機(jī)械原理四連桿門座式起重機(jī)[技術(shù)相關(guān)]

1、機(jī)械原理20132014學(xué)年大作業(yè) 設(shè)計(jì)題目：四連桿式門座起重機(jī) 工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 姓 名： 李 瑞 學(xué) 號(hào)： 20116447 專業(yè)班級(jí)： 11級(jí)鐵道車輛一班 指導(dǎo)教師： 何 俊 2013/11/10網(wǎng)絡(luò)材料題目介紹、要求以及數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)題目： 四連桿式門座起重機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介四連桿門座起重機(jī)是通用式門座起重機(jī),廣泛應(yīng)用于港口裝卸、修造船廠、鋼鐵公司,主要由鋼結(jié)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、吊具裝置（抓斗、簡(jiǎn)易集裝箱吊具、吊鉤）、電氣設(shè)備及其它必要的安全和輔助設(shè)備組成。通過(guò)四連桿控制在吊臂前后運(yùn)動(dòng)的時(shí)候）起吊節(jié)點(diǎn)保持水平高度不變。二、 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求題號(hào)起重量t工作

2、幅度（米）起升高度（米）工作速度m/min裝機(jī)容量KWL2L1H1H2起升變幅回轉(zhuǎn)運(yùn)行C1025815950501.525330三、 設(shè)計(jì)任務(wù)1、依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)繪出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，確定實(shí)現(xiàn)起吊點(diǎn)軌跡的機(jī)構(gòu)類型2、依據(jù)提供的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)四連桿起吊機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺度綜合，確定滿足使用要求的構(gòu)件尺寸和運(yùn)動(dòng)副位置；3、用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并畫出輸出機(jī)構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。4、編寫說(shuō)明書(shū)，其中應(yīng)包括設(shè)計(jì)思路、計(jì)算及運(yùn)動(dòng)模型建立過(guò)程以及效果分析等。5、在機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用機(jī)構(gòu)綜合實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性。第1章 、四連

3、桿式門座起重機(jī)的介紹第1節(jié) 、四連桿式門座起重機(jī)的概述門座起重機(jī)是起重機(jī)的一種，是隨著港口事業(yè)發(fā)展起來(lái)的。第一次在港口上運(yùn)用門座式起重機(jī)是在1890年將幅度不可變的固定式可旋轉(zhuǎn)臂架型起重機(jī)橫跨在窄型碼頭上，這是門座起重機(jī)的第一次運(yùn)用。在第二次世界大戰(zhàn)之后港用門座起重機(jī)迅速發(fā)展，在發(fā)展的過(guò)程中門座起重機(jī)還逐漸應(yīng)用到作業(yè)條件與港口相近的船臺(tái)和水電站等工作地點(diǎn)。圖1-1 M1030門座起重機(jī)總圖電纜卷筒；2.轉(zhuǎn)柱；3.門座；4.轉(zhuǎn)臺(tái)；5.機(jī)器房；6.起重量限制器；7.變幅機(jī)構(gòu)；8.臂架系統(tǒng)；9.防轉(zhuǎn)裝置；10.吊鉤裝置；11.抓斗穩(wěn)定器；12.抓斗；13.司機(jī)室；14.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；15.起升機(jī)構(gòu)；16

4、.運(yùn)行機(jī)構(gòu)1、 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖為：2、 起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)為：起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)最主要的機(jī)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)重物的升降運(yùn)動(dòng)。它是有電動(dòng)機(jī)、卷筒、鋼絲繩、滑輪組、減速器、制動(dòng)器和吊鉤組成。滑輪是用來(lái)改變鋼絲繩的受力方向的，可以作為導(dǎo)向滑輪，更多地用來(lái)組成滑輪組，它是起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)的重要組成部分。卷筒在起升機(jī)構(gòu)中用來(lái)卷繞鋼絲繩，它將電動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為重物升降或水平的直線運(yùn)動(dòng)。制動(dòng)器在起升機(jī)構(gòu)中是不可缺少的組成部分，制動(dòng)器的作用主要有：1、支持保證重物能在空中保持不動(dòng)；2停止用摩擦消耗運(yùn)動(dòng)部分的動(dòng)能，以一定的減速度使機(jī)構(gòu)停止下來(lái)；3落重制動(dòng)器與重力平衡，重物以恒定的速度下降。減速器可以用來(lái)改變轉(zhuǎn)速，獲得精

