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學(xué)號：
畢業(yè)設(shè)計(論文)
題目：JQ50起重夾鉗設(shè)備的總體設(shè)計
作者： 屆 別： 2010屆
院別： 機械工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： 譚湘夫
專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 職 稱： 副教授
完成時間： 年 月 日
摘 要
本文首先對起重夾鉗技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用情況、國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及發(fā)展趨勢，通過對50kg起重機的設(shè)計方案的確定，包括針對本設(shè)計選取起重機的型號，確定為臂架式起重機，然后對起重機結(jié)構(gòu)的各個部件進行設(shè)計，包括夾持機構(gòu)、吊臂、鉗臂、軸、自動開關(guān)裝置和設(shè)備穩(wěn)定性分析等等的設(shè)計。采用了機械設(shè)計的一般設(shè)計方法，機械設(shè)計輔助軟件AutoCAD和Pro/e，設(shè)計制作出起重夾鉗設(shè)備，吊起重量達50Kg，起升速度達0.1m/s,運行速度達0.5m/s,搬運物體快速便捷，無卡殼，設(shè)備運行良好。
通過了解學(xué)習(xí)掌握夾鉗裝置的工作原理，對起重夾鉗裝置的結(jié)構(gòu)進行分類與分析，通過分析從而確定起重機設(shè)計方案夾鉗裝置的設(shè)計，傳動裝置方案的設(shè)計以及分析設(shè)備的穩(wěn)定性。
關(guān)鍵字：起重機；起重夾鉗；機構(gòu)設(shè)計；自動開關(guān)裝置；穩(wěn)定性
ABSTRACT
This paper firstly lifting clamp technology development and application, domestic and foreign development and development trend of 50kg crane, through the design scheme based on the determination of design, including selecting the model, determine crane for arm, then to pose crane components of the crane structure design, including holding mechanism, the arm, clamp arm, axle, automatic switch devices and equipment stability analysis and so on design. Adopted the general design method of mechanical design, mechanical design support software AutoCAD and Pro/e, design a lifting clamp device, lift the weight of hoisting speed, 50Kg of 0.1 m/s, operation speed reaches 0.5 m/s, handling objects without jam, fast and convenient, equipment operation is good.
By understanding learn clamp device's working principle, the structure of the crane clamp device classified and analysis, through the analysis to determine crane design scheme clamp device design, transmission device scheme design and analysis equipment stability.
Keywords: Lifting appliance； Clamping devices； Design of structure； Automatic
control device； Stability
38
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 起重機簡介 1
1.1現(xiàn)代起重機的特征和發(fā)展趨向 1
1.2國產(chǎn)起重機與國外產(chǎn)品的差距 5
2起重夾鉗簡介 7
2.1 國內(nèi)外起重夾鉗發(fā)展?fàn)顩r 7
2.2 常用夾鉗裝置的發(fā)展與應(yīng)用 7
2.3.1 螺桿夾緊式 8
2.3.2 夾鉗自重夾緊式 9
2.3.3 夾鉗裝置自重夾緊式 12
2.3.4 鋼繩張力附加夾緊式 13
3 設(shè)計目的及主要內(nèi)容 15
3.1 設(shè)計的基本內(nèi)容 15
3.2 設(shè)計目的 15
4 50kg 起重機的設(shè)計方案的確定 15
4.1 50kg起重機的設(shè)計思想 15
4.2 50kg起重機種類的選擇與確定 15
4.3 臂架式起重機的工作原理 16
4.4 50kg起重機電機的選擇 17
4.5 50kg起重機的傳動裝置方案的設(shè)計 17
4.5.1功率與效率 17
4.5.2速度 18
4.5.3外廓尺寸、質(zhì)量和成本 18
4.6 50kg起重機結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案 19
4.6.1起重機構(gòu)件的材料選擇 19
4.6.2 起重機構(gòu)件的設(shè)計方案 20
5 50 kg起重夾鉗主機的總體設(shè)計 21
5.1 起重夾鉗設(shè)計思想 21
5.2 50kg起重夾鉗工作原理 22
5.3 起重夾鉗的夾持機構(gòu) 22
5.4 吊臂的設(shè)計 22
5.4.1吊臂的材料的選擇 23
5.4.2吊臂的尺寸計算 23
5.5 鉗臂的設(shè)計 23
5.5.1鉗臂的材料的選擇 23
5.5.2鉗臂1的設(shè)計 23
5.5.3鉗臂2的設(shè)計 24
5.6 軸的設(shè)計 27
5.6.1軸的材料選擇 27
5.6.2主軸的設(shè)計 28
5.6.3軸1的設(shè)計 29
5.6.4軸2的設(shè)計 30
5.6.5吊軸的設(shè)計 30
6 起重夾鉗主要部件的工藝 31
6.1 吊臂的工藝 31
6.2 鉗臂的工藝 31
6.3 軸的工藝 31
7 自動開關(guān)裝置的設(shè)計 32
7.1自動開關(guān)裝置的材料選擇 32
7.2自動開關(guān)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 32
8 設(shè)備的穩(wěn)定性分析 34
8.1溫度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 34
8.2機械加工及整體裝配對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 34
9 潤滑劑的選擇 35
10 結(jié)論及前景 36
10.1 結(jié)論 24
10.2 前景 25
參考文獻 37
致 謝 38
