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防止起重機負載擺動的反饋控制指令開關(guān) 摘要——當(dāng)起重機在搬運物體工作時，有效載荷經(jīng)常大振幅度振動。用開環(huán)的方法處理這一問題的效果并不理想，閉環(huán)方法也被使用，但發(fā)動機需要變速工作。本文敘述了在發(fā)動機關(guān)閉之后持續(xù)適時控制單速電機消除實際載荷振動的反饋方法，抑制振動的實驗驗證方案是在橋式起重機上進行的。 一、緒論 起重機經(jīng)常被用來在復(fù)雜的工作空間搬運物體。一個經(jīng)常存在的問題就是起重機在負載情況下可以自由擺動。這些擺動構(gòu)成了安全隱患并能影響到載荷變化或其他在工作場所物體。實際上，一名經(jīng)驗豐富的起重機操作員必需在控制器的幫助下才能保持?jǐn)[動幅度。最近，有了不同的用于增強操作員技術(shù)的控制方法，這些方法分為開環(huán)和閉環(huán)。 開環(huán)采用的辦法是輸入整形，這種方法被證明在起重機移動時和移動后能有效的減少載荷擺動。整形可以有計劃的提高充足的建模不準(zhǔn)確性（即纜索長度變化的頻率）。另一個辦法是開環(huán)優(yōu)化控制，這是基于數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)計算出的離線運動軌跡。但是，如果模型不是準(zhǔn)確的，其性能也將受到影響。這種情況也是輸入整形，但程度較輕。在此外，最優(yōu)控制沒有使用當(dāng)前的起重機操作員界面，因為事先是不知道路徑的。 反饋控制需要預(yù)防的是系統(tǒng)模擬的不確定性和外部干擾?？刂破骺刂菩≤嚨奈恢盟俣群屠|索擺動角或控制小車吊具產(chǎn)生傾斜的命令，以減少負載擺動。吸波控制器調(diào)整小車速度，吸收任何正在返回的有效載荷振動，從而消除擺動。給定延遲角，測量后面的理想位置，也同樣可以證明有效減少了負載的擺動。 索倫森等人開發(fā)了一種控制系統(tǒng)，結(jié)合了整形和PD反饋控制。反饋控制使用了在高處攝像頭的測量，并比較了起重機的模擬成型響應(yīng)。 帕克及Chang提出了一個遠程處理輸入整形的“弱命令”，用另一種方法減少了干擾的影響。為了彌補卸載時的擺動，他們引入同等規(guī)模的脈沖誘導(dǎo)振動，并且在相反的方向上卸載振動。他們用此方法來減少約75 ％的擺動以展示它的潛力。然而，適時的脈沖易于校準(zhǔn)的問題依然存在。 所有的反饋方法需要速度加速度的精確控制。這里的研究是基于使用測量載荷擺動產(chǎn)生命令簡單的開關(guān)電機消除載荷擺動，使其適用于更廣泛的系列起重機。 二、 基于矢量的輸入整形器的計算 布克提供了一個分析框架振蕩矢量。singhose等人提供了解如何才能實現(xiàn)對振動消除矢量分析的輸入整形器。沖動的應(yīng)用規(guī)模A1的二階阻尼系統(tǒng)單位質(zhì)量會誘發(fā)反應(yīng) (1) 這有一個幅度和相位角為零。同樣的，如果一次沖動級2是適用于時間時刻，然后它會導(dǎo)致輸出 (2) 這有一個幅度A2和相位角θ=ω時刻。本幅度和角度可以轉(zhuǎn)化為矢量符號如圖1?？偨Y(jié)這些向量進行總振動響應(yīng)，如在圖2。對應(yīng)的時間響應(yīng)這些沖動是在圖3。后一秒脈沖，總響應(yīng)匹配振幅和相位等AR。 如果系統(tǒng)有阻尼，那么這種方法需要被改性。首先，θ角度變化 (3) 其次，阻尼的振幅衰減隨著時間的原因?？紤]到衰減，計算使用有效幅度當(dāng)t=0，結(jié)果在規(guī)定的幅度時刻T2 (4) 一個成型機可以設(shè)計這樣的總和所有有效的沖動導(dǎo)致零振動，如在圖4。為此，該a3eff選擇是不同于，圖2。得到這一規(guī)模取消沖動，它必須被轉(zhuǎn)換到時間就會出現(xiàn)使用（3）和 （5） 在現(xiàn)實中，系統(tǒng)不移動的沖量。創(chuàng)建一個實際的命令，脈沖序列卷積與所需的命令。例如圖5顯示一步命令卷積與脈沖產(chǎn)的步命令。由此產(chǎn)生的命令不產(chǎn)生任何殘留振動。 圖一 脈沖序列和相應(yīng)的矢量圖 圖二 總結(jié)2載體獲得總的反應(yīng) 圖三 響應(yīng)時間脈沖（改編自[ 18]） 2、 消除載荷擺動 本研究的目的不是創(chuàng)造的命令結(jié)果在無殘余振蕩點對點運動。相反，實測載荷擺動是用來創(chuàng)建命令，取消任何簡單的開關(guān)電動機一旦發(fā)生振蕩。當(dāng)創(chuàng)建這樣的命令，巨大的執(zhí)行力向量不能任意選擇，如電機只能打開和關(guān)閉。然而，把汽車或關(guān)閉將導(dǎo)致有效載荷振蕩，它可以表示為矢量。不像純沖振動，這些載體將不會得零分相位角，為使電機不立即停止或加快速度。因此，由時間命令完成，有效載荷將有一些位移和速度，給出一個向量表示類似于圖6。向量旋轉(zhuǎn)電機應(yīng)該有一個類似的規(guī)模，但相反，假設(shè)和加速度減速動態(tài)相似。如果不是，它可以代表了自己的獨特的振幅和相位。 該控制器在這里將使用指令開關(guān)（開關(guān)）消除位置和速度組成部分的振動?？刂破餍枰嬎氵m當(dāng)時間，這些命令在適當(dāng)?shù)臅r間。 