【文章內(nèi)容簡介】 起重機門式起重機以及懸臂起重機等大型起重機在國家基礎設施建設中找到了危機下生存之道。 國外研究動態(tài) （ 1）畫圖軟件的應用 近年來，隨著電子計算機的廣泛應用，許多國外起重機制造商從應用計算機輔助設計系統(tǒng)（ CAD），提高到應用計算機進行起重機的模塊化設計。根據(jù)市場調(diào)查預測的統(tǒng)計數(shù)字和積 5 累的資料、圖表、圖線規(guī)律，在嚴密的科學理論指導下，擬定起重機結構、機構、部件等多層次的標準化、模塊化單元。起重機采用模塊單元化設計，不僅是一種設計方法的改革，而且將影響整個起重機行業(yè)的技術、生產(chǎn)和管理水平，老產(chǎn)品的更新?lián)Q代、新產(chǎn)品的研制速度都將大大加快。對起重機的改進，只需針對幾個需要修改的模塊；設計新的起重機只需選用不同的模塊重新進行組合；提高了 通用化程度，可使單件小批量的產(chǎn)品改換成相對批量的模塊生產(chǎn)。亦能以較少的模塊形式，組合成不同功能和不同規(guī)格的起重機，滿足市場的需求，增加競爭能力。德馬克公司最近開發(fā)了一種標準車輪箱模塊系列，上面有多組聯(lián)接孔，選用不同型號的驅(qū)動單元，可組裝成臺車，可與金屬構件組合后用作橋式、門式起重機或其它軌行式起重運輸機械。其車輪有多種踏面形式可供選用，由于不受輪距的限制，組合更加靈活，用途更加廣泛。據(jù)資料介紹，德馬克公司的葫蘆雙梁起重機系列改用模塊化設計后，比單件的設計其設計費用下降了12%,自重輕，與國內(nèi)產(chǎn)品相比較，起重 量 32t、跨度 25m，國內(nèi)雙梁起重機自重為 ，河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 3 電動葫蘆橋式起重機自重為 ，而德馬克電動葫蘆橋式起重機的自重只有 ，比國內(nèi)產(chǎn)品分別輕 60%和 35%. (2)起重機控制元件的革新與應用 起重機的定位精度是對起重機的重要要求，多數(shù)采用轉(zhuǎn)角碼盤、齒輪鏈、激光頭與鋼板孔帶來保證，定位精度通常為 177。3mm，高于 1mm 的精度需外加定位系統(tǒng) [2]。在起重機起升速度、制動器方面的改進，則使用低速運行的起重機吊鉤精確定位，起重機的剎車系統(tǒng)也應用微處理進行控制和監(jiān)視工作。 遙控系統(tǒng)用于 橋式起重機及其它移動式起重運輸機械，這種系統(tǒng)包括操作者攜帶的控制器和安裝在起重機上的接收器，控制器具有電磁輻射發(fā)生器，接收器與作用在起重機傳動裝置操縱機械上的轉(zhuǎn)換部分相連。遙控器的應用，不僅節(jié)省人力，提高工作效率，而且使操作者的作業(yè)條件得到改善。 起重機的距離檢測防撞裝置，采用無線電信號型防撞裝置，防撞裝置由三相系統(tǒng)組成，用來監(jiān)控起重機前端行駛距離，一般首先發(fā)出信號警告，接著將大車車速減小到 50%，最后切斷電機電源，將大車制動。 (3)新材料、新工藝的應用 由于鋼鐵工業(yè)新技術的應用，鋼材質(zhì)量得以提高，如瑞典的 SSAB 薄鋼板公司，其生產(chǎn)的 DOMEX 系列高強度及超高強度鋼材 [3]，在設計起重機主梁強度時，可使用較高的許用應力，而不需要很高的安全系數(shù)，以便減少起重機材料用量 (這并不意味著不安全 )，從而降低設備的重量和價格。因起重機重量的減小，可用功率較小的驅(qū)動裝置啟動，因此而減少電力，節(jié)省開支。國外電動葫蘆在新材料應用方面，車輪采用空氣硬化鎳鉻鉬合金鋼制造，可解決車輪的磨損和使用壽命的問題，據(jù)資料介紹，普通鋼材車輪的壽命約 18 個月，采用這種新材料制造的車輪，其使用壽 命可達 5 年。