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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
I、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：
橋式起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
II、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：
1、主鉤起重量：250t、副鉤起重量50t；
2、大車運(yùn)行速度：20m/min、小車運(yùn)行速度：2m/min；
3、起重機(jī)跨距：20m；
4、起升機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)葫蘆型式：
5、電動(dòng)葫蘆運(yùn)行速度 V2=15 m/min、起升速度 V1=8 m/min、起升高度H=40m；
6、工作級(jí)別：A3；
III、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間：
1. 查閱文獻(xiàn)、熟悉課題、撰寫開(kāi)題報(bào)告 第1周
2. 相關(guān)外文文獻(xiàn)（6000字符以上）閱讀與翻譯 第2周
3．運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 第3周——第5周
4．總裝圖設(shè)計(jì) 第6周——第9周
5. 主要零、部件強(qiáng)度及選用計(jì)算 第10周——第13周
6. 繪制零、部件圖 第14周——第16周
7. 畢業(yè)論文 及答辯準(zhǔn)備 第17周
Ⅳ 、主 要參考資料：
【1】孫桓等主編.機(jī)械原理.北京:高等教育出版社，2001
【2】濮良貴等主編.機(jī)械設(shè)計(jì). 北京:高等教育出版社，2001
【3】 張質(zhì)文、劉全德主編，起重運(yùn)輸機(jī)械.北京：中國(guó)鐵道出版社，1983
【4】張質(zhì)文主編. 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京: 中國(guó)鐵道出版社，2001
【5】范祖堯主編.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996
【6】徐灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.1991
【7】 胡宗武、樊迪民主編.起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算.北京：北京科技出版社，1988
【8】Shigley J E,Uicher J J.Theory of machines and mechanisms.New
York:McGraw-Hill Book Company,1980
航空工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 0781052 班
學(xué)生（簽名）：
日期： 自 2011 年 2 月 23 日至 2011 年 月 日
指導(dǎo)教師（簽名）：
助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)：
機(jī)械設(shè)計(jì) 系（室）主任（簽名）：
橋式起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
學(xué) 院
機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)
機(jī)械工程及自動(dòng)化
班級(jí)學(xué)號(hào)
學(xué) 生
指導(dǎo)教師
題 目
橋式起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1 綜述
1.1 概述
物料搬運(yùn)成了人類生產(chǎn)活動(dòng)的重要組成部分，距今已有五千多年的發(fā)展歷史。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，自動(dòng)化程度的提高，作為物料搬運(yùn)重要設(shè)備的起重機(jī)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用越來(lái)越廣，作用愈來(lái)愈大，對(duì)起重機(jī)的要求也越來(lái)越高。起重機(jī)正經(jīng)歷著一場(chǎng)巨大的變革。
大型化和專用化
1.2 國(guó)內(nèi)外起重機(jī)的發(fā)展情況介紹
??? 由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中物料裝卸搬運(yùn)費(fèi)用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機(jī)的需求量不斷增長(zhǎng)。起重量越來(lái)越大，工作速度越來(lái)越高，并對(duì)能耗和可靠性提出更高的要求。起重機(jī)已成為自動(dòng)化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機(jī)不但要容易操作，容易維護(hù)，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有優(yōu)異的耐久性、無(wú)故障性、維修性和使用經(jīng)濟(jì)性。目前世界上最大的浮游起重機(jī)起重量達(dá)6，500t，最大的履帶起重機(jī)起重量達(dá)3，000t，最大的橋式起重機(jī)起重量為1，200t，集裝箱岸邊裝卸橋小車的最大運(yùn)行速度已達(dá)350m/min，堆垛起重機(jī)最大運(yùn)行速度是240m/min，垃圾處理用起重機(jī)的起升速度達(dá)100m/min 。
??? 工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶需求的多樣性，使專用起重機(jī)的市場(chǎng)不斷擴(kuò)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。例如冶金、核電、造紙、垃圾處理的專用起重機(jī)，防爆、防腐、絕緣起重機(jī)和鐵路、船舶、集裝箱專用起重機(jī)的功能不斷增加，性能不斷提高，適應(yīng)性比以往更強(qiáng)。德國(guó)德馬格公司研制出一種飛機(jī)維修保養(yǎng)的專用起重機(jī)，在國(guó)際市場(chǎng)打開(kāi)了銷路。這種起重機(jī)安裝在房屋結(jié)構(gòu)上，跨度大、起升高度大、可過(guò)跨、停車精度高。在起重小車下面安裝有多節(jié)伸縮導(dǎo)管，與飛機(jī)維修平臺(tái)相連，并可作360度旋轉(zhuǎn)。通過(guò)大車和小車的位移、導(dǎo)管的升降與旋轉(zhuǎn)可使維修平臺(tái)到達(dá)飛機(jī)的任一部位，進(jìn)行飛機(jī)的維護(hù)和修理，極為快捷方便。
1.3 國(guó)內(nèi)外起重機(jī)發(fā)展具體表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：
1.3.1 模塊化和組合化
??? 用模塊化設(shè)計(jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機(jī)設(shè)計(jì)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(guò)不同模塊的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機(jī)。對(duì)起重機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，只需針對(duì)某幾個(gè)模塊。設(shè)計(jì)新型起重機(jī)，只需選用不同模塊重新進(jìn)行組合。可使單件小批量生產(chǎn)的起重機(jī)改換成具有相當(dāng)批量的模塊生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，企業(yè)的生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。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。
??? 目前，德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、美國(guó)和日本的著名起重機(jī)公司都已采用起重機(jī)模塊化設(shè)計(jì)，并取得了顯著的效益。德國(guó)德馬格公司的標(biāo)準(zhǔn)起重機(jī)系列改用模塊化設(shè)計(jì)后，比單件設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)費(fèi)用下降12%，生產(chǎn)成本下降45%，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。德國(guó)德馬格公司還開(kāi)發(fā)了一種KBK柔性組合式懸掛起重機(jī)，起重機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)由冷軋型軌組合而成，起重機(jī)運(yùn)行線路可沿生產(chǎn)工藝流程任意布置，可有叉道、轉(zhuǎn)彎、過(guò)跨、變軌距。所有部件都可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，再根據(jù)用戶的不同需求和具體物料搬運(yùn)路線在短時(shí)間內(nèi)將各種部件組合搭配即成。這種起重機(jī)組合性非常好，操作方便，能充分利用空間，運(yùn)行成本低。有手動(dòng)、自動(dòng)多種形式，還能組成懸掛系統(tǒng)、單梁懸掛起重機(jī)、雙梁懸掛起重機(jī)、懸臂起重機(jī)、輕型門式起重機(jī)及手動(dòng)堆垛起重機(jī)，甚至能組成大型自動(dòng)化物料搬運(yùn)系統(tǒng)。
