【終稿全套】JQ50滑移式起重夾鉗設備的總體設計【5張CAD圖紙+文檔】

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疊層陶瓷噴嘴的沖蝕磨損（譯文） 鄧建新，劉麗麗，趙進龍，孫軍龍 山東大學機械工程系，中國山東省濟南 250061， 接稿 2006 年 3 月 31 日；收搞 2006 年 6 月 30 日 摘要 SiC/（W,Ti)C疊層結構的陶瓷噴嘴通過熱壓成形，熱壓是為了減少噴嘴進出口區(qū)域的拉應力。在合成物的燒結過程中由于SiC和(W,Ti)C固溶體的熱量膨脹系數和收縮率不同將導致殘余應力產生，通過有限元方法可以分析該殘余應力。疊層陶瓷噴嘴的沖蝕磨損是由沙粒的沖擊產生，這個實驗結果和一個在相同條件下不受壓應力的參考噴嘴實驗結果相比較而得。這個實驗的結論已經表明疊層陶瓷噴嘴比相類似的自由應力噴嘴有更高的抵抗沖蝕磨損性能。 1.引言 噴沙處理是一個研磨的加工程序并且廣泛地作為表面的加強[1],表面的修正[2]表面的清理和除銹,等等。它適用于硬且脆的材料, 易延展的金屬，合金和非金屬的材處理。在沙噴的過程中，從噴嘴里出來的高速噴射的精細研磨微粒和載流氣體撞擊目標對象的表面來沖蝕該表面。精細微粒通常由高于幾倍大氣壓的氣流來加速。粒子直接對表面進行處理。當粒子沖擊表面時, 粒子引起一個小的破碎，氣流會將研磨粒子和已破碎的粒子帶離去。噴嘴是噴沙設備中最緊要關頭的部份。有許多因素影響力噴嘴的磨損如：流量率和沖擊角度，沖蝕研磨劑性能，噴嘴的材料和它的幾何形狀，溫度。有高耐磨性的陶瓷有很大的潛力做為沙噴的噴嘴材料。 一些研究已經顯示陶瓷噴嘴的進口區(qū)域展現了一個感應去除程序的脆性破碎而中央的區(qū)域顯示出材料切除模態(tài)的耕犁類型。在沙噴中當沖蝕的微粒以高的角度 ( 將近 90 °) 沖撞噴嘴進口區(qū)段 (見到圖1) ，噴嘴進口區(qū)域遭受形嚴重的研磨沖擊, 這可能引起大的張應力。最高的張應力位于噴嘴的進口區(qū)域。因此，噴嘴進口區(qū)域的沖蝕磨損相對于中心區(qū)域的磨損來說，總是嚴重的。 圖1 沙噴過程中沖蝕粒子與噴嘴間的作用示意圖 由不同材料的交替層構成的疊層混合結構能適當地被設計, 促使對一個表面產生壓縮殘余應力，從而提高了表面的機械性能和耐磨性。殘余應力增大主要是在于熱膨脹系數 (CTE) ，燒結率，相階段和相鄰層的彈性模量之間的搭配, 并且殘余應力區(qū)域決定于分層的結構幾何形狀和層之間的厚度比率。 Toschi 等人報告疊層混合結構能改善氧化鋁的滑動耐磨性。Portu 等人表明表面區(qū)域受壓縮殘余應力的疊層結構組成而得的混合物材料能具備更好的磨擦性能。鄧教授等人證實傾斜的陶瓷噴嘴能展現出比一般位置的陶瓷噴嘴更高的耐磨性。 目前的研究中, SiC/(W,Ti)C 疊層結構的陶瓷噴嘴為了要在噴嘴的進出口區(qū)域減少張應力 , 靠熱壓的方式生產。在燒結過程式中疊層噴嘴的殘余應力由有限元方法計算而得。疊層陶瓷噴嘴沖蝕磨損對照于相同的條件下一個不受應力的叁考噴嘴而被考查。 2．材料和實驗步驟 2.1. 準備疊層陶瓷噴嘴材料SiC /(W,Ti)C 開始的材料是(W,Ti)C固溶體粉末，平均顆粒大約為0.8μm，純度為 99.9% 。SiC粉末的平均顆粒大約為1μm，純度為 99.8%。六種不同含量的 (W,Ti) C(55,57,59,61,63,65 vol.%)被選擇去設計六層結構SiC /(W,Ti)C疊層噴嘴材料。疊層陶瓷噴嘴材料的成分分配在圖 2 被顯示。它指出疊層噴嘴材料的成分分配在噴嘴軸的方向中改變。如SiC的熱導率比 (W,Ti) C 的更高, 當它的熱膨脹系數比 (W,Ti) C 的更低時候, SiC的最高含量的層被提出在進入層和出口層中兩地方 ( 見圖 2.1 a) 。相似的無應力的噴嘴沒有成分變化在圖中 2(b) 被顯示。疊層陶瓷噴嘴在進入和出口兩區(qū)域叫做 GN-3, 無壓應力噴嘴叫做 CN-2 。 圖2.1a為陶瓷噴嘴在進口和出口區(qū)域（ GN-3 ）輾壓的照抄原文/ （ W ， Ti ） C 成 分分配示意圖； b 為相似的無應力噴嘴（ CN-2 ） SiC/(W,Ti) C 以六種不同混合比合成的粉末被分別地在酒精中和接合的碳化物球體研磨 80 個小時而成濕球來作準備。在弄干之后，和不同的混合比的混合物粉末依次被疊壓進入模子之內。這時樣品在流動的氮氣中以 30 MPa 壓力 ,1900 ℃溫度熱壓 40 分鐘。 2.2.噴沙測試 如圖2.2.1所示，空氣噴射研磨機床 ( GS-6 類型) 的示意圖，它由一個空氣壓縮機，一只噴射槍，一個控制閥，粒子供應管，一個過濾器，一個干燥器，一個調壓閥，灰塵捕捉器，一個研磨漏斗 , 和一個噴嘴。氣流流程率被被壓縮的空氣控制，而且研磨粒子的速度經過噴嘴被調整為 60 米/ 秒。 圖2.2.1 空氣噴射研磨機床的示意圖（（ 1 ）空氣壓縮機，（ 2 ）控制閥，（ 3 ）過 濾器，（ 4 ）干燥器，（ 5 ）調壓閥，（ 6 ）吸塵器，（ 7 ）噴槍）（ 8 ）研磨漏斗，（ 9 ）陶瓷噴嘴）。 被用于這一項研究的沖蝕研磨劑是 50–150μm谷粒大小碳化硅粉末。作為干沙噴射的SiC粉末的SEM顯微圖在圖4中所示。 圖2.2.2 沙噴中被用的SiC研磨劑的SEM顯微圖 內直徑 8 毫米和長度 30 毫米的噴嘴由SiC /(W,Ti) C 的疊壓結構 (GN-3) 制造而成，無壓應力結構 (CN-2) 被熱壓制造而成，如圖2.2.3所示。 圖2.2.3 GN-3 疊層陶瓷噴嘴的照片 磨損的噴嘴損失量被一個精確的電子稱測量。 ( 最小量 0.1 毫克) 。 所有的測試情況在表一中被列出。噴嘴的沖蝕率 (W) 被定義為噴嘴損失量除以噴嘴密度 d和沖蝕研磨粒子的乘積: W的單位為 。 有限元方法 (FEM) 被做為一種數字地分析在制造過程中疊層陶瓷噴嘴的殘余應力和它的分布狀態(tài)的方法。為微小損害的觀察和沖蝕機制的檢測, 磨損的噴嘴被軸向地分為區(qū)段。噴嘴的被侵蝕的孔表面由掃描電子顯微鏡檢查。 3．結果和討論 3.1 疊層噴嘴材料的顯微結構特征和性能 硬度測量在 GN-3 疊層噴嘴材料的橫截面面的每層上放著維氏壓痕處操縱。壓痕負荷是 200 N ，這時每層的三個壓痕的最小量被測試。每層的維氏硬度 (GPa)靠（P是壓痕負荷（N），2是壓痕對線的長度）計算所得。每層 GN-3 疊層噴嘴材料的硬度被列出在表二中。 GN-3 疊層陶瓷的噴嘴材料磨光的每層SEM顯微圖如圖3.1所示。黑色的區(qū)域被 EDX 分析鑒別為SiC, 和鮮明的對比白色的區(qū)域是(W,Ti)C?？梢员豢吹?，SiC粒子非常勻均地在顯微結構中普遍分布, 多孔性事實上是不存在的。 圖3.1 GN-3 疊層陶瓷的噴嘴材料磨光的每層SEM顯微圖（a）第一層（進口區(qū)域），（b）第二層，（c）第三層，（d）第四層，（e）第五層，（f）第六層 3.2 疊層噴嘴的殘余應力 制造過程中的疊層陶瓷噴嘴的殘余應力被假設箱子從燒結溫度1900℃冷卻到室溫 20℃經由有限元方法計算。（W，Ti）C和SiC的熱機械性能依下列各項所得: 由于對稱，軸對稱的計算被推薦。假定它是穩(wěn)定狀態(tài)邊界條件，在GN-3疊層噴嘴中從燒結溫度冷卻到窒溫過程中軸向的，徑向的。很明顯，一個額外的壓縮殘余應力在GN-3疊層噴嘴進口與出口區(qū)域處被形成。 圖3.2 GN-3疊層噴嘴在制造過程中的(a)軸向的()，(b)徑向的()，(c)圓周向的()殘余應力沿噴嘴軸向不同位置的分布 3.3 疊層噴嘴的沖蝕磨損 GN-3 疊層陶瓷噴嘴的沖蝕磨損靠在沙噴時和 CN-2 無應力陶瓷噴嘴對比來被評定。圖3.2顯示GN-3和CN-2噴嘴在沙噴過程中累積的損失量。很明顯累積的損失量隨著操作時間不斷地增加。在相同實驗條件下，與 GN-3 疊層噴嘴比較,CN-2 無壓應力噴嘴有更高的累積損失量。 圖3.3 a GN-3 噴嘴和 CN-2 無壓應力噴嘴在沙噴過程中累積的損失量 磨損的陶瓷噴嘴在操作之后在縱向的方向被切斷，出現分析失敗。圖3.3 a所示為操作 540分鐘后的GN-3 和 CN-2 噴嘴的內部孔的輪廓相片。它被表明沿著噴嘴縱向的方向磨損的 CN-2 噴嘴的內部孔的直徑是比磨損的 GN-3 疊層噴嘴更大, 尤其在噴嘴進口區(qū)域。 圖3.3 b 操作540分鐘后的GN-3和CN-2噴嘴的內部孔的輪廓相片 GN-3 和 CN-2噴嘴進口孔直徑隨著沖蝕時間而變化的結果如圖3.3 b所示。它被指出CN-2無壓應力噴嘴進口孔的直徑隨操作運行時間而擴大得很快。然而GN-3 疊層噴嘴進口孔直徑慢慢地隨操作運行時間增大。圖3.3 d表示沙噴過程中GN-3 和 CN-2 噴嘴的沖蝕率對比。顯而可見，無壓應力噴嘴的沖蝕率比疊層噴嘴的沖蝕率更高。因此，很顯然在相同測試條件下 GN-3 疊層噴嘴比起GN-2 無壓應力噴嘴展現了較高的沖蝕耐磨性。 圖3.3 c GN-3 和 CN-2噴嘴進口孔直徑隨著沖蝕時間而變化 圖3.3 d 沙噴過程中GN-3 和 CN-2 噴嘴的沖蝕率對比 圖3.3 e 表明受磨損的 CN-2 無壓應力噴嘴的進口孔的表面 SEM 顯微像。從這些 SEM 顯微像, 噴嘴的不同形態(tài)學和破碎模態(tài)能被清楚地看見。CN-2 無壓應力噴嘴在進口區(qū)域處以非常脆的方式中失敗, 而且展現了一個促使去除處理的脆性破碎。位于噴嘴孔表面上有許多明顯的凹坑，該表面表示脆性破碎發(fā)生的表面。呈現在GN-3 疊層陶瓷噴嘴被侵蝕的進口孔表面的典型SEM圖 如圖3.3 f所示。顯而可見，疊層噴嘴受侵蝕的區(qū)域的出現表示與無壓應力噴嘴受侵蝕的區(qū)域相比，它有一個相對平滑的表面。 