起重机械概述ppt课件

起重机械概述 宁波市特种设备检验研究院全维军 一 起重机械发展史 概念起重机 Crane 属于起重机械的一种 是一种作循环 间歇运动的机械 一个工作循环包括 取物装置从取物地把物品提起 然后水平移动到指定地点降下物品 接着进行反向运动 使取物装置返回原位 以便进行下一次循环 GB6974 1 86 起重机械名词术语一起重机械类型 中起重机 使挂在起重吊钩或其他取物装置上的重物在空间实现垂直升降和水平运移的起重机械 一 起重机械发展史 通常起重机械由起升机构 使物品上下运动 运行机构 使起重机械移动 变幅机构和回转机构 使物品作水平移动 再加上金属机构 动力装置 操纵控制及必要的辅助装置组合而成 一 起重机械发展史 起重机的雏形中国古代灌溉农田用的桔槔 它是井上汲水的一种工具 在井旁树上或架子上挂一杠杆 一端系水桶 一端坠大石块 一起一落 汲水可以省力 它是臂架型起重机的雏形 14世纪 西欧出现了人力和畜力驱动的转动臂架型起重机 桔槔jiegao 一 起重机械发展史 19世纪前期 出现了桥式起重机 起重机的重要磨损件如轴 齿轮和吊具等开始采用金属材料制造 并开始采用水力驱动 19世纪后期 蒸汽驱动的起重机逐渐取代了水力驱动的起重机 20世纪20年代开始 由于电气工业和内燃机工业迅速发展 以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本形成 通用桥式起重机 架桥机 造船门式起重机 轮胎式集装箱门式起重机 门座起重机 液压折臂起重机 集装箱跨运车 集装箱正面吊 履带起重机 汽车起重机 随车起重机 全路面汽车起重机 二 中国起重机发展现状 今天 起重机行业现状日渐繁盛 逐渐被越来越多的人士关注 发展也越来越好 现在中国是世界上最大的起重机市场 中国目前共有起重机械生产企业约500家 从2001年开始 受益于出口持续高速增长 冶金行业的持续发展 高速增长的房地产市场等积极因素的拉动 中国起重机行业持续保持着快速发展 从产量上看 2001 2007年起重设备复合增长率高达36 二 中国起重机发展现状 销售收入根据国家统计局数据 2009年1 11月起重运输设备行业销售收入2817亿元 比2008年增加了5 5 同时 起重运输设备行业利润有较大幅度增长达到23 63 区域分布华东 中南和东北是最主要的三个销售区域 占93 的销售份额 其中华东地区占67 中南占15 东北占11 华东地区是最重要的销售区域 二 中国起重机发展现状 中国知名的起重机制造企业三一重工 流动式起重机 中联重科 流动式起重机 太原重工 大型桥门式起重机 冶金起重机 大连重工 大型桥门式起重机 冶金起重机 上海振华港机 大型港口起重机 海上施工设备 大型浮吊 徐州工程机械集团 流动式起重机 三 国外知名的起重机制造企业 芬兰的科尼 KONES 德国的德马格 TEREX DEMAG 法兰泰 EUROCRANE STAHL 利勃海尔 LIEBHERR 美国的CM集团 目前是北美最大的工厂起重机械制造商 马尼托瓦克 ManitowocCrane 特雷克斯公司 TerexCorporation 特雷克斯港口设备部诺尔起重设备 中国 有限公司 NoellCrane 日本的加藤 KATO 多田野 TADANO 住友 SUMITOMO 神钢 KOBELCO 四 中国与世界 目前 世界上能够生产800吨级以上大型履带起重机的厂家主要有 德国利勃海尔 LIEBHERR 美国特雷克斯 德马格 TEREX DEMAG 马尼托瓦克 MANITOWC 中国三一重工 中国中联重科 中国抚挖重工日本神钢 KOBELCO 等企业 德国利勃海尔LiebherrLR11350型1350吨级履带式起重机 三一重工SCC11800型1180吨级履带式起重机 2010年11月 徐工集团在上海宝马展上推出XGC28000型2000吨级履带式起重机 特雷克斯 德马格TEREX DEMAGCC8800 1TWIN型3200吨级履带式起重机 44000吨米的起重力矩 