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畢業(yè)設(shè)計（論文）外文翻譯
題目 鋁合金隨機(jī)載荷作用下的疲勞性能
專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級 學(xué) 號 088105441
學(xué) 生 姓 名 祝 耀 欣
指 導(dǎo) 教 師 劉 文 光
填 表 日 期 2012 年 3 月 24 日
鋁合金隨機(jī)荷載作用下的疲勞性能
確定疲勞壽命的 2024-T3 和鋁合金 6061-T6是由作者G.M.Brown和R.Ikegami進(jìn)行實驗調(diào)查
摘要-本文介紹了實驗的進(jìn)行，以確定兩個鋁合金材料的疲勞壽命 (2024-T3 及 6061-T6)。它們受到這兩個等應(yīng)變幅正弦和窄帶隨機(jī)應(yīng)變幅疲勞載荷。從窄帶隨機(jī)測試獲得的疲勞壽命值基于邁納的線性積累的損傷假說的理論預(yù)測進(jìn)行比較。鋁合金材料制作的懸臂梁測試標(biāo)本通過電磁振動器勵磁的方式受到等應(yīng)變幅正弦或窄帶隨機(jī)基礎(chǔ)激勵。發(fā)現(xiàn)兩種合金的 e N 曲線可以非常接近三直線段的低、 中和高周疲勞壽命范圍內(nèi)。邁納的假說用于此類型的預(yù)測材料的窄帶隨機(jī)疲勞周期~-N 的性能。這些疲勞壽命預(yù)測發(fā)現(xiàn)了一貫高估實際疲勞值的 2 或 3 倍。但是，發(fā)現(xiàn)預(yù)測的疲勞壽命曲線的形狀和高周疲勞性能的兩種材料都與實驗的結(jié)果相吻合。
簡介
受到隨機(jī)載荷的金屬結(jié)構(gòu)的疲勞壽命預(yù)測的問題，一般是先制定一個損害標(biāo)準(zhǔn)的積累，然后應(yīng)用此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件的不同循環(huán)載荷幅值解決。第一，仍然預(yù)測，在疲勞損傷積累的最常用的標(biāo)準(zhǔn)是由A.Palmgrε-N提出并由M.A.邁納申請。這一標(biāo)準(zhǔn)假定積累損害的問題可被視為一個其中疲勞壽命的分?jǐn)?shù)從振幅 ε-N 曲線確定不同的負(fù)載級別用完可能只需添加到提供一個索引的疲勞損傷，一般稱為邁納的線性-積累--損失的條件。
本文介紹了部分研究結(jié)果，以確定受到窄帶隨機(jī)載荷-鋁合金結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測方法進(jìn)行隨機(jī)載荷。實驗方案進(jìn)行了確定懸臂束測試標(biāo)本，必須等應(yīng)變振幅的正弦或窄帶隨機(jī)應(yīng)變振幅疲勞載荷的周期。試樣在隨機(jī)載荷作用下的疲勞壽命與基于預(yù)測的邁納標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用進(jìn)行對比。
實驗方案
兩種常用的鋁合金2024-T3和6061-T6進(jìn)行疲勞試驗。這兩種合金的力學(xué)性能列于表1，真應(yīng)力和真應(yīng)變曲線圖1和圖2。
tupian應(yīng)變硬化指數(shù)，?，表現(xiàn)了塑性范圍中的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。
Gongshi 這些屬性是根據(jù)確定的單軸拉伸試驗用兩種合金制成的張力試樣。在這兩種情況下，張力標(biāo)本和疲勞標(biāo)本是從加工平行的滾動方向的標(biāo)本的縱向軸與鋁、 同一負(fù)債表。這樣做是為了確保測試這兩種類型之間的一致性。做疲勞試驗的大多數(shù)是對電磁振動器勵磁，與正在執(zhí)行 Instron 測試儀的低周期等應(yīng)變幅測試的一小部分。為進(jìn)行測試，已在振動勵磁機(jī)上執(zhí)行，疲勞試驗?zāi)Ｐ褪腔A(chǔ)的激勵作用下的懸臂梁顯示于圖 3 (a)。
窄帶隨機(jī)疲勞測試中，激勵指定的頻率帶寬較窄帶信號與高斯基地加速振幅和均勻頻譜。激發(fā)帶為中心的根本束共振。正弦疲勞測試是略高于基本梁共振勵磁頻率進(jìn)行的。因此循環(huán)加載的類型被完全扭轉(zhuǎn)彎曲。懸臂標(biāo)本異形沿梁長度最大彎曲應(yīng)力，遠(yuǎn)離固定端將在第一振動模式。草繪的測試樣本配置如圖 4 所示。試驗樣品被這直接相連的電樞的振動勵磁機(jī)安裝夾具的夾在中間。從圖中可以看出，每個疲勞試驗標(biāo)本所載兩懸臂梁標(biāo)本的同時都感到興奮。結(jié)束質(zhì)量、 形式的恩德夫科公司模型 2216年水晶加速度計，被附加在一端的懸臂梁標(biāo)本。在圖所示的模式形狀和相應(yīng)的彎曲應(yīng)力分布的前兩個振動模式。3（b)和圖3（c）。
從梁共振，最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在7/8英寸，從梁的固定端的距離。第一束共振的頻率是大約 115 cps。標(biāo)本被仔細(xì)手拋光之前，刪除任何尖角，消除所有可見表面的劃痕，該地區(qū)的最大應(yīng)力測試發(fā)生。要測量應(yīng)變級別疲勞測試期間，應(yīng)變片被裝在每個標(biāo)本在發(fā)生彎曲應(yīng)力的最大值的位置點。發(fā)現(xiàn)疲勞壽命應(yīng)變儀安裝的是一般的試件疲勞壽命比小得多。為此，從安裝在梁的自由端的加速度計的信號用于確定疲勞標(biāo)本的故障時間。從加速度計的信號用于觸發(fā)的停用一個計時器時加速級別降至 50%的名義 RMS 加速級別的繼電器。據(jù)指出出現(xiàn)故障，加速級別刪除非常迅速，這樣，計時器表示非常密切的標(biāo)本的失效的總時間。圖 5 中的圖片顯示裝載的振動勵磁機(jī)只是之前，測試上的疲勞試驗標(biāo)本。
從圖中可以看出，由拼接兩個更小、 更靈活，鉛電線電纜標(biāo)準(zhǔn)來說加速度計建造特別加速度傳感器電纜。這樣做是為了盡量減少對標(biāo)本的加速度計電纜振動的影響。雖然接頭增加噪音污染，信號水平是如此之大這種增加噪音不是明顯的。
來自應(yīng)變計和加速度計的信號是在測試期間監(jiān)測，并記錄在磁帶上。每個測試之后, 錄制的信號被播放到波分析儀系統(tǒng)以確定 RMS 級別。數(shù)字計算機(jī)被用于執(zhí)行時間序列從窄帶隨機(jī)疲勞測試獲得的隨機(jī)信號分析。典型的窄帶隨機(jī)測試期間的應(yīng)變響應(yīng)的應(yīng)變規(guī)范掃雷具密度情節(jié)如圖 6 所示。
如所料，這張圖指示可以認(rèn)為疲勞標(biāo)本是一個很輕阻尼的單自由度體系。最可能的這種窄帶反應(yīng)的振動頻率可以顯示系統(tǒng)的共振頻率。因此，周期失效 （即零與正斜率的過路處的總?cè)藬?shù)） 的總數(shù)被假定為失效的總時間，以秒為單位乘以每秒周期的共振頻率。在等幅、 正弦測試周期失效的總數(shù)是只是總時間失效以秒為單位乘以勵磁頻率每秒周期。
對于振動激振器上進(jìn)行的測試，失效的總周期的范圍是從2) < 10 5 ? 10 ~ 周期。相應(yīng)的應(yīng)變水平從600到3500不等顯微窄帶隨機(jī)疲勞試驗RMS，從1700年到7000微應(yīng)變恒定振幅測試。由于循環(huán)對振動激勵器的快速率,它無法可能獲得的生命值低于約 2×103疲勞數(shù)據(jù)周期內(nèi)，使用上面描述的測試設(shè)置。為此，英斯特龍測試儀進(jìn)行了一些低周期、 等應(yīng)變幅疲勞測試。邁納的標(biāo)準(zhǔn)的低周期的了解中，恒定振幅兩種材料的疲勞性能必要關(guān)聯(lián)恒定振幅和窄帶隨機(jī)疲勞的結(jié)果。（圖表）為瑞利分布，RMS值的3.72倍，超過峰值的概率是0.1%?？梢灶A(yù)期RMS的應(yīng)變窄帶隨機(jī)試驗以來的最高水平是3500微應(yīng)變，峰值應(yīng)變水平約14,000微應(yīng)變。振動激振器能夠產(chǎn)生恒定振幅只有7000微應(yīng)變峰值應(yīng)變，因此，其他手段都必須以產(chǎn)生一個連接圖高達(dá)14000微應(yīng)變邁納的故障預(yù)測所需的水平。英斯特郎測試率約5 cpm在編程周期與應(yīng)變振幅高達(dá)40000微應(yīng)變是用來獲取低周期數(shù)據(jù)。振動勵磁機(jī)測試中使用標(biāo)本再次加載不完全彎曲基本上相同。
圖7中提供登記表疲勞測試的測試設(shè)置的照片。試樣標(biāo)本振動激振器安裝時舉行以同樣的方式舉行試樣安裝夾具安裝在橫梁英斯特郎測試。標(biāo)本的一角舉行了兩個隊的成員連接的尖端試驗機(jī)的框架固定?；鼗驒M梁，然后通過不斷地偏轉(zhuǎn)循環(huán)。從登記表測試儀計數(shù)器確定失效的周期數(shù)。
振動勵磁機(jī)上執(zhí)行的疲勞測試的結(jié)果如圖8和圖9所示，RMS應(yīng)變級別已被繪制與周期來的懸臂梁標(biāo)本失效的總數(shù)。（圖表）等幅和窄帶隨機(jī)結(jié)果已在上繪制在同一圖表強調(diào)疲勞壽命的差異獲得兩個不同類型的加載同一RMS應(yīng)變級別。
可以注意到這兩種材料，當(dāng)?shù)葢?yīng)變幅正弦和窄帶隨機(jī)應(yīng)變變幅疲勞荷載，展示耐力極限現(xiàn)象在很低的應(yīng)變級別。大多數(shù)的恒定振幅的數(shù)據(jù)似乎在RMS應(yīng)變振幅的周期總數(shù)的積失效記錄檔記錄的直線下降。6061-T6在高應(yīng)變水平的數(shù)據(jù)表明有一些偏差。這些點對應(yīng)的應(yīng)變以及成塑性的地區(qū)是可以預(yù)料的。相信2024-T3的材料會高于獲得能夠與現(xiàn)有的振動勵磁測試設(shè)置顯示在較高的應(yīng)變水平的同一類的偏差。窄帶隨機(jī)疲勞試驗結(jié)果表明：雙對數(shù)坐標(biāo)上的同一個斜坡，這是為相應(yīng)的恒定振動振幅相同的線性關(guān)系數(shù)據(jù)RMS應(yīng)變水平較低。這些數(shù)據(jù)，然后開始偏離較多的應(yīng)變峰值預(yù)計將超過屈服應(yīng)變在較高的應(yīng)變水平。
英斯特朗測試儀上執(zhí)行的固定應(yīng)變振幅疲勞試驗的結(jié)果顯示如圖10和圖11所示，峰值應(yīng)變εφ幅度已與繪制的周期總數(shù)的懸臂梁試樣的失效。斯特朗測試數(shù)據(jù)繪制恒定振幅與振動勵磁測試結(jié)果。由于材料表現(xiàn)出低頻效果一般顯示較低的疲勞壽命值作為循環(huán)頻率降低，他認(rèn)為在循環(huán)頻率的差異并沒有很大影響的兩個試驗材料的疲勞性能，因此兩套數(shù)據(jù)可以直接比較。但一般認(rèn)為，幾乎沒有顯著影響時，工作頻率高達(dá)CPS約1000。
如圖10和圖11所顯示的拉伸試驗的結(jié)果可以看出經(jīng)歷過大的塑性應(yīng)變時的應(yīng)力幅與失效的周期數(shù)積將是沒有多大用處。由于塑性的范圍類一個大的增量應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的性質(zhì)提高應(yīng)變對應(yīng)一個非常小的壓力逐步增加。因此在本文中無論是RMS應(yīng)變振幅或者振幅的峰值應(yīng)變εР繪制對比周期數(shù)。符號εР是峰值應(yīng)變，而不是“塑性變形”。
