汽車-汽車起重機主臂的設(shè)計（學(xué)士論文）,汽車,起重,機主,設(shè)計,學(xué)士,論文 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 摘 要 隨著經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，我國的基礎(chǔ)建設(shè)力度正逐漸加大，道路交通，機場，港口，水 利水電，市政建設(shè)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)規(guī)模也越來越大，市場汽車起重機的需求也隨之增加。本 文通過對徐工 50噸汽車起重機主臂進行研究，進一步進行主臂設(shè)計，通過計算對主臂的三鉸點、 主臂的長度、及每節(jié)臂的長度、液壓缸尺寸進行確定，選擇零部件，確定主臂伸縮方式及主臂 內(nèi)鋼絲繩的纏繞方法，通過 SOLID WORKS軟件對主臂進行三維建模。 關(guān)鍵詞： 50噸汽車起重機、主臂設(shè)計、三鉸點、伸縮方式、三維建模 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Abstract With the rapid development of economic construction, China's infrastructure is gradually increase the intensity, road traffic, airports, ports, water conservancy and hydropower, municipal construction of infrastructure such as the scale of construction is also growing, crane truck crane market demand with the increase. Based on the Xu Gong 50 tons of truck crane boom study, further boom design, by calculating the main arm of the three hinges, the main arm length, and the length of each arm, hydraulic cylinder size identify, select Parts and components, identify the main telescopic arm and the boom in the way of winding rope method, SOLID WORKS software on the main arm for three-dimensional modeling. Keywords: 50-ton truck crane，the boom design，the three hinge points ，stretching，three-dimensional modeling 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 III 目錄 摘 要 ..........................................................I ABSTRATE.......................................................II 1 緒論 ........................................................1 1.1 起重機械的工作特點及其在國民經(jīng)濟中的作用 ....................................................................................1 1.2 國內(nèi)汽車起重機的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢 ..................................................................................................2 1.2.1 國內(nèi)汽車起重機的發(fā)展概況 ......................................................................................................................2 1.2.2 國內(nèi)汽車起重機發(fā)展趨勢 ..........................................................................................................................3 1.3 國外汽車起重機發(fā)展概況及發(fā)展趨勢 .......................................................................................................4 1.3.1 國外汽車起重機發(fā)展概況 ..........................................................................................................................4 1.3.2 國外汽車起重機發(fā)展趨勢 ..........................................................................................................................5 1.4 SOLID WORKS軟件的介紹 ......................................................................................................................................6 1.5 本課題內(nèi)容及重要意義 ....................................................................................................................................7 2 50噸汽車式起重機的主要技術(shù)參數(shù)和工作級別 ............................8 2.1 50噸汽車式起重機的主要技術(shù)參數(shù) ..........................................................................................................8 