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目 錄 目　　錄 摘　　要 １ Abstract 2 1國內(nèi)外起重機發(fā)展現(xiàn)狀和動向 4 1.1國外起重機發(fā)展現(xiàn)狀和動向 4 1.2國內(nèi)起重機發(fā)展現(xiàn)狀和動向 6 2 起重機設計總論 8 2.1 起重機主要技術參數(shù)及其選擇 8 2.2起重機工作級別 10 2.3計算載荷及其組合 11 2.4.材料 12 3 起重機各部件的選擇與計算 14 3.1滾動軸承的選擇與計算 14 3.2階梯軸的校核計算 16 3.3立柱的選擇與計算 20 3.4立柱穩(wěn)定性計算 22 3.5焊縫的強度計算 23 3.6套筒聯(lián)軸器所用鍵的選擇與校核 25 3.7卡箍聯(lián)結螺栓的選擇 26 3.8環(huán)鏈電動葫蘆的選擇 27 3.9工字鋼翼緣彎曲強度計算 28 3.10梁的穩(wěn)定性計算 32 3.11電動機的選擇 33 結 論 37 致 謝 38 參考文獻 39 １ 摘 要 摘　　要 定柱式懸臂起重機是由固定立柱，旋轉懸臂，旋轉支撐裝置，環(huán)鏈電動葫蘆和電氣控制系統(tǒng)組成。立柱采用無縫鋼管制作，下端依靠法蘭及地腳螺栓固定在基地上，上端安裝有旋轉支承裝置。環(huán)鏈電動葫蘆用來升降載荷并沿懸臂移動達到變幅的目的。定住式懸臂起重機立柱不動只起支承作用。 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)。起重機不但要容易操作，容易維護，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有優(yōu)異的耐久性、無故障性、維修性和使用經(jīng)濟性。 有相當批量的起重機是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結構，減小自重和輪壓，也可命名整個建筑物高度下降，建筑結構輕型化，降低造價。因此電動葫蘆橋式起重機和梁式起重機會有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位的一般用途橋式起重機。 　 起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術和電子技術相結合，將先進的計算機技術、微電子技術、電力電子技術、光纜技術、液壓技術、模糊控制技術應用到機械的驅動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。結構方面采用薄壁型材和異形鋼、減少結構的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力條件，減輕自重和增加外形美觀。 關鍵詞：定柱式；懸臂；起重機。 Abstract Abstract cantilever crane is scheduled column by column fixed, rotating cantilever, rotating Support Unit, chain electric hoist and electric control system. Column by making seamless steel tubes, and the flange on the bottom of Anchor Bolt fixed on the base, the top rotation supporting devices installed. Chain electric hoist used to load and movements along the cantilever moving to Change the purpose. Dingzhu-cantilever crane column is not only moving from supporting role. As industrial production increased scale, increasing production efficiency and production process of loading and unloading of materials handling gradually increase the proportion of the cost, to large crane or the demand for high-speed growth, since more and more weight, increasing the pace of work And higher energy consumption and reliability requirements. Crane has become automated production processes in an important link. Crane should not only easy-to-use, easy to maintain and better security, higher reliability, requires excellent durability, trouble-free, maintenance and use of economy. A considerable bulk of the crane is in common use of the occasion, the work is not very heavy. Large quantities of such cranes, wide use, consider the benefits, minimize the appearance requirements crane height, to simplify the structure, reducing the forces round