輕捷精準(zhǔn)起重機(jī)的設(shè)計(jì)研究

劉均勇 黃自湘 譚吉 柯樹浩 藍(lán)競

摘要：輕捷精準(zhǔn)起重機(jī)用來對物料作起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，它可以減輕體力勞動(dòng)、提高生產(chǎn)效率，在生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。輕捷精準(zhǔn)起重機(jī)主要由起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、及電氣設(shè)備等部份組成，可帶載作水平位移 （變幅）和任意角度回轉(zhuǎn)，起升、變幅與回轉(zhuǎn)既可單獨(dú)動(dòng)作，也可聯(lián)合動(dòng)作，操作方便，動(dòng)作靈活，并且整個(gè)傳動(dòng)過程比較平穩(wěn)，可廣泛應(yīng)用于多種場合的貨物搬運(yùn)。

關(guān)鍵詞：輕捷精準(zhǔn)起重機(jī)，機(jī)械化，平穩(wěn)，搬運(yùn)

1.起重機(jī)的發(fā)展背景及現(xiàn)狀及應(yīng)用

目前，國外專業(yè)生產(chǎn)大型起重機(jī)廠家很多。其中利勃海爾、特雷克斯一一德馬格、馬尼托瓦克與神鋼等公司家產(chǎn)品系列較全，市場占有率較高。進(jìn)入21世紀(jì)以來，全球隨車起重機(jī)市場已經(jīng)歷了兩次周期性變化。2007年，總銷售量達(dá)到第一個(gè)峰值。之后，由于金融危機(jī)的沖擊，市場需求大幅度回落，但是由于新興市場的強(qiáng)勁增長，全球銷售量在2011年迅速回升到12.55萬臺(tái)的歷史新高點(diǎn)。與銷量走勢較為一致的是，市場規(guī)模也呈現(xiàn)出W型走勢，但由于現(xiàn)今隨車起重機(jī)向高噸位發(fā)展，單價(jià)變高，使得市場規(guī)模在近幾年的下降幅度要小于銷量的下降。2016年全球隨車起重機(jī)市場規(guī)模約為135.32億美元，同比小幅增長1.1%。

隨著國家提出中國制造“2025”、“一帶一路”等國家戰(zhàn)略的頒布和實(shí)施，必將促進(jìn)工程起重機(jī)供給側(cè)改革，給工程機(jī)械整體行業(yè)帶來了新的機(jī)遇。以交通、能源、石化等基礎(chǔ)設(shè)施為建設(shè)重點(diǎn)，需要專業(yè)化、智能化的高端工程機(jī)械。企業(yè)要在激烈的競爭中脫穎而出，要堅(jiān)持品牌戰(zhàn)略，以技術(shù)為引領(lǐng)，創(chuàng)造企業(yè)價(jià)值。不單要面對來自國內(nèi)市場規(guī)模化的激烈競爭，更要面對國際性企業(yè)的技術(shù)性競爭，海外市場的份額是未來發(fā)展的決定性因素。20世紀(jì)80年代以來，我國在充分吸收國外先進(jìn)起重機(jī)械制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，開始消化國外技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)械產(chǎn)品及關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)化成為當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)展主流。2017年以來，由于環(huán)保、更新需求及大型工程建成的需求，起重機(jī)械新機(jī)銷量一路高升。隨車起重機(jī)市場規(guī)模高速增長，預(yù)計(jì) 2022年中國隨車市場規(guī)模達(dá)147億元。考慮到起重機(jī)向高噸位和高端化發(fā)展，認(rèn)為起重機(jī)市場設(shè)備單價(jià)上升，市場規(guī)模增速應(yīng)大于銷量增速。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院測，2022年我國起重機(jī)市場規(guī)模達(dá)147億元。