如圖10和圖11顯示，低循環(huán)疲勞數(shù)據(jù)似乎在一條直線上的峰值應(yīng)變振幅與失效的周期數(shù)的log-log圖。在這兩種情況下，這條線的斜率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于高周期數(shù)據(jù)通過及格線的斜率更大。
這些日志記錄圖上的直線關(guān)系表示，為常數(shù)，應(yīng)變振幅循環(huán)，失效和峰值應(yīng)變振幅周期總數(shù)之間的近似關(guān)系可以在指數(shù)形式獲得。在高周期范圍，這種關(guān)系可以表示為
在低周期范圍，這種關(guān)系可以表示為
k1和k2是常數(shù)。Nｆ是在峰值應(yīng)變振幅和εР 周期失效下b1和b2兩種材料的值在圖10和圖11和表2中。
這種斜率在低周期的變化，高應(yīng)變振幅地區(qū)是在與許多其他試驗者的意見一致。L.F.Coffin觀察，許多材料，如果繪制周期數(shù)與失效的塑性應(yīng)變振幅，b1是約等于2。
使用的固定應(yīng)變振幅疲勞試驗的結(jié)果，窄帶隨機(jī)疲勞試驗的結(jié)果可以與邁納的線性積累損傷的假設(shè)為基礎(chǔ)的預(yù)測。
邁納的線性累積損傷準(zhǔn)則
正如前面所討論的，邁納的故障預(yù)測假設(shè)失敗是由于一個損壞的線性積累，可以確定其外的恒定振幅測試結(jié)果。（表12）測試材料10和11完整的恒定振幅的結(jié)果，包括低收入和高循環(huán)疲勞壽命范圍內(nèi)，已在圖繪制。這兩種材料的ε-N曲線從這些數(shù)字可以看出近似由三個直線段時，日志記錄的規(guī)模繪制，可以表明這三個范圍的原理如圖12所示。
在范圍2內(nèi)，它會假設(shè)，ε-N圖是一個直線上的log-log圖與1/b2負(fù)斜率從零到N1周期。在范圍1內(nèi)，它會假設(shè)從Nε直線延遲300到N周期具有負(fù)斜率的1/b1。在水平對應(yīng)的耐力應(yīng)變。認(rèn)為它低于這個水平的應(yīng)變沒有最終的疲勞失效的影響。因此ε-N曲線可以表示為
和
在這種情況下，線性積累的損傷在峰值應(yīng)變方程可以寫成振幅
Pp(εp)的概率密度函數(shù)的峰值應(yīng)變振幅，T表示要失效的總時間和Mo是正峰值每秒數(shù)。因此，MoT代表正峰失效總數(shù)。由于應(yīng)變響應(yīng)窄帶過程中，峰值應(yīng)變激發(fā)加強高斯分布的概率密度函數(shù)是一個雷射線分布，可表示為
利用（3），（4）和（5）累計可得公式
假定發(fā)生時，損傷的積累是同等統(tǒng)一，使正逢失效總數(shù)最終失效。這個方程的解為CDC6400數(shù)字電腦編程。在邁納的兩個材料進(jìn)行預(yù)測計算中使用的參數(shù)列于表2。
在圖8和圖9虛線表示對邁納假設(shè)為基礎(chǔ)的預(yù)測。正如從這些數(shù)字可以看出，雖然按照數(shù)據(jù)的趨勢形式出現(xiàn)，邁納的預(yù)測始終高估疲勞壽命的2到3倍。
結(jié)論
共振電磁激振器振動疲勞試驗似乎是一個非?？焖?，經(jīng)濟(jì)的方式獲得固定應(yīng)變振幅的正弦和隨機(jī)應(yīng)變振幅疲勞載荷數(shù)據(jù)。然而，由于高循環(huán)率，低周疲勞的數(shù)據(jù)就無法獲得這種方式了。
測試的鋁合金，似乎有三個不同的疲勞范圍對應(yīng)三種不同的線路段須符合的ε-N數(shù)據(jù)繪制在一個日志記錄的規(guī)模。窄帶隨機(jī)載荷條件下地疲勞壽命預(yù)測適用于邁納標(biāo)準(zhǔn)，ε-N的數(shù)據(jù)必須是完整的了至少四次RMS應(yīng)變水平的隨機(jī)載荷的應(yīng)變水平。
對邁納標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的預(yù)測似乎始終高估了實際的疲勞壽命，然而預(yù)測曲線的形式似乎是正確的，并按照數(shù)據(jù)的趨勢非常接近。
參考文獻(xiàn)
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橋式起重機(jī)總體方案及起升裝置的設(shè)計
學(xué)生姓名：祝耀欣 班級：088105441
指導(dǎo)老師：劉文光
摘 要：本論文課題是設(shè)計由電力驅(qū)動的50/10t橋式起重機(jī)中的機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)是起重機(jī)的主要組成部分。正是這些機(jī)構(gòu)，使起重機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)其價值，取代人力搬運貨物，既減輕勞動者的勞動強度，降低裝卸或搬運的費用，減少貨物的破損，又能提高生產(chǎn)率，在生產(chǎn)過程中進(jìn)行某些特殊的工藝操作，從而提高了經(jīng)濟(jì)效益。
橋式起重機(jī)主要由金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)械部分（機(jī)構(gòu)）和電氣設(shè)備三大部分組成。機(jī)械部分主要包括起升機(jī)構(gòu)和運行機(jī)構(gòu)等。起升機(jī)構(gòu)是最重要和最基本的機(jī)構(gòu)，沒有起升機(jī)構(gòu)就不能稱其為起重機(jī)，其工作的好壞直接影響整臺起重機(jī)的工作性能；運行機(jī)構(gòu)包括小車運行機(jī)構(gòu)和大車運行機(jī)構(gòu)，它是實現(xiàn)起重機(jī)將貨物橫向和縱向移動的機(jī)構(gòu)。
本次設(shè)計是按照起升機(jī)構(gòu)部分進(jìn)行的。起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計包括起升機(jī)構(gòu)布置方案的選擇、卷筒的設(shè)計、鋼絲繩的選擇，以及電動機(jī)、減速器、制動器、制動輪和聯(lián)軸器的選用和設(shè)計計算；利用AutoCAD按照確定好的各機(jī)構(gòu)布置方案和設(shè)計的尺寸生成裝配平面圖，可以初步的檢查出各個零件設(shè)計是否合理，是否影響裝配。通過生成裝配平面圖，可以直觀的確定設(shè)計的正確性，從而實現(xiàn)當(dāng)初的設(shè)想。
關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)；起升機(jī)構(gòu)
指導(dǎo)教師簽名：
I
Design of Overall Program of Bridge Crane and Hosting Mechanism
Student name:Zhu Yaoxin Class: 088105441
Supervisor: Liu Wenguang
Abstract ：The design of some organizations in the electric drive 50/10t bridge crane is designed in this paper. These organizations are the main constituents of this crane. Because of these organizations, the hoist crane enables to realize its value, instead manpower transporting cargo, both reduces worker's labor intensity, reduces loading and unloading or the transporting expense, reduces the breakage of the cargo, and can enhance the productivity, carries on certain special craft operation in the production process, thus enhanced the economic efficiency.
The bridge crane mainly consists of the metal structure, the machine part (organization) and the electrical equipment. The machine part mainly includes the lifting mechanism and the movement organization. The lifting mechanism is the most important and the most basic organization, if not these organization ,it was not able to call the hoist crane, its work quality direct influence the operating performance of the crane; The movement organization including the car movement organization and the large cart movement organization, which can realizes the cargo crosswise and the longitudinal shift.
This design defers to the lifting mechanism. About designing the lifting mechanism, which includes the organization scheme of arrangement choice, the reel design, the steel wire choice, as well as electric motor, reduction gear, brake, brake pulley and shaft coupling selection with design calculation. According to determined using AutoCAD various organizations scheme of arrangement and the design size production assembly horizontal plan, may preliminary inspection each components design whether reasonably, whether affects the assembly. Through the production assembly horizontal plan, may the direct-viewing determination design accuracy, thus realized the initial tentative plan.
