岸邊集裝箱起重機(jī)總體設(shè)計(jì)【5張CAD圖紙】

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集裝箱集裝箱是一種具有足夠承載強(qiáng)度和剛度，具有一定貯存容積，能重復(fù)使用，適用多種運(yùn)輸方式、便于貨物裝卸和整體快速換裝的運(yùn)輸設(shè)備。由于集裝箱的規(guī)格繁多，為便于統(tǒng)計(jì)計(jì)算船舶的載運(yùn)量、港口碼頭的吞吐量、庫場(chǎng)的通過能力和機(jī)械設(shè)備的裝卸效率等，國際上以20ft(6m)集裝箱作為當(dāng)量箱（TEU-TwentyFeetEquivalentUnit）來進(jìn)行換算，將20ft(6m)集裝箱稱為標(biāo)準(zhǔn)箱。這里設(shè)計(jì)是針對(duì)40ft的集裝箱（40尺柜：內(nèi)容積為11.8x2.13x2.18米，配貨毛重一般為22噸，體積為54立方米）。1.2 集裝箱吊具的構(gòu)造和特點(diǎn)集裝箱吊具是一種起吊集裝箱的專用機(jī)具，它具有與集裝箱箱體相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)，通過位于四角的旋鎖與箱體的頂角件連接進(jìn)行起吊作業(yè)。集裝箱吊具具有自動(dòng)伸縮、自動(dòng)開閉鎖、自動(dòng)對(duì)中集裝箱等機(jī)構(gòu)和多種連鎖安全裝置，作業(yè)輔助時(shí)間短，作業(yè)效率高。集裝箱吊架如圖1-1所示。圖1-1集裝箱吊架Fig.1-1 Container hanger集裝箱吊具的額定起重量取決于相應(yīng)的集裝箱，其外形尺寸不應(yīng)超過相應(yīng)集裝箱的最大外部尺寸（導(dǎo)向翼外）。我國集裝箱吊具型號(hào)和尺寸標(biāo)準(zhǔn)（GB 3220-82）.查 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) 表3-6-3，選取集裝箱吊具型號(hào)JD-30 。表1-1 我國標(biāo)準(zhǔn)集裝箱吊具的型號(hào)、尺寸和規(guī)格 Tab.1-1 The model, size and specifications of container spreader型號(hào)旋鎖中心距的尺寸和極限偏差/mmA B對(duì)角旋鎖中心距差值/mm 旋鎖轉(zhuǎn)角a吊具的額定起重量 /kg相應(yīng)的集裝箱型號(hào)JD-3011985616305001AA2 岸橋的通用零部件 鋼絲繩、滑輪、卷筒、聯(lián)軸器等雖是岸橋上的通用標(biāo)準(zhǔn)零部件，但必須進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)榘稑虻母咚僦剌d工作要求高可靠性。2.1 鋼絲繩2.1.1 鋼絲繩卷繞系統(tǒng)鋼絲繩是岸橋使用中的主要撓性構(gòu)件，它具有承載能力大、撓性好、傳動(dòng)平穩(wěn)可靠、高速運(yùn)動(dòng)時(shí)無噪音、極少突然斷裂等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛用于岸橋的起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、牽引機(jī)構(gòu)上；其缺點(diǎn)是長(zhǎng)距離的傳動(dòng)由于自重引起下?lián)?，在起制?dòng)瞬時(shí)彈跳幅度大。因此，對(duì)跳槽的防護(hù)、松繩的防護(hù)都有較高的要求。鋼絲繩由一定數(shù)量的鋼絲繩和繩芯經(jīng)過捻制而成。首先將鋼絲捻成股，然后將若干股圍繞著繩芯制成繩。鋼絲是鋼絲繩的基本強(qiáng)度單元。起重機(jī)用鋼絲繩的 強(qiáng)度一般為14001850Mpa之間。繩芯是被繩股所纏繞的撓性芯棒，起到支撐和固定繩股的作用，并可以儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，增加鋼絲繩的撓性。 鋼絲繩的卷繞系統(tǒng)，對(duì)不同類型的起重機(jī)是不同的，在集裝箱起重機(jī)中，鋼絲繩防破斷的安全系數(shù)如表2-1所示表2-1 鋼絲繩安全系數(shù)Tab.2-1 The safety factor of rope機(jī)構(gòu)載荷組合系數(shù)主起升機(jī)構(gòu)LS+LLE（只考慮縱向方向）5.0-6.0俯仰機(jī)構(gòu)俯仰循環(huán)中最大的線拉力最大線拉力，包括一套繩故障引起的沖擊6.02.0小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)TL+LS+LL+0.50WLO+LATT+張緊裝置的影響5.02.1.2 鋼絲繩的選擇鋼絲繩的主要是在普通捻或稱逆向捻（交捻）鋼絲繩和順向捻鋼絲繩之間進(jìn)行選擇。兩種類型最好都用鋼絲繩芯，應(yīng)當(dāng)采用鍍鋅鋼絲和始終全部潤(rùn)滑或加油脂潤(rùn)滑，抗拉強(qiáng)度應(yīng)大約是1770N/mm。安全系數(shù)，即最小破斷力對(duì)正常工作載荷的比必須根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)。 鋼絲繩工作時(shí)所受的最大拉力 安全系數(shù) S=6鋼絲繩破斷拉力換算系數(shù) 鋼絲繩標(biāo)準(zhǔn)中給出的鋼絲破斷拉力的總和 （2-1） 查 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) 表3-1-5選用6x19普通捻鋼絲繩表2-2 鋼絲繩主要性能Tab.2-2 The main properties of wire rope鋼絲繩直徑鋼絲總截面積/參考自重kg/100m鋼絲破斷拉力總和/N（不小于）鋼絲繩/mm鋼絲/mm18.51.2128.87121.82190002.1.3 鋼絲繩的壽命和維修影響鋼絲繩壽命、磨損的主要因數(shù)是：繩的卷繞系統(tǒng)，反向彎曲的影響，鋼絲繩通過滑輪時(shí)的速度，鋼絲繩正常工作載荷和最大載荷之間的比例，安全系數(shù)，滑輪繩槽硬度的選擇，鋼絲繩和滑輪之間、鋼絲繩和卷筒之間的偏角，鋼絲繩的加油或潤(rùn)滑、及加油或潤(rùn)滑的周期，鋼絲繩可能通過的贓物，磨料等的情況，內(nèi)部和外部的銹蝕。俯仰鋼絲繩一般是每5年一換1次，有時(shí)甚至每10年換1次。因此，應(yīng)定期檢驗(yàn)鋼絲繩和鋼絲繩滑輪，加油脂是十分重要的。鋼絲繩在制造時(shí)已在其內(nèi)部和外部加過油脂，如果內(nèi)部油脂不是很正確地加好，則鋼絲繩的壽命會(huì)大大地縮短。