【文章內(nèi)容簡介】 ； 5驅(qū)動齒輪； 6軸承； 7螺母 齒條變幅驅(qū)動機構(gòu) 圖 25為齒條傳動的變幅機構(gòu)簡圖。臂架直接由齒條推動，齒條 則由裝設(shè)在機器房頂上的電動機通過一個封閉式的三級圓柱齒輪減速器減速后，帶動一個小齒輪，由小齒輪的旋轉(zhuǎn)運動驅(qū)動齒條做直線運動，從而推動臂架繞其軸心擺動。對于較大型的起重機，齒條常制成針齒的形狀，以便制造和維修工作。 圖 25 齒條傳動的變幅機構(gòu)驅(qū)動簡圖 1電動機； 2液壓推桿制動器； 2圓柱齒輪減速器； 4齒型連軸節(jié)； 5齒條 因為在變幅時振動和沖擊都較大，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，確保變幅機構(gòu)安全工作， 19 齒條在變幅有效區(qū)段內(nèi)兩端都設(shè)有行程開關(guān) 。 這種傳動方式的主要優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，可以雙向受力，效率高。缺點是：因為存在齒間間隙，起、制動時有沖擊；齒條傳動是開式傳動，工作條件差，所以齒面易磨損。 這種傳動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，在工作性變幅機構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。 第五節(jié) 變幅緩沖裝置 在臂架類起重機中，由于臂架系統(tǒng)自重和起吊貨物的重量，使得變幅機構(gòu)工作時起、制動產(chǎn)生的沖擊很大，為了減緩沖擊和振動，必須在變幅機構(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、液壓彈簧緩沖器（圖 26）。 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)造簡單，維護修理簡單，使用壽命長。其工作原理是：彈簧受壓，吸收能量減少沖擊。 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，在其中間加入一個金屬墊片。這種緩沖器緩沖效果好，但對橡膠質(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，減少沖擊。 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調(diào)整活塞兩側(cè)節(jié)流閥的開度來達到的。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 變形吸收能量來減少沖擊。 圖 26 液壓彈簧緩沖器 1活塞； 2缸體； 2節(jié)流閥； 4密封圈； 5彈簧； 6限位套筒； 7調(diào)節(jié)螺栓 20 第三章 四連桿式門座起重機臂架及平衡重系統(tǒng) 設(shè)計 第一節(jié) 四連桿鉸接組合臂架簡介 四連桿鉸接組合臂架（圖 31）是目前應(yīng)用較廣泛的門座起重機水平變幅裝置之一。在門座 起重機中，從取物裝置中心線到起重機旋轉(zhuǎn)中心線之間的距離，稱為起重機的幅度。用來改 變幅度的機構(gòu)，稱為起重機的變幅機構(gòu)。在現(xiàn)代生產(chǎn)中大多要求實現(xiàn)工作性帶載變幅。為了 盡可能降低變幅機構(gòu)的驅(qū)動功 率和提高機構(gòu)的操作性能，目前普遍采用下列兩項措施：一、 載重水平位移：為使物品在變幅過程中沿著水平線或接近水平線的軌跡運動，采用物品升降 補償裝置。二、臂架自重平衡：為使臂架裝置的總中心的高度在變幅過程中不變或變化較小， 采用臂架平衡系統(tǒng)（本文采用杠桿式活動對重）。優(yōu)化設(shè)計方法，就是將多種影響因素（設(shè)計 要求）按照一定形式建立目標(biāo)函數(shù)，并在各種約束條件下，直接求出目標(biāo)函數(shù)達到最優(yōu)時的 解，這個解就是我們所要求的最優(yōu)化設(shè)計方案。另外本文將變幅拉桿也一起進行優(yōu)化設(shè)計。 圖 31 四連桿 鉸接組合臂架 下面 詳 細 介 紹 了 如 何 建 立 優(yōu)化 設(shè) 計 所 需 的 數(shù) 學(xué) 模 型 ， 基 于 MATLAB 的 優(yōu) 化 設(shè)計計 算方 法。 21 第二節(jié) 優(yōu)化 設(shè) 計的數(shù)學(xué)模型 優(yōu)化設(shè) 計 就是 根 據(jù)設(shè) 計要 求提出 的 多項 指 標(biāo)建 立目 標(biāo)函數(shù) ， 在滿 足 結(jié)構(gòu) 、工 藝、載 荷及 其重 量 限制 等 約束 條 件 下 ，選 取 設(shè)計 變 量， 使 目 標(biāo) 函數(shù) 取 得最優(yōu) 值。 