基于多功能物料运输车机器人设计起升机构结构部分设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)

基于多功能物料运输车机器人设计起升机构结构部分设计_毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

在钢丝绳上行走（如客运、货运架空索道），活动空间较大，一旦造成事故影响的面积也较大。 有些起重机械，需要直接载运人员在导轨、平台或钢丝 绳上做升降运动（如电梯、升降平台等），其可靠性直接影响人身安全。 起重机械的工作特点如下： (1)吊物一般具有很大的质量和很高的势能，被搬运的物料个大体重（一般物料 本科毕业设计说明书（论文） 第 XIII 页 共 XIII 页 均几吨重以上）、种类繁多、形态各异（包括成件、散料、液体、固液混合等物料），起重搬运过程是重物在高空中的悬吊运动。 (2)起重作业时多种运动的组合，起重机的金属机构、传动机构和控制装置等机构组成多维，大量结构复杂、运动各异的金属机构给作业安全带来了潜在的危险。 速度多变的可动零部件，形成起重机械的危险点多且分散的特点，给安全防护增加难度。 (3)作 业范围大，金属结构横跨车间或作业场地，高居其他设备、设施和施工人群之上，起重机带载可以部分或整体在较大范围内移动运行，使危险的影响范围加大。 (4)多人配合的群体作业，起重作业的程序是地面司索工捆绑吊物、挂钩；起重司机操纵起重机将物料吊起，按地面指挥，通过空间运行，将吊物放到指定位置摘钩、卸料。 每一次吊运循环，都必须是多人合作完成，无论哪个环节出问题，都可能发生意外。 (5)作业条件复杂多变，在车间内，地面设备多，人员集中；在室内，受气候、气象条件和场地限制的影响，特别是流动式起重机还涉及地形和周围环境等多 因素的影响。 (6)暴露的、活动的零部件较多，在起重作业现场，大量机构与作业人员直接接触（如吊钩、钢丝绳等），容易对人身安全造成伤害。 总之，重物在空间的吊运、起重机的多机构组合运动、庞大金属结构整机移动性，以及大范围、多环节的群体运作，使起重作业的安全问题尤其突出。 起重机械今后的发展方向 近年来随着建设工程规模的不断扩大，起重安装工程量越来越大，尤其是现代化大型石油、化工、冶炼、电站、大型室内体育馆以及高层建筑的安装作业逐年增多。 因此，对大功率的工程起重机需要量日益增加，随着现代科学的发展，各种新技术、新材料、新结构、新工艺在工程起重机上得到广泛的应用。 根据国内外现有工程起重机产品和技术资料分析，近年来起重机械的发展趋势主要体现在以下几个方面 [5]。 (1)广泛应用液压技术。 由于也发传动具有体积小、质量小、结构紧凑、能无级调速、操纵简便轻巧、运输平稳和工作安全可靠等优点，因此国内外各种类型的工程起重机广泛采用液压传动。 液压技术尤其适合中小型起重机械。 本科毕业设计说明书（论文） 第 XIV 页 共 XIV 页 (2)大型化。 为了满足大型石油、化工、冶炼设备和高层建筑、大型板材、构件的安装，起重机必须向大型化发展。 (3)多用途、高效率。 由于建筑规模、使用场合条件的 复杂多变，各国开始注意一机多用途、高效能的问题。 即转换工作状态要快，能配多种工作装置（吊钩、抓斗、拉铲、电磁吸盘、抓取器、打桩设备等）；装有各种先进的安全警报、遥控、新式传动装置、工业电视及采用电子计算机等最新技术，从而极大提高了机械的工作效率。 (4)提高“三化”程度，实行专业生产。 提高“三化”程度，在不同程度上扩大了产品标准化、参数尺寸规格化（系列化）、零部件通用化的范围，为起重机械制造的机械化、自动化、连续作业提供了方便的条件。 中国对桥式起重机、轮胎式起重机和塔式起重机分别制定了基本参数系列，统一了产 品型号和等级，并制定了技术条件标准。 