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中國礦業(yè)大學(xué)2008屆畢業(yè)生設(shè)計 第 86頁
1 概述
1.1起重機(jī)械的任務(wù)及其在國民經(jīng)濟(jì)中的作用
起重機(jī)械的基本任務(wù)是垂直升降重物，并可兼使重物作短距離的水平移動，以滿足重物裝卸、轉(zhuǎn)載、安裝等作業(yè)的要求。起重機(jī)械是現(xiàn)代化生產(chǎn)必不可少的重要機(jī)械設(shè)備，它對于減輕繁重的體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率和實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機(jī)械化、自動化以及改善人民的物質(zhì)、文化生活需要都具有重大的意義。
起重機(jī)械廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、港口碼頭、車站倉庫、建筑工地、海洋開發(fā)、宇宙航行等各個工業(yè)部門，可以說陸地、海洋、空中、民用、軍用各個方面都有起重機(jī)械在進(jìn)行著有效的工作。
沒有起重機(jī)械，不僅工作效率低、勞動強(qiáng)度大，甚至難以工作。高層建筑的施工、上萬噸級和幾十萬噸級的大型船舶的建造、火箭和導(dǎo)彈的發(fā)射、大型水電站的施工、安裝等等都離不開起重機(jī)械。例如一個20萬千瓦的火力發(fā)電站，如果全部用煤作燃料，那么每天需耗煤約2400噸。如果考慮從煤場到鍋爐僅有半公里的路程，則每天就需1500名工人搬運，這么多的人如何組織工作，遇有風(fēng)雨冰雪又將如何！又例如一艘時速18海里的5萬噸級的貨船，往返7000海里的航線需時僅16天，而在6個港口?？垦b卸的時間卻有37天，裝卸費用約占總運費的40-60%，由此可見起重機(jī)械的重要性和提高裝卸效率的迫切性。
起重機(jī)械不僅可以作為輔助的生產(chǎn)設(shè)備，完成原料、半成品、產(chǎn)品的裝卸、搬運，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的安裝、維修，而且它也是一些生產(chǎn)過程工藝操作中的必須設(shè)備，例如鋼鐵冶金生產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)，從爐料準(zhǔn)備、加料道煉好的鋼水澆鑄成錠以及脫模取錠等。又例如原子能工業(yè)中的一些工藝操作等人所難達(dá)之處，沒有起重機(jī)械，簡直無法生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，在我國冶金、煤炭部門的機(jī)械設(shè)備總臺數(shù)或總重中，起重運輸機(jī)械約占25-65%.
起重機(jī)械與運輸機(jī)械發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為合理組織成批大量生產(chǎn)和機(jī)械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。在我國四個現(xiàn)代化的發(fā)展和各個工業(yè)部門機(jī)械化水平、勞動生產(chǎn)率的提高中，起重機(jī)械必將發(fā)揮更大的作用。
1.2起重機(jī)械的發(fā)展簡況和動向
1.2.1我國起重機(jī)械的發(fā)展簡況
起重機(jī)械和其它自然科學(xué)一樣，是人類生產(chǎn)斗爭經(jīng)驗的總結(jié)，它是隨著人們的生產(chǎn)實踐逐漸發(fā)展并不斷豐富完善的。中華名族有著悠久的歷史，我國古代人民在起重機(jī)械方面也有過偉大的發(fā)明和創(chuàng)造。
公元前1765-1760年間，我國還處在奴隸社會的商朝時期，由于農(nóng)業(yè)灌溉的需要，就已經(jīng)發(fā)明了桔槔，它就是由杠桿、對重和取物裝置組成的簡單的起重工具，是臂架型起重機(jī)的雛形。
公元前1100年發(fā)明了轆轤，它是由支架、卷筒、曲柄、繩索等組成的人力驅(qū)動的原始絞車。轆轤用卷筒的回轉(zhuǎn)運動代替了杠桿的升降，因而加大了物品的起升高度，從而擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。
宋代嘉佑年間（約1000年以前），華北地區(qū)懷丙和尚從洶涌的黃河中打撈出幾萬公斤的鎮(zhèn)橋鐵牛，從而修復(fù)了黃河上的通道——蒲津浮橋（現(xiàn)山西永濟(jì)縣境）。懷丙所采用的利用水的浮力起吊沉沒于河底的鐵牛的打撈方法可以說是現(xiàn)代用浮筒打撈沉船方法的起源。
解放前，由于長期受到帝國主義、封建勢力和官僚資產(chǎn)階級的黑暗統(tǒng)治，我國古代的科學(xué)技術(shù)未能得到繼承、發(fā)展，不要講自己設(shè)計制造新型的起重機(jī)械，就連最簡單的起重工具大多也要靠國外進(jìn)口。
解放后，在中國共產(chǎn)黨和人民政府的領(lǐng)導(dǎo)下，陸續(xù)在大連、上海建立了起重機(jī)械的專業(yè)工廠。1952年又在上海交通大學(xué)成立了我國第一個起重運輸機(jī)械專業(yè)，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才。接著又成立了全國性起重運輸機(jī)械的科研單位。目前起重運輸機(jī)械在我國已發(fā)展成為包括科學(xué)研究、高等教育、設(shè)計制造的完整的專業(yè)體系；全國有數(shù)百家專業(yè)工廠生產(chǎn)著各式各樣的起重運輸機(jī)械產(chǎn)品?，F(xiàn)在我國已能自行設(shè)計制造冶金用的350噸鑄造起重機(jī)、300噸鍛造起重機(jī)、350噸液壓脫錠起重機(jī)、水電站用的400噸和500噸壩頂門式起重機(jī)、造船用的200噸門式起重機(jī)、160噸門座起重機(jī)和新型80噸圓筒形門座起重機(jī)，最大起重量達(dá)200噸的全回轉(zhuǎn)浮式起重機(jī)、起重力矩120噸米的高層建筑用自升式塔式起重機(jī)和最大起重力矩已達(dá)3000噸米的電站設(shè)備安裝用運行式塔式起重機(jī)等。還有在14世紀(jì)，西歐出現(xiàn)人力和畜力驅(qū)動的轉(zhuǎn)動臂架型起重機(jī)；19世紀(jì)前期，出現(xiàn)了橋式起重機(jī)；起重機(jī)的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開始采用金屬材料制造，并開始采用水力驅(qū)動；到了19世紀(jì)后期，蒸汽驅(qū)動的起重機(jī)逐漸取代了水力驅(qū)動的起重機(jī)；20世紀(jì)20年代開始，由于電氣工業(yè)和內(nèi)燃機(jī)工業(yè)的迅速發(fā)展，以電動機(jī)或內(nèi)燃機(jī)為動力裝置的各種起重機(jī)基本形成。
1.2.2起重機(jī)械的發(fā)展動向
① 大型化
隨著大型船舶的建造，數(shù)百噸重的船體結(jié)構(gòu)分段的出現(xiàn)，以及大型水電站的建造需要，近年來在聯(lián)邦德國、日本等國設(shè)計制造了一些“起重機(jī)”巨人。例如聯(lián)邦德國克虜伯公司為日本三井造船公司設(shè)計的最大起重量達(dá)300噸的門座起重機(jī)。該機(jī)兩個主鉤的額定起重量分別為300噸和150噸，其最大工作幅度分別為55米和84米，并且在55米的工作幅度范圍內(nèi)，可以用兩個主鉤同時工作，以實現(xiàn)船體分段空中翻身。日本的石川島播磨重機(jī)公司也曾設(shè)計制造過參數(shù)基本同上的300噸門座起重機(jī)。
聯(lián)邦德國波利希-海凱爾-布萊謝爾特公司及尤和工廠共同為瑞典考庫姆斯船廠設(shè)計了一臺起重量達(dá)1500噸的門式起重機(jī)，用于該廠建造35萬噸船舶的船塢。這臺起重機(jī)高達(dá)136米，跨度174米，最大起升高度為105米，起重機(jī)總質(zhì)量為7200噸，電動機(jī)總?cè)萘繛?300千瓦，不包括軌道、基礎(chǔ)的建機(jī)費用約為600萬英鎊。
又如設(shè)計容量為965萬千瓦的美國大苦力水電站，單臺發(fā)電機(jī)的容量為70萬千瓦，轉(zhuǎn)子質(zhì)量為1760噸，它配備有起重量為2000噸的門式起重機(jī)一臺，起重量為300噸的橋式起重機(jī)兩臺。此外，美國升降機(jī)公司也曾生產(chǎn)過最大起重量為3000噸的浮式起重機(jī)。
② 標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、專用化、自動化
