1、毕业设计文献综述 机械设计制造及其自动化 30 方浮式抓斗起重机底座和吊臂选型研究及设计 一、起重机的发展现状 随着社会的进步和技术的不断发展，以及各施工企业对高效益和高效率的执着追求，整体吊装工程越来越普遍，这就要求吊装用起重机的起重能力 ,作业幅度和高度越来越大，大型起重机的市场需求随之增长很快。国内大型吊装用起重设备已由过去单一的抱杆方式，逐步扩大发展成为以高性能，更安全可靠的大型移动式起重机为核心的吊装设备。而且大型移动式起重机机动性和作业灵活性等特点也深受业内的青睐。常用的大型移动式起重机主要有轮式起 重机和履带起重机，国内在这方而止逐步向大吨位发展。发达国家早在 20 世纪 70年
2、代就己生产制造和广泛使用大型移动式起重机，而且仍在小断研究新技术和新结构，向更大吨位挑战。 （ 1)欧洲 欧洲是全地面起重机的发源地，也是全地面起重机最大的市场，目前欧洲市场上全地面起重机占轮式起重机总销售额的 80%以上。经多年的发展， LIEBHERR, DEMAG 等几家大公司已掌握了现代移动式起重机所必须的集成式控制技术、结构件技术、悬挂技术等，其大吨位全地面起重机技术已十分成熟，并形成了自己鲜明的风格，基本垄断了全地面 起重机市场，所生产的全地面起重机从 35 吨至 800 吨，从两桥到 8 桥，品种齐全。 LIEBHERR 每年生产 1000台左右的全地面起重机。 （ 2)北美 在
3、美国市场上，越野轮胎起重机和全地面起重机占有主导地位，全地面起重机起步较晚，主要技术引自德国。由十在轮式起重机向大吨位的发展过程中，全地面起重机占有绝对优势，近年来发展很快。主要生产厂商有马尼托瓦克起重机集团、特雷克斯公司、林克贝尔公司、世纪 II 公司。马尼托瓦克起重机集团下属的 GROVE、特雷克斯公司下属的 DEMAG 都是以全地面起重机为主导产品之一的专业制造 商，可以生产最大 550 吨的全地面起重机。 （ 3)口本 口本轮式起重机开发生产起步较晚 (起十 20 世纪 70 年代 )，但发展很快。在发展过程中，越野轮胎起重机 (含全地面起重机 )的比重不断上升，由 1986 年的 1
4、9. 96%，上升到 1990年的 46. 26%，再上升到 1998 年的 68%，这说明汽车起重机生产在逐年萎缩，相反越野轮胎起重机和全地面起重机的比例在不断上升，但技术水平落后十德国和美国。口本最大的起重机生产商多田野兼并了德国的 FAUN 公司，主要生产全地面起重机，产品主要销往欧洲本土和美国市场。 （ 4）国 内发展状况 我国是业太地区最大的移动式起重机生产国，但所生产的起重机产品是高度单一的汽车起重机。近年来起重机产品技术和生产能力的发展十分迅猛， 2003 年徐州重型机械厂已经成为全球产量最大的起重机制造商。我国曾十上世纪 90 年代引进了德国的全地面技术，但由十该类产品技术复杂
5、，关键技术没有得到解决，国内配套件水平跟不上，无法成熟推向市场。随着经济技术水平的发展，国内外起重机市场对移动式起重机产品的技术水平、应用范围的要求越来越高，尤其在开发西部地区、油田等市场的过程中，用户对起重机产品的通过能力、作业性能 、可靠性提出了更高的要求，目前国内的汽车起重机产品在很大程度上越来越不能满足市场的需求，汽车起重机向全地面型发展应是必然的趋势，我国在全地面起重机方面几乎是空白，目前 100t 以上的全地面起重机全部依靠进口，进口全地面起重机价格昂贵，往往是同吨位汽车起重机的两倍以上。因此，适合中国国情的全地面起重机的研制开发，是国内起重机行业所面临的迫切任务。 二、研究目的与
6、意义 随着我国改革开放的不断深入和国民经济的迅速发展，我国的基础设施建设力度正逐渐加大，我国工程机械行业面临着新的发展机遇，尤其是西部大开 发战略的实施以及中奥成功、西气东送、西电东输、南水北调等带来了规模浩大的工程建设项目，道路交通、机场、港口、水利水电、市政建设等基础设施的建设规模也越来越大，市场对工程机械的需求将大大增加。大吨位起重机作为一种重要的不可替代的设备，拥有十分广阔的市场空间，因 fu 竞争更为激烈。国外一些著名的起重机生产企业，如利勃海尔，德马格，格鲁夫，多田野，加藤等都不断地推出新产品，力图占领我国起重机市场的更大份额。目前国内 100 吨以上的起重机，基本依赖进口。为尽快
