计算机程序实现履带式起重机机构参数的计算【24200字】【优秀机械毕业设计论文】

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关键词：: 计算机程序实现履带式起重机机构参数计算优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份，74页，24200字左右。
开题报告一份。
外文翻译一份。

摘要
本计算程序是在C++Builder6.0 开发环境的基础上开发的，通过QUY350履带起重机机构参数的计算和部件选型过程详细的介绍了计算软件的界面和使用方法，并对软件计算得到的部件选型结果进行了匹配分析。使用本计算程序，输入相应的技术参数，即可进行快速的计算和部件自动选型。同时，设计人员也可以根据计算得到的数据结果进行人工选型，达到设计人员满意的目的。程序还提供了接口，可以将设计人员输入的参数、中间计算结果以及部件选型结果以文本格式输出，以备日后查阅或作为技术文本保存起来。
该计算程序界面友好、操作简洁、容错能力较强，不但提高了设计人员进行解析法计算的效率，而且凭借设计人员的经验反复修改相应的参数，还可以对履带起重机各个机构部件选型进行人工优化，能在很大程度上缩短计算、选型和校验时间，提高计算的准确性，降低计算的复杂性。本论文所研究的内容就是针对上述这个具体生产实际课题而开展的。
关键词：
履带起重机，机构，设计计算，软件系统，C++Builder
Abstract
The program is based on the C++ Builder6.0 environment. Through the calculation of parameters and the components selection process to Crawler crane QUY350 , we have introduced the interface and the using methods of the calculation software in detail. And we have done a match analysis of the Selection of components with the results calculated by the software. Use of the program, enter the appropriate technical parameters, the program can do the calculation and selection of components rapidly and automatically. At the same time, designers can have artificial selection by the results of the calculation, to achieve the satisfaction with the designers. The program also provides interfaces, designers can enter the parameters, intermediate results, as well as the results of component selection in order to output text format for future access or save the text as technology.
The operation of the user-friendly program is simple, but its fault-tolerant ability is strong, Not only enhance calculate efficiency with theoretical analytic method for Designer, but also designers can according to theirs experience to change the corresponding parameters repeatly .All sorts of mechanism parts of the crawler crane selections can manual optimize，if designer use the software. It is a powerful tool for enterprises seriation designing.The program was used and some feedback information is given by designers, after several times improvement, this software has been finally appreciated by designers. In this paper, the study is to address the above issues in this specific production.
Keywords：
Crawler Crane, Mechanism Design, Calculation, Software System,C++Builder
目录

第1章绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 履带式起重机发展概述 2
1.3 履带起重机的发展趋势 5
1.4 软件设计发展概述 7
1.5 课题意义 9
第2章履带起重机的组成机构 11
2.1 起升机构 11
2.2 履带式行走机构 13
2.3 履带式起重机变幅机构 16
2.4 回转机构 19
2.5本章小结 22
第3章履带起重机各主要机构的设计计算 23
3.1 起升机构的计算 23
3.2 变幅机构计算 28
3.3 回转机构计算 33
3.4 履带式行走机构计算 40
3.5 本章小结 44
第4章履带起重机机构设计计算程序的开发 45
4.1 C++ Builder开发平台简介 45
4.2 软件开发的过程 46
4.3 主程序模块实现 52
4.4 程序使用说明 53
4.5 本章小结 53
第5章软件界面介绍及应用实例 55
5.1 QUY350履带起重机简介 55
5.2 软件在QUY350履带起重机回转机构设计中的应用 55
5.3 选型结果人工校验 62
5.4本章小结 63
结论 65
致谢 66
参考文献 67

开题报告
1课题介绍
1.1课题名称：
计算机程序实现履带式起重机机构参数的计算
1.2论文选题：理论意义、实用价值
随着国家经济建设的迅速发展，工业生产规模不断的扩大，生产效率日益提高，促使大型或高速起重机的需求量不断增长。起重量越来越大，工作速度越来越高，对能源和可靠性也提出了更高的要求。今天的起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。
履带起重机的机构部分主要分为起升、变幅、回转和行走四大部分，每一部分的动力都来源于统一的液压系统。以往机构设计人员和液压设计人员单独进行工作，多数机构设计人员不懂液压系统的工作原理，只是简单的选型，没有优化；而液压设计人员对机构设计的认识又不深，不能完全了解机构的运动形式。因此，为方便广大设计者达到机构与液压的完美结合，设计开发此程序。
该程序的完成，为履带起重机设计人员使用目前先进的计算机工具提供了一个接口，降低了设计人员计算的难度，使设计人员从大量而繁杂的计算工作中解脱出来，将充沛的精力投入到结构的设计中。利用该程序，通过填写系统参数和一些结构参数，设计人员可以快速进行履带式起重机机构部分和液压系统的设计以及部件的选型，做到人机交互式工作；从而使履带起重机机构部分和液压系统的设计得到优化，为履带起重机总体设计软件提供数据支持。
1.3课题背景：
1.3.1国外履带式起重机的发展概况
目前，国外专业生产履带起重机的厂家很多，德国的主要生产厂家有利勃海尔（Liebherr）公司、特雷克斯——德马格（Terex-Demag）公司、森尼波根（Senebogen）公司，美国主要生产厂家有马尼托瓦克（Manitowoc）公司、林克——贝尔特（Link-belt）公司、P&H公司，日本的主要生产厂家有神钢（Kobelco）公司、日立住友（Hitachi-Sumitomo）公司和石川岛（IHI）公司，其中利勃海尔、特雷克斯——德马格、马尼托瓦克、神钢、日立住友等公司产品系列较全，市场占有率较高。
1.德国利勃海尔（Liebherr）公司
利勃海尔公司，是世界著名起重机生产厂家之一，该公司的产品技术先进，其生产的ＬＲ系列履带起重机最大起重量已达1200吨。
该公司产品主要特点有：系统为全液压驱动、电液比例控制，可实现无级调速且传动平稳，具备完善的自拆装功能，主副钩可单独工作亦可交替使用，自动安全保护合理，大吨位履带起重机安装全球卫星定位通讯系统，厂家对其产品进行实时监控，另外为充分发挥臂架的起重能力、提高整机的稳定性大吨位履带起重机均增加了超起装置。