2.輕捷精準(zhǔn)起重機(jī)的設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)針對小車的起升機(jī)構(gòu)及運(yùn)行機(jī)構(gòu)，通過一系列的設(shè)計(jì)不僅有效的減輕起重機(jī)的自重，更使起重機(jī)的結(jié)構(gòu)簡潔可靠，輕捷精準(zhǔn)的運(yùn)作，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)達(dá)到同步，起升重物高速平穩(wěn)。

2.1設(shè)計(jì)的要求

對大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求是：（1）機(jī)構(gòu)要緊湊，重量要輕;（2）起重機(jī)運(yùn)行要靈活;（3）維修檢修方便，機(jī)構(gòu)布置合理。

2.2機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案

大車機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案，基本分為兩類：分別傳動(dòng)和集中傳動(dòng)，起重機(jī)常用的跨度半徑（10.5-32M）范圍傳動(dòng)的方案，本設(shè)計(jì)跨度半徑為25.5m采用分別傳動(dòng)的方案。

2.3大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體布置的主要問題

對于大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)具體布置的主要問題有：（1）聯(lián)軸器的選擇;（2）軸承位置的安排;（3）軸長度的確定。

2.4大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)的計(jì)算

2.4.1電動(dòng)機(jī)的選擇

電動(dòng)機(jī)靜功率：

2.5輕捷精準(zhǔn)起重機(jī)創(chuàng)新點(diǎn)

2.5.1增強(qiáng)靈活度

起重機(jī)回轉(zhuǎn)支承裝置形式采用大軸承回轉(zhuǎn)支承，大軸承選用單排四點(diǎn)接觸球式組合軸承，軸承內(nèi)外圈用高強(qiáng)度螺栓分別與轉(zhuǎn)臺(tái)和圓筒的法蘭盤相聯(lián)：這種支承形式載能力大，使用壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)、自重輕、重心低。回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置采用 JZR 系列電機(jī)，蝸桿減速器通過小齒輪驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)部分回轉(zhuǎn)。回轉(zhuǎn)大軸承與小齒輪及鎖定裝置均采用手動(dòng)潤滑泵實(shí)現(xiàn)集中潤滑。

2.5.2提高準(zhǔn)確度

變幅機(jī)構(gòu)采用液壓缸驅(qū)動(dòng)，這種傳動(dòng)方式加工反應(yīng)迅速，行動(dòng)輕捷，容易精準(zhǔn)控制。同時(shí)由于在設(shè)計(jì)中變幅系統(tǒng)采用了綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，使變幅系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)件的幾何尺寸減小，自重減輕，鉸點(diǎn)位置布置合理，變幅驅(qū)動(dòng)功率也相應(yīng)減小，與同類型門機(jī)的變幅系統(tǒng)相比，具有明顯的優(yōu)越性。

2.5.3改善實(shí)用性

本機(jī)構(gòu)能在 20米/ 秒的風(fēng)速和 2%的坡度時(shí)能逆風(fēng)上坡起動(dòng)或順風(fēng)下坡制動(dòng)，并能逆風(fēng)運(yùn)行至錨定地點(diǎn)。每條門腿上設(shè)置與行走軌道端部相匹配的緩沖器。每對緩沖器須能吸收和消耗起重機(jī)以 85%的額定速度撞擊車檔時(shí)的動(dòng)能。

3.結(jié)論

對起重機(jī)所需要設(shè)計(jì)的部分進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得出了電動(dòng)機(jī)靜功、靜強(qiáng)度和緩沖容量等物理量，根據(jù)計(jì)算選取了適當(dāng)?shù)牟考?設(shè)計(jì)出了起重機(jī)輕捷精準(zhǔn)的機(jī)構(gòu)，有效得減輕了起重機(jī)的自重更使起重機(jī)的結(jié)構(gòu)簡潔可靠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)達(dá)到同步起升重物高速平穩(wěn)工作。

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基金項(xiàng)目：北部灣大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（202011607059）。

（北部灣大學(xué)?廣西?欽州?535011）