Keywords: Bridge Crane；Hosting Mechanism；Mechanism of Running Car
Signature of Supervisor:
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
I、畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：
橋式起重機(jī)總體方案及起升裝置的設(shè)計
II、畢 業(yè)設(shè)計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計技術(shù)要求：
橋式起重機(jī)主要由金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)械部分（機(jī)構(gòu)）和電氣設(shè)備三大部分組成。本設(shè)計
是對機(jī)械部分進(jìn)行設(shè)計，機(jī)械部分主要包括起升機(jī)構(gòu)和運行機(jī)構(gòu)等。
設(shè)計技術(shù)要求：
1. 起重機(jī)的最大起重量為50T，副起重量為10T；
2. 主起升，起升高度為12m，工作級別為M6，起升速度為7.8m/min；
3. 副起升，起升高度16m，工作級別為M6，起升速度為13.2m/min；
4. 起重機(jī)的跨度為22.5m，工作級別為M6；
5. 要求畢業(yè)論文敘述條理清楚，設(shè)計計算正確，論文格式規(guī)范。
III、畢 業(yè)設(shè)計(論文)工作內(nèi)容及完成時間：
1. 查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報告
第01周—第 04周
2．閱讀與橋式起重機(jī)相關(guān)的設(shè)計理論與方法 第05周—第 06周
3．確定橋式起重機(jī)的總體方案 第07周—第 07周
4．完成橋式起重機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計分析、主要數(shù)據(jù)計算
第08周—第 10周
5．繪制總裝圖、部件圖 第11周—第 12周
6．繪制零件圖 第13周—第13周
7．編寫設(shè)計計算說明書（畢業(yè)論文）一份 第14周—第 15周
8．畢業(yè)設(shè)計審查、畢業(yè)答辯 第16周—第 17周
Ⅳ 、主 要參考資料：
[1]．張質(zhì)文主編. 起重機(jī)設(shè)計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2001
[2]．張質(zhì)文主編. 起重運輸機(jī)械[M].北京：中國鐵道出版社，1983
[3]. 趙兵主編. 重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998
[4]. 成大先主編, 機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002
[5]. 濮良貴,紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計（第七版）[M].北京：高等教育出版社,2006
[6]．Patton W.J. Mechanical Power Transmission [M]. New Jersey: Printice-Hall,1980
航空工程 系 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè)類 0881054 班
學(xué)生（簽名）： 祝耀欣
填寫日期： 年 月 日
指導(dǎo)教師（簽名）：
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附注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計說明書首頁。
畢業(yè)設(shè)計（論文）
題目： 橋式起重機(jī)總體方案及起升裝置的設(shè)計
系 別 航空與機(jī)械工程系
專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班級學(xué)號
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
二O一二 年 五 月
學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立完成的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請的論文或成果。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。
作者簽名： 日期：
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書
本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
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導(dǎo)師簽名： 日期：
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題目 橋式起重機(jī)總體方案及起升裝置的設(shè)計
專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級 學(xué) 號
學(xué) 生 姓 名
指 導(dǎo) 教 師 老師
填 表 日 期 2012 年 2 月 24 日
說 明
開題報告應(yīng)結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）、研究內(nèi)容及實驗方案、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度、參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當(dāng)修改。但每個專業(yè)填寫內(nèi)容應(yīng)保持一致
一、選題的依據(jù)及意義：
起重機(jī)是指能在一定范圍內(nèi)垂直起升和水平移動物品的機(jī)械，以反復(fù)短暫的工作循環(huán)方式完成貨物裝卸或設(shè)備安裝作業(yè)的。一個工作循環(huán)包括：取物、貨物上升、水平運動、下降、卸載，然后空吊具返回原地。一個工作循環(huán)時間一般從幾分鐘到二三十分鐘，其間各機(jī)構(gòu)在不同時刻有短暫的停息時間。
橋式起重機(jī)是生產(chǎn)車間中應(yīng)用廣泛的一種起重設(shè)備，起升機(jī)構(gòu)是橋式起重機(jī)的重要組成部分，起重小車用以支撐整機(jī)的機(jī)械 電器設(shè)備以及被起升的重物，承受和傳遞作用在起重機(jī)上的各種較為復(fù)雜的載荷。為了全面了解小車架結(jié)構(gòu)在多重載荷組合作用下的應(yīng)力大小及其分布狀況，找出結(jié)構(gòu)承載的薄弱部位，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的非常必要的。在對小車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時，傳統(tǒng)的力學(xué)解析方法復(fù)雜，且不精確，很難反映小車架結(jié)構(gòu)實際的承載狀況。相比之下，利用有限元分析方法建立小車架的有限元模型，并按實際的載荷分布進(jìn)行加載、求解，能得到實際的承載狀況，具有快捷、方便、求解結(jié)果相對準(zhǔn)確的優(yōu)點。
起重機(jī)作為物料搬運、裝卸或用于安裝的機(jī)械設(shè)備，可以減輕或代替人們的體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率。它被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域之中。在冶金行業(yè)、機(jī)械制造工業(yè)、電力工業(yè)、煤炭工業(yè)、交通運輸業(yè)、建筑工業(yè)、建材工業(yè)等國民經(jīng)濟(jì)支柱行業(yè)中，起重運輸機(jī)械都扮演著重要的角色。隨著時代的發(fā)展，制造工廠和裝卸作業(yè)場所開始轉(zhuǎn)向室內(nèi)，使橋式起重機(jī)占據(jù)了主導(dǎo)地位。橋式起重機(jī)主要應(yīng)用于大型加工行業(yè)，如鋼鐵冶金和建材等行業(yè)，完成生產(chǎn)過程中的起重和吊裝等工作。其中用于生產(chǎn)車間的橋式起重機(jī)，是起重機(jī)的一個主要類型，由于起重機(jī)行駛在高空，作業(yè)范圍能掃過整個廠房的建筑面積，具有非常主要的不可替代的作用，因而深受用戶歡迎，得到了極大發(fā)展。
橋式起重機(jī)：橋式起重機(jī)是橫架于車間、倉庫和料場上空進(jìn)行物料吊運的起重設(shè)備。橋式起重機(jī)的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運行，可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設(shè)備的阻礙。它是使用范圍最廣、數(shù)量最多的一種起重機(jī)械。
普通橋式起重機(jī)一般由起重小車、橋架運行機(jī)構(gòu)、橋架金屬結(jié)構(gòu)組成。
起重小車又由起升機(jī)構(gòu)、小車運行機(jī)構(gòu)和小車架三部分組成。起升機(jī)構(gòu)包括電動機(jī)、制動器、減速器、卷筒和滑輪組。電動機(jī)通過減速器，帶動卷筒轉(zhuǎn)動，使鋼絲繩繞上卷筒或從卷筒放下，以升降重物。小車架是支托和安裝起升機(jī)構(gòu)和小車運行機(jī)構(gòu)等部件的機(jī)架，通常為焊接結(jié)構(gòu)。
中、小型橋式起重機(jī)的運行機(jī)構(gòu)較多采用制動器、減速器和電動機(jī)組合成一體的“三合一”驅(qū)動方式。起重機(jī)的行走一般用四個主動和從動車輪，如果起重量很大，常用增加車輪的辦法來降低輪壓。
橋架的金屬結(jié)構(gòu)由主梁和端梁組成。主梁與端梁剛性連接，端梁兩端裝有車輪，用以支承橋架在高架上運行。主梁上焊有軌道，供起重小車運行。
起重機(jī)械為特種設(shè)備，為保證設(shè)備的正常運行以及人員、財產(chǎn)的安全，起重機(jī)都必須設(shè)置必須的安全裝置，如：起升高度限位器、行程限位開關(guān)及各相應(yīng)的聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)等。
二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）：
目前，國內(nèi)專業(yè)生產(chǎn)大型起重機(jī)的廠家很多。其中以中聯(lián)重科、三一重工、撫挖等公司產(chǎn)品系列較全，市場占有率較高。中聯(lián)重科在2007年12月宣布實行品牌統(tǒng)一戰(zhàn)略后?，F(xiàn)已成功開發(fā)了50t~600t履帶式起重機(jī)產(chǎn)品系列。作為中國起重機(jī)行業(yè)的領(lǐng)跑者，徐州重型機(jī)械有限公司現(xiàn)在已經(jīng)形成了以汽車起重機(jī)為主導(dǎo)，履帶式起重機(jī)和全路面起重機(jī)為側(cè)翼強勢推進(jìn)的龐大型譜群。國內(nèi)最具歷史的履帶式起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)撫挖現(xiàn)已擁有35t~350t的履帶式起重機(jī)產(chǎn)品系列。QUY350是撫挖2007年推出的國產(chǎn)首臺350t履帶式起重機(jī)，填補了國內(nèi)350t履帶式起重機(jī)的產(chǎn)品型譜空白。
目前，國外專業(yè)生產(chǎn)大型起重機(jī)廠家很多。其中利勃海爾、特雷克斯-德馬格、馬尼托瓦克與神鋼等公司產(chǎn)品系列較全， 市場占有率較高。利勃海爾公司的產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、工作可靠，其生產(chǎn)的LR系列履帶起重機(jī)最大起重量已達(dá)1200t。其桁架臂履帶式起重機(jī)系列在2007年又喜添新品LR1600/2，使其產(chǎn)品型譜更加完善。
未來的一段時間內(nèi)，起重機(jī)的發(fā)展趨勢包括以下幾個方面：
（1）起重機(jī)的大型化。近年來，火電發(fā)電機(jī)組的功率不斷增大，由以前的30萬KW為主轉(zhuǎn)為60萬KW乃至100萬KW 為主，對起重機(jī)的噸位需求增大。由于美國核電技術(shù)的推廣應(yīng)用，使大件吊裝量大幅增加催生了大型起重機(jī)市場的需求。大型石化項目，同樣需求大噸位的大型起重機(jī)特別是履帶式起重機(jī)。
（2）創(chuàng)新設(shè)計。開展對起重機(jī)傳動型式創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)構(gòu)造創(chuàng)新和功能原理創(chuàng)新等方面理論及技術(shù)基礎(chǔ)研究，為此著重研究新材料、新工藝、新的傳動裝置，從而通過對不同設(shè)計方案的優(yōu)選、分解和組合來產(chǎn)生新的設(shè)計方案，不斷推出創(chuàng)新設(shè)計成果。
（3）核心技術(shù)化。各大知名企業(yè)均具有其獨特的核心技術(shù)，并不斷創(chuàng)新，努力保持在同行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位?，F(xiàn)在各大公司均大力研究開發(fā)自己的核心技術(shù)，以不斷提升自己的產(chǎn)品檔次和競爭能力。
（4）模塊化和組合化。極短交貨期的市場需求要求開展基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同異地設(shè)計技術(shù)、并行工程技術(shù)研究，這樣可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。用模塊化設(shè)計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機(jī)設(shè)計方法，將起重機(jī)上功能基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標(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(jī)。達(dá)到改善整機(jī)性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)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。
（5）大噸位的自拆裝系統(tǒng)。履帶起重機(jī)體太笨重在公路上無法自由行走，必須拆卸才可運輸，到達(dá)工作地點后再進(jìn)行組裝，需要輔助吊車。為減少或不用輔助吊車，節(jié)省施工費用，因此研制自拆裝系統(tǒng)勢在必行。（6）混合型起重機(jī)。履帶起重機(jī)和輪式起重機(jī)各有利弊，將兩者取長補短后，混合型起重機(jī)應(yīng)運而生，這也是起重機(jī)新型式的大膽嘗試與突破。它集履帶起重機(jī)桁架臂大起重量、大作業(yè)空間的優(yōu)勢和輪式起重機(jī)的機(jī)動靈活優(yōu)勢于一體，主要用于大型起重機(jī)。
三、研究內(nèi)容及實驗方案：
橋式起重機(jī)主要由金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)械部分（機(jī)構(gòu)）和電氣設(shè)備三大部分組成。本設(shè)計是對機(jī)械部分進(jìn)行設(shè)計，機(jī)械部分主要包括起升機(jī)構(gòu)和運行機(jī)構(gòu)等。
1)設(shè)計技術(shù)要求：
一·起升機(jī)構(gòu) ：
1.起重機(jī)的最大起重量為50T，副起重量為10T；
2.主起升，起升高度為12m，工作級別為M6，起升速度為7.8m/min；
3.副起升，起升高度16m，工作級別為M6，起升速度為13.2m/min；
二·運行機(jī)構(gòu) ：運行速度：小車 38.5m/min ，工作級別為M5；
三·起重機(jī)的跨度：22.5m，工作級別為M6。
2)設(shè)計所需的條件:
一. 理論知識: 機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計理論力學(xué)材料力學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計等課程。
二.軟硬件條件: AUTOCAD Word 等軟件。
三.研究手段: 完成此課題的研究要對橋式起重機(jī)的傳動系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)透徹的了解并利用圖書館與網(wǎng)絡(luò)的資源以及通過實際考察通過對AUTOCAD軟件的掌握完成此課題的任務(wù)并撰寫論文。
3) 設(shè)計的大體流程:
一.總體方案布置確定傳動方案
二. 計算基本尺寸和參數(shù)的確定
三. 主要零部件設(shè)計
4）課題設(shè)計重點：
熟悉橋式起重機(jī)的工作原理對橋式起重機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計分析并且對起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行計算，卷筒組結(jié)構(gòu)計算；繪制繪制總裝圖、部件圖 、零件圖。
四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度
一．目標(biāo)：通過對橋式起重機(jī)的設(shè)計達(dá)到設(shè)計技術(shù)的要求。
二．特色:橋式起重機(jī)一般由裝有大車運行機(jī)構(gòu)的橋架、裝有起升機(jī)構(gòu)和小車運行機(jī)構(gòu)的起重小車、電氣設(shè)備、司機(jī)室等幾個大部分組成。外形像一個兩端支撐在平行的兩條架空軌道上平移運行的單跨平板橋。起升機(jī)構(gòu)用來垂直升降物品，起重小車用來帶著載荷作橫向運動；橋架和大車運行機(jī)構(gòu)用來將起重小車和物品作縱向移動，以達(dá)到在跨度內(nèi)和規(guī)定高度內(nèi)組成三維空間里作搬運和裝卸貨物用。
橋式起重機(jī)是使用最廣泛、擁有量最大的一種軌道運行式起重機(jī)，其額定起重量從幾噸到幾百噸。最基本的形式是通用吊鉤橋式起重機(jī)，其他形式的橋式起重機(jī)基本上都是在通用吊鉤橋式的基礎(chǔ)上派生發(fā)展出來的.