2.德国特雷克斯～德马格（Terex-Demag）起重机公司
德马格原属德国曼内斯曼集团旗下的企业，由于该集团产业结构调整，产权转让给了特雷克斯。德马格的履带起重机制造和经营历史很长，技术上与利勃海尔有一定差距，但价格比利勃海尔稍低一点，又比日本产品高不少。德马格公司主要生产起重量从50吨到1600吨的CC系列履带起重机。
3.美国马尼托瓦克（Manitowoc）公司
美国马尼托瓦克公司是世界著名起重机设计制造厂家之一，它创建于1902年。马尼托瓦克生产的履带起重机起重量从45吨到907吨，其250吨及以上履带起重机产品的生产量在全球占有较大的份额。
该公司产品主要特点有：以水冷柴油机为动力，广泛采用可控变矩器（即VICON系统）；为了改善和扩大司机视野，司机室可以上下左右调节位置，计算机监控，手触屏幕指令选择，先导比例控制，设计原则强调自装自拆功能。为了加大起重能力提高稳定性，采用了环轨型超起装置，环轨位于起重机行走装置的外围，让配重和臂架都作用于环轨上，则其所受到的载荷由环轨承担，环轨直径大，可大大提高整机稳定性和承载能力，其缺点是旋工前必须投入人力、物力和财力构筑“环轨”，施工中起重机无法移动，只能回转，限制了作业范围，吊装完毕后，还必须把它拆除。
4.日本国生产履带起重机情况
日本的履带起重机起步于50～60年代，以机械传动为主，70年代开始迅速发展，传动以液压为主。日本的主要生产厂家有神钢（Kobelco）公司、日立住友（Hitachi-Sumitomo）公司和石川岛（IHI）公司，日立住友是住友和曰立公司在2002年合并为“Hitachi-Sumitomo”品牌，主要生产起重量从30吨到650吨的SCX系列产品。神钢（Kobelco）公司早在1964年，开发了3000系列履带起重机，1977年开发了5000系列履带式起重机，1982年设计成功5650履带起重机，最大起重量650吨，1984年升级换代为7000系列履带式起重机，现在部分7000系列升级为CKE系列履带起重机，其开发的履带起重机产品系列化程度高、性价比高，瞄准出口市场，深受发展中国家的欢迎，在全球范围内占有一定比例，主要生产的CKE系列产品起重量从60吨到400吨，7000系列产品起重量从35吨到800吨。
1.3.2国内履带式起重机的发展概况
我国生产履带起重机历史较短，“七五”期间以技术贸易相结合的方式，分别从日本和德国引进中小吨位履带起重机生产技术，与世界先进国家相比，国内履带起重机的吨位小、系列化程度低、技术含量低，在设计和制造上还存在一定的差距。近年来，国内履带起重机发展迅速，技术水平提高很快，系列不断得到完善。
国内生产履带起重机的主有厂家有：徐州重型机械有限公司、抚顺挖掘机制造责任有限公司、中联浦沅、三一重工、抚顺工程机械有限公司、哈尔滨四海工程机械制造公司。据统计，各公司履带起重机的年产量从数10台到200台左右不等，产品以200吨及以下吨位为主。
国内履带起重机的生产历史较短，正处于成长发展时期。随着市场需求量的不断增加，企业将向大规模、系列化方向发展。目前抚顺挖掘机制造有限公司以其占国内销售总量60％的业绩高居国内榜首，已经推出350吨产品。徐州重型机械有限责任公司450吨产品也已经下线。中联浦沅的QUY600也已交付使用。上海三一科技的SCC9000型履带起重机也于2007年12月下线，SCC9000型履带起重机的成功研制，填补了亚洲大吨位履带起重机的空白，标志着我国在大型、超大型履带起重机自主研发领域已走在亚洲前列。随着国产起重机新产品不断涌现，吨位系列化渐趋于完善，技术含量也有了很大提高。从国内市场来看，国产起重机以中小吨位为主，进口产品则是大吨位居多。国产大型起重机刚刚起步，在产品性能上与国外产品相比还存在较大差距。但国内大型履带起重机具有天时（市场需求，政策保护）、地利（地理位置优势、价格优势）、人和（先进设计理念、技术手段）。目前，各建设行业的投资都保持平稳上升趋势。水利、水电、能源、矿山建设都有新的工程规划，今后五年，我国电网建设总投资将超过1万亿元。而在炼油、石油化工项目中，随着项目工程的扩大，其反应器等设备的吨位也将不断增大，因此国内大型履带起重机的研制势在必行。
1.4研究内容范围：
对履带起重机机构部分（包括起升、变幅、回转和行走）主要参数进行提取，完成机构与液压系统所需要的理论文本（计算说明书），通过Borland Visual C++软件建立可视化界面，相应的用VC++语言进行编程，实现机构部分与液压系统部件设计与选型的程序化，从而实现在简单的操作界面上完成机构的某些参数的计算的功能。
1.5课题的关键问题和创新点
1.5.1关键问题：
可视化界面的设计，要求会使用VC++软件，为使用者提供容易操作的界面，并且会使用VC++语言编程实现需要进行的计算。
参数的确定，按照实际需求输入，通过参数的调整从而进行部件的选择，这就要求在程序的编写过程中要对部件的设计过程有详细的了解。
计算说明书的完整性和准确性，程序的编写完全依赖计算说明书，只有计算说明书完整、准确，才能保证程序运行结果的参考性。
建立目前起重机机构部分与液压系统零部件常用产品的数据库。
1.5.2创新点：
本程序是徐州重型机械有限公司起重机总体设计软件的一部分。程序是基于Windows平台用VC++语言开发的，可独立地在Windows上应用。程序不但可以解决一些其他软件无法解决的计算问题，而且可以帮助工程设计人员省去分析计算构件的某些参数的时间，准确而快速的反映构件的这些参数，从而提高设计精度，缩短了设计周期。
1.6论文综述
随着国家现代化建设的飞速发展，科学技术的不断进步，现代施工项目对履带起重机的要求也越来越高，高、深、尖液压技术在履带起重机上的应用也越来越广泛，履带起重机液压系统展示了强大的发展趋势。履带起重机液压系统一般由起升、变幅、回转、行走、控制五个主回路组成。下面就液压系统在起升和回转机构的应用进行一下简单的说明。.
对起重机来说，起升动作是最频繁的动作。目前最常用的起升液压系统为定量泵、定量或变量马达开式液压系统，然而，现代施工对起升系统提出了新的要求：节能、高效、可靠以及微动性、平稳性好。为了适应这些新的要求，以前的定量泵将逐步被先进可靠的具有负载反馈和压力切断的恒功率变量泵所取代，先前的定量马达或液控变量马达也将被电控变量马达所取代。这种系统将能有效的达到轻载高速、重载低速和节能的效果。回转也是起重机使用频繁的动作，但相对而言，回转所需功率较少，因而回转系统的最高要求是：回转平稳，起重作业无侧载；回转系统的发展趋势为通过小马达、大传动比来实现操作平稳，通过设立回转缓冲阀和自由滑转机能来实现吊重的自动对中功能，从而有效防止侧载的产生。
设计人员发现在进行系列产品设计中, 系列产品的结构形式大体相同 , 但结构尺寸不同 , 如果逐个进行计算设计 , 不但需要花费大量的人力和物力资源 , 而且会造成设计周期延长。如若将计算程序化的思想引进到设计过程中 ,不仅可以减少系列产品设计开发的工作量 ,大大缩短设计周期 , 同时又能提高设计效率。
1.7可能用到的主要知识和技能：
① 机械工程基础理论（《机械原理》、《机械设计》、《机械制造》）及机械整体系统设计技能；
② 《理论力学》、《材料力学》等力学知识；
③ Visual C++语言软件应用；
④《液压与气压传动》等液压知识；
⑤ Matlab等软件的应用；
2工作计划
03.00~03.5 讨论软件设计的工作步骤
03.6~03.16 查阅相关资料，确定需要计算的参数
03.17~04.17 查阅资料，确定程序需要的计算公式
04.18~05.25 编写程序
05.26~06.5 撰写毕业设计论文
参考文献
[1] 王凤萍、程磊、孙影．国内外履带式起重机的现状及发展趋势[J]．北京：工程机械，2006，04：39-43．
[2] 马永辉、徐宝富、刘绍华．工程机械液压系统设计计算[M]．机械工业出版社，1985 ．
[3] 雷天觉等.新编液压工程手册[M].北京:机械工业出版社,1998.
[4] 季广中.履带起重机起升液压系统的改进[J]．工程机械与维修，2007，04．
[5] 程俊兰、吴晓明.21世纪的液压技术发展展望[J].通用机械,2003（3）.
[6] 郝建光.履带起重机常见结构形式的选择及计算[J].重型机械科技，2007，（8）.
[7] 李红、巫世晶等.履带起重机活动支腿的结构[J].起重运输机械，2006 （2）.
[8] Xiaoping Liu, Hirotsugu Kasuya, Yuusaku Nozawa etc. Flow Analysis of Hydraulic Valve Used in Construction Machinery.JSME,2001(6).
[9] HausherrG,Jochums.Water Hydraulics Control Technology. Germany: Hauhinco, 1995.
