng)自重和起吊貨物的重量，使得變幅機(jī)構(gòu)工作時(shí)起、制動(dòng)產(chǎn)生的沖擊很大，為了減緩沖擊和振動(dòng)，必須在變幅機(jī)構(gòu)中安裝緩沖裝置。常用的緩沖裝置有彈簧緩沖器、橡膠緩沖器（如圖 2-15） 、液壓彈簧緩沖器（圖 2-16） 。第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 24 -圖 2-15 橡膠緩沖器彈簧緩沖器內(nèi)部彈簧為螺旋式壓力彈簧。這種緩沖器構(gòu)造簡(jiǎn)單，維護(hù)修理簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。其工作原理是：彈簧受壓，吸收能量減少?zèng)_擊。橡膠緩沖器內(nèi)部有一組特制的橡膠墊，每塊橡膠墊之間有一個(gè)金屬墊隔離。為了增加橡膠墊的使用壽命，在其中間加入一個(gè)金屬墊片。這種緩沖器緩沖效果好，但對(duì)橡膠質(zhì)量要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修理麻煩。其工作原理是橡膠墊受壓縮變形，吸收能量，減少?zèng)_擊。液壓彈簧緩沖器由阻尼油缸和緩沖彈簧制成的。阻尼油缸的阻尼大小可通過(guò)調(diào)整活塞兩側(cè)節(jié)流閥的開(kāi)度來(lái)達(dá)到的。它的工作原理是依靠阻尼油缸的工作油節(jié)流發(fā)熱，吸收能量和彈簧壓縮變形吸收能量來(lái)減少?zèng)_擊。圖 2-16 液壓彈簧緩沖器1-活塞；2-缸體；3-節(jié)流閥；4-密封圈；5-彈簧；6-限位套筒；7-調(diào)節(jié)螺栓緩沖器通常安裝在機(jī)構(gòu)與臂架之間的連接件上。由于液壓彈簧緩沖器具有良好的阻尼效果，便于安裝和調(diào)試，安全性高，因此本畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是液壓彈簧阻尼器。第二章 門(mén)座起重機(jī)總體設(shè)計(jì)- 25 -2.2.3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組成及工作原理旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是用來(lái)支承旋轉(zhuǎn)部分重量，并驅(qū)使旋轉(zhuǎn)部分相對(duì)于不旋轉(zhuǎn)部分做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)。它的作用是使被起吊的貨物圍繞起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)中心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到在水平面內(nèi)運(yùn)移貨物的目的。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是起重機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)之一。它只有與其他機(jī)構(gòu)配合作業(yè)，才能將貨物運(yùn)送到起重機(jī)工作空間范圍內(nèi)的任何地方。當(dāng)單獨(dú)用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作時(shí)，己被起吊的貨物移動(dòng)范圍只是一個(gè)狹窄的圓環(huán)面（圖 2-17（a） ） ；當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)聯(lián)合作用時(shí)，其工作范圍是環(huán)形圓柱體空間，在平面內(nèi)是一個(gè)較寬的圓環(huán)（圖 2-17（b） ） ；當(dāng)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)聯(lián)合作用時(shí)，其工作范圍擴(kuò)大到相當(dāng)大的空間（圖 2-17（c） ） 。圖 2-17 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作空間示意圖起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，不論其結(jié)構(gòu)如何，均是由旋轉(zhuǎn)支承裝置和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置兩部分所組成的。旋轉(zhuǎn)支承裝置是用來(lái)保證起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分和不旋轉(zhuǎn)部分的對(duì)中，并把旋轉(zhuǎn)部分的力（包括垂直力、水平力和傾翻力矩）傳遞給起重機(jī)的不旋轉(zhuǎn)部分的裝置。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置是實(shí)現(xiàn)起重機(jī)旋轉(zhuǎn)部分相對(duì)于不旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。目前港口門(mén)座起重機(jī)采用的柱式旋轉(zhuǎn)支承裝置主要是由一個(gè)柱、兩個(gè)水平支承和一個(gè)垂直推力支承組成的。有時(shí)用一個(gè)向心推力支承來(lái)代替一個(gè)水平支承和垂直推力支承。根據(jù)柱是固定或旋轉(zhuǎn)，柱式旋轉(zhuǎn)支承裝置又分為定柱式和轉(zhuǎn)