門座式起重機(jī)課程設(shè)計畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)論文（設(shè)計）word格式

1、課程設(shè)計（第三組）任務(wù)書課程設(shè)計內(nèi)容與要求：rmaxrminhabcdefgs27.5614.28.16.32422.449.50.416.5目錄第一章 門座式起重機(jī)概述概述····························（2）第一節(jié) 起重機(jī)概述·····

2、83;························（2）第二節(jié) 國內(nèi)外起重機(jī)發(fā)展情況分析················（3）第三節(jié) 門座起重機(jī)的構(gòu)造原理及分類···

3、···········（6）第四節(jié) 門座式起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)··················（8）第二章 門座起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)···············&

4、#183;···········（14）第一節(jié) 變幅機(jī)構(gòu)概述····························（14）第二節(jié) 載重水平位移的補(bǔ)償原理····

5、3;·············（15）第三節(jié) 臂架自重平衡的補(bǔ)償原理··················（16）第四節(jié) 變幅機(jī)構(gòu)的傳動形式············

6、3;·········（17）第五節(jié) 變幅緩沖裝置····························（19）第3章 四連桿式門座起重機(jī)臂架及平衡重系統(tǒng)設(shè)計······

7、;···（20）第1節(jié) 四連桿門座起重機(jī)臂架簡介···············（20）第2節(jié) 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型·····················（21）第4章 四連桿式變幅機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析及matla

8、b優(yōu)化設(shè)計··（30） 第一節(jié) 四連桿變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析···············（30） 第二節(jié) 優(yōu)化分析及優(yōu)化結(jié)果·····················（30） 第三節(jié) 象鼻梁m點(diǎn)軌跡繪制的matlab程序及

9、軌跡圖 （33）第5章 設(shè)計小結(jié)·······································（40）參考文獻(xiàn)·······

10、········································（41）第一章 門座起重機(jī)概述第一節(jié) 起重機(jī)概述起重機(jī)(crane)屬于起重機(jī)械的一種，是一種作循環(huán)、間歇運(yùn)動的機(jī)械。一

11、個工作循環(huán)包括：取物裝置從取物地把物品提起，然后水平移動到指定地點(diǎn)降下物品，接著進(jìn)行反向運(yùn)動，使取物裝置返回原位，以便進(jìn)行下一次循環(huán)。門座起重機(jī)是隨著港口事業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來的1890年,第一次將幅度不可變的固定式可旋轉(zhuǎn)臂架型起重機(jī)裝在橫跨于窄碼頭上方的運(yùn)行式半門座上，成為早期的港用半門座起重機(jī)隨著碼頭寬度的加大,門座和半門座起重機(jī)并列發(fā)展，并普遍采用俯仰臂架和水平變幅系統(tǒng)。第二次世界大戰(zhàn)后，港用門座起重機(jī)迅速發(fā)展為便于多臺起重機(jī)對同一條船進(jìn)行并列工作,普遍采用了轉(zhuǎn)動部分與立柱體相連的轉(zhuǎn)柱式門座起重機(jī)(圖1轉(zhuǎn)柱式門座起重機(jī)),或轉(zhuǎn)動部分通過大軸承與門座相連的滾動軸承式支承回轉(zhuǎn)裝置,以減小轉(zhuǎn)動部

12、分的尾徑,并采用了減小碼頭掩蓋面（門座主體對地面的投影）的門座結(jié)構(gòu)。在發(fā)展過程中，門座起重機(jī)還逐步推廣應(yīng)用到作業(yè)條件與港口相近的船臺和水電站工地等處。 門座起重機(jī)是港口碼頭數(shù)量和使用最多的、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)構(gòu)最多的、最典型的電動裝卸機(jī)械。它具有較好的工作性能和獨(dú)特的優(yōu)越結(jié)構(gòu)，通用性好，被廣泛地用在港口雜貨碼頭。門座起重機(jī)的工作機(jī)構(gòu)具有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，起升速度可達(dá)1.17m/s，變幅速度可達(dá)0.92m/s，使用率高，每晝夜可達(dá)22h，臺時效率也很高，一般可達(dá)100t/h以上；它的結(jié)構(gòu)是立體的，不多占用碼頭的面積，具有高大的門架和較長距離的伸臂，因而具有較大的起升高度和工作幅度，能滿足港口、碼頭、船舶

13、和車輛的機(jī)械化裝卸、轉(zhuǎn)載，充分使用港口、碼頭場地，適應(yīng)船舶的空載、滿載作業(yè)，以及地面車輛的通行要求；還具有高速靈活、安全可靠的裝卸能力，對提高裝卸生產(chǎn)率，減輕繁重的體力勞動都具有重大的意義。但門座起重機(jī)也有它的缺點(diǎn)，如造價高，用鋼鐵材料多，要較大的電力供給，一般輪壓較大，需要堅固的地基，附屬設(shè)備也較多，如變電所、電纜、地道、坑道、電源等。 第二節(jié) 國內(nèi)外起重機(jī)發(fā)展情況分析1.2.1 國外起重機(jī)市場分析近20年世界起重機(jī)行業(yè)發(fā)生了很大變化。rt（越野輪胎起重機(jī)）和at（全地面起重機(jī)）產(chǎn)品的迅速發(fā)展，打破了原有產(chǎn)品與市場格局，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下，導(dǎo)致世界市場進(jìn)一步趨向一體化。目前世界工

