【導(dǎo)讀】構(gòu)以及其現(xiàn)況及發(fā)展前景。接下來(lái)確定總體方案，畫(huà)出門(mén)座式起動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，并。對(duì)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。在起重機(jī)的重要部分起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)。最后的門(mén)座式起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分為臂架設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，臂架是采用。優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法來(lái)做的，通過(guò)Matlab軟件得出結(jié)果。門(mén)座式起重機(jī)的綜合評(píng)述···························································1. 門(mén)座式起重機(jī)的特點(diǎn)及分類(lèi)····················································1. 門(mén)座式起重機(jī)的結(jié)構(gòu)·····························································1

　　

【正文】 ? ? （ 43） 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 式（ 42）是 x和 y的 函數(shù)式，給定不同幅度 x值，即可求出 y。 但由于解此隱函數(shù)的超越方程不方便，一般僅用來(lái)計(jì)算最大及最小幅度對(duì)應(yīng)的值，并由此求出臂架的兩個(gè)相應(yīng)仰角 max min,?? ，再逐個(gè)計(jì)算出不同幅度 ix 對(duì)應(yīng)的象鼻梁端 點(diǎn) E坐標(biāo) iy 。 優(yōu)化模型的簡(jiǎn)化 顯然，上述解析方法應(yīng)用起來(lái)相當(dāng)不便，為此對(duì)上述模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，出于對(duì)起重機(jī)總體結(jié)構(gòu)和構(gòu)造上的考慮，常把象鼻梁與臂架的鉸點(diǎn) D 相對(duì)于其兩端鉸接點(diǎn)連線的下垂距離 c定為零或一固定數(shù)值 。 c確定后組合優(yōu)化時(shí)可不再予以考慮，從而縮減一個(gè)變量，簡(jiǎn)化后的結(jié)構(gòu)如圖 44所示。 圖 44 簡(jiǎn)化后的平面連桿變幅機(jī)構(gòu) 圖中 maxS —— 象鼻梁端點(diǎn)的最大行程 minS —— 象鼻梁端點(diǎn)的最小行程 t —— 人字架頂點(diǎn) D 鉸點(diǎn)的水平距 離 h —— 人字架頂點(diǎn) D 鉸點(diǎn)的垂直距離 0H —— 象鼻梁端點(diǎn)矩 x軸的距離 下圖為最大行程時(shí)臂架與象鼻梁的狀態(tài)圖： 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 45最大行程時(shí)臂架與象鼻梁的狀態(tài)圖 下圖為象鼻梁與 鉸點(diǎn) B的位置示意圖： 圖 46 象鼻梁與鉸點(diǎn) B的位置示意圖 此外，最大幅度時(shí)臂架、象鼻梁與水平線夾角的 下線 min? 和 min? 以及象鼻梁前后端長(zhǎng)度 L 和 l 比值的選取實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)都有經(jīng)驗(yàn)取值范圍： m in 40 ~ 50? ??? min 8 ~ 30? ??? (0. 35 ~ 0. 5 )lL? 由圖 46可求出象鼻梁端點(diǎn) E的坐標(biāo) 表達(dá)式： c o s c o ss in s inEEx R Ly R L????? ? ??? （ 44） 式（ 44）中各變量分別為： 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 m a x m in 0m in m in m in0 m inm int a nc os t a n si nsi nsi nSHHLLR?? ? ????????? （ 45） 220 0 022 02a r c c o s a r c ta n ( )R H S L HSR S H?? ? ??? ? ? (46) 0s ina r c sin RHL?? ?? （ 47） 注意式中（ 45）、（ 46）中 minS 、 maxS 、 S 均取負(fù)值。 