湖南长沙中联重科推出世界最大的履带式起重机ZCC3200NP 起重量达到3200吨最大起重力矩达到82000吨米 四 中国与世界 从经营业绩来看 2008年 全球10大移动式起重机企业 销售收入为153 09亿美元 同比增长27 63 依销售额排名为 1 美国马尼托瓦克38 83亿美元 2 德国利勃海尔26 49亿美元 3 美国特雷克斯 德马格25 99亿美元 4 中国徐工14 48亿美元 5 日本多田野13 33亿美元 6 日本神钢9 39亿美元 7 中国中联重科9 14亿美元 8 美国林克 贝尔特6 19亿美元 9 日立住友5 18亿美元 10 日本加藤制作所4 07亿美元 五 起重机械工作特点 1 起重机械通常结构庞大 机构复杂 能完成起升运动 水平运动 例如 桥式起重机能完成起升 大车运行和小车运行3个运动 门座起重机能完成起升 变幅 回转和大车运行4个运动 在作业过程中 常常是几个不同方向的运动同时操作 技术难度较大 五 起重机械工作特点 2 起重机械所吊运的重物多种多样 载荷是变化的 有的重物重达几百吨乃至上千吨 有的物体长达几十米 形状也很不规则 有散粒 热融状态 易燃易爆危险物品等 吊运过程复杂而危险 五 起重机械工作特点 3 大多数起重机械 需要在较大的空间范围内运行 有的要装设轨道和车轮 如塔吊 桥吊等 有的要装上轮胎或履带在地面上行走 如汽车吊 履带吊等 有的需要在钢丝绳上行走 如缆索起重机 活动空间较大 一旦造成事故影响的范围也较大 五 起重机械工作特点 4 有些起重机械 仅指施工升降机等 需要直接运载人员做升降运动 其可靠性直接影响人身安全 5 暴露的活动的各部件较多 且常与吊作业人员直接接触 潜在许多偶发的危险因素 五 起重机械工作特点 6 作业环境复杂 如涉及企业 港口 工地等场所 涉及高温 高压 易燃易爆等环境危险因素 对设备和作业人员形成威胁 7 作业中常常需要多人协同配合 对指挥者 操作者和起重工等要求较高 五 起重机械工作特点 根据有关资料统计 我国每年起重伤害事故的死亡人数占全部企业因工死亡总人数的15 左右 为了保证起重机械的安全运行 国家将它列为特种设备加以管理 许多企业都把管好起重设备作为安全生产工作的关键环节 五 起重机械发展趋势 当前随着生产活动规模的不断扩大 物流机械化已成为不断扩大生产规模的重要手段 而物流机械化系统中最重要的设备是起重运输机械 起重运输机械的核心是起重机械 随着世界经济大规模地发展 起重机械的应用愈来愈广泛 特别是要求能适应各种特殊领域需求的起重机械也愈来愈迫切 五 起重机械发展趋势 为了满足大规模生产 起重机械愈来愈趋向大型化 为了提高生产效率 起重机械也愈来愈趋向专用化 模块化 组合化 轻型化 多样化 自动化 智能化 成套化和系统化方向发展 向提高安全性 可靠性和易维修性方向发展 起重机械的新技术 新材料 新工艺和新方法也随之突飞猛进地发展 五 起重机械发展趋势 大型化和专用化由于工业生产规模的不断扩大 生产效率日益提高 以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加 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 并对能耗和可靠性提出更高的要求 起重机已成为自动化生产流程中的重要环节 起重机不但要容易操作 容易维护 而且安全性要好 可靠性要高 要求具有优异的耐久性 无故障性 维修性和使用经济性 五 起重机械发展趋势 目前世界上最大的浮式起重机起重量达6 500t 最大的履带起重机起重量达3 000t 最大的桥式起重机起重量为1 200t 集装箱岸边装卸桥小车的最大运行速度已达350m min 堆垛起重机最大运行速度是240m min 垃圾处理用起重机的起升速度达100m min 五 起重机械发展趋势 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 品种也不断更新 以特有的功能满足特殊的需要 发挥出最佳的效用 例如冶金 