14、程起重機(jī)年銷售額已達(dá)75億美元左右。主要生產(chǎn)國為美國、日本、德國、法國、意大利等，世界頂級公司有10多家，世界市場主要集中在北美、日本/亞洲和歐洲。美國既是生產(chǎn)工程起重機(jī)的主要國家，又是最大的世界市場之一。由于日本、德國起重機(jī)工業(yè)的迅速發(fā)展及rt和at產(chǎn)品的興起，美國廠商曾在6070年代世界市場中占有的主導(dǎo)地位受到削弱，從而形成美國、日本和德國三足鼎立之勢。近幾年美國經(jīng)濟(jì)回升，市場活躍，外國廠商紛紛參與競爭。美國制造商的實(shí)力也有所增強(qiáng)，特雷克斯起重機(jī)公司的崛起即是例證。特雷克斯起重機(jī)公司前身是美國科林起重機(jī)廠。1995年以來，通過一系列的兼并活動，已發(fā)展成為世界頂級公司之一。年銷售額從1992

15、年的5000萬美元猛增到1998年的7.71億美元，1999年有望突破10億美元。日本從70年代起成為工程起重機(jī)生產(chǎn)大國，產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量提高很快，已出口到歐美市場，年總產(chǎn)量居世界第一。自1992年以來，由于受日元升值、國內(nèi)基建投資下降和亞洲金融危機(jī)影響，年產(chǎn)量呈下降趨勢。年總產(chǎn)值從1991年約5100億日元下降到1997年的3100億日元左右，1998年又比1997年下降1/3以上。1998年日本工程起重機(jī)總產(chǎn)量為25560臺，其中，rt產(chǎn)品2087臺，汽車起重機(jī)820臺，履帶起重機(jī)692臺，隨車起重機(jī)15032臺，其他兩類機(jī)種共7029臺。rt產(chǎn)品年總產(chǎn)值達(dá)550億日元，為各機(jī)種之首，其次為

16、履帶起重機(jī)，約400億日元。1991年日本5t以上的輪式起重機(jī)市場總銷售量達(dá)6700臺，目前日本市場年需求量為3000臺。歐洲市場是潛力很大的市場。歐洲各工業(yè)國既是工程起重機(jī)的出口國，也是重要的進(jìn)口國。德國是最大的歐洲市場，其次為英國、法國、意大利等國。在德國at產(chǎn)品市場份額中，利勃海爾占53%，格魯夫占16%，德馬泰克占14%，多田野和特雷克斯各占10%和5%。1.2.2 國內(nèi)起重機(jī)發(fā)展情況分析今天，起重機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀日漸繁盛，逐漸被越來越多的人士關(guān)注，發(fā)展也越來越好，現(xiàn)在中國是世界上最大的起重機(jī)市場。中國目前共有起重機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)約500家。 從2001年開始，受益于出口持續(xù)高速增長、冶金行業(yè)的

17、持續(xù)發(fā)展、高速增長的房地產(chǎn)市場等積極因素的拉動，中國起重機(jī)行業(yè)持續(xù)保持著快速發(fā)展，從產(chǎn)量上看，2001-2007年起重設(shè)備復(fù)合增長率高達(dá)36%。2009年起重運(yùn)輸設(shè)備行業(yè)出口規(guī)模為35.68億美元，比2008年下降了12%；同時起重機(jī)械行業(yè)外貿(mào)依存度為10%；出口比例最高的產(chǎn)品是集裝箱裝卸橋，占42%，其次是龍門式起重機(jī)，占19%；從出口國家來看，2009年起重運(yùn)輸設(shè)備行業(yè)出口國家比較分散，主要國家是是韓國、印尼和西班牙。第三節(jié) 門座式起重機(jī)的構(gòu)造原理及其分類1.3.1 構(gòu)造及原理門座起重機(jī)又簡稱為門吊、門機(jī)，是電力驅(qū)動、有軌運(yùn)行的臂架類起重機(jī)之一。它的構(gòu)造大體上可以分為兩大部分：上部旋轉(zhuǎn)部分

18、和下部運(yùn)行部分。上部旋轉(zhuǎn)部分安裝在一個高大的門形底架（門架）上，并相對于下部運(yùn)行部分可以實(shí)現(xiàn)360°任意旋轉(zhuǎn)。門架可以沿軌道運(yùn)行，同時它又是起重機(jī)的承重部分。起重機(jī)的自重和吊重均由門架承受，并由它傳到地面軌道上。門座起重機(jī)正是由此門形底座而得名的。門座起重機(jī)的上部旋轉(zhuǎn)部分包括臂架系統(tǒng)、人字架、旋轉(zhuǎn)平臺、司機(jī)室等，還安裝有起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。下部運(yùn)行部分主要由門架和運(yùn)行機(jī)構(gòu)組成。門架底部能通火車，軌距有3種：能通過一列火車軌距為6m，稱單線門架，能通過并排兩列火車的軌距為10.5m，稱雙線門架，能通過并排三列火車的軌距為16m，稱三線門架。碼頭前沿的門座起重機(jī)門架多屬雙線門架