2.2 50噸汽車起重機的工作級別 ......................................................................................................................10 3 50噸汽車起重機主臂尺寸的確定 .....................................13 3.1 吊臂跟部鉸點位置的確定 .............................................................................................................................13 3.2 吊臂各節(jié)尺寸的確定 ......................................................................................................................................14 3.3 變幅液壓缸鉸點的確定 .................................................................................................................................15 3.4 吊臂截面的選擇及截面尺寸確定 ..............................................................................................................17 4 主臂伸縮機構(gòu)的設(shè)計計算 ..........................................19 4.1 臂架伸縮機構(gòu)的驅(qū)動形式 .............................................................................................................................19 4.2 臂架伸縮液壓缸的計算及選擇 ...................................................................................................................20 4.2.1 缸筒內(nèi)徑計算 ................................................................................................................................................20 4.2.2 活塞桿直徑 .....................................................................................................................................................21 4.2.3 缸筒壁厚及外徑計算 ..................................................................................................................................23 5 零部件的選擇 .................................................24 5.1 鋼絲繩的計算和選擇 ......................................................................................................................................24 5.1.1 鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式的選用 .............................................................................................................................24 5.1.2 起升用鋼絲繩直徑的計算 ........................................................................................................................24 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 5.1.3 主臂伸縮用鋼絲繩的計算選用 ..............................................................................................................25 5.2 滑輪及滑輪組的選擇 ......................................................................................................................................25 5.2.1 構(gòu)造和材料的選用 ......................................................................................................................................25 5.2.2 起升用滑輪尺寸的確定及選用 ..............................................................................................................26 5.2.3 滑輪組的選擇 ................................................................................................................................................27 6 主臂的三維建模及裝配 ...........................................28 6.1 基本臂的建模 .....................................................................................................................................................29 6.1.1 基本臂臂箍的建模 ......................................................................................................................................29 6.1.2 理繩器的建模 ................................................................................................................................................32 6.1.3 變幅缸支撐座建模 ......................................................................................................................................33 6.1.4 基本臂的總裝配 ...........................................................................................................................................35 6.2 主臂建模總裝配 ................................................................................................................................................36 結(jié)論 ..........................................................41 致謝 ..........................................................42 參考文獻 .......................................................43 附錄 A.........................................................44 附錄 B.........................................................56 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒論 1.1 起重機械的工作特點及其在國民經(jīng)濟中的作用 起重機械式用來對物料進行起重、運輸、裝卸和安裝作業(yè)的機械。它可以完成靠人力無法完 成的物料搬運動作，以減輕人們的體力勞動，提高生產(chǎn)效率，在工廠、車站、礦山、港口、建 筑工地、倉庫、水電站等多個領(lǐng)域的部門中得到了廣泛的應(yīng)用，隨著生產(chǎn)規(guī)模日益擴大，特別 式現(xiàn)代化、專業(yè)化的生產(chǎn)需求，各種專門用途的起重機相繼產(chǎn)生，在許多重要的部門中，不僅 式生產(chǎn)過程中的輔助機械，而且已成為生產(chǎn)流水作業(yè)生產(chǎn)線上不可缺少的重要機械設(shè)備它的發(fā) 展對國民經(jīng)濟建設(shè)起著積極的促進作用。 起重機式一種循環(huán)的，間歇運動的，短程搬運物料的機械，一個工作循環(huán)，一般包括上料， 運送，卸料及回到原位的過程，即取物裝置從取物地點，由起升機構(gòu)吧物料提起，由運行回轉(zhuǎn) 或變幅機構(gòu)把物料移位，然后物料在指定的地點下放，接著進行相反的動作，使取物裝置回到 原位，以便進行下一步的工作循環(huán)，在兩個工作循環(huán)之間一般由短暫的停歇。起重機工作時， 各機構(gòu)經(jīng)常是處于啟動，制動，正向，反向，等相互交替的運動狀態(tài)之中。 在高層建筑，冶金，化工，電站等大型項目的建設(shè)中，需要吊裝和搬運的工程量日益增多， 其中不少組合件的吊裝和搬運重量達到幾百噸。因此必須選用一些大型的起重機進行諸如鍋爐 及廠房設(shè)備的吊裝工作。通常采用的大型起重機有龍門起重機，門座式起重機，塔式起重機， 履帶起重機，輪式起重機以及廠房內(nèi)裝置的橋式起重機等。 在公路，橋梁，水利電力等建設(shè)施工中，起重機的使用范圍更式極為廣泛，無論式裝載設(shè)備 器材，吊裝廠房構(gòu)件，安裝電站設(shè)備，調(diào)運澆筑混凝土，模板，開挖廢渣及其它建筑材料等均 需使用起重機械，尤其式水電工程施工，不但工程規(guī)模浩大，而且地理條件特殊，施工季節(jié)性 強，工程本身又很復(fù)雜，而且吊裝搬運的設(shè)備，建筑材料量大品種多。除了上面介紹的起重機 外，在水電工程中還采用一些其它的大型設(shè)備，如纜索起重機，浮式起重機等，在電站廠房及 建筑物上安裝各種類型的起重機，供檢修機組，啟閉閘門，及起吊攔污欄之用，這些起重機由 大型龍門起重機，固定卷揚起重機以及弧形閘門起重機等。這些專門用途的起重機一般噸位較 大，如用起吊閘門的龍門起重機，和固定卷揚起重機，起到了工程起重機的作用，起重機在未 來的國家建設(shè)當(dāng)中，還將起到更大的作用。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 1.2 國內(nèi)汽車起重機的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢 1.2.1 國內(nèi)汽車起重機的發(fā)展概況 中國的汽車式起重機誕生于上世紀(jì)的 10年代，經(jīng)過了近 30年的發(fā)展，期間有過 3次主要 的技術(shù)改進，分別為 70年代引進蘇聯(lián)的技術(shù)， 80年代引進日本的技術(shù)， 90年代引進德國的技 術(shù)。但是總體來說，中國的汽車式起重機產(chǎn)業(yè)始終走著自主創(chuàng)新的道路，有著自己清晰的發(fā)展 脈絡(luò)，尤其是進幾年，中國的汽車式起重機產(chǎn)業(yè)取得了長足的發(fā)展，雖然與國外相比還有一定 的差距，但是這個差距正在逐漸的縮小。而且我國目前在中小噸位的汽車式起重機的性能已經(jīng) 完好，能夠滿足現(xiàn)實生產(chǎn)的要求。在不久的將來，我國的汽車式起重機行業(yè)一定會發(fā)展成為一 個發(fā)展穩(wěn)定，市場化程度高的成熟產(chǎn)業(yè)。 許多專家認(rèn)為，高速發(fā)展的市場，是中國汽車式起重機產(chǎn)業(yè)各個廠商有利的技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ) 和環(huán)境。