工程起重机起升设计正文

仅供个人参考第一章绪论工程起重机是各种工程建设广泛应用的重要起重设备。它对减轻劳动强度，节省人力，降低建设成本，提高生产效率，加快建设速度，实现工程施工机械化起着十分重要的作用。工程起重机主要包括轮胎式起重机、履带式起重机、塔式起重机、桅杆式起重机和缆索式起重机等。它适用于工业建筑和工业设备安装等工程中的结构与设备的安装工作以及建筑材料、建筑构件的垂直运输与装卸工作。它也广泛应用于交通、农业、油田、水电和军工等部门的装卸与安装工作。下面就工程起重机中常用的、主要的机种一一轮胎式起重机、履带式起重机和塔式起重机的主要特点作一概略介绍。1.1起重机的分类轮胎式起重机既是工程起重机的主要品种，又是一种使用范围广、作业适应性大的通用型起重机。在一些国家中将轮胎式起重机和履带式起重机统称为自行式起重机或移动式起重机。轮胎式起重机由可分为汽车起重机和轮胎起重机两种类型。汽车起重机通常习惯上把装在通用或专用载重汽车底盘上的起重机成为汽车起重机。汽车起重机由于它是利用汽车底盘，所以具有汽车的行驶通过性能，机动灵活，行驶速度高，可快速转移，转移到作业场地后能迅速投入工作，因此特别适用于流动性大，不固定的作业场所。由于汽车底盘通常是由专业厂生产的，因而在现成的汽车底盘上改装成起重机比较容易和经济。汽车起重机由于具有上叙这些特点，因而随着汽车工业的迅速发展，今年来各国汽车起重机的品牌和产量都有很大发展。但汽车起重机也有其弱点，主要是起重机总体布置受汽车底盘的限制，一般车身都较长，转弯半径大，并且只能在起重机左右两侧和后方作业。轮胎起重机将起重作业部分装设在专门设计的自行轮胎底盘上组成的起重机称为轮胎式起重机。轮胎式起重机因为它的底盘不是汽车底盘，因此设计起重机时不受汽车底盘的限制。轴距、轮距可根据起重机的总体设计的要求而合理布置。轮胎式起重机一般轮距较宽，稳定性好；轴距小，车身短，故转弯半径小，适用于狭小的作业场所。轮胎式起重机可前后左右四面作业，在平坦的地面上可不用支腿吊重以及吊重慢速行驶。一般说来，轮胎起重机行驶速度比汽车起重机慢，其机动性不及汽车起重机。但它与履带式起重机相比，具有便于转移和在城市道路上通过的性能。近年来轮胎起重机行驶速度有明显提高，并且出现了越野型液压伸缩臂式轮胎起重机，它具有较大的牵引力和较高的行驶速度（40公里/小时以上），越野性能好，并且可全轮转向，机动灵活，特别适用于狭窄场地上作业，七十年代以来国外很重视这一类型产品的发展。把起重作业部分装设在履带底盘上，行走依靠履带式的起重机称为履带式起重机。履带式起重机在很长一段时期内是作为单斗挖掘机的一种变型机械，只是在近期才作为独立机种来生产。履带式与轮胎式相比，因履带与地面接触面积大，故对地面的平均比压小，约为0.52.5公斤/厘米2,可在松软、泥泞地面上作业。它牵引系数高，约为轮胎式的1.5倍，爬坡度大，可在崎岖不平的场地上行驶。由于履带式起重机支承面宽大，故稳定性好，一般不需要象轮胎式起重机那样设置支腿装置。对于大型履带式起重机，为了提高作业时的稳定性，履带装制设计成横向伸展，以扩大支承宽度。但履带式起重机行驶速度慢（15公里/小时），而且行驶过程要损坏路面。因此，转移作业场地时，需通过铁路运输或用平板拖车装运，又因履带底盘笨重，用钢量大（一台同功率的履带式起重机比轮胎式重50%100%）,制造成本高。因此，随着现代化建筑体系装配程度不断提高，工期不断缩短，要求广泛采用机动灵活，便于转移的起重机。近年来各种中小型轮胎式起重机产量大大增加，而履带式起重机有相对减少的趋势。但大型的履带式起重机有其独特的用途。塔式起重机的结构特点是有一直立的塔身，起重臂结构在垂直塔身的上部，故塔式起重机起升高度和工作幅度都很大。塔式起重机在房屋建筑，电站建设以及料厂、混凝土预制构件厂等场所得到广泛的应用。塔式起重机由于塔身是直立的，起重臂与塔身组成f”型，具有用幅度比轮胎式或履带式起重机大得多，故可使起重机靠近所施工的建筑物。一般情况下，不得用于商业用途仅供个人参考塔式起重机的有用幅度接近全幅度的80%。同样情况下，若选用履带式或轮胎式起重机，其有用幅度则不超过50%，并随着建筑物的增高而急剧减少。特别是在高层建筑中，塔式起重机与履带式起重机或轮胎式起重机相比，其优越性更为明显。所以广泛应用于塔式起重机来建筑多层和高层建筑。塔式起重机的动力装置是用外接电源的电动机，而一般施工现场都有动力电源，可很方便的接通电源，不需要造价昂贵的内燃机动力装置。但是塔式起重机普遍是在专用的宽轨道上行走的，故需专门平整场地，铺设轨道，增加铺轨费用。近年来为适应高层建筑或超高层建筑施工的需要，一种能自行升高的自升塔式起重机的研制和应用日益增多。这种自升塔式起重机无需铺设轨道，它可安装在施工的建筑物内部（一般是安装在电梯井或楼梯间结构上）或附着于建筑物上。在其底架上安装行走台车后，也可作为在轨道上行走的自升塔式起重机。七十年代生产的塔式起重机一般多是这种三用或四用自升塔式起重机将固定式、轨道式、爬升式和附着式。1.2工程起重机的发展趋势近年来随着建设工程规模不断扩大，起重安装工程量越来越大，尤其是现代化大型石油、化工、冶炼、电站以及高层建筑的安装作业逐年增多。因此，对工程起重机，特别是大功率的工程起重机的需要量日益增加。随着现代科学技术的发展，各种这些因素都有力地促进了工程起重机的发展。