湖南理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）
1. 起重機械簡介
起重機械是現(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。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、最費力的工作也由起重機械來完成；在核發(fā)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)重危害的作業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展．起重機械在不斷地完善和發(fā)展之中。
1.1現(xiàn)代起重機的特征和發(fā)展趨向
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大和自動化程度的提高，起重機在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。尤其是電子計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促使了許多跨學(xué)科的先進設(shè)計方法出現(xiàn)，推動了現(xiàn)代制造技術(shù)和檢測技術(shù)的提高。激烈的國際市場競爭也越來越依賴于技術(shù)的競爭。這些都促使起重機的技術(shù)性能進入嶄新的發(fā)展階段，起重機正經(jīng)歷著一場巨大的變革。
????我國正以前所未有的速度進入全球化國際競爭市場，中國的起重機制造業(yè)面臨著機遇與挑戰(zhàn)并存的新形勢。因此起重機的不斷發(fā)展和創(chuàng)新是關(guān)鍵?，F(xiàn)根據(jù)國內(nèi)外起重機的新理論、新技術(shù)和新動向，結(jié)合實例，簡要論述現(xiàn)代起重機的特征和發(fā)展趨向。
1、重點產(chǎn)品大型化、高速化、耐久化和專用化
????由于工業(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)過程中物料裝卸搬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，并對能耗和可靠性提出更高的要求。起重機已成為自動化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機不但要好用，容易維護，操作方便，而且安全性要好，故障要少，平均無故障工作時間要長?？煽啃允菄H市場產(chǎn)品競爭的焦點，國外許多大公司都制定了可靠性內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。我國起重機的性能要趕超世界先進水平，最關(guān)鍵的是要提高可靠性，使起重機具有優(yōu)異的耐久性、無故障性、維修性和使用經(jīng)濟性。
????目前世界上最大的浮游起重機起重量6500t，最大的履帶起重機起重量3000t，最大的橋式起重機起重量1200t，自動化立體倉庫堆垛起重機最大運行速度達240m／min。
????工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶需求的多樣性，使專用起重機的市場不斷擴大，品種也不斷更新，以特有的功能滿足特殊的需要，發(fā)揮出最佳的效用。冶金專用起重機，防爆、防腐、絕緣起重機和鐵路、船舶、車輛專用起重機的功能不斷增加，性能不斷提高，適應(yīng)性比以往更強。德國德馬格公司研制出一種飛機維修保養(yǎng)專用起重機，在國際市場上打開了銷路。這種起重機跨度大，起升高度大，停準(zhǔn)精度高。在起重小車下面安裝有可伸縮回轉(zhuǎn)的維修平臺，可到達飛機任一部位。隨著世界核電站的迅速發(fā)展，核電站專用起重機也得到相應(yīng)發(fā)展，如反應(yīng)堆室內(nèi)的環(huán)形橋式起重機在放射性環(huán)境中工作，用于起吊壓力容器頂蓋及堆內(nèi)構(gòu)件等危險載荷，要求可靠性高，安全性好，能自動精確定位和緩慢下放物品等，并有多種保護裝置和特殊安全裝置。
2、系列產(chǎn)品模塊化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化和實用化
????許多起重機是成系列成批量的產(chǎn)品，采用系統(tǒng)多目標(biāo)整體優(yōu)化方法進行起重機系列設(shè)計已成為發(fā)展重點，通過全面考慮性能、成本、工??藝、生產(chǎn)管理、制造批量和使用維護等多種因素對系列主參數(shù)進行合理匹配，以達到改善整機性能．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。
????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。由于提高了通用化程度，可使單件小批生產(chǎn)的產(chǎn)品改換成具有相當(dāng)批量的模塊生產(chǎn)，實現(xiàn)高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，降低制造成本。能以較少的模塊形式，組合成多品種多規(guī)格的起重機，滿足市場需求，增加競爭能力。
????德國德馬格公司生產(chǎn)的橋式起重機充分考慮了模塊化和組合化，使系列、整機、機構(gòu)、部件和零件互相之間的參數(shù)匹配，能力分布達到最為經(jīng)濟合理的搭配效果。利用起重量與起升速度的乘積為常數(shù)的方法使起升機構(gòu)主要部件達到最大限度的通用。再通過滑輪倍率的變化派生出更多的規(guī)格。5～125t橋式起重機系列，多種工作級別，只需4種基型的起重小車。該公司開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)車輪箱模塊系列，上面有多組聯(lián)接孔，可選裝不同型號的驅(qū)動單元，可組裝成臺車，可與金屬結(jié)構(gòu)件組合后用作各種橋式、門式起重機，巷道堆垛起重機或其它軌行式起重運輸機械的運行機械，其車輪有多種踏面形式可供選用。由于不受基距限制，組合靈活，用途廣泛。該公司的端梁標(biāo)準(zhǔn)模塊系列已經(jīng)商品化，與主梁之間采用摩擦環(huán)和高強度螺栓的連接方式，提高了互換性和尺寸精度，減少了接合面的加工量。與任一主梁都可快速有效相接。有適用于單梁或雙梁兩種形式的端梁模塊，根據(jù)起重量及跨度就可確定出適用的端梁型號。
3、通用產(chǎn)品小型化、輕型化、簡易化和多樣化
????有相當(dāng)批量的起重機是在一般的車間倉庫使用，要求并不很高，工作并不十分繁重。如何提高這些起重機的適用性，降低制造成本，是市場競爭能否獲勝的關(guān)鍵。考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可使整個建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價和使用維護費用。因此電動葫蘆橋式起重機和輕型梁式起重機會有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位一般用途橋式起重機。
????用戶的需求性促進了起重機的多樣性。起重機的系列參數(shù)范圍進一步擴大，功能選擇進一步增加，一機多用產(chǎn)品進一步得到發(fā)展，以增強應(yīng)變能力。在一般使用場合采用無線遙控操作的比例也將逐步增多。