對常用的大批量通用起重機(jī)械的主要性能參數(shù)、主要機(jī)構(gòu)及零部件等實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化對于提高生產(chǎn)率、減低生產(chǎn)成本、改善產(chǎn)品性能及維護(hù)保養(yǎng)等都具有積極的意義，目前國內(nèi)、外許多工廠都對自己的產(chǎn)品制訂有系列。
針對不同的服務(wù)場地、吊裝對象，設(shè)計制造專用的起重機(jī)械，如冶金起重機(jī)、集裝箱起重機(jī)等。
通過無線電遙控、電子計算機(jī)操縱，實現(xiàn)起重機(jī)的操作自動化，無人化。
③ 材料、結(jié)構(gòu)形式及新技術(shù)的應(yīng)用
起重機(jī)的大型化，必然帶來對材料的大量要求，因此采用高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)材料和合理的結(jié)構(gòu)形式對于減輕起重機(jī)的自身質(zhì)量、節(jié)省鋼材有著很大的影響。
在結(jié)構(gòu)形式方面，目前除桁架結(jié)構(gòu)、箱形結(jié)構(gòu)外，還采用桁架結(jié)構(gòu)、筒形結(jié)構(gòu)、空腹結(jié)構(gòu)以及大型薄板結(jié)構(gòu)等。
新技術(shù)的應(yīng)用，有全封閉減速器、全面采用滾動軸承、大型組合滾道、鍛造軋制車輪、低速大力矩馬達(dá)、多級調(diào)速等。
④ 計算理論和設(shè)計方法
隨著起重機(jī)械的迅速發(fā)展，極限狀態(tài)計算法、有限單元法、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計以及電子計算機(jī)輔助設(shè)計、自動設(shè)計等正在越來越廣泛地得到研究和應(yīng)用。
⑤ 提高工作安全性和環(huán)境保護(hù)
如改善司機(jī)的工作條件，振動、噪聲、廢氣、塵埃的防止、處理等。
1.3起重機(jī)械簡介
1.3.1起重機(jī)械的概念
起重機(jī)械是以間歇、循環(huán)工作方式，通過起重吊鉤或其它吊具的起升、下降，或升降與運移重物的機(jī)械設(shè)備。每個工作循環(huán)一般包括：起升機(jī)構(gòu)通過取物裝置將物品從取物地點反物品提起；經(jīng)變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運行、旋轉(zhuǎn)；運行機(jī)構(gòu)實現(xiàn)移位；然后物品在指定地點下降；接著，起重機(jī)反向運動，使取物裝置回到原位，以便進(jìn)行下一次的工作循環(huán)。在兩個工作循環(huán)之間，一般有短暫的停歇。起重機(jī)械工作的各個機(jī)構(gòu)經(jīng)常是運行于起動、制動、以及正向、反向等相互交替的工作狀態(tài)中的。
1.3.2起重機(jī)械的工作特點和主要組成
起重機(jī)械是一種間歇動作的機(jī)械，它具有重復(fù)而短暫的工作特征。起重機(jī)械在搬運物料時，通常經(jīng)歷著上料、運送、卸料以及回到原處的過程，各工作機(jī)構(gòu)在工作時作往復(fù)周期性的運動，例如起升機(jī)構(gòu)的工作由物品的升、降所組成；運行機(jī)構(gòu)的工作由負(fù)載和空載時的往復(fù)運動所組成。在起重機(jī)械的每一個工作循環(huán)，既每搬運一次物品的過程中，其有關(guān)的工作機(jī)構(gòu)都要作一次正向和反向的運動。起重機(jī)械與連續(xù)運輸機(jī)械的主要區(qū)別就在于前者是以周期性的短暫往復(fù)工作循環(huán)運送物品，而后者是以長期連續(xù)單向的工作運送物品。正是由于這一基本差異決定了起重機(jī)械和連續(xù)機(jī)械在構(gòu)造和設(shè)計計算方面的許多重要區(qū)別。
起重機(jī)械一般總是由下列三個基本部分組成：
① 工作機(jī)構(gòu)
它是起重機(jī)械的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其作用是使被吊運的物品獲得必要的升降和水平移動，從而實現(xiàn)物品裝卸、轉(zhuǎn)載、運輸、安裝等作業(yè)要求。起重機(jī)械上常用的工作機(jī)構(gòu)有起升機(jī)構(gòu)、運行機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，即所謂起重機(jī)械的四大機(jī)構(gòu)。此外，針對某些特殊的使用要求，有時還設(shè)有伸縮機(jī)構(gòu)、放倒機(jī)構(gòu)、夾鉗機(jī)構(gòu)等。在所有這些機(jī)構(gòu)中，實現(xiàn)物品垂直升降的起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)械的基本工作機(jī)構(gòu)，而其它機(jī)構(gòu)則是輔助的工作機(jī)構(gòu)，配合起升機(jī)構(gòu)工作。根據(jù)具體使用要求，輔助的工作機(jī)構(gòu)可以多設(shè)，也可以少設(shè)，甚至完全不設(shè)，但是作為基本工作機(jī)構(gòu)的起升機(jī)構(gòu)卻是任何一種起重機(jī)械所必不可少的。
② 金屬結(jié)構(gòu)
它是起重機(jī)械的骨架，決定了起重機(jī)械的結(jié)構(gòu)造型，它用來支持工作機(jī)構(gòu)、物品的重力和自身重力以及外部載荷等，并將這些重力和載荷傳遞給起重機(jī)械的支承基礎(chǔ)。
③ 動力設(shè)備
它為起重機(jī)械提供工作動力、控制、照明、聯(lián)絡(luò)等。
1.3.3起重機(jī)械的基本形式
起重機(jī)械的形式形形色色，五花八門，其大體分類如下：裝卸橋
門式起重機(jī)
梁式起重機(jī)
冶金橋式起重機(jī)
通用橋式起重機(jī)
手扳葫蘆
手拉葫蘆
電動葫蘆
絞車
千斤頂
懸掛單軌系統(tǒng)
輕小起重設(shè)備
橋架型起重機(jī)
起重機(jī)械
堆垛起重機(jī)
協(xié)會
纜索起重機(jī)
浮式起重機(jī)
鐵路起重機(jī)
履帶起重機(jī)
輪胎起重機(jī)
汽車起重機(jī)
塔式起重機(jī)
門座起重機(jī)
固定式回轉(zhuǎn)起重機(jī)
升降機(jī)
臂架型起重機(jī)
圖1-1 起重機(jī)械分類圖
根據(jù)起重機(jī)械所配備的工作機(jī)構(gòu)數(shù)目的多少或服務(wù)范圍的不同，起重機(jī)械可以分為以下兩大類別：
① 單動作的起重機(jī)械
這種起重機(jī)械只配備一個工作機(jī)構(gòu)（起升機(jī)構(gòu)），只能實現(xiàn)一個方向上的往復(fù)運動，因此其服務(wù)范圍是一條直線，如千斤頂、固定滑車、升降機(jī)、電梯等。
② 復(fù)動作的起重機(jī)械
這種起重機(jī)械配備有兩個以上的工作機(jī)構(gòu)，即除起升機(jī)構(gòu)外還配備有其它輔助機(jī)構(gòu)，可以實現(xiàn)兩個方向以上的往復(fù)運動，因此其服務(wù)范圍是一個平面或一個立體空間。
根據(jù)構(gòu)造特征和實現(xiàn)物品水平運動方式的不同，復(fù)動作的起重機(jī)械可以分為兩大基本類型：
① 橋架型起重機(jī)
構(gòu)造特征：金屬構(gòu)架做成直線形或門形橋架的形式，構(gòu)造較簡單。
服務(wù)范圍：長方形空間
機(jī)構(gòu)數(shù)目：一般有起升、大車運行和小車運行三個工作機(jī)構(gòu)。
吊載能力：較大( 一般在支承平面內(nèi)吊載，穩(wěn)定性好)。
典型機(jī)種：橋式起重機(jī)、門式起重機(jī)、纜索起重機(jī)等。
橋式起重機(jī)是橋架型起重機(jī)中最主要的形式，在數(shù)量上占起重機(jī)總數(shù)的首位，使用范圍極為廣泛，一般用在車間內(nèi)為生產(chǎn)工藝過程服務(wù)。
門式起重機(jī)是橋架起重機(jī)中另一主要形式，與橋式起重機(jī)相比，它們的主要特征是在橋架的一端或兩端設(shè)有支腿，可直接支承在地基上或沿地面軌道運行，一般用在碼頭、堆場、造船臺等露天作業(yè)場地上，為貨物裝卸、堆垛、船體拼接等生產(chǎn)工藝過程服務(wù)。當(dāng)門式起重機(jī)的小車運行速度大，運行距離長，生產(chǎn)率高，主要吊運散料時，常改稱為裝卸橋。
當(dāng)橋架型起重機(jī)的跨度特別大時，為了減輕橋架和整機(jī)的自身質(zhì)量，常改用纜索來代替橋架，供起重小車支承和運行之用，這類起重機(jī)稱為纜索起重機(jī)，常用在水電站大壩施工等現(xiàn)場上，為工件吊運、混凝土澆筑等生產(chǎn)工藝過程服務(wù)。
