MQ2535單臂架門座起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【說明書+6張CAD圖紙】

MQ2535單臂架門座起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【說明書+6張CAD圖紙】,說明書+6張CAD圖紙,MQ2535,單臂架門座,起重機(jī),回轉(zhuǎn),機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì),說明書,CAD,圖紙 MQ2535單臂架門座起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 隨著計(jì)算機(jī)行業(yè)的飛速發(fā)展，其與其他行業(yè)的聯(lián)系也愈來愈緊密，這在機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)中尤為明顯。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)極大地提高了設(shè)計(jì)效率，降低了制造成本，CAD/CAE技術(shù)也是機(jī)械行業(yè)未來的發(fā)展趨勢(shì)。本文主要利用CAD/CAE對(duì)單臂架門座式起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行了如下工作： （1）起重機(jī)整體設(shè)計(jì)：主要技術(shù)參數(shù)的確定、工作機(jī)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)形式的確定、臂架系統(tǒng)主要尺寸的確定、計(jì)算載荷和載荷組合的確定、輪壓的計(jì)算與校核、整機(jī)穩(wěn)定性的計(jì)算、車擋沖擊力計(jì)算、起重機(jī)抗風(fēng)防滑安全性計(jì)算等。 （2）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：回轉(zhuǎn)支承裝置的設(shè)計(jì)與選型，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，包含對(duì)電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、制動(dòng)器等組成部件的設(shè)計(jì)選型與校驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上利用CAD軟件繪制回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)裝配圖以及各部件的零件圖。 （3）利用Solidworks進(jìn)行回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)建模，包含對(duì)各個(gè)部件的建模與裝配以得到完整的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)模型。 （4）通過ADAMS對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，包含導(dǎo)入模型，補(bǔ)充特性，施加約束，添加動(dòng)力，運(yùn)行仿真，數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)。 本次設(shè)計(jì)的大部分工作都是依托于CAD/CAE，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法形成對(duì)比，因此對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、縮短設(shè)計(jì)周期等有一定的參考意義。 關(guān)鍵詞：單臂架門座起重機(jī)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；CAD/CAE I Abstract With the rapid development of the computer industry, its connections with other industries are getting closer and closer, which is especially obvious in the mechanical design and manufacturing industry. Compared with traditional design methods, computer-aided design greatly improves design efficiency and reduces manufacturing costs. CAD / CAE technology is also the future development trend of the machinery industry. This article mainly uses CAD / CAE to design the slewing mechanism of single-arm gantry crane, and mainly performs the following work: (1)The overall design of the crane: the determination of the main technical parameters, the determination of the working mechanism and the metal structure, the determination of the main dimensions of the boom system, the calculation of the load and the load combination, the calculation and verification of the wheel pressure, the calculation of the stability of the whole machine, the impact force of the vehicle block Calculation, calculation of crane's anti-skid safety, etc. (2)Design of slewing mechanism: the design and selection of the slewing bearing device, the design of the slewing drive device, including the design selection and verification of the motor, reducer, coupling, brake and other components, and on this basis, CAD software is used to draw the slewing mechanism assembly figure and parts drawing of each component. (3)Using Solidworks to model the slewing mechanism includes modeling and assembling each component to obtain a complete slewing mechanism model. (4)The kinematics simulation of the slewing mechanism through ADAMS includes importing models, supplementing characteristics, applying constraints, adding power, running simulation, data analysis and other links. Most of the work in this design is based on CAD / CAE, which is in contrast to traditional design methods, so it has certain reference significance for optimizing the design plan and shortening the design cycle. Key words: Single boom portal crane; Slewing mechanism; CAD/CAE II 目 錄 第1章 緒論 1 1.1本課題研究的目的及意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 1 1.3 本文研究的主要內(nèi)容與技術(shù)方案 2 第2章MQ2535門座式起重機(jī)整體設(shè)計(jì) 4 2.1 主要技術(shù)參數(shù) 4 2.2 主要工作機(jī)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)形式 7 2.2.1 各機(jī)構(gòu)組成及布置形式 7 2.2.2 確定金屬結(jié)構(gòu)的形式 10 2.3 臂架系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 11 2.3.1貨物水平位移補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 2.3.2 臂架自重平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 2.4 計(jì)算載荷和載荷組合 18 2.4.1 計(jì)算載荷 18 2.4.2 載荷組合 25 2.5 輪壓計(jì)算 25 2.5.1 支承反力計(jì)算 25 2.5.2 危險(xiǎn)工況支反力計(jì)算 27 2.5.3 輪壓校核 27 2.6 整機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算 28 2.7 車擋沖擊力計(jì)算 31 2.8 起重機(jī)抗風(fēng)防滑安全性計(jì)算 32 2.9 本章小結(jié) 33 第3章 MQ2535門座式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 34 3.