1.3.2 輕型化和多樣化
??? 有相當(dāng)批量的起重機(jī)是在通用的場(chǎng)合使用，工作并不很繁重。這類起重機(jī)批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機(jī)盡量降低外形高度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可使整個(gè)建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價(jià)。因此電動(dòng)葫蘆橋式起重機(jī)和梁式起重機(jī)會(huì)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(jī)。德國(guó)德馬格公司經(jīng)過(guò)幾十年的開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新，已形成了一個(gè)輕型組合式的標(biāo)準(zhǔn)起重機(jī)系列。起重量為1-63噸，工作級(jí)別為A1-A7，整個(gè)系列由工字形和箱型單梁、懸掛箱形單梁、角形小車箱形單梁和箱形雙梁等多個(gè)品種組成。主梁與端梁相接以及起重小車的布置有多種型式，可適合不同建筑物及不同起吊高度的要求。根據(jù)用戶需要每種規(guī)格起重機(jī)都有三種單速及三種雙速供任意選擇，還可以選用變頻調(diào)速。操縱方式有地面手電門自行移動(dòng)、手電門隨小車移動(dòng)、手電門固定、無(wú)線遙控、司機(jī)室固定、司機(jī)室隨小車移動(dòng)、司機(jī)室自行移動(dòng)等七種選擇。大車及小車的供電有電纜小車導(dǎo)電、DVS系統(tǒng)兩種方式。如此多的選擇項(xiàng)，通過(guò)不同的組合，可搭配成百上千種起重機(jī)，充分滿足用戶不同的需求。這種起重機(jī)的另一最大優(yōu)點(diǎn)是輕型化，自重輕、輪壓輕、外形尺寸高度小，可大大降低廠房建筑物的建造成本，同時(shí)也可減小起重機(jī)的運(yùn)行功率和運(yùn)行成本。與通用產(chǎn)品相比較，起重量為10t，跨度22.5m，通用雙梁橋式起重機(jī)自重是24t，起重機(jī)軌面以上高度1876mm，起重機(jī)寬度5980mm; 德馬格起重機(jī)的自重只有8.7t，重量輕了176%，起重機(jī)軌面以上高度為920mm，降低了104%，起重機(jī)寬度為2980mm，外形尺寸減少了100%。
1.3.3 自動(dòng)化和智能化
??? 起重機(jī)的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動(dòng)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(jì)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(dòng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的自動(dòng)化和智能化。大型高效起重機(jī)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(dòng)裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測(cè)等設(shè)備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找起吊物重心、近場(chǎng)感應(yīng)防碰撞技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線、載波通訊及控制、無(wú)接觸供電及三維條形碼技術(shù)等將廣泛得到應(yīng)用。使起重機(jī)具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機(jī)綜合自動(dòng)化水平。重點(diǎn)開(kāi)發(fā)以微處理機(jī)為核心的高性能電氣傳動(dòng)裝置，使起重機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速和靜動(dòng)特性，可進(jìn)行操作的自動(dòng)控制、自動(dòng)顯示與記錄，起重機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)保護(hù)與自動(dòng)檢測(cè)，特殊場(chǎng)合的遠(yuǎn)距離遙控等，以適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。
例如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(dòng)抓取貨物。吊具自動(dòng)防搖系統(tǒng)能在運(yùn)行速度200m／min、加速度0.5m2／s的情況下很快使起吊物搖擺振幅減至幾個(gè)毫米。起重機(jī)可通過(guò)磁場(chǎng)變換器或激光達(dá)到高精度定位。起重機(jī)上安裝近場(chǎng)感應(yīng)系統(tǒng)，可避免起重機(jī)之間的互相碰撞。起重機(jī)上還安裝了微機(jī)自診斷監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)能提供大部分常規(guī)維護(hù)檢查內(nèi)容，如齒輪箱油溫、油位，車輪軸承溫度，起重機(jī)的載荷、應(yīng)力和振動(dòng)情況，制動(dòng)器摩擦襯片的壽命及溫度狀況等。
1.3.4 成套化和系統(tǒng)化
??? 在起重機(jī)單機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)把各種起重運(yùn)輸機(jī)械組成一個(gè)物料搬運(yùn)集成系統(tǒng)，通過(guò)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(dòng)化程度高，具有信息處理功能，可將傳感器檢測(cè)出來(lái)的各種信息實(shí)施存儲(chǔ)、運(yùn)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。這類起重機(jī)還具有較好的信息輸入、輸出接口，實(shí)現(xiàn)信息全部、準(zhǔn)確、可靠地在整個(gè)物料搬運(yùn)集成系統(tǒng)中的傳輸。起重機(jī)通過(guò)系統(tǒng)集成，能形成不同機(jī)種的最佳匹配和組合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮最佳效用。目前重點(diǎn)發(fā)展的有工廠生產(chǎn)搬運(yùn)自動(dòng)化系統(tǒng)，柔性加工制造系統(tǒng)，商業(yè)貨物配送集散系統(tǒng)，集裝箱裝卸搬運(yùn)系統(tǒng)，交通運(yùn)輸和郵電部門行包貨物的自動(dòng)分揀與搬運(yùn)系統(tǒng)等。
??? 例如生產(chǎn)工程機(jī)械的美國(guó)卡特皮勒公司金屬結(jié)構(gòu)廠購(gòu)置了一條以橋式起重機(jī)為主的物料自動(dòng)搬運(yùn)系統(tǒng)，用于鋼板的噴丸處理、切割和入庫(kù)的自動(dòng)裝卸搬運(yùn)作業(yè)，比原先采用單機(jī)操作工作效率提高了65%。日本東芝浜川崎工廠用全自動(dòng)橋式起重機(jī)組成的物料輸送系統(tǒng)來(lái)搬運(yùn)柔性加工線上的夾具和工件，為機(jī)床運(yùn)送毛坯或?qū)⒓庸ず玫牧慵偷较乱还ば蚧騻}(cāng)庫(kù)。這些在空間移動(dòng)的起重機(jī)搬運(yùn)系統(tǒng)代替了過(guò)去通常使用的自動(dòng)導(dǎo)向搬運(yùn)車，使車間的地面面積得到充分利用。
1.3.5 新型化和實(shí)用化
??? 結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材和異形鋼、減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種高強(qiáng)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。橋式起重機(jī)的橋架結(jié)構(gòu)型式大多采用箱形四梁結(jié)構(gòu)，主梁與端梁采用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接，便于運(yùn)輸與安裝。