因 此 ， 設(shè)計 變 量、 目標(biāo) 函數(shù) 、 約 束 條 件 是 構(gòu) 成 一 個優(yōu) 化 設(shè) 計 問 題 的 三個 重 要概 念 。 圖 32所 示 為 四 連 桿 臂 架系 統(tǒng)， 已 知 最 小 和 最 大 幅度 S min 、 S max ， 起升 高 度 H（ 須 注意 分 別減 去 起 重 機 回 轉(zhuǎn) 中心、 軌面 到 主 臂 架 下 鉸 點 的 距 離 ）， 以及 起 重 量 Q 等 技術(shù) 參 數(shù) 。 要 求 設(shè) 計 這個 四 連桿 變 幅裝 置 ， 使 變幅 過 程中 由 物品 引 起 的 臂架 變 幅阻 力 矩和 臂 架 自 重引 起 的相 對于 臂架 下 鉸點 的 前后 力 矩 差盡量 地 小， 變 幅軌 跡 的 最 大高 度 差盡 量 地小 ， 臂 架 勢能 變 化也 盡量 地小 ， 而四 連 桿裝 置 和 平 衡配 重 的重 量 輕， 人 字 架 頂點 和 變幅 裝 置的 位 置 要 求落 在 規(guī)定 的范 圍內(nèi) 等 要 求 。 32 四 連 桿 臂 架系 統(tǒng) 圖中 需 要 優(yōu) 化 的 變 量 符 號 意義 如 下： m1—— 象鼻梁中間鉸點偏離象鼻梁中心線距 離 ； m2—— 象鼻梁前段長度 M—— 象鼻梁后段長 度 。 m4—— 主臂架長度 22 m5—— 大拉桿下鉸 點到主臂架下鉸點的水平距離 m6—— 大拉桿下鉸點到主臂架下鉸點的垂直距 離 。 m7—— 大拉桿長度 m8—— OG。 m9—— EG。 m10—— DP。 m11—— GP。 m12—— DQ。 m13—— PQ m14—— 變幅驅(qū)動機構(gòu)鉸點到主臂架下鉸點水平距離 m15—— 變幅驅(qū)動機構(gòu)鉸點到主臂架下鉸點垂直距離 設(shè)計 變 量 這個 四 連 桿 變 幅 裝 置 的 設(shè) 計可 以 歸 結(jié) 為 16 個 設(shè) 計變 量： m1～ m15 , GQ (其中 GQ 為 平 衡配重重量 ) ，即 X=[m1,m2,m3,?? ,m15,GQ]T =[x(1),x(2),x(3),?? x(15),x(16),]T 其中有些設(shè)計變量出于結(jié)構(gòu)上的考慮，有一定的數(shù)值限制。如象鼻梁與臂架的鉸接點 E。相對于其兩端鉸接點連線的下垂距離 m1 ，一般是預(yù)先給定的，或為零，或有一定距離。還有 人字架頂部鉸接點 D 和變幅裝置位置點 R，也是或為定點，或規(guī)定其變動范圍。從勢能平衡 的觀點來看，平衡重杠桿后段 m12 的尺寸越長，則變幅過程中平衡升降的距離就越大，平衡重的重量就可以取得越小。但 m12 的長度，通常受到起重機尾部半徑的限制，因此一般把 m12 取 為常量。至于其它變量在數(shù)值上則都沒有明確的范圍，但從幾何關(guān)系上應(yīng)在給定的幅度范圍內(nèi)保證四連桿的構(gòu)成。所以設(shè)計變量修改為： X=[m2,m3,m4,m7m8m9m10m13m15,GQ]T =[x(1),x(2),x(3),?? x(10)]T （本文取 m1,m5,m6,m12,m14,m15為定值 ) 目標(biāo)函數(shù) 為建立綜合指標(biāo)的四連桿臂架系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)函數(shù)的表達式，先確定象鼻梁頭部 C 點 的軌跡等表達式，然后確定變幅阻力矩、重 量尺寸指標(biāo)、桿件自重力矩、勢能及平衡重等關(guān) 系式。 由幾何關(guān)系得： m4cosa2minSmax=m2cosa3min m4sina2minH=m2sina3min 23 將（ 1）式平方加（ 2）式平方得： 4m 2+Smax2+H22m4Smaxcosa2min2m4Hsina2min=m22 令： 4m 2+Smax2+H2m22=d1。 2m4Smax=d2。 2m4H=d3。 則有： d1d3sina2min=d2cosa2min=d2 min22sin1 a? 展開并整理得：（ 2223 d?d） min22sin a 2d1d3sina2min+(d12d22)=0 解此一元二次方程可得最大幅度時主臂架擺角 d6=a2min=arcsin( ? ?? ?252322212223232131dddddddddd????? ) 同理可求得最小幅度時主臂架擺角 d7=a2min=arcsin( ? ?? ?252325242523232431dddddddddd????? ) 式中： m42+Smin2+H2m22=d4。 