【正文】 板起重機(jī)等；橋架型起重機(jī)包括橋式起重機(jī)、龍門起重機(jī)、運(yùn)載橋和纜索起重機(jī)等。隨 著我國機(jī)械化的發(fā)展，中、大型機(jī)械設(shè)備越來越多的運(yùn)用于各行各業(yè)。由于人力資源有限 以及人力的局限性，在很多人力無法完成搬運(yùn)的時(shí)候，我們更多的會(huì)想起用一種機(jī)器代替 人力，起重設(shè)備就孕育而出。吊車作為起重設(shè)備的一種，它具有操作簡單、易于移動(dòng)、使 用靈活方便、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，簡易吊車由電動(dòng)機(jī)經(jīng)常傳動(dòng)和一對(duì)開式齒輪傳動(dòng)，將運(yùn)動(dòng) 和動(dòng)力傳給卷筒，再通過鋼絲繩和滑輪組提升重物。但如何發(fā)展大起重量的起重機(jī)、提高 電氣設(shè)備的可靠性和使用壽命逐步成為研究熱點(diǎn)。 第 1 章 吊車的歷史 吊車的歷史 中國古代灌溉農(nóng)田用的桔槔是臂架型起重機(jī)的雛形； 14 世紀(jì)，西歐出現(xiàn)人力和畜力驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)臂架型起重機(jī)； 19 世紀(jì)前期，出現(xiàn)了橋式起重機(jī)；起重機(jī)的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開始采用金屬材料制造，并開始采用水力驅(qū)動(dòng)；到了 19 世紀(jì)后期，蒸汽 驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)逐漸取代了水力驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)； 20 世紀(jì)20 年代開始，由于電氣工業(yè)和內(nèi)燃機(jī)工業(yè)的迅速發(fā)展，以電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力裝置的各種起重機(jī)基本形成。到如今，吊車的種類、外形和結(jié)構(gòu)越來越多樣化，用途越來越細(xì)化，已經(jīng)形成了一個(gè)單獨(dú)的產(chǎn)業(yè)。 吊車國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 目前，在工程起重機(jī)械領(lǐng)域，歐洲、美國和日本處于領(lǐng)先地位。 歐洲作為工程起重機(jī)的發(fā)源地，輪式起重機(jī)生產(chǎn)技術(shù)水平最高。該地 區(qū)的工程起重機(jī)械業(yè)主要生產(chǎn)全地面起重機(jī)、履帶式起重機(jī)和緊湊型輪胎起重機(jī)，也生產(chǎn)少量汽車起重機(jī)。其中，全路面起重機(jī)、履帶起重機(jī)以中大噸位為主；緊湊型輪胎起重機(jī)則以小噸位為主；汽車起重機(jī)一般為通用底盤組裝全地面上車，即以改裝為主。其產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、性能高、可靠性高，產(chǎn)品銷往全球。 美國工程起重機(jī)行業(yè)的技術(shù)水平相對(duì)落后于歐洲。不過近年來，美國工程起重機(jī) 械業(yè)通過收購和合并手段，得以蓬勃發(fā)展。目前該地區(qū)主要生產(chǎn)輪胎起重機(jī)、履帶式起重 機(jī)、全路面起重機(jī)和汽車起重機(jī)。主性能較高、可靠性能高，其中汽車底盤技術(shù)和全路面技術(shù) 領(lǐng)先于歐洲，產(chǎn)品主要銷往美洲 地區(qū)和亞太地區(qū)。 日本作為二戰(zhàn)后崛起的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國，輪式起重機(jī)開發(fā)生產(chǎn)雖然起步較晚（起步于 20 世紀(jì) 70 年代），但是發(fā)展速度很快，很受亞太市場歡迎。此外，日本還通過收購手段更新 生產(chǎn)技術(shù)。如日本多田野通過收購德國法恩底盤公司，發(fā)展全路面技術(shù)。日本工程起重機(jī) 械業(yè)主要生產(chǎn)汽車起重機(jī)、履帶起重機(jī)、越野輪胎起重機(jī)和全路面起重機(jī)。其中，越野輪 胎起重機(jī)的產(chǎn)量最大，汽車起重機(jī)的 產(chǎn)量次之，呈減少趨勢，全路面起重機(jī)的產(chǎn)量最少， 呈上升趨勢。主要生產(chǎn)企業(yè)包括多田野、加藤、神鋼、日立和小松等。產(chǎn)品 特點(diǎn)是技術(shù)水 平和性能較高，但可靠性落后于歐美。 吊車的發(fā)展趨勢 隨著科技化進(jìn)程的逐步推進(jìn)，高科技的運(yùn)用越來越多，大型設(shè)備、高精度、高要求的 機(jī)器的需求量也逐步上升。以前的吊車也已經(jīng)滿足不了工廠和社會(huì)的要求了，為此，吊車 業(yè)的改革和技術(shù)創(chuàng)新勢在必行。 