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河北理工大學(xué)輕工學(xué)院
本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表
學(xué)部
學(xué)工部
學(xué)生姓名
井增輝
專業(yè)班級
機械設(shè)計制
造及其自動化
設(shè)計（論文）題目
機床安裝用起重機的設(shè)計
工作進展情況（對照計劃進程表和任務(wù)書）
前11周的任務(wù)按照計劃進程表基本完成，但仍存在個別問題，有些部件校核尚未完成。
未按計劃完成任務(wù)的原因及今后工作計劃
因工作問題耽誤畢業(yè)設(shè)計2周半的時間，今后按照計劃進行設(shè)計并將以前所耽誤的進程
盡量補回
存在的主要問題及解決措施
關(guān)于起重機的傾覆力尚未找到相關(guān)資料進行計算，系統(tǒng)電器控制部分的設(shè)計并未熟悉掌
握，所遇問題需老師幫助解決。
指導(dǎo)教師審查意見
指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日
專業(yè)教授
審查意見
專業(yè)教授簽字： 年 月 日
學(xué)部主任審查意見
學(xué)部主任簽字： 年 月 日
參考文獻
[1]起重運輸機械/陳道南等主編.-北京：機械工業(yè)出版社，
[2]《機械設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組，機械設(shè)計手冊中冊，北京，化學(xué)工業(yè)出版社1987-12-04
[3]起重機械設(shè)計手冊/張質(zhì)文等主編.-北京：中國鐵道出版社，1997 ISBN 7-113-02571-4
[4]起重運輸設(shè)備選用手冊/起重運輸設(shè)備選用手冊編寫組。-北京：機械工業(yè)出版社，1997 ISBN 7-111-01750-1
[5]徐瀕 蔡春源.新編機械設(shè)計師手冊(下冊).北京:機械工業(yè)出版社，1995
[6]孫桓，機構(gòu)原理[[M].北京:人民教育出版社，1982
[7]劉鴻文.高等材料力學(xué)[M].北京:高等教育出版社，1985, 31-76
[8]機械工程手冊：物料搬運設(shè)備卷/機械工程手冊.電機工程手冊編輯委員會編.-2版.-北京：機械工業(yè)出版社，1997 ISBN 7-111-04513-0
[9]機械設(shè)計手冊：第一卷/成大先主編，-4版.-北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002，1，ISBN 7-5025-3519-5
[10]《工程機械構(gòu)造圖冊》.同濟大學(xué)，劉希平，機械工業(yè)出版社.1990
[11]《起重機械》.大連工學(xué)院楊長睽主編.機械工業(yè)出版社.1982
[12]《起重機課程設(shè)計》，北京鋼鐵學(xué)院 陳道南，盛汗中主編.冶金工業(yè)出版社.1982
[13]機械設(shè)計課程設(shè)計/陸玉主編.-4版.-北京：機械工業(yè)出版社.2006，12
[14]簡明大學(xué)物理（上冊）/莫文玲，盛嘉茂主編.-北京：北京大學(xué)出版社，2005.2 十百年7-301-08363-7
[15]工程材料及機械制造基礎(chǔ)：工程材料/相瑜才，孫維連主編.-北京：機械工業(yè)出版社，1997.11 ISBN 7-111-05809-7
[16]機械設(shè)計手冊.單行本.軸承/成大先主編.-北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1 ISBN 7-5025-4955-2
河北理工大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計開題報告
題目：機床安裝用起重機的設(shè)計
河北理工大學(xué)輕工 學(xué)院 工程教育 部
機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè) 04機械 3班
學(xué)生姓名： 井增輝
學(xué) 號： 200413160307
指導(dǎo)教師： 王子文
_2008_ 年3 月28日
一、文獻查閱報告：
[1]起重運輸機械/陳道南等主編.-北京：機械工業(yè)出版社，
[2]《機械設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組，機械設(shè)計手冊中冊，北京，化學(xué)工業(yè)出版社1987-12-04
[3]起重機械設(shè)計手冊/張質(zhì)文等主編.-北京：中國鐵道出版社，1997 ISBN 7-113-02571-4
[4]起重運輸設(shè)備選用手冊/起重運輸設(shè)備選用手冊編寫組。-北京：機械工業(yè)出版社，1997 ISBN 7-111-01750-1
[5]徐瀕 蔡春源.新編機械設(shè)計師手冊(下冊).北京:機械工業(yè)出版社，1995
[6]孫桓，機構(gòu)原理[[M].北京:人民教育出版社，1982
[7]劉鴻文.高等材料力學(xué)[M].北京:高等教育出版社，1985, 31-76
[8]機械工程手冊：物料搬運設(shè)備卷/機械工程手冊.電機工程手冊編輯委員會編.-2版.-北京：機械工業(yè)出版社，1997 ISBN 7-111-04513-0
[9]機械設(shè)計手冊：第一卷/成大先主編，-4版.-北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002，1，ISBN 7-5025-3519-5
[10]《工程機械構(gòu)造圖冊》.同濟大學(xué)，劉希平，機械工業(yè)出版社.1990
[11]《起重機械》.大連工學(xué)院楊長睽主編.機械工業(yè)出版社.1982
[12]《起重機課程設(shè)計》，北京鋼鐵學(xué)院 陳道南，盛汗中主編.冶金工業(yè)出版社.1982
[13]機械設(shè)計課程設(shè)計/陸玉主編.-4版.-北京：機械工業(yè)出版社.2006，12
[14]簡明大學(xué)物理（上冊）/莫文玲，盛嘉茂主編.-北京：北京大學(xué)出版社，2005.2 十百年7-301-08363-7
[15]工程材料及機械制造基礎(chǔ)：工程材料/相瑜才，孫維連主編.-北京：機械工業(yè)出版社，1997.11 ISBN 7-111-05809-7
[16]機械設(shè)計手冊.單行本.軸承/成大先主編.-北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.1 ISBN 7-5025-4955-2
二、開題報告（應(yīng)包括以下內(nèi)容）：
1． 研究目標(biāo)、研究內(nèi)容和需解決的關(guān)鍵問題：
研究目標(biāo)：設(shè)計一個能用于機床安裝裝卸工件的起重機.
研究內(nèi)容：1、研究立柱的固定方式.
2、研究橫梁的轉(zhuǎn)動方式，設(shè)計轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu).
3、研究吊裝件在橫梁上的運動方式，并設(shè)計其機構(gòu).
需解決的問題：材料的選用，橫梁受力的分析，電葫蘆的選取，
2． 擬采取的研究方法、技術(shù)路線；
實地參觀，到相應(yīng)地點搜集資料，結(jié)合有關(guān)參考文獻，理論加實踐研究方法
3． 預(yù)期的研究成果：在規(guī)定的時間內(nèi)完成自定的任務(wù).