????德國德馬格公司經(jīng)過長期的開發(fā)和創(chuàng)新，已形成一個輕型組合式標(biāo)準(zhǔn)起重機系列。整個系列由組合式工字形單梁、懸掛箱形單梁、角形小車箱形單梁和箱形雙梁多個品種組成。主梁與端梁相接共有15種形式，可適合不同建筑物和不同起吊物的要求。每種規(guī)格起重機都有三種單速及三種雙速可供任意選擇。操縱方式有地面手電門自行移動、手電門隨小車移動、手電門固定、遠紅外或無線電遙控、司機室固定、司機室隨小車移動、司機室自行移動等7種選擇，外加不同的導(dǎo)電形式，不同的電控形式，通過不同的組合，可搭配成百上千種起重機，充分滿足用戶不同的需求。這種起重機的另一最大優(yōu)點是輕型化，與國內(nèi)產(chǎn)品相比較，起重量32t，跨度?25.5m，國內(nèi)雙梁橋式起重機自重為46.4t，電動葫蘆橋式起重機自重為28.3t，而德馬格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％。
隨著起重機的不斷發(fā)展，我們公司的產(chǎn)品，能夠適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展，我們公司的智能超載限制器及科藍安控系統(tǒng)，作為起重機安全運行的保護神，可異地、遠程、實時監(jiān)控起重機的運行。
4.產(chǎn)品性能自動化、智能化、集成化和高效化
起重機的更新和發(fā)展,很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將自動化技術(shù)和機械傳動技術(shù)相結(jié)合,將先進的微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜通訊技術(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)自動化和半自動化。使起重機組成的物料搬運系統(tǒng)具有更高的柔性,以適應(yīng)未來多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式。 大型高效起重機的新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、可編程序控制器PLC、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測等設(shè)備組成。它賦于起重機以信息功能,可進行信息傳遞、處理及動力控制,大大提高了綜合自動化水平。目前控制方面重點發(fā)展吊具防偏防搖技術(shù),取物裝置自動取、卸物技術(shù),位置檢測及自動位置控制技術(shù),故障自診斷監(jiān)控技術(shù)等。
5.產(chǎn)品組合成套化、系統(tǒng)化、復(fù)合化和信息化
在起重機單機自動化的基礎(chǔ)上,通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng),通過中央控制室的控制,能與生產(chǎn)設(shè)備有機結(jié)合,能與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。這類起重機自動化程度較高,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貯、運算、邏輯判斷、變換等處理加工,進而向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制指令。這類起重機還具有較好的信息輸入輸出接口,實現(xiàn)信息全部、準(zhǔn)確、可靠地在整個物料搬運系統(tǒng)中的傳輸。起重機通過系統(tǒng)集成,能形成不同機種的最佳匹配和組合,取長補短,發(fā)揮最佳效用。目前重點發(fā)展的有工廠生產(chǎn)搬運自動化系統(tǒng),商業(yè)貨物配送集散系統(tǒng),集裝箱裝卸搬運系統(tǒng),交通運輸和郵電部門行包貨物的自動分揀與搬運系統(tǒng)等。
生產(chǎn)工程機械的美國卡特皮勒公司金屬結(jié)構(gòu)廠購置了一條以橋式起重機為主的物料自動搬運系統(tǒng),用以鋼板噴丸處理、自動切割和出入庫的自動裝卸運輸作業(yè),比原先采用單機操作工作效率提高65%。日本東芝浜川崎工廠采用由全自動橋式起重機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,為機床運送毛坯或?qū)⒓庸ず玫牧慵偷较乱还ば蚧騻}庫。這些在空間移動的搬運起重機代替了過去通常在地面行駛的自動導(dǎo)向搬運車,使車間地面面積得到充分利用。
6.產(chǎn)品設(shè)計微機化、精確化、快速化和全面化
隨著電子計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用和系統(tǒng)工程、優(yōu)化工程、價值工程、可靠性工程、創(chuàng)造工程和人機工程等現(xiàn)代設(shè)計理論的不斷發(fā)展,促使許多跨學(xué)科的現(xiàn)代設(shè)計方法出現(xiàn),使起重機的設(shè)計進入創(chuàng)新、高質(zhì)量、高效率的新階段。目前,計算機輔助設(shè)計(CAD)已逐步深入到設(shè)計的各個階段和設(shè)計工作所涉及的各個領(lǐng)域。不僅能利用計算機運算速度快、計算精度高、存儲信息量大和邏輯推理能力強等優(yōu)點代替人工進行方案選擇、計算分析與繪圖,而且還能通過人機交互,最大限度地發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造力和經(jīng)
驗。美國、德國、日本等一些起重機公司都廣泛應(yīng)用CAD,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)。
起重機是在復(fù)雜工況下工作的大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng),其動態(tài)性能受多種因素影響,運動參數(shù)與載荷不能用一個簡單的數(shù)學(xué)模型描述。以往多以靜態(tài)設(shè)計為主,局限性很大。國內(nèi)外近年來在起重機設(shè)計中采用了動態(tài)仿真設(shè)計新方法,用計算機對機構(gòu)與結(jié)構(gòu)在各種工況下承受載荷進行運動狀態(tài)及隨時間變化過程的仿真模擬,得到仿真輸出參數(shù)和結(jié)果,以此來估計和推斷實際運行的各種數(shù)據(jù)。
人機工程學(xué)把起重機、人和作業(yè)環(huán)境作為整個系統(tǒng)來研究,創(chuàng)造一種人與起重機最佳相互作用狀態(tài)。人機工程學(xué)在起重機上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在司機室的設(shè)計,包括司機室的合理布置,減輕司機疲勞和提高工作效率的措施,加強環(huán)境保護,減少灰塵和廢氣污染,減少司機室的振動和噪聲等。
隨著起重機的高速化和大型化,還需進一步深入開展對起重機載荷變化規(guī)律、動態(tài)特性和疲勞特性的研究。進一步開展對起重機整機及零部件的可靠性試驗研究,提供起重機新的設(shè)計方法和數(shù)據(jù)。極限狀態(tài)設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、有限元法、模塊化設(shè)計、反求工程設(shè)計、疲勞設(shè)計和健壯設(shè)計會更深入全面地得到應(yīng)用。
7.產(chǎn)品構(gòu)造新型化、美觀化、宜人化和綜合化