圖3.3 e受磨損的CN-2無壓應力噴嘴的進口孔的表面 SEM 顯微像 圖3.3 f 受磨損的GN-3疊層陶瓷噴嘴的進口孔表面的SEM圖 因沖蝕磨損而失敗的陶瓷噴嘴通常由在噴嘴進口區(qū)域受大的張應力的破碎所引起的 [11-15]。因為噴嘴進口區(qū)域遭受嚴重的研磨沖擊, 而且產生大的張應力,這可能引起表面下的側部裂縫而且促進了材料碎片的去除.因此，噴嘴在進口區(qū)域處的沖蝕磨損依賴于壓應力的分布。一旦最大的張應力超過噴嘴材料的極限強度，將會發(fā)生破碎。 在進口區(qū)域和出口區(qū)域根據壓縮殘余應力的形成而分析， GN-3 疊層噴嘴比 CN-2 無壓應力噴嘴具有較高的沖蝕耐磨性。當計算以上數據之時,在從燒結溫度到室溫的制造過程中，GN-3 疊層噴嘴的進口區(qū)域和出口區(qū)域處將形成受壓的殘余應力，它可能會部份地與產生外部負載的噴嘴的進出區(qū)段處的的張應力相抵消。這影響可能導致增加對破碎的抵制, 因此增加了疊層噴嘴的沖蝕耐磨性。 4．結論 SiC/(W,Ti)C疊層陶瓷噴嘴通過熱壓而制造。目的是在沙噴過程間減少噴嘴在進口和出口的區(qū)域的張應力。特別注意的是疊層陶瓷噴嘴的沖蝕磨損。結果表示了相對于類似的無壓應力陶瓷噴嘴，疊層陶瓷噴嘴有上好的沖蝕耐磨性?？煽康臋C制被解釋作為在制造過程中疊層陶瓷噴嘴進口和出口兩區(qū)域壓縮殘余應力的形成，它可能會部份地與產生外部負載的張應力相抵消。疊層結構在陶瓷噴嘴中是一種有效的改善無壓應力陶瓷噴嘴的沖蝕耐磨性的方法。 鳴謝 該研究受到了“中國 (50475133) 的國家自然科學基金”“高等教育 (20030422105) 的博士計劃專門研究基金”，“山東省 (Y2004F08) 自然科學基金”和“大學（NCET-04-0622）新世紀杰出人才計劃”的大力支持。 參考文獻 [1]李國英，曲面工程，北京，機械工業(yè)出版社，1998 [2]鄧建新，改良的機器制造陶瓷合成物表面完整性和可靠性的技術，曲面工程 2000； 16(5):411 –4. 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[28]鄧建新 ，劉麗麗 ，李建風 ，噴沙表面處理中基能上傾斜的陶瓷噴嘴材料發(fā)展，難熔金屬和高硬度材料的國際雜志，印刷，修正校樣 13 畢業(yè)設計（論文）任務書 課題名稱：滑移式起重夾鉗設備的總體設計 學生姓名： 方繼松 院 別：機械工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 指導教師：譚湘夫 2010年12月1日 1、主題詞、關鍵詞： 滑移式起重機方案設計;傳動裝置方案的設計計算; 夾鉗裝置的設計;設備穩(wěn)定性分析 2、畢業(yè)設計（論文）內容要求： (1) 查閱文獻資料, 其中中文文獻不得少于15篇，外文文獻不少于3篇，將其中一篇外文文獻（不少于3000英文單詞）翻譯成中文（將中英文裝訂在一起）。寫出國內外起重夾鉗技術的發(fā)展及應用情況、夾鉗裝置的工作原理、夾鉗裝置的工作要求及性能 (2) 確定起重機設計方案; 設計夾鉗裝置;傳動裝置方案的設計 (3) 設備穩(wěn)定性分析 (4) 用鉛筆繪起重運輸設備總裝配圖一張(0#)，主要部件圖兩張；還要求用AUTOCAD將上述圖繪出 (5) 說明書的撰寫要求認真、準確、條理清晰;文中引用的文獻要依次編號，其序號用方括號括起，如[1]、[2]，置于右上角，文獻內容必須嚴格按照引用的先后順序依次在畢業(yè)設計論文的最后列出;文檔運用 “word長篇文檔排版技巧”，按學院畢業(yè)設計手冊要求的格式與樣式排版;用公式編輯器編輯公式;畢業(yè)設計說明書正文字數在1.5萬字左右,交打印稿與電子稿 3、文獻查閱指引: [1]吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].北京:高等教育出版社，2007. [2]曹自立. 60t板坯夾鉗搬運起重機試制成功[J]. 起重運輸機械, 1996,(9):15-17. [3] 謝華,郗江云,李建紅.裝配設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2007. [4]倪澤婭. 重力式板坯夾鉗的開發(fā)與研制[J]. 重型機械科技, 2006, (2):14-17. [5] 利用百度搜索工具查閱相關內容的最新進展 [6]利用湖南理工學院圖書館電子閱覽室查閱、 收集相關資料 [7]一定要找到三篇與論文有關的英文原版參考文獻，參考文獻至少1８篇 其中外文文獻不少于3篇，將一篇外文文獻（不少于3000英文單詞）翻譯成中文 4、畢業(yè)設計（論文）進度安排： 第1周 實習;設計前準備工作，接受設計任務、收集資料（至少18篇參考文獻） 第2、4周 了解國內外起重夾鉗技術的發(fā)展及應用情況、夾鉗裝置的工作原理；作好制作準備工作；將3000字的與本課題有關的英文文獻譯成中文；交畢業(yè)設計（論文）開題報告 第5、6周 進行常用夾鉗裝置的結構分類與分析；確定起重機設計方案 第7、8周 夾鉗裝置的設計;傳動裝置方案的設計；設備穩(wěn)定性分析;畢業(yè)設計（論文）中期檢查 第9、10周用鉛筆繪起重運輸設備總裝配圖一張(0#)，主要部件圖兩張；還要求用AUTOCAD將上述圖繪出；交論文初稿（紙質打印稿） 第11、12周 制作夾鉗設備 第13、14周 整理設計說明書，交畢業(yè)設計完成稿（要交WORD文檔和PDF文檔兩種格式的電子稿)；準備畢業(yè)答辯 第15周 交畢業(yè)設計（論文）答辯申請暨資格審查表 ；畢業(yè)答辯 教研室意見： 負責人簽名： 注：本任務書一式三份，由指導教師填寫，經教研室審批后一份下達給學生，一份交指導教師，一份留系里存檔。 畢業(yè)設計開題報告 課題名稱： 滑移式起重夾鉗設備的總體設計 學生姓名： 方繼松 院 別： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 劉 偉 香 2011 年 3 月 1 日 一、綜述國內外對本課題的研究動態(tài)，說明選題的依據和意義： 國內外對本課題的研究動態(tài)： 夾鉗作為一種起重作業(yè)機具被廣泛應用于冷、熱軋薄板廠，用來搬運各種半成品及成品鋼卷，是一種工作效率很高、適應性極強、用途非常廣泛的起重設備，屬于冶金行業(yè)中的特種設備。按夾鉗在夾持物料的過程中有無輔助外力，可將其分為外力輔助式夾鉗和重力式夾鉗。外力輔助式央鉗是靠輔助外力實現對物料的夾持，不管貨物的尺寸如何，只要輔助設備工作得當，這種夾鉗就能輕易地對其實現夾緊，它具有操作簡單、生產效率高、夾持力可調等特點。相對于外力輔助式夾鉗，重力式夾鉗只能靠夾鉗和物料的自重實現對物料的夾持，它具有安全可靠、結構簡單、制造方便、成本低廉、不消耗動力能源、壽命較長等特點，因此得到了廣泛的應用。 目前我國應用較多的是重力式夾鉗，由于其初始夾緊力的產生是靠夾鉗和物料的自重實現的，如何用合適的力夾取物料，做到既能安全實現夾取，又避免鉗體的受力太大而導致鉗臂或物料的破壞就顯得非常重要了。以帶卷夾鉗為例，如果鉗口產生的夾持力不夠大，夾鉗夾持帶卷就不可靠；如果產生的夾持力太大，鉗臂的受力會很大，各鉗臂的強度也會要求很高，導致鉗體笨重：而且在夾持高溫帶卷時，夾持力太大時帶卷接觸面容易出現較大的塑性變形，而使其表面產生較深的壓痕，破壞了帶卷表面的完整性，給它的進一步加工帶來不必要的麻煩。 德國、美國、俄羅斯等國家，在央鉗的研究方面做得很好，這些國家很早就對各種鉗式取物裝置進行了理論和實驗研究。在我國，在吊夾裝置、液壓鋼卷夾鉗、重力式板坯夾鉗、電動平移式板坯夾鉗等方面進行過研究性工作。相對于國外，我們國家在夾鉗上的研究還是非常有限，特別是在重力式帶卷夾鉗上，很少進行系統(tǒng)性的研究。 選題的依據和意義 我國目前的現役重力式帶卷興鉗，一部分來源于原裝進口，另一部分則是靠對國外同類產品的測繪仿制。由于缺乏對原裝進口樣機的深入性研究，事實上并沒有真正消化吸收國外的相關技術，整個帶卷夾鉗的生產仍然處于仿制階段。 二、研究的基本內容，擬解決的主要問題： 研究的基本內容: 1.了解國內外起重夾鉗技術的發(fā)展及應用情況、夾鉗裝置的工作原理，進行常用夾鉗裝置的結構分類與分析。 2.確定起重機設計方案夾鉗裝置的設計、傳動裝置方案的設計以及對設 備的穩(wěn)定性進行分析。 擬解決的主要問題: 通過了解學習掌握夾鉗裝置的工作原理，對起重夾鉗裝置的結構進行分類與分析，通過分析從而確定起重機設計方案夾鉗裝置的設計，傳動裝置方案的設計以及分析設備的穩(wěn)定性。 三、研究的步驟、方法、措施及進度安排： 研究的步驟、方法、措施 先在導師的幫助下查閱相關的資料，通過收集資料對課題進行初步的了解，在理清夾鉗裝置的工作原理之后對其結構進行分析，確定總體方案，然后確定傳動裝置方案的設計和分析穩(wěn)定性，最后通過分析設計模擬制作夾鉗設備，通過實踐看是否設計合理。 進度安排 序號 各階段完成的內容 完成時間 1 熟悉課題及基礎資料 第一周 2 了解原理、翻譯以及開題報告 第二～四周 3 確定起重機設計方案 第五～六周 4 夾鉗裝置的設計;傳動裝置方案的設計；設備穩(wěn)定性分析;畢業(yè)設計中期檢查 第七～八周 5 繪制CAD圖和叫論文初稿 第九～十周 6 制作夾鉗設備 第十一～十二周 7 整理設計說明書，交畢業(yè)設計完成稿 第十三～十四周 8 交畢業(yè)設計答辯申請暨資格審查表，答辯 第十五周 四、主要參考文獻： [1]吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].北京:高等教育出版社，2007. [2]曹自立. 60t板坯夾鉗搬運起重機試制成功[J]. 