国外有的国家甚至废除了本国标准而直接采用国际标准（ ISO）。 起重机械的主要参数 起重机的技术参数是说明起重机工作性能的指标，表征起重机的作业能力，也是设计的依据。 起重机的主要参数有：起重量（起重力矩）、起升高度、跨度（桥式类型起重机）、幅度（臂架类型起重机）、各机构的工作速度及生产率。 (1)额定起重量 Q 和起重力矩 M 起重机在正常工作时允许起吊的物品重量和可以从起重机上取下的取物装置重量之总和称为额定起重量。 或起重机正常工作时一次起升的最大质量称为额定起重量。 额定起重量 不包括吊钩、吊环之类吊具的重量，但包括抓斗、起重电磁铁、料罐、盛钢桶、真空吸盘之类吊具的重量。 某些旋转臂架类型起重机，如塔式起重机、汽车起重机、轮胎起重机、履带起重机、铁路起重机以及门座起重机等，除起重量外还有起重力矩 M 这个参数，它是起吊重物的重量 Q 和臂架幅度 R的乘积，这个参数决定了起重机工作过程中抗倾覆稳定性的能力。 在起重力矩一定的前提下，这类起重机的起重量是随幅度变化的，这时的额定起重量是指最小幅度时的最大起重量。 额定起重量系列国家标准及国际标准见表 2所示 [2]。 表 2 额定起重量系列国家标准（ GB78387） 及国际标准（ ISO2374： 1983） 本科毕业设计说明书（论文） 第 XV 页 共 XV 页 1 1． 6 2 4 5 8 10 （ ） 12． 5 （ 14） 16 （ 18） 20 （ ） 25 （ 28） 32 （ 36） 40 （ 45） 50 （ 56） 63 （ 71） 80 （ 90） 100 （ 112） 125 （ 140） 160 （ 180） 200 （ 225） 250 （ 280） 320 （ 360） 400 （ 450） 500 （ 560） 630 （ 710） 800 （ 900） 1000 注：应避免需要括号中的起重量数值 (2)起升高度 H 起升高度是指从地面或起重机运行轨道顶面到取物装置最高起升位置的铅垂距离（吊钩取钩口中心，当取物装置使用抓斗时，则指至抓斗最低点的距离），以 H 表示，单位为 m。 当取物装置可以放到地面或轨道顶面以下时，其下方距离称为下放深度。 起升高度和下放深度之和称为总起升高度。 在确定起重机的起升高度时，除考虑起吊物品的最大高度以及需要越过障碍主高度外， 还应考虑吊具所占的高度 [2]。 表 3列出了 30～ 2500KN 电动桥式起重机起升高度系列，即 GB79165。 抓斗桥式起重机的起升高度为 16m 和 22m。 表 4 为轮胎和汽车起重机的起升高度标准。 表 3 30～ 2500KN 电动桥式起重机起升高度系列（ GB79165） 主钩起重量 / 10KN 3～ 50 80 100 125 160 200 250 起升高度 /m 主钩 12 16 20 30 20 30 20 30 24 30 19 30 16 30 副钩 14 18 22 30 22 32 22 32 26 32 21 32 18 32 本科毕业设计说明书（论文） 第 XVI 页 共 XVI 页 表 4 轮胎和汽车起重机的起升高度标准 起重量 / 10KN 3 5 8 12 16 25 40 65 100 起升高度 /m 基本臂作业 7 8 9 10 11 最长主臂作业 11 12 18 25 30 34 36 (3)跨度 L 起重机运行轨道轴线间的水平距离称为跨度，以 L 表示，单位为 m。 桥式起重机的跨度 L依厂房的跨度而定。 表 5 示出了 GB79065 规定的 30～ 2500KN 电动桥式起重机跨度的标准值。 龙门起重机的跨度，一般多由 工作需要和场地决定。 