pressure, may also rename the entire building height decline in light of the building structure, reducing construction costs. Therefore electric hoist girder bridge crane and a crane will be faster development, and will replace the majority of small and medium tonnage of general-purpose bridge crane. Crane updates and development, to a large extent depend on the electric transmission and control improvements. Machinery and electronic technology to technology, advanced computer technology, microelectronic technology, power electronics technology, fiber optic cable technology, hydraulic technology, fuzzy control technology applications to drive the machinery and control systems, and crane automation and Intellectualized . The structure of a deformed steel and thin-walled profile, reduce the structure of the seam stitching and enhance anti-fatigue properties. Using all kinds of steel materials, enhance capacity and improve conditions for the force, to reduce forces and increase the aesthetic appearance. KeyWords：The column; cantilever; Crane。 37 1起重機的發(fā)展現(xiàn)狀和動向 1.1國外起重機發(fā)展現(xiàn)狀和動向 近20年世界工程起重機行業(yè)發(fā)生了很大變化。RT(越野輪胎起重機)和AT(全地面起重機)產(chǎn)品的迅速發(fā)展,打破了原有產(chǎn)品與市場格局,在經(jīng)濟發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下,導致世界市場進一步趨向一體化。目前世界工程起重機年銷售額已達75億美元左右。主要生產(chǎn)國為美國、日本、德國、法國、意大利等,世界頂級公司有10多家,世界市場主要集中在北美、日本/亞洲和歐洲。 是生產(chǎn)工程起重機的主要國家,又是最大的世界市場之一。由于日本、德國起重機工業(yè)的迅速發(fā)展及RT和AT產(chǎn)品的興起,美國廠商曾在60～70年代世界市場中占有的主導地位受到削弱,從而形成美國、日本和德國三足鼎立之勢。近幾年美國經(jīng)濟回升,市場活躍,外國廠商紛紛參與競爭。美國制造商的實力也有所增強,特雷克斯起重機公司的崛起即是例證。 特雷克斯起重機公司前身是美國科林起重機廠。1995年以來,通過一系列的兼并活動,已發(fā)展成為世界頂級公司之一。年銷售額從1992年的5000萬美元猛增到1998年的7.71億美元,1999年有望突破10億美元。 日本從70年代起成為工程起重機生產(chǎn)大國,產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量提高很快,已出口到歐美市場,年總產(chǎn)量居世界第一。自1992年以來,由于受日元升值、國內(nèi)基建投資下降和亞洲金融危機影響,年產(chǎn)量呈下降趨勢。年總產(chǎn)值從1991年約5100億日元下降到1997年的3100億日元左右,1998年又比1997年下降1/3以上。1998年日本工程起重機總產(chǎn)量為25560臺,其中,RT產(chǎn)品2087臺,汽車起重機820臺,履帶起重機692臺,隨車起重機15032臺,其他兩類機種共7029臺。RT產(chǎn)品年總產(chǎn)值達550億日元,為各機種之首,其次為履帶起重機,約400億日元。 1991年日本5t以上的輪式起重機市場總銷售量達6700臺,目前日本市場年需求量為3000臺。 歐洲市場是潛力很大的市場。歐洲各工業(yè)國既是工程起重機的出口國,也是重要的進口國。德國是最大的歐洲市場,其次為英國、法國、意大利等國。在德國AT產(chǎn)品市場份額中,利勃海爾占53%,格魯夫占16%,德馬泰克占14%,多田野和特雷克斯各占10%和5%。 國外工程起重機行業(yè)的聯(lián)合風潮 起重機制造業(yè)中的聯(lián)合之風與汽車業(yè)很相似,在汽車行業(yè)中,通用汽車、福特、雷諾、寶馬、梅賽德斯、大眾等大公司都走上了聯(lián)合之路,這兩個行業(yè)的世界市場已日趨一體化。欲在成熟的世界市場獲取市場份額并保持增長,捷徑是購買競爭對手,其長期目標是爭奪世界市場的支配地位。在起重機行業(yè),打入世界市場即意味著進入北美、日本/亞洲和歐洲三大市場。 世界頂級公司都對世界市場具有強大影響力,但迄今還沒有一家公司在上述三大市場取得主導地位。有4家公司已在兩大市場建立了根據(jù)地:格魯夫和特雷克斯在北美與歐洲；多田野在亞洲和歐洲；住友建機在亞洲及北美。 格魯夫、特雷克斯和多田野公司是通過收購競爭對手進入歐洲市場的。格魯夫先是在1984年吞并了英國柯爾斯,而后在1995年購入德國克虜伯。