19、。門座底部裝有行車車輪或運(yùn)行臺車，運(yùn)行機(jī)構(gòu)使整臺起重機(jī)可以沿著地面上的軌道運(yùn)行。門座起重機(jī)的工作原理是：通過起升、變幅、旋轉(zhuǎn)3種運(yùn)動的組合，可以在一個環(huán)形圓柱體空間實(shí)現(xiàn)物品的升降、移動，并通過運(yùn)行機(jī)構(gòu)調(diào)整整機(jī)的工作位置，故可以在較大的作業(yè)范圍內(nèi)滿足運(yùn)移物品的需要。圖1-7 起重機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖1.3.2 分類 門座起重機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型的不同，可分為下面幾種： 1.以門架的結(jié)構(gòu)類型為主要標(biāo)志門座起重機(jī)可以分為全門座和半門座起重機(jī)。后者不具備完整的門架，它的兩條運(yùn)行軌道不在同一水平面上，一條鋪設(shè)在地面上，另一條鋪設(shè)在庫房或特設(shè)的棧橋上。2以起重臂的結(jié)構(gòu)類型為主要標(biāo)志門座起重機(jī)可分為四連桿組合臂架式門座起重

20、機(jī)和單臂架式門座起重機(jī)兩種。前者的最大優(yōu)點(diǎn)是臂架下面的凈空高度較大，因而在一定的起升高度要求下，起重機(jī)的總高度較低，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量較大，而單臂則與上述相反。目前，國內(nèi)大多采用四連桿組合臂架式起重機(jī)。3.以上部旋轉(zhuǎn)部分相對下部運(yùn)行部分旋轉(zhuǎn)的支承裝置的結(jié)構(gòu)類型為主要標(biāo)志門座起重機(jī)可分為轉(zhuǎn)柱式門座起重機(jī)、定柱式門座起重機(jī)、轉(zhuǎn)盤式門座起重機(jī)和大軸承式門座起重機(jī)。轉(zhuǎn)盤式門座起重機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造困難，目前較少采用；轉(zhuǎn)柱式和定柱式整體穩(wěn)定性好，是目前常用的形式，其中轉(zhuǎn)柱式應(yīng)用最多；大軸承式結(jié)構(gòu)新穎、構(gòu)件少，重量輕，具有廣闊的發(fā)展前景。第四節(jié) 門座起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)門座起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)是說明門座起重機(jī)工作

21、性能的指標(biāo)，也是設(shè)計和選用起重機(jī)的依據(jù)。起重機(jī)的主要參數(shù)有：起重量、幅度、起升高度、各機(jī)構(gòu)的工作速度、工作級別及生產(chǎn)率。此外，軌距、基距、外形尺寸、最大輪壓、自重等也是重要參數(shù)。以m1030港口門座起重機(jī)為例。表1-1 給出了該型門機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。表1-1 m10-30型港口門座起重機(jī)技術(shù)性能表起重量（t）10起升高度（m）吊鉤25抓斗16幅度（m）最大30最小8.5軌距（m）10.5基距（m）10.5起升速度（m/min）60（最小下降3.5）變幅速度（m/min）52回轉(zhuǎn)速度（r/min）1.48運(yùn)行速度（m/min）27電動機(jī)型號起升jzr272-10變幅jzr252-8回轉(zhuǎn)jzr25

22、1-8運(yùn)行jzr231-6最大輪壓（kn）221起重機(jī)最大高度（m）45起重機(jī)總重（t）1951.4.1 起重量起重量是指起重機(jī)安全工作時所允許的最大起吊貨物的質(zhì)量，單位為“kg”或“t”，用“q”表示。起重量不包括吊鉤、吊環(huán)之類吊具的質(zhì)量，但包括抓斗、料斗、料罐、工屬具之類吊具的質(zhì)量。在每一臺起重機(jī)上都必須明確標(biāo)出其起重量的數(shù)值。起重機(jī)起重量己有國家標(biāo)準(zhǔn)系列。表1-2列出門座起重機(jī)起重量系列。表1-2 門座起重機(jī)重量系列（jb77365）t351016254063100160 制造廠從使用角度出發(fā)，為了使用方便，提高工作效率，吊重與起重量相匹配。當(dāng)起重量較大時，配有兩套起升機(jī)構(gòu)。其中，起重量

23、較大的稱為主起升機(jī)構(gòu)或主鉤，起重量較小的稱為副起升機(jī)構(gòu)或副鉤。副鉤的起升速度較快，可以提高輕貨的吊運(yùn)效率。主、副鉤的起重量用一個分?jǐn)?shù)來表示。例如15/3t，表示主鉤的起重量為15t，副鉤的起重量為3t。某些門座起重機(jī)的起重量是隨幅度變化的，這時的額定起重量是指最小幅度時的最大起重量，有時也用幾個數(shù)分別表示幾個幅度范圍內(nèi)的起重量。如16t門座起重機(jī)的標(biāo)注：16/10922/30。意為在922m幅度內(nèi)起重量為16t，在930m幅度內(nèi)起重量為10t。1.4.2 幅度幅度是指起重機(jī)旋轉(zhuǎn)軸線至取物裝置中心線之間的距離，單位是“m”，用“r”表示。絕大多數(shù)起重機(jī)的幅度是隨起重臂所處的位置在一定范圍內(nèi)變化的