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)概述 34 3.2 回轉(zhuǎn)支承裝置設(shè)計(jì)及計(jì)算 34 3.2.1 回轉(zhuǎn)支承裝置的構(gòu)造 34 3.2.2 回轉(zhuǎn)支承裝置的計(jì)算與選型 35 3.3 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)計(jì)計(jì)算 39 3.3.1 回轉(zhuǎn)阻力矩計(jì)算 39 3.3.2 電動(dòng)機(jī)容量的選定及驗(yàn)算 41 3.3.3 傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比及減速器的選擇 44 3.3.4 極限力矩聯(lián)軸器 44 3.3.5 制動(dòng)器的選擇及校驗(yàn) 44 第4章 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的三維建模 46 4.1 三維建模簡介 46 4.2 基于Solidworks的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)三維建模 47 4.2.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)各部分的三維建模 47 4.2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的裝配 51 4.3 本章小結(jié) 52 第5章 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)ADMAS仿真 53 5.1 ADAMS軟件簡介 53 5.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)ADAMS建模 54 5.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析 56 5.4 本章小結(jié) 58 第6章 總結(jié)與展望 59 6.1 本文總結(jié) 59 6.2 環(huán)境影響和經(jīng)濟(jì)性分析 60 6.3 展望 60 參考文獻(xiàn) 61 致 謝 62 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第1章 緒論 1.1本課題研究的目的及意義 門座式起重機(jī)是船舶修造行業(yè)應(yīng)用十分廣泛的一種特種機(jī)械設(shè)備[1]，它具有高效的作業(yè)能力、低成本建設(shè)費(fèi)用，機(jī)動(dòng)靈活，通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，門座式起重機(jī)在港口裝卸運(yùn)輸過程中起到了重要的制作用。目前，國內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)大型起重機(jī)的廠家很多，如上海振華、中聯(lián)重科、河南衛(wèi)華集團(tuán)等。而在國外最有代表性的生產(chǎn)廠家主要有歐美的利勃海爾、特雷克斯-德馬格、馬尼托瓦和日本的神鋼等。 隨著門座式起重機(jī)大型化的發(fā)展趨勢(shì),采用鋼絲繩變幅的單臂架門座起重機(jī)逐漸取代了四連桿門座起重機(jī)在市場上的主導(dǎo)地位[2]，因此對(duì)單臂架起重機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)其結(jié)構(gòu)使其更加合理，使用更加便利，成本更加低廉，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。而回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)作為門座起重機(jī)的工作性機(jī)構(gòu)，其工作情況的好壞直接影響門座起重機(jī)的工作效率。由于具有體積小、受力大、工況惡劣等特點(diǎn)，其使用壽命直接影響整機(jī)使用壽命。因此，正確合理的設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)對(duì)門座起重機(jī)具有重要意義[3]。 我國在起重機(jī)設(shè)計(jì)方面起步較晚，但近些年來依靠一些高等學(xué)院校在起重機(jī)設(shè)計(jì)的優(yōu)化理論方面進(jìn)行的探索與推廣工作，起重機(jī)的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法已經(jīng)逐漸進(jìn)入實(shí)用階段，對(duì)起重機(jī)的靜強(qiáng)度、靜剛度及動(dòng)剛度等方面進(jìn)行優(yōu)化分析，同時(shí)與力學(xué)、材料學(xué)、電氣控制、自動(dòng)化等多門學(xué)科的關(guān)系起來越緊密，學(xué)科交叉帶來的新思維方法使得本領(lǐng)域得以突破與發(fā)展。然而，港口起重機(jī)在設(shè)計(jì)方法上卻仍舊相對(duì)落后，目前來看，起重機(jī)的設(shè)計(jì)大多采取半理論、半經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，以數(shù)學(xué)和力學(xué)為基礎(chǔ)，以《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》為標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)出一臺(tái)能夠完成所要求功能的起重機(jī)，這是使用最多、最傳統(tǒng)但也是最安全、最便捷的一種方法。但是，這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念存在著一定的弊端。雖然在金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性上完全能夠也很容易滿足要求，但材料的使用上卻沒有一個(gè)較好的處理，這就相當(dāng)于用更多的材料來保證結(jié)構(gòu)的安全性能，在某種程度上造成了浪費(fèi)同時(shí)也增加了起重機(jī)械的質(zhì)量和占地空間。因此，“輕量化”的設(shè)計(jì)理念被提出來。顧名思義，“輕量化”的含義簡單的來說就是減少起重機(jī)械的質(zhì)量和體積，使它能在更多的場合更好的發(fā)揮出作用。由于起重機(jī)構(gòu)造的復(fù)雜性，對(duì)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)是實(shí)現(xiàn)“輕量化”的重要途徑之一。 計(jì)算機(jī)行業(yè)的飛速發(fā)展，使得通過計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)成為可能。因此，有限元、matlab、虛擬樣機(jī)等先進(jìn)的優(yōu)化技術(shù)被廣泛用于起重機(jī)設(shè)計(jì)中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)起重機(jī)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的改進(jìn)優(yōu)化。 MQ2535單臂架門座起重機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案已經(jīng)相當(dāng)成熟，本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于對(duì)其回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案不同，本次設(shè)計(jì)主要依靠CAD/CAE，在縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)精度等方面有極大的提升。