② 臂架型起重機(jī)
構(gòu)造特征：有固定的或可擺動的臂架，上部結(jié)構(gòu)相對下部結(jié)構(gòu)能夠回轉(zhuǎn)，構(gòu)造較復(fù)雜。
服務(wù)范圍：圓形或腰圓形的柱體空間。
機(jī)構(gòu)數(shù)目：一般有起升、回轉(zhuǎn)、變幅和運行四個工作機(jī)構(gòu)。
吊載能力：較?。ㄖС衅矫嫱獾踺d，受限于起重機(jī)的整體穩(wěn)定性）。
典型機(jī)種：門座起重機(jī)、塔式起重機(jī)、汽車起重機(jī)等。
1.4起重機(jī)簡介
1.4.1起重機(jī)的概念
起重機(jī)是在一定范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運重物的多動作起重機(jī)械，又稱吊車。它主要用來吊運成件物品，配備適當(dāng)?shù)蹙吆笠部傻踹\散狀物料和液態(tài)物料。
起重機(jī)的工作特點是作間歇性運動，即在一個工作循環(huán)中取料、運移、
卸載等動作的相應(yīng)機(jī)構(gòu)是交替工作的。各機(jī)構(gòu)經(jīng)常處于起動、制動和正反方
向運轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)。
1.4.2起重機(jī)的組成結(jié)構(gòu)
起重機(jī)一般是由工作機(jī)構(gòu)、金屬結(jié)構(gòu)、動力裝置與控制系統(tǒng)組成。
① 工作機(jī)構(gòu)
工作機(jī)構(gòu)是為實現(xiàn)起重機(jī)不同的運動要求而設(shè)置的，一般包括以下四大機(jī)構(gòu)：
起升機(jī)構(gòu) —升降重物的機(jī)構(gòu)。它是起重機(jī)的最主要的機(jī)構(gòu)，任何一種起重機(jī)械，都有這種機(jī)構(gòu)。
運行機(jī)構(gòu)—使起重機(jī)械或起重小車行走的機(jī)構(gòu)。
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)—使起重機(jī)械的回轉(zhuǎn)部分在水平面內(nèi)，繞回轉(zhuǎn)中心線轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)。
變幅機(jī)構(gòu)—使起重機(jī)械臂架的傾角變化，改變幅度的機(jī)構(gòu)。
② 金屬結(jié)構(gòu)
金屬結(jié)構(gòu)是起重機(jī)械的骨架，主要用來支承工作機(jī)構(gòu)、承受自身重力和作業(yè)時的外載荷。
③ 動力裝置和控制系統(tǒng)
動力裝置是驅(qū)動起重機(jī)械運動的動力設(shè)備。它在很大程度上決定了起重機(jī)的性能和構(gòu)造特點。一般為電動機(jī)或內(nèi)燃機(jī)。
控制系統(tǒng)包括操縱裝置和安全裝置。各機(jī)構(gòu)的起動、調(diào)速、改向、制動和停止，都是通過操縱控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。
1.4.3起重機(jī)的種類
起重機(jī)通常按結(jié)構(gòu)分為臂架型起重機(jī)和橋架型起重機(jī)。
臂架型起重機(jī)包括塔式起重機(jī)（如圖1-2）、門座起重機(jī)、浮式起重機(jī)、自行式起重機(jī)、由桅桿和臂架組成的桅桿起重機(jī)、沿墻壁運行的壁行起重機(jī)和裝在船舶甲板上的起重機(jī)等。
圖1-2 塔式起重機(jī)
橋架型起重機(jī)包括橋式起重機(jī)（如圖1-3）、龍門起重機(jī)。
圖1-3 橋式起重機(jī)
起重機(jī)的型式很多，但其主要組成部分都包括起升機(jī)構(gòu)、運行機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，以及金屬結(jié)構(gòu)等。
1.4.4起重機(jī)的發(fā)展趨勢
起重機(jī)的主要發(fā)展趨勢是：研制更合理的金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)和零部件，以減少金屬消耗量；發(fā)展大起重量的起重機(jī)；提高工作速度、擴(kuò)大調(diào)速范圍；研究結(jié)構(gòu)振動問題；提高金屬結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備的可靠性和使用壽命；改善司機(jī)操作的條件，自動化控制程度和擴(kuò)大遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)的使用范圍尤其是把它們應(yīng)用到作業(yè)頻繁的倉庫堆垛起重機(jī)和環(huán)境惡劣的冶金起重機(jī)上。
1.5起重技術(shù)目前在國內(nèi)、外的發(fā)展?fàn)顩r
1.5.1目前國外起重技術(shù)的發(fā)展
① 起重機(jī)械大型化
為了提高一次吊裝的重量，目前國外，尤其是西方發(fā)達(dá)國家都在大力發(fā)展大型起重機(jī)。據(jù)有關(guān)資料顯示，目前自行式起重機(jī)的額定起重量最大達(dá)到2000噸，自升式龍門桅桿起重機(jī)高度達(dá)到100米，額定起重量達(dá)到1000噸。隨著起重機(jī)設(shè)計理論的發(fā)展和材料、制造工藝、控制技術(shù)等的發(fā)展，將來還會有更大型的起重機(jī)問世。
② 起重工藝方法聯(lián)合化
起重機(jī)械大型化受到起重機(jī)設(shè)計理論的發(fā)展和材料、制造工藝、道路承載能力、使用率、運行和維護(hù)成本等一系列因素的限制，不可能無限增大。利用多臺較小起重機(jī)聯(lián)合吊裝大型設(shè)備或結(jié)構(gòu)，是起重技術(shù)發(fā)展的重要方向。
利用多臺起重機(jī)聯(lián)合吊裝大型設(shè)備或結(jié)構(gòu)，可以最大限度地降低施工成本，提高工程進(jìn)度，但吊裝工藝復(fù)雜，對各起重機(jī)之間的相互協(xié)調(diào)要求較高，僅靠人工指揮協(xié)調(diào)，很難達(dá)到要求。所以目前國際上在發(fā)展多臺起重機(jī)聯(lián)合吊裝的同時，還在大力發(fā)展智能化控制、操作技術(shù)。
③ 控制、操作技術(shù)智能化
采用計算機(jī)對起重機(jī)的受力狀態(tài)如傾覆力矩、應(yīng)力與變形等進(jìn)行正確的操作，采用計算機(jī)對起重工程的全部工藝工程進(jìn)行控制、操作，可以準(zhǔn)確地協(xié)調(diào)各起重機(jī)相互之間的關(guān)系，協(xié)調(diào)起重機(jī)、輔助裝置與設(shè)備之間的工藝動作，以便整個吊裝工藝過程能嚴(yán)格按預(yù)先設(shè)計的工藝步驟進(jìn)行，減小失誤的幾率；對于多吊點的設(shè)備或構(gòu)件，尤其是大型結(jié)構(gòu)，采用計算機(jī)對其受力狀態(tài)、變形等進(jìn)行監(jiān)控，可以防止設(shè)備、構(gòu)件、大型結(jié)構(gòu)在吊裝過程中因變形而損壞。
1.5.2國內(nèi)起重技術(shù)的發(fā)展
我國起重技術(shù)有著悠久的發(fā)展歷史，如長城、故宮的修建、歷代故都鐘樓的巨大鑄鐘和上百噸的雕像等的運輸與吊裝，都凝聚著我國勞動人民的智慧。但是，我國的現(xiàn)代起重技術(shù)起步較晚，僅幾十年時間。在短短的幾十年時間里，由于廣大科技工作者和工程技術(shù)人員的努力，使我國的現(xiàn)代起重技術(shù)得到了長足的發(fā)展。在起重機(jī)方面，20世紀(jì)70年代我國普遍采用獨腳式桅桿、卷揚機(jī)和幾噸、十幾噸的小型自行式起重機(jī)，今天已擁有目前亞洲最大的1250噸的自行式起重機(jī)，1000噸的自升式龍門桅桿起重機(jī)，2000噸的大型浮式起重機(jī)以及其他一系列的起重機(jī)械。在吊裝工藝和方法方面，廣大建設(shè)者們創(chuàng)造了許多優(yōu)秀的整體吊裝工藝方法，完成了大量的吊裝工程?？刂?、操作技術(shù)智能化也開始在我國應(yīng)用，如采用多臺連續(xù)液壓千斤頂聯(lián)合吊裝大型結(jié)構(gòu)時，多臺連續(xù)液壓千斤頂之間的協(xié)調(diào)，就采用了計算機(jī)控制技術(shù)。
1.6隨車起重機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀及前景展望
1.6.1隨車起重機(jī)簡介
