30方浮式抓斗起重机回转系统设计【文献综述】.doc

1、毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 30 方浮式抓斗起重机回转系统设计 1.起重机概述 起重机是以反复短暂的工作循环方式完成货物装卸或设备安装作业的。一个工作循环包括：取物、货物上升、水平运动、下降、卸载，然后空吊具返回原地。一个工作循环时间一般从几分钟到二三十分钟，其间各机构在不同时刻有短暂的停息时间。 中国古代灌溉农田用的 桔 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。 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

2、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。 起重机主要包括起升机构、运行机构、变幅机构、回转机构和金属结构等。起升机构是起重机的基本工作机构，大多是由吊挂系统和 绞车 组成，也有通过液压系统升降重物的。运行机构用以纵向水平运移重物或调整起重机的工作位置，一般是由电动机、减速器、制动器和车轮组成。变幅机构只配备在臂架型起重机上，臂架仰起时幅度减小，俯下时幅度增大，分平衡变幅和非平衡变幅两种。回转机构用以使臂架回转，是由驱动装置和 回转支承装置 组成。金属结构是起重机的骨架，主要承载件如桥架、臂架和门架可为箱形结构或桁架

3、结构，也可为腹板结构，有的可用型钢作为支承梁 。 从构造特征看，起重设备一般分为单作用起重设备，桥式类型起重机，和回转类型起重机。本课题设计的门式起重机就是桥式起重机的一种，常见的又桁架式和箱梁式两种。 目前，在世界范围内， 疏浚市场正呈现出一番红火的景象，其疏浚量已经高达每年数十亿立方米， 由此带动国际疏浚业进入新一轮的黄金发展期，促成了疏浚装备的升级换代以及疏浚船舶技术的快速发展。在拥有各类大中型疏浚船舶数量的国家排位中，位居前三名的国家分别为美国、荷兰和中国。其中，排位第一的美国拥有的船舶数量高达 593 艘之多，比排位第二的荷兰的 242 艘高出了整整一倍还多，足见其雄厚的实力。而荷兰

4、又比排位第三的中国的 120 艘高出了一大截。此外，比利时、英国、印度、加拿大、印度尼西亚、日本和巴西按大中型疏浚船数量的先后顺序分别排位 4-10 名。 4国内专业制造挖泥船抓斗机的厂家甚少，主要以生产小型挖泥船抓斗机为主，大型的抓斗机，基本依赖进口。国产的挖泥船抓斗机自动化程度不高、能耗大、营运效益差，工作时船舶上空一片黑烟，周围噪音此起彼伏，起重机司机劳动强度大，不能满足起重机向高效自动化、节能环保型发展的趋势。国内疏浚企业迫切希望彻底改观起重机这一作业现状。研究开发、研制生产新一代具有自主知识产权的高效自动化、节能环保型的大型挖泥船抓斗机已经迫在眉睫。 2.起重机的应用 起重机械是现代

5、工业生产中不可缺少的设备，被广泛的应用于各种物料的起重、运输、装 卸、安装和人员输送中，从而大大减轻了体力劳动强度，提高了劳动生产率。 在现代建筑工程中，起重机成立标志性装备。纽约的帝国大厦可以在短短的 400 余天建成，并且在随后的几十年里保持世界最高建筑的头衔，起重机械功不可没； 2006 年德国世界杯场地建设，整个工作场地分为几个工作区域，划分的原则就是起重机械的工作覆盖范围，将整个工地都置于起重机械的工作范围内，大大提高建设速度和场地利用率。在中国，三峡大坝的建筑现场，最显眼的施工设备就是那些巨大的塔吊，它们日夜不停地忙碌着，为这个巨大的水利工程能够早日造福社会提供强有力 的保障。 不

