1、本科毕业论文（20 届）30 方浮式抓斗起重机底座和吊臂选型研究及设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文I摘要变幅机构是臂架类起重机的重要工作机构，吊臂是变幅机构的重要组成部分，对臂架的主要结构尺寸进行设计，是影响起重机整体工作好坏的主要环节。抓斗是广泛用于装卸散货的一种取物装置，凭借其简单灵巧的造型结构、可靠稳定的工作方式，仍然具有其它取物装置所无法比拟的优点。目前，抓斗在各国港口应用十分广泛，抓斗依旧是散货卸船的主要装备。随着当今港口逐步大型化的发展，我们对港口的装卸效率的要求越来越高，抓斗正逐渐成为我们整个装卸系统的
2、瓶颈。旋转支承装置的任务是保证起重机旋转部分有确定的旋转运动，它应能提供所要求的旋转运动的约束，也能承受起重机各种载荷所引起的垂直力、水平力与倾覆力矩。随着生产力的发展，为了适应不同生产条件的要求，创造了多种旋转支承装置型式。总体来说本论文的主要内容是：（1）介绍了抓斗的主要种类，并并设计出合理的结构，重点分析了耙集式抓斗，并对主要尺寸进行了计算。（2）介绍了起重机臂架系统的结构形式，重点分析了四连杆组合臂架的原理，进行了尺寸计算和主臂架的校核，对人字架也进了计算和校核。（3）介绍了回转支承的结构形式，并设计出合理的结构类型。并对其进行分析。关键词:起重机，抓斗，臂架，四连杆，耙集式本科生毕业
3、论文IIAbstractLuffing gear is important work institutions of Arm frame class crane. The arm is an important part of the luffing mechanism，Designing the structure dimension of arm which influence of overall job quality crane main links .Grab is widely used in loading and unloading bulk of a take conten
4、t device, with its simple nimble modelling structure, reliable and stable working way, still have other take content device could comprehend advantages. At present, grab countries in port used widely, grab is still the main equipment cargo unloaded ship. With the development of port, we gradually la
5、rge-scale of port of loading and unloading efficiency requirements higher and higher, grab is gradually become the bottleneck of our whole loading and unloading system. Rotate the task of supporting device is to ensure the rotating part is sure crane rotary motion, it should be able to provide the r
6、equired rotation movement, also can withstand the crane bound caused by different forces vertical force, horizontal force and overturning. With the development of productive forces, in order to meet the requirements of different production conditions, creating a variety of rotating supporting device
7、 type. Overall, the main content of this paper is: (1) Introduces the main categories, and grab the reasonable structure and design, and analyses the rake, and integrating type grab calculated main dimensions.(2) Introduces the crane arm frame system structure forms, on the analysis of the lever arm
8、 of a combination of principle, the size and of the nuclear arms, to calculate and check propeller strut entered .(3) Introduces the structure form Stewing x-raying and designed reasonable structure types, and to analyze it.Keywords：Crane, grab, arm frame, supporting, four connecting rod, rake the s
9、et type。本科生毕业论文III目 录第 1 章 前言 .11.1 起重机的分类 .11.2 国内大型起重机现状 .11.3 世界起重机发展现状 .21.4 国内起重机的发展方向 .21.5 国外起重机的发展方向 .21.6 浮式起重机 .3第 2 章 抓斗的选型和计算 .42.1 概述 .42.2 国内外现状 .42.3 抓斗的种类 .42.3.1 长撑杆抓斗 .52.3.2 耙集式抓斗 .52.3.3 剪式抓斗 .62.4 抓斗的工作原理 .62.4.1 双绳抓斗的工作原理 .62.4.2 单绳抓斗的工作原理 .72.4.3 马达抓斗的工作原理 .72.5 耙集式抓斗的几何尺寸计算 .
