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畢業(yè)設計（論文）
題 目： 2噸單軌抓斗起重機設計
學 院： 航空制造工程學院
專業(yè)名稱： 機械設計制造及其自動化
班級學號： 0881054班 12號
學生姓名： 賀 偉
指導教師： 封 立 耀
二〇一二 年 六 月
南昌航空大學學士學位論文
0
1緒 論
起重機械是用來對物料起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機械設備，它在國民經(jīng)濟各部門都有廣泛的應用，起著減輕體力勞動、節(jié)省人力、提高勞動生產(chǎn)率和促進生產(chǎn)過程機械化的作用。
起重機在搬運物料時，經(jīng)歷上料、運送、卸料和回到原處的過程，有時運轉，有時停轉，是一種間歇動作的機械。通常，起重機械由工作機構、金屬結構、動力裝置與控制系統(tǒng)等三大部分組成。所謂工作機構是指起重機械的機械傳動部分而言，常見的有起升機構、運行機構、回轉機構和變幅機構，通常稱為“起重機四大機構”。
本設計為2t單軌抓斗起重機設計。當起重量不大時，多采用電動單軌起重機。這種起重機的特點是小車可以走到另一跨去，本設計側重于機械方面的設計。主要機構有：起升機構、運行機構。
起升機構用來實現(xiàn)貨物的升降，它是任何起重機械不可或缺的一部分，是起重機中最重要與最基本的結構。起升機構工作的好壞將直接影響到整臺起重機的工作性能。起重機構主要由驅動裝置、傳動裝置、卷繞系統(tǒng)、取物裝置與制動裝置組成。此外，根據(jù)需要還可裝設各種輔助裝置等。
本設計的起重機起升機構采用電動葫蘆。電動葫蘆結構緊湊，電機軸線垂直于卷筒軸線的電動葫蘆采用蝸輪傳動裝置,寬度方面尺寸大,結構粗笨,機械效率低,加工較難題。其缺點為:長度尺寸大。液壓系統(tǒng)為雙重控制，溢流調(diào)節(jié)閥、磁接點壓力表均可對壓力進行精確的控制。電器控制部門采用了低電壓控制，增加了支配系統(tǒng)的平安性。電動葫蘆屬于輕小型起重設備。它是將電動機、減速機構、卷筒等緊湊地集合成一體的起重機構。它可以單獨使用，也可以作為電動單軌起重機、電動單梁或雙梁起重機的小車來使用。由于電動葫蘆結構非常緊湊，通常由廠家專門生產(chǎn)，價格便宜，從而得到了普遍的應用。電動葫蘆可備有小車，以便在工字梁的下翼緣上運行，是吊重在一定范圍內(nèi)移動。鋼絲繩電動葫蘆工作安全可靠，起升速度較高，故在本設計中被采用。同時，為了減輕自重，減少零件數(shù)目，采用了錐形轉子電動機。
運行機構是使起重機或者載重小車作水平運動。工作性的運行機構用來搬運貨物；非工作性的運行機構只是用來調(diào)整起重機的工作位置。運行機構有無軌運行和有軌運行之分。本設計采用有軌運行方式。這種方式在專門鋪設的鋼軌上運行，負荷能力大，運行阻力小。運行裝置主要由運行支撐裝置運行驅動裝置兩大部分組成。本設計著重于電動小車的設計。
設計過程中，首先要確定總體的設計方案，然后各部件機構、尺寸及相互間的連接方式等，最后對部件中各零件進行校核。
2 總體方案確定及基本參數(shù)
2.1 總體方案確定
本設計的單軌抓斗起重機主體由`起升機構和運行機構組成。起升機構主要包括電動機、卷筒、減速器三個部分。電動機選擇的是錐形轉子電動機，此種電動機自身可以實現(xiàn)制動，進而減輕自重，減少零件數(shù)目；卷筒選用雙聯(lián)卷筒；減速器選擇同軸減速器，這種減速器特點是輸出與輸入同軸。電動機通電后旋轉，從電動機軸輸出的扭矩經(jīng)聯(lián)軸器傳到減速箱，經(jīng)減速箱三級減速后達到所需的傳動比，減速箱帶動卷筒轉動，使纏繞在卷筒上的鋼絲繩隨之轉動，同時鋼絲繩把轉動轉變?yōu)樯舷路较虻囊苿印ｄ摻z繩通過滑輪組帶動抓斗，使抓斗起重機實現(xiàn)下降、張開、抓料、閉合、卸料等一系列的動作，進而完成了整個工作過程。運行機構主要是指電動小車。電動小車在工字鋼軌道上來回移動，可以實現(xiàn)物料在兩個不同位置的運送，即實現(xiàn)小范圍內(nèi)的物料運送工作。
2.基本參數(shù)
此設計的單軌抓斗起重機涉及到的基本參數(shù)有:
起重量:是指正常工作時被提升的額定載荷(包括抓斗).