??? 在機(jī)構(gòu)方面進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型傳動(dòng)零部件，簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)。“三合一”運(yùn)行機(jī)構(gòu)是當(dāng)今世界輕、中級(jí)起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的主流，將電動(dòng)機(jī)、減速器和制動(dòng)器合為一體，具有結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧美觀、拆裝方便、調(diào)整簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、配套范圍大等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)外已廣泛應(yīng)用到各種起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)上。為使中小噸位的起重小車結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)化，同時(shí)降低起重機(jī)的尺寸高度，減小輪壓，國(guó)外已大量采用電動(dòng)葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)。為了減輕自重，提高承載能力，改善加工制造條件，增加產(chǎn)品成品率，零部件盡量采用以焊代鑄，如減速器殼體、卷簡(jiǎn)、滑輪等都用焊接結(jié)構(gòu)。減速器齒輪都采用硬齒面，以減輕自重、減小體積、提高承載能力、增加使用壽命。液壓推桿盤式制動(dòng)器的應(yīng)用范圍也越來(lái)越大。此外，各機(jī)構(gòu)采用的電動(dòng)機(jī)都向高轉(zhuǎn)速發(fā)展，從而減小電機(jī)基座號(hào)，減輕重量與減小外形尺寸，并可配用制動(dòng)力矩小的制動(dòng)器。
??? 在電控方面開(kāi)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(dòng)和全自動(dòng)操縱。采用機(jī)電儀液一體化技術(shù)，提高使用性能和可靠性，增加起重機(jī)的功能。今后會(huì)更加注重起重機(jī)的安全性，研制新型安全保護(hù)裝置。重視司機(jī)的工作條件，應(yīng)用人體工程學(xué)設(shè)計(jì)司機(jī)室，降低司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度。德國(guó)近年為解決起重機(jī)吊鉤的防擺控制，開(kāi)發(fā)了模糊邏輯電路的控制技術(shù)，用神經(jīng)信息和模糊技術(shù)來(lái)尋找開(kāi)始加速的最佳時(shí)刻，將有經(jīng)驗(yàn)司機(jī)防擺實(shí)際操作的數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。模糊控制方式能確定實(shí)施自動(dòng)工作的控制指令，將人們主觀上的模糊量通過(guò)模糊集合進(jìn)行數(shù)字化定量，再利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)像熟練司機(jī)一樣的自如操作，取得了更高的效率和安全性。模糊控制作為新的控制方法已引人注目。
2 方案論證
2.1 橋式起重機(jī)的特點(diǎn)和種類
起重機(jī)是從事起吊、空中搬運(yùn)的一種設(shè)備。常見(jiàn)的起重機(jī)有： 橋式起重機(jī)門式起重機(jī)、塔式起重機(jī)、港口起重機(jī)、汽車起重機(jī)、履帶起重機(jī)和鐵路起重機(jī)等。
橋式起重機(jī)是機(jī)械制造工業(yè)和冶金工業(yè)用得最廣泛的一種起重機(jī)機(jī)械，橋式起重機(jī)又稱“行車”或“天車”，是橫架在固定跨間上空用來(lái)吊運(yùn)各種物件的設(shè)備。橋式起重機(jī)的特點(diǎn)是它既不占地面面積，又不妨礙地面上的作業(yè)，而且以較少的物資材料和極為穩(wěn)定的形態(tài)把建筑物內(nèi)各處都當(dāng)作可能的作業(yè)范圍，進(jìn)行高速、高效的服務(wù)，可以在起升高度和大、小車軌道所允許的空間內(nèi)負(fù)擔(dān)任意位置的吊運(yùn)工作。
此外，橋式起重機(jī)容易以廉價(jià)實(shí)現(xiàn)借助控制盤和操縱盤進(jìn)行自動(dòng)操縱、或半自動(dòng)操縱、內(nèi)裝電腦的程序操縱。設(shè)置在室內(nèi)的起重機(jī)中，橋式起重機(jī)約占90%。
橋式起重機(jī)有很多類型。一般按以下方法進(jìn)行分類。
根據(jù)橋架的結(jié)構(gòu)不同，分為箱式結(jié)構(gòu)，四珩架結(jié)構(gòu)和腹板梁結(jié)構(gòu)等，其中箱式結(jié)構(gòu)用得最廣泛。
根據(jù)起吊裝置不同，分為吊鉤橋式起重機(jī)、電磁盤橋式起重機(jī)、抓斗橋式起重機(jī)。為了使吊鉤橋式起重機(jī)使用場(chǎng)合更廣泛，在吊鉤上附以可更換的電磁盤或馬達(dá)抓斗，以便作兩種或三種用途。
圖2-1 橋式起重機(jī)示意圖
2.2 橋式起重機(jī)的一般構(gòu)造
橋式起重機(jī)構(gòu)造：沿建筑物較長(zhǎng)方向的兩壁設(shè)置的承軌梁，在梁上鋪設(shè)大車運(yùn)行軌道，將裝有4個(gè)車輪（載荷大時(shí)裝有6個(gè)或8個(gè)車輪）的橋架跨在軌道上；裝有起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)小車（cab）在橋架上運(yùn)行。
大車軌道中心間的距離稱為跨度（span），在該軌道上運(yùn)行的動(dòng)作稱為大車運(yùn)行。在橋架的中心或兩端裝有大車運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，從電動(dòng)機(jī)的水平軸引出動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)半數(shù)的車輪。起升、小車運(yùn)行及大車運(yùn)行的速度，按工況和起重量的大小適當(dāng)選定。一般來(lái)說(shuō)，在起重量小和使用頻繁時(shí)，速度較高。
小車運(yùn)行速度同大車運(yùn)行的速度相比低得多，原因是小車運(yùn)行距離接近建筑物的寬度，它不會(huì)太長(zhǎng)，一般小于40m，而大車沿建筑物的長(zhǎng)度方向運(yùn)行，所以多數(shù)運(yùn)行距離都是相當(dāng)長(zhǎng)的。
小型和低速的起重機(jī)，多數(shù)在地面上用按鈕進(jìn)行操縱，而大型的高速的起重機(jī)，幾乎都坐在駕駛室內(nèi)進(jìn)行操作。
起重機(jī)5t以下的起重機(jī)，多半用帶有電動(dòng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電葫蘆代替電動(dòng)小車。最近已有30t級(jí)的電葫蘆作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品在市場(chǎng)上銷售。
當(dāng)起重量超過(guò)20t時(shí)，一般起升速度比較低。只用單一的起升機(jī)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間處理小件貨物效率很低。因此在這種起重機(jī)上，一般并設(shè)一個(gè)副起升機(jī)構(gòu)。
副起升也設(shè)在該小車上，但不用主起升電動(dòng)機(jī)，而大型起重機(jī)的主梁，多數(shù)都采用單腹板梁、箱形梁等焊接結(jié)構(gòu)。
在主梁兩側(cè)設(shè)有輕型水平梁，稱為副梁。它通過(guò)水平構(gòu)件同主梁一起構(gòu)成一個(gè)水平框架，這對(duì)因主梁在大車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的慣性力所引起的水平載荷，是一個(gè)十分堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。
此外，主副梁之間布置大車運(yùn)行驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，與其相聯(lián)的減速機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)軸、軸承等。在它們的上方鋪設(shè)走臺(tái)板，設(shè)立欄桿，以便檢修人員行走。
對(duì)箱形結(jié)構(gòu)或殼體結(jié)構(gòu)的主梁來(lái)說(shuō)，因?yàn)槠渌娇箯潉偠却?，所以多?shù)都不帶副梁。
小車是用型鋼和鋼板制成一個(gè)構(gòu)架，在上面設(shè)有主副起升用電動(dòng)機(jī)、支持貨物用制動(dòng)器及和它們相聯(lián)的減速齒輪機(jī)構(gòu)，通過(guò)該機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)。必要時(shí)，在該機(jī)構(gòu)上還設(shè)速度制動(dòng)器，供調(diào)節(jié)下降速度用，在小車外側(cè)設(shè)有運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，它經(jīng)過(guò)齒輪減速減低速度并驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，使小車運(yùn)行。
2.3 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的起重機(jī)介紹
橋式起重機(jī)的一般由主橋架、裝有升降機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的小車、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、操縱室、小車導(dǎo)電裝置、起重機(jī)總電源導(dǎo)電裝置等組成。
本次設(shè)計(jì)主要任務(wù)是250/50/10t+250/50/10t-20.0M水電站橋式起重機(jī)，安裝于豐滿水電站擴(kuò)建工程廠房?jī)?nèi)，用于水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備的安裝和檢修工作?？蛻粜枨箝_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)相應(yīng)的起重機(jī)的小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。