根据国内外现有工程起重机产品和技术的分析，近年来工程起重机的发展趋势主要体现在以下几个方面。广泛采用液压技术由于液压传动具有体积小、重量轻、结构紧凑、能无级调速、操纵简便、轻巧、运转平稳和工作安全可靠等优点，因此，近年来国内外各种类型的工程起重机广泛采用液压传动。我国的主要工程起重机厂，近年来的产品多是液压起重机。现已研制成功的有3、5、8、12、16、32、40、65等吨位级的伸缩臂式液压起重机。国外液压起重机在品种和产量方面都有较大的发展，特别是大吨位级液压起重机发展非常迅速。100吨位级以上大型桁架臂式汽车起重机也开始采用液压传动。目前国外已有200吨级的液压汽车起重机。中、小吨位级的起重机已普遍采用液压传动。随着液压技术和液压元件的发展，液压起重机将会获得进一步的发展。通用型起重机以中小型为主，专用起重机向大型大功率发展为了提高建设工程的装卸和安装作业的机械化程度，工程起重机的发展，仍是以轻便灵活的中小型起重机为主。目前国外普遍采用1040吨级的工程起重机。从数量上看，中小型吨级的占多数。因此国外很重视改进、提高中型（1640吨级）液压起重机的性能。但为了满足大型石油、化工、冶炼设备和高层建筑大型板材、构件的安装，国内外已生产了一些100吨级以上的大型和特大型的轮胎式起重机。目前超过100吨级的轮胎式起重机品种逐渐增多。从发展情况看，大型或特大型起重机以发展桁架臂式起重机为主，而伸缩臂式液压起重机，由于伸缩臂的重量和行驶状态的长度的限制，它的发展有待技术和材料的进一步研究。由于大型电站、大型高炉和化工建设的需要，塔式起重机的起重量、幅度和起升高度都有可大幅度的提高。重视“三化”，逐步过渡采用国际标准目前各国在发展工程起重机新产品中都很重视“三化”（标准化、系列化、通用化）。一些国家对自行式起重机制定了国家标准，规定了起重量系列。有些国家对起重量虽然没有统一的规定，但个制造厂自成系列，注意采用通用另部件，为生产和使用提供有利的条件。目前一些国家还按照起重机的起升机构、回转机构、驱动桥、转向桥以及中心回转接头等，不分用于汽车起重机还是轮胎式起重机一律进行标准化、系列化、通用化，使一种部件可以用在两种不同类型的起重机上。此外，还可使一种部件用到起重量大小不同的起重机上，如设计系列化吊臂，小起重量起重机的主臂可作为大起重量起重机的副臂，小起重量液压起重机的基本臂可作为大起重机的二节臂等。有的国家，设计时要求相近吨级的起重机基本部件通用化。如10-16、20-24、65-100t的起重机主副起升机、回转机构等完全通用。我国对轮胎式起重机和塔式起重机分别制定了基本参数系列，同意产品型号和等级。1983年制定了汽车起重机和轮胎起重机基本参数（GB3811-83）。为了发展品种、增加产量、提高产品质量和满足现代化专业生产的要求，工程起重机的“三化”水平将进一步得到提高。发展一机多用产品为了充分发挥工程起重机的作用，扩大其使用范围，有的国家在设计起重机时重视了产品的多用性。例如在工作装置设计方面，除了使用吊钩外，还设计起重机是时重视了产品的多用性。例如在工作装置设计方面，除了使用吊钩外，还设计了配备有电磁吸盘、抓斗、拉铲和材料抓取器等取物装置。有的还设计成用于建筑基础工程中，如装设钻孔装置和掀动打桩装置等一机多用的产品。又如在整机设计方面，近年来出现了自行塔式起重机，及即汽车或轮胎塔式起重机和履带塔式起重机以代替固定式或轨道式塔式起重机，又称作塔式起重机的组合设计，在国外发展较快。采用新技术、新材料、新结构、新工艺为了减轻起重机的自重，提高其中性能，保证起重机高效可靠地工作，各国都非常重视采用新技术、新材料、新结构、新工艺。新技术的应用除前述的广泛采用液压传动外有的起重机还采用液里传动。由于液力变矩器与发动机配合恰当，使发动机扭矩自动地适应行驶条件；并还采用动力换挡变速箱，液压转向装置以减轻司机的操作强度。为了防止起重机超载以倾翻，近年来研制了电子式起重机力矩限制器。这是一种较为安全的装置。当载荷接近额定起重量时。自动发出警报信号；当载荷时，力矩限制器自动切断起重机工作机构以保证起重机整机稳定安全。采用新技术特别是电子技术更加完善操作条件，是国外发展工程机械的一个普遍倾向，即所谓机电一体化。工程起重机也不例外。为了进一步改善司机操作环境，除司机操作室做的宽敞、视野良好、保温隔热和隔声外，还装有远距离联系设备和工业电视设备等。由于钢铁工业的发展、合金钢强度不断提高，为工程起重机减轻自重、特别是吊臂自重创造了极为有利的条件。国外在八十年代能出现160、200吨级的轮胎式起重机，可能采用了高强度低合金钢，国外采用了高强度钢管、支腿横梁及底架大梁采用高强度易焊合金钢。为了减轻起重机的自重，除了采用高强度钢材外，在结构形式方面的改进也是十分重要的，设计先进合理的箱形吊臂引起了各国的重视。近年来轮胎式起重机出现了盘形底座，起重机的上车通过回转支承安装在盆形底座上，从盆形底座上在对角方向安置四个辐射（可摆）支腿。这样吊重负荷经由盆形底座直接传递给支腿，而起重机底盘支承受行驶时的自重。这样，起重机可设计得轻一些。新材料、新结构的应用，促使采用新的加工工艺，国外为了扩大高强度钢材的应用，非常重视高强度钢的焊接工艺等技术的研究。第2章轮胎式起重机的总体设计2.1起重机的组成轮胎式起重机由以下几部分组成：取物装置，轮胎式起重机取物装置主要是吊钩。