結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材和異型鋼,減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫,提高抗疲勞性能。采用各種高強度低合金鋼新材料,提高承載能力,改善受力條件,減輕自重和增加外形美觀。橋式類型起重機橋架大多采用箱形四梁結(jié)構(gòu),主梁與端梁采用高強度螺栓聯(lián)接,便于加工、運輸與安裝。在機構(gòu)方面進一步開發(fā)新型傳動零部件,簡化機構(gòu)。“三合一”運行機構(gòu)由于結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便、調(diào)整簡單并運行平穩(wěn),將成為起重機運行機構(gòu)的主流,減速器殼體、卷筒及滑輪等的制造都以焊代鑄,能減輕自重、增加承載能力和改
善加工制造條件。減速器齒輪采用硬齒面,以減小體積,提高承載能力,增加使用壽命。在電控方面開發(fā)性能好、成本低、可靠性高的調(diào)速系統(tǒng)和電控系統(tǒng),發(fā)展半自動和全自動操縱。采用機、電、儀、液一體化技術(shù),提高使用性能和可靠性,增加起重機的功能。有專家指出,未來的起重機驅(qū)動技術(shù),由于變頻調(diào)速系統(tǒng)越來越多地得到應(yīng)用,交流鼠籠電動機將會重新受到重視并被廣泛采用。今后會更加注重起重機的安全性,研制新型安全保護裝置和故障自動顯示裝置,并重視司機工作條件的改善。
8.產(chǎn)品制造柔性化、靈捷化、精益化和規(guī)模化
在激烈的市場競爭條件下,要提高起重機的市場占有率,確保起重機的高性能高質(zhì)量,并不斷推出新產(chǎn)品,生產(chǎn)企業(yè)必須具備市場變化的適應(yīng)能力和快速反應(yīng)能力。包括提高生產(chǎn)效率,提高和保持產(chǎn)品質(zhì)量的一致性,降低生產(chǎn)成本,縮短生產(chǎn)周期,加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代等。生產(chǎn)制造的柔性化是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,從適應(yīng)當(dāng)前單品種大批量生產(chǎn)方式向多品種小批量生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。生產(chǎn)制造的靈捷化是使產(chǎn)品生產(chǎn)與推向市場的準(zhǔn)備時間縮為最短,使企業(yè)機制能靈活向。生產(chǎn)制造的精益化是使生產(chǎn)過程勞動生產(chǎn)率不斷提高,保持產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,強調(diào)企業(yè)各部門相互密切合作。良好的生產(chǎn)機制和管理機制是企業(yè)發(fā)展的前提。起重機制造時廣泛采用計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)、計算機輔助制造(CAM)和柔性制造系統(tǒng)(FMS)。采用擠壓成型、沖壓成型、精密鑄造等少、無切削工藝,采用光電跟蹤切割技術(shù)、焊接機器人技術(shù)。充分利用加工中心和全自動數(shù)控機床,提高加工制造的自動化水平。制造手段的現(xiàn)代化是保持質(zhì)量穩(wěn)定,提高勞動生產(chǎn)率的前提。
1.2國產(chǎn)起重機與國外產(chǎn)品的差距
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。近期炒得沸沸揚揚的“徐工收購案”更是吸引了眾多業(yè)內(nèi)外人士的目光。那么，我國工程機械行業(yè)的競爭力究竟如何？同國外的對手相比，孰優(yōu)孰劣？有關(guān)專家以起重機產(chǎn)品為例，從四個方面進行了分析對比。
技術(shù)實力應(yīng)該說，我國起重機的制造技術(shù)還是位于世界前列的，眾多產(chǎn)品也在國內(nèi)外擁有廣闊的市場。然而，與歐美日等發(fā)達地區(qū)相比，我們的技術(shù)實力還是有一定差距的。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，級別超過200噸的履帶式起重機、超過100噸的汽車起重機大多要進行國際招標(biāo)采購，這說明目前國內(nèi)在這方面尚不具備大量生產(chǎn)的能力。歐洲起重機的平均噸位在800噸，而我國目前這一數(shù)字卻不到200。徐州重型機械公司的QUY300型履帶式起重機重臂最大起重量可達300噸，QAY200型全路面起重機額定起重量為200噸，這已是目前國內(nèi)之最，與利渤海爾、馬尼托瓦克等國際起重機行業(yè)巨頭在技術(shù)方面還有很大差距。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)由于技術(shù)能力所限，我國起重機在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上也不夠完善，難以同國外匹敵。中國國際招標(biāo)網(wǎng)的資料顯示，技術(shù)要求較高的全路面起重機和履帶式起重機這兩種產(chǎn)品在我國產(chǎn)能較低，目前只有徐州重機等少數(shù)幾家行業(yè)內(nèi)的龍頭企業(yè)具備一定的生產(chǎn)能力。而這兩種產(chǎn)品是起重機眾多類別當(dāng)中噸位最大的，其價格也遠遠高于普通的汽車或輪胎式起重機，這一領(lǐng)域國內(nèi)產(chǎn)能的匱乏使得我們不得不付給國外廠商更多的成本。
產(chǎn)業(yè)鏈條決定產(chǎn)品競爭能力的不只是技術(shù)研發(fā)的實力，處于產(chǎn)業(yè)鏈下游的制造業(yè)必將受制于上游產(chǎn)業(yè)的影響。在我國，鋼鐵企業(yè)的技術(shù)缺陷也給下游的工程機械行業(yè)發(fā)展造成了一定程度的制約，鋼材的硬度、彈性、延展性等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)直接關(guān)系到技術(shù)能否實現(xiàn)。同時，汽車工業(yè)的發(fā)展與起重機的關(guān)聯(lián)也十分密切，汽車底盤技術(shù)的成熟會對起重機承載能力的提高起到?jīng)Q定性的作用。然而，我國在這方面顯然不能同歐美日等發(fā)達國家相比。另外，下游的工程機械租賃產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)育階段，這也給起重機生產(chǎn)企業(yè)把握市場動向、完善售后服務(wù)帶來了更多的成本消耗。
進出口結(jié)構(gòu)從起重機的進出口結(jié)構(gòu)來看，我國起重機行業(yè)總體上以出口為主，貿(mào)易順差較大，尤其在亞洲有著非常廣闊的市場。盡管在技術(shù)上與歐美等國的競爭對手有一定差距，但是這并不影響我們成為起重機的制造大國。在中低端市場上，由于價格上的優(yōu)勢，我們擁有更多的市場份額，也涌現(xiàn)出了徐工，中聯(lián)浦沅這樣優(yōu)秀的民族品牌。
我國的起重機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。這也就是為什么凱雷對徐工的收購會引來如此大的反響，作為很有希望的民族產(chǎn)業(yè)，我們當(dāng)然不可能拱手相讓。
