定柱式懸臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析含proe三維及16張CAD圖+說(shuō)明書
定柱式懸臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析含proe三維及16張CAD圖+說(shuō)明書,定柱式,懸臂,起重機(jī),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),分析,proe,三維,16,cad,說(shuō)明書,仿單
****學(xué)院****屆畢業(yè)設(shè)計(jì)中英文翻譯
Crane Work Needs More Technique
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 are The bridge type hoist crane is required to handle with huge accessory? or?huge device.
The birth worldwide industry early post-war years, the crane industry came to an aImost complete standstill. By the end of the decade, however, crane construction had diversified and spread around the world and the industry seemed infused with newfound energy that left it flourishing as never before. Lightweight cranes that arrived on site ready for use came to dominate construction sites as people realised the advantages of not having to dismantle them between jobs. These new designs did away with the need to have other lifting equipment assisting during rigging - a big contrast to the cumbersome rigging of previous designs. But, before all this could happen came the horrors of the Second World War. By 1940 of Europe was completely caught up in the conflict. By the time the war ended, Europe and other parts of the world had been subjected to extraordinary political, economic and social changes that would affect the entire fabric of society, including the construction and crane industries, for many decades to come. In the US, steam locomotives were starting to be replaced by diesel - by 1953 more than 50 per cent of all locomotives would be diesel. During the war the mass production of excavators, scrapers and cranes continued. 1940, for example, saw Thew launch the new 'Lorain Motocrane' series. This consisted of three cranes which, for the first time in history, were mounted on chassis built by the crane manufacturer itselfi The smallest crane, the MC-2, could lift 7.6 tonnes, the MC-2 9.9 tonnes and the MC-3 13.5 tonnes. These cranes were delivered to the army by the thousand, and were also mounted on portals for use as harbour cranes (the MC-4 model). The war had, of course, taken its toll on the number of able-bodied men available to work in the crane industry and there was a serious shortage of good crane drivers. At Thew, newcomers were taught crane operations over a two-day course presented by A.C Burch, an experienced mechanic and graduate of the Naval Academy, and L.K Jenkins. These two gentlemen were probably the originators of 'operator training' as we know it today. As they had actually designed the Motocrane, both knew it inside out and were pleased to pass on this knowledge.
When the Japanese National Railways committed itself to buying the prototype of a machine designed to remove railway clips, the tide turned. The machine worked splendidly and iVlasuo Tadano toured Japan showing on 35 millimetre film just what it could do. He collected numerous orders for the machine along the way and at the same time seems to have been an early pioneer of the company videos so beloved by today's marketing professionals!
Other countries were also building noteworthy cranes. Italy, in particular, was developing into a source of innovative ideas for the industry.In1948 in Legnano,near Milan,Carlo Raimodi built his first slewing tower crane,a classic top slewer The company was originally established in 1863 as a foundry and had, until making its crane debut, built machines and components for the millwright and other industries. There was now a worldwide boom in construction and this attracted the attention of specialist equipment manufacturers, many of whom followed the launch of crane ranges with the introduction of concrete mixing equipment. This combination of equipment was supplied in a variety of forms: Reich, Ibag and Liebherr, for example, supplied cranes and concrete mixing machines designed to be used together. Important slewing tower crane manufacturer.
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.
Grab bridge bridge crane is running on the elevated track, the car driven by the lifting of materials crawl grab a bridge-crane. Bridge laying on both sides along the elevated track on the vertical run, lifting trolley along the bridge in laying the track on the horizontal run, a rectangular scope of work, you can make full use of space below the bridge lifting material from Ground equipment hindered. Grab bridge cranes widely used in power plants, Mei Chang, and other needs of bulk material handling of the occasion, because of the heavy equipment, transportation difficulties installation, testing the quality of their products in general need in the field. Therefore, control equipment requirements for wiring, small size and portability. And the use of fixed-site conditions, also called a random testing equipment manual control functions to ensure the safety of operation. With the lifting of the transport requirements of the mechanical control continuously improve, more and more advanced means of control. At present the domestic bridge crane control system requires people at the scene to control, control methods are backward. In small and medium-sized crane, the most direct control over the use of controllers, car running, Lord, vice hook upgrade, dropped weights and speed
Crane work needs more technology. Construction of tower cranes are the main vertical transportation equipment and also a measure of construction companies and equipment strength of the important logo, in today's increasingly competitive construction market, to meet the construction needs of many construction companies have bought the tower crane. With the tower crane at the construction site of the widely used by the tower crane accident also caused more and more to people's lives and property brought about great losses. According to national statistics, the departments concerned, the tower crane accident rate reached 2.77 percent. Its security problem is still the urgency of the construction
Loose training, testing and oversight requirements for the people who work around construction cranes have fostered a false sense of security in our industry. The recent deadly tower-crane collapse at a congested New York
City building site should be a wake-up call for us to question and step up our current safety practices.
Training and testing is king when it comes to safety. But the construction industry is putting unqualified personnel in the seats of construction cranes, even with today's testing. In many places, no experience is necessary after passing a standardized test. One week of study will give some people enough knowledge to pass a certification examination, and then they can jump into the cab of a crane.
Imagine that a commercial airline pilot had the same training as a certified crane operator. How would you feel the next time you decided to fly? In California, it takes more hours of training to wield a pair of scissors in a hair salon than to operate potentially dangerous lifting machinery. How does this make sense?
Riggers and signal persons also need standard training and testing to ensure safety under the hook. Employers usually allow any craft to signal a crane on a jobsite, despite best practices that require only qualified people do so. How is it then that uncertified and untrained people are allowed to signal and rig under the hook of a licensed or certified operator?
Tower cranes are particularly risky as urban sites become more congested, and the risk of a catastrophic event is very high during climbing operations. Yet most tower-crane climbing crews are trained in a non-traditional manner, via secondhand knowledge that has been passed down over time. The problem with this type of hand-me-down knowledge is that it changes over the years, leaving out small-but-important details along the way. This "osmosis" of knowledge leads crews to develop their own tricks for climbing cranes, often forsaking basic safety in an attempt to save time and energy.
In many cases, there are no safety devices or alarms to warn of a serious problem. Climbing crews are subjected to pressures that affect safety-critical decision-making. It is not uncommon for climbs to continue with damaged or leaking hydraulic systems, out-of-adjustment or jammed guide rollers, often working in the dark and for extended hours. This "MacGyver" method of climbing, where every jump becomes a new adventure, should not be the norm.
Climbing-frame designs vary among manufacturers, but the operational steps are similar in principle. The climbing process is relatively straightforward, with a mixture of physical work and technical procedure. It is not complex; it is more about knowing the proper sequence of what needs to be done and then following the steps, one by one, making sure each step has been successfully completed before moving onto the next. It is essential that everyone know exactly what is going on and what the dangers are at every stage.
When these needs are satisfied, crane operations should be carried out in strict accordance with the manufacturers' instructions, engineering principals and governmental laws. But industry stakeholders and lawmakers need to step up their lax standards to protect the public. New York City residents, who have seen their homes turned into dust and debris, would be shocked at the way the industry deals with these issues.
That's why the industry needs standardized training, testing and oversight for this work, including a practical assessment of competence. Technicians should have model-specific training directly from the manufacturer, along with a level of practical experience. Inspectors, too, should be required to have specific technical training. They should be independent from all aspects of installation and maintenance to allow for objective decisions. Key personnel on erection crews should have standard training and testing.