2.1.4 鋼絲繩和滑輪或卷筒之間的壓力雖然機(jī)械的損壞經(jīng)常是造成鋼絲繩要更換的原因，但拉力載荷和彎曲載荷是疲勞的主要原因。如果假設(shè)，鋼絲繩運(yùn)轉(zhuǎn)在配合很好的繩槽中，則鋼絲繩和繩槽之間的壓力由下式給出。 （2-2）式中 p鋼絲繩槽中的壓力,N/mm； F鋼絲繩力，N； D/2滑輪或卷筒的半徑，mm； d鋼絲繩直徑，mm。最大允許的壓力是： 在鋼Fe（S355）上，約7.0N/mm； 在錳鋼或合金鋼上，約20.0 N/mm。2.2 滑輪2.2.1 滑輪的構(gòu)造和材料滑輪用以支撐鋼絲繩，并能改變鋼絲繩的走向，平衡鋼絲繩分支的拉力，組成滑輪組，達(dá)到省力或增速的目的。承受負(fù)載不大的滑輪，結(jié)構(gòu)尺寸較小，通常作為實(shí)體結(jié)構(gòu)，用強(qiáng)度不低于鑄鐵HT200的材料制造。承受大載荷的滑輪，為了減輕重量，多做成筋板帶孔的結(jié)構(gòu)，用強(qiáng)度不低于鑄鐵HT200、球鐵QT40-17和鑄鋼ZG230-450等材料制造而成。2.2.2 滑輪的尺寸滑輪主要尺寸是滑輪直徑D。起重機(jī)常用鑄造滑輪，其結(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化（ZBJ80006，1-87）滑輪結(jié)果尺寸可按鋼絲繩直徑進(jìn)行選定。工作滑輪的直徑 （2-3） 式中 按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪直徑（mm）： 鋼絲繩直徑（mm）； 滑輪直徑比例系數(shù)，與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)。這里選取工作級(jí)別為M4 即e=18 查 起重機(jī)械 安裝使用維修檢驗(yàn)手冊(cè)（上）表2-1-51我們選用基本尺寸為下表的滑輪。表2-3滑輪參數(shù)Tab.2-3 Pulley parameters鋼絲繩直徑d基本尺寸參考尺寸RCMNS尺寸偏差181910.5+0.4032.556411.518153.05.0120122.2.3 滑輪組的倍率若不考慮滑輪中的摩擦和鋼絲繩的僵性阻力，則單聯(lián)滑輪組鋼絲繩自由端的拉力為： （2-4） 式中 Q被提升的物體質(zhì)量（kg）； S鋼絲繩自由端拉力（N）； m滑輪倍數(shù)率； g重力加速度。 滑輪組倍率m是省力滑輪組倍力數(shù)，也是增速滑輪組的增速倍數(shù)。 （2-5） 式中 L鋼絲繩自由端移動(dòng)距離； H物品提升距離；鋼絲繩線速度；物品的提升速度?；喗M倍率的選定，對(duì)起升機(jī)構(gòu)的總體尺寸影響較大。倍率增大，則鋼絲繩分支拉力減小，鋼絲繩直徑、滑輪和卷筒直徑也都減小，在起升速度不變時(shí)，需提高卷筒轉(zhuǎn)數(shù)，即減小機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比。但倍率過大，會(huì)使滑輪組本身體積重量增大，同時(shí)也會(huì)降低效率，加速鋼絲繩的磨損。起重量小時(shí)，選用小的倍率，隨著起我重量增大，倍率相應(yīng)提高，倍率增大，起升速度相應(yīng)減小。橋式起重機(jī)常用的雙聯(lián)滑輪組倍率數(shù)見表2-4。 這里所設(shè)計(jì)的是針對(duì)40ft的集裝箱（40尺柜：內(nèi)容積為11.8x2.13x2.18米，配貨毛重一般為22噸，體積為54立方米），因此選取滑輪組倍率。表2-4 橋式起重機(jī)常用雙聯(lián)滑輪組倍率 Tab.2-4 The common double-pulley block ratio of bridge crane額定起重量Q/t35812.51620325080100m12233445562.3 卷筒2.3.1 卷筒的類型選擇卷筒是起升機(jī)構(gòu)和牽引機(jī)構(gòu)中卷繞鋼絲繩的部件。其作用是卷繞儲(chǔ)存和卷放鋼絲繩并施于鋼絲繩一定的拉力和速度。常用卷筒組類型有齒輪聯(lián)接盤式、周邊大齒輪式、短軸式和內(nèi)裝行星齒輪式。我們選用齒輪聯(lián)接盤式卷筒，是目前橋式起重機(jī)卷筒的典型結(jié)構(gòu)。齒輪聯(lián)接盤式卷筒組為封閉式傳動(dòng)，分組性好，卷筒軸不承受扭矩；缺點(diǎn)是檢修時(shí)需沿軸向外移卷筒。在繩索牽引機(jī)構(gòu)中，鋼絲繩的兩端都在卷筒上固定。鋼絲繩繞進(jìn)或繞出卷筒時(shí)，鋼絲繩偏離螺旋槽兩惻的角度不大于，我們?nèi)　?.3.2 卷筒的型式卷筒由鑄造或焊接經(jīng)機(jī)加工后制成。鑄造卷筒一般采用不低于HT-200的灰鑄鐵，重要的卷筒可采用高強(qiáng)度鑄鐵或球墨鑄鐵。采用鑄鋼時(shí)，應(yīng)不低于ZG230-450。焊接卷筒多采用Q235鋼板彎卷焊接而成，重量輕，適宜于大尺寸卷筒。2.3.3 卷筒主要幾何尺寸計(jì)算幾乎每一個(gè)國家都有其自己的關(guān)于鋼絲繩滑輪或卷筒直徑（D）對(duì)鋼絲繩直徑（d）的關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)。卷筒名義直徑D （2-6）式中 D卷筒名義直徑（卷筒槽底直徑）； d鋼絲繩直徑； e筒繩直徑比。這里選取M8的工作級(jí)別，e=25。卷筒名義直徑卷筒計(jì)算直徑（由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑）卷筒上和滑輪內(nèi)的都有繩槽，卷筒上的繩槽必須夠深，以便正確地導(dǎo)向鋼絲繩。繩槽計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖2-1。圖2-1卷筒繩槽Fig.2-1 Roll groove查 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) 表3-3-3表2-5 卷筒繩槽尺寸 Tab.2-5 The size of roll groove鋼絲繩直徑d繩槽半徑標(biāo)準(zhǔn)槽形加深槽形R極限偏差181910.5+0.2021.07.50.82511.50.52.4 聯(lián)軸器2.4.1 岸橋常用的聯(lián)軸器聯(lián)軸器主要用來在兩軸這間傳遞扭矩，補(bǔ)償小量的角度與徑向偏移，同時(shí)還能改善傳動(dòng)裝置的動(dòng)態(tài)特性。岸橋常用的聯(lián)軸器有齒式聯(lián)軸器、梅花彈性聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器、蛇型彈簧聯(lián)軸器。起升、俯仰機(jī)構(gòu)，大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)電機(jī)與減速器之間使用的聯(lián)軸器全為高速型，卷筒與減速器之間采用的聯(lián)軸器則為低速型。