特雷克斯公司于1995年兼并了法國PPM和意大利Bendini公司之后,近幾年又收購了其他一些歐美公司。多田野在1990年吞并了德國法恩公司。住友公司在1986年收購了美國林克．貝爾特公司。 利勃海爾和德馬泰克公司都向美洲和亞洲出口起重機,加藤公司也將產(chǎn)品出售到歐洲。但起重機生產(chǎn)本地化要比依賴當?shù)卮砩棠軇?chuàng)造更多機會,多田野和加藤這兩家公司產(chǎn)品相似,汽車起重機底盤也相同,但多田野海外投資多于加藤公司,因而在增加出口、改善國內(nèi)市場萎縮帶來的困境方面處于更有利的位置。 多數(shù)廠商在爭奪上述市場的同時,還努力擴大產(chǎn)品系列。格魯夫公司的汽車起重機和RT產(chǎn)品具有競爭優(yōu)勢,購買克虜伯公司后,在AT產(chǎn)品方面也頗具實力,該公司還準備生產(chǎn)履帶式起重機。馬尼突沃克公司已在履帶式起重機行業(yè)居支配地位,但也希望在其他起重機產(chǎn)品領域取得相同影響力。 以往起重機廠商的某些合作,大多集中于營銷協(xié)定或許可證貿(mào)易協(xié)定。許可證貿(mào)易要比全面并購方式開展早,風險也小,在行業(yè)中已有先例。但按許可證協(xié)定進行制造,往往在期滿后因產(chǎn)權爭議而告終。特雷克斯與日本IHI公司有歷史聯(lián)系,在50年代科林起重機廠取得了IHI桁架臂技術,至今特雷克斯還提供涂裝AmericanCrane公司產(chǎn)品標志的IHI履帶式起重機。有人會將特雷克斯－IHI的合作看作許可證貿(mào)易行得通的例證。但此類協(xié)定難以持久,其結果無非是特雷克斯要求加強對IHI公司的控制,或者謀求獨立生產(chǎn)履帶式起重機。IHI目前尚未建立北美市場份額,僅起分承包商作用。英國格魯夫公司從1999年開始銷售神鋼履帶式起重機和城市型起重機。 多田野和日立建機公司在1978年簽訂的相互提供產(chǎn)品、擴展雙方產(chǎn)品系列的合作協(xié)議,收效不大。在國內(nèi)市場萎縮情況下,日立建機于1999年2月宣布,將再次考慮擴大流動式起重機生產(chǎn)與銷售領域與多田野的合作。而多田野公司則希望能擁有一家美國制造基地,但目前時機尚未成熟。 擁有多種類產(chǎn)品可使收入多樣化。特雷克斯公司既經(jīng)營采礦設備又經(jīng)營起重搬運設備,起重搬運設備包括AT和RT產(chǎn)品、汽車起重機、履帶式起重機、塔機、叉車、伸縮臂式搬運機、高空作業(yè)車及隨車起重機。林克．貝爾特公司基于其生產(chǎn)挖掘機的經(jīng)驗,成為首先將液壓技術應用于桁架臂式起重機的廠商之一。但目前住友公司已將其在日本和美國的起重機與挖掘機企業(yè)(包括林克．貝爾特)分開,其依據(jù)是起重機和挖掘機屬于不同行業(yè)。利勃海爾既生產(chǎn)挖掘機,也生產(chǎn)流動式起重機和塔式起重機,還在愛爾蘭生產(chǎn)集裝箱搬運起重機,各企業(yè)均為單獨實體。 國外工程起重機從整體情況分析，領先國內(nèi)10~20年(不同類型產(chǎn)品有所不同)。隨著國外 經(jīng)濟發(fā)展速度趨于平穩(wěn)，工程起重機向智能、高性能、靈活、適應性強、多功能方向發(fā)展。 25t以下基本上不生產(chǎn)，產(chǎn)品向高附加值、大噸位發(fā)展，如利勃海爾公司汽車起重機基本退出 市場，目前市場主導產(chǎn)品為全地面起重機，最小噸位是35t，而80t和160t是主導產(chǎn)品；格魯夫 公司：主導產(chǎn)品是全地面起重機和輪胎起重機，最小噸位是25t；多田野公司：汽車起重機只 占20%，主導產(chǎn)品是全地面起重機和輪胎起重機，最小噸位16t。因此行業(yè)配套也與國內(nèi)有所不同： 1、下車主要是300kW以上柴油大功率發(fā)動機，與之配套的液力變矩器和自動換檔變速箱、12噸級驅動轉向橋及越野輪胎。 2、上車：高強度材料、大扭矩的起升機構、回轉機構、回轉支承。 3、液壓系統(tǒng)：變量泵、變量馬達、電磁換向先導閥及主閥、平衡閥、懸掛系統(tǒng)閥、液壓 鎖、液壓缸及管路標準配套件。 4、智能控制系統(tǒng)：力限器顯示控制、記憶通訊及單缸順序伸縮自動控制。由于國外工程機械起步較早，形成了成熟的配套件體系。如力士樂的泵馬達、閥、起升、回轉、行走機構；貝林格的主閥、先導閥、平衡閥；哈威的主閥、先導閥、平衡閥；ZF的變速箱、分動箱；凱斯蘭的橋；PAT的力限器等等。配套廠能與主機廠協(xié)作密切，聯(lián)合開發(fā)，再加上主機廠家的專有技術，能形成很強的核心競爭優(yōu)勢，能夠保證主機性能的發(fā)揮和可靠性的提高。多家外國廠商看好中國塔式起重機市場全球起重機巨頭力圖搶占中國市場份額國內(nèi)外隨車起重機現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.2國內(nèi)起重機發(fā)展現(xiàn)狀和動向 我國的生產(chǎn)起步較晚，到70年代末，全國生產(chǎn)的產(chǎn)品品種還很 單一，生產(chǎn)規(guī)模很小，到80年代，產(chǎn)品的品種及產(chǎn)量均呈增長趨勢，近幾年 來，在國內(nèi)市場的產(chǎn)銷總量增長勢頭更猛，從行業(yè)統(tǒng)計結果可以看出，1999年市場總量為1000臺左右，2000年市場總量約為1300臺，2001年市場總量約為1700臺，目前的市場總量約為2000臺。改革開放20多年來，國民經(jīng)濟突飛猛進，國家基礎建設蓬勃發(fā)展，帶動著國內(nèi)工程機械的 需求，推動著工程機械的發(fā)展。工程起重機行業(yè)也同其它工程機械一樣得到長足的發(fā)展。目前從行業(yè)2003年13家企業(yè)報表來看，1-6月份銷售量4600臺，比去年同期增長50%以上，估計全年 將超過8000臺市場規(guī)模，各個企業(yè)都有不同程度的增長。