[10] Adrian Greeman.Seaside cranes get a grip.Cranes Today. Foots Cray:

内容简介：: 本科生毕业设计（论文）开题报告学生姓名：柯朝东学号： 41050518 班级： 41050518班专业 : 机械工程及自动化指导教师：成凯（教授）开题报告 1课题介绍计算机程序实现履带式起重机机构参数的计算论意义、实用价值随着国家经济建设的迅速发展，工业生产规模不断的扩大，生产效率日益提高，促使大型或高速起重机的需求量不断增长。起重量越来越大，工作速度越来越高，对能源和可靠性也提出了更高的要求。今天的起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。履带起重机的机构部分主要分为起升、变幅、回转和行走四大部分，每一部分的动力都来源于统一的液压系统。以往机构设计人员和液压设计人员单独进行工作，多数机构设计人员不懂液压系统的工作原理，只是简单的选型，没有优化；而液压设计人员对机构设计的认识又不深，不能完全了解机构的运动形式。因此，为方便广大设计者达到机构与液压的完美结合，设计开发此程序。该程序的完成，为履带起重机设计人员使用目前先进的计算机工具提供了一个接口，降低了设计人员计算的难度，使设计人员从大量而繁杂的计算工作中解脱出来，将充沛的精力投入到结构的设计中。利用该程序，通过填写系统参数和一些结构参数，设计人员可以快速进行履带式起重机机构部分和液压系统的设计以及部件的选型，做到人机交互式工作；从而使履带起重机机构部分和液压系统的设计得到优化，为履带起重机总体设计软件提 - 1 - 供数据支持。景：带式起重机的发展概况目前，国外专业生产履带起重机的厂家很多，德国的主要生产厂家有利勃海尔（司、特雷克斯德马格（司、森尼波根（司，美国主要生产厂家有马尼托瓦克（司、林克贝尔特（司、 P&H 公司，日本的主要生产厂家有神钢（司、日立住友（司和石川岛（司，其中利勃海尔、特雷克斯德马格、马尼托瓦克、神钢、日立住友等公司产品系列较全，市场占有率较高。司利勃海尔公司，是世界著名起重机生产厂家之一，该公司的产品技术先进，其生产的系列履带起重机最大起重量已达1200 吨。该公司产品主要特点有：系统为全液压驱动、电液比例控制，可实现无级调速且传动平稳，具备完善的自拆装功能，主副钩可单独工作亦可交替使用，自动安全保护合理，大吨位履带起重机安装全球卫星定位通讯系统，厂家对其产品进行实时监控，另外为充分发挥臂架的起重能力、提高整机的稳定性大吨位履带起重机均增加了超起装置。马格（重机公司德马格原属德国曼内斯曼集团旗下的企业，由于该集团产业结构调整，产权转让给了特雷克斯。德马格的履带起重机制造和经营历史很长，技术上与利勃海尔有一定差距，但价格比利勃海 - 2 - 尔稍低一点，又比日本产品高不少。德马格公司主要生产起重量从 50 吨到 1600 吨的列履带起重机。司美国马尼托瓦克公司是世界著名起重机设计制造厂家之一，它创建于 1902 年。马尼托瓦克生产的履带起重机起重量从 45 吨到 907 吨，其 250 吨及以上履带起重机产品的生产量在全球占有较大的份额。该公司产品主要特点有：以水冷柴油机为动力，广泛采用可控变矩器（即统）；为了改善和扩大司机视野，司机室可以上下左右调节位置，计算机监控，手触屏幕指令选择，先导比例控制，设计原则强调自装自拆功能。为了加大起重能力提高稳定性，采用了环轨型超起装置，环轨位于起重机行走装置的外围，让配重和臂架都作用于环轨上，则其所受到的载荷由环轨承担，环轨直径大，可大大提高整机稳定性和承载能力，其缺点是旋工前必须投入人力、物力和财力构筑 “环轨 ”，施工中起重机无法移动，只能回转，限制了作业范围，吊装完毕后，还必须把它拆除。日本的履带起重机起步于 50 60 年代，以机械传动为主， 70年代开始迅速发展，传动以液压为主。日本的主要生产厂家有神钢（司、日立住友（司和石川岛（司，日立住友是住友和曰立公司在 2002 年合并为“牌，主要生产起重量从 30 吨到 650 吨的神钢（司早在 1964 年，开发了 3000 系列履带起重机， 1977 年开发了 5000 系列履带式起重机， 1982 年设 - 3 - 计成功 5650 履带起重机，最大起重量 650 吨， 1984 年升级换代为7000 系列履带式起重机，现在部分 7000 系列升级为列履带起重机，其开发的履带起重机产品系列化程度高、性价比高，瞄准出口市场，深受发展中国家的欢迎，在全球范围内占有一定比例，主要生产的列产品起重量从 60 吨到 400 吨， 7000系列产品起重量从 35 吨到 800 吨。发展概况我国生产履带起重机历史较短， “七五 ”期间以技术贸易相结合的方式，分别从日本和德国引进中小吨位履带起重机生产技术，与世界先进国家相比，国内履带起重机的吨位小、系列化程度低、技术含量低，在设计和制造上还存在一定的差距。近年来，国内履带起重机发展迅速，技术水平提高很快，系列不断得到完善。国内生产履带起重机的主有厂家有：徐州重型机械有限公司、抚顺挖掘机制造责任有限公司、中联浦沅、三一重工、抚顺工程机械有限公司、哈尔滨四海工程机械制造公司。据统计，各公司履带起重机的年产量从数 10 台到 200 台左右不等，产品以 200 吨及以下吨位为主。国内履带起重机的生产历史较短，正处于成长发展时期。随着市场需求量的不断增加，企业将向大规模、系列化方向发展。目前抚顺挖掘机制造有限公司以其占国内销售总量 60的业绩高居国内榜首，已经推出 350 吨产品。徐州重型机械有限责任公司450 吨产品也已经下线。中联浦沅的已交付使用。上海三一科技的履带起重机也于 2007 年 12 月下线，履带起重机的成功研制，填补了亚洲大吨位履带起重机的空白，标志着我国在大型、超大型履带起重机自主研发领域 - 4 - 已走在亚洲前列。随着国产起重机新产品不断涌现，吨位系列化渐趋于完善，技术含量也有了很大提高。从国内市场来看，国产起重机以中小吨位为主，进口产品则是大吨位居多。国产大型起重机刚刚起步，在产品性能上与国外产品相比还存在较大差距。但国内大型履带起重机具有天时（市场需求，政策保护）、地利（地理位置优势、价格优势）、人和（先进设计理念、技术手段）。目前，各建设行业的投资都保持平稳上升趋势。水利、水电、能源、矿山建设都有新的工程规划，今后五年，我国电网建设总投资将超过 1 万亿元。而在炼油、石油化工项目中，随着项目工程的扩大，其反应器等设备的吨位也将不断增大，因此国内大型履带起重机的研制势在必行。对履带起重机机构部分（包括起升、变幅、回转和行走）主要参数进行提取，完成机构与液压系统所需要的理论文本（计算说明书），通过 +软件建立可视化界面，相应的用语言进行编程，实现机构部分与液压系统部件设计与选型的程序化，从而实现在简单的操作界面上完成机构的某些参数的计算的功能。可视化界面的设计，要求会使用软件，为使用者提供容易操作的界面，并且会使用语言编程实现需要进行的计算。参数的确定，按照实际需求输入，通过参数的调整从而进行部件的选择，这就要求在程序的编写过程中要对部件的设计过程有详细的了解。 - 5 - 计算说明书的完整性和准确性，程序的编写完全依赖计算说明书，只有计算说明书完整、准确，才能保证程序运行结果的参考性。建立目前起重机机构部分与液压系统零部件常用产品的数据库。本程序是徐州重型机械有限公司起重机总体设计软件的一部分。程序是基于台用语言开发的，可独立地在应用。程序不但可以解决一些其他软件无法解决的计算问题，而且可以帮助工程设计人员省去分析计算构件的某些参数的时间，准确而快速的反映构件的这些参数，从而提高设计精度，缩短了设计周期。随着国家现代化建设的飞速发展，科学技术的不断进步，现代施工项目对履带起重机的要求也越来越高，高、深、尖液压技术在履带起重机上的应用也越来越广泛，履带起重机液压系统展示了强大的发展趋势。履带起重机液压系统一般由起升、变幅、回转、行走、控制五个主回路组成。下面就液压系统在起升和回转机构的应用进行一下简单的说明。 . 对起重机来说，起升动作是最频繁的动作。目前最常用的起升液压系统为定量泵、定量或变量马达开式液压系统，然而，现代施工对起升系统提出了新的要求：节能、高效、可靠以及微动性、平稳性好。为了适应这些新的要求，以前的定量泵将逐步被先进可靠的具有负载反馈和压力切断的恒功率变量泵所取代，先前的定量马达或液控变量马达也将被电控变量马达所取代。这种 - 6 - 系统将能有效的达到轻载高速、重载低速和节能的效果。