40t门座起重机运行机构及重要总成设计

更多相关文档资源请访问HTTP/WWWDOCINCOM/LZJ781219完整CAD设计文件以及仿真建模文件，资料请联系68661508索要题目40T门座起重机运行机构及重要总成设计学院机电工程学院系机械工程系专业班级机制095班学生姓名学号指导教师职称教授起讫日期2013315201352540T门座起重机运行机构及重要总成设计摘要起重机是现代工业在实现出产过程机械化，自动化，改善物料搬运条件，提高劳动出产率必不可少的机械设备。它对于发展国民经济，改善人们的物质，文化生活的需要都起着重要作用。门座起重机作为物料搬运机械中的最主要的一种，在各行各业中得到广泛的应用。门座式起重机在现代工业中是必不可少的，毕业设计进行门座式起重机的设计，不但有利于我们对大学所学知识的掌握并运用，同时通过查找和学习国内外相关的先进设计制造技术，可大大地提高我们对国内外起重机发展现状的了解程度，对我们未来的学习和工作有着积极而又深远的意义。本毕业设计论文主要针对门座起重机的运行机构以及其他一些重要的总成和机构进行设计。对门座起重机进行工况载荷分析，进行整机的稳定性校核，以此为依据选择相应的执行件和驱动件。在设计的过程中，运用CAD技术辅助设计，尽量实现三维建模仿真到二维工程图纸的输出无纸化。关键词门座起重机；运行机构；CAD辅助设计；载荷分析。DESIGNOF40TGANTRYCRANESTRAVELMECHANISMANDIMPORTANTASSEMBLYABSTRACTCRANEISANINDISPENSABLEMECHANICALEQUIPMENTTHATUSEDINTHEMODERNINDUSTRYTOMAKETHEPRODUCTIONPROCESSMECHANIZATIONANDAUTOMATION,HELPIMPROVETHEMATERIALHANDLINGCONDITIONSANDTHELABORPRODUCTIONRATEITISVERYIMPORTANTFORTHEDEVELOPMENTOFNATIONALECONOMY,IMPROVINGPEOPLESMATERIALANDCULTURALLIFEGANTRYCRANE,ASTHEONEOFTHEMOSTMAINMATERIALHANDLINGEQUIPMENT,ISWIDELYUSEDINALLWALKSOFLIFEGANTRYCRANEISINDISPENSABLEINMODERNINDUSTRY,TOMAKETHEDESIGNOFTHEGANTRYCRANEASTHEGRADUATIONTHESIS,ISNOTONLYCONDUCIVETOUSTOAPPLYKNOWLEDGEWEHAVELEARNEDINCOLLEGE,BUTALSOGREATLYIMPROVEOURUNDERSTANDINGOFCRANESDEVELOPMENTSITUATIONATHOMEANDABROAD,ANDHASAPOSITIVEANDFARREACHINGSIGNIFICANCEATOURFUTURESTUDYANDWORKBYLOOKINGANDLEARNINGRELATEDDESIGNANDMANUFACTUREOFADVANCEDTECHNOLOGYATHOMEANDABROADTHISGRADUATIONTHESISMAINLYINCLUDESABOUTGANTRYCRANETRAVELINGMECHANISMANDSOMEOTHERIMPORTANTASSEMBLYANALYSISWORKINGCONDITIONSOFGANTRYCRANE,CHECKTHESTABILITYOFTHEWHOLEMACHINE,ONTHISBASISTOCHOOSETHECORRESPONDINGEXECUTIONPARTSANDDRIVINGPARTSINTHEPROCESSOFDESIGN,WEUSETHECADTECHNOLOGYAIDEDDESIGN,TRYOURBESTTOACHIEVEPAPERLESSDESIGNINCREATINGOF3DMODELANDMECHANICALDRAWINGSKEYWORDSGANTRYCRANETRAVELLINGMECHANISMCOMPUTERAIDEDDESIGNLOADINGANALYSIS目录摘要IABSTRACTII第一章绪论211门座起重机的特点及分类212门座起重机的结构313门座起重机的现状及发展趋势414课题研究内容6第二章门座式起重机总体设计821门座起重机的性能参数及工况环境822确定起重机设计主要内容9221起升机构的组成及工作原理9222变幅机构的组成及工作原理12223旋转机构的组成及工作原理18224运行机构的组成及工作原理21225门座起重机的安全设置2223确定起重机金属结构形式27第三章各工作机构和金属结构的计算载荷及载荷组合31本节所作分析与计算均以依据GB/T38112008起重机设计规范依据。