從起重機行業(yè)歷年來的銷售數(shù)據(jù)分析，以下四個特點十分明顯： 一是市場規(guī)模具有顯著的地域性，經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)持續(xù)熱銷，落后地區(qū)的購買力則相對較 弱；二是中大噸位產(chǎn)品增長迅速，16噸以上產(chǎn)品均有較大幅度增長，今年上半年20噸級以上產(chǎn) 品增幅更是高達100%以上；三是行業(yè)發(fā)展與國家投資政策關聯(lián)率較大，周期變化受國民經(jīng)濟發(fā) 展影響明顯；四是用戶的不確定性和分散性，據(jù)統(tǒng)計，目前私人用戶占整體用戶的70%以上， 而且還有不斷增加的趨勢。可以預見在2002年大發(fā)展的基礎上，今年又將取得突破性發(fā)展，體 現(xiàn)著國民經(jīng)濟發(fā)展的強大動力和潛力。隨著國家發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)整，各項措施的到位和落實及全民 共謀發(fā)展奔小康的強烈愿望，經(jīng)濟建設必將走向快速健康發(fā)展之路，工程起重機及配套行業(yè)， 通過市場競爭的洗禮，也必將擺脫前幾年徘徊局面，進入健康穩(wěn)步發(fā)展的新時期。 我國工程起重機行業(yè)面對新一輪挑戰(zhàn) 全國生產(chǎn)的廠家約有10多家，主要企業(yè)有徐州公司、石家莊煤礦機械廠、山西長治清華機械廠、武漢汽車起重機廠、湖南專用汽車制造廠等。另外，近年錦州 重型機械股份有限公司與韓國廣林特裝車株式會社組建的合資公司也開始涉足領 域，且發(fā)展勢頭良好；常林股份有限公司與奧地利的PALFINGER公司也將開始合作生產(chǎn)。 徐州公司組建于2001年9月，在消化吸收國外先進技術的基礎上生產(chǎn)SQ系列伸縮臂式、折疊臂式，并由航天部定點生產(chǎn)國防工程專用隨車起重運輸裝填車、雷達車等產(chǎn)品，其產(chǎn)品曾批量出口伊拉克等國家。近兩年來，依靠技術創(chuàng)新，取得了較快發(fā)展，2002年開發(fā)了近20個新產(chǎn)品，在國內(nèi)處于領先地位，成為我國行業(yè)的后起之秀。石家莊煤礦機械廠是我國較早生產(chǎn)直臂卷揚的工廠，其產(chǎn)品風格和日本多田野TM－23系列相似，具有一定的市場覆蓋率。山西長治清華機械廠是航空航天部直屬企業(yè)，早期生產(chǎn)直臂式。該廠引進瑞典希亞伯（HIAB）公司生產(chǎn)技術后，生產(chǎn)折臂式產(chǎn)品，無起升機構，采用變幅方式進行重物升降，具有歐洲產(chǎn)品的風格。武漢汽車起重機廠是較早生產(chǎn)的廠家，其產(chǎn)品為直臂式卷揚起重機，與東風、解放及黃河汽車配套，可在汽車底盤的尾部又加裝了10ｔ液壓絞盤，特別適合于電業(yè)部門搶險與施工需要。湖南專用汽車制造廠始建于1950年，系湖南省機械行業(yè)重點企業(yè)，是國家計委、國家經(jīng)貿(mào)委和機械工業(yè)部在全國唯一定點的隨車起重運輸車生產(chǎn)基地。主要產(chǎn)品有隨車起重運輸車、自卸車、廂式車、運輸加油車、后裝壓縮式垃圾車等。 工程起重機行業(yè)在94~99年是發(fā)展低谷，5年中行業(yè)幾個主要的生產(chǎn)廠家，苦練內(nèi)功，積極 組織產(chǎn)品變型和換代，在產(chǎn)品外觀上下功夫。從99年以來，隨經(jīng)濟建設新一輪啟動，工程起重 機市場競爭格局發(fā)生巨大變化，各企業(yè)不斷調(diào)整思路、更新觀念、轉換機制、提高核心競爭 力，努力開發(fā)產(chǎn)品，開拓市場。產(chǎn)品重心也從8t、12t向16t、25t、50t中大噸位發(fā)展，25t增 速最快，產(chǎn)量不斷翻新，基本占據(jù)主導地位。50t產(chǎn)品由于需求面較廣，技術逐漸成熟，也大 批量進入市場。目前國內(nèi)主要產(chǎn)品系列，汽車起重機為8t、12t、16t、20t、25t、35t、50t、 65t、80t、l00t，全地面起重機為25t、50t、125t、160t和履帶起重機為35t、50t、l00t、 150t。整體技術風格是： 下車有全頭和半頭兩種不同風格，多年來半頭車因總體布置的方便性及價格因素一直被廣 泛采用。但近年來隨著物質(zhì)條件的改善，人們的生活條件和質(zhì)量提高，操作方便、舒適、可靠 逐漸成為用戶關注的焦點，中大噸位向全頭方向發(fā)展。 上車操縱從傳統(tǒng)的機械操作向液比例和電液比例方向發(fā)展，起重吊臂也從傳統(tǒng)的三節(jié)向四節(jié)、五節(jié)方向發(fā)展，產(chǎn)品的起重性能和起重高度有了較大提高，產(chǎn)品的外觀和可靠性有了較大 幅度提高。 我國工程起重機市場趨勢與對策分析。 由于我國起步于70年代，相對較晚，而且發(fā)展速度不快，只是近幾年才有較大發(fā)展，和國外相比，還有很大的差距。具體表現(xiàn)在： 1.品種少、產(chǎn)量低 我國現(xiàn)處于初級發(fā)展階段，品種較少。中小噸位重復較多，至今尚未形成 大、中、小完整的系列，年產(chǎn)量只相當于國外一個廠家的生產(chǎn)能力。 2．起重力矩小，技術水平低 我國以直臂卷揚為主，受國內(nèi)汽車底盤的限制，起重力矩小，其他性能指標也一般低于國外先進產(chǎn)品。目前國內(nèi)企業(yè)對的研究開發(fā)投入很少，液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的技術水平也有一定差距。 3．安全裝置不齊全，操作不方便 我國僅裝有起升高度限位及平衡閥、溢流閥等一般安全裝置，全部為手動操作。而國外早已將電子技術廣泛運用到上，如帶有微電腦的力矩限制器及防傾翻保護器等，并且已實現(xiàn)了有線與無線遙控。 4．功能單一 我國以起重作業(yè)及運輸功能為主，而國外均有多種附具，主要加裝在吊臂頭部，如工作斗、抓斗、高空作業(yè)平臺、各種抓具、夾具、吊籃、螺旋鉆、板叉、裝輪胎機械手、拔樁器等，使具備了一機多用的功能。