回转也是起重机使用频繁的动作，但相对而言，回转所需功率较少，因而回转系统的最高要求是：回转平稳，起重作业无侧载；回转系统的发展趋势为通过小马达、大传动比来实现操作平稳，通过设立回转缓冲阀和自由滑转机能来实现吊重的自动对中功能，从而有效防止侧载的产生。设计人员发现在进行系列产品设计中 , 系列产品的结构形式大体相同 , 但结构尺寸不同 , 如果逐个进行计算设计 , 不但需要花费大量的人力和物力资源 , 而且会造成设计周期延长。如若将计算程序化的思想引进到设计过程中 ,不仅可以减少系列产品设计开发的工作量 ,大大缩短设计周期 , 同时又能提高设计效率。机械工程基础理论（机械原理、机械设计、机械制造）及机械整体系统设计技能；理论力学、材料力学等力学知识； +语言软件应用；液压与气压传动等液压知识；软件的应用； 2工作计划论软件设计的工作步骤阅相关资料，确定需要计算的参数阅资料，确定程序需要的计算公式写程序 - 7 - 写毕业设计论文参考文献 1 王凤萍、程磊、孙影国内外履带式起重机的现状及发展趋势 J 北京：工程机械， 2006， 04： 39 2 马永辉、徐宝富、刘绍华工程机械液压系统设计计算 M 机械工业出版社， 1985 3 雷天觉等 M机械工业出版社 ,1998. 4 季广中 J 工程机械与维修， 2007， 04 5 程俊兰、吴晓明纪的液压技术发展展望 J2003（ 3） . 6 郝建光 J 2007，（ 8） . 7 李红、巫世晶等 J 2006 （ 2） . 8 001(6). 9 1995. 10 a 本科生毕业设计（论文）翻译资料中文题目 : 通过分叉程序强化大型液压系统稳定性分析英文题目 : a 学生姓名：柯朝东学号： 41050518 班级： 410505 班专业 :机械科学与工程学院指导教师：成凯（教授）通过分叉程序强化大型液压控制系统的稳定性分析要由于液压系统尺寸大，结构复杂，它的初始设计主要建立在恒稳态模型上。非线性系统的动态特性通常由最终的设计结构的模型来检测，但是即使在这个阶段，由于每个系统的分析消耗很大，只有理论上的系统的设计和为数不多的可行的系统才能被用作分析。全面的参数分析表明所有可能的系统的性能和稳定性都是不切实际的。由于这种分析上的欠缺，这种预计可靠的液压控制系统有时会出现不可接受的大的非线性压力波动。本文记录了开发和示范的分岔的分析程序，侧重于潜在的振荡模式，而不是分析所有的可能的系统，以产生一个 “ 实际上严格 ” 的稳定性分析的大型非线性系统。这个研究的额外贡献包括：（ 1）对大型的非线性系统的复杂的稳定性分析提供了一个可参考的方法；（ 2）通过一个分叉的分析实现非线性系统的分析证明了这种方法的有效性；（ 3）用一个 9 维的状态空间和 24维参数空间分析一个大型的自动驾驶的液压系统的的非线性响应的详细描述。 1. 导论液压控制系统存在于真实世界的应用，如自动传输和定位控制器组成了大量的压力室（卷流体在单一的压力下被阀口或者固定节流孔分隔开）和众多的机械部件（如阀门，泵和蓄电池）。该数学模型对这些液压系统因此有大量的状态空间组成阀门的位置，阀的速度和阀膛压力状态变量和一个大参数空间组成系统设计参数。尽管对这些液压系统进行了多年的广泛研究，目前国家最先进的分析程序（数值模拟和规则的基础上拇指线性分析）仍然有一些很大的局限性。其中的一个限制是，它的数值模拟实际上不可行做一个完整的参数分析大型数学模式，是必要的说明真正的液压系统 1 。一般而言，参数空间的维数是 4个或更多，因为它的维数限制系统的可靠性分析。因为历史上一个实际的液压系统的维数空间经常是数百并且几乎总是超过 20 。大小的状态空间是不是稳定性分析的一个重大的限制因素，但是是一个复杂的因素，因为系统模型大状态空间更有可能表现出了一些不同的反应模式参数组合参数的可能空间，含有复杂的非线性行为，如极限环， 2混乱。这个可能的参数空间引用了由所有系统参数可能组成部分的空间的可能范围有他的可行性范围和不确定性范围决定。当前分析方法处理大型系统是液压控制系统的不足使预计将保持稳定的系统有时表现出大幅度的非线性振荡的压力，严重降低了系统的性能 2 。大型液压系统使用的是分岔的程序该专题的研究现状。一些研究人员已经使用了分岔的程序分析了稳定各类系统的稳定性 3 ，并且克雷默和汤普森 1 表明，程序分析是建立在计算最接近的础之上，可以有效量化拥有大量（ 7维）参数空间液压位置控制系统的稳定性。这方面关于大型系统的稳定性分析的工作中有若干重要问题，包括处理非齐次空间的参数的标准化问题和使用范围的公差限度的参数分析问题。处理一般情况下的大型非线性系统还有一些问题必须得到解决，包括制定程序的可能性多个振荡模式（其中一个模式被定义为一个独特的振荡频率和振型），决定每个振荡模式的物理意义，并保证结果不仅是有在当地而且在全球有效。本文的目的是：（ 1 ）调查使大型非线性系统复杂化的主要问题；（ 2 ）开发和演示以分叉为基础的分析程序，并结合有针对性的数值模拟产生一个对大型非线性系统的“近乎严格 ”的稳定性分析方法；（ 3 ）证明使用分岔分析使一个的非线性分析系统有效的结果。依据介绍部分，包括非线性系统的反应（第 2 节）和基于分岔的系统的稳定性分析（第 3节）。大部分的文件然后侧重于问题的复杂分析的大型非线性系统（第 4节），介绍了加强分析程序（第 5节），一个实例应用新的分析程序（第 6节），并且包含标注（第 7节）。那个大型系统作为一个例子，如图 1所示。它是一个自动变速器液压系统的 9维空间和一个 24维参数空间子模型。这个模型将在第 6节分析讨论。 2. 非线性系统响应基于分析的目的，大部分物理模型能用基于集中参数建模假设的互联组成部分模拟。比图 1 如压力调节液压系统，如图 1 所示，可以模仿一系列的被液流通道（阀口或液流孔）连接的压力室。阀门的运动方程和压力室的连续性方程包括集总参数系统的数学模型。这套常微分方程中的数学模型通常用矢量形式表示其中是状态参数而是系统参数。比如说在第 6节中的模型对应图 1 中显示的液压系统就是用状态向量的形式表示的。由于在（ 1）式中是一个自由的个状态方程不仅仅是描述一个系统而是一个符号表示。当状态参数有恒定值时，特定系统的平衡状态物理上对应于事件的发生，或者算术上所有的状态参数都相等且为零。算式 1 中这个自动系统的平衡点泰勒系列线性化得到。其中是雅可比矩阵。如果组成状态方程的所有不同的方程都是线性方程那么系统模型的行为也将是线性的。然而，如果状态方程中的一项或者两项是非线性的，那么系统的响应将不适合同性质的线性原则。比如说，除了平衡点之外，非线性系统可能显示引人注意的现象，如极限环、限环是一个自我激励的振动现象，它发生在网络输入的自激励能量与系统流失相等的条件下（超过一环）。与线性系统振幅决定于初始状态不同，一个非线性振动在稳幅下是恒稳态并且频率与初始条件无关。从一个分叉的观点来看稳定平衡点吸零振幅的振荡器演变为稳定极限环振荡时的强度，由于参数的变化，引力减弱。同样的，稳定的极限环实际上是无穷小螺旋型吸引子圆环，它将演变成三维圆环当参数变化引起吸引力减弱时。阿环是一个复合振动的两种模式，并在共同的案件一个时期离子和振荡的限环显示为一个封闭的轨道在一个相平面，两个模式圆环是甜甜圈形表面三维阶段空间，和一支 M 环是一个（ m+1）维空间 6中的泛化的几何中环。 A 进展阶段画像描绘稳定平衡点，极限环的反应，两个显示模式如图 2 所示。 3. 基于分叉的稳定性分析这篇论文里描述的基于分叉的稳定性分析依赖于几个假设。第一，由于稳定性一般地有一个明确的操作点与之控制（通常是一个稳定的平衡点），为非线性系统设置的多重可能性限制（不同的限制设置不同的初始条件）可能被忽略而不失真。第二，假设检测到系统中发生唯一的超临界分叉。实验表明，这个假设在液压控制系统中是存在的，但是不是所有的系统都会遇到这种情况。最后，由于从稳定平衡点到混乱运动的必须经过一个极限循环的路径，在不失真的情况下，混乱运动有可能被忽略，而不把注意力集中在不需要的极限环响应上。算术上，极限环的诞生地定义了稳定性的界限这也与在实际系统中的稳态振动下的物理实验一致，这在算术中也用极限环表示。一些熟悉的关于非线性计算的方法将在下面介绍。关于这个主题的一个很好的评论请看。这个系统的数学模型的模拟响应（如算式 1）与物理系统的实际响应有所不同，因为在模拟方程中的近似值和（或）系统参数中的不确定性。对于液压系统而言，模型的不确定性是一个很重要的问题，但是可以通过数学模型上的试验检查来避免。