24、。當(dāng)起重臂外伸處于最遠(yuǎn)極限位置時，從起重機(jī)旋轉(zhuǎn)中心到取物裝置中心線中間的距離稱為最大幅度（rmax）；當(dāng)起重臂收回處于最近極限位置時，從起重機(jī)旋轉(zhuǎn)中心到取物裝置中心線之間的距離稱為最小幅度（rmin）。旋轉(zhuǎn)起重機(jī)的幅度是在最小幅度和最大幅度之間變化的。這類起重機(jī)的名義幅度指的是最大幅度值。起重機(jī)的幅度不是一個孤立的參數(shù)，與起重量密切相關(guān)。一般情況下，隨著幅度的增加，起重量減少，從設(shè)計方面考慮，起重機(jī)的幅度根據(jù)所需求的工作范圍確定。港口門座起重機(jī)的最大幅度根據(jù)船舶尺寸確定。隨著海運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，船舶噸位和尺寸在不斷增大，相應(yīng)地要求起重機(jī)的工作幅度和起重量不斷加大。最小幅度受到起重機(jī)的構(gòu)造限制，應(yīng)力

25、減小，從而擴(kuò)大工作范圍。例如，國產(chǎn)港口門座起重機(jī)的最大幅度從20世紀(jì)60年代的25m已增加到現(xiàn)在的35m。1.4.3 起升高度 起升高度是指起重機(jī)取物裝置上下極限位置之間的距離，單位是“m”，用“h”表示。下極限位置通常取為工作場地的場面或運(yùn)行軌道頂面，吊鉤以鉤口中心為準(zhǔn)，抓斗以最低點(diǎn)為準(zhǔn)。港口門座起重機(jī)的取物裝置必須下降到船艙底工作，它的下極限位量在地面以下，此時，需要標(biāo)出軌面上和軌面下的起升高度，分別用h上和h下表示，h上十h下h。如m1030門座起重機(jī)起升高度h為43 m，其中軌面以上起升高度h上為28m，軌面以下起升高度h下為15m。在確定起重機(jī)的起升高度時，要考慮到下列因素：起吊物品

26、的最大高度、需要越過障礙的高度、吊具所占的高度等。對于港口門座起重機(jī)還要考慮船舶在低潮、高潮、空載、滿載時的不同情況。1.4.4 工作速度 起重機(jī)的工作速度包括起升、變幅、旋轉(zhuǎn)和運(yùn)行4個機(jī)構(gòu)的工作速度。起升速度是指起吊額定重量的物品時，吊具上升的速度，單位是“m/s”，用“v升”表示。起升速度通常都很高，因?yàn)樗P(guān)系到起重機(jī)的生產(chǎn)率。但起升速度常常受到電動機(jī)功率限制，大致與起重量成反比，即： q·v升常數(shù)旋轉(zhuǎn)速度是指起重機(jī)旋轉(zhuǎn)部分每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位是“r/min”，用n旋表示。旋轉(zhuǎn)速度規(guī)定：起重機(jī)在水平場地上，10m高度處的風(fēng)速在3m/s以上，臂架處于最大幅度且?guī)лd時的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)速度的

27、快慢要適宜，若旋轉(zhuǎn)速度太快，則很難使貨物保持平穩(wěn)，裝卸時不安全；若旋轉(zhuǎn)速度太慢，則影響裝卸效率，不適應(yīng)港口裝卸作業(yè)的要求。門座起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度一般控制在2r/min左右。變幅速度是指吊具自最大幅度至最小幅度間的平均速度，單位是“m/s”，用“v變”表示。門座起重機(jī)的變幅速度一般控制在o.750.92m/s之間。運(yùn)行速度是指整臺起重機(jī)沿固定軌面每秒鐘運(yùn)行的距離，單位是“m/s”，用“v行”表示。門座起重機(jī)大車在裝卸作業(yè)中是不需運(yùn)行的，只有當(dāng)調(diào)整位置時才需大車運(yùn)行。大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)是屬于非工作性的，故大車運(yùn)行速度不太高，一般控制在0330.5m/s。起重機(jī)的各工作機(jī)構(gòu)，其工作速度應(yīng)相互協(xié)調(diào)，以免因某一

28、機(jī)構(gòu)太快或太慢而影響起重機(jī)的整個工作循環(huán)時間。1.4.5 生產(chǎn)率 生產(chǎn)率是表明起重機(jī)工作能力的重要指標(biāo)，單位是“t/h”，通常以符號“a”表示。 起重機(jī)的生產(chǎn)率，不僅決定于起重機(jī)本身的性能（起重量、工作速度、工作行程等），而且與貨物的種類、工作條件、生產(chǎn)組織以及司機(jī)的熟練程度等多種因素有關(guān)。理論上，生產(chǎn)率可用下式計算。對于件雜貨： an·q平 對于散貨： an·v·r·式中：n-每小時循環(huán)次數(shù)； q平-每次吊運(yùn)貨物的平均重量，t； -充填系數(shù)，一般取為0.85； v -抓斗額定容積，m3； r -散粒物料的容重，tm31.4.6 軌距軌距指的是門座起重機(jī)