自行式動臂起重機(jī)是起重機(jī)中應(yīng)用較廣泛的一種類型，按行走裝置的構(gòu)造不同，可分為汽車式起重機(jī)、輪胎式起重機(jī)和履帶式起重機(jī)三種。
其中，汽車起重機(jī)(如圖1-4)是在通用或?qū)Ｓ幂d貨汽車底盤上裝上起重工作裝置及設(shè)備的起重機(jī)。它的通過性好、機(jī)動靈活、行駛速度大，可快速轉(zhuǎn)移，到達(dá)目的地能馬上投入工作等優(yōu)點。因此，它特別適用于流動性大、不固定的工作場所。
圖1-4 汽車起重機(jī)
然而，隨車起重機(jī)（如圖1-5）是一種集起重、運輸為一體的新型高效起重運輸裝備，比汽車起重機(jī)應(yīng)用更加廣泛，可以在較寬廣的領(lǐng)域內(nèi)作業(yè)。近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，物流、運輸業(yè)的迅速崛起，隨車起重機(jī)以其快速、靈活、高效、便捷、裝卸運輸合二為一的優(yōu)勢被越來越多的用戶所認(rèn)識并接受，不僅在交通運輸、電信電力、油田碼頭、市政園林、計量檢測、市政作業(yè)、石油開采、鐵路吊裝等傳統(tǒng)行業(yè)上大顯身手，還被廣泛應(yīng)用于消防、軍隊、非開挖作業(yè)、工程搶險等行業(yè)，顯示出其越來越廣泛應(yīng)用領(lǐng)域和無可比擬的實用價值。
圖1-5 隨車起重機(jī)
1.6.2隨車起重機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀
① 國外隨車起重機(jī)發(fā)展情況
由于國外勞動力成本很高，強(qiáng)調(diào)工作效率，施工中基本不采用人工裝卸。隨車起重機(jī)以使用靈活、技術(shù)成熟等特點，在國際市場有著廣闊的市場前景。目前，國外隨車起重機(jī)已形成了產(chǎn)品功能多元化、品種系列化、性能(機(jī)電液氣)一體化等多方位多體系的產(chǎn)品構(gòu)成，除用于普通起重作業(yè)外，還廣泛用于高空作業(yè)、橋梁維修、高空架線及檢測等行業(yè)。日本和韓國的隨車起重機(jī)生產(chǎn)較為發(fā)達(dá)，產(chǎn)品主要以伸縮臂結(jié)構(gòu)為主，其中日本多田野(TADANO)年產(chǎn)量已超過6000臺。
② 國內(nèi)隨車起重機(jī)行業(yè)概況
我國隨車起重機(jī)行業(yè)起步于上世紀(jì)70年，于近十年內(nèi)有了長足的進(jìn)步。目前國內(nèi)生產(chǎn)隨車起重機(jī)的主要廠家有10家左右，其中主要有徐工隨車起重機(jī)公司、石家莊煤礦機(jī)械廠、湖南浦沅集團(tuán)有限公司、山西長治清華機(jī)械廠、牡丹江專用汽車制造有限公司、廣林特裝車（錦州）有限公司、大漢、江環(huán)、獨霸等。
徐州徐工隨車起重機(jī)有限公司在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)SQ系列伸縮臂式、折疊臂式隨車起重機(jī)，并于2005年在行業(yè)內(nèi)率先推出第二代隨車起重機(jī)產(chǎn)品，產(chǎn)品技術(shù)目前處于行業(yè)領(lǐng)先水平，特別在結(jié)構(gòu)設(shè)計、人機(jī)工程、產(chǎn)品配套、汽車大梁保護(hù)等方面引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。其產(chǎn)品批量出口非洲、南美、東南亞、中東等國家和地區(qū)。近兩年來，依靠技術(shù)創(chuàng)新取得了較快發(fā)展，以33%的市場占有率在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，成為我國隨車起重機(jī)行業(yè)的后起之秀。
湖南浦沅集團(tuán)是國內(nèi)生產(chǎn)工程機(jī)械的大型企業(yè)，隨車起重機(jī)也只是其子產(chǎn)品系列，該企業(yè)憑借著中聯(lián)重科強(qiáng)大的技術(shù)研發(fā)能力，使其隨車起重機(jī)產(chǎn)品在行業(yè)中享有一定的知名度，不僅在湖南、湖北銷售良好，在和相關(guān)省份地區(qū)也有較強(qiáng)的滲透能力。除了傳統(tǒng)隨車起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)外，近年來，一些國外隨車起重機(jī)企業(yè)紛紛與國內(nèi)企業(yè)合資生產(chǎn)隨車起重機(jī)，如錦州重型機(jī)械股份有限公司與韓國廣林特裝車株式會社組建的合資公司，其產(chǎn)品主要特點是作業(yè)半徑大，起升高度高，價格介于進(jìn)口與國產(chǎn)之間，主要面對國內(nèi)外一些高端用戶。除此之外，以徐州利福特、湖南大漢、江環(huán)、獨霸等為代表的民營、個體企業(yè)，這支以民營、個體企業(yè)為主的新生力量正在此行業(yè)中大顯身手，占據(jù)一席之地。
作為一個新興的行業(yè)，隨車起重機(jī)行業(yè)與國家宏觀調(diào)控、產(chǎn)業(yè)政策以及各種市場環(huán)境有著千絲萬縷的聯(lián)系。由于行業(yè)技術(shù)壁壘比較小，門檻較低，2005年以來一批民營、個體企業(yè)逐步進(jìn)入行業(yè)，再加上來自外部的跨國公司對行業(yè)的入侵，加快并購、合資的步伐，使整個隨車起重機(jī)行業(yè)面臨重新洗牌的局面。
1.6.3 隨車起重機(jī)前景
表1：1999-2005年隨車起重機(jī)市場需求量及2008年預(yù)測
盡管面臨著內(nèi)憂外患，但近年來隨著產(chǎn)品技術(shù)水平不斷更新和功能的不斷完善，國內(nèi)隨車起重機(jī)行業(yè)取得了長足的進(jìn)步，2005年行業(yè)銷售總量在4000臺左右，2008年市場需求仍將平穩(wěn)發(fā)展。隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，隨車起重機(jī)前景亦非常樂觀。
在此基礎(chǔ)上，此次設(shè)計主要針對隨車起重機(jī)上的隨車起重裝置，進(jìn)行具體的設(shè)計與計算，使其設(shè)計最優(yōu)化，結(jié)構(gòu)合理化，工作節(jié)能化和效益最大化。
2 隨車起重裝置設(shè)計的可行性分析及方案確定
2.1可行性分析
可行性研究是運用多種學(xué)科的知識，尋求使投資項目達(dá)到最好經(jīng)濟(jì)效益的綜合研究方法。它的任務(wù)是以市場為前提，以技術(shù)為手段，以經(jīng)濟(jì)效益為最終目標(biāo)，對擬建的投資項目，在投資前期，系統(tǒng)地論證該項目的必要性、可行性、有效性和合理性，做出對項目可行性的評價。總結(jié)為三點：技術(shù)適用性、經(jīng)濟(jì)合理性、建設(shè)上的可能性。
在設(shè)計隨車起重機(jī)之前，有必要對其設(shè)計可行性進(jìn)行一定的分析，鑒于所學(xué)知識所限，下面僅對技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行簡單的說明。
2.1.1技術(shù)可行性的分析
我國自古就有借助實物來提升物體的起重機(jī)的雛形。經(jīng)過了很長時期的發(fā)展，我國的起重機(jī)行業(yè)有了長足的發(fā)展，起重機(jī)的種類日益繁多，再借助不斷發(fā)展的新興科學(xué)技術(shù)手段，各種各樣的起重機(jī)能夠滿足不同場合的需求，以最少的經(jīng)濟(jì)投入實現(xiàn)最大的使用價值。
世界上其它國家的起重機(jī)行業(yè)也發(fā)展極其迅速，其中以歐洲和日本為主。我國隨車起重機(jī)行業(yè)起步于上世紀(jì)70年代，在多種起重機(jī)不斷發(fā)展更新的基礎(chǔ)上，于近十年內(nèi)有了長足的進(jìn)步。隨著我國加入WTO，各種新技術(shù)不斷涌入，我們也不斷借鑒了他國起重機(jī)設(shè)計制造的先進(jìn)經(jīng)驗，用于彌補(bǔ)自身起重機(jī)行業(yè)發(fā)展的不足，起到了很好的效果。
我國隨車起重機(jī)正朝著大型化、多功能化和智能化的方向發(fā)展。安裝隨車起重機(jī)的底盤已不再局限于箱式貨車底盤，越來越多的重型平板車也安裝了大噸位隨車起重機(jī)，以滿足其自裝卸大型貨物的需要。隨車起重機(jī)的作業(yè)裝置也不再局限于吊鉤，各種高空作業(yè)平臺、抓具、夾具、吊籃、螺旋鉆、板叉、裝輪胎機(jī)械手、拔樁器等已逐漸被采用。隨著隨車起重機(jī)的噸位越來越大，對安全控制、操作方便舒適性的要求也越來越高，智能化也已被提上日程。 ?