由于本文中应用的数学模型是建立在用实验方法证实自动变速器的液压模型 7的基础之上的，模型的不确定性和参数的不确定行比较起来被视为可忽略的。参数向量包含“设计”因素（如物理尺寸、可调参量等）和“不确定因素”（如周围的温度、流体的黏性、制造公差等），它的值在一定程度上决定于测量和设计误差。由于参数的实际值有不确定性，系统不能被准确定义，所以系统的实际响应不能被完全的模拟。系统稳定性分析的意图是证实系统的稳定性不仅仅在理论上而且对于在可能的参数空间的无限个可能的每个系统都是有效的。对于非线性系统而言，没有标准的作稳定性系统分析的方法，因此，在工业中用，在粗糙的网格中凭经验或者直觉强力分析来进行数值模拟，如应用 7。这个关于系统稳定性分析的方法的主要问题是：（ 1）使用数值模拟的方法来进行稳定性分析效率非常低（计算昂贵），（ 2）模拟中数值上的不稳定可能被误解为实际系统的不稳定，（ 3）如果有些组成参数没有被分析的话系统响应可能不被识别。对于小型系统（这个分叉最近法（通过引导一维的分叉在参数空间中选中的的方向上索引来决定从初始系统到特定的振动模型的最小距离，来决定单方向到的距离。通过使用一个距离最小化的迭代程序垂直于分叉平面相切平面的方向。这个迭代程序在每个分叉面的交叉部分的垂直于表面的方向不断更新，当寻找的方向和正交的方向是一致的时候，分叉面上的点有一个距离找出的初始点直线上的最小距离。这种情况下局部的相交分岔表面初始搜索方向搜索的是局部的结果。局部结果可能不同于全局的结果，如果表面非凸（有不止一个局部极小值），或者如果不止一个分叉表面 1 。为：（ 1）分叉面的界线实际上是一个稳定的分界图 2 系统，有稳定的 2）分叉分析是一个定性的分析方法，它使用迭代程序和需要做大量分析的方法比起来更省钱，（ 3）而不是采用粗糙的网格模拟仅当少量参数而有明确的点时有结果。般的由分叉面的余维数组成，称为结点分叉面 8。这使余维分叉不用被理解为从一个渐近稳定平衡点开始寻找。结点分叉在实际雅可比行列式变成双曲线是发生，表示一个从稳定平衡到无限响应的变化。当特征值表示从稳定平衡到极限环振动的变化，如图 2所示。由于结点和篇论文集中在在液压系统中应用更普遍。来看对用分叉接近法作稳定性分析的最大局限在于当有不止一个分叉面包含时，依赖于初始的搜索方向。这是一个大系统的问题，包括常极限环模型）多重响应组成的问题。为了从算术的角度理解多重振动模型的可行性，对比前面大型液压系统的算术模型有大的状态矢量空间那么雅可比行列式对应的有大量的特征值。由于只有当一对复杂的特征值穿过虚数轴时定的名义系统的局部的建立在参数空间的基础之上。然而使大型系统稳定系统分析复杂化的实际问题在于大的状态矢量空间和大的参数空间的结合。在一个一对复杂虚数对系统参数都有不同的敏感度。因此，不同的系统参数的结合（通过追踪参数空间中的不同方向得到）可能会导致不同的复杂虚数特征值经历导致一个随着潜在模型和参数的数量不断增加，潜在模型多重响应和也不断增加。比如说图 3显示了一个拥有 2个限制环的 2维系统的模型型 1对应于一个特别的复杂虚数特征值随着从初始值增加经历模型 2对应于一个不同的复杂参数特征值，当和增加时经历 of 38 (2001) 781809of a . 254 57014 001of of is on by or of a of to of is to be of of a on of on to a of of (1) to of (2)of of a to 3) a of a a 9 +1+00161/$r 2001 00161)00031in as of a of at a a of a of on is it to do a of to 1a of or is a of a is 0. of is it is a as 2a in of (i 1;y; n)of on i 1;y; n), x=i 1;y; m), m=at at of 38 (2001) 781809782to of of is by or of to is to be of 2. An of a of by of to of of 35, 1 an on of of a a 7of in of in A of be to of of of a is a of is (1) of (2) in 3) of a to an of ) ). of on of ),a of ), an ), ). as an is 1; it is of an a 9a 24is be as an of on of 38 (2001) 781809 7831 be of ow as of of in in x 1 1 is in m q. (1) is an of a an of by he a or of to x : of x m=of of be if or in to A of an of 38 (2001) 781809784of in a in to a as as as A is a if is to a an on a of to be on is a a is of a it is to of as of to D to A is a of in a a of A as a in a 2a is a in an is of a in(6. A of a a in on is of a a 6). of 38 (2001) 781809 785to a a of be it is in is it is in a to a go a be in of by on of is in in in be as is in an of 4. of of a q. (1) of to in or in m). be a it be of in on 7, is to be to m is of or to in be s be of a is to is m in m; of is no is in to a at a of by a in on or in 7. of 1) of is (2) in be as 3) be if it is to do to of 38 (2001) 781809786as of it to to 1 it is to a of a is is in of on 8 of a by in of to of of in by is a of a in a of of in a of of at ). to be as of a a to a 2). is it is nd s to it nd to a in in m 1 an of to a by in to D)to to a of to be to at of on a 3). to is to a if is or is 1BM be of an 1) of is in a of 38 (2001) 781809 787(2) is a it is to do 3) of BM of at in a of AS to an is of 8. do to be as is an A a of J) a to an A a of a to a as be in in hompson 摘要本计算程序是在 C+发环境的基础上开发的，通过构参数的计算和部件选型过程详细的介绍了计算软件的界面和使用方法，并对软件计算得到的部件选型结果进行了匹配分析。使用本计算程序，输入相应的技术参数，即可进行快速的计算和部件自动选型。同时，设计人员也可以根据计算得到的数据结果进行人工选型，达到设计人员满意的目的。程序还提供了接口，可以将设计人员输入的参数、中间计算结果以及部件选型结果以文本格式输出，以备日后查阅或作为技术文本保存起来。该计算程序界面友好、操作简洁、容错能力较强，不但提高了设计人员进行解析法计算的效率，而且凭借设计人员的经验反复修改相应的参数，还可以对履带起重机各个机构部件选型进行人工优化，能在很大程度上缩短计算、选型和校验时间，提高计算的准确性，降低计算的复杂性。本论文所研究的内容就是针对上述这个具体生产实际课题而开展的。关键词：履带起重机，机构，设计计算，软件系统， C+he is on + of we of in we a of of by of do of At by of to as as of in to or as of is is to to of of if It is a is by by In is to in +I 目录第 1 章绪论 . 