南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文11緒論起重機(jī)是在一定范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運(yùn)重物的多動(dòng)作起重機(jī)械，又稱(chēng)吊車(chē)。它主要用來(lái)吊運(yùn)成件物品，配備適當(dāng)?shù)蹙吆笠部傻踹\(yùn)散狀物料和液態(tài)物料。起重機(jī)的工作特點(diǎn)是作間歇性運(yùn)動(dòng)，即在一個(gè)工作循環(huán)中取料、運(yùn)移、卸載等動(dòng)作的相應(yīng)機(jī)構(gòu)是交替工作的。各機(jī)構(gòu)經(jīng)常處于起動(dòng)、制動(dòng)和正反方向運(yùn)轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)。起重機(jī)通常按結(jié)構(gòu)分為臂架型起重機(jī)和橋架型起重機(jī)。臂架型起重機(jī)包括塔式起重機(jī)、門(mén)座起重機(jī)、浮游起重機(jī)、自行式起重機(jī)、由桅桿和臂架組成的桅桿起重機(jī)、沿墻壁運(yùn)行的壁行起重機(jī)和裝在船舶甲板上的甲板起重機(jī)等；橋架型起重機(jī)包括橋式起重機(jī)、龍門(mén)起重機(jī)、運(yùn)載橋和纜索起重機(jī)等。隨著我國(guó)機(jī)械化的發(fā)展，中、大型機(jī)械設(shè)備越來(lái)越多的運(yùn)用于各行各業(yè)。由于人力資源有限以及人力的局限性，在很多人力無(wú)法完成搬運(yùn)的時(shí)候，我們更多的會(huì)想起用一種機(jī)器代替人力，起重設(shè)備就孕育而出。吊車(chē)作為起重設(shè)備的一種，它具有操作簡(jiǎn)單、易于移動(dòng)、使用靈活方便、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)易吊車(chē)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)常傳動(dòng)和一對(duì)開(kāi)式齒輪傳動(dòng)，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給卷筒，再通過(guò)鋼絲繩和滑輪組提升重物。但如何發(fā)展大起重量的起重機(jī)、提高電氣設(shè)備的可靠性和使用壽命逐步成為研究熱點(diǎn)。1.1吊車(chē)的歷史中國(guó)古代灌溉農(nóng)田用的桔槔是臂架型起重機(jī)的雛形；14世紀(jì)，西歐出現(xiàn)人力和畜力驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)臂架型起重機(jī)；19世紀(jì)前期，出現(xiàn)了橋式起重機(jī)；起重機(jī)的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開(kāi)始采用金屬材料制造，并開(kāi)始采用水力驅(qū)動(dòng)；到了19世紀(jì)后期，蒸汽驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)逐漸取代了水力驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)；20世紀(jì)20年代開(kāi)始，由于電氣工業(yè)和內(nèi)燃機(jī)工業(yè)的迅速發(fā)展，以電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力裝置的各種起重機(jī)基本形成。到如今，吊車(chē)的種類(lèi)、外形和結(jié)構(gòu)越來(lái)越多樣化，用途越來(lái)越細(xì)化，已經(jīng)形成了一個(gè)單獨(dú)的產(chǎn)業(yè)。1.2吊車(chē)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀目前，在工程起重機(jī)械領(lǐng)域，歐洲、美國(guó)和日本處于領(lǐng)先地位。歐洲作為工程起重機(jī)的發(fā)源地，輪式起重機(jī)生產(chǎn)技術(shù)水平最高。該地區(qū)的工程起重機(jī)械業(yè)主要生產(chǎn)全地面起重機(jī)、履帶式起重機(jī)和緊湊型輪胎起重機(jī)，也生產(chǎn)少量汽車(chē)起重機(jī)。其中，全路面起重機(jī)、履帶起重機(jī)以中大噸位為主；緊湊型輪胎起重機(jī)則以小噸位為主；汽車(chē)起重機(jī)一般為通用底盤(pán)組裝全地面上車(chē)，即以改裝為主。其產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)、性能高、可靠性高，產(chǎn)品銷(xiāo)往全球。美國(guó)工程起重機(jī)行業(yè)的技術(shù)水平相對(duì)落后于歐洲。不過(guò)近年來(lái)，美國(guó)工程起重機(jī)械業(yè)通過(guò)收購(gòu)和合并手段，得以蓬勃發(fā)展。目前該地區(qū)主要生產(chǎn)輪胎起重機(jī)、履帶式起重機(jī)、全路面起重機(jī)和汽車(chē)起重機(jī)。主要生產(chǎn)企業(yè)為馬尼托瓦克公司，特點(diǎn)是技術(shù)較先進(jìn)、南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文2性能較高、可靠性能高，其中汽車(chē)底盤(pán)技術(shù)和全路面技術(shù)領(lǐng)先于歐洲，產(chǎn)品主要銷(xiāo)往美洲地區(qū)和亞太地區(qū)。日本作為二戰(zhàn)后崛起的經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)，輪式起重機(jī)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)雖然起步較晚（起步于20世紀(jì)70年代），但是發(fā)展速度很快，很受亞太市場(chǎng)歡迎。