5、準(zhǔn)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到減速的目的。電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸節(jié)與減速器的高速軸相連。機(jī)構(gòu)工作時(shí)，減速器的低速軸帶動(dòng)卷筒，將鋼絲繩卷入或放出，經(jīng)過(guò)滑輪系統(tǒng)，使吊鉤實(shí)現(xiàn)上升或下降。機(jī)構(gòu)停止工作時(shí)，制動(dòng)器使吊鉤連同貨物懸吊在空中，吊鉤的升降靠電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向來(lái)達(dá)到。3、 起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)為：變幅機(jī)構(gòu)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)臂架俯仰，以改變工作幅度的機(jī)構(gòu)。它主要有兩個(gè)方面的作用：一是在滿足起重機(jī)工作穩(wěn)定性的條件下，改變幅度，以調(diào)整起重機(jī)有效起重量或調(diào)整取物裝置工作位置；二是在起重量的最大幅度與最小幅度之間運(yùn)移貨物，以擴(kuò)大起重機(jī)的作業(yè)范圍。港口裝卸用門座起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的作用主要是指后者，它與其他機(jī)構(gòu)聯(lián)合作業(yè)，實(shí)現(xiàn)貨物的運(yùn)移。1象鼻架；2

6、拉桿；3機(jī)架；4動(dòng)臂第3節(jié) 、門座式起重機(jī)的分類門座起重機(jī)可按照以下形式分為：1、 按照門架結(jié)構(gòu)分：全門座起重機(jī)和半門座起重機(jī) 全門座起重機(jī)：具有完整的門架，兩條運(yùn)行軌道在同一水平面上 半門座起重機(jī)：不具有完整的門架，兩條運(yùn)行軌道不在同一水平面上，一條 鋪設(shè)在地面上，另一條鋪設(shè)在庫(kù)房或者特質(zhì)的棧橋上。2、按照起重臂結(jié)構(gòu)類型分： 四連桿組合臂架門式起重機(jī)：凈空高度比較大，起重機(jī)總高度較低；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量較大。單臂梁式門座起重機(jī)：凈空高度比較小，起重機(jī)總高度較高；結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，總量較輕。3、按照支撐裝置結(jié)構(gòu)分：轉(zhuǎn)柱式門座起重機(jī)、定柱式門座起重機(jī)、轉(zhuǎn)盤式門座起重機(jī)和大軸承式門座起重機(jī)。4、按照用途分

7、：裝卸用門座起重機(jī)、造船用門座起重機(jī)和建筑安裝用門座起重機(jī)名稱用途參數(shù)及特點(diǎn)裝卸用門座起重機(jī)主要用于港口和露天堆料場(chǎng)，用抓斗或吊鉤裝卸。起重量一般不超過(guò)25噸，不隨幅度變化。工作速度較高，故生產(chǎn)率常是重要指標(biāo)。造船用門座起重機(jī)主要用于船臺(tái)、浮船塢和艤裝現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行船體拼接、設(shè)備艤裝等吊裝工作，吊鉤作為吊具。最大起重量達(dá)300噸,幅度大時(shí)起重量相應(yīng)減小。有多檔起升速度，吊重輕時(shí)可提高起升速度。建筑安裝用門座起重機(jī)主要用在水電站進(jìn)行大壩澆灌、設(shè)備和預(yù)制件吊裝等，一般用吊鉤。起重量和工作速度一般介于前兩類起重機(jī)之間。它具有整機(jī)裝拆運(yùn)輸性好、吊具下放深度大、能較好地適應(yīng)臨時(shí)性工作和棧橋上工作等的特點(diǎn)。第

8、2章 、四連桿門座式起重機(jī)的分析第一節(jié)、起重機(jī)的方案確定方案一：平行四連桿臂優(yōu)點(diǎn)：重心易合成易確定，變幅過(guò)程中可以沿水平方向運(yùn)動(dòng)。缺點(diǎn)：由于機(jī)構(gòu)是平行四邊形所以其穩(wěn)定性不好，容易變形。方案二：四連桿式臂架四連桿式臂架可以用反轉(zhuǎn)法求得，簡(jiǎn)圖過(guò)程如下圖所示。此方案的優(yōu)點(diǎn)：重心以及其他點(diǎn)可以精確的求得，而且相對(duì)平行 四連桿臂而言有更好的穩(wěn)定性。經(jīng)研究比較最終確定方案為四連桿式臂。第2節(jié) 、機(jī)構(gòu)尺寸的確定以及計(jì)算1、 尺寸的確定：由于題目中要求E點(diǎn)做水平運(yùn)動(dòng)，并且給出范圍是在825米之間，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，暫且確定擺動(dòng)臂為24米，CD間距離設(shè)為4米，DE間距離設(shè)為10米，拉桿長(zhǎng)度設(shè)為22米，A、B兩腳支架