2.4 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)
小車又稱臺(tái)車，主要包括小車架、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)和 起升機(jī)構(gòu)。小車架由鋼板焊接而成，其上裝置有小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、 起升機(jī)構(gòu)、欄桿及卷?yè)P(yáng)限位開(kāi)關(guān)，小車運(yùn)行結(jié)構(gòu)的兩端裝有緩沖器及限位開(kāi)關(guān)。
小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)分兩種：一種是減速器在中間，另一種的減速器在一側(cè)。圖2.2（a）中，小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)是減速器位于小車中間，這種方式使小車減速器的輸出軸及傳動(dòng)軸所承受的扭矩比較均勻。
圖2.2（b）所示的結(jié)構(gòu)是減速器在小車一側(cè)，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是安裝和維修比較方便。小車的被動(dòng)輪與大車被動(dòng)輪一樣獨(dú)立運(yùn)行。
圖2.2 小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)
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橋式起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
目 錄
摘要………………………………………………………………………4
ABSTRACT ………………………………………………………………5
0引言 …………………………………………………………………7
1起重機(jī)介紹 …………………………………………………………7
1.1起重機(jī)的定義………………………………………………………7
1.2起重機(jī)工作原理 …………………………………………………8
1.3起重機(jī)的類型及特點(diǎn) ……………………………………………10
1.4起重機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r…………………………………………………11
1.4.1國(guó)內(nèi)起重機(jī)機(jī)械發(fā)展?fàn)顩r………………………………………11
1.5發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………………………13
1.5.1模塊化和組合化…………………………………………………13
1.5.2大型化和專業(yè)化…………………………………………………14
1.5.3自動(dòng)化和智能化…………………………………………………15
1.5.4成套化和系統(tǒng)化…………………………………………………16
1.5.5輕型化和多樣化…………………………………………………17
1.5.6新型化和實(shí)用化…………………………………………………18
2橋式起重機(jī)的介紹……………………………………………………19
2.1橋式起重機(jī)的分類…………………………………………………19
2.1.1通用橋式起重機(jī) ………………………………………………19
2.1.2專用橋式起重機(jī) ………………………………………………20
2.1.3電動(dòng)葫蘆型橋式起重機(jī) ………………………………………21
2.2橋式起重機(jī)的組成和特點(diǎn) ………………………………………22
2.2.1橋式起重機(jī)小車 ………………………………………………23
2.2.2橋式起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu) ……………………………………28
2.3 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)中的內(nèi)容 …………………………………………28
2.3.1橋式起重機(jī)的主要參數(shù) ………………………………………28
2.3.2這次設(shè)計(jì)中的橋式起重機(jī)的用途和結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ………………29
3小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………………31
3.1起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的計(jì)算 ……………………………………31
3.1.1計(jì)算條件 ………………………………………………………31
3.1.2運(yùn)行阻力的計(jì)算 ………………………………………………32
3.1.3電動(dòng)機(jī)的選擇 …………………………………………………33
3.1.4打滑驗(yàn)算 ………………………………………………………36
3.1.5減速器計(jì)算 …………………………………………………37
3.1.6制動(dòng)器的選擇 …………………………………………………38
3.1.6.1制動(dòng)慣性力矩Ma……………………………………………38
3.1.6.2最小靜阻力矩Mjmin…………………………………………39
3.1.7聯(lián)軸器的選擇 …………………………………………………39
3.1.7.1聯(lián)軸器傳遞扭矩的確定 ……………………………………39
3.1.8緩沖器的選擇 …………………………………………………40
3.2減速器的設(shè)計(jì) ……………………………………………………41
3.2.1減速器各軸的傳遞功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩 ………………………41
3.2.2高速級(jí)齒輪的計(jì)算 ……………………………………………42
3.2.3中速級(jí)齒輪的計(jì)算 ……………………………………………47
3.2.4低速級(jí)齒輪的計(jì)算 ……………………………………………52
3.2.5齒輪的結(jié)構(gòu)形式 ………………………………………………57
3.2.6減速器箱體及附件 ……………………………………………57
3.2.6.1減速器箱體的設(shè)計(jì) …………………………………………57
3.2.6.2減速器附件設(shè)計(jì) ……………………………………………58
4結(jié)論……………………………………………………………………59
5設(shè)計(jì)總結(jié)………………………………………………………………60
6參考文獻(xiàn)………………………………………………………………61
7英文資料………………………………………………………………62
8譯文……………………………………………………………………72
9原文說(shuō)明………………………………………………………………85
摘 要
起重機(jī)的出現(xiàn)大大提高了人們的勞動(dòng)效率，以前需要許多人花長(zhǎng)時(shí)間才能搬動(dòng)的大型物件現(xiàn)在用起重機(jī)就能輕易達(dá)到效果，尤其是在小范圍的搬動(dòng)過(guò)程中起重機(jī)的作用是相當(dāng)明顯的。在工廠的廠房?jī)?nèi)搬運(yùn)大型零件或重型裝置橋式起重機(jī)是不可獲缺的。
橋式起重機(jī)小車主要包括起升機(jī)構(gòu)、小車架、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、吊具等部分。其中的小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要由減速器、主動(dòng)輪組、從動(dòng)輪組、傳動(dòng)軸和一些連接件組成。
此次設(shè)計(jì)的橋式起重機(jī)是水電站橋式起重機(jī)，安裝于豐滿水電站擴(kuò)建工程廠房?jī)?nèi)，用于水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備的安裝和檢修工作。水電站內(nèi)設(shè)備一般都是大中型設(shè)備，對(duì)橋式起重機(jī)的載荷要求較高，所以對(duì)減速器性能要求較高。
關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)，小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)，減速器，
Design of the bridge type hoist crane Car movement organization
ABSTRACT
The invention of crane has greatly increased people’s work efficiency.People can use crane to handle with huge articles,which used to be taken a long time to do, especially in a small area.The bridge type hoist crane is required to handle with huge accessory or huge device.