4．研究進度安排；
第4 周 查閱圖書館資料，熟悉設(shè)計課題的任務(wù)和要求，對起重機裝置形成直觀的了解，實地考察搜集資料。
第5周 整理查得的資料，對設(shè)計中可能用到的軟件進行熟悉和掌握；查找相關(guān)專業(yè)資料。
第6周 初步擬定起重機整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，并選取最優(yōu)方案。
第7周 初步進行起重系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，功能實現(xiàn)設(shè)計，結(jié)合專業(yè)資料，反復(fù)論證設(shè)計的合理性。
第8-9周 研究吊裝件在橫梁上的運動方式，并設(shè)計其結(jié)構(gòu)。選擇電葫蘆及電機，設(shè)計運行小車并選擇驅(qū)動電機。繪制簡圖。
第10-11周 研究橫梁的轉(zhuǎn)動方式，設(shè)計轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)并選擇驅(qū)動電機。繪制簡圖。
第 12-13周 研究立柱的固定方式，繪制簡圖。
第 14-16周 確定結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)搜集的資料繪制圖紙。整理資料攥寫說明書，提交說明書由老師批閱，進行答辯準(zhǔn)備。
第 17 周 畢業(yè)答辯
指導(dǎo)教師意見：
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
系意見：
系主任簽字：
年 月 日
院意見：
院長簽字：
年 月 日
畢業(yè)隨想
轉(zhuǎn)眼之間，大學(xué)四年的時間在身邊已悄悄溜走。在即將離開大學(xué)的日子里，心中不免掠過一絲絲的感傷。四年的大學(xué)生活讓我少了些幼稚多了些成熟，少了些輕浮多了些穩(wěn)重，少了些沖動多了些冷靜。四年的點點滴滴讓我感到我真的成長了。在這四年里，我用我的熱情和努力為自己的生活增添了許多色彩。每一次的心靈觸動，每一次的要緊牙關(guān)都記錄了我成長的故事。
（一）只因我們是兄弟
炎熱的夏季來臨了，我懵懵懂懂的結(jié)束了在別人眼里看來很艱辛和無奈的高中生活，懷揣著對大學(xué)的無限向往，我的人生開始了新的篇章。
新的學(xué)期快開始了，爸媽堅持著送我來到了我的大學(xué)，剛到學(xué)校門口時，學(xué)校那可憐的門面止住了爸媽的腳步，些許的不滿寫在了二老的臉上，爸媽懷疑起了學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量，打算讓我復(fù)讀一年，但我沒同意，我認為既來之則安之，一個學(xué)校的好壞不能用它的外表來評定。這四年的大學(xué)生活也證實了我當(dāng)初的選擇沒錯，因為我在這里即將圓滿的完成我的學(xué)業(yè)，我在這里收獲了知識，收獲了感情，更重要的是我在這里遇到了一群兄弟，我的親兄熱弟。
學(xué)校分宿舍了，我被分到了419宿舍，這是我棲身4年的房間也是我傾注感情的基地。我和我的七位舍友曾將這個宿舍打造成了專業(yè)人氣最旺的宿舍。我們互諒互解，互幫互助，脾氣相投，有難同當(dāng)，有福同享。我們之中有誰生病住院，其余幾人會無微不至的照料他，讓他感到家的溫暖，我們不需他的感恩圖報，只因我們是兄弟。
記得入學(xué)的第一晚，我們八兄弟很晚才入睡，大家用家鄉(xiāng)話做了自我介紹，話語之間流露出了吉林兄弟的豪爽、保定兄弟的實城、滄州兄弟的憨厚、張家口兄弟的幽默、福建兄弟的老成，邯鄲兄弟給我們的印象有點呆，至今我們還這么認為，可能他是個特例吧。雖然我們來自五湖四海，但我們?yōu)榱送粋€目的聚在了一起，我們一起努力學(xué)習(xí)，一起把盞言歡，我們一起度過了人生中最重要的時光，這段美好的回憶將永遠烙在我們心里。我們現(xiàn)在面臨著畢業(yè)，也就是預(yù)示著我們即將分開，心中多么的不舍，每當(dāng)想到分別的場面眼睛總會濕潤，但我不會讓眼淚掉下，我相信即使我們分開我們的心也是在一起的，我們心心相系，只因我們是兄弟。
我們八人不會讓任何一個人受到傷害，不讓任何一人受欺負，絕對不能，雖然學(xué)校杜絕打架斗毆，但如果我們其中有誰被扁我們就要以牙還牙以眼還眼甚至更厲害。記得有一次六哥在食堂買飯，有一對情侶插隊買飯，一直為人很“低調(diào)”的六哥以學(xué)長的資歷上前教育，可能是覺得人多沒面子的緣故，那小伙子惱羞成怒居然對六哥挑釁，揚言回去找人扁六哥，真是太不象話了，我們也不是吃素的，早已調(diào)集人馬埋伏妥當(dāng)，果然十幾分鐘后那小伙帶了幾個大漢來，那架勢只能用囂張一詞來形容，學(xué)長要拿出學(xué)長的風(fēng)范來，我們對他們好言規(guī)勸，對他們分析打架的厲害關(guān)系，學(xué)弟們畢竟是年輕人，油鹽不進，沖動，罵人，接著大打出手，無奈，重拳反擊，以暴制暴，歡呼吧，暴亂被我們鎮(zhèn)壓了，那時我們想大聲喊出“小樣，我們是兄弟！”
（二）鐵一樣的集體
走出宿舍，走進專業(yè)。我就讀于河北理工大學(xué)輕工學(xué)院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，名字有點長，不太好記。這個專業(yè)真是不同凡響，女生如同男生一樣彪悍。本專業(yè)八十八人，數(shù)字吉利，美女十二人，帥哥七十六人，我的專業(yè)在學(xué)校里面算是比較狠的了，不止是學(xué)習(xí)實力可以，就連我們大家的外號都很有特點，譬如說“豬爺”“豬妞”“狗哥”“驢姐”“小猴”等名字，我們見人不喚其名，直接叫外號，比較有親切感。幽默和創(chuàng)新都體現(xiàn)了大家的智慧和互愛。
我們八十八人是一個大家庭，我們團結(jié)的像一塊鐵，我們擁有鐵一般的意志，我們是鐵一樣的集體。我們雖然不能為彼此兩肋叉刀，但我們能為彼此叉別人兩刀。為此我們在學(xué)校里打架斗毆的事沒少干，學(xué)校的幾個專業(yè)可能都有過拳腳摩擦，一般都是勝多敗少。在學(xué)校里造成了一定的不良影響，但是我們從側(cè)面驗證了“忍無可忍務(wù)須再忍的”的至理名言。無論在生活上還是學(xué)習(xí)上我們大家都是互幫互助，幾個要好的同學(xué)也經(jīng)常促膝長談交流感情，這樣的感覺讓我覺得這里是我的第二天堂，在這里我覓得了許多良師益友。
我們是鐵一樣的集體，賽場上，我們?yōu)槲覀兊挠⑿蹍群爸韲狄呀?jīng)喊的干涸，我們用手勢來表達，中場休息時我們?yōu)殛爢T端水擦汗，積極配合隊員的活動。比賽勝利了，我們共同分享喜悅，失敗了，我們共勉，從不氣餒。希望我們的精神能被學(xué)弟學(xué)妹們所傳承。
我們是鐵一樣的集體，一群熱血的青年，我們各自心中都有一個理想，而我們也在為這個不知何時才能實現(xiàn)的的理想不懈的奮斗著。我相信只要精神所在就能達到理想標(biāo)地。我們共歡笑，我們共哀愁，我們被彼此所感動，是博愛讓我們凝聚再一起。畢業(yè)了，大家也即將走向自己的崗位。我們要用有限的知識去創(chuàng)造無限的價值，為中華民族的雄起奉獻自己。國家強大了，民族興旺了，大家的日子才會越來越好，越來越精彩。振興中華的偉大使命落在了我們這些狂熱青年的肩上，我們無上光榮。
（三）收獲的季節(jié)
???? 剛剛上大三的時候，看來新進學(xué)校的學(xué)弟學(xué)妹突然有一種很無力的感覺。感覺兩年的時間一晃就過去了，如今大三，看著昔日的自己，看著剛剛進校的他們，充滿了和我當(dāng)初一樣的期待的眼神，不知道他們兩年之后會是什么樣子，不知道他們是否也會有和我相同的感受……
???? 從大三開始，我們有了專業(yè)課，我也才開始慢慢的思考起自己的專業(yè)。都說機械專業(yè)是我們學(xué)院的硬牌專業(yè)，可是我始終對于這個專業(yè)很模糊。我們學(xué)的，什么都有，可是我們以后到底做什么？我們學(xué)習(xí)機械制造，機械設(shè)計，可是我們連設(shè)計制造的要素都沒掌握。當(dāng)然，后來我們有了很多的試驗課，我們見過了機床，我們并親身操作，這些無疑對我們來說，都是一個全新的感覺。畢竟書本的平面知識和立體的認識是有很大的差距的。
???? 慢慢的我開始覺得，自己掌握的東西太少太少了。當(dāng)我看到別人高談闊論的時候，總是感慨自己的無知，因為無知而不敢發(fā)言。我開始努力的學(xué)習(xí)知識，各種各樣，不僅僅是在專業(yè)上的。我涉獵各種我以前從來不會去涉獵的知識，計算機軟件、硬件、數(shù)碼產(chǎn)品、文學(xué)藝術(shù)、詩詞古文……我貪婪的吸收我能接觸到的所有內(nèi)容，如同海綿一般把自己吸得滿滿的。當(dāng)一個人被各種好奇和信息包圍的時候，他才不會感到空虛——我當(dāng)時就是這么想的。我要在這收獲的季節(jié)收獲我的成果。
（四）臨近終點
大四如同我們想象的一般，很快的就到來了。看似沒有改變的課堂，漸漸的開始空曠起來。同學(xué)們都開始忙著找工作，準(zhǔn)備各種考試，也漸漸的讓我開始了一種沒名的緊張。輔導(dǎo)員苦口婆心的教育我們要做好就業(yè)的準(zhǔn)備，但是我對于那個未知的社會卻莫名的緊張，求職簡歷做了好多本，但是只投出去過一次，不知道自己想做什么，也不明白自己能做什么。成績不算好，大公司看不起，小公司不愿意去，這種高不成低不就的局面讓人進退兩難。
???? 我還能清楚的記得我去參加學(xué)校組織的大型招聘會的情景，在準(zhǔn)備充分的情況下，找了一個心儀的公司投了份簡歷。面試的人問了兩個問題：第一，四級過了么？回答，過了；第二，計算機過了幾級？回答，一級。之后他留下了我的簡歷，但是卻再沒了下文。當(dāng)然我并不感到沮喪，事實上即便他有招收我的意愿，我恐怕也沒有準(zhǔn)備好投入工作，這種角色轉(zhuǎn)換的問題一直困擾著我。
???? 下學(xué)期和所有的人一樣，我們都投入了畢設(shè)的緊張氛圍中。大四的畢業(yè)設(shè)計可以說是我感覺四年學(xué)習(xí)里面最有收獲的日子，我不僅僅重新復(fù)習(xí)了四年所學(xué)的知識還自己動手設(shè)計操作了很多東西，這都讓我感到無比的充實，甚至讓我更加喜歡上了我所學(xué)的專業(yè)。在接下來的日子里，我所有的心血都用在了畢業(yè)設(shè)計上，中間的過程不必贅言，最后的結(jié)果應(yīng)該會讓我滿意的。不論是論文評定還是答辯成績，我相信都能達到讓老師的要求，這點對于我來說，或許是最大的鼓勵吧。而如今，這一切即將結(jié)束，也意味著我的大學(xué)生活真的就從起點走到了終點。
?
