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解決金屬切削問(wèn)題的智能專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā) 烏魯達(dá)大學(xué)，機(jī)械工程系，Gorukle16059，布爾薩，土耳其 于2004年9月8日收稿，于2005年1月31日接受 2005年3月21日可在線(xiàn) 摘 要 在金屬切削方面，這些問(wèn)題需要有良好的分析，以便遇到任何意外的結(jié)果之前，可以采取有效的防范措施。這一過(guò)程在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定和控制生產(chǎn)總成本方面起很重要的作用。但是，需要一個(gè)擁有在金屬切削方面有大量經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的專(zhuān)家是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。在本文，智能專(zhuān)家系統(tǒng)（COROSolve）調(diào)查并解決了在金屬切削領(lǐng)域遇到的三個(gè)主要問(wèn)題：車(chē)削，銑削和鉆孔。許多金屬切削方面的問(wèn)題都被考慮在內(nèi)，如在車(chē)削過(guò)程中的工件內(nèi)部插入轉(zhuǎn)折點(diǎn)，鋁件車(chē)削，溝槽車(chē)削，螺紋車(chē)削等工序; 在銑削方面面銑，方肩銑，端銑，多用途銑和側(cè)銑等工序；在和鉆孔作業(yè)，使用固定或可轉(zhuǎn)位鉆頭鉆孔等。COROSolve可以給出建議的切削參數(shù)而且能及時(shí)更新在切削問(wèn)題，產(chǎn)生原因和補(bǔ)救措施等方面的數(shù)據(jù)庫(kù)，因此系統(tǒng)能夠處理的問(wèn)題數(shù)量在增加。 關(guān)鍵詞：金屬切削問(wèn)題 專(zhuān)家系統(tǒng) KBS 刀具磨損 1、引言 現(xiàn)代制造業(yè)的目標(biāo)是，在組織設(shè)施能夠進(jìn)行有效控制，以便能以在較短生產(chǎn)周期內(nèi)以較低的生產(chǎn)價(jià)格制造出高質(zhì)量的產(chǎn)品 。為了實(shí)現(xiàn)能以較低的價(jià)格獲得更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，制造部門(mén)格關(guān)注采用更好的刀具和高精密的機(jī)械等[1]。然而，在大多數(shù)情況下對(duì)于生產(chǎn)要求這是不夠的。專(zhuān)業(yè)的工作選擇正確的工具是重要的，但是為了更高效的制造，刀具磨損也應(yīng)考慮在內(nèi)。在文獻(xiàn)中，許多出版物上對(duì)于不同材料制造的刀具的磨損的確做了很多研究[2]。 金屬切削是切削碎片的形成過(guò)程。雖然切削過(guò)程是把金屬切削成所規(guī)定的形狀和大小，但這必須通過(guò)定義切削碎片工作來(lái)完成。切削碎片的形成意味著一個(gè)新的金屬界面不斷形成并沿刀具材料承受著非常高的壓力和溫度[3]。所產(chǎn)生的區(qū)域成為發(fā)生金屬擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)的理想場(chǎng)所。所有刀具在加工過(guò)程中不斷變得破舊，并繼續(xù)這樣工作直到它們報(bào)廢。刀具磨損是不可避免的，如果能了解刀具磨損的時(shí)間，程度，類(lèi)型時(shí)，刀具磨損就不再是一個(gè)消極的進(jìn)程。 在不同的金屬切削過(guò)程中存在著幾種不同的磨損機(jī)理，相近\不同類(lèi)型的問(wèn)題由于這些機(jī)制作用的結(jié)果而聯(lián)系交織在一起。如果這些問(wèn)題能夠得到很好的分析，我們就有可能找到其中每一種問(wèn)題的正確的解決方案。 在分析金屬切削問(wèn)題時(shí)這個(gè)問(wèn)題應(yīng)當(dāng)明確界定，而且其可能的原因也應(yīng)該得到確認(rèn)。找一個(gè)擁有知識(shí)和大量金屬切削經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。今天在金屬切削領(lǐng)域，關(guān)于解決切削碎片問(wèn)題的專(zhuān)業(yè)設(shè)施主要由切削刀具生產(chǎn)企業(yè)提供。由于在這一領(lǐng)域工作的人是有限的，因此并不總是能夠找到真正需要的專(zhuān)家。在現(xiàn)有專(zhuān)家聘用費(fèi)用昂貴而且人員稀缺的領(lǐng)域中專(zhuān)家系統(tǒng)一直特別受歡迎。對(duì)于解決金屬切削問(wèn)題專(zhuān)家系統(tǒng)將是非常有益的。 2、專(zhuān)家系統(tǒng)在協(xié)助發(fā)展制造工藝上的應(yīng)用 基于知識(shí)的系統(tǒng)或?qū)＜蚁到y(tǒng)是一個(gè)體現(xiàn)狹窄領(lǐng)域的知識(shí)并解決該領(lǐng)域相關(guān)問(wèn)題的計(jì)算機(jī)程序。專(zhuān)家系統(tǒng)通常包括兩個(gè)主要內(nèi)容，知識(shí)基礎(chǔ)和推理機(jī)制（圖1）。 基礎(chǔ)知識(shí)包含一個(gè)可以表述為由'IF - THEN'規(guī)則、事實(shí)說(shuō)明、框架、對(duì)象、程序和案件組合而成的知識(shí)領(lǐng)域。推理機(jī)制，是專(zhuān)家系統(tǒng)操縱存儲(chǔ)的知識(shí)并對(duì)遇到的生產(chǎn)問(wèn)題提出解決方案的一個(gè)組成部分[4]。 一個(gè)人類(lèi)專(zhuān)家利用知識(shí)和推理最終得出的結(jié)論，專(zhuān)家系統(tǒng)也是如此。推理在專(zhuān)家系統(tǒng)試圖模仿結(jié)合人類(lèi)專(zhuān)家的知識(shí)的過(guò)程中進(jìn)行。因此，專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)或架構(gòu)有些類(lèi)似于人類(lèi)專(zhuān)家的執(zhí)行情況。因此，專(zhuān)家系統(tǒng)可以比喻成專(zhuān)家。 一個(gè)比較明顯的問(wèn)題是規(guī)則的收集。人類(lèi)專(zhuān)家聘用費(fèi)用高昂，而且并不想要坐下來(lái)寫(xiě)關(guān)于他們是怎樣得出他們結(jié)論的那些大量的規(guī)則。更重要的一點(diǎn)，他們可能也無(wú)法做到。雖然他們通常會(huì)遵循邏輯的路徑來(lái)得到他們的結(jié)論，但是把那些規(guī)則放入一套標(biāo)準(zhǔn)之中實(shí)際上是非常困難的，并且也許是不可能的。 對(duì)于許多人類(lèi)專(zhuān)家下面這種情況是很可能的。雖然他們開(kāi)始時(shí)有著自己的專(zhuān)業(yè)規(guī)則，但是在工作中通過(guò)自己的工作經(jīng)驗(yàn)知識(shí)來(lái)開(kāi)展自己的工作，并且通過(guò)直覺(jué)得出正確的解決方案。它們可能都跟隨邏輯路徑，但是在沿著這邏輯的路徑上，他們精神上已經(jīng)跳過(guò)許多步驟。專(zhuān)家系統(tǒng)不能做到這一點(diǎn)，它需要很清楚的知道各種規(guī)則。 專(zhuān)家系統(tǒng)的一個(gè)很突出的好處是能夠廣泛把知識(shí)分發(fā)給每一個(gè)專(zhuān)家，或者可以同時(shí)匯總的幾個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)相隔的幾個(gè)專(zhuān)家的知識(shí)。當(dāng)偶爾的執(zhí)行任務(wù)時(shí)專(zhuān)家系統(tǒng)特別有用，而專(zhuān)家每次執(zhí)行任務(wù)時(shí)則需要重新學(xué)習(xí)工作程序。 專(zhuān)家系統(tǒng)是用來(lái)規(guī)范操作的。如果你有三個(gè)機(jī)器操作員（或工程師）來(lái)執(zhí)行相同的任務(wù)，但是每個(gè)人都會(huì)做的不同。而專(zhuān)家系統(tǒng)則每次都可以用同樣的方式來(lái)工作。 這些系統(tǒng)可用于培訓(xùn)員工，指導(dǎo)他們，或進(jìn)行實(shí)際執(zhí)行如計(jì)算任務(wù)。專(zhuān)家系統(tǒng)的另一個(gè)用途是作為專(zhuān)家輔助您的工作。他們將使您能更準(zhǔn)確，更一致，更快，從而為專(zhuān)家能更創(chuàng)意的完成任務(wù)而節(jié)省了時(shí)間。當(dāng)處理乏味、重復(fù)的任務(wù)時(shí)這是特別有用的。 因此，一旦領(lǐng)域知識(shí)被專(zhuān)家系統(tǒng)提取，建設(shè)此系統(tǒng)的過(guò)程比較簡(jiǎn)單。能被發(fā)展的專(zhuān)家系統(tǒng)的易用性，導(dǎo)致了刀具廣泛應(yīng)用。在工程，可以找到在各種任務(wù)上的應(yīng)用，包括選料，機(jī)械零件，刀具，設(shè)備和工藝，信號(hào)解釋?zhuān)瑺顟B(tài)監(jiān)測(cè)，故障診斷，機(jī)器和過(guò)程控制，機(jī)械設(shè)計(jì)，工藝規(guī)劃，生產(chǎn)調(diào)度和系統(tǒng)配置。最近專(zhuān)家系統(tǒng)所執(zhí)行的一些具體任務(wù)的例子如下： (1)確定和規(guī)劃離岸結(jié)構(gòu)重要組成部分的檢查時(shí)間表[5]; (2)在設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)能源熱電廠(chǎng)方面培訓(xùn)技術(shù)人員[6]; (3)配置輸紙機(jī)構(gòu) [7]; (4)在有限元分析鍛造變形時(shí)自動(dòng)重新嚙合[8]; (5)存儲(chǔ)，檢索和修改平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[9]; (6)應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)油產(chǎn)品的添加劑配方設(shè)計(jì)[10]; (7)選擇刀具和切削參數(shù)[11-13]； 有幾個(gè)潛在的研究領(lǐng)域肯定了專(zhuān)家系統(tǒng)在制造業(yè)方面價(jià)值[14，15] Kojiyama et al [16]在其文章中討論了關(guān)于加工操作規(guī)劃的系統(tǒng)框架。在此框架中從電子刀具目錄和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的加工實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)中提取和組織的加工技術(shù)訣竅了發(fā)揮了主要作用。在有參考的情況下可以構(gòu)成加工數(shù)據(jù)，這些加工數(shù)據(jù)來(lái)自翻查的刀具目錄，相關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，參考教材和手冊(cè)。 在一般車(chē)削和銑削時(shí)，Mookherjee 和Bhattacharyya [11]在專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)于解決制造工程師目前所面臨的CAD和各類(lèi)數(shù)控加工中心一體化過(guò)程中遇到的一些挑戰(zhàn)性問(wèn)題是非常有用的。Jiang et al. [17]開(kāi)發(fā)了一種優(yōu)化棱鏡組件加工業(yè)務(wù)的專(zhuān)家系統(tǒng)。他們描述了一種新的GT編碼方案用于代表待加工得棱鏡組件表面。 