吊臂用来支承起升钢丝绳、滑轮组的钢结构。上车回转部分，它是在起重作业时，可以回转的部分，它包括装在回转平台上除了吊臂、配重、吊钩等外的全部机构和装置。下车行走部分，它是起重机的底盘，是上车回转部分的基础。回转支承部分，是安装在下车底盘上用来支承上车回转部分的。支腿，胎式起重机为了提高它的起重能力，在车架上装有支腿。配重，起重机平台尾部常挂有一定重量的铁块，以保证起重机的稳定。2.2轮胎式起重机的总体选形起重机的整体造型主要是根据其用途和作业场合。本次设计的起重机可用于野外起重、抢险、仓库、车站、码头及狭窄工作场合作业，需要良好的机动性能，固有轮胎式和履带式两种设计方案可供选择。根据现有方案的优缺点，小组人员的研究分析，本着机动灵活、操作方便、实用可靠的原则，以提高工作作业效率，我们选用小型汽车起重机做为设计对象。本方案有以下几个特点：(1)采用EQ-1092F通用底盘，具有马力大，动力性好，速度高，牵引力大,爬坡度大的特点。起重机作业部分采用能够液压传动，因此结构紧凑，既提高了作业效率，又扩大了作业范围。采用二级伸缩臂，可按需要在规定范围内任意伸缩，动作平稳，微动性好，轻便灵活。用前后H型支腿，四个支腿可以分别调平，并在现有12吨汽车起重机的基础上，适当加大支腿的跨距，提高了整机稳定性。采用动力装置，将汽车发动机的动力传于动力油泵，提高了汽车动力的利用率，同时也不再为起重机另配动力原件。行星齿轮减速器直接装在起升卷筒内，从而获得非常紧凑的结构，使起升机构能直接布置吊臂尾部。2.3起重机驱动装置的选择起重机的性能和结构特点在很大程度上取决于驱动装置（动力装置和传动装置的总称）。而驱动装置本身的重量和成本，对起重机的技术经济指标也起着显著的影响，因此设计起重机时，合理选择驱动装置和确定驱动形式是很重要的。工程起重机对驱动装置的要求，主要应从起重机本身的工作特点来考虑，主要的有以下几点。适应外载荷多变的要求；适应迅速改变运动方向的要求；适应工作速度频繁变换的要求；适应冲击振动的要求。此外，对于需要经常转移作业场地的工程起重机，要求有独立的动力能源装置。为了避免噪声的危害，要求低噪声的驱动装置。应于指出，要满足上述工作特点所指出的各项要求，仅仅依靠动力装置本身还不能完全达到。而必须有合理的传动装置与之相配合，以达到起重机所要求的传动特点。概述在轮胎式起重机和履带式起重机中，内燃机-机械驱动得到广泛的应用，它通过机械传动装置将内燃机发出的动力传递到那个工作机构上去（简称内燃机驱动）。这种驱动装置有一个独立的能源，具有较大的机动性，可满足工程起重机流动性的要求。由于不受外能源的牵制，所以起重机一到达作业场地后就可随时投入到工作。此外，内燃机结构紧凑。一般来说，外形尺寸和重量较小。但内燃机-机械驱动与电力-机械驱动比较，前者存在不少缺点：承受载荷能力差，在超负荷运转时容易熄火，因此不得不选用大一些功率的内燃机，以较大的功率储备来适应超载的需要；内燃机不能带载启动，因此在内燃机-机械传动系统中，必须设置离合器结构，在启动时脱开离合器；内燃机不能运转，为了保证机构的正向和逆向转动，在机械传动的起重机必须设置逆转机构；内燃机在严寒地区运转，要采取措施，改善启动性能。此外，内燃机噪声、振动及污染的问题也有待进一步解决。在工程起重机中使用的内燃机目前常用的有两种类型，即柴油机和汽油机。柴油机比汽油机更具有使用经济性和工作可靠的优点，所以柴油机得到广泛的应用。从降低重量和减少外形尺寸考虑工程起重机用的柴油机应该是运输型的，最好选用工程起重机械用的中转速的柴油机以适应工程起重机特点，保证工作可靠性和简化中间传动装置的构造。内燃机驱动功率的确定起重机的内燃机驱动功率可按下述两种方法确定：根据现有的同类型和吨位级相近的起重机参数来确定所需的功率，然后再核算起重机的各项技术参数是否满足设计要求；根据起重机设计参数，计算最大阻力距，然后确定所需的内燃机功率。概述外接电源使电动机传动，再经机械传动装置将动力传递到个工作结构的一种驱动方式简称电力驱动。外接电源的电力机械驱动的方式，在踏式起重机中得到广泛的应用。在少数轮胎起重机中也有采用这种驱动方式。电力机械驱动比内燃机械驱动有以下优点： 电动机能承受短时间的较大过载，而且可以带载随时驱动； 电动机容易逆转，而且可在较大范围内实现无级调速； 各机构可由独立的电动机分别驱动，使机械传动装置和操纵机构大为简化； 操纵方便灵活，维修也比较方便； 外接电源的驱动，没有内燃机那样废气污染而且噪声低。但这种驱动方式必须依靠外接电源，而且对电动机特性提出了特殊要求，一般最好选择过载能力强，调速范围大的直流电动机。但因往往缺乏直流外接电源，并且直流电动机价格昂贵，所以不便采用普遍采用。只有在内燃机发电机电动机这种内燃机电力驱动系统中直流电动机才获得采用。电力机械驱动容量的确定正确选用电动机的容量是很重要的。如果电动机容量不足，会使电动机过热，以致很快损坏，同时也会影响起重机的生产率。因为这时起动力矩不足，起动过缓，不能达到所需要的速度。如果电动机容量过大，不仅仅是浪费，而且使机构庞大，自重增加，起动过猛，传动机构载荷增大。因此，确定电动机容量的原则是： 在规定的工作条件下，电动机的温升不超过容许值，即不过热。 保证所需要的起动能力。 .3.3复合驱动工程起重机通常采用的复合驱动主要有：内燃机电力驱动；内燃机液压驱动。内燃机电力驱动内燃机电力驱动与外接电源的电力驱动的主要区别是动力源不同。前者是独立的动力源内燃机；后者是外接电网电源。内燃机电力驱动通常是由柴油机驱动发电机发电，把内燃机的机械能转化为电能传送到工作机构的电动机上，在变为机械能带动工作机构转动。直流电和交流电都有采用。但更多的是不得用于商业用途仅供个人参考采用直流发电机和直流电动机。因此，直流电动机可以在较大范围内无级调速，过载能力强。这种驱动形式是以直流电动机的良好工作特点克服内燃机工作缺点，是一种十分适合工程特点的驱动形式。但这种驱动形式电器设备多，它与外接电源的电力驱动比较，由于多了一台内燃机和一台发电机，因而重量大，价格昂贵，使起重机造价显著增大。内燃机一一液压驱动在现代工程起重机中内燃机一一液压驱动得到越来越广泛的应用，其主要原因，一是由于机械能转化为液压能后，实现液压传动与许多优越性；二是由于液压技术本身发展很快，使起重机液压传动技术日趋完善。这种驱动形式不仅广泛应用于汽车起重机和轮胎起重机，近年来也应用于履带起重机代替以往的内燃机一一机械驱动形式。由于履带式起重机的动力装置装设在上车回转平台上，因此在以往的内燃机一一机械驱动系统中，履带行走机构所需的动力，需要从上车通过逆转机构等复杂的动力传送机构传到下车。而应用液压传动，只要通过高压油管和中心回转接头，就可把上车的动力容易而又方便地传到下车。内燃机一一液压驱动的主要特点是：减少了齿轮、轴等机械传动件，而代之以重量轻、体积小的液压元件和油管，使起重机的重量大为减轻，结构紧凑，外形尺寸小；可以在很大范围实现无级调速，而且容易变换运动方向；传动平稳，因为作为传动介质的液压油具有弹性，通过液压阀平稳而渐进地操作可获得平稳的柔和的工作特性；易于防止过载；操作简单、省力；这种驱动形式的主要缺点是：传动效率低，因为能量经过了两次转移； 液压元件加工精度要求高，因而加工成本大； 对密封要求也高，如果制造安装工艺不完善，常有运转失灵及漏油现象产生。随着液压技术的发展和工艺水平的提高，这些缺点已逐步得到解决。综上所述，结合小型起重机的特点，这次设计选用内燃机液压驱动。2.4 轮胎式起重机动力装置的选择轮胎式起重机动力装置的布置有以下几种方案：一一台电机布置在下车；二一台发电机布置在上车；三两台发电机上、下车各布置一台。第一种方案，目前采用得比较广泛，这是因为：上车起重机构采用液压传动，动力传递比较方便，液压泵设在下车，高压油经回转街头送到上车驱动各个液压马达或液压缸。下车行走机构采用一般通用汽车的机械传动或液力机械传动，下车行走机构采用一般通用汽车的机械传动或液力机械传动，故发动机设在下车较方便，因此传动系易布置，操作易实现。目前，轮胎式起重机的行驶速度高，专用底盘的行走机构的传动装置也必须设计得与汽车传动系同样复杂，故发动机设在下车也是必须的。在设计汽车起重机时，有时往往不是选择发动机，而是选择整个通用的汽车底盘，要根据起重机最大额定起重机重量去选择相应载重量的汽车底盘。第二种方案在机械传动和电力传动的慢速行驶的轮胎起重机中普遍采用的。这种方案，发动机主要是上车起重机构。下车行走机构的动力由上车经回转中心下传而来，由于行走速度低于20KM/H，故对传动系统的要求比较简单。第三种方案在大型的汽车起重机中采用得比较广泛。因为此时行走用的下车发动机功率很大，发动机也较昂贵，起重用的功率为其1/3以下，故起重时使用行驶发动机在功率利用上很不合理。分析以上三种方案，结合本次设计，轮胎式起重机的动力装置选用汽车通用底盘。上车其中和下车行走机构共用汽车发动机，上车起重机构在汽车传动箱中得到动力，即可以节省一台发动机，又减轻重量。2.5 轮胎式起重机底盘的选型轮胎式起重机底盘的类型很多，可按不同角度来进行分类。从总的性能上看，可分为：通用汽车底盘、专用汽车底盘和专用的轮胎底盘三种。所谓通用的汽车底盘，是指除车架更换外(若有必要时)，余皆采用原汽车底盘。小型的起重机可在原汽车地盘上附加副车架以支撑上车结构，因为原汽车车架的强度和刚度都满足不了起重机在起重时的要求。虽然采用附加副车架的工艺比较简单，但整个起重机的重心较高，重量较大。专用的汽车底盘是按起重机的要求设计的，轴距较大，车架刚性好。专用汽车底盘的驾驶室布置有三种，一是与通用汽车一样的正置平头式驾驶室，二是测量的偏头式驾驶室，三是前悬下沉式驾驶室。侧置偏头式驾驶室底盘的汽车起重机可使起重吊臂在行驶状态时放在驾驶室旁侧，使整车重心大大下降，但驾驶室视野不良，坐人不多。前悬下沉式驾驶室视野良好，吊臂位置也不高，故起重机重心低，因此在大型起重机中常采用前悬下沉式的驾驶室。专用轮胎底盘是专门为轮胎起重机设计的，为提高轮胎起重机的机动性，将底盘设计成短轴距，全轮驱动，甚至全轮转向的越野型轮胎底盘。由于轮胎起重机只有一个驾驶室，并且往往设在上车，所以下车底盘行走机构的操作通常求助于液压传动，轮胎起重机需吊重行驶，要求起动平稳，调速自如。因此，越野型轮胎底盘常采用液力变距器和动力换挡变速箱等转动装置，以及液压转向装置。在选用汽车底盘时，考虑到轮胎式起重机始终满载行驶，要比汽车载荷条件恶劣，但起重机的行驶里程比汽车的要少一半左右，故完全可以选用同等级的汽车底盘的总成。起重机的轴距L的大小直接影响到起重机的行驶性能、重量和总体布置。