岸橋各機(jī)構(gòu)高速軸上使用的聯(lián)軸器，必須鍛鋼制造、能潤(rùn)滑，并經(jīng)過與其最高轉(zhuǎn)數(shù)相匹配的動(dòng)平衡。在人員通過的地方，聯(lián)軸器裝有可拆式防護(hù)罩。主起升、俯仰及小車的驅(qū)動(dòng)聯(lián)軸器應(yīng)在不拆下各自的電機(jī)和減速器就在以分離。要防止?jié)櫥鸵蚵?lián)軸器的旋轉(zhuǎn)而飛濺到高速軸的制動(dòng)盤上。加油必須適量。近年來，大量推廣不需潤(rùn)滑的梅花彈性聯(lián)軸器。2.4.2 聯(lián)軸器使用特性聯(lián)軸器主要用來聯(lián)接同軸線布置或基本平行的轉(zhuǎn)軸，傳遞扭矩同時(shí)補(bǔ)償少許角度和徑向偏移，還能改善傳遞裝置的動(dòng)態(tài)特性,半聯(lián)軸器有時(shí)可以兼作制動(dòng)輪。起重機(jī)常用齒輪聯(lián)軸器。表2-6聯(lián)軸器使用特性Tab.2-6 The use of coupling聯(lián)軸器名稱使用范圍允許使用偏差特點(diǎn)及應(yīng)用許用轉(zhuǎn)矩/Nm軸徑/mm最高轉(zhuǎn)速r/min徑向/mm偏角CL型齒輪聯(lián)軸器7001000000185603003780*0.46.330承載能力高，工作可靠。重量較大，成本較高，對(duì)機(jī)器的安裝精度要求不高，需良好的潤(rùn)滑。可用于正反多變、起動(dòng)頻繁的場(chǎng)合，起升、運(yùn)行、回轉(zhuǎn)和變幅機(jī)構(gòu)均可使用3 岸橋的驅(qū)動(dòng)3.1 岸橋的負(fù)載特點(diǎn)岸橋在選擇一個(gè)驅(qū)動(dòng)方案時(shí)，首先要考慮的是該驅(qū)動(dòng)對(duì)象的負(fù)載特點(diǎn)。岸橋的負(fù)載有以下特點(diǎn)：（1）起升機(jī)構(gòu)的負(fù)載是一個(gè)位能性負(fù)載，當(dāng)箱重一定時(shí)，在任何轉(zhuǎn)速下負(fù)載轉(zhuǎn)矩總是保持恒定，而且負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向也不隨電機(jī)轉(zhuǎn)速方向的改變而改變。（2）集裝箱岸橋的載荷有效率是50，即經(jīng)常有一半時(shí)間是空吊具運(yùn)行的。即使是在帶箱的時(shí)候，也不都是滿箱起吊額定負(fù)荷。為了提高生產(chǎn)效率，希望在輕載時(shí)能提高速度。負(fù)載轉(zhuǎn)短與轉(zhuǎn)速成反比，即形成恒功率控制。負(fù)載的恒功率性質(zhì)是就一定的速度范圍而言的，當(dāng)負(fù)載很低時(shí)，受機(jī)械強(qiáng)度和電氣系統(tǒng)特殊性的限制，轉(zhuǎn)速不可能無限增大，一般恒功率調(diào)速范圍為額定速度的22.5倍。（3）起升機(jī)構(gòu)和小車行走機(jī)構(gòu)都是間隔短時(shí)重復(fù)連續(xù)工作制，即對(duì)箱、吊箱、運(yùn)行、對(duì)箱，周期性的起?；蚣訙p速，間隔很短。它要求具有良好的調(diào)速性能，除了要求有足夠的熱功率和起制動(dòng)轉(zhuǎn)矩外，還要考慮過載能力的迅速反應(yīng)和電動(dòng)機(jī)的良好通風(fēng)散熱。（4）起升機(jī)構(gòu)負(fù)載下降的過程是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過程，此時(shí)的電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)。如何吸收這部分位能，是岸邊集裝箱岸橋控制必須解決的問題。3.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)近年來，隨著微處理器和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，交流變頻調(diào)速理論不斷發(fā)展，大功率變頻器的性能和可靠性的不斷提高，岸橋控制上越來越多地使用了交流變頻技術(shù)。各大電氣剝?cè)焐滔嗬^推出了自己的交流控制系統(tǒng)，使這項(xiàng)控制技術(shù)日趨成熟。實(shí)踐證明這種交流控制系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)：（1）交流電機(jī)無需整流子和調(diào)換電刷，減少了維護(hù)工作量、防護(hù)等級(jí)高，節(jié)省了大量維修費(fèi)用和維護(hù)時(shí)間。（2）變頻器加裝直流電抗器以后，整體裝置的功率因素高于0.9；如采用正弦波濾波器，功率因素接近于1。（3）考慮到維護(hù)的費(fèi)用，交流系統(tǒng)有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，且隨大容量主電路元件的開發(fā)運(yùn)用，變頻驅(qū)動(dòng)的價(jià)格尚有較大的下降空間。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成部分如圖所示，A.變頻調(diào)速器B.異步電機(jī)C.編碼器（也可不用）。圖3-1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示圖Fig.3-1 Drive systems這里選用YTSZ系列冶金及起重用變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。3.3 起升電機(jī)的功率計(jì)算為了計(jì)算起升電機(jī)功率，必須考慮以下各項(xiàng)：（1）正常起升時(shí)的阻力；（2）加速旋轉(zhuǎn)是質(zhì)量的慣性阻力；（3）加速線形運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量的慣性阻力。負(fù)荷的質(zhì)量 Q=220kN負(fù)荷的最大速度 v=60m/min=1m/s所有齒輪傳動(dòng)和鋼絲繩滑輪組的效率 =0.90電機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1000r/min電機(jī)軸上的電機(jī)、滑輪、齒輪箱轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: （3-1）加速時(shí)間 負(fù)荷的加速度 （3-2） 1. 