對于這一計算，矢量三角形的使用，如在圖7。三角形的三邊的電流振動水平（avib），和振動振幅的“上”和“關(guān)閉”命令。如果三角形可以被創(chuàng)建，然后振蕩可以被迫回到零（原產(chǎn)地的矢量圖。）假設(shè)運營商希望起重機在移動，然后命令序列會被“關(guān)閉”，等，“對”。某些部分的三角形是眾所周知的：目前的規(guī)模和振動影響轉(zhuǎn)動起重機（光）和關(guān)閉（aoff）。未知的是時間，直到起重機運轉(zhuǎn)，并在現(xiàn)有的振動相位角的起重機應(yīng)轉(zhuǎn)向“關(guān)閉”（θ振動）。因為它是一個三角形，有一個可能的解決方案，如圖7所示。這一時間響應(yīng)這些解決方案是在圖8。在圖7是可取，它有一個較小的角θ，ω，所以直到振動取消短。此外，搖擺角變化小。 找到θ振動，中間角度可以在圖9看到。從余弦定理： （6） （7） 從（7）得： （8) 如果沒有阻尼，則解決方案可以解決直接振動效率。請注意，大多數(shù)起重機有近零阻尼，但是如果阻尼是重要的，那么該方程可以用來解決θ，但必須是迭代求解， （9） 用方程（8）初步計算ζ=0。計算出后，δ從圖9可以計算 （10） 一旦δ計算出，可以計算 （11） 一旦控制器已關(guān)閉，然后等待直到角振動方向相反的φ上。在這一點上，控制器的電機上。如果校準(zhǔn)是完美的，振蕩將被淘汰。 如果操作者操作起重機停止，然后振動可以取消移動支持無論是向前或向后。這樣的結(jié)果是不同的振動相位角，可用于控制器，如圖10。在圖10（1），相反方向的圖基本上是相同的，如圖7，除了在此基礎(chǔ)上關(guān)閉交換。 （12） 如圖10（b)，矢量圖具有相同的結(jié)構(gòu)和δ在圖10（a），只是通過旋轉(zhuǎn)π弧度。因此 （13) 該控制器比較現(xiàn)有的振動相位角對（12）和（13）無論哪個角度先發(fā)生一次。 起重機停止，那么控制器等振蕩相位相反，“上升”命令。然后，電機轉(zhuǎn)向。 最大振蕩幅度可能被取消使用，一個開關(guān)命令大約是兩倍“誘導(dǎo)振蕩”命令。如果當(dāng)前振蕩幅度過大，則控制器計算是基于最大注銷水平。作為預(yù)防措施，這一最高水平可以減少到極限移動的距離在取消振蕩，因此限制角和T . 限制這種振蕩的消除方法是假定疊加可以用于矢量表征誘導(dǎo)振動。這是唯一真正的電機的時間達到穩(wěn)態(tài)速度之間的載體，所以小載荷的振蕩不能消除。因此，一個振蕩幅度閾值是可以使用的。 圖四 總結(jié)三個向量得到零振動 圖五 創(chuàng)建一個樓梯步命令卷積 圖六 向量表示旋轉(zhuǎn)電機。 圖八 響應(yīng)時間的矢量圖如圖7所示 圖七 矢量圖計算時的電機。 圖九角度來計算的命令啟動時間 3、 控制器的實現(xiàn) 該控制器是使用振蕩消除第三部分，從技術(shù)上體現(xiàn)在大橋式起重機。起重機有一個攝像頭安裝在車上測量載荷擺動的平面。本相機也可以衡量的有效載荷的高度。所有的行動的控制是基于一個單一的有效載荷的高度。該系統(tǒng)可以在不同的高度和校準(zhǔn)時間會調(diào)整攝像機測量身高。 （1） 、系統(tǒng)校準(zhǔn) 該控制器計算（8）-（13）需要量和相位角的振蕩造成的“上”和“關(guān)閉”。這些計算可以繪圖在起重機的輸入和響應(yīng)在同一張圖上，如圖11。圖11（a）表示電機在5.5秒鐘被關(guān)閉，起重機前進。電動機在大約一秒鐘休息后，命令發(fā)出。圖11（b）表示有效載荷擺角θ和振動水平是由 （14） 在ω的自然頻率系統(tǒng)下。 在時間的零交叉的擺動角度（）和隨后的（）的輸入變化（）記錄。 本相位角的振蕩（）和隨后的（）可以輸入計算 （15） 其中是一個振蕩周期時間。復(fù)雜的矢量Α的輸入過程是由 （16） 在和振蕩幅度之前及后輸入下標(biāo)表示向前運動。一個類似的程序可以為剩余向量。 圖形的繪制，Α可以啟動和停止，為正向和反向，如在圖12。平均振蕩的幅度=0.052弧度角φ=1.11（+π）弧度（63.6（180）°）。 （二）、控制器響應(yīng)用戶動作 圖13顯示了響應(yīng)用戶請求的起重機向后移動。圖13（a)，用戶輸入顯示使用線的邊界。由此產(chǎn)生的小車速度是一條虛線。如圖(b)所示之，起重機運動振蕩的有效載荷。圖13 C顯示相位角振蕩的它也表明，開關(guān)角度計算（11）-（13）。在最初的交叉（約2秒），振蕩級不夠大（1.7°）觸發(fā)控制行動。它是后一期（約6秒），振蕩消除控制行動發(fā)生。在這一點上，該控制器簡單地關(guān)閉起重機電機，如圖13a看到的實線。在這一點上的開關(guān)角跳動回電機。在第7秒，這個角度發(fā)生，以及起重機電機轉(zhuǎn)身。這時候起重機達到全速（約8秒），振蕩水平很小（約一個半度）。 操作者停止按壓反向按鈕約11秒，如圖13a虛線之時。起重機停止，再次引起振蕩。當(dāng)所需的命令是在休息，有兩個開關(guān)角度由（12）和（13）可知，作為起重機取消振蕩的兩個向前和向后的角度。一旦起重機在休息的時候保持很小的振動，第一次角發(fā)生在13秒稍后，和移動式起重機稍微向前取消振蕩。。 3、 控制器響應(yīng)擾動抑制 圖14顯示了該反應(yīng)的起重機干擾當(dāng)橋休息。