表 5 30～ 2500KN 电动桥式起重机跨度的标准值（ GB79065） 厂房跨度 Lc/m 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 起重机跨度L/m Q=30～500kn 22． 5 — 7 10 13 16 19 22 25 28 312 — Q=800～2500KN — — — 16 19 22 25 28 31 34 (4)幅度 R 对于旋转臂架式起重机，幅度及时起重机回转中心线至取物装置中心铅垂线之间的距离，用 R 表示，单位为 m。 对于非旋转臂架式起重机常用有效幅度表示，有效幅度是指臂架所在平面内的起重机内侧轮廓与取物装置铅垂线之间的距离。 如轮胎起重机是指在使用支腿侧向工作时吊钩中心线至该支腿中心线的水平距离。 (5)工作速度 V 起重机的工作速度包括起升、变幅、旋转和运行四个机构的工作速度。 对伸缩臂架式起重机还包括吊臂伸缩速度和支腿收放速度 [6]。 本科毕业设计说明书（论文） 第 XVII 页 共 XVII 页 (a)起升速度，是指取物装置的上升速度（或下降速度），单位为 m/s。 (b)变幅速度，是指 臂架式起重机的取物装置从最大幅度到最小幅度的平均线速度，单位为为 m/s。 (c)旋转速度，是指起重机旋转时每分钟的转数，单位为 r/min。 (d)运行速度，是指桥式类型起重机大车、小车的运行速度，单位为为 m/s[4]。 表 6列出了常用起重机的工作速度。 表 6 常用起重机的工作速度 起重机的工作速度 起重机类型 工作速度 /m s1 起升速度 一般用途起重机 ～ 装卸用起重机 ～ 安装用起重机 ﹤ 运行速度 桥式起重机与龙门起重机小车 ～ 装卸桥小车 3～ 4 桥式起重机大车 ～ 2 龙门起重机大车 ～ 1 门座起重机及装卸桥大车 ～ 轮胎起重机 10～ 20Km/h 汽车起重机 50～ 65Km/h 变幅速度 门座起重机（工作性） ～ 1 本科毕业设计说明书（论文） 第 XVIII 页 共 XVIII 页 浮式起重机（工作性） ～ 汽车及轮胎起重机（调整性） ～ 旋转速度 门座起重机 n≈ 2r/min 汽车及轮胎起重机 n≈ 2～ 浮游起重机 n≈ ～ 2r/min (6)生 产率 起重机在一定的工作条件下，单位时间内完成的物品作业量称为生产率。 起重机的工作机构 起重机有四个工作机构：起升机构、变幅机构、回转机构和行走机构。 因为在本次设计中只是引用了起重机的部分机构，在这里只有采用起升机构和回转机构。 起升机构 (1)起升机构的组成 起重机多采用单卷筒单轨式的起升机构，由电动机、制动器、减速器、卷筒、钢丝绳、滑轮组、吊钩等组成，如图 1所示。 电动机、减速器、卷筒多布置在塔身下部的卷扬机房里，通过钢丝绳与起重臂顶端的滑轮组相联系。 带有平衡臂的运行小车式（如自升附 着式）的起升机构布置在平衡臂上 [6]。 (2)起升机构的工作原理 如图 9 所示。 升降吊钩时，需打开制动器 4，使电动机 1 输出的动力经联轴器 2和减速器 3 驱动起升卷筒 6 旋转，收放钢丝绳 10 带动吊钩 7 升降；当升降到预定高度后则停止电机转动，同时制动器 4制动，使传动轴减速并最终停止转动，吊钩及重物就可以停止在空中，完成起升运动。 减速箱上的操纵手柄 5 拨到另一位置时，动力改由卷筒 6 输出，实现架设绳的收放。 本科毕业设计说明书（论文） 第 XIX 页 共 XIX 页 图 9 起升机构简图 1— 电动机； 2— 离合器； 3— 联轴器； 4— 制动器； 5— 减速器； 6— 卷筒； 7— 吊钩； 8— 滑轮组 ； 9— 导向滑轮； 10— 钢丝绳 (3) 起升机构的起吊货物的过程 起升机构工作是，由地面起吊货物的过程，可以分为三个阶段： 第一阶段，开动起升机构，卷筒卷绕松弛的起升绳，知道起重绳被拉直但仍不受力，此时起升机构可认为已处于稳定运动状。