【正文】 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 1 頁 共 65 頁 引言 物料 搬運成了人類生產(chǎn)活動的重要組成部分，距今已有五千多年的發(fā)展歷史。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，自動化程度的提高，作為物料搬運的重要設備的起重機在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中運用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。起重機正經(jīng)歷著一場巨大的變革。 起重機是用來對物料作起重 、 運輸 、 裝卸和安裝等作業(yè)的機械設備。它的出現(xiàn)改變了人類幾千年來以手工來搬運重物的狀況，現(xiàn)在幾個按鈕就能完成以前做不到或者很難做到的搬運工作，人得到了休息，效率也提高了。 起重機發(fā)展歷史悠久，種類日益繁多，運用極為廣泛。當今國民經(jīng)濟的各個部門，如冶金 、 機械 、 交通運輸 、 電力 、 建筑 、 采礦 、 化工 、 造船 、 港口 、 鐵路 、農(nóng)場 、 林區(qū)和國防等都離不開起重機械。 隨著科學技術的進步和經(jīng)濟建設的發(fā)展，日益顯現(xiàn)出起重機械作為實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化 、 自動化 、 減輕體力勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率的特種設備的突出地位?，F(xiàn)代起重機械結夠已向大型 、 精密 、 高 效 、 多功能 、 宜人化的機電一體化發(fā)展。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 2 頁 共 65 頁 橋式起重機小車運行機構設計 第一章 起重機介紹 起重機的定義 起重機 械是一種以間歇作業(yè)方式對物料進行起升 、 下降和水平移動的搬運機械。起重機的作業(yè)通常帶有重復循環(huán)的性質，一個完整的作業(yè)循環(huán)包括取物 、 起升 、 平移 、 下降 、 卸載等環(huán)節(jié)。經(jīng)常起動 、 制動，正反向運動時起重機的基本特點。 起重機的工作原理 起重機 械的主要任務是起重，而直接承擔起重任務的是起升機構，其他機械都是為了擴大起重機的使用范圍。最簡單的起重機也僅僅只有一個起升機構。現(xiàn)代的絕大多數(shù)起重機，不論它們的形式和用途如何，都是根據(jù)同一個工作原理構成的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，起重量和起升速度不斷提高，因而機構演變?nèi)遮呁晟啤? 圖 起重機工作原理 圖 是起重機的原始形式轆轤的機構見圖。它有圓柱形卷筒和裝有手柄的南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 3 頁 共 65 頁 軸組成，卷筒上 懸掛物品的繩索，繩索的張力 S 在這種情況下等于物品重量 Q。張力在卷筒上產(chǎn)生的載荷力矩為 M 載 =Q D2 。 在全部工作過程中，如不計摩擦力，則載荷力矩 M 驅 =P R 所 平衡， 即 M 載 =M 驅 或 Q D2 =P R 故 Q= 2 P RD 從上式可以看出，欲增加起重量 Q 必須加大 P 和 R，或減小 D。 但手柄作用力 P 受到人體力限制，一般不超過 30 公斤 ； R 受到手臂長度限制，一般約為300~400 毫米。為了保證鋼絲繩不致產(chǎn)生過大的彎曲，卷筒直徑 D 又不能任意減小，因此對于這種原始起重機，起重量不能很大。為了提高起重量，采取下面三個步驟： （ 1）軸和手柄分開，中間裝一個傳動比為 i0 的 傳動裝置，如保持 D 和 M 驅不變 ，則傳到卷筒上的驅動力矩為 i0 M 驅 .根據(jù)力矩平衡原理， 所得的載荷力矩M’驅 為 : M’驅 =i0 M 驅 即 Q39。 D2 =i0 P R 可得 Q’=i0 Q 即加傳動比為 i0 的傳動裝置后，起重量可以提高 i0 倍。并且可以隨 i0 增大而提高。但是傳動裝置是機構中最復雜和成本最高的部分，而且傳動裝置的外廓尺南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 4 頁 共 65 頁 寸 、 自重和成本又直接取決于傳動比的大小，所以僅靠提高傳動比來提高起重量是不經(jīng)濟的。 （ 2）除采用一定傳動比 i0 的傳動裝置外，同時還可以采用滑輪組。例如在起物端安裝一個定滑輪和二個動滑輪的滑輪組。繩索端固定在卷筒上，另一端由卷筒繞下，依次經(jīng)過動滑輪和定滑輪，最后固定在機架上，被起升的重物 Q 由四根繩索分支所承擔，并隨滑輪一起升降。若不計阻力 ，則卷筒繞下的繩索分支的張力 S’’=Q39。39。4 或 Q’’=4S’’。如果 i0， M 驅 ， D 均維持不變，這時 M’’載 =M’載 ，亦即S’’=S’。即： Q’’=4 S’’=4 S’=4 Q’=4 i0 Q 由此可見，如裝四分支滑輪組后， 起重量又提高了四倍，而且將隨滑輪組繩索分支數(shù)的增加而增大，但是與此同時繩索的長度相應的加長，使機構 更為的復雜和繩索的磨損加劇，所以也不能無限制的增加滑輪組繩索分支來提高起重量，通常在起重量一定的情況下，可以利用滑輪組繩索分支數(shù)的增加來減小傳動裝置的傳動比 i0。