此外，日本還通過(guò)收購(gòu)手段更新生產(chǎn)技術(shù)。如日本多田野通過(guò)收購(gòu)德國(guó)法恩底盤(pán)公司，發(fā)展全路面技術(shù)。日本工程起重機(jī)械業(yè)主要生產(chǎn)汽車(chē)起重機(jī)、履帶起重機(jī)、越野輪胎起重機(jī)和全路面起重機(jī)。其中，越野輪胎起重機(jī)的產(chǎn)量最大，汽車(chē)起重機(jī)的產(chǎn)量次之，呈減少趨勢(shì)，全路面起重機(jī)的產(chǎn)量最少，呈上升趨勢(shì)。主要生產(chǎn)企業(yè)包括多田野、加藤、神鋼、日立和小松等。產(chǎn)品特點(diǎn)是技術(shù)水平和性能較高，但可靠性落后于歐美。我國(guó)隨車(chē)起重機(jī)行業(yè)從70年代到今天，有了長(zhǎng)足的發(fā)展和壯大，取得了令國(guó)人為之振奮的成績(jī)。但目前在發(fā)展過(guò)程中所體現(xiàn)的共性是生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)不規(guī)范，產(chǎn)品中所體現(xiàn)的共性問(wèn)題是生產(chǎn)規(guī)模小、生產(chǎn)不規(guī)范和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等。同時(shí)，由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的不規(guī)范又形成了價(jià)格大戰(zhàn)，一些企業(yè)為了蠅頭小利，采用低配置的辦法“以小充大，以次充好”，既損害了消費(fèi)都的權(quán)益又?jǐn)_亂了正常的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。1.3吊車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)隨著科技化進(jìn)程的逐步推進(jìn)，高科技的運(yùn)用越來(lái)越多，大型設(shè)備、高精度、高要求的機(jī)器的需求量也逐步上升。以前的吊車(chē)也已經(jīng)滿足不了工廠和社會(huì)的要求了，為此，吊車(chē)業(yè)的改革和技術(shù)創(chuàng)新勢(shì)在必行。吊車(chē)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理論、方法與工具是基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法，應(yīng)用微電子、信息、管理等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、用戶滿意的價(jià)格和造型、提高產(chǎn)品的功能、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期為目的而進(jìn)行的相應(yīng)工作。吊車(chē)創(chuàng)新理論、方法與技術(shù)研究的宗旨是從吊車(chē)作為特種設(shè)備所要求的安全性和可靠性的工作目標(biāo)出發(fā)，在特定技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性約束條件下，創(chuàng)造性地完成吊車(chē)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使其在滿足用戶交貨期和性能要求的前提下做到技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性最佳搭配。吊車(chē)運(yùn)輸（物料搬運(yùn)）機(jī)械隨著國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇的驅(qū)動(dòng)，其科技含量明顯提高，近年來(lái)主要工業(yè)國(guó)家的發(fā)展趨勢(shì)如下：（1）采用新理論、新技術(shù)和新手段。進(jìn)一步開(kāi)展物料搬運(yùn)機(jī)械的載荷變化規(guī)律、動(dòng)態(tài)特性、疲勞特性和可靠性的試驗(yàn)研究；推廣采用優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性概率設(shè)計(jì)、極限狀態(tài)設(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)、CAD/CAE設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。（2）向自動(dòng)、智能和信息化，向成套、系統(tǒng)和規(guī)模化發(fā)展。將各種物料搬運(yùn)機(jī)械單機(jī)組合為成套系統(tǒng)，使生產(chǎn)設(shè)備與物料搬運(yùn)機(jī)械有機(jī)結(jié)合，即通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)物料搬運(yùn)系南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文3統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真，尋求最佳匹配組合，并將這類(lèi)自動(dòng)、智能的設(shè)備納入到系統(tǒng)的多級(jí)計(jì)算機(jī)信息控制與管理網(wǎng)絡(luò)，并配有自監(jiān)測(cè)、自診斷維護(hù)裝置。中國(guó)的吊車(chē)設(shè)計(jì)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)曲折的過(guò)程。以前多是以模仿原蘇聯(lián)的設(shè)計(jì)為主，憑借設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)的局限性很大。