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們綜合性實(shí)踐能力和專業(yè)素質(zhì)的全面考核，這一過程需要我們對(duì)大學(xué)所學(xué)的專業(yè)課程如理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、起重運(yùn)輸機(jī)械、機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)等融會(huì)貫通并學(xué)以致用，同時(shí)還要具備一定的自學(xué)能力，如文獻(xiàn)檢索和仿真軟件的應(yīng)用等都需要自己主動(dòng)學(xué)習(xí)。其次，通過論文寫作還可以鍛我們的文字表達(dá)能力，為將來繼續(xù)深造或者走上工作崗位夯實(shí)基礎(chǔ)。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）是目前國內(nèi)外進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)常用的輔助技術(shù)。以國內(nèi)為例：哈爾濱工業(yè)大學(xué)的車仁煒等[4]基于等效元素法建立了隨車起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，得到了其動(dòng)力學(xué)方程，在ADAMS平臺(tái)上進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真，為機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及控制提供了理論依據(jù)；天津大學(xué)的吳麗蕊[5]分析了門機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)Simulink仿真模型，結(jié)合SolidWorks和ADAMS軟件建立了虛擬樣機(jī)模型，驗(yàn)證了Simulink模型的準(zhǔn)確性；上海亦凡機(jī)械設(shè)計(jì)有限公司的曹三平[6]通過建立三維實(shí)體模型以及有限元強(qiáng)度分析，最終實(shí)現(xiàn)了大型門座式起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新優(yōu)化設(shè)計(jì)；武漢理工大學(xué)的劉德作[7]以ANSYS為平臺(tái)，以MQ518門座起重機(jī)臂架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，獲得了該結(jié)構(gòu)的有限元模型及其動(dòng)態(tài)響應(yīng)，得到了一些有用的結(jié)論；天津理工大學(xué)的楊士龍等[8]利用SolidWorks 和ANSYS軟件進(jìn)行MQ2533門座式起重機(jī)門架結(jié)構(gòu)的三維建模以及有限元仿真分析，得出圓筒與主梁連接處是局部應(yīng)力最大區(qū)域的結(jié)論；武漢理工大學(xué)的董熙晨等[9]采用ANSYS軟件建立轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)支承及圓筒結(jié)構(gòu)裝配體模型，對(duì)回轉(zhuǎn)支承大齒圈斷齒故障原因進(jìn)行分析研究并給出了改善方案。 國外學(xué)者在進(jìn)行起重機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)也較多采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，馬來西亞大學(xué)電氣工程學(xué)院機(jī)電工程系的Alhassan等[10]研究了二維非線性龍門起重機(jī)的控制，提出了基于系統(tǒng)參數(shù)變化的起重機(jī)的非線性和線性模型的動(dòng)態(tài)仿真，首先使用拉格朗日方程推導(dǎo)出非線性模型，然后用泰勒級(jí)數(shù)近似的線性化，最后使用MATLAB仿真，結(jié)果表明了小車的位移和負(fù)載振蕩取決于系統(tǒng)參數(shù)如電纜長度、負(fù)載質(zhì)量等；Yingguang Chu等[11]從現(xiàn)代復(fù)雜工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)，多域動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真，用于通信和可視化的大量數(shù)據(jù)交換的角度討論了復(fù)雜多域系統(tǒng)的虛擬原型設(shè)計(jì)中的問題，并完成了海上起重機(jī)虛擬樣機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行；A.Arena等[12]首先將集裝箱建模為一個(gè)剛體，該剛體從吊車上彈性懸掛下來，并沿著吊臂和大梁頂部的軌道運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上討論了關(guān)于約束模型的差異，在約束模型中，電纜是不可拉伸的。并在大型集裝箱起重機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，將模態(tài)特性與阻尼系數(shù)一起確定為集裝箱高度的函數(shù)。此外，在數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的背景下，都突出了由涉及了某些模式的大振幅振蕩引起的非線性。通過將預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，得出可以采用時(shí)間積分來驗(yàn)證機(jī)械模型的結(jié)論。其在研究三維起重機(jī)響應(yīng)時(shí)，還考慮了典型的工作機(jī)動(dòng)以及風(fēng)荷載的影響；Dong Hun Lee等[13]首先通過非線性有限元方法進(jìn)行識(shí)別，然后嘗試通過改變結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸來最小化結(jié)構(gòu)重量，同時(shí)使極限強(qiáng)度保持不變，最后得出結(jié)論：與基于允許工作應(yīng)力的設(shè)計(jì)方法相比，基于極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法提供了更經(jīng)濟(jì)，更安全的結(jié)構(gòu)；Caglayan等[14]研究了龍門起重機(jī)梁結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，通過建立有限元模型進(jìn)行了數(shù)值分析，以評(píng)估剩余的疲勞壽命，并給出了解決方案；Hong K S等[15]開發(fā)了安裝在船上的集裝箱起重機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型，并通過比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果，驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。 通過以上多位學(xué)者的研究方法不難看出，目前對(duì)于起重機(jī)的設(shè)計(jì)方法相較傳統(tǒng)已經(jīng)發(fā)生很大的改變：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)取代了以往的經(jīng)驗(yàn)估算設(shè)計(jì)，極大地提高了設(shè)計(jì)精度；有限元分析和動(dòng)態(tài)仿真被用來研究結(jié)構(gòu)的受力以及機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，與傳統(tǒng)的靜態(tài)分析相比，設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、效率等都得到了全面地提升。由此可見，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案逐漸被淘汰，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用。 