6、仅仅在建筑工地上活跃着起重机的身影，港口、机场、车站或者各种各样的工厂车间，都有起重设备在工作。如果没有起重机的参与，那些巨大的港口可能会瘫痪，带来的经济损失或许不会小于金融危机的冲击。 3.起重机的发展现状及趋势 目前 ， 国内专业生产大型起重机的厂家很多 。 其中以中联重科 、 三一重工 、 抚挖等公司产品系列较全 ， 市 场占有率较高 。 中联重科在 2007年 12月宣布实行品牌统一战略后 。 现已成功开发了 50t600t履带式起重机产品系列 。 作为中国起重机行业的领跑者 ， 徐州重型机械有限公司现在已经形成了以汽车起重机为 主导 ， 履带式起重机和全路面起重机为侧翼强势推进的庞大

7、型谱群 。 国内最具历史的履带式起重机生产企业抚挖现已拥有 35t350t的履带式起重机产品系列 。 QUY350是抚挖 2007年推出的国产首台 350t履带式起重机 ， 填补了国内 350t履带式起重机的产品型谱空白 。 国外挖泥船抓斗机的设计与制造主要集中在美国和日本。其中以日本的四国建机集团生产的 SKK 系列挖泥船抓斗机最为著名。其技术在目前世界抓斗挖泥船制造行业中比较先进，在大型抓斗机制造技术领域拥有主导地位。开发的 GPS 疏浚控制系统和水平疏浚控制系统，可以进行挖深控 制、抓斗精确定位及海床平整控制等功能。 随着疏浚工程规模的大型化，促使国外挖泥船抓斗机向大型化、专业化、高效化

8、、智能化方向发展，新挖泥船的建造达到了一个新高潮。如：日本已经建造了斗容达到 200 m3 的超大型抓斗式挖泥船，该船最大生产能力达到 6000 m3/h。挖泥船作业高度仪表化和自动化。通过计算机技术和仪表将在水下不可见疏浚作业时取土过程的过程及时、准确地显示在操作人员面前，大大简化了操作程序，提高了效率，进而提高了经济性。 由于我国 抓斗挖泥船制造业 起步较晚，投入也不足， 抓斗挖泥船制造 水平一直得不到快速提 高，我国造船企业几乎不能建造技术含量高的大型 抓斗 挖泥船，只能建造小型的、技术含量不高的 抓斗 挖泥船。目前， 国内 大型 抓斗 挖泥船基本都是从国外买的。 而抓斗式挖泥船的技术复

9、杂性主要体现在抓斗机系统方面。挖泥船制造厂商都特别注重抓斗挖泥机具的专项开发研究，与 美、日等工程机械强国 相比，我国在这方面的差距尤为突出。 主要表现在几个方面：一是设计能力跟不上。 我国挖泥船抓斗机在设计和建造上多年来相对较弱。国内设备及液压部件普遍重量偏重，尺寸偏大，使用性能欠佳。 二是制造水平落后。 在主要仪表及液压部件等配套装备制造工艺、周期方面有 较大 的 差距 。多年来仅 限于 制造小型的抓斗机，而大型的尤其是超大型的抓斗机主要依赖进口。三是在 产品寿命、可靠性以及产品 自动化程度上 ，跟国外差距明显。因此， 亟须通过技术创新予以解决。 虽然我国是最早用人工疏浚方法开挖运河、疏通

10、河道、沟通水系以发展航运、排洪、灌溉的文明古国。上可追溯到大禹治水，有些工程至今仍然在默默地发挥重要作用，如都江堰、灵渠、京杭大运河等。但那时的疏浚主要靠人力和简单机具。我国现代化机械疏浚的开端，要追溯到 1897 年天津建立首个疏浚机构 海河工程局。 目前 ， 国外专业生产大型起重机厂家很多 。 其中利勃海尔 、 特雷克斯 -德马格 、 马尼托瓦克与神钢等公司产品系列较全 ， 市场占有率较高 。 利勃海尔公司的产品技术先进 、 工作可靠 ， 其生产的 LR系列履带起重机最大起重量已达 1200t。 其桁架臂履带式起重机系列在 2007年又喜添新品 LR1600/2， 使其产品型谱更加完善 。