1 题背景 . 1 带式起重机发展概述 . 2 带起重机的发展趋势 . 5 件设计发展概述 . 7 题意义 . 9 第 2 章履带起重机的组成机构 . 11 升机构 . 11 带式行走机构 . 13 带式起重机变幅机构 . 16 转机构 . 19 章小结 . 22 第 3 章履带起重机各主要机构的设计计算 . 23 升机构的计算 . 23 幅机构计算 . 28 转机构计算 . 33 带式行走机构计算 . 40 章小结 . 44 第 4 章履带起重机机构设计计算程序的开发 . 45 + 发平台简介 . 45 件开发的过程 . 46 程序模块实现 . 52 序使用说明 . 53 章小结 . 53 第 5 章软件界面介绍及应用实例 . 55 带起重机简介 . 55 件在带起重机回转机构设计中的应用 . 55 型结果人工校验 . 62 章小结 . 63 结论 . 65 目录致谢 . 66 参考文献 . 67 吉林大学本科生毕业论文 1 第 1 章绪论题背景履带起重机是将起重作业部分装在履带底盘上、行走依靠履带装置的流动式起重机，可以进行物料起重、运输、装卸和安装等作业。履带起重机具有接地比压小、转弯半径小、可适应恶劣地面、爬坡能力大、起重性能好、吊重作业不需打支腿、可带载行驶等优点，并可借助更换吊具或增加特种装置成为抓斗起重机、电磁起重机或打桩机等，实现一机多用，进行桩工、土石方作业，在电力建设、市政建设、桥梁施工、石油化工、水利水电等行业应用广泛。由于履带起重机规格繁多，机构复杂多样，设计工作量很大，采用传统的手工设计方法已不适应现今高质量、高速度、高效益的发展趋势。随着计算机技术的不断发展，应用先进的编程方法和先进的计算方法，取代传统的手工设计，既缩短了履带起重机机构设计的周期，又能提高的计和计算精度。因此，徐州重型机械有限公司与吉林大学机械学院联合，就上述问题开展研究，迫切需要开发一个计算程序，目的就是对以往的计算方法进行归纳整理，以 C+ 界面编制可视化程序来缩短计算、选型和校验时间，提高计算的准确性，降低计算的复杂性。通过设计人员不断修改参数并查看计算结果，借助设计人员的经验进行机构的设计和选型，进而达到优化的目的。本论文所研究的内容就是针对上述这个具体生产实际课题而开展的。第 1 章绪论 2 带式起重机发展概述外履带起重机的发展现状目前，国外专业生产履带起重机的厂家很多，德国的主要生产厂家有利勃海尔（司、特雷克斯德马格（司、森尼波根（司，美国主要生产厂家有马尼托瓦克（司、林克贝尔特（司、 P&H 公司，日本的主要生产厂家有神钢（司、日立住友（司和石川岛（司，其中利勃海尔、特雷克斯德马格、马尼托瓦克、神钢、日立住友等公司产品系列较全，市场占有率较高。表 1 列出了国外履带起重机主要生产公司的产品系列型谱。表 1 国外履带起重机主要生产公司的产品系列型谱司吉林大学本科生毕业论文 3 利勃海尔公司，是世界著名起重机生产厂家之一，该公司的产品技术先进，其生产的系列履带起重机最大起重量已达 1200 吨。该公司产品主要特点有：系统为全液压驱动、电液比例控制，可实现无级调速且传动平稳，具备完善的自拆装功能，主副钩可单独工作亦可交替使用，自动安全保护合理，大吨位履带起重机安装全球卫星定位通讯系统，厂家对其产品进行实时监控，另外为充分发挥臂架的起重能力、提高整机的稳定性大吨位履带起重机均增加了超起装置。马格（重机公司德马格原属德国曼内斯曼集团旗下的企业，由于该集团产业结构调整，产权转让给了特雷克斯。德马格的履带起重机制造和经营历史很长，技术上与利勃海尔有一定差距，但价格比利勃海尔稍低一点，又比日本产品高不少。德马格公司主要生产起重量从 50 吨到 1600 吨的列履带起重机。（司美国马尼托瓦克公司是世界著名起重机设计制造厂家之一，它创建于 1902年。马尼托瓦克生产的履带起重机起重量从 45 吨到 907 吨，其 250 吨及以上履带起重机产品的生产量在全球占有较大的份额。该公司产品主要特点有：以水冷柴油机为动力，广泛采用可控变矩器（即统）；为了改善和扩大司机视野，司机室可以上下左右调节位置，计算机监控，手触屏幕指令选择，先导比例控制，设计原则强调自装自拆功能。为了加大起重能力提高稳定性，采用了环轨型超起装置，环轨位于起重机行走装置的外围，让配重和臂架都作用于环轨上，则其所受到的载荷由环轨承担，环轨直径大，可大大提高整机稳定性和承载能力，其缺点是旋工前必须投入人力、物力和财力构筑 “环轨 ”，施工中起重机无法移动，只能回转，限制了作业范围，吊装完毕后，还必须把它拆除。第 1 章绪论 4 日本的履带起重机起步于 50 60 年代，以机械传动为主， 70 年代开始迅速发展，传动以液压为主。日本的主要生产厂家有神钢（司、日立住友（司和石川岛（司，日立住友是住友和曰立公司在 2002 年合并为 “牌，主要生产起重量从 30 吨到 650吨的列产品。神钢（司早在 1964 年，开发了 3000 系列履带起重机， 1977 年开发了 5000 系列履带式起重机， 1982 年设计成功 5650 履带起重机，最大起重量 650 吨， 1984 年升级换代为 7000 系列履带式起重机，现在部分 7000 系列升级为列履带起重机，其开发的履带起重机产品系列化程度高、性价比高，瞄准出口市场，深受发展中国家的欢迎，在全球范围内占有一定比例，主要生产的列产品起重量从 60 吨到 400 吨， 7000 系列产品起重量从 35 吨到 800 吨。产品系列见表 1。内履带起重机发展现状我国生产履带起重机历史较短， “七五 ”期间以技术贸易相结合的方式，分别从日本和德国引进中小吨位履带起重机生产技术，与世界先进国家相比，国内履带起重机的吨位小、系列化程度低、技术含量低，在设计和制造上还存在一定的差距。近年来，国内履带起重机发展迅速，技术水平提高很快，系列不断得到完善。国内生产履带起重机的主有厂家有：徐州重型机械有限公司、抚顺挖掘机制造责任有限公司、中联浦沅、三一重工、抚顺工程机械有限公司、哈尔滨四海工程机械制造公司。据统计，各公司履带起重机的年产量从数 10 台到 200台左右不等，产品以 200 吨及以下吨位为主。我国履带起重机起步晚，发展速度不快，具体情况为：量低，但品种日见丰满、产量逐年递增吉林大学本科生毕业论文 5 目前，国产履带起重机已经形成 30产品系列，品种较少，中小吨位重复较多，而国外公司产品型谱的覆盖面很大，最大起重量已达到 1600 吨；国内年产量低，只相当于国外一个公司的生产能力，未形成规模化生产，规模偏小就难以实现规模效益，使研发、销售、服务等整个价值链规模不经济。在系统及结构件的设计上仍存在一定的差距，大吨位产品功能尚不够齐全。步提高近几年，国内企业在履带起重机技术上取得了一些突破，但由于起步较晚，与国外相比，产品可靠性还有待进一步完善提高。目前在产品开发过程中，立足国际化配套，性能和可靠性得到了很大提高。 4. 缺少完善的试验、研究体系国内履带起重机的生产厂家普遍存在产品试验研究的投入不够或心有余而力不足 , 不完全具备自主试验、研究的条件 , 技术创新能力不足。带起重机的发展趋势由国内外履带起重机的发展现状，可以看到履带起重机发展趋势有以下几个特点：重机正在迅速向超大吨位发展由于各种工程建设的大型化，所需的配套设备构件等的重量也不断增加，对超大型起重设备的需求也愈来愈多，为了实现起吊大的重物，在原有起重机的基础上增加超起装置，不仅扩大了履带起重机的工作范围，而且提高了履带起重机的利用率。目前履带起重机最大吨位已超过 1000 吨。第 1 章绪论 6 各大知名企业均具有其独特的核心技术，并不断创新，努力保持在同行业内的领先地位。现在各大公司均下大力气研究开发自己的核心技术，以不断提升自己的产品档次和竞争能力。随着计算机技术和电子技术的不断发展，逐步完善的计算机控制技术和集成传感技术在履带起重机行业得到广泛的应用，先进的电子控制和电脑操作系统的配置已非常普便，德国利勃海尔公司在特大型履带起重机上还配备有全球卫星定位通讯系统。各种电子监控系统、运行作业时的在线故障检测和诊断、智能化总体控制等是今后履带起重机不断向智能化方向发展的重要研究领域。材料、新工艺、新的设计方法，使整机性能大大提高充分利用新技术、新工艺来提高产品质量，并不断开发新材料、新结构、新功能提高产品竞争力。例如 1000拉强度的臂架材料已被广泛采用，从而大幅度地降低了臂架自重，提高了产品起重性能。整机的结构也逐渐采用高强材料，通过优化设计显著减轻整机重量，同时为保证整机稳定性，增加了必要的车身压重，这些都使得大吨位产品能够具有较高的性能和良好的经济性。