設計中的起重量為2t 。
起升速度：設計中起升速度為。
運行速度：運行速度為。
起升高度：設計中的起升高度為20m。
工作制度：反映機構使用繁忙程度和載荷特性的參數(shù)。本設計中的工作級別：起升為M6，運行為M5。
3 抓斗計算
本次設計采用的是雙繩抓斗，主要是雙繩抓斗生產(chǎn)率高。雙繩抓斗由頭部、撐桿、顎板及橫梁組成，抓取和卸料動作是利用兩個卷筒（起升卷筒與閉合卷筒）與兩根鋼絲繩（起升繩與閉合繩）來操控的。起升繩系在抓斗頭部，閉合繩以滑輪組的形式繞于頭部和橫梁之間，倍率通常在2~6之間。
3.1 抓斗的幾何尺寸
抓斗的額定容積：Error! No bookmark name given.
抓取物料的容重 ：
3.1.1 抓斗的最大開度
難抓取的物料時應取較大的值，易抓取的物料時應取取較小的值。
取
3.1.2 抓斗的側面積及側面幾何形狀
為了保證給定的抓斗容積V，顎板應有足夠的側面積。
根據(jù)及物料的性質用以確定抓斗的側面幾何形狀。應使側板上緣的傾斜角大致與物料在運動狀況下的自然坡角相等，通常約為30°~35°。
通過測量實際設計抓斗的尺寸：
則
側面積
3.1.3 寬度
確定抓斗寬度或的原則：
塊度比較大及堅實的物料堆 應取較小值；松散物料應取較大值。
取Error! No bookmark name given.
3.1.4 顎板鉸點位置
依據(jù)以下條件確定：
在最大開度時，顎板的切口應是垂直方向，以便于切口插入物料。
測量得
校正得
3.1.5 撐桿的長度的確定
依據(jù)經(jīng)驗公式：
則
實際設計中取
撐桿鉸點位置確定：
為了使閉合繩的閉合力最小，有利于提高抓取能力，應使抓斗在開閉兩種狀況下滑輪中心距變動量最大。
3.2 滑輪組倍率
據(jù)“起重機械”表6 - 2
取滑輪組倍率為 m=4
3.3 鋼絲繩計算
對于起升機構，；對于開閉機構，。為了滿足整機的需要，只計算時鋼絲繩的直徑。
采用滾動軸承，則
則導向滑輪效率為
且
按工作級別M6 ，使用抗拉強度 的鋼絲繩，則
查表鋼絲繩標準，選用的鋼絲繩。
3.4 確定選取滑輪直徑
閉合繩繞過滑輪的次數(shù)是很多的，為了延長鋼絲繩的壽命，常選用較大的滑輪，最大可達D=25d 。
按工作級別M6，取
則
取滑輪直徑 ，
3.5 上下橫梁軸線的傾斜角
3.6抓斗強度計算
3.6.1顎板的強度計算
顎板是受分布載荷的板，三邊固定，一邊是自由。最危險的部位在刃口的中央。
單位長度彎矩為：
則刃口中央的彎曲應力為
選取材料為 ZGMn13, 查表得
所以合格。
3.6.2撐桿強度
當抓斗閉合終了瞬間，撐桿所受載荷最大。撐桿材料選取采用號鋼。
其
，
撐桿內(nèi)力為
即
截面最小慣性矩：
查“金屬結構”得穩(wěn)定性系數(shù)為
則
由
所以 撐桿強度滿足要求。
3.6.3撐桿鉸軸套強度計算
驗算比壓：
則
即撐桿鉸軸套處合格。
3.6.4顎板鉸軸軸套強度計算
驗算比壓：
又
則
所以顎板鉸軸軸套驗算合格。
4 起升機構
4.1傳動比的計算
起升機構減速器采用漸開線齒形定軸外嚙合三級傳動減速器。
4.1.1 級速比
總速比：
4.1.2 卷筒轉速
電動機選用型千瓦錐形轉子電動機。
電動機轉速