3131计算载荷31311自重载荷31312起升载荷31313自重震动载荷31314起升动载荷32315突然卸载时的动力效应32316运行冲击载荷33317起重机运行惯性力33318货物偏摆载荷33319风载荷3432载荷组合37第四章整机稳定性校核3941基本原则3942验算工况、载荷系数和载荷组合39421门座起重机的验算工况39422载荷系数和载荷组合39423门座起重机抗倾覆稳定性的力矩表达式4043轮压计算45第五章门座起重机运行机构设计分析4951运行机构概述49511运行机构设计所需要解决的问题49512运行机构设计所需要的主要原始数据5052决定运行机构的结构形式5053选择车轮与轨道并验算其强度50531验算车轮的耐久性50532验算车轮的强度5154有轨运行机构的驱动装置51541运行静阻力的计算51542按满载运行静功率初选电动机53543减速装置计算53544电动机过载能力验算55545制动器的选择5555有轨运行机构其他机构和安全辅助装置56第六章总结与展望5761工作总结5762工作展望57参考文献59致谢60附件一起重机行走机构设计图纸61第一章绪论11门座起重机的特点及分类门座起重机是港口码头数量和使用最多的、结构复杂、机构最多的、最典型的电动装卸机械，是一种重要而又具有代表性的旋转类型运动式起重机，他因具有能让运输车顺利通过的门架结构而得名。门形座架的4条腿构成4个“门洞”，可供铁路车辆和其他车辆通过。现代门座式起重机广泛应用于港口、码头货物的机械化装卸，造船厂船舶的施工、安装以及大型水电站工地的建坝工程中，对于减轻繁重的体力劳动，改善工人的操作条件，提高劳动生产率都具有很大的意义，是实现生产过程机械化不可缺少的重要设备。它具有较好的工作性能和独特的优越结构，通用性好，被广泛地用在港口杂货码头。门座起重机的工作机构具有较高的运转速度，起升速度可达117M/S，变幅速度可达092M/S，使用率高，每昼夜可达22H，台时效率也很高，一般可达100T/H以上；它的结构是立体的，不多占用码头的面积，具有高大的门架和较长距离的伸臂，因而具有较大的起升高度和工作幅度，能满足港口、码头、船舶和车辆的机械化装卸、转载，充分使用港口、码头场地，适应船舶的空载、满载作业，以及地面车辆的通行要求；还具有高速灵活、安全可靠的装卸能力，对提高装卸生产率，减轻繁重的体力劳动都具有重大的意义。但门座起重机也有它的缺点，如造价高，用钢铁材料多，要较大的电力供给，一般轮压较大，需要坚固的地基，附属设备也较多，如变电所、电缆、地道、坑道、电源等。门座起重机有各种分类方法，根据结构型式的不同，可分为不同的类型。（1）以门架的结构类型为主要标志。门座起重机可以分为全门座和半门座起重机。后者不具备完整的门架，它的两条运行轨道不在同一水平面上，一条铺设在地面上，另一条铺设在库房或特设的栈桥上。（2）以起重臂的结构类型为主要标志。门座起重机可分为四连杆组合臂架式门座起重机和单臂架式门座起重机两种。前者的最大优点是臂架下面的净空高度较大，因而在一定的起升高度要求下，起重机的总高度较低，但结构复杂，重量较大，而单臂则与上述相反。目前，国内大多采用四连杆组合臂架式起重机。（3）以上部旋转部分相对下部运行部分旋转的支承装置的结构类型为主要标志。门座起重机可分为转柱式门座起重机、定柱式门座起重机、转盘式门座起重机和大轴承式门座起重机。转盘式门座起重机结构复杂，加工制造困难，目前较少采用；转柱式和定柱式整体稳定性好，是目前常用的形式，其中转柱式应用最多；大轴承式结构新颖、构件少，重量轻，具有广阔的发展前景。12门座起重机的结构门座起重机又简称为门吊（其结构如图11所示）、门机，是电力驱动、有轨运行的臂架类起重机之一。它的构造大体上可以分为两大部分上部旋转部分和下部运行部分。上部旋转部分安装在一个高大的门形底架（门架）上，并相对于下部运行部分可以实现360任意旋转。门架可以沿轨道运行，同时它又是起重机的承重部分。起重机的自重和吊重均由门架承受，并由它传到地面轨道上。门座起重机正是由此门形底座而得名的。图11门座起重机示意图门座起重机的上部旋转部分包括臂架系统、人字架、旋转平台、司机室等，还安装有起升机构、变幅机构、旋转机构。下部运行部分主要由门架和运行机构组成。门架底部能通火车，轨距有3种能通过一列火车轨距为6M，称单线门架，能通过并排两列火车的轨距为105M，称双线门架，能通过并排三列火车的轨距为16M，称三线门架。码头前沿的门座起重机门架多属双线门架。门座底部装有行车车轮或运行台车，运行机构使整台起重机可以沿着地面上的轨道运行。门座式起重机一般通过电缆卷筒或地沟滑触线供电，采用电力直接驱动，只有当电力供应无法解决时才考虑采用蒸汽发电或柴油发电等复合驱动装置。门座起重机的工作原理是通过起升、变幅、旋转3种运动的组合，可以在一个环形圆柱体空间实现物品的升降、移动，并通过运行机构调整整机的工作位置，故可以在较大的作业范围内满足运移物品的需要。因此，门座起重机的设计的主要内容即是对门座起重机四大主要机构的设计。将一个复杂的机电系统划分为主要的几个构成单元，也是进行机电设计的一般方法。随着机电液光一体化的发展，门座式起重机的设计将融入更多的元素，那个时候门座式起重机的设计内容将划分的更加详细。门座起重机的整机组成如图12所示。图12门座起重机结构图13门座起重机的现状及发展趋势门座式起重机是随着港口事业的发展而发展起来的，1890年,第一次将幅度不可变的固定式可旋转臂架型起重机装在横跨于窄码头上方的运行式半门座上，成为早期的港用半门座起重机，随着码头宽度的加大,门座和半门座起重机并列发展，并普遍采用俯仰臂架和水平变幅系统。