四年時間讓我明白了很多道理，盡管我浪費了很多時間，但是我并不后悔，因為我還有未來可以去把握。過去的就讓它過去，命運是把握在自己手上的。我用了很長時間才讓自己清醒的認識到了，自己的命運只有靠自己去改造，永遠不要期望別人能在你的路途上幫你一把或者為你把路鋪平，不論那個人是誰，他都沒有必要為你這么做。
???? 永遠不要放棄自己的夢想，盡管有時候現(xiàn)實讓你不得不低頭，但是，千萬不要放棄自己的所想。也許你會為此付出很大的代價，甚至走上彎路或者回頭路，但是，只要你有夢想，并且矢志不渝的朝著它努力，你就不會在茫茫人海中迷失自己。
????
???? 如今，我心底總是涌動著一股暖流，我知道這種暗香浮動的感覺從何而來，它讓我不再懼怕所有的困難，它讓我總是充滿著希望的看待明天。
04機械3班07號
井增輝
08年5月28日
目 錄
目 錄
摘 要 １
Abstract 2
1國內(nèi)外起重機發(fā)展現(xiàn)狀和動向 4
1.1國外起重機發(fā)展現(xiàn)狀和動向 4
1.2國內(nèi)起重機發(fā)展現(xiàn)狀和動向 6
2 起重機設(shè)計總論 8
2.1 起重機主要技術(shù)參數(shù)及其選擇 8
2.2起重機工作級別 10
2.3計算載荷及其組合 11
2.4.材料 12
3 起重機各部件的選擇與計算 14
3.1滾動軸承的選擇與計算 14
3.2階梯軸的校核計算 16
3.3立柱的選擇與計算 20
3.4立柱穩(wěn)定性計算 22
3.5焊縫的強度計算 23
3.6套筒聯(lián)軸器所用鍵的選擇與校核 25
3.7卡箍聯(lián)結(jié)螺栓的選擇 26
3.8環(huán)鏈電動葫蘆的選擇 27
3.9工字鋼翼緣彎曲強度計算 28
3.10梁的穩(wěn)定性計算 32
3.11電動機的選擇 33
結(jié) 論 37
致 謝 38
參考文獻 39
１
摘 要
摘 要
定柱式懸臂起重機是由固定立柱，旋轉(zhuǎn)懸臂，旋轉(zhuǎn)支撐裝置，環(huán)鏈電動葫蘆和電氣控制系統(tǒng)組成。立柱采用無縫鋼管制作，下端依靠法蘭及地腳螺栓固定在基地上，上端安裝有旋轉(zhuǎn)支承裝置。環(huán)鏈電動葫蘆用來升降載荷并沿懸臂移動達到變幅的目的。定住式懸臂起重機立柱不動只起支承作用。
由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長，起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。起重機已成為自動化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機不但要容易操作，容易維護，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有優(yōu)異的耐久性、無故障性、維修性和使用經(jīng)濟性。
有相當(dāng)批量的起重機是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結(jié)構(gòu)，減小自重和輪壓，也可命名整個建筑物高度下降，建筑結(jié)構(gòu)輕型化，降低造價。因此電動葫蘆橋式起重機和梁式起重機會有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位的一般用途橋式起重機。
起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進的計算機技術(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)用到機械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。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。
關(guān)鍵詞：定柱式；懸臂；起重機。
Abstract
Abstract
cantilever crane is scheduled column by column fixed, rotating cantilever, rotating Support Unit, chain electric hoist and electric control system. Column by making seamless steel tubes, and the flange on the bottom of Anchor Bolt fixed on the base, the top rotation supporting devices installed. Chain electric hoist used to load and movements along the cantilever moving to Change the purpose. Dingzhu-cantilever crane column is not only moving from supporting role.
As industrial production increased scale, increasing production efficiency and production process of loading and unloading of materials handling gradually increase the proportion of the cost, to large crane or the demand for high-speed growth, since more and more weight, increasing the pace of work And higher energy consumption and reliability requirements. Crane has become automated production processes in an important link. Crane should not only easy-to-use, easy to maintain and better security, higher reliability, requires excellent durability, trouble-free, maintenance and use of economy.
A considerable bulk of the crane is in common use of the occasion, the work is not very heavy. Large quantities of such cranes, wide use, consider the benefits, minimize the appearance requirements crane height, to simplify the structure, reducing the forces round pressure, may also rename the entire building height decline in light of the building structure, reducing construction costs. Therefore electric hoist girder bridge crane and a crane will be faster development, and will replace the majority of small and medium tonnage of general-purpose bridge crane.
Crane updates and development, to a large extent depend on the electric transmission and control improvements. Machinery and electronic technology to technology, advanced computer technology, microelectronic technology, power electronics technology, fiber optic cable technology, hydraulic technology, fuzzy control technology applications to drive the machinery and control systems, and crane automation and Intellectualized . The structure of a deformed steel and thin-walled profile, reduce the structure of the seam stitching and enhance anti-fatigue properties. Using all kinds of steel materials, enhance capacity and improve conditions for the force, to reduce forces and increase the aesthetic appearance.
KeyWords：The column; cantilever; Crane。
37
1起重機的發(fā)展現(xiàn)狀和動向