11、 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） 起重机的大型化 。 近年来 ， 火电发电机组的功率不断增大 ， 由以前的 30万 KW为主转为 60万 KW乃至 100万 KW 为主 ， 对起重机的吨位需求增大 。 由于美国核电技术的推广应用 ，使大件吊装量大幅增加催生 了大型起重机市场的需求 。 大型石化项目 ， 同样需求大吨位的大型起重机特别是履带式起重机 。 （ 2） 创新设计 。 开展对起重机传动型式创新 、 结构构造创新和功能原理创新等方面理论及技术基础研究 ， 为此着重研究新材料 、 新工艺 、 新的传动装置 ， 从而通过对不同设计方案的优选 、 分解和组合来产生

12、新的设计方案 ， 不断推出创新设计成果 。 （ 3） 核心技术化 。 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 。 现在各大公司均大力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 。 （ 4） 模块化和组合化 。 极短交货 期的市场需求要求开展基于网络的协同异地设计技术 、并行工程技术研究 ， 这样可以缩短产品的开发周期 。 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 。 达到改善整

13、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 。 （ 5） 大吨位的自拆装系统 。 履带起重机体太笨重在公路上无法自由行走 ， 必须拆卸才可运输 ， 到达工作地点后再进行组装 ， 需要辅助吊车 。 为减少或不用辅助吊车 ， 节省施工费用 ， 因此研制自拆装系统势在必行 。（ 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 。它集履带起重机桁架臂大起重量 、 大作业空间的优势和轮式起重机的机动灵活优势于一体 ，主要用于大型起重

14、机 。 随着疏浚业步入发展的快车道，国内航道疏浚、水利建设、港口建设对工程船的要求越来越高，需求数量越来越多，进而引发了疏浚业施工船舶的大型化和一系列技术问题的探索和实践。工程船在向大型化、自动化方向拓展。纵观近年来我国工程 船发展，其发展呈现出以下特点： (1)工程船舶大型化。近年来，伴随着我国大型疏浚工程的增多，大型疏浚装备快速发展，大型耙吸式挖泥船快速增加。据不完全统计， 1994 年至 2004 年的 10 年间，世界上大型、超大型耙吸船猛增 26 艘，新增舱容 42 万立方米，是这之前 20 年新增大耙船舱容的两倍多。这些船舶挖深大多可达 100 米，其中一艘挖泥船最大挖深可达 16

15、0 米，特别适合我国大型疏浚工程的需要。此外，绞吸式和抓斗式挖泥船也出现大型化势头，绞吸式挖泥船最大总装机功率达 28500 千瓦，抓斗式挖泥船最大抓斗斗容已达 200 立方米。 6 （ 2）创新设计。开展对起重机传动型式创新、结构构造创新和功能原理创新等方面理论及技术基础研究，为此着重研究新材料、新工艺、新的传动装置，从而通过对不同设计方案的优选、分解和组合来产生新的设计方案，不断推出创新设计成果。 （ 3）核心技术化。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。现在各大公司均大力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。 (4)施工控制自

16、动化。 20 世纪 90 年代前建造的大型工程船的控制室里都是按钮，需要两三个人操作，水下作 业数据无法掌控，而现在大型工程船整个施工控制都由计算机控制，主要运行状况如柴油机的运行参数、各施工机械的状态控制等都可以通过计算机显示屏模拟显示。操纵人员还可以通过计算机的显示屏直观地了解施工作业轨迹和水下作业断面的图形，同时全程纪录施工的实时数据，为水下施工检验程序提供极大的帮助。 7自动控制集成化程度的提高，使施工过程控制更加精确，大大提高了船舶的工作效率，降低操作人员的劳动强度。 4.结语 我们已经看到世界上工业发达国家已经开始进入新的技术革命时代 。 我国目前仍然处在设计 、 生产周期化阶段

17、， 起点低 、 设备 落后 ， 相对发达国家落后 20年左右 。 如果我国能从国外工业发展中得到启示 ， 将可加快我国起重机械工业的发展。 参考文献 1 胡宗武 汪西应 汪春生 .起重机设计与实例 M. 北京：机械工业出版社， 2009.6. 2 Aviad Shapira, M. Asce, Gunnar Lucko 等 . Cranes for building construction project.J Journal of construction engineering and management. 2007, 690-700. 3 陈道南 盛汉中 .起重机课程设计 M.北京：冶

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