第二次世界大战后，港用门座起重机迅速发展为便于多台起重机对同一条船进行并列工作,普遍采用了转动部分与立柱体相连的转柱式门座起重机,或转动部分通过大轴承与门座相连的滚动轴承式支承回转装置,以减小转动部分的尾径,并采用了减小码头掩盖面的门座结构。在发展过程中，门座起重机还逐步推广应用到作业条件与港口相近的船台和水电站工地等处。经过几十年的发展，我国门座式起重机行业已经形成了一定的规模，市场竞争也越发激烈。面对竞争与市场的变化和挑战，近一两年来，起重机厂家在扩大产能方面投入很大，有的企业已经收到了显著的效果，市场占有率进一步提高。我国门座式起重机产品的技术水平在不断提高，但是与国际水平还有一定距离，扩大生产规模，提高产量的同时，做到技术水平的提升，将会为增强我国门座式起重机行业的竞争力。我国起重机工业有很大的发展潜力，前景很好，但同时我国起重行业目前存在的几个突出问题1、整体技术含量偏低，突出表现在产品的品种规格少，性能、可靠性等指标低于发达国家同类产品的水平。2、知名品牌寥寥无几，能打入国际市场并享有一定声誉的知名品牌几乎没有。3、产品低价恶性竞争严重，企业合理利润难保，已严重制约企业生产技术的持续发展。未来的一段时间内，起重机的发展趋势包括以下几个方面（1）大型化和专用化。用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理。达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。（2）轻型化和多样化。由于起重机是国家特种设备，必须要具备很高的安全系数，因此在过去的很长一段时间内，起重机的设计都无法摆脱庞大、厚重的惯性思维。随着计算机技术的发展，特别是20世纪以来的CAD技术的产生、发展和应用，起重机设计可以利用现代优化设计方法，在减少起重机冗余机构、减轻起重机质量的同时保持甚至提升起重机的工作载荷。这样的轻质起重机易于装配和搬运。另一方面，伴随着工业事业的发展，起重机的设计将更加的渗入到各行各业，起重机也将变得更加的多样化。（3）自动化和智能化。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机的新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。使起重机具有更高的柔性，以适合多批次少批量的柔性生产模式，提高单机综合自动化水平。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，特殊场合的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。（4）成套化和系统化。在起重机单机自动化的基础上，通过计算机把各种起重运输机械组成一个物料搬运集成系统，通过中央控制室的控制，与生产设备有机结合，与生产系统协调配合。这类起重机自动化程度高，具有信息处理功能，可将传感器检测出来的各种信息实施存储、运算、逻辑判断、变换等处理加工，进而向执行机构发出控制指令。这类起重机还具有较好的信息输入、输出接口，实现信息全部、准确、可靠地在整个物料搬运集成系统中的传输。起重机通过系统集成，能形成不同机种的最佳匹配和组合，取长补短，发挥最佳效用。目前重点发展的有工厂生产搬运自动化系统，柔性加工制造系统，商业货物配送集散系统，集装箱装卸搬运系统，交通运输和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。（5）新型化和实用化。采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻自重和增加外形美观。在机构方面进一步开发新型传动零部件，简化机构。“三合一”运行机构是当今世界轻、中级起重机运行机构的主流，将电动机、减速器和制动器合为一体，具有结构紧凑、轻巧美观、拆装方便、调整简单、运行平稳、配套范围大等优点，国外已广泛应用到各种起重机运行机构上。在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速系统和电控系统，发展半自动和全自动操纵。采用机电仪液一体化技术，提高使用性能和可靠性，增加起重机的功能。今后会更加注重起重机的安全性，研制新型安全保护装置。重视司机的工作条件，应用人体工程学设计司机室，降低司机的劳动强度。德国近年为解决起重机吊钩的防摆控制，开发了模糊逻辑电路的控制技术，用神经信息和模糊技术来寻找开始加速的最佳时刻，将有经验司机防摆实际操作的数据输入系统，实现最优控制。模糊控制方式能确定实施自动工作的控制指令，将人们主观上的模糊量通过模糊集合进行数字化定量，再利用计算机实现像熟练司机一样的自如操作，取得了更高的效率和安全性。模糊控制作为新的控制方法已引人注目。（6）混合型起重机。履带起重机和轮式起重机各有利弊，将两者取长补短后，混合型起重机应运而生，这也是起重机新型式的大胆尝试与突破。14课题研究内容本课题主要是内河港口50T门座式起重机的设计。门座起重机的主要结构包括起升机构、变幅机构、旋转机构和运行机构，而我主要负责的是运行机构的设计。