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專(zhuān) 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 院
工程學(xué)院
姓 名
王琦曄
指導(dǎo)教師
祖海英
論文（設(shè)計(jì)）
題 目
400T新型桅桿式起重機(jī)設(shè)計(jì)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）前期工作小結(jié)
1、通過(guò)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，熟悉起重機(jī)類(lèi)型、作用以及我國(guó)與國(guó)外的發(fā)展形勢(shì)。
2、在圖書(shū)館讀閱相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)，了解并計(jì)算主要相關(guān)數(shù)據(jù)；
3、根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，選取設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)所需的材料，并計(jì)算強(qiáng)度及穩(wěn)定性；
4、通過(guò)計(jì)算主要相關(guān)數(shù)據(jù)構(gòu)建力學(xué)模型；
5、對(duì)起重機(jī)總體桅桿設(shè)計(jì)進(jìn)行校核；
6、對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行分析，并選取。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）前期工作小結(jié)
1、 對(duì)起重機(jī)相應(yīng)部件結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行選?。?
2、 對(duì)所選材料的強(qiáng)度要求進(jìn)行校核；
3、 通過(guò)計(jì)算后的數(shù)據(jù)，繪制相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)二維圖；
4、 建立桅桿總體力學(xué)模型，計(jì)算數(shù)據(jù)并校核，開(kāi)始繪制桅桿總體裝配圖。
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
指導(dǎo)教師簽名：
2009屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期匯報(bào)表
填表日期：
黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
摘 要
自有人類(lèi)文明以來(lái),物料搬運(yùn)便成了人類(lèi)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,作為物質(zhì)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,作用越來(lái)越大,對(duì)起重機(jī)的要求越高。科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展, 推動(dòng)了現(xiàn)代設(shè)計(jì)和制造能力的提高。激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越依賴(lài)于技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng),這些都捉使起重機(jī)的技術(shù)性能進(jìn)入嶄新的發(fā)展階段。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)外起重機(jī)的新理論、新技術(shù)和新動(dòng)向介紹了新型預(yù)應(yīng)力桅桿的設(shè)計(jì)。首先介紹了起重機(jī)的現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì),其次說(shuō)明了采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。再次對(duì)工作裝置，動(dòng)力裝置的結(jié)構(gòu)，連接方式，運(yùn)動(dòng)方式和受力情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析和計(jì)算。并對(duì)該機(jī)械的動(dòng)力和起升變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)驗(yàn)算，最后驗(yàn)算整機(jī)的穩(wěn)定性。
關(guān)鍵詞：桅桿起重機(jī)；預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)；液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)；穩(wěn)定性
Abstract
The thing material is carried just becoming the important component of mankind's activities, apart from of today having had the development history of more than 5000 years from having mankind's civilization. Along with the enlargement of production scope, the application of the hoist as the matter to carry important equipment in the modernize production course is more and more wider to the raise of automaticity, and acting on more and more greatly, the development at full speed of high science and technology is got over in the requirement to the hoist, and pushing forward modern(ly) to design and makes the competition of intense international market of the raise of ability also more and more relying on the competition in the technology, present situation as well as development trend that the design of new prestressing force mast firstly introduced the hoist were introduced to this text, article, etc. that the technical characteristics that these are all caught the hoist making enters brand-new(ly) the development stage new theory, new technology and new trend according to the hoist in home and abroad, next explains adopts the merit of prestressing force structure to the work device, the structure of dynamic devices links the method once more, mode of motion and receives energetically the circumstances to have carried on detailed analysis and calculation. Become an organization and carries on the detailed design checking computations, stability of final checking computations whole sets with a liter to the motive force of this machinery.
Key words：Mast derrick；Prestressing force steel structure；Hydraulic pressure hoist；Stability
目錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒 論 - 1 -
1.1我國(guó)起重機(jī)新技術(shù)的進(jìn)展與國(guó)外發(fā)展動(dòng)向 - 1 -
1.1.1我國(guó)起重機(jī)新技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展 - 1 -
1.1.2國(guó)外起重機(jī)的發(fā)展動(dòng)向 - 2 -