起重運輸機械, 1996,(9):15-17. [3] 謝華,郗江云,李建紅.裝配設計[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2007. [4]倪澤婭. 重力式板坯夾鉗的開發(fā)與研制[J]. 重型機械科技, 2006. [5] 馬保生. 夾鉗起重機的夾鉗裝置[J]. 太原重型機械研完所，2009. [6]賈和平. 25~112t電動平移式板坯夾鉗起重機太遠[J]. 太原重型機械(集團)有限公司設計研究院]，2009. 五、指導教師意見： 資料搜索較全面，準備充分，可以開題。 簽名： 六、教研室意見： 簽名： 注：此表由學生本人填寫，一式三份，一份留系里存檔，指導教師和學生本人各保存一份。 摘 要 本文首先對起重夾鉗技術的發(fā)展及應用情況、國內外的發(fā)展狀況及發(fā)展趨勢，通過對50kg起重機的設計方案的確定，包括針對本設計選取起重機的型號，確定為臂架式起重機，然后對起重機結構的各個部件進行設計，包括夾持機構、吊臂、鉗臂、軸、自動開關裝置和設備穩(wěn)定性分析等等的設計。采用了機械設計的一般設計方法，機械設計輔助軟件AutoCAD和Pro/e，設計制作出起重夾鉗設備，吊起重量達50Kg，起升速度達0.1m/s,運行速度達0.5m/s,搬運物體快速便捷，無卡殼，設備運行良好。 通過了解學習掌握夾鉗裝置的工作原理，對起重夾鉗裝置的結構進行分類與分析，通過分析從而確定起重機設計方案夾鉗裝置的設計，傳動裝置方案的設計以及分析設備的穩(wěn)定性。 關鍵字：起重機；起重夾鉗；機構設計；自動開關裝置；穩(wěn)定性 ABSTRACT This paper firstly lifting clamp technology development and application, domestic and foreign development and development trend of 50kg crane, through the design scheme based on the determination of design, including selecting the model, determine crane for arm, then to pose crane components of the crane structure design, including holding mechanism, the arm, clamp arm, axle, automatic switch devices and equipment stability analysis and so on design. Adopted the general design method of mechanical design, mechanical design support software AutoCAD and Pro/e, design a lifting clamp device, lift the weight of hoisting speed, 50Kg of 0.1 m/s, operation speed reaches 0.5 m/s, handling objects without jam, fast and convenient, equipment operation is good. By understanding learn clamp device's working principle, the structure of the crane clamp device classified and analysis, through the analysis to determine crane design scheme clamp device design, transmission device scheme design and analysis equipment stability. Keywords: Lifting appliance； Clamping devices； Design of structure； Automatic control device； Stability 1 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 起重機簡介 1 1.1現代起重機的特征和發(fā)展趨向 1 1.2國產起重機與國外產品的差距 5 2起重夾鉗簡介 7 2.1 國內外起重夾鉗發(fā)展狀況 7 2.2 常用夾鉗裝置的發(fā)展與應用 7 2.3.1 螺桿夾緊式 8 2.3.2 夾鉗自重夾緊式 9 2.3.3 夾鉗裝置自重夾緊式 12 2.3.4 鋼繩張力附加夾緊式 13 3 設計目的及主要內容 15 3.1 設計的基本內容 15 3.2 設計目的 15 4 50kg 起重機的設計方案的確定 15 4.1 50kg起重機的設計思想 15 4.2 50kg起重機種類的選擇與確定 15 4.3 臂架式起重機的工作原理 16 4.4 50kg起重機電機的選擇 17 4.5 50kg起重機的傳動裝置方案的設計 17 4.5.1功率與效率 17 4.5.2速度 18 4.5.3外廓尺寸、質量和成本 18 4.6 50kg起重機結構的設計方案 19 4.6.1起重機構件的材料選擇 19 4.6.2 起重機構件的設計方案 20 5 50 kg起重夾鉗主機的總體設計 21 5.1 起重夾鉗設計思想 21 5.2 50kg起重夾鉗工作原理 22 5.3 起重夾鉗的夾持機構 22 5.4 吊臂的設計 22 5.4.1吊臂的材料的選擇 23 5.4.2吊臂的尺寸計算 23 5.5 鉗臂的設計 23 5.5.1鉗臂的材料的選擇 23 5.5.2鉗臂1的設計 23 5.5.3鉗臂2的設計 24 5.6 軸的設計 27 5.6.1軸的材料選擇 27 5.6.2主軸的設計 28 5.6.3軸1的設計 29 5.6.4軸2的設計 30 5.6.5吊軸的設計 30 6 起重夾鉗主要部件的工藝 31 6.1 吊臂的工藝 31 6.2 鉗臂的工藝 31 6.3 軸的工藝 31 7 自動開關裝置的設計 32 7.1自動開關裝置的材料選擇 32 7.2自動開關裝置的結構設計 32 8 設備的穩(wěn)定性分析 34 8.1溫度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 34 8.2機械加工及整體裝配對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 34 9 潤滑劑的選擇 35 10 結論及前景 36 10.1 結論 24 10.2 前景 25 參考文獻 37 致 謝 38 1. 起重機械簡介 起重機械是現代工業(yè)企業(yè)中實現生產過程機械化、自動化、減輕繁重體力勞動、提高勞動生產率的重要工具和設備。如在港口碼頭和鐵路車站，沒有起重機械，裝卸工作就不能進行；在冶金生產中．起重機械已用于金屬生產的全部過程；現代建筑工程，不能離開起重機械；在農業(yè)和林場，最困難、最費力的工作也由起重機械來完成；在核發(fā)電站中，采用特殊的起重機，用以代替人的操作去擔當對人體健康有嚴重危害的作業(yè)。隨著科學技術和生產的發(fā)展．起重機械在不斷地完善和發(fā)展之中。 1.1現代起重機的特征和發(fā)展趨向 隨著現代科學技術的迅速發(fā)展，工業(yè)生產規(guī)模的擴大和自動化程度的提高，起重機在現代化生產過程中應用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。尤其是電子計算機技術的廣泛應用，促使了許多跨學科的先進設計方法出現，推動了現代制造技術和檢測技術的提高。激烈的國際市場競爭也越來越依賴于技術的競爭。這些都促使起重機的技術性能進入嶄新的發(fā)展階段，起重機正經歷著一場巨大的變革。 ????我國正以前所未有的速度進入全球化國際競爭市場，中國的起重機制造業(yè)面臨著機遇與挑戰(zhàn)并存的新形勢。因此起重機的不斷發(fā)展和創(chuàng)新是關鍵?，F根據國內外起重機的新理論、新技術和新動向，結合實例，簡要論述現代起重機的特征和發(fā)展趨向。 1、重點產品大型化、高速化、耐久化和專用化 ????由于工業(yè)生產規(guī)模不斷擴大，生產效率日益提高，以及產品生產過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長。起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。起重機已成為自動化生產流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機不但要好用，容易維護，操作方便，而且安全性要好，故障要少，平均無故障工作時間要長?？煽啃允菄H市場產品競爭的焦點，國外許多大公司都制定了可靠性內控標準。我國起重機的性能要趕超世界先進水平，最關鍵的是要提高可靠性，使起重機具有優(yōu)異的耐久性、無故障性、維修性和使用經濟性。 ????目前世界上最大的浮游起重機起重量6500t，最大的履帶起重機起重量3000t，最大的橋式起重機起重量1200t，自動化立體倉庫堆垛起重機最大運行速度達240m／min。 