小组内其他三个同学各自负责另一个主要机构的设计。为了规范课题研究的方法，提高课题研究的效率，我所拟定的课题的主要研究内容如下（大致按照时间顺序）广泛查阅起重机及门座起重机的相关知识，增加对起重机及起重机行业的感性认识，并在阅读相关材料及文献的同时清晰门座起重机的设计要点。另外，要有意识的查阅相关的外文文献，了解门座起重机发展的最新动态和技术趋势，在这个基础上，翻译一篇不少于2000字的外文文献。和设计小组的同学一起参观南昌港务公司昌北码头，实地考察内河港口门座起重机的作业情况，认真记录好昌北码头门座起重机的作业的工况环境。细致观察门座起重机的机械构成，弄清楚门座起重机的各个主要机构的，特别是运行机构的工作原理。另外在港口工程技术人员的指导下获得更多关于门座起重机的设计要点、保养知识以及需要改善改进的地方。在上述工作的基础上，确定主要工作机构（吊钩总成、变幅悬臂、运行机构等）和金属结构的形式；确定组合式臂架结构主要尺寸；货物水平位移补偿系统设计；计算工作机构、金属结构的计算工况、计算载荷以及载荷组合；进行总体稳定性计算；进行轮压计算；整机稳定性计算。所要完成的图纸包括（1）绘制门座起重机总体方案图一张；（2）绘制运行机构装配图一张；（3）绘制相关机构总成图；（4）绘制相关零件图；另外，如果时间精力足够，还应当利用三维建模软件（如PRO/E）建立起重机主要零部件三维装配模型；尝试利用PRO/E软件建立整机虚拟样机；尝试对虚拟样机进行运动学和动力学仿真分析。第二章门座式起重机总体设计21门座起重机的性能参数及工况环境起重机的技术参数表征起重机的作业能力，是设计起重机的基本依据。设计港口起重机械时，需要根据具体的情况确定起重机的主要性能参数。本次设计的港口装卸四连杆门座式起重机的主要性能参数见表21。表21主要性能参数表项目名称性能参数抓斗吊钩起重量40T最大幅度35工作幅度最小幅度10轨上2028起升高度轨下1515起升机构30M/MIN变幅机构50M/MIN回转机构14R/MIN工作速度运行机构26M/MIN整机A7起升机构M8变幅机构M7回转机构M7工作级别运行机构M4基距/轨距105/105M工作状态最大风速20M/S非工作状态最大风速55M/S许用轮压250KN轨道型号QU70电源380V/50HZ起重机为内河港口起重机，港口的最大风速为8级。在设计起重机时，安全系数取为12。起重机的使用年限是15年，每天工作8个小时。22确定起重机设计主要内容港口门座式起重机主要由钢结构、机构与电气系统三大部分组成。钢结构主要指臂架系统、平衡重系统、回转平台、人字架、立柱、均衡梁、机房、司机室等；机构有起升机构、变幅机构、回转机构以及运行机构；电气系统包括供电、电器与电气控制等。221起升机构的组成及工作原理在起重机中，起升机构主要用于实现货物的提升或下降。它是起重机中最重要、最基本的机构，其工作的好坏直接影响整台起重机的工作性能。起升机构通常有以下几个方面的任务1）起升、放置重物以及与其他机构配合实现货物的位移。2）机构能够以各种不同的速度起升和下降重物。3）能够随时制动，使货物停留在空中任意位置。4）在电动机突然断电的情况下，重物能够悬在空中。5）当电机通电后，整个机构恢复正常工作状态。起升机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成。驱动装置包括电动机、联轴器、制动器、减速器、卷筒等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具、挂件等多种型式。安全保护装置有超重负荷限制器、起升高度限位开器、下降深度限位器、超速保护开关等。各大部件根据实际需要配用。下图21以电动机驱动的双联起升机构为例说明其一般组成1电动机；2联轴器（带制动轮）；3制动器；4减速器；5齿型联轴器；6卷筒；7起升钢丝绳；8取物装置图21电机驱动起升机构起升机构的总体布置方式在很大程度上取决于驱动装置型式，在港口起重机中，起重机的驱动形式有两种集中驱动和分别驱动。而电机分别驱动型式的最为常见，起重机的各个机构都有各自的电机驱动，分组性好，布置、安装维修都很方便，操作控制系统简单。电机与卷筒平行布置是门座起重机中最多的布置方案。通过联轴器和减速器传递电机的转动，从而使卷筒旋转。电机的输出扭矩通过减速器放大驱动卷筒，使钢丝绳从卷筒上卷入或放出，从而实现货物的上升或下降。卷筒的正反转需借助电机的正反转实现，而货物的减速和停止又是依靠制动装置实现。起升机构中起升钢丝绳的卷绕系统是起升结构的重要部分，起着运动形式转换的作用。其结构形式又取决于起重机的起重量、作业对象及起重臂架系统型式。港口起重机前臂架多为四连杆组合臂架系统和单摇杆臂架系统，为了适应单件杂货、散货的装卸，一般有两种取物装置，吊钩组或双绳（四绳）抓斗。相应的滑轮组的卷绕方式有两套单联（适用于吊钩或双绳抓斗）、两套双联（适用于吊钩和四绳抓斗），卷绕系统示意图如下（图22）两套单联两套双联图22门座起重机卷绕系统示意图根据卷绕系统的不同，相应的有不同型式的起升绞车。