29、大車運(yùn)行軌道中心線之間的水平距離，單位是“m”。港口碼頭上的門座起重機(jī)的軌距多數(shù)是105m的。1.4.7 基距基距是指起重機(jī)同一軌道上前后兩組行走輪中心線之間的距離，單位是“m”。軌距和基距的數(shù)值對有些起重機(jī)設(shè)計時選取是一樣的。例如m1030門座起重機(jī)，基距和軌距就是相等的，都是105m。 1.4.8 輪距輪距是指起重機(jī)相鄰兩軸心線之問的距離，單位是“m”。 1.4.9 輪壓所謂輪壓就是起重機(jī)的一個運(yùn)行車輪對運(yùn)行軌道的壓力。它是設(shè)計車輪裝置的依據(jù)，是軌道支承結(jié)構(gòu)和土建設(shè)計的重要原始數(shù)據(jù)。起重機(jī)每條支腿上的壓力都不是一個常數(shù)。門座起重機(jī)由于臂架的幅度及旋轉(zhuǎn)角度的改變，引起支腿的壓力變化。因此，要

30、在最不利工作條件下或最不利非工作條件下算出支腿最大腿壓，從而求出最大輪壓，最大輪壓不能超過碼頭的承載能力。則受到起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度的限制。1.4.10 外形尺寸在這里僅以10t港口門座起重機(jī)為例。門座起重機(jī)的外形尺寸是指起重機(jī)外部的輪廓尺寸，主要包括最小幅度時起重臂最高點(diǎn)距軌道頂面的尺寸、最大幅度時起重臂最遠(yuǎn)點(diǎn)距旋轉(zhuǎn)中心線的尺寸、尾部旋轉(zhuǎn)半徑尺寸、門架凈空尺寸、司機(jī)室高度以及在一條運(yùn)行軌道上運(yùn)行機(jī)構(gòu)臺車的邊緣長度等（見圖1-8）。圖1-8 m1030門座起重機(jī)總圖 電纜卷筒；2.轉(zhuǎn)柱；3.門座；4.轉(zhuǎn)臺；5.機(jī)器房；6.起重量限制器；7.變幅機(jī)構(gòu)；8.臂架系統(tǒng)；9.防轉(zhuǎn)裝置；10.吊鉤裝

31、置；11.抓斗穩(wěn)定器；12.抓斗；13.司機(jī)室；14.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；15.起升機(jī)構(gòu)；16.運(yùn)行機(jī)構(gòu)第二章 門座起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)第一節(jié) 變幅機(jī)構(gòu)概述2.1.1 變幅機(jī)構(gòu)的分類變幅機(jī)構(gòu)是用來實(shí)現(xiàn)臂架俯仰，以改變工作幅度的機(jī)構(gòu)。它主要有兩個方面的作用：一是在滿足起重機(jī)工作穩(wěn)定性的條件下，改變幅度，以調(diào)整起重機(jī)有效起重量或調(diào)整取物裝置工作位置；二是在起重量的最大幅度與最小幅度之間運(yùn)移貨物，以擴(kuò)大起重機(jī)的作業(yè)范圍。港口裝卸用門座起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的作用主要是指后者，它與其他機(jī)構(gòu)聯(lián)合作業(yè)，實(shí)現(xiàn)貨物的運(yùn)移。1.變幅機(jī)構(gòu)根據(jù)變幅方法可分為兩種基本形式：運(yùn)行小車式和擺動臂架式。運(yùn)行小車式變幅機(jī)構(gòu)用于小型固定式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)

32、，作為制造和修理車間的小型起重機(jī)設(shè)備，在港口裝卸作業(yè)中很少采用。擺動臂架式變幅機(jī)構(gòu)，幅度的改變是靠擺動臂來實(shí)現(xiàn)的。港口門座起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)幾乎全屬此類。擺動臂架式變幅機(jī)構(gòu)主要由擺動臂架、驅(qū)動裝置、傳動裝置、制動裝置所組成。此外，還有操縱設(shè)備、安全裝置等。3.根據(jù)變幅機(jī)構(gòu)的工作性質(zhì)有可分為非工作性變幅機(jī)構(gòu)和工作性變幅機(jī)構(gòu)。非工作性變幅機(jī)構(gòu)只是用來調(diào)整幅度，在裝卸作業(yè)中，幅度不變。工作性幅度機(jī)構(gòu)在裝卸作業(yè)時，通過改變幅度來運(yùn)移貨物，以擴(kuò)大起重機(jī)的服務(wù)面積和提高工作機(jī)動性。港口起重機(jī)為提高裝卸效率，要求變幅機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)工作性變幅。其特征是：這種變幅是在帶載條件下進(jìn)行的，變幅頻繁，變幅過程成為起重機(jī)每