在第一秒后，有效載荷不穩(wěn)。在大約第三秒，振蕩角相位匹配的開關(guān)角條件，和控制器指揮車向前移動。在過4秒，相位匹配，那時起重機停止操作。當(dāng)起重機休息約5.5秒，有效載荷擺動很小。 圖15顯示了一個非常大的擾動的響應(yīng)。在第1秒，有效載荷變成了一個擾動，這是一個單一的通斷指令且可以抑制。在這種情況下，第一個開關(guān)控制行動抑制最大數(shù)量，進而控制行動取消剩余振蕩就在對面方向。這導(dǎo)致小振蕩后起重機在6秒鐘內(nèi)完成了二個命令。 該控制器還可以在起重機的移動中消除干擾，如在圖16。當(dāng)起重機推進小振蕩，有效載荷是在1次擾動。該控制器最初給停止命令約1.5秒，停止不久后前振蕩相位匹配開關(guān)角，沒有消除。然后控制器直到等到適當(dāng)?shù)南辔唤?，在適當(dāng)?shù)臅r候停止振動約6秒。 起重機開始加速但以時間為基礎(chǔ)的安全因素θ關(guān)閉。然而，有效載荷還不穩(wěn)，所以振蕩，導(dǎo)致小振蕩時，起重機已返回全速。 圖十 矢量圖時，打開電機 圖十一 測量橋式起重機反應(yīng)的“關(guān)閉”命令 圖十二 不同命令下的振動向量 圖十三 響應(yīng)時間 圖十四 應(yīng)對干擾而起重機休息 圖十五 針對大擾動 圖十六 應(yīng)對干擾時 5、 結(jié)論 一個控制的程序已經(jīng)制定了離合馬達消除橋式起重機載荷擺動?？刂剖褂脭[動角度的有效載荷，及其衍生物，以決定何時打開和關(guān)閉起重機。該方法可以減少振蕩，當(dāng)起重機移動或靜止。程序可以實施在大型橋式起重機。許多實驗表明，控制系統(tǒng)有效。 6、 參考圖書 （1）斯塔爾，G .P .，“擺動自由懸浮物與運輸路徑控制的機器人手臂的動態(tài)系統(tǒng)，“J .， 測量和控制，卷1071985，第97 - 100。 （2） feddema，J .，彼特森，羅賓特，河，操作控制系統(tǒng)方法和擺動自由龍門式起重機。美國專利5785191。1998 （3） 歌手，singhoseN，，，，，”克利庫，輸入整形控制器使起重機移動而不動搖，發(fā)表于答第七專題會議上機器人和遠程系統(tǒng)，奧古斯塔，遺傳算法，1997。 （4） singhose，W，波特，屬，凱尼森，M和克利庫，”影響吊裝在輸入整形控制龍門起重機，“控制工程實踐，卷8（10），2000，pp .1159-1165。 （5） singhose，W . 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老師為了我們更加感性的認(rèn)識塔式起重機，安排我們?nèi)ラL春機械展銷會參觀實習(xí)。因為對塔式起重機比較陌生，所以我們對這次的實習(xí)抱很大希望，首先要對塔式起重機有個全面的了解，其次對于自己要設(shè)計的起升機構(gòu)更要弄明白。我們3月19日出發(fā)，經(jīng)過一天的坐火車我們來到東北老工業(yè)基地長春。第二天在老師的帶領(lǐng)下我們觀看了塔式起重機以及大型挖掘機等重要機械，讓我們著實的開了眼界。各個生產(chǎn)商都擺放著他們的代表性產(chǎn)品。我們詳細的看了每個部件，塔身、臂架、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、等等很多部件。當(dāng)然我仔細看了起升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)并照下了很多照片以便下來自己再細細研究。在老師的介紹下我們對塔式起重機有了初步的認(rèn)識。 塔式起重機是一種塔身豎立起重臂會轉(zhuǎn)到起重機械。在工業(yè)與民用建筑施工中塔式起重機是完成預(yù)制構(gòu)件與其他建筑材料與工具等吊裝工作的主要設(shè)備。在高層建筑施工中，它的幅度利用率比其他類型起重機高。塔式起重機在高層工業(yè)和民用建筑施工的使用中一直處于領(lǐng)先地位。應(yīng)用塔式起重機對于加快施工進度、縮短工期、降低工程造價起著重要的作用。由于塔式起重機性能參數(shù)不斷完善，使建筑工藝也有可能進行許多重大改革，比如采用大型砌塊、大板結(jié)構(gòu)設(shè)置箱形結(jié)構(gòu)后，建筑物結(jié)構(gòu)件的預(yù)制裝備化、工廠化達到了很高的水平。 塔式起重機是在第二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。在中國塔式起重機的生產(chǎn)與應(yīng)用已有40多年的歷史，經(jīng)歷了一個從側(cè)回到自行設(shè)計制造的過程。經(jīng)過多年的發(fā)展，中國塔式起重機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務(wù)的增加而進入了一個新的興盛時期，至此，無論從生產(chǎn)規(guī)模、應(yīng)用范圍和塔式起重機總量等角度來衡量，中國均堪稱塔式起重機大國。根據(jù)國內(nèi)外一些技術(shù)資料介紹，塔式起重機的發(fā)展趨勢可具體歸納為吊臂長度加長、工作速度提高且能調(diào)速、改善操縱條件、更多的采用組裝式結(jié)構(gòu)四個方面。 