【正文】 集成化和高效化 起重機的更新和發(fā)展 ,很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。使起重機組成的物料搬運系統(tǒng)具有更高的柔性 ,以適應(yīng)未來多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、可編程序控制器 PLC、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測等設(shè)備組成。目前控制方面重 點發(fā)展吊具防偏防搖技術(shù) ,取物裝置自動取、卸物技術(shù) ,位置檢測及自動位置控制技術(shù) ,故障自診斷監(jiān)控技術(shù)等。這類起重機自動化程度較高 ,具有信息處理功能 ,可將傳感器檢測出來的各種信息實施存貯、運算、邏輯判斷、變換等處理加工 ,進而向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制指令。起重機通過系統(tǒng)集成 ,能形成不同機種的最佳匹配和組合 ,取長補短 ,發(fā)揮最佳效用。 生產(chǎn)工程機械的美國卡特皮勒公司金屬結(jié)構(gòu)廠購置了一條以橋式起重機為主的物料自動搬運系統(tǒng) ,用以鋼板噴丸處理、自動切割和出入庫的自動裝卸運輸作業(yè) ,比原先采用單機操作工作效率提高 65%。這些在空間移動的搬運起重機代替了過去通常在地面行駛的自動導(dǎo)向搬運車 ,使車間地面面積得到充分利用。目前 ,計算機輔助設(shè)計 (CAD)已逐步深入到設(shè)計的各個階段和設(shè)計工作所涉及的各個領(lǐng)域。美國、德國、日本等一些起重機公司都廣泛應(yīng)用 CAD,徹底拋棄了傳統(tǒng)的圖板。 起重機是在復(fù)雜工況下工作的大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng) ,其動態(tài)性能受多種因素影響 ,運動參數(shù)與載荷不能用一個簡單的數(shù)學(xué)模型描述。國內(nèi)外近年來在起重機設(shè)計中采用了動態(tài)仿真設(shè)計新方法 ,用計算機對機構(gòu)與結(jié)構(gòu)在各種工況下 承受載荷進行運動狀態(tài)及隨時間變化過程的仿真模擬 ,得到仿真輸出參數(shù)和結(jié)果 ,以此來估計和推斷實際運行的各種數(shù)據(jù)。人機工程學(xué)在起重機上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在司機室的設(shè)計 ,包括司機室的合理布置 ,減輕司機疲勞和提高工作效率的措施 ,加強環(huán)境保護 ,減少灰塵和廢氣污染 ,減少司機室的振動和噪聲等。進一步開展對起重機整機及零部件的可靠性試驗研究 ,提供 起重機新的設(shè)計方法和數(shù)據(jù)。 、美觀化、宜人化和綜合化 結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材和異型鋼 ,減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫 ,提高抗疲勞性能。橋式類型起重機橋架大多采用箱形四梁結(jié)構(gòu) ,主梁與端梁采用高強度螺栓聯(lián)接 ,便于加工、運輸與安裝?！叭弦弧边\行機構(gòu)由于結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便 、調(diào)整簡單并運行平穩(wěn) ,將成為起重機運行機構(gòu)的主流 ,減速器殼體、卷筒及滑輪等的制造都以焊代鑄 ,能減輕自重、增加承載能力和改 善加工制造條件。在電控方面開發(fā)性能好、成本低、可靠性高的調(diào)速系統(tǒng)和電控系統(tǒng) ,發(fā)展半自動和全自動操縱。有專家指出 ,未來的起重機驅(qū)動技術(shù) ,由于變頻調(diào)速系統(tǒng)越來越多地得到應(yīng)用 ,交流鼠籠電動機將會重新受到重視并被廣泛采用。 、靈捷化、精益化和規(guī)?；? 在激烈的市場競爭條件下 ,要提高起重機的市場占有率 ,確保起重機的高性能高質(zhì)量 ,并不斷推出新產(chǎn)品 ,生產(chǎn)企業(yè)必須具備市場變化的適應(yīng)能力和快速反應(yīng)能力。