【正文】 21 設計內(nèi)容 計 算 與 說 明 結 果 式中 Z0—— 附加安全系數(shù)，取 Z0=2； L1—— 卷槽不切槽部分長度，取其等于吊鉤組動滑輪的間距，即 L1=A=87mm，實際長度在繩偏斜角允許范圍內(nèi)可以適當增減； D0—— 卷筒計算直徑 D0=D+d=400+20=420mm 卷筒壁厚： ? =+（ 6～ 10） = 400+（ 6～ 10） =14～ 18 取δ =23mm 卷筒壁壓應力驗算： maxy? = tSnax?? = 34630? = ? N/m2= 選用灰鑄鐵 HT200，最小抗拉強度 b? =195MPa 許用壓應力： [σ ]y=1nb? = =130MPa maxy? ＜ [σ ]y 故抗壓強度足夠 卷筒拉應力驗算：由 于卷筒長度 L＞ 3D，尚應校驗由彎矩產(chǎn)生的拉應力，卷筒彎矩圖示與圖 2 L 1l x2 S m a xSm a xS m a xL ? =15 maxy? ＜ [σ ]y 22 設計內(nèi)容 計 算 與 說 明 結 果 圖 B卷筒彎矩圖 卷筒最大彎矩發(fā)生在鋼絲繩位于卷筒中間時： wM = lSmax = ?????? ?2 1max LLS = ?????? ?? 2 872 5 0 03 4 6 3 0 =41781095N 滑輪的繩槽部分尺寸可由 [2]附表 3查得。 鋼絲繩計算破斷拉力 Sb： Sb=n Smax= = 查 [2]附表 1 選用纖維芯鋼絲繩 6 19W+FC，鋼絲公稱抗拉強度 1670MPa， 光面鋼絲，左右互捻，直徑 d=20mm，鋼絲繩最小破斷拉力 [Sb]=，標記如下： 鋼絲繩 20NAT6 19W+ 滑輪的許用最小直徑： D≥ d(e1) =20(251) =480mm 式中系數(shù) e=25 由 [1]表 24 查得。 19 第三章 起重機的技術與說明 設計內(nèi)容 計 算 與 說 明 結 果 1）確定起升機構傳動方案，選擇滑輪組和吊鉤組 2）選擇鋼絲繩 起重機主 起升機構計算 按照布置宜緊湊的原則，決定采用如下圖 31的方案。在 《歐洲起重機械設計規(guī)范》 (1998 年 修訂版 )中對鋼結構抗脆性破壞提出了鋼材質(zhì)量選擇辦法 。本文旨在對我國起重機的計算機工程分析應用手段及設計的細節(jié)做進一步的分析研究，希望本文中用于分析的一些手段與方法以及一些分析結論對我國起重機行業(yè) 18 的相關研究有借鑒作用 【 7】 。根據(jù)上海振華港機公司的設計需要，對其設計的 600t 造船龍門起重機展開研究，就有限元方法用于起重機的相關理論和實現(xiàn)原理進行了闡述，在現(xiàn)有的結構分析基礎上，對龍門起重機金屬結構進行了建模，單元劃分、約束處理，載荷處理以及計算分析等方面的工作。目前國內(nèi)起重機等大型設備金屬結構的設計方法多采用以經(jīng)典力學和數(shù)學為基礎的半理論，半經(jīng)驗設計法和模擬法、直覺法等傳統(tǒng)設計方法，使設計的精度比較低，而且對于結構一些細節(jié)部分的設計并沒有做深入的研究?？紤]到 Matlab在數(shù)值計算、圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等方面的優(yōu)點，本文所有的工作都以它為計算平臺，同時相關部門可以根據(jù)具體的起 17 重機形式，不同的 工作環(huán)境狀況對上述應用程序進行改進，以滿足特殊的需要 【 6】 。本文將基于疲勞可靠性的安全檢測方式應用到起重機結構的安全檢測中，并根據(jù)實際工作狀況下測量的應力 — 時間歷程進行統(tǒng)計分析，確定出結構的疲勞可靠度指標曲線，與保證起重機可以安全運行的 結構最低目標可靠度指標進行比較，來判斷結構的安全狀況以及下次需要再次進行檢測的時間間隔。同時按照上述原理，編制了一套起重機結果疲勞壽命估算程序，為起重機使用和檢測部門提供了一種準確、實用的估算起重機疲勞壽命的新手段，為相關部門對起重機的安全檢測和合理應用提供了一個很好的參考依據(jù)。本文通過對各種不同起重機實際工作情況下結構的受力特征進行計算分析，并參考相關的檢測規(guī)范以及同類型起重機結構發(fā)生破壞的歷史記錄情況，選取起重機結構的應力測試點；然后在起重機正常工作情況下測試這些點在不同工況下的應力值，并選取應力相應比較大的點作為疲勞壽命估算點， 測量其應力 — 時間歷程；采用雨流計數(shù)法對動態(tài)采樣得到的應力 — 時間歷程進行循環(huán)計數(shù)統(tǒng)計，編制出結 16 構的測試疲勞載荷譜。 