1.1國外起重機發(fā)展現(xiàn)狀和動向
近20年世界工程起重機行業(yè)發(fā)生了很大變化。RT(越野輪胎起重機)和AT(全地面起重機)產(chǎn)品的迅速發(fā)展,打破了原有產(chǎn)品與市場格局,在經(jīng)濟發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下,導(dǎo)致世界市場進一步趨向一體化。目前世界工程起重機年銷售額已達75億美元左右。主要生產(chǎn)國為美國、日本、德國、法國、意大利等,世界頂級公司有10多家,世界市場主要集中在北美、日本/亞洲和歐洲。
是生產(chǎn)工程起重機的主要國家,又是最大的世界市場之一。由于日本、德國起重機工業(yè)的迅速發(fā)展及RT和AT產(chǎn)品的興起,美國廠商曾在60～70年代世界市場中占有的主導(dǎo)地位受到削弱,從而形成美國、日本和德國三足鼎立之勢。近幾年美國經(jīng)濟回升,市場活躍,外國廠商紛紛參與競爭。美國制造商的實力也有所增強,特雷克斯起重機公司的崛起即是例證。
特雷克斯起重機公司前身是美國科林起重機廠。1995年以來,通過一系列的兼并活動,已發(fā)展成為世界頂級公司之一。年銷售額從1992年的5000萬美元猛增到1998年的7.71億美元,1999年有望突破10億美元。
日本從70年代起成為工程起重機生產(chǎn)大國,產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量提高很快,已出口到歐美市場,年總產(chǎn)量居世界第一。自1992年以來,由于受日元升值、國內(nèi)基建投資下降和亞洲金融危機影響,年產(chǎn)量呈下降趨勢。年總產(chǎn)值從1991年約5100億日元下降到1997年的3100億日元左右,1998年又比1997年下降1/3以上。1998年日本工程起重機總產(chǎn)量為25560臺,其中,RT產(chǎn)品2087臺,汽車起重機820臺,履帶起重機692臺,隨車起重機15032臺,其他兩類機種共7029臺。RT產(chǎn)品年總產(chǎn)值達550億日元,為各機種之首,其次為履帶起重機,約400億日元。
1991年日本5t以上的輪式起重機市場總銷售量達6700臺,目前日本市場年需求量為3000臺。
歐洲市場是潛力很大的市場。歐洲各工業(yè)國既是工程起重機的出口國,也是重要的進口國。德國是最大的歐洲市場,其次為英國、法國、意大利等國。在德國AT產(chǎn)品市場份額中,利勃海爾占53%,格魯夫占16%,德馬泰克占14%,多田野和特雷克斯各占10%和5%。
國外工程起重機行業(yè)的聯(lián)合風(fēng)潮
起重機制造業(yè)中的聯(lián)合之風(fēng)與汽車業(yè)很相似,在汽車行業(yè)中,通用汽車、福特、雷諾、寶馬、梅賽德斯、大眾等大公司都走上了聯(lián)合之路,這兩個行業(yè)的世界市場已日趨一體化。欲在成熟的世界市場獲取市場份額并保持增長,捷徑是購買競爭對手,其長期目標(biāo)是爭奪世界市場的支配地位。在起重機行業(yè),打入世界市場即意味著進入北美、日本/亞洲和歐洲三大市場。
世界頂級公司都對世界市場具有強大影響力,但迄今還沒有一家公司在上述三大市場取得主導(dǎo)地位。有4家公司已在兩大市場建立了根據(jù)地:格魯夫和特雷克斯在北美與歐洲；多田野在亞洲和歐洲；住友建機在亞洲及北美。
格魯夫、特雷克斯和多田野公司是通過收購競爭對手進入歐洲市場的。格魯夫先是在1984年吞并了英國柯爾斯,而后在1995年購入德國克虜伯。特雷克斯公司于1995年兼并了法國PPM和意大利Bendini公司之后,近幾年又收購了其他一些歐美公司。多田野在1990年吞并了德國法恩公司。住友公司在1986年收購了美國林克．貝爾特公司。
利勃海爾和德馬泰克公司都向美洲和亞洲出口起重機,加藤公司也將產(chǎn)品出售到歐洲。但起重機生產(chǎn)本地化要比依賴當(dāng)?shù)卮砩棠軇?chuàng)造更多機會,多田野和加藤這兩家公司產(chǎn)品相似,汽車起重機底盤也相同,但多田野海外投資多于加藤公司,因而在增加出口、改善國內(nèi)市場萎縮帶來的困境方面處于更有利的位置。
多數(shù)廠商在爭奪上述市場的同時,還努力擴大產(chǎn)品系列。格魯夫公司的汽車起重機和RT產(chǎn)品具有競爭優(yōu)勢,購買克虜伯公司后,在AT產(chǎn)品方面也頗具實力,該公司還準(zhǔn)備生產(chǎn)履帶式起重機。馬尼突沃克公司已在履帶式起重機行業(yè)居支配地位,但也希望在其他起重機產(chǎn)品領(lǐng)域取得相同影響力。
以往起重機廠商的某些合作,大多集中于營銷協(xié)定或許可證貿(mào)易協(xié)定。許可證貿(mào)易要比全面并購方式開展早,風(fēng)險也小,在行業(yè)中已有先例。但按許可證協(xié)定進行制造,往往在期滿后因產(chǎn)權(quán)爭議而告終。特雷克斯與日本IHI公司有歷史聯(lián)系,在50年代科林起重機廠取得了IHI桁架臂技術(shù),至今特雷克斯還提供涂裝AmericanCrane公司產(chǎn)品標(biāo)志的IHI履帶式起重機。有人會將特雷克斯－IHI的合作看作許可證貿(mào)易行得通的例證。但此類協(xié)定難以持久,其結(jié)果無非是特雷克斯要求加強對IHI公司的控制,或者謀求獨立生產(chǎn)履帶式起重機。IHI目前尚未建立北美市場份額,僅起分承包商作用。英國格魯夫公司從1999年開始銷售神鋼履帶式起重機和城市型起重機。
多田野和日立建機公司在1978年簽訂的相互提供產(chǎn)品、擴展雙方產(chǎn)品系列的合作協(xié)議,收效不大。在國內(nèi)市場萎縮情況下,日立建機于1999年2月宣布,將再次考慮擴大流動式起重機生產(chǎn)與銷售領(lǐng)域與多田野的合作。而多田野公司則希望能擁有一家美國制造基地,但目前時機尚未成熟。
擁有多種類產(chǎn)品可使收入多樣化。特雷克斯公司既經(jīng)營采礦設(shè)備又經(jīng)營起重搬運設(shè)備,起重搬運設(shè)備包括AT和RT產(chǎn)品、汽車起重機、履帶式起重機、塔機、叉車、伸縮臂式搬運機、高空作業(yè)車及隨車起重機。林克．貝爾特公司基于其生產(chǎn)挖掘機的經(jīng)驗,成為首先將液壓技術(shù)應(yīng)用于桁架臂式起重機的廠商之一。但目前住友公司已將其在日本和美國的起重機與挖掘機企業(yè)(包括林克．貝爾特)分開,其依據(jù)是起重機和挖掘機屬于不同行業(yè)。利勃海爾既生產(chǎn)挖掘機,也生產(chǎn)流動式起重機和塔式起重機,還在愛爾蘭生產(chǎn)集裝箱搬運起重機,各企業(yè)均為單獨實體。
國外工程起重機從整體情況分析，領(lǐng)先國內(nèi)10~20年(不同類型產(chǎn)品有所不同)。隨著國外 經(jīng)濟發(fā)展速度趨于平穩(wěn)，工程起重機向智能、高性能、靈活、適應(yīng)性強、多功能方向發(fā)展。 25t以下基本上不生產(chǎn)，產(chǎn)品向高附加值、大噸位發(fā)展，如利勃海爾公司汽車起重機基本退出 市場，目前市場主導(dǎo)產(chǎn)品為全地面起重機，最小噸位是35t，而80t和160t是主導(dǎo)產(chǎn)品；格魯夫 公司：主導(dǎo)產(chǎn)品是全地面起重機和輪胎起重機，最小噸位是25t；多田野公司：汽車起重機只 占20%，主導(dǎo)產(chǎn)品是全地面起重機和輪胎起重機，最小噸位16t。因此行業(yè)配套也與國內(nèi)有所不同：
1、下車主要是300kW以上柴油大功率發(fā)動機，與之配套的液力變矩器和自動換檔變速箱、12噸級驅(qū)動轉(zhuǎn)向橋及越野輪胎。
2、上車：高強度材料、大扭矩的起升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、回轉(zhuǎn)支承。
3、液壓系統(tǒng)：變量泵、變量馬達、電磁換向先導(dǎo)閥及主閥、平衡閥、懸掛系統(tǒng)閥、液壓
鎖、液壓缸及管路標(biāo)準(zhǔn)配套件。
4、智能控制系統(tǒng)：力限器顯示控制、記憶通訊及單缸順序伸縮自動控制。由于國外工程機械起步較早，形成了成熟的配套件體系。如力士樂的泵馬達、閥、起升、回轉(zhuǎn)、行走機構(gòu)；貝林格的主閥、先導(dǎo)閥、平衡閥；哈威的主閥、先導(dǎo)閥、平衡閥；ZF的變速箱、分動箱；凱斯蘭的橋；PAT的力限器等等。配套廠能與主機廠協(xié)作密切，聯(lián)合開發(fā)，再加上主機廠家的專有技術(shù)，能形成很強的核心競爭優(yōu)勢，能夠保證主機性能的發(fā)揮和可靠性的提高。多家外國廠商看好中國塔式起重機市場全球起重機巨頭力圖搶占中國市場份額國內(nèi)外隨車起重機現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.2國內(nèi)起重機發(fā)展現(xiàn)狀和動向