核电 造纸 垃圾处理的专用起重机 防爆 防腐 绝缘起重机和铁路 船舶 集装箱专用起重机的功能不断增加 性能不断提高 适应性比以往更强 五 起重机械发展趋势 德国德马格公司研制出一种飞机维修保养的专用起重机 在国际市场打开了销路 这种起重机安装在房屋结构上 跨度大 起升高度大 可过跨 停车精度高 在起重小车下面安装有多节伸缩导管 与飞机维修平台相连 并可作360度旋转 通过大车和小车的位移 导管的升降与旋转可使维修平台到达飞机的任一部位 进行飞机的维护和修理 极为快捷方便 五 起重机械发展趋势 模块化和组合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 五 起重机械发展趋势 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 五 起重机械发展趋势 目前 德国 英国 法国 美国和日本的著名起重机公司都已采用起重机模块化设计 并取得了显著的效益 德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化设计后 比单件设计的设计费用下降12 生产成本下降45 经济效益十分可观 德国德马格公司还开发了一种KBK柔性组合式悬挂起重机 起重机的钢结构由冷轧型轨组合而成 起重机运行线路可沿生产工艺流程任意布置 可有叉道 转弯 过跨 变轨距 柔性组合式悬挂起重机 五 起重机械发展趋势 所有部件都可实现大批量生产 再根据用户的不同需求和具体物料搬运路线在短时间内将各种部件组合搭配即成 这种起重机组合性非常好 操作方便 能充分利用空间 运行成本低 有手动 自动多种形式 还能组成悬挂系统 单梁悬挂起重机 双梁悬挂起重机 悬臂起重机 轻型门式起重机及手动堆垛起重机 甚至能组成大型自动化物料搬运系统 轻型门式起重机 五 起重机械发展趋势 轻型化和多样化有相当批量的起重机是在通用的场合使用 工作并不很繁重 这类起重机批量大 用途广 考虑综合效益 要求起重机尽量降低外形高度 简化结构 减小自重和轮压 也可使整个建筑物高度下降 建筑结构轻型化 降低造价 因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展 并将大部分取代中小吨位的一般用途桥式起重机 五 起重机械发展趋势 德国德马格公司经过几十年的开发和创新 已形成了一个轻型组合式的标准起重机系列 起重量为1 63吨 工作级别为A1 A7 整个系列由工字形和箱型单梁 悬挂箱形单梁 角形小车箱形单梁和箱形双梁等多个品种组成 主梁与端梁相接以及起重小车的布置有多种型式 可适合不同建筑物及不同起吊高度的要求 根据用户需要每种规格起重机都有三种单速及三种双速供任意选择 还可以选用变频调速 五 起重机械发展趋势 操纵方式有地面手电门自行移动 手电门随小车移动 手电门固定 无线遥控 司机室固定 司机室随小车移动 司机室自行移动等七种选择 大车及小车的供电有电缆小车导电 DVS 网络视频服务器 系统两种方式 如此多的选择项 通过不同的组合 可搭配成百上千种起重机 充分满足用户不同的需求 五 起重机械发展趋势 这种起重机的另一最大优点是轻型化 自重轻 轮压轻 外形尺寸高度小 可大大降低厂房建筑物的建造成本 同时也可减小起重机的运行功率和运行成本 与通用产品相比较 起重量为10t 跨度22 5m 通用双梁桥式起重机自重是24t 起重机轨面以上高度1876mm 起重机宽度5980mm 德马格起重机的自重只有8 7t 重量轻了176 起重机轨面以上高度为920mm 降低了104 起重机宽度为2980mm 外形尺寸减少了100 五 起重机械发展趋势 自动化和智能化起重机的更新和发展 在很大程度上取决于电气传动与控制的改进 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 五 起重机械发展趋势 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 