三．工作進(jìn)度:
1.查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報告
第1周—第 4周 2．閱讀與橋式起重機(jī)相關(guān)的設(shè)計理論與方法 第5周—第 6周
3．確定橋式起重機(jī)的總體方案 第7周—第 7周
4．完成橋式起重機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計分析、主要數(shù)據(jù)計算 第8周—第 10周
5．繪制總裝圖、部件圖 第11周—第 12周
6．繪制零件圖 第13周—第13周
7．編寫設(shè)計計算說明書（畢業(yè)論文）一份 第14周—第 15周
8．畢業(yè)設(shè)計審查、畢業(yè)答辯 第16周—第 17周
五、參考文獻(xiàn)
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[2]．張質(zhì)文主編. 起重運輸機(jī)械[M].北京：中國鐵道出版社，1983
[3]. 趙兵主編. 重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998
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[5]. 濮良貴,紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計（第七版）[M].北京：高等教育出版社,2006
[6]. 朱學(xué)敏主編.起重機(jī)械[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003
[7]．Patton W.J. Mechanical Power Transmission [M]. New Jersey: Printice-Hall,1980
南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題的研究背景 1
1.2國內(nèi)外橋式起重機(jī)發(fā)展概況 1
1.3 本論文的主要內(nèi)容 2
2. 橋式起介紹 4
2.1 橋式起重機(jī)的特點和分類 4
2.1.1通用橋式起重機(jī) 4
2.1.2專用橋式起重機(jī) 5
2.1.3電動葫蘆型橋式起重機(jī) 6
2.2橋式起重機(jī)的組成和特點 7
2.2.1橋式起重機(jī)小車 7
3．總體方案設(shè)計 8
3.1引言 8
3.2起重機(jī)設(shè)計的總體方案 8
3.2.1方案一：選擇箱形雙梁橋式起重機(jī) 8
3.2.2方案二：選擇通用吊鉤橋式起重機(jī) 9
3.3方案的確定 10
3.4 小結(jié) 10
4起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計及計算 11
4．1 引言 11
4.2 吊鉤電動起升機(jī)構(gòu)的布置方案 11
4.3 主起升機(jī)構(gòu)的計算 14
4.3.1 鋼絲繩直徑的選取 14
4.3.2 滑輪與卷筒的計算 15
4.3.3 選擇電動機(jī) 17
4.3.4 減速器的選擇 18
4.3.5選擇制動器 19
4.3.6選擇聯(lián)軸器 21
4.4 副起升機(jī)構(gòu)的計算 22
4.4.1 鋼絲繩直徑的選取 22
4.4.2 滑輪、卷筒的計算 23
4.4.3 電動機(jī)的選擇 24
4.4.4 減速器的選擇 25
4.4.5 選擇制動器 26
4.4.6 聯(lián)軸器的選擇 28
4.5 小結(jié) 29
5 結(jié)論 30
5.1全文總結(jié) 30
5.2展望 30
參 考 文 獻(xiàn) 32
致 謝 33
34
1 緒論
1.1 課題的研究背景
當(dāng)今中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)處于高速發(fā)展時期，建筑工業(yè)化和工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程中起重機(jī)的使用是不可缺少的。
從古代，人們?yōu)榱私ㄔ齑笮徒ㄖ桶l(fā)明了原始的起重設(shè)備，到了今天，起重機(jī)設(shè)計制造已經(jīng)成為一個專門的產(chǎn)業(yè)。起重設(shè)備的應(yīng)用給人們帶來了很大的便利，小到倉庫里的叉車，大到航天中心的吊裝火箭的起重機(jī)械，建筑工地上隨處可見的塔式起重機(jī)，港口碼頭的大型龍門吊，起重機(jī)的身影無處不在。
正是由于起重機(jī)使用的普遍性，起重機(jī)設(shè)計制造具有很強的應(yīng)用性。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，僅工程起重機(jī)一項，全球的年銷售額就有75億美元，但是這些大多是由歐美企業(yè)壟斷。
近些年來，伴隨著我國固定資產(chǎn)投資的飛速增長、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和大型項目的不斷上馬，使得我國工程機(jī)械行業(yè)獲得了空前的發(fā)展，也受到了人們越來越多的關(guān)注。我國的起重機(jī)制造商與歐美的競爭對手相比在技術(shù)上還存在著差距，在產(chǎn)業(yè)鏈條，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面也存在著一定的劣勢，但這并非遙不可及。更主要的是，我國在這一領(lǐng)域從未放棄過自主研發(fā)，而且已經(jīng)具備了相當(dāng)大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，創(chuàng)造了幾個蜚聲全球的知名品牌。
起重機(jī)屬于典型的機(jī)械產(chǎn)品，根據(jù)其使用環(huán)境的不同，起重機(jī)的設(shè)計又具有不同特性，作為畢業(yè)設(shè)計的選題不僅可以檢驗自己的機(jī)械專業(yè)能力還可以考察創(chuàng)新創(chuàng)造能力。
1.2國內(nèi)外橋式起重機(jī)發(fā)展概況
起重機(jī)械是用來對物料進(jìn)行起重、運輸、裝卸或安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備。它在國民經(jīng)濟(jì)各部門都有廣泛的應(yīng)用，起著減輕體力勞動、節(jié)省人力、提高勞動生產(chǎn)率和促進(jìn)生產(chǎn)過程機(jī)械化的作用。起重機(jī)械在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中決不是可有可無的輔助工具，而是合理組織生產(chǎn)的必不可少的生產(chǎn)設(shè)備。
通用橋式起重機(jī)是使用最為廣泛的橋架型起重機(jī)。目前，國產(chǎn)通用橋式起重機(jī)系列尚未采用參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)，既不能將設(shè)計人員從大量繁瑣的重復(fù)勞動中解放出來，也不能發(fā)揮出CAD/CAM的有事。為了發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造性減少設(shè)計、計算、制圖、制表所需的時間，縮短設(shè)計周期，新產(chǎn)品，新材料，新工藝的研究，會使得起重機(jī)的整機(jī)布置更趨優(yōu)化，部件更加緊湊耐用；起重機(jī)的控制和安全保護(hù)裝置大為改善，保證了操作的安全性和可靠性。
我國的起重機(jī)械制造行業(yè)起步較晚，原有的基礎(chǔ)比較薄弱，與工業(yè)先進(jìn)型國家相比，差距不小。但是，經(jīng)過見過60年來的不斷發(fā)展，目前的差距明顯縮小，已經(jīng)建立起自己的子終極研究部門、生產(chǎn)廠和專業(yè)人才培養(yǎng)的高等學(xué)校，并能夠批量生產(chǎn)各種累心軌道起重機(jī)械，不僅滿足了國內(nèi)市場需求，部分也打入了國際市場。
目前世界上最大的履帶起重機(jī)起重量3000t，最大的橋式起重機(jī)起生日一1200t，集裝箱岸連裝卸橋小車的最大運行速度已達(dá)350m/min，堆垛起重機(jī)級最大運行速度240m／min，垃圾處理用起重機(jī)的起升速度達(dá)100m／min。實現(xiàn)了 重點產(chǎn)品大型化，高速化和專用化 德國、英國、法國、美國和日本的著名起重機(jī)公司采用起重機(jī)模塊化設(shè)計，并取得了顯著的效益。德國德馬格公司的標(biāo)準(zhǔn)起重機(jī)系列改用模塊化設(shè)計后，比單件設(shè)計的設(shè)計費用下降12％，生產(chǎn)成本下降45％，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。 起重機(jī)的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進(jìn)。將機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)的計算機(jī)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(jī)械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機(jī)的自動化和智能化。 例如德國采用激光裝置查找起吊物的重心位置，在取物裝置上裝有超聲波傳感器引導(dǎo)取物裝置自動抓取貨物。吊具自動防搖系統(tǒng)能在運行速度200m/min,加速度0.5m/s2情況下很快使起吊物搖擺振幅減至幾個毫米。起重機(jī)可通過磁場變換器或激光達(dá)到高精度定位。在起重機(jī)單機(jī)自動化的基礎(chǔ)上，通過計算機(jī)把各種起重運輸機(jī)械組成一個物料搬運集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，與生產(chǎn)設(shè)備有機(jī)結(jié)合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。這類起重機(jī)自動化程度高，具有信息處理功能，可將傳感器檢測出來的各種信息實施存儲、運算、邏輯判斷、變換等處理加工，進(jìn)而向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令。日本東芝浜川崎工廠用全自動橋式起重機(jī)組成的物料輸送系統(tǒng)來搬運柔性加工線上的夾具和工件，為機(jī)床運送毛坯或?qū)⒓庸ず玫牧慵偷较乱还ば蚧騻}庫。
目前各行業(yè)中使用的橋式起重機(jī)數(shù)不勝數(shù)，普遍采用小型PLC控制和調(diào)壓調(diào)速，基本上沒有智能化產(chǎn)品。中小型橋式起重機(jī)大多應(yīng)用16/3.2T,50/10T以及32/16T等類型，在冶金工業(yè)的大型起重機(jī)，各大鋼鐵公司基本上采用200t～480t起重機(jī)，而中小企業(yè)絕大多數(shù)采用趨于淘汰邊緣的75t～160t起重機(jī)，這些起重機(jī)的更新?lián)Q代和現(xiàn)代化改造項目，形成了巨大的市場需求，也是科研人員進(jìn)一步研發(fā)的動力和機(jī)會。
1.3 本論文的主要內(nèi)容
橋式起重機(jī)主要由金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)械部分（機(jī)構(gòu)）和電氣設(shè)備三大部分組成。金屬結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計主要是指橋架的結(jié)構(gòu)設(shè)計，比較復(fù)雜，而電氣設(shè)備是用來控制起重機(jī)的運轉(zhuǎn)，在本次設(shè)計中沒有對它們進(jìn)行設(shè)計計算，機(jī)械部分（機(jī)構(gòu)）主要包括起升機(jī)構(gòu)和運行機(jī)構(gòu)等，這是本設(shè)計的重點。本論文的主要設(shè)計內(nèi)容如下：