但選擇分支數(shù)的原則必須是減小傳動比的 所得完全抵償增加分支數(shù)的所失才行。 （ 3）目前除少數(shù)的幾種起重機中仍保留人力驅動外，大多數(shù)起重機都采用能發(fā)出較大力矩的電動機來代替手柄，以增加驅動力矩 M 驅 ，于是起重量又可以獲得進一步的提高。但在這種情況下，所采用的傳動裝置和滑輪組不僅如上面分析的那樣能提高起重量，而且也將很高的的電動機轉速變?yōu)閷嶋H需要的卷筒轉速，從而得到合理的物品升降速度。 現(xiàn)代各種起重機的起升機構原理都差不多，它主要包括以下幾個部分組成：（ 1）取物裝置；（ 2）繩索滑輪和卷筒；（ 3）傳動裝置；（ 4）驅動裝置 。(5)制動裝置。其中制動裝置是用來使被提升物品可靠的停住在空中的裝置，對于起重機的安全操作時不可或缺的重要部件。 南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 5 頁 共 65 頁 起重機的類型及特點 根據(jù) 起重機所搬運的物品的特征 、 動作的復雜程度以及工作場所或者生產(chǎn)工藝要求等條件的不同，可以將起重機簡單的分為三大類： (1)簡單起重機械：一般只作升降運動，而且大多數(shù)是手動的 。如千斤頂、絞車和滑車等 。 （ 2）通用起重機械：除使物品作升降運動外，還能使物品作水平運動。比如橋式起重機和汽車起重機等 （ 3）特種起重機械：只適合于某些專業(yè)性的作業(yè)，其構造往往比上述兩者更為復雜。如各種冶金用的起重機，建筑用的起重機和港口起重機等。 起重機的發(fā)展狀況 國內(nèi)起重機械發(fā)展狀況 在中國將起重機械總體劃分為 12 大類型 ，即輕小型起重設備 、 懸臂式起重機 、 橋式起重機 、 門式起重機 、 塔式起重機 、 流動式起重機 、 鐵路起重機 、 門座起重機 、 桅桿起重機 、 纜索起重機 、 升降機和機械式停車設備。進一步可以劃分為近百種形式（品種）和數(shù)百種型號。面對品種繁多，結構復雜，大小不一，使用工況千差萬別的這些涉及人們生命安全和財產(chǎn)安全的起重機械，為了安全，中國政府將其納入特種設備進行強制管理，在制度上建立了一整套法律 、 法規(guī) 、 規(guī)章 、 安全技術規(guī)范和標準體系，在體制上建立了遍布全國 31 個行政區(qū)的安全檢查網(wǎng)絡，從起重機械的設計 、 制造 、 安裝 、 改造 、 重大維修 、 使用 、 檢驗檢測和監(jiān)督管理主要環(huán)節(jié)上進行有效監(jiān)管，在此 ，重點介紹中國的起重機械制造許可制度。 中國的起重機械整機制造企業(yè)，截止到 20xx 年 9 月 底統(tǒng)計有 1615 家。這些制度企業(yè)主要集中分布在江蘇（ 347 家） 、 山東（ 203 家） 、 河南（ 180 家） 、 浙江南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 6 頁 共 65 頁 （ 111 家） 、 遼寧（ 105 家） 、 廣東（ 100 家） 、 上海（ 83 家） 、 福建（ 80 家）等地。 中國起重機械使用總量，據(jù) 20xx 年底普查統(tǒng)計在用起重設備為 萬臺。設備的使用也主要集中分布在沿海發(fā)達地區(qū)，如廣東 、 福建 、 浙江 、 上海 、 江蘇 、山東 、 遼寧等地。 中國的起重機械從 50 年代初建立至今，也形成了一定的生產(chǎn)規(guī)模 、 具備了一定的技術水平 、 也基本形成了比較完整的設計 、 生產(chǎn) 、 銷售體系，能基本滿足國民經(jīng)濟對該設備的需求，目前國家繼續(xù)實施的財政政策 ，拉動著我國基礎設施建設的高速展，而起重設備作為國民經(jīng)濟的重要基礎設備廣泛用于經(jīng)濟建設的各行各業(yè)，如冶金 、 煤炭 、 化工 、 電力 、 交通 、 和制造等行業(yè)，隨著現(xiàn)代科學技術的迅速發(fā)展。工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，作用也越來越大，對起重機械的要求也越來越高，起重機正朝著大型化 、 高速度 、 人性化 、 環(huán)?；?、 通用產(chǎn)品小型化 、 零部件的規(guī)?；投鄻踊鞍踩珯z查制度化與規(guī)范性反向發(fā)展。 由于中國勞動力相對便宜，制造成本較低，發(fā)展?jié)摿θ院芷D巨。同時我們應該清醒的認識到，與發(fā)達 國家相比，中國起重機械的制造狀況有以下幾個令人擔憂的因素： （ 1）整體技術含量偏低，突出表現(xiàn)在鋼結構件制作材料和電氣控制系統(tǒng)水平較低； （ 2）規(guī)?；l(fā)展不夠，突出表現(xiàn)在低水平 重復建設嚴重，造成資源浪費，專業(yè)化發(fā)展嚴重滯后。 （ 3）國際知名品牌寥寥無幾，除振華港機外，能夠打入國際市場并享有一定聲譽的知名品牌幾乎沒有； （ 4）惡性競爭嚴重，合理利潤難保，并造成安全措施投入極少，事故率居高不下。 