10、72.5.1 抓斗的最大开度 L.82.5.2 宽度 B.82.5.3 刃口板厚度 .82.6 抓斗自重 G 和额定起重重量 .8额Q3.1 变幅机构的作用及组成 .103.2 变幅机构的类型 .103.3 载重水平位移的型式 .113.4 四连杆组合臂架系统的结构形式与工作原理 .113.5 四连杆组合臂架各杆件尺寸的确定 .12本科生毕业论文IV3.5.1 求取臂架长度 及象鼻架前段长度 .12ad3.5.2 根据起重机的尾径要求，求出拉杆铰点 .131O3.6 主臂架的设计和计算 .143.6.1 臂架结构和自重 .143.6.2 求臂架内力 .15第 4 章 人字架的计算和校核 .19
11、4.1 求出支反力及弯矩 .194.2 求抗弯截系数： .214.3 求应力 .214.4 求安全系数: .215.1 常见的支撑方法 .225.1.1 柱式旋转支撑装置 .225.1.2 转盘式旋转支承装置 .235.2 三排滚子式旋转支承装置的原理和特点 .23结论 .25致谢 .26参考文献 .27本科生毕业论文1第 1 章 前言1.1 起重机的分类起重机一般指除了起升机构外还有水平运动机构的起重设备。根据水平运动形式的不同，可分为桥式类型起重机和臂架式旋转类型起重机两类。桥式类型起重机除起升机构外，还配有小车、大车两个运行机构。依靠这些机构的配合，可在整个长方形场地及其上空作业。这类起
12、重机适合于车间、仓库、露天堆场等处得物品装卸工作。悬臂式类型起重机，除起升机构外，通常还有旋转机构和变幅机构，依靠这些机构的配合，可以在圆形场地及其上空作业。悬臂式类型起重机可装设在车辆或其他运输工具上，这样就构成了常见的各种运行臂架式起重机，如门座起重机，塔式起重机，汽车起重机和浮式起重机，他们具有很好的机动性，特别适用于露天装卸工作。此外，还有桥式与旋转两类综合的起重机，如在装卸桥上装有可旋转臂架的起重机，在冶金桥式起重机上装可旋转小车的起重机等。1.2 国内大型起重机现状国内履带起重机和轮式起重机的开发能力还处于中小吨位级别。从产品规模、吨位大小和可靠性方面与国外还是有一定差距。这需要我
13、们在不断消化吸收国外先进技术的基础上，立足于国际化配套，更快地提升产品质量和性能，扩大生产规模。20 世纪的大吨位起重机领域基本被国外企业垄断，但近些年也不断有国内企业进入该领域，并已取得实质性的进展。轮式起重机方面，徐工集团和浦沅集团设计开发了 160t和 300t 全路面起重机。履带起重机方面，大连理工大学与徐工集团合作开发的 150t 产品已投入市场，与浦沅集团合作开发的 200t 产品已推出样机，与抚顺挖掘机制造有限责任公司合作开发的 350t 产品方案评审结束，已进入施工设计阶段。目前国内各工程项目的不断开展，带动了工程起重机的市场强劲的需求，尤其是大吨位起重机，其中进口起重机占据了
14、国内一半以上的市场。以履带起重机为例，2003 年进口的起重机图 6 混合型起重机有 245 台，其中大连港进口 200t 以上的产品就有 45 台之多，最大的吨位达到 600t。2004 年上半年的进口量由 2003 年的 93 台增加到 228 台，同比增长145。而 2004 年上半年的国产销售量为 107 台(不完全统计)，仅占总销售量的 32。据估计 200t 以上的工程起重机每年需要千台以上。因此工程起重机在国内有着极大的发展空间和市场潜力，尤其是大型起重机。国内企业应抓住机遇，应用先进技术和通过国际化配套，不断开发设计具有自主知识产权的大型起重机，尽快提升产品质量，以提高产品的竞
15、争力，与国际名牌产品竞争市场。本科生毕业论文21.3 世界起重机发展现状 近 20 年世界工程起重机行业发生了很大变化。RT(越野轮胎起重机)和 AT(全地面起重机)产品的迅速发展，打破了原有产品与市场格局，在经济发展及市场激烈竞争冲击下，导致世界工程起重机市场进一步趋向一体化。目前世界工程起重机年销售额已达 75 亿美元左右。主要生产国为美国、日本、德国、法国、意大利等，世界顶级公司有 10 多家，主要集中在北美、日本(亚洲)和欧洲。美国既是工程起重机的主要生产国，又是最大的世界市场之一。但由于日本、德国起重机工业的迅速发展及盯和 AT 产品的兴起，美国厂商曾在 20 世纪 6070 年代世