1.3 本文研究的主要內(nèi)容與技術(shù)方案 起重機(jī)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案已經(jīng)難以滿足需要，對(duì)起重機(jī)的設(shè)計(jì)理念也已開始轉(zhuǎn)型，因此本文主要利用CAD/CAE對(duì)單臂架門座式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體的設(shè)計(jì)思路如下： 第2章主要進(jìn)行MQ2535門座式起重機(jī)的整體設(shè)計(jì)，包括確定設(shè)計(jì)參數(shù)、主要機(jī)構(gòu)的布置形式和金屬結(jié)構(gòu)、臂架系統(tǒng)的尺寸設(shè)計(jì)、計(jì)算載荷、輪壓計(jì)算、穩(wěn)定性校驗(yàn)、車擋沖擊力與抗風(fēng)防滑安全性等。 第3章主要進(jìn)行回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括回轉(zhuǎn)支承軸承的選則，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置組成部件的設(shè)計(jì)與校驗(yàn)，通過CAD軟件繪制回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)裝配圖與零件圖等。 第4章主要進(jìn)行回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的三維建模，通過三維建模軟件Solidworks，首先將回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的各個(gè)零部件分別建模，包括電動(dòng)機(jī)、箱體、減速器、小齒輪與回轉(zhuǎn)軸承等，再通過軟件的裝配功能將這些獨(dú)立的零件裝配成一個(gè)完整的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)三維模型。 第5章主要進(jìn)行回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，利用仿真軟件ADAMS，在進(jìn)行添加物理特性、約束、動(dòng)力等操作后，可以對(duì)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行仿真模擬，同時(shí)得到仿真結(jié)果并進(jìn)行分析。 3 第2章MQ2535門座式起重機(jī)整體設(shè)計(jì) 2.1 主要技術(shù)參數(shù) 起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)是衡量起重機(jī)的作業(yè)能力以及設(shè)計(jì)與選型的重要依據(jù)，主要是包含以下幾部分：額定起重量、起升高度和下降深度、跨度(橋架型起重機(jī))、幅度(臂架型起重機(jī))、機(jī)構(gòu)工作速度和工作級(jí)別等。 （1）額定起重量 起重量代表了起重機(jī)的起重能力。即在起重機(jī)安全正常工作的情況下，起重機(jī)能起升的最大凈起重量，它的單位是千克或噸。本次設(shè)計(jì)的門座式起重機(jī)以吊鉤作為取物裝置，因此額定起重量并不包括吊鉤的質(zhì)量，它僅由有效起重量即允許起升的最大貨物質(zhì)量組成，此次額定起重量為。 （2）幅度 幅度是臂架型起重機(jī)的特有參數(shù)，其代表了起重機(jī)的工作范圍。對(duì)于用于港口生產(chǎn)工作的旋轉(zhuǎn)起重機(jī)來說，幅度指的是取物裝置的垂直中心線與起重機(jī)的回轉(zhuǎn)中心線間的水平距離。幅度有最大幅度和最小幅度之分，最大幅度是指當(dāng)臂架運(yùn)動(dòng)到最遠(yuǎn)時(shí)的幅度，最小幅度是指當(dāng)臂架在最近位置時(shí)的幅度。本次設(shè)計(jì)門座式起重機(jī)的最大幅度,最小幅度。 （3）起升高度和下降深度 起升高度和下降深度同樣代表著起重機(jī)的工作范圍。起升高度是指起重機(jī)支承面至取物裝置最高工作位置之間的垂直距離，下降深度是指支承面至取物裝置最低工作位置的距離。本次設(shè)計(jì)的起重機(jī)的起升高度，下降深度，總起升高度。 （4）軌距 對(duì)于臂架型起重機(jī)來說，軌距是指大車運(yùn)行軌道中心線之間的水平距離，其單位是。本次設(shè)計(jì)的軌距。 （5）基距 在與起重機(jī)縱向運(yùn)行相平行的方向上測(cè)定出的起重機(jī)支承中心線之間的水平距離即為基距，其單位是。本次設(shè)計(jì)的基距。 （6）工作速度 工作速度表示工作機(jī)構(gòu)動(dòng)作的快慢程度，也即在穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下各工作機(jī)構(gòu)的速度，主要包含起升、回轉(zhuǎn)、變幅和運(yùn)行速度四個(gè)部分。 本次設(shè)計(jì)的起重機(jī)各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度分別為： 起升速度，回轉(zhuǎn)速度，變幅速度，運(yùn)行速度 。 （7）許用輪壓 輪壓的表示的是起重機(jī)的一個(gè)車輪對(duì)軌道的垂直載荷，單位是或。在工作狀態(tài)下其具有最大值和最小值。本次設(shè)計(jì)的起重機(jī)工作狀態(tài)的最大許用輪壓。 （8）工作級(jí)別 工作級(jí)別基于起重機(jī)起重量和時(shí)間的利用程度以及工作循環(huán)次數(shù)的特性，其表明了起重機(jī)使用頻繁程度和受載輕重程度。主要分為起重機(jī)整機(jī)的工作級(jí)別(Al-A8）和各機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別(M1-M8）。本次設(shè)計(jì)的起重機(jī)整機(jī)的工作級(jí)別為A8，起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)的工作級(jí)別分別為M8、M7、M7、M4。 （9）計(jì)算風(fēng)壓 本次設(shè)計(jì)的起重機(jī)主要用于港口貨物的裝卸運(yùn)輸，所以風(fēng)壓可劃分為工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)的計(jì)算風(fēng)壓，這兩種狀態(tài)的最大計(jì)算風(fēng)速分別為和。已知計(jì)算風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系：，因此，工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓，非工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓。 （10）貨物偏擺角 起升鋼絲繩相對(duì)于鉛垂線的偏擺角，稱為貨物的偏擺角。分為正常偏擺角和最大偏擺角。本次設(shè)計(jì)中，在臂架擺動(dòng)平面：，；在垂直臂架擺動(dòng)的平面，。 通過上述分析，本次設(shè)計(jì)的起重機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表2.1所示。 表2.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)表 主要參數(shù) 取值 額定起重量 25t 最大工作幅度 35m 最小工作幅度 10.5m 起升高度 28m 下降深度 15m 軌距 10.5m 基距 10.5m 起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度 60m/min 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度 1.2r/min 變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度 50m/min 運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度 25m/min 許用輪壓 250kN 整機(jī)工作級(jí)別 A8 起升機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 M8 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 M7 變幅機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 M7 運(yùn)行機(jī)構(gòu)工作級(jí)別 M4 工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓 250 非工作狀態(tài)計(jì)算風(fēng)壓 1891 貨物偏擺角（臂架擺動(dòng)平面） ， 貨物偏擺角（垂直臂架擺動(dòng)平面） ， 2.2 主要工作機(jī)構(gòu)和金屬結(jié)構(gòu)形式 門座起重機(jī)作為港口進(jìn)行貨物裝卸作業(yè)的機(jī)械，其每個(gè)工作循環(huán)都包含取物、滿載運(yùn)送、卸貨、空載返回等環(huán)節(jié)。