設(shè)計(jì)變量 由圖（ 44），取設(shè)計(jì)變量： m in m in 1 2 3 4 5[ , , , , ] [ , , , , ]TTX l t h x x x x x???? 顯然，該設(shè)計(jì)變量的選擇使 7維的平面連桿 變幅機(jī)構(gòu)軌跡、尺寸綜合優(yōu)化問(wèn)題縮減為 5維優(yōu)化問(wèn)題。 目標(biāo)函數(shù) 為了求解方便，將目標(biāo)函數(shù)分為兩層，其中內(nèi)層 主要用來(lái)確定 min min,l?? ，外 層則用來(lái)確定剩余變量 ,th。 內(nèi)層：對(duì)每一組給定的 min min,l?? 利用式 (45)和式 (48)選定拉桿長(zhǎng)度 r。即根據(jù)求 出的臂架長(zhǎng)度 R選取適當(dāng)?shù)?t， h值，然后將臂架擺 角 i? 作為循環(huán)變量（ m ax m ini N??? ?? ， N為正整數(shù)），求出（ N2） 個(gè) r值及相應(yīng)的 m a x m in()r r r? ? ? ，找出使 minr?? 時(shí)的 T和 h。 22( ) ( )ccr x t y h? ? ? ? （ 48） 式中 ， ( , )ccxy 為 C 點(diǎn)的坐標(biāo)（見(jiàn)圖 46），并有 c o s c o ss in s inccx R ly R l????? ? ??? （ 49） 故目標(biāo)函數(shù)為： m a x m in( , ) m in( )F t h r r?? （ 410） 外層：利用內(nèi)層算法求得的設(shè)計(jì)參數(shù)，根據(jù)式 (54)計(jì)算象鼻梁端點(diǎn)的軌跡 iy 。仍然將臂架擺角 i? 作為循環(huán)變量 ( m ax m ini N??? ?? ， N 為正整數(shù) )，求出 N個(gè) y 值及相應(yīng)的 m ax m in()y y y?? ，找出使 miny?? 時(shí)的一組設(shè)計(jì)參數(shù) 。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 目標(biāo)函數(shù)為： m a x m in( ) m in( )F x y y?? （ 411） 約束條件 約束條件 為 5個(gè)設(shè)計(jì)變量的有界區(qū)間，即 m inm in4 0 5 08 3 00 .3 0 .50 .2 0 .2 40 .3 0 .4L l LR t RR h R??? ? ? ?? ? ? ??????? （ 412） 實(shí)際應(yīng)用時(shí)將該約束條件轉(zhuǎn)換為 1O 個(gè)不等式約束。 算法與結(jié)論 以象鼻梁前端點(diǎn) E在變幅過(guò)程中的 落差值最小為目標(biāo)，利用 本文算法對(duì)門(mén)座起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 已知 : minS 31m? ； maxS 65m? ； 50Hm? 利用 Matlab 軟件編寫(xiě)程序， 程序如下： 內(nèi)層： 目標(biāo)函數(shù) function f=myfun1(x) f=max(x(6))min(x(6))。 將該文件保存為 約束條件 其中，設(shè)計(jì)變量 ],,,[x m inm in ycxcLRrhtl ????? function [c,ceq]=mycon1(x) amx=75*pi/2。 smx=65。 smn=31。 H0=50。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 c(1)=x(1)50*pi/180。 c(2)=40*pi/180x(1)。 c(3)=x(2)25*pi/180。 c(4)=10*pi/180x(2)。 c(5)=x(3)*x(8)。 c(6)=*x(8)x(3)。 c(7)=x(4)*x(7)。 c(8)=*x(7)x(4)。 c(9)=x(5)*x(7)。 c(10)=*x(7)x(5)。 c(11)=x(9)amx。 c(12)=x(1)x(9)。 ceq(1)=(smx*tan(x(1))H0)/((cos(x(2))*tan(x(1)))+sin(x(2)))x(8)。 ceq(2)=(H0+x(8)*sin(x(2)))/(sin(x(1)))x(7)。 ceq(3)=acos((x(7)^2+H0+S0x(8)^2)/(2*x(7)*sqrt(smn^2+H0^2)))+atan(H0/smn)x(9)。 ceq(4)=asin((x(7)*sin(x(9))H0)/x(8))x(10)。 ceq(5)=x(7)*cos(x(9))+x(3)*cos(x(10))x(11)。 