1.2預(yù)應(yīng)力技術(shù) - 8 -
1.3相關(guān)工作 - 9 -
1.4主要研究?jī)?nèi)容 - 9 -
第2章WG400桅桿起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 - 10 -
2.1符號(hào)意義： - 10 -
2.2 計(jì)算原則 - 10 -
2.2.1設(shè)計(jì)主要參數(shù) - 10 -
2.2.2風(fēng)載荷計(jì)算 - 11 -
2.2.3材料許用應(yīng)力 - 11 -
2.3 62m、72m典型結(jié)構(gòu)計(jì)算 - 12 -
2.3.1 62m典型結(jié)構(gòu)計(jì)算 - 12 -
2.3.2 72m典型結(jié)構(gòu)計(jì)算 - 17 -
2.4 桅桿總體計(jì)算 - 21 -
第三章液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)計(jì) - 40 -
3.1液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù) - 40 -
3.2液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) - 40 -
3.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) - 40 -
3.2.2傳動(dòng)設(shè)計(jì) - 41 -
3.2.3液壓系統(tǒng)的計(jì)算 - 42 -
第4章 結(jié)語(yǔ) - 44 -
參考文獻(xiàn) - 45 -
致 謝 - 46 -
- 47 -
第1章 緒 論
1.1我國(guó)起重機(jī)新技術(shù)的進(jìn)展與國(guó)外發(fā)展動(dòng)向
起重機(jī)作為一種古老的機(jī)械，時(shí)至今日，在其承載結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、取物裝置、控制系統(tǒng)及安全裝置等各方而都有了很大的發(fā)展，其設(shè)計(jì)理論、制造工藝、檢測(cè)手段等都逐漸趨于完善和規(guī)范化，并己經(jīng)成為一種較完善的機(jī)械。但由于生產(chǎn)發(fā)展提出新的使用要求，起重機(jī)的種類(lèi)、形式也需要相應(yīng)地發(fā)展和創(chuàng)新，性能參數(shù)也需要不斷變化與完善。由于現(xiàn)代化設(shè)計(jì)方法的建立和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段的應(yīng)用，使起重機(jī)設(shè)計(jì)思維觀念和方法有了進(jìn)一步的更新，其它技術(shù)領(lǐng)域和相鄰工業(yè)部門(mén)不斷取得的新科技成果在起重機(jī)上的滲透、推廣應(yīng)用等，更使起重機(jī)的各方面不斷地豐富更新。因此，起重機(jī)將向現(xiàn)代化、智能化、更安全可靠方便的方向發(fā)展。
1.1.1我國(guó)起重機(jī)新技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展
H型鋼在大型起重機(jī)鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。T型鋼在偏軌箱型主梁起重機(jī)上的應(yīng)用。MC鑄型尼龍材料在起重機(jī)鋼絲繩滑輪、伸縮臂導(dǎo)軌等部件中的應(yīng)用。金屬基鑲嵌型固體自潤(rùn)滑軸承在冶金起重機(jī)吊鉤、盛鋼桶耳柱及大型裝卸橋俯仰臂架回轉(zhuǎn)鉸處的應(yīng)用等等。都促成了起重機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和機(jī)械零部件的發(fā)展降低了制造成本,改善了使用性能。
起重機(jī)新型硬齒面和中硬齒面減速器、立式減速器、二合一減速器、二環(huán)式減速器；起重機(jī)新型徑向棒銷(xiāo)聯(lián)軸器和軸向棒銷(xiāo)聯(lián)軸器；起重機(jī)用新型電力液壓塊式制動(dòng)器、電磁塊式制動(dòng)器；起重機(jī)用臂鉗式制動(dòng)器、鉗式制動(dòng)器；起重機(jī)新標(biāo)準(zhǔn)吊鉤、車(chē)輪、滑輪;起重機(jī)用電線滑車(chē)、滑接輸電裝置、安全滑觸線；起重機(jī)用液力偶合器、自動(dòng)防風(fēng)別軌器；MC鑄型尼龍滑輪、齒輪、導(dǎo)向板等等的采用，都為起重機(jī)產(chǎn)品的更新和系列改進(jìn)提供了切實(shí)的基礎(chǔ)。
在GT33811- 83中最重要的部分是起重機(jī)的工作級(jí)別劃分。它包括機(jī)械的分級(jí)和金屬結(jié)構(gòu)的分級(jí)，都和TS04301國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)完全一致。其基本依據(jù)是M finer線性累積損傷理論，即以載荷(應(yīng)力)與受載(工作)次數(shù)某種相關(guān)的關(guān)系為基礎(chǔ)決定疲勞設(shè)計(jì)。形成一種對(duì)角線通用的關(guān)系，根據(jù)這種理論，在不同工作強(qiáng)度(載荷利用率)和不同工作次數(shù)(利用等級(jí))的組合中，有許多符合對(duì)角線通用原則的。便可采用同樣的結(jié)構(gòu)或同樣的機(jī)械部件。為用較少種類(lèi)的機(jī)械零部件或結(jié)構(gòu)斷而組配成多種規(guī)格、不同起重量、不同工作級(jí)別的起重機(jī)提供了理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代德國(guó)曼內(nèi)斯曼德馬克公司在標(biāo)準(zhǔn)鋼絲繩驅(qū)動(dòng)類(lèi)型起重機(jī)和通用起重機(jī)中己有了具體采用。20世紀(jì)80年代我國(guó)起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范在對(duì)整機(jī)及部件設(shè)計(jì)的計(jì)算上明確地做出了規(guī)定。在起重機(jī)減速器等部件設(shè)計(jì)及功率選用的說(shuō)明中也明確地例舉出折算方法，大大地推廣和強(qiáng)化了此設(shè)計(jì)思想。
電力驅(qū)動(dòng)起重機(jī)各機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)，一般都帶有作為驅(qū)動(dòng)加速富裕力知的一定量的突加載荷方式的作用。多年來(lái)歐洲、前蘇聯(lián)和我國(guó)在起重機(jī)設(shè)計(jì)中都采用這種啟動(dòng)理論。自從在起重機(jī)的大車(chē)、小車(chē)運(yùn)行和旋轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)中加入了柔性部件(如液力偶合器)，使這種情況立即得到根木改善。不僅避免了電動(dòng)機(jī)和機(jī)構(gòu)的過(guò)載、反向變向的沖擊，就連正常啟動(dòng)的慣性力也變得極其微小，啟動(dòng)一也極為平穩(wěn)了。近幾年來(lái)，在我國(guó)起重機(jī)設(shè)計(jì)理論中提出的這種帶液力偶合器的起重機(jī)非位能載荷機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)選擇、啟制動(dòng)時(shí)間計(jì)算、相應(yīng)的偶合器的參數(shù)設(shè)計(jì)。如偶合器工作圓直徑的確定、充油量的選擇、聯(lián)合工作特性的建立，以及在采用液力偶合器后機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的動(dòng)載荷計(jì)算及其啟、制動(dòng)過(guò)程的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等。在理論推繹和實(shí)測(cè)結(jié)果分析相結(jié)合的基礎(chǔ)上，都獲得了很大的發(fā)展。以起重機(jī)設(shè)計(jì)理論，這對(duì)過(guò)去基于剛體動(dòng)力學(xué)推演而得的計(jì)算體系是一個(gè)重要的補(bǔ)充。
為貫徹新的通用橋式起重機(jī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于工作級(jí)別在M5以上的起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)，貨物在下降制動(dòng)前進(jìn)行電氣調(diào)速的設(shè)計(jì)己進(jìn)入系列貫標(biāo)設(shè)計(jì)中；為改善電動(dòng)起重機(jī)運(yùn)行性能，在集裝箱起重機(jī)中采用地而無(wú)線遙控或地而與司機(jī)室兩處控制的方式；此外，采用激光防碰撞裝置和非接觸感應(yīng)式行程開(kāi)關(guān)，裝設(shè)故障診斷及故障自動(dòng)顯示等裝置的通用及專(zhuān)用起重機(jī)都相繼出現(xiàn)。