五 起重机械发展趋势 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 五 起重机械发展趋势 例如采用激光装置查找起吊物的重心位置 在取物装置上装有超声波传感器引导取物装置自动抓取货物 吊具自动防摇系统能在运行速度200m min 加速度0 5m2 s的情况下很快使起吊物摇摆振幅减至几个毫米 起重机可通过磁场变换器或激光达到高精度定位 五 起重机械发展趋势 起重机上安装近场感应系统 可避免起重机之间的互相碰撞 起重机上还安装了微机自诊断监控系统 该系统能提供大部分常规维护检查内容 如齿轮箱油温 油位 车轮轴承温度 起重机的载荷 应力和振动情况 制动器摩擦衬片的寿命及温度状况等 五 起重机械发展趋势 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 五 起重机械发展趋势 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 例如生产工程机械的美国卡特皮勒公司金属结构厂购置了一条以桥式起重机为主的物料自动搬运系统 用于钢板的喷丸处理 切割和入库的自动装卸搬运作业 比原先采用单机操作工作效率提高了65 日本东芝浜川崎工厂用全自动桥式起重机组成的物料输送系统来搬运柔性加工线上的夹具和工件 为机床运送毛坯或将加工好的零件送到下一工序或仓库 这些在空间移动的起重机搬运系统代替了过去通常使用的自动导向搬运车 使车间的地面面积得到充分利用 五 起重机械发展趋势 新型化和实用化结构方面采用薄壁型材和异形钢 减少结构的拼接焊缝 提高抗疲劳性能 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 桥式起重机的桥架结构型式大多采用箱形梁结构 主梁与端梁采用高强度螺栓联接 便于运输与安装 五 起重机械发展趋势 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 为使中小吨位的起重小车结构尽量简化 同时降低起重机的尺寸高度 减小轮压 国外已大量采用电动葫芦作为起升机构 五 起重机械发展趋势 为了减轻自重 提高承载能力 改善加工制造条件 增加产品成品率 零部件尽量采用以焊代铸 如减速器壳体 卷简 滑轮等都用焊接结构 减速器齿轮都采用硬齿面 以减轻自重 减小体积 提高承载能力 增加使用寿命 液压推杆盘式制动器的应用范围也越来越大 此外 各机构采用的电动机都向高转速发展 从而减小电机基座号 减轻重量与减小外形尺寸 并可配用制动力矩小的制动器 五 起重机械发展趋势 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 五 起重机械发展趋势 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 六 起重机械分类 根据GB T20776 起重机械分类 起重机械按其功能和结构特点分为轻小型起重设备 起重机 升降机 工作平台 机械式停车设备五类 1 轻小型起重设备 其特点是构造紧凑简单 一般只有一个升降机构 只能使重物作单一的升降运动 2 桥架类型式起重机 其特点是具有起升机构 大小车运行机构 桥架型起重机具有水平桥架 能越过地面障碍物吊运重物或完成一定的工艺操作 除重物的升降运动外 还能作前后和左右的水平运动 三种运动的配合 可使重物在一定的立方形空间内起重和搬运 它广泛应用于机械制造和冶金等部门的车间和室内外仓库 桥式起重机通过桥架和起重小车的运动获得矩形 有时是环形 的工作范围 3 臂架类型式起重机 其特点是具有起升机构 变幅机构 旋转机构和行走机构 依靠这些机构的配合动作 可使重物在一定的圆柱形或椭圆形空间内起重和搬运 臂架型起重机通过外伸的长臂架可将重物搬运到离机座较远的地方 适用于车 船的装卸作业 这类起重机的起重能力以臂架最小幅度时的额定起重量和额定起重力矩来表示 4 升降机 升降机虽然只有一个升降动作 