起重機械第十一章課件

1、第十一章變幅機構(gòu)目 錄 / CONTENTS 1 載重水平振幅 2 臂架自重平衡 3 變幅驅(qū)動機構(gòu)第1節(jié) 載重水平機構(gòu)第一節(jié) 載重水平機構(gòu)變幅機構(gòu) 在臂架類起重機中，用于改變吊具或起吊貨物水平幅度位置的機構(gòu)稱為變幅機構(gòu)。在臂架類回轉(zhuǎn)型起重機中，從起重機旋轉(zhuǎn)中心線到取物裝置中心線的距離稱為幅度；在非回轉(zhuǎn)的臂架類起重機中，從臂架鉸軸或其他典型軸線到取物裝置中心線的水平距離稱為起重機的幅度。 根據(jù)工作性質(zhì)的不同，變幅機構(gòu)可分為工作性與非工作性兩種。第一節(jié) 載重水平機構(gòu) 非工作性變幅機構(gòu)也稱為調(diào)整型變幅機構(gòu)，它只在裝卸開始前的空載條件下變幅，使起重機調(diào)整到適于吊運貨物的幅度, 在貨物運轉(zhuǎn)過程中，幅度不

2、再改變，變幅過程是非工作性的。其主要特征是變幅工作次數(shù)少，一般都采用較低的變幅速度，通常為1030m/min。第一節(jié) 載重水平機構(gòu) 工作性變幅機構(gòu)可使貨物沿起重機的徑向作水平移動， 以擴大起重機的服務(wù)空間范圍和提高工作機動性。這種變幅可在帶載條件下進行，其變幅過程成為每一工作循環(huán)中的主要工序之一，這類變幅機構(gòu)稱為工作性變幅機構(gòu)。其主要特征變幅頻繁，變幅速度對裝卸生產(chǎn)率有直接影響。所以在這類變幅機構(gòu)中，一般應(yīng)采用較高的變幅速度以提高裝卸生產(chǎn)率，通常為4090m/min。工作性變幅機構(gòu)在構(gòu)造上較為復雜，但工作性能則顯著改善。例如采用吊重水平位移及臂架自重平衡系統(tǒng)，可減少變幅阻力、降低變幅功率。第一

3、節(jié) 載重水平機構(gòu) 根據(jù)變幅方法， 變幅機構(gòu)可分為運行小車式和俯仰臂架式。 圖11-1 所示是一種運行小車式變幅機構(gòu)，幅度的改變是靠小車沿著水平的臂架弦桿運動來實現(xiàn)的。運行小車變幅可分為自行式和繩索牽引式兩種。這類變幅機構(gòu)一般是工作性變幅機構(gòu)，常用于帶電動葫蘆的小型固定式回轉(zhuǎn)起重機，也可用于部分塔式起重機中。圖11-1運行小車式變幅裝置簡圖第一節(jié) 載重水平機構(gòu) 圖11-2 所示是一種俯仰臂架式變幅機構(gòu)，它靠動臂在垂直平面內(nèi)繞其鉸軸俯仰來實現(xiàn)幅度的改變。俯仰臂架式變幅廣泛用于門座起重機、流動式起重機和大多數(shù)塔式起重機等。圖11-2俯仰臂架式變幅裝置簡圖第一節(jié) 載重水平機構(gòu) 繩索補償法的特點是貨物在

4、變幅過程中引起的升降現(xiàn)象依靠起升繩纏繞系統(tǒng)中及時放出或收入一定長度起升繩的辦法來補償，從而使貨物在變幅過程中沿水平或接近水平線的軌跡移動。繩索補償法又有多種方案，常用的有補償滑輪組法、補償滑輪法、連桿補償滑輪組法和補償卷筒法。一、載重水平變幅的構(gòu)造形式載重水平變幅1 繩索補償法第一節(jié) 載重水平機構(gòu) (1) 補償滑輪組法圖11-5 所示為利用補償滑輪組使貨物水平變幅的工作原理。它的特點是在起升繩繞繩系統(tǒng)中增設(shè)一補償滑輪組?？梢钥闯? 當臂架從位置轉(zhuǎn)動到位置時, 貨物和取物裝置一方面隨著臂架端點的升高而升高, 另一方面又由于補償滑輪組纏繞長度縮短、放出鋼絲繩和增加懸掛長度而下降。圖11-5補償滑輪

