【文章內(nèi)容簡介】 ； 5驅(qū)動(dòng)齒輪； 6軸承； 7螺母 齒條變幅驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 圖 25為齒條傳動(dòng)的變幅機(jī)構(gòu)簡圖。臂架直接由齒條推動(dòng)，齒條 則由裝設(shè)在機(jī)器房頂上的電動(dòng)機(jī)通過一個(gè)封閉式的三級圓柱齒輪減速器減速后，帶動(dòng)一個(gè)小齒輪，由小齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒條做直線運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)臂架繞其軸心擺動(dòng)。對于較大型的起重機(jī)，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(dòng)的變幅機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)簡圖 1電動(dòng)機(jī)； 2液壓推桿制動(dòng)器； 2圓柱齒輪減速器； 4齒型連軸節(jié)； 5齒條 因?yàn)樵谧兎鶗r(shí)振動(dòng)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(jī)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(dòng)方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，可以雙向受力，效率高。缺點(diǎn)是：因?yàn)榇嬖邶X間間隙，起、制動(dòng)時(shí)有沖擊；齒條傳動(dòng)是開式傳動(dòng)，工作條件差，所以齒面易磨損。 這種傳動(dòng)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(jī)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(jī)中，由于臂架系統(tǒng)自重和起吊貨物的重量，使得變幅機(jī)構(gòu)工作時(shí)起、制動(dòng)產(chǎn)生的沖擊很大，為了減緩沖擊和振動(dòng)，必須在變幅機(jī)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(hù)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?zèng)_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(gè)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(gè)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?zèng)_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(dá)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?zèng)_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(jī)臂架及平衡重系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 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(jī)水平變幅裝置之一。在門座 起重機(jī)中，從取物裝置中心線到起重機(jī)旋轉(zhuǎn)中心線之間的距離，稱為起重機(jī)的幅度。用來改 變幅度的機(jī)構(gòu)，稱為起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)。在現(xiàn)代生產(chǎn)中大多要求實(shí)現(xiàn)工作性帶載變幅。為了 盡可能降低變幅機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)功 率和提高機(jī)構(gòu)的操作性能，目前普遍采用下列兩項(xiàng)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(yùn)動(dòng)，采用物品升降 補(bǔ)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(dòng)對重）。優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，就是將多種影響因素（設(shè)計(jì) 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(dá)到最優(yōu)時(shí)的 解，這個(gè)解就是我們所要求的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。另外本文將變幅拉桿也一起進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 圖 31 四連桿 鉸接組合臂架 下面 詳 細(xì) 介 紹 了 如 何 建 立 優(yōu)化 設(shè) 計(jì) 所 需 的 數(shù) 學(xué) 模 型 ， 基 于 MATLAB 的 優(yōu) 化 設(shè)計(jì)計(jì) 算方 法。 21 第二節(jié) 優(yōu)化 設(shè) 計(jì)的數(shù)學(xué)模型 優(yōu)化設(shè) 計(jì) 就是 根 據(jù)設(shè) 計(jì)要 求提出 的 多項(xiàng) 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(jì) 變 量， 使 目 標(biāo) 函數(shù) 取 得最優(yōu) 值。 因 此 ， 設(shè)計(jì) 變 量、 目標(biāo) 函數(shù) 、 約 束 條 件 是 構(gòu) 成 一 個(gè)優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 問 題 的 三個(gè) 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(jī) 回 轉(zhuǎn) 中心、 軌面 到 主 臂 架 下 鉸 點(diǎn) 的 距 離 ）， 以及 起 重 量 Q 等 技術(shù) 參 數(shù) 。 要 求 設(shè) 計(jì) 這個(gè) 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(diǎn) 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(diǎn) 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(diǎn)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(diǎn)到主臂架下鉸點(diǎn)的水平距離 m6—— 大拉桿下鉸點(diǎn)到主臂架下鉸點(diǎn)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(dòng)機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)到主臂架下鉸點(diǎn)水平距離 m15—— 變幅驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)到主臂架下鉸點(diǎn)垂直距離 設(shè)計(jì) 變 量 這個(gè) 四 連 桿 變 幅 裝 置 的 設(shè) 計(jì)可 以 歸 結(jié) 為 16 個(gè) 設(shè) 計(jì)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(jì)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(diǎn) E。相對于其兩端鉸接點(diǎn)連線的下垂距離 m1 ，一般是預(yù)先給定的，或?yàn)榱?，或有一定距離。還有 人字架頂部鉸接點(diǎn) D 和變幅裝置位置點(diǎn) R，也是或?yàn)槎c(diǎn)，或規(guī)定其變動(dòng)范圍。從勢能平衡 的觀點(diǎn)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(jī)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(jì)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(jì)目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式，先確定象鼻梁頭部 C 點(diǎn) 的軌跡等表達(dá)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(shí)主臂架擺角 d6=a2min=arcsin( ? ?? ?252322212223232131dddddddddd????? ) 同理可求得最小幅度時(shí)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(gè)幅度位置，每個(gè)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(diǎn)到主臂架下鉸點(diǎn)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(diǎn)到瞬心 T的水平距離 n9—— 點(diǎn) G到瞬心 U的水平距離； n10—— EU； n11—— DQ的水平距離 n12—— D 點(diǎn)到 GP 的垂直距離； n13—— 點(diǎn) 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(dá)式 臂架的變幅阻力矩可以利用已經(jīng)算得的吊鉤移動(dòng)軌跡并根據(jù)功