他受到总长度Lz的控制，在汽车起重机中吊臂探出车头Lf一般都在两米左右，在轮胎式起重机中还要大些，为3-4米左右，回转平台尾部一般也略伸出车架外面Lt,故一般起重机底盘长度Lc限在7-9米以下。底盘长度Lc是有前悬长度、后悬长度和轴距形成。在复轴式的双前后桥底盘中，轴距L是指复轴式前桥和后桥中心之间的距离。也可用第一轴距L笫二轴距L”等于轮胎直径再加上一定间距。底盘长度的轴距的关系为LC_LE_LF_Lr(2.1)前悬的悬臂Lf取决于发动机位置、驾驶室形式及所需的轴荷分布，后悬臂Lt主要取决于后支腿离上车回转中心你距离，一般为30-40%轴距左右。轮胎式起重机的轴距直接影响起重机转弯半径。最小转弯半径与轴距的关系不得用于商业用途仅供个人参考如下:RminLCsin : max(2.2)式中max-外前轮的最大转角;C一主销中心至外前轮中心的距离。为使转弯半径小，从机动性出发，轴距要取得小些为好。汽车起重机的中心高度在1.2米左右，轮胎式起重机的常在1.5米左右。-股中小型汽车起重机和后桥往往是复轴式的多桥，则前桥和后桥之间的轴距就比较大，常在5米以下。轮胎起重机轴距一般在3-3.6米左右。本次设计的轮胎式起重机的底盘是EQ1092F型底盘，主要性能参数：驱动形式：4 X2最大车速：75公里/小时爬坡度：不小于28%轴距：3.95m最小转弯半径：不大于8米缸径冲程:100 X115mm发动机：Q6135-1型最大功率：135马力/ 3000转/分不得用于商业用途最大扭矩:底盘重量:36公斤米/1200-1400转/分3375公斤2.6轮胎式起重机的主要参数起重机械的基本参数是用来说明起重机的规格和性能的一些数据，也是提供设计计算和选择使用起重机械的主要依据。轮胎式起重机起重量一般不包括吊钩的重量q。可以把包括吊钩重量在内的起重量成为总起重量（Q+q）。轮胎式起重机起重量是随吊臂伸缩、俯仰而变化，因此起重量是由吊臂强度和整机稳定所决定。起重机的额定起重量总比临界起重量小。所谓临界起重量，是指当起重机吊起重物后处在稳定和倾翻的临界状态时的重量。根据使用需要，利于生产制造，故选择为12吨。工作幅度R指起重机回转中心轴线至吊钩中心的距离。它与吊臂长度L和仰角Q有关，Q可以从00800,工作角度在200-750之间。当轮胎起重机的幅度变小时。起重机可以增大，但当幅度小于支腿跨距的一半时，吊重无法进行。所以在系列标准上规定有效幅度上A的极限值A。有效幅度A满足下列公式a=A(2.3)查表11-5A=1.5米但有效幅度不宜规定过大，因为有效幅度大，意味着最大起重量时的工作幅度也大，吊臂受的力也大。这样一来吊臂自重就要增大，使大幅度时的起重量急剧下降，恶化了起重性能。工作孤独R=LCOS9-e查表11-5R=3.5米作为轮胎式起重机基本参数的起重力矩是指最大额定起重量和相应的工作幅度的乘积，起重机工作时，不但要求有起重量，还要求有一定的幅度。只比较起重量，不比较其相应的幅度是无法评定两台起重机的起重能力的大小。起重力矩作为比较起重机起重能力的指标比较起重量更合适、更确切。本次设计的起重机确定：q=12吨R=3.5米贝Um=12M3.5=42（吨米）升高度H与吊臂长度L和仰角Q有关:(2.4)(H=Jl2_(R+ej+hb=(sin日+h_b)它在装卸工作中并不重要，但在建筑安装工程上则是一重要参数。起重机在使用中不但要满足起重量要求，还要满足工作幅度和起升高度的要求。本次设计的起升高度为H=13.6m。轮胎式起重机的自重是指工作状态时的机械总重。它并不一定等于行驶时的重量。在后设计各部分重量时，可以参照同样类型起重机实物重量，制造后的起重机重量不得大于系列标准规定重量。超出时应设法改进，把自重降到最低值。根据以上要求，本机总重为9550公斤，根据1表11-8查得12吨轮胎式起重机自重18吨，所以合适。根据目前轮胎式起重机的统计资料，中小型起重机的吊钩速度一般在8-20m/min左右。在大型起重机中，起升速度不是主要的，为降低功率，减少冲击，起升速度取得较低，在5-8m/min左右。起升速度也有以绕入卷筒的单根钢丝纯速度表示的。虽然，单纯速度和吊钩速度是差一滑轮组的倍率。实际上轮胎式起重机吊钩速度不是恒定的，钢丝绳在卷筒上绕的层次不同，单纯速度也在变化。作为铭牌的参数的起升速度，是指卷筒在驱动机最大工作速度下的第一层钢丝纯的单纯速度，或与此相对应的吊钩速度。变幅速度是指吊臂在头部沿水平方向移动的速度。变幅速度对生产效率影响不大，而对起重机的平稳性和安全性影响较大，故不能取大，幅度时间（从最大臂到最小臂）一般在30-60秒左右。本机起臂时间为25s,落臂时间16s。在伸缩式吊臂的起重机上，吊臂伸缩速度也是需要注明的，一般外伸速度为收缩速度的1/2倍，该机伸缩速度选为伸缩（全程）34s,缩臂（全程）18.5so液压支腿收放速度一般用时间来表示，一般在10-50S之间，本机速度为：水平支腿伸出时间13.7s；水平支腿缩回时间11.8s；垂直支腿放下时间22s；垂直支腿收起时间21.5s；轮胎式汽车起重机行驶速度是主要参数之一，本机的行驶速度最高可达75公里/小时。通过性参数指轮胎式起重机正常行驶时能够通过各种道路的能力，不同车辆有不同的要求：轮胎式起重机的通过性几何参数基本上接近一般公路车辆。