小型为例重物提升机的设计(以履带式起重机).doc

摘要本文介绍了履带式起重机发展国内外的历史背景，分析了履带式起重机整体结构和工作特点，重点介绍了履带式起重机的重要参数，吊钩的设计，整体的液压体统，履带轮等相关数据。本文对原有的履带式起重机进行实验分析，然后根据实验的结果完成了对现有履带式起重机构进行结构优化和设计。新型的履带式起重机将原有的机械传动方式改为液压传动的方式；采用的履带式结构，使得起重机可以适应各种不同的工况地形，方便工作。本文对履带式起重机进行了三维建模分析，对整体结构进行了分析，改进采用了液压装置，能很好的应用于机械工程中。 工程实践中吊装方案设计仍然停留在传统模式，采用手工校核方式选择吊索具、通过查阅性能表选择起重机、利用AutoCAD等常规二维绘图软件设计吊装过程等。这种传统设计方法严重依赖设计者的经验，需要多次迭代，设计周期长，吊装前无法全面、直观地查看动态的吊装过程。 在此背景下，计算机辅助吊装方案设计（CALPAD）技术应运而生。其中，起重机选型可快速选择合适的起重机，而路径规划及吊装仿真可直观、快捷地设计吊装过程并进行预演。然而，通过对比工程需求和现有研究发现：对应用广泛的桁架臂履带起重机选型较少；单机吊装路径规划未考虑起重机的行走；双机吊装仿真研究较少，现有方法待设置参数多且难以确定。由于大多现有研究缺乏对某些工程约束的考虑，致使其难以真正应用到实际吊装工程。为此，本文在多重约束下起重机智能选型、考虑行走的单机吊装路径规划、双机吊装仿真三方面开展研究并实现相应的软件，所形成的理论成果和软件已成功应用到实际吊装工程。本文主要研究工作如下：1.给出了一种面向移动式起重机的多重约束起重机选型算法。首先构建了多重约束的起重机选型数学模型，基于此给出了选型算法的总体框架，然后以桁架臂履带起重机为例详细阐述了算法框架中起重性能、被吊物与臂架间距、接地比压约束处理的实现，最后通过实例验证了算法的可用性和有效性。与现有选型算法相比，技术上该算法将复杂三维空间距离计算问题转化为二维几何计算，降低了间距约束处理难度；该算法由于无需起重机、被吊物三维建模，在应用上更加便捷。2.提出了一种考虑行走的单台履带起重机吊装路径规划算法。首先对规划问题进行数学建模，并设计了基于RRT-Connect+的吊装路径规划算法，给出了位形空间的定义、两位形间的距离度量、履带起重机非完整运动学约束的表达，最后通过三个仿真实验验证算法的有效性和性能，结果表明该算法能在各种复杂吊装环境中找到一条无超载、无碰撞可行路径。算法将履带起重机行走的非完整运动学约束融入算法中，使路径更自然、平滑。此外，其中的距离度量将长度量纲和角度量纲巧妙地统一起来较好地表达吊装路径长度，并且赋予距离度量直观物理意义，避免了为每个分量设置权重系数。3.提出了一种基于空间几何约束的双机协同吊装仿真方法。针对典型吊装工况的双机吊装仿真问题，研究了双机之间的协同，设计了双机协同吊装仿真模型，给出了双机系统基本动作的表达与设计。通过实例验证仿真方法的可用性和有效性，结果表明该方法可容易地模拟典型工况的双机吊装过程。由于双机的协同策略已嵌入基本动作的实现，因此，在典型双机吊装中该方法吊装过程仿真更准确、仿真操作更简便。此外，该方法将两台起重机和被吊物看成一个完整的复杂系统称为双机系统），该概念为双机协同吊装的其它研究提供了一个全新的视角。4.提出了一种基于正向运动学的双机吊装仿真通用方法。首先从静力学的角度探究双机吊装中起升系统部分的运动学规律，利用最小势能原理将起升系统部分的运动学抽象为带约束的数学优化问题，提出基于最小势能原理的起升绳偏摆角及起升力求解算法，通过与ADAMS仿真结果对比验证了求解算法的正确性。然后在此基础上设计了基于正向运动学的双机吊装仿真通用方法。最后通过实例验证方法的可用性和有效性，结果表明该方法是一种设计和预演双机吊装过程的有效手段。相比现有基于动力学的双机吊装仿真方法，该方法仅需被吊物的重心相对位置及重量即可准确求得吊装过程中被吊物位姿及起升力，为双机吊装仿真提供有力的支撑，可容易地嵌入吊装仿真软件中，实现实时的双机吊装作业仿真，具有参数少、实时等特点。关键词: 履带式起重机；结构设计; 三维建模3AbstractThis article describes the historical background of the development of domestic crawler cranes, crawler cranes overall analysis of the structure and operation characteristics, focusing on the important parameters related data crawler cranes, hook design, the overall hydraulic decency, track wheel. In this paper, the original crawler crane experimental analysis, and then complete the existing crawler crane mechanism and structural design optimization based on experimental results. The new crawler crane to the original mechanical transmission hydraulic transmission mode; crawler structure used so cranes can adapt to different terrain conditions, to facilitate the work. In this paper, crawler crane 3D modeling analysis, the overall structure is analyzed and improved using a hydraulic device, it can be well used in mechanical engineering. Engineering practice lifting program design