生產(chǎn)制造的柔性化是使工藝裝備與工藝路線能適用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的需要 ,從適應(yīng)當(dāng)前單品種大批量生產(chǎn)方式向多品種小批量生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。生產(chǎn)制造的精益化是使生產(chǎn)過程勞動生產(chǎn)率不斷提高 ,保持產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定 ,強調(diào)企業(yè)各部門相互密切合作。起重機制造時畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 廣泛采用計算機輔助工藝規(guī)劃 (CAPP)、計算機輔助制造 (CAM)和柔性制造系統(tǒng) (FMS)。充分利用加工中心和全自動數(shù)控機床 ,提高加工制造的自動化水平。 國產(chǎn)起重機與國外產(chǎn)品的差距 近些年來，伴隨著我國固定資產(chǎn)投資的飛速增長、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和大型項目的不斷上馬，使得我國工程機械行業(yè)獲得了空前的發(fā)展，也受到了人們越來越多的關(guān)注。那么，我國工程機械行業(yè)的競爭力究竟如何？同國外的對手相比，孰優(yōu)孰劣？有關(guān)專家以起重機產(chǎn)品為例，從四個方面進行了分析對比。然而，與歐美日等發(fā)達地區(qū)相比，我們的技術(shù)實力還是有一 定差距的。歐洲起重機的平均噸位在 800 噸，而我國目前這一數(shù)字卻不到 200。 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由于技術(shù)能力所限，我國起重機在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上也不夠完善，難以同國外匹敵。而這兩種產(chǎn)品是起重機眾多類別當(dāng)中噸位最大的，其價格也遠遠高于普通的汽車或輪胎式起重機，這一領(lǐng)域國內(nèi)產(chǎn)能的匱乏使得我們不得不付給國外廠商更多的成本。在我國，鋼鐵企業(yè)的技術(shù)缺陷也給下游的工程機械行業(yè)發(fā)展造成了一定程度的制約，鋼材的硬度、彈性、延展性等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)直接關(guān)系到技術(shù)能否實 現(xiàn)。然而，我國在這方面顯然不能同歐美畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 日等發(fā)達國家相比。 進出口結(jié)構(gòu)從起重機的進出口結(jié)構(gòu)來看，我國起重機行業(yè)總體上以出口為主，貿(mào)易順差較大，尤其在亞洲有著非常廣闊的市場。在中低端市場上，由于價格上的優(yōu)勢，我們擁有 更多的市場份額，也涌現(xiàn)出了徐工，中聯(lián)浦沅這樣優(yōu)秀的民族品牌。更主要的是，我國在這一領(lǐng)域從未放棄過自主研發(fā)，而且已經(jīng)具備了相當(dāng)大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，創(chuàng)造了幾個蜚聲全球的知名品牌。 2 起重夾鉗簡介 國內(nèi)外起重夾鉗發(fā)展?fàn)顩r 夾鉗作為一種起重作業(yè)機具 被廣泛應(yīng)用于冷、熱軋薄板廠，用來搬運各種半成品及成品鋼卷，是一種工作效率很高、適應(yīng)性極強、用途非常廣泛的起重設(shè)備，屬于冶金行業(yè)中的特種設(shè)備。外力輔助式央鉗是靠輔助外力實現(xiàn)對物料的夾持，不管貨物的尺寸如何，只要輔助設(shè)備工作得當(dāng)，這種夾鉗就能輕易地對其實現(xiàn)夾緊，它具有操作簡單、生產(chǎn)效率高、夾持力可調(diào)等特點。 目前我國應(yīng)用較多的是重力式夾鉗，由于其初始夾緊力的產(chǎn)生是靠夾鉗和物料的自重實現(xiàn)的，如何用合適的力夾取物料，做到既能安全實現(xiàn)夾取，又避免鉗體的受力太大而導(dǎo)致鉗臂或物料的破壞就顯得非常重要了。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 在我國，在吊夾裝置、液壓鋼卷夾鉗、重力式板坯夾鉗、電動平移式板坯夾鉗等方面進行過研究工作。 