33、一個工作循環(huán)的主要工序之一，變幅速度對裝卸生產(chǎn)率有直接的影響，故在這類變幅機(jī)構(gòu)中，一般都應(yīng)采用較高的變幅速度，以提高裝卸生產(chǎn)率。2.1.2、對工作性變幅機(jī)構(gòu)的要求 為了適應(yīng)工作性變幅的需要，變幅機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足下面兩點(diǎn)要求：1載重水平位移 使載重在變幅過程中沿水平線或接近于水平線的軌跡移動。2臂架自重平衡 使臂架系統(tǒng)的總重心高度在變幅過程中保持不變或變化很小。第二節(jié) 載重水平位移的補(bǔ)償原理為使載重在變幅過程中沿水平線或近似水平線移動，可以采用多種形式來達(dá)到，但基本上可以歸納為兩種類型：起升繩補(bǔ)償法和組合臂架法。在這里主要向大家介紹一下港口常用的組合臂架法。組合臂架法的基本原理是：采用組合式臂架，依靠

34、組合臂架端點(diǎn)在變幅過程中，沿水平或接近水平線的軌跡移動，從而使載重在變幅過程中的高度不變或變化很小。組合臂架法最常見的有兩種：剛性拉桿式組合臂架和撓性拉索帶曲線形象鼻架式組合臂架。港口裝卸生產(chǎn)使用的門座起重機(jī)大多采用剛性拉桿式組合臂架四連桿機(jī)構(gòu)。圖2-1 剛性拉桿的組合臂架補(bǔ)償原理圖2-1所示為采用剛性拉桿式組合臂架來使載重水平變幅的補(bǔ)償原理圖。組合臂架是由主臂架、直線型象鼻架和剛性拉桿三部分組成的。連同機(jī)架ea一起考慮，組合臂架實(shí)際上構(gòu)成一個四連桿機(jī)構(gòu)。其補(bǔ)償原理是：當(dāng)臂架擺動時，象鼻架端部滑輪的軌跡是一個雙葉曲線，如果臂架系統(tǒng)的尺寸和支點(diǎn)e、a的位置選擇適宜，則在雙葉曲線中相當(dāng)于起重機(jī)有效

35、工作幅度的ef部分，接近一水平線。因此，臂架端點(diǎn)在變幅過程中，接近于水平線移動。此時，如果起升繩平行于主臂架（或剛性拉桿）布置，則在變幅過程中，起升繩的各部分長度均不發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)載重接近于水平線移動。這種方案的主要優(yōu)點(diǎn)是：臂架下的工作空間較大，鋼絲繩的懸掛長度不變，貨載擺動現(xiàn)象減小。其缺點(diǎn)是：臂架為葙型結(jié)構(gòu)，自重較重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，迎風(fēng)面積也較大，在變幅過程中，臂架難以沿嚴(yán)格的水平線變幅。第三節(jié) 臂架自重平衡的補(bǔ)償原理利用臂架的俯仰來改變幅度時，臂架系統(tǒng)重心的高度也在不斷的變化，為了使臂架系統(tǒng)的重心盡可能不發(fā)生升降現(xiàn)象，以免由于重心升降時需要做功而引起變幅機(jī)構(gòu)驅(qū)動功率的增大，可以采用多種構(gòu)造

36、形式來達(dá)到。在這里只向大家介紹港口普遍采用的利用活配重使臂架系統(tǒng)合成重心位置在變幅過程中，接近于水平線的軌跡移動的方案。圖2-2 杠桿-活配重法臂架平衡系統(tǒng)工作原理圖圖2-2所示為利用桿杠活配重法來獲得臂架自重平衡的工作原理簡圖。活配重與臂架分離，繞各自鉸軸擺動，采用杠桿連接使之組成非平行四邊形的四桿機(jī)構(gòu)。這種平衡法的基本原理為：不再是保持臂架和配重的合成重心位置不變，而是根據(jù)變幅過程中，臂架位能的增加（或減少）值等于活配重位能相應(yīng)地減少（或增加）值，使臂架系統(tǒng)在各個變幅位置保持總位能不變。這種方案與尾重法相比較，在臂架擺動角度相同的條件下：活配重擺動角度顯著增大，從而增大了活配重的升降高度，

37、以至于減輕了活配重的重量。同時它把臂架系統(tǒng)分成臂架與配重兩部分，配重被移到起重機(jī)旋轉(zhuǎn)中心線較遠(yuǎn)的地方，兩者用杠桿聯(lián)系起來，由于杠桿的放大原理，使配重重量大大地減輕，并可充分發(fā)揮配重對起重機(jī)穩(wěn)定性的作用，它在總體布置上，要比尾重法方便得多。但是這種平衡方案不能做到臂架系統(tǒng)的完全平衡。只要把四桿機(jī)構(gòu)的尺寸和配重的重量選得合適，可以使誤差縮減到很小的程度，安全能滿足對臂架平衡系統(tǒng)提出的要求。由于這種方案優(yōu)點(diǎn)較多，因此，目前應(yīng)用最普遍，門座起重機(jī)基本上都采用此種平衡方法。第四節(jié) 變幅機(jī)構(gòu)的傳動形式為使臂架繞其鉸軸擺動來改變起吊貨物的位置，就必須有一套專門的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。根據(jù)變幅機(jī)構(gòu)工作性質(zhì)和要求不同，出現(xiàn)