近幾年，中國汽車式起重機產(chǎn)業(yè)除了一家較小的公司與日本起重機品牌廠家合資以外， 其余廠家一直在追趕國外先進水平的進程中，一直堅持自主的技術(shù)創(chuàng)新道路，基本上沒有整體 引進國外技術(shù)的做法，也使的中國汽車式起重機產(chǎn)業(yè)在達到和接近國際先進水平的同時，在產(chǎn) 品技術(shù)上有明顯的中國特質(zhì)。 中國汽車式起重機已經(jīng)大量使用 PLC可編程集成控制技術(shù)，帶有總線接口的液壓閥塊，液 壓馬達，油泵等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，液壓和電器已實現(xiàn)了緊密的結(jié)合。可通過軟件實 現(xiàn)控制性能的調(diào)整，大幅度簡化控制系統(tǒng)，減少液壓元件，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具備了實現(xiàn)故 障自動診斷，遠(yuǎn)程控制的能力。 當(dāng)前我國新一代汽車起重機產(chǎn)品，起重作業(yè)的操作方式，大面積應(yīng)用先導(dǎo)比例控制，具有 良好的微調(diào)性能和精控性能，操作力小，不易疲勞。通過先導(dǎo)比例手柄實現(xiàn)比例輸送多種負(fù)荷 的無級調(diào)速，有效防止起重作業(yè)時的二次下滑現(xiàn)象，極大的提高了起重作業(yè)的安全性、可靠性 和作業(yè)效率。 部分大型汽車式起重機還在伸縮臂上使用了單缸插銷的伸縮技術(shù)，通過液壓銷作用，以單個 液壓油缸可完成多節(jié)伸臂的運動，并達到各種工況的程度控制和自動伸縮，改變了以往能不油 缸加內(nèi)部繩排的作業(yè)方式，使起重機相對更輕，拓展了起重機向更高工作高度發(fā)展的空間。 在走向國際市場的過程中，我國汽車式起重機產(chǎn)業(yè)近幾年品質(zhì)水平的快速提高，也得到了國 際擁護的高度肯定，由于產(chǎn)品使用規(guī)范，用戶的專業(yè)素質(zhì)較高，出口產(chǎn)品的質(zhì)量反饋比在過內(nèi) 有了明顯的減少，產(chǎn)品反映較好。這都為中國汽車式起重機行業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 1.2.2 國內(nèi)汽車起重機發(fā)展趨勢 我國的汽車式起重機的生產(chǎn)企業(yè)要想在本領(lǐng)域生存與發(fā)展，需要做的事情還很多，由于市 場需求的增大，也要求生產(chǎn)企業(yè)不斷創(chuàng)新，在保證起重機性能的基礎(chǔ)上還要不斷開發(fā)出更大噸 位的新產(chǎn)品，滿足市場的需求。只有這樣才能從市場中獲得養(yǎng)分和活力使自己生存，在生存中 發(fā)展，在發(fā)展中壯大。 主要的發(fā)展趨勢應(yīng)該有以下幾點： （ 1） 擴大產(chǎn)品的品種 。 在企業(yè)內(nèi)部應(yīng)建立完善的產(chǎn)品研究和開發(fā)體系，使產(chǎn)品系列化，品種齊全，要形成大中小 完整系列，增多產(chǎn)品數(shù)量，使生產(chǎn)規(guī)模不斷的擴展。 （ 2） 增大起重力矩 。 目前我國生產(chǎn)的汽車式起重機大多是 50噸以下的中小噸位的起重機，大噸位生產(chǎn)的很少， 而， 隨著社會的發(fā)展，對機動靈活的大型起重機械的需求越來越大，這都是汽車式起重機發(fā)展的養(yǎng) 分， 所以增大其中力矩迫在眉睫。 （ 3） 增加起重機功能 。 隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，用戶對汽車式起重機的使用上的要求越來越多，希望能夠一機 多用，已經(jīng)不僅僅是在搬運重物時使用，而是滿足在不同環(huán)境和工種的使用，這些都為未來起 重機的發(fā)展找清了方向。 （ 4） 全力打造自己的品牌。 目前中國的汽車起重機生產(chǎn)企業(yè)，缺少自己的專業(yè)研究人員和開發(fā)隊伍，而是去模仿別人 生 產(chǎn)的成品，沒有發(fā)展方向和競爭力。未來經(jīng)濟的全球化以及由此引發(fā)的一系列問題，使得競爭 手段從傳統(tǒng)的產(chǎn)品，價格等層次轉(zhuǎn)嫁到品牌的競爭上來。所以各大汽車式生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該 努力打 造自己的品牌，從而使自己發(fā)展壯大。 （ 5） 開創(chuàng)自我空間占領(lǐng)市場。 我國的各大汽車式起重機生產(chǎn)企業(yè)要不斷創(chuàng)新，大膽進行運行急智的改革，面向市場，結(jié) 構(gòu) 優(yōu)化，人員重組，引進設(shè)備，進行刻苦的技術(shù)研發(fā)，在不斷完善自我的前提下，占領(lǐng)市場。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 1.3 國外汽車起重機發(fā)展概況及發(fā)展趨勢 1.3.1 國外汽車起重機發(fā)展概況 目前世界上約有百余家企業(yè)生產(chǎn)汽車起重機，但著名的也就右十余家，如美國的格魯夫、 德國的利勃海爾、徳馬克、日本加藤、多田野等。生產(chǎn)的汽車起重機品種有數(shù)百種， 90年代以 來，生產(chǎn)，銷售各種噸位的起重機萬余臺。 汽車起重機的市場主要集中在東亞、北美和歐洲。東亞約占銷售量的 40%，北美和歐洲 各約占 20%。國外汽車起重機發(fā)展的主要特點可以歸納為：多品種生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高和一機多 用。 就分布于三大市場的產(chǎn)品而言，以德國為主的歐洲市場，其產(chǎn)品主要特點為： （ 1） 全地面起重機占主導(dǎo)地位，約占市場份額的 80%。 （ 2） 大噸位產(chǎn)品為主，利勃海爾公司占銷售額的 70%～ 80%式 100噸以上的產(chǎn)品。 （ 3） 技術(shù)先進，及時采用世界最新的技術(shù)成果。 （ 4） 專用配套件多，這以為歐洲發(fā)展汽車起重機的得天獨厚的條件。 以日本為主的東亞市場和以美國為主的北美市場，其產(chǎn)品主要特點有： （ 1） 越野汽車起重機占主導(dǎo)地位，約占 70%～ 80%，其次為輪式起重機，全地面起重機 所占比例較小。 （ 2） 多系列生產(chǎn)，中大噸位居多。 （ 3） 注重適應(yīng)性和經(jīng)濟性。在保證產(chǎn)品性能和功能的前提下，大量采用通用配套件， 而不強調(diào)追趕新技術(shù)，故產(chǎn)品可靠性較好。 目前，世界汽車起重機的生產(chǎn)，從技術(shù)上講，德國利勃海爾公司略占優(yōu)勢，但從企業(yè)規(guī)模 上講，美國格魯公司居世界首位。