近年來，聚合材料在電葫蘆上用作制造運行機構的齒輪、滑輪和導繩器等。 在機加工方面，盡管采用少切削的精密鑄件，尤其是鋁合金鑄件占多；加工設備大量采用高精、高效的加工中心，數(shù)控自動機床等，既保證加工質(zhì)量，又提高了生產(chǎn)率、降低了成本；同時在工藝線上，使用機械來代替人機操作，如焊接用的機械手和配用機械手等。 國外起重機廠商為了能迅速制造和裝配出品種多樣化的產(chǎn)品來，要求企業(yè)之間密切聯(lián)系和協(xié)調(diào)，企業(yè)走向?qū)I(yè)化、標準化和系列化。因為使用標準件設備能迅速組合和安裝，減少標準件外組合部分的加工 制造就顯得特別重要。組合構件的使用比生產(chǎn)非標準件起重機來，有助于減少成本。 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 4 國內(nèi)起重機制造業(yè) 存在的問題 起重機制造廠家要按用戶的要求承擔特殊的設計，即包括起重機的所有部件和起升高度、所必須移動物料的距離等，在廠房建好前，就必須將廠房建筑藍圖或廠房的主要尺寸提供給起重機制造廠家，設計者按用戶的要求，設計起重機的外形及確定其主要參數(shù)，用戶確認后，才開始設計制造。從這個過程，國內(nèi)起重機制造廠與國外工業(yè)發(fā)達國家有很多相似之處。但目前國內(nèi)起重機行業(yè)存在的問題已嚴重阻礙著自身的發(fā)展。 (1)設計手段不完善、 工藝水平較低 長期以來，利用圖板手工設計制圖，需要較長的設計周期。雖然 CAD 技術在國內(nèi)起重機行業(yè)得到廣泛的作用，但應用水平卻參差不齊，關鍵問題是由于 “設計 ”上的差異。國內(nèi)一些應用水平較高的部門已真正做到了計算機輔助設計，而還有相當一部分用戶仍停留在傳統(tǒng)型 CAD 應用系統(tǒng)上，對一些重大非標準起重機產(chǎn)品設計，設計是在設計人員的頭腦中完成，再利用計算機實現(xiàn)幾何信息的處理，把 CAD 技術作為一種繪圖、描圖的工具。對于起重機 CAD 的二次開發(fā)，如起重機方案設計和起重機械零部件輔助工藝規(guī)程設計還未完善。起重機方案圖 設計，只是把預先設計外形尺寸及主要參數(shù)輸入到計算機內(nèi)，顯示并打印出所需起重機的總圖，計算機不能對主要受力點的應力進行分析，不能進行設計計算和標準部件的選擇。一些起重機廠家，對成系列、成批量的通用起重機產(chǎn)品 (如 5～ 50t 雙梁橋式起重機 )，為了降低成本，簡化生產(chǎn)管理，通用化設計也只能做到對車輪組、滑輪組、卷筒組和聯(lián)軸器的通用化設計，對于運行機構、小車架，仍只能按不同起重量設計，橋架端梁則按不同起重量，不同小車軌距多款設計，對橋式起重機的設計不能使整機與機構、機構與部件、部件與零件之間的參數(shù)匹配。 國內(nèi) 企業(yè)，普遍缺乏生產(chǎn)技術，工藝水平較低，一些起重機生產(chǎn)企業(yè)的工裝設備、裝配及檢測手段比較落后，油漆及焊接工藝不過關，嚴重影響了起重機的質(zhì)量。 (2)專業(yè)化協(xié)作水平較低 我國專業(yè)化協(xié)作目前只做到 20%， 80%仍靠企業(yè)自己設計、制造。一臺起重機中只有電動機、減速器、制動器及一些電氣元件可外購，其它鉚焊件、機加工件、臺主梁、車輪組、端梁、小車架仍靠企業(yè)自行設計，這樣需花費大量的時間，影響了起重機的生產(chǎn)周期。 (3)交貨期長 由于設計及工藝原因，我們制作的非標準起重機交貨期為 4～ 6 個月，是國外 企業(yè)的 2 倍左右。