近幾年，一些高等院校在起重機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)和推廣現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法方而做了許多有成效的工作，如對(duì)門(mén)式起重機(jī)進(jìn)行了按靜強(qiáng)度、靜剛度、動(dòng)剛度等多項(xiàng)控制指標(biāo)的綜合分析優(yōu)化設(shè)計(jì)，從單機(jī)優(yōu)化到系列優(yōu)化設(shè)計(jì)理論方而的開(kāi)拓和探索都己進(jìn)入實(shí)用階段。
我國(guó)起重機(jī)新技術(shù)應(yīng)用很多，取得的成績(jī)也相當(dāng)大，但仍需做大量的推廣工作，特別是與國(guó)外發(fā)展水平的差距還很大，我們必須了解世界起重機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，提高我國(guó)起重機(jī)的質(zhì)量。
1.1.2國(guó)外起重機(jī)的發(fā)展動(dòng)向
1)大型化、高效率化、無(wú)保養(yǎng)化、節(jié)能化、自動(dòng)化、智能化、集成化和信息化將機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)的微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)和模糊控制技術(shù)等應(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、高效率化和智能化，以適應(yīng)多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式。
2)成套化、綜合化和規(guī)?；瘜⒏鞣N起重機(jī)械的單機(jī)組合為成套系統(tǒng)，加強(qiáng)生產(chǎn)設(shè)備與物料搬運(yùn)機(jī)械的有機(jī)結(jié)合，提高自動(dòng)化程度，改善人機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和仿真尋求參數(shù)與機(jī)種的最佳匹配與組合，發(fā)揮最佳效用。
3)模塊化、組合化、系列化和通用化為了降低制造成本、提高通用化程度，可采用模塊組合的方式，用較少規(guī)格的零部件和各種模塊組成多品種、多規(guī)格和多用途的系列產(chǎn)品，充分滿(mǎn)足各類(lèi)用戶(hù)的需要;也可使單件小批量生產(chǎn)的方式改換成具有相當(dāng)批量和規(guī)模的模塊生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高效率的專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)。
4)新理論、新方法、新技術(shù)和新手段進(jìn)一步應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，不斷提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平與精度;開(kāi)展對(duì)輪式起重機(jī)載荷變化規(guī)律、動(dòng)態(tài)特性和疲勞特性等的研究，全面采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法、概率設(shè)計(jì)法、優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)等，利用CAD提高設(shè)計(jì)效率與質(zhì)量；與計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)相銜接，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造一體化。
5)小型化、輕型化、簡(jiǎn)易化和多樣化采用新結(jié)構(gòu)、新部件、新材料和新工藝提高產(chǎn)品性能，如結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材和異型鋼，減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫；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，減輕自重并增加外形美觀；在機(jī)構(gòu)方面開(kāi)發(fā)新型傳動(dòng)零部件，簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，以焊代鑄，采用機(jī)電儀一體化技術(shù)，提高使用性能和可靠性;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)。
1.重點(diǎn)產(chǎn)品大型化、高速化、耐久化和專(zhuān)用化
目前世界上最大的浮游起重機(jī)起重量6500t，最大的履帶起重機(jī)起重量3000t，最大的橋式起重機(jī)起重量1200t，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)堆垛起重機(jī)最大運(yùn)行速度達(dá)240m /m ins'〕。
工業(yè)生產(chǎn)方式和用戶(hù)需求的多樣性，使專(zhuān)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(mǎn)足特殊的需要，發(fā)揮出最佳的效用。冶金專(zhuān)用起重機(jī)，防爆、防腐、絕緣起重機(jī)和鐵路、船舶、車(chē)輛專(zhuān)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)專(zhuān)用起重機(jī)，在國(guó)際市場(chǎng)上打開(kāi)了銷(xiāo)路。這種起重機(jī)跨度大，起升高度大，停準(zhǔn)精度高。在起重小車(chē)下面安裝有可伸縮回轉(zhuǎn)的維修平臺(tái)，可到達(dá)飛機(jī)任一部位。隨著世界核電站的迅速發(fā)展，核電站專(zhuān)用起重機(jī)也得到相應(yīng)發(fā)展，如反應(yīng)堆室內(nèi)的環(huán)形橋式起重機(jī)在放射性環(huán)境中工作，用于起吊壓力容器頂蓋及堆內(nèi)構(gòu)件等危險(xiǎn)載荷，要求可靠性高，安全性好，能自動(dòng)精確定位和緩慢下放物品等，并有多種保護(hù)裝置和特殊安全裝置。
2.系列產(chǎn)品模塊化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化和實(shí)用化
許多起重機(jī)是成系列成批量的產(chǎn)品，采用系統(tǒng)多目標(biāo)整體優(yōu)化方法進(jìn)行起重機(jī)系列設(shè)計(jì)已成為發(fā)展重點(diǎn)，通過(guò)全面考慮性能、成本、工藝、生產(chǎn)管理、制造批量和使用維護(hù)等多種因素對(duì)系列主參數(shù)進(jìn)行合理匹配，以達(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(mǎn)足用戶(hù)需求。
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)不同模塊的組合，形成不同類(lèi)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。由于提高了通用化程度，可使單件小批生產(chǎn)的產(chǎn)品改換成具有相當(dāng)批量的模塊生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高效率的專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，降低制造成本。能以較少的模塊形式，組合成多品種多規(guī)格的起重機(jī)，滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，增加競(jìng)爭(zhēng)能力。
3.通用產(chǎn)品小型化、輕型化、簡(jiǎn)易化和多樣化
有相當(dāng)批量的起重機(jī)是在一般的車(chē)間倉(cāng)庫(kù)使用，要求并不很高，工作并不十分繁重。如何提高這些起重機(jī)的適用性，降低益，要求起重機(jī)盡量降低外形高度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減制造成本，是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能否獲勝的關(guān)鍵?？紤]綜合效小自重和輪壓，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)和使用維護(hù)費(fèi)用。因此電動(dòng)葫蘆橋式起重機(jī)和輕型梁式起重機(jī)會(huì)有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位一般用途橋式起重機(jī)。
用戶(hù)的需求性促進(jìn)了起重機(jī)的多樣性。起重機(jī)的系列參數(shù)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，功能選擇進(jìn)一步增加，一機(jī)多用產(chǎn)品進(jìn)一步得到發(fā)展，以增強(qiáng)應(yīng)變能力。在一般使用場(chǎng)合采用無(wú)線遙控操作的比例也將逐步增多。