1) 根據(jù)已知的數(shù)據(jù)參數(shù)和起重機(jī)的工作等級，首先確定此次設(shè)計的總體方案，根據(jù)所確定的方案，進(jìn)行設(shè)計計算。
2) 起升機(jī)構(gòu)用來實現(xiàn)貨物的升降，是任何起重機(jī)不可缺少的部分，是起重機(jī)中最重要與基本的機(jī)構(gòu)。50/10t橋式起重機(jī)，有主、副兩套起升裝置，首先應(yīng)確定好兩套裝置的合理布置方案，兩套裝置的原理相類似，只是額定起重量不同，布置方案確定好后，就可以開始進(jìn)行計算了。起升機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動裝置、卷繞系統(tǒng)、取物裝置與制動裝置等組成。完成了對其組成部分的數(shù)據(jù)計算后，利用AutoCAD把它們裝配在一起，可以直觀的檢查設(shè)計是否合理，提前發(fā)現(xiàn)問題。
2. 橋式起介紹
2.1 橋式起重機(jī)的特點和分類
1、橋式起重機(jī)的特點：
??? 取物裝置懸掛在可沿橋架運行的起重小車或運行式葫蘆上的起重機(jī)，稱為“橋架型起重機(jī)”。
??? 橋架兩端通過運行裝置直接支撐在高架軌道上的橋架型起重機(jī)，稱為“橋式起重機(jī)”。
??? 橋式起重機(jī)一般由裝有大車運行機(jī)構(gòu)的橋架、裝有起升機(jī)構(gòu)和小車運行機(jī)構(gòu)的起重小車、電氣設(shè)備、司機(jī)室等幾個大部分組成。外形像一個兩端支撐在平行的兩條架空軌道上平移運行的單跨平板橋。起升機(jī)構(gòu)用來垂直升降物品，起重小車用來帶著載荷作橫向運動；橋架和大車運行機(jī)構(gòu)用來將起重小車和物品作縱向移動，以達(dá)到在跨度內(nèi)和規(guī)定高度內(nèi)組成三維空間里作搬運和裝卸貨物用。
??? 橋式起重機(jī)是使用最廣泛、擁有量最大的一種軌道運行式起重機(jī)，其額定起重量從幾噸到幾百噸。最基本的形式是通用吊鉤橋式起重機(jī)，其他形式的橋式起重機(jī)基本上都是在通用吊鉤橋式的基礎(chǔ)上派生發(fā)展出來的。
2、橋式起重機(jī)的分類
???（1）通用橋式起重機(jī) （2）專用橋式起重機(jī) （3）電動葫蘆型橋式起重機(jī)
2.1.1通用橋式起重機(jī)
通用橋式起重機(jī)是指在一般環(huán)境中工作的普通用途的橋式起重機(jī)(見標(biāo)準(zhǔn)GB/T14405-93)。以下類型的起重機(jī)都屬于通用橋式起重機(jī)。
??? ①通用吊鉤橋式起重機(jī)
??? 通用吊鉤橋式起重機(jī)由金屬結(jié)構(gòu)、大車運行機(jī)構(gòu)、小車運行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、電器及控制系統(tǒng)及司機(jī)室組成。取物裝置為吊鉤。額定起重量為10T以下的多為1個起升機(jī)構(gòu)；16T以上的則多為主、副兩個起升機(jī)構(gòu)。這類起重機(jī)能大多種作業(yè)環(huán)境中裝卸和搬運物料及設(shè)備。
??? ②抓斗橋式起重機(jī)
??? 抓斗橋式起重機(jī)的裝置為抓斗，以鋼絲繩分別聯(lián)系抓斗起升、起升機(jī)構(gòu)、開閉機(jī)構(gòu)。主要用于散貨、廢舊鋼鐵、木材等的裝卸、吊運作業(yè)。這種起重機(jī)除了起升閉合機(jī)構(gòu)以外，其結(jié)構(gòu)部件等與通用吊鉤橋式起重機(jī)相同。
??? ③電磁橋式起重機(jī)
??? 電磁橋式起重機(jī)的基本構(gòu)造與吊鉤橋式起重機(jī)相同，不同的是吊鉤上掛1個直流起重電磁鐵(又稱為電磁吸盤)，用來吊運具有導(dǎo)磁性的黑色金屬及其制品。通常是經(jīng)過設(shè)在橋架走臺上電動發(fā)電機(jī)組或裝在司機(jī)室內(nèi)的可控硅直流箱將交流電源變?yōu)橹绷麟娫?，然后再通過設(shè)在小車架上的專用電纜卷筒，將直流電源用撓性電纜送到起重電磁鐵上。
??? ④兩用橋式起重機(jī)
??? 兩用橋式起重機(jī)有3種類型：抓斗吊鉤橋式起重機(jī)、電磁吊鉤橋式起重機(jī)和抓斗電磁橋式起重機(jī)。其特點是在1臺小車上設(shè)有兩套各處獨立的起升機(jī)構(gòu)，一套為抓斗用，一套為吊鉤用(或一套為電磁吸盤用一套為吊鉤用，或一套為抓斗用一套為電磁吸盤用)。
???? ⑤三用橋式起重機(jī)
??? 三用橋式起重機(jī)是一種多用的起重機(jī)。其基本構(gòu)造與電磁橋式起重機(jī)相同。根據(jù)需要可以用吊鉤吊運重物，也可以在吊鉤上掛1個馬達(dá)抓斗裝卸物料，還可以把抓斗卸下來再掛上電磁盤吊運黑色金屬，故稱為三用橋式(可換)起重機(jī)。
??? 抓斗交流電源工作，電磁盤直流電源工作。因此，該機(jī)型必須同電磁橋式起重機(jī)一樣，設(shè)置電動發(fā)電機(jī)組或可控硅直流電源箱。這種起重機(jī)適用于經(jīng)常變換取物裝置的物料場所。
??? ⑥雙小車橋式起重機(jī)
??? 這種起重機(jī)與吊鉤橋式起重機(jī)基本相同，只是在橋架上裝有2臺起重量相同的小車。這種機(jī)型用于吊運與裝卸長形物件。
2.1.2專用橋式起重機(jī)
①冶金橋式起重機(jī)
??? 冶金橋式起重機(jī)根據(jù)用途可以劃分為不同的類型，主要結(jié)構(gòu)基本與通用吊鉤機(jī)型用于吊運與裝卸長形物件。橋式起重機(jī)相同，取物裝置多為專用。主要用于冶金車間的吊運作業(yè)，其起重量很大，最大的可達(dá)到數(shù)百噸。
??? ②防爆吊鉤橋式起重機(jī)
??? 按使用環(huán)境，將礦用防爆起重機(jī)(煤礦井下除外)規(guī)定為Ⅰ類，將工廠用防爆起重機(jī)規(guī)定為Ⅱ類。
??? Ⅱ類起重機(jī)，按電氣設(shè)備適用于爆炸性氣體混合物最大試驗案例間隙或最小點燃電流比，分為A、B、C三級，并按其表面最高溫度分為T1-T4四組。
??? 起重機(jī)所用防爆電氣設(shè)備及機(jī)械設(shè)備，其允許的表面最高溫度，對Ⅰ類起重機(jī)可能堆積煤塵時為150℃，采取措施防止堆積時，則為450℃。對Ⅱ類起重機(jī)須符合表1-2-15的規(guī)定。
??? 表1-2-15 允許的表面最高溫度
溫度組別
允許表面最高溫度℃
T1
450
T2
300
T3
200
T4
135
這種起重機(jī)的結(jié)構(gòu)形式與通用吊鉤橋式起重機(jī)基本相同。但是所用的整套電氣設(shè)置具有防爆性能。與鋼軌接觸的運行車輪要采用不易產(chǎn)生摩擦火花的材料制作，以防止在起重機(jī)使用中產(chǎn)生火花引起爆炸或燃燒事故。主要用于具有易燃易爆物的車間、庫房或其他場所。目前產(chǎn)品規(guī)格較多。
③絕緣吊鉤橋式起重機(jī)
??? 這種起重機(jī)結(jié)構(gòu)形式與通用吊鉤橋式起重機(jī)基本相同。但是為了防止工作過程中帶電設(shè)備的電流可經(jīng)過被吊物傳到起重機(jī)上，危及司機(jī)安全，故要求在吊鉤組、小車架、小車輪(或小車軌道下方)上設(shè)置3道絕緣裝置。主要用于冶煉鋁、鎂的工廠。
??? 上述橋式起重機(jī)除按起重機(jī)的結(jié)構(gòu)及使用特性分類外，有時也按主梁的數(shù)目將其分為單主梁橋式起重機(jī)、雙梁橋式起重機(jī)、四梁橋式起重機(jī)等。單主梁橋式起重機(jī)只有一根主梁，起重小車帶有反滾輪，單側(cè)滿置，取物裝置多為吊鉤，也有電磁盤的；雙梁橋式起重機(jī)具有兩根對稱配置的桁架型或箱型主梁，是橋式起重機(jī)的基本形式；四梁橋式起重機(jī)多用于某些冶金橋式起重機(jī)中，四根梁以橋架縱向中心線對稱布置，外面兩根主梁上架設(shè)普通的單鉤或雙鉤起重小車，即副小車。主小車可跨在副小車上空運行。
2.1.3電動葫蘆型橋式起重機(jī)
其特點是橋式起重機(jī)的起重小車用自行式電動葫蘆代替，或者用固定式電動葫蘆作起重小車的起升機(jī)構(gòu)，小車運行、大車運行等機(jī)構(gòu)的傳動裝置也盡量與電動葫蘆部件通用化。因此，與上述通用橋式起重機(jī)相比，電動葫蘆型橋式起重機(jī)雖然一般起重量較小、工作速度較慢、工作級別較低，但其自重輕、能耗較小、易采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品電動葫蘆配套，對幫房建筑壓力負(fù)載較小，建筑和使用經(jīng)濟(jì)性都較好。因此在中小起重量范圍的一般使用場合使用越來越廣泛，甚至有替代某些通用橋式起重機(jī)的趨勢。
①電動梁式起重機(jī)
??? 其特點是用自行式電動葫蘆替代通用橋式起重機(jī)的起重小車，用電動葫蘆的運行小車在單根主梁的工字鋼下突緣上運行，跨度小時直接用工字鋼作主梁，跨度大時可在主梁工字鋼的上面再作水平加強，形成的組合斷面主梁。其主梁可以是單根主梁(電動單梁式起重機(jī))，也可以是兩根主梁(電動雙梁式起重機(jī))，其橋架可以是像通用橋式起重機(jī)那樣通過運行裝置直接支撐在高架軌道上，也可以通過運行裝置懸掛在房頂下面的架空軌道上(懸掛式)。
??? ②電動葫蘆橋式起重機(jī)
??? 其特點是采用固定式電動葫蘆裝在小車上作起升機(jī)構(gòu)，小車運行機(jī)構(gòu)也多采用電動葫蘆零部件作成簡單的構(gòu)造形式，小車也極為簡便輕巧，其整體高度小，小車及橋架自重輕、重心低、有很廣泛的使用適應(yīng)性。
2.2橋式起重機(jī)的組成和特點
2.2.1橋式起重機(jī)小車
橋式起重機(jī)小車主要由起升機(jī)構(gòu)、小車運行機(jī)構(gòu)和小車架三部分組成，另外，還有一些安全防護(hù)裝置。
我國制造的橋式起重機(jī)的小車有下列特征
（1） 起升和運行機(jī)構(gòu)由獨立的部件構(gòu)成。
（2） 在設(shè)計機(jī)構(gòu)和小車架試，遵循了“三化”(標(biāo)準(zhǔn)化 、通用化和系列化)的原則。
（3） 小車架用鋼板焊接而成。
（4） 起升機(jī)構(gòu)和運行機(jī)構(gòu)采用減速器式傳動。
（5） 所有季后中都采用滾動軸承。
（6） 過去都采用短行程或長行程交流電磁鐵，彈簧上閘的瓦塊式制動器，而重錘上閘的長行程電磁鐵制動器已不采用
（7） 在制造起重機(jī)時，由于對零件進(jìn)行熱處理，從而提高了零件表面的耐磨性，延長了使用壽命
為簡化起重機(jī)機(jī)構(gòu)的維護(hù)工作是軸承的潤滑最好采用集中潤滑系統(tǒng)
3．總體方案設(shè)計
3.1引言
起重機(jī)(Crane)屬于起重機(jī)械的一種，是一種作循環(huán)、間歇運動的機(jī)械。一個工作循環(huán)包括：取物裝置從取物地把物品提起，然后水平移動到指定地點降下物品，接著進(jìn)行反向運動，使取物裝置返回原位，以便進(jìn)行下一次循環(huán)。
通常起重機(jī)械由起升機(jī)構(gòu)(使物品上下運動)、運行機(jī)構(gòu)(使起重機(jī)械移動)、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(使物品作水平移動)，再加上金屬機(jī)構(gòu)，動力裝置，操縱控制及必要的輔助裝置組合而成。
3.2起重機(jī)設(shè)計的總體方案
本次起重機(jī)設(shè)計的主要參數(shù)如下:
1)起升機(jī)構(gòu) ：1.起重機(jī)的最大起重量為50T，副起重量為10T；
2.主起升，起升高度為12m，工作級別為M6，起升速度為7.8m/min；
3.副起升，起升高度16m，工作級別為M6，起升速度為13.2m/min；
2)運行機(jī)構(gòu) ：運行速度：小車 38.5m/min ，工作級別為M5；
3)起重機(jī)的跨度：22.5m，工作級別為M6。
根據(jù)上述參數(shù)確定的總體方案如下：
3.2.1方案一：選擇箱形雙梁橋式起重機(jī)
箱形雙梁橋式起重機(jī)具有加工零件少，工藝性好、通用性好及機(jī)構(gòu)安裝檢修方便等一系列的優(yōu)點，因而在生產(chǎn)中得到廣泛采用。我國在5噸到10噸的中、小起重量系列產(chǎn)品中主要采用這種形式，但這種結(jié)構(gòu)形式也存在一些缺點：自重大、易下?lián)系取?