每個(gè)工作循環(huán)中，相關(guān)的工作機(jī)構(gòu)都作正向和反向的交替運(yùn)動(dòng),啟制動(dòng)非常頻繁，而且受到的載荷的大小和方向都是變化的，因此為了能夠應(yīng)對(duì)這種特殊的工作特點(diǎn)，起重機(jī)的各個(gè)機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都必須滿足要求。單臂架門座式起重機(jī)除了前面提到的四種工作機(jī)構(gòu)外，還包括金屬結(jié)構(gòu)(如臂架、人字架、轉(zhuǎn)臺(tái)、門架等部分)、動(dòng)力裝置和控制系統(tǒng)等。 2.2.1 各機(jī)構(gòu)組成及布置形式 （1）起升機(jī)構(gòu)的組成及布置形式 起升機(jī)構(gòu)是使貨物升降的機(jī)構(gòu)，是起重機(jī)械中最基本的機(jī)構(gòu)。 起升機(jī)構(gòu)一般由驅(qū)動(dòng)及制動(dòng)裝置、鋼絲繩滑輪組卷繞系統(tǒng)、取物裝置等組成。 其中驅(qū)動(dòng)裝置（又稱起升絞車）決定了起重機(jī)的工作能力，因此對(duì)其合理設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵。驅(qū)動(dòng)裝置由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、聯(lián)軸器、卷筒及機(jī)架等組成，根據(jù)取物裝置的不同又可劃分不同型式的布置方案。由于本次設(shè)計(jì)是吊鉤作業(yè)，所以采用電動(dòng)機(jī)軸與卷筒軸平行布置的方案，這是最常用也是效率較高的一種型式，如圖2.1所示。 （1.電動(dòng)機(jī)；2.聯(lián)軸器；3.制動(dòng)器；4.減速器；5.卷筒) 圖2.1 起升機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置布置形式 （2）運(yùn)行機(jī)構(gòu)的組成及其布置形式 運(yùn)行機(jī)構(gòu)是使起重機(jī)大車或小車改變其工作位置的機(jī)構(gòu)，同時(shí)還可以承載并將其傳遞給基礎(chǔ)。運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要包含支承裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、安全裝置等。運(yùn)行機(jī)構(gòu)按驅(qū)動(dòng)方式分為牽引式和自行式兩種，其中自行式的驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)且便于控制。本次設(shè)計(jì)采用自行式中的分別驅(qū)動(dòng)方案，其具體的布置形式如圖2.2所示。 (1.電機(jī)；2.制動(dòng)器；3.減速器；4.車輪；5.均衡梁；6.均衡車架) 圖2.2 運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成及布置形式 （3）回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組成及布置形式 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是使貨物繞回轉(zhuǎn)中心線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，其一般由回轉(zhuǎn)支承裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置組成。其中回轉(zhuǎn)支承裝置是用來將回轉(zhuǎn)部分支承在固定部分上并傳遞載荷，而回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置則為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供了動(dòng)力。 回轉(zhuǎn)支承裝置按照使用要求的不同可劃分為柱式和盤式，前者又可分為轉(zhuǎn)柱式和定柱式回轉(zhuǎn)支承裝置兩種，后者則分為滾輪式、滾子夾套式和滾動(dòng)軸承式三種。由于滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置能同時(shí)承受垂直載荷、水平載荷和傾覆力矩，且具有回轉(zhuǎn)精度高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、裝配和維護(hù)簡單等特點(diǎn)，結(jié)合本文設(shè)計(jì)的起重機(jī)的工作特點(diǎn)，所以選取滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置。 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置由原動(dòng)機(jī)(如電動(dòng)機(jī)、液壓馬達(dá)等)、傳動(dòng)裝置、末級(jí)齒輪傳動(dòng)（回轉(zhuǎn)小齒輪與大齒圈的嚙合傳動(dòng)）組成。根據(jù)用途和構(gòu)造不同，回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的布置方式也不盡相同，本次設(shè)計(jì)選擇將驅(qū)動(dòng)部分安放在回轉(zhuǎn)部分上，最后一級(jí)大齒圈固定的布置方式。選取的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的形式為：立式電動(dòng)機(jī)—聯(lián)軸器—水平安置的制動(dòng)器—軸線垂直布置的立式行星齒輪減速器—末級(jí)小齒輪傳動(dòng)，如圖2.3所示。 （4）變幅機(jī)構(gòu)的組成及其布置形式 變幅機(jī)構(gòu)是改變起重機(jī)幅度和起升高度的機(jī)構(gòu)，它也是臂架型起重機(jī)主要的工作機(jī)構(gòu)。根據(jù)工作要求的不同，變幅機(jī)構(gòu)的作用可分為：一是改變起重機(jī)的工作范圍使其能夠滿足不同的裝卸要求；二是提高起重機(jī)非工作時(shí)的通過性。 目前，變幅驅(qū)動(dòng)裝置有多種形式。為了能夠達(dá)到生產(chǎn)率的要求，港口起重機(jī)需要有較高的效率，同時(shí)，由于齒條驅(qū)動(dòng)形式具有可以承受雙向力，工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)效率高，安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)并且可以在效率較高的條件下獲得相當(dāng)緊湊的結(jié)構(gòu)，因此本次設(shè)計(jì)的起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)采用齒條驅(qū)動(dòng)，如圖2.4所示。 （1.電機(jī)；2.制動(dòng)器；3.減速器；4.回轉(zhuǎn)支承裝置) 圖2.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成及布置形式 （1.減速器；2.低速軸聯(lián)軸器；3.制動(dòng)器；4.浮動(dòng)軸；5.齒條；6.高速軸聯(lián)軸器； 7.電動(dòng)機(jī)) 圖2.4 變幅機(jī)構(gòu)組成及布置形式 2.2.2 確定金屬結(jié)構(gòu)的形式 金屬結(jié)構(gòu)是起重機(jī)的支架，它構(gòu)成了起重機(jī)的外形特征，是起重機(jī)不可或缺的結(jié)構(gòu)。不僅提供了起重機(jī)的工作空間，同時(shí)也承受了各種載荷并將其傳遞給基礎(chǔ)，是起重機(jī)能正常工作的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)的MQ2535型單臂架門座式起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)主要由以下四部分組成。 （1）臂架系統(tǒng) 臂架系統(tǒng)是起重機(jī)械中最重要的結(jié)構(gòu)形式之一，是起重機(jī)的主要承載金屬結(jié)構(gòu)，按照結(jié)構(gòu)形式的不同可分為單臂架和四連桿組合臂架，本次設(shè)計(jì)采用單臂架式臂架系統(tǒng)。此類型的臂架主要由一根單臂架組成。 圖2.5 臂架結(jié)構(gòu)簡圖 （2）人字架 門座式起重機(jī)的人字架主要起承載作用。本次設(shè)計(jì)的人字架采用桁架式，如圖2.6所示。 （1.小拉桿；2人字架；3立柱；4活對(duì)重；5平衡梁） 圖2.6 人字架結(jié)構(gòu)簡圖 （3）轉(zhuǎn)臺(tái) 回轉(zhuǎn)平臺(tái)是起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分的基礎(chǔ)，一般由主梁、橫梁及平板組成。