门座起重机平衡滑轮式变幅机构的动态静力研究与优化计算.pdf

摘要 摘 要 变幅机构的工作性能很大程度上决定了门座起重机整机的工作性能。因 此，变幅机构的设计是门座起重机整机设计的核心任务之一。除必须考虑的强 度、刚度、稳定性、安全性、工艺性及经济性等要求外，变幅机构设计计算的 主要任务是根据选定的类型和给定的设计指标确定臂架系统的几何尺寸和变幅 电机功率等主要参数值。 工作性变幅的起重机在每一个工作循环中都要变幅。为提高生产率，节约 驱动功率和使操作平衡可靠，均需采用平衡变幅。平衡变幅的目的是：使起重 机在变幅过程中物品的重心尽量沿水平线移动，而臂架系统的重量由活动平衡 重所平衡，两者的合成重心也尽量沿水平线移动。 变幅机构按载重水平移动形式的不同可以归纳为绳索补偿型和组合臂架。 绳索补偿型的原理为：为使物品在变幅过程中沿水平线或接近水平线的轨迹移 动，依靠起升绳系统及时放出或收进一定长度的起升绳来补偿在变幅过程中引 起的物品升降。采用绳索补偿型的单臂架式起重机结构简单，使用、维修方便， 投资少，因而广泛应用于港口门座起重机上。 平衡滑轮补偿式变幅系统具有许多优点，如吊钩水平性好、工作幅度大、 运行平稳、头部重量轻、大幅度时回转惯性较四连杆时小、可得到大回转速度、 生产率高等，因而常用于港口起重装卸和造船。 设计平衡变幅机构的传统方法是：引进动载系数、考虑动载荷的影响，采 用图解法、解析法或几何解析法确定变幅机构的几何尺寸和电机功率。传统设 计方法的计算精度低、反复计算的工作量大，无法考虑更多的影响变幅机构工 作性能的因素，有时还找不到一个较为合理的设计方案。 本文通过对门座起重机平衡滑轮式单臂架变幅机构的研究，取得如下主要 的结论和成果： l、对变幅机构进行了运动分析，导得了计算吊钩中心落差的公式；用动 摘要 态静力法建立了确定轴承约束反力和起升钢丝绳拉力的计算公式； 2、以吊钩中心最大落差最小为目标，建立了确定臂架系统主要几何尺寸 的非线性约束优化数学模型，并用正交计算设计法求解； 3、提出动态计算法，以变幅电机功率最小为目标，建立了确定对重质量 及其位置的非线性约束优化数学模型，并用网格法求解； 4、根据本文的理论和方法，编制了变幅机构动态静力分析和优化计算的 计算机程序。 运用上述成果，学生所在的企业为美国某海军船厂制造了一台300t船厂用 门座起重机，其结构简单、自重轻、使用维修方便，受到了客户的好评。 实际设计表明：本文的理论正确，方法可行，所编程序功能较强，已达到 实际使用的要求。本文的研究成果为变幅机构的设计提出了一套很有创新意义 的方法。这对提高计算精度、加快设计进程、改善变幅机构的工作性、减轻整 机重量和节约设计制造成本，无疑都有较大的理论意义和实用价值，具有较好 的经济效益和社会效益。 关键词：门座起重机，变幅机构，优化设计 摘要 ABSTRACT overaIl to determinethe willa extent Thebehaviorof mechanismlarge luffing as entire is considered of crane．Therefore，its portal designcommonly performances tasks oneoftheCOre for crane po