拆卸、组装性能是履带起重机的一个重要指标，由于履带起重机在公路上无法自由行走，且体大笨重，必须拆卸才可运输，到达工作地点，再进行组装，需要辅助吊车。为减少或不用辅助吊车，节省施工费用，因此研制自行拆装系统势在必行。目前中吨位履带起重机的自拆装系统已比较完善，大吨位的自拆装系统仍是难题。列化工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场不断扩大，为了降低制造成本、提高通用化程度，采用模块组合的方式，形成不同类型和规格吉林大学本科生毕业论文 7 的起重机，以特有的功能满足特殊的需要，发挥出最佳的效用。例如履带起重机加装连续墙装置后即可实现成墙功能；履带起重机长主臂时上部采用塔式副臂的臂节，组合成轻型臂，优化了臂架组合，拓展了吊臂的使用性能，节约了材料。目前，国外履带起重机的系列已较完善，国内也在不断完善起重机系列。大工作范围为拓宽履带起重机的使用范围，国外履带起重机分为两个系列，一个是专业吊装履带起重机，一个是多功能履带起重机。多功能履带起重机除具备吊装功能外，还可以配置抓斗、打夯、打桩、钻机、电磁吸盘、连续墙挖掘等装置，进行其他作业。国际知名企业由于产品系列已较为完善，为了加快新产品推出的速度，不断地在行业内巩固自己的地位，均十分重视产品的变型和升级，这样也具有良好的经济性。按照人机工程原理，对驾驶室的舒适性、操作性、布局合理性、视野及安全更加考究，产品处处体现以人为本的理念，从操作方便性、舒适性、视野等无不符合人机工程学，甚至于一个扶手、一个梯子、走台板的布置、防滑措施等，另外，为了减轻维修保养的劳动强度，大型履带起重机上普遍采用了集中润滑系统。件设计发展概述计算机软件是计算机各种程序、程序所使用的数据和有关文档资料的集合。软件设计是指在何种开发环境下，采用何种设计语言、何种设计方法来组织软件内部的数据和逻辑。第 1 章绪论 8 较早的软件设计方法是结构化设计方法，其核心是模块化。模块是设计单位，将整个软件程序按需要的功能划分成模块，每个模块再按相应的功能划分成子模块，通过各个层次上的模块的复合，就形成了系统的总体结构。这样软件设计的任务就划分成设计一个个具体模块的任务，模块根本的特征是“相对独立，功能单一”。因此在结构化软件设计中，划分模块不能随心所欲地把整个程序简单的分解成一个个程序段，而按照一定的方法进行，模块的好坏通常用“耦合度”和“内聚度”两个指标从不同侧面加以度量。耦合度是指不同模块之间相互依赖大小的度量。内聚度是指模块各个成分之间相互依赖性大小的度量。很显然，模块的划分应当做到“耦合度尽量小，内聚度尽量大”。 1970 年左右，出现了面向对象软件设计方法。面向对象的设计（过模块化信息及其加工方法而不单单是加工方法来让数据对象和加工操作得以互相连接。面向对象技术核心的概念就是“对象”，一个对象是一个完整的个体，也可能由其他对象组合而成。一个对象一般包括两个部分：一是描述对象的结构特征，即属性；二是控制对象动作的程序段，即操作。在面向对象的软件中，整个软件就是由许多不同的对象所组成，而软件的运作就是通过对象与对象之间的相互作用来体现。为了简化设计过程，针对一群具有相同特性和相同动作方式的对象给予一个定义，称之为类。他是一种特殊的数据结构，其重要的特性是封装和继承。封装是指类中的数据只能由类的方法来操作，而无法从外部直接存取。继承是指一个类可以派生出多个子类，子类继承父类的特征（属性和操作）。这两种特性突破了传统的将数据和操作分离的模式，并实现了设计信息重用和代码重用。 C+是将 C 语言加入面向对象概念的重要演进。 C+语言成功地将 C 语言简洁快速的优点与面向对象的软件工程设计方法相结合，成为主流的应用程序开发工具。主要的 C+语言开发工具包括微软的 +、 C+ 及统中广泛应用的 +。 C+ 司吉林大学本科生毕业论文 9 于 1987 年推出的 C+程序开发工具，它提供了一个集成开发环境程序员能用最少的程序代码来建立高效率的用程序。题意义该计算程序的完成，为履带起重机机构设计人员提供了一个快速、方便、准确的总体参数设计工具。该计算程序使得设计人员从繁琐的手工和半手工计算中解脱出来，可以使设计人员将精力投入到机构的设计和改进中，而不必关心中间繁琐的计算。利用该程序可以实现：（ 1）在产品设计初期，对选型部件的参数进行校核，主要包括钢丝绳的强度、液压泵和液压马达工作压力的校核。（ 2）由于计算程序计算速度较快，所以可通过反复修改某些机构参数，对机构的设计和部件选型进行优化。（ 3）将计算程序计算得到的计算数据和选型结果保存下来，为履带起重机系列化设计提供数据支持。吉林大学本科生毕业论文 11 第 2 章履带起重机的组成机构履带起重机的工作机构是为了实现起重机不同的运动要求而设置的要使重物由某一位置运动到空间任一位置，此重物要作垂直运动和沿两个水平方向的运动。不同类型的履带起重机，其工作机构稍有差异，但一般都设有起升机构、变幅机构、回转机构和行走机构。依靠起升机构实现重物的垂直上下运动；依靠变幅机构和回转机构实现重物在两个水平方向的移动；依靠行走机构实现重物在履带起重机所能及的范围内任意空间位置运动和使履带起重机转移工作场所。这四个机构是履带起重机的基本机构。升机构在起重机中，起升机构是用来提升或下降货物的机构，一般采用卷扬式。起升机构是起重机中最重要、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、挂梁等多种型式。安全保护装置有超负荷限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保护开关等，根据实际需要配用。起升机构的驱动方式有内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动三种驱动方式。燃机驱动内燃机驱动的起升机构，其动力由内燃机经机械传动集中传给包括起升机构在内的各个工作机构。这种驱动方式的优点是具有自身独立的能源，机动灵第 2 章履带起重机的组成机构 12 活，适用于流动作业的流动起重机。为保证各机构的独立运动，整机的传动系统复杂笨重。由于内燃机不能逆转，不能带载启动，需依靠传动环节的离合实现起动和换向，这种驱动方式调速困难，操纵麻烦，属于淘汰类型。目前只在现有的少数履带起重机和铁路起重机上应用。动机驱动电动机驱动是起升机构的主要驱动方式。直流电动机的机械特性适合起升机构工作要求，调速性能好，但获得直流电源较为困难。在大型的工程起重机上，常采用内燃机和直流发电机实现直流传动。交流电动机驱动能直接从电网取得电能，操纵简单，维护容易，机组重量轻，工作可靠，在电动起升机构中被广泛采用。压驱动液压驱动的起升机构，由原动机带动液压泵，将工作油液输入执行构件（液压缸或液压马达）使机构动作，通过控制输入执行机构的流体流量实现调速。液压驱动的优点是传动比大，可以实现大范围的无级调速，结构紧凑，运转平稳，操作方便，过载保护性能好。缺点是液压传动元件的制造精度要求高，液体容易泄露。目前液压驱动在流动式起重机上获得日益广泛的应用。由于液压驱动起升机构的种种优点，履带式起重机一般采用液压驱动起升机构，下面介绍一下液压起升机构的典型形式：按照液压驱动装置的类型，液压起升机构分为高速液压马达驱动、低速大扭矩液压马达驱动和液压缸驱动三种形式。（ 1）高速液压马达驱动吉林大学本科生毕业论文 13 这种型式的起升机构在液压起重机中应用最广，这是因为高速液压马达多数能与液压泵互换，工作可靠，成本低，寿命长，效率高，可以采用批量生产的减速器与其配套。（ 2）低速大扭矩液压马达驱动低速大扭矩液压马达转速低，输出扭矩大，一般不需要减速传动装置。液压马达直接与卷筒连接，简化了机构传动和构造。低速大扭矩液压马达的体积和重量比同功率的普通齿轮减速小的多，当输出扭矩增大时，这一优点更加明显。因此，低速大扭矩液压马达适用于大起重量的起升机构。（ 3）液压缸驱动液压缸作直线往复运动。液压缸驱动的起升机构有多种型式。最简单的液压缸直立，直接顶升物品，如液压电梯和塔式起重机中的顶升机构，液压缸行程和推力与被顶物品的重量和起升高度相等（不计摩擦阻力）。带式行走机构履带式行走机构牵引力大，接地比压小，越野性能好，稳定性好，转弯半径小。带式行走机构组成履带式起重机的行走装置见图 2由底架、支重轮、引导轮、履带、托链轮、驱动轮及行走驱动装置等组成。