汽车起重机的要求和所采用的汽车底盘一致，经过改装后，最大出入不超过15%,接近角、离去角和最小离地间隙要大些。纵向通过半径要小些，由于轮胎式起重机车架下载有支腿，故离地面间隙可能变小。汽车起重机最大爬坡在28%左右。轮胎式起重机转弯半径在7112米左右。轮胎式起重机的各部尺寸按需要和可能来确定，力求紧凑。轮胎式起重机在公路行驶状态的外形尺寸应考虑到道路、洞桥和铁路运输条件，按国家规定：总长限制在12米以内，总宽在2.61米以内，总高不超过4米。在特殊情况下，大吨位的起重机宽度可超过3米。2.7轮胎式起重机的稳定性轮胎式起重机有两种稳定性：一是转移时的行驶稳定性；二是工作状态下的起重机稳定性。纵向行使稳定性起重机在行驶过程中，由于某种原因（如上坡）其前轮（转向轮）对地面的发向作用力为零时，则起重机前轮的偏转，不能确定起重机的行驶方向。止匕时,可以认为车辆已失去稳定，无法控制其行驶方向。当后轮对地面的法向作用力所引起的牵引力为零时，车辆失去行驶能力，也破坏了行驶稳定性。图2-1为起重机上坡行驶图。此时，可能失稳。地面的反作用力Z1=G1=0,由于上坡，行驶速度低，不能加速运动，故可忽略一切惯性力和风阻力。其作用力在以后轮与地面接触点。为中心的力矩平衡式表达如下：乙+GhgSE-GI2C0/=0（2.5）式中G一机械总重量；12一重心离后轴距离；当Z1=0,则GhgSinG12cos=0因此可能失去操纵稳定的根据坡度为：Uo=tg,4（2.6）hg另外，当车辆下滑力接近于驱动轮上的附着力时，车辆就不能上坡，驱动轮开始打滑。即GSicn=2Z全轮驱动时）从图2-1上得Z2=GL2。0+GhgSina则后轮为驱动轮时的打滑极限坡度L角为：+iLi:p二tgL-hg*（2.7）当全轮驱动时：ap=tg（2.8）式中4为附着系数，可用0.7-0.8代入。为了行驶安全起见，设计车辆时将使aoa，即宁可上不去坡，而不要失去转向控制。综合以上公式，得到后轮驱动与全轮驱动车辆行驶的稳定条件：6d（2.9）hg本机为16=1.33,所以纵向行驶稳定（hg一般在1.2米左右）,这里取1.21.2米。横向行驶稳定性起重机在弯道上或直边上行驶时受侧向力，诸如离心力、横向风力等。起重机在侧向力作用下有时克服了车轮附着力，从而产生侧滑移，或将车辆横向倾翻。2在车辆重心下作用有二力，起重机重力G和离心力Ry=,若ZT=0,则gR车向左倾翻的极限条件为：V2C作）hgtgBo=W:（2.10）hg+匕-YL+Y=(ZL+Zr)=(GCosP+PjySinP)4(2.11)则其极限条件为:v2.Q(2.12)gRtgB=3VL1gR则Vpmax=gPR为行驶安全起见，应使侧滑发生在翻转前,故应使VpmaxVBmax即(2.13)b是轮距，一般硬路面的小取BZhg二一=0.83）6所以横向行驶稳定。21.2（汽车起重机轮距在2米左右，取2米）这就是横向行驶稳定性的基本条件，式中0.7-0.8。一般起重机重心离左右轮的距离相同，故在总体布置时已考虑到尽可能对称布置，故一般不在计算hg=1.2米。2.7.2轮胎式起重机起重稳定性轮胎式起重机的失稳轮胎式起重机在起重作业时，由于起吊过重的重物，操纵失误引起的过大惯性、支承面的沉陷或过大风力等原因，起重机往往突然丧失稳定甚至倾翻肇事。因为轮胎式起重机的稳定安全由机械自重来维持，故有一定限度。往往在起重机的结构件和其零件强度还足够能承受外来载荷时，起重机由于自重不够而失去稳定。但有时起重机稳定性过大，在没有起重量指示器的情况下，吊臂也可以由于超载过大而损坏。因此，起重机在设计要选取适当的稳定性。起重机在失稳时的倾翻线，由起重机的支腿尺寸或轮胎尺寸确定。图21起重机上坡行驶图最危险的倾翻线是在该工况下整个重量的重心离该倾翻线垂直距离最短的那一边。显然，最危险的失稳工况是吊臂位在垂直于侧方倾翻线的位置上。所以,在考虑起重机稳定时，以吊臂位在正侧方的工况为基准，在这个工况下起重机必须保证最低的稳定性。起重机的稳定安全系数起重机在吊临界起重量时，起重机处于稳定的临界状态，即在倾翻线内、外侧的静力矩互相平衡，即MS=MT。而表示起重机稳定性的稳定安全系数是位在倾翻线内侧的稳定力矩Ms和为在外侧的稳定力矩Mt之比：MsMt当K=1时，即为临界状态。显然，K必须大于1.若认为起重机引起的一切力矩都是稳定力矩，即：MS=G3(l3+a)+G1(l1+a)-Gb(r-a)(2.15)(2.16)而倾翻力矩仅是起重物和吊具所引起的，即:Mt=QqR-a则稳定系数K可由下式求得GbI3a)G2a-Gbr-aMsg-Gbr-aK二二QqR-aQq(R-a)(2.17)式中：Msg一起重机的稳定力矩；&一吊臂自重，Gb=1530KgR一起重机的重心距回转中心的距离，r=1.5米；G1I1一上车其它部分重量和其重心到回转中心距离，取Gi=23200N,li=0.87米;G2一起重机底盘不回转部分重量，G2=33800N;G，一配重及其垂心到回转中心距离，G3=4500N,%=2.1米;2a-支腿横向距离，2a=4.1米K=4500212.0523200口872.05338002.05一15300一2.05:，1.5800089103.2-2.05所以起重机稳定。