【机械经验】起重机机构设计，需要设计的几个结构

一、机构利用等级、载荷状态及工作级别

1.1 机构利用等级

起重机的利用等级反映了其工作繁忙程度，通常分为多个等级，如U0至U9（或M1至M8，具体标准可能有所不同）。这些等级根据起重机在特定时间段内的操作次数来确定，直接影响到机构的设计选型和使用寿命。

1.2 载荷状态

载荷状态则描述了起重机在工作过程中承受的负载情况，分为Q1至Q4四种。每种状态对应不同的负载条件，如轻载、中载、重载和极重载。载荷状态与利用等级共同决定了起重机的工作级别，用符号A表示，如A1至A8级。

1.3 工作级别

工作级别是起重机设计的重要依据，它综合考虑了利用等级和载荷状态。不同工作级别的起重机，在材料选择、结构设计、安全装置配置等方面均有所不同，以确保设备在预期工作条件下的安全性和可靠性。

二、机构设计与计算

2.1 起升机构

2.1.1 构造形式

起升机构是起重机中最核心的机构之一，负责货物的升降。其构造形式一般包括电动机、联轴器、减速器、卷筒、制动器和滑轮组等。这些部件协同工作，实现货物的平稳起升和下降。

2.1.2 计算与设计

• 钢丝绳选型：根据起重量、起升速度和工作环境选择合适的钢丝绳直径、强度和类型。需考虑钢丝绳的耐磨性、耐腐蚀性以及破断拉力。

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• 卷筒设计：卷筒的几何尺寸、钢丝绳的固定方式及强度计算是设计的关键。需确保卷筒有足够的强度和刚度，以承受钢丝绳的拉力。

• 电动机选择与验算：根据起升机构的动力需求选择合适的电动机类型、功率和转速。还需进行发热验算，确保电动机在连续工作条件下不会过热。

• 制动器选型：制动器是保障起升机构安全的重要部件。常采用常闭式制动器，并设置磨损自动补偿装置和手动释放装置。

2.2 运行机构

2.2.1 构造形式

运行机构负责起重机在水平方向上的移动，通常由电动机、减速器、车轮和轨道等组成。其设计需考虑轮距、轮压分布以及车轮与轨道的摩擦系数等因素。

2.2.2 计算与设计

• 车轮选型：根据起重机重量、运行速度及工作环境选择合适的车轮材料和尺寸。需确保车轮具有足够的承载能力和耐磨性。

• 轨道设计：轨道的布置、截面形状及材料选择需满足起重机的运行要求。同时，需考虑轨道的固定方式和维护便利性。

• 运行阻力计算：计算起重机在运行过程中受到的各种阻力，包括滚动阻力、风阻力和坡道阻力等。这些阻力将影响电动机的选型和减速器的设计。

2.3 回转机构

2.3.1 构造形式

回转机构使起重机能够在水平面内旋转，通常由电动机、减速器、回转支承和回转平台等组成。其设计需考虑回转速度、回转半径及回转力矩等因素。

2.3.2 计算与设计

• 回转支承选型：根据起重机的重量、回转半径及回转速度选择合适的回转支承。需确保支承具有足够的承载能力和刚度。

• 电动机与减速器选型：根据回转力矩和转速要求选择合适的电动机和减速器。同时，需考虑减速器的传动比和效率。

2.4 变幅机构：起重机灵活作业的关键

2.4.1 变幅机构的作用

变幅机构，顾名思义，是起重机中用于调整臂架长度或角度的机构，它直接关系到起重机的工作范围、起升高度以及作业效率。通过变幅机构的精确控制，起重机能够灵活应对各种复杂的作业环境，实现高效、安全的物料搬运。

2.4.2 变幅机构的重要性

在大型工程项目、港口码头、建筑工地等场景中，起重机需要频繁地调整作业半径和高度，以适应不同的作业需求。变幅机构作为实现这一功能的核心部件，其性能的稳定性和可靠性直接影响到起重机的整体性能和安全性。因此，对变幅机构进行深入研究和优化设计，是提升起重机性能的重要途径。

2.4.3变幅机构的构造形式

2.4.3.1 机械式变幅机构

机械式变幅机构是早期起重机常用的变幅方式，它通过机械传动装置（如齿轮、链条、丝杠等）来改变臂架的角度或长度。这种机构结构相对简单，维护方便，但操作较为费力，且难以实现精确的自动控制。

2.4.3.2 液压式变幅机构

随着液压技术的发展，液压式变幅机构逐渐成为现代起重机的主流选择。它利用液压缸作为动力源，通过液压传动系统实现臂架的平稳变幅。液压式变幅机构具有操作轻便、响应迅速、控制精确等优点，能够满足复杂多变的作业需求。

2.4.3.3 其他形式

除了上述两种常见的变幅机构外，还有一些特殊形式的变幅机构，如电动推杆式、气动式等。这些机构各有特点，适用于不同的作业场景和需求。

2.4.4变幅机构的设计计算

2.4.4.1 臂架设计

臂架是变幅机构的核心部件之一，其设计需综合考虑强度、刚度、稳定性以及轻量化等因素。在设计过程中，需对臂架进行静力学和动力学分析，确定其合理的截面形状、尺寸和材料。同时，还需考虑臂架在不同工况下的变形和应力分布，确保其在作业过程中的安全性和可靠性。

2.4.4.2 传动机构设计

对于机械式变幅机构，需设计合理的传动机构以实现臂架的平稳变幅。传动机构的设计需考虑传动效率、传动比、磨损和噪声等因素。对于液压式变幅机构，则需设计合理的液压传动系统，包括液压泵、液压缸、控制阀和油箱等部件的选型与布置。

2.4.4.3 动力学分析

在变幅机构的设计过程中，还需进行动力学分析以评估其动态性能。这包括分析臂架在变幅过程中的加速度、速度、位移等参数的变化规律以及液压系统的压力、流量等参数的动态响应特性。通过动力学分析可以预测变幅机构的运动特性并优化其设计参数。

2.4.4.4 安全性设计

安全性是起重机设计中不可忽视的重要方面。在变幅机构的设计过程中需充分考虑各种安全因素如过载保护、限位装置、紧急制动等以确保起重机在作业过程中的安全性和稳定性。

三、设计成果与应用效果

经过团队的不懈努力和创新设计，这款高效能起重机终于成功问世并投入到了大型港口码头的实际作业中。实践证明该起重机在起重量、作业范围、定位精度和能源利用效率等方面均达到了预期目标并得到了用户的高度评价。它不仅提高了港口码头的作业效率降低了人力成本还减少了能源消耗和环境污染为可持续发展做出了积极贡献。

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文案来源：时光

排版编辑：时光

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