The bridge type hoist crane car consists of protmoted organization，the car frame，the car movement organization，hoisting mechanisms and so on. Its operation structure is composed of reducer，the driving wheel group，the driven wheel group，the transmission shaft and some connect fitting. The core of this structure is the design of the reducer.
This bridge type hoist crane is be used to the hydroelectric power station. It is installed in the expanded workshop of Fengman water and electricity station.It is used to installing,examining and repairing the water-turbine generator set and its accessorial equipments.the equipments in the water and electricity station are large or medium-size. These equipments have a high request on the load of bridge type hoist crane , so they also have a high request on the capability of the reducer.
Key words: bridge type hoist,,the reducer
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橋式起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
譯 文
摘 要
本文提出了自動(dòng)機(jī)械衛(wèi)星（RS）雙機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)?；谖⒅亓Νh(huán)境下RS運(yùn)動(dòng)特性的分析，兩個(gè)機(jī)械手分為主機(jī)械手和從機(jī)械手。接著介紹了雙機(jī)械手RS協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的四種模式：穩(wěn)定功能、平衡功能、調(diào)整功能和協(xié)作運(yùn)轉(zhuǎn)。還介紹了雙機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法。最后，給出了微重力環(huán)境下，RS俘獲目標(biāo)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷乃姆N協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果。仿真試驗(yàn)顯示本文所提出的運(yùn)動(dòng)模型和規(guī)劃算法是非常有效的。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)機(jī)械衛(wèi)星、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、雙機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)、構(gòu)位空間、微重力環(huán)境
0 介紹
隨著空間技術(shù)的發(fā)展，諸如構(gòu)造和修理人造衛(wèi)星和航天飛機(jī)等的航天員艙外活動(dòng)越來(lái)越多。但是，航天員艙外活動(dòng)非常危險(xiǎn)并且費(fèi)用昂貴，因此使用空間機(jī)器人來(lái)代替宇航員的需要變得日益急迫。這種機(jī)器人可以在太空中自由飛行，因此命名為自由飛行空間機(jī)器人。自動(dòng)機(jī)械衛(wèi)星就是自由飛行空間機(jī)器人的非常重要的一類，它由人造衛(wèi)星和安裝在人造衛(wèi)星上的機(jī)械手組成。
空間機(jī)器人需要多機(jī)械手來(lái)在微重力環(huán)境下進(jìn)行復(fù)雜的操作，雙機(jī)械手RS是多機(jī)械手系統(tǒng)中重要的一員，并且雙機(jī)械手的研究是多機(jī)械手研究的基礎(chǔ)。為了增加機(jī)械手的功能并降低它們之間的意外干擾，應(yīng)該研究RS多機(jī)械手的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。多機(jī)械手的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)包括協(xié)調(diào)任務(wù)、協(xié)調(diào)動(dòng)作和協(xié)調(diào)控制。盡管在[1，2]中提出了有關(guān)多機(jī)械手RS的動(dòng)力學(xué)和協(xié)調(diào)控制，但是多機(jī)械手RS協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的相關(guān)研究還是非常有限。
一般機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問(wèn)題是在給定環(huán)境和任務(wù)下，尋找無(wú)碰撞自動(dòng)運(yùn)動(dòng)路徑和軌道。運(yùn)動(dòng)規(guī)劃有多種方法，例如構(gòu)位空間方法、人工位場(chǎng)方法和拓?fù)浞椒?。由于RS在空間微重力環(huán)境中缺乏固定基礎(chǔ)，空間機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)將擾亂其基礎(chǔ)人造衛(wèi)星的位置和姿態(tài)，并改變RS機(jī)械手的工作空間。直接采取帶有固定基礎(chǔ)的地面機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法 ，以及規(guī)劃路徑和軌道是非常危險(xiǎn)的，對(duì)RS有可能是錯(cuò)誤的。因此，對(duì)微重力環(huán)境下RS運(yùn)動(dòng)特性的研究是非常重要的。
1 微重力環(huán)境下RS的運(yùn)動(dòng)特性
這里討論的RS由人造衛(wèi)星主體和k空間機(jī)械手組成。假設(shè)沒(méi)有外力和外部扭力施加在該系統(tǒng)上，并且RS可以在微重力環(huán)境中自由飛行或飄浮。機(jī)械手的每一處接點(diǎn)都是由扭力控制器控制的旋轉(zhuǎn)接點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)的能量守恒。
如果第j個(gè)空間機(jī)械手具有nj個(gè)旋轉(zhuǎn)連接，則系統(tǒng)可以被看作是由N1個(gè)鏈接（N＝n1+n2+…+nk）組成的多鏈接自由飛行（飄?。┫到y(tǒng)。研究人造衛(wèi)星的姿態(tài)時(shí)，要在衛(wèi)星主體上建立協(xié)調(diào)系統(tǒng)。如果Ω和Φ分別是RS衛(wèi)星姿態(tài)角矢量和空間機(jī)械手接點(diǎn)角矢量，它們分別為3-D和N-D矢量。衛(wèi)星姿態(tài)的極小改變?chǔ)摩缚梢员硎緸闄C(jī)械手極小運(yùn)動(dòng)δΦ的函數(shù) δΩ＝G(Φ) δΦ………………………………………………………(1)
此處，G是一個(gè) 3×N的擾動(dòng)靈敏度矩陣。δΩ定義為瞬時(shí)擾動(dòng)。G的奇異值分解給出了衛(wèi)星最大干擾和最小干擾的方向和數(shù)量。如果Φ的變化量ΔΦ使衛(wèi)星姿態(tài)的變化量為ΔΩ，在公式（1）的數(shù)值積分將給出一個(gè)新的公式：ΔΩ＝F(Φ, ΔΦ) ………………………………… (2)
公式（2）表達(dá)的方程由一個(gè)不能顯式表達(dá)的數(shù)值積分得到。這需要對(duì)G重復(fù)進(jìn)行數(shù)值積分的大量的計(jì)算。
2 雙機(jī)械手RS地面模型及其C-空間量子化
為了研究RS自主控制技術(shù)，首先建立一個(gè)RS地面試驗(yàn)臺(tái)，通過(guò)空氣軸承來(lái)模擬微重力環(huán)境。RS試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂梢栽谠囼?yàn)臺(tái)中自由地飛行。該試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?