ceq(6)=x(7)*sin(x(9))+x(3)*sin(x(10))x(12)。 x(6)=sqrt((x(11)x(4))^2+(x(12)x(5))^2)。 將該文件保存為 調(diào)用函數(shù) x0=[40*pi/180， 8*pi/180， 10]。 [x]=fmincon(@optim1,x0,[],[],[],[],[],[],@optim1c) 外層： 設(shè)計(jì)變量 ],[x ?EE yx? 目標(biāo)函數(shù) function f=myfun2(x) f=max(x(2))min(x(1))。 將該文件保存為 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 約束條件 function [c,ceq]=mycon2(x) c(1)=x(3)amx。 c(2)=amnx(3)。 ceq(1)=R*cos(x(3))L*cos(sd)x(1)。 ceq(2)=R*sin(x(3))L*sin(sd)x(2)。 將該文件保存為 調(diào)用 函數(shù) x0=[40*pi/180， 22*pi/180， ]。 [x]=fmincon(@optim2,x0,[],[],[],[],[],[],@optim2c) 其中 x0 對(duì)應(yīng)的是內(nèi)層計(jì)算的結(jié)果。 計(jì)算結(jié)果， 得到結(jié)果如表 41。 變幅機(jī)構(gòu)參數(shù) 優(yōu)化計(jì)算結(jié)果 L (m) R (m) l (m) t (m) h (m) r (m) min? 40? min? 22? 以上結(jié)果 經(jīng)過(guò)庫(kù)恩 塔克條件驗(yàn)算，所得到的點(diǎn)為極值點(diǎn) 。 變幅驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 變幅機(jī)構(gòu)可直接作用于 臂 架，也可作用于對(duì)重杠桿或補(bǔ)償滑輪杠桿等。 變幅 機(jī)構(gòu)的型式 主要分為 推 桿式 (螺 桿 式、齒條式、液壓推桿式 )、扇形齒輪式和曲柄連桿式等。 變 幅 速度是指臂架或象鼻粱頭部滑輪的水平移動(dòng)速度，劈架擺動(dòng)時(shí)，變幅速度是變化 的，設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)先 給定的變幅速度通常部是指在 臂 架全幅擺動(dòng)時(shí)間 0t 內(nèi)的變幅速度平均值 v m a x m in00SS Rttv ? ??? 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 式中 max minSS、—— 分別表示最大和最小幅度 壁 架裝置和變幅機(jī)構(gòu)應(yīng)盡可能做到使變幅速度均勻。 常用的變幅驅(qū)動(dòng) 裝 置有下列幾種型式 ： 1．齒條變幅機(jī)構(gòu) 2．螺桿變幅機(jī)構(gòu) 3．液壓變幅機(jī)構(gòu) 4．曲柄連桿變幅機(jī)構(gòu) 5．扇形齒輪變幅機(jī)構(gòu) 6．滑輪組變幅 機(jī)構(gòu) 本次設(shè)計(jì)運(yùn)用螺桿變幅機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如 圖 （ 47） 所示： 圖（ 47）螺桿變幅機(jī)構(gòu) 在這種螺桿傳動(dòng)副中，通常 都 由螺母驅(qū)動(dòng)螺桿，推動(dòng)臂架實(shí)現(xiàn)變幅，螺母連同其傳動(dòng)裝置和電動(dòng)機(jī)都布置在能繞水平軸線擺動(dòng)的 搖 架上， 搖 架的支承軸線須與螺 桿 中心線相交，為了補(bǔ)償間隙、變形與安裝公差，擺架的支承還必須保證 螺 桿 可繞垂直軸線略微編擺，因此搖架支承處交際上是一個(gè)十字鉸結(jié)構(gòu)。 由于 螺 桿螺母?jìng)鲃?dòng)比大，因此螺桿機(jī)構(gòu)尺寸相當(dāng)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)噪聲。但對(duì)螺桿傳動(dòng)要特別注意密封和潤(rùn)滑，目前都采用伸縮式密封套管來(lái)防護(hù)螺 桿 。螺桿螺母的傳動(dòng)效率低，如采用 滾 珠螺桿來(lái)代替一般的傳動(dòng)螺 桿 ，則傳動(dòng)效率可以得到顯著提高。 變幅機(jī)構(gòu)的已知參數(shù) 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 起重量及工作幅度： 80t 3142m 63t 3147m 16t 3165m 變幅速度： 13m/min 工作類(lèi)型：中級(jí)， JC=25% 傳動(dòng)效率 螺母轉(zhuǎn)速： 0 . 0 3 3 90 . 