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起重機(jī)工作需要很多科技
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。
戰(zhàn)后的前幾年，世界性的工業(yè)誕生了，起重機(jī)行業(yè)幾乎完全停止。然而到這個(gè)年代末，起重機(jī)的建造變得多元化并傳播到世界各地，它的前所未有的蓬勃發(fā)展似乎整個(gè)工業(yè)注入了新能源。輕型起重機(jī)投入到工作地點(diǎn)并準(zhǔn)備作為主要機(jī)械，因?yàn)槿藗円庾R(shí)到了在工作間不用拆除他們的的優(yōu)點(diǎn)。這些新的設(shè)計(jì)也不再需要其他起重設(shè)備協(xié)助操縱——相比以前在安裝前要進(jìn)行繁瑣的設(shè)計(jì)。但是，在這一切之前發(fā)生了恐怖的第二次世界大戰(zhàn)。到1940年，歐洲完全陷入了戰(zhàn)爭(zhēng)中。到戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束后的幾十年來(lái)，歐洲和世界其他地區(qū)發(fā)生了巨大的政治，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)變化，將影響整個(gè)社會(huì)結(jié)構(gòu)，包括建造業(yè)和起重機(jī)行業(yè)。在美國(guó)，蒸汽機(jī)已開始改為柴油機(jī)——到1953年超過(guò)百分之五十的機(jī)車將使用柴油機(jī)。戰(zhàn)爭(zhēng)期間，挖掘機(jī)，鏟運(yùn)機(jī)和起重機(jī)的大規(guī)模生產(chǎn)在繼續(xù)。例如1940年，看到Thew推出新的'Lorain Motocrane'系列。這其中包括三種起重機(jī)，是歷史上首次自身安裝了底盤的起重機(jī)。最小的MC - 2 ，起重量達(dá)7.6噸， MC – 2起重量為9.9噸，MC – 3起重量為13.5噸。這些起重機(jī)許多被用于軍隊(duì)，有的還安裝在港口用作港灣式起重機(jī)（在MC - 4型） 。當(dāng)然，這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)削弱了能在起重機(jī)行業(yè)工作的健壯的男人的數(shù)量，并且優(yōu)秀的起重機(jī)司機(jī)嚴(yán)重短缺。在Thew ，一位畢業(yè)于美國(guó)海軍學(xué)院的經(jīng)驗(yàn)豐富的技工A C Burch和L K Jenkins進(jìn)行了為期兩天的起重機(jī)業(yè)務(wù)課程的教授。這兩位紳士好比是我們今天所知的“經(jīng)營(yíng)者培訓(xùn)”的創(chuàng)始人。他們實(shí)際上已設(shè)計(jì)了動(dòng)力起重機(jī)，都深深地了解起重機(jī)，并很高興傳授這方面的知識(shí)。
當(dāng)日本國(guó)家鐵路公司致力于采購(gòu)一種旨在搬動(dòng)鋼軌扣板的原型機(jī)，潮流逆轉(zhuǎn)。該設(shè)備工作極為出色。iVlasuo Tadano環(huán)游日本，用35毫米的電影展示該設(shè)備的強(qiáng)大用途。沿路上，他獲取了大量訂單。同時(shí)，他好像成為當(dāng)今市場(chǎng)營(yíng)銷專家所寵愛的公司影像傳播的先驅(qū)！
其他國(guó)家也在大力發(fā)展起重機(jī)。特別是意大利，逐漸發(fā)展成為該行業(yè)的創(chuàng)新基地。1948年Carlo Raimodi在米蘭附近的Legnano，首次建造了回轉(zhuǎn)塔式起重機(jī)，一種經(jīng)典的頂端回轉(zhuǎn)起重機(jī)。公司最初成立于1863年，在生產(chǎn)起重機(jī)之前，是一間鑄造廠并為技工和其他行業(yè)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備。當(dāng)時(shí)全球建筑業(yè)空前繁榮，吸引了專業(yè)設(shè)備制造商的注意。其中許多公司在推廣起重機(jī)后，推出了混凝土攪拌設(shè)備。提供了多種不同組合，例如，Reich，Ibag和Liebherr設(shè)計(jì)開發(fā)了起重機(jī)與混凝土攪拌設(shè)備一起使用的組合。
橋式起重機(jī)小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)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。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。
橋式抓斗起重機(jī)是橋架在高架軌道上運(yùn)行，由起重小車帶動(dòng)抓斗抓取物料的一種橋架型起重機(jī)。橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運(yùn)行，起重小車沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運(yùn)行，構(gòu)成矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運(yùn)物料，不受地面設(shè)備的阻礙。橋式抓斗起重機(jī)廣泛應(yīng)用于電廠、煤廠等需要散料裝卸的場(chǎng)合，由于該設(shè)備笨重，運(yùn)輸安裝困難，對(duì)其產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)一般需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。所以要求控制設(shè)備接線方便，體積小便于攜帶。又由于使用現(xiàn)場(chǎng)條件不動(dòng)，還要求檢測(cè)設(shè)備有隨機(jī)手動(dòng)控制功能，以保證運(yùn)行時(shí)的安全。隨著對(duì)起重運(yùn)輸機(jī)械控制要求的不斷提高,控制手段也越來(lái)越先進(jìn)。目前國(guó)內(nèi)的橋式起重機(jī)控制系統(tǒng)都需要人在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制，控制方式都比較落后。在中小型起重機(jī)中, 大都采用控制器直接控制大、小車運(yùn)行, 主、副鉤提升、下降重物及調(diào)速。
塔式起重機(jī)是建筑施工垂直運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，也是衡量一個(gè)建筑施工企業(yè)裝備實(shí)力的重要標(biāo)識(shí)，在當(dāng)今競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的建筑市場(chǎng)，為滿足施工需要，很多施工企業(yè)都購(gòu)置了塔式起重機(jī)。隨著塔式起重機(jī)在施工現(xiàn)場(chǎng)的廣泛使用，由塔式起重機(jī)引發(fā)的傷亡事故也越來(lái)越多，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)重大損失。據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)資料表明，塔式起重機(jī)的事故率已達(dá)2.77%。其安全問(wèn)題仍然是建筑施工中的憂患。
松散的培訓(xùn)，測(cè)試和監(jiān)督的要求, 周圍的建筑起重機(jī)給這些工作的人樹立了一種虛假的安全感，在我們的行業(yè)。最近塔式起重機(jī)倒塌在一個(gè)繁忙的紐約市建筑地盤應(yīng)敲響警鐘，提醒我們問(wèn)題的存在，并加強(qiáng)我們目前安全的做法。
當(dāng)談到安全問(wèn)題時(shí)，訓(xùn)練和測(cè)試是關(guān)鍵。不過(guò)，建造業(yè)是把不合格人員放在建筑起重機(jī)的駕駛位上，甚至沒有通過(guò)今天的測(cè)試。在許多地方，沒有任何經(jīng)驗(yàn)必須合格的通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試。一周的學(xué)習(xí)將給予一些人足夠的知識(shí)足以通過(guò)認(rèn)證考試，然后他們可以跳轉(zhuǎn)到的起重機(jī)的駕駛室。
想象一下一個(gè)商業(yè)航空公司飛行員和一個(gè)認(rèn)證的起重機(jī)操作員有相同的訓(xùn)練。你會(huì)如何感覺，下一次你決定要坐飛機(jī)？在加利福尼亞州，掌握一對(duì)剪刀在頭發(fā)沙龍比操作有潛在危險(xiǎn)的起重機(jī)械需要更多的時(shí)間訓(xùn)練。如何，這是否合理？
裝配工人和發(fā)信號(hào)的人也需要標(biāo)準(zhǔn)的培訓(xùn)和測(cè)試，以確保安全下鉤。雇主通常允許任何工人發(fā)信號(hào)指揮起重機(jī)上工地 ，盡管最佳做法是需要合格的人這樣做。怎么能允許那么無(wú)證和未受過(guò)訓(xùn)練的人來(lái)代替有工作證或經(jīng)核證的操作者呢？
塔式起重機(jī)是特別危險(xiǎn)的，尤其是在市區(qū)用地變得更加擁擠時(shí)。攀登行動(dòng)更是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的行動(dòng)，其災(zāi)難性非常高。然而，大多數(shù)塔式起重機(jī)攀登員的訓(xùn)練，在一個(gè)非傳統(tǒng)的方式，通過(guò)二手知識(shí)已流傳一段時(shí)間。問(wèn)題與這種類型的現(xiàn)成的知識(shí)是，多年來(lái)，留下來(lái)的非常少，但最重要的細(xì)節(jié)卻丟失了。這種“滲透”的知識(shí)，導(dǎo)致操作者只能發(fā)展自己的技巧攀登起重機(jī)，往往放棄基本的安全，企圖以節(jié)省時(shí)間和能源.
在許多情況下沒有安全裝置或警報(bào)來(lái)提醒嚴(yán)重的問(wèn)題的存在。攀登人員容易遭受到影響安全性至關(guān)重要的決策所帶來(lái)的壓力。攀登時(shí)，使用損壞或泄漏的液壓系統(tǒng)，沒有任何的調(diào)整，這并不鮮見。在黑暗中工作和延長(zhǎng)工作時(shí)間是時(shí)有發(fā)生的。這種攀登方法，其中的每一次攀登都會(huì)成為新的冒險(xiǎn)，不應(yīng)該作為規(guī)范被采納。
攀爬架的設(shè)計(jì)，在制造商之間存在不同，但設(shè)計(jì)的步驟在原則上是相似的。攀登過(guò)程中是相對(duì)比較明了的，配合著的體力勞動(dòng)和技術(shù)程序。這是并不復(fù)雜，它是更多地了解知道正確的序列需要做什么，然后按照下列步驟，一個(gè)又一個(gè)，確保每一步在做下一步前成功完成。這是十分重要，每個(gè)人都清楚的知道事情進(jìn)展的怎么樣，在每一個(gè)階段存在什么樣的危險(xiǎn)。
當(dāng)這些需要得到滿足，起重機(jī)作業(yè)應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格按照有關(guān)制造商的指示，工程原則和政府的法律。但業(yè)內(nèi)人士和國(guó)會(huì)議員，要加強(qiáng)他們的寬松標(biāo)準(zhǔn)，以保障公眾利益?？吹阶约旱募覉@變成了塵埃和碎片的紐約市居民，會(huì)對(duì)處理這些問(wèn)題的方式感到震驚。
這就是為什么業(yè)界需要規(guī)范的培訓(xùn)，測(cè)試和監(jiān)督，其中包括一個(gè)實(shí)際的評(píng)估能力。技術(shù)人員應(yīng)該隨著實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的提升，直接從制造商哪里獲得標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練。視察員同樣也也須有具體的技術(shù)培訓(xùn)。他們應(yīng)獨(dú)立于安裝和維修的各方面，這由客觀決定。架設(shè)的關(guān)鍵人員應(yīng)該有標(biāo)準(zhǔn)的訓(xùn)練和測(cè)試.
定柱式懸臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
摘要：
定柱式懸臂起重機(jī)是由立柱、回轉(zhuǎn)臂、懸臂驅(qū)動(dòng)裝置和電動(dòng)葫蘆組成。立柱下端底座通過(guò)地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上，由電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置使懸臂回轉(zhuǎn)，電動(dòng)葫蘆在懸臂工字鋼上作往返運(yùn)行作業(yè)。它的特點(diǎn)有：自重輕，懸臂長(zhǎng)，起重量大，安裝、操作、維修簡(jiǎn)單。它們完全獨(dú)立，是一種理想的工作崗位起重機(jī)，并適用于室外的貨場(chǎng)和裝卸平臺(tái)。定柱占地面積小。對(duì)于起升凈空非常小的情況下也能獲得最大的起升高度。
本設(shè)計(jì)從整體設(shè)計(jì)出發(fā)，依次設(shè)計(jì)計(jì)算了2t定柱式懸臂起重機(jī)的懸臂和立柱的主要機(jī)構(gòu)部件。選取了螺栓，開式齒輪等主要零部件。設(shè)計(jì)了符合要求的懸臂結(jié)構(gòu)，并校核了軸承，焊縫強(qiáng)度和轉(zhuǎn)動(dòng)軸鍵的強(qiáng)度和剛度等力學(xué)性能參數(shù)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)用優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，使各個(gè)結(jié)構(gòu)盡量達(dá)到最合理的布置和選擇。
關(guān)鍵詞:定柱式懸臂起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)
****學(xué)院****畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
column cantilever crane’s structure design and analysis
Abstract:
Slewing cantilever crane is a column, rotating arm, cantilever drive and the composition of electric hoist. Column bottom of the base fixed to the concrete foundation by anchor bolts on the gear driven by the motor drives the cantilever rotary, electric hoist for the cantilever-beam on the run from job . Its characteristics are: light weight, arm length, lifting capacity, installation, operation and maintenance simple. They are completely independent, is an ideal job cranes, and applies to the outdoor yard and loading platforms. Set column small footprint. For lifting the case of very small clearance can get the Maximum lifting height.