如圖2.1所示。
圖2.1雙機(jī)械手RS地面試驗(yàn)?zāi)Ｐ?
假設(shè)機(jī)械手有N個(gè)接點(diǎn)組成，且它們的角度為Φi，i=1，2，…,N。當(dāng)機(jī)械手的基礎(chǔ)固定時(shí)，矢量Φ=（Φ1，Φ2…,ΦN）組成機(jī)械手的C空間。對(duì)于微重力環(huán)境下的RS試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)說(shuō)，需要其他一些參數(shù)來(lái)決定RS的相對(duì)位置，例如Ω，人造衛(wèi)星姿態(tài)角矢量。用Ψ=(Ψ1, Ψ2)和Θ=(Θ1, Θ2)和表示兩個(gè)機(jī)械手的接點(diǎn)角矢量。這里Φ=(Ψ,Θ)，RS模型的相對(duì)位置由(Ω, Ψ1, Ψ2, Θ1, Θ2)來(lái)確定，其中Ψ1, Ψ2,Θ1,Θ2的值可以相互獨(dú)立。任何接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)都會(huì)影響Ω的值：ΔΩ=F(Ψ,Θ, ΔΨ, ΔΘ)。
其中，F(xiàn)為公式（2）定義的函數(shù)。Ψ（或Θ）的變化會(huì)影響衛(wèi)星的姿態(tài)以及衛(wèi)星姿態(tài)矢量Ω的變化，從而導(dǎo)致機(jī)械手位置的變化。盡管干擾使控制問(wèn)題變得復(fù)雜，但是依然有可能利用動(dòng)態(tài)干擾來(lái)簡(jiǎn)化航天任務(wù)。例如，通過(guò)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，可以將衛(wèi)星姿態(tài)和另一個(gè)機(jī)械手的位置變動(dòng)到需要的相對(duì)方位上。
由于高維和復(fù)雜的動(dòng)態(tài)控制問(wèn)題，RS相對(duì)位置之間的關(guān)系很難用顯式表達(dá)。本文提出了C空間量子化方法，即將每個(gè)接點(diǎn)角Φi平均地分成Ni個(gè)點(diǎn)，如下公式（4）所示：
Φ(i, j)＝Φi’＋（Φi”－ Φi’）·j/（Ni－1）
i＝1,2,3,4. j＝0，1，…，Ni－1 Φi∈[Φi’,Φi”] (4)
因此，機(jī)械手的角矢量（Φ1，Φ2，Φ3，Φ4）量化為N1×N2×N3×N4點(diǎn)。定義這些點(diǎn)為參考節(jié)點(diǎn)（C-節(jié)點(diǎn)），并記C-節(jié)點(diǎn)為（a1，a2，a3，a4），ai∈[1, Ni],其中，ai 為正整數(shù)，i=1,2,3,4。對(duì)Ω也進(jìn)行同樣的過(guò)程。所有的C-節(jié)點(diǎn)及任意兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的鏈接組成了RS量子化C-空間中的一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(CNN)。
定義8種C-節(jié)點(diǎn)的相鄰關(guān)系，即RS實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉?biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)。對(duì)每個(gè)具有8種標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的C-節(jié)點(diǎn)計(jì)算ΔΩ以建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基。在標(biāo)準(zhǔn)基中，基左邊為向量（a1，a2，a3，a4）和一種標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)，基右邊為ΔΩ的值。則RS的C-空間就轉(zhuǎn)化成了一個(gè)運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)基，它刻劃了RS的運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)規(guī)劃中，我們可以從標(biāo)準(zhǔn)基中獲得ΔΩ的值而無(wú)須進(jìn)行大量計(jì)算。因此，這種方法可以支持運(yùn)動(dòng)規(guī)劃運(yùn)行得更快。
3 機(jī)械手協(xié)調(diào)方案
兩個(gè)機(jī)械手可以平等地工作來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的目標(biāo)，如共同抓住目標(biāo)；或不平等地工作，如一個(gè)機(jī)械手完成需要的操作，另一個(gè)在某些方面協(xié)助第一個(gè)完成操作。為了分析雙機(jī)械手協(xié)調(diào)模式，我們提出了相對(duì)概念：主機(jī)械手和從機(jī)械手。
定義
主機(jī)械手（M-機(jī)械手）：完成主操作任務(wù)的機(jī)械手叫做主機(jī)械手。
從機(jī)械手（A-機(jī)械手）：幫助主機(jī)械手完成主操作任務(wù)的機(jī)械手叫做從機(jī)械手。
A-機(jī)械手的協(xié)助功能一般是擾亂衛(wèi)星主體的姿態(tài)。它的影響包括維持衛(wèi)星穩(wěn)定或相對(duì)穩(wěn)定，以及使衛(wèi)星主體變換到需要的姿態(tài)或位置。前一個(gè)降低M-機(jī)械手運(yùn)動(dòng)所造成的干擾；后一個(gè)通過(guò)制造干擾，使主體變換到需要的姿態(tài)。
通過(guò)上述分析，我們定義四種RS雙機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模式。
穩(wěn)定功能：A-機(jī)械手通過(guò)抓取空間中的某些固定結(jié)構(gòu)來(lái)穩(wěn)定衛(wèi)星主體。
平衡功能：A-機(jī)械手通過(guò)移動(dòng)來(lái)使衛(wèi)星免受M-機(jī)械手的干擾。
調(diào)整功能：A-機(jī)械手通過(guò)移動(dòng)來(lái)干擾衛(wèi)星的姿態(tài)，來(lái)修正M-機(jī)械手的操作位置或工作空間。
協(xié)作運(yùn)轉(zhuǎn)：兩個(gè)機(jī)械手同時(shí)地平等地進(jìn)行空間操作。
對(duì)于RS試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，四種協(xié)調(diào)運(yùn)作模式通常更形象地表示為：Ψ和Θ分別表示M-機(jī)械手的角矢量和A-機(jī)械手接點(diǎn)的角矢量；Ω表示主體姿態(tài)矢量。
穩(wěn)定功能：Δθ＝0，ΔΩ＝0，規(guī)劃運(yùn)動(dòng)路徑Ψ。
平衡功能：運(yùn)動(dòng)路徑Ψ給定，保持Ω不變或在某一特定范圍內(nèi)變動(dòng)，規(guī)劃運(yùn)動(dòng)路徑θ。
調(diào)整功能：運(yùn)動(dòng)路徑Ψ給定，Ω的初始值Ωi和最終值Ωj給定，規(guī)劃運(yùn)動(dòng)路徑θ。
協(xié)作運(yùn)轉(zhuǎn)：操作任務(wù)給定，規(guī)劃運(yùn)動(dòng)路徑Ψ和θ。