另外，國外一些廠家進一步開發(fā)了鐵路專用等專用產(chǎn)品。 5．外形不美觀 我國設計單調(diào)，忽視了和汽車外形的協(xié)調(diào)，而國外對的著色非常嚴格，不僅在外形和著色上實現(xiàn)和卡車的一體化，還要求和城市的景觀相協(xié)調(diào)。 2 2 起重機設計總論 2.1 起重機主要技術參數(shù)及其選擇 起重機的技術參數(shù)表征起重機的作業(yè)能力是設計起重機的基本依據(jù)，起重機的主要技術參數(shù)有：起重量.起升高度.跨度(橋式起重機).幅度(臂架類型起重機).機構工作速度和生產(chǎn)率。臂架類型起重機的主要技術參數(shù)中還包括起重力矩.對于輪胎.汽車.履帶.鐵路等起重機.爬坡度和最小轉彎(曲率)半徑也是主要技術參數(shù)。 （一）起重量 起重機正常工作時允許一次起升的最大質(zhì)量稱為額定起重量，單位為噸(t)或千克(Kg)。吊鉤起重機的額定起重不包括吊鉤和動滑輪組的自重，起重機對應不同的臂架長度和幅度有不同的額定起重量.(本設計中要求起重量為100Kg左右)。 起重機的起重量常用符號Q或P或Cp等表示.起重量是質(zhì)單位(Kg)，但習慣用的起重量單位為噸(t)。這可視為非國際單位制的質(zhì)量單位(1t=1000kg)。當起重量視為載荷時，起升載荷的單位為牛(N)或千牛(KN)。 （二）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升位置的鉛垂距離（吊鉤取吊環(huán)中心），單位為米。 起升高度的選擇按作業(yè)要求而定，在確定起升高度時，應考慮配屬的吊具，路基，保證起重機能將最大高度的物品裝入車內(nèi) 本設計中取起升高1.５米。 （三）機構工作速度： 起重機機構工作速度根據(jù)作業(yè)要求而定。額定起升載荷指起升機構在額定轉速時，取物裝置滿載起升的速度。 起升速度與起重機的用途，起重量大小和起升高度等有關，額定運動速度是指運行電動機在額定轉速時，起重機或小車的運行速度，運行速度與起重機類型和用途有關，懸臂起重機按滿載確定運行速度。 貨物升降速度：1.6~2.0m/s，運行小車為25m/min。 （四）生產(chǎn)率： 起重機在一定作業(yè)條件下，單位時間內(nèi)完成的物品作業(yè)量叫生產(chǎn)率。生產(chǎn)率可按小時、共班、天、月、年或用起重機整個使用壽命期間中累計完成的物品作業(yè)量來表示。 生產(chǎn)率分為計算生產(chǎn)率（理論生產(chǎn)率）和技術生產(chǎn)率（實際生產(chǎn)率），按額定起重量、額定工作速度和規(guī)化作業(yè)周期算出的生產(chǎn)率為計算生產(chǎn)率。起重機作業(yè)時實際達到的生產(chǎn)率叫技術生產(chǎn)率。影響技術生產(chǎn)率的因素很多，一般只能由統(tǒng)計方法得到。 計算生產(chǎn)率P按下式計算： 式中：--起重機每個作業(yè)循環(huán)吊運的物品質(zhì)量，即起重量（t）或體積（）或數(shù)量（件）。 --每小時工作的循環(huán)數(shù)，，其中為作業(yè)循環(huán)周期（s），取60s 計算的： 生產(chǎn)率是起重機的綜合技術參數(shù)，它受起重機的起重量、機構工作速度，起升和運行距離，物品包裝和吊具完善情況、司機操作熟練程度等因素的影響。 （五）起重力矩： 起重力矩是臂架類型起重機主要技術參數(shù)之一，它等于額定起重量（Q）和與其相應的工作幅度（R）的乘積，即M=QR。起重力矩一般用t×m為單位。起重力矩比起重量更全面說明臂架類型起重機的工作能力。額定起重量為定值與幅度無關的起重機，在最大幅度起吊額定起重量物品時產(chǎn)生最大起重力矩。 （六）最大爬坡度 由于本設計中，起重機僅限于幾臺固定機床之間工作，屬于車間用起重機，地面可視為平整，忽略微小坡度。 （七）最小轉彎（曲率）半徑： 輪胎起重機在地面上行駛時，起重機能夠順利轉彎所通過的最小半徑叫最小曲率半徑。最小轉彎（曲率）半徑是表征起重機機動性能的參數(shù)。本設計中最小轉彎（曲率）半徑為1m。 2.2起重機工作級別 劃分起重機的工作級別是為了對起重機金屬結構和機構設計提供合理基礎，也為用戶和制造廠家進行協(xié)商時提供一個參考范圍。它能使起重機勝任它需要完成的工作任務。 在確定起重機的工作級別時，應考慮兩個因素：利用等級和載荷狀態(tài)。 （一）、起重機利用等級 起重機在有效壽命期間有一定的總工作循環(huán)數(shù)。起重機作業(yè)的工作循環(huán)是從準備起吊物品開始，到下一次起吊物品為止的整個作業(yè)過程工作循環(huán)總數(shù)表征起重機的利用程度，它是起重機分級的基本參數(shù)之一。對于某些作業(yè)規(guī)范劃一的起重機工作總數(shù)可以從已知的總工作小時數(shù)和每小時工作循環(huán)數(shù)獲得。對于要完成各種不同任務的流動式起重機，只能根據(jù)經(jīng)驗估計適當?shù)臄?shù)值，工作循環(huán)總數(shù)是起重機在規(guī)定使用壽命期間所有工作循環(huán)次數(shù)的總和。 確定適當?shù)氖褂脡勖鼤r，要考慮經(jīng)濟技術和環(huán)境因素，同時也要計算設備老化的影響。 本設計起重機是繁忙的使用，由GB/T 3811-1983可以確定機構利用等級為T7。 （二）起重機載荷狀態(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—起升機構受載的重要程度。載荷狀態(tài)與兩個因素有關：一個是實際起升載荷Q；與額定載荷Qmax之比（Qi/Qmax）另一個是實際起升載荷Qi的作用次數(shù)Ni與工作循環(huán)總數(shù)N之比(Ni/N)表示(Qi/Qmax)和(Ni/N0關系的線圖稱為載荷譜。選Q4—特種名義載荷譜系數(shù)KQ=1.0頻繁起吊額定載荷。 