因此，我們應該有清醒的認識，并高度關注中國起重機械的長遠發(fā)展和不失南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 7 頁 共 65 頁 時機的加快科技創(chuàng)新能力。 發(fā)展趨勢 規(guī)?；徒M合化 用 規(guī)模化設計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機化設計方法， 將起重機上功能基本相同的部件和零件制造成有多種用途，有相關連接要素和可互換的標準模塊，通過不同模塊的相互配合，形成不同類型和規(guī)模的起重機。對起重機進行改進，只需針對某幾個模塊。設計新型起重機，只需選用不同模塊重新進行組合。可使單件小批量生產(chǎn)的起重機改換成具有相當批量的模塊生產(chǎn)，實現(xiàn)高效率的專業(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。達到改善整機性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)量的零部件組成多種品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品，充分滿足客戶 要求。 目前，德國、英國、法國、美國和日本的著名起重機公司都也采用起重機模塊化設計，并取得了顯著效益。德國德馬格公司的標準起重機系列改用模塊化設計后，比單件設計費用降低了 12%，生產(chǎn)成本下降 45%，經(jīng)濟效益十分可觀。德國德馬格公司還開發(fā)了一種 BKB 柔性組合式懸掛起重機，起重機的鋼結構由冷軋型軌組合而成，起重機運行線路可沿生產(chǎn)工藝流程任意布置，可有叉道、轉彎、過跨、變軌距。所有部件都可以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，再根據(jù)用戶的不同需求 和具體物料搬運路線在短時間內(nèi)將各種部件組合搭配而成。這種起重機組合性非常好，操作方便，能 充分利用空間，運行成本低。有手動、自動多種形式，還能組成懸掛系統(tǒng)、單梁懸掛起重機、雙梁懸掛起重機、懸臂起重機、輕型門式起重機及手動堆垛起重機，甚至能組成大型物料搬運系統(tǒng)。 大型化和專業(yè)化 由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大 ，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用所占比例日益增加，促使大型和高速起重機的需求量不斷增長。南華大學機械工程學院畢業(yè)設計 第 8 頁 共 65 頁 起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出了更高的要求 ，起重機已成為自動化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機不但容易操作，容易維護，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有優(yōu)越的耐久性、無故障性、 維護性和使用經(jīng)濟性。目前世界上最大的浮游起重機起重量達 6500t，最大的履帶式起重機起重量達 1200t，集裝箱岸邊裝卸橋 的最大運行速度也達 350m/min，堆垛起重機最大運行速度是 240m/min，垃圾處理用起重機的起升速度達 100m/min。 工業(yè)生產(chǎn)方式和客戶需求的多樣性，使專業(yè)起重機的市場不斷擴大，品種也不斷更新，也特有的功能滿足特殊的需要，發(fā)揮出最佳的效益。例如冶金、 核電、造紙、垃圾處理的專業(yè)起重機，防爆 、防腐、絕緣起重機和鐵路、船舶、集裝箱專用起重機的功能不斷增加，性能不斷提高，適應性比以往更強 ，德國德馬格公司研制出一種飛機維修保養(yǎng)的專用起重機，在國際市場上打開了銷路，這種起重機安裝在房屋結構上，跨度大、起升高度大、可過跨、停車精度高。在起重小車下面安裝有多節(jié)伸縮導管，與飛機維修平臺相連，并可作 360o 旋轉 ，通過大車和小車的位移、導管的升降與旋轉可使維修平臺到達飛機的任意位置，進行飛機的維護和修理，極為快速方便。 自動化和子能化 起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。 將機械技術和電子技術相結合，將先進的計算機技術，微電子技術，電力電子技術，光纜技術，液壓技術，模糊控制技術運用到機械的驅動和控制系統(tǒng) ，實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。大型高效起重機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 控制驅動裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測等設備組成。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、近場感應防碰撞技術、現(xiàn)場總線、 載波通訊及控制、 無接觸供電及三維條形碼技術等將廣泛得到應用。使起重機具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機綜合自動化水平。重點開發(fā)以微處理機為核心的高性能電氣傳動裝置，使起重機