4.2 起升速度
按起升結構工作級別M6，查“規(guī)范”取
卷筒材料采用普通碳素鋼
取310mm
滑輪組倍率
合格
4.3機構效率
4.3.1減速器總效率
取
則
4.3.2抓斗滑輪組的效率
單個滑輪的效率取為
則滑輪組的效率
4.3.3卷筒的效率
取
4.3.4導向滑輪的效率
取
起升結構的總效率
4.4電動機的靜功率
查表選取 ，則
4.5電動機軸的靜扭轉力矩
4.6制動器的計算
制動器是依靠摩擦副間的摩擦而產(chǎn)生制動作用的
4.6.1制動電動機軸需要的靜扭轉力矩的計算
4.6.2制動力矩的計算
彈簧工作時的軸向壓力
摩擦系數(shù)選取
則制動片平均直徑：
且夾角
則制動力矩
4.6.3制動安全系數(shù)計算
查“起重機械”表，制動安全系數(shù)
故安全。
4.6.4制動單位比壓力
彈簧的工作壓力
制動片寬度：
所以單位比壓力為：
4.6.5軸向吸力
定子線包通電過后，圓錐轉子在軸向吸力作用下產(chǎn)生移動，打開制動盤后，使載荷產(chǎn)生上升或下降的運動。此軸向吸力應大于彈簧所產(chǎn)生制動力矩的壓力和在靜載荷下靜扭轉力矩在彈簧聯(lián)軸器花鍵中產(chǎn)生的靜摩擦力。圓錐轉子軸在軸向吸力作用下帶動聯(lián)軸器相對齒輪長軸有軸向移動。
有相對運動的花鍵尺寸是。
則平均半徑
選取摩擦系數(shù)
則
則軸向力
4.7起動時間
4.7.1電動機額定轉矩
4.7.2電動機的平均力矩倍數(shù)
4.7.3總轉動慣量
電動機轉子軸飛輪矩
聯(lián)軸節(jié)飛輪矩
則起動時間：
4.8制動時間
電動機轉速為
則制動時間：
4.9卷筒裝置
4.9.1卷筒繩槽底徑
卷筒材料選用
查表得
則
卷筒直徑選取
其它尺寸：
4.9.2卷筒長度及壁厚
其中：
又 ，，
取
則
取 。
卷筒壁厚：
取 。
4.9.3卷筒強度的校核
卷筒強度采用，屈服極限為
則
①鋼絲繩卷繞箍緊對卷筒時產(chǎn)生的壓應力
由，可得
②鋼絲繩卷繞產(chǎn)生的彎曲正應力
又
則
③彎曲合成應力
即
故滿足要求。
4.9.4計算卷筒壓繩板和螺釘
①鋼絲繩繩端固定方法：采用壓繩板固定
②壓繩板的計算
繩尾的拉力 ：
按歐拉公式
安全圈數(shù)n=2，
則，；取
每個壓繩板的夾持力：
壓繩板選用圓形槽，則
取
只有在壓繩板與鋼絲繩之間和鋼絲繩與卷筒之間的接觸面上產(chǎn)生足夠大的摩擦力，此摩擦力大于或等于鋼絲繩在固定處的拉力，才能保證安全。取鋼絲繩分離體
則 ，
又 ，
則一個螺釘作用給壓繩板的力：
即
取n=6， ，
壓板夾持力為：
螺釘?shù)膹姸刃：耍?
螺釘選用國標GB70-86，
標準件材料選用鋼，屈服極限
螺紋內(nèi)徑
則
又
取 ，則
故螺釘強度合格。
4.9.5彈性聯(lián)軸器計算
1) 彈性聯(lián)軸器的最大計算扭矩
由
，，取
得
2) 輪胎圈中間截面的剪切應力
;
則截面剪切應力：
3) 輪胎圈的扭轉角
假設在長度內(nèi)，輪胎圈是一等截面環(huán)
截面彈性系數(shù)：
截面的極慣性矩：
則
4) 輪胎圈的擠壓應力
i正應力
聯(lián)軸器半體和壓板作用給輪胎圈的正壓力靠擰緊螺釘?shù)玫健?