1）吊钩起升绞车，如下图23、24所示图23单联吊钩绞车图24双联吊钩绞车2）抓斗起升绞车（常用双电机分别驱动），如下图25、26所示图25双绳抓斗绞车图26四绳抓斗绞车毕业设计所针对港口门座式起重机MQ4035主要在港口使用吊钩起升搬运货物，因此起升机构只需要一套电机驱动，并且其吊钩起升绞车为双联结构，因此MQ4035为单套双联卷绕系统。其起升卷绕系统如图27所示单套双联卷绕系统图27MQ4037起升卷绕系统对应的，MQ5037起升绞车的布置形式如图28所示图28起升驱动机构示意图222变幅机构的组成及工作原理变幅机构是用来实现臂架俯仰，以改变工作幅度的机构。它主要有两个方面的作用一是在满足起重机工作稳定性的条件下，改变幅度，以调整起重机有效起重量或调整取物装置工作位置；二是在起重量的最大幅度与最小幅度之间运移货物，以扩大起重机的作业范围。港口装卸用门座起重机变幅机构的作用主要是指后者，它与其他机构联合作业，实现货物的运移。为了实现起重机幅度的改变，变幅机构由两大部分组成臂架系统与变幅驱动系统。下面首先介绍臂架系统的总体设计。臂架系统的总体设计变幅机构根据变幅方法可分为两种基本形式运行小车式和摆动臂架式。运行小车式变幅机构用于小型固定式旋转起重机，作为制造和修理车间的小型起重机设备，在港口装卸作业中很少采用。摆动臂架式变幅机构，幅度的改变是靠摆动臂来实现的。港口门座起重机的变幅机构几乎全属此类。摆动臂架式变幅机构主要由摆动臂架、驱动装置、传动装置、制动装置所组成。此外，还有操纵设备、安全装置等。根据变幅机构的工作性质有可分为非工作性变幅机构和工作性变幅机构。非工作性变幅机构只是用来调整幅度，在装卸作业中，幅度不变。工作性幅度机构在装卸作业时，通过改变幅度来运移货物，以扩大起重机的服务面积和提高工作机动性。港口起重机为提高装卸效率，要求变幅机构能够实现工作性变幅。其特征是这种变幅是在带载条件下进行的，变幅频繁，变幅过程成为起重机每一个工作循环的主要工序之一，变幅速度对装卸生产率有直接的影响，故在这类变幅机构中，一般都应采用较高的变幅速度，以提高装卸生产率。本次毕业设计所设计的港口工作的门座起重机的变幅机构是摆动臂架式的工作性变幅机构。其变幅机构应该满足下面两点要求1）载重水平位移。使载重在变幅时沿水平线或接近于水平线的轨迹移动。2）臂架自重平衡。使臂架系统的总重心高度在变幅时保持不变或变化很小。为使载重在变幅过程中沿水平线或近似水平线移动，可以采用多种形式来达到，但基本上可以归纳为两种类型起升绳补偿法（也称为绳索补偿法）和组合臂架法。MQ4037采用的是组合臂架式变幅机构，因此可以使用组合臂架法使载重水平位移。组合臂架法的基本设计方法是机械原理中所学的关于四连杆机构定轨迹的设计方法。本次设计中，吊重水平位移补偿系统所采用的是四连杆式组合臂架，臂架系统是组合式的，它由臂架、象鼻梁和刚性拉杆三部分组成，连同机架一起组成一个平面四连杆机构。如果臂架的尺寸选择合适，则在有效幅度内，象鼻梁的端点将沿着接近水平线的轨迹移动。当起升绳沿着拉杆或臂架到象鼻梁从其头部引出时，可满足物品水平变幅的要求。使用这种补偿系统物品悬挂长度减小，摆动现象减轻，起升绳的长度和磨损减小，起升滑轮组倍率的大小对补偿系统没有影响。刚性拉杆组合臂架是组合臂架方案中最广泛采用的一种型式，图29示出了其变幅时吊重保持水平移动的原理，刚性拉组合臂架臂架1、象鼻梁2、刚性拉杆3组成，三构件与机架构成一平面四连杆机构，这种方案又称为四连杆组合臂架系统。当臂架俯仰运动时，象鼻梁端点的运动轨迹为一双叶曲线。如果臂架系统尺寸及机架O和D1位置选择适当，则在有效工作幅度范围S内，象鼻梁端点运动轨迹AB段接近为一水平线，这时只要起升绳沿臂架系统构件的轴线布置，并从象鼻梁端点引出，就可以实现吊重沿接近水平线轨迹移动。四连杆臂架系统的主要优点是臂架下的工作空间较大，钢丝绳的悬挂长度不变，货载摆动现象减小。其缺点是臂架为葙型结构，自重较重，结构复杂，迎风面积也较大，在变幅过程中，臂架难以沿严格的水平线变幅。四连杆机构定轨迹的设计在要求不是十分精确地情况下可以采用作图法进行设计。最后可以利用软件对四连杆机构的目标点的轨迹的水平度进行校核图29刚性拉杆组合臂架工作原理除了载重的水平位移补偿外，也必须对臂架的自重进行补偿，以使臂架调运货物时载荷稳定。利用臂架的俯仰来改变幅度时，臂架系统重心的高度也在不断的变化，为了使臂架系统的重心尽可能不发生升降现象，以免由于重心升降时需要做功而引起变幅机构驱动功率的增大，可以采用多种构造形式来达到。在这里采用了港口普遍采用的利用活配重使臂架系统合成重心位置在变幅过程中，接近于水平线的轨迹移动的方案。图210杠杆活配重法臂架平衡系统工作原理图图210所示为利用杆杠活配重法来获得臂架自重平衡的工作原理简图。活配重与臂架分离，绕各自铰轴摆动，采用杠杆连接使之组成非平行四边形的四杆机构。这种平衡法的基本原理为不再是保持臂架和配重的合成重心位置不变，而是根据变幅过程中，臂架位能的增加（或减少）值等于活配重位能相应地减少（或增加）值，使臂架系统在各个变幅位置保持总位能不变。这种方案与尾重法相比较，在臂架摆动角度相同的条件下活配重摆动角度显著增大，从而增大了活配重的升降高度，以至于减轻了活配重的重量。同时它把臂架系统分成臂架与配重两部分，配重被移到起重机旋转中心线较远的地方，两者用杠杆联系起来，由于杠杆的放大原理，使配重重量大大地减轻，并可充分发挥配重对起重机稳定性的作用，它在总体布置上，要比尾重法方便得多。