4.產(chǎn)品性能自動(dòng)化、智能化、集成化和高效化
起重機(jī)的更新和發(fā)展，很大程度上取決于電氣傳動(dòng)與控制的改進(jìn)。將自動(dòng)化技術(shù)和機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)的微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜通訊技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和半自動(dòng)化。使起重機(jī)組成的物料搬運(yùn)系統(tǒng)具有更高的柔性，以適應(yīng)未來(lái)多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式。
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PLC、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測(cè)等設(shè)備組成。它賦于起重機(jī)以信息功能，可進(jìn)行信息傳遞、處理及動(dòng)力控制，大大提高了綜合自動(dòng)化水平。目前控制方面重點(diǎn)發(fā)展吊具防偏防搖技術(shù)，取物裝置自動(dòng)取、卸物技術(shù)，位置檢測(cè)及自動(dòng)位置控制技術(shù)，故障自診斷監(jiān)控技術(shù)等。
電氣傳動(dòng)方面重點(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)，復(fù)雜條件下的遠(yuǎn)距離遙控等，以適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)的需要。
德國(guó)的起重機(jī)，采用激光裝置查找起吊物的重心位置，依靠超聲波傳感器引導(dǎo)取物裝置抓取貨物。大車(chē)和小車(chē)運(yùn)行采用編碼軌系統(tǒng)測(cè)定路徑，起升高度采用恒定張緊的測(cè)量索和角度發(fā)生器測(cè)定。起重機(jī)采用磁場(chǎng)變換器或激光達(dá)到高精度定位。英國(guó)的起重機(jī)上安裝了近場(chǎng)感應(yīng)系統(tǒng)，可避免起重機(jī)之間的互相碰撞。采用無(wú)線遙控時(shí)載重稱(chēng)量也能在遠(yuǎn)控發(fā)射機(jī)上顯示。起重機(jī)上還裝有微機(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，如鋼絲繩狀況，減速器油溫油位，車(chē)輪軸承溫度，起重機(jī)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。德國(guó)近年為解決起重機(jī)吊具的防搖控制，開(kāi)發(fā)了模糊邏輯電路的控制技術(shù)。用神經(jīng)信息技術(shù)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)防搖實(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，再利用微處理機(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。最近國(guó)外的起重機(jī)專(zhuān)家們估計(jì)，將有20%一30%的起重機(jī)需要安裝自動(dòng)化系統(tǒng)。
5.產(chǎn)品組合成套化、系統(tǒng)化、復(fù)合化和信息化
在起重機(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，能與生產(chǎn)設(shè)備有機(jī)結(jié)合，能與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。這類(lèi)起重機(jī)自動(dòng)化程度較高，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)施存貯、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(lèi)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)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)，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(mén)行包貨物的自動(dòng)分揀與搬運(yùn)系統(tǒng)等。
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)，用以鋼板噴丸處理、自動(dòng)切割和出入庫(kù)的自動(dòng)裝卸運(yùn)輸作業(yè)，比原先采用單機(jī)操作工作效率提高65%。日本東芝洪川崎工廠采用由全自動(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)的搬運(yùn)起重機(jī)代替了過(guò)去通常在地面行駛的自動(dòng)導(dǎo)向搬運(yùn)車(chē)，使車(chē)間地面面積得到充分利用。
6.產(chǎn)品設(shè)計(jì)微機(jī)化、精確化、快速化和全面化
隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和系統(tǒng)工程、優(yōu)化工程、價(jià)值工程、可靠性工程、創(chuàng)造工程和人機(jī)工程等現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論的不斷發(fā)展，促使許多跨學(xué)科的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法出現(xiàn)，使起重機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)入創(chuàng)新、高質(zhì)量、高效率的新階段。目前，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)已逐步深入到設(shè)計(jì)的各個(gè)階段和設(shè)計(jì)工作所涉及的各個(gè)領(lǐng)域。不僅能利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、計(jì)算精度高、存儲(chǔ)信息量大和邏輯推理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)代替人工進(jìn)行方案選擇、計(jì)算分析與繪圖，而且還能通過(guò)人機(jī)交互，最大限度地發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造力和經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)、德國(guó)、日本等一些起重機(jī)公司都廣泛應(yīng)用CAD，徹底拋棄了傳統(tǒng)的圖板。并且還與計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(CAPP)和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)相銜接，做到了無(wú)圖化生產(chǎn)。
起重機(jī)是在復(fù)雜工況下工作的大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其動(dòng)態(tài)性能受多種因素影響，運(yùn)動(dòng)參數(shù)與載荷不能用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型描述。以往多以靜態(tài)設(shè)計(jì)為主，局限性很大。國(guó)內(nèi)外近年來(lái)在起重機(jī)設(shè)計(jì)中采用了動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)新方法，用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)在各種工況下承受載荷進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及隨時(shí)間變化過(guò)程的仿真模擬，得到仿真輸出參數(shù)和結(jié)果，以此來(lái)估計(jì)和推斷實(shí)際運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)。
人機(jī)工程學(xué)把起重機(jī)、人和作業(yè)環(huán)境作為整個(gè)系統(tǒng)來(lái)研究，創(chuàng)造一種人與起重機(jī)最佳相互作用狀態(tài)。人機(jī)工程學(xué)在起重機(jī)上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在司機(jī)室的設(shè)計(jì)，包括司機(jī)室的合理布置，減輕司機(jī)疲勞和提高工作效率的措施，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，減少灰塵和廢氣污染，減少司機(jī)室的振動(dòng)和噪聲等。