而生產(chǎn)量則是日本的多田野和藤加最多。市場總的趨勢式供 大于求，面對激烈競爭，國外各大公司除了紛紛增加投資、擴大生產(chǎn)、提高自身的競爭能力外， 還通過聯(lián)合或兼并來提高在國際市場的份額。如 1984年，美國格魯夫公司收購了英國老牌企業(yè) 科爾斯公司。 1987年，德國克虜伯公司收購了格的瓦爾德公司，稱為當(dāng)時德國最大的起重機公 司，但該公司 1995年又被美國格魯夫公司收購。 1990年，日本多田野兼并了德國法恩公司等。 在起重機行業(yè)內(nèi)，國外的大型汽車起重機的發(fā)展比我國迅速，在技術(shù)和運用上已相當(dāng)成熟， 目前國際市場對汽車起重機的需求在不斷增加，從而使國外各大汽車式起重機制企業(yè)在生產(chǎn)中 更多的應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計，機械自動化和自動化設(shè)備，這對起重機行業(yè)的發(fā)展造成了很大的影響。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 目前國外的起重機企業(yè)主要是生產(chǎn)大噸位的起重機，而且有完善的設(shè)計體系，和一批先進的研 發(fā)人員，不斷的進行創(chuàng)新和完善。國外的制造企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)達到規(guī)?；纳a(chǎn)，技術(shù)含量比較 高，而且液壓技術(shù)和電子技術(shù)在汽車起重機的設(shè)計中也已廣泛的應(yīng)用，很多企業(yè)的品牌在用戶 的心中已經(jīng)打上了堅實的烙印，這也使的國外起重機的繼續(xù)發(fā)展占有了更大的優(yōu)勢。 1.3.2 國外汽車起重機發(fā)展趨勢 （ 1） 設(shè)計、制造的計算機化、自動化 近年來，隨著電子計算機的廣泛應(yīng)用， 許多國外起重機制造商從應(yīng)用起重機輔助設(shè)計系 統(tǒng)（ CAD） ，提高到應(yīng)用計算機進行起重機的模塊設(shè)計。起重機采用模塊單元化設(shè)計，不僅是一種 設(shè)計方法的改革，而且將影響整個起重機行業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)和管理水平，老產(chǎn)品的更新?lián)Q代， 新產(chǎn)品的研制速度都將大大加快。對起重機的改進，只需更改幾個模塊；設(shè)計新的起重機只需 新的不同模塊進行組合，提高了通用化程度，可使單件小批量的產(chǎn)品，改成相對批量的模塊生 產(chǎn)，能使較少的模塊形式，組合成不同規(guī)格的起重機，滿足市場的需求，增強了競爭力。 （ 2） 起重機控制元件的革新與應(yīng)用 起重機的定位精度是對起重機的重要要求，多數(shù)采用轉(zhuǎn)角碼盤，齒輪鏈，激光頭與鋼板 孔帶來保證，定位精度通常為 ±3㎜ ，高于 1mm的精度需另加定位系統(tǒng)。在起重機起升速度和制 動器方面的改進，則使用低速運行的起重機吊鉤精確定位，起重機的剎車系統(tǒng)也應(yīng)用微處理進 行控制和監(jiān)視工作。 遙控系統(tǒng)用于汽車式起重機及其他移動式起重機械，這種系統(tǒng)包括在控制者身上的控制 器，和安裝在起重機上的接收器 ，控制器具有電磁輻射發(fā)生器，接收器與作用在起重機傳動裝 置的操縱機械的轉(zhuǎn)換部分相連。遙控器的使用不僅節(jié)省人力，提高工作效率，而且使操作者的 工作條件有所改善。 起重機的距離檢測防撞裝置，采用無線電信號型的防撞裝置，防撞系統(tǒng)由三相系統(tǒng)組成， 用來監(jiān)控起重機前端行使距離，一般首先發(fā)出信號警示，接著將大車車速減小到 50%，最后切斷 電機電源，將大車制動。 （ 3） 新材料、新工藝的應(yīng)用。 由于鋼鐵工業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，剛才質(zhì)量得以提高，在設(shè)計起重機主梁強度時，可使用 較高的許用應(yīng)力，而不需要較高的安全系數(shù)，以便減少起重機材料用量，從而降低設(shè)備的重量 和價格，起重機配套的零部件的制造也得益于新材料的不斷產(chǎn)生，使得起重機向更輕，更好的 方向發(fā)展。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 在機加工方面，大量采用少切削的精密鑄件，尤其是鋁合金鑄件見多，加工設(shè)備大量采用高 精度，高效的加工中心，數(shù)控自動機床等，及保證了質(zhì)量，又提高了勞動生產(chǎn)率，降低了成本， 同時在機械線使用機械代替人工操作如焊接機械手和配用機械手等。 國外起重機的未來發(fā)展之路是走向?qū)I(yè)化，標(biāo)準(zhǔn)化，和系列化，只有這樣才能最快的制造和 裝配出品種多樣化的產(chǎn)品 1.4 solid works軟件的介紹 美國 Solid Works公司是一家專門從事開發(fā)三維機械設(shè)計軟件的高科技公司，公司宗旨是 使每位設(shè)計工程師都能在自己的微機上使用功能強大的世界最新 CAD/CAE/CAM/PDM系統(tǒng)，公司 主導(dǎo)產(chǎn)品是世界領(lǐng)先水平的 Solid Works軟件。 90年代初，國際微機市場發(fā)生了根本性的變化，微機性能大幅提高，而價格一路下滑，微 機卓越的性能足以運行三維 CAD軟件。為了開發(fā)世界空白的基于微機平臺的三維 CAD系統(tǒng)， 1993年 PTC公司的技術(shù)副總裁與 CV公司的副總裁成立 SolidWorks公司，并于 1995年成功推 出了 SolidWorks軟件，引起世界相關(guān)領(lǐng)域的一片贊嘆。在 SolidWorks軟件的促動下， 1998年 開始，國內(nèi)、外也陸續(xù)推出了相關(guān)軟件；原來運行在 UNIX操作系統(tǒng)的工作站 CAD軟件，也從 1999年開始，將其程序移植到 Windows操作系統(tǒng)中。 由于 SolidWorks出色的技術(shù)和市場表現(xiàn)，不僅成為 CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華 爾街青睞的對象。終于在 1997年由法國達索公司以三億一千萬的高額市值將 SolidWorks全資 并購。公司原來的風(fēng)險投資商和股東，以原來一千三百萬美元的風(fēng)險投資，獲得了高額的回報， 創(chuàng)造了 CAD行業(yè)的世界紀(jì)錄。并購后的 SolidWorks以原來的品牌和管理技術(shù)隊伍繼續(xù)獨立運作， 成為 CAD行業(yè)一家高素質(zhì)的專業(yè)化公司。 功能描述 （ 1） 、 Top Down(自頂向下 )的設(shè)計 （ 2） 、 Down Top (自下向上 )的設(shè)計 （ 3） 、配置管理 （ 4） ．