但是这种平衡方案不能做到臂架系统的完全平衡。只要把四杆机构的尺寸和配重的重量选得合适，可以使误差缩减到很小的程度，安全能满足对臂架平衡系统提出的要求。由于这种方案优点较多，因此，目前应用最普遍，门座起重机基本上都采用此种平衡方法，因此，毕业设计所设计的门座起重机也采用这个方法。变幅驱动系统总体设计为使臂架绕其铰轴摆动来改变起吊货物的位置，就必须有一套专门的驱动机构。根据变幅机构工作性质和要求不同，出现了多种传动机构，如齿条、螺杆螺母、液压等。下面简要介绍经常使用的齿条和螺杆螺母驱动机构。1）螺杆螺母变幅驱动机构图211螺杆螺母传动变幅机构筒图1机；2减速器；3转动的螺母；4不转动的螺杆；5臂架；6转动的螺杆；7不转动的螺母图211为螺杆螺母传动变幅机构筒图。这种传动方案的主要优点是由于螺杆螺母传动本身具有很大的传动比，因而使整个传动装置紧凑、重量轻、变幅平稳无冲击。主要缺点是效率低，非密封条件下工作或润滑不良时，磨损快，螺母的螺纹磨损后不易检查。近来出现的滚珠螺杆（见图212）能够克服上述的这些缺点。这是一种有前途的变幅传动方式。但由于制造工艺复杂，还没有广泛采用。图212滚动螺杆1支座；2键槽；3螺杆；4滚珠；5驱动齿轮；6轴承；7螺母2）齿条变幅驱动机构图213为齿条传动的变幅机构简图。臂架直接由齿条推动，齿条则由装设在机器房顶上的电动机通过一个封闭式的三级圆柱齿轮减速器减速后，带动一个小齿轮，由小齿轮的旋转运动驱动齿条做直线运动，从而推动臂架绕其轴心摆动。对于较大型的起重机，齿条常制成针齿的形状，以便制造和维修工作。图213齿条传动的变幅机构驱动简图1电动机；2液压推杆制动器；3圆柱齿轮减速器；4齿型连轴节；5齿条因为在变幅时振动和冲击都较大，所以在齿条头部装设橡胶缓冲装置或液压缓冲装置。另外，为了避免由于齿条超程而使臂架脱落，确保变幅机构安全工作，齿条在变幅有效区段内两端都设有行程开关。这种传动方式的主要优点是结构紧凑，重量轻，可以双向受力，效率高。缺点是因为存在齿间间隙，起、制动时有冲击；齿条传动是开式传动，工作条件差，所以齿面易磨损。这种传动方式由于可以在效率较高的前提下，获得相当紧凑的结构，因而，在工作性变幅机构中得到广泛的应用。本机变幅机构采用单根齿条驱动变幅，传动系统主要由电动机、传动轴、制动器、减速器、联轴器、小齿轮、齿条和摇架等组成。当电机工作时，齿条作直线往复运动，以驱动组合臂架摇摆而适应各幅度位置的变化。摇架作为运动齿条的导向滑轮装置，可绕铰点转动。小齿轮与齿条的啮合间隙用三个带有偏心轴的导向轮来调整。电动机与减速器的链接采用浮动传动轴，在减速器的高速轴端装有一套制动器，在臂架的下铰点装有减速开关，在摇架上装有两级终端限位保护器，在齿条箱的终端还设置有安全挡块。变幅机构驱动传递路径变频电机鼓型齿形联轴器浮动轴鼓型带制动轮齿形联轴器减速器低速轴鼓型齿形联轴器齿条支承摇架齿条。它是采用变频调速的方法，由电控PLC、变频器实现，具有良好的调速性能。变幅机构的传动简图如图214所示。图214变幅机构传动简图1减速器；2低速轴齿形联轴器；3制动器罩；4制动器；5带制动轮齿形联轴器；6浮动轴；7齿条总成；8高速轴齿形联轴器；9电动机变幅缓冲装置在臂架类起重机中，由于臂架系统自重和起吊货物的重量，使得变幅机构工作时起、制动产生的冲击很大，为了减缓冲击和振动，必须在变幅机构中安装缓冲装置。常用的缓冲装置有弹簧缓冲器、橡胶缓冲器（如图215）、液压弹簧缓冲器（图216）。图215橡胶缓冲器弹簧缓冲器内部弹簧为螺旋式压力弹簧。这种缓冲器构造简单，维护修理简单，使用寿命长。其工作原理是弹簧受压，吸收能量减少冲击。橡胶缓冲器内部有一组特制的橡胶垫，每块橡胶垫之间有一个金属垫隔离。为了增加橡胶垫的使用寿命，在其中间加入一个金属垫片。这种缓冲器缓冲效果好，但对橡胶质量要求高，结构复杂，修理麻烦。其工作原理是橡胶垫受压缩变形，吸收能量，减少冲击。液压弹簧缓冲器由阻尼油缸和缓冲弹簧制成的。阻尼油缸的阻尼大小可通过调整活塞两侧节流阀的开度来达到的。它的工作原理是依靠阻尼油缸的工作油节流发热，吸收能量和弹簧压缩变形吸收能量来减少冲击。图216液压弹簧缓冲器1活塞；2缸体；3节流阀；4密封圈；5弹簧；6限位套筒；7调节螺栓缓冲器通常安装在机构与臂架之间的连接件上。由于液压弹簧缓冲器具有良好的阻尼效果，便于安装和调试，安全性高，因此本毕业设计采用的是液压弹簧阻尼器。223旋转机构的组成及工作原理旋转机构是用来支承旋转部分重量，并驱使旋转部分相对于不旋转部分做旋转运动的工作机构。它的作用是使被起吊的货物围绕起重机的旋转中心做旋转运动，以达到在水平面内运移货物的目的。旋转机构是起重机的主要工作机构之一。它只有与其他机构配合作业，才能将货物运送到起重机工作空间范围内的任何地方。当单独用旋转机构工作时，己被起吊的货物移动范围只是一个狭窄的圆环面（图217（A）；当旋转机构和变幅机构、起升机构联合作用时，其工作范围是环形圆柱体空间，在平面内是一个较宽的圆环（图217（B）；当旋转机构与运行机构、起升机构联合作用时，其工作范围扩大到相当大的空间（图217（C）。图217旋转机构工作空间示意图起重机的旋转机构，不论其结构如何，均是由旋转支承装置和旋转驱动装置两部分所组成的。