圖3-1為箱形雙梁橋式起重機(jī)
3.2.2方案二：選擇通用吊鉤橋式起重機(jī)
圖3-2為通用吊鉤橋式起重機(jī)
通用吊鉤橋式起重機(jī)適用于機(jī)械加工與裝配車間、金屬結(jié)構(gòu)車間、機(jī)械維修車間、各類倉庫、冶金和鑄造車間的輔助吊運工作等可以承載較強的工作級別，可以在較復(fù)雜和工況較惡劣的情況下使用。檢修方便。但是價格高，輪壓大，自重量大。
3.3方案的確定
根據(jù)上述兩種方案中的優(yōu)缺點的比較并查找相關(guān)的資料最終確定選取方案二選用通用吊鉤起重機(jī)。
3.4 小結(jié)
通過課題的設(shè)計參數(shù)去選取起重機(jī)是非常重要的，通常要考慮實用性，方便等特點。對于起重機(jī)有所更深刻的了解，也確定了設(shè)計的方向。
4起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計及計算
4．1 引言
起升機(jī)構(gòu)是起升貨物并使它產(chǎn)生升降運動的機(jī)構(gòu)，它是起重機(jī)最重要和最基本的機(jī)構(gòu)，沒有起升機(jī)構(gòu)就不能稱其為起重機(jī)，其工作的好壞直接影響整臺起重機(jī)的工作性能。
起升機(jī)構(gòu)一般由驅(qū)動裝置、鋼絲繩卷繞系統(tǒng)、取物裝置和安全保護(hù)裝置等組成。驅(qū)動裝置包括電動機(jī)、聯(lián)軸器、制動器、減速器、卷筒等部件。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)包括鋼絲繩、卷筒、定滑輪和動滑輪。取物裝置有吊鉤、吊環(huán)、抓斗、電磁吸盤、吊具、掛梁等多種型式/安全保護(hù)裝置有超負(fù)荷限制器、起升高度限位器、下降深度限位器、超速保護(hù)開關(guān)等，根據(jù)實際需要配用。
起升機(jī)構(gòu)依動力裝置的不同可分為三種：（1）內(nèi)燃機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動裝置帶動起升卷筒轉(zhuǎn)動，這種驅(qū)動方式的優(yōu)點是具有獨立的能源，就整機(jī)而言它屬于集中驅(qū)動。為保證各機(jī)構(gòu)的獨立運動，傳動系統(tǒng)比較復(fù)雜，操縱也不方便；（2）電動機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動裝置帶動起升卷筒轉(zhuǎn)動，簡稱電動起升機(jī)構(gòu)，它屬于分別驅(qū)動，傳動裝置簡單，可以采用標(biāo)準(zhǔn)件，在橋式起重機(jī)、龍門起重機(jī)和門座起重機(jī)上廣泛應(yīng)用；（3）由油馬達(dá)經(jīng)機(jī)械傳動裝置或直接驅(qū)動起升卷筒，簡稱夜壓起升機(jī)構(gòu)，它屬于分別驅(qū)動，具有結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸緊湊，重量輕等優(yōu)點，在汽車起重機(jī)和輪胎起重機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。
根據(jù)以上分析，在本課題的設(shè)計中選擇電動起升機(jī)構(gòu)，它的動力裝置是電動機(jī)，直流電動機(jī)電動機(jī)的機(jī)械特性適合起升機(jī)構(gòu)工作要求，調(diào)速性能好，但獲得直流電源較為困難，通常采用交流電動機(jī)，交流電源能直接從電網(wǎng)取得，操作簡單，維護(hù)容易，機(jī)組重量輕，工作可靠，在電動起升機(jī)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用。
起重機(jī)必須通過取物裝置將起吊物品與起升機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來，從而進(jìn)行這些物品的裝卸、吊運以及安裝等作業(yè)。按照取物裝置的不同可分為吊鉤起升機(jī)構(gòu)、電磁吸盤起升機(jī)構(gòu)和抓斗起升機(jī)構(gòu)。吊鉤和吊環(huán)是起重機(jī)中應(yīng)用最廣泛的取物裝置，在本課題中選用的是吊鉤起升機(jī)構(gòu)。
4.2 吊鉤電動起升機(jī)構(gòu)的布置方案
吊鉤電動起升機(jī)構(gòu)，它由電動機(jī)、制動器、減速器、卷筒、滑輪、鋼絲繩和吊鉤等組成。電動機(jī)經(jīng)過減速器減速后驅(qū)動卷筒旋轉(zhuǎn)，使鋼絲繩繞進(jìn)卷筒或由放出，從而使吊鉤升降。卷筒的正反向轉(zhuǎn)動是通過改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)向來達(dá)到的；而機(jī)構(gòu)運動的停止或使貨物保持在懸吊狀態(tài)是依靠制動器抱住制動輪來實現(xiàn)的。制動器通常裝在高速軸上，這樣所需要的制動力矩小，因而制動器的尺寸小、重量輕。根據(jù)上述的描述，可以對下列方案進(jìn)行選擇。
方案一： 電動機(jī)與卷筒并列布置的起升機(jī)構(gòu)
電動機(jī)與卷筒并列布置是大多數(shù)吊鉤起重機(jī)常用的起升機(jī)構(gòu)的形式，電動機(jī)通過三級標(biāo)準(zhǔn)減速器帶動卷筒轉(zhuǎn)動如圖4-1所示。并列式起升機(jī)構(gòu)分組性好，宜選用標(biāo)準(zhǔn)件，機(jī)構(gòu)布置勻稱，安裝維修方便，因而得到廣泛應(yīng)用。
圖4-1 平行軸線布置的起升裝置
1—減速器；2—制動器；3—帶制動輪的聯(lián)軸器；4—浮動軸；5—聯(lián)軸器；
6—電動機(jī)；7—卷筒；8—卷筒支座
方案二： 電動機(jī)與卷筒同軸布置的起升機(jī)構(gòu)
采用行星傳動可以實現(xiàn)電動機(jī)與卷筒同軸線布置如圖4-2所示。由于行星傳動的齒輪是圍繞著中心軸線布置的，形成圓筒形，因此可以將它置于卷筒內(nèi)部，使機(jī)構(gòu)布置十分緊湊，同時可以提高組裝性能，但加工精度和安裝要求較高，維修不太方便。由于行星傳動具有傳動比大，體積小、重量輕等優(yōu)點，在起重運輸機(jī)械上的應(yīng)用日益廣泛。
圖4-2 同軸線布置的起升裝置
綜合比較以上兩種布置方案，選擇方案一。
50t/10t橋式起重機(jī)是設(shè)有主副兩套起升機(jī)構(gòu)，一般當(dāng)起升重量超過12.5噸時除主起升機(jī)構(gòu)（主鉤）外，通常還設(shè)有副起升機(jī)構(gòu)（副鉤）。副起升機(jī)構(gòu)的構(gòu)造與主起升機(jī)構(gòu)相同，只有規(guī)格小一些，通常起重機(jī)起吊額定起重量的情況（用主鉤起吊）是比較少的，多數(shù)情況下是起吊一些比額定起重量小得多的貨物，這時用起升速度較高的副鉤起吊是比較經(jīng)濟(jì)的。所以這臺起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)布置如圖4-3所示。
圖4-3 主、副起升機(jī)構(gòu)布置
1—主起升機(jī)構(gòu) 2—副起升機(jī)構(gòu)
4.3 主起升機(jī)構(gòu)的計算
4.3.1 鋼絲繩直徑的選取
吊取額定起升載荷的貨物時繞上卷筒的鋼絲繩分支的最大靜拉力
（4-1）
式中 ——額定起升載荷 ——吊具的自重載荷
——繞上卷筒的鋼絲繩分支數(shù) ——滑輪組倍率
——滑輪組效率 ——導(dǎo)向滑輪效率
由
(4-2)
圖4-4 主起升鋼絲繩纏繞簡圖
按選擇系數(shù)C確定鋼絲繩直徑 （4-3）
其中C=0.114，則
（4-4）
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]選擇鋼絲繩型號6X19-26-155-I，則鋼絲繩直徑d=26mm，其破斷拉力必須滿足
（4-5）
（其中鋼絲繩的破斷拉力則 滿足 （4-6）
4.3.2 滑輪與卷筒的計算
1）滑輪、卷筒最小直徑的確定
為了確保鋼絲繩具有一定的使用壽命，滑輪、卷筒的直徑（自繩槽底部算起的直徑）應(yīng)滿足
（4-7）
式中h——與機(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲繩有關(guān)的系數(shù)h=25，則
（4-8）
取卷筒直徑D=800mm，滑輪直徑D=710mm。
從有利于傳動機(jī)構(gòu)方面看，卷筒直徑愈小愈有利，因為卷筒直徑小可以降低減速機(jī)構(gòu)的速比，可以選用較小的減速器，使機(jī)構(gòu)緊湊。
但是在起升高度很大時，常常為了不使卷筒太長，選用教大的卷筒直徑。
圖4-5 卷筒
2）卷筒的長度和厚度計算（圖4-5）
Ⅰ.卷筒長度
卷筒長度主要取決于起升高度和滑輪組倍率
（4-9）
其中 （4-10）
式中 H——起升高度
——卷筒卷繞直徑（鋼絲繩中心直徑），
N——附加安全圈數(shù)，使鋼絲繩繩尾受力減小便于固定，通常n=1.5～3圈
——螺旋槽節(jié)距，
則 取 (4-11)
長度為固定繩尾所需長度，依固定方式而言，一般為卷筒兩端空余部分的長度，根據(jù)需要決定，取
由鋼絲繩允許的偏斜角度和卷筒軸到動滑輪軸的最小距離決定，鋼絲繩允許偏斜度通常約為根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸決定； （4-12）
式中 ——吊鉤最高位置時滑輪線與卷筒軸線間的距離
通常在初步設(shè)計時，取=120mm
所以 L=2×（783+87+120）+120=2100mm (4-13)
Ⅱ.卷筒厚度
卷筒厚度可先按經(jīng)驗公式確定：
對于焊接鋼卷筒：=26mm， 然后進(jìn)行強度校核。
3）卷筒強度計算
卷筒在鋼絲繩拉力作用下，產(chǎn)生壓縮，彎曲和扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，其中壓縮應(yīng)力最大。當(dāng)L≤3D時，彎曲和扭轉(zhuǎn)的合成應(yīng)力不超過壓縮應(yīng)力的10%～15%，只計算壓應(yīng)力即可。
卷筒筒壁的最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在筒壁的內(nèi)表面，壓應(yīng)力按下式計算
（4-14）
式中 ——卷筒壁厚（mm） P——繩槽節(jié)距（mm）
——應(yīng)力減小系數(shù)，在繩圈拉力作用下，筒壁產(chǎn)生徑向彈性變形，使繩圈緊度降低，鋼絲繩拉力減小，一般取=0.75。
——許用壓應(yīng)力，鋼 ，為鋼的屈服極限。鋼材選用Q235-B，=225N/mm2，則=112.5 N/mm2。
則 =0.75×=53.36＜=112.5 N/mm2 （4-15）
能夠滿足條件。
4）卷筒的轉(zhuǎn)速
（4-16）
式中 ——轉(zhuǎn)速，單位r/min； ——起升速度，單位為m/min；
4.3.3 選擇電動機(jī)
1） 計算電動機(jī)的靜功率
（4-17）
式中 ——機(jī)構(gòu)總效率，=0.96×0.98×0.99×0.93=0.87，為卷筒效率=0.99， 為傳動效率，=0.92～0.94。采用閉式齒輪減速箱傳動作初步計算時，機(jī)構(gòu)總效率0.8～0.85。
2）選擇電動機(jī)功率
