起重机械与吊装

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,起重机械与吊装,湖南城建职业技术学院,陈树文,第九章 变幅机构,第一节 概述,第一节 概述,在旋转类型起重机中，从取物装置中心线到起重机旋转中心线的距离称为起重机的幅度；在非旋转类型起重机中，从取物装置中心线到臂架铰轴的水平距离，或到其他典型轴线的距离称为起重机的幅度。用来改变幅度的机构，称为起重机的变幅机构。,根据工作性质的不同，变幅机构分为调整性的(或非工作性的)和工作性的两种。,调整性变幅机构,只在装卸开始前的空载条件下变幅，使起重机调整到适于吊运物品的幅度，有时是根据物品的装卸点与起重机位置的要求变更幅度，有时是根据物品的质量变更幅度，因为许多旋转起重机如塔式起重机、汽车起重机、轮胎起重机、履带起重机等，由于倾翻稳定性的限制，在吊运重物时必须将幅度调整到允许范围以内。在物品运转过程中，幅度不再调整，变幅过程是非工作性的，称为非工作性变幅机构。其主要特征是工作次数少，变幅速度对装卸生产率的影响小，由于不带载变幅，所以可节约其变幅功率的消耗。一般都采用较低的变幅速度，通常为l030mmin，进一步减少所需的驱动功率。在这类变幅机构的性能参数中，常以变幅时间来表征，即由最大幅度变到最小幅度所用的时间。,工作性变幅机构,可使物品沿起重机的径向做水平移动，以扩大起重机的服务面积和提高工作机动性。这种变幅是在带载条件下进行，其变幅过程为每一工作周期主要工序之一，这类变幅机构称为工作性变幅机构。其主要特征是变幅频繁，变幅速度对装卸生产率有直接影响，所以在这类变幅机构中，一般应采用较高的变幅速度以提高装卸生产率，通常变幅速度为4090mmin。这种变幅机构在构造上较为复杂，但工作性能则显著改善，例如采用吊重水平位移及臂架自重平衡系统，大大降低变幅功率，使起重机在增大变幅速度、频繁变幅的条件下，能选用不太大的电动机，消耗合适的能量。,第一节 概述,第一节 概述,根据变幅方法，变幅机构分为,运行小车式和摆动臂架式两种。,在运行小车式变幅机构中(见图91)，幅度的改变是靠小车沿着水平的臂架弦杆运行来实现的。,运行小车有自行式和绳索牵引式两种,。这类变幅机构主要用作工作性变幅机构，它主要用于带电动葫芦的小型固定式旋转起重机，也用于一部分塔式起重机。,第一节 概述,在摆动臂架式变幅机构中(见图9-2)，幅度的改变是靠动臂在垂直平面内绕其铰轴摆动来达到的。它被广泛应用于各种类型的旋转起重机，如门座起重机、流动式起重机及大多数塔式起重机等。,流动起重机和一些不经常工作的大起重量非旋转式起重机，通常采用简单摆动臂架变幅系统见图9-3(a)，臂架通过变幅绞车及滑轮组的牵引，改变它的倾角，从而改变幅度。,第一节 概述,具有直臂架的简单摆动臂架式变幅机构，在小幅度时，臂架下的空间狭小。采用折线臂架，则可扩大此时臂架下的工作空间见图9-3(b)。但这样将使臂架的受力条件恶化。,第一节 概述,液压驱动的起重机采用油缸改变臂架的倾角。为了增大幅度变化范围，近代汽车起重机臂架制成可伸缩的。它用油缸驱动伸缩运动(见图94)，伸缩臂包括各节臂架结构件及各节伸缩油缸，当各级油缸进油使活塞杆顶出时，臂架长度逐渐增大，到活塞杆全部顶出时，臂架达到最大长度。这种变幅系统具有使用简便、灵活的特点，在移动式起重机中得到了广泛的应用。,第一节 概述,在简单摆动式变幅系统中，臂架装置没有平衡部分，起升绳卷绕系统没有绳索补偿部分，因此在变幅过程中，物品与臂架的重心也同时做升降运动(见图93)，为克服臂架自重和物品重力升降所引起的阻力，所需的变幅驱动功率将显著增大。此外，物品随变幅自行升降的现象也对装卸工作带来不便。所以这类变幅系统主要用作调整变幅。,第一节 概述,对调整性变幅机构确定其驱动功率时，只需考虑臂架自重和风力。