徐州徐工隨車起重機(jī)有限公司在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)
SQ系列伸縮臂式、折疊臂式隨車起重機(jī)，并于2005年在行業(yè)內(nèi)率先推出第二代隨車起重機(jī)產(chǎn)品，產(chǎn)品技術(shù)目前處于行業(yè)領(lǐng)先水平，特別在結(jié)構(gòu)設(shè)計、人機(jī)工程、產(chǎn)品配套、汽車大梁保護(hù)等方面引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。其產(chǎn)品批量出口非洲、南美、東南亞、中東等國家和地區(qū)。近兩年來，依靠技術(shù)創(chuàng)新取得了較快發(fā)展，以33%的市場占有率在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，成為我國隨車起重機(jī)行業(yè)的后起之秀。不僅為整個單位創(chuàng)利豐厚，也為我國乃至全世界積累了起重機(jī)設(shè)計、制造和生產(chǎn)的寶貴經(jīng)驗。
總結(jié)多家企業(yè)，可見我國隨車起重機(jī)在技術(shù)方面有如下性能優(yōu)勢：
① 整機(jī)性能：由于先進(jìn)技術(shù)和新材料的應(yīng)用，同種型號的產(chǎn)品，整機(jī)重量要輕20%左右。隨著結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用和先進(jìn)設(shè)備的使用，結(jié)構(gòu)形式更加合理；?
② 高性能、高可靠性的配套件，選擇余地大、適應(yīng)性好,性能得到充分發(fā)揮；
③ 電液比例控制系統(tǒng)和智能控制顯示系統(tǒng)的推廣應(yīng)用；?
④ 操作更方便、舒適、安全，保護(hù)裝置更加完善；?
⑤ 向吊重量適中、起升高度、幅度相當(dāng)?shù)闹行嵨环较虬l(fā)展。
雖然隨車起重機(jī)有不少的技術(shù)優(yōu)勢，但也不能將我國隨車起重機(jī)目前的不足之處視而不見，其中有如下不足的方面：
① 品種少、產(chǎn)量低。
② 起重力矩小，技術(shù)水平低。
③ 安全裝置不齊全，操作不方便。
④ 功能單一。
⑤ 外形不美觀。
由以上可見，在隨車起重機(jī)的技術(shù)方面，我們需要不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新，我國及世界其他國家都日趨成熟和完善，發(fā)展起來有了強(qiáng)有力的技術(shù)基礎(chǔ)，遇到的技術(shù)障礙也相應(yīng)地容易消除?；谝陨细鼽c，本次論文也有了繼續(xù)深入的必要，在隨車起重機(jī)大量參考資料的基礎(chǔ)上，才得以飽滿充實，而不會顯得空洞無力。
2.1.2 經(jīng)濟(jì)可行性的分析
以前，建筑施工單位較常采用大型的起重設(shè)備，例如：橋式起重機(jī)、龍門起重機(jī)、塔式起重機(jī)等大型起重設(shè)備。購買時花費大量的財力，施工時不僅體積龐大，占用太多的空間，而且在運行中要花費大量的人力和油耗，即便以上幾點都不成大問題，也很難滿足工程上的特定要求，很難高效的完成限期的工作。而隨車起重機(jī)恰恰彌補(bǔ)了這一系列的不足，它體積小，重量輕，耗油量小，使用起來更加地靈活方便，購買時的成本僅是那些大型起重機(jī)的幾分之一，甚至是十幾分之一，大大降低了總成本，從而使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到了保障。
在市場上，隨車起重機(jī)2005年1-10月已銷售1483臺，同比增長7.3%。上半年由于有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的變化，一大批隨車起重機(jī)產(chǎn)品更換底盤，影響了生產(chǎn)和銷售。徐州徐工隨車起重機(jī)有限公司是我國最大的隨車起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，1-10月已銷售隨車起重機(jī)494臺，市場占有率約33%。合資企業(yè)廣林特裝車(錦州)有限公司銷售隨車起重機(jī)100臺，已打開了國內(nèi)市場。國外隨車起重機(jī)在起重機(jī)產(chǎn)品中占的比例很大，我國目前僅占10%，可以預(yù)見隨車起重機(jī)的發(fā)展空間是很大的。
從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行可行性分析能夠看出，有條件也有必要對現(xiàn)今的隨車起重機(jī)進(jìn)行改造和創(chuàng)新，尤其是對隨車起重機(jī)上的隨車起重裝置進(jìn)行進(jìn)一步的更新勢在必行。下面就從隨車起重機(jī)的方案著手，對其進(jìn)行具體的設(shè)計改造。
2.2隨車起重裝置方案確定
圖2-1 隨車起重裝置外形圖
它屬于臂架型起重裝置，其運行支承裝置采用汽輪胎，可以在無軌路面上行駛，與其他起重裝置比較，隨車起重裝置把起重和運輸功能結(jié)合起來，不僅節(jié)省勞動力，而且節(jié)約能源、減少費用，也由于設(shè)計和制造隨車起重裝置技術(shù)的進(jìn)步，使其生產(chǎn)有了較大的發(fā)展。它主要服務(wù)于港口、機(jī)場、建筑工程、橋梁、隧道工程和國防工程等，是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中必不可少的一種高效、快捷、方便的裝卸機(jī)械。
隨車起重裝置在搬運物料時，經(jīng)歷上料、運送、卸料和回到原處的一系列過程，有時運轉(zhuǎn)，有時停轉(zhuǎn)，是一種間歇動作的機(jī)械。 它通常由四部分構(gòu)成：工作機(jī)構(gòu)、金屬機(jī)構(gòu)、動力裝置與控制系統(tǒng)。
工作機(jī)構(gòu)指機(jī)械傳動部分，常見的有：起升機(jī)構(gòu)、運行機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)。它們是為了實現(xiàn)起重裝置不同運動要求而設(shè)置的，依靠這四個機(jī)構(gòu)的復(fù)合運動，可以使起重裝置在所需的任何指定位置進(jìn)行上料和卸料。
由于設(shè)計時間和必要性的限制，此次設(shè)計僅就起升機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，對其進(jìn)行分析與計算。
2.2.1起升機(jī)構(gòu)
圖2-2 起升機(jī)構(gòu)
起升機(jī)構(gòu)用于實現(xiàn)貨物的升降，它是任何起重裝置必不可少的部分，是起重裝置中最重要、最基礎(chǔ)、最核心的部分。起升機(jī)構(gòu)工作的好壞，直接影響到整臺起重裝置的工作性能。
起升機(jī)構(gòu)（如圖2-2）主要由取物裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、制動裝置、減速裝置、驅(qū)動裝置以及安全裝置等部分。其中不少零件采用標(biāo)準(zhǔn)通用零件。
從發(fā)動機(jī)到各工作裝置間的動力傳動，有機(jī)械傳動、電力傳動和液壓傳動三種形式。
機(jī)械傳動的傳動零件都是剛體，傳動可靠，效率高，但整個傳動裝置復(fù)雜、笨重。
電力傳動型式中的機(jī)械零件數(shù)量少，總體布置方便，操縱輕便，調(diào)速性好。但整個傳動裝置需要電動機(jī)數(shù)量多，重量大，價格貴。
液壓傳動調(diào)速方便，傳動平穩(wěn)，操縱方便，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕。但傳動效率較低。但對于隨車起重機(jī)來說是較合適的傳動類型。