5、組工作原理圖第一節(jié) 載重水平機構(gòu) (2) 補償滑輪法圖11-6 所示是利用補償滑輪使貨物水平變幅的變幅系統(tǒng)。從起升卷筒繞出的鋼絲繩，經(jīng)過裝在擺動杠桿上的導向滑輪，然后通向臂架頭部。裝有補償導向滑輪的杠桿通過拉桿與臂架連接。在變幅過程中，補償導向滑輪位置的變化使從卷筒到臂架頭部之間的鋼絲繩長度的變化與吊鉤隨臂架頭部的升降相補償。圖11-6補償滑輪式變幅裝置簡圖第一節(jié) 載重水平機構(gòu) (3) 連桿補償滑輪組法圖11-7 所示的補償方式是通過連桿把沿導軌移動的補償滑輪組的動滑輪與臂架尾部聯(lián)系起來，而且連桿的長度l1 與臂架的尾長l2 相等。圖11-7連桿補償滑輪組變幅裝置簡圖第一節(jié) 載重水平機構(gòu) (4

6、) 補償卷筒法如圖11-8 所示，這種補償法的原理是將起升繩的另一端繞在一個由變幅機構(gòu)驅(qū)動的補償卷筒上。這里，補償卷筒與變幅卷筒同軸相連。在變幅過程中，補償卷筒放出或收入一定長度的起升繩，以彌補由于臂架仰俯擺動而引起的貨物升降現(xiàn)象如果采用適當設(shè)計的曲線卷筒并使鋼絲繩有序纏繞，就可以達到準確的貨物水平變幅。圖11-8補償卷筒式繞繩系統(tǒng)簡圖1起升卷筒2補償卷筒3變幅卷筒4臂架第一節(jié) 載重水平機構(gòu) 組合臂架法的特點是貨物在變幅過程中的水平移動是依靠臂架端點在變幅過程中沿水平線或接近水平線的軌跡移動來保證的。2 組合臂架法第一節(jié) 載重水平機構(gòu) (1) 四連桿式組合臂架圖11-9 所示為采用剛性拉桿式組

7、合臂架的工作原理。臂架系統(tǒng)由臂架、象鼻梁和剛性拉桿三部分組成。象鼻梁的端點將描繪出一條雙葉曲線，如果臂架系統(tǒng)的尺寸選擇得合適，則在有效幅度SminSmax范圍內(nèi)，象鼻梁的端點將沿著接近水平線的軌跡移動。當起升繩沿著臂架或拉桿到達象鼻梁，并從其頭部引出時，即滿足了貨物水平變幅的要求。圖11-9四連桿組合臂架第一節(jié) 載重水平機構(gòu) (2) 平行四邊形組合臂架圖11-10 所示為一種平行四邊形的組合臂架，通過由拉桿、象鼻梁、臂架與連桿構(gòu)成的平行四邊形，可保證吊重在變幅過程中嚴格地按水平線移動。圖11-10平行四邊形組合臂架第一節(jié) 載重水平機構(gòu) 如圖11-11 所示, 首先根據(jù)工作需要和構(gòu)造布置確定臂架

8、長度L、最大幅度Rmax、最小幅度Rmin、臂架鉸點O、起升滑輪組的倍率m 和補償滑輪組的倍率mF。為使物品水平變幅獲得較滿意的結(jié)果, 在幅度為Rmax時, 臂架對水平線的夾角min宜取20 40; 幅度為Rmin時, 臂架對水平線的夾角max宜取60 80。然后按照保證貨物盡可能水平變幅的原則, 采用圖解法, 確定補償滑輪組定滑輪的裝設(shè)位置A。一、載重水平變幅系統(tǒng)的設(shè)計1 補償滑輪組裝置的設(shè)計圖11-11補償點A 的圖解鎖定第一節(jié) 載重水平機構(gòu) 從補償滑輪裝置的工作原理(圖11-6) 可知，設(shè)計的主要內(nèi)容是合理選擇杠桿系統(tǒng)的尺寸, 使補償B 點在變幅過程中的運動軌跡能很好地補償因臂架頭部A