考慮起重機(jī)的類型、用途、機(jī)構(gòu)工作級別和作業(yè)特點，以及電動機(jī)的工作特性，同時為了滿足電動機(jī)起動和不過熱要求。按滿載起升計算所得的靜功率應(yīng)乘以穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)G，由此得到穩(wěn)態(tài)平均功率。根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]一般車間及倉庫用吊鉤式橋式起重機(jī)，起升機(jī)構(gòu)JC%取25%，機(jī)構(gòu)CZ值宜取150；穩(wěn)態(tài)負(fù)荷平均系數(shù)G取0.8。
除電動葫蘆外，起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)一般使用繞線異步電動機(jī)。繞線型異步電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)平均功率：
（4-18）
由上計算，根據(jù)參考文獻(xiàn)[16]初選電動機(jī)型號YZR315S-8，該電機(jī)在JC25%，CZ=150時，輸出功率P=68.385kw[1]，基準(zhǔn)工作制S3-40%時額定輸出功率=75kw，同步轉(zhuǎn)速=725r/min。
3)電動機(jī)的過載校驗
起動過載功率為 （4-19）
式中 H——系數(shù)，繞線型異步電動機(jī)取H=2.1 ——電動機(jī)個數(shù)
——電動機(jī)轉(zhuǎn)矩允許過載倍數(shù)，=2.8
電機(jī)過載利用率=56.6/75=75.5%，一般不超過105%則該電機(jī)通過過載試驗。
故選擇電動機(jī)型號為：YZR315S-8。
4.3.4 減速器的選擇
1）計算傳動比
（4-20）
選=50，三級傳動。
2）確定減速器的公稱輸入功率 ，
（4-21）
式中 ——計算功率 ——修正系數(shù)，一般=1.4
——工作機(jī)系數(shù)，根據(jù)工作機(jī)的載荷狀況和利用等級參照參考文獻(xiàn)[15] 選取
當(dāng)=750r/min，=50，根據(jù)參考文獻(xiàn)[14]查得=1000mm，=83.9kw， 與相近，校核后再確定。由參考文獻(xiàn)[14] 初選ZQA1000-50ⅢC。
3）校核減速器的最大負(fù)荷
電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩 （4-22）
由表查得，起升機(jī)構(gòu)=0.9
（4-23）
=83.9kw＞=67.5kw，滿足要求，
故選型ZQA1000-50ⅢCA。
4.3.5選擇制動器
1）制動器的選擇
制動器是保證起重機(jī)安全的重要部件，起升機(jī)構(gòu)的每一套獨立的驅(qū)動裝置至少要裝設(shè)一個支持制動器。支持制動器應(yīng)是常閉式的，制動輪必須裝在與傳動機(jī)構(gòu)鋼性聯(lián)結(jié)的軸上。起升機(jī)構(gòu)制動器的制動轉(zhuǎn)矩必須大于由貨物產(chǎn)生的靜轉(zhuǎn)矩，在貨物處于懸吊狀態(tài)時具有足夠的安全裕度，制動轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足下式要求：
（4-24）
根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]選取電力液壓塊式制動器，型號為YW（B）400-1250。
2)起動、制動時間驗算
Ⅰ、起動時間和起動平均加速度驗算
起動時間：
（4-25）
式中 n——電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min） ——電動機(jī)平均起動轉(zhuǎn)矩（），參照參考文獻(xiàn)[1]表2-2-8選取，
=（1.5～1.8）=（1.5～1.8）×987.93=1481.9～1778.3 （4-26）
——電動機(jī)靜阻力矩，
=930.44 （4-27）
——機(jī)構(gòu)運動質(zhì)量換算到電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量（）， （4-28）
——電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，在電動機(jī)樣本中查取，=7.22
——制動輪和聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量，=1.675+0.70=2.375
則 =1.15×（7.22+2.375）+=11.2 （4-29）
——推薦起動時間（s），見參考文獻(xiàn)[1]表2-2-9，=1.5s
s （4-30）
當(dāng)取=1.4s時，＜ ，可以滿足。
合適的起動時間依起升速度而定。對于一般起升速度不太大的起重機(jī)，≈0.5～2s。
起動時間是否合適，可根據(jù)起動平均加速度來判斷：
（4-31）
式中 ——起升速度（） ——平均升降加（減）速度推薦值（），見參考文獻(xiàn)[1]表2-2-10，=0.2。
＜=0.2 （4-32）
Ⅱ、制動時間和制動平均減速度驗算
滿載下降制動時間： （4-33）
式中 ——滿載下降時電動機(jī)轉(zhuǎn)速，通常取 =1.1=797.5
——制動器制動轉(zhuǎn)矩（），根據(jù)已選擇制動器的參考文獻(xiàn)[13]可查出
——滿載下降時制動軸靜轉(zhuǎn)矩（），按下式計算：=704.25 （4-34）
——下降時換算到電動機(jī)軸上的機(jī)構(gòu)總轉(zhuǎn)動慣量，按下式計算：
（4-35）
=1.15×（7.22+2.375）+=11.15
——推薦制動時間（s），≈。
=1.8s＜ （4-36）
制動時間長短與起重機(jī)作業(yè)條件有關(guān)。通?？稍谝欢ǚ秶鷥?nèi)對制動器調(diào)整，確定合適的制動力矩。最好的措施是電氣控制制動與機(jī)械支持制動合并使用。
制動平均減速度：
（4-37）
式中 ——滿載下降速度（），可取=1.1
無特殊要求時，下降制動時物品減速度不應(yīng)大于參考文獻(xiàn)[1]表2-2-10的推薦值。
＜=0.2 滿足 （4-38）
4.3.6選擇聯(lián)軸器
選擇的聯(lián)軸器安裝在高速軸上，依據(jù)所傳遞的扭矩、轉(zhuǎn)速和被聯(lián)接的軸徑等參數(shù)選擇聯(lián)軸器的具體規(guī)格，起升機(jī)構(gòu)中的聯(lián)軸器應(yīng)滿足下式要求：
（4-39）
式中 ——按正常工作下的正常載荷計算的軸傳最大扭矩，
（4-40）
（其中為電動機(jī)轉(zhuǎn)矩允許過載倍數(shù)，=2.8）
——聯(lián)軸器度系數(shù)重要程，對起升機(jī)構(gòu)=1.8
——選用齒輪聯(lián)軸器=1.25
則 T=1.8×1.25×（1871.8～2139.2）=4211.55～4813.2N?m （4-41）
1、一端與電動機(jī)軸相連的聯(lián)軸器
根據(jù)上面計算的數(shù)據(jù)，從參考文獻(xiàn)[1]選擇聯(lián)軸器的型號為：
2、一端與減速器高速軸相連的聯(lián)軸器
計算轉(zhuǎn)矩與上相同，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]，選擇的是帶制動輪的聯(lián)軸器，則聯(lián)軸器的型號為：大連起重機(jī)廠序號7，其中D=400，最大質(zhì)量=72
4.4 副起升機(jī)構(gòu)的計算
4.4.1 鋼絲繩直徑的選取
根據(jù)起重量10t，選擇雙聯(lián)齊升機(jī)構(gòu)滑輪組倍率為3。鋼絲繩纏繞方式如圖4-6。
（4-42）
根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]，=10t×9.8=98kN，=2.5%=2.5%×98=2.45kN，=3，x=2，=0.98，=0.98。
（4-43）
根據(jù)計算出的數(shù)值，由參考文獻(xiàn)[1]初選取鋼絲繩型號為：6X19-14-155-I，則鋼絲繩直徑=14。其破斷拉力必須滿足：
（其中，查表得）（4-44）
所以 ＞ 鋼絲繩滿足 （4-45）
圖4-6 副起升鋼絲繩纏繞簡圖
4.4.2 滑輪、卷筒的計算
1）滑輪、卷筒最小直徑（自繩槽底部算起）的確定
D≥（h-1）d=（25-1）×14=336 (4-46)
查標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選用滑輪的直徑D=400mm,卷筒的直徑D=400mm
2) 卷筒長度和厚度的計算
Ⅰ.卷筒的長度 (4-47)
==670 取=680 (4-48)
長度為固定繩尾所需長度，依固定方式而言，一般。為卷筒兩端空余部分的長度，根據(jù)需要決定，取=70
由鋼絲繩允許的偏斜角度和卷筒軸到動滑輪軸的最小距離決定，鋼絲繩允許偏斜度通常約為1：10，根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸決定；
(4-49)
通常在初步設(shè)計時，取=120
所以 L=2×（680+51+70）+120=1722 (4-50)
Ⅱ.卷筒厚度 卷筒厚度可先按經(jīng)驗公式確定：
對于焊接鋼卷筒：=14mm， 然后進(jìn)行強度校核。
3）卷筒的強度計算
卷筒筒壁的最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在筒壁的內(nèi)表面，壓應(yīng)力按下式計算
(4-51)
＜=112.5 能夠滿足要求 (4-52)
4）卷筒的轉(zhuǎn)速
(4-53)
式中 ——轉(zhuǎn)速，單位r/min； ——起升速度，單位為m/min；
——卷筒的卷繞直徑，=D+d=414。 (4-54)
4.4.3 電動機(jī)的選擇
1）選擇電動機(jī)型號
初選電動機(jī)可從求穩(wěn)態(tài)平均系數(shù)開始，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]表5-1-41一般車間及倉庫用吊鉤式橋式起重機(jī)，起升機(jī)構(gòu)JC%取25%，機(jī)構(gòu)CZ值宜取150；穩(wěn)態(tài)負(fù)荷平均系數(shù)G取0.8。起升機(jī)構(gòu)采用閉式齒輪減速箱傳動，機(jī)構(gòu)總效率取0.85。根據(jù)公式得
(4-55)
由上計算，根據(jù)參考文獻(xiàn)[16]初選電動機(jī)型號為 YZR200L-6。該電機(jī)在JC25%，CZ=150時，輸出功率=23.187kw，與相近，故滿足要求。該電機(jī)基準(zhǔn)工作制S3-40%時，額定輸出功率：=22，同步轉(zhuǎn)速：=1000
2）電動機(jī)的過載校驗
起動過載功率
==19.5 (4-56)
電動機(jī)過載利用率==88.6%＜105%， 所以該電動機(jī)通過過載試驗。
故選擇電動機(jī)的型號為：YZR200L-6。
4.4.4 減速器的選擇
1）計算傳動比
=31.6 (4-57)
根據(jù)上式計算所得，選取減速器的公稱傳動比=31.5，二級傳動。
2）確定減速器的公稱輸入功率 ，
22×1.0×1.3=28.6 (4-58)
當(dāng)=1000， =31.5，由參考文獻(xiàn)[14]初選ZQA650-31.5ⅢC，則 =650，減速器高速軸許用功率=34.4＞=28.6，滿足要求。