7、抢占市场，发展民族工业，本公司决定开发 QAY125 全地面起 重机。通过 QAY125 全地面起重机的开发，尽快掌握当今起重机领域先进的设计思想、设计方法和高新技术，尽快形成我们自己的专利技术、专有技术，尽快推出市场适应性强的高新技术产品，迅速提升企业的核心竞争能力，并目前能够积极地参与国际竞争，在国际起重机市场占得一席之地。 科研新技术 研发了集机械防摇、平台中转、自动检测、小车定位与优化运行四大核 心技术的全自动双小车集装箱起重机，装卸效率提高 50%左右，国际领先。 创新集成起重机差分全球卫星定位系统 DGPS 与全行程置磁尺双定位技术，克服码头高的结构因素造 成的 GPS 盲区对定位
8、的影响，提高定位可靠性和定位精度攻克了数据中央处理软硬件、防碰撞、减少电磁干扰等技术难题，对箱精度高达士 15mm，实现起重机直线运行高精度、高可靠、高效自动控制。 研制了独特的差动减速器和多油缸位置姿态组合控制机电系统，攻克了适应各种集装箱尺寸、重量和位置、姿态复杂控制等九大装卸作业技术关键。 研究开发了基于超大容量超级电容储能机理的新型起重机混合供电系统。自主创新设计主激磁器、母排压降监测器，控制超级电容快速充放电，既节省能量，又使电路上作平稳，减少对柴油发电机冲击，消 除黑烟，林格曼黑度达 0 级，降低噪音 4 分贝以上，节能 30%以上，实现节能环保。 集成创新双小车双 40 英尺集装
9、箱起重机技术，实现全自动化装卸，作业效率提高一倍左右。 开发研制了代表当代起重机技术进步方向的港口集装箱起重机系列新产品，总体技术性能指标达到国际领先水平。 三、抓斗，吊臂的研究： 目前据资料显示，由于抓斗仅仅是作为起重机械的一个工属具，因而没有对它进行研究的专门机构。在各个高校的研究中也较少涉及，只有在一些生产起重吊具的厂家，以及各港口、码头中，对抓斗有所研究，如美国的 Bradley 公司， Hayward, N. Y 公司，德国的 Demag公司， Peiner 公司，日本的真砂株式会社等。但由于抓斗抓取的物流种类繁多，性质各异，抓斗工作的场合也有很大的不同，因此对抓斗的标准化及规范化也
10、带来一定的难度。对于设计规范，各国都没有统一，在美国有美国国家标准局的 ASME30. 20 设计规范，在德国各个厂家也有各自的参考数据。在我国，目前还没有类似的国家标准。并且关于这些国内外设计规范及标准的制订较少有研究论文及资料的介绍。在为数不多的抓斗研究学者中，在国际上以前苏联及德国学者居多，如德国的 Pfahl,Dietrich, Wilkinson，以及前苏联的 8. A. TAYBEP, N. I7 . KPTNKOP 等。长撑杆抓斗对各类散货具有良好的适应性，是当今各大港口采用的主流抓斗，其结构如果单纯从机构学的观点出发，被视为是一个十分简单的平面四杆机构，其最大的特点就是没有弯矩
11、。很多年以来，人们对长撑杆抓斗的研究怀有很高的热情，一直保持研究且希望达到的目标是 :与抓斗的自重载荷相比，提高抓斗的充填量 ;按照用户对抓斗的使用寿命等要求，确定出抓斗最小自重的界限。就目前来看，长撑杆抓斗还将在相当长的一段时期 内拥有被优先选择的条件。长撑杆抓斗重心位置低，起重机司机便于操作。当要求抓斗具有尽可能小的自重时，与其它型式的抓斗相比，长撑杆抓斗具有一定的优势。若长撑杆抓斗做成宽颗板抓斗，当抓斗处于悬吊状态时，抓斗对沿某一方向的转动运动便显得不太敏感。 耙集式抓斗是第二次世界大战之前为便于相对狭窄的船舱中进行耙集作业而发展起来的一种散货抓斗。经过几十年之后，现代新式散货船舶已变得
12、相当的宽敞，相比之下，原先发展这种型式抓斗的思想就显得有些陈旧了。不过在现在船型的变化过程中，耙集式抓斗则越来越多的出现在内河港口。总的来说，耙集式抓斗在装卸大颗粒散货和清舱作业中，都能收到良好的效果。耙集式抓斗的主要特征是它具有一个非常大的开度，因而十分适合于把船舱底板上的剩余散货耙集在一起。另外，它也适用于长撑杆抓斗不能触及到的散货仓库角落等处。在抓斗闭合过程中，闭合力矩程渐趋增大的趋势，符合抓斗挖掘的规律。首批的耙式抓斗出现在北美沿海各大港口，稍后逐渐被应用于欧洲的各个港口，如鹿特丹港。习惯上，在临近卸船结束时，即在真正需要耙集散货时，才开始使用耙集式抓斗。这时，用耙集式抓斗替换下适于抓