故起升結(jié)構(gòu)采用液壓馬達(dá)—減速機(jī)—卷筒的傳動方案。電動機(jī)通過聯(lián)軸器同傳動效率較高的漸開線圓柱齒輪減速器相連接，減速器的輸出軸上裝有卷筒，它通過鋼絲繩和吊鉤相聯(lián)。這種結(jié)構(gòu)緊湊、易于實現(xiàn)。起升時，馬達(dá)逆時針旋轉(zhuǎn)，摩擦片被松開，卷筒順時針旋轉(zhuǎn)放下貨物；制動時，馬達(dá)停止旋轉(zhuǎn)，卷筒依靠自重順時針旋轉(zhuǎn)，使二級齒輪軸順時針旋轉(zhuǎn)，摩擦片被壓緊，棘爪頂住棘輪，卷筒停止轉(zhuǎn)動，重物懸吊不動。吊鉤的升降靠馬達(dá)改變轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)。
2.2.2回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（如圖2-3）是使起重裝置的回轉(zhuǎn)部分相對于非回轉(zhuǎn)部分實現(xiàn)回轉(zhuǎn)的裝置?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)支承裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置。
圖2-3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
起重機(jī)的回轉(zhuǎn)部分提供穩(wěn)固的支撐，并將來自回轉(zhuǎn)部分的載荷傳遞給基礎(chǔ)構(gòu)件。回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的作用是繞起重機(jī)的垂直軸線在水平平面內(nèi)沿圓弧弧線移物品。當(dāng)起升、變幅和回轉(zhuǎn)三個機(jī)構(gòu)配合動作時，就可以把所起吊的貨物在起重機(jī)幅度所能達(dá)到的范圍內(nèi)任意移動，從而擴(kuò)大了作業(yè)范圍。
此次設(shè)計采用滾動軸承式單排四點接觸式回轉(zhuǎn)支承裝置。它由兩個座圈組成，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，尺寸小，能同時承受軸向力、徑向力和傾覆力矩。
此次設(shè)計采用液壓馬達(dá)驅(qū)動，由于低速大扭矩馬達(dá)成本高，使用可靠性不如高速液壓馬達(dá)，且其結(jié)構(gòu)緊湊，所以，設(shè)計采用：高速液壓馬達(dá)--蝸輪蝸桿減速機(jī)--小齒輪--回轉(zhuǎn)支承。液壓驅(qū)動的小起重量的起重裝置，通過液壓回路和換向閥的相應(yīng)機(jī)能，可以使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不裝制動器，同時保證回轉(zhuǎn)部分在任意位置上停止并避免沖擊。
2.2.3變幅機(jī)構(gòu)
起重機(jī)中用以改變幅度（從取物裝置中心線到起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心線之間的水平距離）的專用機(jī)構(gòu)稱為變幅機(jī)構(gòu)。
變幅機(jī)構(gòu)用以改變從取物裝置中心線到起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心線之間的水平距離，其主要部分是起重臂。
起重臂是隨車起重裝置的主要受力構(gòu)件，吊臂的設(shè)計合理與否，直接影響隨車起重裝置的承載能力、整機(jī)穩(wěn)定性和自重。
另外為了能給人以安全、穩(wěn)定、可靠的感覺，吊臂界面的選擇與外觀設(shè)計都要合理。
臂的形式有直臂式和折臂式兩種。
直臂有良好的通過性，它適用于中小噸位輪式的起重裝置。箱形結(jié)構(gòu)制造簡單，具有良好的抗彎和抗扭等優(yōu)點。
伸縮油缸與前置式變幅油缸相結(jié)合，使臂架受力合理，變幅范圍更大。
在此本設(shè)計選用伸縮式直臂箱形結(jié)構(gòu)。
3 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計
起升機(jī)構(gòu)是用來使貨物提升或下降的機(jī)構(gòu)，是起重機(jī)械中最基本的機(jī)構(gòu)。起升機(jī)構(gòu)通常包括：取物裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、制動裝置、減速裝置、驅(qū)動裝置以及安全裝置等部分，其中不少零件采用標(biāo)準(zhǔn)通用零件。
典型的起升機(jī)構(gòu)構(gòu)造是：電動機(jī)通過聯(lián)軸器同傳動效率較高的漸開線圓柱齒輪減速器相連接，減速器的輸出軸上裝有卷筒，它通過鋼絲繩和滑輪組與吊鉤相聯(lián)。機(jī)構(gòu)工作時，卷筒將鋼絲繩卷進(jìn)或放出，從而通過滑輪組系統(tǒng)使懸掛在吊鉤上的物品起升或下降。機(jī)構(gòu)停止工作時，懸起的物品依靠制動器剎住。吊鉤的起升和下降通過電動機(jī)換向開動來實現(xiàn)。
起升機(jī)構(gòu)的載荷特點：
① 物品起升或下降時，在驅(qū)動機(jī)構(gòu)上由鋼絲繩拉力產(chǎn)生的扭矩方向不變，即轉(zhuǎn)矩是單向作用的。
② 物品懸掛系統(tǒng)由撓性鋼絲繩組成，物品慣性引起的附加轉(zhuǎn)矩對機(jī)構(gòu)影響不大，一般不超過靜轉(zhuǎn)矩的10%，使用抓斗時則需另行考慮。
③ 機(jī)構(gòu)起動或制動時間同穩(wěn)定運動相比是短暫的。因此，可將穩(wěn)定運動時的起升載荷作為機(jī)構(gòu)的計算載荷。
3.1起升機(jī)構(gòu)的傳動方案
此設(shè)計中采用液壓起升機(jī)構(gòu)。
1.液壓馬達(dá) 2.一級閉式齒輪傳動 3.棘輪停止器 4.輸出小齒輪
5.開式大齒輪 6.卷筒 7.鋼絲繩 8.吊鉤
圖3-1 起升機(jī)構(gòu)簡圖
液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速通過減速機(jī)傳遞給卷筒,驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn),吊鉤升降，繼而實現(xiàn)提升或放下重物。卷筒的正反方向轉(zhuǎn)動通過改變馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向?qū)崿F(xiàn)，而運行機(jī)構(gòu)的停止或使貨物處于懸吊狀態(tài)是依靠棘輪停止器來實現(xiàn)的。
3.2鋼絲繩的設(shè)計
鋼絲繩是隨車起重機(jī)的重要零件之一。它的使用性能是：具有良好的各方向相同的撓性，使用可靠，無突然斷裂的現(xiàn)象，運動速度不受限制，平穩(wěn)無噪音，耐沖擊。具有強(qiáng)度高、自重輕、運行平穩(wěn)、彈性較好，極少驟然斷裂等優(yōu)點。因此被廣泛用于起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)，也用于牽引及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中。
3.2.1鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式的選擇
鋼絲繩根據(jù)不同的分法有多種具體種類。其中，按鋼絲捻成股和股捻成繩的方向分為：
同向捻—鋼絲繩成股的方向和股捻成繩的方向相同稱為同向捻。如繩股右捻稱為右同向捻，繩股左捻稱為左同向捻。這種鋼絲繩鋼絲之間接觸較好，撓性好、表面比較光滑、鋼絲繩磨損小，使用壽命較長，但有旋轉(zhuǎn)和易松散的趨向。在自由懸吊的起重機(jī)中不宜采用，在不怕松散的情況下有導(dǎo)軌時可以采用，通常用作牽引繩，不宜作起升繩。
交互捻—鋼絲繩成股的方向和股捻成繩的方向相反稱為交互捻。繩右捻股左捻稱右交互捻，繩左捻股右捻稱左交互捻。這種鋼絲繩雖然剛性大，使用壽命短，但不易旋轉(zhuǎn)、松散，使繩和股自行松散的趨勢相反，互相抵消，克服了同向捻繩的缺點。在起重機(jī)中應(yīng)用廣泛。
混合捻—鋼絲繞成股的方向和股捻成繩的方向一部分相同，一部分相反稱為混合捻?；旌夏砭哂型蚰砗徒换ツ淼奶攸c，但此種繩制造工藝復(fù)雜，很少采用。