still remain in the traditional mode, manually checking mode selection sling, crane selection by referring to the performance table, the use of conventional two-dimensional drawing software AutoCAD and other design lifting processes. This traditional design approach relies heavily on the designers experience, require multiple iterations, long design cycles, not fully before lifting, visualize dynamic lifting process. In this context, computer-aided design lifting (CALPAD) technology emerged. Among them, the crane can quickly select the appropriate selection of the crane, and hoisting path planning and simulation can be intuitive and quick lifting process design and preview. However, by comparing the project needs and existing research found that: the application of a wide range of lattice boom crawler cranes less selection; single lifting crane walking path planning is not considered; less simulation of dual-lifting, the conventional method many parameters to be set and it is difficult to determine. Since most existing research projects lack of consideration of certain constraints, So that it is difficult to apply to real actual hoisting. In this paper, crane under multiple constraints intelligent selection, consider walking path planning lifting single, dual lifting three simulation research and implement the appropriate software, theoretical results and software form has been successfully applied to the actual hoisting. The main research work are as follows: 1.Shows the multiple constraints crane selection algorithm for mobile crane. First, we constructed a mathematical model of multiple crane selection constraints, based on this selection gives the overall framework of the algorithm, then lattice boom crawler crane for example detail the algorithm performance lifting frame, hanging objects and arm spacing, ground pressure constraint implementation process Finally, an example to verify the availability and effectiveness of the algorithm. Compared with the existing selection algorithm, the algorithm will be technically complex three-dimensional spatial distance computation problem into a two-dimensional geometry calculations, reducing the spacing constraint difficult to deal with; the algorithm because no crane was lifting three-dimensional modeling objects in the application more convenient. 