吊車創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理論、方法與工具是基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，應(yīng)用微電子、信息、 管理等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、用戶滿意的價(jià)格和造型、提高產(chǎn)品的功能、縮短 產(chǎn)品開發(fā)周期為目的而進(jìn)行的相應(yīng)工作。吊車創(chuàng)新理論、方法與技術(shù)研究的宗旨是從吊車 作為特種設(shè)備所要求的安全性和可靠性的工作目標(biāo)出發(fā)，在特定技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性約束條件 下，創(chuàng)造性地完成吊車的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使其在滿足用戶交貨期和性能要求的前提下做到技術(shù) 性與經(jīng)濟(jì)性最佳搭配。 吊車運(yùn)輸（物料搬運(yùn)）機(jī)械隨著國際市場競爭加劇的驅(qū)動(dòng)，其科技含量明顯提高，近 年來主要工業(yè)國家的發(fā)展趨勢如下： （ 1）采用新理論、新技術(shù)和新手段。進(jìn)一步開展物料搬運(yùn)機(jī)械的載荷變化規(guī)律、 動(dòng)態(tài)特性、疲勞特性和可靠性的試驗(yàn)研究；推廣采用優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性概率設(shè)計(jì)、極限狀 態(tài)設(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)、 CAD/CAE 設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。 （ 2）向自動(dòng)、智能和信息化，向成套、系統(tǒng)和規(guī)?；l(fā)展。將各種物料搬運(yùn)機(jī)械 單機(jī)組合為成套系統(tǒng)，使生產(chǎn)設(shè)備與物料搬運(yùn)機(jī)械有機(jī)結(jié)合，即通過計(jì)算機(jī)對(duì)物料搬運(yùn)系要生產(chǎn)企業(yè)為馬尼托瓦克公司，特點(diǎn)是技術(shù)較先進(jìn)、統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真，尋求最佳匹配組合，并將這類自動(dòng)、智能的設(shè)備納入到系統(tǒng)的多級(jí) 計(jì)算機(jī)信息控制與管理網(wǎng)絡(luò)，并配有自監(jiān)測、自診斷維護(hù)裝置。 中國的吊車設(shè)計(jì)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)曲折的過程。以前多是以模仿原蘇聯(lián)的設(shè)計(jì)為主， 憑借設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的局限性很大。從 60 年代起，開始了新產(chǎn)品、新部件的開 發(fā)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研 究工作，從而使設(shè)計(jì)從仿制和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)逐 漸走向?qū)嶒?yàn)研究和計(jì)算分析階 段。到了 80 年代，隨著寶鋼等一些超大型企業(yè)對(duì)國外起重機(jī)的引進(jìn)及與國外進(jìn)行聯(lián)合設(shè) 計(jì)、國內(nèi)制造等形式的采用，開始在國內(nèi)引入了一些國際上的先進(jìn)技術(shù)與設(shè)計(jì)方法。同時(shí) 將計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)引入設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)吊車設(shè)計(jì)工作的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。 但是，中國吊車設(shè)計(jì)領(lǐng)域仍存在不少問題，主要是大多中小企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)研究分析不夠，資金投入少，人員培訓(xùn)工作跟不上發(fā)展的需要，一直沒形成開發(fā)新產(chǎn)品或更新老產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和應(yīng)變能力，對(duì)引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品，沒有從設(shè)計(jì)的角度進(jìn) 行消化，更沒有能力進(jìn)行再創(chuàng)新工作。沒有形成合理的設(shè)計(jì)人員梯隊(duì)，產(chǎn)品仍然是幾十年不變樣，目前仍以照抄照搬為生存方式，沒有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，只是在應(yīng)付低價(jià)拿來的合同。