我國的生產(chǎn)起步較晚，到70年代末，全國生產(chǎn)的產(chǎn)品品種還很 單一，生產(chǎn)規(guī)模很小，到80年代，產(chǎn)品的品種及產(chǎn)量均呈增長趨勢，近幾年 來，在國內(nèi)市場的產(chǎn)銷總量增長勢頭更猛，從行業(yè)統(tǒng)計結(jié)果可以看出，1999年市場總量為1000臺左右，2000年市場總量約為1300臺，2001年市場總量約為1700臺，目前的市場總量約為2000臺。改革開放20多年來，國民經(jīng)濟突飛猛進，國家基礎(chǔ)建設(shè)蓬勃發(fā)展，帶動著國內(nèi)工程機械的 需求，推動著工程機械的發(fā)展。工程起重機行業(yè)也同其它工程機械一樣得到長足的發(fā)展。目前從行業(yè)2003年13家企業(yè)報表來看，1-6月份銷售量4600臺，比去年同期增長50%以上，估計全年 將超過8000臺市場規(guī)模，各個企業(yè)都有不同程度的增長。從起重機行業(yè)歷年來的銷售數(shù)據(jù)分析，以下四個特點十分明顯：
一是市場規(guī)模具有顯著的地域性，經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)持續(xù)熱銷，落后地區(qū)的購買力則相對較 弱；二是中大噸位產(chǎn)品增長迅速，16噸以上產(chǎn)品均有較大幅度增長，今年上半年20噸級以上產(chǎn) 品增幅更是高達100%以上；三是行業(yè)發(fā)展與國家投資政策關(guān)聯(lián)率較大，周期變化受國民經(jīng)濟發(fā) 展影響明顯；四是用戶的不確定性和分散性，據(jù)統(tǒng)計，目前私人用戶占整體用戶的70%以上， 而且還有不斷增加的趨勢?？梢灶A(yù)見在2002年大發(fā)展的基礎(chǔ)上，今年又將取得突破性發(fā)展，體 現(xiàn)著國民經(jīng)濟發(fā)展的強大動力和潛力。隨著國家發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)整，各項措施的到位和落實及全民 共謀發(fā)展奔小康的強烈愿望，經(jīng)濟建設(shè)必將走向快速健康發(fā)展之路，工程起重機及配套行業(yè)， 通過市場競爭的洗禮，也必將擺脫前幾年徘徊局面，進入健康穩(wěn)步發(fā)展的新時期。 我國工程起重機行業(yè)面對新一輪挑戰(zhàn)
全國生產(chǎn)的廠家約有10多家，主要企業(yè)有徐州公司、石家莊煤礦機械廠、山西長治清華機械廠、武漢汽車起重機廠、湖南專用汽車制造廠等。另外，近年錦州 重型機械股份有限公司與韓國廣林特裝車株式會社組建的合資公司也開始涉足領(lǐng) 域，且發(fā)展勢頭良好；常林股份有限公司與奧地利的PALFINGER公司也將開始合作生產(chǎn)。
徐州公司組建于2001年9月，在消化吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)SQ系列伸縮臂式、折疊臂式，并由航天部定點生產(chǎn)國防工程專用隨車起重運輸裝填車、雷達車等產(chǎn)品，其產(chǎn)品曾批量出口伊拉克等國家。近兩年來，依靠技術(shù)創(chuàng)新，取得了較快發(fā)展，2002年開發(fā)了近20個新產(chǎn)品，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，成為我國行業(yè)的后起之秀。石家莊煤礦機械廠是我國較早生產(chǎn)直臂卷揚的工廠，其產(chǎn)品風(fēng)格和日本多田野TM－23系列相似，具有一定的市場覆蓋率。山西長治清華機械廠是航空航天部直屬企業(yè)，早期生產(chǎn)直臂式。該廠引進瑞典希亞伯（HIAB）公司生產(chǎn)技術(shù)后，生產(chǎn)折臂式產(chǎn)品，無起升機構(gòu)，采用變幅方式進行重物升降，具有歐洲產(chǎn)品的風(fēng)格。武漢汽車起重機廠是較早生產(chǎn)的廠家，其產(chǎn)品為直臂式卷揚起重機，與東風(fēng)、解放及黃河汽車配套，可在汽車底盤的尾部又加裝了10ｔ液壓絞盤，特別適合于電業(yè)部門搶險與施工需要。湖南專用汽車制造廠始建于1950年，系湖南省機械行業(yè)重點企業(yè)，是國家計委、國家經(jīng)貿(mào)委和機械工業(yè)部在全國唯一定點的隨車起重運輸車生產(chǎn)基地。主要產(chǎn)品有隨車起重運輸車、自卸車、廂式車、運輸加油車、后裝壓縮式垃圾車等。
工程起重機行業(yè)在94~99年是發(fā)展低谷，5年中行業(yè)幾個主要的生產(chǎn)廠家，苦練內(nèi)功，積極 組織產(chǎn)品變型和換代，在產(chǎn)品外觀上下功夫。從99年以來，隨經(jīng)濟建設(shè)新一輪啟動，工程起重 機市場競爭格局發(fā)生巨大變化，各企業(yè)不斷調(diào)整思路、更新觀念、轉(zhuǎn)換機制、提高核心競爭 力，努力開發(fā)產(chǎn)品，開拓市場。產(chǎn)品重心也從8t、12t向16t、25t、50t中大噸位發(fā)展，25t增 速最快，產(chǎn)量不斷翻新，基本占據(jù)主導(dǎo)地位。50t產(chǎn)品由于需求面較廣，技術(shù)逐漸成熟，也大 批量進入市場。目前國內(nèi)主要產(chǎn)品系列，汽車起重機為8t、12t、16t、20t、25t、35t、50t、 65t、80t、l00t，全地面起重機為25t、50t、125t、160t和履帶起重機為35t、50t、l00t、 150t。整體技術(shù)風(fēng)格是： 下車有全頭和半頭兩種不同風(fēng)格，多年來半頭車因總體布置的方便性及價格因素一直被廣 泛采用。但近年來隨著物質(zhì)條件的改善，人們的生活條件和質(zhì)量提高，操作方便、舒適、可靠 逐漸成為用戶關(guān)注的焦點，中大噸位向全頭方向發(fā)展。 上車操縱從傳統(tǒng)的機械操作向液比例和電液比例方向發(fā)展，起重吊臂也從傳統(tǒng)的三節(jié)向四節(jié)、五節(jié)方向發(fā)展，產(chǎn)品的起重性能和起重高度有了較大提高，產(chǎn)品的外觀和可靠性有了較大 幅度提高。 我國工程起重機市場趨勢與對策分析。
由于我國起步于70年代，相對較晚，而且發(fā)展速度不快，只是近幾年才有較大發(fā)展，和國外相比，還有很大的差距。具體表現(xiàn)在：
1.品種少、產(chǎn)量低
我國現(xiàn)處于初級發(fā)展階段，品種較少。中小噸位重復(fù)較多，至今尚未形成 大、中、小完整的系列，年產(chǎn)量只相當(dāng)于國外一個廠家的生產(chǎn)能力。
2．起重力矩小，技術(shù)水平低
我國以直臂卷揚為主，受國內(nèi)汽車底盤的限制，起重力矩小，其他性能指標(biāo)也一般低于國外先進產(chǎn)品。目前國內(nèi)企業(yè)對的研究開發(fā)投入很少，液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的技術(shù)水平也有一定差距。
3．安全裝置不齊全，操作不方便
我國僅裝有起升高度限位及平衡閥、溢流閥等一般安全裝置，全部為手動操作。而國外早已將電子技術(shù)廣泛運用到上，如帶有微電腦的力矩限制器及防傾翻保護器等，并且已實現(xiàn)了有線與無線遙控。
4．功能單一
我國以起重作業(yè)及運輸功能為主，而國外均有多種附具，主要加裝在吊臂頭部，如工作斗、抓斗、高空作業(yè)平臺、各種抓具、夾具、吊籃、螺旋鉆、板叉、裝輪胎機械手、拔樁器等，使具備了一機多用的功能。另外，國外一些廠家進一步開發(fā)了鐵路專用等專用產(chǎn)品。
5．外形不美觀
我國設(shè)計單調(diào)，忽視了和汽車外形的協(xié)調(diào)，而國外對的著色非常嚴格，不僅在外形和著色上實現(xiàn)和卡車的一體化，還要求和城市的景觀相協(xié)調(diào)。
2
2 起重機設(shè)計總論
2.1 起重機主要技術(shù)參數(shù)及其選擇
起重機的技術(shù)參數(shù)表征起重機的作業(yè)能力是設(shè)計起重機的基本依據(jù)，起重機的主要技術(shù)參數(shù)有：起重量.起升高度.跨度(橋式起重機).幅度(臂架類型起重機).機構(gòu)工作速度和生產(chǎn)率。臂架類型起重機的主要技術(shù)參數(shù)中還包括起重力矩.對于輪胎.汽車.履帶.鐵路等起重機.爬坡度和最小轉(zhuǎn)彎(曲率)半徑也是主要技術(shù)參數(shù)。
（一）起重量
起重機正常工作時允許一次起升的最大質(zhì)量稱為額定起重量，單位為噸(t)或千克(Kg)。吊鉤起重機的額定起重不包括吊鉤和動滑輪組的自重，起重機對應(yīng)不同的臂架長度和幅度有不同的額定起重量.(本設(shè)計中要求起重量為100Kg左右)。
起重機的起重量常用符號Q或P或Cp等表示.起重量是質(zhì)單位(Kg)，但習(xí)慣用的起重量單位為噸(t)。這可視為非國際單位制的質(zhì)量單位(1t=1000kg)。當(dāng)起重量視為載荷時，起升載荷的單位為牛(N)或千牛(KN)。
（二）起升高度：
起升高度是指從地面或軌道頂面至取物裝置最高起升位置的鉛垂距離（吊鉤取吊環(huán)中心），單位為米。
起升高度的選擇按作業(yè)要求而定，在確定起升高度時，應(yīng)考慮配屬的吊具，路基，保證起重機能將最大高度的物品裝入車內(nèi)
本設(shè)計中取起升高1.５米。
（三）機構(gòu)工作速度：
起重機機構(gòu)工作速度根據(jù)作業(yè)要求而定。額定起升載荷指起升機構(gòu)在額定轉(zhuǎn)速時，取物裝置滿載起升的速度。
起升速度與起重機的用途，起重量大小和起升高度等有關(guān)，額定運動速度是指運行電動機在額定轉(zhuǎn)速時，起重機或小車的運行速度，運行速度與起重機類型和用途有關(guān)，懸臂起重機按滿載確定運行速度。
貨物升降速度：1.6~2.0m/s，運行小車為25m/min。