Limsombutanan [18]在可以作為霍隆的5軸曲面加工過(guò)程中提出了一個(gè)用來(lái)選擇刀尺寸和工具方向的算法。銑削表面分為三個(gè)階段，即粗加工，半粗加工和精加工。該算法在曲率分析的基礎(chǔ)上選擇最佳的刀具并且在立方（凹-凸）表面上自主的計(jì)劃刀具路徑。本文的主要目的是建立這種涵蓋了主要的金屬切削問(wèn)題的系統(tǒng)，并幫助那些參與金屬切削工作的人們提高產(chǎn)品質(zhì)量。 3、專(zhuān)家系統(tǒng)在解決金屬切削問(wèn)題上的應(yīng)用 3.1解決金屬切削問(wèn)題時(shí)應(yīng)考慮的因素 在金屬切削過(guò)程中大部分問(wèn)題是磨損的結(jié)果。所有刀具在加工過(guò)程中不斷變得破舊，并繼續(xù)這樣工作直到它們報(bào)廢。刀具磨損是不可避免的，如果能了解刀具磨損的時(shí)間，程度，類(lèi)型時(shí)，刀具磨損就不再是一個(gè)消極的進(jìn)程。因此，如果對(duì)刀具磨損所導(dǎo)致的問(wèn)題以及其他不利于機(jī)械加工業(yè)務(wù)的有害因素進(jìn)行了分析，我們就有可能找到其中個(gè)個(gè)問(wèn)題的正確解決方案。這將減少非生產(chǎn)性故障的檢查時(shí)間，因此，減少了加工時(shí)間、非生產(chǎn)性停工時(shí)間、加工費(fèi)用并且提高生產(chǎn)效率。在解決金屬切削加工問(wèn)題時(shí)所使用的專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1。通過(guò)軟件需要考慮的輸入列于圖2。 3.2 COROSolve的特點(diǎn) 該軟件已開(kāi)發(fā)利用Delphi可視化編程語(yǔ)言。而建立一個(gè)咨詢(xún)系統(tǒng)的主要困難在獲取和研究在解決方案中使用的要素。根據(jù)目前在解決金屬切削問(wèn)題上的設(shè)計(jì)，一旦選中操作類(lèi)型，對(duì)于每個(gè)類(lèi)型的操作的四個(gè)主要階段已經(jīng)確定： (1)切削數(shù)據(jù)的建議。 (2)問(wèn)題的定義。 (3)切割數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)。 (4)問(wèn)題的匯總。 3.2.1、切削數(shù)據(jù)的建議 在加工過(guò)程中刀具的正確選擇是實(shí)現(xiàn)最大的生產(chǎn)力的關(guān)鍵。但是，雖然工具是正確的，如果加工條件不符合標(biāo)準(zhǔn)，特別是在切削參數(shù)一般穩(wěn)定，問(wèn)題將會(huì)出現(xiàn)而且刀具的最佳壽命將無(wú)法達(dá)成。切削參數(shù)不正確，刀柄、夾緊的振動(dòng)和缺乏剛性這些都是金屬切削的主要問(wèn)題。 除了解決問(wèn)題該軟件對(duì)每個(gè)操作類(lèi)型（業(yè)務(wù)類(lèi)型如前所述）、每個(gè)材料組(ISO P, M or K), 每個(gè)應(yīng)用類(lèi)型（粗，中，完成）、每加工條件類(lèi)型（好，一般，困難）提供切削數(shù)據(jù)的建議并且顯示如圖4的可用插入列表。在這里不是為了找到應(yīng)用程序的最合適的插入點(diǎn)但是監(jiān)測(cè)金屬切削中使用的插入的初始值和切削參數(shù)的工作范圍（即切削速度，進(jìn)給量和切削深度）。在這個(gè)階段決定的合適的等級(jí)與所選操作，材料組，應(yīng)用程序等有關(guān)。此外，個(gè)個(gè)材料組的材料清單能夠清楚的看到。 推薦切削參數(shù)值取自Sandvik Coromant[20]，其他廠(chǎng)商的刀具切削參數(shù)可作為建議的值。切削數(shù)據(jù)顯示值是在一定的材料硬度和一定的刀具壽命下得到的。對(duì)于任何工件材料跟指定的值相比具有不同的硬度值而且如果刀具壽命超過(guò)15分鐘，提供的切削數(shù)據(jù)應(yīng)乘以修正系數(shù)（見(jiàn)表1）。 3.2.2、分析金屬切削問(wèn)題 目前有在金屬切削過(guò)程中存在多種不同/類(lèi)似的問(wèn)題。表面上看這些問(wèn)題有些是相同的，但是很難相區(qū)分開(kāi)來(lái)。問(wèn)題類(lèi)型的分類(lèi)已經(jīng)形成評(píng)估加工操作的重要基礎(chǔ)，它通過(guò)獲取刀具等級(jí)以及適合切削類(lèi)型材料類(lèi)型的正確的加工條件而優(yōu)化了生產(chǎn)力。正確的工具，良好的出發(fā)切削數(shù)據(jù)，專(zhuān)家的支持下，自己的經(jīng)驗(yàn)，工件的材料和優(yōu)質(zhì)的設(shè)備條件是加工成功的重要因素。對(duì)各種工具制造商問(wèn)題清單的聚合進(jìn)行歸類(lèi)形成了可由軟件使用的KBS。 用戶(hù)分析金屬切削問(wèn)題時(shí)要么在一個(gè)或兩個(gè)階段之一：從菜單中直截了當(dāng)?shù)奶暨x出定義的問(wèn)題或者首先檢查金屬切削過(guò)程中使用的切削數(shù)據(jù)，之后訪(fǎng)問(wèn)定義的問(wèn)題。問(wèn)題定義模塊顯示問(wèn)題的清單，包括其可能的原因及補(bǔ)救措施。一旦選定一個(gè)問(wèn)題（例如，后刀面磨損的轉(zhuǎn)折點(diǎn)或在鉆深孔是的轉(zhuǎn)頭的跳動(dòng)），一張圖片，清楚的提供了問(wèn)題的界定和其可能原因的列表。因此一旦選擇了可能的原因就確定了相應(yīng)的補(bǔ)救措施。更多與該問(wèn)題有關(guān)的信息通過(guò)點(diǎn)擊 “？”獲得（圖5）。 3.2.3、切削數(shù)據(jù)評(píng)估 在金屬切削過(guò)程中，大部分的問(wèn)題是切削數(shù)據(jù)不合適應(yīng)用程序的結(jié)果。因此，在這些問(wèn)題直接列出之前，用戶(hù)被建議檢查操作，應(yīng)用程序和加工條件的切削參數(shù)以確定是否切削速度，進(jìn)給量和切削深度是否與事先插入的長(zhǎng)度，厚度和圓角半徑相符。切削數(shù)據(jù)模塊檢查在運(yùn)行中的切削參數(shù)是否與插入的相符而且這項(xiàng)工作基本上是與理想的切削數(shù)據(jù)值進(jìn)行比較，理想的切削數(shù)據(jù)值是目錄值和校正因子的乘積。如果不相符（這意味著切削參數(shù)的值不在范圍內(nèi)），用戶(hù)應(yīng)修正切削參數(shù)。在銑削和鉆孔只有切削速度和進(jìn)給速度值被考慮，在鉆孔時(shí)鉆頭直徑和鉆頭中心或周邊的等級(jí)被考慮在內(nèi)（圖6）。在圖中對(duì)中型鋼（L代表輕型，M代表中型，H代表中型銑削操作）面銑的切削參數(shù)被評(píng)估，由于使用價(jià)值遠(yuǎn)低于由給定硬度和刀具壽命計(jì)算的理想值，則就會(huì)顯示警告。 一旦切削數(shù)據(jù)被審查（和糾正），下一個(gè)步驟就是訪(fǎng)問(wèn)這個(gè)問(wèn)題的定義模塊。由于切削數(shù)據(jù)被修正，原因列表和補(bǔ)救措施將會(huì)不同而且“切削速度過(guò)高”或者“進(jìn)給量太低” 將不會(huì)是有關(guān)問(wèn)題產(chǎn)生的根源。 該軟件能夠在各種業(yè)務(wù)類(lèi)型中分析超過(guò)100多種問(wèn)題，并對(duì)近200個(gè)問(wèn)題原因提供補(bǔ)救措施（340補(bǔ)救措施）。他系統(tǒng)中包含的知識(shí)有兩個(gè)主要來(lái)源：從事金屬切削領(lǐng)域的專(zhuān)家或者來(lái)自于技術(shù)文件，目錄和各種刀具生產(chǎn)公司的手冊(cè)[21]，[22]，[23]，[24]和[25]。 3.2.4、問(wèn)題編輯 系統(tǒng)中包含的知識(shí)有兩個(gè)主要來(lái)源：從事金屬切削領(lǐng)域的專(zhuān)家或者來(lái)自于技術(shù)文件，目錄和各種刀具生產(chǎn)公司的手冊(cè)。一個(gè)專(zhuān)家系統(tǒng)的成功之處隱藏在像人類(lèi)專(zhuān)家一樣的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)當(dāng)中。人類(lèi)專(zhuān)家遇到每一次新的解決方案時(shí)都增加了他的知識(shí)并且在未來(lái)分析時(shí)能再利用這些知識(shí)。因此，COROSolve有一個(gè)可擴(kuò)展增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，它能處理每天越來(lái)越多的問(wèn)題。 由于系統(tǒng)有單獨(dú)的和模塊化的知識(shí)基礎(chǔ)，只要進(jìn)入到數(shù)據(jù)庫(kù)編輯獲得知識(shí)文件就可以很容易的更新系統(tǒng)。系統(tǒng)包含的信息越多，它能夠處理的金屬切削方面的問(wèn)題就越多。 知識(shí)庫(kù)是系統(tǒng)的核心，因此，負(fù)責(zé)生產(chǎn)、添加、刪除或修改是那些少數(shù)人的任務(wù)。因此，用戶(hù)需要知道密碼才能進(jìn)入的知識(shí)庫(kù)。問(wèn)題編輯允許和問(wèn)題，原因和補(bǔ)救措施相關(guān)的問(wèn)題，圖片和資料檔案添加到知識(shí)庫(kù)。此外，還有可能增加新的問(wèn)題原因或原本已存在知識(shí)庫(kù)中的問(wèn)題原因的新的補(bǔ)救辦法（圖7）。 該系統(tǒng)是多語(yǔ)言，因此它能夠處理無(wú)論是土耳其文還是英文的金屬切削的問(wèn)題。一旦確定語(yǔ)言被確定，所有程序菜單和問(wèn)題，原因及補(bǔ)救措施清單都用所選擇的語(yǔ)言顯示出來(lái)。 4、結(jié)論 本文介紹了一種為解決各種加工操作任務(wù)中金屬切削問(wèn)題的專(zhuān)家系統(tǒng)。由于在許多文獻(xiàn)中沒(méi)有很多關(guān)于此主題的工作也因?yàn)檫@種類(lèi)型的系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種金屬切削業(yè)的要求，這里所描述的工作可以認(rèn)為是一件有益的工作。在制造業(yè)，特別是在小型或中型加工車(chē)間，切削數(shù)據(jù)是不正確是問(wèn)題的主要原因。工具一般以較低的切削數(shù)據(jù)運(yùn)行來(lái)使他們?cè)陬l繁的啟動(dòng)中能維持較長(zhǎng)的壽命。這就顯然是低效率的利用金屬切削時(shí)間。由于系統(tǒng)提供的便利之一便是評(píng)估的切削參數(shù)，這將幫助用戶(hù)為應(yīng)用程序選擇合適的速度，進(jìn)給量或切削深度。如果切削數(shù)據(jù)是正確的而且金屬切削問(wèn)題也得到解決，由于發(fā)生故障而引起的停頓將縮短，良好的利用發(fā)電能力的目的將可以達(dá)到而且金屬得切削時(shí)間將會(huì)有所減少。這就意味著生產(chǎn)成本將會(huì)下降很多。該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)也為了培訓(xùn)從事金屬切削業(yè)的人。這些照片和有關(guān)問(wèn)題的資料將會(huì)幫助用戶(hù)更多的認(rèn)識(shí)了解他們。這些圖片和信息收集于應(yīng)用于工業(yè)的各種手冊(cè)和研究報(bào)告。 參考文獻(xiàn) [1] Modern metal cutting. 