在干燥表面，取
則
， ，
ii擠壓應力
又橡膠的擠壓許用應力
所以
故符合要求。
5) 螺釘?shù)膹姸刃：?
螺釘選用，。材料為鋼
螺紋內(nèi)徑，螺釘數(shù)目
又
所以
故強度滿足。
5 起升機構減速箱
5.1軸的計算
起升機構的減速器各齒輪和齒輪軸在載荷作用下，即由鋼絲繩對卷筒產(chǎn)生的力矩的方向始終不變。載荷上升是由電動機通過齒輪傳動把載荷起吊上來；載荷下降由電動機反相制動，阻止載荷以重力加速度下降。載荷上升和下降時，作用力方向不變，不以旋轉方向的改變而改變，也就是齒輪和齒輪軸的齒是單面嚙合。因此，起升減速器的軸在計算時假定扭轉應力按脈動循環(huán)變化，彎曲應力按對稱循環(huán)變化。
5.1.1軸所傳遞的扭矩
空心軸扭矩：
第三軸額定扭矩：
，
則
第二軸額定扭矩：
，
第一軸額定扭矩：
，
則
5.1.2第I軸受載及校核
對圖a,
由，得
則
對圖b,可簡化如下：
由，得
驗算軸危險截面：
a.I截面：
軸的材料采用20MnTiB,
則
查表，得，
故第I截面合格。
b.II截面：
，（按齒根圓計算，不考慮應力集中影響）
材料的對稱循環(huán)的扭轉疲勞極限
查表，得（按齒根圓直徑，不考慮應力集中影響），
故第II截面滿足要求。
c.III截面：
III截面只受扭矩作用
查表，得（不考慮應力集中影響）
，
故第III截面滿足要求。
5.1.3第II軸校核
和的分力：
由，得
由，得
則
驗算軸的危險斷面：
a.I截面：
由，，
得
查表，得
則
故I截面滿足要求。
b.II截面：
；
鍵槽引起的應力集中，算得
齒輪和齒輪軸裝配過盈而引起的應力集中，算得
取二者中最大值，即
則
扭轉應力按脈動循環(huán)應力
由
查表，得
則
故II截面滿足要求。
c.III截面：
由帶圓角的階梯軸引起的應力集中
，，
由 ，
查表，得
則
查表，得
，，
故III截面滿足要求。
d.IV截面：
；
查表，得，
查表，得，，
則
故IV截面滿足要求。
e.V截面：
經(jīng)分析，V截面受力情況同I截面相似，且兩處軸徑相等，故截面也滿足要求。III軸IV軸校核方法同上，且兩軸經(jīng)校核后，均滿足強度要求。
5.2齒輪校核
以第一對傳動齒輪為例
5.2.1選擇材料及參數(shù)
材料選用20CrMn，選8級精度的漸開線圓柱齒輪。小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。
傳動比
螺旋角
兩齒輪都可以采用硬齒面，則HRC=56~62
5.2.2計算切向力
起升載荷動載荷系數(shù)
則動載荷系數(shù)
由，，，Z=12500h
則
選取，
則
查表選取載荷系數(shù)
分度圓上的基本切向力
第I軸聯(lián)軸器的效率為1，滾動軸承的效率為0.99
則
最大扭矩
計算最大切向力
由，，
得
查表，得
由
查得
齒間載荷分配系數(shù)
則輪齒齒面接觸強度切向力：
同上，輪齒彎曲強度切向力：
5.2.3齒面接觸強度
法向壓力角
查表，得
節(jié)點區(qū)域系數(shù)
彈性系數(shù)
由，
得重合度系數(shù)
螺旋角系數(shù)
節(jié)圓處的計算接觸應力：
許用接觸耐性應力計算
工作硬化系數(shù)
則
所以齒面接觸耐久性的安全系數(shù)：
5.2.4齒面接觸靜強度計算
節(jié)圓處的齒面接觸最大計算應力：
由
則
齒面接觸靜強度安全系數(shù)
查表，得
則
5.2.5輪齒彎曲強度計算
齒形系數(shù)
查表，得
應力修正系數(shù)
重合度系數(shù)
螺旋角系數(shù)
磨損系數(shù)
則齒根彎曲應力：
試驗齒輪彎曲疲勞極限應力
尺寸系數(shù)
則許用彎曲疲勞應力
齒輪彎曲靜強度計算
彎曲最大計算應力
齒跟彎曲靜強度的安全系數(shù)：
查表，得
則
所以彎曲靜強度滿足要求。
6 運行機構
運行機構的任務是使起重機或載重小車作水平運動。
6.1傳動比的計算
6.1.1此運行機構減速比
（采用二級齒輪減速）
每一級傳動比為：
總速比：
6.1.2走輪轉速
6.2 運行速度
6.3 機構的效率
取齒輪傳動效率
則
6.4運行摩擦阻力
運行摩擦阻力包括：車輪軸承中的摩擦；車輪的滾動摩擦；以及車輪輪緣與軌道間的附加摩擦阻力。
6.4.1車輪軸承中的摩擦
—— 車輪輪壓
—— 車輪直徑
—— 車輪軸樞直徑
—— 車輪軸承摩擦系數(shù)
選取，又，
6.4.2車輪的滾動摩擦
車輪前進時，由于車輪與軌道之間的擠壓應力的合力偏向運行前方。
——滾動摩擦系數(shù)
取
6.4.3總摩擦阻力
——附加阻力系數(shù)
?。ㄈ嗱寗樱?
