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一、選題依據(jù)及意義：
起重機械師現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化、自動化、減輕繁重體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率的重要工具和設(shè)備。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展、生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及自動化程度的提高，作為物料搬運重要設(shè)備，它在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中的作用越來越大、應(yīng)用越來越廣，如在港口碼頭和鐵路車站，沒有起重機械，裝卸工作就不能進行；在冶金生產(chǎn)中，起重機械已運用于金屬生產(chǎn)的全部過程；現(xiàn)代建筑工程，不能離開起重機械；在農(nóng)業(yè)和林場，最困難、最非禮的工作也由起重機來完成；在核電站中，采用特殊的起重機，用以代替人的操作去擔(dān)當(dāng)對人體健康有嚴(yán)重危害的工作。科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展推動了現(xiàn)代設(shè)計和制造能力的提高，激烈的國際市場也越來越依賴于技術(shù)的競爭，這些都促使國內(nèi)外各種起重機制造企業(yè)不斷地完善和發(fā)展起重機提高勞動生產(chǎn)率以及增強市場競爭力。
二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢：
一、國外起重機的特點及發(fā)展趨勢
近年來，隨著世界銷售市場對起重機械的需求量的不斷增加，國外各起重機廠家大多采用優(yōu)化設(shè)計等 現(xiàn)代設(shè)計手段以提高設(shè)計效率。有關(guān)資料表明，美國、德國、日本等一些起重機公司都廣泛應(yīng)用CAD技術(shù)，徹底拋棄了傳統(tǒng)的圖板，并且還與計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP）和計算機輔助制造(CAM)相銜接，做到了無圖化生產(chǎn)。
國外起重運輸機械發(fā)展到今天，已經(jīng)到了比較成熟的地步，其結(jié)構(gòu)形式基本上都是經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化設(shè)計，并經(jīng)過實踐檢驗的。隨著計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，許多國外起重機制造商應(yīng)用計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)(CAD)，以及模塊化設(shè)計方法，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)備迅速組合和安裝，減少標(biāo)準(zhǔn)件外組合部分的加工制造。組合構(gòu)件的使用對生產(chǎn)非標(biāo)準(zhǔn)件起重機來講，有助于減少成本。當(dāng)前，國外起重機特點和發(fā)展趨勢有三大特征：
1、 系列產(chǎn)品模塊化、組合化和標(biāo)準(zhǔn)化
用模塊化設(shè)計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設(shè)計方法，將起重機上基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)結(jié)要素和可以互換的標(biāo)準(zhǔn)模塊，通過不同模塊的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機。對起重機進行改進，只需針對某幾個模塊。設(shè)計新型起重機，只需選用不同模塊重新進行組合。可使單件小批量生產(chǎn)的起重機改換成具有相當(dāng)批量的模塊生產(chǎn)，是想高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，企事業(yè)的生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。達到改善整機性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品充分滿足用戶需求。據(jù)資料介紹，德馬克公司的葫蘆雙梁起重機系列改用模塊化設(shè)計后，比單件設(shè)計其設(shè)計費用下降了12%，自重輕，與國內(nèi)產(chǎn)品相比較，起重量為32t，跨度25m，國內(nèi)雙梁起重機自重46.4t，電動葫蘆橋式起重機自重28.3t，而德馬克電動葫蘆橋式起重機的自重只有18.5t，比國內(nèi)產(chǎn)品分別輕60%和35%。
2、 起重機的大型化、高速化和專用化
出于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中無聊裝卸般運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長，起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能好和可靠性提出了更高的要求目前試劍石最大的履帶起重機為德馬克公司生產(chǎn)的CC8800-1TWIN，其最大起重量為3200t；最大的橋式起重機起重量達1200t；生產(chǎn)率達8000~10000t/h的斗輪堆取料機；自動化立體倉庫巷道堆垛機最大的運行速度達400m/min；最大的帶式輸送機寬達3.2m，輸送能力達37500t/h和單機最大輸送距離超過30km等。