但远比简单起重机复杂 特别是载人的升降机 要求有完善的安全装置和其他附属装置 5 工作平台 把人或物品从某一高度举升到另一高度或者停留在某一高度供乘载人员从事各种作业的设备 该设备可以装设在各种车辆底盘上 可以进行短途或长距离之间移动 它广泛应用于厂矿企业设备检修和城市 道路设施维修保养工作 6 机械式停车设备 用来存取储放车辆的机械或机械设备系统 机械式停车设备行业在我国是近十几年来发展起来的新兴行业 随着人民生活的不断提高和汽车工业的高速发展 机械式停车库及设备以其独有的优越性 最近几年得到了广泛的应用 名词解释 起重机械 根据 特种设备安全监察条例 起重机械是指用于垂直升降或者垂直升降并水平移动重物的机电设备 其范围规定为额定起重量大于或者等于0 5t的升降机 额定起重量大于或者等于1t 且提升高度大于或者等于2m的起重机和承重形式固定的电动葫芦等 特种设备目录 特种设备目录 doc 七起重机械主要参数 起重机的基本参数是表征起重机械的作业能力 是设计 选用起重机械的基本依据 也是所有从事起重作业人员必须掌握的基本知识 起重机的基本参数主要有 额定起重量 起升高度 跨度 属于桥架式起重机 幅度 属于臂架式起重机 机构工作速度 工作级别等 其中臂架式起重机的主要技术参数中还包括起重力矩等 对于轮胎 汽车 履带 铁路起重机其爬坡度和最小转弯 曲率 半径也是主要技术参数 随着起重机技术的发展 工作级别已成为起重机一项重要的技术参数 额定起重量Gn t 起重机正常工作时所能吊起的重物或物料连同可分吊具 如抓斗 电磁吸盘 平衡梁等 质量的总和 不包括吊钩 对于流动式起重机 包括固定在起重机上的吊具 对于幅度可变的起重机 根据幅度规定起重机的额定起重量 2 幅度L起重机置于水平场地时 空载吊具垂直中心线至回转中心线之间的水平距离 3 有效悬臂长度l离悬臂最近的起重机轨道中心线到位于悬臂端部吊具中心线之间的距离 4 起重力矩M幅度L和相应起吊物品重力Q的乘积 5 起重倾覆力矩MA起吊物品重力Q和从载荷中心线至倾覆线距离A的乘积 6 轮压P一个车轮传递到轨道或地面上的最大垂直载荷 按工况不同 分为工作轮压和非工作轮压 7 跨度S m 起重机的跨度是指起重机支撑中心之间的距离 8 轨距K m 轨距一般是指小车轨道中心线之间的距离或门座式起重机的运行轨道之间的距离 9 起升高度起重机水平停车面至吊具允许最高位置的垂直距离 对吊钩和货叉 算至它们的支承表面 对其它吊具 算至它们的最低点 闭合状态 对桥式起重机 应是空载置于水平场地上方 从地面开始测定其起升高度 10 工作级别根据GB3811 起重机设计规范 的相关要求 起重机的整机工作级别是由起重机利用等级和起重机载荷状态级别两个因素决定的 1 起重机的利用等级起重机的设计预期寿命是指设计预设的起重机从开始使用起到最终报废时止能完成的总工作循环数 起重机一个工作循环是指从起吊一个物品起 到能开始起吊下一次起吊物时止 包括起重机运行及正常的停歇在内的一个完整的过程 起重机的利用等级是将起重机可能完成的总工作循环数划分成10个利用等级 U0 U9 如下表所示 2 起重机的起升载荷状态级别起重机的起升载荷状态是该起重机设计预期寿命期限内 它的各个有代表性的起升载荷值的大小及各相对应起吊次数 与起重机的额定起升载荷值的大小及总的起吊次数的比值情况 下表列出了起重机载荷状态谱系数Kp的4个范围值 它们各代表了起重机一个相对应的载荷状态级别 3 起重机整机的工作级别根据起重机的10个利用等级和4个载荷状态级别 起重机整机的工作级别划分为A1 A8共8个级别 起重机的工作级别选取如下表所示 起重机工作级别与安全有着十分密切的关系 需要说明如下 工作级别是起重机综合工作特性参数 起重量大 工作级别未必高 起重量小 工作级别未必低 即使起重量相同的两台同类型起重机 只要工作级别不同 构件及零部件采用的安全系数就可能不相同 型号 尺寸 规格也不相同 如果仅看起重吨位而忽略工作级别 把工作级别轻的起重机频繁 满负荷使用 那么就会加速易损零部件报废 使故障频发 