為了配合前述選擇的滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置，本次設(shè)計(jì)選擇與滾動(dòng)軸承相連的回轉(zhuǎn)平臺(tái)。 （1.配重；2.轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)；3.人孔蓋） 圖2.7 轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡圖 （4）門架 門架是承受起重機(jī)的自重以及其它各種載荷同時(shí)保證起重機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，一般有桁架式、交叉式、八桿式、和圓筒式等，本次設(shè)計(jì)采用圓筒式門架。主要材料為Q235-B。 2.3 臂架系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2.3.1貨物水平位移補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在變幅過程中，貨物重心高度的改變會(huì)使變幅驅(qū)動(dòng)裝置功率損耗增加，因此要對(duì)臂架系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，使得變幅時(shí)貨物可以沿水平線或近似水平線軌跡移動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)上述功能的系統(tǒng)也被稱為貨物水平位移補(bǔ)償系統(tǒng)。根據(jù)原理不同，可將其劃分為繩索補(bǔ)償法和組合臂架補(bǔ)償法。由于是單臂架門座起重機(jī)，所以本次設(shè)計(jì)采用繩索補(bǔ)償法。 繩索補(bǔ)償法的原理可以簡單概述為：通過起升鋼絲繩長度的變化來補(bǔ)償貨物升降的高度變化。 繩索補(bǔ)償法中包括滑輪組補(bǔ)償，導(dǎo)向滑輪補(bǔ)償、橢圓規(guī)原理補(bǔ)償及卷筒補(bǔ)償?shù)?。本次設(shè)計(jì)采用滑輪組補(bǔ)償方案，以下是圖解法的設(shè)計(jì)過程。 （1） 設(shè)計(jì)內(nèi)容 ①確定臂架的長度，起升滑輪組倍率和補(bǔ)償滑輪組倍率，臂架下鉸點(diǎn)的位置和補(bǔ)償滑輪組中定滑輪的支點(diǎn)的位置。 ②對(duì)設(shè)計(jì)完成的單臂架系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)，如貨物水平位移補(bǔ)償能否滿足要求。 （2）設(shè)計(jì)原則 在符合設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，最大程度地減小由貨物產(chǎn)生的對(duì)點(diǎn)的未平衡力矩，從而使貨物的運(yùn)動(dòng)軌跡近似為一條水平線。 （3）設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，可得出如下初始參數(shù)：最大工作幅度，最小工作幅度 ，起升高度。 （4）設(shè)計(jì)方法 ①根據(jù)已知數(shù)據(jù)以及起重機(jī)總體布置要求，同時(shí)參考已有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，初步確定臂架的長度，臂架下鉸點(diǎn)距回轉(zhuǎn)中心線的距離，起升滑輪組倍率，補(bǔ)償滑輪組倍率。 為了使貨物的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡更加接近水平線，將最大幅度時(shí)臂架軸線與水平線的夾角取為30o，最小幅度時(shí)臂架軸線與水平線的夾角取為77o。 ②由于在變幅過程中，貨物是沿近似水平線運(yùn)動(dòng)的，按照這個(gè)原則，可以將補(bǔ)償滑輪組中定滑輪的支點(diǎn)位置初步確定下來，即圖2.8中補(bǔ)償點(diǎn)的位置。 通過圖解法確定點(diǎn)位置的依據(jù)：根據(jù)三力匯交的原理，繩索的拉力和起升載荷的合力作用線通過臂架的下鉸點(diǎn)，由此可推導(dǎo)出，引起的合力對(duì)臂架下鉸點(diǎn)的力矩在變幅過程中的各個(gè)位置上都為零。 圖2.8 確定補(bǔ)償點(diǎn)圖解 確定點(diǎn)位置的具體流程： a.首先選定兩個(gè)臂架端點(diǎn)位置和，這兩個(gè)位置分別選擇在最小幅度外側(cè)和最大幅度內(nèi)側(cè)處，其中，如圖2.8中所示。 b.在臂架端點(diǎn)位置，即和處按照同樣的比例分別做出起升載荷以及補(bǔ)償滑輪組鋼絲繩對(duì)臂架的拉力，其中,此時(shí)拉力的方向暫時(shí)未知。由于要滿足由貨物引起的變幅阻力矩為零，所以和的合力、的作用線就要通過點(diǎn)。與此同時(shí)，按照三力匯交合成的原理，可推導(dǎo)出。由此便可將拉力的方向最終確定下來，然后分別將和延長，它們的交點(diǎn)位置就是所求的補(bǔ)償點(diǎn)。一般情況下，點(diǎn)位置大約在臂架下鉸點(diǎn)的上前方。 （5）檢驗(yàn)貨物水平位移高度偏差 在全部工作幅度范圍內(nèi)共選取8個(gè)臂架位置（如圖2.9中），測(cè)量貨物高度差以及繩索的長度差，并通過下列公式可算出貨物移動(dòng)過程中相對(duì)理論水平線的高度偏差值： （2.1） 根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，利用excel作出變幅過程中貨物的實(shí)際水平位移曲線（如圖2.10）。 貨物水平位移的最大高度偏差值應(yīng)滿足： （2.2） 由表2.2可知，，即最大水平位移高度差滿足要求。 圖2.9 水平位移高度偏差圖解 表2.2 水平位移高度差 幅度 35000 33479 5900 0 32156 32159 10130 270 28875 30966 13837 398 25410 29963 16874 426 21236 29018 19683 400 16625 28248 21959 366 13907 27913 22963 341 10500 27609 23894 317 圖2.10 貨物水平位移高度差曲線 表2.3 貨物未平衡力矩 幅度 合力 力臂 未平衡力矩 35000 850.65 761 647.34 32798 872.85 478 417.22 29846 899.75 217 195.25 26611 923.95 41 37.88 22244 950.10 66 -62.71 17913 970.05 61 -59.17 14736 981.35 6 5.89 12962 986.45 39 38.47 11596 989.80 79 78.19 10500 992.15 114 113.11 （6）校驗(yàn)貨物未平衡力矩 在全部工作幅度范圍內(nèi)共選取10個(gè)臂架位置，按照下列公式計(jì)算未平衡力矩： （2.3） 根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，利用excel作出貨物的未平衡力矩變化曲線（如圖2.11）。 貨物未平衡力矩的最大值應(yīng)滿足： （2.4） 由表2.3中數(shù)據(jù)可知，，即貨物未平衡力矩滿足要求。 圖2.11 貨物未平衡力矩曲線 2.3.2 臂架自重平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在變幅過程中，臂架的重心高度會(huì)發(fā)生改變，此時(shí)就需要變幅驅(qū)動(dòng)裝置吸收額外的能量或者做功補(bǔ)償能量損耗。這會(huì)造成驅(qū)動(dòng)功率的極大消耗，所以需要使臂架系統(tǒng)的重心在變幅過程中盡量不發(fā)生豎直方向的變化，一般可采用臂架自重平衡的方法。按照原理的不同，分為不變重心平衡法、移動(dòng)重心平衡法和無對(duì)重平衡法等。本次設(shè)計(jì)采用移動(dòng)重心平衡法中的杠桿—活對(duì)重平衡，以下是主要的設(shè)計(jì)步驟。 （1） 設(shè)計(jì)內(nèi)容 杠桿尺寸、連桿尺寸和活對(duì)重的重量。 （2）設(shè)計(jì)原則 由臂架自身重力產(chǎn)生的對(duì)臂架下鉸點(diǎn)的力矩與活對(duì)重對(duì)下鉸點(diǎn)的力矩能夠相互抵消時(shí)，便可認(rèn)為臂架自重平衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合要求。 （3）設(shè)計(jì)方法 ①首先按照總體設(shè)計(jì)要求，將支點(diǎn)的位置暫時(shí)確定，并根據(jù)起重機(jī)尾部所允許的最大回轉(zhuǎn)半徑確定活對(duì)重的擺動(dòng)半徑，此時(shí)越大，活對(duì)重的重量越小，越有利于減輕起重機(jī)自重。在臂架擺動(dòng)范圍內(nèi)選取幅度最大Ⅰ、中間Ⅱ以及最小總計(jì)三個(gè)位置（如圖2.12），并確定臂架處于位置Ⅰ、Ⅲ時(shí)與之對(duì)應(yīng)的活對(duì)重的位置，?？