塔式起重機一般有四大工作機構(gòu)，它們是起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、行走機構(gòu)。起升機構(gòu)用來實現(xiàn)載荷的升降，它是塔式起重機中最重要也是最基本的機構(gòu)，起升機構(gòu)的性能將直接影響到整臺塔式起重機的工作性能。變幅機構(gòu)是塔式起重機改變工作幅度的機構(gòu)，用以擴大塔式起重機的工作范圍，提高工作效率。通過變幅機構(gòu)能將所運輸?shù)奈锪线\送到工作面上?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)是塔式起重機的主要工作機構(gòu)之一，它能將起升在空間的物料繞塔式起重機垂直軸線作圓周運動，擴大塔式起重機的工作面。行走機構(gòu)的作用是驅(qū)動塔式起重機沿著軌道行駛、配合其他機構(gòu)完成水平運輸及垂直運輸工作。塔式起重機的自重和載荷重量通過行走機構(gòu)的行走輪傳給軌道。 塔式起重機的起升機構(gòu)通常由電機、制動器、減速器、卷筒、鋼絲繩、滑輪組及吊鉤等零部件組成。電機通過聯(lián)軸器與減速器相連。減速器的輸出軸上裝有卷筒，它通過鋼絲繩和安裝在塔身或塔頂上導(dǎo)向滑輪及滑輪組與吊鉤相連。電機工作時，卷筒將鋼絲繩卷進或放出，通過滑輪組使吊鉤上的物品起升或下降。當(dāng)電機停止工作時，制動器通過彈簧力將制動輪剎住。 塔式起重機的變幅機構(gòu)按工作性質(zhì)可分為非工作性變幅機構(gòu)和工作性變幅機構(gòu)。非工作性變幅機構(gòu)指只在空載時改變幅度，調(diào)整取物裝置的作業(yè)位置，而在重物裝卸英東過程中幅度不再改變。這種變幅機構(gòu)變幅次數(shù)少，變幅時間對起重機的生產(chǎn)效率影響小，一般采用較低的變幅速度，其優(yōu)點是構(gòu)造簡單、自重輕。工作性變幅機構(gòu)是指能在帶載條件下變幅的機構(gòu)。變幅過程是起重機工作循環(huán)主要環(huán)節(jié)，變幅時間對起重機的生產(chǎn)效率有直接影響，一般采用較高的變幅速度。其優(yōu)點是生產(chǎn)率高，能更好地滿足裝卸工作地需要。工作性變幅機構(gòu)驅(qū)動功率較大，而且要求安裝限速和防止超載的安全裝置，與非工作性變幅機構(gòu)相比，構(gòu)造復(fù)雜，自重也較大。 塔式起重機的變幅機構(gòu)按機構(gòu)運動形式分為臂架擺動式變幅機構(gòu)和運行小車式變幅機構(gòu)。動臂式變幅機構(gòu)式通過吊臂俯仰擺動實現(xiàn)變幅。小車變幅塔式起重機是指通過起重小車沿起重臂運行進行變幅的塔式起重機。綜合變幅塔式起重機是指根據(jù)作業(yè)的需要臂架可以彎折的塔式起重機。 塔式起重機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)能使塔機的起重臂架作360度回轉(zhuǎn)，這樣就擴大了塔式起重機的工作面。塔式起重機回轉(zhuǎn)機構(gòu)包括回轉(zhuǎn)支撐裝置和驅(qū)動機構(gòu)兩部分。回轉(zhuǎn)支撐裝置為塔機的回轉(zhuǎn)部分提供穩(wěn)定、牢固的支撐，并將回轉(zhuǎn)部分的載荷傳遞給塔身部分；驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動塔機的回轉(zhuǎn)部分，使其相對塔機的固定部分實現(xiàn)回轉(zhuǎn)。塔式起重機的回轉(zhuǎn)支撐裝置一般有柱式回轉(zhuǎn)支撐裝置和滾動軸承式回轉(zhuǎn)支撐裝置。塔式起重機上一般采用電動回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動裝置通常安裝在塔機的回轉(zhuǎn)部分上，電動機經(jīng)減速器帶動最后一級小齒輪，小齒輪與裝在塔機固定部分上的大齒圈相嚙合，以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動。 行走機構(gòu)用以支撐起重機本身的重量和起重載荷，并使起重機水平運行。起重機的行走方式分為有軌行走機構(gòu)和無軌行走機構(gòu)兩類。有軌行走是指車輪在專門鋪設(shè)的軌道上行走；無軌行走則采用輪胎或履帶，可以在普通的道路上行駛，機動性強。 通過老師的講解使我們更深入的了解的塔式起重機的構(gòu)造和功用。為我們的畢業(yè)設(shè)計做了很好的鋪墊。 3、實習(xí)結(jié)果 實習(xí)結(jié)束了,該次實習(xí)使我們不僅掌握了有關(guān)起升機構(gòu)的知識還了解了關(guān)于塔式起重機的其他部件。以前在課本上不能理解的問題都有了更深刻的認(rèn)識。這次實習(xí)以及前一段時間查閱的大量資料為我的畢業(yè)設(shè)計提供了良好的基礎(chǔ)，使我深深地體會到要想搞好設(shè)計，就必須耐心仔細地查找與設(shè)計相關(guān)的資料和信息（包括設(shè)計產(chǎn)品的基本功能、主要結(jié)構(gòu)、應(yīng)用特點及其發(fā)展前途，市場效益等）。我國目前制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r也粗步了解了機械制造的發(fā)展趨勢。在新的世紀(jì)里,科學(xué)技術(shù)必將以更快的速度發(fā)展，更快更緊密得融合到各個領(lǐng)域中,而這一切都將大大拓寬機械制造業(yè)的發(fā)展方向。 