2 起重夾鉗簡介
2.1 國內(nèi)外起重夾鉗發(fā)展?fàn)顩r
夾鉗作為一種起重作業(yè)機具被廣泛應(yīng)用于冷、熱軋薄板廠，用來搬運各種半成品及成品鋼卷，是一種工作效率很高、適應(yīng)性極強、用途非常廣泛的起重設(shè)備，屬于冶金行業(yè)中的特種設(shè)備。按夾鉗在夾持物料的過程中有無輔助外力，可將其分為外力輔助式夾鉗和重力式夾鉗。外力輔助式央鉗是靠輔助外力實現(xiàn)對物料的夾持，不管貨物的尺寸如何，只要輔助設(shè)備工作得當(dāng)，這種夾鉗就能輕易地對其實現(xiàn)夾緊，它具有操作簡單、生產(chǎn)效率高、夾持力可調(diào)等特點。相對于外力輔助式夾鉗，重力式夾鉗只能靠夾鉗和物料的自重實現(xiàn)對物料的夾持，它具有安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低廉、不消耗動力能源、壽命較長等特點，因此得到了廣泛的應(yīng)用。
目前我國應(yīng)用較多的是重力式夾鉗，由于其初始夾緊力的產(chǎn)生是靠夾鉗和物料的自重實現(xiàn)的，如何用合適的力夾取物料，做到既能安全實現(xiàn)夾取，又避免鉗體的受力太大而導(dǎo)致鉗臂或物料的破壞就顯得非常重要了。以帶卷夾鉗為例，如果鉗口產(chǎn)生的夾持力不夠大，夾鉗夾持帶卷就不可靠；如果產(chǎn)生的夾持力太大，鉗臂的受力會很大，各鉗臂的強度也會要求很高，導(dǎo)致鉗體笨重：而且在夾持高溫帶卷時，夾持力太大時帶卷接觸面容易出現(xiàn)較大的塑性變形，而使其表面產(chǎn)生較深的壓痕，破壞了帶卷表面的完整性，給它的進一步加工帶來不必要的麻煩。
在我國，在吊夾裝置、液壓鋼卷夾鉗、重力式板坯夾鉗、電動平移式板坯夾鉗等方面進行過研究工作。相比對于國外，我們國家在夾鉗上的研究還是非常有限。
德國、美國、俄羅斯等國家，在央鉗的研究方面做得很好，這些國家很早就對各種鉗式取物裝置進行了理論和實驗研究。在我國，在吊夾裝置、液壓鋼卷夾鉗、重力式板坯夾鉗、電動平移式板坯夾鉗等方面進行過研究性工作。相對于國外，我們國家在夾鉗上的研究還是非常有限，特別是在重力式帶卷夾鉗上，很少進行系統(tǒng)性的研究。
2.2 常用夾鉗裝置的發(fā)展與應(yīng)用
夾鉗裝置是夾鉗起重機的取物裝置，它與起重機的幾個工作機構(gòu)配合，可從鑄錠車上擰斷湯道，夾取鋼錠，將鋼錠裝入均熱爐，再從均熱爐取出加熱后的鋼錠送進運錠車或直接放到棍道上運往初軋機。此外，夾鉗起重機還可用來撥移鋼錠車或夾上清爐耙清理爐底。夾鉗起重機在完成上述工藝程序時，由于運行速度較快，振動大，夾持的又往往是紅熱的鋼錠，因此夾鉗裝置的各個零部件除應(yīng)有足夠的強度外，還應(yīng)有良好的夾持性能，保證夾持的鋼錠不至從鉗口脫落。
夾鉗裝置夾持鋼錠的工作可靠性通常用夾緊系數(shù)K表示。K為夾鉗鉗尖對鋼錠側(cè)面的兩個水平作用力(央緊力)之和對鋼錠自重的比值，K值越大，鋼錠越不會從夾鉗中脫落下來。為了加大夾緊系數(shù)K，除應(yīng)提高夾鉗裝置的強度與剛性外，還應(yīng)設(shè)法尋求最為合理舶結(jié)構(gòu)形式，以免過多地增大夾鉗裝置的幾何尺寸和自重，影響起升機構(gòu)的電機功率或起升速度。因此合理地選擇及改進央鉗裝置的結(jié)構(gòu)形式是減小設(shè)備自重和提高夾鉗裝置工作可靠性的重要環(huán)節(jié)。
2.3.1 螺桿夾緊式
夾鉗裝置有4個起升動滑輪2， 每兩根鋼繩由起升卷筒經(jīng)起升動滑輪成對地固定到小車架上的平衡杠桿或平衡輪上。央鉗開圃機構(gòu)的驅(qū)動裝置設(shè)在上方， 由電機通過立式減速機瓤傘齒輪對傳動垂直螺桿4， 由具有內(nèi)螺紋可上下移動的套筒帶動拉桿， 使夾鉗啟閉。拉桿向上時夾鉗閉合，拉桿向下時，夾鉗在自重的作用下開啟。亦可設(shè)計成使拉桿帶動夾鉗上方的連桿， 當(dāng)拉桿向上時夾鉗閉合， 拉桿向下時夾鉗張開如圖2.3.1的右邊小圖。
為了保持央鉗對鋼錠的穩(wěn)定夾持力， 在開閉機構(gòu)自 底座上方裝有彈簧裝置，彈簧的壓力越大，夾鉗對鋼錠的夾緊力就越大。為了防止機構(gòu)過載， 在立式減速機上設(shè)有極限力矩保護裝置。在確定彈簧壓力時， 除應(yīng)根據(jù)電機功率、傳動裝置的傳動比， 螺桿螺紋導(dǎo)角、夾鉗鉗桿的傳動比及傳動效率等因素外， 還與各運動物件運動時的慣量有關(guān)。此外， 它還應(yīng)根據(jù)極限力矩保護裝置的設(shè)計值及其在使用過程中的穩(wěn)定性決定。螺桿夾緊式夾鉗裝置的夾鉗鉗桿自重對夾緊力的影響甚小。在不同的鉗口開度， 鋼錠的自重對夾緊力雖有一定影響，但占的比重不大。這種夾鉗裝置的夾緊力主要是由機構(gòu)傳動
在螺桿中產(chǎn)生軸向力帶動夾鉗鉗桿產(chǎn)生的。夾鉗的回轉(zhuǎn)機構(gòu)裝于夾鉗裝置翼架的下方， 通過嚙合齒輪帶動夾鉗回轉(zhuǎn)。為了防止機構(gòu)在刮渣時過載， 機構(gòu)也設(shè)有極限力矩保護裝置。其結(jié)構(gòu)形式如圖2.3.1。
圖2.3.1
2.3.2 夾鉗自重夾緊式
按照連接夾鉗鉗桿的銷軸數(shù)量和結(jié)構(gòu)， 夾鉗裝置可分為如圖2.3.a 所示的單銷軸式，圖2.3.2 b所示的雙銷軸式和圖2.3.2 c 所示的雙銷軸軸距可調(diào)式。單銷軸夾鉗裝置結(jié)構(gòu)較簡單，但適用的有效開度較小，雙銷軸的適用于較大的鉗口開度，在導(dǎo)槽曲線和夾鉗鉗桿兩段長度比不變的情況下，雙銷軸式的夾緊系數(shù)較大。雙銷軸可調(diào)式夾鉗裝置適用于鋼錠尺寸變動范圍較大的情況，軸距的調(diào)節(jié)可以用人工，亦可用機械 前者費工費時，且在高溫時進行調(diào)節(jié)的勞動條件很差，后者可以無級調(diào)距， 但需增加一套傳動裝置，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。在夾鉗自重夾緊式夾鉗裝置中，革銷軸式的應(yīng)用最為普遍，單銷軸夾鉗裝置有兩個起升動滑輪，每根鋼繩由起升卷筒經(jīng)起升動滑輪固定到小車架平面上的拉桿上面。當(dāng)中的啟閉鋼繩由啟閉卷筒經(jīng)啟閉動滑輪纏繞到起升卷筒上，它與起升鋼繩有相同的纏繞中徑。夾鉗的動作原理是：當(dāng)夾鉗處于張開狀態(tài)時，夾鉗的重量由啟閉鋼繩支承，而夾鉗裝置的其它部分，如：導(dǎo)槽架、立柱、橫粱等的重量壘由起升鋼繩支承。夾鉗須閉合時，由啟閉機構(gòu)。
將啟閉鋼繩下放，讓啟閉動滑輪下降，與動滑輪用拉桿和鏈條相連接的鉗銷軸隨之下降， 夾鉗因而下降。由于夾鉗鉗桿上部的滾予是沿著八字形導(dǎo)槽向下滾動的， 夾鉗因而閉臺。當(dāng)鉗尖接觸到鋼錠側(cè)面時，雖然啟閉機構(gòu)可能繼續(xù)使啟閉動滑輪下降，但夾鉗及鉗銷軸已不能繼續(xù)下降，這時為了防止因鋼繩松弛而脫槽， 在拉桿和鉗銷軸之間采用了焊接鏈連接，用來保證必要的柔性環(huán)節(jié)。夾鉗的開啟過程就是閉合運動的逆過程。為了防止啟閉機構(gòu)在使夾鉬向上運動時夾鉗鉗桿上部滾子與八字形導(dǎo)槽頂部接觸時機構(gòu)出現(xiàn)過載，在啟閉機構(gòu)設(shè)有極限力矩保護裝置。夾鉗裝置的起升運動是使起升卷筒以相同的速度纏繞起升鋼繩和啟閉鋼繩，起升動滑輪與啟閉動滑輪間相對位置不變，因而夾鉗裝置不論處于任何高度，夾鉗的鉗口開度也不會變化。當(dāng)用夾鉗裝置央取鋼錠時，先下放夾鉗，使鉗夾與鋼錠側(cè)面接觸，并使鏈條呈松弛狀態(tài)。起升機構(gòu)動作時，起升動滑輪帶動上橫粱、立柱及導(dǎo)飴架一起上升。