筛鶕?jù)擺動(dòng)角度估計(jì)活對(duì)重所到達(dá)的極限位置，根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般將活對(duì)重在臂架處于位置Ⅰ時(shí)的上翹角取為，在臂架處于位置Ⅲ時(shí)的下擺角取為。本次設(shè)計(jì)暫時(shí)取，。 圖2.12 杠桿活對(duì)重平衡系統(tǒng)的圖解 ②初步估算活對(duì)重重量，在變幅過程中，臂架升降所引起的能量改變與活對(duì)重升降導(dǎo)致的能量變化相互補(bǔ)償，所以通過測(cè)量它們的重心高度改變量和并代入下列公式，即可初步確定： （2.5） 同理，當(dāng)臂架處于中間位置Ⅱ時(shí)，根據(jù)能量的變化，便可確定此時(shí)活對(duì)重的位置： （2.6） ③為了確定杠桿前端長度，可假定活對(duì)重和臂架的相對(duì)位置不變，此時(shí)將活對(duì)重從和繞反轉(zhuǎn)到與重合的位置上，測(cè)出轉(zhuǎn)動(dòng)的角度分別為和,那么臂架鉸點(diǎn)和也將繞轉(zhuǎn)動(dòng)相同的角度和到了和。由于小拉桿長度恒定，所以點(diǎn)與、、之間的距離是相同的。所以分別做和的中垂線，它們的交點(diǎn)即為點(diǎn)。綜上，平衡杠桿前端長度以及小拉桿長度便確定下來。 （4）臂架平衡系統(tǒng)的校驗(yàn) ①在臂架擺動(dòng)范圍內(nèi)選取10個(gè)不同位置(與進(jìn)行貨物水平位移校驗(yàn)的位置重合)。分別計(jì)算這10個(gè)臂架位置的未平衡力矩，如表2.4，并通過excel繪制未平衡力矩的曲線，如圖2.13所示。 （2.7） 式中 ——由臂架與其平衡系統(tǒng)重力導(dǎo)致的的未平衡力矩；說明未平衡力矩使臂架逆時(shí)針擺動(dòng)，說明未平衡力矩使臂架順時(shí)針擺動(dòng)； ——由平衡重力導(dǎo)致的對(duì)臂架下鉸點(diǎn)的力矩； ——由臂架系統(tǒng)中各構(gòu)件的重力導(dǎo)致的對(duì)臂架下鉸點(diǎn)的力矩。 ②校驗(yàn)未平衡力矩，應(yīng)當(dāng)符合下列要求： 最大幅度時(shí)： 且 最小幅度時(shí)： 且 其中，是起升載荷對(duì)臂架下鉸點(diǎn)的力矩。 與此同時(shí)： 根據(jù)表中數(shù)據(jù)：最大幅度時(shí)，且 最小幅度時(shí)，且 在全幅度中， 綜上，杠桿——活對(duì)重平衡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合要求。 表2.4 臂架系統(tǒng)自重未平衡力矩 幅度（mm） / 35000 647.34 -724.35 -77.01 32798 417.22 -583.79 -166.57 29846 195.25 -493.26 -298.01 26611 37.88 -441.62 -403.74 22244 -62.71 -408.53 -471.24 17193 -59.17 -324.38 -383.55 14736 -5.89 -241.46 -247.35 12962 38.47 17.95 56.42 11596 78.19 69.13 147.32 10500 113.11 106.84 219.95 圖2.13 臂架系統(tǒng)自重未平衡力矩曲線 2.4 計(jì)算載荷和載荷組合 由于起重機(jī)具有工作環(huán)境復(fù)雜，工作內(nèi)容周期性循環(huán)等特點(diǎn)，在不同的工作狀態(tài)下，除了自重載荷，還會(huì)受到其它各種各樣不確定的載荷的影響。一般將起重機(jī)受到的載荷分為常規(guī)載荷、偶然載荷、特殊載荷和其他載荷共五類，在設(shè)計(jì)計(jì)算過程中必須考慮這些載荷帶來的影響。 2.4.1 計(jì)算載荷 （1）自重載荷 自重載荷是指起重機(jī)自身結(jié)構(gòu)以及安裝在起重機(jī)上所有附加裝備的重力。由于某些設(shè)備質(zhì)量無法預(yù)估，自重載荷在初步設(shè)計(jì)時(shí)是未知的，通常按照同類型機(jī)械進(jìn)行估算，然后在后續(xù)設(shè)計(jì)過程中逐步修改。本次設(shè)計(jì)暫時(shí)取自重載荷。 （2）額定起升載荷 額定起升載荷是指能夠起升的貨物的最大重量和不常拆卸的吊具的重量的總和，本次設(shè)計(jì)的起重機(jī)利用吊鉤作業(yè)，因則。 （3）自重振動(dòng)載荷 當(dāng)貨物從地面起升時(shí)，或者在空中將部分貨物卸除時(shí)，或者當(dāng)貨物下降制動(dòng)時(shí)，由于自身重力的影響，會(huì)因自重振動(dòng)而產(chǎn)生一種脈沖式的動(dòng)力響應(yīng)，其中為起升沖擊系數(shù)，，本次設(shè)計(jì)取，則。 （4）起升動(dòng)載荷 當(dāng)貨物從地面不受約束的起升時(shí)，由于貨物的慣性影響，會(huì)出現(xiàn)使起升載荷突然增大的情況，這種情況下，起升動(dòng)載荷，其中稱為起升動(dòng)載系數(shù)，一般由來確定，通過查找起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)可以確定，，，則。 （5）突然卸載時(shí)的動(dòng)載荷 當(dāng)起升到空中時(shí)，起重機(jī)如果突然從起升的總質(zhì)量中卸除的質(zhì)量，就會(huì)對(duì)起重機(jī)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，這種情況下產(chǎn)生的動(dòng)載荷,其中為突然卸載沖擊系數(shù)，可由下式計(jì)算: （2.8） 式中，——突然卸除的部分質(zhì)量（kg）； ——總起升質(zhì)量（kg）； ——系數(shù)。 本次設(shè)計(jì)取，則。 （6）運(yùn)行沖擊載荷 當(dāng)起重機(jī)在不平整的軌面上運(yùn)行時(shí)，會(huì)在自重載荷與起升載荷的共同作用下給起重機(jī)本身帶來垂直方向的沖擊,此時(shí)，其中為運(yùn)行沖擊系數(shù)，一般可由下式確定： （2.9） 式中，——運(yùn)行速度（m/s）； ——軌道接頭處的兩軌面高度差值（m）。 代入數(shù)據(jù)，可得。 （7）機(jī)構(gòu)起動(dòng)(制動(dòng))時(shí)產(chǎn)生的水平慣性載荷 在起重機(jī)正常運(yùn)行的過程中，由于自身慣性的影響，無論是在突然起動(dòng)還是制動(dòng)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)水平的載荷，一般按計(jì)算，通過查起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)得。 （8） 貨物偏擺載荷 當(dāng)起重機(jī)回轉(zhuǎn)和變幅時(shí)，起升貨物總質(zhì)量產(chǎn)生的綜合水平合力可以通過來計(jì)算，式中表示鋼絲繩相對(duì)于鉛垂線的偏擺角。偏擺角又可分為正常偏擺角和最大偏擺角，其中用于計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率與發(fā)熱校驗(yàn)以及零件的機(jī)械磨損等，用于強(qiáng)度計(jì)算和整機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性。 （9） 風(fēng)載荷 考慮到港口起重機(jī)主要在露天環(huán)境中工作，風(fēng)載荷對(duì)起重機(jī)的影響不可忽視。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，由于無法準(zhǔn)確得知風(fēng)載荷的作用方向，因此假定其作用方向?yàn)檠貙?duì)起重機(jī)最不利的方向。根據(jù)不同的作用時(shí)間段，可分為工作狀態(tài)風(fēng)載荷和非工作狀態(tài)風(fēng)載荷，它們都是所能承受的最大值，但是在進(jìn)行某些計(jì)算時(shí)（如電動(dòng)機(jī)的功率等），通常使用來表示風(fēng)載荷。風(fēng)載荷可按以下公式計(jì)算： （2.10） 式中，——風(fēng)壓高度變化系數(shù)； ——風(fēng)力系數(shù)； ——計(jì)算風(fēng)壓（）； ——起重機(jī)構(gòu)件或貨物垂直于風(fēng)向的實(shí)體迎風(fēng)面積（）。 ①風(fēng)壓高度變化系數(shù)的確定 一般來說，工作風(fēng)壓在起重機(jī)工作占比有限，因此在計(jì)算工作狀態(tài)時(shí)，?。坏窃诜枪ぷ鳡顟B(tài)時(shí)，風(fēng)載荷對(duì)起重機(jī)的影響較大，因此要考慮高度變化造成的影響，一般按下式計(jì)算： （2.11） 式中，——離地(海)面高度（）； ——冪指數(shù)，對(duì)陸上：，對(duì)海上：。 ②風(fēng)力系數(shù)的確定 根據(jù)假定，風(fēng)載荷的作用方向是垂直于迎風(fēng)面的，而且此作用面是無限大的光滑表面。