則
6.5電動機容量的初選
每組運行驅動機構的靜功率為：
取，又
故
所以選取額定功率為1.5kw 的ZYD21-4型錐形轉子電動機。
6.6走輪輪壓
6.7 驗算起動時間
6.8制動器計算
6.8.1制動電動機軸需要的靜轉力矩
由公式得：
電動機最小制動行程
電動機最小制動時間：
6.8.2制動器制動力矩
所選電動機制動環(huán)尺寸：
，
則
壓力彈簧：工作壓力，
則
6.8.3所選制動片單位比壓力
6.8.4制動時間
6.9 電動機最大力矩
因此電動機的最大力矩能夠克服最大動力。
6.10驗算電動機打滑
6.10.1起動時間打滑驗算
取附著系數(shù)（室內(nèi)）
安全系數(shù)，，
則
又
則
即
6.10.2驗算制動時間打滑
取制動時，打滑安全系數(shù)
則
即
參考文獻
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[15]機械設計手冊編委會.機械設計手冊. 機械工業(yè)出版社,2004
[16]宋景文編著.機械設計.科學普及出版社,1993
致 謝
經(jīng)過幾個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導師封立耀老師。封老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料到設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是封老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩封老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。正是由于他在百忙之中多次審閱全文，對細節(jié)進行修改，并為本文的撰寫提供了許多中肯而且寶貴的意見，本文才得以成型。
在此特向封立耀老師致以衷心的謝意！向他無可挑剔的敬業(yè)精神、嚴謹認真的治學態(tài)度、深厚的專業(yè)修養(yǎng)和平易近人的待人方式表示深深的敬意！同時感謝學校領導、輔導員以及代課老師們幾年來對我的栽培和教育。
謝謝你們。
畢業(yè)設計（論文）任務書
I、畢業(yè)設計(論文)題目：
2噸單軌抓斗起重機設計
II、畢 業(yè)設計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設計技術要求：
1.5m3單軌抓斗起重機是用來對物料起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機械設備，它可以減輕體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率或在生產(chǎn)過程中進行某些特殊的工藝操作，實現(xiàn)機械化和現(xiàn)代化。
1. 起 重 量：
2. 物料容重：
3．起升速度：
4. 運行速度：
5. 起升高度：
III、畢 業(yè)設計(論文)工作內(nèi)容及完成時間：
1. 查閱相關資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報告
4周
2．運動及動力參數(shù)計算 2周
3．總裝圖設計 3周
4 主要零、部件強度及選用計算 2周
5．繪制零、部件圖 2周
6．編寫設計計算說明書（畢業(yè)論文） 2周
7．畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯 2周
Ⅳ 、主 要參考資料：
【1】孫桓等主編.機械原理. 北京：高等教育出版社，2001
【2】濮良貴等主編.機械設計. 北京：高等教育出版社，2001
【3】張質文、劉全德主編，起重運輸機械.北京：中國鐵道出版社，1983
【4】張質文主編. 起重機設計手冊. 北京: 中國鐵道出版社，2001
【5】宗武、樊迪民主編.起重機設計計算.北京：北京科技出版社，1988
【6】徐灝主編.機械設計手冊（第四版）.北京：機械工業(yè)出版社.1991
【7】Shigley J E,Uicher J J.Theory of machines and mechanisms.New
York:McGraw-Hill Book Company,1980
機械與航空工程 系 機械設計制造及其自動化 專業(yè) 班
學生（簽名）：
日期： 自 2012 年 月 日至 年 月 日
指導教師（簽名）：
助理指導教師(并指出所負責的部分)：
機械與航空工程 系（室）主任（簽名）： 賀紅林
附注:任務書應該附在已完成的畢業(yè)設計說明書首頁。
學士學位論文原創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立完成的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學位申請的論文或成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。