旋转支承装置是用来保证起重机的旋转部分和不旋转部分的对中，并把旋转部分的力（包括垂直力、水平力和倾翻力矩）传递给起重机的不旋转部分的装置。旋转驱动装置是实现起重机旋转部分相对于不旋转部分转动的执行机构。目前港口门座起重机采用的柱式旋转支承装置主要是由一个柱、两个水平支承和一个垂直推力支承组成的。有时用一个向心推力支承来代替一个水平支承和垂直推力支承。根据柱是固定或旋转，柱式旋转支承装置又分为定柱式和转柱式旋转支承装置两种。两者的区别可见下图218（A）转柱式支承和图218（B）定柱式支承。图218（A）转柱式支承图218（B）定柱式支承由于转柱式支承装置具有结构简单、制造方便、精度要求不高等优点，因此被广泛地应用于门座起重机。本次设计中，回转机构采用的是转柱式支承装置，这种回转支承上支承包括装在转柱上的水平滚轮和固定在门座上的环形轨道组成。当转柱旋转时，水平滚轮就沿轨道滚动。下支承是由装在门座下十字横梁上的推动轴承和球面径向滚动轴承组成的。门座起重机回转部分固定在大的转柱上并由门座外圈上的齿圈实现起重机回转部分相对于固定部分的回转。旋转驱动机构是用来实现起重机旋转部分相对于不旋转部分转动的动力和速度的传动装置。这种装置能满足起重机低速正反转、制动平稳、安全可靠的要求。从受力方面考虑，旋转驱动机构必须克服如下阻力矩一是旋转支承装置中的摩擦阻力矩；二是风阻力矩；三是由道路坡度或浮船倾斜造成的旋转阻力矩。旋转驱动机构的形式和构造，主要是根据起重机的用途、工作特点、起重量的大小来确定的。在实际中应用最广泛的是机械驱动。它是由下列部分组成的原动机、联轴节、制动器、减速器和最后一级齿轮传动。为了保证旋转机构的可靠工作和防止过载，在传动系统中一般还装设极限力矩联轴节。原动机采用电动机。根据所采用的原动机、减速器及驱动元件的不同，机械驱动的旋转机构有以下几种主要驱动形式卧式电动机带制动轮的联轴器制动器带极限力矩联轴器的涡轮蜗杆减速器最后一级大齿轮传动；立式电动机一联轴器一水平安装的制动器一轴线垂直布置的立式减速器（可带极限力矩联轴节）一最后一级大齿轮传动；卧式电动机一极限力矩联轴器一制动器一圆柱圆锥齿轮减速器一最后一级大齿轮传动等。本次设计的港口门座起重机采用立式电动机联轴器水平安装的制动器轴线垂直布置的立式减速器（可带极限力矩联轴节）最后一级大齿轮传动。这种结构的简图如下。图219回转机构示意图1电动机；2极限力矩联轴器；3上箱体；4形星齿轮减速器；5回转支承；224运行机构的组成及工作原理在装卸作业中，往往要求起重机能够调整工作位置，改变工作地点，以扩大作业范围，提高装卸效率。因此，在起重机中通常都装有运行机构，运行机构的任务是使起重机做水平运动。运行机构按照结构特点分为无轨运行机构和有轨运行机构两大类。港口装卸用门座起重机运行机构均为有轨运行机构。有轨运行机构起重机可沿着铺设的钢轨上运行。由于这种运行机构的车轮和轨道都是钢铁制成的，故其运行阻力小，承载能力大，结构紧凑。尽管与无轨运行机构相比较工作范围受到轨道的限制，但是仍是港口起重机的主要运行形式。门座起重机的运行机构属非工作性运行机构，只是用来调整起重机的工作位置。运行机构的工作速度随起重机的用途确定。非工作性运行机构为了筒化结构，减轻自重，通常采用较低的运行速度。门座起重机运行机构的驱动形式是由独立的驱动装置分别驱动各个支点上的车轮。因为这种驱动结构简单，布置方便，在港口起重机械运行机构中获得了广泛的应用。运行机构不论是何种结构，都是由运行支承装置和运行驱动装置两大主要部分组成的。运行支承装置的机械部分对于有轨运行机构起重机主要是均衡梁、车轮和轨道。运行驱动装置包括电动机、减速器与制动器等。轨式运行驱动装置主要包括原动机、制动器、联轴节、传动装置等。有轨运行起重机的运行机构大多数采用电动机驱动。为适应起重机运行机构重复短暂周期性工作的特点，与其他机构一样，交流电驱动的起重机其原动机也采用起重和冶金机械专用的三相交流异步电动机，型号为绕线式异步电动机JZR或鼠笼式异步电动机。前者由于其转子电阻可以调节，因此起动电流不大，且便于调速，故获得广泛应用。后者构造简单，价格便宜，但起动电流大，不便于调速，且不能承受较大的起动次数，因此，一般仅在功率不大或工作不十分繁重的情况下使用。为使起重机迅速准确地停车，运行机构中必须安装制动器。常用的制动器为JWZ型交流短行程双磁双块制动器，靠弹簧上闸，电磁铁松闸。YWZ型电动液压推杆双瓦块制动器也得到广泛应用，它是靠弹簧上闸，电动液压推杆松闸的。与前者相比，后者具有制动平稳、工作可靠、制动力矩大、外形尺寸小等突出优点，被广泛地应用在各种港口起重机中。门座起重机运行机构联轴节多数使用弹性柱销联轴节，且与制动轮制成一体，这样大大地缩小了整体尺寸，结构紧凑。制动轮一般安装在电动机的高速轴上，因高速轴所需制动力矩小，制动器可得到较小的尺寸。传动装置主要采用圆柱齿轮减速器加开式齿轮传动、蜗轮蜗杆减速器加开式齿轮传动、三合一减速器传动等。门座起重机上常用的传动装置为蜗轮蜗杆减速器加开式齿轮传动。图220为港口常见的门座起重机运行机构布置图。这种方案由于采用蜗轮蜗杆传动，因此传动效率较低，且沿轨道方向的尺寸较大。为了获得结构紧凑、传动效率高的驱动形式，近年来，在进口门座起重机的运行机构中，出现了“三合一”减速器，即将电动机、减速器、制动器三件合为一体。