2. The proposed consider walking a single crawler crane hoisting path planning algorithm. First planning mathematical modeling and design based on RRT-Connect + lifting path planning algorithm, gives the definition of the configuration space, the distance measure between two shaped expression, crawler cranes nonholonomic kinematic constraints, and finally availability and performance through three simulation verification algorithm, the results show that the algorithm can be found in a variety of complex environments without lifting overload, collision-free path feasible. Algorithm nonholonomic kinematic constraint crawler crane walking into the algorithm to make the path more natural, smooth. In addition, where the distance metric length dimensions and angle dimension subtly unify better expression lifting path length, and the distance measure gives intuitive physical meaning, avoid setting the weighting factor for each component. 3. The proposed based on dual-lifting collaborative simulation geometry of space constraints. For typical simulation for dual-hoisting hoisting working condition, collaborative research between the two planes, designed dual-lifting collaborative simulation model are given expression and design of the basic operation of the dual system. Examples of the availability and effectiveness of the verification by simulation method, the results show that this method can be easily simulated dual-lifting process typical operating conditions. Since the cooperative strategy is embedded dual machine to achieve the basic operation, therefore, in a typical dual-lifting in the lifting process simulation method is more accurate simulation easier to use. In addition, the method of two cranes and hanging objects as a whole complex system called dual system), the concept of Double other aircraft Cooperative hoisting provides a fresh perspective. 4. Proposes a forward kinematics of the double ceiling mount Common Simulation Method. First, from the point of view of statics inquiry Duplex Lifting lifting system from the kinematics law section, the principle of minimum potential energy will play a part of the lifting system kinematics abstract as a constrained mathematical optimization problem, since the principle of minimum potential energy of hoisting ropes yaw angle and lift from the algorithm, with the ADAMS simulation results verify the correctness of the algorithm. Then on the basis of the forward kinematics design double ceiling mount Common Simulation Method. Finally, the availability and effectiveness of the verification method for instance, the results show that the method is an effective means to design and preview dual-lifting process. Compared to conventional dual-based dynamics simulation hoisting method, which only needs to be the center of gravity relative to the position and weight of the hanging objects can be accurately determined during the lifting posture and hanging objects from the lift for lifting dual-emulation provided strong