作者簽名： 日期：
學位論文版權使用授權書
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作者簽名： 日期：
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一、選題依據(jù)及意義：
起重機械師現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化、自動化、減輕繁重體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率的重要工具和設備。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展、生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及自動化程度的提高，作為物料搬運重要設備，它在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中的作用越來越大、應用越來越廣，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(chǎn)中，起重機械已運用于金屬生產(chǎn)的全部過程；現(xiàn)代建筑工程，不能離開起重機械；在農(nóng)業(yè)和林場，最困難、最非禮的工作也由起重機來完成；在核電站中，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工作?？茖W技術和生產(chǎn)發(fā)展推動了現(xiàn)代設計和制造能力的提高，激烈的國際市場也越來越依賴于技術的競爭，這些都促使國內(nèi)外各種起重機制造企業(yè)不斷地完善和發(fā)展起重機提高勞動生產(chǎn)率以及增強市場競爭力。
二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢：
一、國外起重機的特點及發(fā)展趨勢
近年來，隨著世界銷售市場對起重機械的需求量的不斷增加，國外各起重機廠家大多采用優(yōu)化設計等 現(xiàn)代設計手段以提高設計效率。有關資料表明，美國、德國、日本等一些起重機公司都廣泛應用CAD技術，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(chǎn)。
國外起重運輸機械發(fā)展到今天，已經(jīng)到了比較成熟的地步，其結構形式基本上都是經(jīng)過反復優(yōu)化設計，并經(jīng)過實踐檢驗的。隨著計算機技術的廣泛應用，許多國外起重機制造商應用計算機輔助設計系統(tǒng)(CAD)，以及模塊化設計方法，盡量使用標準件設備迅速組合和安裝，減少標準件外組合部分的加工制造。組合構件的使用對生產(chǎn)非標準件起重機來講，有助于減少成本。當前，國外起重機特點和發(fā)展趨勢有三大特征：
1、 系列產(chǎn)品模塊化、組合化和標準化
用模塊化設計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設計方法，將起重機上基本相同的構件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)結要素和可以互換的標準模塊，通過不同模塊的相互組合，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?？墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機改換成具有相當批量的模塊生產(chǎn)，是想高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，企事業(yè)的生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。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)格的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品充分滿足用戶需求。據(jù)資料介紹，德馬克公司的葫蘆雙梁起重機系列改用模塊化設計后，比單件設計其設計費用下降了12%，自重輕，與國內(nèi)產(chǎn)品相比較，起重量為32t，跨度25m，國內(nèi)雙梁起重機自重46.4t，電動葫蘆橋式起重機自重28.3t，而德馬克電動葫蘆橋式起重機的自重只有18.5t，比國內(nèi)產(chǎn)品分別輕60%和35%。
2、 起重機的大型化、高速化和專用化