這遠遠不能適應市場經(jīng)濟競爭的要求，使企業(yè)失掉了不少機遇。 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 5 總結與展望 我們已經(jīng)看到世界上工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)開始進入新的技術革命時代，這個時代的特征是有大量的新技術出現(xiàn)，它使企業(yè)開始走向小型化、分散化和專業(yè)化；另一個特征是知識的不斷更新，生產(chǎn)達到高度柔性化階段。我國目前仍然處在設計、生產(chǎn)周期化階段，起點低、設備落后，相對發(fā)達國家落后 20 年左右。如果我國能從國外工業(yè)發(fā)展中得到啟示，將可加快我國起重機械工業(yè)的發(fā)展。 我們必須調(diào)整產(chǎn)品結構、企業(yè)結構，應將大而全、小而全的企業(yè)改革成為獨立的專業(yè)化工廠，企業(yè)之間密切聯(lián)系和協(xié)調(diào)，減少標準件以外組合部分的加工制作。 近年來，起重機制造企業(yè)的訂貨合同，按照非標準尺寸和特殊要求訂貨的用戶越來越多，約占標準產(chǎn)品的 60%，但生產(chǎn)一臺非標準起重機的主要零部件的成本和造價相當高 (約為標準產(chǎn)品的 3 倍 )。如果把起重機的主要零部件按照不同規(guī)格分散加工，然后組裝，這樣就可使我國中小型起重機企業(yè)逐步走上標準化的軌道，充分發(fā)揮計算機的作用、計算機輔助工藝規(guī)劃、計算機輔助制造、柔性自動化系統(tǒng)等新 技術、新工藝的應用，可大大縮短設計和生產(chǎn)周期、降低成本。增強企業(yè)參與市場競爭的能力，使中國起重機制造行業(yè)趕上世界先進水平 。 本文主要設計內(nèi)容 本文主要設計 公鐵步履雙梁架鋪機 ，它的設計內(nèi)容主要有以下幾點： 1： 公鐵步履雙梁架鋪機 總體方案設計。主要包括行走系統(tǒng)、吊裝系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、機架的方案確定。 2： 公鐵步履雙梁架鋪機 各總成的設計計算。 3： 公鐵步履雙梁架鋪機 各總成的三維設計及仿真分析。 4： 液壓系統(tǒng)設計。 它的設計參數(shù)可由下表得 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 6 表 11 序號 項目名稱 單位 參數(shù)值 1 額定起重量 t 180（ 160） 2 適宜跨度： 鐵路： 公路： m m 32 40 3 整機功率 kw 85 4 架設梁片適宜橫坡 % 177。 2 5 架設梁片適宜縱坡 % ≤ 4 6 架設斜交橋交角 度 045176。 7 架設梁片最大外形尺寸： 公路（寬高） 鐵路（寬高） m m * * 8 吊梁縱移速度 m/min 0～ 8 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 7 9 吊梁橫移速度 m/min 0～ 3 10 吊梁起落速度 m/min 1 11 吊梁整機橫移速度 m/min 0～ 12 整機縱移速度（過隧道） m/min 0～ 8 13 導梁縱移速度 m/min 0～ 14 吊梁起升高度 m 第 2 章 總體方案設計 總體結構示意圖 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 8 圖 21 方案的提出 方案的提出 公鐵步履雙梁架鋪機 總體方案是在綜合國內(nèi)外各種架橋機的基礎上，結合我公司多年在鐵路架橋設備上的施工和設計經(jīng)驗而提出的一種方案。