38、了多種傳動機(jī)構(gòu)，如齒條、螺桿螺母、液壓等。2.4.1 螺桿螺母變幅驅(qū)動機(jī)構(gòu)圖2-3 螺桿螺母傳動變幅機(jī)構(gòu)筒圖1.電動機(jī)；2減速器；3轉(zhuǎn)動的螺母；4不轉(zhuǎn)動的螺桿；5臂架；6轉(zhuǎn)動的螺桿；7不轉(zhuǎn)動的螺母圖2-3為螺桿螺母傳動變幅機(jī)構(gòu)筒圖。這種傳動方案的主要優(yōu)點(diǎn)是：由于螺桿螺母傳動本身具有很大的傳動比，因而使整個傳動裝置緊湊、重量輕、變幅平穩(wěn)無沖擊。主要缺點(diǎn)是：效率低，非密封條件下工作或潤滑不良時，磨損快，螺母的螺紋磨損后不易檢查。如果沒有可靠的安全保護(hù)裝置，臂架也有超程墜落的危瞼。近來出現(xiàn)的滾珠螺桿（見圖2-4）能夠克服上述的這些缺點(diǎn)。這是一種有前途的變幅傳動方式。但由于制造工藝復(fù)雜，還沒有廣泛采用

39、。圖2-4 滾動螺桿1-支座；2-鍵槽；2-螺桿；4-滾珠；5-驅(qū)動齒輪；6-軸承；7-螺母2.4.2 齒條變幅驅(qū)動機(jī)構(gòu)圖2-5為齒條傳動的變幅機(jī)構(gòu)簡圖。臂架直接由齒條推動，齒條則由裝設(shè)在機(jī)器房頂上的電動機(jī)通過一個封閉式的三級圓柱齒輪減速器減速后，帶動一個小齒輪，由小齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動驅(qū)動齒條做直線運(yùn)動，從而推動臂架繞其軸心擺動。對于較大型的起重機(jī)，齒條常制成針齒的形狀，以便制造和維修工作。圖2-5 齒條傳動的變幅機(jī)構(gòu)驅(qū)動簡圖1-電動機(jī)；2-液壓推桿制動器；2-圓柱齒輪減速器；4-齒型連軸節(jié)；5-齒條因?yàn)樵谧兎鶗r振動和沖擊都較大，所以在齒條頭部裝設(shè)橡膠緩沖裝置或液壓緩沖裝置。另外，為了避免由于齒條

40、超程而使臂架脫落，確保變幅機(jī)構(gòu)安全工作，齒條在變幅有效區(qū)段內(nèi)兩端都設(shè)有行程開關(guān)。這種傳動方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，可以雙向受力，效率高。缺點(diǎn)是：因?yàn)榇嬖邶X間間隙，起、制動時有沖擊；齒條傳動是開式傳動，工作條件差，所以齒面易磨損。這種傳動方式由于可以在效率較高的前提下，獲得相當(dāng)緊湊的結(jié)構(gòu)，因而，在工作性變幅機(jī)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。第五節(jié) 變幅緩沖裝置在臂架類起重機(jī)中，由于臂架系統(tǒng)自重和起吊貨物的重量，使得變幅機(jī)構(gòu)工作時起、制動產(chǎn)生的沖擊很大，為了減緩沖擊和振動，必須在變幅機(jī)構(gòu)中安裝緩沖裝置。常用的緩沖裝置有彈簧緩沖器、橡膠緩沖器、液壓彈簧緩沖器（圖2-6）。彈簧緩沖器內(nèi)部彈簧為螺旋式壓力

41、彈簧。這種緩沖器構(gòu)造簡單，維護(hù)修理簡單，使用壽命長。其工作原理是：彈簧受壓，吸收能量減少沖擊。橡膠緩沖器內(nèi)部有一組特制的橡膠墊，每塊橡膠墊之間有一個金屬墊隔離。為了增加橡膠墊的使用壽命，在其中間加入一個金屬墊片。這種緩沖器緩沖效果好，但對橡膠質(zhì)量要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，修理麻煩。其工作原理是橡膠墊受壓縮變形，吸收能量，減少沖擊。液壓彈簧緩沖器由阻尼油缸和緩沖彈簧制成的。阻尼油缸的阻尼大小可通過調(diào)整活塞兩側(cè)節(jié)流閥的開度來達(dá)到的。它的工作原理是依靠阻尼油缸的工作油節(jié)流發(fā)熱，吸收能量和彈簧壓縮變形吸收能量來減少沖擊。圖2-6 液壓彈簧緩沖器1-活塞；2-缸體；2-節(jié)流閥；4-密封圈；5-彈簧；6-限位套筒