3、起重機性能自動化、智能化/和數(shù)字化
起重機的跟新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進的計算技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。大型高效起重機新一代電器控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要又全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操作縱給定檢測等設(shè)備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找起吊重物重心、近場感應(yīng)防碰技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、載波通訊及控制、無接觸供電及三維條形碼技術(shù)等將廣泛得到應(yīng)用，使起重機具有更高的揉性，以適應(yīng)多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機綜合自動化水平。
二、國內(nèi)起重機設(shè)計現(xiàn)狀及存在的問題
1、設(shè)計手段不完善、與先進技術(shù)結(jié)合較少
目前，國內(nèi)起重機還處于傳統(tǒng)設(shè)計階段，設(shè)計手段欠完善，與先進的技術(shù)結(jié)合的也比較少。不過近些年來隨著設(shè)計技術(shù)的引進、消化、吸收，有了長足的進步，產(chǎn)品的性能、可靠性、外觀都有較大幅度的提高，企業(yè)也在不斷向大規(guī)模、系列化方向發(fā)展，但國內(nèi)的起重機在設(shè)計技術(shù)水平上與國外還有一定差距，這與國內(nèi)配套力量薄弱不無關(guān)系。所以我們更需要借鑒吸收國外先進技術(shù)、采取國際化配套，提高產(chǎn)品起點，并且在設(shè)計中結(jié)合新的設(shè)計理念、方法及手段以滿足工業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變和用戶需求的多樣性，以實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)模化、系列化合精細(xì)化，提高產(chǎn)品生產(chǎn)成本以及質(zhì)量，增加產(chǎn)品性價比，從而提高企業(yè)的核心競爭力。
2．設(shè)計效率太低、通用性較差
長期以來，起重機設(shè)計利用圖板手工設(shè)計制圖，需要較長的設(shè)計周期。而且由于設(shè)計及工藝原因，國內(nèi)制造的起重機交貨期約為國外先進企業(yè)的兩倍，效率較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)市場經(jīng)濟競爭的要求，使企業(yè)失掉了不少機遇。一些起重機制造商隊與成系列、成批量的通用起重機產(chǎn)品（如5~50t雙梁橋式起重機），為了降低成本，簡化生產(chǎn)管理，通用化設(shè)計現(xiàn)狀只做到對車輪組、滑輪組、卷筒組合聯(lián)軸器的通用化設(shè)計，對于運行機構(gòu)、小車架，仍只能按不同起重量設(shè)計，橋架端則按不同起重量，不同小車軌距多寬設(shè)計，對橋式起重機的設(shè)計不能使整機與機構(gòu)、機構(gòu)與部件、部件與零件之間的參數(shù)合理匹配。
3.設(shè)計進行類比，工藝水平較低
在起重機的設(shè)計過程中，一方面由于其產(chǎn)品相對定型，根據(jù)《起重機設(shè)計手冊》中推薦的尺寸進行選擇，一般工廠設(shè)計不做基數(shù)按，當(dāng)有相近參數(shù)起重機需求時，則選擇類比放大導(dǎo)致截面尺寸變得越來越大，從而起重機的質(zhì)量、大車驅(qū)動機構(gòu)、廠房基礎(chǔ)投資增大，造成很大浪費。隨著起重機向大噸位、高參數(shù)、低噪聲、小振動及輕型化方向的不斷發(fā)展，原有定型產(chǎn)品越來越不能適應(yīng)當(dāng)前要求，市場需要性能優(yōu)良，，經(jīng)濟性好的橋式起重機。另一方面，由于國內(nèi)企業(yè)，普遍缺乏生產(chǎn)技術(shù)，工藝水平較低，一些起重機生產(chǎn)企業(yè)的工裝設(shè)備、裝配及檢測手段比較落后，油漆及焊接工藝不過關(guān)，較為粗糙，嚴(yán)重影響了起重機的質(zhì)量。
4.專業(yè)化協(xié)作水平、通用化設(shè)計水平低
目前，我國專業(yè)化協(xié)作目前只做到20%,80%仍靠企業(yè)自己設(shè)計、制造。一臺起重機中只有電動機、減速器、制動器及一些電氣元件可外購，其它鉚焊件、機加工件、主梁、車輪組、端梁、小車架仍靠企業(yè)自行設(shè)計，這樣需花費大量的時間，影響了起重機的生產(chǎn)周期。
5、CAD交互式缺乏最主要的原因是由于對于CAD技術(shù)和方法研究比較有限，CAD技術(shù)作為一種先進的設(shè)計手段和工具逐漸為工程技術(shù)人員和設(shè)計人員接受和掌握，已經(jīng)在專業(yè)機械設(shè)計中發(fā)揮著越來越大的作用。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展會對CAD技術(shù)本身及其應(yīng)用提出更高更嚴(yán)的要求，國內(nèi)大型起重機生產(chǎn)企業(yè)的CAD設(shè)計系統(tǒng)的實際應(yīng)用及推廣任務(wù)仍然十分艱巨。
三、現(xiàn)代設(shè)計方法在起重機設(shè)計中的應(yīng)用