显然，一般当臂架处于最低位置时变幅拉力为最大，对于制动器以及它与臂架间的所有传动连接构件，都必须按臂架吊载物品时(包括物品偏斜、起升绳拉力)的最大变幅力进行计算(见图95)，并且也需对非工作状态下最大风力的情况进行验算。,第一节 概述,在现代生产中，多数情况下要求实现工作性带载变幅，为了尽可能降低变幅机构的驱动功率和提高机构的操作性能，目前普遍采用下述两项措施。,载重水平位移使物品在变幅过程中沿着水平线或接近水平线的轨迹运动。,臂架自重平衡使臂架装置的总重心高度在变幅过程中不变或变化较小。,现在已有多种形式的变幅装置能满足上述要求。一般说来，这类变幅装置要比那些简单摆动臂架式变幅装置来得复杂，但对于需要经常带载变幅的起重机来说，由此而得到的优点，足以弥补构造复杂、自重较大等缺点，因而应用广泛。,第二节 载重水平位移,第二节 载重水平位移,在用臂架摆动进行变幅的起重机中，为使载重在变幅过程中沿水平线或近似水平线移动，可以采用多种形式来达到，但基本上可以归纳为两种：,绳索补偿法；,组合臂架法。,一、绳索补偿法,第二节 载重水平位移,一、绳索补偿法,它的特点是：物品在变幅过程中引起的升降现象依靠起升绳缠绕系统及时放出或收入一定长度起升绳的办法来补偿，从而使物品在变幅过程中沿水平线或接近水平线的轨迹移动。,绳索补偿法又有多种方案，常用的有：,补偿滑轮组法；,补偿导向滑轮法。,连杆补偿滑轮组法,椭圆规,补偿卷筒,1补偿滑轮组法,图9-6所示为补偿滑轮组工作原理。它的特点是在起升绳绕绳系统中增设一个补偿滑轮组。可以看出，当臂架从位置工转到位置时，物品和取物装置一方面将随着臂架端点的升高而上升，另一方面又将由于补偿滑轮组长度缩短，放出钢丝绳，增加悬挂长度而下降。设计时使起重机在变幅过程中由于臂架端点上升而引起的物品升高值大致等于因补偿滑轮组缩短而引起的物品下降值，则物品将沿近似水平线移动。,一、绳索补偿法,第二节 载重水平位移,一、绳索补偿法,第二节 载重水平位移,所以，当采用滑轮组补偿时，实现水平变幅应满足的条件式为,式中m起升滑轮组的倍率，通常m2；,m,F,补偿滑轮组的倍率，常用m,F,=3。,这类补偿法的主要优点是构造简单，臂架受力情况比较有利，容易获得较小的最小幅度；缺点是起升绳的长度大，起升绳绕过滑轮数目多，因而磨损快，小幅度时物品摆动幅度大，不能保证物品沿严格的水平线移动等。这种形式主要用于小起重量的起重机中。,一、绳索补偿法,第二节 载重水平位移,2补偿导向滑轮法,图97所示为补偿导向滑轮式变幅装置简图。从卷筒出来的钢丝绳，经过装在摆动杠杆上的导向滑轮，然后通向臂架头部，装有补偿导向滑轮的杠杆通过拉杆与臂架连接。在变幅过程中，补偿导向滑轮的位置的变化，使从卷筒到臂架头部之间的钢丝绳长度的变化与吊钩随臂架头部的升降相补偿，,则吊钩就可以近似位于同一水平线上。,即,与补偿滑轮组比较起来，这种形式的主要优点是起升绳的长度和磨损减小。缺点是臂架所受弯曲力矩较大，并难于获得较小的最小幅度。,一、绳索补偿法,第二节 载重水平位移,3连杆一补偿滑轮组法,图9-8所示为连杆一补偿滑轮组变幅装置简图，是通过连杆将沿垂直导轨移动的补偿滑轮组的动滑轮与臂架尾部连系起来，而且连杆的长度与臂架的尾长相等。,在臂架变幅过程中，将保持下列关系，即,因此，如果起升滑轮组的倍率仇和补偿滑轮组的倍率mF之间能保持下列关系时，物品就可以准确地沿水平线移动,在转柱式的结构中，将补偿滑轮组布置在转柱里面，由油缸推动滑轮组动滑轮而使臂架摆动变幅，且动滑轮又与臂架的平衡对重合并布置，这样可以得到很紧凑的变幅。,一、绳索补偿法,第二节 载重水平位移,4椭圆规,椭圆规补偿系统简图如图9-9所示，这种补偿形式可以使物品达到准确的水平位移，因为臂架中心(等处)在变幅时走一水平线，臂架两端的垂直位移相等H=L，使吊钩的中心高度不变。这种臂架的尖端的轨迹为椭圆，所以称为椭圆规。,假若臂架的重心就在等处，变幅时它的高度不变，这样也达到了很好的自重平衡。,一、绳索补偿法,第二节 载重水平位移,5补偿卷筒,卷筒补偿式绕绳系统简图如图910所示，这种补偿法的原理是将起升绳的另一端绕在一个由变幅机构驱动的补偿卷筒上。