但實(shí)際情況下，風(fēng)載荷不可能剛好垂直于迎風(fēng)面，而是與迎風(fēng)面有一定的角度，并且迎風(fēng)的面積也是有限的，因此通過乘以一個(gè)系數(shù)來考慮迎風(fēng)面上風(fēng)壓的分布的影響。本次設(shè)計(jì)中風(fēng)力系數(shù)的取值見下表。 ③計(jì)算風(fēng)壓的確定 計(jì)算風(fēng)壓可由下式(2.12)確定： （2.12） 式中，——風(fēng)速（）。 ④迎風(fēng)面積的確定 迎風(fēng)面積是指在垂直于風(fēng)載荷方向的平面上，貨物或者結(jié)構(gòu)的投影面積，按以下幾種情況分別計(jì)算： a.單片構(gòu)件的迎風(fēng)面積按下式計(jì)算： （2.13） 式中，——構(gòu)件在垂直風(fēng)向平面上的外形輪廓面積（）； ——構(gòu)件的迎風(fēng)面充實(shí)率。 b.角度風(fēng)作用下的迎風(fēng)面積按下式計(jì)算: （2.14） 式中，——迎風(fēng)面與法線的夾角（o）； ——迎風(fēng)面法線方向的有效迎風(fēng)面積（）。 c.貨物有效迎風(fēng)面積按下式計(jì)算： （2.15） 式中，——吊運(yùn)貨物的最大迎風(fēng)面積，當(dāng)面積無法確定時(shí)，可依據(jù)規(guī)定值選取。 本次設(shè)計(jì)取值為15，則。 表2.5 最大幅度各部件及整機(jī)重心位置 部件名稱 吊重 25.00 35.00 24.64 8575.00 6036.80 吊鉤 1.72 35.00 28.00 589.96 471.97 臂架 30.28 18.65 24.41 5534.28 7243.52 平衡梁 42.83 -3.06 27.53 -1284.39 11555.28 活對(duì)重 29.72 -7.05 31.13 -2053.35 8151.58 司機(jī)室 1.50 3.68 15.27 54.10 224.47 機(jī)器房 9.13 -3.47 15.46 -310.47 1383.27 固定配重 40.00 -7.43 15.52 -2912.52 6083.84 轉(zhuǎn)臺(tái) 36.39 -3.46 13.12 -1233.91 4678.88 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 11.82 0.00 12.27 0 1421.31 變幅機(jī)構(gòu) 8.87 -0.14 19.54 -12.17 1698.53 起升機(jī)構(gòu) 26.25 -4.82 16.35 -1239.95 4206.04 電氣系統(tǒng) 6.00 -5.29 15.36 -311.05 903.17 回轉(zhuǎn)部分合計(jì)（空載） 241.51 -1.34 20.29 -3179.47 48021.85 回轉(zhuǎn)部分合計(jì)（滿載） 266.51 2.07 20.70 5395.53 54058.65 圓筒門架 74.69 0.00 4.35 0.00 3184.03 運(yùn)行機(jī)構(gòu) 38.74 0.00 1.18 0.00 447.99 梯子平臺(tái)系統(tǒng) 9.86 0.00 8.56 0.00 827.14 錨定裝置 0.72 -3.39 0.39 -23.92 2.75 防爬裝置 0.85 0.00 0.73 0.00 6.08 電纜卷繞系統(tǒng) 1.34 4.17 5.36 54.76 70.39 固定部分合計(jì) 126.20 0.02 3.67 30.84 4538.38 整機(jī)合計(jì)（空載） 367.71 -0.87 14.59 -3148.63 52560.23 整機(jī)合計(jì)（滿載） 392.71 1.41 15.23 5426.37 58597.03 表2.6 最小幅度各部件及整機(jī)重心位置 部件名稱 吊重 25.00 10.50 24.64 2572.50 6036.80 吊鉤 1.72 10.50 28.00 176.99 471.97 臂架 30.28 6.35 33.41 1884.32 9914.22 平衡梁 42.83 -1.68 25.65 -705.15 10766.18 活對(duì)重 29.72 -2.16 21.04 -629.11 5509.45 司機(jī)室 1.50 3.68 15.27 54.10 224.47 機(jī)器房 9.13 -3.47 15.46 -310.47 1383.27 固定配重 40.00 -7.43 15.52 -2912.52 6083.84 轉(zhuǎn)臺(tái) 36.39 -3.46 13.12 -1233.91 4678.88 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 11.82 0.00 12.27 0 1421.31 變幅機(jī)構(gòu) 8.87 -0.14 19.54 -12.17 1698.53 起升機(jī)構(gòu) 26.25 -4.82 16.35 -1239.95 4206.04 電氣系統(tǒng) 6.00 -5.29 15.36 -311.05 903.17 回轉(zhuǎn)部分合計(jì)（空載） 241.51 -2.21 19.97 -5238.92 47261.32 回轉(zhuǎn)部分合計(jì)（滿載） 266.51 -1.02 20.41 -2666.42 53298.12 圓筒門架 74.69 0.00 4.35 0.00 3184.03 運(yùn)行機(jī)構(gòu) 38.74 0.00 1.18 0.00 447.99 梯子平臺(tái)系統(tǒng) 9.86 0.00 8.56 0.00 827.14 錨定裝置 0.72 -3.39 0.39 -23.92 2.75 防爬裝置 0.85 0.00 0.73 0.00 6.08 電纜卷繞系統(tǒng) 1.34 4.17 5.36 54.76 70.39 固定部分合計(jì) 126.20 0.02 3.67 30.84 4538.38 整機(jī)合計(jì)（空載） 367.71 -1.45 14.37 -5208.08 51799.70 整機(jī)合計(jì)（滿載） 392.71 -0.68 15.03 -2635.58 57836.50 表2.7 風(fēng)沿臂架吹時(shí)最大幅度風(fēng)載荷 部件名稱 吊重 1.10 20.00 24.54 5.5 134.97 臂架 1.20 13.26 24.47 3.98 97.34 平衡梁 1.55 3.18 27.56 1.23 33.96 變幅機(jī)構(gòu) 1.20 2.92 19.53 0.88 17.11 機(jī)器房 1.20 36.05 15.45 10.82 167.09 司機(jī)室 1.20 5.17 15.28 1.55 23.70 轉(zhuǎn)臺(tái) 1.20 9.63 13.11 2.89 37.87 回轉(zhuǎn)部分（空載） 20.22 21.34 431.49 回轉(zhuǎn)部分（滿載） 20.75 26.84 556.93 圓筒門架 0.6 44.78 4.28 6.72 28.75 運(yùn)行機(jī)構(gòu) 1.30 8.69 1.18 2.82 3.33 固定部分合計(jì) 3.69 9.54 35.20 整機(jī)合計(jì)（空載） 14.59 30.88 450.54 整機(jī)合計(jì)（滿載） 15.23 36.38 554.07 表2.8 風(fēng)沿臂架吹時(shí)最小幅的風(fēng)載荷 部件名稱 吊重 1.10 20.00 24.54 5.5 134.97 臂架 1.20 30.04 33.42 9.01 301.18 平衡梁 1.55 9.23 25.65 3.58 91.74 變幅機(jī)構(gòu) 1.20 2.92 19.53 0.88 17.11 機(jī)器房 1.20 36.05 15.45 10.82 167.09 司機(jī)室 1.20 5.17 15.28 1.55 23.70 轉(zhuǎn)臺(tái) 1.20 9.63 13.11 2.89 37.87 回轉(zhuǎn)部分（空載） 19.98 28.72 573.83 回轉(zhuǎn)部分（滿載） 20.42 34.22 698.77 圓筒門架 0.6 44.78 4.28 6.72 28.75 運(yùn)行機(jī)構(gòu) 1.30 8.69 1.18 2.82 3.33 固定部分合計(jì) 3.69 9.54 35.20 整機(jī)合計(jì)（空載） 14.87 38.26 568.93 整機(jī)合計(jì)（滿載） 15.49 43.76 677.84 表2.9 風(fēng)沿臂架吹時(shí)非工作狀態(tài)最大風(fēng)載荷 部件名稱 臂架 1.20 1.46 30.04 33.42 99.52 3326.07 平衡梁 1.55 1.32 9.23 25.65 35.71 915.98 變幅機(jī)構(gòu) 1.20 1.32 2.92 19.53 8.75 170.82 機(jī)器房 1.20 1.13 36