易用性及對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)格式的支持 （ 5） ．零部件鏡像 （ 6） .裝配特征 （ 7） ．工程圖 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 （ 8） ． eDrawing （ 9） ．鈑金設(shè)計 （ 10） ． 3D草圖 （ 11） .曲面設(shè)計 （ 12） ．基于 INTERNET的協(xié)同工作 （ 13）動畫功能 ——Animator 1.5 本課題內(nèi)容及重要意義 課題內(nèi)容： 學(xué)習(xí) solid works軟件，能熟練應(yīng)用軟件進行建模，并進行裝配。 通過計算確定基本參數(shù)，對各節(jié)臂的尺寸進行確定，對臂的鉸點進行確定。 主臂運動方案的確定，大臂采用形式，伸縮方式以及鋼絲繩繞線方式等。 在 solid works環(huán)境下進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，建立 50噸汽車起重機的基本臂的三維模型 課題重要意義： 近年來，隨著社會的發(fā)展，社會生活中對起重機的需求越來越大，所以起重機的 研發(fā)越來越緊迫，由于汽車式起重機轉(zhuǎn)場靈活，從而方便快捷，所以進幾年我國的汽 車式起重機發(fā)展很快。但是，與國外汽車式起重機相比，國外汽車式起重機技術(shù)得到 了飛速發(fā)展，為了降低整機成本，提高性能，整機質(zhì)量越來越小，在起重性能相同的 情況下，自重約比十年前降低了２０％左右，由于車輛自重的減小，使車輛采用盡可 能少的軸數(shù)（尤其是大噸位起重機） ，這樣，大大簡化了車輛的結(jié)構(gòu)，成本降低，同時 提高了起重機的作業(yè)能力及使用經(jīng)濟性，所以，同等噸位的銷售價較前十年有大幅下 降，對中國國內(nèi)市場造成了很大沖擊，因此，對我國的汽車式起重機的生產(chǎn)者來說是 一個嚴(yán)峻的考驗?；颈凼瞧鹬貦C的最主要的部件，它的優(yōu)劣直接關(guān)系到起重機的性 能，所以加大對汽車式起重機的基本臂結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究，努力創(chuàng)新和借鑒外國經(jīng) 驗是當(dāng) 務(wù)之急。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 2 50噸汽車式起重機的主要技術(shù)參數(shù)和工作級別 2.1 50噸汽車式起重機的主要技術(shù)參數(shù) 起重機的技術(shù)參數(shù)表征起重機的作業(yè)能力，汽車式起重機的主要技術(shù)參數(shù)包括起重量、起 升高度、幅度、起重力矩等。這些參數(shù)表名起重機工作性能和技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，它是設(shè)計起重機 的技術(shù)依據(jù)，也是生產(chǎn)使用中選擇起重機技術(shù)性能的依據(jù)。 （ 1）起重量 起重機起吊重物的質(zhì)量稱為起重量，通常以 Q 表示，單位為 kg 或 t。起重機的起重參數(shù) 通常是以額定起重量表示的。所謂額定起重量是指起重機在各種工況下安全作業(yè)所容許的起吊 重物的最大質(zhì)量的值，它是隨著幅度的加大而減小的。帶有吊鉤的起重機的額定起重量不包括 吊鉤和滑輪組的自重。 汽車式起重機的額定起重量隨著吊臂的方位（側(cè)方、后方、前方三個基本作業(yè)方位）不同而 有所變化。汽車式起重機的額定起重量還分支腿全伸、不用支腿吊臂行駛 3種情況。起重機吊 重行使時，起重臂必須前置。起重機不用支腿作業(yè)和吊重行使時的額定起重量決定于輪胎、車 橋（或輪對轉(zhuǎn)向架）的承載能力。 如上所術(shù)，由于汽車式起重機的各種工況比較復(fù)雜，考慮的因素較多，額定起重量不只一 個時，通常稱額定起重量為最大起重量。此次設(shè)計的是 50噸汽車式起重機的主臂，所以取起重 量為 Q=50t。 （ 2）起升高度 起升高度是指從地面或軌道頂面至取物裝置最高起生位置的鉛垂距離（吊鉤取取鉤環(huán)中 心） ，單位為米。如果取物裝置能下落到地面或軌面以下，從地面或軌面至取物裝置最低下放位 置間的鉛垂距離稱為下放深度。此時總起升高度 H為軌面以上的起升高度 h2和 軌面以下的下 放深度 h3之和， H=h2+h3。 由于汽車式起重機的起升高度隨著臂架仰角和臂架長度變化，在各種臂長和不同臂架仰 角時可得相應(yīng)的起升高度曲線。汽車式起重機起升高度的選擇按作業(yè)要求而定。在確定起升高 度時，應(yīng)考慮配屬的吊具、路基和汽車高度保證起重機能將最大高度的物品裝入車內(nèi)。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 汽車式起重機的最大起升高度的確定是根據(jù)起重機作業(yè)要求和起重機總體設(shè)計的合理性 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 綜合考慮。參見 《 起重機設(shè)計手冊 》 汽車式起重機技術(shù)參數(shù)表，如表 2.1所示， 50噸汽車式起 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 重機的基本臂的范圍為 11.0∕9.0 （米） ，最長主臂范圍為 32∕24 （米） ，及徐工生產(chǎn)的 50噸汽 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 車起重機的參考值，選擇起升高度為基本臂作業(yè) 9.854米，最長主臂作業(yè) 32米。圖 2.1所示為 汽車 起重機起升高度圖。 表 2.1 汽車式起重機和輪胎式起重機技術(shù)參數(shù) 圖 2.1汽車起重機起升高度圖 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 （ 3）幅度 旋轉(zhuǎn)臂架式起重機處于水平位置時，回轉(zhuǎn)中心線與取物裝置中心線垂直之間的水平距離稱 為幅度（ R） 。幅度的最小值 Rmax和最大值 Rmin根據(jù)作業(yè)要求而定。在臂架變幅平面內(nèi)起重機 機體的最外邊至取物中心鉛垂線之間的距離稱為有效幅度，有效幅度可為正值或副值。 汽車式起重機有效幅度通常是指使用支腿工作，臂架位于側(cè)向最小幅度時，取物裝置中心鉛 垂線至該側(cè)兩支腿中心連線的水平距離，它表示汽車式起重機在最小幅度時工作的可能性。汽 車式起重機的幅度 R 如圖 2.1所示。參見表 2.1，此次汽車式起重機的幅度 R=3m。 （ 4）起重力矩 起重力矩是臂架類起重機主要技術(shù)數(shù)據(jù)之一，它等于額定起重量 Q和其相對應(yīng)的工作幅度 R的乘積，即 M=Q×R，起重力矩一般用 t·m為單位。