開始時，夾鉗上部滾子與導(dǎo)槽之間存在相對運動，當(dāng)導(dǎo)槽架上升到某一高度后，夾鉗開始夾緊鋼錠， 滾子與導(dǎo)槽之間不再出現(xiàn)相對運動，由夾鉗帶著鋼錠與導(dǎo)槽架一起上升。在夾鉗夾住鋼錠、起升機構(gòu)起升鋼錠前，夾鉗的夾緊力主要是夾鉗的自重產(chǎn)生的，此時的夾緊力稱為初始夾緊力。夾鉗的白重越大，初始夾緊力就越大。在夾鉗自重不變的情況下，夾緊力的大小只與夾鉗的幾何尺寸、鉗口開度及導(dǎo)向槽的曲線形狀有關(guān)。當(dāng)夾鉗夾住鋼錠，導(dǎo)槽架帶動夾鉗和鋼錠一齊起升時，夾緊力是由夾鉗和鋼錠的重量共同構(gòu)成的。為了使夾鉗裝置工作可靠，設(shè)計常取夾緊系數(shù)K≥1．8～2．0。起升機構(gòu)與啟閉機構(gòu)是完壘獨立的兩個機構(gòu)，它們可以單獨工作，亦可同時動作。在實際工作時，夾鉗起重機所夾取的鋼錠品種和規(guī)格是多種多樣的，即使是同一品種和規(guī)格的鋼錠，由于鉗口與鋼錠側(cè)面的接觸位置不同，或夾鉗夾取鋼錠的開度不同，夾緊系數(shù)常常是變化的。為了工作可靠，應(yīng)使夾鉗在任何開度時的夾緊系數(shù)都保持足夠大的值，這可由設(shè)計特殊的導(dǎo)槽曲線來實現(xiàn)。但是這種曲線不論在設(shè)計和制造時都是困難的，通常簡單地選用槧一等半徑的曲線。此種夾鉗裝置的回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)于小車架上，通過蝸輪蝸桿減速機、長的方形立軸及齒輪對使夾鉗裝置回轉(zhuǎn)。為防止機構(gòu)在回轉(zhuǎn)刮渣時過載，機構(gòu)設(shè)有極限力矩保護裝置。
圖2.3.2 a單銷軸夾鉗自重夾緊式夾鉗裝置
圖2.3.2b 雙銷軸夾鉗自重夾緊式夾鉗裝置
圖2.3.2c 雙銷軸軸距可調(diào)式自重夾緊式夾鉗裝置
2.3.3 夾鉗裝置自重夾緊式
夾鉗裝置自重夾緊式夾鉗裝置的結(jié)構(gòu)型式見圖2.3.3。夾鉗裝置有4個起升動滑輪，每兩根起升鋼繩由起升卷筒經(jīng)起升動滑輪成對地固定到小車架上的平衡滑輪上。兩根啟閉鋼繩由啟閉卷筒經(jīng)啟閉動滑輪纏繞到起升卷筒上， 它們與纏繞在起升卷筒上的起升鋼繩有相同的纏繞中徑。
夾鉗在閉臺時，原來張開的夾鉗裝置重量支承在啟閉鋼繩上，當(dāng)啟閉機構(gòu)下放鋼繩耐，啟閉動滑輪3及外部滑塊2下降，夾鉗裝置的立柱及鉗銷軸因而下降，起升動滑輪與鉗銷軸問的距離變大，夾鉗開始閉合 當(dāng)夾鉗尖接觸到鋼錠側(cè)面時，閉臺動作停止，立柱亦不再下降，啟閉機構(gòu)繼續(xù)下放鋼繩，夾鉗裝置的重量通過鉗銷軸懸掛在起升鋼繩上，從而產(chǎn)生初始夾緊力。夾鉗的張開運動是閉合運動的通過程，當(dāng)啟閉機構(gòu)動作時，滑塊的移動量由限位開關(guān)控制。為了減小滑塊上升時與立柱的沖擊， 在其間裝有彈簧緩沖器夾鉗裝置起升時，起升卷筒以相同的速度卷繞啟閉鋼繩和起升鋼繩，因而啟閉動滑輪與． 起升動滑輪閥的距離不變，夾鉗的開度也不變。如果夾鉗已夾住鋼錠，此時因滑塊已與立柱脫離，夾鉗裝置及鋼錠的壘部重量支承在起升鋼繩上并產(chǎn)生最大夾緊力。這起升機構(gòu)與啟閉機構(gòu)也是獨立的機構(gòu)，它們可以分別動作或
同時動作。回轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)在立柱最上方， 電機通過減速機傘齒輪對、立柱及立柱下方的內(nèi)齒輪使夾鉗回轉(zhuǎn)。
圖2.3.3 夾鉗裝置自重夾緊式夾鉗裝置
2.3.4 鋼繩張力附加夾緊式
鋼繩張力附加夾緊式央鉗裝置的結(jié)構(gòu)型式見圖2.3.4。
在夾鉗裝置中有8個起升動滑輪和4個起升定滑輪，在4根起升鋼繩中，每兩根鋼繩由起升卷筒經(jīng)過內(nèi)側(cè)的兩個動滑輪，依次繞過起升定滑輪，外側(cè)起升動滑輪， 固定到小車架上的平衡滑輪上。兩極啟閉鋼繩由啟閉機構(gòu)卷筒繞過啟閉動滑輪纏繞到起升巷筒上，它們與起升鋼繩有相同的繩繞中徑。夾鉗須閉合時：憲鉗處于張開狀態(tài)的夾鉗裝置的重量支承在啟閉鋼繩上。當(dāng)啟閉機構(gòu)下放鋼繩，啟閉動滑輪及其外部的滑塊下降，夾鉗裝置的立柱、鉗銷軸及起升定滑輪隨之下嘴 。由于起升動猾輪與定滑輪間鋼繩數(shù)為開閉鋼繩的兩倍， 起升動滑輪以啟閉動滑輪一半的速度下降。起升動滑輪與鉗銷軸距離變大，夾鉗開始閉合 當(dāng)鉗夾接觸到鋼錠側(cè)面時，閉合動怍停止，立柱不再下降， 啟閉機構(gòu)繼續(xù)下放鋼繩， 夾鉗裝置便通過鉗銷軸懸掛到起升鋼繩上。
與夾鉗裝置自重夾緊式根比 在啟閉鋼繩下放速度樞同的情況下， 鋼繩張力附加夾緊式的夾鉗閉合速度為夾鉗裝置自重夾緊式的一半。由于在裝置中增淡了起升動滑輪和定滑輪的纏繞系統(tǒng)， 該復(fù)滑輪組中的鋼繩張力增大了夾鉗的夾緊力， 使用于夾鉗閉合的有效重量為夾鉗裝置自重夾緊式的兩倍， 因而韌姑夾緊力亦為夾鉗裝置自重夾緊式的兩倍。當(dāng)夾鉗須張開時， 啟閉機構(gòu)向上升方向運動， 卷筒卷繞鋼繩使啟閉動滑輪及滑蚨上升。當(dāng)滑塊碰到上部立柱時， 滑塊帶著立柱上升，夾鉗開始張開， 夾鉗裝置曲重量作用在啟閉鋼繩上。與夾鉗閉合情況相同，夾鉗張開速度亦為夫鉗裝置自重夾緊式的一半。當(dāng)夾鉗須起升對，啟閉機構(gòu)不動作，超升卷筒以相同的速度纏繞啟閉鋼繩和超升鋼繩，不改變啟閉動滑輪與起升動滑輪間的距離， 夾鉗開度不會變化。如果夾鉗已夾住鋼錠，此時滑塊已與立柱脫離，夾鉗裝置及鋼鍵的重量全部作用在起升鋼繩上，并產(chǎn)生最大夾緊力，夾緊力為夾鉗裝置自重夾緊式的二倍。為了提高生產(chǎn)率，使啟閉機構(gòu)與夾鉗裝置自重夾緊式的有相同的啟閉速度，鋼繩張力附加夾緊式的啟閉鋼繩纏繞速度應(yīng)比夾鉗裝置自重夾緊式的快一倍。在此起升機構(gòu)與啟閉機構(gòu)亦為獨立的機構(gòu)，可以分別動作，亦可同時動作，其回轉(zhuǎn)機構(gòu)亦設(shè)在立柱的最上方，電機通過立式減速機、傘齒輪對、立軸及立柱下方的內(nèi)齒輪對嚙臺使夾鉗回轉(zhuǎn)。為防止機構(gòu)在回轉(zhuǎn)刮渣時過戴。機構(gòu)亦設(shè)有極限力矩裝置。
圖2.3.4 鋼繩張力附加夾緊式夾鉗裝置
3 設(shè)計目的及主要內(nèi)容
3.1 設(shè)計的基本內(nèi)容
通過上網(wǎng)搜索技術(shù)資料、到圖書館查閱文獻、到機器制造有限公司實習(xí)搜集資料以及技術(shù)專家交流學(xué)習(xí)等方式，了解國內(nèi)外各種已經(jīng)生產(chǎn)的夾鉗，理解起重夾鉗的基本工作原理，從而在此基礎(chǔ)上設(shè)計出JQ50起重夾鉗設(shè)備。
3.2 設(shè)計目的
（1）了解國內(nèi)外起重夾鉗技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用情況；
（2）掌握夾鉗裝置的工作原理、夾鉗裝置的工作要求及性能；
（3）確定起重機總體設(shè)計方案；
（4）給出傳動裝置方案的設(shè)計；
（5）進行夾鉗裝置的設(shè)計；
（6）完成設(shè)備穩(wěn)定性分析。
4 50kg 起重機的設(shè)計方案的確定
4.1 50kg起重機的設(shè)計思想
(1)根據(jù)起重機的使用要求來選擇起重機的類型；
(2)根據(jù)起重機的工作要求，計算作用在起重機各部件上的載荷；
(3)根據(jù)起重機整個部件的類型，結(jié)構(gòu)和所受載荷，分析起重機各部件可能的實效形式,從而確定起重機各部件的設(shè)計準(zhǔn)則；
(4)根據(jù)起重機各部件的工作條件選擇適當(dāng)?shù)牟牧希?