（四）生產(chǎn)率：
起重機在一定作業(yè)條件下，單位時間內(nèi)完成的物品作業(yè)量叫生產(chǎn)率。生產(chǎn)率可按小時、共班、天、月、年或用起重機整個使用壽命期間中累計完成的物品作業(yè)量來表示。
生產(chǎn)率分為計算生產(chǎn)率（理論生產(chǎn)率）和技術(shù)生產(chǎn)率（實際生產(chǎn)率），按額定起重量、額定工作速度和規(guī)化作業(yè)周期算出的生產(chǎn)率為計算生產(chǎn)率。起重機作業(yè)時實際達到的生產(chǎn)率叫技術(shù)生產(chǎn)率。影響技術(shù)生產(chǎn)率的因素很多，一般只能由統(tǒng)計方法得到。
計算生產(chǎn)率P按下式計算：
式中：--起重機每個作業(yè)循環(huán)吊運的物品質(zhì)量，即起重量（t）或體積（）或數(shù)量（件）。
--每小時工作的循環(huán)數(shù)，，其中為作業(yè)循環(huán)周期（s），取60s
計算的：
生產(chǎn)率是起重機的綜合技術(shù)參數(shù)，它受起重機的起重量、機構(gòu)工作速度，起升和運行距離，物品包裝和吊具完善情況、司機操作熟練程度等因素的影響。
（五）起重力矩：
起重力矩是臂架類型起重機主要技術(shù)參數(shù)之一，它等于額定起重量（Q）和與其相應(yīng)的工作幅度（R）的乘積，即M=QR。起重力矩一般用t×m為單位。起重力矩比起重量更全面說明臂架類型起重機的工作能力。額定起重量為定值與幅度無關(guān)的起重機，在最大幅度起吊額定起重量物品時產(chǎn)生最大起重力矩。
（六）最大爬坡度
由于本設(shè)計中，起重機僅限于幾臺固定機床之間工作，屬于車間用起重機，地面可視為平整，忽略微小坡度。
（七）最小轉(zhuǎn)彎（曲率）半徑：
輪胎起重機在地面上行駛時，起重機能夠順利轉(zhuǎn)彎所通過的最小半徑叫最小曲率半徑。最小轉(zhuǎn)彎（曲率）半徑是表征起重機機動性能的參數(shù)。本設(shè)計中最小轉(zhuǎn)彎（曲率）半徑為1m。
2.2起重機工作級別
劃分起重機的工作級別是為了對起重機金屬結(jié)構(gòu)和機構(gòu)設(shè)計提供合理基礎(chǔ)，也為用戶和制造廠家進行協(xié)商時提供一個參考范圍。它能使起重機勝任它需要完成的工作任務(wù)。
在確定起重機的工作級別時，應(yīng)考慮兩個因素：利用等級和載荷狀態(tài)。
（一）、起重機利用等級
起重機在有效壽命期間有一定的總工作循環(huán)數(shù)。起重機作業(yè)的工作循環(huán)是從準(zhǔn)備起吊物品開始，到下一次起吊物品為止的整個作業(yè)過程工作循環(huán)總數(shù)表征起重機的利用程度，它是起重機分級的基本參數(shù)之一。對于某些作業(yè)規(guī)范劃一的起重機工作總數(shù)可以從已知的總工作小時數(shù)和每小時工作循環(huán)數(shù)獲得。對于要完成各種不同任務(wù)的流動式起重機，只能根據(jù)經(jīng)驗估計適當(dāng)?shù)臄?shù)值，工作循環(huán)總數(shù)是起重機在規(guī)定使用壽命期間所有工作循環(huán)次數(shù)的總和。
確定適當(dāng)?shù)氖褂脡勖鼤r，要考慮經(jīng)濟技術(shù)和環(huán)境因素，同時也要計算設(shè)備老化的影響。
本設(shè)計起重機是繁忙的使用，由GB/T 3811-1983可以確定機構(gòu)利用等級為T7。
（二）起重機載荷狀態(tài)
載荷狀態(tài)是起重機分級的另一個基本參數(shù)，它表明起重機的主要機構(gòu)—起升機構(gòu)受載的重要程度。載荷狀態(tài)與兩個因素有關(guān)：一個是實際起升載荷Q；與額定載荷Qmax之比（Qi/Qmax）另一個是實際起升載荷Qi的作用次數(shù)Ni與工作循環(huán)總數(shù)N之比(Ni/N)表示(Qi/Qmax)和(Ni/N0關(guān)系的線圖稱為載荷譜。選Q4—特種名義載荷譜系數(shù)KQ=1.0頻繁起吊額定載荷。
如果無法獲得起重機在使用壽命期間起升載荷的次數(shù)和起升物品的質(zhì)量等數(shù)據(jù)，應(yīng)由用戶和制造廠家時名義載荷狀態(tài)的選擇協(xié)商一致。
本設(shè)計中總設(shè)計壽命為25000h，載荷狀態(tài)為L3
（三）起重機整機工作級別：
確定了起重機機構(gòu)利用等級和載荷狀態(tài)，由GB/T 3811-1983確定起重機整機工作級別為M8。
2.3計算載荷及其組合
為了保證起重機安全工作，起重機本身應(yīng)具備三個條件：
（1）金屬結(jié)構(gòu)和機械零部件應(yīng)具有足夠的強度、剛度和抗屈能力；
（2）整機具有必要的抗傾覆穩(wěn)定性；
（3）原動機具有滿足作業(yè)性能要求的功率，制動裝置提供必須的制動轉(zhuǎn)矩。
在設(shè)計起重機時，需要通過計算來建立或檢驗這三個基本條件。計算時，首先要確定載荷，載荷計算是起重機機械設(shè)計計算的基礎(chǔ)。
根據(jù)ISO 8686-1：1989對載荷的定義：載荷是以力位移或溫度形式出現(xiàn)的外部或內(nèi)部作用，它在起重機金屬結(jié)構(gòu)或機械零部件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。
起重機工作特點決定了載荷的隨機性。在起重機設(shè)計計算中采用的是確定性方法。對于變化復(fù)雜的實際載荷，只能用簡化的理論計算并與試驗和經(jīng)驗結(jié)合的方法確定，由此得到的載荷只是真實載荷的近似，通常稱為計算載荷。
1.自重載荷：
自重載荷是指起重機金屬結(jié)構(gòu)、機構(gòu)、動力或電氣設(shè)備，以及裝在起重機上的料倉、連續(xù)機及相應(yīng)的物料等質(zhì)量的重力（起升質(zhì)量的重力除外）。在起重機設(shè)計計算的初始階段，自重載荷尚屬未知，必須預(yù)先估出，最常用的估算方法是參考相近或相似的現(xiàn)有起重機，或利用統(tǒng)計經(jīng)驗公式、圖表，進行初估，最后加以校核休整。
自重載荷的作用方式視計算類型和結(jié)構(gòu)特點而定。起重機總體計算時，將自重載荷視為通過各個部件重心的集中力。
在本設(shè)計中，初步估算起重機自重為500kg。
2.起重機載荷Q：
起升載荷是指起升質(zhì)量的能力。起升質(zhì)量包括允許起升的最大物品，取物裝置（環(huán)鏈電動葫蘆）以及懸掛撓性件它隨同起升的設(shè)備質(zhì)量。
起升載荷動載荷系數(shù)：
物品突然離地起升或下降制動時，對承載結(jié)構(gòu)和傳動機構(gòu)將產(chǎn)生附加的動載荷作用。這一動載荷作用可通過將起升載荷乘以大于1的起升載荷動載系數(shù)考慮。
系數(shù)的取值方法，如下（ISO 8686-1：1989）：
當(dāng)時，
當(dāng)時，
式中：--穩(wěn)定起升速度（m/s），與起升吊具有關(guān)，由空載電動機或發(fā)動機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速導(dǎo)出
--起升狀態(tài)級別系數(shù)
--起升載荷最小動載系數(shù)，與起升狀態(tài)級別有關(guān)。
在本設(shè)計中選擇：車間用起重機，即，
所以經(jīng)計算：
2.4.材料
起重機的機構(gòu)零件、金屬結(jié)構(gòu)、聯(lián)結(jié)件和附件均由黑色金屬、有色金屬和非金屬材料加工制成。設(shè)計起重機時，應(yīng)根據(jù)起重機機構(gòu)和結(jié)構(gòu)的載荷狀態(tài)、利用等級、安全要求和經(jīng)濟合理等因素，正確選擇材料。
（一）機構(gòu)零件材料
起重機機構(gòu)零件一般由鍛件、軋制件、焊接件、鑄件作為坯件，經(jīng)機械加工而成。
鍛件、軋制件和焊接件主要采用碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。重要零件采用合金結(jié)構(gòu)鋼。有特殊要求的零件用特殊合金鋼。
按照零件的載荷性質(zhì)和工作要求，鑄件可采用鑄鋼、鑄鐵和鑄銅。為了改善材料的機械性能，提高零件的承載能力和使用壽命，鑄件必須進行熱處理。
有色金屬和合金鋼用于性能有特殊要求的零件：高的導(dǎo)電性、耐磨性、抗腐蝕性和高強度。使用有色金屬和合金時，應(yīng)該注意經(jīng)濟合理性。
（二）金屬結(jié)構(gòu)材料
起重機金屬結(jié)構(gòu)使用的材料主要是鋼材，鋁合金比鋼的比重小，延伸率大，彈性磨量僅為鋼的三分之一，價格昂貴，國內(nèi)起重機金屬結(jié)構(gòu)中尚未采用。
普通碳素鋼Q235是制造起重機金屬結(jié)構(gòu)最常用的材料。
與碳素鋼相比，低合金鋼具有更高的屈服極限與抗拉強度，更好的抗低溫冷脆性和耐磨性，較好的可焊性，但有效應(yīng)力集中系數(shù)較高。如果結(jié)構(gòu)的強度由最大載荷控制，不決定于受變載荷作用的疲勞壽命，這種情況下采用16Mn低合金鋼效果最好。
（三）聯(lián)結(jié)材料
1.焊接
焊條或焊絲型號應(yīng)與主體金屬強度相適應(yīng)。對工作級別高，承受動載荷的結(jié)構(gòu)焊縫，必須保證焊條或焊絲材料有足夠的韌性和塑性。