正常起升（滿載最高速度）的阻力： （3-3） （3-4）2加速旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量的慣性阻力矩： （3-5） （3-6） （3-7）3. 加速線形運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的阻力： （3-8） （3-9） （3-10）相加：1.名義（正常）起升 2.旋轉(zhuǎn)質(zhì)量加速 3.直線運(yùn)動(dòng)質(zhì)量加速 總計(jì) 在加速期間，電機(jī)能在有限的時(shí)間內(nèi)傳遞更大的力矩，這樣可以從約140%變化到250%這樣多。電機(jī)必須能提供 相應(yīng)地 （3-11） (小于，于是可用)選取電機(jī)滿足： ； ；S-60%額定工作制。選用2個(gè)提升電機(jī)，則需要2個(gè)為122kW的電機(jī)。查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 表16-1-74選用YTSZ315M1-6變頻速三相異步電動(dòng)機(jī)2個(gè)。表3-1起重電動(dòng)機(jī)參數(shù)Table 3-1 The parameters lifting motor型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)功率/kW額定電流/A額定轉(zhuǎn)矩/Nm額定轉(zhuǎn)速r/min轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/kgm質(zhì)量/kgYTSZ315M1-61252051050.3100034.710253.4 小車運(yùn)行電機(jī)功率的計(jì)算我們選用直接驅(qū)動(dòng)小車，對(duì)于由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的小車，在惡劣的天氣條件下 ，必須考慮驅(qū)動(dòng)車輪和軌道之間打滑的可能性。要考慮的因素主要是：（1）正常運(yùn)行的阻力；（2）供電或拖令系統(tǒng)的阻力；（3）風(fēng)對(duì)小車負(fù)荷的作用的阻力；（4）加速旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量的慣性的阻力；（5）加速線形運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量阻力。小車運(yùn)行速度（m/min） v=150 m/min （m/s） v=2.5m/s小車質(zhì)量（t） 總負(fù)荷質(zhì)量（t） 總質(zhì)量（t） 小車車輪阻力（kN/t） f=5kg/t=0.05kN/t齒輪傳動(dòng)效率（包括鋼絲繩滑輪）起升絞車在小車的直接驅(qū)動(dòng)小車的起重機(jī),風(fēng)的作用：, 加速時(shí)間 加速度 電機(jī)轉(zhuǎn)速 車輪直徑 電機(jī)和車輪之間減速比 （3-12）旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣性之和（kgm） 由于供電施令系統(tǒng)的阻力，取3kN正常運(yùn)行的阻力： （3-13） （3-14）拖令系統(tǒng)的阻力： （3-15） （3-16）風(fēng)的阻力： （3-17） （3-18）加速旋轉(zhuǎn)的質(zhì)量的慣性阻力： （3-19） （3-20） （保留在驅(qū)動(dòng)內(nèi)部） （3-21）5加速線形運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的阻力： （3-22） （3-23）相加：（直接驅(qū)動(dòng)小車）車輪上驅(qū)動(dòng)力（kN） 需要電機(jī)功率(kW)1.正常運(yùn)行 2.拖令系統(tǒng) 3.風(fēng)載q=150N/m 正常運(yùn)行+風(fēng)載，總計(jì) 相加：（加速期間） 車輪上驅(qū)動(dòng)力（kN） 需要電機(jī)功率(kW)1.正常運(yùn)行 2.拖令系統(tǒng) 3.風(fēng)載q=150N/m 4.加速旋轉(zhuǎn)部分 加速線性運(yùn)動(dòng)質(zhì)量 加速期間，總計(jì) 為控制軌道和車輪之間的打滑，現(xiàn)在需要的電機(jī)功率必須大于和。是電機(jī)的最大力矩系數(shù)，不應(yīng)大于2。所以N必須大于65.5kW和必須大于取。4個(gè)車輪都是驅(qū)動(dòng)車論，則直接驅(qū)動(dòng)的小車，需要4個(gè)為16.5kW的電機(jī)。查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 表 16-1-74 選用YTSZ200M1-6變頻速三相異步電動(dòng)機(jī)4個(gè)表3-2小車電動(dòng)機(jī)參數(shù)Table 3-2 parameters Motor Vehicles型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)功率/kW額定電流/A額定轉(zhuǎn)矩/Nm額定轉(zhuǎn)速r/min轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/kgm質(zhì)量/kgYTSZ200M1-6224521010002.90.43004 減速器4.1 減速器的基本型式減速器是起重機(jī)上的重要傳動(dòng)部件。它的作用是把電機(jī)的高轉(zhuǎn)速，降低到各機(jī)構(gòu)所需要的工作轉(zhuǎn)速。由于封閉齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式的減速器，齒輪都裝在密封的外殼內(nèi)，灰塵進(jìn)不去，潤(rùn)滑良好，維修方便使用耐久，所以在起重機(jī)上絕大多數(shù)都采用封閉式減速器。起升機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)布置方式要求采用中心高度小、重量輕的臥式平行軸減速器。減速器的輸入軸和輸出軸在箱體的同一側(cè)，為了保證電動(dòng)機(jī)和卷筒這間有一定的間距，減速器的中心距不能太小。由于卷筒的一端直接支承在減速器輸出軸軸端上，要求輸出軸端能承受較大的徑向力。橋式起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)較多采用立式安裝的減速器。QJ型減速器系列主要用于起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和電機(jī)變幅機(jī)構(gòu)。