根據(jù)鋼絲繩的構(gòu)造,結(jié)合隨車起重機(jī)的使用條件和要求(如撓性,耐磨性,抗高溫,抗橫向拉力和防腐蝕性等),選擇中間有合成纖維芯（具有較高撓性和彈性，不能耐高溫，不能承受橫向壓力，起重機(jī)中廣泛應(yīng)用。）、交互捻鋼絲繩。
（a） (b) (c) (d)
(a) 右交互捻（ZS） (b) 左交互捻(SZ)
(c) 右同向捻(ZZ) (d) 左同向捻(SS)
圖3-2 鋼絲繩按捻法分類
鋼絲繩在使用時需要與其他承載零件連接以傳遞載荷。本設(shè)計采用楔形套筒法，查【3】表8.1-39選用：
材料：楔套：ZG270-500
楔：HT200
公稱尺寸為14 mm（鋼絲繩直徑d=14mm）的楔形接頭、楔套、楔的標(biāo)記為：
楔形接頭 14 GB/T 5973-1986
楔套 14 GB/T 5973-1986
楔 14 GB/T 5973-1986
3.2.2鋼絲繩使用注意
要延長鋼絲繩的壽命,在設(shè)計與使用中應(yīng)考慮以下因素：
① 提高安全系數(shù)n，可降低鋼絲繩的應(yīng)力；
② 選用較大的彎曲比（卷筒或滑輪直徑比鋼絲繩直徑），使鋼絲繩避
免過分地彎曲，以減少鋼絲繩的彎曲應(yīng)力，但也不能太大，以免使整個機(jī)構(gòu)尺寸增大；
③ 卷筒與滑輪的材料硬度要適中，硬度過高或過低都會影響鋼絲繩壽
命；
④ 減小鋼絲繩的彎折次數(shù)，即不要使鋼絲繩通過太多的滑輪（選用滑輪型式與倍率時予以考慮），尤其要避免反向彎折次數(shù)，因為反向彎折的破壞作用比同向彎折大，會降低鋼絲繩的壽命；
⑤ 鋼絲繩的維護(hù)保養(yǎng)，應(yīng)定期潤滑防止銹蝕，成卷鋼絲繩開卷時應(yīng)避免打結(jié)扭曲，切斷時應(yīng)有防止繩股松散的措施。
3.3取物裝置
起重機(jī)的取物裝置是起升機(jī)構(gòu)的重要部件之一，它對安全生產(chǎn)和提高生產(chǎn)效率具有重要意義。由于起重機(jī)裝卸物品的對象種類繁多，有成件的、散粒的和液態(tài)的等等，它們的物理性能和幾何形狀各具特點。為了適應(yīng)各類物品的裝卸工作，常用的取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、扎具、夾鉗、電磁盤、真空吸盤、料斗、抓斗、盛桶和承重梁等，此外還有集裝箱專用吊具和其它專用工具。
本設(shè)計采用吊鉤的設(shè)計。
3.3.1吊鉤的設(shè)計
① 選材。吊鉤組通常由鉤頭、吊鉤螺母、推力軸承、吊鉤橫梁、滑輪、滑輪軸以及拉板等零件組成。吊鉤經(jīng)常受貨載沖擊，為保證吊鉤工作的安全性，盡量避免人身及設(shè)備事故，故應(yīng)要求吊鉤無突然斷裂的危險，重量要盡量輕，有足夠的強(qiáng)度，查【3】表8.1-90本次設(shè)計中采用吊鉤材料DG20Mn，并主要針對橫梁進(jìn)行設(shè)計計算。
② 構(gòu)造。采用自由鍛造的帶凸耳的直柄單鉤，制造與使用方便，梯形斷面，受力情況合理。查【3】表8.1-84選取鉤號LYD10-M GB/T10051.1-1998強(qiáng)度等級M6。
③ 吊鉤掛架。采用長型號鉤組，吊鉤支承在單獨的滑輪軸上。為了便于工作，吊鉤應(yīng)能繞垂直軸線和水平軸線旋律，為此吊鉤螺母與橫梁之間采用止推軸承，吊鉤尾部的螺母壓在其上。吊鉤橫梁的軸端與定軸擋板相配處形成環(huán)形槽，容許橫梁轉(zhuǎn)動。
圖3-3 LYD鍛造直柄吊鉤
3.4卷筒的設(shè)計
卷筒是在起升機(jī)構(gòu)中用來卷繞繩索并傳遞動力的轉(zhuǎn)動件。
3.4.1卷筒種類的選擇
卷筒按繞繩的層次分為單層卷繞單聯(lián)卷筒和多層卷繞雙聯(lián)卷筒。
卷筒表面帶有導(dǎo)向螺旋槽，鋼絲繩進(jìn)行單層卷繞。一般情況都采用標(biāo)準(zhǔn)槽，只有當(dāng)鋼絲繩有脫槽危險時（例如抓斗起重機(jī)的卷筒和工作中振動較大者）才采用深槽。單層繞卷筒表面通常切出螺旋槽，鋼絲繩依次卷繞在槽內(nèi)，使繩索與卷筒接觸面積增大，單位壓力降低。因為繩槽節(jié)距大于鋼絲繩直徑，所以避免了鋼絲繩之間的相互摩擦，從而延長了鋼絲繩的使用壽命。
在起重高度較高時，為了縮小卷筒尺寸，可采用表面帶導(dǎo)向螺旋槽或光面卷筒，進(jìn)行多層卷繞，但鋼絲繩磨損較快。這種卷筒適用與慢速和工作類型較輕的起重機(jī)，如汽車起重機(jī)，多采用不帶螺旋槽的光面卷筒，鋼絲繩可以緊密排列，但實際作業(yè)時，鋼絲繩排列凌亂，互相交叉擠壓，鋼絲繩壽命降低。目前，多層卷繞卷筒大多數(shù)制成帶有繩槽。第一層鋼絲繩卷繞入卷筒螺旋槽，第二層鋼絲繩以相同的螺旋方向卷繞入內(nèi)層鋼絲繩形成的螺旋溝，鋼絲繩的接觸情況大為改善，延長了使用壽命。多層卷繞卷筒兩端設(shè)擋邊，以防鋼絲繩脫出筒外，其擋邊高度應(yīng)比最外層鋼絲繩高出。
多層繞卷筒用于起升高度很大，而卷筒長度又受限制的情況，它的主要缺點是內(nèi)層鋼絲繩受到外層鋼絲繩的擠壓，在卷繞過程中相鄰繩圈之間有摩擦，使繩索壽命降低。此外，在繩索拉力不變時，載荷力矩隨卷筒上繩索層數(shù)的不同而變化，造成載荷力矩不穩(wěn)定。為改善鋼絲繩在卷筒上的接觸狀態(tài)，提高繩索的壽命，采用切螺旋槽的多層繞卷筒。
起重機(jī)大多采用多層繞卷筒，其容繩量大。隨著起升高度的增加。起升機(jī)構(gòu)中卷筒的繞繩量相應(yīng)增加。采用尺寸較小的多層繞卷筒對小機(jī)構(gòu)尺寸是很有利的。其表面做成螺旋繩槽，兩邊有側(cè)板以防鋼絲脫出，二級減速大齒輪與卷旋繩槽，兩邊有側(cè)板以防鋼絲繩脫出，二級減速大齒輪與卷筒連接在一起。
3.4.2卷筒材料
卷筒材料一般采用不低于HT20-40牌號的鑄鐵，特殊需要時可用鑄鋼ZG25Ⅱ、ZG35Ⅱ或A3鋼板焊成。
考慮到工藝要求，本設(shè)計采用鑄鐵卷筒。
圖3-4 卷筒示意圖
3.5滑輪組的設(shè)計
鋼絲繩卷繞系統(tǒng)中，由繞有鋼絲繩的定滑輪與動滑輪組成的系統(tǒng)稱為滑輪組?；喗M是改變力和速度的滑輪、繩索系統(tǒng)，它一般作為起升機(jī)構(gòu)的一個組成部分，但也可以單獨作為起重裝置使用。在起升機(jī)構(gòu)中，滑輪組主要用來減輕鋼絲繩拉力或者減速，少數(shù)場合用于增速。
3.5.1滑輪組的種類選用
滑輪組按其構(gòu)造型式可分為單聯(lián)滑輪組和雙聯(lián)滑輪組兩種。
單聯(lián)滑輪組的特點是繞入卷筒的鋼絲繩為一根，其構(gòu)造簡單，重量輕。
工作時，物品在垂直位移的同時，還產(chǎn)生水平位移，這種鋼絲繩沿卷筒軸向的移動，將對卷筒支承造成附加載荷，因此不帶導(dǎo)向裝置的單聯(lián)滑輪組較少采用。
雙聯(lián)滑輪組的特點是繞入卷筒的繩索是兩根，它相當(dāng)于兩個相同單聯(lián)滑輪組的組合裝置。它在工作時就無物品水平位移現(xiàn)象。雙聯(lián)滑輪組往往裝有平衡杠桿或平衡滑輪，當(dāng)兩邊鋼絲繩拉力有差別時，可以自動均衡。
此設(shè)計中，采用裝有平衡滑輪的雙聯(lián)滑輪組，并采用鑄鐵滑輪，加工工藝性好，易于加工、價廉，對鋼絲繩壽命有利。
3.5.2鋼絲繩進(jìn)出繩槽時的允許偏角
鋼絲繩在滑輪和卷筒上繞進(jìn)或饒出時，通常都允許有一定的偏斜。偏斜的程度過大會增加鋼絲繩阻力，加快鋼絲繩和滑輪的磨損，嚴(yán)重時會碰檫繩槽側(cè)邊引起鋼絲繩檫傷以及槽口缺陷，發(fā)生跳槽現(xiàn)象（鋼絲繩從繩槽脫出）。設(shè)計時應(yīng)限制鋼絲繩最大傾斜角。
① 鋼絲繩進(jìn)出滑輪時的允許偏角
鋼絲繩的偏斜角，指鋼絲繩中心線偏出滑輪平面（與滑輪軸線垂直）的角度γ，如圖3-5示：
圖3-5 鋼絲繩在卷筒上的偏斜情況
因此根據(jù)一般滑輪槽型尺寸，計算得鋼絲繩偏角左右。
② 鋼絲繩進(jìn)出卷筒繩槽時的允許偏角
根據(jù)使用經(jīng)驗，單層卷繞的卷筒，，多層卷繞的卷筒。
3.6棘輪的設(shè)計
棘輪停止器一般用來作為機(jī)械中防止逆轉(zhuǎn)的制逆裝置或供間歇傳動用，在某些低速、手動操縱的卷揚機(jī)上使用。