出于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中無聊裝卸般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，并對能好和可靠性提出了更高的要求目前試劍石最大的履帶起重機為德馬克公司生產(chǎn)的CC8800-1TWIN，其最大起重量為3200t；最大的橋式起重機起重量達1200t；生產(chǎn)率達8000~10000t/h的斗輪堆取料機；自動化立體倉庫巷道堆垛機最大的運行速度達400m/min；最大的帶式輸送機寬達3.2m，輸送能力達37500t/h和單機最大輸送距離超過30km等。
3、起重機性能自動化、智能化/和數(shù)字化
起重機的跟新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。將機械技術和電子技術相結合，將先進的計算技術、微電子技術、電力電子技術、光纜技術、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(xiàn)起重機的自動化和智能化。大型高效起重機新一代電器控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要又全數(shù)字化控制驅動裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操作縱給定檢測等設備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找起吊重物重心、近場感應防碰技術、現(xiàn)場總線技術、載波通訊及控制、無接觸供電及三維條形碼技術等將廣泛得到應用，使起重機具有更高的揉性，以適應多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機綜合自動化水平。
二、國內(nèi)起重機設計現(xiàn)狀及存在的問題
1、設計手段不完善、與先進技術結合較少
目前，國內(nèi)起重機還處于傳統(tǒng)設計階段，設計手段欠完善，與先進的技術結合的也比較少。不過近些年來隨著設計技術的引進、消化、吸收，有了長足的進步，產(chǎn)品的性能、可靠性、外觀都有較大幅度的提高，企業(yè)也在不斷向大規(guī)模、系列化方向發(fā)展，但國內(nèi)的起重機在設計技術水平上與國外還有一定差距，這與國內(nèi)配套力量薄弱不無關系。所以我們更需要借鑒吸收國外先進技術、采取國際化配套，提高產(chǎn)品起點，并且在設計中結合新的設計理念、方法及手段以滿足工業(yè)生產(chǎn)方式的轉變和用戶需求的多樣性，以實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)模化、系列化合精細化，提高產(chǎn)品生產(chǎn)成本以及質量，增加產(chǎn)品性價比，從而提高企業(yè)的核心競爭力。
2．設計效率太低、通用性較差
長期以來，起重機設計利用圖板手工設計制圖，需要較長的設計周期。而且由于設計及工藝原因，國內(nèi)制造的起重機交貨期約為國外先進企業(yè)的兩倍，效率較低，遠遠不能適應市場經(jīng)濟競爭的要求，使企業(yè)失掉了不少機遇。一些起重機制造商隊與成系列、成批量的通用起重機產(chǎn)品（如5~50t雙梁橋式起重機），為了降低成本，簡化生產(chǎn)管理，通用化設計現(xiàn)狀只做到對車輪組、滑輪組、卷筒組合聯(lián)軸器的通用化設計，對于運行機構、小車架，仍只能按不同起重量設計，橋架端則按不同起重量，不同小車軌距多寬設計，對橋式起重機的設計不能使整機與機構、機構與部件、部件與零件之間的參數(shù)合理匹配。
3.設計進行類比，工藝水平較低
在起重機的設計過程中，一方面由于其產(chǎn)品相對定型，根據(jù)《起重機設計手冊》中推薦的尺寸進行選擇，一般工廠設計不做基數(shù)按，當有相近參數(shù)起重機需求時，則選擇類比放大導致截面尺寸變得越來越大，從而起重機的質量、大車驅動機構、廠房基礎投資增大，造成很大浪費。隨著起重機向大噸位、高參數(shù)、低噪聲、小振動及輕型化方向的不斷發(fā)展，原有定型產(chǎn)品越來越不能適應當前要求，市場需要性能優(yōu)良，，經(jīng)濟性好的橋式起重機。另一方面，由于國內(nèi)企業(yè)，普遍缺乏生產(chǎn)技術，工藝水平較低，一些起重機生產(chǎn)企業(yè)的工裝設備、裝配及檢測手段比較落后，油漆及焊接工藝不過關，較為粗糙，嚴重影響了起重機的質量。
4.專業(yè)化協(xié)作水平、通用化設計水平低
目前，我國專業(yè)化協(xié)作目前只做到20%,80%仍靠企業(yè)自己設計、制造。一臺起重機中只有電動機、減速器、制動器及一些電氣元件可外購，其它鉚焊件、機加工件、主梁、車輪組、端梁、小車架仍靠企業(yè)自行設計，這樣需花費大量的時間，影響了起重機的生產(chǎn)周期。