如果無法獲得起重機在使用壽命期間起升載荷的次數(shù)和起升物品的質(zhì)量等數(shù)據(jù)，應由用戶和制造廠家時名義載荷狀態(tài)的選擇協(xié)商一致。 本設計中總設計壽命為25000h，載荷狀態(tài)為L3 （三）起重機整機工作級別： 確定了起重機機構利用等級和載荷狀態(tài)，由GB/T 3811-1983確定起重機整機工作級別為M8。 2.3計算載荷及其組合 為了保證起重機安全工作，起重機本身應具備三個條件： （1）金屬結構和機械零部件應具有足夠的強度、剛度和抗屈能力； （2）整機具有必要的抗傾覆穩(wěn)定性； （3）原動機具有滿足作業(yè)性能要求的功率，制動裝置提供必須的制動轉矩。 在設計起重機時，需要通過計算來建立或檢驗這三個基本條件。計算時，首先要確定載荷，載荷計算是起重機機械設計計算的基礎。 根據(jù)ISO 8686-1：1989對載荷的定義：載荷是以力位移或溫度形式出現(xiàn)的外部或內(nèi)部作用，它在起重機金屬結構或機械零部件內(nèi)部產(chǎn)生應力。 起重機工作特點決定了載荷的隨機性。在起重機設計計算中采用的是確定性方法。對于變化復雜的實際載荷，只能用簡化的理論計算并與試驗和經(jīng)驗結合的方法確定，由此得到的載荷只是真實載荷的近似，通常稱為計算載荷。 1.自重載荷： 自重載荷是指起重機金屬結構、機構、動力或電氣設備，以及裝在起重機上的料倉、連續(xù)機及相應的物料等質(zhì)量的重力（起升質(zhì)量的重力除外）。在起重機設計計算的初始階段，自重載荷尚屬未知，必須預先估出，最常用的估算方法是參考相近或相似的現(xiàn)有起重機，或利用統(tǒng)計經(jīng)驗公式、圖表，進行初估，最后加以校核休整。 自重載荷的作用方式視計算類型和結構特點而定。起重機總體計算時，將自重載荷視為通過各個部件重心的集中力。 在本設計中，初步估算起重機自重為500kg。 2.起重機載荷Q： 起升載荷是指起升質(zhì)量的能力。起升質(zhì)量包括允許起升的最大物品，取物裝置（環(huán)鏈電動葫蘆）以及懸掛撓性件它隨同起升的設備質(zhì)量。 起升載荷動載荷系數(shù)： 物品突然離地起升或下降制動時，對承載結構和傳動機構將產(chǎn)生附加的動載荷作用。這一動載荷作用可通過將起升載荷乘以大于1的起升載荷動載系數(shù)考慮。 系數(shù)的取值方法，如下（ISO 8686-1：1989）： 當時， 當時， 式中：--穩(wěn)定起升速度（m/s），與起升吊具有關，由空載電動機或發(fā)動機的穩(wěn)定轉速導出 --起升狀態(tài)級別系數(shù) --起升載荷最小動載系數(shù)，與起升狀態(tài)級別有關。 在本設計中選擇：車間用起重機，即， 所以經(jīng)計算： 2.4.材料 起重機的機構零件、金屬結構、聯(lián)結件和附件均由黑色金屬、有色金屬和非金屬材料加工制成。設計起重機時，應根據(jù)起重機機構和結構的載荷狀態(tài)、利用等級、安全要求和經(jīng)濟合理等因素，正確選擇材料。 （一）機構零件材料 起重機機構零件一般由鍛件、軋制件、焊接件、鑄件作為坯件，經(jīng)機械加工而成。 鍛件、軋制件和焊接件主要采用碳素結構鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼和低合金結構鋼。重要零件采用合金結構鋼。有特殊要求的零件用特殊合金鋼。 按照零件的載荷性質(zhì)和工作要求，鑄件可采用鑄鋼、鑄鐵和鑄銅。為了改善材料的機械性能，提高零件的承載能力和使用壽命，鑄件必須進行熱處理。 有色金屬和合金鋼用于性能有特殊要求的零件：高的導電性、耐磨性、抗腐蝕性和高強度。使用有色金屬和合金時，應該注意經(jīng)濟合理性。 （二）金屬結構材料 起重機金屬結構使用的材料主要是鋼材，鋁合金比鋼的比重小，延伸率大，彈性磨量僅為鋼的三分之一，價格昂貴，國內(nèi)起重機金屬結構中尚未采用。 普通碳素鋼Q235是制造起重機金屬結構最常用的材料。 與碳素鋼相比，低合金鋼具有更高的屈服極限與抗拉強度，更好的抗低溫冷脆性和耐磨性，較好的可焊性，但有效應力集中系數(shù)較高。如果結構的強度由最大載荷控制，不決定于受變載荷作用的疲勞壽命，這種情況下采用16Mn低合金鋼效果最好。 （三）聯(lián)結材料 1.焊接 焊條或焊絲型號應與主體金屬強度相適應。對工作級別高，承受動載荷的結構焊縫，必須保證焊條或焊絲材料有足夠的韌性和塑性。 采用手工電弧焊時，所用的焊條符合GB 5117-85《碳鋼焊條》的要求起重機結構手工電弧焊焊條的運用見《起重機設計手冊》表1-8-18。 2.螺栓聯(lián)接 螺栓聯(lián)結的常用材料應符合GB 3098-82《緊固件機械性能》的規(guī)定。 在常溫下工作的起重機采用非鉸制孔的螺栓和螺母，可采用Q235碳素結構鋼。鉸制孔的螺栓可用20號優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼制作，螺母材料可用Q235碳素結構鋼。對于承載大的重要螺栓聯(lián)結，宜采用35號或45號優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。 3 3 起重機各部件的選擇與計算 3.1滾動軸承的選擇與計算 1.軸承類型的選擇：選擇軸承的類型與多種因素有關。 （1）允許空間（2）載荷大小和方向。例如既有徑向又有軸向的聯(lián)合載荷一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，如果徑向載荷大，軸向載荷小，可選用深溝球軸承和內(nèi)外圈都有擋邊的圓柱滾子軸承。如同時還存在軸或殼體變形大及安裝對中性差的情況，可選用調(diào)心球軸承，調(diào)心滾子軸承。（3）軸承工作轉速，旋轉精度，G級公差軸承（4）軸承的剛性，一般滾子軸承的剛性大與球軸承，提高軸承的剛性可通過“預緊”單必須適當。（5）軸向游動（6）摩擦力矩（7）安裝與拆卸。 2.