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The traditional layout of the typical structure is adopted in the design of the whole system, bridge crane is a significant increase labor productivity goods handling equipment, primarily to carry goods workshops, equipment installation and maintenance, etc.. Hoisting pulley group adopts double pulley block, weight no horizontal movement in the process of lifting, hoisting process is stable, and the steel wire rope installation and easy replacement. Winding installations in the corresponding single reel, a large area of contact with the rope, the advantages of low pressure units. In the lifting mechanism also involves rope, reducer, coupling, motor and brake the choice. Keywords: hoisting mechanism of crane traveling mechanism; bridge crane; - III - 目錄 摘要 I Abstract II 1引言 1 1.1起重機(jī)概念及知識(shí) 1 1.2起重機(jī)發(fā)展及存在問(wèn)題 1 1.3未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 2 1.4橋式起重機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 4 1.4.1小車(chē) 4 1.4.2大車(chē) 4 1.4.3動(dòng)力裝置和控制系統(tǒng) 5 2大車(chē)行走部傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) 6 2.1主要技術(shù)參數(shù) 6 2.2橋式起重機(jī)的特點(diǎn)和種類(lèi) 6 2.3橋式起重機(jī)的一般構(gòu)造 8 2.4設(shè)計(jì)的基本原則和要求 9 2.5大車(chē)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案 9 2.6大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體布置的主要問(wèn)題 10 3大車(chē)行走部傳動(dòng)設(shè)計(jì) 12 3.1大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)：采用分別傳動(dòng)的方案 12 3.1輪壓計(jì)算 12 3.2車(chē)輪選擇 13 3.3阻力計(jì)算 14 3.4電機(jī)的計(jì)算與選擇 15 3.4.1靜功率計(jì)算 15 3.4.2電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力校驗(yàn) 16 3.4.3電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn) 17 3.5減速器的選擇 17 3.5.1初選減速器 17 3.5.2驗(yàn)算運(yùn)行速度和實(shí)際所需功率 19 3.6驗(yàn)算啟動(dòng)不打滑條件 19 3.6.1二臺(tái)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)間時(shí)啟動(dòng) 19 3.6.2事故狀態(tài) 20 3.7選擇制動(dòng)器 21 4 大車(chē)行走部聯(lián)軸器選型和軸的計(jì)算校核 23 4.1 制動(dòng)器至減速器段聯(lián)軸器選型 23 4.2 制動(dòng)器至減速器段軸計(jì)算 23 4.3 減速器至大車(chē)輪段聯(lián)軸器選型 25 4.4減速器至大車(chē)輪段軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 25 5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 28 5.1 主梁的設(shè)計(jì)計(jì)算 28 5.2端梁的計(jì)算 42 5.2.1端梁總體的尺寸 42 5.2.2 計(jì)算載荷的確定 43 6 起重機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 50 6.1 模塊化和組合化 50 6.2輕型化和多樣化 51 6.3自動(dòng)化和智能化 52 6.4成套化和系統(tǒng)化 53 6.5新型化和實(shí)用化 54 參考文獻(xiàn) 56 致 謝 58 上海建橋?qū)W院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1引言 1.1起重機(jī)概念及知識(shí) 二十世紀(jì)以來(lái)，由于鋼鐵、機(jī)械制造業(yè)和鐵路、港口及交通運(yùn)輸業(yè)的的發(fā)展，促進(jìn)了起重運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展。對(duì)起重運(yùn)輸機(jī)械的性能也提出了更高的要求?，F(xiàn)代起重運(yùn)輸機(jī)械擔(dān)當(dāng)著繁重的物料搬運(yùn)任務(wù)，是工廠(chǎng)、鐵路、港口及其他部門(mén)實(shí)現(xiàn)物料搬運(yùn)機(jī)械化的關(guān)鍵。因而起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)都用優(yōu)質(zhì)鋼材制造，并用焊接代替鉚接，不僅簡(jiǎn)化了結(jié)。橋式起重機(jī)的橋架沿鋪設(shè)在兩側(cè)高架上的軌道縱向運(yùn)行，起重小車(chē)沿鋪設(shè)在橋架上的軌道橫向運(yùn)行，構(gòu)成一矩形的工作范圍，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。橋式起重機(jī)泛地應(yīng)用在室內(nèi)外倉(cāng)庫(kù)、廠(chǎng)房、碼頭和露天貯料場(chǎng)等處。縮短了工期，而且大大地減輕了自重，焊接結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代金屬結(jié)構(gòu)的特征。我國(guó)是應(yīng)用起重機(jī)械最早的國(guó)家之一，古代我們祖先采用杠桿及轱轆取水，就是用起重設(shè)備節(jié)省人力的例子。幾千年的封建統(tǒng)治年代，工業(yè)得不到發(fā)展，我自行設(shè)計(jì)制造的起重機(jī)很少，絕大多。70年代，起重機(jī)的類(lèi)型、規(guī)格、性能和技術(shù)水準(zhǔn)獲得了很大的發(fā)展，除了滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)起重機(jī)日益增長(zhǎng)的需要外，還向國(guó)外出口各種類(lèi)型的高性能。 1.2起重機(jī)發(fā)展及存在問(wèn)題 上個(gè)世紀(jì)70年代以來(lái)，隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，起重機(jī)械在品種及質(zhì)量上都得到了極其迅速的發(fā)展。隨著國(guó)名經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是國(guó)家加大基礎(chǔ)工程建設(shè)的結(jié)構(gòu)件和機(jī)器設(shè)備的重量也越來(lái)越大，特別是大型水電站、石油、化工、路橋、冶煉、航天以及公用民用高層建筑的安裝作業(yè)的迫切需要，極大的促進(jìn)了起重機(jī)、特別是大型起重機(jī)的發(fā)展，起重機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)得到了迅速發(fā)展。隨著起重機(jī)的使用頻率、起重量的增大，對(duì)其安全性能、經(jīng)濟(jì)性能、效率及耐久性性等問(wèn)題，也越來(lái)越引起人們的重視，并對(duì)設(shè)計(jì)理念、方法及手段的探討也日趨深入。由于在起重機(jī)設(shè)計(jì)中采取常規(guī)設(shè)計(jì)方法時(shí)，許多構(gòu)件存在不合理性，進(jìn)而影響整個(gè)設(shè)備性能。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用在很大范圍內(nèi)解決了起重機(jī)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，尤其是有限元分析方法與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，為起重機(jī)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確分析提供了強(qiáng)力的有效手段，在實(shí)際工程已日益普及，且今后的結(jié)構(gòu)分析從孤立的單獨(dú)構(gòu)件轉(zhuǎn)變到結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的整體空間分析。 1.3未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 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，性能也需要不斷變化與究善。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(guān)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)向現(xiàn)代化、智慧化、更安全。 今后的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： （1）產(chǎn)品大型化，高速化和專(zhuān)用化。 由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中物料裝卸搬運(yùn)費(fèi)用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機(jī)的需求量不斷增長(zhǎng)，起重量越來(lái)越大，工作速度越來(lái)越高，并對(duì)能耗和可靠性提出更高的要求。目前世界上最大的履帶起重機(jī)起重量3000t，最大的橋式起重機(jī)起生日一1200t，集裝箱岸連裝卸橋小車(chē)的最大運(yùn)行速度已達(dá)350m/min，堆垛起重機(jī)級(jí)最大運(yùn)行速度240m/min，垃圾處理用起重機(jī)的起升速度達(dá)100m/min。 （5）產(chǎn)品組合成套化、集成化和柔性化 在起重機(jī)單機(jī)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)把各種起重運(yùn)輸機(jī)械組成一個(gè)物料搬運(yùn)集成系統(tǒng)，通過(guò)中央控制室的控制，與生產(chǎn)設(shè)備有機(jī)結(jié)合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。 （6）產(chǎn)品構(gòu)造新型化、美觀(guān)化和實(shí)用化 結(jié)構(gòu)方面采用薄壁型材和異形鋼、減少結(jié)構(gòu)的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種高強(qiáng)度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力件，減輕自重和增加外形美觀(guān)。 （3）通用產(chǎn)品小型化、輕型化和多樣化 有相當(dāng)批量的起重機(jī)是在通用的場(chǎng)合使用，工作并不很繁重。這類(lèi)起重機(jī)批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機(jī)盡量降低外形高度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，整個(gè)建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價(jià)。 （4）產(chǎn)品性能自動(dòng)化、智能化和數(shù)字化 起重機(jī)的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動(dòng)與控制的改進(jìn)。機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的自動(dòng)化和智能化。大型高效起重機(jī)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)。 （2）系列產(chǎn)品模塊化、組合化和標(biāo)準(zhǔn)化 用模塊化設(shè)計(jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機(jī)設(shè)計(jì)方法，起重機(jī)上功能基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標(biāo)準(zhǔn)模塊，通過(guò)不同模塊的相互組合，形成不同類(lèi)型和規(guī)格的起重機(jī)。 1.4橋式起重機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 1.4.1小車(chē) 小車(chē)由起升機(jī)構(gòu)，小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，小車(chē)架和保護(hù)裝置等組成。小車(chē)起升機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒和滑輪組。電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)使上卷筒從卷筒放下，以達(dá)到起升的目的。小車(chē)架要承受起升載荷和各機(jī)構(gòu)自重，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)又要盡量減輕自重，以降低輪壓和門(mén)架受載。小車(chē)的電力則由滑線(xiàn)或軟電纜引入。小車(chē)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)有兩種方式，本設(shè)計(jì)采用的是集中驅(qū)動(dòng)，用四輪支撐，車(chē)輪選圓柱雙輪緣車(chē)輪。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮改善零部件的受力情況、減少外形尺寸和自重、安全可靠、工作平穩(wěn)、裝配維修方便等因素。 1.4.2大車(chē) 大車(chē)由橋架和大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成。橋架：橋架為起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)，一方面支撐小車(chē)，允許小車(chē)在它上面橫向行駛；另一方面又是起重機(jī)行走的車(chē)體，可沿鋪設(shè)在廠(chǎng)房上面的軌道行駛。在其兩側(cè)的走臺(tái)上，安裝有大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)和電器設(shè)備，大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)用來(lái)驅(qū)動(dòng)大車(chē)行走，大車(chē)上一般還有駕駛室，用來(lái)操縱起重機(jī)和安裝各機(jī)構(gòu)的控制設(shè)備。門(mén)架主要由主梁和端梁組成。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮其強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性要求，也應(yīng)考慮自重和外形尺寸要小，加工制造簡(jiǎn)單，運(yùn)輸、存放和使用維修方便，成本低等因素。 1.4.3動(dòng)力裝置和控制系統(tǒng) 動(dòng)力裝置是驅(qū)動(dòng)起重機(jī)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力設(shè)備，它在很大程度上決定了起重機(jī)的性能和構(gòu)造特點(diǎn)，橋式起重機(jī)的動(dòng)力裝置一般采用電動(dòng)機(jī)?？刂葡到y(tǒng)包括操縱裝置和安全裝置。各機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)、調(diào)速、改向、制動(dòng)和停止，都通過(guò)操縱控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2大車(chē)行走部傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) 2.1主要技術(shù)參數(shù) 表1主要技術(shù)參數(shù) Table1Maintechnicalparameters 名稱(chēng) 數(shù)據(jù) 最大起重量 300kN（30t） 粱跨度 大車(chē)速度 起重機(jī)自重 10m（10000mm） 3m/s 20kN 2.2橋式起重機(jī)的特點(diǎn)和種類(lèi) 起重機(jī)是從事起吊、空中搬運(yùn)的一種設(shè)備。常見(jiàn)的起重機(jī)有：橋式起重機(jī)、門(mén)式起重機(jī)、塔式起重機(jī)、港口起重機(jī)、汽車(chē)起重機(jī)、履帶起重機(jī)和鐵路起重機(jī)等。橋式起重機(jī)是機(jī)械制造工業(yè)和冶金工業(yè)用得最廣泛的一種起重機(jī)機(jī)械，橋式起重機(jī)又稱(chēng)“行車(chē)”或“天車(chē)”，是橫架在固定跨間上空用來(lái)吊運(yùn)各種物件的設(shè)備。橋式起重機(jī)的特點(diǎn)是它既不占地面面積，又不妨礙地面上的作業(yè)，而且以較少的物資材料和極為穩(wěn)定的形態(tài)把建筑物內(nèi)各處都當(dāng)作可能的作業(yè)范圍，進(jìn)行高速、高效的服務(wù)，可以在起升高度和大、小車(chē)軌道所允許的空間內(nèi)負(fù)擔(dān)任意位置的吊運(yùn)工作。 此外，橋式起重機(jī)容易以廉價(jià)實(shí)現(xiàn)借助控制盤(pán)和操縱盤(pán)進(jìn)行自動(dòng)操縱、或半自動(dòng)操縱、內(nèi)裝電腦的程序操縱。設(shè)置在室內(nèi)的起重機(jī)中，橋式起重機(jī)約占90%。 橋式起重機(jī)有很多類(lèi)型。一般按以下方法進(jìn)行分類(lèi)： 根據(jù)橋架的結(jié)構(gòu)不同，分為箱式結(jié)構(gòu)，四珩架結(jié)構(gòu)和腹板梁結(jié)構(gòu)等，其中箱式結(jié)構(gòu)用得最廣泛。 根據(jù)起吊裝置不同，分為吊鉤橋式起重機(jī)、電磁盤(pán)橋式起重機(jī)、抓斗橋式起重機(jī)。為了使吊鉤橋式起重機(jī)使用場(chǎng)合更廣泛，在吊鉤上附以可更換的電磁盤(pán)或馬達(dá)抓斗，以便作兩種或三種用途。 圖2.1橋式起重機(jī)示意圖 2.3橋式起重機(jī)的一般構(gòu)造 橋式起重機(jī)構(gòu)造：沿建筑物較長(zhǎng)方向的兩壁設(shè)置的承軌梁，在梁上鋪設(shè)大車(chē)運(yùn)行軌道，將裝有4個(gè)車(chē)輪（載荷大時(shí)裝有6個(gè)或8個(gè)車(chē)輪）的橋架跨在軌道上；裝有起升機(jī)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電動(dòng)小車(chē)（cab）在橋架上運(yùn)行。 大車(chē)軌道中心間的距離稱(chēng)為跨度（span），在該軌道上運(yùn)行的動(dòng)作稱(chēng)為大車(chē)運(yùn)行。在橋架的中心或兩端裝有大車(chē)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，從電動(dòng)機(jī)的水平軸引出動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)半數(shù)的車(chē)輪。起升、小車(chē)運(yùn)行及大車(chē)運(yùn)行的速度，按工況和起重量的大小適當(dāng)選定。一般來(lái)說(shuō)，在起重量小和使用頻繁時(shí)，速度較高。 小車(chē)運(yùn)行速度同大車(chē)運(yùn)行的速度相比低得多，原因是小車(chē)運(yùn)行距離接近建筑物的寬度，它不會(huì)太長(zhǎng)，一般小于40m，而大車(chē)沿建筑物的長(zhǎng)度方向運(yùn)行，所以多數(shù)運(yùn)行距離都是相當(dāng)長(zhǎng)的。 小型和低速的起重機(jī)，多數(shù)在地面上用按鈕進(jìn)行操縱，而大型的高速的起重機(jī)，幾乎都坐在駕駛室內(nèi)進(jìn)行操作。 起重機(jī)5t以下的起重機(jī)，多半用帶有電動(dòng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的電葫蘆代替電動(dòng)小車(chē)。最近已有30t級(jí)的電葫蘆作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品在市場(chǎng)上銷(xiāo)售。 當(dāng)起重量超過(guò)20t時(shí)，一般起升速度比較低。只用單一的起升機(jī)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間處理小件貨物效率很低。因此在這種起重機(jī)上，一般并設(shè)一個(gè)副起升機(jī)構(gòu)。 副起升也設(shè)在該小車(chē)上，但不用主起升電動(dòng)機(jī)，而大型起重機(jī)的主梁，多數(shù)都采用單腹板梁、箱形梁等焊接結(jié)構(gòu)。 在主梁兩側(cè)設(shè)有輕型水平梁，稱(chēng)為副梁。它通過(guò)水平構(gòu)件同主梁一起構(gòu)成一個(gè)水平框架，這對(duì)因主梁在大車(chē)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的慣性力所引起的水平載荷，是一個(gè)十分堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。 此外，主副梁之間布置大車(chē)運(yùn)行驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，與其相聯(lián)的減速機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)軸、軸承等。在它們的上方鋪設(shè)走臺(tái)板，設(shè)立欄桿，以便檢修人員行走。 對(duì)箱形結(jié)構(gòu)或殼體結(jié)構(gòu)的主梁來(lái)說(shuō)，因?yàn)槠渌娇箯潉偠却螅远鄶?shù)都不帶副梁。 