德國、美國、俄羅斯等國家，在央鉗的研究方面做得很好，這些國家很早就對各種鉗式取物裝置進行了理論和實驗研究。相對于國外，我們國家在夾鉗上的研究還是非常有限，特別是在重力式帶卷夾鉗上，很少進行系統(tǒng)性的研究。此外，夾鉗起重機還可用來撥移鋼錠車或夾上清爐耙清理爐底。 夾鉗裝置夾持鋼錠的工作可靠性通常用夾緊系數(shù) K表示。為了加大夾緊系數(shù) K，除應(yīng)提高夾鉗裝置的強度與剛性外，還應(yīng)設(shè)法尋求最為合理舶結(jié)構(gòu)形式，以免過多地增大夾鉗裝置的幾何尺寸和自重，影響起升機構(gòu)的電機功率或起升速度。 螺桿夾緊式 夾鉗裝置有 4個起升動滑輪 2， 每兩根鋼繩由起升卷筒經(jīng)起升動滑輪成對地固定到小車架上的平衡杠桿或平衡輪上。拉桿向上時夾鉗閉合，拉桿向下時，夾鉗在自重的作用下開啟。 為了保持央鉗對鋼錠的穩(wěn)定夾持力， 在開閉機構(gòu)自 底座上方裝有彈簧裝置，彈簧的壓力越大，夾鉗對鋼錠的夾緊力就越大。在確定彈簧壓力時， 除應(yīng)根據(jù)電機功率、傳動裝置的傳動畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 比， 螺桿螺紋導(dǎo)角、夾鉗鉗桿的傳動比及傳動效率等因素外， 還與各運動物件運動時的慣量有關(guān)。螺桿夾緊式夾鉗裝置的夾鉗鉗桿自重對夾緊力的影響甚小。這種夾鉗裝置的夾緊力主要是由機構(gòu)傳動 在螺桿中產(chǎn)生軸向力帶動夾鉗鉗桿產(chǎn)生的。為了防止機構(gòu)在刮渣時過載， 機構(gòu)也設(shè)有極限力矩保護裝置 [4] 。 圖 螺桿夾緊式 夾鉗自重夾 緊式 按照連接夾鉗鉗桿的銷軸數(shù)量和結(jié)構(gòu)， 夾鉗裝置可分為如圖 22 所示的單銷軸式，圖 23所示的雙銷軸式和雙銷軸軸距可調(diào)式。 [4] 雙銷軸可調(diào)式夾鉗裝置適用于鋼錠尺寸變動范圍較大的情況，軸距的調(diào)節(jié)可以用人工，亦可用機械 前者費工費時，且在高溫時進行調(diào)節(jié)的勞動條件很差，后者可以無級調(diào)距， 但需增加一套傳動裝置，結(jié) 構(gòu)較復(fù)雜。當(dāng)中的啟閉鋼繩由啟閉卷筒經(jīng)啟閉動滑輪纏繞到起升卷筒上，它與起升鋼繩有相同的纏繞中徑。夾鉗須閉合時，由啟閉機構(gòu) 。由于夾鉗鉗桿上部 的滾予是沿著八字形導(dǎo)槽向下滾動的， 夾鉗因而閉臺。夾鉗的開啟過程就是閉合運動的逆過程。夾鉗裝置的起升運動是使起升卷筒以相同的速度纏繞起升鋼繩和啟閉鋼繩，起升動滑輪與啟閉動滑輪間相對位置不變，因而夾鉗裝置不論處于 任何高度，夾鉗的鉗口開度也不會變化。起升機構(gòu)動作時，起升動滑輪帶動上橫粱、立柱及導(dǎo)飴架一起上升。在夾鉗夾住鋼錠、起升機構(gòu)起升鋼錠前，夾鉗的夾緊力主要是夾鉗的自重產(chǎn)生的，此時的夾緊力稱為初始夾緊力。在夾鉗自重不變的情況下，夾緊力的大小只與夾鉗的幾何 尺寸、鉗口開度及導(dǎo)向槽的曲線形狀有關(guān)。為了使夾鉗裝置工作可靠，設(shè)計常取夾緊系數(shù) K≥ 1． 8～ 2． 0。在實際工作時，夾鉗起畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 重機所夾取的鋼錠品種和規(guī)格是多種多樣的，即使是同一品種和規(guī)格的鋼錠，由于鉗口與鋼錠側(cè)面的接觸位置不同，或夾鉗夾取鋼錠的開度不同，夾緊系數(shù)常常是變化的。但是這種曲線不論在設(shè)計和制造時都是困難的，通常簡單地選用槧一等半徑的曲線。為防止機構(gòu)在回轉(zhuǎn)刮渣時過載，機構(gòu)設(shè)有極限力矩保護裝置。夾鉗裝置有 4個起升動滑輪，每兩根起升鋼繩由 起升卷筒經(jīng)起升動滑輪成對地固定到小車架上的平衡滑輪上。 夾鉗在閉臺時，原來張開的夾鉗裝置重量支承在啟閉鋼繩上，當(dāng)啟閉機構(gòu)下放鋼繩耐，啟閉動滑輪 3及外部滑塊 2下降，夾鉗裝置的立柱及鉗銷軸因而下降，起升動滑輪與鉗銷軸問的距離變大，夾鉗開始閉合 當(dāng)夾鉗尖接觸到鋼錠側(cè)面時，閉臺動作停止，立柱亦不再下降，啟閉機構(gòu)繼續(xù)下放鋼繩，夾鉗裝置的重量通過鉗銷軸懸掛在起升鋼繩上，從而產(chǎn)生初始夾緊力。為了減小滑塊上升時與立柱的沖擊， 在其間裝有彈簧緩沖器夾鉗裝置起升時，起升卷筒以相同的速度卷繞啟閉鋼繩和起升鋼繩，因而啟閉動滑輪與． 起升動滑輪閥的距離不變，夾鉗的開度也不變。