棘輪為了防止逆轉(zhuǎn)，本設(shè)計在齒輪軸Ⅱ上安裝棘輪停止器。棘輪的齒形已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，周節(jié)p根據(jù)齒頂圓來考慮，棘輪的齒數(shù)通常在的范圍內(nèi)選取，但有特殊用途時，可以更少或更多些，齒數(shù)愈多，沖擊愈小，但尺寸越大。
設(shè)計齒形時，要保證棘爪嚙合性能可靠，通常將棘輪工作齒面做成與棘輪半徑成的夾角，，見圖3-6。圖中：P為棘輪圓周力（N）, ，D為棘輪直徑（mm），。本設(shè)計取=180。棘輪的材料選為Q235，齒數(shù)取為20。
圖3-6 棘輪
4 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計計算
設(shè)定起升參數(shù)：
額定起重量:
起升速度:
起升高度:
機(jī)構(gòu)接電持續(xù)率：
使用場合和工作要求：中小噸位，行駛速度高，機(jī)動性好，可根據(jù)工作需要變更工作地點，投入使用時間短，結(jié)構(gòu)簡單。
4.1確定起升機(jī)構(gòu)傳動方案
按照布置宜緊湊的原則，起升機(jī)構(gòu)計算簡圖如下圖，采用了雙聯(lián)滑輪組，已知參數(shù)，查【2】表4-2取滑輪組倍率，承載繩分支數(shù)：
查【2】附表8選圖號為吊鉤組，得其質(zhì)量：，兩動滑輪間距
1.液壓馬達(dá) 2.一級閉式齒輪傳動 3.棘輪停止器
4.輸出小齒輪 5.開式大齒輪 6.卷筒 7.鋼絲繩 8.吊鉤
4.2選擇鋼絲繩
若滑輪組采用滾動軸承，當(dāng)，查【1】表3-11得滑輪組效率
鋼絲繩所受最大拉力：
,查【1】表3-3，中級工作類型（工作級別）時，安全系數(shù)
鋼絲繩破斷拉力：
,查【2】附表1選用瓦林吞型纖維芯鋼絲繩,鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度。表面鋼絲，右交互捻，直徑，鋼絲繩最小破斷拉力,標(biāo)記如下：
鋼絲繩
4.3確定滑輪主要尺寸
由【1】表3-4注得：對于流動式起重機(jī)，取卷繞直徑與鋼絲繩直徑最小比值，卷筒，滑輪，與工作級別無關(guān)。
滑輪的許用最小直徑：
，由【2】附表2選用滑輪直徑
取平衡滑輪直徑，由【2】附表2選用
滑輪的繩槽部分尺寸由【2】附表3查得。
由【2】附表4選用鋼絲繩直徑，，滑輪軸直徑的型滑輪標(biāo)記為：滑輪
由【2】附表5平衡滑輪選用直徑，，滑輪軸直徑的型滑輪標(biāo)記為：滑輪
4.4確定卷筒尺寸
卷筒許用最小直徑：
，由【3】表8.1-48選用
卷筒繩槽尺寸由【1】表3-12得標(biāo)準(zhǔn)槽距，槽底半徑
由【1】式3-12得卷筒尺寸：
式中：
—最大起升高度（mm）
—滑輪組倍率
—卷繞長度（mm）
—鋼絲繩的直徑
—多層卷繞層數(shù)
—卷筒計算直徑
代入數(shù)據(jù)得：，取
卷筒厚度：鑄鐵卷筒,卷筒壁厚由下式?jīng)Q定,取
材料為，厚度為的卷筒，抗壓強(qiáng)度極限，，抗拉強(qiáng)度極限
卷筒壁壓應(yīng)力驗算：
由【1】式3-13
式中：
—多層卷繞系數(shù)，由【1】表3-13取
—應(yīng)力減小系數(shù)，一般取
—鋼絲繩最大靜拉力（N）,
—卷筒壁厚（mm）,
—卷筒繩槽節(jié)距（mm）,
—許用壓應(yīng)力：對鋼，鑄鐵
代入數(shù)據(jù)，得：
，故卷筒壓縮強(qiáng)度足夠。
由于,不用驗算由彎矩和扭矩產(chǎn)生得換算應(yīng)力。
卷筒強(qiáng)度驗算通過。故選定卷筒直徑，長度，卷筒槽形的槽底半徑，標(biāo)準(zhǔn)槽距，起升高度，倍率，靠近減速器一端的卷筒槽向為左的A型卷筒，標(biāo)記為：
卷筒A—— 左
4.5選則電動機(jī)
起升機(jī)構(gòu)靜功率由【1】式3-22得：
式中：—機(jī)構(gòu)總效率，一般，
代入數(shù)據(jù)得：
電動機(jī)計算功率由【1】式3-23
式中由【1】表3-19查得，取
代入數(shù)據(jù)得：
查【2】附表28選用交流異步線繞式電動機(jī)，其工作制度為，F(xiàn)級，等效熱起動次數(shù)6次/時，同步轉(zhuǎn)速為750r/min,由表知，，電機(jī)質(zhì)量，
4.6驗算電動機(jī)發(fā)熱條件
按照等效功率法，時所需的等效功率：
式中：
—工作類型系數(shù)，由【1】表3-28取
—系數(shù)，根據(jù)機(jī)構(gòu)平均起動時間與平均工作時間的比值查得。由【1】表3-27得，由【1】查圖3-52起升機(jī)構(gòu)曲線1得
代入數(shù)據(jù)得：
由計算得，故電動機(jī)能滿足發(fā)熱條件。
4.7選擇減速器
卷筒轉(zhuǎn)速：
減速器總傳動比：
查【2】附表35選Ⅱ減速器，當(dāng)工作級別為中級時，許用功率，，減速器自身質(zhì)量，輸入軸直徑，軸端長
4.8驗算起升速度和實際所需功率
貨物實際起升速度：
誤差：
,驗算通過。
實際所需等效功率：
4.9校核減速器輸出軸強(qiáng)度
輸出軸最大徑向力
式中：
—卷筒及軸自重，由【2】附表14估計
—減速器輸出軸端最大允許徑向載荷，由【2】附表36查得，
代入數(shù)據(jù)得：
輸出軸最大扭矩：
式中：
—電動機(jī)軸額定力矩，
—時電動機(jī)最大力矩倍數(shù)，由【2】附表33查得，
—減速器傳動效率，選
—減速器輸出軸最大容許轉(zhuǎn)矩，由【2】附表36
查得，
代入數(shù)據(jù)得：
由以上計算，所選減速器能滿足要求。
4.10選擇制動器
下降靜轉(zhuǎn)矩：
制動轉(zhuǎn)矩：
式中：—制動安全系數(shù)，由【1】表3-20得
代入得：
由【2】附表15選用制動器，其額定制動轉(zhuǎn)矩，，制動輪直徑，制動器質(zhì)量為
4.11選擇聯(lián)軸器
高速軸計算扭矩：
式中：
—計及實際起重量變動影響得等效靜載荷系數(shù)，由【1】表2-11得
—計及機(jī)構(gòu)起、制動時動載荷對傳動零件影響得等效動載荷系數(shù)，由【1】表2-12得
—機(jī)構(gòu)的電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩傳至計算零件的轉(zhuǎn)矩，
—相應(yīng)與第Ⅰ類得安全系數(shù)，
代入數(shù)據(jù)得：
由【2】附表29查得電動機(jī)軸端為圓形，
由【2】附表34查得減速器的高速軸端為圓形，
靠電動機(jī)軸端的聯(lián)軸器,由【2】附表43選用半聯(lián)軸器，其圖號為,飛輪力矩
最大容許轉(zhuǎn)矩，質(zhì)量
4.12驗算起動時間
由【1】式3-32得起動時間：
式中：
—起升換算到電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量。
—高速軸上旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量。
代入數(shù)據(jù)得：
通常起升機(jī)構(gòu)起動時間為，以上計算，可在電氣設(shè)計時，增加起動電阻，延長起動時間，故選電動機(jī)合適。
4.13驗算制動時間
由【1】式3-36得制動時間：
式中：
—下降換算到電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量。
—滿載下降時電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，
—額定制動轉(zhuǎn)矩，
代入數(shù)據(jù)得：
由【1】表3-26知，當(dāng)，，以上計算，故制動時間符合要求。
5 減速器的設(shè)計計算
起升結(jié)構(gòu)的減速器傳動采用一級懸掛閉式減速器與一級開式齒輪傳動相結(jié)合。為了減小尺寸、節(jié)省材料、延長齒輪壽命，本設(shè)計采用硬齒面。
5.1傳動裝置的總效率
ηa=η1·η2·η3· ··· ·ηn
其中η1、η2、η3···ηn分別為傳動裝置中每一傳動副、每對軸承、每個聯(lián)軸器的效率。
經(jīng)查【4】表9-1：
圓柱齒輪傳動嚙合效率：
齒形聯(lián)軸器效率：
卷筒效率：
滾動軸承效率：
則總效率：