隨著起重機(jī)的高速化和大型化，還需進(jìn)一步深入開(kāi)展對(duì)起重機(jī)載荷變化規(guī)律、動(dòng)態(tài)特性和疲勞特性的研究。進(jìn)一步開(kāi)展對(duì)起重機(jī)整機(jī)及零部件的可靠性試驗(yàn)研究，提供起重機(jī)新的設(shè)計(jì)方法和數(shù)據(jù)。極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元法、模塊化設(shè)計(jì)、反求工程設(shè)計(jì)、疲勞設(shè)計(jì)和健壯設(shè)計(jì)會(huì)更深入全面地得到應(yīng)用。
7.產(chǎn)品構(gòu)造新型化、美觀化、宜人化和綜合化
結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材和異型鋼，減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種高強(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。橋式類(lèi)型起重機(jī)橋架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，便于加工、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)?！叭弦贿\(yùn)行機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便、調(diào)整簡(jiǎn)單并運(yùn)行平穩(wěn)，將成為起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的主流，減速器殼體、卷筒及滑輪等的制造都以焊代鑄，能減輕自重、增加承載能力和改善加工制造條件。減速器齒輪采用硬齒面，以減小體積，提高承載能力，增加使用壽命。
在電控方面開(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。有專(zhuān)家指出，未來(lái)的起重機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，由于變頻調(diào)速系統(tǒng)越來(lái)越多地得到應(yīng)用，交流鼠籠電動(dòng)機(jī)將會(huì)重新受到重視并被廣泛采用。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)裝置和故障自動(dòng)顯示裝置，并重視司機(jī)工作條件的改善。
8.產(chǎn)品制造柔性化、靈捷化、精益化和規(guī)模化
在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)條件下，要提高起重機(jī)的市場(chǎng)占有率，確保起重機(jī)的高性能高質(zhì)量，并不斷推出新產(chǎn)品，生產(chǎn)企業(yè)必須具備市場(chǎng)變化的適應(yīng)能力和快速反應(yīng)能力。包括提高生產(chǎn)效率，提高和保持產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期，加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代等。生產(chǎn)制造的柔性化是使工藝裝備與工藝路線能適用于生產(chǎn)各種產(chǎn)品的需要，從適應(yīng)當(dāng)前單品種大批量生產(chǎn)方式向多品種小批量生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。生產(chǎn)制造的靈捷化是使產(chǎn)品生產(chǎn)與推向市場(chǎng)的準(zhǔn)備時(shí)間縮為最短，使企業(yè)機(jī)制能靈活轉(zhuǎn)向。生產(chǎn)制造的精益化是使生產(chǎn)過(guò)程勞動(dòng)生產(chǎn)率不斷提高，保持產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，強(qiáng)調(diào)企業(yè)各部門(mén)相互密切合作。良好的生產(chǎn)機(jī)制和管理機(jī)制是企業(yè)發(fā)展的前提。
起重機(jī)制造時(shí)廣泛采用計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(CAPP)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)和柔性制造系統(tǒng)(FMS)。采用擠壓成型、沖壓成型、精密鑄造等少、無(wú)切削工藝，采用光電跟蹤切割技術(shù)、焊接機(jī)器人技術(shù)。充分利用加工中心和全自動(dòng)數(shù)控機(jī)床，提高加工制造的自動(dòng)化水平。制造手段的現(xiàn)代化是保持質(zhì)量穩(wěn)定，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的前提。
美國(guó)、德國(guó)和日本的起重機(jī)大公司生產(chǎn)自動(dòng)化程度都很高，廣泛全面采用了CAM，并對(duì)制造質(zhì)量嚴(yán)格控制。如德國(guó)德馬格公司生產(chǎn)橋式起重機(jī)主梁時(shí)，鋼板都先經(jīng)過(guò)預(yù)處理，并采用光電跟蹤激光切割。吊運(yùn)鋼板采用真空吸盤(pán)，確保板材不變形。腹板和蓋板焊接時(shí)采用液壓裝置對(duì)蓋板加壓，確保腹板與蓋板能充分貼緊，提高主梁的承載能力和剛度。為保證質(zhì)量，每條焊縫都打上焊工的工號(hào)，責(zé)任到人。由于提高了制造的自動(dòng)化程度，德馬格公司制造一根起重量5t的主梁只需約20個(gè)工時(shí)，端梁為14個(gè)工時(shí)，整臺(tái)起重機(jī)100多個(gè)工時(shí)便可完成，大大縮短了交貨周期。
1.2預(yù)應(yīng)力技術(shù)
預(yù)應(yīng)力技術(shù)最早應(yīng)用于實(shí)腹鋼梁中，對(duì)它的研究也較深人與廣泛。前蘇聯(lián)中央建筑結(jié)構(gòu)科研院在50年代就對(duì)預(yù)應(yīng)力梁在彈性階段受力過(guò)程與計(jì)算進(jìn)行研究與模型試驗(yàn)。以后，HHCrpenewaiA教授又對(duì)梁在塑性階段的受力與計(jì)算方法進(jìn)行了理論與試驗(yàn)探討，而AB I'ernmepn二教授則對(duì)預(yù)應(yīng)力階段梁的塑性受力及整體穩(wěn)定進(jìn)行了研究。1948年美國(guó)愛(ài)握華大學(xué)對(duì)7根同一截面的預(yù)應(yīng)力實(shí)腹梁進(jìn)行試驗(yàn)研究。梁由張拉變形7%一10%的T型截面與張拉0一7%的翼緣板兩部分按不同組合在張拉態(tài)下焊接而成。由于彈性變形產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)使預(yù)應(yīng)力梁的承載力與非預(yù)應(yīng)力梁相比最大的可提高78%。50年代我國(guó)西安冶金學(xué)院陳叔陶教授等對(duì)12m跨度的各式預(yù)應(yīng)力吊車(chē)梁進(jìn)行過(guò)技術(shù)分析，得出撐桿式實(shí)腹梁在用鋼量及制造加工量都是最經(jīng)濟(jì)的結(jié)論。同期哈爾濱工業(yè)大學(xué)的鐘善桐教授也對(duì)裝配式預(yù)應(yīng)力鋼梁進(jìn)行過(guò)計(jì)算及試驗(yàn)研究。
根據(jù)研究成果，不少預(yù)應(yīng)力實(shí)腹梁應(yīng)用于各種工程。比較大型的是前蘇聯(lián)庫(kù)茨涅斯克的托密河公路橋及羅斯托夫的頓河公路橋.兩橋均為5跨連續(xù)實(shí)腹鋼梁橋，最大跨度達(dá)147 m,節(jié)約鋼材分別為9%及17.8%。德國(guó)蒙塔堡的3跨連續(xù)公路橋中跨為50.4 m,節(jié)約鋼材33%。我國(guó)也在太原鋼鐵廠試用了少量預(yù)應(yīng)力實(shí)腹吊車(chē)梁，可惜有的研究項(xiàng)目未能付諸工程實(shí)踐。
1.3相關(guān)工作
由于該機(jī)械為處于研究階段，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有該施工機(jī)械，所以利用國(guó)內(nèi)的分析資料，查找相關(guān)的國(guó)外資料，對(duì)桅桿起重機(jī)以及預(yù)應(yīng)力技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的了解。
參照一些相關(guān)的書(shū)籍和手冊(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
最后用計(jì)算機(jī)繪圖，進(jìn)行論文的整理。
1.4主要研究?jī)?nèi)容
1.基于桅桿起重機(jī)的特點(diǎn)以及預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算并對(duì)整機(jī)的穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算。
