【正文】 0 課程設計（第三組）任務書 課程設計內容與要求： Rmax Rmin H A B C D E F G S 6 24 4 1 目錄 第一章 門座式起重機概述概述 （ 2） 第一節(jié) 起重機概述（ 2） 第二節(jié) 國內外起重機發(fā)展情況分析（ 3） 第三節(jié) 門座起重機的構造原理及分 類（ 6） 第四節(jié) 門座式起重機的技術參數（ 8） 第二章 門座起重機的變幅機構 （ 14） 第一節(jié) 變幅機構概述（ 14） 第二節(jié) 載重水平位移的補償原理（ 15） 第三節(jié) 臂架自重平衡的補償原理（ 16） 第四節(jié) 變幅機構的傳動形式（ 17） 第五節(jié) 變幅緩沖裝置 （ 19） 第三章 四連桿式門座起重機臂架及平衡重系統(tǒng)設計 （ 20） 第一節(jié) 四連桿門座起重機臂架簡介（ 20） 第二節(jié) 優(yōu)化設計的數學模型（ 21） 第四章 四連桿式變幅機構的運動學分析及 Matlab 優(yōu)化設計 （ 30） 第一節(jié) 四連桿變幅機構運動學分析（ 30） 第二節(jié) 優(yōu)化分析及優(yōu)化結果 （ 30） 第三節(jié) 象鼻梁 M點軌跡繪制的 matlab程序及軌跡圖 （ 33） 第五章 設計小結 （ 40） 參考文獻 （ 41） 2 第一章 門座起重機概述 第一節(jié) 起重機概述 起重機 (Crane)屬于起重機械的一種，是一種作循環(huán)、間歇運動的機械。一個工作循環(huán)包括：取物 裝置 從取物地把物品提起，然后水平移動到指定地點降下物品，接著進行反向運動，使取物裝置返回原位，以便進行下一次循環(huán)。 門座起重機是隨著港口事業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的 1890 年 ,第一次將幅度不可變的固定式可旋轉臂架型起重機裝在橫跨于窄碼頭上方的運行式半門座上，成為早期的港用半門座起重機隨著碼頭寬度的加大 ,門座和半門座起重機并列發(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，港用門座起重機迅速發(fā)展為便于多臺起重機對同一條船進行并列工作 ,普遍采用了轉動部分與立柱體相 連的轉柱式門座起重機 (圖 1[轉柱式門座起重機 ]),或轉動部分通過大軸承與門座相連的滾動軸承式支承回轉裝置 ,以減小轉動部分的尾徑 ,并采用了減小碼頭掩蓋面（門座主體對地面的投影）的門座結構。在發(fā)展過程中，門座起重機還逐步推廣應用到作業(yè)條件與港口相近的船臺和水電站工地等處。 門座起重機是港口碼頭數量和使用最多的、結構復雜、機構最多的、最典型的電動裝卸機械。它具有較好的工作性能和獨特的優(yōu)越結構，通用性好，被廣泛地用在港口雜貨碼頭。 門座起重機的工作機構具有較高的運轉速度，起升速度可達 ，變幅速度可達 ，使用率高，每晝夜可達 22h，臺時效率也很高，一般可達 100t/h以上；它的結構是立體的，不多占用碼頭的面積，具有高大的門架和較長距離的伸臂，因而具有較大的起升高度和工作幅度，能滿足港口、碼頭、船舶和車輛的機械化裝卸、轉載，充分使用港口、碼頭場地，適應船舶的空載、滿載作業(yè)，以及地面車輛的通行要求；還具有高速靈活、安全可靠的裝卸能力，對提高裝卸生產率，減輕繁重的體力勞動都具有重大的意義。但門座起重機也有它的缺點，如造價高，用鋼鐵材料多，要較大的電力供給，一般輪壓較大，需要堅固的地基，附屬設備也較多 ，如變電所、電纜、地道、坑道、電源等。 3 第二節(jié) 國內外起重機發(fā)展情況分析 國外起重機市場分析 近 20 年世界起重機行業(yè)發(fā)生了很大變化。 RT（越野輪胎起重機）和 AT（全地面起重機）產品的迅速發(fā)展，打破了原有產品與市場格局，在經濟發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下，導致世界市場進一步趨向一體化。目前世界工程起重機年銷售額已達 75 億美元左右。主要生產國為美國、日本、德國、法國、意大利等，世界頂級公司有 10多家，世界市場主要集中在北美、日本 /亞洲和歐洲。 美國既是生產工程起重機的主 要國家，又是最大的世界市場之一。由于日本、德國起重機工業(yè)的迅速發(fā)展及 RT 和 AT產品的興起，美國廠商曾在 60～ 70 年代世界市場中占有的主導地位受到削弱，從而形成美國、日本和德國三足鼎立之勢。近幾年美國經濟回升，市場活躍，外國廠商紛紛參與競爭。美國制造商的實力也有所增強，特雷克斯起重機公司的崛起即是例證。 特雷克斯起重機公司前身是美國科林起重機廠。 1995 年以來，通過一系列的兼并活動，已發(fā)展成為世界頂級公司之一。年銷售額從 1992 年的 5000 萬美元猛增到 1998 年的 億美元， 1999 年有望突破 10 億美元。 4 日本從 70 年代起成為工程起重機生產大國，產品質量和數量提高很快，已出口到歐美市場，年總產量居世界第一。 