學號： 畢業(yè)設計(論文) 題目：JQ50起重夾鉗設備的總體設計 作者： 屆 別： 2010屆 院別： 機械工程學院 指導教師： 譚湘夫 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 職 稱： 副教授 完成時間： 年 月 日 摘 要 本文首先對起重夾鉗技術的發(fā)展及應用情況、國內外的發(fā)展狀況及發(fā)展趨勢，通過對50kg起重機的設計方案的確定，包括針對本設計選取起重機的型號，確定為臂架式起重機，然后對起重機結構的各個部件進行設計，包括夾持機構、吊臂、鉗臂、軸、自動開關裝置和設備穩(wěn)定性分析等等的設計。采用了機械設計的一般設計方法，機械設計輔助軟件AutoCAD和Pro/e，設計制作出起重夾鉗設備，吊起重量達50Kg，起升速度達0.1m/s,運行速度達0.5m/s,搬運物體快速便捷，無卡殼，設備運行良好。 通過了解學習掌握夾鉗裝置的工作原理，對起重夾鉗裝置的結構進行分類與分析，通過分析從而確定起重機設計方案夾鉗裝置的設計，傳動裝置方案的設計以及分析設備的穩(wěn)定性。 關鍵字：起重機；起重夾鉗；機構設計；自動開關裝置；穩(wěn)定性 ABSTRACT This paper firstly lifting clamp technology development and application, domestic and foreign development and development trend of 50kg crane, through the design scheme based on the determination of design, including selecting the model, determine crane for arm, then to pose crane components of the crane structure design, including holding mechanism, the arm, clamp arm, axle, automatic switch devices and equipment stability analysis and so on design. Adopted the general design method of mechanical design, mechanical design support software AutoCAD and Pro/e, design a lifting clamp device, lift the weight of hoisting speed, 50Kg of 0.1 m/s, operation speed reaches 0.5 m/s, handling objects without jam, fast and convenient, equipment operation is good. By understanding learn clamp device's working principle, the structure of the crane clamp device classified and analysis, through the analysis to determine crane design scheme clamp device design, transmission device scheme design and analysis equipment stability. Keywords: Lifting appliance； Clamping devices； Design of structure； Automatic control device； Stability 38 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 起重機簡介 1 1.1現代起重機的特征和發(fā)展趨向 1 1.2國產起重機與國外產品的差距 5 2起重夾鉗簡介 7 2.1 國內外起重夾鉗發(fā)展狀況 7 2.2 常用夾鉗裝置的發(fā)展與應用 7 2.3.1 螺桿夾緊式 8 2.3.2 夾鉗自重夾緊式 9 2.3.3 夾鉗裝置自重夾緊式 12 2.3.4 鋼繩張力附加夾緊式 13 3 設計目的及主要內容 15 3.1 設計的基本內容 15 3.2 設計目的 15 4 50kg 起重機的設計方案的確定 15 4.1 50kg起重機的設計思想 15 4.2 50kg起重機種類的選擇與確定 15 4.3 臂架式起重機的工作原理 16 4.4 50kg起重機電機的選擇 17 4.5 50kg起重機的傳動裝置方案的設計 17 4.5.1功率與效率 17 4.5.2速度 18 4.5.3外廓尺寸、質量和成本 18 4.6 50kg起重機結構的設計方案 19 4.6.1起重機構件的材料選擇 19 4.6.2 起重機構件的設計方案 20 5 50 kg起重夾鉗主機的總體設計 21 5.1 起重夾鉗設計思想 21 5.2 50kg起重夾鉗工作原理 22 5.3 起重夾鉗的夾持機構 22 5.4 吊臂的設計 22 5.4.1吊臂的材料的選擇 23 5.4.2吊臂的尺寸計算 23 5.5 鉗臂的設計 23 5.5.1鉗臂的材料的選擇 23 5.5.2鉗臂1的設計 23 5.5.3鉗臂2的設計 24 5.6 軸的設計 27 5.6.1軸的材料選擇 27 5.6.2主軸的設計 28 5.6.3軸1的設計 29 5.6.4軸2的設計 30 5.6.5吊軸的設計 30 6 起重夾鉗主要部件的工藝 31 6.1 吊臂的工藝 31 6.2 鉗臂的工藝 31 6.3 軸的工藝 31 7 自動開關裝置的設計 32 7.1自動開關裝置的材料選擇 32 7.2自動開關裝置的結構設計 32 8 設備的穩(wěn)定性分析 34 8.1溫度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 34 8.2機械加工及整體裝配對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 34 9 潤滑劑的選擇 35 10 結論及前景 36 10.1 結論 24 10.2 前景 25 參考文獻 37 致 謝 38 湖南理工學院畢業(yè)設計（論文） 1. 起重機械簡介 起重機械是現代工業(yè)企業(yè)中實現生產過程機械化、自動化、減輕繁重體力勞動、提高勞動生產率的重要工具和設備。如在港口碼頭和鐵路車站，沒有起重機械，裝卸工作就不能進行；在冶金生產中．起重機械已用于金屬生產的全部過程；現代建筑工程，不能離開起重機械；在農業(yè)和林場，最困難、最費力的工作也由起重機械來完成；在核發(fā)電站中，采用特殊的起重機，用以代替人的操作去擔當對人體健康有嚴重危害的作業(yè)。隨著科學技術和生產的發(fā)展．起重機械在不斷地完善和發(fā)展之中。 1.1現代起重機的特征和發(fā)展趨向 隨著現代科學技術的迅速發(fā)展，工業(yè)生產規(guī)模的擴大和自動化程度的提高，起重機在現代化生產過程中應用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高。尤其是電子計算機技術的廣泛應用，促使了許多跨學科的先進設計方法出現，推動了現代制造技術和檢測技術的提高。激烈的國際市場競爭也越來越依賴于技術的競爭。這些都促使起重機的技術性能進入嶄新的發(fā)展階段，起重機正經歷著一場巨大的變革。 ????我國正以前所未有的速度進入全球化國際競爭市場，中國的起重機制造業(yè)面臨著機遇與挑戰(zhàn)并存的新形勢。因此起重機的不斷發(fā)展和創(chuàng)新是關鍵?，F根據國內外起重機的新理論、新技術和新動向，結合實例，簡要論述現代起重機的特征和發(fā)展趨向。 1、重點產品大型化、高速化、耐久化和專用化 ????由于工業(yè)生產規(guī)模不斷擴大，生產效率日益提高，以及產品生產過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長。起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。起重機已成為自動化生產流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機不但要好用，容易維護，操作方便，而且安全性要好，故障要少，平均無故障工作時間要長?？煽啃允菄H市場產品競爭的焦點，國外許多大公司都制定了可靠性內控標準。我國起重機的性能要趕超世界先進水平，最關鍵的是要提高可靠性，使起重機具有優(yōu)異的耐久性、無故障性、維修性和使用經濟性。 ????目前世界上最大的浮游起重機起重量6500t，最大的履帶起重機起重量3000t，最大的橋式起重機起重量1200t，自動化立體倉庫堆垛起重機最大運行速度達240m／min。 ????工業(yè)生產方式和用戶需求的多樣性，使專用起重機的市場不斷擴大，品種也不斷更新，以特有的功能滿足特殊的需要，發(fā)揮出最佳的效用。冶金專用起重機，防爆、防腐、絕緣起重機和鐵路、船舶、車輛專用起重機的功能不斷增加，性能不斷提高，適應性比以往更強。德國德馬格公司研制出一種飛機維修保養(yǎng)專用起重機，在國際市場上打開了銷路。這種起重機跨度大，起升高度大，停準精度高。在起重小車下面安裝有可伸縮回轉的維修平臺，可到達飛機任一部位。隨著世界核電站的迅速發(fā)展，核電站專用起重機也得到相應發(fā)展，如反應堆室內的環(huán)形橋式起重機在放射性環(huán)境中工作，用于起吊壓力容器頂蓋及堆內構件等危險載荷，要求可靠性高，安全性好，能自動精確定位和緩慢下放物品等，并有多種保護裝置和特殊安全裝置。 