2.進(jìn)行了25噸液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
第2章WG400桅桿起重機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1符號(hào)意義：
G 自重
Q 吊重 剪力
預(yù)緊力
P 作用力
N 軸向力
M 力矩 彎矩
對(duì)x—x軸彎矩
對(duì)y—y軸彎矩
準(zhǔn)風(fēng)壓值
S 鋼絲繩牽引力
G 索具重量
風(fēng)載荷
q 均布載荷
F 面積
橫性矩
W 截面模量
D、d 直徑
L、l 長(zhǎng)度
H、h 高度
動(dòng)載荷系數(shù)
k 偏載增重系數(shù)
n 安全系數(shù)
σ 拉、壓彎曲應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力
許用應(yīng)力
許用壓應(yīng)力
許用彎曲應(yīng)力
許用剪應(yīng)力
軸向力產(chǎn)生的應(yīng)力
彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力
τ 剪應(yīng)力
β拖拉繩與地面的理論夾角β≤
α滑輪組與桅桿中心的夾角α≤
f 摩擦系數(shù)
m
以上符號(hào)是常用意義的，如有特殊意義的，在計(jì)算公式中另加說(shuō)明
2.2 計(jì)算原則
2.2.1設(shè)計(jì)主要參數(shù)
1、起重量 400t
2、桅桿高度 62m / 72m
3、桅桿分節(jié)數(shù)： 9節(jié)（9.8m 5節(jié)；6m 1節(jié)；4m 1節(jié)； 6.5m 1節(jié)（頂節(jié)）；6.5m1節(jié)（底節(jié)））
1、 中間最大斷面 2000×2100 (mm)
2、 兩端斷面 頂節(jié)：1800×1900 (mm)，底節(jié)：1800×1900 (mm)
3、 滑輪組懸掛偏心距1：＝865mm
4、 滑輪組懸掛偏心距2：＝835mm,（小軸?起吊小重量用）
5、 拖拉繩系點(diǎn)偏心距 ＝830mm
6、 直立桅桿時(shí)滑輪組最大張角α≤12度
10、 盤(pán)上均勻分布m＝8根拖拉繩，每根拖拉繩預(yù)拉力＝，拖拉繩與地面夾角β≤
11、桅桿自重 71.76噸(62m)、82.05噸(72m)
12、索具重20t (包括跑繩、定、動(dòng)滑輪組)
13、每節(jié)預(yù)應(yīng)力7t
14、卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引力是選用2臺(tái)25噸液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)配套使用（11－12）滑輪組，跑繩為雙抽頭
15、吊裝時(shí)風(fēng)力最大不得超過(guò)五級(jí)
2.2.2風(fēng)載荷計(jì)算
參照《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)載荷》，吊裝過(guò)程中風(fēng)力大于五級(jí)停止吊裝，故基本風(fēng)壓值按五級(jí)風(fēng)計(jì)算。對(duì)于蒲式五級(jí)風(fēng)基本風(fēng)壓值：
—6.4～11.4 kg/ ?。?0 kg/
2.2.3材料許用應(yīng)力
A、整體穩(wěn)定安全系數(shù)：n=1.6
σ＝+2100 kg/(206Mpa)
B、局部穩(wěn)定安全系數(shù)
＝（0.8～0.85）×n＝1.28～1.36
C、板的安全系數(shù)
＝1.5
當(dāng)δ＝4～20mm ＝2100 kg/(206Mpa)
當(dāng)δ＞20～40mm ＝1866 kg/(183Mpa)
D、軸的安全系數(shù)
＝1.6～2
＝2500 kg/(245Mpa)
(d＞100~300)
2.3 62m、72m典型結(jié)構(gòu)計(jì)算
2.3.1 62m典型結(jié)構(gòu)計(jì)算
1711
圖1.結(jié)構(gòu)圖
1、計(jì)算荷重
P=(Q+g)×k
=（1.1×400+20）×1.1
=506 t
式中：－動(dòng)載荷系數(shù)； k －偏載增量系數(shù)；
g －索具總量； Q －起吊重量
對(duì)桅桿的壓力
=-7×7
=-7×7
=438.73 t
2、滑輪組跑繩受力
=
=
=27.5 t
式中：f－滑動(dòng)摩擦系數(shù)f=1.04 ； －滾動(dòng)摩擦系數(shù)； =1.02
兩根跑繩的拉力： S=2×27.5 t=55 t
對(duì)桅桿的壓力==55 t
3、拖拉繩受力
=
=
=
式中：γ－風(fēng)纜繩每米長(zhǎng)的重力；γ=5.479kg/m；－滾動(dòng)摩擦系數(shù)=1.02
－單根風(fēng)纜繩的重量； －風(fēng)纜繩受負(fù)載張力
=
=
=137.66 t
對(duì)桅桿的壓力
=-7×7
=-7×7
=68.32?t
4、桅桿自重
通過(guò)實(shí)體精確建模（solidworks）計(jì)算得到桅桿自重： ＝71.76 t
重心位置：距下鉸點(diǎn)33m
5、風(fēng)載計(jì)算（參考《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)載荷》）
桅桿高度 62m，排子和道木高度共1m，沿桅桿每米高度的風(fēng)壓q（kg/m）：
式中:
n－風(fēng)載系數(shù) 取n=1.3
－體形系數(shù) 取=1.5
－風(fēng)壓高度系數(shù)
B－風(fēng)振系數(shù) 取B=1.6
－基本風(fēng)壓值對(duì)于蒲式五級(jí)風(fēng)為6.4~11.49.取=10
－桅桿斷面寬度取=2.1m
－高度系數(shù)
風(fēng)壓計(jì)算結(jié)果
離地高度m
10
20
30
40
50
60
70
80
kz
1.0
1.26
1.46
1.54
1.64
1.72
1.79
1.85
q(N/m)
590
750
870
910
970
1020
1060
1100
表1
5、力學(xué)模型
圖2.力學(xué)模型
6、強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果(理論)
1） 通過(guò)對(duì)O點(diǎn)（下鉸點(diǎn)）取力矩平衡可以求得：風(fēng)繩拉力 Pt = 113 t
2） X、Y兩個(gè)方向的載荷平衡可以算得：O點(diǎn)的反力為Rox =0.5t Roy=625t
3） 彎矩與剪力計(jì)算：
模型：
圖3
彎矩圖：?jiǎn)挝唬∟?M）
圖4
剪力圖：?jiǎn)挝?N)
圖5
2.3.2 72m典型結(jié)構(gòu)計(jì)算
圖6.結(jié)構(gòu)圖
1、計(jì)算荷重
P=(Q+g)×k
=（1.1×400+20）×1.1
=506 t
式中：－動(dòng)載荷系數(shù)； k －偏載增量系數(shù)；
g －索具總量； Q －起吊重量
對(duì)桅桿的壓力
=-7×7
=-7×7
=438.73 t
2、滑輪組跑繩受力
=
=
=27.5 t
式中：f－滑動(dòng)摩擦系數(shù)f=1.04 ； －滾動(dòng)摩擦系數(shù)； =1.02
兩根跑繩的拉力： S=2×27.5 t=55 t
對(duì)桅桿的壓力==55 t
3、拖拉繩受力
=
=
=
式中：γ－風(fēng)纜繩每米長(zhǎng)的重力；γ=5.479kg/m；－滾動(dòng)摩擦系數(shù)=1.02
－單根風(fēng)纜繩的重量； －風(fēng)纜繩受負(fù)載張力
=
=
=137.66 t
對(duì)桅桿的壓力
=-7×7
=-7×7
=68.32?t
4、桅桿自重
通過(guò)實(shí)體精確建模（solidworks）計(jì)算得到桅桿自重： ＝82.05 t
重心位置：距下鉸點(diǎn)38.6m
5、風(fēng)載計(jì)算（參考《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)載荷》）
桅桿高度 72m，排子和道木高度共1m，沿桅桿每米高度的風(fēng)壓q（kg/m）：
式中:
n－風(fēng)載系數(shù) 取n=1.3
－體形系數(shù) 取=1.5
－風(fēng)壓高度系數(shù)
B－風(fēng)振系數(shù) 取B=1.6
－基本風(fēng)壓值對(duì)于蒲式五級(jí)風(fēng)為6.4~11.49.取=10
－桅桿斷面寬度取=2.1m
－高度系數(shù)
風(fēng)壓計(jì)算結(jié)果
離地高度m
10
20
30
40
50
60
70
80
kz
1.0
1.26
1.46
1.54
1.64
1.72
1.79
1.85
q(N/m)
590
750
870
910
970
1020
1060
1100
表2.
5、力學(xué)模型
6、強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果(理論)
1）通過(guò)對(duì)O點(diǎn)（下鉸點(diǎn)）取力矩平衡可以求得：風(fēng)繩拉力 Pt = 111 t
2）X、Y兩個(gè)方向的載荷平衡可以算得：O點(diǎn)的反力為Rox = 3.5t Roy=621t
3）彎矩與剪力計(jì)算：
模型：
圖8.