減速器的箱體為焊接結(jié)構(gòu)，外行美觀，自重輕，單位重量傳遞的扭矩較大，立式和臥式減速器統(tǒng)一于一種結(jié)構(gòu)型式，從而減少了產(chǎn)品的種類，有利于組織生產(chǎn)。QJ型減速器的工作條件為：（1）齒輪圓周速度不大于15m/s；（2）高速軸轉(zhuǎn)速不大于1500r/min；（3）工作環(huán)境溫度為-25+45C；（4）可正反兩向旋轉(zhuǎn)；（5）輸出軸瞬時(shí)最大扭矩允許為額定扭矩的2.7倍。4.2 減速器的選擇公稱傳動(dòng)比：起重電機(jī)我們選用公稱傳動(dòng)比為10的兩級(jí)QJR200-10PL型減速器。表4-1減速器中心距Tab.4-1 center distance reducer低速級(jí)中心距中心距兩級(jí)總中心距400280680低速級(jí)中心距為名義中心距高速軸采用圓柱軸伸，平鍵聯(lián)結(jié)。低速軸為P型圓柱軸伸，平鍵聯(lián)結(jié)。表4-2高速軸參數(shù)Tab.4-2 Parameters of axis high-speed 名義中心距/mm高速軸伸/mm低速軸伸/mmNS型KP型40028514065186934013020032137圖4-1減速器高速軸伸Fig.4-1 Axis extending high-speed of reducer表4-3減速器技術(shù)參數(shù)及承載能力Tab.4-3 The reducers technical parameters and carrying capacity輸入軸轉(zhuǎn)速 名義中心距 許用輸出扭矩 公稱傳動(dòng)比100最大許用徑向載荷高速軸許用功率1000280750073210005 岸橋中的制動(dòng)器5.1 制動(dòng)器制動(dòng)器是保證岸橋各機(jī)構(gòu)安全正常工作的重要部件，每一套工作機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置中均設(shè)置制動(dòng)器。重要機(jī)構(gòu)（如主起升、俯仰機(jī)構(gòu)）除了在高速軸上裝設(shè)制動(dòng)器外，還應(yīng)設(shè)卷筒制動(dòng)器。岸橋上使用的制動(dòng)器主要有盤式制動(dòng)器和塊式制動(dòng)器兩種。塊式制動(dòng)器多應(yīng)用于大車行走機(jī)構(gòu)。主起升、小車運(yùn)行、俯仰機(jī)構(gòu)等高速制動(dòng)器一般用盤式制動(dòng)器。卷筒應(yīng)急制動(dòng)器用盤式制動(dòng)器和帶式制動(dòng)器。盤式制動(dòng)器的工作面為圓盤二側(cè)平面，其摩擦副由制動(dòng)盤和制動(dòng)塊組成，制動(dòng)塊垂直于制動(dòng)盤施加壓力，制動(dòng)性能可靠、穩(wěn)定。盤式制動(dòng)器與塊式制動(dòng)器比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1） 制動(dòng)力矩大，在相同制動(dòng)力矩情況下飛輪矩小，頻繁制動(dòng)時(shí)沖擊小。（2） 散熱性好，在緊急制動(dòng)時(shí)制動(dòng)盤的高溫得到良好散熱。（3） 可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償，自動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償制動(dòng)塊與制動(dòng)盤之間的間隙。（4） 軸向尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊，方便布置和方便裝拆。（5） 夾鉗可對(duì)稱式布置，可用增加夾鉗數(shù)目來增大制動(dòng)力矩。岸橋的盤式制動(dòng)器一般在電機(jī)制動(dòng)轉(zhuǎn)速降至5%時(shí)進(jìn)行制動(dòng)。而卷筒制動(dòng)器是在機(jī)構(gòu)完全停止工作后進(jìn)行制動(dòng)，但在發(fā)生意外情況時(shí)，或荷重下降速度達(dá)到額定下降速度1.15倍時(shí)自動(dòng)進(jìn)入制動(dòng)。選擇制動(dòng)器的夾緊力由各機(jī)構(gòu)的額定力矩決定，其安全系數(shù)按相應(yīng)的規(guī)范和買方文件要求選用。自動(dòng)器的自動(dòng)力矩計(jì)算時(shí)，一般選取摩擦因數(shù)=0.4，而且自動(dòng)力矩必須是1.6倍名義電機(jī)力矩直至2.2倍名義電機(jī)力矩。小車運(yùn)行和起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)時(shí)常使用盤式自動(dòng)器。5.2 起升制動(dòng)器下降負(fù)荷5.2.1 緊急停止當(dāng)可能出現(xiàn)一種危險(xiǎn)的情況時(shí)，需要使起重機(jī)下降的負(fù)荷實(shí)現(xiàn)緊急停止這時(shí)按下緊急停止按鈕，起升機(jī)構(gòu)沒有電氣方面的制動(dòng)，而是緊急停止。這時(shí)負(fù)荷在重力作用下向下拉，而且在很短的時(shí)間內(nèi)急劇烈地加速，即起動(dòng)自動(dòng)器需要的之間內(nèi)，開始制動(dòng)，但都是比正常下降的速度更高的速度下起動(dòng)自動(dòng)器。這就意味著朝向零速的必要的制動(dòng)時(shí)間比正常情況下要更長(zhǎng)。鋼絲繩卷繞系統(tǒng)如圖5-1（簡(jiǎn)圖）所示。 圖5-1鋼絲繩卷繞系統(tǒng)簡(jiǎn)圖Fig.5-1 Rope winding system diagram1吊具加負(fù)荷的重量Q（kN）： Q=220kN2在卷筒上的鋼絲繩的力L（kN）： （5-1） （5-2） 其中n=53電機(jī)軸上的力矩： （5-3）卷筒直徑齒輪箱速比齒輪箱效率4負(fù)荷下降速度v(m/min): 5卷筒上鋼絲繩速度: （5-4）6卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）： （5-5） 7電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）： （5-6） 8電機(jī)軸上從電機(jī)、制動(dòng)器輪和齒輪箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （5-7）9從吊具加負(fù)荷算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （5-8） 10總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 （5-9） 11在按下緊急停止按鈕之后，負(fù)荷由在之內(nèi)加速（是制動(dòng)器進(jìn)去動(dòng)作的時(shí)間），到增加的角速度： （5-10） 12制動(dòng)器在后起動(dòng)機(jī)械制動(dòng)時(shí)電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速度： （5-11） （5-12）13這時(shí)電機(jī)和制動(dòng)器的轉(zhuǎn)速： （5-13） 14卷筒上鋼絲繩這時(shí)的速度： （5-14） 15有效的制動(dòng)力矩： （5-15）16有效的制動(dòng)時(shí)間： （5-16） 17總的制動(dòng)時(shí)間： （5-17） 18制動(dòng)期間鋼絲繩在卷筒上的位移： （5-18）在時(shí)間內(nèi)在卷筒上的位移（m）;在內(nèi)制動(dòng)是在減速期間，在卷筒上的位移（m）。 （5-19） （5-20） 19在緊急停止期間吊具和負(fù)荷在下降方向的總位移： （5-21） 5.2.2 以電機(jī)全力矩制動(dòng) 起重機(jī)司機(jī)下降負(fù)荷，并通過“電氣制動(dòng)”是鉸車停止并停住負(fù)荷。電氣全力矩將作為制動(dòng)力矩。1吊具加負(fù)荷的重量Q（kN）： Q=220kN2在卷筒上的鋼絲繩的力L（kN）： 其中n=53電機(jī)軸上的力矩： 卷筒直徑齒輪箱速比齒輪箱效率4負(fù)荷下降速度v(m/min): 5卷筒上鋼絲繩速度: 6卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）： 7電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）： 8電機(jī)軸上從電機(jī)、制動(dòng)器輪和齒輪箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 9從吊具加負(fù)荷算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 10總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 11制動(dòng)立即開始，以名義電機(jī)力矩（2個(gè)電機(jī)總計(jì)）N=240kW 在n=1000r/min時(shí) （5-22） （5-23） 12制動(dòng)器機(jī)械制動(dòng)時(shí)電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速度： （5-24） 13有效的制動(dòng)時(shí)間： （5-25） 14在制動(dòng)期間卷筒上鋼絲繩的位移： （5-26） 15在電氣制動(dòng)期間，吊具和負(fù)荷在起升方向的總位移（見圖5-3）： （5-27） 5.3 起升制動(dòng)器起升負(fù)荷5.3.1 緊急停止 這種情況不像在下降時(shí)那么危險(xiǎn)。起重機(jī)正在起升負(fù)荷，而發(fā)生意外的情況，這時(shí)起重機(jī)司機(jī)必須起動(dòng)急停按鈕。這種情況下起升機(jī)構(gòu)不是電氣制動(dòng)的，而是緊急停止。負(fù)荷首先是靠重力減速，在很短的時(shí)間內(nèi)，即制動(dòng)器起動(dòng)的時(shí)間內(nèi)，起動(dòng)的制動(dòng)器比正常起升速度低的速度開始制動(dòng)負(fù)荷。1吊具加負(fù)荷的重量Q（kN）： Q=220kN2在卷筒上的鋼絲繩的力L（kN）： 其中n=53電機(jī)軸上的力矩： 卷筒直徑齒輪箱速比齒輪箱效率4負(fù)荷下降速度v(m/min): 5卷筒上鋼絲繩速度: 6卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）： 7電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）： 8電機(jī)軸上從電機(jī)、制動(dòng)器輪和齒輪箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 9從吊具加負(fù)荷算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 10總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 11在按下緊急停止按鈕之后，在（是制動(dòng)器進(jìn)去動(dòng)作的時(shí)間）之內(nèi)由使負(fù)荷減速： 在這里是負(fù)值12在后，起動(dòng)的制動(dòng)器在電機(jī)軸如下的轉(zhuǎn)速下開始機(jī)械制動(dòng)：13這時(shí)電機(jī)和制動(dòng)器的轉(zhuǎn)速： 14卷筒上鋼絲繩這時(shí)的速度： 15有效的制動(dòng)力矩： 16有效的制動(dòng)時(shí)間： （8-28）17總的制動(dòng)時(shí)間： 18制動(dòng)期間鋼絲繩在卷筒上的位移： 在時(shí)間內(nèi)在卷筒上的位移（m）; 在s內(nèi)制動(dòng)是在減速期間，在卷筒上的位移（m）。 19在緊急停止期間吊具和負(fù)荷在起升方向的總位移： 5.3.2 以電機(jī)全力矩制動(dòng) 起重機(jī)司機(jī)起升負(fù)荷通過“電氣制動(dòng)”使鉸車停止來停止負(fù)荷。電氣全力矩將作為制動(dòng)力矩。1吊具加負(fù)荷的重量Q（kN）： Q=220kN2在卷筒上的鋼絲繩的力L（kN）： 其中n=53電機(jī)軸上的力矩： 卷筒直徑齒輪箱速比齒輪箱效率4負(fù)荷下降速度v(m/min): 5卷筒上鋼絲繩速度: 6卷筒轉(zhuǎn)速（r/min）： 7電機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）： 8電機(jī)軸上從電機(jī)、制動(dòng)器輪和齒輪箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 9從吊具加負(fù)荷算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 10總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 11制動(dòng)立即開始，以名義電機(jī)力矩（2個(gè)電機(jī)總計(jì)）N=240kW 在n=1000r/min時(shí) 12制動(dòng)器機(jī)械制動(dòng)時(shí)電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速度： 13有效的制動(dòng)時(shí)間： 14在制動(dòng)期間卷筒上鋼絲繩的位移： 15在電氣制動(dòng)期間，吊具和負(fù)荷在起升方向的總位移： 6 軌道和車輪6.1 軌道起重機(jī)的運(yùn)行軌道有三種：起重機(jī)鋼軌、P型鐵路鋼軌和方鋼。