2、系列產品模塊化、組合化、標準化和實用化 ????許多起重機是成系列成批量的產品，采用系統(tǒng)多目標整體優(yōu)化方法進行起重機系列設計已成為發(fā)展重點，通過全面考慮性能、成本、工??藝、生產管理、制造批量和使用維護等多種因素對系列主參數進行合理匹配，以達到改善整機性能．降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產品，充分滿足用戶需求。 ????用模塊化設計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設計方法，將起重機上功能基本相同的構件、部件和零件??制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標準模塊，通過不同模塊的組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機。對起重機進行改進，只需針對某幾個模塊。設計新型起重機，只需選用不同模塊重新進行組合。由于提高了通用化程度，可使單件小批生產的產品改換成具有相當批量的模塊生產，實現高效率的專業(yè)化生產，降低制造成本。能以較少的模塊形式，組合成多品種多規(guī)格的起重機，滿足市場需求，增加競爭能力。 ????德國德馬格公司生產的橋式起重機充分考慮了模塊化和組合化，使系列、整機、機構、部件和零件互相之間的參數匹配，能力分布達到最為經濟合理的搭配效果。利用起重量與起升速度的乘積為常數的方法使起升機構主要部件達到最大限度的通用。再通過滑輪倍率的變化派生出更多的規(guī)格。5～125t橋式起重機系列，多種工作級別，只需4種基型的起重小車。該公司開發(fā)的標準車輪箱模塊系列，上面有多組聯(lián)接孔，可選裝不同型號的驅動單元，可組裝成臺車，可與金屬結構件組合后用作各種橋式、門式起重機，巷道堆垛起重機或其它軌行式起重運輸機械的運行機械，其車輪有多種踏面形式可供選用。由于不受基距限制，組合靈活，用途廣泛。該公司的端梁標準模塊系列已經商品化，與主梁之間采用摩擦環(huán)和高強度螺栓的連接方式，提高了互換性和尺寸精度，減少了接合面的加工量。與任一主梁都可快速有效相接。有適用于單梁或雙梁兩種形式的端梁模塊，根據起重量及跨度就可確定出適用的端梁型號。 3、通用產品小型化、輕型化、簡易化和多樣化 ????有相當批量的起重機是在一般的車間倉庫使用，要求并不很高，工作并不十分繁重。如何提高這些起重機的適用性，降低制造成本，是市場競爭能否獲勝的關鍵?？紤]綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結構，減小自重和輪壓，也可使整個建筑物高度下降，建筑結構輕型化，降低造價和使用維護費用。因此電動葫蘆橋式起重機和輕型梁式起重機會有更快的發(fā)展，并將大部分取代中小噸位一般用途橋式起重機。 ????用戶的需求性促進了起重機的多樣性。起重機的系列參數范圍進一步擴大，功能選擇進一步增加，一機多用產品進一步得到發(fā)展，以增強應變能力。在一般使用場合采用無線遙控操作的比例也將逐步增多。 ????德國德馬格公司經過長期的開發(fā)和創(chuàng)新，已形成一個輕型組合式標準起重機系列。整個系列由組合式工字形單梁、懸掛箱形單梁、角形小車箱形單梁和箱形雙梁多個品種組成。主梁與端梁相接共有15種形式，可適合不同建筑物和不同起吊物的要求。每種規(guī)格起重機都有三種單速及三種雙速可供任意選擇。操縱方式有地面手電門自行移動、手電門隨小車移動、手電門固定、遠紅外或無線電遙控、司機室固定、司機室隨小車移動、司機室自行移動等7種選擇，外加不同的導電形式，不同的電控形式，通過不同的組合，可搭配成百上千種起重機，充分滿足用戶不同的需求。這種起重機的另一最大優(yōu)點是輕型化，與國內產品相比較，起重量32t，跨度?25.5m，國內雙梁橋式起重機自重為46.4t，電動葫蘆橋式起重機自重為28.3t，而德馬格電動葫蘆橋式起重機的自重只有18.5t，比國內產品分別輕60％和35％。 隨著起重機的不斷發(fā)展，我們公司的產品，能夠適應行業(yè)的發(fā)展，我們公司的智能超載限制器及科藍安控系統(tǒng)，作為起重機安全運行的保護神，可異地、遠程、實時監(jiān)控起重機的運行。 4.產品性能自動化、智能化、集成化和高效化 起重機的更新和發(fā)展,很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將自動化技術和機械傳動技術相結合,將先進的微電子技術、電力電子技術、光纜通訊技術、液壓技術、模糊控制技術應用到機械的驅動和控制系統(tǒng),實現自動化和半自動化。使起重機組成的物料搬運系統(tǒng)具有更高的柔性,以適應未來多批次少批量的柔性生產模式。 大型高效起重機的新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數字化控制系統(tǒng)。主要由全數字化控制驅動裝置、可編程序控制器PLC、故障診斷及數據管理系統(tǒng)、數字化操縱給定檢測等設備組成。它賦于起重機以信息功能,可進行信息傳遞、處理及動力控制,大大提高了綜合自動化水平。目前控制方面重點發(fā)展吊具防偏防搖技術,取物裝置自動取、卸物技術,位置檢測及自動位置控制技術,故障自診斷監(jiān)控技術等。 5.產品組合成套化、系統(tǒng)化、復合化和信息化 在起重機單機自動化的基礎上,通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng),通過中央控制室的控制,能與生產設備有機結合,能與生產系統(tǒng)協(xié)調配合。這類起重機自動化程度較高,具有信息處理功能,可將傳感器檢測出來的各種信息實施存貯、運算、邏輯判斷、變換等處理加工,進而向執(zhí)行機構發(fā)出控制指令。這類起重機還具有較好的信息輸入輸出接口,實現信息全部、準確、可靠地在整個物料搬運系統(tǒng)中的傳輸。起重機通過系統(tǒng)集成,能形成不同機種的最佳匹配和組合,取長補短,發(fā)揮最佳效用。目前重點發(fā)展的有工廠生產搬運自動化系統(tǒng),商業(yè)貨物配送集散系統(tǒng),集裝箱裝卸搬運系統(tǒng),交通運輸和郵電部門行包貨物的自動分揀與搬運系統(tǒng)等。 生產工程機械的美國卡特皮勒公司金屬結構廠購置了一條以橋式起重機為主的物料自動搬運系統(tǒng),用以鋼板噴丸處理、自動切割和出入庫的自動裝卸運輸作業(yè),比原先采用單機操作工作效率提高65%。日本東芝浜川崎工廠采用由全自動橋式起重機組成的物料輸送系統(tǒng)來搬運柔性加工線上的夾具和工件,為機床運送毛坯或將加工好的零件送到下一工序或倉庫。這些在空間移動的搬運起重機代替了過去通常在地面行駛的自動導向搬運車,使車間地面面積得到充分利用。 6.產品設計微機化、精確化、快速化和全面化 隨著電子計算機技術的廣泛應用和系統(tǒng)工程、優(yōu)化工程、價值工程、可靠性工程、創(chuàng)造工程和人機工程等現代設計理論的不斷發(fā)展,促使許多跨學科的現代設計方法出現,使起重機的設計進入創(chuàng)新、高質量、高效率的新階段。目前,計算機輔助設計(CAD)已逐步深入到設計的各個階段和設計工作所涉及的各個領域。不僅能利用計算機運算速度快、計算精度高、存儲信息量大和邏輯推理能力強等優(yōu)點代替人工進行方案選擇、計算分析與繪圖,而且還能通過人機交互,最大限度地發(fā)揮設計人員的創(chuàng)造力和經 驗。美國、德國、日本等一些起重機公司都廣泛應用CAD,徹底拋棄了傳統(tǒng)的圖板。并且還與計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)和計算機輔助制造(CAM)相銜接,做到了無圖化生產。 起重機是在復雜工況下工作的大型結構系統(tǒng),其動態(tài)性能受多種因素影響,運動參數與載荷不能用一個簡單的數學模型描述。以往多以靜態(tài)設計為主,局限性很大。國內外近年來在起重機設計中采用了動態(tài)仿真設計新方法,用計算機對機構與結構在各種工況下承受載荷進行運動狀態(tài)及隨時間變化過程的仿真模擬,得到仿真輸出參數和結果,以此來估計和推斷實際運行的各種數據。 人機工程學把起重機、人和作業(yè)環(huán)境作為整個系統(tǒng)來研究,創(chuàng)造一種人與起重機最佳相互作用狀態(tài)。人機工程學在起重機上的應用主要體現在司機室的設計,包括司機室的合理布置,減輕司機疲勞和提高工作效率的措施,加強環(huán)境保護,減少灰塵和廢氣污染,減少司機室的振動和噪聲等。 隨著起重機的高速化和大型化,還需進一步深入開展對起重機載荷變化規(guī)律、動態(tài)特性和疲勞特性的研究。進一步開展對起重機整機及零部件的可靠性試驗研究,提供起重機新的設計方法和數據。極限狀態(tài)設計、優(yōu)化設計、可靠性設計、有限元法、模塊化設計、反求工程設計、疲勞設計和健壯設計會更深入全面地得到應用。 7.產品構造新型化、美觀化、宜人化和綜合化 結構方面采用薄壁型材和異型鋼,減少結構的拼接焊縫,提高抗疲勞性能。采用各種高強度低合金鋼新材料,提高承載能力,改善受力條件,減輕自重和增加外形美觀。橋式類型起重機橋架大多采用箱形四梁結構,主梁與端梁采用高強度螺栓聯(lián)接,便于加工、運輸與安裝。在機構方面進一步開發(fā)新型傳動零部件,簡化機構?！叭弦弧边\行機構由于結構緊湊、拆裝方便、調整簡單并運行平穩(wěn),將成為起重機運行機構的主流,減速器殼體、卷筒及滑輪等的制造都以焊代鑄,能減輕自重、增加承載能力和改 善加工制造條件。