At the beginning of this design of main mechanism of 0.8t in the column cantilever crane cantilever and the column component calculation.The main parts such as bolts, open gear. Designed to meet the requirements of the cantilever structure, and check the bearing, weld strength and the rotating shaft to bond strength and stiffness and other mechanical properties. In the design process, using the method of optimal design, the structure to achieve the most reasonable layout and selection.
Key words: Slewing cantilever crane Metal structure
目錄
1 緒論 1
1.1 課題的背景 1
1.2國(guó)內(nèi)外定柱式懸臂起重機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景 2
1.2.1 國(guó)內(nèi)起重機(jī)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2
1.2.1 國(guó)外起重機(jī)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 2
1.3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、目標(biāo)和方法 3
1.3.1主要內(nèi)容 3
1.3.2目標(biāo) 3
1.3.3方法 3
1.4定柱式旋臂起重機(jī)設(shè)計(jì)制造中應(yīng)注意的問(wèn)題 4
1.4.1 撓度設(shè)計(jì) 4
1.4.2 導(dǎo)繩器的設(shè)計(jì) 4
2 懸臂起重機(jī)基本參數(shù)確定 5
2.1起重機(jī)結(jié)構(gòu)方案的擬定 5
2.2起重機(jī)主要目標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 6
2.2.1 基本參數(shù)的選擇 7
2.2.2 電動(dòng)葫蘆的選擇 8
3 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì) 11
3.1懸臂工字鋼尺寸確定 11
3.2緩沖器的選擇 11
3.2.1緩沖器型號(hào)的選擇 11
3.2.2緩沖器參數(shù)的選擇 12
3.2.3緩沖器強(qiáng)度校核 12
3.3橫梁結(jié)構(gòu)尺寸的確定及校核 12
3.3.1橫梁簡(jiǎn)化模型 12
3.3.2橫梁結(jié)構(gòu)尺寸的確定 13
3.3.3橫梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析及強(qiáng)度校核 14
3.4立柱尺寸及強(qiáng)度校核 15
3.4.1立柱相關(guān)尺寸確定 15
3.4.2立柱強(qiáng)度校核 17
3.7定柱式旋臂起重機(jī)撓度計(jì)算 17
3.8立柱外形尺寸設(shè)計(jì) 19
3.9法蘭盤尺寸的計(jì)算 20
3.10地腳螺栓強(qiáng)度校核 21
3.11 定柱式旋臂起重機(jī)確定參數(shù) 21
4 懸臂起重機(jī)三維實(shí)體建模及二維圖 22
4.1 起重機(jī)的三維實(shí)體建模 22
4.1.1 橫梁的建模 22
4.1.2 立柱的建模 22
4.1.3立柱與軸承室連接 23
4.1.4軸承室主要零部件的建模 23
4.1.5 斜臂支撐部分建模 24
4.1.6 球面墊圈、錐面墊圈 24
4.1.7 整體裝配 25
4.2 懸臂起重機(jī)二維圖 25
4.2.1起重機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖 25
4.2.2橫梁 26
4.2.3軸承室 27
4.2.4立柱 27
4.2.5法蘭盤 28
4.2.6立柱外筋板 28
4.2.7滾道 29
4.2.8滾輪及其支架 30
4.2.9懸臂支架 30
4.2.10立軸 31
5 關(guān)鍵零部件有限元分析 32
5．1 工程有限元分析的基本步驟 32
5．2 主梁建立實(shí)體模型分析 33
5．3 主梁分析報(bào)告 35
5.3.1 主梁應(yīng)力結(jié)果 35
5.3.2 主梁應(yīng)變結(jié)果 36
5.3.3 主梁位移結(jié)果 37
5.3.4 主梁設(shè)計(jì)檢查結(jié)果 39
5．4 立柱建立實(shí)體模型分析 39
5．5 立柱分析報(bào)告 42
5.5.1 立柱應(yīng)力結(jié)果 43
5.5.2 立柱應(yīng)變結(jié)果 43
5.5.3 位移結(jié)果 44
5．6 設(shè)計(jì)改進(jìn) 45
6 軸承的選用與裝配體 48
7 總結(jié) 49
參 考 文 獻(xiàn) 50
致謝 51
1 緒論
1.1 課題的背景
懸臂起重機(jī)是近年發(fā)展起來(lái)的中小型起重裝備，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，安全可靠，具備高效、節(jié)能、省時(shí)省力、靈活等特點(diǎn)，三維空間內(nèi)隨意操作，在短距、密集性調(diào)運(yùn)的場(chǎng)合，比其它常規(guī)性吊運(yùn)設(shè)備更顯示其優(yōu)越性。本產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)的不同場(chǎng)所。懸臂起重機(jī)工作強(qiáng)度為輕型，起重機(jī)由立柱，回轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置及電動(dòng)葫蘆組成，立柱下端通過(guò)地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上，由擺線針輪減速裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)旋臂回轉(zhuǎn)，電動(dòng)葫蘆在旋臂工字鋼上作左右直線運(yùn)行，并起吊重物。起重機(jī)旋臂為空心型鋼結(jié)構(gòu)，自重輕，跨度大，起重量大，經(jīng)濟(jì)耐用。定柱式懸臂起重機(jī)又稱立柱式懸臂起重機(jī)，起重量在125Kg-5000Kg，定柱式旋臂吊具有結(jié)構(gòu)新穎、合理、簡(jiǎn)單、操作方便、回轉(zhuǎn)靈活、作業(yè)空間大等優(yōu)點(diǎn)，是節(jié)能高效的物料吊運(yùn)設(shè)備，可廣泛適用于廠礦、車間的生產(chǎn)線、裝配線和機(jī)床的上、下工作及倉(cāng)庫(kù)、碼頭等場(chǎng)合的重物吊運(yùn)。定柱式旋臂吊根據(jù)其旋臂所使用型鋼的不同可以分為：BZD型和BZD-JKBK型。近年來(lái)，隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，許多起重機(jī)制造商從應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（CAD），提高到應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行起重機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查預(yù)測(cè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字和積累的資料、圖表、圖線規(guī)律，在嚴(yán)密的科學(xué)理論指導(dǎo)下，擬定起重機(jī)結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、部件等多層次的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化單元。起重機(jī)采用模塊單元化設(shè)計(jì)，不僅是一種設(shè)計(jì)方法的改革，而且將影響整個(gè)起重機(jī)行業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)和管理水平，老產(chǎn)品的更新?lián)Q代、新產(chǎn)品的研制速度都將大大加快。對(duì)起重機(jī)的改進(jìn)，只需針對(duì)幾個(gè)需要修改的模塊；設(shè)計(jì)新的起重機(jī)只需選用不同的模塊重新進(jìn)行組合；提高了通用化程度，可使單件小批量的產(chǎn)品改換成相對(duì)批量的模塊生產(chǎn)。亦能以較少的模塊形式，組合成不同功能和不同規(guī)格的起重機(jī)，滿足市場(chǎng)的需求，增加競(jìng)爭(zhēng)能力。隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)一步深入，商品流通量大幅度增加，交通運(yùn)輸業(yè)快速發(fā)展，起重運(yùn)輸機(jī)械的需求量越來(lái)越大，其實(shí)用性能的要求也越來(lái)越高。懸臂起重機(jī)設(shè)備，非常適用五噸以下的工件定點(diǎn)頻繁起吊運(yùn)輸。在機(jī)械加工領(lǐng)域，懸臂起重機(jī)具有強(qiáng)大的購(gòu)買市場(chǎng)和廣闊的發(fā)展前景。
1.2國(guó)內(nèi)外定柱式懸臂起重機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景
1.2.1 國(guó)內(nèi)起重機(jī)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