9、點升降所引起的吊鉤的升降，從而保證吊鉤在變幅過程中沿近似于水平線的軌跡運動。 如圖11-14。2 補償滑輪裝置的設(shè)計圖11-14補償滑輪設(shè)計簡圖第一節(jié) 載重水平機構(gòu) 這里只討論起升繩沿平行于臂架或連桿軸線引出的常見方案。設(shè)計的主要任務(wù)是：確定臂架系統(tǒng)的主要尺寸(臂架長度L、象鼻梁前臂長度L1 和后臂長度l、拉桿長度r)；確定臂架鉸點O 及拉桿鉸點O1 的位置。 設(shè)計時的基本要求是保證物品在變幅過程中盡可能沿接近水平線的軌跡移動，使臂架系統(tǒng)的尺寸盡可能緊湊、自重輕、裝卸簡便，并且各個鉸點位置應(yīng)符合總體布置的要求。3 四連桿式組合臂架裝置設(shè)計第一節(jié) 載重水平機構(gòu) (1) 圖解法在設(shè)計臂架系統(tǒng)前,

10、最大幅度Rmax、最小幅度Rmin、起升高度等主要工作參數(shù)是給定的。然后根據(jù)起重機總體布置和構(gòu)造上的要求初步選定臂架鉸點O 的位置, 從而可確定f 和H0, 如圖11-15 所示。圖11-14確定臂架和象鼻梁前臂長度的計算簡圖第一節(jié) 載重水平機構(gòu) (2) 解析法從上述作圖過程可以看出, 要為變幅裝置確定一組合適的尺寸, 工作量很大, 精確度也低。因此, 目前已采用解析法在計算機上進行計算。第2節(jié) 臂架自重平衡第二節(jié) 臂架自重平衡 在變幅過程中，臂架系統(tǒng)的重心有可能發(fā)生升降現(xiàn)象。由于重心的升降，需要多做功而引起變幅機構(gòu)驅(qū)動功率變大?？刹捎枚喾N構(gòu)造形式來避免重心的升降。下面介紹兩種方案。一、構(gòu)造形

11、式臂架自重平衡第二節(jié) 臂架自重平衡 1) 利用活動對重使臂架系統(tǒng)的合成重心始終位于臂架俯仰平面的某一固定點上(例如臂架的鉸軸上)，從而臂架系統(tǒng)合成重心在變幅過程中不發(fā)生升降現(xiàn)象。 2) 利用對重使臂架系統(tǒng)的合成重心保持在接近水平線的軌跡上。第二節(jié) 臂架自重平衡 1) 根據(jù)利于布置的前提, 選定對重杠桿鉸點O的位及r = gO, 使最大回轉(zhuǎn)尾部半徑在r 以內(nèi)(圖11-23)。二、杠桿-活動對重式臂架平衡系統(tǒng)設(shè)計的作圖法1 確定杠桿系統(tǒng)的尺寸及對重初步自重圖11-23杠桿-活動對重式臂架平衡系統(tǒng)尺寸的確定第二節(jié) 臂架自重平衡 2) 選定最大幅度及最小幅度對重杠桿的擺角1 和3。一般取3 =10 2

12、0, 1 = 80 110。角度小, 則對重自重大; 反之, 角度大可得較小的對重自重。 3) 對重自重載荷可根據(jù)能量守恒定律確定,臂架重心降低所減小的位能應(yīng)等于對重重心升高所增加的位能。第二節(jié) 臂架自重平衡 4) 選一中間幅度OC2。根據(jù)能量守恒定律求得對重應(yīng)在的位置g2, 它與最大幅度的高差h1 為第二節(jié) 臂架自重平衡 5) 已知四連桿的三對對應(yīng)的擺臂位置, 則需求得適當?shù)倪B桿ab?？梢越o定a 點求b點, 也可給定b 點求a 點。通常是先確定a 點, 即a1、a2 及a3, 而相應(yīng)的對重位置為g1、g2及g3。第二節(jié) 臂架自重平衡 上面確定了臂架平衡系統(tǒng)的幾何尺寸及對重自重?，F(xiàn)在檢查一下本

13、系統(tǒng)的不平衡力矩M, 即計算此杠桿系統(tǒng)在整個變幅過程中最大的不平衡力矩。繞O點的不平衡力矩的計算公式為2 最大不平衡力矩及合理的對重自重第3節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu)第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu) 變幅驅(qū)動機構(gòu)有繩索滑輪組、曲柄連桿、扇形齒輪、齒條、螺桿、液壓缸等形式。 圖11-24 所示為繩索滑輪組變幅驅(qū)動機構(gòu)的典型簡圖。一、構(gòu)造形式變幅驅(qū)動機構(gòu)1 繩索滑輪組變幅驅(qū)動機構(gòu)圖11-24繩索滑輪組變幅驅(qū)動機構(gòu)第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu) 圖11-26 所示為曲柄連桿驅(qū)動對重杠桿, 然后再通過杠桿使臂架俯仰。曲柄連桿機構(gòu)的優(yōu)點是能自動限制變幅極限位置, 使工作可靠性增大。其缺點是變幅速度很不均勻, 電動機與曲柄間所需傳動比大