方鋼可看作是平頂鋼軌，由于對(duì)車輪的磨損大，現(xiàn)在已很少用。鋼軌通常用含碳、錳較高的鋼材（C=0.5%0.8%、Mn=0.6%1.5%）軌制成。起重機(jī)鋼軌的典型材料為U71Mn,方鋼主要用Q275的方鋼或扁鋼制成。這里選取起重機(jī)小車運(yùn)行的軌道型號(hào)為P38。查 起重機(jī)械安裝使用維修檢驗(yàn)手冊(cè) 表2-1-128 起重機(jī)軌道基本尺寸表6-1小車軌道參數(shù) Table 6-1 The parameters of car orbital mm軌道型號(hào)P3813427.76811443.966.767.330013圖6-1小車軌道簡(jiǎn)圖Fig.6-1 Trolley track sketch檢查鋼軌、螺栓、夾板有無裂紋、松脫和腐蝕。如發(fā)現(xiàn)裂紋應(yīng)及時(shí)更換新件，如有其余缺陷應(yīng)及時(shí)修理。鋼軌上的裂紋可用線路軌道探測(cè)器檢查，裂紋有垂直軌道的橫裂紋，也有順著軌道的縱向裂紋和斜向裂紋。如果產(chǎn)生較小的橫向裂紋可采用魚尾板聯(lián)接；斜向或縱向裂紋則要去掉有裂紋部分，換上新的軌道。鋼軌頂面如有較小的疤痕或損傷時(shí)，可用電焊補(bǔ)平，在用砂輪打光。軌頂面的側(cè)面磨損都不應(yīng)超過3mm。魚尾板的聯(lián)接螺栓不得少于4個(gè)，一般應(yīng)有6個(gè)。小車軌道，每組墊鐵不應(yīng)超過兩快，長(zhǎng)度不應(yīng)小于100mm，寬度應(yīng)比鋼軌底寬1020mm，兩組墊鐵間距不應(yīng)小于200mm。墊鐵與軌道底面實(shí)際接觸面積不應(yīng)小于名義接觸面積的60%，局部間隙不應(yīng)大于1mm。 鋼軌標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為：9，9.5，10，10.5，11，11.5，12，12.5m。6.2 計(jì)算起重機(jī)運(yùn)行車輪的直徑按照車輪踏面與軌道頂部形狀的不同，其接觸處可能是一直線（實(shí)際是矩形面積），稱為線接觸，也可能是一點(diǎn)（實(shí)際是小橢圓面積），稱為點(diǎn)接觸。線接觸的受力情況較好，但往往由于機(jī)架變形和安裝偏差等因素，使線接觸應(yīng)力分布不盡人意，因而在起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)中常常采用點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)。起重機(jī)車輪所承受的載荷與運(yùn)行機(jī)構(gòu)會(huì)去系統(tǒng)的載荷無關(guān)，可直接根據(jù)起重機(jī)外載荷的平衡條件求得。計(jì)算平均輪壓如下： （6-1） 式中平均車輪負(fù)荷（kN）； 最大車輪負(fù)荷（kN）； 最小車輪負(fù)荷（kN）； C工作制系數(shù)，考慮起重機(jī)1個(gè)小時(shí)的工作時(shí)間。 工作制是40% C=1:對(duì)于Fe600或Fe700的制造軌道為700kN/cm軌道寬： K（cm）軌道曲率半徑： r（cm）：車輪直徑 （6-2） 查 起重機(jī)械安裝使用維修檢驗(yàn)手冊(cè)(上) 表2-1-118 選用車輪 DYL-500 GB4628-84。表6-2小車車輪參數(shù)Tab.6-2 The parameters of car wheels基本尺寸/mm參考尺寸/mm參考質(zhì)量/kgDD1BB1DB2CBXYSd1d2D2D3Rr500540130140130701020604020540430320205115.87 結(jié)論本文設(shè)計(jì)了岸邊集裝箱起重機(jī)的總體機(jī)構(gòu)及各部重要零件，完成了設(shè)計(jì)要求。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況對(duì)設(shè)備的要求集裝箱的毛重，確定了鋼絲繩、集裝箱的型號(hào)，并根據(jù)鋼絲繩的直徑，選取了滑輪和卷筒，根據(jù)起重運(yùn)行阻力，選取合適功率的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，確定起重機(jī)的制動(dòng)、和相關(guān)的減速裝置。根據(jù)行走小車的重量選取了小車車輪、軌道和相關(guān)零、部件，完成岸邊起重機(jī)整體設(shè)計(jì)。同時(shí)獲取各零件的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸和位置等。由于本人的水平和時(shí)間有限，具體的細(xì)節(jié)方面設(shè)計(jì)的還不夠完善，還請(qǐng)老師指導(dǎo)和改正。致謝本文的研究工作是在導(dǎo)師康文龍老師的關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著李老師辛勤的汗水和心血。康老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任感和敬業(yè)精神、淵博的知識(shí)、敏銳的洞察力和獨(dú)到的見解使我深受啟迪，時(shí)時(shí)鞭策和激勵(lì)著我。從尊敬的康老師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向康老師致以最誠摯的感謝和深深的敬意。衷心祝愿康老師身體健康、生活愉快!在多年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了機(jī)械工程學(xué)院各位老師的熱情關(guān)心和幫助，在此衷心地向他們表示感謝!對(duì)多年含辛茹苦養(yǎng)育我、對(duì)我寄予厚望的父母表示深深地感謝;感謝我的兄弟姐妹在我求學(xué)路上給予的理解、關(guān)心和支持。最后，向所有關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友表示由衷的謝意!衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱我的論文和參加我答辯的各位專家、教授!參考文獻(xiàn)1 張質(zhì)文.