这里，补偿卷筒是与变幅卷筒同轴连系的。在变幅过程中，补偿卷筒放出或收入一定长度的起升绳，以弥补由于臂架摆动而引起的物品升降现象。,如果采用适当设计的曲线卷筒，就可以达到准确的物品水平位移。实际上从工艺考虑，补偿卷筒常是圆锥形的，可以近似地达到物品水平位移。,以上所述各类绳索补偿法的共同缺点是：,起升绳长度大，磨损快，小幅度时物品悬挂长度大，摆动也大。,以上所述各类绳索补偿法的共同优点是：,使用单臂架，构造简单，质量小。,一、绳索补偿法,第二节 载重水平位移,二、组合臂架法,第二节 载重水平位移,二、组合臂架法：,组合臂架法的特点是，物品在变幅过程中的水平移动不是依靠收人或放出一定重越升绳的办法来达到的，而是依靠臂架端点在变幅过程中沿水平线或接近水平线的轨迹移动来保证。,1四连杆式,图911所示为四连杆式组合臂架。臂架系统是组合式的，它由臂架、“象鼻”梁和刚性拉杆三部分组成。“象鼻”梁的端点将描绘出一条双叶曲线，如果臂架系统的尺寸选择得合适时，则在有效幅度SminSmax范围内，双叶曲线可以接近于一条水平线，即在变幅过程中，“象鼻”梁的端点将沿着接近于水平线的轨迹移动。当起升绳沿着臂架或拉杆到“象鼻”梁，并以其头部引出时，即满足了物品水平变幅的要求。,这种方案的主要优点是：物品悬挂长度减小，摆动现象减轻，起升绳的长度和磨损减小，起升滑轮组的倍率对补偿系统没有影响。但其主要缺点是：臂架系统复杂，自重大，物品难于沿严格的水平线变幅等。,这类方案在港口及造船门座起重机上应用最广。,二、组合臂架法,第二节 载重水平位移,2曲线“象鼻”梁式,图912所示为曲线“象鼻”梁组合臂架式变幅系统。这种系统是由四连杆系统发展而来的。将四连杆的刚性拉杆改为挠性拉索，并将其与“象鼻”的连接改为曲线包络，适当设计曲线就可以达到理论上的绝对水平位移。,这种系统的优点是自重较轻，缺点是当起重机横向受力时，如旋转急剧起动与制动、横向风力等，主臂架将受强烈的转矩作用。此外，变幅时要想使吊重走绝对水平位移，实际上是达不到的，免不了有拉索安装误差、结构弹性变形等，使吊重水平位移仍为近似直线。,二、组合臂架法,第二节 载重水平位移,3平行四边形组合臂架,图913所示为平行四边形组合臂架，通过由拉杆、“象鼻”梁、臂架与连杆构成的平行四边形，可保证吊重在变幅过程中严格地走水平线。,第三节 臂架自重平衡,第三节 臂架自重平衡,为了使摆动臂架式变幅装置在变幅过程中臂架系统的重心尽可能不发生升降现象，以免由于重心升降时需要做功而引起变幅机构驱动功率的增大，可以采用多种构造形式来达到。,归纳起来，这些方案可以归属为下列三种基本类型。,第三节 臂架自重平衡,第三节 臂架自重平衡,1利用活动对重使臂架系统的合成重心始终位于臂架摆动平面的某一固定点上(如臂架的铰轴上)，从而消除了臂架系统合成重心在变幅过程中发生升降现象,图914所示为尾重式臂架平衡。活动对重Gc被直接布置在臂架的延长端上，臂架自重Gb和对重Gc的合成重心刚好位于臂架铰轴0上。,这种平衡方法的,主要优点,是：构造简单，工作可靠，起重机旋转部分的尾部半径小，可以在理论上达到完全平衡之目的。,其主要缺点,是：对重力臂的长度受到起重机整体布置的限制，对重对起重机整体稳定性和旋转部分局部稳定性所起的稳定作用不能充分发挥，起重机的整体布置比较复杂等。因而这种形式目前应用较少，仅用于船舶甲板起重机。,第三节 臂架自重平衡,第三节 臂架自重平衡,2利用活动对重使臂架系统的合成重心保持在接近水平线的轨迹上,图915所示为杠杆一活动对重式臂架平衡系统。它是根据作用在对重臂铰点07上的臂架系统自重力矩尽可能等于对重自重力矩这一基本原理设计的。由于对重与臂架分离，采用杠杆连系，组成非平行四边形四杆机构。因而可以在臂架摆动角度仍然不变的条件下使对重臂的摆角得以显著增大，从而增大对重的升降高度，减小对重的质量，并可充分发挥对重对起重机稳