減速器齒輪采用硬齒面,以減小體積,提高承載能力,增加使用壽命。在電控方面開發(fā)性能好、成本低、可靠性高的調速系統(tǒng)和電控系統(tǒng),發(fā)展半自動和全自動操縱。采用機、電、儀、液一體化技術,提高使用性能和可靠性,增加起重機的功能。有專家指出,未來的起重機驅動技術,由于變頻調速系統(tǒng)越來越多地得到應用,交流鼠籠電動機將會重新受到重視并被廣泛采用。今后會更加注重起重機的安全性,研制新型安全保護裝置和故障自動顯示裝置,并重視司機工作條件的改善。 8.產品制造柔性化、靈捷化、精益化和規(guī)模化 在激烈的市場競爭條件下,要提高起重機的市場占有率,確保起重機的高性能高質量,并不斷推出新產品,生產企業(yè)必須具備市場變化的適應能力和快速反應能力。包括提高生產效率,提高和保持產品質量的一致性,降低生產成本,縮短生產周期,加速產品的更新?lián)Q代等。生產制造的柔性化是使工藝裝備與工藝路線能適用于生產各種產品的需要,從適應當前單品種大批量生產方式向多品種小批量生產方式的轉變。生產制造的靈捷化是使產品生產與推向市場的準備時間縮為最短,使企業(yè)機制能靈活向。生產制造的精益化是使生產過程勞動生產率不斷提高,保持產品質量穩(wěn)定,強調企業(yè)各部門相互密切合作。良好的生產機制和管理機制是企業(yè)發(fā)展的前提。起重機制造時廣泛采用計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)、計算機輔助制造(CAM)和柔性制造系統(tǒng)(FMS)。采用擠壓成型、沖壓成型、精密鑄造等少、無切削工藝,采用光電跟蹤切割技術、焊接機器人技術。充分利用加工中心和全自動數控機床,提高加工制造的自動化水平。制造手段的現代化是保持質量穩(wěn)定,提高勞動生產率的前提。 1.2國產起重機與國外產品的差距 近些年來，伴隨著我國固定資產投資的飛速增長、基礎設施建設和大型項目的不斷上馬，使得我國工程機械行業(yè)獲得了空前的發(fā)展，也受到了人們越來越多的關注。近期炒得沸沸揚揚的“徐工收購案”更是吸引了眾多業(yè)內外人士的目光。那么，我國工程機械行業(yè)的競爭力究竟如何？同國外的對手相比，孰優(yōu)孰劣？有關專家以起重機產品為例，從四個方面進行了分析對比。 技術實力應該說，我國起重機的制造技術還是位于世界前列的，眾多產品也在國內外擁有廣闊的市場。然而，與歐美日等發(fā)達地區(qū)相比，我們的技術實力還是有一定差距的。根據數據顯示，級別超過200噸的履帶式起重機、超過100噸的汽車起重機大多要進行國際招標采購，這說明目前國內在這方面尚不具備大量生產的能力。歐洲起重機的平均噸位在800噸，而我國目前這一數字卻不到200。徐州重型機械公司的QUY300型履帶式起重機重臂最大起重量可達300噸，QAY200型全路面起重機額定起重量為200噸，這已是目前國內之最，與利渤海爾、馬尼托瓦克等國際起重機行業(yè)巨頭在技術方面還有很大差距。 產品結構由于技術能力所限，我國起重機在產品結構上也不夠完善，難以同國外匹敵。中國國際招標網的資料顯示，技術要求較高的全路面起重機和履帶式起重機這兩種產品在我國產能較低，目前只有徐州重機等少數幾家行業(yè)內的龍頭企業(yè)具備一定的生產能力。而這兩種產品是起重機眾多類別當中噸位最大的，其價格也遠遠高于普通的汽車或輪胎式起重機，這一領域國內產能的匱乏使得我們不得不付給國外廠商更多的成本。 產業(yè)鏈條決定產品競爭能力的不只是技術研發(fā)的實力，處于產業(yè)鏈下游的制造業(yè)必將受制于上游產業(yè)的影響。在我國，鋼鐵企業(yè)的技術缺陷也給下游的工程機械行業(yè)發(fā)展造成了一定程度的制約，鋼材的硬度、彈性、延展性等質量標準直接關系到技術能否實現。同時，汽車工業(yè)的發(fā)展與起重機的關聯(lián)也十分密切，汽車底盤技術的成熟會對起重機承載能力的提高起到決定性的作用。然而，我國在這方面顯然不能同歐美日等發(fā)達國家相比。另外，下游的工程機械租賃產業(yè)尚處于發(fā)育階段，這也給起重機生產企業(yè)把握市場動向、完善售后服務帶來了更多的成本消耗。 進出口結構從起重機的進出口結構來看，我國起重機行業(yè)總體上以出口為主，貿易順差較大，尤其在亞洲有著非常廣闊的市場。盡管在技術上與歐美等國的競爭對手有一定差距，但是這并不影響我們成為起重機的制造大國。在中低端市場上，由于價格上的優(yōu)勢，我們擁有更多的市場份額，也涌現出了徐工，中聯(lián)浦沅這樣優(yōu)秀的民族品牌。 我國的起重機制造商與歐美的競爭對手相比在技術上還存在著差距，在產業(yè)鏈條，產品結構方面也存在著一定的劣勢，但這并非遙不可及。更主要的是，我國在這一領域從未放棄過自主研發(fā)，而且已經具備了相當大的產業(yè)規(guī)模，創(chuàng)造了幾個蜚聲全球的知名品牌。這也就是為什么凱雷對徐工的收購會引來如此大的反響，作為很有希望的民族產業(yè)，我們當然不可能拱手相讓。  2 起重夾鉗簡介 2.1 國內外起重夾鉗發(fā)展狀況 夾鉗作為一種起重作業(yè)機具被廣泛應用于冷、熱軋薄板廠，用來搬運各種半成品及成品鋼卷，是一種工作效率很高、適應性極強、用途非常廣泛的起重設備，屬于冶金行業(yè)中的特種設備。按夾鉗在夾持物料的過程中有無輔助外力，可將其分為外力輔助式夾鉗和重力式夾鉗。外力輔助式央鉗是靠輔助外力實現對物料的夾持，不管貨物的尺寸如何，只要輔助設備工作得當，這種夾鉗就能輕易地對其實現夾緊，它具有操作簡單、生產效率高、夾持力可調等特點。相對于外力輔助式夾鉗，重力式夾鉗只能靠夾鉗和物料的自重實現對物料的夾持，它具有安全可靠、結構簡單、制造方便、成本低廉、不消耗動力能源、壽命較長等特點，因此得到了廣泛的應用。 目前我國應用較多的是重力式夾鉗，由于其初始夾緊力的產生是靠夾鉗和物料的自重實現的，如何用合適的力夾取物料，做到既能安全實現夾取，又避免鉗體的受力太大而導致鉗臂或物料的破壞就顯得非常重要了。以帶卷夾鉗為例，如果鉗口產生的夾持力不夠大，夾鉗夾持帶卷就不可靠；如果產生的夾持力太大，鉗臂的受力會很大，各鉗臂的強度也會要求很高，導致鉗體笨重：而且在夾持高溫帶卷時，夾持力太大時帶卷接觸面容易出現較大的塑性變形，而使其表面產生較深的壓痕，破壞了帶卷表面的完整性，給它的進一步加工帶來不必要的麻煩。 在我國，在吊夾裝置、液壓鋼卷夾鉗、重力式板坯夾鉗、電動平移式板坯夾鉗等方面進行過研究工作。相比對于國外，我們國家在夾鉗上的研究還是非常有限。 德國、美國、俄羅斯等國家，在央鉗的研究方面做得很好，這些國家很早就對各種鉗式取物裝置進行了理論和實驗研究。在我國，在吊夾裝置、液壓鋼卷夾鉗、重力式板坯夾鉗、電動平移式板坯夾鉗等方面進行過研究性工作。相對于國外，我們國家在夾鉗上的研究還是非常有限，特別是在重力式帶卷夾鉗上，很少進行系統(tǒng)性的研究。 2.2 常用夾鉗裝置的發(fā)展與應用 夾鉗裝置是夾鉗起重機的取物裝置，它與起重機的幾個工作機構配合，可從鑄錠車上擰斷湯道，夾取鋼錠，將鋼錠裝入均熱爐，再從均熱爐取出加熱后的鋼錠送進運錠車或直接放到棍道上運往初軋機。此外，夾鉗起重機還可用來撥移鋼錠車或夾上清爐耙清理爐底。夾鉗起重機在完成上述工藝程序時，由于運行速度較快，振動大，夾持的又往往是紅熱的鋼錠，因此夾鉗裝置的各個零部件除應有足夠的強度外，還應有良好的夾持性能，保證夾持的鋼錠不至從鉗口脫落。 夾鉗裝置夾持鋼錠的工作可靠性通常用夾緊系數K表示。K為夾鉗鉗尖對鋼錠側面的兩個水平作用力(央緊力)之和對鋼錠自重的比值，K值越大，鋼錠越不會從夾鉗中脫落下來。為了加大夾緊系數K，除應提高夾鉗裝置的強度與剛性外，還應設法尋求最為合理舶結構形式，以免過多地增大夾鉗裝置的幾何尺寸和自重，影響起升機構的電機功率或起升速度。因此合理地選擇及改進央鉗裝置的結構形式是減小設備自重和提高夾鉗裝置工作可靠性的重要環(huán)節(jié)。 2.3.1 螺桿夾緊式 夾鉗裝置有4個起升動滑輪2， 每兩根鋼繩由起升卷筒經起升動滑輪成對地固定到小車架上的平衡杠桿或平衡輪上。央鉗開圃機構的驅動裝置設在上方， 由電機通過立式減速機瓤傘齒輪對傳動垂直螺桿4， 由具有內螺紋可上下移動的套筒帶動拉桿， 使夾鉗啟閉。拉桿向上時夾鉗閉合，拉桿向下時，夾鉗在自重的作用下開啟。亦可設計成使拉桿帶動夾鉗上方的連桿， 當拉桿向上時夾鉗閉合， 拉桿向下時夾鉗張開如圖2.3.1的右邊小圖。 為了保持央鉗對鋼錠的穩(wěn)定夾持力， 在開閉機構自 底座上方裝有彈簧裝置，彈簧的壓力越大，夾鉗對鋼錠的夾緊力就越大。為了防止機構過載， 在立式減速機上設有極限力矩保護裝置。在確定彈簧壓力時， 除應根據電機功率、傳動裝置的傳動比， 螺桿螺紋導角、夾鉗鉗桿的傳動比及傳動效率等因素外， 還與各運動物件運動時的慣量有關。此外， 它還應根據極限力矩保護裝置的設計值及其在使用過程中的穩(wěn)定性決定。螺桿夾緊式夾鉗裝置的夾鉗鉗桿自重對夾緊力的影響甚小。在不同的鉗口開度， 鋼錠的自重對夾緊力雖有一定影響，但占的比重不大。這種夾鉗裝置的夾緊力主要是由機構傳動 在螺桿中產生軸向力帶動夾鉗鉗桿產生的。夾鉗的回轉機構裝于夾鉗裝置翼架的下方， 通過嚙合齒輪帶動夾鉗回轉。為了防止機構在刮渣時過載， 機構也設有極限力矩保護裝置。其結構形式如圖2.3.1。 圖2.3.1 2.3.2 夾鉗自重夾緊式 按照連接夾鉗鉗桿的銷軸數量和結構， 夾鉗裝置可分為如圖2.3.a 所示的單銷軸式，圖2.3.2 b所示的雙銷軸式和圖2.3.2 c 所示的雙銷軸軸距可調式。