(5)根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則進行有關(guān)的計算,確定起重機各部件的基本尺寸；
(6)根據(jù)工藝性標(biāo)準(zhǔn)等原則進行起重機各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計；
(7)細節(jié)設(shè)計完成后，必要時進行詳細的校核計算，以判定結(jié)構(gòu)的合理性；
(8)畫出起重機的總體裝配圖。
4.2 50kg起重機種類的選擇與確定
起重機械按其功能和結(jié)構(gòu)特點，大致可以分為下列4大類：
（1）輕、小型起重設(shè)備
輕小型起重設(shè)備的特點是輕便、結(jié)構(gòu)緊湊，動作簡單，作業(yè)范圍投影以點、線為主。輕、小型起重設(shè)備，一般只有一個升降機構(gòu)，它只能使重物作單一的升降運動。電動葫蘆常配有運行小車與金屬構(gòu)架以擴大作業(yè)范圍。
（2）橋式起重機
橋式起重機是橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機，又稱天車。橋式起重機的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運行，構(gòu)成一矩形的工作范圍，就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。
（3）臂架式起重機
臂架式起重機包括：起升機構(gòu)、變幅機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。依靠這些機構(gòu)的配合動作，可使重物在一定的圓柱形空間內(nèi)起重和搬運。臂架式起重機多裝設(shè)在車輛上或其他形式的運輸（移動）工具上，這樣就構(gòu)成了運行臂架式旋轉(zhuǎn)起重機。如汽車式起重機、輪胎式起重機、塔式起重機、門座式起重機、浮式起重機、鐵路起重機等。
（4）升降機
升降機的特點是重物或取物裝置只沿導(dǎo)軌升降。升降雖只有一個升降機構(gòu)，但在升降機中，還有許多其他附屬裝置，所以單獨構(gòu)成一類，它包括：電梯、貸梯、升船機等。
由上四種類型，結(jié)合50kg 起重機的載荷較輕，但需要實現(xiàn)垂直升降和水平運移，在此篇論文中我選擇第三種類型——臂架式起重機。
4.3 臂架式起重機的工作原理
1-底座 2-電動機1 3-電動機2 4-皮帶輪 5-起重滑輪 6-吊臂 7-吊臂支柱
圖4.3 起重機總體裝配圖
臂架式起重機是通過起升機構(gòu)來實現(xiàn)貸物的升降，通過擺動機構(gòu)來實現(xiàn)貸物的水平運移。
由圖4.3所示，電動機2通過鋼絲繩卷與起重滑輪3結(jié)合帶動鋼絲繩上的貸物升降運動，電動機1通過皮帶輪6帶動吊臂支柱7水平運移同時鋼絲繩上的貸物也水平運移。
機構(gòu)停止工作時，制動器使夾鉗連同貸物懸停在空中。夾鉗的升降靠電動機2改變轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)，夾鉗的水平運移靠電動機1改變轉(zhuǎn)向來實現(xiàn)。
4.4 50kg起重機電機的選擇
對任何需要配備傳動裝置或執(zhí)行機構(gòu)的電子設(shè)備而言，電氣傳動是最為理想和方 便的一類。其中控制電機和一些交、直流小功率電機的應(yīng)用最為廣泛。
根據(jù)50 kg 起重機的工作條件，結(jié)合實際經(jīng)驗對電動機的容量進行選擇，主要從載荷和工作速度兩方面。該論文設(shè)計的起重機用來配合5 0k g 起重夾鉗來進行工作，所以起吊速度不能太快，結(jié)合實際經(jīng)驗工作速度取0.1m /s較為合理。
根據(jù)已知條件由計算得知工作機所需有效功率：
通過電機機械手冊查表得：有4 0w ～6 0w 的電機，例如YS5614就是一個50 W的電機。
4.5 50kg起重機的傳動裝置方案的設(shè)計
根據(jù)工作原理的不同,可將傳動分為兩類：機械傳動；電傳動。本論文所涉及的是機械傳動,具體可以分為帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動和蝸桿傳動。
當(dāng)設(shè)計傳動時，如傳遞的功率P 、傳動比i和工作條件已定，則不同類型的傳動各有其優(yōu)缺點。選擇傳動類型時所依據(jù)的主要指標(biāo)是：效率高、外廓尺寸小，質(zhì)量小，運動性能良好及符合生產(chǎn)條件（生產(chǎn)可能性、預(yù)期的生產(chǎn)率及生產(chǎn)成本）等。至于在具體情況下，究竟選擇哪種傳動類型，只有綜合對比若干方案技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)后才能做出結(jié)論。
4.5.1功率與效率
各類傳動所能傳遞的功率取決于其傳動原理、承載能力、載荷分布、工作速度、制造精度、機械效率和發(fā)熱情況等因素。
一般地說，嚙合傳動傳遞功率的能力高于摩擦傳動；蝸桿傳動工作的發(fā)熱情況較為嚴(yán)重，因而傳遞的功率不宜過大；摩擦輪傳動由于必須具有足夠的壓緊力，故在傳遞同
一圓周力時，其壓軸力要比齒輪傳動的大幾倍，因而一般不宜用于大功率的傳動；鏈傳動和帶傳動為了增大傳遞功率的能力，必須增大鏈條和帶的截面面積或排數(shù)（根數(shù)），這就要受到載荷分布不均的限制；齒輪傳動在較多的方面優(yōu)于上述各種傳動，因而應(yīng)用也就最廣。
不斷提高傳動的效率，就能節(jié)約動力，降低運轉(zhuǎn)費用。效率的對立面是傳動中的功率損失。在機械傳動中，功率的損失主要由于軸承摩擦、傳動零件間的相對滑動和攪動潤滑油等原因，所損失的能量絕大部分轉(zhuǎn)化熱。為如果損失過大，將會使工作溫度超過允許的限度，導(dǎo)致傳動的失效。因此，效率低的傳動裝置一般不宜用于大功率的傳動。
各種傳動傳遞功率的范圍及效率概值見表1。
表4.5.1 各種傳動傳遞功率的范圍及效率概值
傳動類型
功率P/k W
效率η(未計入軸承中摩擦損失)
使用范圍
常用范圍
閉式傳動
開式傳動
圓柱齒輪及錐齒輪傳動
極小～60 000
—
0.96 ～0.99
0.92 ～0.95
蝸桿傳動
可達800
20 ～50
自鎖的
0.40～0.45
0.30 ～0.35
非自鎖的，蝸桿頭數(shù)為：
z 1=1、2
2
4、6
0.70 ～0.80
0.60 ～0.70
0.80 ～0.85
—
0.85 ～0.92
—
鏈傳動
可達4 000
100以下
0.97 ～0.98
0.90 ～0.93
帶傳動：
平帶
V帶
同步帶
摩擦輪傳動
1～3 500
20 ～30
—
0.94～0.98
可達1 000
50 ～100
—
0.92～0.97
可達300
10 以下
—
0.95 ～0.98
很少至200
20 左右
0.90～0.96
0.80 ～0.88
4.5.2速度
速度是傳動的主要運動特性之一。提高傳動速度是機器的重要發(fā)展方向。表示傳動速度的參數(shù)是最大圓周速度和最大轉(zhuǎn)速。傳動速度的提高，在不同傳動形式中要受到不同因素的限制，例如載荷、傳動的熱平衡條件、離心力及振動穩(wěn)定性等。