架橋機可概括為：輪胎式運梁車運梁，尾部喂梁，起 重小車拖拉取梁，一跨式龍門簡支架梁，高位下導粱過孔，可架設 32m、 24m、 20m 雙線等跨箱梁和變跨箱粱。 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 9 前 支 腿 總 成縱 移 機 構橫 移 軌 道 4 0 m 梁縱 導 梁 2 號 吊 梁 小 車橫 移 軌 道 中 支 點 裝 置后 支 點 裝 置電 氣1 號 吊 梁 行 車前 輔 助 頂 桿 公鐵步履架鋪機的主要組成結構 及其設計特點 公鐵步履雙梁架鋪機 主要由縱導梁、前輔助頂桿、前支腿、中支點裝置、后支點裝置、橫導梁縱移臺車、橫導梁、吊梁行車、橫移軌道、液壓系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)、發(fā)電機組等組成。 公鐵步履雙梁架鋪機整體結構圖： 圖 22 公鐵步履雙梁架鋪機 縱導梁的設計 思想 縱導梁由主導梁和引導梁組成。 縱導梁為什么要采用三腳架形式的原因？因為主導梁主要承載受力，為了使梁首的力更大 ，材料的疲勞強度更高，橋架更穩(wěn)定，更可靠，所以橋架選用了三腳架結構。 引導梁結構重量輕，降低過孔撓度和中支點荷載，起安全引導作用。 三角桁架構件單元采用銷軸連接，前、后端各設置橫聯(lián)構架。 該部 件有重量輕、拆裝方便等特點，還能減少風向阻力，保證橋架的穩(wěn)定性 。 簡支過孔，安全性高 起重小車，輔助小車及輔助支腿相互配合，使導梁先過孔，形成架橋機過孔過道梁，架橋機在輔助支腿和后支腿支撐下，沿導梁簡支過孔，安全可靠。 方便架設變跨箱梁 前支腿和后支腿可以利用自身重力，變化與主梁 支撐位置，滿足架橋機變跨調(diào)整需要。 整機高度太低 卷揚機起身機構后置，有效降低整體高度，通過高空能力限界強。 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 10 輪胎走行，輔助工序少 控控制網(wǎng)絡采用了以 PLC 為核心的先進控制技術，具有變頻，遙控，各種參數(shù)頻顯和各種安全保護功能。 輪胎走行，輔助工藝少 后支腿采用成熟的輪胎式行走機構，不需要鋪設臨時軌道，施工效率高。 通過隧道能力強 利用運梁車上的升降扶運架，大大降低扶運高度，可順利通過隧道。 河北工程大學科信學院畢業(yè)設計 11 第 3 章 公鐵步履雙梁架鋪機的機械結構 架橋機的分類及其作用 架橋機是架設梁橋的大型關鍵施工設備。我國公路、鐵路梁橋設計、施工標準不同，各有特點，且梁型、梁重、橋型等都有很大區(qū)別，以及運架工藝和設備也不相同。運架設備是重大裝備，特別是鐵路橋運架設備因其起重重量一般較同類型公路橋為重，且施工工藝較復雜，造價是公路橋運架設備的幾倍以上，鐵路架橋機設備常常閑置，利用率較低，卻又不能用于公路橋施工。但鐵路系統(tǒng)擁有鐵路架橋機的施工單位卻參與了公路施工市場的競爭，為了獲得更高的投資收益及設備利用率，許多施工單位迫切需要一種適合公路、鐵路的通用架橋機設備，因此，公鐵通用架橋機成套技 術和設備已成為市場的迫切需求。為此，課題組立足我國橋梁建設的需要，研制出了一種能在公、鐵兩種橋梁建設中通用的公鐵步履雙梁架鋪機設備。 公鐵步履雙梁架鋪機具有 可架鋪公路單幅、雙幅，鐵路單線、雙線和橋隧緊密相連的特點，將步履雙梁架機和輪軌雙梁架橋機的優(yōu)點集 于 一體 ， 可架設公路、鐵路橋梁 ，并且 能實現(xiàn)隧道中喂梁、隧道口架梁以及軌排的同步鋪設 等工況；穿越隧道時，將該機降至最低：收起后支點和前輔助頂桿將中支點和前支腿走行輪組旋轉(zhuǎn) 90度，即可穿越隧道，對于工程項目來說即節(jié)省成本又能