令K=1,则此时起重量为临界起重量Msg-Gbr-a-qR-a(2.18)由于上公式中没有考虑到起重机在运动时引起的惯性力以及风力和倾斜的影响，故求得的稳定系数称为静稳定系数。在计算起重机动态稳定系数时，把起重机的倾斜、回转离心力、起升惯性力和风力考虑进去，动态起重稳定系数为：Qq爪R-aHbSina-Ms-Gbr-a-GhiGzh?Gshs.GbhbSinaQqn2R900-n2hgQqvHb-R-a-Whw-W2Hb-1.5gt式中Nhh.hb一自重Gi，G2，G3，Gb的重心高度;a一起重机的倾斜角度，在用支腿时肉眼找平，一般控制在1口1030左右,不用支腿时为30;(H+b)一吊臂头部离地高度；Hg=(H+b-h);h一重物离地高度；v和t一重物吊升速度和起动时间；g一重物加速度；W和W2一作用在起重机上和重物上的风力合力；hw一风力W1作用点的高度；n一回转速度。在实际计算中，中小型轮胎式起重机可以只计算静稳定系数，所以本次设计中，不必计算动稳定系数。在考虑到倾斜的影响和非工作时风力作用，自身的稳定系数也可以由下式求(2.19)W1 hwGa-l-hSinaK=-=1.15式中l一自重合力G回转中心距离，L=1.5m；h一合力G的重心高度，h=1.2m；L倾斜角度(取30);Wi一作用在机本身上的风力(以九级风计算)；hw一风力作用点高度2米；W=qf(CA)tfAq；qf一标准风压值，1表3-1为10;C风载体型系数，1表3-2为1.2;A一吊重有效迎风面积，查1表3-3为6m2;A一起重机各部分有效迎风面积，A二中fA;阵一起重机金属结构的充满系数，即结构的净面积与结构轮廓面积之比:f=1.0;将各数代入K=2.981.15。所以起重机自身稳定。第3章起升机构设计3.1吊钩、吊钩组吊钩本身是一个机械零部件，通常都与动滑轮组合成吊钩组进行工作。吊钩组有两种型式：一种是长吊钩组，一种是短吊钩组。长型吊钩组（图31）的滑轮轴2和吊钩横梁4是分开的两个零件，平行的安装在拉板3上，滑轮1的数目可分为奇数和偶数，可以选用短颈的吊钩5。这种型式整体高度较大，应用时将占去一些有效起升高度。而短型吊钩组的滑轮组的滑轮轴和吊钩横梁是同一个零件，省掉了拉板，但是滑轮必须安装在吊钩的两边，滑轮数目应是偶数，才可使两边对称，使两边滑轮绳索受力相等。为使吊钩转动不致碰到两边滑轮，须选用吊颈较长的吊钩，但总的高度仍较长型的吊钩组为短，故称它为短吊钩组。这种吊钩组当滑轮数目较多时，将使滑轮轴跨距较大，受力情况不佳。因此，应根据滑轮组绳索分支数的多少，并考虑吊钩组结构的特点，合理地用吊钩组hp图吊一组aj氏型吊钩组h麹型吊钩组为了挂钩方便，要求吊钩能绕垂直轴线灵活的转动，因而在吊钩组端头的螺母与横梁之间都装有推力滚动轴承。吊钩自重较大时，建议采用向心推力球面轴承。这样不仅使吊钩转动轻便，而且也使轴承受力均匀。为了提高生产效率，实现安全生产自动化，尽量减少装卸物品过程中挂钩和卸重的辅助人力操作劳动，有的起重机已采用旋转吊钩组。如（图32）所示，电动机1通过行星减速器2传动一对开式齿轮3,吊钩颈穿过开式大齿轮中心，并与大齿轮固接在一起转动。电磁推杆4端装有横杆，横杆拨动插销5落下或抬起。当吊钩进行工作时，电动机通电，电磁推杆抬起插销，让吊钩任意旋转，锁住大齿轮和吊钩。这些动作都由司机操纵，不要人在吊钩旁作辅助劳动。图3-2旋转吊钩组1-电动机2-行星减速器3-对开式齿轮4-电磁推杆5-插销吊钩组所有零件均按静强度进行计算。其计算载荷Qj=4Q（小的力系数,Qei额定动载荷）。对于通用桥式起重机，小=1+1.3cv（c=0.5,v额定起升速度%in）。各种零件的许用应力。=。/（色一零件材料的屈服极限，n一选用的安全系数。）吊钩材料采用优质低碳镇静合金钢。吊钩根据制造方法可分为锻造吊钩和片式吊钩。锻造吊钩有单钩和双钩之分。单钩用于起重量较小的起重机上如（图3-1）,当起重机较大时应采用双钩。吊钩本身的截面形状有圆形、方形、梯形和T字形。从受力的情况分析，以T字形截面最为合理，但锻造工艺较为复杂。梯形截面受力较合理，锻造容工程起重机中常用T字形或梯形截面的锻造单钩。通用吊钩已经标准化，设计时可按额定起重量从手册中选取。对于可、轮胎式起重机，希望吊钩重量可尽量低一些，故选用时可选低一级的吊钩。吊钩的各尺寸可根据经验公式得知，也可根据吊钩尺寸估计吊钩的起重能力。图3-3钩深尺寸图h一一s%0.75D;li化(22.5)h;l2%0.5h比值之1.01.2d钩空直径D:单钩：D定(3050)额=(mm)(3.(1)或D之(1012)额(KN)(mm)(3.(2)双钩：D之(2530)JQ额(t)(mm)(3.(3)或D-(78)JQ(KN)(mm)(1)钩孔的直径DD定(3050)R额=32伍=110.85mm(2)按弹性曲梁理论计算吊钩按按弹性曲梁理论计算，其钩本身部分应力最大的危险断面为B-B:A-A断面内侧拉应力:2Q计eFaKaD工二A-A和(3.(5)(3.(6)%一起升载荷动载系数，取甲2=1.1己一断面形心距内边缘的距离，B2=38mmKa一曲梁断面的形状系数,KA2=0.11。Fa断面A-A面积(水平面)。