中國(guó)的起重機(jī)產(chǎn)業(yè)誕生于上世紀(jì)70年代，經(jīng)過(guò)40余年的發(fā)展，經(jīng)歷了70年代引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)，80年代初引進(jìn)日本技術(shù)和90年代初引進(jìn)德國(guó)技術(shù)等三次主要技術(shù)改進(jìn)，始終走著一條自主創(chuàng)新的道路。2000年以來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)外技術(shù)交流的日益頻繁和國(guó)產(chǎn)自主研發(fā)能力的顯著增強(qiáng)，更多的國(guó)外先進(jìn)技術(shù)被成功引進(jìn)應(yīng)用，并進(jìn)行了自主創(chuàng)新，獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。隨著國(guó)產(chǎn)起重機(jī)產(chǎn)業(yè)制造水平的全面提升，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距不斷縮小，中國(guó)起重機(jī)產(chǎn)品開始在國(guó)際市場(chǎng)上體現(xiàn)出明顯的競(jìng)爭(zhēng)力。懸臂起重機(jī)設(shè)備屬于通用機(jī)械，在二十多年高速發(fā)展過(guò)程中，已經(jīng)逐漸實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；?、集團(tuán)化、機(jī)械化。在輔助加工生產(chǎn)中和自動(dòng)化的作用，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護(hù)簡(jiǎn)單、方便等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)當(dāng)前我國(guó)情況來(lái)看，機(jī)械工業(yè)處于上升勢(shì)頭，汽車工業(yè)、機(jī)動(dòng)車行業(yè)都處于強(qiáng)省發(fā)展期。專家預(yù)測(cè)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的的增長(zhǎng)，機(jī)械行業(yè)有很長(zhǎng)一段時(shí)間處于旺盛發(fā)展階段，整體機(jī)械行業(yè)以及未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，懸臂起重機(jī)的使用處于不可替代、不可缺少的地位，在整體工業(yè)化過(guò)程中發(fā)揮著重要的輔助生產(chǎn)的作用。因此，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中應(yīng)大膽采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，充分利用計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃、計(jì)算機(jī)輔助制造、柔性自動(dòng)化系統(tǒng)等新技術(shù)、新工藝，縮短設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期、降低成本，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、企業(yè)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的能力，使中國(guó)起重機(jī)制造行業(yè)趕上世界先進(jìn)水平。
1.2.1 國(guó)外起重機(jī)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
近二十年來(lái)，世界工程起重機(jī)行業(yè)發(fā)生了很大變化，世界工程起重機(jī)市場(chǎng)進(jìn)一步趨向一體化。目前世界工程起重機(jī)年銷售額已達(dá)75億美元左右，主要生產(chǎn)國(guó)為美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)、意大利等，世界頂級(jí)公司有十多家，主要集中在北美、亞洲（日本）和歐洲。美國(guó)既是工程起重機(jī)的主要生產(chǎn)國(guó)，又是最大的世界市場(chǎng)之一。但由于日本、德國(guó)起重機(jī)工業(yè)的迅速發(fā)展，美國(guó)廠商在世界市場(chǎng)獲取的主導(dǎo)地位逐步受到削弱，從而形成了美國(guó)、日本和德國(guó)三足鼎立之勢(shì)。
1.3 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、目標(biāo)和方法
1.3.1主要內(nèi)容
該課題是以定柱式懸臂起重機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主要內(nèi)容的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，課題涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)、機(jī)械加工與裝配等。其中，分析了該起重機(jī)所要求實(shí)現(xiàn)的功能和相應(yīng)結(jié)構(gòu)，了解起重機(jī)的工作原理，基本結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組成及功能，掌握PROE的使用技術(shù)并完成橋式起重機(jī)的三維建模，繪制關(guān)鍵零部件的二維工程圖，并學(xué)會(huì)運(yùn)用軟件做有限元分析。參考其他文獻(xiàn)可知，定柱式旋臂起重機(jī)主要由上立柱、下立柱、主梁、主梁拉桿、起升機(jī)構(gòu)（電動(dòng)葫蘆）、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、電氣系統(tǒng)、爬梯及檢修平臺(tái)組成，其結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，操作方便可靠。本研究主要是對(duì)該起重機(jī)的懸臂梁設(shè)計(jì)及旋轉(zhuǎn)功能部分的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)的選擇。包括起升，回轉(zhuǎn)，變幅及金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。最終使其能很好地實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的運(yùn)行，而且互不干涉且配合良好。并且通過(guò)此次設(shè)計(jì)，要提高自己的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，將自己所學(xué)運(yùn)用到實(shí)際的工作中，提高自己的實(shí)踐能力。此次設(shè)計(jì)主要取長(zhǎng)補(bǔ)短，利用現(xiàn)有各種關(guān)于起重機(jī)械技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際對(duì)定柱式旋臂起重機(jī)做出更合理的設(shè)計(jì)。
1.3.2目標(biāo)
本次設(shè)計(jì)為2T定柱式懸臂起重機(jī)，完成了定柱式懸臂起重機(jī)懸臂和立柱等構(gòu)件的設(shè)計(jì)驗(yàn)算。功能實(shí)現(xiàn)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單適用，工作可靠。
1.3.3方法
懸臂起重機(jī)由立柱，回轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置及電動(dòng)葫蘆組成，立柱下端通過(guò)地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上，由擺線針輪減速裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)懸臂回轉(zhuǎn)，電動(dòng)葫蘆在懸臂工字鋼上作左右直線運(yùn)行，并起吊重物。如圖1-1：
圖1-1 定柱式懸臂起重機(jī)簡(jiǎn)圖
本設(shè)計(jì)采用規(guī)范的設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)定柱式懸臂起重機(jī)各結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。首先，通過(guò)查閱相關(guān)書籍和資料，學(xué)習(xí)定柱式懸臂起重機(jī)的相關(guān)知識(shí)，了解定柱式懸臂起重機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，掌握定柱式懸臂起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，學(xué)習(xí)并掌握PROE繪圖軟件的使用，掌握一般的繪圖方法和計(jì)算分析步驟；其次，根據(jù)現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)定柱式懸臂起重機(jī)采用的各種結(jié)構(gòu)類型，結(jié)合課本知識(shí)和參考文獻(xiàn)信息，設(shè)計(jì)符合使用要求的結(jié)構(gòu)；然后，根據(jù)參考文獻(xiàn)，分析定柱式懸臂起重機(jī)的受力情況，并對(duì)定柱式懸臂起重機(jī)的緩沖器，橫梁結(jié)構(gòu)，立柱，地腳螺栓進(jìn)行校核，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的靜剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。本文還對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了PROE三維和二維繪圖，便于生產(chǎn)制造。以及運(yùn)用有限元分析軟件進(jìn)行了有限元的分析。
1.4定柱式旋臂起重機(jī)設(shè)計(jì)制造中應(yīng)注意的問(wèn)題
1.4.1 撓度設(shè)計(jì)
JB／T8906--1999《懸臂起重機(jī)》5．2．4條允許下?lián)隙纫螅捍怪毕聯(lián)隙葢?yīng)達(dá)到這樣的程度以保證：(1)臂架上運(yùn)行的小車在正常作業(yè)時(shí)不會(huì)失控；(2)臂架不能自行回轉(zhuǎn)；起重機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)使額定起重量在有效半徑處產(chǎn)生的垂直下?lián)隙葟S不應(yīng)超過(guò)：(R+UA)/250；其中R為有效半徑；UA為工作地面至懸臂下側(cè)的高度。
1.4.2 導(dǎo)繩器的設(shè)計(jì)
采用單層纏繞的電動(dòng)葫蘆應(yīng)設(shè)置導(dǎo)繩器；當(dāng)采用導(dǎo)繩器時(shí)，應(yīng)能保證當(dāng)?shù)蹉^下降，鋼絲繩沒有其他外力作用時(shí)，鋼絲繩仍能自由地從導(dǎo)繩的出口中排出，當(dāng)起升、下降額定載荷，鋼絲繩對(duì)卷筒軸線垂直面的偏角為30°，能正常工作。
2 懸臂起重機(jī)基本參數(shù)確定