0 6 4 60 31 .7 / m insvn Snr? ? ? ? 式中： sv —— 螺桿速度 S —— 螺桿導(dǎo)程 完成全程變幅時(shí)，螺桿的實(shí)際工作行程 可以得 ? 全程變幅時(shí)間可以從變幅速度算得 m a x m in 4 5 1 11360 60 15 7SSVts? ?? ? ? ? ? 由此得螺桿速度 0 .0 3 3 9 /sv m s? 螺紋中徑 204d mm? 圓周速度 3 1 . 76 0 6 0 0. 20 4 0. 33 86 /nnnv d m s??? ? ? ? ? 螺桿軸向移動(dòng)速度 0 .0 3 3 9 /sv m s? 螺桿螺母的相對(duì)滑動(dòng)速度為 ： 2 2 2 20 .3 3 8 6 0 .0 3 3 9 0 .3 4 0 3 /nsv v v m s? ? ? ? ? 根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度，查得摩擦角 4 4239。? ?? 螺紋升角 64204 5 42 39。Sdarc tg arc tg??? ?? ? ? ? 當(dāng)螺母驅(qū)動(dòng)時(shí)，螺桿螺母的傳動(dòng)效率 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 5 4 2 39。1 ( ) 9 4 4 39。 0. 58 2tg tgs tg tg???? ???? ? ? 從電動(dòng)機(jī)到 螺桿的傳動(dòng)總效率 1 2 1 4 7 82 306s? ? ? ?? ? ? ? ? 式中 1? 、 2? —— 分別為減速器和開(kāi)式齒輪的傳動(dòng)效率。 當(dāng)螺桿驅(qū)動(dòng)時(shí)，螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)效率為 ( 1 4 0 39。 0 . 0 2 9 12s tg 5 4 2 39。 0 . 0 9 9 8 0. 29 15tg tgtg???? ?? ?? ? ? ?） 螺桿等效作用力 計(jì)算數(shù)據(jù)分別列于表 4 4 44。 表 42 幅度分段的變幅時(shí)間和螺桿行程 幅度間隔 R? （ m） 螺桿 工作行程 l? （ m） 所需變幅時(shí)間 t? （ s） 3134 3438 3842 4245 4547 4751 5155 5559 5962 6265 表 43 吊 載 32tf 全程收副時(shí)的螺桿力 幅度（ m） 31 34 38 42 45 47 51 55 59 62 65 QU (tf) 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 表 44 吊載 32tf 全程收幅時(shí)各變幅區(qū)段上的平均螺桿力 幅度間隔（ m） QU(tf) IaU (tf) t? (s) 3134 3438 3842 4245 4547 4751 5155 5559 5962 6265 上表中 : QU —— 由于物品和吊裁裝置不嚴(yán)格走水平線引起的變幅阻力 IaU —— 每一變幅小區(qū)段上前后倆計(jì)算位置的 IU 力的平均值 t? —— 每一變幅小區(qū)段的變幅時(shí)間 影響電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的等效作用力 2()Ie0 . 5U [ ( 2 9 .3 2 1 0 .9 4 2 3 .2 4 1 4 .4 8 2 6 .6 3 1 5 .0 83 2 .1 6 1 3 .3 1 3 6 .4 3 8 .5 8 4 3 .6 1 9 .5 1 5 0 .1 1 1 9 .2 5 3 . 022 1 .8 8 4 7 .9 6 1 5 .9 8 1 9 .6 9 1 8 .0 4 ) 1 5 7 ] 7 5 .3 8I a i iiUtttf? ? ???? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 按上述步驟分別對(duì) 32tf、 63tf、 80tf 載重作計(jì)算，其中以吊載 32tf 時(shí)的 IeU 最大，故以此計(jì)算電動(dòng)機(jī)等效功率。 電動(dòng)機(jī)功率確定 電動(dòng)機(jī)等效功率 7 5 3 8 0 0 . 0 3 3 91 0 2 1 0 2 e sUvN k W? ?? ? ? 根據(jù)等效功率選用 YZR250M18 型電動(dòng)機(jī)， JC=25%時(shí) N=30kW。