16、界市场中占有的主导地位正逐步受到削弱，从而形成美国、日本和德国三足鼎立之势。近几年美国经济回升，市场活跃，外国厂商纷纷参与竞争。美国制造商的实力也有所增强，特雷克斯起重机公司的崛起即是例证。特雷克斯起重机公司前身是美国科林起重机厂。1995 年以来，其通过一系列的兼并活动，已发展成为世界顶级公司之一。日本从 20 世纪 70 年代起成为工程起重机生产大国， ；产品质量和数量提高很快，已出口到欧美市场，年总产量居世界第一。自 1992 年以来，由于受日元升值、国内基建投资下降和亚洲金融危机影响，年产量呈下降趋势。目前日本市场年需求量为 3000 台左右。欧洲是潜力很大的市场，欧洲各工业国既是工程
17、起重机的出口国，也是重要的进口国。德国是最大的欧洲市场，其次为英国、法国、意大利等国。在德国 AT 产品市场份额中，利勃海尔占 53，格鲁夫占 16，德马泰克占 14，多田野和特雷克斯各占 10和 5左右。1.4 国内起重机的发展方向(1)改进起重机械的结构,减轻自重：国内起重机多已采用计算机优化设计,以此提高整机的技术性能和减轻自重,并在此前提下尽量采用新结构。如 550t 通用桥式起重机中采用半偏轨的主梁结构,与正轨箱形梁相比,可减少或取消主梁中的小加筋板,取消短加筋板,减少结构重量,节省加工工时。(2)充分吸收利用国外先进技术：遥控起重机随着生产发展需要量也越来越大,宝钢在考察了国外钢厂
18、起重机之后,提出了大力发展遥控起重机的建议,以提高安全性,减少劳动力。(3)向大型化发展：由于国家对能源工业的重视和资助,建造了许多大中型水电站,发电机组越来越大。特别是长江三峡工程的建设对大型起重机的需要量迅速上升。三峡电厂需要 1200t 桥式起重机,2000tm 大型塔式起重机。1.5 国外起重机的发展方向(1)发展超大型起重机:由于各重点工程向大型化发展，所需构件和配套设备重量不断增加，对超大型起重设备的需求日趋增长。1992 年 200t 以上伸缩臂式起重机的世界销量本科生毕业论文3为 90 台，到 1997 年增至 130 台。德国厂商在起重机大型化发展进程中处于领先地位。世界市场
19、中 150t 以上的大吨位起重机多数是由利勃海尔和德马泰克公司提供的。利渤海尔LTM1800 型是目前世界最大的 AT 产品，起重量 800t，安装超起装置后型号变更为LTM11000D 型，最大起重量增至 1000t.(2)“迷你”起重机大量涌现:起重机向微型化发展，是适应现代建设要求而出现的新趋势。10 年前开发的神钢 RK70（7t）是世界首台装有下俯式吊臂的“迷你” （Mini）RT 产品。目前下俯式吊臂已成为“迷你”起重机的重要标志。这种新概念设计已成功移植到德马泰克 AC25（25t）和加藤 CR-250（25t）等较大吨位起重机上。(3)伸缩臂结构不断改进:利渤海尔 LTM109
20、0/2（90t）和 LTM1160/2 型（160t）AT 产品，采用了装有“Telematik”单缸自动伸缩系统的卵圆形截面主臂。这种卵圆形截面主臂在减轻结构重量和提高起重性能方面具有良好效果。目前卵圆形吊臂已列入利勃海尔新产品标准部件，装有世界最长的 7 节 84m 卵圆形截面主臂的 LTM1500 型（500t）AT 产品，也采用这种单缸伸缩系统。格鲁夫开发的单缸伸缩系统要早于利勃海尔公司，但格鲁夫早期采用的单缸伸缩系统伸缩速度较慢。此外，德马泰克大吨位起重机主臂也采用卵圆形截面。(4)数据总线技术得到应用:利渤海尔 LTM1030/2 型（30t）是世界首台装有数据总线管理系统的高技术
21、双轴 AT 产品。该机采用 CANBUS（控制域网总线）技术，完成发动机传动系统各功能块之间的数字式数据传输和电子控制。CANBUS 总线及电气、液压、绳长和风力等数据又被输入到 LSB 控制装置之中。LSB 控制装置是 Liccon 起重机控制系统的组成部分，可对整个系统数据流及监控特性进行编程。采用数据总线管理系统，可降低起重机油耗及排放值，简化布线，提高整机可靠性与维修方便性。目前已有多种新机型装有 LSB 系统数据总线（包括 LTM1500） 。格鲁夫 GMK6250 和 GMK5180 也采用了数据总线技术。1.6 浮式起重机浮式起重机一般由机械，金属结构和电气等三大部分组成，机械方