甚至引起事故 影响安全 11 起重特性曲线是表示臂架型起重机作业性能的曲线 它由起重量曲线和起升高度曲线组成 起重量曲线规定直角坐标系的横坐标为幅度 纵坐标为额定起重量 起升高度曲线 是表示最大起升高度随幅度改变的曲线 规定直角坐标系的横坐标为幅度 纵坐标为起升高度 起重特性曲线是司机在进行起重作业时的操作依据 应根据起重机的臂架幅度 严格控制起重量在特性曲线限制的安全区内 起重特性曲线还是进行事故分析的重要依据 起重特性曲线经常与臂架起重机的起升高度曲线画在一起 有些起重机技术资料还给出同一起重机在不同工况下的多条特性曲线 QTZ40塔机力矩曲线 二倍率 QTZ40塔机力矩曲线 四倍率 二倍率起重特性表 四倍率起重特性表 起重机设计的方法 目前我国起重机的设计能力薄弱 设计方法落后 所进行的设计主要是按许用应力法进行的 导致我国起重机与国外先进发达国家相比 粗 大 笨 消耗了过多的材料和能源 严重影响了我国起重机产品的竞争能力 近些年 国际上现代设计理论和现代设计方法应运而生 并且越来越受重视 如极限状态法 有限元法 优化设计等在国际上得到了越来越多的运用 值得欣喜的是 国内也逐步开始此方面工作的研究 如何快速使我国的起重机设计人员学习和掌握现代机械设计理论和现代设计方法 站在现代设计理论和方法的平台上不断设计出创新产品 这是提高我国起重机行业核心竞争能力 振兴我国起重机行业之关键所在 现代设计的特征及与传统设计的比较现代设计以计算机技术为核心 计算机的飞速发展导致了现代设计的产生和发展 这就是现代设计的显著特征 传统设计是以生产经验为基础 以运用力学和数学形成的计算公式 经验公式 图表 手册等作为依据进行的 而现代设计是基于可靠性理论 疲劳理论 模态分析理论 摩擦学理论 润滑理论等形成的方法 利用这种方法进行设计可减少经验设计的盲目性和随意性 提高设计的主动性 科学性和准确性 因此现代设计是以理论指导为主 经验为辅的一种设计 其表现为以下几个方面 1 设计手段的更新设计手段从手工转向自动 传统设计以图板 直尺 铅笔等作为工具 效率低 人工强度大 而现代设计充分利用CAD技术进行无纸设计 这就显著提高了设计效率 2 产品表示的改变从二维转向三维 传统设计利用投影原理表示产品结构 这种二维表示的数据单一 数据量小 不便于产品的进一步分析和制造 而随着CAD技术的发展 三维产品模型应用越来越广泛 它不仅能反映产品的形状和几何信息 还可以包括分析 加工 材料 特性等数据 3 设计方法的发展从传统设计到现代设计 随着计算机技术的发展 如有限元分析 优化 模拟分析等先进的设计方法都涉及大量复杂的计算并开始越来越多地应用到工程实践中 使设计从传统设计进入到现代设计 同时又带动了其他现代设计方法的出现 如虚拟设计 并行设计 计算机仿真 绿色设计 反求设计等 4 工作方式的变化从串行到并行 由于设计手段的限制 传统的设计过程采用串行方式进行 即从设计任务按时从一个环节传入下一个环节 随着数据库和网络技术的发展 并行设计正在得到广泛应用 各设计小组可以并行的参与设计 并最大限度地交流信息 以缩短设计周期及有助于将各种新思想 新技术 新方法融入到产品设计中 5 设计与制造一体化存在于计算机内的产品模型可直接进入计算机辅助工艺设计 CAPP 系统进行工艺规划和NC编程 进而加工代码可直接传入NC机床 加工中心进行加工 产品模型加强了设计和制造2个环节的连接 提高了产品开发的效率 现代设计方法在起重机设计中的运用目前我国起重机设计主要采用许用应力法 所设计的起重机虽能保证安全但结构笨重很不经济 现在国外已开始采用极限状态法进行起重机设计 大大降低了其自重 当然现代设计方法较多 可以在进行起重机整机 结构 机构 电气和液压设计时采用适宜的现代设计方法 如 对起重机金属结构的设计可考虑有限元设计方法及最优化设计方法 以最低限度减轻起重机自重和降低能耗 对起重机电器部件及电气系统设计时可考虑采用可靠性设计方法 提高系统的可靠度 对起重机零部件 包括液压元件 和机构设计可考虑采用可靠性设计法和创新设计方法 