單海云 對 《 起重機結構安全性評價系統(tǒng)及基于有限元法的可 靠性研究 》一文該論文以港口起重機為研究對象 ,考慮影響起重機結構的各種因素 ,確定金屬結構的技術狀態(tài) ,對其安全使用期限進行預測 ,并采用 Vi sual C++ 開發(fā)了一套主要針對裝卸橋和門座起重機的安全性綜合評價系統(tǒng) .此外 ,運用有限元分析軟件 ANSYS 對一臺龍門起重機進行可靠性分析 .全文的總體結構如下：全文共分為 7章 ,在第一章緒論中綜合敘述了國內(nèi)外對起重機結構安全性評價的研究和現(xiàn)狀、未來的發(fā)展趨勢和方向、機械可靠性的發(fā)展和應用以及該文的研究目的和意義 ,簡單介紹了該文所做的工作 .第二章主要闡述了起重機結構安全 性評價的理論基礎 .在該章的第二節(jié)中 ,對起重機金屬結構的裂紋形式和分類進行比較詳細的描述 ,同時應用斷裂力學的知識 ,推導出裂紋擴展速度公式 ,控制裂紋的進一步擴展 .該章的第三節(jié)論述了起重機金屬結構的重要技術性能指標 ,詳細討論了指標狀態(tài)指數(shù)和權重 ,并提出了基于模糊數(shù)學的隨機模糊法來進一步細化結構的狀態(tài)指數(shù)和權重 .根據(jù)結構的裂化指數(shù)評價結構的狀態(tài) ,并對結構的安全使用期限 15 進行預測 .第三章是開發(fā)起重機結構安全性評價系統(tǒng)軟件的技術基礎 .簡單介紹了面向?qū)ο蟮目梢暬夹g和程序設計語言、 Windows程序的消息和程序流程 .在第二 章和第三章的理論支撐基礎上 ,第四章就是起重機結構安全性評價系統(tǒng)軟件的實際應用實例 ,并對計算結果進行分析 ,確定起重機金屬結構的使用狀態(tài) .第五章對有限元的基本思想和有限元分析軟件 ANSYS進行了簡單的介紹 ,同時也重點介紹了三種可靠性分析的方法 :蒙特卡羅法、響應面法、基于敏感性的分析方法 .第六章是有限元法在可靠性分析中的應用實例 ,以一臺龍門起重機為例 ,詳細描述了在有限元中進行可靠性分析的三個重要步驟 :模型文件的生成、可靠性分析階段、后處理和結果的提取 ,因此該文將理論與實踐密切結合起來了 .該文的最后一章對全文進行了 總結 ,提出了幾點在將來應當繼續(xù)研究的問題 【 5】 。 5)有效地運用 VisualBasic軟件對龍門起重機結構的運動數(shù)值仿真和動力學分析進行了封裝。結合有限元參數(shù)化模型編寫了瞬態(tài)分析的命令流文件。提取了前 10 階固有頻率 、主振型及其振型圖，并對結果進行了分析。 3)研究了龍門起重機結構的動態(tài)特性。它使得有限元分析過程中對模型的修改以及再次計算很方便、快捷，而且不容易出錯。針對以上兩個問題，本論文以龍門起重機結構為研究對象，以有限元法和機械動力學為理論基礎和分析手段，運用參數(shù)化技術和有限元分析軟件 ANSYS 對小車吊載運行過程中的龍門起重機結構進行了運動數(shù)值仿真，研究了龍門起重機結構的動態(tài)特性和龍門起重機結構在起吊時的動力學響應，并采用VisualBasic開發(fā)了相應的數(shù)值 運動和動力仿真軟件。目前在龍門起重機結構的設計和故障診斷中 13 有以下兩方面的問題有待解決： 1)過去，在設計和驗算中僅是對起重機金屬結構在工作狀態(tài)下的起始、中間等幾個在經(jīng)驗上看來是危險的位置進行結構分析，而對起重機在從小車起吊載荷到終止整個工作過程中的應力等力學參量均不知曉，主要是由于實際工作中 這項工作太繁瑣而無法實現(xiàn)。改造后的變頻調(diào)速系 統(tǒng)節(jié)能效果明顯， 1臺 160 kW電機主鉤，以 1年 330 d、每天工作 16 h計算，能節(jié)電 40萬kW． h，節(jié)省電費超過 25萬元 【 3】 。這樣做的優(yōu)點：我認為變頻調(diào)速系統(tǒng)運行可靠、響應速度快、節(jié)能環(huán)保、調(diào)速穩(wěn)定、故障率低，是起升機構理想的控制裝置，完全達到了改造目標。 上海西重所重型機械成套有限公司 蔡麗娟 孫承波與寶山鋼鐵股份有限公司 戴至前 陳平原在所發(fā)表的 《橋式起重機節(jié)能調(diào)速技術改造》一文中闡述了自己在橋式起重機節(jié)能調(diào)速方面的改造方案，即： 在國外進口產(chǎn)品技術基礎上，借鑒其他行業(yè)的應用經(jīng)驗，采用變頻調(diào)速控制裝置改造橋式起重機的調(diào)壓調(diào)速裝置，并盡可能地保留原有設備配置，實現(xiàn)了低成本高性能的改造目標。