彎矩圖：?jiǎn)挝唬∟?M）
圖9
剪力圖：?jiǎn)挝?N)
圖10
2.4 桅桿總體計(jì)算
圖11.吊裝計(jì)算簡(jiǎn)圖
－拖拉繩系點(diǎn)偏心距＝830.84mm
－滑輪組系點(diǎn)偏心距＝865mm(835)
－拖拉繩系點(diǎn)至滑輪組系點(diǎn)垂直距離＝1422.63mm
h －桅桿頂部至拖拉繩系點(diǎn)距離h＝323.73mm
－滑輪組系點(diǎn)至截面Ⅱ－Ⅱ距離242.10mm
－滑輪組系點(diǎn)至截面Ⅲ－Ⅲ距離1626.10mm
－滑輪組系點(diǎn)至截面Ⅳ－Ⅳ距離17298.37mm
－滑輪組系點(diǎn)至截面Ⅴ－Ⅴ距離28329.05mm
－滑輪組系點(diǎn)至截面Ⅵ－Ⅵ距離58297.06mm
H－滑輪組系點(diǎn)至桅桿底部鉸的高度61421.10mm
－拖拉繩系點(diǎn)至截面Ⅱ－Ⅱ距離1664.73mm
－拖拉繩系點(diǎn)至截面Ⅲ－Ⅲ距離3048.73mm
－拖拉繩系點(diǎn)至桅桿高度2／3截面Ⅳ－Ⅳ距離18721mm
－拖拉繩系點(diǎn)至桅桿高度1／2截面Ⅴ－Ⅴ距離29751.68mm
－拖拉繩系點(diǎn)至截面Ⅵ－Ⅵ距離59719.69mm
－拖拉繩系點(diǎn)至桅桿底部鉸的高度62843.73mm
β －拖拉繩與地面的理論夾角β≤
α －滑輪組與桅桿中心線的夾角α≤
－拖拉繩與桅桿垂直截面的理論夾角=β+α≤
1、桅桿底部截面以上自重
=66.8 t
對(duì)桅桿的壓力
=
=
=65.8 t
2、桅桿中部截面以上自重
＝35.88t
對(duì)桅桿的壓力
=
=
=35.33 t
3、桅桿2/3高度截面以上計(jì)算自重
＝23.92 t
對(duì)桅桿的壓力
=
=
=23.55 t
4、桅桿（Ⅲ－Ⅲ）截面以上計(jì)算自重
＝7.55 t
對(duì)桅桿的壓力
=
=
=7.43 t
5、桅桿（Ⅱ－Ⅱ）截面以上計(jì)算自重
＝5.10 t
對(duì)桅桿的壓力
=
=
=5.02 t
6、桅桿（Ⅰ－Ⅰ）截面以上計(jì)算自重
＝4.67t
對(duì)桅桿的壓力
=
=
=4.60 t
7、桅桿底部截面（Ⅵ－Ⅵ）的正壓力及彎矩
=
=t
=
＝
＝13.74t.m
8、桅桿中部截面（Ⅴ－Ⅴ）的正壓力及彎矩
＝
＝445.50+95.78×sin+33.30+12×12×sin+49.18
=647.88t
式中：－桅桿中部截面以上自重＝33.30t
＝
＝
＝145.52t.m
9、桅桿高度2／3截面（Ⅳ－Ⅳ）的正壓力及彎矩
＝
＝445.50+95.78×sin+22.20+12×12×sin+49.18
=636.78t
式中：－桅桿2/3高度截面以上計(jì)算自重＝22.20t
＝
＝
＝194.03t.m
10、桅桿（Ⅲ－Ⅲ）截面正壓力及彎矩
＝
＝445.50+95.78×sin+7.01+12×12×sin+49.18
＝621.59t
式中： －桅桿（Ⅲ－Ⅲ）截面以上計(jì)算自重＝7.01t
＝
＝
＝262.95t.m
11、桅桿（Ⅱ－Ⅱ）截面正壓力及彎矩
＝
＝506+95.78×sin+4.73+12×12×sin+49.18
＝619.31t
式中： －桅桿（Ⅱ－Ⅱ）截面以上計(jì)算自重＝4.73t
＝
＝
＝269.04t.m
12、桅桿（Ⅰ－Ⅰ）截面正壓力及彎矩
＝
＝506+95.78×sin+4.34+12×12×sin+49.18
＝618.92t
式中： －桅桿（Ⅰ－Ⅰ）截面以上計(jì)算自重＝4.34t
＝
＝
＝157.80t.m
＝
＝452.37×0.9848×0.865+42.54-157.80
＝385.36+42.54-157.80
＝270.10t.m
13、桅桿頂部標(biāo)高中心點(diǎn)的彎矩
＝
＝
＝39.79t.m
＝
＝
＝119.89t.m
14、桅桿豎立內(nèi)力分析及計(jì)算
桅桿自重 ＝71.76 t
跑繩重量 ＝11t
假設(shè)桅桿豎立時(shí)：
方案1、后背T力與桅桿軸線夾角大于25.5度時(shí)（利用輔助桅桿平底立起此桅桿）
方案2、吊車(chē)抬頭24m桅桿與地面夾角為27.49度，桅桿底部與后背錨坑距離應(yīng)大于150m。
本計(jì)算按方案1考慮桅桿受力，T力為最大時(shí)的核算結(jié)果
1） 計(jì)算T力及支座反力、
A、對(duì)A點(diǎn)取矩
式中：－桅桿頭部的集中載荷＝2.5t
－定滑輪的重量＝2.5t
q＝＝1.226t/m
代入
T＝
＝146.34t
B） 對(duì)B點(diǎn)取矩：
＝
＝
＝21.56t
C)
＝
＝
＝132.08t
2） 在均勻載荷q單獨(dú)作用下：
＝
＝
（注釋?zhuān)杭由?個(gè)彎矩與受力圖）
3） 在集中力P及單獨(dú)作用下：
P＝＝5t
=2.5t
＝
＝
（注釋?zhuān)杭由?個(gè)彎矩與受力圖）
4） 在起吊力T造成的偏心彎矩單獨(dú)作用下：
＝＝
5） 將2、3、4式中的M疊加：
對(duì)（）段取導(dǎo)數(shù)
z=
=
=
=18.12m
=
=
=201.34t.m
對(duì)（）段取彎矩.由于豎立桅桿時(shí)是屬于外伸簡(jiǎn)支梁.故在z=l處
==
=
=328.34t.m
根據(jù)剪力圖疊加圖得知. 在B的左端
==
=
=28.81t.m
15、風(fēng)載荷計(jì)算（參考《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)載荷》）
桅桿高度 62m
排子和道木高度共1m
a) 沿桅桿每米高度的風(fēng)壓q（kg/m）
q=
式中:
n-風(fēng)載系數(shù) 取n=1.3
-體形系數(shù) 取=1.5
-風(fēng)壓高度系數(shù)
B-風(fēng)振系數(shù) 取B=1.6
-基本風(fēng)壓值對(duì)于蒲式五級(jí)風(fēng)為6.4~11.49.取=10
-桅桿斷面寬度取=1.9m
高度系數(shù)
風(fēng)壓計(jì)算表
離地高度
10
20
30
40
50
60
70
80
1.0
1.26
1.46
1.54
1.64
1.72
1.79
1.85
q(kg/m)
59
75
87
91
97
102
106
110
q(t/m)
0.059
0.075
0.087
0.091
0.097
0.102
0.106
0.110
表3
=
=2.97t
=
=2.458t
=
=7.75t.m
=
=43.72t.m
=
=37.60t.m
=
=8.56t.m
=
= 4.80t.m
=
=4.12t.m
16、桅桿強(qiáng)度及穩(wěn)定性校核
a) 截面強(qiáng)度特性
Ⅰ) Ⅵ－Ⅵ截面
＝＝147.03
＝＝＝588.11
＝0
＝0
==
=
=
=
=
＝＝＝
＝
＝
＝
＝＝＝
＝＝＝66.96
＝＝＝71.94
＝＝93.85