從60年代起，開(kāi)始了新產(chǎn)品、新部件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究工作，從而使設(shè)計(jì)從仿制和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)逐漸走向?qū)嶒?yàn)研究和計(jì)算分析階段。到了80年代，隨著寶鋼等一些超大型企業(yè)對(duì)國(guó)外起重機(jī)的引進(jìn)及與國(guó)外進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)、國(guó)內(nèi)制造等形式的采用，開(kāi)始在國(guó)內(nèi)引入了一些國(guó)際上的先進(jìn)技術(shù)與設(shè)計(jì)方法。同時(shí)將計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)引入設(shè)計(jì)領(lǐng)域，對(duì)吊車(chē)設(shè)計(jì)工作的發(fā)展起了很大的推動(dòng)作用。但是，中國(guó)吊車(chē)設(shè)計(jì)領(lǐng)域仍存在不少問(wèn)題，主要是大多中小企業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)研究分析不夠，資金投入少，人員培訓(xùn)工作跟不上發(fā)展的需要，一直沒(méi)形成開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品或更新老產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和應(yīng)變能力，對(duì)引進(jìn)的先進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)品，沒(méi)有從設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行消化，更沒(méi)有能力進(jìn)行再創(chuàng)新工作。沒(méi)有形成合理的設(shè)計(jì)人員梯隊(duì)，產(chǎn)品仍然是幾十年不變樣，目前仍以照抄照搬為生存方式，沒(méi)有自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，只是在應(yīng)付低價(jià)拿來(lái)的合同。為數(shù)不多的幾個(gè)大型企業(yè)則在創(chuàng)新設(shè)計(jì)中快速發(fā)展，使得國(guó)內(nèi)吊車(chē)設(shè)計(jì)能力和水平逐步與國(guó)外的先進(jìn)設(shè)計(jì)縮短了距離。這些企業(yè)已大量采用新的計(jì)算機(jī)新技術(shù)，二維CAD早已普及，三維設(shè)計(jì)已推廣。電氣設(shè)計(jì)采用ED等先進(jìn)設(shè)計(jì)手段，引入定子調(diào)壓和變頻調(diào)速，PLC參與系統(tǒng)控制，采用了大量高新傳感元器件，實(shí)現(xiàn)了定位準(zhǔn)確，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通過(guò)專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用，極大地推進(jìn)了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的進(jìn)程，并且利用系統(tǒng)論和信息論等現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)研究成果，使得吊車(chē)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)開(kāi)始向智能化方向發(fā)展。南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文42工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)這里的工作機(jī)構(gòu)是指吊車(chē)的起升機(jī)構(gòu)，即包括卷筒、滑輪和鋼絲繩。2.1鋼絲繩的選擇2.1.1鋼絲繩的種類(lèi)鋼絲繩又叫鋼索，是用優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度碳素鋼絲制成的。鋼絲繩拉力強(qiáng)度高，耐磨損，是起重工作中最常用的繩索之一。它的種類(lèi)有很多：（1）按鋼絲繩繩股數(shù)量的不同可分為單股和多股。單股鋼絲繩剛性較大，不易撓曲。多股鋼絲繩是先由鋼絲擰成股，再由股擰成繩，隨著股數(shù)的增加，股內(nèi)的鋼絲愈細(xì)愈多，加上中間有個(gè)柔軟的芯子，撓曲性也就愈好。這種鋼絲繩可以通過(guò)直徑較小的滑輪或卷筒工作。在其重機(jī)械中，以六股和八股的鋼絲繩應(yīng)用較多。（2）按鋼絲繩繩芯材料的不同可分為纖維芯（如用劍麻、棉紗等制成）、石棉芯和金屬芯三種。它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)：用油浸的纖維芯鋼絲繩，比較柔軟，容易彎曲，繩芯中含油較多，能潤(rùn)滑鋼絲并能起到防止銹蝕的作用，但不能在較高的溫度下工作，不能承受橫向重壓（如在卷筒上纏繞多層鋼索）。用石棉芯的鋼絲繩，除了比較柔軟，容易彎曲外，還可適應(yīng)在較高溫度下工作，但是也不能承受橫向重壓。金屬芯鋼絲繩，強(qiáng)度較大，能承受橫向重壓，并可在較高溫度下工作，但是鋼絲繩太硬，不易彎曲。（3）按鋼絲繩的搓捻方向不同可分為右同向捻，左同向捻，右交互捻，左交互捻和混合捻等幾種。在鋼絲繩中，鋼絲搓捻方向和鋼絲股搓捻方向一致的稱(chēng)為同向捻，不一致的稱(chēng)為交互捻。相鄰兩股鋼絲的捻向相反，則稱(chēng)為混合捻。同向捻鋼絲繩表面平整，比較柔軟，易于彎曲。它與滑輪槽接觸面積大，單位面積的壓力小，磨損也小，比交互捻鋼絲繩耐用。但由于繩股與鋼絲都以相同方向扭轉(zhuǎn)一定角度，使鋼絲繩在受力后具有一個(gè)反向回捻的趨勢(shì)，吊重物時(shí)會(huì)使重物旋轉(zhuǎn)。其次，同向捻鋼絲繩還易于扭結(jié)、糾纏，給工作帶來(lái)不便，故一般只用于拖拉繩和牽引裝