采用手工電弧焊時，所用的焊條符合GB 5117-85《碳鋼焊條》的要求起重機結(jié)構(gòu)手工電弧焊焊條的運用見《起重機設(shè)計手冊》表1-8-18。
2.螺栓聯(lián)接
螺栓聯(lián)結(jié)的常用材料應(yīng)符合GB 3098-82《緊固件機械性能》的規(guī)定。
在常溫下工作的起重機采用非鉸制孔的螺栓和螺母，可采用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼。鉸制孔的螺栓可用20號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制作，螺母材料可用Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼。對于承載大的重要螺栓聯(lián)結(jié)，宜采用35號或45號優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。
3
3 起重機各部件的選擇與計算
3.1滾動軸承的選擇與計算
1.軸承類型的選擇：選擇軸承的類型與多種因素有關(guān)。
（1）允許空間（2）載荷大小和方向。例如既有徑向又有軸向的聯(lián)合載荷一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，如果徑向載荷大，軸向載荷小，可選用深溝球軸承和內(nèi)外圈都有擋邊的圓柱滾子軸承。如同時還存在軸或殼體變形大及安裝對中性差的情況，可選用調(diào)心球軸承，調(diào)心滾子軸承。（3）軸承工作轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)精度，G級公差軸承（4）軸承的剛性，一般滾子軸承的剛性大與球軸承，提高軸承的剛性可通過“預(yù)緊”單必須適當(dāng)。（5）軸向游動（6）摩擦力矩（7）安裝與拆卸。
2.按額定動載荷選擇軸承：
選擇軸承一般應(yīng)根據(jù)機械的類型，工作條件，可靠性要求及軸承的工作轉(zhuǎn)速n，預(yù)先確定一個適當(dāng)上午使用壽命Lh（用工作小時表示），再進行額定動載荷和 額定靜載荷的計算。
2.1 基本額定動載荷計算
軸承基本額定動載荷可按式（6-2-1）進行簡化粗略計算。
C=〈Cr或（Ca） （6-2-1）
式中： C-基本額定動載荷計算值N； f=沖擊載荷因數(shù)，按表6-2-10選取 ；
P-當(dāng)量動載荷，按式（6-2-2）計算，N； f-溫度因數(shù)，按表6-2-11選取；
f-壽命因數(shù)，按表6-2-8選??； Cr-軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動載 荷，N；
f-速度因素，按表6-2-9選??； Ca-軸承尺寸及性能表中所列軸向基本額定動載 荷，N；
f-力矩載荷因素，力矩載荷較小時f=1.5，力矩載荷較大時f=2。
2.2 當(dāng)量動載荷P的計算
預(yù)設(shè)該機構(gòu)壽命為3年，每年工作300天，每天工作8小時，則Lh=7200h。
P=XFr+YFa
式中：P-當(dāng)量動載荷,N; Fr-徑向載荷,N; Fa-軸向載荷,N; X-徑向動載荷系數(shù); Y-軸向動載荷系數(shù)。
內(nèi)徑為50mm的軸承的選擇與計算：
求軸承徑向力Fr：Fr×221/2=Q×E=2315250 N/mm
解得Fr=20.942KN
軸承軸向力Fa：Fa=1.715KN
查表的：e=0.30
因為Fa/Fr=0.0819
37678.7N 故軸承選取合適。
校核軸承的額定靜載荷：Pr=0.67Fr+3.6Fa=0.67×20.942+3.6×1.715=20205.14N
Pr =20205.14N < 73200N = Cr
經(jīng)過驗算軸承22210滿足要求。
3.2階梯軸的校核計算
預(yù)算：計算軸上的載荷 T=9594
Q=mg=1.715KN
階梯軸材料為45鋼， 規(guī)定安全因數(shù)為n=2.
圖3-1 軸的受力簡圖與彎矩圖
（1） 校核60MM到50MM的階梯軸
1. 計算軸的工作應(yīng)力，首先計算交變彎曲正應(yīng)力及循環(huán)特征：
其次計算交變扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力及其循環(huán)特征：
2.確定各種系數(shù)根據(jù)P/d=60/50=1.2 R/d=5/50=0.1 由圖11.8C查的
由圖11.8E查的 由于名義應(yīng)力是按軸直徑等于50MM來計算的。
所以尺寸因數(shù)也應(yīng)按軸直徑等于50MM來確定，由表11.1查的，
，由表11.2查的 對于合金鋼取
3.計算彎曲工作安全因數(shù)和扭轉(zhuǎn)工作安全因數(shù)
因為彎曲正應(yīng)力是非對稱循環(huán)，r=0.118 按公式（11.6）計算
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是脈動循環(huán)，r=0應(yīng)按非對稱循環(huán)計算工作安全因數(shù)的公式（11.17）
計算
4.計算彎矩組合交變應(yīng)力下，軸的工作安全因數(shù) 由公式（11.19）
所以滿足疲勞強度條件。
（2）校核100MM到60MM的階梯軸
1.計算軸的工作應(yīng)力，首先計算交變彎曲正應(yīng)力及循環(huán)特征：
其次計算交變扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力及其循環(huán)特征：
2.確定各種系數(shù)根據(jù)P/d=100/60=1.67 R/d=5/60=0.083 由圖11.8C查的
由圖11.8E查的 由于名義應(yīng)力是按軸直徑等于60MM來計算的。
所以尺寸因數(shù)也應(yīng)按軸直徑等于60MM來確定，由表11.1查的，
，由表11.2查的 對于合金鋼取
3.計算彎曲工作安全因數(shù)和扭轉(zhuǎn)工作安全因數(shù)
因為彎曲正應(yīng)力是非對稱循環(huán)，r=0.148 按公式（11.6）計算
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力是脈動循環(huán)，r=0應(yīng)按非對稱循環(huán)計算工作安全因數(shù)的公式（11.17）
計算
4.計算彎矩組合交變應(yīng)力下，軸的工作安全因數(shù) 由公式（11.19）
所以滿足疲勞強度條件。
3.3立柱的選擇與計算
確定該設(shè)計起重機為繁忙使用，確定機構(gòu)利用等級為T7總設(shè)計壽命為7200h 載荷狀態(tài)為L3 工作級別為M8
由國家標(biāo)準(zhǔn)鋼管合格表初選：
立柱D=219MM
厚度為 10MM
屈服強度為 235
抗拉強度為 375-460
軸慣性矩為 3593.286 cm
極慣性矩為 Ip=7186.572
抗扭系數(shù)為656.307
截面面積為 65.659
單位重量為 51.542kg/m
每米外表面積為 688
圖3-2 梁的受力簡圖
g近似取10n/kg
G(重物)=mg=100kg×10n/kg=1000n
q=11.26kg/m
G(梁)=m梁g=q×l×g=11.261×1.5×10=169n
G（電機）=18×10=180n
G(電葫蘆)=47×10=470n
G(總)= G(重物)+ G（電機）+ G(電葫蘆)=1000+180+470=1650n
M= G(總)×L+ G(梁)×L/2=1650×1.5+169×0.75=2601.75N/M
3.4立柱穩(wěn)定性計算
由結(jié)構(gòu)知，此立柱采用標(biāo)準(zhǔn)型鋼鋼管制成為等斷面立柱，根據(jù)《機械設(shè)計手冊》
第一卷（等斷面立柱變壓穩(wěn)定性計算）由表1-1-120等斷面立柱變壓靜力穩(wěn)定性計算。此立柱屬于偏心壓桿，采用折減系數(shù)法計算：
穩(wěn)定性條件：
實際工作載荷P=1000N 偏心壓桿的折減系數(shù)，其值根據(jù)桿的柔度及
查表1-1-123得
查表1-1-94為
為壓桿的長度系數(shù) 查表1-1-125 =2
（1） 梁與立柱垂直時
偏心距e為1.5m+219mm/2=1609.5mm
立柱截面面積
截面抗彎模數(shù)
取=0.028 計算如下：
穩(wěn)定性符合要求
（2）梁處于極限位置處
偏心距e=1359.85mm
取=0.037 計算如下：
穩(wěn)定性符合要求
3.5焊縫的強度計算
由《機械設(shè)計手冊》第一篇表1-4-43起重機金屬結(jié)構(gòu)焊縫的許用應(yīng)力（GB3811-1983）
取
結(jié)構(gòu)件材料的基本許用應(yīng)力由表1-4-44查得
由表1-4-45（安全系數(shù)和許用應(yīng)力）選取組合，安全系數(shù)=1.5，拉伸，壓縮，彎曲許用應(yīng)力,剪切許用應(yīng)力,端面承壓許用應(yīng)力（磨平頂緊）
圖3-3 梁的焊縫簡圖
由《機械設(shè)計手冊》第一卷表1-4-35得：彎曲應(yīng)力
由《機械設(shè)計手冊》第一卷第三篇 熱軋工字鋼（GB/T 706-1988）查的
根據(jù)《機械設(shè)計手冊》第一卷第三篇 熱軋工字鋼（GB/T 706-1988）查的
10號工字鋼h=100mm,t=7.6mm.