13、取充盈散货的长撑杆 抓斗。不过今年来，也逐渐应用耙集式抓斗抓取充盈的散货。 严格地说，剪式抓斗并不是近代的什么新式发明和创造， 6 世纪时，意大利著名的艺术家、科学家达 .芬奇设计过一条挖泥船，在船上就装有一台基于剪刀原理工作的抓斗。三、四十年之前，在美国和前苏联都曾出现过剪刀类型的抓斗，用于抓取矿石和木材。 60 年代中期，荷兰 Nemag 公司从美国引进专利，几经挫折之后，花费 6 年时间，与 70 年代初才制造出了真正用于卸船机上的矿石剪式抓斗。剪式抓斗的结构型式，可以使抓斗的中心铰轴不必承受扭矩的作用因而得到一个结构紧凑和便于修理的抓斗。 在抓斗闭合过程中，其闭合绳行程短，大大缩短工作
14、循环时间。由于剪式抓斗最终闭合的力矩很大，因而在抓取流动性好的散货时，密闭性能显著变好。应用剪式抓斗装卸粘性散货，当满载抓斗张开，散货尚未全部卸出而停留在一个颗板的内侧时，抓斗能够对由此引起的歪斜稍作调整。值得一提的是，与所有其它型式的散货抓斗相比，剪式抓斗上的铰点明显减少，因而大大地减少了维护保养的工作量。 吊臂的设计直接影响着起重机的其中性能。吊臂结构质量一般占整机质量的 13%-15%，而且随着大吨位的起重机开发，这一比重会更高，目前，行业内所采取方法主要有 两种 :(1)应用高强度材料，（ 2）改进吊臂结构，采用多边形（甚至大圆弧，椭圆形）吊臂来替代四边形吊臂。 随着大吨为起重机产品的
15、不断开发，高强度钢板被大量应用，吊臂强度也大幅上升，但若发挥全部材料的强度，吊臂结构变形也会加大。变形增大的结果，将使吊臂轴向力引起的弯矩成为一个无法忽略的因素。所以，在废线性条件下，就需要应用新的算法，在考虑吊臂的变形情况下对吊臂进行重新设计计算。用非线性选代方法求得个危险截面的弯矩，横向力和轴向力，由此可以求出吊臂截面上各点的应力值。并用各自的许用应力惊醒校对。 柱式旋 转支撑装置主要由一个柱、两个水平支撑及一个垂直支撑组成，有时用一个想向心推力支撑来代替一个水平支撑与垂直推力支撑。根据柱是固定或旋转分为定柱式与转柱式两种。 四、底座常见的支承方法： （ 1）转柱式旋转支撑装置 采用这种旋
16、转支撑装置的起重机特点是具有一个与起重机转动部分作为一体的大转柱，转柱插入固定部分，借上下两个支座支持并与起重机转动部分一起回转。上支座相当于一个大的径向轴承，一般采用水平滚轮来承受上支座的水平力。对大起重量的起重机 ,由于上支座水平力较大，往往采用带有平衡梁的滚珠组的结构型式，平衡梁通过 偏心轴与支撑架联在一起，偏心轴主要用来调整水平滚轮与轨道间因安装误差和磨损所出现的间隙。对中小起重量起重机，由于上支座的水平力较小，则不必带平衡梁。此外，水平滚轮直接安装在支承轴上，水平滚轮的踏面形状有圆柱形踏面和圆弧形踏面两种。圆柱形踏面的水平滚轮需安装调心轴承，以保证踏面与滚道接触良好。上下支承都是承受
17、大载荷的部件，必须有可靠的密封润滑装置以保证良好的工作条件。另外，构造上应能保证不拆去起重机转动部分的条件下，对上下支承进行装卸维修。 转柱式旋转支撑装置结构简单、制造方便。在起升高度和工作幅度大、而起 重机的高度尺寸又没严格限制的门座式起重机上采用比较合适。 （ 2）定柱式旋转支承装置 这种旋转支承装置的特点是其转动部分有一个大“钟罩”，带有起重臂的起重机转动部分通过空心的钟形罩套装在定柱上，定柱牢固地安装在非旋转部分上，在定柱的上、下端分别装有上支座和下支座，并通过驱动装置转动钟形罩以实现起重机的旋转运动。 定柱式旋转支承装置结构简单、制造也方便；采用这种旋转支承装置的起重机的旋转部分转动
18、惯量小，自重和驱动功率较小，机构布置得当还可以使整台起重机的重心较转柱低，但由于钟罩占有相当大的空间，使旋转部分的平面 尺寸变大。 参考文献 1张质文，虞和谦，王金诺等编著 .起重机设计手册 M.中国铁道出版社 .1998. 2周显德，郭宝莹，等 .中国起重机设计规范 GB3811-83M.标准出版社 .1984. 3李性厚，郭鹏飞 .汽车起重机箱形吊臂塑性极限状态的可靠性分析 J.锦州工学院学报，1990(4):23-29. 4杨立治 .起重机伸缩臂的优化设计 J.大连工学院学报 :1982, 21(4)： 177-179. 5张汝清，吕思琳 .箱形伸缩臂的优化设计 J.工程机械 .1983
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