其优点是体积小，重量轻，结构紧凑，安装方便，外形美观。目前，国内正在研制这种减速器。这种减速器采用立式电动机驱动，通过带有一级圆锥齿轮传动的减速器，再经一级开式齿轮传动的驱动方案。本次毕业设计主要的任务即是对门座起重机的运行机构进行设计，所以毕业论文中会有详细的运行机构设计的内容。图220运行机构简图1橡胶缓冲器；2扫轨板；3车轮；4均衡梁；5防滑楔；6开式齿轮；7驱动装225门座起重机的安全设置防风锚定装置防风锚定装置是大型起重机的一种重要安全保护装置，它的作用是将起重机牢牢地固定在作业场地。港口起重机均在露天场地或码头前沿作业，经常承受风载荷作用。由于起重机结构庞大，迎风面积大，承受的风载荷也就很大，很容易在风力作用下移动滑行。如果不采用必要的安全保护措施，就有被损坏甚至被吹翻的危险。国内外大型起重机由于没有防风锚定装置，被大风吹走，滑移、碰击到轨道端部后倾翻的事故很多。因此，露天作业的大型起重机械必须装设防风锚定装置，以便随时将起童机固定起来，防止被暴风吹走。（1）防风锚定装置该装置是将起重机与作业场地地面连接起来，构造简单，安全可靠。但与场地连接部位，必须在修建码头时同时造好。典型的结构形式见图221。使用时需4套装置，分别安装在大车运行机构的4条腿上同时使用。图221（A）为插销装置（大型起重机常用插板代替插销，并且用杠杆来插入与插出）。插销装置应沿轨道场地上两侧每隔一定距离装设下个，以便在大风来到时能及时将起重机锁住。图221（B）为链条式锚定装置。它利用链条将起重机与地面固定点连接起来，达到固定起重机的目的。图221防风锚定装置（2）手动胶楔手动胶楔是一种简单、有效的防风工具，将它插入车轮和道轨之间，当起重机受风力移动后，车轮滚上胶楔，使车轮与轨道间的滚动摩擦变成胶楔与轨道间的滑动摩擦，阻力增大，阻止门座起重机继续移动。手动胶楔的缺点是需要靠人工插入和拔出，使用不方便，另外它与运行机构没有电器联锁，有时会因失误造成事故。（3）楔块式防爬器压力轮固定在起重机上，其下部有凹型楔块，它们之间有一定间隙。凹型楔块通过挠性件挂在上端的电动推杆（或电动液压推杆）上，当运行电动机工作时电动推杆也工作，将楔块提起离开轨面，使之与压力轮相接触，此时，起重机可以正常运行；当起重机停止运行时，电动推杆反转使楔块放下（若采用电动液压推杆，此时楔块在自身重力作用下），落在轨面上，与起重机呈浮动连接。当起重机在风力作用下移动时，楔块不动，压力轮将沿着楔块斜面爬坡，压力轮对楔块的垂直压力使楔块与轨面产生摩擦力，当摩擦阻力能平衡风力时，起重机就停止移动。楔块提起和放下时与运动机构通过限位开关联锁，以保证防爬器正常工作并防止运行机构误动作。这种机构可以灵活的锚定起重机，而不需要人为的其他操作，但不可用于风载很大，以及环境比较恶劣的场合。楔块防爬器构造简单，制造成本低，可靠性高，特别是当轨道低于码头平面时，夹轨器无法工作，它却可以正常工作。但是，它与胶楔一样，当有台风时，起重机仍可能与楔块一起沿轨面滑动，故必须安装其它防风锚定装置。因此，本次毕业设计门座起重机采用的防风锚定装置就是图221（A）所示的插销装置和楔块式防爬器的组合。楔块式防爬器用于平常的起重机的运行自锁，在遇到台风或者其他的特殊的情况的时候，就使用插销装置将起重机锁定在铁轨上，以防止安全事故的发生。超负荷限制器起重机的工作负荷是一个确定的数值，作业过程中货物的重量不能超过额定负荷值，否则就可能造成机损、货损及人身伤亡事故。现在国家劳动安全部门已经明确规定，在大中型起重机械上必须装有防止起重机超载作业的安全装置。这就从根本上消除了超负荷作业的隐患。防止起重机超载作业的安全装置有两种一种是起重量限制器（即超负荷限制器）；另一种是起重力矩限制器。后者用于臂架类起重机中。随着幅度的增加，允许的起重量减少。港口装卸门座起重机的起重量一般不随幅度变化，故很少应用。现仅就港口装卸门座起重机使用的超负荷限制器介绍如下。超负荷限制器种类很多，按工作原理主要分为机械式和电子式2种。机械式主要有杠杆式、偏心式和凸轮式3种。这3种装置的工作原理相同，即载荷直接或间接地作用于杠杆或者偏心轮、凸轮上，当引起的力矩超过事先调整好的阻力矩时，缓冲装置活塞杆受力运动，从而碰撞限位开关，使起升机构断电，达到停车的目的。电子式超负荷限制器使用半导体和微型电子计算机等元件。它的工作原理主要是通过压力传感器来采集信号样本，即将载荷信号变为电信号，经过运算处理。当载荷分别达到额定起重量事先调定的某些数值时，超负荷限制器分别发出预报和报警信号，最终通过控制电路自动切断起升电源，迫使起升机构停止工作。机械式超负荷限制器构造简单，但有体积大、重量大等缺点，大多数装在中小型起重机上。电子式超负荷限制器具有集成化，调整方便，体积小等特点。此外，电子式超负荷限制器较之机械式超负荷限制器反应灵敏，安装方便。我国港门座起重机多采用杭州新华仪表厂生产的PCI1002超载限制器。其主要原理是该仪器配以电阻应变片式荷重传感器，能在起重设备承载到额定值的90时，发出声光报警信号，提示操作人员不要超载。若负荷继续上升到额定值的110时，仪器发出控制信号，强制切断起重设备上升机构的电源，达到保护人身安全和设备安全的目的。PCI1002超载限制器具有如下特点1）高可靠设计，使得仪器能在恶劣环