參見表 1， Q=50t， R=3m,此次設(shè)計的汽車 式起重機的起重力矩為 M=Q×R=50×3=150t·m。同時參見表 1可知，基本臂起重力矩為 150 t·m，最長主臂的起重力矩為 85 t·m。 2.2 50噸汽車起重機的工作級別 （ 1） 起重機利用等級 起重機在有效工作期間有一定總工作循環(huán)數(shù)，起重機作業(yè)的工作循環(huán)是從準(zhǔn)備其吊物品開 始到下一次其吊物品為止的過程。工作循環(huán)次數(shù)表征起重機的利用程度，是起重機分級的基本 參數(shù)之一。確定適當(dāng)?shù)氖褂脡勖鼤r要考慮經(jīng)濟，技術(shù)和環(huán)境等因素，同時還要考慮設(shè)備老化的 影響。 工作循環(huán)次數(shù)除了可根據(jù)經(jīng)驗確定，還可根據(jù)下式進行計算： （ 2.1）5360B3601()30Q= 3.7410YHT??????年 （ 天 ） 8（ 小 時 ） （ 次 ）（ 秒 ） 式中 : Y—起重機的使用壽命以年計算，與起重機的類型、用途、環(huán)境、技術(shù)、 經(jīng)濟因素有關(guān)。 由于本設(shè)計為 50噸，參見 《 起重機設(shè)計手冊 》 不 同類型起重機使用壽命表，如表 2.3所示，可知 Y=13年。 B—起重機一年中的工作天數(shù)，取 B=300天。 H—起重機每天工作小時數(shù)，取 H=8小時。 T—起重機一個工作循環(huán)的時間，設(shè)定為 T=300秒。 根據(jù)以上計算所得出的數(shù)據(jù)， (次 ) 5Q=3.7410? 參見 《 起重機設(shè)計手冊 》 起重機利用等級表，如表 2.2所示，可以選擇起重機的利用等級 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 為 ，起重機的 使用情況為 ，經(jīng)常中等的使用。5U 表 2.2 起重機利用等級 利用等級 總的工作循環(huán)次 數(shù) N 起重機使用情況 利用等級 總的工作循環(huán)次 數(shù) N 起重機使用情況0 1.6 410?5U5 10?經(jīng)常中等的使用1U 3.2 61 不經(jīng)常繁忙使用2 6.3 4不經(jīng)常使用 72 53 1.25 51084 0繁忙的使用4 2.5?經(jīng)常清閑的使用 94 51? 表 2.3 幾種不同類型的起重機的使用等級 起重機類型 使用壽命 （年） 汽車起重機（通用汽車底盤） 10 小于 16 11 16～ 40 12 ＞ 40～ 100 13 輪胎起重機和汽車起重 機（專用底盤） 大于 100 15 小于 10 10塔式起重機 起 重 量 （ t） 等于和大于 10 16 、1A230 、 、34525 橋式和門式起重機 工作 級別 、6720 履帶起重機 10 門座和鐵路起重機 25 (2) 起重機的載荷狀態(tài) 載荷狀態(tài)是起重機分級的另一個基本參數(shù)，它表明起重機的主要機構(gòu) —起升機構(gòu)受載的 輕重程度。載荷狀態(tài)與兩個因素有關(guān)：一個是實際起升載荷 ，與額定起升載荷 之比，令1QmaxQ 一個是實際起升載荷 的作用次數(shù) N1，與工作循環(huán)次數(shù) N之比。1Q 此次設(shè)計根據(jù)實際情況及汽車式起重機實際的使用情況， ，可根據(jù)表 2.4選擇 =0.125，K 即很少吊起額定載荷，一般起吊輕載荷。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 表 2.4 起重機的載荷狀態(tài)及其名義載荷譜系數(shù) QK 載荷狀態(tài) 名義載荷譜系數(shù) 說明 —輕1Q0.125 很少起升額定載荷，一般起升輕微載荷 —中20.25 有時起升額定載荷，一般起升中等載荷 —重30.5 經(jīng)常起升額定載荷，一般起升重載荷 —特重41.0 頻繁的起升額定載荷 (3) 起重機工作級別的確定 劃分起重機的工作級別，示為了對起重機金屬結(jié)構(gòu)和機構(gòu)設(shè)計提供了合理的基礎(chǔ)，它能使起 重機勝任它需要完成的工作任務(wù)，起重機的工作級別使根據(jù)起重機的利用等級和起重機的載荷 狀態(tài)而確定，根據(jù) 《 起重機設(shè)計手冊 》 中，起重機工作級別的劃分，如表 2.5所示，可以確定， 此汽車式起重機的工作級別為 A4。 表 2.5 起重機工作級別的劃分 利用等級載荷狀態(tài) 名義載荷譜系數(shù) QK0U1234U5678U9 —輕1Q0.125 AAA —中20.25 12345678 —重30.5 —特重4Q1.0 2A345A678A 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 3 50噸汽車起重機主臂尺寸的確定 主臂尺寸的的確定包含以下的的內(nèi)容：一、 吊臂根部鉸點位置的確定，二、吊臂各節(jié)尺寸的確 定，三、變幅液壓缸鉸點的確定，四、截面的選擇及截面尺寸的確定。由于此次設(shè)計的 50噸汽 車式起重機的起升高度為 32米，參見表 3.1，選擇吊臂的節(jié)數(shù)為 5。 表 3.1 起重機吊臂節(jié)數(shù) 最大起升高度 H(m) 10～ 15 16～ 19 20～ 29 30～ 40 吊臂節(jié)數(shù) K 3 2～ 3 3～ 4 4～ 5 3.1 吊臂跟部鉸點位置的確定 吊臂根部鉸點的位置與吊臂長度，起升高度和幅度有關(guān)。設(shè)吊臂的工作長度為 lw。即： （ 3.1）??01()()sin(9.8541.)20.8cosi6wHbhel m????????? 從而得出 =10.8m。0 式中： H—基本臂的起升高度， H=9.854m。 b—吊頭距滑輪組的最短距離， b=1.5m。 、 —根部鉸點和頭部滑輪軸心離吊臂基本截面軸心的距離，并帶有正負(fù)號，在0e1 中心線以下者為正，以上為負(fù)。由于 此項數(shù)值較小，所以在計算01()cose?? 時可以不計。 h—根部鉸點離地距離，參見徐州重型的 h值，取 h=2.4m。 —吊臂仰角，其值小于最大仰角 =80°，即 =0.7amax。即 =56°。?max?' ' 吊臂根部離鉸點的距離 e （ 3.2）' '0min01cos()si0.8cos5631.7()elRm?????? 得出吊臂根部離鉸點的距離 e=1.73m。所以取距離 e=1.73m。 吊臂根部鉸點離回轉(zhuǎn)平面的高度 為0h =2.4-0.16-1.4=0.84m21? 式中： ——為回轉(zhuǎn)支承裝置的高度， = 0.16m。2h ——為起重機汽車底盤的高度， =1.4m。1 1h 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 將最大起升高度 H1帶入公式得出主吊臂最大長度 。