第 2 章履带起重机的组成机构 14 图 2带式行走装置 1； 2； 3； 4； 5； 6； 7； 8； 9； 10； 11履带式起重机上部结构由底座支承在左右履带架上。履带下分支形成垫轨，支承于地面。驱动轮装在履带架后端，驱动履带传动，前段的引导轮用以张紧并引导履带正确绕转，防止跑偏或脱轨。装在履带架下的支重轮将整机载荷经履带板传给地面。为减小履带上分支的挠度，一般采用 12 个托链轮支持。履带因磨损而伸长时，可用张紧装置调整松紧。履带的作用是将起重机的全部载荷传给地面并传递行走时所需的牵引力。驱动轮将动力传给履带，要求啮合正确，传动平稳。驱动轮齿数一般取为奇数，以便各齿能轮流与链轨销套啮合而磨损均匀。支重轮将起重机所受的载荷经履带传到地面。支重轮靠轮缘夹持轮轨，避免横向脱落，并沿轨链踏面滚动，在转向时迫使履带在地面上滑移。吉林大学本科生毕业论文 15 引导轮用以引导履带正确卷绕，防止跑偏和越轨。大部分起重机的引导轮兼起支重轮的作用，以增加履带的接地长度，减小接地比压。履带张紧装置与引导轮一起使履带保持一定的张紧度，缓和地面传来的冲击，减小履带在运行过程中的振动。遇到障碍时，张紧装置可以让引导轮适当后移，起缓冲作用，使履带不会因为局部过紧而损坏。履带张紧装置常见的有机械式（螺杆螺母）和液压式。现在广泛采用液压式。底架为履带行走装置的支重架，由底架、横梁和履带架组成。履带底架上安装回转支承装置与转台，承受上部载荷并经横梁传给履带架。带式行走机构的传动现代履带起重机运行机构多采用液压传动，每条履带由单独的液压马达驱动。液压马达有高速和低速两种。高速液压马达通过大传动比的多级定轴齿轮或行星齿轮减速箱使履带驱动轮转动。图 2行星式减速器，此种方案传动比大，结构紧凑，体积小，机械离地间隙较大，通过性较好。图 2星式行走减速器 1； 2； 3； 4； 5； 6； 7。第 2 章履带起重机的组成机构 16 低速液压马达经一级齿轮式减速后带动驱动轮（图 2传动简单，传动比小，但液压马达径向尺寸大，机械离地间隙小，马达转速低时效率也低。图 2速液压马达驱动 1； 2带式起重机的转向履带式行走装置的转向采用两履带差速原理。原地转向时（图 2a），左右行走马达反向旋转，带动左右履带反向卷绕，此时转弯半径最小。另一种常用的转向方式是一条履带停止运动，另一边行走马达驱动（图 2b）。图 2带式行走机构的转向方式带式起重机变幅机构变幅机构在起重机中用于改变臂架的位置，增加起重机的工作范围。吉林大学本科生毕业论文 17 目前履带起重机的变幅机构主要有：主变幅机构、塔式副变幅机构和超起变幅机构。其中主变幅机构通常有三种组合方式：人字架与臂架组合，人字架、桅杆与臂架组合，桅杆与臂架组合，如图 2示。图 2变幅机构的三种形式三种组合方式各有利弊，欧美多采用桅杆与臂架组合，作业时桅杆随主臂转动而转动，有效地改善了构件间的几何关系，使得变幅机构和构件结构受力好，而且通过桅杆可以实现整机自装拆功能。不足之处是起臂时，桅杆与变幅绳夹角小，变幅力会较大，对机构选型有一定影响。运输时，桅杆不拆卸与转台同时运输，对运输状态的长度有一定影响；日本多采用人字架和臂架组合方式。在大臂长时，两者之间增加桅杆。人字架在作业过程中位置固定，通过人字架和臂架间的变幅绳长变化来实现臂架变幅。臂架幅度大时，变幅索具与其夹角小，因此对变幅机构影响较大。变幅动滑轮自重对绳索的受力也有较大影响。起臂时，变幅拉索与臂架夹角更小，因此只适合小臂长和小吨位的起重机。大吨位中，采用人字架、桅杆和臂架组合方式。无论作业和起臂工况，对变幅机构和结构受力都有明显改善。尤其是起臂工况，人字架有一定高度，变幅绳和桅杆的夹角较大，变幅机构受力较好。值得注意的是，在作业时要避免桅杆与人字架干涉，所以变幅拉索和臂架很难达到理想的角度，人字架的高度也较低，如果实现自装拆需要更多的附加装置。塔式工况是为了增大重物起吊高度和幅度，在原有的主臂工况上增加塔式副臂装置，如图 2示。塔式副臂与前支架和前拉板组成固定三角形，主第 2 章履带起重机的组成机构 18 臂与后支架和后拉板也组成固定三角形，前支架和后支架与主臂臂头铰接组成四边形，有效的改善了臂头的受力。塔臂变幅是在主臂变幅完成之后，再通过塔臂变幅卷扬系统调整前支架与后支架之间的角度来实现的。超起工况是为了充分发挥大型履带起重机的臂架性能，在原有的起重机基础上增加超起装置，如图 2示。这样可扩大起重机的使用范围，提高起重机的利用率。超起是在桅杆（人字架）与臂架之间安有臂架式超起桅杆，以改善臂架与拉索的几何关系，同时超起桅杆与超起配重相连，增加了整机稳定性，从而提高起重机的性能。超起装置较常用的形式有两种：一种是拖车式超起装置，将所有超起配重放在一个配重小车上，整机的稳定性始终处于最佳状态，工况变化实现简单，配重小车可以在地面上与主机同步行走或回转；另一种是悬浮式超起装置，超起配重在作业过程中要离地，否则主机不能进行行走及回转作业。一般情况下，拖车式超起装置对地面的要求高，需要能够满足配重小车的行走，适用于造船厂这种地面较好的场所作业，当然拖车式超起装置也可以当做悬浮式的使用，悬浮式超起装置只要求停放超起配重的地面平整度及强度能够满足要求。但使用悬浮式超起装置，起重量、工作幅度与超起配重重量、超起配重幅度要进行匹配，这样才能够保证配重离地，从而实现行走及回转作业。固定副臂工况是在主臂工况基础上增加副臂装置，副臂与主臂的角度固定不变如图 2示，所以固定副臂变幅的结构形式与主臂变幅的结构形式完全相同。吉林大学本科生毕业论文 19 图 2 2 图 2转机构回转机构是回转类型起重机的重要工作机构之一，它可以使起重机的回转部分相对于非回转部分做回转运动。起重机的回转机构能使被吊起的重物绕过起重机的回转中心作圆弧运动，实现在水平面内运输重物的目的。回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两大部分组成。回转驱动机构用以驱动回转部分相对于非回转部分作回转运动。回转支承装置用来将回转部分支持在非回转部分上，保证回转部分有确定的运动，并承受回转部分作用于其上的垂直力、水平力和倾覆力矩。回转支承装置简称回转支承。主要分为柱式和转盘式两大类，根据不同的使用要求、各种回转支承的特点以及制造厂商的加工条件等合理地选定。回转支承保证起重机回转部分有确定的回转运动，并承受起重机回转部分作用与它的垂直力、水平力和倾翻力矩。 1）柱式回转支承装置柱式回转支承装置由带有上下支承的柱状构架支承起重机的回转部分，柱状构架不随起重机回转部分一起转动的称为定柱式；柱状构架随起重机回转部分第 2 章履带起重机的组成机构 20 一起转动的称为转柱式。定柱式回转支承装置结构简单、制造方便，起重机回转部分的转动惯量小，自重和驱动功率较小，能使起重机的重心降低。图 2a）示出上支座构造。它由一个推力轴承与一个自位径向轴承的球心重合。图 2b）示出下支座的构造。由于定柱下部直径大，下水平支座通常制成滚轮的形式。滚轮装在转动部分上。图中有四个支点，每个支点有两个滚轮，装在均衡梁上。四个支点的位置根据受力情况布置。（ a）（ b）图 2柱式上、下支承座（ a）上支座；（ b）下支座。转柱式回转支承装置结构简单，制造方便，适用于起升高度和工作幅度较大而起重机的高度尺寸没有严格限制的起重机（如塔式起重机、门座起重机）。图 2出转柱式上、下支座的构造。转动心轴可调整上支座滚轮与环形滚道之间的间隙。上支座采用滚轮式结构时下支承的构造如图 2b）、（ c）所示。下支承的作用是承受回转部分的重量和水平力，一般采用有自动调位作用的推力轴承和径向球面轴承组合结构，为保证自动调位作用，应使两轴承球面中心重合于一点。 (a) (b) (c) 吉林大学本科生毕业论文 21 图 2柱式回转支承装置的上、下支座（ a）上支座；（ b）径向推力轴承下支座；（ c）径向推力轴承加径向球面轴承下支座 2）转盘式回转支承装置现代转盘式回转支承装置主要有滚子夹套式和滚动轴承式两种。（ 1）滚子夹套式回转支承装置它由许多圆锥或圆柱形滚子装在上下两个环形轨道之间。固结在转台底面的轨道通常在受力大的前后方制成两段圆弧形。圆锥滚子用于轨道直径较小的情况，可以避免附加的摩擦阻力与磨损。由于锥形滚子产生轴向力，因此滚子装在由许多拉杆机构的保持架上。在轨道直径较大的情况下，可以采用圆柱形滚子。圆柱形滚子可制成单轮缘或双轮缘，装在由槽钢制成的保持架上，这种保持架应该有足够的强度和刚度。滚子夹套式回转支承装置已逐渐被滚动轴承式回转支承装置所取代

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