＝＝87.36
Ⅱ) Ⅳ－Ⅳ、Ⅴ－Ⅴ截面
＝＝147.03
＝＝＝588.11
＝0
＝0
==
=
=
=
=
＝＝＝
＝
＝
＝
＝＝＝
Ⅲ) Ⅲ-Ⅲ截面
＝＝147.03
＝＝＝588.11
＝0
＝0
==
=
=
=
=
＝＝＝
＝
＝
＝
＝＝＝
Ⅳ) Ⅱ-Ⅱ截面
＝＝147.03
＝＝＝768.11
＝0
＝0
==
=
角鋼的慣性矩
=
=
=
=
=
=
=
＝＝＝
＝
＝
＝
＝＝＝
Ⅴ) Ⅰ-Ⅰ截面
＝＝147.03
＝＝＝768.11
＝0
＝0
==
=
角鋼的慣性矩
=
=
=
=
=
=
=
＝＝＝
＝
＝
＝
＝＝＝
截面幾何特性表
截面
（）
（）
（）
（）
（）
Ⅰ-Ⅰ
768.11
Ⅱ-Ⅱ
768.11
Ⅲ-Ⅲ
588.11
Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ
588.11
Ⅵ-Ⅵ
588.11
表4
典型截面內(nèi)力表
截面
N（t）
(t.m)
(t.m)
(t.m)
標(biāo)高(m)
備注
Ⅰ-Ⅰ
618.92
270.10
4.12
274.22
Ⅱ-Ⅱ
619.31
269.04
4.80
273.84
Ⅲ-Ⅲ
621.59
262.95
8.56
271.51
Ⅳ-Ⅳ
636.78
194.03
37.60
231.63
Ⅴ-Ⅴ
647.88
145.52
43.72
189.24
Ⅵ-Ⅵ
676.62
13.74
7.75
21.49
豎立桅桿剪力
按方案1考慮結(jié)果
豎立桅桿彎矩
表5
B） 強(qiáng)度校核
按公式：
Ⅰ-Ⅰ截面
Ⅱ-Ⅱ截面
Ⅲ-Ⅲ截面
Ⅳ-Ⅳ截面
Ⅴ-Ⅴ截面
Ⅵ-Ⅵ截面
均小于許用應(yīng)力
c) 整體穩(wěn)定性計(jì)算
1、彎矩作用主平面內(nèi)（x－x軸）按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（TJ17-74）第48條計(jì)算
ξ=
==0.418
式中:
F=315.36
=
=77.5cm
==0.451
式中:
－對(duì)y軸最小慣性矩＝
－對(duì)y軸最大慣性矩＝
==0.448
式中:
－對(duì)x軸最小慣性矩＝
－對(duì)x軸最大慣性矩＝
m===0.769
根據(jù)桅桿的支承形式查《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》P424頁(yè)
＝1.01
u＝1
故 ＝＝＝52.52m
λ=
===72.1cm
==72.8
=
=
=74.2
式中:
－主桿單肢的截面積
－腹桿單肢的截面積
對(duì)于16Mn鋼（見(jiàn)TJ17－74附表21）
＝
＝
＝87
式中:
－16Mn鋼的屈服點(diǎn)＝3300
查附表21：
＝0.531
代入：
＝＝2159.4（211.8MPa）
Ⅱ 彎矩作用在主平面內(nèi)（y－y）軸。按鋼結(jié)構(gòu)（TJ17－74）第39頁(yè)計(jì)算知
＝
式中：
N＝361.6t
＝101.46t.m
F＝A＝315.36
＝
＝
根據(jù)查附表21得：
＝0.688
＝
＝2159.1（211.8MPa）
兩種計(jì)算略大于，單位超過(guò)的5％,故許可.
第三章液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)
卷?yè)P(yáng)機(jī)是起重機(jī)起升系統(tǒng)主要設(shè)備之一。液壓卷?yè)P(yáng)機(jī) 結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，調(diào)整范圍大，操縱簡(jiǎn)單，易于安裝。它即可與起重機(jī)配套，又可獨(dú)立使 用。是一個(gè)很值得開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，為此我們進(jìn)行 了250kN液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)的設(shè)計(jì)工作 。
3.1液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
主要技術(shù)參數(shù)
起重機(jī)起升量為400t。假設(shè)總重量為500t，12個(gè)動(dòng)定滑輪組成滑輪組，倍率為24,有：
[S]=1020240*0.82/4.5=27.65t
S＝500／（24）=20.8t
12個(gè)動(dòng)定滑輪組成滑輪組，倍率為24。單繩負(fù)荷F=208kN，單繩速度V= 1.3m/s。
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取雙互捻鋼絲繩，直徑為46mm。
3.2液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)
250 kN液壓卷?yè)P(yáng)機(jī)負(fù)載較大，這就要求卷?yè)P(yáng)機(jī)的工作運(yùn)行及制動(dòng)必須安全可靠，而且傳動(dòng)系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)要緊湊，操縱要方便，這就給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)一定的難度。
3.2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)卷?yè)P(yáng)機(jī)首先要確定卷筒直徑，因?yàn)樗苯佑绊懢頁(yè)P(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速。經(jīng)計(jì)算與結(jié)構(gòu)分析，我們確定鋼絲繩直徑d=46mm， 卷筒直徑Dz=(12.5～27.3)d=860mm，卷筒的計(jì)算直徑D計(jì)=920 mm。卷筒采用多層繞有槽卷筒，根據(jù)選擇的卷筒，所需的繞繩量：
式中：——提升的最大高度，
——滑輪組倍率24
——附加的安全圈數(shù)，取3圈；
——卷筒的計(jì)算直徑,
卷筒每層繞的圈數(shù)：
式中： —鋼絲繩在卷筒上的層數(shù)，取15
—鋼絲繩的直徑,
多層繞卷筒的長(zhǎng)度為：
式中：為鋼絲繩排列不均系數(shù)。
卷筒外護(hù)壁直徑為：
卷筒的總長(zhǎng)度?。?
3.2.2傳動(dòng)設(shè)計(jì)
卷筒直徑確定后，可以進(jìn)行卷?yè)P(yáng)機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算。由技術(shù)參數(shù)所知，卷?yè)P(yáng)機(jī)在全載時(shí)的線 速度