2m4Smin=d5 在主臂架擺角形成內(nèi) ? ?726 dad ?? ，把擺角分成 N 等分，得到（ N+1）個幅度位置，每個幅度位置主臂架 擺角 ia2 為 12,1。)1( 262 ???????? Niaida i 式中： Ndd 672a ??? 以 ia2 為自變量，求出下列各量（以下省略 i，即 ai2寫成 a2） 84292824431211 2a rc c os。a rc c osa rc c os mm mmmammmma ????? 262145625 5。a rc t a na mmnamma ?????? ? 232722236541421242 2a rc c os。)c os (2n nm mnmaaanmnm ??????? 297542184987 2。)]s i n(a rc c os [)。s i na rc s i n(a aaaaannaamm ?????? ? 102241039876110 s i nc os。2。2a amamxaaaaaaa c ?????????? ?? 24。65010224 c osmm。m。0。0。c oss i n axyxyxamamy EDDoc ??????? 24 )s i n (c o s。s i ny 987632424 aaaamamxam FE ??????? ? )c o s (。)s i nc o s。s i ny 428987632424F aamxaaaamamxam GF ????????? ?（ )as i na rc s i n(。c os2)。s i n( 5381151821283428 nmaanmnmnaamy G ?????? )a rc t a ns i n()。2a rc c os (a 651211105310 2112321012 mmaammxnm mnm p ????????? ? )2a rc c os ()。a rc t a nc os (y 1210 21321221013651211106p mm mmmammaamm ???????? ? 14126141256513121114 c os。s i n。a rc t a n2a ammyammxmmaaa ?????????? ? )2a rc c os ()。s i na rc s i n(。 32 213212210176731615R14 nn mnnaammamymx R ???????? 4115 1716111716115415 s i n )s i n(。 mna aaanaaaaaa ?????????? ? 225244244 )()(。s i n)(。c os)( RGRGTT yyxxnanmyanmx ???????? )s i na rc s i n(。c os2 16331823223226 anmaaammmmn ?????? ? )c os (c os)(。s i n2c os 1527244581032247 aamanmmnammann ???????? 1991997919 c o s)2s i n (s i n。a r c t a n amaaanxxyyaRGRG?????? ? 1412119199199710 s i n。)2s i n()2s i n(amnmaaaaan ??????? ?? )]s i na rc s i n(s i n[n 121110121012 ammam ?? ]2a rc c os)s i n(s i n[a rc s i n 83 212823121110813 mn nmnammmn ???? 式中： n1—— 大拉桿下鉸點到主臂架下鉸點的距離； n2—— DE； n3—— DG 25 n4—— ET； n5—— 變幅拉桿長度； n6—— 象鼻梁中心線距離 n7—— 象鼻梁重心到瞬心 T 的水平距離； n8—— F點到瞬心 T的水平距離 n9—— 點 G到瞬心 U的水平距離； n10—— EU； n11—— DQ的水平距離 n12—— D 點到 GP 的垂直距離； n13—— 點 O到 GP的垂直距離 （以上距離單位均為 m） a1—— 象鼻梁前后段的夾角； a2—— 主臂架的擺角 a3—— 象鼻梁前段與水平線夾角； a4—— ? EOG； a5—— ? DOG a6—— ? DEF； a7—— ? GEO； a8—— ? DEG； a9—— 主臂架與垂直線夾角 a10—— 象鼻梁前段與垂直線夾角； a11—— ? GDO； a12—— ? GDP a13—— ? PDQ； a14—— DQ 與垂直線夾角 (可銳可鈍 ) a15—— 臂架與大拉桿的夾角； a16—— ? EDT； a17—— ? EDG a18—— 象鼻梁中心線與水平線的夾角（鈍角） a19—— 變幅拉桿與水平線夾角； b—— 大拉桿與水平線夾角（鈍角） 變幅阻力矩表達式 臂架的變幅阻力矩可以利用已經(jīng)算得的吊鉤移動軌跡并根據(jù)功