運輸鋼水一類的液態(tài)金屬，必須使用有安全冗余設計的鑄造起重機，這樣可以避免相關事故發(fā)生。此文優(yōu)點在于：新設計的雙梁鑄造起重機與四梁起重機一樣有四根承載鋼繩。國標GB1183《起重機設計規(guī)范》里面對起升機構的制動器安全儲備作出了規(guī)定。 武漢科技大學機械自動化學院 謝建 剛 , 李堯在《新型雙粱鑄造起重機的設計》一文中對新型雙梁鑄造起重機重新進行設計 . 使其新設計中有四根鋼繩，并且可以利用現(xiàn)有 50t起重機的橋架及小車架達到原四梁鑄造起重機的功能和安全指標 .鑄造起重機的工作任務是非常危險的，因為其起吊的鋼水包里的液態(tài)金屬溫度高達 1200? C，一旦鋼水包脫落，帶來的是災 12 難性的后果。傳統(tǒng)的力矩保護裝置是采用一個機械式的力矩傳感器，利用機械變形產(chǎn)生電信號，再將這一信號放大，為操作者提供顯示或保護信號；但這種接觸式的力矩保護存在著不可避免的誤差，為了提高其可靠性和精度，減小誤差，本文在對國內(nèi)外現(xiàn)有的力矩限制器進行了深入詳盡的對比和分析基礎上，借鑒和傳承了它們的成功經(jīng)驗，充分利用現(xiàn)代電子、計算機、傳感測控等方面的技術成果，提出了非接觸式的設計思想，進行了新型起重機力矩限制器的研制。減少塔式起重機事故，提高塔式起重機安全性能和作業(yè)效率迫在眉睫。 11 第二章 文獻評估 沈陽工業(yè)大學 吳芳在《大型塔式起重機非接觸式力矩保護技術研究》一文中分析了塔式起重機是工業(yè)和民用建筑施工中完成重物吊裝工作的主要設備，具有工作效率高，使用范圍廣，操作容易，安裝拆卸簡便等優(yōu)點。啟動自動控制功能，實現(xiàn)工藝要求的自動控制過程。故障時，可切換到司機人工操作，并隨時從任一工藝流程點切入自動過程，這將使效率更高，設備運行更合理。 自動控制： PLC將完成所有自動控制的功能，通過現(xiàn)場總線 (如 Profibus)實現(xiàn)對各機構調(diào)速裝置的速度及定位控制，該方式通訊信息量大，連線簡單，可靠性高。 基礎傳動基礎傳動將以全數(shù)字式可控硅定子調(diào)壓調(diào)速，變頻調(diào)速為主導?；A傳動采用變頻調(diào)速。簡而言之，這些部件間的形位公差由機床精度保證與裝配工人的技術等級無關，排除了人為因素，因而大大提高了裝配精度和使用性能，同時也大大縮短了用戶的維修時間。由于冶金起重機工作的特殊性，對質(zhì)量提出了較高的要求，小車架整體加工指焊在小車架上的電動機底座，制動器底座，減速器支承座，卷筒支承座，和小車車輪支承座等機座一次性地劃線加工而成，相互間的形位、尺寸公差由機床保證，因此裝配工作變得特別簡單。因而我們認為動力式板坯夾鉗起重機在現(xiàn)代冶金起重機發(fā)展上將占越來越重要的作用。我們認為星形傳動在鑄造起重機上的應用將逐步擴大，原因有二，其一星形傳 9 動基本具備原棘輪棘爪傳動的優(yōu)點，還可實現(xiàn)單電機長時間連續(xù)安全運行；其二對以前星形傳動造成事故的原因的認識逐步趨于一致，即結構性問題而非原理性問題，只要通過改進和完善設計就可以避免，加之電氣控制監(jiān)測技術的進 步，星形傳動的安全運行已經(jīng)可以得到有效的保證。二是星形減速機最初在鑄造起重機上使用時連續(xù)出過幾次問題，冶金部專門下文對星形傳動予以停用。 展趨勢鑄造起重機主傳動采用星形減速機應成為現(xiàn)代鑄造起重機發(fā)展的趨勢。配合傳統(tǒng)工藝時，冶金企業(yè)需要有：橋式加料起重機、料箱加料起重機、鑄造起重機、脫錠起重機、均熱爐鉗式起重機、均熱爐揭蓋起重機、板坯夾鉗起重機、剛性料耙起重機、 (含磁盤 )鋼卷夾鉗起重機等多種起重機來完成其工藝過程，而采用連鑄 → 連軋工藝時，冶 金廠只要有料箱加料、鑄造、板坯夾鉗、鋼卷夾鉗等幾種起重機即可完成全部工藝過程中的物料搬運，使吊車型式得到極大的簡化。實現(xiàn)結構型式的標準化還可以把經(jīng)過實 8 踐檢驗成熟可靠的結構型式應用于新的 產(chǎn)品中，避免結構型式的不合理產(chǎn)生的技術質(zhì)量問題，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。為提高起重機