14、, 因而使裝置尺寸和自重增大。這種形式只用于舊式的小型起重機, 現(xiàn)已很少采用。2 曲柄連桿變幅機構(gòu)圖11-26曲柄連桿變幅驅(qū)動機構(gòu)第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu) 圖11-27 所示為齒條變幅驅(qū)動機構(gòu)的典型簡圖。其中臂架直接由齒條推動, 齒條則由裝設(shè)在機器房頂上的電動機通過減速器和最后驅(qū)動小齒輪來驅(qū)動。對于較大型的起重機, 齒條常制成針齒的形式, 以簡化制造和維修工作。3 齒條變幅驅(qū)動機構(gòu)圖11-27齒條變幅驅(qū)動機構(gòu)第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu) 圖11-28、圖11-29 所示為螺桿變幅驅(qū)動機構(gòu)的典型簡圖。螺桿螺紋可以是單線、雙線、三線或是四線的。采用單線螺紋可使結(jié)構(gòu)更緊湊, 但傳動效率低, 用于非工作變幅。在近

15、代工作性變幅結(jié)構(gòu)中多采用雙線以上的螺紋。4 螺桿變幅驅(qū)動機構(gòu)圖11-29螺桿變幅驅(qū)動機構(gòu)圖11-28螺桿變幅機構(gòu)第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu) 圖11-30 所示為液壓缸變幅驅(qū)動機構(gòu)的典型簡圖。其中平衡梁直接由液壓缸活塞桿推動, 液壓缸為雙向作用。5 液壓缸變幅驅(qū)動機構(gòu)圖11-30液壓缸變幅驅(qū)動裝置第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu) 在設(shè)計變幅系統(tǒng)時, 需要了解變幅系統(tǒng)的運動速度, 這是為了: 檢查變幅系統(tǒng)的速度均勻性; 在計算變幅系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)時, 需知道臂架系統(tǒng)各部分的折合轉(zhuǎn)動慣量, 這時則應(yīng)了解其重心速度與轉(zhuǎn)動角速度。二、臂架系統(tǒng)的運動速度第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu) 變幅機構(gòu)計算的主要內(nèi)容為: 計算變幅阻力, 確定計算

16、載荷, 確定驅(qū)動功率, 選擇電動機, 確定制動力矩, 選擇或設(shè)計制動器, 確定傳動比, 設(shè)計傳動裝置。三、變幅機構(gòu)的載荷1 變幅阻力分析第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu) 分析了變幅阻力的計算后，應(yīng)進一步確定各種不同的計算狀態(tài)下的載荷組合, 從而求出實際計算所需要的各類計算載荷。2 載荷組合及各計算載荷的確定第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu)根據(jù)穩(wěn)定運動時的靜功率初選電動機四、工作性變幅驅(qū)動機構(gòu)計算1 電動機功率的選定第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu)2 減速器總傳動比第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu)3 驗算起動時間第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu)4 制動力矩 制動器的制動力矩應(yīng)滿足以下條件: 1) 在工作狀態(tài)與非工作狀態(tài)下, 應(yīng)具有足夠的制動安全系數(shù)。 2

17、) 在最不利的工作狀態(tài)下, 制動時間不應(yīng)長,tzhmax4 6s。 3) 在無負荷的情況下, 制動時間不宜短,tzhmin11.5s。第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu)5 驗算電動機短期過載能力 在驗算最大起動時間時常放棄在最大工作載荷下能及時起動的要求, 以免選用過大的電動機, 因為此種情況不常出現(xiàn)。但應(yīng)保證在電動機開動以后不致由于突起的大風將起重機吹停, 因此, 應(yīng)驗算電動機的最大轉(zhuǎn)矩是否能克服M。第三節(jié) 變幅驅(qū)動機構(gòu)5 驗算電動機短期過載能力 在驗算最大起動時間時常放棄在最大工作載荷下能及時起動的要求, 以免選用過大的電動機, 因為此種情況不常出現(xiàn)。但應(yīng)保證在電動機開動以后不致由于突起的大風將起重機吹停, 因此, 應(yīng)驗算電動機的最大轉(zhuǎn)矩是否能克服M。6 選擇減速器 由于起動與制動時減速器負荷較大, 故應(yīng)選用靜功率Pj較大的