support, can be easily embedded hoisting simulation software for real-time dual-lifting operation simulation, with less parameters, real-time characteristics.Key words: Crawler Crane； The Structure Design； Three Modeling目 录 第一章国内外发展现状 2 1.1国外履带式起重机发展现状 2 1.1.1 利勃海尔公司 2 1.1.2 特雷克斯德马格公司 2 1.1.3 马尼托瓦克公司 2 1.2 国内履带式起重机发展现状 3 1.3 履带起重机的发展趋势 3 第二章 履带式起重机的重要参数 5 2.1 起重量Q 5 2.2 工作幅度R和有效幅度A 5 2.3 起重力矩M 5 2.4 起升高度H 6 2.5 工作速度V 6 第三章 吊钩的参数设计 8 3.1 吊钩的结构设计 8 3.2 吊钩的类型及其选择类型 9 3.3 吊钩尺寸的设计计算 10 第四章 发动机的选择及其发动机发热条件 13 4.1 发动机的选择及发热条件 13 第五章履带式起重机液压系统 148沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 国内外发展现状 5.1液压系统整体介绍 16 5.2 整体的性能分析 16 5.3 液压传动总结 17 第六章履带式起重机操作注意事项 18 第七章基于Solidworks软件进行的建模及装配 22 7.1 Solidworks软件建模与装配概述 22 7.2 运用Solidworks软件进行零件设计 22 7.3 运用Solidworks软件进行零件装配 25 第八章 结论与展望 26 8.1 结论 26 8.2 展望 27 参考文献 28 致谢 29第一章 国内外发展现状起重机是指在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的机械设备。又称成为吊车等名称。其中起重机分为行驶驾驶室与起重操纵室合二为一，它是由履带起重机演变而成的，将行走机构的履带和行走支架部分变成有轮胎的底盘，克服了履带起重机履带板对路面造成破坏的缺点，属于物料搬运机械。本文主要介绍了履带式起重机的相关结构特点及其应用。对履带式起重机的相关特点给出了相关的介绍。其中目前的发展现状如下：1.1国外履带式起重机发展现状 在世界上起重机的发展已经有了很长的历史了，其中在发达国家的发展地主要由以下几个：主要生产国为德，美，日，法，意大利，世界顶级公司有10多家，世界市场集中在北美、欧洲和亚洲。 1.1.1 利勃海尔公司利勃海尔家族企业由汉斯利勃海尔在1949年该公司的第一款成立，易于组装和负担得起的塔式起重机是一个巨大的成功，成为公司蓬勃发展的基础。今天，利勃海尔不仅是领先的工程机械制造商在世界之一，它以创新的产品和客户技术服务供应商很多方面是公认的。 1.1.2 特雷克斯- 德马格公司自1988年以来在中国的合资企业以来，特雷克斯一直致力于业务在中国的发展，他在包头，常州，上海，泉州，漳州等地设立了多家独资和合资公司。特雷克斯积极为中国工业、交通和城市建设等支柱产业的建设提供高技术、低成本、绿色环保的解决方案，在中国销售的第四台3200吨级履带式起重机成功签约陕西化建，成为特雷克斯乃至整个世界起重机行业的又一个里程碑。1.1.3 马尼托瓦克公司 马尼托瓦克起重设备有限公司 波坦系列塔机在中国的生产销售基地 马尼托瓦克起重设备有限公司是世界上最大的起重集团马尼托瓦克起重集团麾的公司。目前波坦系列塔机亦在此生产销售。公司地处经济发达的长江三角洲邻近对外开放的张家港经济开发区。公司投资资金2,800万美元，拥有员工近700名，占地138,000平方米。 马尼托瓦克起重设备（中国）有限公司是为中国及国际地区广大用户制造波坦系列塔式起重机整机。目前生产的塔机主要产品是MC系列。1.2 国内履带式起重机发展现状生产的履带式起重机的历史很短，“七五”期间与技术贸易，从日本和德国引进的小吨位履带式起重机的生产技术相结合，与世界先进国家相比，国内小吨位履带式起重机，系列化水平低，技术含量低，还有在设计和制造一定的差距。经过多年的发展，中国企业对现有的技术创新，研发能力起重机，无法满足国内市场的需求和国外的个性化产品。截至目前，中国起重机行业产品种类已超过1000，并不断有新的可用的起重机设备。目前我国的履带式起重机与国际上相比，缺陷主要在以下几个方面：正视差距 力促新发展技术水平的差距 产品可靠性较低缺少完善的试验、研究体系国内履带起重机的生产厂家普遍存在 1.3 履带起重机的发展趋势近年来起重机的销量上看，2012年较之于2011年有着明显的提升，其增长为16%，相对于2010年更是有着高达40%的增长，这是一个非常值得乐观的数据；在越野式起重机上相对于2010年更是增长了50%。且其它类型的起重机的在2012的销售情况相对于前几年都有着不错的改善。这样的数据表明，起重机行业已经开始处于高速份复苏状态，但是问题还需要改善。 目前履带式起重机的发展朝着以下几个方面进行：迅速向大吨位起重方向的发展关键技术的核心化 智能控制方面的进展新型技术、材料方面的发展自动化产品模块化、系列化 、通用化，三化的实现 起重机的多功能应用 33沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 履带式起重机的参数 第二章 履带式起重机的重要参数履带式起重机的主要量程有起重量或起重力矩这两大类。的选择取决于从重量，工作半径和提升高度，通常被称为“三要素的解除”，三个元件之间升降，有相互制约的关系。其技术性能，通常相关的数据起重能力起重性能图或表格等表达所代表的相应数字。履带式起重机是一种具有履带行走装置的全回转起重机,它利用两条面积较大的履带着地行走,由行走装置、回转机构、机身及起重臂等部分组成,履带式起重机的主要技术性能包括三个主要参数：起重量Q、起重半径R、起重高度H.,在允许范围内：起重量Q越重、则起重半径R越小,起重高度H.越高、则起重半径R越小。2.1 起重量Q 履带式起重机重量一般不包括钩q的权重。