小車(chē)是用型鋼和鋼板制成一個(gè)構(gòu)架，在上面設(shè)有主副起升用電動(dòng)機(jī)、支持貨物用制動(dòng)器及和它們相聯(lián)的減速齒輪機(jī)構(gòu)，通過(guò)該機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)。必要時(shí)，在該機(jī)構(gòu)上還設(shè)速度制動(dòng)器，供調(diào)節(jié)下降速度用，在小車(chē)外側(cè)設(shè)有運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，它經(jīng)過(guò)齒輪減速減低速度并驅(qū)動(dòng)車(chē)輪旋轉(zhuǎn)，使小車(chē)運(yùn)行。 2.4設(shè)計(jì)的基本原則和要求 對(duì)大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求是： 1）和橋架配合要合適，這樣橋架設(shè)計(jì)容易，機(jī)構(gòu)好布置 2）機(jī)構(gòu)要緊湊，重量要輕 3）維修檢修方便，機(jī)構(gòu)布置合理 4）盡量減輕主梁的扭轉(zhuǎn)載荷，不影響橋架剛度 2.5大車(chē)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案 大車(chē)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案，基本分為兩類(lèi)： 分別傳動(dòng)和集中傳動(dòng)，橋式起重機(jī)常用的跨度（10.5-32M）范圍均可用分別傳動(dòng)的方案本設(shè)計(jì)采用分別傳動(dòng)的方案。起重機(jī)采用分別傳動(dòng)的方案如圖2-1; 大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)圖（2-1） 1—電動(dòng)機(jī)2—制動(dòng)器3—高速浮動(dòng)軸4—減速器5—聯(lián)軸器 6低速浮動(dòng)軸7—車(chē)輪 2.6大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體布置的主要問(wèn)題 這三著是互相聯(lián)系的。在具體布置大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的零部件時(shí)應(yīng)該注意以幾點(diǎn)： （1）如果單從保持機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能和補(bǔ)償安裝的不準(zhǔn)確性著眼，凡是靠近電動(dòng)機(jī)、減速器和車(chē)輪的軸，最好都用浮動(dòng)軸。 （2）制動(dòng)器要安裝在靠近電動(dòng)機(jī)，使浮動(dòng)軸可以在運(yùn)行機(jī)構(gòu)制動(dòng)時(shí)發(fā)揮吸收沖擊動(dòng)能的作用。 （3）對(duì)于分別傳動(dòng)的大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該參考現(xiàn)有的資料，在浮動(dòng)軸有足夠的長(zhǎng)度的條件下，使安裝運(yùn)行機(jī)構(gòu)的平臺(tái)減小，占用橋架的一個(gè)節(jié)間到兩個(gè)節(jié)間的長(zhǎng)度，總之考慮到橋架的設(shè)計(jì)和制造方便。 （4）為了減少主梁的扭轉(zhuǎn)載荷，應(yīng)該使機(jī)構(gòu)零件盡量靠近主梁而遠(yuǎn)離走臺(tái)欄桿；盡量靠近端梁，使端梁能直接支撐一部分零部件的重量。 3大車(chē)行走部傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.1大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)：采用分別傳動(dòng)的方案 方案：采用4車(chē)輪、對(duì)面布置、分別驅(qū)動(dòng)。 部件：電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、車(chē)輪、軌道。 橋架自重G=0.45Q+0.82L=21.7t=217kN，小車(chē)自重q=0.4Q=12t=120kN 3.1輪壓計(jì)算 按照?qǐng)D2.1所示的重量分布,計(jì)算大車(chē)車(chē)輪的最大輪壓和最小輪壓，小車(chē)運(yùn)行極限位置距軌道中心線(xiàn)距離l=2m。 滿(mǎn)載最大輪壓：=159.05kN 空載最大輪壓：=72.25kN 空載最小輪壓：=36.25kN 式中：—起重機(jī)自重； q—小車(chē)自重； —起升載荷； —橋架跨度； 3.2車(chē)輪選擇 使用雙輪緣車(chē)輪，輪緣高為25mm—30mm。選擇的工作級(jí)別M4，=0.72，大車(chē)運(yùn)行速度3m/s， 初選車(chē)輪踏面直徑，車(chē)輪材料，軌道及其材料。 起重機(jī)鋼軌（YB/T5055-1993） 1、尺寸、外形、重量 （1）尺寸 1）鋼軌的截面形狀、部位名稱(chēng)如圖1所示，其截面尺寸應(yīng)符合表1的規(guī)定。 圖1 表1 型號(hào) - b1 b2 - h h1 h2 R R1 R2 r r1 r2 QU70 70 76.5 120 28 120 32.5 24 400 23 38 6 6 1.5 QU80 80 87 130 32 130 35 26 400 26 44 8 6 1.5 QU100 100 108 150 38 150 40 30 450 30 50 8 8 2 QU120 120 129 170 44 170 45 35 500 34 56 8 8 2 2）鋼軌截面尺寸允許偏差應(yīng)符合表2的規(guī)定。 表2 型號(hào) 軌頭寬度b 軌底寬度b2 軌腰厚度s 鋼軌高度h QU70QU80QU100QU120 +1.0-2.0 +1.0-2.0 ±1.0 ±1.0 3）鋼軌截面面積、理論重量及截面參數(shù)值應(yīng)符合表3的規(guī)定。 表3 型號(hào) 截面積cm2 理論重量kg/m 參考數(shù)值 重心距離/cm 慣性矩/cm4 截面系數(shù)/cm3 y1 y2 Ix Iy w1=Ix/y1 w2=Ix/y2 w3=Iy/（b2/2） QU70 67.30 52.80 5.93 6.07 1081.99 327.16 182.46 178.12 54.53 QU80 81.13 63.69 6.43 6.57 1547.40 482.39 240.56 235.52 74.21 QU100 113.32 88.96 7.60 7.40 2864.73 940.98 376.94 387.12 125.45 QU120 150.44 118.10 8.43 8.57 4923.79 1694.83 584.08 574.54 199.39 根據(jù)表查得：車(chē)輪直徑700mm，軌道型號(hào)QU70，許用輪壓30.7t，車(chē)輪材料ZG310-570、HB320。軸承型號(hào)為7524 車(chē)輪踏面疲勞驗(yàn)算：按照點(diǎn)接觸驗(yàn)算 疲勞計(jì)算載荷：118.116kN 535.4kN 式中。與材料有關(guān)的許用點(diǎn)接觸應(yīng)力常數(shù)（N/mm2）；根據(jù)表3-8-6選取，K2=0.1； R—曲率半徑，取車(chē)輪曲率半徑與軌面曲率半徑中之大值（mm），R=700mm； m—有軌道頂面與車(chē)輪的曲率半徑之比（r/R）所確定的系數(shù)，根據(jù)表3-8-9選取，m=0.468。 轉(zhuǎn)速系數(shù)，根據(jù)表3-8-7選取，C1=1； 工作級(jí)別系數(shù)，根據(jù)表3-8-8選取，C2=1.12。 故車(chē)輪的踏面的疲勞強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 3.3阻力計(jì)算 只考慮摩擦阻力。 （300+217+120）*0.08=4969N 式中G—橋架自重載荷； Q—起升載荷； q—小車(chē)自重載荷； —摩擦阻力系數(shù)，初步計(jì)算時(shí)按表1選取，=0.08。 表1 車(chē)輪直徑mm 500 600 700 800 900 滾動(dòng)摩擦系數(shù) 0.06 0.08 0.08 0.10 0.12 3.4電機(jī)的計(jì)算與選擇 3.4.1靜功率計(jì)算 M靜=W靜（kg·m）…………………………（4） 電動(dòng)機(jī)軸到車(chē)輪中間的傳動(dòng)比 i—電動(dòng)機(jī)軸到車(chē)輪中間的傳動(dòng)比 η—機(jī)構(gòu)效率 取η=0.9 N靜=（kw）…………………………… …（5） n電—預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)數(shù) 或N靜=（kw）……………………………（6） V—起重機(jī)移動(dòng)速度（m/min） 空載時(shí)的W摩及M靜對(duì)室內(nèi)工作的起重機(jī)取滿(mǎn)載時(shí)的倍 根據(jù)N靜的計(jì)算值，取其2倍左右，初步選擇電動(dòng)機(jī)功率。 靜功率：=6.37kW m—驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)總數(shù)，m=2； v—初選運(yùn)行速度，3m/s； —運(yùn)行機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的總機(jī)械效率，=0.9 Fj—起重機(jī)（小車(chē)）只考慮摩擦阻力運(yùn)行時(shí)的靜阻力，F(xiàn)j==3822N 初選：=12.74kW 室內(nèi)工作及裝卸橋小車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)的，取1.2~2.6（對(duì)應(yīng)速度30~180m/min） 采用YZR系列電機(jī)。JC%=40%。 選取機(jī)座號(hào)為180L-6電機(jī)，額定功15kW，額定轉(zhuǎn)速n=970r/min，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)2.0 3.4.2電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力校驗(yàn) 式中：m—電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù)，m=2； —平均啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩標(biāo)準(zhǔn)值，=1.7； Fj—只考慮摩擦阻力運(yùn)行時(shí)的靜阻力，F(xiàn)j==3822N V—運(yùn)行速度，m/s —機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率； n—電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速r/min —機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)慣量： 電動(dòng)機(jī)初選啟動(dòng)時(shí)間，可根據(jù)運(yùn)行速度確定，=8s； 式中k：考慮其他傳動(dòng)件飛輪矩影響的系數(shù)，折算到電動(dòng)機(jī)軸上可取1.1~1.2； J1：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量kg.m2; J2:電動(dòng)機(jī)軸上制動(dòng)輪和聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；0.05kgm2 3.4.3電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校驗(yàn) 對(duì)于運(yùn)行機(jī)構(gòu)繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱驗(yàn)算，按穩(wěn)態(tài)平均功率校核，即 式中。