單銷軸夾鉗裝置結構較簡單，但適用的有效開度較小，雙銷軸的適用于較大的鉗口開度，在導槽曲線和夾鉗鉗桿兩段長度比不變的情況下，雙銷軸式的夾緊系數較大。雙銷軸可調式夾鉗裝置適用于鋼錠尺寸變動范圍較大的情況，軸距的調節(jié)可以用人工，亦可用機械 前者費工費時，且在高溫時進行調節(jié)的勞動條件很差，后者可以無級調距， 但需增加一套傳動裝置，結構較復雜。在夾鉗自重夾緊式夾鉗裝置中，革銷軸式的應用最為普遍，單銷軸夾鉗裝置有兩個起升動滑輪，每根鋼繩由起升卷筒經起升動滑輪固定到小車架平面上的拉桿上面。當中的啟閉鋼繩由啟閉卷筒經啟閉動滑輪纏繞到起升卷筒上，它與起升鋼繩有相同的纏繞中徑。夾鉗的動作原理是：當夾鉗處于張開狀態(tài)時，夾鉗的重量由啟閉鋼繩支承，而夾鉗裝置的其它部分，如：導槽架、立柱、橫粱等的重量壘由起升鋼繩支承。夾鉗須閉合時，由啟閉機構。 將啟閉鋼繩下放，讓啟閉動滑輪下降，與動滑輪用拉桿和鏈條相連接的鉗銷軸隨之下降， 夾鉗因而下降。由于夾鉗鉗桿上部的滾予是沿著八字形導槽向下滾動的， 夾鉗因而閉臺。當鉗尖接觸到鋼錠側面時，雖然啟閉機構可能繼續(xù)使啟閉動滑輪下降，但夾鉗及鉗銷軸已不能繼續(xù)下降，這時為了防止因鋼繩松弛而脫槽， 在拉桿和鉗銷軸之間采用了焊接鏈連接，用來保證必要的柔性環(huán)節(jié)。夾鉗的開啟過程就是閉合運動的逆過程。為了防止啟閉機構在使夾鉬向上運動時夾鉗鉗桿上部滾子與八字形導槽頂部接觸時機構出現過載，在啟閉機構設有極限力矩保護裝置。夾鉗裝置的起升運動是使起升卷筒以相同的速度纏繞起升鋼繩和啟閉鋼繩，起升動滑輪與啟閉動滑輪間相對位置不變，因而夾鉗裝置不論處于任何高度，夾鉗的鉗口開度也不會變化。當用夾鉗裝置央取鋼錠時，先下放夾鉗，使鉗夾與鋼錠側面接觸，并使鏈條呈松弛狀態(tài)。起升機構動作時，起升動滑輪帶動上橫粱、立柱及導飴架一起上升。開始時，夾鉗上部滾子與導槽之間存在相對運動，當導槽架上升到某一高度后，夾鉗開始夾緊鋼錠， 滾子與導槽之間不再出現相對運動，由夾鉗帶著鋼錠與導槽架一起上升。在夾鉗夾住鋼錠、起升機構起升鋼錠前，夾鉗的夾緊力主要是夾鉗的自重產生的，此時的夾緊力稱為初始夾緊力。夾鉗的白重越大，初始夾緊力就越大。在夾鉗自重不變的情況下，夾緊力的大小只與夾鉗的幾何尺寸、鉗口開度及導向槽的曲線形狀有關。當夾鉗夾住鋼錠，導槽架帶動夾鉗和鋼錠一齊起升時，夾緊力是由夾鉗和鋼錠的重量共同構成的。為了使夾鉗裝置工作可靠，設計常取夾緊系數K≥1．8～2．0。起升機構與啟閉機構是完壘獨立的兩個機構，它們可以單獨工作，亦可同時動作。在實際工作時，夾鉗起重機所夾取的鋼錠品種和規(guī)格是多種多樣的，即使是同一品種和規(guī)格的鋼錠，由于鉗口與鋼錠側面的接觸位置不同，或夾鉗夾取鋼錠的開度不同，夾緊系數常常是變化的。為了工作可靠，應使夾鉗在任何開度時的夾緊系數都保持足夠大的值，這可由設計特殊的導槽曲線來實現。但是這種曲線不論在設計和制造時都是困難的，通常簡單地選用槧一等半徑的曲線。此種夾鉗裝置的回轉機構設于小車架上，通過蝸輪蝸桿減速機、長的方形立軸及齒輪對使夾鉗裝置回轉。為防止機構在回轉刮渣時過載，機構設有極限力矩保護裝置。 圖2.3.2 a單銷軸夾鉗自重夾緊式夾鉗裝置 圖2.3.2b 雙銷軸夾鉗自重夾緊式夾鉗裝置 圖2.3.2c 雙銷軸軸距可調式自重夾緊式夾鉗裝置 2.3.3 夾鉗裝置自重夾緊式 夾鉗裝置自重夾緊式夾鉗裝置的結構型式見圖2.3.3。夾鉗裝置有4個起升動滑輪，每兩根起升鋼繩由起升卷筒經起升動滑輪成對地固定到小車架上的平衡滑輪上。兩根啟閉鋼繩由啟閉卷筒經啟閉動滑輪纏繞到起升卷筒上， 它們與纏繞在起升卷筒上的起升鋼繩有相同的纏繞中徑。 夾鉗在閉臺時，原來張開的夾鉗裝置重量支承在啟閉鋼繩上，當啟閉機構下放鋼繩耐，啟閉動滑輪3及外部滑塊2下降，夾鉗裝置的立柱及鉗銷軸因而下降，起升動滑輪與鉗銷軸問的距離變大，夾鉗開始閉合 當夾鉗尖接觸到鋼錠側面時，閉臺動作停止，立柱亦不再下降，啟閉機構繼續(xù)下放鋼繩，夾鉗裝置的重量通過鉗銷軸懸掛在起升鋼繩上，從而產生初始夾緊力。夾鉗的張開運動是閉合運動的通過程，當啟閉機構動作時，滑塊的移動量由限位開關控制。為了減小滑塊上升時與立柱的沖擊， 在其間裝有彈簧緩沖器夾鉗裝置起升時，起升卷筒以相同的速度卷繞啟閉鋼繩和起升鋼繩，因而啟閉動滑輪與． 起升動滑輪閥的距離不變，夾鉗的開度也不變。如果夾鉗已夾住鋼錠，此時因滑塊已與立柱脫離，夾鉗裝置及鋼錠的壘部重量支承在起升鋼繩上并產生最大夾緊力。這起升機構與啟閉機構也是獨立的機構，它們可以分別動作或 同時動作。回轉機構設在立柱最上方， 電機通過減速機傘齒輪對、立柱及立柱下方的內齒輪使夾鉗回轉。 圖2.3.3 夾鉗裝置自重夾緊式夾鉗裝置 2.3.4 鋼繩張力附加夾緊式 鋼繩張力附加夾緊式央鉗裝置的結構型式見圖2.3.4。 在夾鉗裝置中有8個起升動滑輪和4個起升定滑輪，在4根起升鋼繩中，每兩根鋼繩由起升卷筒經過內側的兩個動滑輪，依次繞過起升定滑輪，外側起升動滑輪， 固定到小車架上的平衡滑輪上。兩極啟閉鋼繩由啟閉機構卷筒繞過啟閉動滑輪纏繞到起升巷筒上，它們與起升鋼繩有相同的繩繞中徑。夾鉗須閉合時：憲鉗處于張開狀態(tài)的夾鉗裝置的重量支承在啟閉鋼繩上。當啟閉機構下放鋼繩，啟閉動滑輪及其外部的滑塊下降，夾鉗裝置的立柱、鉗銷軸及起升定滑輪隨之下嘴 。由于起升動猾輪與定滑輪間鋼繩數為開閉鋼繩的兩倍， 起升動滑輪以啟閉動滑輪一半的速度下降。起升動滑輪與鉗銷軸距離變大，夾鉗開始閉合 當鉗夾接觸到鋼錠側面時，閉合動怍停止，立柱不再下降， 啟閉機構繼續(xù)下放鋼繩， 夾鉗裝置便通過鉗銷軸懸掛到起升鋼繩上。 與夾鉗裝置自重夾緊式根比 在啟閉鋼繩下放速度樞同的情況下， 鋼繩張力附加夾緊式的夾鉗閉合速度為夾鉗裝置自重夾緊式的一半。由于在裝置中增淡了起升動滑輪和定滑輪的纏繞系統(tǒng)， 該復滑輪組中的鋼繩張力增大了夾鉗的夾緊力， 使用于夾鉗閉合的有效重量為夾鉗裝置自重夾緊式的兩倍， 因而韌姑夾緊力亦為夾鉗裝置自重夾緊式的兩倍。當夾鉗須張開時， 啟閉機構向上升方向運動， 卷筒卷繞鋼繩使啟閉動滑輪及滑蚨上升。當滑塊碰到上部立柱時， 滑塊帶著立柱上升，夾鉗開始張開， 夾鉗裝置曲重量作用在啟閉鋼繩上。與夾鉗閉合情況相同，夾鉗張開速度亦為夫鉗裝置自重夾緊式的一半。當夾鉗須起升對，啟閉機構不動作，超升卷筒以相同的速度纏繞啟閉鋼繩和超升鋼繩，不改變啟閉動滑輪與起升動滑輪間的距離， 夾鉗開度不會變化。如果夾鉗已夾住鋼錠，此時滑塊已與立柱脫離，夾鉗裝置及鋼鍵的重量全部作用在起升鋼繩上，并產生最大夾緊力，夾緊力為夾鉗裝置自重夾緊式的二倍。為了提高生產率，使啟閉機構與夾鉗裝置自重夾緊式的有相同的啟閉速度，鋼繩張力附加夾緊式的啟閉鋼繩纏繞速度應比夾鉗裝置自重夾緊式的快一倍。在此起升機構與啟閉機構亦為獨立的機構，可以分別動作，亦可同時動作，其回轉機構亦設在立柱的最上方，電機通過立式減速機、傘齒輪對、立軸及立柱下方的內齒輪對嚙臺使夾鉗回轉。為防止機構在回轉刮渣時過戴。機構亦設有極限力矩裝置。 圖2.3.4 鋼繩張力附加夾緊式夾鉗裝置 3 設計目的及主要內容 3.1 設計的基本內容 通過上網搜索技術資料、到圖書館查閱文獻、到機器制造有限公司實習搜集資料以及技術專家交流學習等方式，了解國內外各種已經生產的夾鉗，理解起重夾鉗的基本工作原理，從而在此基礎上設計出JQ50起重夾鉗設備。 3.2 設計目的 （1）了解國內外起重夾鉗技術的發(fā)展及應用情況； （2）掌握夾鉗裝置的工作原理、夾鉗裝置的工作要求及性能； （3）確定起重機總體設計方案； （4）給出傳動裝置方案的設計； （5）進行夾鉗裝置的設計； （6）完成設備穩(wěn)定性分析。  4 50kg 起重機的設計方案的確定 4.1 50kg起重機的設計思想 (1)根據起重機的使用要求來選擇起重機的類型； (2)根據起重機的工作要求，計算作用在起重機各部件上的載荷； (3)根據起重機整個部件的類型，結構和所受載荷，分析起重機各部件可能的實效形式,從而確定起重機各部件的設計準則； (4)根據起重機各部件的工作條件選擇適當的材料； (5)根據設計準則進行有關的計算,確定起重機各部件的基本尺寸； (6)根據工藝性標準等原則進行起重機各部件的結構設計； (7)細節(jié)設計完成后，必要時進行詳細的校核計算，以判定結構的合理性； (8)畫出起重機的總體裝配圖。 4.2 50kg起重機種類的選擇與確定 起重機械按其功能和結構特點，大致可以分為下列4大類： （1）輕、小型起重設備 輕小型起重設備的特點是輕便、結構緊湊，動作簡單，作業(yè)范圍投影以點、線為主。輕、小型起重設備，一般只有一個升降機構，它只能使重物作單一的升降運動。電動葫蘆常配有運行小車與金屬構架以擴大作業(yè)范圍。 （2）橋式起重機 橋式起重機是橋架在高架軌道上運行的一種橋架型起重機，又稱天車。橋式起重機的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設在橋架上的軌道橫向運行，構成一矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。 （3）臂架式起重機 臂架式起重機包括：起升機構、變幅機構、旋轉機構。依靠這些機構的配合動作，可使重物在一定的圓柱形空間內起重和搬運。臂架式起重機多裝設在車輛上或其他形式的運輸（移動）工具上，這樣就構成了運行臂架式旋轉起重機。如汽車式起重機、輪胎式起重機、塔式起重機、門座式起重機、浮式起重機、鐵路起重機等。 （4）升降機 升降機的特點是重物或取物裝置只沿導軌升降。升降雖只有一個升降機構，但在升降機中，還有許多其他附屬裝置，所以單獨構成一類，它包括：電梯、貸梯、升船機等。 由上四種類型，結合50kg 起重機的載荷較輕，但需要實現垂直升降和水平運移，在此篇論文中我選擇第三種類型——臂架式起重機。 