本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地空間少，作業(yè)范圍大，操作方便，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，適用于車間，倉(cāng)庫(kù)及車間等固定場(chǎng)所的懸臂起重機(jī)。通過(guò)一定的市場(chǎng)調(diào)查后，初步總結(jié)為：
（1） 市場(chǎng)需求的絕大多數(shù)懸臂梁起重機(jī)為輕中級(jí)工作制，起重量在5噸和5噸以下的中小型號(hào)。
（2）為能在環(huán)境復(fù)雜的倉(cāng)庫(kù)、車間等各種工況下正常工作必須具備占地空間小，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活和工作范圍大的特點(diǎn)。
（3）由于日常作業(yè)量普遍較大，所以要求起重機(jī)必須結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于拆裝維護(hù)。
2.1起重機(jī)結(jié)構(gòu)方案的擬定
對(duì)于立柱式懸臂起重機(jī)來(lái)講，按產(chǎn)品構(gòu)造分主要分為以下幾種：
A.具有下支座的立柱式旋臂起重機(jī)： 回轉(zhuǎn)角度≤270° (見圖2-1)；
B.具有下支座的立柱式旋臂起重機(jī)： 回轉(zhuǎn)角度≤360° (見圖 2-2)；
C.具有上下支座的立柱式旋臂起重機(jī)： 回轉(zhuǎn)角度≤360°(見圖 2-3)。
這三種構(gòu)造分類中，方案A的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度最為簡(jiǎn)單，它的懸臂驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)軸與立柱軸線并不在一條直線上，這種結(jié)構(gòu)使懸臂驅(qū)動(dòng)裝置獨(dú)立于立柱之外，另外設(shè)立懸臂回轉(zhuǎn)軸，簡(jiǎn)化了立柱的結(jié)構(gòu)。但是，由于懸臂回轉(zhuǎn)軸與立柱軸線并不共線，懸臂的回轉(zhuǎn)會(huì)受到立柱的阻礙，所以沒有辦法使懸臂的回轉(zhuǎn)角度達(dá)到360°。經(jīng)過(guò)估算這種結(jié)構(gòu)所能達(dá)到的最大回轉(zhuǎn)角度只可以達(dá)到270°，應(yīng)此與方案B相比器作業(yè)面積要小25%，由于存在作業(yè)盲區(qū)，所以不太適合在一些空間狹小，同時(shí)又要求大范圍作業(yè)的工況。方案C需要有上下支座支撐，加大了固定難度，環(huán)境局限性強(qiáng)。經(jīng)過(guò)分析折中，選定功能全面，安裝方便的方案B作為結(jié)構(gòu)方案。
圖2-1 下支座立柱式懸臂起重機(jī) 圖2-2 下支座的立柱式懸臂起重機(jī)
圖2-3 上下支座立柱式懸臂起重機(jī) 圖2-4 小車外懸掛 圖2-5 小車內(nèi)懸掛
電葫蘆（或小車）是懸臂起重機(jī)直接吊裝載荷的重要裝備。它與懸臂梁的連接主要采取輪軌方式，這種懸掛方式主要分為兩種：
外懸掛式，如圖2-4；
內(nèi)懸掛式，如圖2-5。
外懸掛方式的運(yùn)行軌道為工字軌，如圖2-4所示，加工軌面簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，加工以及維護(hù)成本較低。相對(duì)于外懸掛式，內(nèi)懸掛式的軌面在懸臂內(nèi)，這樣的設(shè)計(jì)加工難度較大，不易維護(hù)，加工成本高。但是由于軌面在內(nèi)側(cè)，不易受環(huán)境影響，滑動(dòng)平穩(wěn)，精度較高。由于本次設(shè)計(jì)的懸臂起重機(jī)主要用在倉(cāng)庫(kù)及車間等場(chǎng)所，對(duì)精密吊裝要求較低，故選擇A方案。
2.2起重機(jī)主要目標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定
在機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T8906-1999《懸臂起重機(jī)》中所推薦的起重機(jī)基本參數(shù)中起重機(jī)起重量為0.125-10t,有效半徑2-10m,通過(guò)調(diào)查和查閱資料，用戶所需的定柱式旋臂起重機(jī)的基本參數(shù)90%在以下范圍：起重量0.5-3t,起升高度3-5.5m,有效半徑3-5.5m。
2.2.1 基本參數(shù)的選擇
（1）起升重量
起重機(jī)正常工作時(shí)允許一次起升的最大重量稱為額定起重量。起重機(jī)中的懸臂起重機(jī)對(duì)應(yīng)不同的臂架長(zhǎng)度有不同的額定起重量，額定起重量不止一個(gè)時(shí)通常稱額定起重量為最大起重量，或簡(jiǎn)稱起重量,用“Q”表示，單位噸（t）。根據(jù)最大起重量國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),選定額定起重量為2t。
（2）起升高度
起升高度是指自地面到吊鉤鉤口中心的距離，用“H”表示單位米（m），它的參數(shù)標(biāo)定值通常以額定起升高度表示。旋臂起重機(jī)的起升高度為定值，設(shè)計(jì)值定為3m。
（3）工作幅度
工作幅度是指在額定起重量下，起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心軸線到吊鉤中心線的水平距離，通常稱為回轉(zhuǎn)半徑或工作半徑，用“R” 表示，單位為米（m）。選定R為3m。
（4）回轉(zhuǎn)角度
回轉(zhuǎn)角度為：Φ=360°。
起重機(jī)按照GB/T 3811的規(guī)定確定起重機(jī)的工作級(jí)別：
表1 起重機(jī)工作級(jí)別
根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查，此型起重機(jī)在工作中，有時(shí)起升額定載荷，一般起升中等載荷。選定其載荷狀態(tài)為Q2-中，Kp=0.25 ，起重機(jī)利用等級(jí)定位為經(jīng)常中等的使用，即U5，總的工作循環(huán)次數(shù)2.5×105，由此確定工作級(jí)別為A4。
2.2.2 電動(dòng)葫蘆的選擇
環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆是一種新型小型起重設(shè)備；是起吊、運(yùn)送、裝卸貨物、工件的理想設(shè)備。它廣泛用于各行各業(yè)的加工車間、倉(cāng)庫(kù)、碼頭、建筑業(yè)、各類商店及各種現(xiàn)代化的生產(chǎn)流水線，裝配線。在空間較小的工作場(chǎng)所使用更是靈活迅捷，安全方便。
PK型環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆是一種新型產(chǎn)品，具有提升速度快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、機(jī)體緊湊、體積小、重量輕、操作方便、外形美觀等特點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于工廠、礦山、碼頭、商店、倉(cāng)庫(kù)等方面用作起吊重物；亦可同架空行車配套組成空間運(yùn)輸系統(tǒng)具有當(dāng)代世界先進(jìn)水平。在國(guó)際市場(chǎng)上享有盛譽(yù)。如圖2-6青島新中原起重設(shè)備有限公司生產(chǎn)的PK型環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆。最終選擇定為PK10N-2F型。
圖2-6 PK型電動(dòng)葫蘆
表2 PK型環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆技術(shù)參數(shù)
所選電動(dòng)葫蘆參數(shù)：
PK10N-2F:
1) 起重量：2000Kg
2) 起重鏈條行數(shù)：2行
3) 起升高度：3m
4) 起升速度：（1）快速：4m/min
(2) 慢速：1m/min
5) 起升電機(jī)功率：（1）快速：1.5
(2) 慢速：0.35Kw
6) 電源：3~380V 50Hz
與電動(dòng)葫蘆匹配的電動(dòng)運(yùn)行小車參數(shù)：
1）型號(hào)：EU10PK
2）運(yùn)行速度：14m/min
3）電機(jī)功率：0.2Kw
4）負(fù)載持續(xù)率：40%
5）工字鋼型號(hào)：GB706 18~56c
6）最小轉(zhuǎn)彎半徑：1.4m
該型電動(dòng)葫蘆尺寸：a=318mm h=810mm e=280mm h1=700mm
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3 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)
3.1懸臂工字鋼尺寸確定
由電動(dòng)葫蘆相關(guān)參數(shù)可知，工字鋼選擇區(qū)間為GB706 18~56c 初選32a 材料為Q235-A,相關(guān)尺寸如表3
表3 工字鋼32a尺寸參數(shù)
尺寸
h
b
d
t
r
r1
截面面積/cm2
理論重量Kg/m
數(shù)值
320
130
9.5
15.0
11.5
5.8
67.156
52.717
3.2緩沖器的選擇
3.2.1緩沖器型號(hào)的選擇
選擇上海青立起重設(shè)備有限公司生產(chǎn)的起重機(jī)用ZLA型緩沖器。
圖樣及相關(guān)技術(shù)參數(shù)如圖3-1和表4。
圖3-1 起重機(jī)用ZLA型緩沖器
表4 起重機(jī)用ZLA型緩沖器技術(shù)參數(shù)
3.2.2緩沖器參數(shù)的選擇
由起重機(jī)參數(shù)可知，起升重量為2000Kg,速度最大為14m/min,假設(shè)接觸緩沖器到停止位用時(shí)t=3s,則有公式：
Ft=mv 則F=2000Kg×(14/60)m/s/3s=0.1556KN
由計(jì)算數(shù)據(jù)可知選擇的緩沖器型號(hào)為ZLA-1型，具體參數(shù)如表5。
表5 ZLA-1型緩沖器技術(shù)參數(shù)
尺寸
D
H
t
m
h
緩沖容量
緩沖行程
緩沖力
重量
數(shù)值
65mm
80mm
10mm
16mm
35mm
0.243KN/m
48mm
56.11KN
1.03Kg
3.2.3緩沖器強(qiáng)度校核
按14m/min的平均值作為緩沖過(guò)程的速度，則緩沖時(shí)間為：
t=0.411s
由Ft=mv可得F=0.568KN<<56.11KN
由校核數(shù)據(jù)可知該型緩沖器滿足要求。
3.3橫梁結(jié)構(gòu)尺寸的確定及校核
3.3.1橫梁簡(jiǎn)化模型
圖3-2 橫梁結(jié)構(gòu)載荷模型