它可以包括从重量的钩，包括总起始重量的成为重量（Q + q）的。履带式起重机重量伸缩臂，音高变化，所以从繁荣的重量是由强度和整体稳定性决定。起重机起重能力超过临界启动权重较小。从所谓的临界重量是指重量当起重机在稳定举重和倾翻临界状态之后。根据不同的需要，有利于制造，它被选择为10吨。2.2 工作幅度R和有效幅度A工作范围是从炮塔吊物的水平距离，这就是我们所说的远将被发送。作为额定钩到的水平距离的中心线的起重机的旋转中心轴的重力作用下工作的范围定义，通常被称为回转或工作半径的半径，用“R”，单位为“M”。工作宽度是起重机不工作的移位范围，其中包括最显著（R混合物）和最小幅度（R分钟）两个参数。音调俯仰臂架，当水平角接近130的水平，从起重机钩的最大距离，最显著的水平中心线的旋转中心轴线：当悬臂到最大仰角，轮中央钩到中心线的距离最小，最小振幅的轴。2.3 起重力矩M所谓起重力矩就是塔吊起重量与相应幅度的乘积，该T.M的最后一个单元，测量电流单位是kN.m.换算关系：一般简化为1t.m=10kN.m.最大起重力矩是最重要的参数机工作，它正在努力保持起重机控制值的稳定性起重机时。起重机起重能力相应增加降低幅度，因此，在各种幅度具有额定起重能力，不同的振幅和相应的起始重量作图起重机性能图，对于额定电压为从重量不同范围的表达。通常起重机可以安装不同的中央臂长，手臂各起重臂长度都有其特定的升降曲线。为了防止起重机事故发生时工作时超那一刻，所有的起重机都配备了力矩限制器。起重机的设计：Q=8吨 R=4.5米 则M=8x4.5=362.4 起升高度H升高度H与吊臂长度L和仰角Q有关： （）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=5m。2.5 工作速度V起升速度(吊起物件上升和下降)/小车左右行走速度(即吊着物件向左右行走)/大车行走速度(整台起重机的行走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30s，落臂时间20s。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）35s，缩臂（全程）20s。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14.7s；水平支腿缩回时间13.6s；垂直支腿放下时间22.5s；垂直支腿收起时间24.5s；履带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20公里/小时。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 吊钩的参数设计 沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 吊钩的参数设计 第三章 吊钩的参数设计3.1 吊钩的结构设计吊钩是必要根据形状的组件之一，钩可分为单钩和双钩;通过该制造方法，可分为锻造吊钩和片状。钩柄的横截面形状可分为圆形，方形，和梯形。根据应力分析，最合理的形横截面，但在锻造过程的复杂性，梯形的横截面的力合理，易于伪造，矩形（正方形）横截面只适合片钩，缺点是承载横截面的容量不能充分利用，比较烦琐，圆形横截面的体积只用于小型电动葫芦钩。尾钩锻造普通的三角形螺纹，严重的应力集中，裂缝的地方容易破碎。因此，根据有多少分支的绳索滑轮组数，并考虑吊钩组结构的特征，在图1，结构钩所示吊钩组的一个合理的选择。图1 吊钩的结构为了便于吊钩，钩子可以要求一个柔性可绕一垂直轴，这样的钩块结束光束配有螺母和推力轴承。当一个大钩重，建议对心脏推力球面轴承。不仅钩旋转灯，也轴承受力均匀。为了提高生产效率，实现安全生产的自动化卸载重装钩和一个辅助手动操作工作中，尽量减少装卸货物。此外，一些有旋转吊钩组。图2中，马达1通过行星齿轮减速器2 3分割齿轮，钩颈部通过大齿轮的开口中心，并与大齿轮转动固定在一起。电磁柱塞5配备了侧轨，横杆切换螺栓关闭或解除。当钩工作时，电机被通电时，螺线管推杆抬起闩，从而使钩转动，锁定齿轮和钩。这些行动由驾驶员操作，而不是作为一种辅助手段的人在未来的工作挂钩。图2 旋转吊钩组 吊钩组所有零件均按静强度进行计算。其计算载荷=(动力系数，额定动载荷)。对于履带式起重机，=1+1.3cv（c=0.5，v额定起升速度）。各种零件的许用应力=（零件材料的屈服极限，n选用的安全系数。）3.2 吊钩的类型及其选择类型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。单钩用于起重量较小的起重机如上图，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，锻造容易。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。 ;比值钩空直径D：单钩： (3.1) 或 (3.2)双钩： (3.3)或： (3.4)3.3 吊钩尺寸的设计计算钩孔的直径D D（3050）=34=90.51mm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A-A和B-B：A-A断面内侧拉应力： (3.5) (3.6)起升载荷动载系数，取=1.1。断面形心距内边缘的距离，=42mm。曲梁断面的形状系数，=0.11。断面A-A面积（水平面）。 =5460.33所以： =17.80Mpa钢的屈服强度:=25公斤=2510=250Mpa 安全系数： n=1+ (3.7) (3.8) 安全系数用来计及材料的最小强度储备的，=0.4。安全系数用来计及材料的不均性，内部可能存在的缺陷，=0.2。 n=1+=1.6。故钢的许用应力为： =156.25Mp因此曲梁内侧拉应力符合要求。外侧压力： =12.34Mpa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的方向作用在吊钩上，那么内侧最大拉应力与切应力为： (3.9)断面形心距内边缘的距离， =42mm。断面B-B的面积（垂直面）。曲梁断面的形状系数，=0.11。 =4103.25 =12.51Mpa切应力为： (3.10) =15MPa