3）校核減速器的最大負(fù)荷，
(4-59)
(4-60)
由表查得=0.8，則
(4-61)
=34.4＞=19.8，滿足要求。
故選型號為：ZQA650-31.5ⅢCA。
4.4.5 選擇制動器
1）制動器的選擇
制動器一般安裝在高速軸上，以減小制動轉(zhuǎn)矩。制動轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足下式要求：
(4-62)
根據(jù)參考文獻(xiàn)[13]選擇電力液壓塊式制動器型號：YWZ4-300/50。
2）起動、制動時間驗算
Ⅰ、起動時間和起動平均加速度驗算
起動時間：
(4-63)
=（1.5～1.8）=（1.5～1.8）×217.95=326.92～392.3 (4-64)
——電動機(jī)靜阻力矩，
==252.55 （4-65）
——機(jī)構(gòu)運動質(zhì)量換算到電動機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量（）， （4-66）
——電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，在電動機(jī)樣本中查取，=0.67
——制動輪和聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量，=0.32+0.13=0.45
則 =1.15×（0.67+0.45）+=1.34 （4-67）
——推薦起動時間（s），見參考文獻(xiàn)[1]表2-2-9，=2s
s 取=1.4s （4-68）
合適的起動時間依起升速度而定。對于一般起升速度不太大的起重機(jī)，≈0.5～2s。
起動時間是否合適，可根據(jù)起動平均加速度來判斷：
（4-69）
＜=0.2，滿足。 （4-70）
Ⅱ、制動時間和制動平均減速度驗算
滿載下降制動時間：
（4-71）
式中 ——滿載下降時電動機(jī)轉(zhuǎn)速，通常取 =1.1=1060.4
——滿載下降時制動軸靜轉(zhuǎn)矩（），按下式計算：==214.6 （4-72）
——下降時換算到電動機(jī)軸上的機(jī)構(gòu)總轉(zhuǎn)動慣量，按下式計算：
（4-73）
=1.15×（0.67+0.45）+=1.33
——推薦制動時間（s），≈。
=1.4s＜ （4-74）
制動平均減速度：
（4-75）
則 ＜=0.2， 滿足。 （4-76）
4.4.6 聯(lián)軸器的選擇
起升機(jī)構(gòu)中的聯(lián)軸器應(yīng)滿足下式要求：
（4-77）
=411.796～470.624 （4-78）
則 （411.796～470.624）=926.541～1058.904 （4-79）
1、選擇與電動機(jī)相連的聯(lián)軸器
電動機(jī)與聯(lián)軸器相連的軸為錐形，所以選擇的聯(lián)軸器的軸孔一端必須為形軸孔。由之前確定的電機(jī)型號可查得電機(jī)軸的軸端最大直徑D=60。
根據(jù)以上得到的數(shù)值選取聯(lián)軸器型號為：
2、選擇與減速器相連的帶制動輪的聯(lián)軸器
選擇的聯(lián)軸器是與減速器的高速軸相連，由之前確定的減速器型號可查得，高速軸是錐形，最大軸端直徑D=60，及制動器D=300。
根據(jù)以上數(shù)值從參考文獻(xiàn)[1]選擇聯(lián)軸器型號為：大連起重機(jī)廠序號為3，其中D=300，最大質(zhì)量=27.6。
4.5 小結(jié)
起升機(jī)構(gòu)是用來實現(xiàn)貨物的升降，是不可缺少的部分。由于這臺起重機(jī)是帶有主副起升機(jī)構(gòu)的，在設(shè)計時采用平面布置，是一種普遍采用的方法，這樣布置也有一定的對稱性；采用分別驅(qū)動，具有布置方便，安裝和檢修容易。
本章實現(xiàn)了對起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計，完成了以下幾個方面的內(nèi)容：
1.完成了起升機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計及方案的選擇，并且利用AutoCAD軟件完成了起升機(jī)構(gòu)的布置平面圖。
2.完成了組成起升機(jī)構(gòu)的各個零部件的設(shè)計和計算，利用AutoCAD按照設(shè)計的尺寸把零件裝配起來，充分發(fā)揮了設(shè)計者的能動性，提高了機(jī)構(gòu)裝配設(shè)計的效率，并及時發(fā)現(xiàn)錯誤。
5 結(jié)論
5.1全文總結(jié)
到這里，本次的設(shè)計基本上接近尾聲了，通過將近三個月的來得努力，本課題的設(shè)計終于有了結(jié)果。
本論文是對橋式起重機(jī)進(jìn)行的設(shè)計，橋式起重機(jī)占起重機(jī)總數(shù)的首位，使用范圍很廣，可以使用在機(jī)械加工和裝配車間、倉庫和料場，主要用在車間為生產(chǎn)工藝過程服務(wù)。在經(jīng)過了方案研究和設(shè)計計算后，總結(jié)如下：
1.在第二章對橋式起重機(jī)有了全面的了解，擴(kuò)展了自己對與起重機(jī)方面的知識。
2.在第三章， 是通過比對從而確定總體的設(shè)計方案。它是非常重要的一個環(huán)節(jié)，選取了起重機(jī)從而度下面的起身機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。
3. 在第四章，是對起重機(jī)中的起升機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計計算。它是用來實現(xiàn)貨物的升降，是不可缺少的部分。而這臺起重機(jī)帶有主、副起升機(jī)構(gòu)，采用平面布置是非常普遍的；主、副機(jī)構(gòu)采用分別驅(qū)動，都裝有電動機(jī)；以上的布置的優(yōu)點是，方便，安裝和檢修容易。
4．根據(jù)提供的已知參數(shù)，采用分塊處理的方法，完成了各機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算。
5．用AutoCAD把起升機(jī)構(gòu)和小車運行機(jī)構(gòu)按照確定的布置方案，布置在同一個平面圖上，完成了總裝圖的繪制。用直觀的方法及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中不正確的地方，充分發(fā)揮了設(shè)計者的能動性，提高了機(jī)構(gòu)裝配設(shè)計的效率。
當(dāng)然，本課題的設(shè)計雖然實現(xiàn)的起重機(jī)中各機(jī)構(gòu)的基本要求，但還有很多不足的地方。
5.2展望
本課題只是對橋式起重機(jī)的機(jī)械部分作了研究，不能進(jìn)行生產(chǎn)。要設(shè)計一臺起重機(jī)還有很多工作要做。
1．橋架（金屬結(jié)構(gòu)）的設(shè)計是整臺起重機(jī)最復(fù)雜的，，在設(shè)計計算時不可避免的要涉及空間的超靜定問題，應(yīng)用手算方法實際上難以應(yīng)付如此復(fù)雜的分析和繁重的工作量。傳統(tǒng)的設(shè)計方法不得不作出各種各樣的簡化和假定，計算結(jié)果與實際情況與較大的出入，不得不加大安全系數(shù)給予補償。所以這些問題都要通由電子計算機(jī)來處理。
2．電氣設(shè)備包括所有能使起重機(jī)運轉(zhuǎn)的裝置。要對起重機(jī)進(jìn)行起降和移動都必須通過控制電氣設(shè)備才能得以實現(xiàn)。
起重機(jī)的設(shè)計是一個大工程。雖然我國的起重行業(yè)起步較晚，但是通過近幾十年來的發(fā)展，目前，國內(nèi)擁有了很多從事起重機(jī)設(shè)計和生產(chǎn)的公司。不僅滿足了國內(nèi)市場的需求，部分產(chǎn)品還打入了國際市場。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 張質(zhì)文主編，起重機(jī)設(shè)計手冊.北京：中國鐵道出版社，2001年
[2] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB3811-83 起重機(jī)設(shè)計規(guī)范.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 1983年
[3] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB6974-86 起重機(jī)械名詞術(shù)語.北京：中國標(biāo)注出版社，1986年
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[5] 大連起重機(jī)器廠編，起重機(jī)設(shè)計手冊.沈陽：遼寧人民出版社，1979年
[6] 楊長驥，付東明主編，起重機(jī)械.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992年
[7] 張質(zhì)文，劉全德主編，起重運輸機(jī)械.北京：中國鐵道出版社，1983年
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[9] 張質(zhì)文主編，起重運輸機(jī)械.北京：中國鐵道出版社，1983年
[10] 趙兵主編，重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn).北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998年；
[11] 成大先主編, 機(jī)械設(shè)計手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002年；
[12] 濮良貴，紀(jì)名剛主編，機(jī)械設(shè)計（第七版）.北京：高等教育出版社，2001年
[13] 電力液壓塊式制動器（產(chǎn)品手冊），江西華伍起重電器有限責(zé)任公司；
[14] 軟齒面減速器系列（產(chǎn)品手冊），江蘇省泰興減速機(jī)廠
[15] 硬齒面減速器系列（產(chǎn)品手冊），江蘇省泰興減速機(jī)廠
[16] 電動機(jī)系列（產(chǎn)品手冊），中國長江航運集團(tuán)電機(jī)廠
致 謝
一分耕耘一分收獲，經(jīng)過了為期三個月的努力終于完成這篇論文。從一開始在劉老師手中選中這個課題時，真是不知道要如何去完成它。在自己看來這無非是一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
在公司實習(xí)做這個課題時，帶領(lǐng)我實習(xí)的顧師傅給予了我很大的幫助-不管是工作還是學(xué)習(xí)。從他身上我深刻體會到作為一名合格的工程師所具備的態(tài)度·科研作風(fēng)·精神。這些無非是人生中一筆寶貴財富，因此我要衷心的感謝我的師傅。
在論文的撰寫過程中，雖然和指導(dǎo)老師劉老師見面的機(jī)會不多，但是老師同樣給予我很大的幫助。每次老師都會認(rèn)真地給我修改論文中存在的錯誤和不正確的地方，幫忙解決寫論文中遇到的難題。因此十分感謝劉老師。
于此同時，還有身邊很多的朋友和同學(xué)的關(guān)心、幫助讓我能夠得以順利的進(jìn)行，在此表示誠摯的謝意！