4.3 臂架式起重機的工作原理 1-底座 2-電動機1 3-電動機2 4-皮帶輪 5-起重滑輪 6-吊臂 7-吊臂支柱 圖4.3 起重機總體裝配圖 臂架式起重機是通過起升機構來實現貸物的升降，通過擺動機構來實現貸物的水平運移。 由圖4.3所示，電動機2通過鋼絲繩卷與起重滑輪3結合帶動鋼絲繩上的貸物升降運動，電動機1通過皮帶輪6帶動吊臂支柱7水平運移同時鋼絲繩上的貸物也水平運移。 機構停止工作時，制動器使夾鉗連同貸物懸停在空中。夾鉗的升降靠電動機2改變轉向來實現，夾鉗的水平運移靠電動機1改變轉向來實現。 4.4 50kg起重機電機的選擇 對任何需要配備傳動裝置或執(zhí)行機構的電子設備而言，電氣傳動是最為理想和方 便的一類。其中控制電機和一些交、直流小功率電機的應用最為廣泛。 根據50 kg 起重機的工作條件，結合實際經驗對電動機的容量進行選擇，主要從載荷和工作速度兩方面。該論文設計的起重機用來配合5 0k g 起重夾鉗來進行工作，所以起吊速度不能太快，結合實際經驗工作速度取0.1m /s較為合理。 根據已知條件由計算得知工作機所需有效功率： 通過電機機械手冊查表得：有4 0w ～6 0w 的電機，例如YS5614就是一個50 W的電機。 4.5 50kg起重機的傳動裝置方案的設計 根據工作原理的不同,可將傳動分為兩類：機械傳動；電傳動。本論文所涉及的是機械傳動,具體可以分為帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動和蝸桿傳動。 當設計傳動時，如傳遞的功率P 、傳動比i和工作條件已定，則不同類型的傳動各有其優(yōu)缺點。選擇傳動類型時所依據的主要指標是：效率高、外廓尺寸小，質量小，運動性能良好及符合生產條件（生產可能性、預期的生產率及生產成本）等。至于在具體情況下，究竟選擇哪種傳動類型，只有綜合對比若干方案技術經濟指標后才能做出結論。 4.5.1功率與效率 各類傳動所能傳遞的功率取決于其傳動原理、承載能力、載荷分布、工作速度、制造精度、機械效率和發(fā)熱情況等因素。 一般地說，嚙合傳動傳遞功率的能力高于摩擦傳動；蝸桿傳動工作的發(fā)熱情況較為嚴重，因而傳遞的功率不宜過大；摩擦輪傳動由于必須具有足夠的壓緊力，故在傳遞同 一圓周力時，其壓軸力要比齒輪傳動的大幾倍，因而一般不宜用于大功率的傳動；鏈傳動和帶傳動為了增大傳遞功率的能力，必須增大鏈條和帶的截面面積或排數（根數），這就要受到載荷分布不均的限制；齒輪傳動在較多的方面優(yōu)于上述各種傳動，因而應用也就最廣。 不斷提高傳動的效率，就能節(jié)約動力，降低運轉費用。效率的對立面是傳動中的功率損失。在機械傳動中，功率的損失主要由于軸承摩擦、傳動零件間的相對滑動和攪動潤滑油等原因，所損失的能量絕大部分轉化熱。為如果損失過大，將會使工作溫度超過允許的限度，導致傳動的失效。因此，效率低的傳動裝置一般不宜用于大功率的傳動。 各種傳動傳遞功率的范圍及效率概值見表1。 表4.5.1 各種傳動傳遞功率的范圍及效率概值 傳動類型 功率P/k W 效率η(未計入軸承中摩擦損失) 使用范圍 常用范圍 閉式傳動 開式傳動 圓柱齒輪及錐齒輪傳動 極小～60 000 — 0.96 ～0.99 0.92 ～0.95 蝸桿傳動 可達800 20 ～50 自鎖的 0.40～0.45 0.30 ～0.35 非自鎖的，蝸桿頭數為： z 1=1、2 2 4、6 0.70 ～0.80 0.60 ～0.70 0.80 ～0.85 — 0.85 ～0.92 — 鏈傳動 可達4 000 100以下 0.97 ～0.98 0.90 ～0.93 帶傳動： 平帶 V帶 同步帶 摩擦輪傳動 1～3 500 20 ～30 — 0.94～0.98 可達1 000 50 ～100 — 0.92～0.97 可達300 10 以下 — 0.95 ～0.98 很少至200 20 左右 0.90～0.96 0.80 ～0.88 4.5.2速度 速度是傳動的主要運動特性之一。提高傳動速度是機器的重要發(fā)展方向。表示傳動速度的參數是最大圓周速度和最大轉速。傳動速度的提高，在不同傳動形式中要受到不同因素的限制，例如載荷、傳動的熱平衡條件、離心力及振動穩(wěn)定性等。 表4.5.3中給出了各類傳動一般的速度范圍，以供參考。 4.5.3外廓尺寸、質量和成本 傳動的外廓尺寸和質量與功率和速度的大小密切相關,也與傳動零件材料的力學性能有關。但當這些條件一定時，傳動裝置的外廓尺寸和質量基本上取決傳動的形式。在大傳動比的多級傳動中，傳動比的分配對外廓尺寸有著很大的影響。 傳動比是傳動的運動特性之一。各類傳動用于單級減速及單級增速時的傳動比（主動輪與從動輪的轉速比）參考值見表2。 表4.5.3 各類傳動的最大允許速度、轉速與傳動比（參照值） 傳動類型 最大允許速度 最大允許轉速 減速傳動比 普通平帶傳動 ≤25 (30 ) ≤3(5) 高質量皮革帶傳動 35 ～40 7 000 ～8 000 ≤5 特殊高質量的織造的平帶傳動 到 60 000 ≤5 鋼帶傳動 80 ～100 － ≤5 V帶傳動 普通V帶 窄V帶 25 ～30 12 000 ≤8(15 ) 35 ～40 15 000 ≤8(15 ) 同步帶傳動 50 ～100 20 000 ≤10 (20 ) 鏈傳動 4 0 8000 ～10000 ≤6(10)(滾子)≤1 5(齒形) 6級精度直齒圓柱齒輪傳動 到20 ＜30 000 5(8) 6級精度非直齒圓柱齒輪傳動 到50 30 000 5(8) 5級精度直齒圓柱齒輪傳動 到120 30 000 5(8) 蝸桿傳動 1 5～3 ≤40 (80 ) 摩擦輪傳動 15 ～25 ≤5(15 ) 綜上所述，從效率、外廓尺寸，質量，運動性能及生產條件等方面來考慮在50kg 起重機中選擇V帶傳動較為合理。由于電機的額定速度較大，而工作速度較小，可以采用多級V帶傳動來減速而達到所需速度。 4.6 5 0kg起重機結構的設計方案 4.6.1起重機構件的材料選擇 任何設計都是與材料離不開的，在設計起重機結構與部件之前，我們先要選擇一種比較合適的材料。 首先我們要介紹一下各類材料的性能和材料的一些基本知識。普通碳素結構鋼又稱普通碳素鋼。與優(yōu)質碳素鋼相比，對含碳量、性能范圍以及磷、硫和其他殘余元素含量的限制較寬。我國和某些國家根據交貨的保證條件，把普通碳素鋼分為三類：甲類鋼（A類鋼），只保證力學性能，不保化證學成分；乙類鋼（B類鋼），只保證化學成分不保證力學性能；特類鋼（C類鋼），既保證化學成分，又保證力學性能。特類鋼常于制造較重要的結構件。 一、碳鋼牌號的表示方法 (1)碳素結構鋼碳素結構鋼的牌號由屈服點“屈”字漢語拼音第一個字母Q、屈服點數值、質量等級符號（A、B、C、D）及脫氧方法符號（F、b、Z）等四部分依次按順序組成。其中質量等級按A、B、C、D順序依次增高，F代表沸騰鋼，b代表鎮(zhèn)靜鋼，代表鎮(zhèn)靜鋼等。如Q235 -A·F表示屈服強度為235M p a的A級沸騰碳素結構鋼。 (2)優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼的牌號用兩位數字表示。這兩位數字代表鋼中的平均含碳量的萬分之幾。例如4 5鋼，表示平均含碳量為0.4 5%的優(yōu)質碳素結構鋼08 鋼，表示平均含碳量為0.08 %的優(yōu)質碳素結構鋼。 (3)碳素工具鋼碳素工具鋼的牌號是用碳字漢語拼音字頭T和數字表示。其數字表示鋼的平均含碳量的千分之幾。若為高級優(yōu)質，則在數字后面加“A”。例如，T 12 鋼表示平均含碳量為1.2%的碳素工具鋼。T 8鋼，表示平均含碳量為0.8%的碳素工具鋼。 T 12 A ，表示平均含碳量為1.2%的高級優(yōu)質碳素工具鋼。 二、碳鋼的用途舉例 Q195、Q215 ，用于鉚釘、開口銷等及沖壓零件和焊接構件。 Q235、Q255 ，用于螺栓、螺母、拉桿、連桿及建筑、橋梁結構件。 Q275，用于強度較高轉軸、心軸、齒輪等。 Q345，用于船舶、橋梁、車輛、大型鋼結構。 根據以上介紹，起重機的材料宜選擇45號鋼。 4.6.2 起重機構件的設計方案 如圖4.5起重機的總體裝配圖可知，底座5設計成圓形，底座上的支架采用焊接成型為了提高該設備的適用性，支柱7采用可升降式。因為該設備是配套電氣設備使用，為了有利于線路的布置，所以支柱7和吊臂4采用45號空心圓柱鋼管較合理，所使用的導可以通過支柱的中間，這樣既合理又顯得美觀。  5 50 kg起重夾鉗主機的總體設計 5.1 起重夾鉗設計思想 本論文對重力式板坯夾鉗做了結構設計及加工工藝設計,設計方案確定如下: （1）根據夾鉗的使用要求，選擇夾鉗的類型為重力式夾鉗； （2）根據夾鉗的工作要求，計算作用在夾鉗各部件上的載荷； （3）根據夾鉗整個部件的類型，結構和所受載荷,分析夾鉗各部件可能的實效形式,從而確定夾鉗各部件的設計準則； （4）根據夾鉗各部件的工作條件及對夾鉗各部件的特殊要求(例如高溫或在腐蝕性介質中工作等),選擇適當的材料； （5）根據設計準則進行有關的計算,確定夾鉗各部件的基本尺寸； （6）根據工藝性標準等原則進行夾鉗各部件的結構設計； （7）細節(jié)設計完成后，必要時進行詳細的校核計算，以判定結構的合理性； （8）畫出夾鉗各部件的工作圖，并寫出計算說明書。 5.2 50kg起重夾鉗工作原理 本文所要介紹的夾鉗的主要組成部分由：吊臂、主鉗臂、副鉗臂、軸、自動控制裝置等主要部件組成，結構如下圖5.2所示。 1-鉗口 2-吊臂 3-主鉗臂1 4-副鉗臂2 5-主機 6-軸1 7-軸2 8-軸3 9-旋轉開關裝置 圖5.2 夾鉗裝置的裝配圖 我們先介紹該夾鉗的動作原理：先是夾鉗處于空載狀態(tài)，當欲夾起一重物，則緩緩下降至重物高度位置。在夾鉗鉗口碰及重物時，夾鉗結構