目前我國起重機的設(shè)計能力薄弱、設(shè)計方法落后，所進行的設(shè)計主要是按許多用應(yīng)力法進行的，導(dǎo)致我國起重機與國外先進發(fā)達國家相比消耗了過多的材料和能源，嚴(yán)重影響了我國起重機產(chǎn)品的競爭能力。近些年來，國際上現(xiàn)代設(shè)計理論和現(xiàn)代設(shè)計方法應(yīng)運而生，并且越來樂受重視，所以國內(nèi)起重機的法杖必須引人現(xiàn)代設(shè)計方法，才能設(shè)計出更符合實際使用工況，更注重功能性、經(jīng)濟性和可靠性的起重機。
現(xiàn)代設(shè)計理論是對產(chǎn)品原理和機理的科學(xué)總結(jié)?，F(xiàn)代設(shè)計方法是基于設(shè)計理論形成的，他把設(shè)計對象看成一個系統(tǒng)，同時考慮系統(tǒng)與外部的聯(lián)系，用系統(tǒng)工程的給你按進行分析和綜合，力求系統(tǒng)整體最優(yōu)?，F(xiàn)代設(shè)計開發(fā)強調(diào)綜合考慮與分析市場粗球，設(shè)計、生產(chǎn)、管理、使用和銷售等各方面因素；強調(diào)綜合運用優(yōu)化設(shè)計、系統(tǒng)工具、可靠性理論、價值工程、計算機技術(shù)等科學(xué)技術(shù)知識，探索多種解決設(shè)計問題的科學(xué)途徑；它把經(jīng)驗的類比的設(shè)計觀點變成邏輯的、推理的、系統(tǒng)的設(shè)計觀點，采用懂太多、多變量的、多方案的、擴展性的設(shè)計思維方式；具有系統(tǒng)性、創(chuàng)造性、綜合性和程式性的特點。設(shè)計方法分為適用于不同類型產(chǎn)品設(shè)計的一般方法和面向特殊產(chǎn)品的具體方法。常見的一般方法包括：創(chuàng)新設(shè)計方法、可靠性設(shè)計方法、最優(yōu)化設(shè)計方法、有限元設(shè)計方法、綠色設(shè)計方法、虛擬設(shè)計方法、并行設(shè)計方法、反求設(shè)計方法、抗疲勞設(shè)計方法、防腐蝕設(shè)計法、動態(tài)設(shè)計法、價值工程發(fā)、計算機仿真和動態(tài)模擬方法、網(wǎng)絡(luò)分析設(shè)計方法的等。
隨著這些設(shè)計方法在我國陸續(xù)使用，我們可以再起重機整機、結(jié)構(gòu)、機構(gòu)、電氣和液壓設(shè)計中來采用適宜的現(xiàn)代設(shè)計方法進行設(shè)計，比如：對起重機金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計可考慮有限元設(shè)計方法及最優(yōu)化設(shè)計方法，以最大限度減輕起重機自重和降低能耗；對起重機電器部件及電氣系統(tǒng)設(shè)計時可考慮采用可靠性設(shè)計法和創(chuàng)新設(shè)計方法，不斷提高可靠度及零件和機構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新能力，使部件和機構(gòu)越來越精巧；為了快速推出新產(chǎn)品，在對起重機進行設(shè)計時，可考慮廣泛運用并行設(shè)計方法；對超大型設(shè)備還可考慮計算機仿真與動態(tài)模擬方法；考慮現(xiàn)代社會的環(huán)保要求，綠色設(shè)計方法也需要進行推廣。
三、研究內(nèi)容及實驗方案
1.5m3單軌抓斗起重機是用來對物料起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機械設(shè)備，它可以減輕體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率或在生產(chǎn)過程中進行某些特殊的工藝操作，實現(xiàn)機械化和現(xiàn)代化。
1、查閱國內(nèi)外有關(guān)抓斗起重機方面的相關(guān)資料；
2、了解抓斗起重機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；
3、通過查閱資料，了解抓斗起重機的特點及易出現(xiàn)的問題；
4、結(jié)合抓斗起重機的常用使用情況，通過室內(nèi)實驗分析所用材料的強度，計算相關(guān)數(shù)據(jù)，認(rèn)真校核，進行評估，綜合得出最佳方案；將所學(xué)知識應(yīng)用于該產(chǎn)品的設(shè)計中，并運用現(xiàn)代設(shè)計方法使該產(chǎn)品更完善
四、目標(biāo)、主要特色及工作進度
課題的性質(zhì)為通過實踐加深對理論知識的理解和應(yīng)用能力。
主要內(nèi)容包括
1. 查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯撰寫開題報告 1.30～2.27 4周
2．運動及動力參數(shù)計算 2.28～3.13 2周
3．總裝圖設(shè)計 3.14～4.04 3周
4 主要零、部件強度及選用計算 4.05～4.19 2周
5．繪制零、部件圖 4.20～5.04 2周
6．編寫設(shè)計計算說明書（畢業(yè)論文） 5.05～5.19 2周
7．畢業(yè)設(shè)計審查、畢業(yè)答辯 5.20～6.03 2周
五、參考文獻
【1】 孫桓等主編.機械原理. 北京：高等教育出版社，2001
【2】 濮良貴等主編.機械設(shè)計. 北京：高等教育出版社，2001
【3】 張質(zhì)文、劉全德主編，起重運輸機械.北京：中國鐵道出版社，1983，
【4】 張質(zhì)文主編. 起重機設(shè)計手冊. 北京: 中國鐵道出版社，2001
【5】 宗武、樊迪民主編.起重機設(shè)計計算.北京：北京科技出版社，1988
【6】徐灝主編.機械設(shè)計手冊（第四版）.北京：機械工業(yè)出版社.1991
【7】楊長骙 傅東明主編.起重機械（第2版）.北京：機械工業(yè)出版社.1992