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 結(jié) 論 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)， 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程成為我大學(xué)四年學(xué)到東西最多的一個(gè)學(xué)期 ， 通過(guò)這次 對(duì)門(mén)座式起重機(jī)的起升及變幅機(jī)構(gòu)的 設(shè)計(jì)，我擺脫了 單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)， 畢業(yè)設(shè)計(jì)一路走過(guò)來(lái)很辛苦 ， 但也有很大的收獲。 本人的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一直是在導(dǎo)師 李睿老師 的悉心指導(dǎo)下進(jìn)行的 ，畢竟我是第一次進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，難免會(huì)出現(xiàn)很多比較低級(jí)的問(wèn)題， 通過(guò)導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)，讓我改正了各種問(wèn)題，克服了重重難關(guān)， 同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦 CAD 制圖等其他專(zhuān)業(yè)能力水平，而且通過(guò)對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。 雖 然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過(guò)程繁瑣 ，很多地方 讓我很頭痛 ，但卻讓我的收獲更豐富。比如在門(mén)座式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，里面的電動(dòng)機(jī)、減速器、制動(dòng)器等的選擇，每一個(gè)我都要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的查資料，來(lái)確定它們的基本參數(shù) ，再經(jīng)過(guò)比較來(lái)確定我需要的電動(dòng)機(jī)或減速器的類(lèi)型。這些工作雖然很 繁瑣 ，但卻使我對(duì)電動(dòng)機(jī)、減速器等有了更多了了解，但也讓我對(duì)這方面的知識(shí)有了提高。 提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無(wú)數(shù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來(lái)，也必然會(huì)讓我在未來(lái)的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng) 變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。 順 利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我很大的信心， 但同時(shí)也讓我感到了自己知識(shí)的貧乏，經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我會(huì)更加努力的學(xué)習(xí)， 希望在不久的將來(lái)能在這個(gè)方面有更大的進(jìn)步，能為社會(huì)、國(guó)家奉獻(xiàn)自己的一份力量。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 參考文獻(xiàn) [1] 陳道南，盛漢中主編 ． 起重機(jī)課程設(shè)計(jì) (第 2 版 ) ． 北京：冶金工業(yè)出版社， 1993 [2] 管彤賢主編 ． 起重機(jī)典型結(jié)構(gòu)圖冊(cè) ． 北京： 人民交通出版社， [3] 張質(zhì)文主編 ． 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) ． 北京：中國(guó)鐵道出版社． [4] 機(jī)械工程手冊(cè) 編委會(huì)編 ． 機(jī)械工程手冊(cè)（第二版） ． 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1995 [5] 顧笛民主編 ． 工程起重機(jī)（第二版） ． 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社， [6] 濮良貴，紀(jì)名剛主編 ． 機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版） ． 北京：高等教育出版社， 2021 [7] 成大先主編 ． 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ． 北京：化學(xué)工業(yè)出版