表4.5.3中給出了各類傳動一般的速度范圍，以供參考。
4.5.3外廓尺寸、質(zhì)量和成本
傳動的外廓尺寸和質(zhì)量與功率和速度的大小密切相關(guān),也與傳動零件材料的力學(xué)性能有關(guān)。但當(dāng)這些條件一定時，傳動裝置的外廓尺寸和質(zhì)量基本上取決傳動的形式。在大傳動比的多級傳動中，傳動比的分配對外廓尺寸有著很大的影響。
傳動比是傳動的運動特性之一。各類傳動用于單級減速及單級增速時的傳動比（主動輪與從動輪的轉(zhuǎn)速比）參考值見表2。
表4.5.3 各類傳動的最大允許速度、轉(zhuǎn)速與傳動比（參照值）
傳動類型
最大允許速度
最大允許轉(zhuǎn)速
減速傳動比
普通平帶傳動
≤25 (30 )
≤3(5)
高質(zhì)量皮革帶傳動
35 ～40
7 000 ～8 000
≤5
特殊高質(zhì)量的織造的平帶傳動
到
60 000
≤5
鋼帶傳動
80 ～100
－
≤5
V帶傳動
普通V帶
窄V帶
25 ～30
12 000
≤8(15 )
35 ～40
15 000
≤8(15 )
同步帶傳動
50 ～100
20 000
≤10 (20 )
鏈傳動
4 0
8000 ～10000
≤6(10)(滾子)≤1 5(齒形)
6級精度直齒圓柱齒輪傳動
到20
＜30 000
5(8)
6級精度非直齒圓柱齒輪傳動
到50
30 000
5(8)
5級精度直齒圓柱齒輪傳動
到120
30 000
5(8)
蝸桿傳動
1 5～3
≤40 (80 )
摩擦輪傳動
15 ～25
≤5(15 )
綜上所述，從效率、外廓尺寸，質(zhì)量，運動性能及生產(chǎn)條件等方面來考慮在50kg 起重機中選擇V帶傳動較為合理。由于電機的額定速度較大，而工作速度較小，可以采用多級V帶傳動來減速而達到所需速度。
4.6 5 0kg起重機結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案
4.6.1起重機構(gòu)件的材料選擇
任何設(shè)計都是與材料離不開的，在設(shè)計起重機結(jié)構(gòu)與部件之前，我們先要選擇一種比較合適的材料。
首先我們要介紹一下各類材料的性能和材料的一些基本知識。普通碳素結(jié)構(gòu)鋼又稱普通碳素鋼。與優(yōu)質(zhì)碳素鋼相比，對含碳量、性能范圍以及磷、硫和其他殘余元素含量的限制較寬。我國和某些國家根據(jù)交貨的保證條件，把普通碳素鋼分為三類：甲類鋼（A類鋼），只保證力學(xué)性能，不保化證學(xué)成分；乙類鋼（B類鋼），只保證化學(xué)成分不保證力學(xué)性能；特類鋼（C類鋼），既保證化學(xué)成分，又保證力學(xué)性能。特類鋼常于制造較重要的結(jié)構(gòu)件。
一、碳鋼牌號的表示方法
(1)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由屈服點“屈”字漢語拼音第一個字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D）及脫氧方法符號（F、b、Z）等四部分依次按順序組成。其中質(zhì)量等級按A、B、C、D順序依次增高，F(xiàn)代表沸騰鋼，b代表鎮(zhèn)靜鋼，代表鎮(zhèn)靜鋼等。如Q235 -A·F表示屈服強度為235M p a的A級沸騰碳素結(jié)構(gòu)鋼。
(2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字代表鋼中的平均含碳量的萬分之幾。例如4 5鋼，表示平均含碳量為0.4 5%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼08 鋼，表示平均含碳量為0.08 %的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。
(3)碳素工具鋼碳素工具鋼的牌號是用碳字漢語拼音字頭T和數(shù)字表示。其數(shù)字表示鋼的平均含碳量的千分之幾。若為高級優(yōu)質(zhì)，則在數(shù)字后面加“A”。例如，T 12 鋼表示平均含碳量為1.2%的碳素工具鋼。T 8鋼，表示平均含碳量為0.8%的碳素工具鋼。
T 12 A ，表示平均含碳量為1.2%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。
二、碳鋼的用途舉例
Q195、Q215 ，用于鉚釘、開口銷等及沖壓零件和焊接構(gòu)件。
Q235、Q255 ，用于螺栓、螺母、拉桿、連桿及建筑、橋梁結(jié)構(gòu)件。
Q275，用于強度較高轉(zhuǎn)軸、心軸、齒輪等。
Q345，用于船舶、橋梁、車輛、大型鋼結(jié)構(gòu)。
根據(jù)以上介紹，起重機的材料宜選擇45號鋼。
4.6.2 起重機構(gòu)件的設(shè)計方案
如圖4.5起重機的總體裝配圖可知，底座5設(shè)計成圓形，底座上的支架采用焊接成型為了提高該設(shè)備的適用性，支柱7采用可升降式。因為該設(shè)備是配套電氣設(shè)備使用，為了有利于線路的布置，所以支柱7和吊臂4采用45號空心圓柱鋼管較合理，所使用的導(dǎo)可以通過支柱的中間，這樣既合理又顯得美觀。
5 50 kg起重夾鉗主機的總體設(shè)計
5.1 起重夾鉗設(shè)計思想
本論文對重力式板坯夾鉗做了結(jié)構(gòu)設(shè)計及加工工藝設(shè)計,設(shè)計方案確定如下:
（1）根據(jù)夾鉗的使用要求，選擇夾鉗的類型為重力式夾鉗；
（2）根據(jù)夾鉗的工作要求，計算作用在夾鉗各部件上的載荷；
（3）根據(jù)夾鉗整個部件的類型，結(jié)構(gòu)和所受載荷,分析夾鉗各部件可能的實效形式,從而確定夾鉗各部件的設(shè)計準(zhǔn)則；
（4）根據(jù)夾鉗各部件的工作條件及對夾鉗各部件的特殊要求(例如高溫或在腐蝕性介質(zhì)中工作等),選擇適當(dāng)?shù)牟牧希?
（5）根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則進行有關(guān)的計算,確定夾鉗各部件的基本尺寸；
（6）根據(jù)工藝性標(biāo)準(zhǔn)等原則進行夾鉗各部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計；
（7）細節(jié)設(shè)計完成后，必要時進行詳細的校核計算，以判定結(jié)構(gòu)的合理性；
（8）畫出夾鉗各部件的工作圖，并寫出計算說明書。
5.2 50kg起重夾鉗工作原理
本文所要介紹的夾鉗的主要組成部分由：吊臂、主鉗臂、副鉗臂、軸、自動控制裝置等主要部件組成，結(jié)構(gòu)如下圖5.2所示。
1-鉗口 2-吊臂 3-主鉗臂1 4-副鉗臂2
5-主機 6-軸1 7-軸2 8-軸3 9-旋轉(zhuǎn)開關(guān)裝置
圖5.2 夾鉗裝置的裝配圖
我們先介紹該夾鉗的動作原理：先是夾鉗處于空載狀態(tài)，當(dāng)欲夾起一重物，則緩緩下降至重物高度位置。在夾鉗鉗口碰及重物時，夾鉗結(jié)構(gòu)