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)M中國鐵道出版社 19972 萬力起重機(jī)械（上）M冶金工業(yè)出板社，2000 3 萬力起重機(jī)械（下）M冶金工業(yè)出板社，20004 劉建勛電動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)與選用手冊(cè)M化學(xué)工業(yè)出版社，20005 陳敢澤.現(xiàn)代起重機(jī)管理與實(shí)用技術(shù)M科學(xué)出版社 20006 成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第三版 第2卷M化學(xué)工業(yè)出版社，19937 崔碧海.起重技術(shù)M重慶大學(xué)出版社 20068 岸邊橋式起重機(jī)技術(shù)新進(jìn)展J2001,2:2427 9 確定岸邊集裝箱起重機(jī)的規(guī)格J水運(yùn)工程,2002,11:424510 Ing.J.Verschoof. Cranes Design,Practice And MaintenanceM Shanghai Scientific and Technical Publishers 2002附錄A現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方案機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)通常無法采用純數(shù)學(xué)演算的方法進(jìn)行，也難以用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行完整的描述，而需根據(jù)產(chǎn)品特征進(jìn)行形式化的描述，借助于設(shè)計(jì)專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和決策。因此，欲實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)，必須解決計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和運(yùn)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)和專家設(shè)計(jì)決策等有關(guān)方面的問題，由此形成基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法。目前，智能化設(shè)計(jì)方法主要是利用三維圖形軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，直觀性較好，開發(fā)初期用戶可以在一定程度上直接參與到設(shè)計(jì)中，但系統(tǒng)性較差，且零部件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、位置的合理確定，要求軟件具有較高的智能化程度，或者有豐富經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者參與。1、結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法從規(guī)劃產(chǎn)品的角度提出：定義設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)以功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，引用已有的產(chǎn)品解(如通用零件部件等)描述設(shè)計(jì)任務(wù)，即分解任務(wù)時(shí)就考慮每個(gè)分任務(wù)是否存在對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品解，這樣，能夠在產(chǎn)品規(guī)劃階段就消除設(shè)計(jì)任務(wù)中可能存在的矛盾，早期預(yù)測(cè)生產(chǎn)能力、費(fèi)用，以及開發(fā)設(shè)計(jì)過程中計(jì)劃的可調(diào)整性，由此提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)的可靠性，同時(shí)也降低新產(chǎn)品的成本。Feldmann將描述設(shè)計(jì)任務(wù)的功能化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分為四層，(1)產(chǎn)品(2)功能組成(3)主要功能組件(4)功能元件。并采用面向應(yīng)用的結(jié)構(gòu)化特征目錄，對(duì)功能元件進(jìn)行更為具體的定性和定量描述。同時(shí)研制出適合于產(chǎn)品開發(fā)早期和設(shè)計(jì)初期使用的工具軟件STRAT。認(rèn)為專用機(jī)械中多數(shù)功能可以采用已有的產(chǎn)品解，而具有新型解的專用功能只是少數(shù)，因此，在專用機(jī)械設(shè)計(jì)中采用功能化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)于評(píng)價(jià)專用機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造風(fēng) 險(xiǎn)十分有利。提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個(gè)系統(tǒng)。理想的模塊化基本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)分級(jí)模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí)，并利用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一個(gè)解的附加信息，非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。根據(jù)機(jī)械零部件的聯(lián)接特征，將其歸納成四種類型：1)元件間直接定位，并具 有自調(diào)整性的部件；2) 結(jié)構(gòu)上具有共性的組合件；3)具有嵌套式結(jié)構(gòu)及嵌套式元件的聯(lián)接 ；4)具有模塊化結(jié)構(gòu)和模塊化元件的聯(lián)接。并采用準(zhǔn)符號(hào)表示典型元件和元件間的連接規(guī)則，由此實(shí)現(xiàn)元件間聯(lián)接的算法化和概念的可視化。在進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中，用“功能建立”模塊對(duì)功能進(jìn)行分解，并規(guī)定功能分解的最佳“粒化”程度是功