9、的坐標(biāo)分別為（0,0）和（-6,8）。并且用ADMIS軟件進(jìn)行調(diào)試驗(yàn)證，此數(shù)據(jù)可以使得機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行。2、計(jì)算過(guò)程：如圖，最大幅度時(shí)臂架、象鼻梁與水平線夾角的下線和以及象鼻梁前后端長(zhǎng)度和比值的選取實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)都有經(jīng)驗(yàn)取值范圍： 由圖可求出象鼻梁端點(diǎn)E的坐標(biāo)表達(dá)式： 圖中A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，l0為AD的桿長(zhǎng)，l1為AB的桿長(zhǎng)，l2為BC間的桿長(zhǎng)，l3為CD間距離，l4為DE間距離，l5為B點(diǎn)的縱坐標(biāo)長(zhǎng)度，l6為B點(diǎn)的橫坐標(biāo)長(zhǎng)度；為AD桿與x軸見(jiàn)得夾角，為BC桿與水平的夾角，r為AB桿與AD桿見(jiàn)得夾角，為AB桿與x軸的夾角；H為懸掛點(diǎn)的高度，即E點(diǎn)的縱坐標(biāo)長(zhǎng)度。其中l(wèi)0、l2、l4、l5、l6均為已知，則

10、： l7在三角形ABD中根據(jù)余弦定理可得： l7=l1+l0-2l1l0cosr l7=l1+l0-2l1l0cosr; 式中的r=-，tan=l5/l6； 在三角形BCD中根據(jù)余弦定理l2=l7+l3-2l7l3cos1 可得1=cos-（l7+l3-l2/2l7l3）懸臂梁最大與最小夾角max、min計(jì)算公式：即的取值范圍當(dāng)擺角在最大幅度Rmax時(shí)，y=H=l0sin-l4sin 可以用表示，因此可以求出min=41； 同理可以求出當(dāng)擺角在最大幅度Rmin時(shí)max=77 程序：內(nèi)層：目標(biāo)函數(shù)function f=myfun1(x)；f=max(x(6)-min(x(6);將該文件保存為op

11、tim1.m約束條件、設(shè)計(jì)變量：function c,ceq=mycon1(x) amx=75*pi/2;smx=65;smn=31;H0=50;c(1)=x(1)-50*pi/180;c(2)=40*pi/180-x(1);c(3)=x(2)-25*pi/180;c(4)=10*pi/180-x(2);c(5)=x(3)-0.5*x(8);c(6)=0.35*x(8)-x(3);c(7)=x(4)-0.24*x(7);c(8)=0.2*x(7)-x(4);c(9)=x(5)-0.4*x(7);c(10)=0.3*x(7)-x(5);c(11)=x(9)-amx;c(12)=x(1)-x(9)

12、;ceq(1)=(-smx*tan(x(1)-H0)/(cos(x(2)*tan(x(1)+sin(x(2)-x(8);ceq(2)=(H0+x(8)*sin(x(2)/(sin(x(1)-x(7);ceq(3)=acos(x(7)2+H0+S0-x(8)2)/(2*x(7)*sqrt(smn2+H02)+atan(-H0/smn)-x(9);ceq(4)=asin(x(7)*sin(x(9)-H0)/x(8)-x(10);ceq(5)=-x(7)*cos(x(9)+x(3)*cos(x(10)-x(11);ceq(6)=x(7)*sin(x(9)+x(3)*sin(x(10)-x(12);x

13、(6)=sqrt(x(11)-x(4)2+(x(12)-x(5)2);將該文件保存為optim1c.m調(diào)用函數(shù)x0=40*pi/180，8*pi/180，10;x=fmincon(optim1,x0,optim1c)外層：設(shè)計(jì)變量：目標(biāo)函數(shù)：function f=myfun2(x)；f=max(x(2)-min(x(1);將該文件保存為optim2.m約束條件function c,ceq=mycon2(x) c(1)=x(3)-amx;c(2)=amn-x(3); ceq(1)=-R*cos(x(3)-L*cos(sd)-x(1);ceq(2)=R*sin(x(3)-L*sin(sd)-x(2);將該文件保存為optim2c.m調(diào)用函數(shù)x0=40*pi/180，22*pi/180，9.373;x=fmincon(optim2,x0,optim2c)最終確定桿長(zhǎng)為：B （5,8）；R=15.57；L=10；l=4； H0=8；min=20；min=47.083結(jié)構(gòu)如下圖所示：3、 建模及仿真底座：中間部分：運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中的AD運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中的BC運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中的CE裝配圖：運(yùn)動(dòng)曲線：X軸方向位移曲線X軸方向速度曲線X軸方向加速度曲線Y軸方向位移曲線運(yùn)動(dòng)仿真綜合