maxl （ 3.3）??01max()()sin(321.5)437.cosi6Hbhel ????????? 式中： H1—最長主臂作業(yè)長度， H1=32m。 a， 5， b， h 同上。 3.2 吊臂各節(jié)尺寸的確定 主吊臂的最長長度 是由基本臂結(jié)構(gòu)長度和外伸長度 所組成。maxl il 即 （ 3.4）00' ' ' 'max1234512345()()()()l lalal?????? 式中 ﹑ ﹑﹑ ﹑ 為各節(jié)伸縮臂的伸縮長度，在設(shè)計當(dāng)中，伸縮長度往往取同一數(shù)值，'2'3'l' 即 。則外伸長度 ， ﹑ ﹑ ﹑ 為二，三，四，五節(jié)臂縮回后外漏部分'l '23l?2345 的長度，在計算時取同一數(shù)值（ a=0.20米） 。 若假設(shè) 為臂頭滑輪中心離基本臂端面的距離，則基本臂結(jié)構(gòu)長度加上 即為基本臂的工0a 0a 作長度。 = + = +l10la 而 = + + + =（ K-1）02345 將上式帶入式（ 3.4）可得 = -（ K-1） +（ K-1）maxl0al = +（ K-1） +（ K-1） = +（ K-1） （ 3.5）1'l0'l 即 37.5=10.8+（ 5-1） 'l 從中可以得出 =6.675（ m） 。'l 式中： K-為吊臂的節(jié)數(shù)。 從而得出外伸長度為 =6.855（ m） 。'23lla??? 在第 i節(jié)臂退回后，除外露部分長度 a外，在前節(jié)（ i-1）節(jié)臂中的長度 加上伸出后仍在'il 前節(jié)臂中的那部分搭接長度 ，第 i節(jié)臂插在前節(jié)臂內(nèi)的長度為（ + ） ，假設(shè)第 i節(jié)臂的結(jié)構(gòu)'il 'il' 長度為 ，則0il = + +a = + （ 3.6）i'l'iil' 搭接長度應(yīng)該短些，以減輕吊臂重量。但是，太短將搭接部分反力增大了，引起搭接部分 吊臂的蓋板或側(cè)板局部失穩(wěn)，同時，也是吊臂的間隙變形增大。因此，搭接部分要根據(jù)實際經(jīng) 驗和優(yōu)化設(shè)計而定，一般為伸縮臂外伸長度的 1/4—1/5。 各節(jié)伸縮臂插入前一節(jié)都留有一段距離 c，這是結(jié)構(gòu)上的需要，在此距離內(nèi)要設(shè)置伸縮油缸 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 的鉸支座和其它的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其大小視情況而定，在此次設(shè)計中選擇 c=0.55m。 因此前后兩節(jié)臂由這樣的關(guān)系， = +c-a （ 3.7）0il1? 從式 3-6可知， = + +a0il''i = + +a1i?'i"1il? 將上述兩式代入式（ 3.7） ，可得。 + +a= + +c'il''1il?"i 已知， = = ， = = ，從上式可知，后一節(jié)的搭接長度，臂前一節(jié)的搭接長度小一'il'1?'li1?l 些，因為一般情況下結(jié)構(gòu)空間 c臂外露空間 a大一些，得出 = +（ c-a） 'il"1? （ 3.8） 此次設(shè)計共有 5節(jié)臂，其最后一節(jié)的搭接長度為 使其等于 1/5的外伸長度，現(xiàn)在 和"5l maxl 已經(jīng)得出，則根據(jù)式（ 3.7） ，吊臂的各節(jié)搭接長度和結(jié)構(gòu)長度分別為，0l =0.22 =0.22×6.875=1.512（ m） =1.22=1.22×6.875=8.388（ m）"5l 05l =0.22 +（ c-a） =1.862（ m） =1.22+（ c-a） =8.738（ m）4l 4l =0.22 +2×（ c-a） =2.212（ m） =1.22+2×（ c-a） =9.088（ m）"3l 03l =0.22 +3×（ c-a） =2.562（ m） =1.22+3×（ c-a） =9.438（ m）2l 2l =0.22 +4×（ c-a） =2.912（ m） =1.22+4×（ c-a） =9.798（ m）"1l 01l 各節(jié)臂長度尺寸的驗算 計算的基本臂工作長度 必須滿足下面的式子，所計算的各節(jié)臂的長度值才能滿足需要，0l = + （ K-1） ≥1.2 +（ K-1） c=1.2（ + ） +（ K-1） c （ 3.9）0l1a'la 式中： =9.798+0.2（ 5-1） =10.598（ m）0l 1.2（ + ） +（ K-1） c=1.2×（ 6.675+0.2） +（ 5-1） ×0.55=10.45（ m）'a 即式（ 3.9）成立，所計算各節(jié)臂的長度滿足要求。 上述為所計算出的各節(jié)臂的長度尺寸，參考徐州重型 50噸汽車起重機設(shè)計各節(jié)臂尺寸的確 定，最終確定長度為 : =9.875（ m） 、 =9.455（ m） 、 =9.055（ m） 、 =8.780（ m） 、 01l02l03l 04l =8.360（ m） 。05l 3.3 變幅液壓缸鉸點的確定 變幅液壓缸的焦點如圖 3.1所示，變幅液壓缸根部鉸點（ ）的位置，一般使其落在回轉(zhuǎn)支1O 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 撐裝置的滾道上，從而改變了平臺的受力情況。采用雙作用液壓缸，其鉸點離回轉(zhuǎn)中心的距離 f取決于雙缸間的距離 B,可通過下式算得： （ 3.10） 22DBf???????? 由于回轉(zhuǎn)支撐裝置 D和吊臂寬度 B都與起重能力有關(guān)，一般取 D=(2.1～ 2.4)B。則從式 3- 10得出， m20.9.0.9f??? 式中： D-起重機底盤直徑， D=2m。 從而可以得出鉸點 已經(jīng)確定。1O 鉸點 在求得 和 已經(jīng)確定即 =0.84m， e=1.73m，所以認(rèn)定鉸點 已經(jīng)確定。因為鉸O0he0hO 點離滾道面的距離式構(gòu)造所定，一般取 =0.18m。? 在圖 3.1中可以看出，只有在基本臂上固定的鉸點 尚未確定。鉸點 的取得要滿足下22 述條件，在變幅缸縮回時， 吊臂位在行駛狀態(tài)，變幅液壓缸長度為最短長度；而當(dāng)全伸時吊臂 位在最大仰角狀態(tài)，液壓缸長度達到最大長度。連接吊臂鉸點（ ） ，變幅缸鉸點（ ）和（1 ） ，形成 或 。在 中 ，在 中，2O12?'12O12?1maxO??????'2O .面角 是 與水平線的夾角，它可由下式求得：'1?????圖 3.1主臂鉸點確定圖 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 （ 3.11）10()htgef????? 式中： =0.84m， =0.18m， =1.73m， =0.9m。0hf 從而可以得出： =