圖中符號(hào)的含義:G為小車質(zhì)量;Q為起重量;H為立柱高度;q為橫梁自重載荷集度;R1為最小幅度;R2為最大幅度;L為橫梁總長(zhǎng);L1為橫梁懸臂長(zhǎng)度;L2為支架重心至橫梁懸臂根部距離L4=R1-(L2+L3)為支架邊緣至立柱中心距離;NA為A點(diǎn)水平反力;ND為D點(diǎn)水平反力;R為A點(diǎn)垂直反力;g為重力加速度。
由選取的橫梁鋼材型號(hào)可知：q=52.717Kg/m
3.3.2橫梁結(jié)構(gòu)尺寸的確定
由所選則的電動(dòng)葫蘆小車的尺寸，即：
1）型號(hào)：EU10PK
2）運(yùn)行速度：14m/min
3）電機(jī)功率：0.2Kw
4）負(fù)載持續(xù)率：40%
5）工字鋼型號(hào)：GB706 18~56c
6）最小轉(zhuǎn)彎半徑：1.4m
該型電動(dòng)葫蘆尺寸：a=318mm h=810mm e=280mm h1=700mm
可知圖4-2 橫梁結(jié)構(gòu)載荷模型中的L1
L1=有效回轉(zhuǎn)半徑R+2×緩沖器長(zhǎng)度H+2×小車長(zhǎng)度一般+緩沖器螺栓長(zhǎng)度h+橫梁自由端余量L
即L1=3000mm+2×80mm+2×318/2mm+35mm+87mm=3600mm
L2=400mm
L3=300mm
L4=300mm
H1=985mm
L= L1+L2+L3+L4=3600mm+400mm+200mm+300mm=4500mm
經(jīng)查閱計(jì)算可得：W=80Kg
則橫梁所有參數(shù)如下：
Q=2000kg H=3840mm q=52.717kg/m
R1=1000mm R2=3600mm L1=3600mm L2=400mm
L3=300mm L4=300mm W=80Kg H1=985mm
3.3.3橫梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析及強(qiáng)度校核
(1)內(nèi)力分析
根據(jù)靜力平衡原理，由ΣA=0，得
=99337.6N·m
由∑X=0，得=，∑Y=0，得
R = (G+Q + qL+ W)g，R = 23972.3N
由結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)B彎矩平衡∑=0，得
= 21361.5N·m
=78296.1N·m
= + = =99657.6 N·m
（2）強(qiáng)度校核
節(jié)點(diǎn)B的彎矩圖如圖4-3：
圖4-3 節(jié)點(diǎn)B彎矩圖
比較橫梁B點(diǎn)最大彎矩:取={，}，則
滿足強(qiáng)度要求
:旋臂B 點(diǎn)所在截面的正應(yīng)力。
:鋼材的許用應(yīng)力,鋼材選擇Q235-A,則
:旋臂梁的截面抗彎模量。
3.4立柱尺寸及強(qiáng)度校核
3.4.1立柱相關(guān)尺寸確定
立柱的作用是將起重機(jī)旋轉(zhuǎn)部分支撐在固定部分上，其上部分由承受徑向力的單列圓錐滾子軸承組成。立柱內(nèi)力如圖3-4。
圖3-4 立柱內(nèi)力圖
立柱內(nèi)外徑的確定：外徑D=400mm
立柱內(nèi)徑的確定：選擇立柱材料為HT-200 受力如圖3-5
Fa Fb Fc
圖3-5 立柱受力圖
Fc=Mg=2407.77×10N=24077N
ΣFy=0 Fc-Fn=0
ΣMo=0 Fa-M=0
則Fn=Fc M=FcL=2080kg+52.717Kg/cm2×4.7cm2+80Kg=2407.77Kg
立柱所受彎矩：Mmax=MB=FC(L1+L2)
立柱截面積：
Fc/A≤[σ]即：24077.7/3.14（0.04-r2）≤[σ]
得r≤190mm,取r=190mm 則d=380mm
圖3-6 立柱
如圖3-6立柱相關(guān)尺寸如下
H=3840mm H1=985mm D=400mm d=380mm
3.4.2立柱強(qiáng)度校核
立柱強(qiáng)度校核公式：
立柱材料為HT200，=200Mpa
立柱既承受壓應(yīng)力又承受拉應(yīng)力，應(yīng)分開進(jìn)行校核：
（1） 壓應(yīng)力
其中：；
(2) 拉應(yīng)力
=64.47Mpa≤[σ]=200Mpa
由于塑性材料的壓應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其拉應(yīng)力，所以強(qiáng)度滿足要求。
3.7定柱式旋臂起重機(jī)撓度計(jì)算
與計(jì)算相關(guān)的尺如下：E=210Gpa I=11100cm4 L=4500mm
Q=20000N h=2820mm H=3840mm
由于定柱式懸臂起重機(jī)由懸臂和立柱組成，懸臂端極限位置的撓度應(yīng)計(jì)及這兩部分的組合影響。
(1)旋臂的撓度由均布載荷和集中載荷共同作用產(chǎn)生，如圖3-7：
圖3-7 旋臂梁產(chǎn)生的撓度
懸臂總撓度：
(2)立柱撓度由頂端彎矩產(chǎn)生,如圖3-8；
圖3-8 總體產(chǎn)生的撓度
其中:
將上述位移疊加，懸臂端總的撓度
=4.32mm+0.405mm
=4.725mm
懸臂的許用撓度：
撓度滿足要求
3.8立柱外形尺寸設(shè)計(jì)
立柱的最小截面通過(guò)以上的計(jì)算校核，已經(jīng)確定半徑為200mm。
立柱在制造中采用的材料為HT200，材料相對(duì)其他工具鋼價(jià)格低廉，可以很好的節(jié)約成本。
立柱的結(jié)構(gòu)，整體方案選用兩個(gè)軸承如圖3-9：
圖3-9 軸承室三維刨面圖
第一個(gè)采用套筒的形式固定一推力球軸承，用來(lái)承受橫梁的重力及軸向力，軸承型號(hào)為51212（GB/T301-1995）。
第二個(gè)軸承采用調(diào)心滾子軸承，用軸肩來(lái)固定，以用來(lái)承受橫梁支腿的軸向力和徑向力，軸承代號(hào)22312C/W33（GB 288-1987）。
立柱底端為增加強(qiáng)度設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋，并取厚度為37mm底端通過(guò)地腳螺栓固定在工作點(diǎn)。
3.9法蘭盤尺寸的計(jì)算
在鑄造立柱的同時(shí)可以將法蘭盤同時(shí)鑄出，初步可取厚度為30mm。
設(shè)其內(nèi)徑d=400mm D=700mm
并可根據(jù)以下步驟校核。
法蘭盤面積: =0.295m2
法蘭盤抗彎模量：=3.422×10-4m3
軸向力產(chǎn)生的應(yīng)力：
力偶產(chǎn)生的應(yīng)力：
則總應(yīng)力為：
設(shè)a為兩加筋板之夾角φ所對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng),[σ]為法蘭盤材料的許用應(yīng)力,則法蘭盤的厚度計(jì)算如下；
根據(jù)規(guī)范規(guī)定:,作為上下限引入約束集。
設(shè)有8個(gè)肋板,肋板邊緣半徑r=330mm,兩肋板之間的夾角為：φ=45°
則兩加筋板之夾角φ所對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)為：a=0.00123
代入上式，可得TFL≤0.35mm,按規(guī)定可選法蘭盤的厚度為37mm。
其而為圖形如圖3-10；
圖3-10 法蘭盤二維圖
其中，虛線圖形代表外筋板位置及尺寸。
3.10地腳螺栓強(qiáng)度校核
立柱底部焊接法蘭盤， 法蘭盤上加工有螺栓孔， 依靠地腳螺栓與地基固定， 螺栓孔均布于法蘭盤的安裝圓周上， 并且要保證8個(gè)螺栓布置在相互垂直的坐標(biāo)軸上，如圖3-10。
如圖3-10，地腳螺栓的中心線直徑為：D地=550mm
地腳螺栓數(shù)量為：n=8 由圖可知其位置為與加強(qiáng)筋成間隔均勻分布。
地螺栓孔直徑：D3=30mm
圓周排列時(shí)羅刷承受最大的載荷P:
式中：：螺栓的預(yù)緊系數(shù)
：剛度系數(shù) 查資料得：+=2.5
：所有螺栓距軸心的距離平方和
=8×0.2752 mm
P=20725.67 N
(8.8級(jí)螺栓) 強(qiáng)度滿足
3.11 定柱式旋臂起重機(jī)確定參數(shù)
經(jīng)設(shè)計(jì)校核該定柱式旋臂起重機(jī)的參數(shù)見下表：
表6 起重機(jī)參數(shù)
懸臂工字鋼的型號(hào)
懸臂長(zhǎng)度
立柱直徑
立柱高度
地腳螺栓直徑
螺栓個(gè)數(shù)
34a
4500mm
400mm
3840mm
28mm
8
4 懸臂起重機(jī)三維實(shí)體建模及二維圖
CAD技術(shù)以二維繪圖開始，經(jīng)歷了三維框架、曲面和實(shí)體造型階段，現(xiàn)在已進(jìn)入特征造型階段。特征的引入，一方面提高了新一代CAD系統(tǒng)的集成度，另一方面為解決三維基于約束的參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了契機(jī)，在一定程度上滿足了設(shè)計(jì)與修改的方便性。特征造型是幾何造型的自然延伸，它從工程的角度，對(duì)形體的各個(gè)組成部分及其特征進(jìn)行定義，使所描述的形體信息更具工程意義。特征的引入直接體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，使得建立產(chǎn)品模型容易為別人理解和組織生產(chǎn)，設(shè)計(jì)的圖樣也更容易修改。
4.1 起重機(jī)的三維實(shí)體建模
4.1.1 橫梁的建模
橫梁型號(hào)為32a的工字鋼，與支承板焊接在一起，支承板加強(qiáng)了橫梁的承載能力，同時(shí)橫梁與一端封閉的圓柱套筒焊接在一起，套筒與立柱通過(guò)軸承連接在一起。圖中數(shù)值表示有效半徑。模型見圖4-1。
圖4-1 起重機(jī)的橫梁模型
4.1.2 立柱的建模
柱為無(wú)縫鋼管，頂部為鋼板焊接，上部安裝軸承，與橫梁裝配在一起，中部焊接滾道座，滾道為下軸承的支撐體，同時(shí)對(duì)橫梁上支承體上的下環(huán)體起到支承的作用，底部連接法蘭盤，法蘭盤上焊接8個(gè)肋板，對(duì)立柱起支承作用，并有8個(gè)螺栓孔，通過(guò)螺栓與地面緊固連接。整體材料選用HT200。模型見圖4-2。
圖4-2 立柱造型
4.1.3立柱與軸承室連接
立柱與軸承室連接如圖4-3。
圖4-3 立柱與軸承室連接圖
4.1.4軸承室主要零部件的建模
本設(shè)計(jì)的鏈接部分用了兩個(gè)軸承，調(diào)心滾子軸承，主要承受徑向力和部分軸向里，推力軸承主要承受軸向力。滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)轉(zhuǎn)輕便靈活，回轉(zhuǎn)阻力??；結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸（主要是高度）??；維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)；由齒圈、密封和螺釘?shù)冉M成，安裝方便，又便于專業(yè)化集中生產(chǎn)；無(wú)中心樞軸，中部空間可安裝其他部件。模型見圖5-4，圖5-5，圖5-6，圖5-7，圖5-8，圖5-9，圖5-10。