按額定動載荷選擇軸承： 選擇軸承一般應根據(jù)機械的類型，工作條件，可靠性要求及軸承的工作轉速n，預先確定一個適當上午使用壽命Lh（用工作小時表示），再進行額定動載荷和 額定靜載荷的計算。 2.1 基本額定動載荷計算 軸承基本額定動載荷可按式（6-2-1）進行簡化粗略計算。 C=〈Cr或（Ca） （6-2-1） 式中： C-基本額定動載荷計算值N； f=沖擊載荷因數(shù)，按表6-2-10選取 ； P-當量動載荷，按式（6-2-2）計算，N； f-溫度因數(shù)，按表6-2-11選?。? f-壽命因數(shù)，按表6-2-8選?。? Cr-軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動載 荷，N； f-速度因素，按表6-2-9選?。? Ca-軸承尺寸及性能表中所列軸向基本額定動載 荷，N； f-力矩載荷因素，力矩載荷較小時f=1.5，力矩載荷較大時f=2。 2.2 當量動載荷P的計算 預設該機構壽命為3年，每年工作300天，每天工作8小時，則Lh=7200h。 P=XFr+YFa 式中：P-當量動載荷,N; Fr-徑向載荷,N; Fa-軸向載荷,N; X-徑向動載荷系數(shù); Y-軸向動載荷系數(shù)。 內(nèi)徑為50mm的軸承的選擇與計算： 求軸承徑向力Fr：Fr×221/2=Q×E=2315250 N/mm 解得Fr=20.942KN 軸承軸向力Fa：Fa=1.715KN 查表的：e=0.30 因為Fa/Fr=0.081937678.7N 故軸承選取合適。 校核軸承的額定靜載荷：Pr=0.67Fr+3.6Fa=0.67×20.942+3.6×1.715=20205.14N Pr =20205.14N < 73200N = Cr 經(jīng)過驗算軸承22210滿足要求。 3.2階梯軸的校核計算 預算：計算軸上的載荷 T=9594 Q=mg=1.715KN 階梯軸材料為45鋼， 規(guī)定安全因數(shù)為n=2. 圖3-1 軸的受力簡圖與彎矩圖 （1） 校核60MM到50MM的階梯軸 1. 計算軸的工作應力，首先計算交變彎曲正應力及循環(huán)特征： 其次計算交變扭轉切應力及其循環(huán)特征： 2.確定各種系數(shù)根據(jù)P/d=60/50=1.2 R/d=5/50=0.1 由圖11.8C查的 由圖11.8E查的 由于名義應力是按軸直徑等于50MM來計算的。 所以尺寸因數(shù)也應按軸直徑等于50MM來確定，由表11.1查的， ，由表11.2查的 對于合金鋼取 3.計算彎曲工作安全因數(shù)和扭轉工作安全因數(shù) 因為彎曲正應力是非對稱循環(huán)，r=0.118 按公式（11.6）計算 扭轉應力是脈動循環(huán)，r=0應按非對稱循環(huán)計算工作安全因數(shù)的公式（11.17） 計算 4.計算彎矩組合交變應力下，軸的工作安全因數(shù) 由公式（11.19） 所以滿足疲勞強度條件。 （2）校核100MM到60MM的階梯軸 1.計算軸的工作應力，首先計算交變彎曲正應力及循環(huán)特征： 其次計算交變扭轉切應力及其循環(huán)特征： 2.確定各種系數(shù)根據(jù)P/d=100/60=1.67 R/d=5/60=0.083 由圖11.8C查的 由圖11.8E查的 由于名義應力是按軸直徑等于60MM來計算的。 所以尺寸因數(shù)也應按軸直徑等于60MM來確定，由表11.1查的， ，由表11.2查的 對于合金鋼取 3.計算彎曲工作安全因數(shù)和扭轉工作安全因數(shù) 因為彎曲正應力是非對稱循環(huán)，r=0.148 按公式（11.6）計算 扭轉應力是脈動循環(huán)，r=0應按非對稱循環(huán)計算工作安全因數(shù)的公式（11.17） 計算 4.計算彎矩組合交變應力下，軸的工作安全因數(shù) 由公式（11.19） 所以滿足疲勞強度條件。 3.3立柱的選擇與計算 確定該設計起重機為繁忙使用，確定機構利用等級為T7總設計壽命為7200h 載荷狀態(tài)為L3 工作級別為M8 由國家標準鋼管合格表初選： 立柱D=219MM 厚度為 10MM 屈服強度為 235 抗拉強度為 375-460 軸慣性矩為 3593.286 cm 極慣性矩為 Ip=7186.572 抗扭系數(shù)為656.307 截面面積為 65.659 單位重量為 51.542kg/m 每米外表面積為 688 圖3-2 梁的受力簡圖 g近似取10n/kg G(重物)=mg=100kg×10n/kg=1000n q=11.26kg/m G(梁)=m梁g=q×l×g=11.261×1.5×10=169n G（電機）=18×10=180n G(電葫蘆)=47×10=470n G(總)= G(重物)+ G（電機）+ G(電葫蘆)=1000+180+470=1650n M= G(總)×L+ G(梁)×L/2=1650×1.5+169×0.75=2601.75N/M 3.4立柱穩(wěn)定性計算 由結構知，此立柱采用標準型鋼鋼管制成為等斷面立柱，根據(jù)《機械設計手冊》 第一卷（等斷面立柱變壓穩(wěn)定性計算）由表1-1-120等斷面立柱變壓靜力穩(wěn)定性計算。此立柱屬于偏心壓桿，采用折減系數(shù)法計算： 穩(wěn)定性條件： 實際工作載荷P=1000N 偏心壓桿的折減系數(shù)，其值根據(jù)桿的柔度及 查表1-1-123得 查表1-1-94為 為壓桿的長度系數(shù) 查表1-1-125 =2 （1） 梁與立柱垂直時 偏心距e為1.5m+219mm/2=1609.5mm 立柱截面面積 截面抗彎模數(shù) 取=0.028 計算如下： 穩(wěn)定性符合要求 （2）梁處于極限位置處 偏心距e=1359.85mm 取=0.037 計算如下： 穩(wěn)定性符合要求 3.5焊縫的強度計算 由《機械設計手冊》第一篇表1-4-43起重機金屬結構焊縫的許用應力（GB3811-1983） 取 結構件材料的基本許用應力由表1-4-44查得 由表1-4-45（安全系數(shù)和許用應力）選取組合，安全系數(shù)=1.5，拉伸，壓縮，彎曲許用應力,剪切許用應力,端面承壓許用應力（磨平頂緊） 圖3-3 梁的焊縫簡圖 由《機械設計手冊》第一卷表1-4-35得：彎曲應力 由《機械設計手冊》第一卷第三篇 熱軋工字鋼（GB/T 706-1988）查的 根據(jù)《機械設計手冊》第一卷第三篇 熱軋工字鋼（GB/T 706-1988）查的 10號工字鋼h=100mm,t=7.6mm. 