G—穩(wěn)態(tài)負(fù)載平均系數(shù)，見(jiàn)]表8-15.取G=0.95。 故初選電動(dòng)機(jī)發(fā)熱條件滿(mǎn)足要求 3.5減速器的選擇 3.5.1初選減速器 減速機(jī)傳動(dòng)比i==………………………（7） V預(yù)—預(yù)定的起重機(jī)額定速度m/min n電n車(chē)輪—電動(dòng)機(jī)、車(chē)輪的轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)/分 D—車(chē)輪的直徑m 根據(jù)算得的傳動(dòng)比，再取定實(shí)際的傳動(dòng)比i實(shí) 實(shí)際移動(dòng)速度V實(shí)=（m/min）…………………（8） 傳動(dòng)比：=11.85 式中。電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，970r/min D—車(chē)輪踏面直徑，700mm V—初選運(yùn)行速度，3m/s； 減速器輸入功率按起動(dòng)工況計(jì)算。 =3.08kW =6.162kN=6162N 式中。m—運(yùn)行機(jī)構(gòu)減速器的個(gè)數(shù)，m=2； V—運(yùn)行速度，0.5m/s； 運(yùn)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率；0.9 只考慮摩擦阻力運(yùn)行時(shí)的靜阻力，4930N； 運(yùn)行起動(dòng)時(shí)的慣性力。 ，考慮機(jī)構(gòu)中旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力增大系數(shù)。 t—機(jī)構(gòu)初選啟動(dòng)時(shí)間，大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般去8~10。 根據(jù)計(jì)算輸入功率，可從標(biāo)準(zhǔn)減速器的承載能力表中選擇適用的減速器。選用兩臺(tái)QJS-280-80-I-P-L減速器i=80；[N]=9.1kW，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速為1000r/min，輸入軸直徑55mm、長(zhǎng)為80mm，輸出軸直徑65mm、長(zhǎng)為130mm，減速器總長(zhǎng)為1024mm，寬450mm，高為584mm，許用功率為9.1kW，其自重為350kg。 3.5.2驗(yàn)算運(yùn)行速度和實(shí)際所需功率 實(shí)際運(yùn)行的速度：= 誤差：合適 實(shí)際所需的電動(dòng)機(jī)功率： 合適 3.6驗(yàn)算啟動(dòng)不打滑條件 由于起重機(jī)在室內(nèi)使用，故坡度阻力及風(fēng)阻力均不予考慮。以下三種工況進(jìn)行驗(yàn)算。 3.6.1二臺(tái)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)間時(shí)啟動(dòng) 式中： N—主動(dòng)輪輪壓 從動(dòng)輪輪壓和 f=0.2室內(nèi)工作的粘著系數(shù) n=1.05～1.2—防止打滑的安全系數(shù) =3.14 因，故兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)空載啟動(dòng)不會(huì)打滑。 3.6.2事故狀態(tài) 當(dāng)只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置工作，而五載小車(chē)位于工作著的驅(qū)動(dòng)裝置這一邊時(shí)，則： 式中---非主動(dòng)輪輪壓之和 工作的主動(dòng)輪輪壓； 一臺(tái)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的空載啟動(dòng)時(shí)間 因，故不打滑。 事故狀態(tài)。當(dāng)只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置工作，而無(wú)載小車(chē)遠(yuǎn)離工作著的驅(qū)動(dòng)裝置這一邊時(shí)，則： 與第2種工況相同 故不打滑。 3.7選擇制動(dòng)器 由《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中所述,取制動(dòng)時(shí)間 按空載計(jì)算制動(dòng)力矩，即Q=0代入 式中： ---坡度阻力 m=2---制動(dòng)器臺(tái)數(shù)，兩套驅(qū)動(dòng)裝置工作 現(xiàn)選用兩臺(tái)YWZ電力液壓塊式制動(dòng)器，得其額定制動(dòng)力矩N為避免打滑，使用時(shí)需將制動(dòng)力矩調(diào)至28以下，考慮到所取的制動(dòng)時(shí)間，在驗(yàn)算啟動(dòng)不打滑條件時(shí)已知是足夠安全的，故制動(dòng)不答話(huà)驗(yàn)算從略。 4 大車(chē)行走部聯(lián)軸器選型和軸的計(jì)算校核 4.1 制動(dòng)器至減速器段聯(lián)軸器選型 查得電動(dòng)機(jī)兩端伸出軸各為圓柱形，。由表37查ZSC-600減速器高速軸端為圓柱形。故此附表41選GICL鼓形齒式聯(lián)軸器，主動(dòng)端A型鍵槽；從動(dòng)端A型鍵槽。標(biāo)記為GICL1聯(lián)軸器 J19013-89 其公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩，。 4.2 制動(dòng)器至減速器段軸計(jì)算 P=9.1kW，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速為1000r/min， 式中 ——電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩； ——聯(lián)軸器的安全系數(shù)，運(yùn)行機(jī)構(gòu)； ——機(jī)構(gòu)剛性動(dòng)載系數(shù)，，取。 （1）扭矩計(jì)算 由扭矩計(jì)算基本載荷 式中 ——?jiǎng)虞d系數(shù), ； ——起升載荷動(dòng)載系數(shù)，（物品起升或下降制動(dòng)的動(dòng)載效應(yīng)）， 由前節(jié)已選定軸徑，因此扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： 軸材料用45號(hào)鋼,，， 彎曲： 扭轉(zhuǎn): , 軸受脈動(dòng)循環(huán)的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： ——考慮零件幾何形狀和零件表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)； ——與零件幾何形狀有關(guān),對(duì)于零件表面有急劇過(guò)渡和開(kāi)有鍵槽及緊配合區(qū)段, ； ——與零件表面加工光潔度有關(guān)，對(duì)于5，=；對(duì)于10，=；此處 ——考慮材料對(duì)應(yīng)力不對(duì)稱(chēng)的敏感系數(shù)，對(duì)碳鋼，低合金鋼=0.2 ——安全系數(shù)，查表2-21得=1.25。 因此 故 通過(guò) （2）強(qiáng)度驗(yàn)算 軸所受最大轉(zhuǎn)距： 最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： 式中 ——安全系數(shù)， =1.5 故通過(guò) 浮動(dòng)軸的構(gòu)造如圖所示，中間軸徑，取 4.3 減速器至大車(chē)輪一段聯(lián)軸器選型 查得，電動(dòng)機(jī)，軸端為圓柱形，，； 在考減速器端，由附表43選用兩個(gè)半齒聯(lián)軸器（靠減速器端為圓錐形，浮動(dòng)軸端直徑）；其，，；重量 與原估計(jì)基本相符，故有關(guān)計(jì)算則不需要重復(fù) 4.4減速器至大車(chē)輪一段軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 選擇的減速器傳動(dòng)比i=11.85 減速器的機(jī)械效率取96% 1）疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算： 低速浮動(dòng)軸的等效扭矩： 式中 ——等效系數(shù)，由表2-6查得 由上節(jié)已選定浮動(dòng)軸端直徑，故其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為： 由于浮動(dòng)軸載荷變化為對(duì)稱(chēng)循環(huán)（因?yàn)楦?dòng)軸在運(yùn)行過(guò)程中正反轉(zhuǎn)之扭矩相同），所以許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為 式中 材料用45號(hào)鋼，取，。所以， ——考慮零件幾何形狀，表面狀況的應(yīng)力集中系數(shù)。由第二章第五節(jié)及[2]第四章查得：； ——安全系數(shù)（由表2-18查得） 故疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算通過(guò) 2）靜強(qiáng)度驗(yàn)算： 計(jì)算靜強(qiáng)度扭矩： 式中 ——?jiǎng)恿ο禂?shù)，查表2-5得扭轉(zhuǎn)應(yīng)力： 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 ，故靜強(qiáng)度驗(yàn)算通過(guò) 高速軸所受扭矩雖比低速軸小（二者相差倍），但強(qiáng)度還是足夠的。 5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1 主梁的設(shè)計(jì)計(jì)算 1）主梁材料的選擇：選用Q235，其力學(xué)性能好。 2）橋式起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)形式及截面尺寸的確定：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用后，驗(yàn)算是否符合要求。本設(shè)計(jì)選用箱形結(jié)構(gòu)主梁，其組成由上下蓋板及左右腹板焊接而成，斷面為封閉的箱形，小車(chē)軌道安裝在上蓋板上。本設(shè)計(jì)選用了軌道安裝在主梁的正中形式。為了防止上蓋板變形，在箱形主梁內(nèi)部，每隔一定間隔加焊了“長(zhǎng)加勁板”和“短加勁板”。門(mén)架的剛度由兩主梁保證，兩主梁外側(cè)，一側(cè)走臺(tái)上安放大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)，另一側(cè)安放電氣設(shè)備，走臺(tái)增加了門(mén)架的整體剛度，便于起重機(jī)的維修，但也增大了門(mén)架的自重和對(duì)主梁的附加扭矩。在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減少走臺(tái)的寬度。從主梁受力來(lái)考慮，主梁縱向外形以?huà)佄锞€(xiàn)為優(yōu)，但制造費(fèi)時(shí)，故一般將兩端做成斜線(xiàn)段式。 1．