將來的機械制造將會向“四個化”發(fā)展，即柔性化、靈捷化、智能化、信息化。即使工藝裝備與工藝路線能適用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的需要，能適用于迅速更換工藝、更換產(chǎn)品的需要,使其與環(huán)境協(xié)調(diào)的柔性,使生產(chǎn)推向市場的時間最短且使得企業(yè)生產(chǎn)制造靈活多變的靈捷化,還有使制造過程物耗,人耗大大降低,高自動化生產(chǎn),追求人的智能與機器智能高度結(jié)合的智能化，以及借助于物質(zhì)和能量的力量生產(chǎn)出價值的信息化。 4、實習(xí)總結(jié)或體會 畢業(yè)實習(xí)是我們從學(xué)校到社會的一座橋梁，是從理論到實際的一條紐帶。加強我們綜合能力的培養(yǎng)，使得我們既要掌握專業(yè)的基本理論和基本知識，又具有對于所學(xué)知識的運用能力以及獨立工作的能力，為我們在畢業(yè)設(shè)計中、甚至為畢業(yè)后的實際工作打下了良好的基礎(chǔ)。通過此次畢業(yè)實習(xí)我們了解到目前機械制造的發(fā)展趨勢，也使我們清晰地定位我們所處的位置，對我們以后走上工作崗位起到一個良好的模范作用。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。我深深地感覺到自己所學(xué)知識的膚淺和在實際運用中的專業(yè)知識的匱乏，一旦接觸到實際，才發(fā)現(xiàn)自己知道的是多么少，這時才真正領(lǐng)悟到“學(xué)無止境”的含義。 河 北 建 筑 工 程 學(xué) 院 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 QTZ40塔式起重機——變幅系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué) 科 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 機091班 姓 名 周文斌 指 導(dǎo) 教 師 李常勝 輔 導(dǎo) 教 師 河北建筑工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 課題 名稱 QTZ40塔式起重機——變幅系統(tǒng)的設(shè)計 系 別： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 機091 學(xué)生姓名： 周文斌 學(xué) 號： 2009307107 指導(dǎo)教師： 李常勝 課題來源 導(dǎo)師課題 課題類別 工程設(shè)計 一、論文資料的準(zhǔn)備 1.塔式起重機概述 塔式起重機是一種塔身樹立起重臂回轉(zhuǎn)的起重機械，簡稱塔機，也叫塔吊，起源于西歐。具有工作效率高、使用范圍廣、回轉(zhuǎn)半徑大、起升高度大、操作方便以及安裝與拆卸比較簡便等特點。主要完成在高層建筑施工中預(yù)制構(gòu)件及其他建筑材料與工具等吊裝工作。塔式起重機應(yīng)具備下列特點： （1）起升高度和工作幅度較大、起重力矩大； （2）工作速度高，具有安裝微動性能及良好的調(diào)速性能； （3）要求拆裝運輸方便迅速，以適應(yīng)頻繁轉(zhuǎn)移工地的需要。 2.我國塔式起重機的發(fā)展現(xiàn)狀 塔式起重機在我國的生產(chǎn)與應(yīng)用已經(jīng)有50余年的歷史，經(jīng)歷了以個從測繪仿制到自行設(shè)計制造的過程，特別是進入20世紀(jì)90年代以后，我國塔式起重機行業(yè)隨著全國范圍建筑任務(wù)的增加而進入了一個興盛時期，年產(chǎn)量連年猛增，而且有部分產(chǎn)品出口到國外。 現(xiàn)在我國的建筑用塔式起重機已越來越普遍，從普通的多層民用建筑、房地產(chǎn)工程、高層建筑到大型的鐵路工程、橋梁工程、電力工程、水利工程等，到處都有塔機的應(yīng)用。近20年來，市場的需求，有力的促進了技術(shù)的進步，通過研究開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新、引進消化，我們的設(shè)計手段和配套件生產(chǎn)能力也有了很大的進步，計算機輔助設(shè)計、微電子技術(shù)、程控語言控制技術(shù)都在塔機上得到了應(yīng)用。當(dāng)然也不可否認(rèn)，我國的塔機產(chǎn)品的技術(shù)性能、制作質(zhì)量和品種型號規(guī)格，與發(fā)達國家產(chǎn)品相比，仍然存在較大的差距，特別是基礎(chǔ)零部件的可靠性、電氣元件、液壓元件、工藝安裝、生產(chǎn)設(shè)備和檢測手段等，差距更大。這就影響了我們整機產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，增加了事故隱患。對此我們絕不可以掉以輕心，要加倍努力、敢于創(chuàng)新、嚴(yán)格把關(guān)、趕超國際水平。 3.我國塔式起重機的發(fā)展趨勢 我國大規(guī)模經(jīng)濟建設(shè)已有二十來年的歷史，這二十來年里，大量建筑物的涌現(xiàn)和大型工程的興建，鐵路、公路橋梁的建設(shè)，給塔式起重機提供了良好的市場。