圖4-4 軸承室套筒圖 4-5 軸承室 圖4-6 調(diào)心滾子軸承軸承
、
圖4-7 推力軸承 圖4-8 軸套 圖4-9 軸承端蓋
圖4-10 軸
4.1.5 斜臂支撐部分建模
此部分通過(guò)六個(gè)螺栓固定在斜臂上的相應(yīng)地方，滾輪支座為一個(gè)組焊件，在相應(yīng)的地方裝配上兩個(gè)滾輪。滾輪由滾輪殼，兩個(gè)角接觸軸承和滾輪擋蓋組成，兩個(gè)軸承主要承受徑向力和部分軸向力。滾輪可在安裝在立柱上的滾道上滾動(dòng)。具體模型如圖4-11，圖4-12，圖4-13。
圖4-11 滾道模型 圖4-12 滾輪安裝架圖 圖 4-13 旋臂支架總體裝配圖
4.1.6 球面墊圈、錐面墊圈
球面墊圈和錐面墊圈配合使用，其作用是具有自動(dòng)調(diào)位的作用，使軸承內(nèi)支撐面與軸垂直，從而消除了軸所承受的彎曲，其材料都為45鋼，熱處理硬度HRC40~48。具體模型如圖4-14、圖4-15。
圖4-14 球面墊圈 圖4-15 錐面墊圈
4.1.7 整體裝配
各零件能夠很好的裝配在一起，無(wú)干涉現(xiàn)象，基本能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)，整體結(jié)構(gòu)緊湊，強(qiáng)度滿足要求，節(jié)約成本，滿足設(shè)計(jì)理念?？傮w裝配效果如圖4-16。
圖4-16 起重機(jī)的總體裝配模型
此外，在進(jìn)行草圖構(gòu)造時(shí)，應(yīng)盡量建立起同類結(jié)構(gòu)線的幾何關(guān)系，既減少了建模時(shí)進(jìn)行尺寸設(shè)定的次數(shù)，又可以方便地進(jìn)行尺寸修改。
4.2 懸臂起重機(jī)二維圖
在Pro/E中可以插入懸臂起重機(jī)模型的單個(gè)或多個(gè)視圖，然后為工程視圖選擇標(biāo)準(zhǔn)視圖方向或注解視圖。接下來(lái)就可以根據(jù)視圖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)選擇不同的視圖類型（局部視圖、剖面視圖、旋轉(zhuǎn)剖面視圖、斷裂視圖等）來(lái)完整的表達(dá)。但是由于頭影關(guān)系，部分線之間重合，線寬沒有區(qū)分，需要進(jìn)行二維圖得更改，本次更改運(yùn)用了Auto/CAD進(jìn)行修改，其操作簡(jiǎn)潔方便，便于二維圖的精確繪制。
4.2.1起重機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖
該定柱式懸臂起重機(jī)總體結(jié)構(gòu)如圖4-17。
圖4-17 懸臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖
4.2.2橫梁
起重機(jī)橫梁二維簡(jiǎn)圖及相關(guān)尺寸，橫梁材料為工字鋼32a，長(zhǎng)度L=4500mm，如圖4-18。
圖4-18 橫梁
4.2.3軸承室
軸承室內(nèi)安裝調(diào)心滾子軸承和推力球軸承，調(diào)心滾子軸承與軸肩間用軸肩擋圈，兩軸承之間用軸套間隔，具體細(xì)節(jié)如圖4-19所示。
圖4-19 軸承室二維剖面圖
4.2.4立柱
立柱的材料為HT200，高度為H=3840mm，
立柱為空心：外徑D=400mm，內(nèi)徑d=380mm，壁厚h=10mm。
經(jīng)強(qiáng)度校核可知，立足所選材料和相關(guān)尺寸滿足強(qiáng)度要求，同時(shí)節(jié)約了成本立柱具體細(xì)節(jié)詳見圖4-20。
圖4-20 立柱
4.2.5法蘭盤
由于承受著起重機(jī)以及起升重物的全部重量，所以選擇材料為Q235-A，其尺寸為：厚度H法=40mm，外徑D法=700mm，內(nèi)徑d=400mm，法蘭盤內(nèi)部與立柱外部焊接，立柱下端面距法蘭盤下端面距離為18mm。通過(guò)強(qiáng)度校核可知該尺寸法蘭盤滿足要求，且有效節(jié)約成本，具體細(xì)節(jié)見圖4-21。
圖4-21 法蘭盤二維圖
4.2.6立柱外筋板
外筋板有效加強(qiáng)了立柱和法蘭盤的強(qiáng)度，也增加了連接面積，本起重機(jī)用了8塊外筋板，均勻分布于法蘭盤周圍，其材料為HT200，滿足強(qiáng)度要求，具體尺寸及形狀如圖4-22。
圖4-22 立柱外筋板
4.2.7滾道
滾道用來(lái)提供懸臂的支撐，與懸臂的支撐架通過(guò)滾輪相接觸。內(nèi)徑為400mm，與立柱外壁焊接起來(lái)，材料為HT200，經(jīng)校核滿足強(qiáng)度要求，其具體形狀及尺寸詳見圖4-23。
圖4-23 滾道
4.2.8滾輪及其支架
滾輪安裝在支架上，與滾道接觸，起支撐和定位作用，具體尺寸及細(xì)節(jié)參照?qǐng)D4-24。
圖4-24 滾輪及其支架
4.2.9懸臂支架
懸臂支架與懸臂下表面進(jìn)行焊接，起支撐作用，材料為HT200，重量為80Kg，滿足強(qiáng)度要求，具體尺寸及細(xì)節(jié)參見圖4-25。
圖4-25 懸臂支架二維圖
4.2.10立軸
立軸將軸承室和立柱連接在一起，起支撐軸承室，并保證懸臂能環(huán)繞立柱旋轉(zhuǎn)，其材料為Q235-A，滿足強(qiáng)度要求，價(jià)格低廉，節(jié)約成本。具體細(xì)節(jié)如圖4-26。
圖4-26 立軸二維圖
5 關(guān)鍵零部件有限元分析
5．1 工程有限元分析的基本步驟
工程有限元分析的目的一般包括以下兩類：
（1）進(jìn)行結(jié)構(gòu)的最優(yōu)方案設(shè)計(jì)；
在進(jìn)行機(jī)械和汽車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)， 可以通過(guò)對(duì)可能的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行有限元法計(jì)算。根據(jù)對(duì)方案計(jì)算結(jié)果的分析和比較，按強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求，對(duì)原方案進(jìn)行修改和補(bǔ)充，使結(jié)構(gòu)得到較合理的應(yīng)力、變形分布，從而得到較好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。
（2）分析結(jié)構(gòu)損壞原因，尋找改進(jìn)途徑；
當(dāng)結(jié)構(gòu)在工作中發(fā)生故障如，裂紋、斷裂或磨損過(guò)大時(shí)，可利用有限元法進(jìn)
行分析。研究結(jié)構(gòu)損壞的原因，找出危險(xiǎn)區(qū)域和部位，提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的方案，并
進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算分析， 直至找到合理的結(jié)構(gòu)為止。工程有限元分析的基本步驟為：
1）對(duì)工程問(wèn)題的力學(xué)分析
將工程問(wèn)題抽象為力學(xué)模型的過(guò)程，包括了解結(jié)構(gòu)形狀、載荷和支承方面的
特點(diǎn)并對(duì)某些結(jié)構(gòu)形狀、構(gòu)件的連接和邊界條件等方面的簡(jiǎn)化。這一步工作的好
壞將對(duì)整個(gè)計(jì)算起非常重要的作用。分析結(jié)果的成敗取決于分析者的力學(xué)知識(shí)、
專業(yè)知識(shí)和有限元基礎(chǔ)知識(shí)，并隨分析者經(jīng)驗(yàn)的積累而越來(lái)越準(zhǔn)確。
2）網(wǎng)格劃分(Pre－Processing)
根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定單元類型，利用通用有限元分析軟件中的前處理模塊對(duì)結(jié)構(gòu)劃分。網(wǎng)格劃分的質(zhì)量決定了有限元分析的計(jì)算精度和計(jì)算效率。
3）施加邊界條件
根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際工況，選定載荷和約束在網(wǎng)格模型上的的施加方法。邊界條件的模擬方法是影響有限元分析成敗的重要原因。
4）自動(dòng)求解
由程序根據(jù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用的單元和施加的邊界條件自動(dòng)進(jìn)行單元分析與整體分析。通過(guò)求解模型得到的代數(shù)方程組，得到位移、應(yīng)變、應(yīng)力等物理量，
5）可視化的結(jié)果分析（Post-Processing）
利用通用有限元分析軟件中的后處理模塊繪出分析結(jié)果。 如繪出結(jié)構(gòu)的變形圖及各種應(yīng)力分量、應(yīng)力組合的等色線圖等。
5．2 主梁建立實(shí)體模型分析
將前期建立的POR-E軟件的三維模型導(dǎo)入Solidworks。懸臂梁的工字鋼與其它特征采用焊接連接。實(shí)體模型如下圖所示。
圖6—1 主梁實(shí)體模型
如圖6—1所示，此模型為懸臂梁主體結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型。主要特征有與立柱軸承相配合的軸套結(jié)構(gòu)，工字型鋼梁，以及小車的限位擋鐵和肋板加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。各部分材料均為Q235鋼，連接采用焊接的方法，可以近似將其當(dāng)作一個(gè)整體材料來(lái)分析。
首先在Simulation中建立一個(gè)靜態(tài)研究，接著選擇材料，如圖6—2所示選擇Q235A作為材料。
圖6—2 材料參數(shù)
1）建立網(wǎng)格與網(wǎng)格設(shè)定。
在完成建模和新增分析程序的材料參數(shù)的定義后，接著將進(jìn)行網(wǎng)格的劃分。在下拉菜單中，選擇Simulation>網(wǎng)格命令，系統(tǒng)即可顯示如左下圖的對(duì)話框，其中顯示系統(tǒng)預(yù)設(shè)的元素尺寸及公差值。按下ok后，系統(tǒng)即進(jìn)行劃分網(wǎng)格
2） 約束限制條件以及指定約束位置。
在前邊步驟完成之后，接著將進(jìn)行外部條件的設(shè)定。指定零件的端面如圖所示，并在下拉菜單中，選擇Simulation>插入 >限制命令。
在此次分析中，零件的約束有兩個(gè)地方如圖6—3所示，軸套內(nèi)圈在起升載荷時(shí)固定，加強(qiáng)肋板下部端面立柱中部的圓錐滾子軸承連接固定。所以在分析中將上述部位固定，以便施加載荷進(jìn)行分析。
圖6—3 約束位置
3） 施加載荷以及指定約束位置
如圖指定零件的位置，并在下拉菜單中選擇Simulation>插入 > 壓力 命令來(lái)添加載荷。
本次分析中吊裝載荷以及小車的自重，都是通過(guò)小車的車輪與鋼軌的接觸，作用在工字型梁上的。根據(jù)小車的尺寸圖6—4。