為數(shù)不多的幾個(gè)大型企業(yè)則在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中快速發(fā)展，使得國內(nèi)吊車設(shè)計(jì)能力和水平逐步與國外的先進(jìn)設(shè)計(jì)縮短了距離。這些企業(yè)已大量采用新的計(jì)算機(jī)新技術(shù)，二維 CAD 早已普及，三維設(shè)計(jì)已推廣。電氣設(shè)計(jì)采用ED等先進(jìn)設(shè)計(jì)手段，引入定子調(diào)壓和變頻調(diào)速， PLC參與系統(tǒng)控制，采用了大量高新傳感元器件，實(shí)現(xiàn)了定位準(zhǔn)確，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通過專家系統(tǒng)的應(yīng)用，極大 地推進(jìn)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的進(jìn)程，并且利用系統(tǒng)論和信息論等現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)研究成果，使得吊車的創(chuàng)新設(shè)計(jì)開始向智能化方向發(fā)展。 第二章工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 這里的工作機(jī)構(gòu)是指吊車的起升機(jī)構(gòu)，即包括卷筒、滑輪和鋼絲繩。 鋼絲繩的選擇 鋼絲繩的種類 鋼絲繩又叫鋼索，是用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度碳素鋼絲制成的。鋼絲繩拉力強(qiáng)度高，耐磨損，是起重工作中最常用的繩索之一。它的種類有很多： （ 1）按鋼絲繩繩股數(shù)量的不同可分為單股和多股。單股鋼絲繩剛性較大，不易撓曲。多股鋼絲繩是先由鋼絲擰成股，再由股擰成繩，隨著股數(shù)的增加，股內(nèi)的鋼絲愈細(xì)愈多，加上中間有個(gè)柔軟的芯子，撓曲性也就愈好。這種鋼絲繩可以通過直徑較小的滑輪或卷筒工作。在其重機(jī)械中，以六股和八股的鋼絲繩應(yīng)用較多。 （ 2）按鋼絲繩繩芯材料的不同可分為纖維芯（如用劍麻、棉紗等制成）、石棉芯和金屬芯三種。它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)：用油浸的纖維芯鋼絲繩，比較柔軟，容易彎曲，繩芯中含油較多，能潤滑鋼絲并能起到防止銹蝕的作用，但不能在較高的溫度下工作，不能承受 橫向重壓（如在卷筒上纏繞多層鋼索）。用石棉芯的鋼絲繩，除了比較柔軟，容易彎曲外，還可適應(yīng)在較高溫度下工作，但是也不能承受橫向重壓。金屬芯鋼絲繩，強(qiáng)度較大，能承受橫向重壓，并可在較高溫度下工作，但是鋼絲繩太硬，不易彎曲。 （ 3）按鋼絲繩的搓捻方向不同可分為右同向捻，左同向捻，右交互捻，左交互捻和混合捻等幾種。在鋼絲繩中，鋼絲搓捻方向和鋼絲股搓捻方向一致的稱為同向捻，不一致的稱為交互捻。相鄰兩股鋼絲的捻向相反，則稱為混合捻。 同向捻鋼絲繩表面平整，比較柔軟，易于彎曲。它與滑輪槽接觸面積大，單位面積的壓力小， 磨損也小，比交互捻鋼絲繩耐用。但由于繩股與鋼絲都以相同 方向扭轉(zhuǎn)一定角度，使鋼絲繩在受力后具有一個(gè)反向回捻的趨勢，吊重物時(shí)會(huì)使重物旋轉(zhuǎn)。其次，同向捻鋼絲繩還易于扭結(jié)、糾纏，給工作帶來不便，故一般只用于拖拉繩和牽引裝置上，不宜用于起重機(jī)和滑輪組的吊裝工作。交互捻鋼絲繩性能與同向捻鋼絲繩相反，雖然耐用程度較差，但使用比較方便，故多用于起重機(jī)和滑輪組上的吊裝工作。 綜上所述，此例決定采用纖維芯的交互捻鋼絲繩。 鋼絲繩的型號(hào) 國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩品種型號(hào)較多，按抗拉強(qiáng)度分為 140 公斤 / 2 毫米 、 155 公斤 / 2 毫米 、 170 公斤 / 2 毫米 、 185公斤 / 2 毫米 、 200公斤 / 2 毫米 五個(gè)等級(jí)。 標(biāo)記示范為： 卷筒和滑輪的選擇 卷筒在吊車中起到省力的作用。在此簡易吊車中，運(yùn)用了一組簡單的滑輪組裝置：一 個(gè)定滑輪和一個(gè)動(dòng)滑輪。動(dòng)滑輪可以省一半的力，而定滑輪可以改變力的方向。而當(dāng)他們 同時(shí)使用時(shí)，既可以省力，又可以改變力的方向。 人民經(jīng)過長期的實(shí)踐，對(duì)于卷筒和滑輪直徑的計(jì)算，現(xiàn)已總結(jié)成了經(jīng)驗(yàn)公式： 式中 D卷筒和滑輪的名義直徑，即槽底直徑，毫米； d鋼絲繩直徑，即繩的外接圓直徑，毫米； e由鋼絲繩用途和工作類型決定的系數(shù)。 現(xiàn)已知 d= 毫米， 由冶金工業(yè)出版社出版的 《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》 第二版中 冊表 247 查得，屬于輕級(jí)的，取 e=16， 則 取滑輪的直徑 120 毫米 。考慮到提升速度和傳動(dòng)比的要求，取卷筒的直徑為 200 毫米。