我國的塔式起重機發(fā)展趨勢可以分以下幾個方面： 我國塔機產(chǎn)品的品種、型號、規(guī)格應(yīng)向多樣化發(fā)展，以適應(yīng)不同工程、不同用戶的需求。就目前現(xiàn)實而言，我國塔式起重機幾乎是上回轉(zhuǎn)一統(tǒng)天下，下回轉(zhuǎn)塔機很少。 4. 國外發(fā)展概況 塔式起重機是在第二次世界大戰(zhàn)后才真正獲得發(fā)展的。戰(zhàn)后各國面臨著重建家園的艱巨任務(wù)，浩大的建筑工程量迫切需要大量性能良好的塔式起重機。自塔式起重機在建筑施工中顯露身手并逐漸成為工程機械一個重要分支以來，已經(jīng)有50余年歷史，其間利經(jīng)了曲折復(fù)雜的發(fā)展階段。70年代末，由于種種原因，國外塔式起重機制造業(yè)陷入了低谷，不少中小工廠紛紛停業(yè)或轉(zhuǎn)產(chǎn)，僅少數(shù)大廠得以維持。直至80年代末才呈現(xiàn)逐漸復(fù)蘇態(tài)勢，1994年為復(fù)蘇年頭，復(fù)蘇勢頭最好的國家為德國。據(jù)有關(guān)資料介紹，在塔機制造業(yè)鼎盛的70年代，西德?lián)碛懈魇剿C48500臺，80年代總量減至1/3，而近幾年，東西德合并，基建規(guī)模擴大，塔機產(chǎn)量上升，現(xiàn)有塔機近40000臺，其中半數(shù)機齡不足5年 www.51lunwen.com 。如今世界塔機市場最為紅火的地區(qū)為東歐和亞太（特別是東南亞）?；钴S在塔機市場上的著名產(chǎn)商是；德國的 Liebherr 、Peiner、 Wolff ，法國的 Potain 、BPR,意大利的 Potain-Simma、Comedil 、 Nauva 、 EDILMAC ，西班牙的Comensa ，芬蘭的 Betrox ，丹麥的KRφLL 澳大利亞的Favco。這些大廠為了在國際塔機市場上占有更多份額，莫不注重總結(jié)經(jīng)驗，認(rèn)真分析市場動態(tài)，下大力氣進行產(chǎn)品的更新和開發(fā)。近年來，國外塔機在新產(chǎn)品開發(fā)上大致有下列一些特點： 　　 (1)更多的廠家注重開發(fā)經(jīng)濟型城市塔機并擴展成系列。 　　 (2)國外塔機新產(chǎn)品中，有一些新穎的輕、中型折疊式快速安裝塔機頗引人注目。 　　 (3) 根據(jù)一些國家城建當(dāng)局的有關(guān)規(guī)定，為防止塔機臂架在狹窄的空間運行發(fā)生矛盾，避免吊臂相互碰撞以及碰到鄰近的建筑物，在城市高層建筑密集地區(qū)施工必須采用動臂式自升塔式起重機。 　　 (4)在經(jīng)過較長時間研制之后，履帶式水平臂架塔機作為一種新產(chǎn)品正式問世。 　　 (5) 變頻調(diào)速系統(tǒng)在國外塔機新產(chǎn)品上得到推廣應(yīng)用。 　　 (6)高新技術(shù)開始在塔機上應(yīng)用。 　　 (7)無論上回轉(zhuǎn)或下回轉(zhuǎn)式塔機，都十分重視駕駛室的平面設(shè)計和空間處理。 5.QTZ40型塔式起重機的簡單介紹及其市場前景 QTZ40自升式塔吊為上回轉(zhuǎn)、水平臂架、小車變幅、液壓自升式多用途塔吊。起重力矩400KN.m，最大起重量4t，獨立架設(shè)時最大起升高度可達30米，加附著最大起升可達100米，最大幅度分40米。該機參數(shù)先進，性能優(yōu)良可靠，造型美觀，質(zhì)量精良，結(jié)構(gòu)簡單實用，設(shè)有先進的安全裝置，維修方便，使用安全，價格合理，是廣大中小建筑企業(yè)理想的建筑施工機械。同時該機適用性好，廣泛用于中高層以下的各類工業(yè)與民用建筑和滑模施工的吊裝，還常用于港口、貨場的裝卸。 二、本課題的目的（重點及擬解決的關(guān)鍵問題） 本畢業(yè)設(shè)計是對機械專業(yè)學(xué)生在畢業(yè)前的一次全面訓(xùn)練，目的在于鞏固和擴大學(xué)生在校期間所學(xué)的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，訓(xùn)練學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析和解決問題的能力。是培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生獨立工作能力和創(chuàng)新精神之最佳手段。畢業(yè)設(shè)計要求每個學(xué)生在工作過程中，要獨立思考，刻苦鉆研，有所創(chuàng)造的分析、解決技術(shù)問題。通過畢業(yè)設(shè)計，使學(xué)生掌握裝載機的總體設(shè)計、工作裝置設(shè)計、牽引計算等技術(shù)工作的實現(xiàn)方法，為今后步入工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。 重點及擬解決的問題是： 1、變幅機構(gòu)和變幅小車的形式，卷筒尺寸計算 2、小車的強度計算 3、整機傾翻穩(wěn)定性的計算 三、主要內(nèi)容、研究方法、研究思路 1.主要內(nèi)容 塔式起重機的總體設(shè)計、變幅機構(gòu)的設(shè)計、變幅小車的設(shè)計和計算等內(nèi)容。 2. 