圖6—4 小車輪尺寸
根據(jù)上圖得知，小車與鋼軌接觸的位置形狀為四條線，經(jīng)過(guò)計(jì)算分別距離梁端面150mm和450mm。加載載荷后如圖6—5所示。
圖6—5 載荷位置圖
4）執(zhí)行分析
在下拉菜單中，選擇Simulation>運(yùn)行 命令來(lái)執(zhí)行分析，生成報(bào)告。
5．3 主梁分析報(bào)告
零件的材料為Q235A，總質(zhì)量為775.109kg，
網(wǎng)格信息如下表6所示。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定單元類型。網(wǎng)格劃分的質(zhì)量決定了有限元分析的計(jì)算精度和計(jì)算效率。
表 6網(wǎng)格信息
網(wǎng)格類型:
實(shí)體網(wǎng)格
所用網(wǎng)格器:
標(biāo)準(zhǔn)
自動(dòng)過(guò)渡:
關(guān)閉
光滑表面:
打開
雅各賓式檢查:
4 Points
要素大小:
46.204 mm
公差:
2.3102 mm
品質(zhì):
高
要素?cái)?shù):
14329
節(jié)數(shù):
28272
5.3.1 主梁應(yīng)力結(jié)果
表7 應(yīng)力結(jié)果
名稱
類型
最小
位置
最大
位置
圖解1
VON:von Mises 應(yīng)力
0.271473 N/m^2
節(jié): 228
(28.3385 mm,
414 mm,
4505.41 mm)
1.26544e+008 N/m^2
節(jié): 7518
(84 mm,
0 mm,
3520.9 mm)
圖6—6 應(yīng)力分析詳圖
從圖6—6中可以直觀的看出，應(yīng)力在小車輪與工字型鋼梁的接觸線上比較大，另外一個(gè)應(yīng)力比較大的地方就是加強(qiáng)肋板上方的工字型梁處，此處為全構(gòu)件應(yīng)力最大的地方，雖然沒有超過(guò)的屈服極限，并且還有一定的安全系數(shù)，但是這里出現(xiàn)了小范圍的引力突然增大處，出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力集中現(xiàn)象可能會(huì)影響此處的設(shè)計(jì)壽命，以及疲勞強(qiáng)度。所以可以考慮修改為一個(gè)圓角結(jié)構(gòu)，來(lái)減小應(yīng)力集中的現(xiàn)象。
5.3.2 主梁應(yīng)變結(jié)果
表8 應(yīng)變結(jié)果
名稱
類型
最小
位置
最大
位置
圖解1
ESTRN :對(duì)等應(yīng)變
1.6131e-012
要素: 2756
(105.638 mm,
80.5 mm,
4521.8 mm)
0.000499438
要素: 8424
(135 mm,
1.70727 mm,
3543.98 mm)
圖6—7 應(yīng)變分析詳圖
應(yīng)變結(jié)果分析。分析結(jié)果，最大應(yīng)變發(fā)生在主梁與加強(qiáng)肋板的交線處，最大為0.000499438，和應(yīng)力集中的部位相同，解決方法同應(yīng)力分析相同，將此處結(jié)構(gòu)改為圓角。
5.3.3 主梁位移結(jié)果
表 9 位移結(jié)果
名稱
類型
最小
位置
最大
位置
圖解1
URES:合力位移
0 m
節(jié): 1
(72 mm,
460 mm,
4090 mm)
0.0108037 m
節(jié): 3309
(0 mm,
400 mm,
0 mm)
圖6—8 位移分析詳圖
根據(jù)中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的旋臂起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，JB/T 9806—1999規(guī)定，允許下?lián)隙鹊闹?，垂直下?lián)隙葢?yīng)達(dá)到這樣的程度以保證：
A） 臂架上運(yùn)行的小車在正常作業(yè)時(shí)不會(huì)失控；
B） 臂架不能自行回轉(zhuǎn)。
起重機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)使額定起重量在有效半徑處產(chǎn)生的垂直下?lián)隙葢?yīng)不超過(guò)表10的規(guī)定。
表10 允許下?lián)隙?
起重機(jī)工作級(jí)別為A5，按照表中允許下?lián)隙扔?jì)算，允許下?lián)隙鹊闹禐?.016m,經(jīng)過(guò)分析在額定載荷狀態(tài)下，主梁的最大撓度為都小于0.0108037m，符合有關(guān)的國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
5.3.4 主梁設(shè)計(jì)檢查結(jié)果
圖5—9 安全系數(shù)詳圖
起重機(jī)按許用應(yīng)力法進(jìn)行靜強(qiáng)度和疲勞計(jì)算時(shí)，基本條件是保證零部件或構(gòu)建危險(xiǎn)截面或所選計(jì)算截面上的危險(xiǎn)點(diǎn)的計(jì)算應(yīng)力，小于許用應(yīng)力。
安全系數(shù)的大小與零部件或構(gòu)件的安全性和重要性，載荷和應(yīng)力計(jì)算的精確性等因素有關(guān)。
我國(guó)《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 3811—83）對(duì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)零件和結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度和疲勞計(jì)算的安全系數(shù)有明確的規(guī)定。經(jīng)過(guò)查閱，重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的靜強(qiáng)度安全系數(shù)應(yīng)該在1.5以上。設(shè)計(jì)檢查結(jié)果顯示最小安全系數(shù)是1.9，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之上，但又沒有高出太多造成浪費(fèi)。
5．4 立柱建立實(shí)體模型分析
立柱的實(shí)體模型如圖6—10所示。主要結(jié)構(gòu)由兩個(gè)軸肩，底部法蘭盤，地腳螺栓孔以及加強(qiáng)肋板等特征組成。從上至下第一軸段通過(guò)軸承與主梁配合，中段的凸起定位安裝一個(gè)圓錐滾子軸承與主梁的支撐肋板相連接。
圖5—10 立柱模型
立柱的材料為鑄鐵，各部分材料相同，并為一個(gè)整體。首先在COSMOSWORKS中建立一個(gè)靜態(tài)研究，接著選擇材料，如圖6—11所示選擇HT200作為材料
圖6—11 立柱材料參數(shù)
1）建立網(wǎng)格與網(wǎng)格設(shè)定。
在完成建模、新增分析程序的材料參數(shù)的定義后，接著將進(jìn)行網(wǎng)格的劃分。
2）約束限制條件以及指定約束位置。
在前邊步驟完成之后，接著將進(jìn)行外部條件的設(shè)定。
在此次分析中，零件的約束有兩個(gè)地方如圖5—12所示，分別是底面法蘭盤上的四個(gè)與地腳螺栓配合的孔，還有與水泥固定面接觸的法蘭盤底面。所以在分析中將上述部位固定，以便施加載荷進(jìn)行分析。
圖5—12 立柱的約束
3）施加載荷以及指定約束位置
如圖指定零件的位置，并在下拉菜單中選擇Simulation>插入> 壓力命令來(lái)添加載荷。
由于懸臂梁的結(jié)構(gòu)包含了一個(gè)一端固定在立柱中部軸承上的支撐肋板，所以立柱的受力狀態(tài)為，上部的通過(guò)軸承與梁連接的部分只承受向下的壓應(yīng)力載荷和軸套的側(cè)向力，而中部立柱對(duì)于支撐肋板的支反力來(lái)平衡主梁產(chǎn)生的力矩。如圖6—13所示。
圖6—13 軸載荷
圖6—14 主結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)圖
下面來(lái)計(jì)算立柱所承受的載荷。如上圖6—14所示為起重機(jī)主要結(jié)構(gòu)的受力簡(jiǎn)圖。在圖中，F(xiàn)1為起升載荷即起重量加上小車的自重。F2與F3為一對(duì)作用力與反作用力，F(xiàn)3為懸臂支撐結(jié)構(gòu)作用在立柱上的壓力，根據(jù)吊車靜止，所以和力矩為0，可以根據(jù)F1的大小得到F2的值。
解的F2的值約為78560N，所以F3的大小也為78560N。再單獨(dú)分析立柱，水平方向的合力為0，所以
解的F5大小也為78560N。單獨(dú)分析橫梁，豎直方向上合力為0，所以F1與F6大小相等方向相反，F(xiàn)6=30820N。F6與F7為一對(duì)作用力與反作用力，所以
至此，立柱上的除底面固定約束外的所有載荷F3=F5=78560N，F(xiàn)7=30820N已經(jīng)全部解出。作用點(diǎn)以及方向如圖6—13所示。
4）執(zhí)行分析
在下拉菜單中，選擇Simulation>運(yùn)行命令來(lái)執(zhí)行分析，生成報(bào)告。
5．5 立柱分析報(bào)告
零件的材料為灰鑄鐵HT200，總質(zhì)量為8639.01 kg，網(wǎng)格劃分信息以及有關(guān)的解算器信息都與主梁分析相同，這里不再贅述。
5.5.1 立柱應(yīng)力結(jié)果
表11立柱應(yīng)力結(jié)果
名稱
類型
最小
位置
最大
位置
圖解1
VON:von Mises
應(yīng)力
0.00023719 kgf/cm^2
節(jié): 23402
(782.843 mm,
0 mm,
332.843 mm)
69.2807 kgf/cm^2
節(jié): 404
(799.533 mm,
1201.74 mm,
-16.7361 mm)
圖6—15 立柱應(yīng)力圖解
根據(jù)分析結(jié)果，最大應(yīng)力為，單位換算后為6.92807MPa,遠(yuǎn)小于查表得出的5MPa的許用應(yīng)力，也遠(yuǎn)小于校核時(shí)計(jì)算出的22MPa的應(yīng)力值。強(qiáng)度出現(xiàn)了大幅度的過(guò)剩。
5.5.2 立柱應(yīng)變結(jié)果
表12 立柱應(yīng)變結(jié)果
名稱
類型
最小
位置
最大
位置
圖解1
ESTRN :對(duì)等應(yīng)變
5.00081e-009
要素: 7773
(815.574 mm,
12.5 mm,
335.196 mm)
3.67259e-005
要素: 7143
(798.358 mm,
1199.19 mm,
41.6892 mm)
圖6—16 立柱應(yīng)變圖解
應(yīng)變最大處與應(yīng)力最大處相同，但同樣最大處僅為。
5.5.3 位移結(jié)果
表12 立柱
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