自 1992 年以來，由于受日元升值、國內基建投資下降和亞洲金融危機影響，年產量呈下降趨勢。年總產值從 1991 年約 5100 億日元下降到 1997 年的 3100億日元左右， 1998 年又比 1997 年下降 1/3 以上。 1998 年日本工程起重機總產量為 25560 臺，其中， RT 產品 2087 臺，汽車起重機 820臺，履帶起重機 692 臺，隨車起重機 15032 臺，其他兩類機種共 7029 臺。 RT 產品年總產值達 550 億日元，為各機 種之首，其次為履帶起重機，約 400 億日元。 1991 年日本 5t以上的輪式起重機市場總銷售量達 6700 臺，目前日本市場年需求量為 3000 臺。 歐洲市場是潛力很大的市場。歐洲各工業(yè)國既是工程起重機的出口國，也是重要的進口國。德國是最大的歐洲市場，其次為英國、法國、意大利等國。 5 在德國 AT 產品市場份額中，利勃海爾占 53%，格魯夫占 16%，德馬泰克占14%，多田野和特雷克斯各占 10%和 5%。 國內起重機發(fā)展情況分析 今天，起重機行業(yè)現(xiàn)狀日漸繁盛，逐漸被越來越多的人士關注，發(fā)展也越來越好，現(xiàn)在中國是世 界上最大的起重機市場。中國目前共有起重機械生產企業(yè)約500 家。 6 從 2021 年開始，受益于出口持續(xù)高速增長、冶金行業(yè)的持續(xù)發(fā)展、高速增長的房地產市場等積極因素的拉動，中國起重機行業(yè)持續(xù)保持著快速發(fā)展，從產量上看， 20212021 年起重設備復合增長率高達 36%。 2021 年起重運輸設備行業(yè)出口規(guī)模為 億美元，比 2021 年下降了 12%；同時起重機械行業(yè)外貿依存度為 10%；出口比例最高的產品是集裝箱裝卸橋，占 42%，其次是龍門式起重機，占 19%；從出口國家來看， 2021 年起重運輸設備行業(yè)出口國家比 較分散，主要國家是是韓國、印尼和西班牙。 第三節(jié) 門座式起重機的構造原理及其分類 構造及原理 門座起重機又簡稱為門吊、門機，是電力驅動、有軌運行的臂架類起重機之一。它的構造大體上可以分為兩大部分：上部旋轉部分和下部運行部分。上部旋轉部分安裝在一個高大的門形底架（門架）上，并相對于下部運行部分可以實現(xiàn)360176。任意旋轉。門架可以沿軌道運行，同時它又是起重機的承重部分。起重機的自重和吊重均由門架承受，并由它傳到地面軌道上。門座起重機正是由此門形 7 底座而得名的。 門座起重機的上部旋轉部分包括臂架系統(tǒng)、 人字架、旋轉平臺、司機室等，還安裝有起升機構、變幅機構、旋轉機構。下部運行部分主要由門架和運行機構組成。門架底部能通火車，軌距有 3 種：能通過一列火車軌距為 6m，稱單線門架，能通過并排兩列火車的軌距為 ，稱雙線門架，能通過并排三列火車的軌距為 16m，稱三線門架。碼頭前沿的門座起重機門架多屬雙線門架。門座底部裝有行車車輪或運行臺車，運行機構使整臺起重機可以沿著地面上的軌道運行。 門座起重機的工作原理是：通過起升、變幅、旋轉 3種運動的組合，可以在一個環(huán)形圓柱體空間實現(xiàn)物品的升降、移動，并通過運行機構調整整 機的工作位置，故可以在較大的作業(yè)范圍內滿足運移物品的需要。 圖 17 起重機結構簡圖 分類 門座起重機根據結構類型的不同，可分為下面幾種： 門座起重機可以分為全門座和半門座起重機。后者不具備完整的門架，它的兩條運行軌道不在同一水平面上，一條鋪設在地面上，另一條鋪設在庫房或特設的棧橋上。 2．以起重臂的結構類型為主要標志 8 門座起重機可分為四連桿組合臂架式門座起重機和單臂架式門座起重機兩種。前者 的最大優(yōu)點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，起重機的總高度較低，但結構復雜，重量較大，而單臂則與上述相反。目前，國內大多采用四連桿組合臂架式起重機。 門座起重機可分為轉柱式門座起重機、定柱式門座起重機、轉盤式門座起重機和大軸承式門座起重機。轉盤式門座起重機結構復雜，加工制造困難，目前較少采用；轉柱式和定柱式整體穩(wěn)定性好，是目前常用的形式，其中轉柱式應用最多；大軸承式結構新穎、構件少，重量輕，具有廣闊的發(fā)展前景。 第四 節(jié) 門座起重機的技術參數 門座起重機的技術參數是說明門座起重機工作性能的指標，也是設計和選用起重機的依據。 起重機的主要參數有：起重量、幅度、起升高度、各機構的工作速度、工作級別及生產率。此外，軌距、基距、外形尺寸、最大輪壓、自重等也是重要參數。以 M10－ 30港口門座起重機為例。表 11 給出了該型門機的主要技術參數。 表 11 M1030型港口門座起重機技術性能表 起重量（ t） 10 起升高度（ m） 吊鉤 25 抓斗 16 幅度（ m） 最大 30 最小 軌距（ m） 基 距（ m） 起升速度（ m/min） 60（最小下降 ）