由《機械設(shè)計手冊》第一卷表1-4-34得：a=0~2 取a=2
由《機械設(shè)計手冊》第一卷表1-4-40(建筑鋼結(jié)構(gòu)焊縫許用應(yīng)力)查得：
焊接符合要求。
3.6套筒聯(lián)軸器所用鍵的選擇與校核
（1）套筒聯(lián)軸器所用鍵的選擇與校核
按已知條件初選鍵的類型為A型平鍵，由（GB1096-79）查得鍵的公稱尺寸為
B×h=16×10。鍵的參數(shù)如下：
鍵槽：
寬度 b=16 深度
較緊鍵聯(lián)結(jié) 軸t 極限偏差
軸和轂為p9 公稱尺寸 +0.2
-0.018 6.0 0
-0.061 轂t1 極限偏差
公稱尺寸 +0.2
4.3 0
已知傳遞功率p=0.4kw 輸出轉(zhuǎn)速為7r/min 有輕微沖擊
1. 選擇鍵的類型：A型普通平鍵
2. 確定鍵的尺寸：鍵寬b=16mm
鍵高h=10mm
鍵長L=50mm
3. 驗算擠壓強度：公式
鍵的工作長度l=L-b=50-16=34mm
擠壓面高度k=h/2=10/2=5mm
轉(zhuǎn)矩T=9.55=9.55
許用擠壓應(yīng)力由表6-1，[]=100MPa
擠壓應(yīng)力
經(jīng)驗算所選平鍵能夠安全使用。
（2） 電動小車車輪所用鍵的選擇與校核
按已知條件初選鍵的類型為A型平鍵，由（GB1096-79）查得鍵的公稱尺寸為
b×h=8×7。鍵的參數(shù)如下：
鍵槽：
寬度 8=16 深度
較緊鍵聯(lián)結(jié) 軸t 極限偏差
軸和轂為p9 公稱尺寸 +0.2
-0.015 4.0 0
轂t1 極限偏差
公稱尺寸 +0.2
3.3 0
已知傳遞功率p=0.4kw 輸出轉(zhuǎn)速為70r/min 有輕微沖擊
4. 選擇鍵的類型：A型普通平鍵
5. 確定鍵的尺寸：鍵寬b=8mm
鍵高h=7mm
鍵長L=25mm
6. 驗算擠壓強度：公式
鍵的工作長度l=L-b=25-8=17mm
擠壓面高度k=h/2=7/2=3.5mm
轉(zhuǎn)矩T=9.55=9.55
許用擠壓應(yīng)力由表6-1，[]=100MPa
擠壓應(yīng)力
經(jīng)驗算所選平鍵能夠安全使用。
3.7卡箍聯(lián)結(jié)螺栓的選擇
先計算卡箍所受的軸向力：Q=mg
=[m(梁)+m（電葫蘆）+m(電動小車)+m(重物)]g
=（10×1.5+47+20+100）×9.8
=1.715KN
由于連接板下設(shè)置支托板，故豎直剪力由支托板承受，而螺栓承受彎矩.其值為
M=Qe=1.715×210=360.15KNmm
此處聯(lián)結(jié)螺栓采用高強度螺栓：
確定螺栓承受最大拉力
高強度螺栓預(yù)緊力為：
P
經(jīng)計算選用45號鋼制造高強度螺栓M10
3.8環(huán)鏈電動葫蘆的選擇
環(huán)鏈電動葫蘆是以焊接圓環(huán)鏈作為承載件的電動葫蘆，與鋼絲繩電動葫蘆相比，結(jié)構(gòu)更加輕巧，價格更便宜，用途也很廣。
環(huán)鏈電動葫蘆起升機構(gòu)通常是由一臺單速錐形轉(zhuǎn)子電動機或一臺雙繞組變級式雙速錐形轉(zhuǎn)子電動機驅(qū)動，通過兩級或三級齒輪傳動減速驅(qū)動鏈輪旋轉(zhuǎn)，達到起重目的。起升機構(gòu)的雙速比多數(shù)為1：4～1：6，其起重鏈條一般都采用80級（σb=800Mpa）高強薄層滲碳鏈
環(huán)鏈電動葫蘆由吊鉤裝置，集鏈箱，機體，電動運行小車，起升電動機，電氣控制裝置。根據(jù)已知條件此設(shè)計中選擇BHHM0.125型環(huán)鏈電動葫蘆，其參數(shù)如下：
BHHM0.125型環(huán)鏈電動葫蘆：
起重量：0.125t
起升高度：1.5m
起升速度：常速：4m/min 慢速：1m/min 運行速度：26m/min
工作制度：起升：JC=25/15% 運行：JC=40%
起重鏈：行數(shù)：2 直徑×節(jié)距： Φ4×12
電動機：起升常速：0.2kw 慢速：0.05kw 運行：0.4kw
電源：380/220v 50Hz
工字鋼型號：10
軌道最小曲率半徑：1m
起升高度增加1m所增加重量；0.7k
與電動葫蘆配套使用的電機為電動葫蘆專用交流三相異步電動機系列
系列號：YHHZ1
電動機名稱：環(huán)鏈電動葫蘆起升用雙速錐形轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機
基準(zhǔn)工作制：高速S4-40%,240次/h
低速S4-20%,240次/h
系列容量（KW）：高速：0.2～3.1（0.2）
低速：0.05～0.51（0.05）
級數(shù)：2/8 2/12
3.9工字鋼翼緣彎曲強度計算
1.工字鋼出現(xiàn)的危險點
影響工字鋼翼緣局部彎曲的因素很多，但主要是輪壓。翼緣的厚度和輪壓作用點的位置，其中輪壓和翼緣的厚度只影響局部彎曲應(yīng)力大小而壓力作用點的位置不僅影響力的大小，同時還決定危險點的位置。
實際上，工字鋼下翼緣局部彎曲的危險點將隨著輪壓作用點的位置變化而改變，當(dāng)力作用點靠近工字鋼翼緣邊緣時，危險點將會在點5和點6處出現(xiàn)；當(dāng)作用點在工字鋼翼緣中間時，危險點將在輪壓作用點3和4處出現(xiàn)；當(dāng)作用點靠近工字鋼腹板時，危險點將會在翼緣根部點1和點2處出現(xiàn)。
2.k-曲線.
k-曲線是反映輪壓作用點位置對局部彎曲應(yīng)力影響的曲線，是力（輪壓）作用點位置系數(shù)，是指力的作用點到工字鋼腹板的距離i與工字鋼翼緣懸臂板寬
a的比值，即=i/a,i=a+c-e,a=b-d/2
其中：i-力作用點至腹板距離（mm） a-工字鋼翼緣懸臂板寬度（mm）
b-工字鋼翼緣寬度（mm） d-工字鋼腹板厚度（mm）
c-輪緣與工字鋼翼緣之間的間隙（mm）取3~5
e-力作用點至輪緣邊的距離（mm）
圖3-4 車輪與梁的配合尺寸簡圖
由《起重運輸設(shè)備選用手冊》查得
當(dāng)工字鋼為普通熱軋工字鋼時，翼緣表面斜度為1/6,取e=0.164R;采用輕型工字鋼 ，工字鋼翼緣表面斜度為12%，取e=0.118R，R為車輪踏面曲率半徑