由《機械設計手冊》第一卷表1-4-34得：a=0~2 取a=2 由《機械設計手冊》第一卷表1-4-40(建筑鋼結構焊縫許用應力)查得： 焊接符合要求。 3.6套筒聯(lián)軸器所用鍵的選擇與校核 （1）套筒聯(lián)軸器所用鍵的選擇與校核 按已知條件初選鍵的類型為A型平鍵，由（GB1096-79）查得鍵的公稱尺寸為 B×h=16×10。鍵的參數(shù)如下： 鍵槽： 寬度 b=16 深度 較緊鍵聯(lián)結 軸t 極限偏差 軸和轂為p9 公稱尺寸 +0.2 -0.018 6.0 0 -0.061 轂t1 極限偏差 公稱尺寸 +0.2 4.3 0 已知傳遞功率p=0.4kw 輸出轉速為7r/min 有輕微沖擊 1. 選擇鍵的類型：A型普通平鍵 2. 確定鍵的尺寸：鍵寬b=16mm 鍵高h=10mm 鍵長L=50mm 3. 驗算擠壓強度：公式 鍵的工作長度l=L-b=50-16=34mm 擠壓面高度k=h/2=10/2=5mm 轉矩T=9.55=9.55 許用擠壓應力由表6-1，[]=100MPa 擠壓應力 經(jīng)驗算所選平鍵能夠安全使用。 （2） 電動小車車輪所用鍵的選擇與校核 按已知條件初選鍵的類型為A型平鍵，由（GB1096-79）查得鍵的公稱尺寸為 b×h=8×7。鍵的參數(shù)如下： 鍵槽： 寬度 8=16 深度 較緊鍵聯(lián)結 軸t 極限偏差 軸和轂為p9 公稱尺寸 +0.2 -0.015 4.0 0 轂t1 極限偏差 公稱尺寸 +0.2 3.3 0 已知傳遞功率p=0.4kw 輸出轉速為70r/min 有輕微沖擊 4. 選擇鍵的類型：A型普通平鍵 5. 確定鍵的尺寸：鍵寬b=8mm 鍵高h=7mm 鍵長L=25mm 6. 驗算擠壓強度：公式 鍵的工作長度l=L-b=25-8=17mm 擠壓面高度k=h/2=7/2=3.5mm 轉矩T=9.55=9.55 許用擠壓應力由表6-1，[]=100MPa 擠壓應力 經(jīng)驗算所選平鍵能夠安全使用。 3.7卡箍聯(lián)結螺栓的選擇 先計算卡箍所受的軸向力：Q=mg =[m(梁)+m（電葫蘆）+m(電動小車)+m(重物)]g =（10×1.5+47+20+100）×9.8 =1.715KN 由于連接板下設置支托板，故豎直剪力由支托板承受，而螺栓承受彎矩.其值為 M=Qe=1.715×210=360.15KNmm 此處聯(lián)結螺栓采用高強度螺栓： 確定螺栓承受最大拉力 高強度螺栓預緊力為： P 經(jīng)計算選用45號鋼制造高強度螺栓M10 3.8環(huán)鏈電動葫蘆的選擇 環(huán)鏈電動葫蘆是以焊接圓環(huán)鏈作為承載件的電動葫蘆，與鋼絲繩電動葫蘆相比，結構更加輕巧，價格更便宜，用途也很廣。 環(huán)鏈電動葫蘆起升機構通常是由一臺單速錐形轉子電動機或一臺雙繞組變級式雙速錐形轉子電動機驅動，通過兩級或三級齒輪傳動減速驅動鏈輪旋轉，達到起重目的。起升機構的雙速比多數(shù)為1：4～1：6，其起重鏈條一般都采用80級（σb=800Mpa）高強薄層滲碳鏈 環(huán)鏈電動葫蘆由吊鉤裝置，集鏈箱，機體，電動運行小車，起升電動機，電氣控制裝置。根據(jù)已知條件此設計中選擇BHHM0.125型環(huán)鏈電動葫蘆，其參數(shù)如下： BHHM0.125型環(huán)鏈電動葫蘆： 起重量：0.125t 起升高度：1.5m 起升速度：常速：4m/min 慢速：1m/min 運行速度：26m/min 工作制度：起升：JC=25/15% 運行：JC=40% 起重鏈：行數(shù)：2 直徑×節(jié)距： Φ4×12 電動機：起升常速：0.2kw 慢速：0.05kw 運行：0.4kw 電源：380/220v 50Hz 工字鋼型號：10 軌道最小曲率半徑：1m 起升高度增加1m所增加重量；0.7k 與電動葫蘆配套使用的電機為電動葫蘆專用交流三相異步電動機系列 系列號：YHHZ1 電動機名稱：環(huán)鏈電動葫蘆起升用雙速錐形轉子感應電動機 基準工作制：高速S4-40%,240次/h 低速S4-20%,240次/h 系列容量（KW）：高速：0.2～3.1（0.2） 低速：0.05～0.51（0.05） 級數(shù)：2/8 2/12 3.9工字鋼翼緣彎曲強度計算 1.工字鋼出現(xiàn)的危險點 影響工字鋼翼緣局部彎曲的因素很多，但主要是輪壓。翼緣的厚度和輪壓作用點的位置，其中輪壓和翼緣的厚度只影響局部彎曲應力大小而壓力作用點的位置不僅影響力的大小，同時還決定危險點的位置。 實際上，工字鋼下翼緣局部彎曲的危險點將隨著輪壓作用點的位置變化而改變，當力作用點靠近工字鋼翼緣邊緣時，危險點將會在點5和點6處出現(xiàn)；當作用點在工字鋼翼緣中間時，危險點將在輪壓作用點3和4處出現(xiàn)；當作用點靠近工字鋼腹板時，危險點將會在翼緣根部點1和點2處出現(xiàn)。 2.k-曲線. k-曲線是反映輪壓作用點位置對局部彎曲應力影響的曲線，是力（輪壓）作用點位置系數(shù)，是指力的作用點到工字鋼腹板的距離i與工字鋼翼緣懸臂板寬 a的比值，即=i/a,i=a+c-e,a=b-d/2 其中：i-力作用點至腹板距離（mm） a-工字鋼翼緣懸臂板寬度（mm） b-工字鋼翼緣寬度（mm） d-工字鋼腹板厚度（mm） c-輪緣與工字鋼翼緣之間的間隙（mm）取3~5 e-力作用點至輪緣邊的距離（mm） 圖3-4 車輪與梁的配合尺寸簡圖 由《起重運輸設備選用手冊》查得 當工字鋼為普通熱軋工字鋼時，翼緣表面斜度為1/6,取e=0.164R;采用輕型工字鋼 ，工字鋼翼緣表面斜度為12%，取e=0.118R，R為車輪踏面曲率半徑