22、面是指起升、运行、变幅和旋转等机构，常被用来吊运海港和河港的特大货物，主要从事航道疏浚，港口建设等水下抓、挖泥工程的工程机械，也可从事水上船舶之间的装卸及水上桥梁建设大梁安装工作。起重机总成放在一个平底船上，有自身推动行走的，也有利用拖船运移的。起重机所需电力，由船上自带的柴油发电机组供给抓斗，吊臂是浮式起重机的重要组成部分，它们的结构直接影响起重机在起吊货物时的安全性和稳定性。下面分别对其进行设计和计算以及强度的校核。本科生毕业论文4第 2 章 抓斗的选型和计算2.1 概述抓斗是一种自动的取物装置，它的抓取与卸料动作由起重机司机操作，不需要辅助人员协助，因此避免了繁重的人力资源，同时也节省了
23、辅助时间，大大提高了装卸生产率。抓斗主要用来装卸大量的散粒物品，也有用来抓取园末的抓斗。抓斗广泛应用于矿山，港口，车站，煤场及其他散粒物料仓库。自 80 年代以来，水运事业高速发展，货物运输趋向散装化和集装箱化，其中散货装卸已占整个港口吞吐量的一个重要部分。随着当今港口的逐步大型化，我们对港口的装卸效率提出了越来越高的要求，为了能够吸引更加巨型化的散货运输船舶，甚至是班轮，港口上作业的抓斗卸船机也正向大型化、高速化、自动化方向发展，但是，抓斗的发展极其缓慢，在卸船机越造越大的同时，抓斗却沿用传统的设计思路，也在越造越重，有时自重甚至过分到超过起重机起重量的一半，极大浪费了我们宝贵的起重量和能源
24、资源。作为我们港口装卸时第一个接触物料的机器手臂，其过小的抓取能力正逐渐成为我们整个装卸系统的瓶颈。2.2 国内外现状众所周知，为满足当今港口高效率、低能耗的要求，港口抓斗卸船机配备的多是绳索抓斗，按照结构构造的差异区分，大体可以分为以下三种绳索抓斗:长撑杆抓斗、耙集式抓斗、剪式抓斗。这三种抓斗的结构型式己经存在了很长一段时间，而且由于德国户 PEINER公司在抓斗设计制造方面的领先优势，逐步占领了中国的主流市场，致使国内的相关部门和科研单位现在已逐步减少对抓斗的研究与创新，大连理工大学曾经提出的反剪式抓斗，青岛港务局研制的扭矩抓斗、上海海事大学研制的钳式抓斗等，都己是上世纪 80 年代的作品
25、了。2.3 抓斗的种类根据抓取物料的不同，抓斗有矿石抓斗，煤抓斗，粮食抓斗等。但通用的抓斗则根据抓取物料的“容重” 分为：轻型抓斗 ，中型抓斗 ，)/2.1(3mt )/0.21(3mt重型抓斗 及特重抓斗 。)/6.20(3mt 6根据抓斗的开闭方式不同分为：单绳抓斗，双绳抓斗及马达抓斗。最常用的是双绳抓斗，它需要配备专门的双卷筒绞车。双绳抓斗的生产效率高。单绳抓斗可以用于普通单卷筒绞车，但结构和操作复杂，生产效率低，用于兼运成件物品及散粒物品的起重机。马达抓斗不需要专门的双卷筒绞车，自身带有闭合机构，但需附属的电缆卷筒，它的特点是抓本科生毕业论文5取能力大。根据颚板数目的不同，抓斗可分为：
26、双颚板抓斗和多颚板抓斗。多颚板抓斗颚板数为三个以上，多数选为六个，采用多颚板抓斗装卸大块矿石及废钢可以得到较好的效果。众所周知，为满足当今港口高效率、低能耗的要求，港口抓斗卸船机配备的多是绳索抓斗，按照结构构造的差异区分，大体可以分为以下三种绳索抓斗:长撑杆抓斗、耙集式抓斗、剪式抓斗。2.3.1 长撑杆抓斗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。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
27、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。 长撑杆抓斗的缺点是:从抓斗最佳覆盖面积的有关尺寸比例来看，抓斗的最大开度相对较小，在抓斗闭合过程中，闭合力矩渐趋减小，尤其当用来抓取大颗粒的散货时，充填性能明显下降，这与抓斗作业要求相左，故很难在抓取比上寻求更大的突破。此外，长撑杆抓斗不能很好地适应耙集性的工作。
28、在卸船作业中，由于抓斗与船舱舱口边缘碰撞，常使受压撑杆弯曲或损坏。2.3.2 耙集式抓斗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。耙集式抓斗的缺点是:空抓斗处于闭合状态时，由于重心位置不利，增加了开斗操作上