這起升機構(gòu)與啟閉機構(gòu)也是獨立的機構(gòu)，它們可以分別動作或 同時動作。 圖 夾鉗裝置自重夾緊式夾鉗裝置 畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 鋼繩張力附加夾緊式 鋼繩張力附加夾緊式央鉗裝置的結(jié)構(gòu)型式見圖 。兩極啟閉鋼繩由啟閉機構(gòu)卷筒繞過啟閉動滑輪纏繞到起升巷筒上，它們與起升鋼繩有相同的繩繞中徑。當(dāng)啟閉機構(gòu)下放鋼繩，啟閉動滑輪及其外 部的滑塊下降，夾鉗裝置的立柱、鉗銷軸及起升定滑輪隨之下嘴 。起升動滑輪與鉗銷軸距離變大，夾鉗開始閉合 當(dāng)鉗夾接觸到鋼錠側(cè)面時，閉合動怍停止，立柱不再下降， 啟閉機構(gòu)繼續(xù)下放鋼繩， 夾鉗裝置便通過鉗銷軸懸掛到起升鋼繩上。 設(shè)計目的 （ 1）了解國內(nèi)外起重夾鉗技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用情況； （ 2）掌握夾鉗裝置的工作原理、夾鉗裝置的工作要求及性能； （ 3）確定起重機總體設(shè)計方案； （ 4）給出傳動裝置方案的設(shè)計； （ 5）進行夾鉗裝置的設(shè)計； （ 6）完成設(shè)備穩(wěn)定性分析。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 100kg 起重機種類的選擇與確定 起重機械按其功能和結(jié)構(gòu)特點，大致可以分為下列 4 大類 [7] ： （ 1） 輕、小型起重設(shè)備 輕小型起重設(shè)備的特點是輕便、結(jié)構(gòu)緊湊，動作簡單，作業(yè)范圍投影以點、線為主。電動葫蘆常配有運行小車與金屬構(gòu)架以擴大作業(yè)范圍。橋式起重機的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運行，構(gòu)成一矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設(shè)備的阻礙。依靠這些機構(gòu)的配合動作，可使重物在一定的圓柱形空間內(nèi)起重和搬運。如汽車式起重機、輪胎式起重機、塔式起重機、 門座式起重機 、浮式起重機、鐵路起重機等 [7] 。升降雖只有一個升降機構(gòu)，但在升降機中，還有許多其他 附屬裝置，所以單獨構(gòu)成一類，它包括：電梯、貸梯、升船機等。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 臂架式起重機的工作原理 1底座 2電動機 1 3電動機 2 4皮帶輪 5起重滑輪 6吊臂 7吊臂支柱 圖 起重機總體裝配圖 臂架式起重機是通過起升機構(gòu)來實現(xiàn)貸物的升降，通過擺動機構(gòu)來實現(xiàn)貸物的水平運移。 機構(gòu)停止工作時，制動器使夾鉗連同貸物懸停在空中。 100kg 起重機電機的選擇 對任何需要配備傳動裝置或執(zhí)行機構(gòu)的電子設(shè)備而言，電氣傳動是最為理想和方 便的一類。 根據(jù) 500 kg 起重機的工作條件，結(jié)合實際經(jīng)驗對電動機的容量進行選擇 ， 主要從載荷和工作速度兩方面。 根據(jù)已知條件由計算得知工作機所需有效功率： 畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 ???? FvPw (41) 通過電機機械手冊查表得 ： 有 40w ～ 60w 的電機，例如 YS5614 就是一個 50W的電機。本論文所涉及的是機械傳動 ,具體可以分為帶傳動、 鏈傳動、齒輪傳動和蝸桿傳動。選擇傳動類型時所依據(jù)的主要指標(biāo)是：效率高、外廓尺寸小，質(zhì)量小，運動性能良好及符合生產(chǎn)條件（生產(chǎn)可能性、預(yù)期的生產(chǎn)率及生產(chǎn)成本）等。 功率與效率 各類傳動所能傳遞的功率取決于其傳動原理、承載能力、載荷分布、工作速度、制造精度、機械效率和發(fā)熱情況等因素。 不斷提高傳動的效率，就能節(jié)約動力，降低運轉(zhuǎn)費用。在機械傳動中，功率的損失主要由于軸承摩擦、傳動零件間的相對滑動和攪動潤滑油等原因，所損失 的能量絕大部分轉(zhuǎn)化熱。因此，效率低的傳動裝置一般不宜用于大功率的傳動。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 表 1 各種傳動傳遞功率的范圍及效率概值 傳動類型 功率 P/k W 效率 η(未計入軸承中摩擦損