主梁危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度驗(yàn)算 1）正應(yīng)力的驗(yàn)算 根據(jù)公式計(jì)算的垂直彎矩同時(shí)作用在主梁上，并考慮約束彎曲和約束扭轉(zhuǎn)的影響，主梁再面上的正應(yīng)力可按下式疊加： 主梁跨中： 主梁支承載面： 式中、——主梁跨中的最大垂直彎矩和水平彎矩； 、——主梁支承載面的最大垂直彎矩和水平彎矩； 、——主梁跨中和支承載面對(duì)軸的載面摸數(shù)； ——主梁對(duì)軸的載面摸數(shù)。 強(qiáng)度許用應(yīng)力為： 1）確定應(yīng)力循環(huán)特性 鋼的強(qiáng)度許用應(yīng)力為： 式中為載荷組合的安全系數(shù)。 2）剪應(yīng)力的驗(yàn)算 箱形載面主梁支承載面處的剪力在腹板上引起的剪應(yīng)力按下式計(jì)算： 式中——主梁載面的一部分對(duì)中性軸的靜矩； ——主梁載面對(duì)軸的慣性矩； 、——主梁的主、副腹板的厚度。 在水平載荷作用下，蓋板上的剪應(yīng)力： 式中——支承處的水平剪力； ——主梁載面的一部分對(duì)軸的靜矩； ——主梁載面對(duì)軸的慣性矩； ——上、下蓋板厚度。 主梁受扭的影響。則按純扭轉(zhuǎn)計(jì)算，計(jì)算式為： 主腹板上= 副腹板上= 蓋板上= 式中——作用與主梁支承載面的扭矩； ——主梁封閉載面的輪廓面積，。 在主梁載面上，各種載荷在同一點(diǎn)引起的剪應(yīng)力予疊加。 2、支腿危險(xiǎn)載面的強(qiáng)度驗(yàn)算 對(duì)于單主梁箱形結(jié)構(gòu)門(mén)架的支腿應(yīng)分別選取幾個(gè)載面進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 強(qiáng)度驗(yàn)算式為： 式中——門(mén)架平面，支腿驗(yàn)算載面的最大彎矩； ——支腿平面，支腿驗(yàn)算載面的最大彎矩； ——支腿平面，支腿驗(yàn)算載面的軸向力； 、——驗(yàn)算載面對(duì)軸和軸的載面模數(shù)； ——驗(yàn)算載面的面積。 根據(jù)靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度條件計(jì)算截面需要的面積： 由計(jì)算結(jié)構(gòu)知，桿件應(yīng)根據(jù)疲勞強(qiáng)度條件確定截面積。桿件需要的最小截面積為20732.55。 3、下橫梁的強(qiáng)度驗(yàn)算 將各種載荷作用在門(mén)架上引起的下橫梁的彎矩疊加，然后按下式驗(yàn)算其強(qiáng)度，即彎曲應(yīng)力： 式中——作用在下橫梁載面的總彎矩； ——驗(yàn)算載面對(duì)軸的載面模數(shù)。 近年來(lái)，橋式起重機(jī)有采用寬翼緣箱形梁，這時(shí)薄壁箱形梁受彎曲時(shí)，在剪應(yīng)力作用下，翼緣板和腹板產(chǎn)生了翹曲，梁的截面不在保持平面，而有翹曲（圖b中虛線(xiàn)所示）。由于這種翹曲受到了約束，因而破壞了正應(yīng)力按平面分布的規(guī)律，這時(shí)正應(yīng)力沿梁寬的分布不再是一個(gè)常數(shù)，沿著梁高的分布也不再符合線(xiàn)性分布規(guī)律（圖），其中虛線(xiàn)表示自由彎曲應(yīng)力。 根據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在薄壁箱型梁的角點(diǎn)上，最大約束彎曲正應(yīng)力可近似取為： 式中——自由彎曲正應(yīng)力； ——考慮約束彎曲而使應(yīng)力增大的系數(shù)； B——翼緣板寬度。 初選箱形截面腹板厚度 8.82 剛度是控制條件。 3）主梁載荷的組合情況：由于起重機(jī)主梁受力情況復(fù)雜，在分析計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)合理處理。 4）主梁強(qiáng)度以及剛度的計(jì)算：主梁中間截面的最大彎曲應(yīng)力： 式中：—主梁中間截面對(duì)水平重心軸線(xiàn)x-x的抗彎截面模數(shù)，其近似值： —主梁中間截面對(duì)垂直重心軸線(xiàn)y-y的抗彎截面模數(shù)，其近似值： cm3 因此可得： 由資料查得16Mn鋼的許用應(yīng)力為，故 主梁支承截面的最大剪應(yīng)力： 式中：—主梁支承截面所受的最大剪力。 KN —主梁支承截面對(duì)水平重心軸線(xiàn)x-x的慣性矩，其近似值為： cm4 S—主梁水平截面半面積對(duì)水平重心軸線(xiàn)x-x的靜矩。 cm3 因此可得： 因故知強(qiáng)度足夠。 主梁的垂直剛度計(jì)算: 主梁在滿(mǎn)載小車(chē)輪壓的作用下，在跨中所產(chǎn)生的最大垂直撓度為： cm 式中： 允許的撓度值為: cm 因此，——材料的彈性模量，GP。 主梁的水平剛度計(jì)算: 主梁在大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)起、制動(dòng)慣性載荷作用下，產(chǎn)生的水平最大撓度為： cm 式中：KN；KN/m； cm4 水平撓度的許用值。 cm 因此,由上計(jì)算可知，主梁的垂直和水平剛度均滿(mǎn)足要求。 當(dāng)起重機(jī)工作無(wú)特殊要求時(shí)，可以不必進(jìn)行主梁的動(dòng)剛度驗(yàn)算。 5）端梁的計(jì)算：端梁采用壓制成型，再焊接成箱形結(jié)構(gòu)，有焊縫和加工工時(shí)少，端梁變形小，重量輕，外形美觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)。選用后進(jìn)行強(qiáng)度較核。 6）主梁與端梁的連接形式的選擇：采用加連接扳用焊接的形式連接，門(mén)架的運(yùn)輸分割位置在端梁的中間區(qū)段，接頭處的下蓋板用連接板螺栓聯(lián)接，側(cè)面與頂面用角鋼法蘭聯(lián)接。有制造簡(jiǎn)單、裝拆方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。 7）司機(jī)室的選用：司機(jī)室的構(gòu)造與安裝位置，應(yīng)保證司機(jī)有良好的視野，司機(jī)室一般與門(mén)架固定，并應(yīng)安裝在無(wú)滑線(xiàn)一側(cè)。司機(jī)室的結(jié)構(gòu)有敞開(kāi)式和封閉式兩種，若無(wú)特殊要求，室溫在10～40攝氏度的廠(chǎng)房?jī)?nèi)工作的一般制成敞開(kāi)式，在多灰塵和有害氣體的場(chǎng)合，露天及高溫車(chē)間工作的司機(jī)室，一般制成封閉式。司機(jī)室的內(nèi)部尺寸一般以滿(mǎn)足視線(xiàn)要求為條件，寬度不宜過(guò)大，一般取1.3m～1.6m，長(zhǎng)度不小于2m，高度不低于1.9m，司機(jī)室內(nèi)部具體尺寸根據(jù)電器設(shè)備和工作要求確定. 司機(jī)室的骨架應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般有軋制的型鋼和沖壓的薄板焊成。地板應(yīng)用厚20mm的木板制成，地板離骨架100mm，人形過(guò)道處鋪以4～5mm厚的橡膠板，地板和墻壁內(nèi)用留有電纜線(xiàn)槽，玻璃窗的玻璃厚度應(yīng)不小于5mm玻璃窗的尺寸和位置應(yīng)保證司機(jī)坐著能看見(jiàn)起重機(jī)的取物裝置在任何位置的工作情況，根據(jù)需要可設(shè)置上視窗和下視窗。 當(dāng)起重機(jī)小車(chē)的輪壓直接作用在梁的腹板上時(shí)（圖），腹板邊緣產(chǎn)生的局部壓應(yīng)力為：= 式中——局部壓應(yīng)力； P———集中載荷（N）； ——板厚（mm）； ——集中載荷分布長(zhǎng)度，可按下式計(jì)算： 式中——集中載荷作用長(zhǎng)度，對(duì)車(chē)輪??； —-自構(gòu)件頂面（無(wú)軌時(shí)）或軌頂（有軌時(shí)）至板計(jì)算高度上邊緣的距離（mm）. 2）當(dāng)起重機(jī)小車(chē)的輪壓直接作用在梁的上蓋板時(shí)，局部彎曲應(yīng)力為：普通正軌或半偏軌道布置在兩腹板中間的上蓋板上，由輪壓作用而使上蓋板產(chǎn)生局部彎曲，此時(shí)上蓋板應(yīng)按被兩腹板和相鄰兩筋板分隔成的矩形板計(jì)算，如圖所示。 箱型梁上蓋板是超靜定薄板。它支承在梁的腹板和橫向加筋板上。這種薄板的計(jì)算簡(jiǎn)圖較復(fù)雜，再加上在小車(chē)輪壓作用下，起重機(jī)箱型梁的蓋板連同軌道一起承受局部彎曲，使其計(jì)算簡(jiǎn)圖更加復(fù)雜。 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，特作如下假設(shè)： （1）把上蓋板看作為是腹板和橫向加筋板約束的自由支承的薄板； （2）軌道視為一根中部受集中載荷的梁； （3）根據(jù)薄板受集中載荷作用來(lái)計(jì)算蓋板撓度； （4）計(jì)算應(yīng)力時(shí)，假設(shè)軌道和蓋板間僅在邊長(zhǎng)為a和b矩形面積上接觸。此時(shí)，(cm),為軌道寬度，為軌道高度。 對(duì)于正軌和半偏軌箱型梁，由于集中載荷的作用點(diǎn)在板的中心或偏一距離，故應(yīng)采用板殼理論計(jì)算。根據(jù)板殼理論，作用在受載面積中心（圖）彎距： 式中 在此處I---------軌道的慣性矩； ——上蓋板的厚度； —系數(shù)，取決于之間值，見(jiàn)表。 表系數(shù) 1.0 1.1 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 0.127 0.138 0.148 0.162 0.171 0.177 0.180 ——軌道中心線(xiàn)至腹板的距離，正軌時(shí)，； ； v________波桑比； ，——系數(shù)，其值取決于和的值（參見(jiàn)表）； 上蓋板上的折算應(yīng)力按下式求得： = 式中——由垂直彎矩引起的正應(yīng)力，，，應(yīng)帶各自的正負(fù)號(hào)代入。 表對(duì)于矩形板的因子和的值 0.10 0.20 0.3. 0.40 0.50 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.5 2.792 2.352 1.945 1.686 1.599 0.557 --0.179 -0.647 -0.852 -0.906 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 3.0 2.861 2.904 2.933 2.952 2.966 2.982 2.900 2.955 2.977 2.999 3.000 3.000 2.545 2.677 2.768 2.932 2879 2.936 2.966 2.982 2.900 2.955 3.000 3.000 2.227 2.433 2.584 2.694 2.766 2.880 2.936 2.966 2.982 2.900 3.000 3.000 2.011 2.259 2.448 2.591 2.698 2.836 2.912 2.953 2.975 2.987 2.999 3.000 1.936 2.198 2.399 2.533 2.669 2.820 2.903 2.948 2.972 2.985 2.999 3.000 0.677 0.758 0.814 0.856 0.887 0.931 0.958 0.975 0.985 0.991 0.999 1.000 0.053 0.240 0.391 0.456 0.611 0.756 0.849 0.908 0.945 0.968 0.998 1.000 -0.439 -0.229 -0.031 0.148 0.304 0.551 0.719 0.828 0.897 0.939 0.996 1.000 -0.701 -0.514 -0.310 -0.108 -0.080 0.393 0.616 0.764 0.858 0.915 0.995 1.000 -0.779 -0.605 -0.4.04 -0.198 0.000 0.335 0.578 0.740 0.834 0.906 0.994 1.000 5.2端梁的計(jì)算 5.2.1端梁總體的尺寸 大車(chē)輪距的確定：K=（～）L=（～）×16.5=2.06～3.3m 取K=3300㎜ 端梁的高度H0=（0.4～0.6）H主取H0=500㎜ 確定端梁的總長(zhǎng)度L=4100㎜ 5.2.2 計(jì)算載荷的確定 設(shè)兩根主梁對(duì)端梁的作用力Q(G+P)max相等，則端梁的最大支反力： RA=（26） 式中K—大車(chē)輪距，K=330cm Lxc—小車(chē)輪距，Lxc=200cm a2—傳動(dòng)側(cè)車(chē)輪軸線(xiàn)至主梁中心線(xiàn)的距離，取a2=70cm =114237N 因此RA==117699N （2）端梁垂直最大彎矩 端梁在主梁支反力作用下產(chǎn)生的最大彎矩為： Mzmax=RAa1=117699×60=7.06×106N a1—導(dǎo)電側(cè)車(chē)輪軸線(xiàn)至主梁中心線(xiàn)的距離，a1=60cm。 （3）端梁的水平最大彎矩 端梁因車(chē)輪在側(cè)向載荷下產(chǎn)生的最大水平彎矩： =Sa1（27） 式中：S—車(chē)輪側(cè)向載荷，S=lP； l—側(cè)壓系數(shù)，由圖2-3查得，l=0.08； P—車(chē)輪輪壓，即端梁的支反力P=RA 因此： =lRAa1 =0.08×117699×60=564954N·cm 端梁因小車(chē)在起動(dòng)、制動(dòng)慣性載荷作用下而產(chǎn)生的最大水平彎矩： =a1（28） 式中—小車(chē)的慣性載荷：=P1=37000/7=5290N 因此： ==327018N·cm 比較和兩值可知，應(yīng)該取其中較大值進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。 (4)端梁的強(qiáng)度驗(yàn)算 端梁中間截面對(duì)水平重心線(xiàn)X-X的截面模數(shù)： （29） ==2380.8 端梁中間截面對(duì)水平重心線(xiàn)X-X的慣性矩： （30） =2380.8=59520 端梁中間截面對(duì)垂直重心線(xiàn)Y-Y的截面模數(shù)： （31） =1154.4 端梁中間截面對(duì)水平重心線(xiàn)X-X的半面積矩： （32） ==1325.6 端梁中間截面的最大彎曲應(yīng)力： （33） ==2965+489=3454N/cm2 端梁中間截面的剪應(yīng)力： （34） ==2120N/cm2 端梁支承截面對(duì)水平重心線(xiàn)X-X的慣性矩、截面模數(shù)及面積矩的計(jì)算如下： 首先求水平重心線(xiàn)的位置 水平重心線(xiàn)距上蓋板中線(xiàn)的距離： C1==5.74cm 水平重心線(xiàn)距腹板中線(xiàn)的距離： C2=5.74-0.5-0.5×12.7 =-1.11cm 水平重心線(xiàn)距下蓋板中線(xiàn)的距離： C3=（12.7+0.5+0.6）-5.74 =8.06cm 端梁支承截面對(duì)水平重心線(xiàn)X-X的慣性矩： =×40×13+40×1×5.742+2××12.73×0.6+2×12.7×0.6×1.112+2×11×1.23+2×11×1.2×8.062=3297cm4 端梁支承截面對(duì)水平重心線(xiàn)X-X的最小截面模數(shù)： =×（35） =3297× =406.1cm3 端梁支承截面水平重心線(xiàn)X-X下部半面積矩： =2×11×1.2×8.06+（8.06-0.6）×0.6×（8.06-0.6）/2 =229.5cm3 端梁支承截面附近的彎矩： =RAd=117699×14=1647786N·cm 端梁支承截面的彎曲應(yīng)力： （36） =4057.6N/cm2 端梁支承截面的剪應(yīng)力： （37） =6827.4N/cm2 端梁支承截面的合成應(yīng)力： （38） =12501.5N/cm2 端梁材料的許用應(yīng)力： [sd]II=(0.80～0.85)[s]II =(0.80～0.85)16000=12800～13600N/cm2 [td]II=(0.80～0.85)[t]II =(0.80～0.85)9500=7600～8070N/cm2 驗(yàn)算強(qiáng)度結(jié)果，所有計(jì)算應(yīng)力均小于材料的許用應(yīng)力，故端梁的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 6 起重機(jī)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 6.1 模塊化和組合化 用模塊化設(shè)計(jì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機(jī)設(shè)計(jì)方法，將起重機(jī)上功能基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標(biāo)準(zhǔn)模塊，通過(guò)不同模塊的相互組合，形成不同類(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?？墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機(jī)改換成具有相當(dāng)批量的模塊生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)高效率的專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)，企業(yè)的生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。達(dá)到改善整機(jī)性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品，充分滿(mǎn)足用戶(hù)需求。 目前，德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、美國(guó)和日本的著名起重機(jī)公司都已采用起重機(jī)模塊化設(shè)計(jì)，并取得了顯著的效益。德國(guó)德馬格公司的標(biāo)準(zhǔn)起重機(jī)系列改用模塊化設(shè)計(jì)后，比單件設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)費(fèi)用下降12%，生產(chǎn)成本下降45%，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀(guān)。德國(guó)德馬格公司還開(kāi)發(fā)了一種KBK柔性組合式懸掛起重機(jī)，起重機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)由冷軋型軌組合而成，起重機(jī)運(yùn)行線(xiàn)路可沿生產(chǎn)工藝流程任意布置，可有叉道、轉(zhuǎn)彎、過(guò)跨、變軌距。所有部件都可實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)，再根據(jù)用戶(hù)的不同需求和具體物料搬運(yùn)路線(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)將各種部件組合搭配即成。這種起重機(jī)組合性非常好，操作方便，能充分利用空間，運(yùn)行成本低。有手動(dòng)、自動(dòng)多種形式，還能組成懸掛系統(tǒng)、單梁懸掛起重機(jī)、雙梁懸掛起重機(jī)、懸臂起重機(jī)、輕型門(mén)式起重機(jī)及手動(dòng)堆垛起重機(jī)，甚至能組成大型自動(dòng)化物料搬運(yùn)系統(tǒng)。 6.2輕型化和多樣化 有相當(dāng)批量的起重機(jī)是在通用的場(chǎng)合使用，工作并不很繁重。這類(lèi)起重機(jī)批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機(jī)盡量降低外形高度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可使整個(gè)建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價(jià)。因此電動(dòng)葫蘆橋式起重機(jī)和梁式起重機(jī)會(huì)有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位的一般用途橋式起重機(jī)。德國(guó)德馬格公司經(jīng)過(guò)幾十年的開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新，已形成了一個(gè)輕型組合式的標(biāo)準(zhǔn)起重機(jī)系列。起重量為1-63噸，工作級(jí)別為A1-A7，整個(gè)系列由工字形和箱型單梁、懸掛箱形單梁、角形小車(chē)箱形單梁和箱形雙梁等多個(gè)品種組成。主梁與端梁相接以及起重小車(chē)的布置有多種型式，可適合不同建筑物及不同起吊高度的要求。根據(jù)用戶(hù)需要每種規(guī)格起重機(jī)都有三種單速及三種雙速供任意選擇，還可以選用變頻調(diào)速。操縱方式有地面手電門(mén)自行移動(dòng)、手電門(mén)隨小車(chē)移動(dòng)、手電門(mén)固定、無(wú)線(xiàn)遙控、司機(jī)室固定、司機(jī)室隨小車(chē)移動(dòng)、司機(jī)室自行移動(dòng)等七種選擇。大車(chē)及小車(chē)的供電有電纜小車(chē)導(dǎo)電、DVS系統(tǒng)兩種方式。如此多的選擇項(xiàng)，通過(guò)不同的組合，可搭配成百上千種起重機(jī)，充分滿(mǎn)足用戶(hù)不同的需求。這種起重機(jī)的另一最大優(yōu)點(diǎn)是輕型化，自重輕、輪壓輕、外形尺寸高度小，可大大降低廠(chǎng)房建筑物的建造成本，同時(shí)也可減小起重機(jī)的運(yùn)行功率和運(yùn)行成本。與通用產(chǎn)品相比較，起重量為10t，跨度22.5m，通用雙梁橋式起重機(jī)自重是24t，起重機(jī)軌面以上高度1876mm，起重機(jī)寬度5980mm;德馬格起重機(jī)的自重只有8.7t，重量輕了176%，起重機(jī)軌面以上高度為920mm，降低了104%，起重機(jī)寬度為2980mm，外形尺寸減少了100%。 6.3自動(dòng)化和智能化 起重機(jī)的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動(dòng)與控制的改進(jìn)。將機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動(dòng)和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的自動(dòng)化和智能化。大型高效起重機(jī)的新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要由全數(shù)字化控制驅(qū)動(dòng)裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操縱給定檢測(cè)等設(shè)備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找起吊物重心、近場(chǎng)感應(yīng)防碰撞技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、載波通訊及控制、無(wú)接觸供電及三維條形碼技術(shù)等將廣泛得到應(yīng)用。使起重機(jī)具有更高的柔性，以適合多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機(jī)綜合自動(dòng)化水平。重點(diǎn)開(kāi)發(fā)以微處理