研究方法 本設(shè)計的題目是QTZ40變幅機構(gòu)的設(shè)計，主要設(shè)計理念是通過參照同類塔式起重機進行設(shè)計。QTZ40塔式起重機有多種形式，此次設(shè)計的形式為上回轉(zhuǎn)液壓頂升自動加節(jié)，固定式高度，工作幅度等設(shè)計。本機性能先進，結(jié)構(gòu)合理，操作使用安全可靠．其主要特點是起重力矩大、起升高度高、工作幅度大、作業(yè)空間廣、使用效率高。 3.研究思路 本設(shè)計書主要包括三部分： 第一部分是QTZ40塔式起重機總體方案的選擇及總體設(shè)計計算過程； 第二部分是變幅機構(gòu)的設(shè)計與計算：包括變幅機構(gòu)的形式、確定卷筒尺寸、選擇電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器；驗算實際變幅速度 驗算起、制動時間；電動機發(fā)熱驗算；卷筒強度的計算。 第三部分是變幅小車的設(shè)計：包括變幅小車的形式、變幅小車的強度計算。最后，還需要對不同截面的穩(wěn)定性、剛度及強度進行驗算以及校核。 四、總體安排和進度（包括階段性工作內(nèi)容及完成日期） 2013.3.25-2013.3.28 熟悉整理資料 2013.3.29-2013.4.13 方案選擇及總體設(shè)計 2013.4.14-2013.4.20 繪制總圖 2013.4.21-2013.5.15 變幅機構(gòu)、變幅小車的設(shè)計 2013.5.16-2013.6.5 繪制變幅機構(gòu)、變幅小車裝配圖 2013.6.6-2013.6.19 繪制零件圖紙 2013.6.19-2013.6.21 準(zhǔn)備論文及答辯 五、主要參考文獻 【1】 董剛　李建功　潘風(fēng)章主編　《機械設(shè)計》（第3版）　北京：機械工業(yè)出版社　1998 【2】 張質(zhì)文，虞和謙等.起重機設(shè)計手冊.北京：中國鐵道出版社.1997. 【3】 《機械設(shè)計手冊》（第1卷）（新版）機械設(shè)計手冊編委會編著　 北京：機械工業(yè)出版社　2004.8 【4】 《機械設(shè)計手冊》（第2卷）（新版）機械設(shè)計手冊編委會編著　 北京：機械工業(yè)出版社　2004.8 【5】 成大先主編《機械設(shè)計手冊》（第4版）北京：化學(xué)工業(yè)出版社　2002 【6】 顧迪民主編《工程起重機》（第2版）北京：中國建筑工業(yè)出版社　1988 【7】 劉品主編《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》（第2版）哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社　2001 【8】 徐灝主編《機械設(shè)計手冊》（第2版）　北京：機械工業(yè)出版社　2000 【9】 曹雙寅主編《工程結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》　南京：東南大學(xué)出版社　2002 【10】劉鴻文主編《材料力學(xué)》（第4版） 高等教育出版社 【11】《QTZ400塔式起重機使用說明書》 【12】張青 張瑞軍 編著《工程起重機結(jié)構(gòu)與設(shè)計》北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.7 【13】中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T　13752-92　《塔式起重機設(shè)計規(guī)范》　北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社　1993 【14】范俊祥主編《塔式起重機》 中國建材工業(yè)出版社 【15】許鎮(zhèn)宇、邱宣懷主編：《機械零件》 人民教育出版社 【16】劉佩衡主編《塔式起重機使用手冊》 北京：機械工業(yè)出版社，2002 【17】中國建設(shè)部《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 2003.12 【18】黃靖遠 龔劍霞 賈延林 《機械設(shè)計學(xué)》北京工業(yè)出版社，2002 【19】safety on construction sites 著者American Society of civil Engineers.Task Committee on Crane Safety on Constructions Sites 中圖分類號：TH21-36 指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 教研室意見： 教研室主任簽名： 日期： 系意見： 系領(lǐng)導(dǎo)簽名： 日期： 系蓋章 課題來源：導(dǎo)師課題、社會實踐、自選、其他 課題類別：工程設(shè)計、施工技術(shù)、新品開發(fā)、軟件開發(fā)、科學(xué)實驗、畢業(yè)論文。 摘要 塔式起重機作為建筑施工的主要設(shè)備，在建筑等行業(yè)發(fā)揮著極其重要的作用。塔式起重機屬于臂架型起重機，由于其臂架鉸接在較高的塔身上，且可回轉(zhuǎn)，臂架長度較大，結(jié)構(gòu)輕巧、安裝拆卸運輸方便，適于露天作業(yè)，因此大多數(shù)用于工業(yè)與民用建筑施工。 