Fa=FiF2二bA.b2b3h2二8837.54417.5=+(125-37.5)2=5282.44mm2%2：0.3h=0.3125=37.5mmb1=88mmb2=44mmb3=0.2b1：0.14h=0.14125=17.5mm所以：2Q计Ve仃拉=fakad3_3二21.11210338105282.441060.1111010，=15.70MpaA钢的屈服强度：仃尸=23公斤/毫米 1.1 12 103 87 10“5282.44 0.11 10/(110 2 125) 10 工=10.98Mpa因此曲梁外侧压应力符合要求。B-B断面：假定载荷沿两条与铅垂线成45口的方向作用在吊钩上，那么内侧最大拉应力 与切应力为：Q计e仃拉二二 二FbKbD 断面形心距内边缘的距离，e,2 =42mmFb 断面B-B的面积（垂直面）。=23父10=230Mpa安全系数:n2=1+ K1 K22Q计 e2FaKa(D 2h)卞(3.(7)(3.(8)K1安全系数用来计及材料的最小强度储备的，K1=0.3K2安全系数用来计及材料的不均性，内部可能存在的缺陷，K2=0.1n=1+K1K2=1.4。故A钢的许用应力为:；s二一 n2301.4162Mp因此曲梁内侧拉应力符合要求外侧压力：。压2Q 计 e2FaKa(D 2h)十(3.9)Kb一曲梁断面的形状系数，Kb=0.11Fb = FlF：bihib2b32二-h242二 77 32.7 38 15.26(109-32.7)2=4008.42mmh=0.3h=0.3109=32.7mmbi=77mmb2=38mm4=0.2b10.14h=0.14M109=15.26mm。拉Q计elFbKbD33二1.1121042104008.4210*0.11110103=11.43Mpa切应力七为:Q计T二2Fb1.11210324008.4210=1.65Mpa合成应力：仃合=+3t2(3.11)=.11.4323(1.65f=11.78Mpa故符合强度要求螺纹颈部拉应力:=4Q计二 d234 1.1 12 1026二 6410_=40.50Mpa符合强度要求3.2钢丝绳根据钢丝绳的捻绕次数分类：单绕绳是有钢丝一次绕捻成纯的。这种纯的刚性大,不宜用作起重纯。适用作起重机的桅索，不运动的拉索及架空索道的承载索。对于用作索道的钢丝纯，为了使表面光滑耐磨，增加承载能力，专门制造一种封闭式的钢丝纯。双层绕绳先由钢丝捻成股，再将各股捻成纯。双重绕纯的挠性和耐磨性适中，故在起重机械中应用广泛。按钢丝绳绕制方向分类：同向捻钢丝纯是指由钢丝捻成股和由股捻成纯的方向相同。虽然这种纯分得挠性很大，且表面平滑，钢丝磨损小，但它有自行扭转和松散的缺点，当自由旋挂物品在绳索的一端时，会使物品在空中旋转。因此，只有在具有刚性导轨的情况下（如电梯才使用）。交互捻钢丝纯它的特征是由钢丝捻成股和有股捻成纯的方向相反，因儿纯和股的自行松散的趋势相反，互相抵消，不致旋转松散，在起重机中用得较多。它的缺点是挠性和寿命较短。上叙两种绕绳，按由股捻成纯的方向，又可分为左旋和右旋两种，若没有特殊的要求，一般多用右旋纯。（3）根据股的形状（从横切面看）分类：圆股纯制造方便，常用。异性股纯有三角形股、椭圆形等，这种滑轮槽或卷筒槽接触良好，寿命长,但制造复杂。实际使用证明，这种三角股的钢丝纯用于高炉上料上，效果良好。纯芯的作用是：增加挠性、弹性与润滑。一般在纯中心布置一股纯芯，有时为了更多地增加钢丝绳的挠性与弹性，在钢丝绳的每一股中也布置纯芯。钢丝纯芯种类有：有机芯通常用麻，最常用的钢丝纯就是这种麻芯钢丝纯，但不能用于高温。石棉芯有较大的抗热能力，适用于在冶金、铸造等高温车间工作的起重机上。软钢丝芯能抗高温和承受大的横向压力，用于高温或多层卷绕的地方。近来有采用螺旋金属管作为纯芯的，管中储有润滑油。选用钢丝绳可分为两个步骤进行：确定形式根据上叙钢丝绳的构造特点，在结合起重机的使用条件和要求(如挠性、耐磨性、抗高温辐射、抗横向压力和防腐蚀性等)。从31中选择适合该起重机工作的钢丝纯。确定尺寸钢丝绳的钢丝在工作中的受力情况是复杂的。它工作时承受拉伸、弯曲、挤压和扭转等作用。由此产生压力的大小，除与钢丝纯张力大小有关外，还与钢丝和股的数目、绕捻方法、螺旋角大小、钢丝间的接触情况以及纯芯的材料等有关，迄今还没有一种精确的计算方法，因此，为了简化计算，只根据静载荷按实用计算法选择钢丝纯。表3-13起重机械中常用的钢丝绳的结构及型号钢丝绳的用途钢丝绳起结构型式标准手动绞车圆股点接触钢丝绳6M7,6M19GB1102-74钢丝绳手板葫芦圆股点接触钢丝绳7M7,7M19圆股线接触钢丝绳6W(19)+7父7GB1102-74升、变幅电梯圆股点接触钢丝绳6x19,8x19圆股线接触钢丝绳6X(19),6T(25)8X(19),8W(19),8T(25)GB1102-74其它各类起重机单层卷绕D020d圆股点接触钢丝绳6X19,8X19圆股线接触钢丝绳6X(19),6W(19),8X(19),8W(19)三角股钢丝绳6(21),64(24)GB1102-74YB829-73多层卷绕圆股线接触钢芯钢丝绳6X（19）+7黑7GB1102-74港口装卸起重机圆股多层股不扭转钢丝绳18M17,18M19,34M7GB1102-74牵引牵引绳不绕过滑轮时圆股单股螺旋绳或普通钢丝绳1父19,或6M19,6M37GB1102-74牵引绳绕过滑轮时同起升、变幅用的钢丝绳横向承载（缆索起重机）小承载量时用圆股线