不断提高可靠度及零部件和机构的创新能力 使零部件和机构越来越精巧 为了快速推出新产品 在对起重机进行设计时 可考虑广泛运用并行设计方法 对超大型设备还可考虑计算机仿真与动态模拟方法 考虑现代社会的环保要求 绿色设计方法也需推广 起重机设计的基本要求 一 金属结构和机械零部件应该具有足够的强度 刚度和抗屈曲能力 稳定性 首先要求起重机零部件和金属结构受载后不破坏 即是满足强度要求 静强度计算是最基本的计算 应力循环少或重要性一般的零件 只作静强度计算 承受循环应力零件或构件 除了进行疲劳计算外 还应按高峰载荷进行静强度计算 对于应力状态复杂的钢丝绳等零部件 为了简化计算 通常只按主要载荷 主要变形形态 采用较高安全系数 进行静强度计算 但单是不破坏不一定能保证正常工作 如受载时发生过大的变形 也将影响构件的正常工作 因此还必须要求在荷载作用下 构件所产生的变形应该在允许的范围内 即具有应有的刚度 细长杆受压突然弯曲或者结构件钢板局部屈曲失稳 在静定结构中可能造成几何可变结构 其原有状态的平衡变成不稳定的平衡 从而使结构件和零部件的失效 同样会造成起重机的的破坏 因此满足稳定性要求同样是重要的 二 整机必须具有必要的抗倾覆稳定性 三 原动机具有满足作业性能要求的功率 制动装置提供必需的制动力矩 起重机的工作特点决定了荷载的随机性 而在起重机中采用的是确定性的方法 因此对于变化复杂的实际载荷 只能用简单的理论计算和试验和经验相结合的计算来确定 由此得到的知识近似的实际载荷 通常称之为计算载荷 起重机载荷分类 1 载荷分类与载荷组合作用在起重机上的载荷分为三类 即基本载荷 附加载荷与特殊载荷 各类载荷组合是强度和稳定性计算的原始依据 1 基本载荷 始终或经常作用在起重机结构上的载荷 包括自重载荷 起升载荷 惯性水平载荷 以及考虑动载系数与相应载荷相乘的动载效应 对于抓斗 电磁吸盘起重机 还应考虑由于突然卸载的动态减载作用 只考虑基本载荷的组合为组合 2 附加载荷 起重机在正常工作状态下 结构所受到的非经常性作用的载荷 它包括起重机工作状态下的最大风载荷 起重机偏斜运行侧向力 根据实际情况而考虑的自然载荷 以及某些工艺载荷等 考虑基本载荷和附加载荷的组合为组合 3 特殊载荷 起重机处于非工作状态时 结构可能受到的最大载荷 或者在工作状态下结构偶然受到的不利载荷 考虑基本载荷和特殊载荷的组合 或三类载荷都考虑的组合为组合 为保证起重机安全 正常地工作 起重机的金属结构和机构的零部件应满足强度 稳定性和刚度的要求 强度和稳定性要求是指结构件在载荷作用下产生的内力不应超过许用的承载能力 刚度要求是指结构在载荷作用下产生的变形量不应超过许用的变形值 以及结构的自振周期不应超过许用的振动周期 计算的内容不同 对应的载荷组合类别也不同 1 寿命 耐久性 计算载荷 第 类载荷用来计算零部件或金属结构的耐久性 磨损或发热 按正常工作时的等效载荷进行计算 工作级别是A6 A7 A8级起重机 对于受变载荷作用的机构零件和金属结构应做疲劳强度验算 2 强度计算载荷 第 类载荷用来计算零部件或金属结构的强度 受压和平面弯曲构件的稳定性 结构件的刚度 起重机的整体稳定性与轮压 按工作状态最大载荷进行强度计算 确定强度计算载荷时 应选取可能出现的最不利的载荷组合 3 验算载荷 第 类载荷用来验算起重机的某些装置 如夹轨器 变幅机构 支承旋转装置的某些零件和金属结构的强度和构件的稳定性 以及起重机的整体稳定性 按非工作状态最大载荷及特殊载荷 安装载荷 运输载荷及冲击载荷等 进行强度验算 安全系数起重机承载能力的计算方法有许用应力法和极限状态法两种 目前 许用应力法仍是主要采用的方法 许用应力是按材料的强度极限考虑一定的安全储备来获得 强度计算的基本条件是零构件危险截面的计算应力不得大于材料的许用应力 而材料的强度极限与许用应力之比就是安全系数 安全系数的选择首先要确保安全 可靠 又要做到技术先进 经济合理 安全系数的取值既考虑材料的强度储备 重要度 计算方法精确程度 又要考虑材料的不均匀性和可能存