塔式起重機是為了滿足高層建筑施工、設(shè)備安裝而設(shè)計的新型起重運輸機械，QTZ40塔式起重機是由建設(shè)部長沙建設(shè)機械研究院設(shè)計的新型建筑用塔式起重機，該機為水平臂架，小車變幅，上回轉(zhuǎn)自升式多用途塔機。 本設(shè)計的題目是固定式QTZ40塔式起重機起升系統(tǒng)的設(shè)計。QTZ40塔式起重機有多種形式，此次設(shè)計的形式為上回轉(zhuǎn)液壓頂升自動加節(jié)，可隨著建筑物的升高而升高，固定式高度為30米，在附著狀態(tài)下可達到100米，其工作幅度為40米。 本設(shè)計書主要包括三部分：第一部分是QTZ40塔式起重機總體方案的選擇及總體設(shè)計計算過程；第二部分是變幅機構(gòu)的設(shè)計與計算：包括變幅機構(gòu)的形式、確定卷筒尺寸、選擇電動機、減速器、制動器、聯(lián)軸器；驗算實際變幅速度 驗算起、制動時間；電動機發(fā)熱驗算；卷筒強度的計算；第三部分是變幅小車的設(shè)計：包括變幅小車的形式、變幅小車的強度計算。 關(guān)鍵詞：QTZ40塔式起重機 總體設(shè)計：變幅系統(tǒng) ABSTRACT As an important facility, the tower crane plays an important role in construction industry. The tower crane belongs to the arm rack type crane. Its arm is hinged on the high tower body, and it may rotate. It has longer arm, dexterous structure. What’s more, it is easy to be assembled, disassembled and transported. It is suitable for the open-air work and mainly used for industry and civil construction Tower cranes are to meet high-rise construction building, equipment installation and design as a new type machinery of lifting transport. The QTZ40 tower cranes are new tower cranes designed by Changsha Institute of the Ministry of Construction Machinery used in construction building. The aircraft is horizontal boom, trolley luffing, on the back or decanted from the tower-type multi-purpose machines . The design topic is the stationary QTZ40 tower crane system and the design of lifting structure. There are many kinds of QTZ40 tower crane. The form of this design is as below. With an upper rotating hydraulic pressure propping system, the machine could add height automatically and thus rise with the building ascension. The stationary type is 30meter high; it could reach the height of 100meters when it is being adhered. Its work scope is 40 meters. This design book mainly includes three parts. The first part summarizes the present situation and the development tendency of the tower crane in both our country and abroad, as well as the characteristic and application occasion..The second part is the QTZ40 tower crane overall concept choice and the system design computation process; the third part is the organization design and the computation of lifting mechanism and the last is the design of the hook group. Keywords: QTZ500 tower crane The total design：luffing system