4 協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法
首先，給定協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模式的一般算法。然后，討論每種協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模式下的特殊問(wèn)題。
算法
第一步 建立RS運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)基：
1) 在定義域內(nèi)將Φj平均地分成Ni個(gè)點(diǎn)，i=1,2,3,4。
2) 構(gòu)造C-節(jié)點(diǎn)，表示為（a1，a2，a3，a4）。
3) 對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)和八種標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)，計(jì)算ΔΩ并根據(jù)（a1，a2，a3，a4）的地址存儲(chǔ)在內(nèi)存中。
4) 構(gòu)造CNN，即RS的運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)基。
第二步 設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)f(n)。f(n)由特定的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模式?jīng)Q定。
第三步 確定符合初始狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)n0并計(jì)算f(n0)，令n0為表示為n-當(dāng)前的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)。
第四步 確定符合目標(biāo)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)和函數(shù)值。
第五步 用A-臨近（n-當(dāng)前）表示n-當(dāng)前臨近節(jié)點(diǎn)的集合，并選擇使f值最小的節(jié)點(diǎn)為擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)。在堆棧中保存n-當(dāng)前并令新的節(jié)點(diǎn)為n-當(dāng)前。
第六步 如果得到了目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或目標(biāo)函數(shù)的最終值，轉(zhuǎn)至第七步。如果經(jīng)過(guò)了L步驟，沒(méi)有得到最優(yōu)值，則放棄LT節(jié)點(diǎn)并標(biāo)記路徑。返回第五步。
第七步 將C-節(jié)點(diǎn)序列翻譯為RS操作手的接點(diǎn)角。
第九步 結(jié)束。
這里，f(n)是啟發(fā)式搜索中估計(jì)函數(shù)。采用A*算法， f(n)＝g(n)＋h(n)，n為n-當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，g(n)是初始節(jié)點(diǎn)n0和n節(jié)點(diǎn)之間的 代價(jià)，h(n)是節(jié)點(diǎn)n和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間代價(jià)的估計(jì)。
四種協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模式的C-節(jié)點(diǎn)之間的代價(jià)d定義如下。對(duì)于穩(wěn)定功能，d表示兩個(gè)相對(duì)位置下M-機(jī)械手末端效應(yīng)器之間的距離；對(duì)于平衡功能和調(diào)整功能，d表示兩種狀態(tài)下，衛(wèi)星姿態(tài)角度之差；對(duì)于協(xié)調(diào)操作，d由目標(biāo)和兩個(gè)操作手末端效應(yīng)器之間的距離之和決定。
5 計(jì)算機(jī)仿真
仿真試驗(yàn)在IBM PC 386上進(jìn)行，RS運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和圖形仿真使用C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行編程。
RS模型的主操作是捕獲目標(biāo)并避免與工作空間中的障礙物發(fā)生碰撞。四種協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)模式下的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果如圖5.1－圖5.2所示。
計(jì)算機(jī)仿真顯示RS雙機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃模式和算法是合理而有效的。3-D RS模型的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和計(jì)算機(jī)仿真是作者的未來(lái)研究工作。
圖5.1 調(diào)整功能 圖5.2 協(xié)調(diào)操作
參考書目
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劉宏，生于1967年7月25日，分別在東北科技大學(xué)和哈爾濱工程大學(xué)獲得理學(xué)士學(xué)位和理碩士學(xué)位，他的導(dǎo)師為蔡鶴皋和洪炳熔教授。他的研究方向包括機(jī)器人技術(shù)和自主控制。
計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床的安全和維護(hù)
1 計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床的安全操作注意事項(xiàng)
在金屬切削操作中安全性一直是特別受關(guān)注的．由于計(jì)算機(jī)數(shù)控設(shè)備自動(dòng)化程度高并且速度快，所以它是一個(gè)危險(xiǎn)源。為了防止人員傷害和對(duì)設(shè)備的損壞，必須找出存在危險(xiǎn)的根源，且操作人員必須提高警惕。主要的 潛在危險(xiǎn)包括：旋轉(zhuǎn)部件，如主軸、主軸內(nèi)的刀具、卡盤、卡盤內(nèi)工件、帶著刀具的轉(zhuǎn)塔刀架以及旋轉(zhuǎn)的夾具裝置；運(yùn)動(dòng)部件，如加工中心的工作臺(tái)、車床拖板、尾架頂尖，多工序旋轉(zhuǎn)托盤；程序錯(cuò)誤，例如G00代碼的不正確使用而引起坐標(biāo)值錯(cuò)誤，產(chǎn)生意想不到的快速移動(dòng)；設(shè)置或改變偏移值時(shí)出錯(cuò)，可能導(dǎo)致刀具與工件或刀具與機(jī)床之間的碰撞；隨意地更改已驗(yàn)證的程序，也會(huì)引起機(jī)床產(chǎn)生危險(xiǎn)動(dòng)作。為了減少或避免危險(xiǎn)，盡量遵循以下保護(hù)措施。
(1) 使用機(jī)床制造商提供的機(jī)器原有保護(hù)罩。