5、CAD交互式缺乏最主要的原因是由于對于CAD技術和方法研究比較有限，CAD技術作為一種先進的設計手段和工具逐漸為工程技術人員和設計人員接受和掌握，已經(jīng)在專業(yè)機械設計中發(fā)揮著越來越大的作用。然而，隨著技術的發(fā)展會對CAD技術本身及其應用提出更高更嚴的要求，國內(nèi)大型起重機生產(chǎn)企業(yè)的CAD設計系統(tǒng)的實際應用及推廣任務仍然十分艱巨。
三、現(xiàn)代設計方法在起重機設計中的應用
目前我國起重機的設計能力薄弱、設計方法落后，所進行的設計主要是按許多用應力法進行的，導致我國起重機與國外先進發(fā)達國家相比消耗了過多的材料和能源，嚴重影響了我國起重機產(chǎn)品的競爭能力。近些年來，國際上現(xiàn)代設計理論和現(xiàn)代設計方法應運而生，并且越來樂受重視，所以國內(nèi)起重機的法杖必須引人現(xiàn)代設計方法，才能設計出更符合實際使用工況，更注重功能性、經(jīng)濟性和可靠性的起重機。
現(xiàn)代設計理論是對產(chǎn)品原理和機理的科學總結?，F(xiàn)代設計方法是基于設計理論形成的，他把設計對象看成一個系統(tǒng)，同時考慮系統(tǒng)與外部的聯(lián)系，用系統(tǒng)工程的給你按進行分析和綜合，力求系統(tǒng)整體最優(yōu)?，F(xiàn)代設計開發(fā)強調(diào)綜合考慮與分析市場粗球，設計、生產(chǎn)、管理、使用和銷售等各方面因素；強調(diào)綜合運用優(yōu)化設計、系統(tǒng)工具、可靠性理論、價值工程、計算機技術等科學技術知識，探索多種解決設計問題的科學途徑；它把經(jīng)驗的類比的設計觀點變成邏輯的、推理的、系統(tǒng)的設計觀點，采用懂太多、多變量的、多方案的、擴展性的設計思維方式；具有系統(tǒng)性、創(chuàng)造性、綜合性和程式性的特點。設計方法分為適用于不同類型產(chǎn)品設計的一般方法和面向特殊產(chǎn)品的具體方法。常見的一般方法包括：創(chuàng)新設計方法、可靠性設計方法、最優(yōu)化設計方法、有限元設計方法、綠色設計方法、虛擬設計方法、并行設計方法、反求設計方法、抗疲勞設計方法、防腐蝕設計法、動態(tài)設計法、價值工程發(fā)、計算機仿真和動態(tài)模擬方法、網(wǎng)絡分析設計方法的等。
隨著這些設計方法在我國陸續(xù)使用，我們可以再起重機整機、結構、機構、電氣和液壓設計中來采用適宜的現(xiàn)代設計方法進行設計，比如：對起重機金屬結構的設計可考慮有限元設計方法及最優(yōu)化設計方法，以最大限度減輕起重機自重和降低能耗；對起重機電器部件及電氣系統(tǒng)設計時可考慮采用可靠性設計法和創(chuàng)新設計方法，不斷提高可靠度及零件和機構設計的創(chuàng)新能力，使部件和機構越來越精巧；為了快速推出新產(chǎn)品，在對起重機進行設計時，可考慮廣泛運用并行設計方法；對超大型設備還可考慮計算機仿真與動態(tài)模擬方法；考慮現(xiàn)代社會的環(huán)保要求，綠色設計方法也需要進行推廣。
三、研究內(nèi)容及實驗方案
1.5m3單軌抓斗起重機是用來對物料起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機械設備，它可以減輕體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率或在生產(chǎn)過程中進行某些特殊的工藝操作，實現(xiàn)機械化和現(xiàn)代化。
1、查閱國內(nèi)外有關抓斗起重機方面的相關資料；
2、了解抓斗起重機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；
3、通過查閱資料，了解抓斗起重機的特點及易出現(xiàn)的問題；
4、結合抓斗起重機的常用使用情況，通過室內(nèi)實驗分析所用材料的強度，計算相關數(shù)據(jù)，認真校核，進行評估，綜合得出最佳方案；將所學知識應用于該產(chǎn)品的設計中，并運用現(xiàn)代設計方法使該產(chǎn)品更完善
四、目標、主要特色及工作進度
課題的性質為通過實踐加深對理論知識的理解和應用能力。
主要內(nèi)容包括
1. 查閱相關資料，外文資料翻譯撰寫開題報告 1.30～2.27 4周
2．運動及動力參數(shù)計算 2.28～3.13 2周
3．總裝圖設計 3.14～4.04 3周
4 主要零、部件強度及選用計算 4.05～4.19 2周
5．繪制零、部件圖 4.20～5.04 2周
6．編寫設計計算說明書（畢業(yè)論文） 5.05～5.19 2周
7．畢業(yè)設計審查、畢業(yè)答辯 5.20～6.03 2周
五、參考文獻
【1】 孫桓等主編.機械原理. 北京：高等教育出版社，2001
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【4】 張質文主編. 起重機設計手冊. 北京: 中國鐵道出版社，2001
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