(2) 帶上安全眼鏡、手套，穿上合適的衣服和鞋。
(3) 不熟悉機(jī)床操作前不要開(kāi)動(dòng)機(jī)床。
(4) 運(yùn)動(dòng)程序之前，確認(rèn)零件已被正確夾緊。
(5) 驗(yàn)證一個(gè)程序時(shí)，遵循下列安全步驟：
2 啟用機(jī)床鎖定功能運(yùn)行程序，檢查程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤 和幾何軌跡。
2 使用RAPID OVERRIDE快速倍率開(kāi)關(guān)降低速度或空運(yùn)行程序。
2 采用單程序段執(zhí)行來(lái)確認(rèn)程序中的每一行。
2 刀具切削時(shí)，用FEED OVERRIDE進(jìn)給倍率開(kāi)關(guān)減慢進(jìn)給速率，防止超負(fù)荷切削。
(6) 禁止用手處理切屑以及用切屑鉤子弄斷長(zhǎng)而卷曲的切屑。編制不同的切屑狀態(tài)程序以便更好地控制切屑。如果要徹底清除切屑，應(yīng)當(dāng)關(guān)閉機(jī)床。
(7) 如果懷疑刀片在編程的切屑狀態(tài)下有可能折斷時(shí)，可選擇一個(gè)更厚的刀片及減少進(jìn)給或切屑深度。
(8) 盡可能保持刀具懸出短些，因?yàn)樗赡艹蔀橐粋€(gè)導(dǎo)致刀片折斷的振動(dòng)源。
(9) 當(dāng)頂尖支撐一個(gè)大零件時(shí)，確保中心孔足夠大足以支撐和夾住零件。
(10) 換刀、查找刀片或清理切屑時(shí)關(guān)閉機(jī)床。
(11) 替換已磨損或損壞的刀具和刀片。
(12) 列出現(xiàn)行刀具的偏移良清單，從機(jī)床上取下刀具，清除（設(shè)置為0）刀偏。
(13) 在未得到主管許可的情況下不得擅自更改程序。
(14) 如果你有任何與安全有關(guān)的擔(dān)憂，立即通知你的技術(shù)指 導(dǎo)和主管。
2 日常維護(hù)
2.1 外觀檢查
(1) 伺服電動(dòng)機(jī)、探測(cè)器或數(shù)控主單元上的機(jī)床用油（切削 油，潤(rùn)滑油）或者滲漏情況檢查。
(2) 可移動(dòng)部件的電纜上有無(wú)損傷或電纜絞后合情況檢查。
(3) 過(guò)濾器堵塞情況檢查。
(4) 控制面板的門是否打開(kāi)檢查。
(5) 外部環(huán)境震動(dòng)檢查。
(6) 數(shù)控裝置單元是否放置在有灰塵的位置。
(7) 引起高頻的某物體是否位于控制單元附近。
2.2 檢查控制單元內(nèi)部
檢查以下故障是否被排除：
（1） 電纜連接器松動(dòng)
（2） 裝配螺釘松動(dòng)
（3） 固定放大器螺釘松動(dòng)
（4） 冷卻風(fēng)扇工作異常
（5） 電纜損傷
（6） 印刷電路板插入不正確
2.3 故障診斷和維修
當(dāng)發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，應(yīng)找出原因以便采取適當(dāng)?shù)拇胧┡懦?。為此，?yīng)執(zhí)行下列檢查：
2.3.1 檢查故障發(fā)生狀態(tài) 檢查下列幾個(gè)方面：
(1) 故障出現(xiàn)時(shí)間？
(2) 在何種操作過(guò)程中出現(xiàn)故障？
(3) 什么故障？
(4) 故障何時(shí)發(fā)生？
即故障發(fā)生時(shí)的具體時(shí)間。
(5) 在何種操作過(guò)程中發(fā)生故障？何種運(yùn)行方式？
a) 對(duì)于某項(xiàng)自動(dòng)操作…程序號(hào)，序列號(hào)，程序內(nèi)容？
b) 對(duì)于手動(dòng)操作…模式？
c) 什么操作步驟？
d) 前一步和后一步操作？
e) 設(shè)置/顯示的單元屏幕是什么？
f) 是否發(fā)生在輸入輸出操作過(guò)程中？
g) 機(jī)床系統(tǒng)狀態(tài)如何？
h) 是否發(fā)生在換刀過(guò)程中？
i) 受控制的軸跟蹤檢測(cè)情況如何？
(6) 發(fā)生了什么故障？
(7) 設(shè)置/顯示的單元屏幕上警告監(jiān)測(cè)的報(bào)警內(nèi)容。
(8) 運(yùn)用顯示警報(bào)診斷屏幕來(lái)檢查報(bào)告內(nèi)容。
(9) 驅(qū)動(dòng)放大器狀態(tài)顯示什么？
(10) 根據(jù)驅(qū)動(dòng)放大器狀態(tài)顯示檢查報(bào)告內(nèi)容。
(11) 加工順序報(bào)警顯示表示什么？
(12) CRT顯示屏幕是否正常？
(13) 控制軸是否在跟蹤？
(14) 故障頻率
(15) 什么時(shí)候故障發(fā)生？頻率怎樣？（另一臺(tái)機(jī)床的操作過(guò)程中故障是否出現(xiàn)？）
(16) 如果頻率很小或者在另一臺(tái)機(jī)床的操作過(guò)程中出現(xiàn)故障，那么，故障的原因可能是供電電壓的干擾。在這種情況下，檢查a.供應(yīng)電源是否正常（在另一臺(tái)機(jī)床的操作過(guò)程中是否發(fā)生瞬時(shí)壓降？）b.采取措施抗干擾。
(17) 是否發(fā)生在特殊工作模式？
(18) 什么時(shí)候達(dá)到最高行程？
(19) 同一類工作的頻率是多少？
(20) 當(dāng)執(zhí)行相同操作是故障是否發(fā)生？（重復(fù)性檢查）
(21) 改變狀態(tài)（進(jìn)給倍率，程序內(nèi)容，加工順序等等）。
(22) 是否發(fā)生相同的故障？
原文說(shuō)明
原文說(shuō)明的內(nèi)容是：提出了自動(dòng)機(jī)械衛(wèi)星（RS）雙機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。接著介紹了雙機(jī)械手RS協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的四種模式。還介紹了雙機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法。最后，給出了微重力環(huán)境下，RS俘獲目標(biāo)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷乃姆N協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果。仿真試驗(yàn)顯示本文所提出的運(yùn)動(dòng)模型和規(guī)劃算法是非常有效的。另一篇是介紹計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床的安全和維護(hù)。
題名：《自動(dòng)機(jī)械衛(wèi)星雙機(jī)械手協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)》
《計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床的安全和維護(hù)》
作者：劉宏 洪炳熔 蔡鶴皋
蔣忠理
來(lái)源：高校出版社《自動(dòng)機(jī)械衛(wèi)星機(jī)械手》
機(jī)械工業(yè)出版社《機(jī)電與數(shù)控專業(yè)英語(yǔ)》
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