42、；7-調(diào)節(jié)螺栓第三章 四連桿式門座起重機(jī)臂架及平衡重系統(tǒng)設(shè)計第一節(jié) 四連桿鉸接組合臂架簡介四連桿鉸接組合臂架（圖 3-1）是目前應(yīng)用較廣泛的門座起重機(jī)水平變幅裝置之一。在門座 起重機(jī)中，從取物裝置中心線到起重機(jī)旋轉(zhuǎn)中心線之間的距離，稱為起重機(jī)的幅度。用來改 變幅度的機(jī)構(gòu)，稱為起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)。在現(xiàn)代生產(chǎn)中大多要求實(shí)現(xiàn)工作性帶載變幅。為了 盡可能降低變幅機(jī)構(gòu)的驅(qū)動功率和提高機(jī)構(gòu)的操作性能，目前普遍采用下列兩項(xiàng)措施：一、 載重水平位移：為使物品在變幅過程中沿著水平線或接近水平線的軌跡運(yùn)動，采用物品升降 補(bǔ)償裝置。二、臂架自重平衡：為使臂架裝置的總中心的高度在變幅過程中不變或變化較小， 采用臂架平衡

43、系統(tǒng)（本文采用杠桿式活動對重）。優(yōu)化設(shè)計方法，就是將多種影響因素（設(shè)計 要求）按照一定形式建立目標(biāo)函數(shù)，并在各種約束條件下，直接求出目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)時的 解，這個解就是我們所要求的最優(yōu)化設(shè)計方案。另外本文將變幅拉桿也一起進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。圖3-1 四連桿鉸接組合臂架下面詳細(xì)介紹了如何建立優(yōu)化設(shè)計所需的數(shù)學(xué)模型，基于 matlab 的優(yōu)化設(shè)計計算方法。第二節(jié) 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型優(yōu)化設(shè)計就是根據(jù)設(shè)計要求提出的多項(xiàng)指標(biāo)建立目標(biāo)函數(shù)，在滿足結(jié)構(gòu)、工藝、載荷及 其重量限制等約束條件下，選取設(shè)計變量，使目標(biāo)函數(shù)取得最優(yōu)值。因此，設(shè)計變量、目標(biāo) 函數(shù)、約束條件是構(gòu)成一個優(yōu)化設(shè)計問題的三個重要概念。圖3-2所示為

44、四連桿臂架系統(tǒng)，已知最小和最大幅度 s min 、 s max ，起升高度 h（須注意分 別減去起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心、軌面到主臂架下鉸點(diǎn)的距離），以及起重量 q 等技術(shù)參數(shù)。要求設(shè)計 這個四連桿變幅裝置，使變幅過程中由物品引起的臂架變幅阻力矩和臂架自重引起的相對于 臂架下鉸點(diǎn)的前后力矩差盡量地小，變幅軌跡的最大高度差盡量地小，臂架勢能變化也盡量 地小，而四連桿裝置和平衡配重的重量輕，人字架頂點(diǎn)和變幅裝置的位置要求落在規(guī)定的范 圍內(nèi)等要求。3-2 四連桿臂架系統(tǒng)圖中需要優(yōu)化的變量符號意義如下：m1象鼻梁中間鉸點(diǎn)偏離象鼻梁中心線距離；m2象鼻梁前段長度m象鼻梁后段長度; m4主臂架長度m5大拉桿下鉸點(diǎn)到

45、主臂架下鉸點(diǎn)的水平距離m6大拉桿下鉸點(diǎn)到主臂架下鉸點(diǎn)的垂直距離; m7大拉桿長度m8og; m9eg; m10dp; m11gp; m12dq; m13pqm14變幅驅(qū)動機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)到主臂架下鉸點(diǎn)水平距離m15變幅驅(qū)動機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)到主臂架下鉸點(diǎn)垂直距離3.2.1 設(shè)計變量這個四連桿變幅裝置的設(shè)計可以歸結(jié)為 16 個設(shè)計變量：m1m15 , gq (其中g(shù)q 為平衡配重重量) ，即x=m1,m2,m3,m15,gqt =x(1),x(2),x(3),x(15),x(16),t其中有些設(shè)計變量出于結(jié)構(gòu)上的考慮，有一定的數(shù)值限制。如象鼻梁與臂架的鉸接點(diǎn) e。相對于其兩端鉸接點(diǎn)連線的下垂距離 m1 ，一般是預(yù)

46、先給定的，或?yàn)榱?，或有一定距離。還有 人字架頂部鉸接點(diǎn) d 和變幅裝置位置點(diǎn) r，也是或?yàn)槎c(diǎn)，或規(guī)定其變動范圍。從勢能平衡 的觀點(diǎn)來看，平衡重杠桿后段 m12 的尺寸越長，則變幅過程中平衡升降的距離就越大，平衡重的重量就可以取得越小。但 m12 的長度，通常受到起重機(jī)尾部半徑的限制，因此一般把 m12 取 為常量。至于其它變量在數(shù)值上則都沒有明確的范圍，但從幾何關(guān)系上應(yīng)在給定的幅度范圍內(nèi)保證四連桿的構(gòu)成。所以設(shè)計變量修改為：x=m2,m3,m4,m7m8m9m10m13m15,gqt =x(1),x(2),x(3),x(10)t （本文取m1,m5,m6,m12,m14,m15為定值)3.2

47、.2 目標(biāo)函數(shù)為建立綜合指標(biāo)的四連桿臂架系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式，先確定象鼻梁頭部 c 點(diǎn) 的軌跡等表達(dá)式，然后確定變幅阻力矩、重量尺寸指標(biāo)、桿件自重力矩、勢能及平衡重等關(guān) 系式。由幾何關(guān)系得： m4cosa2min-smax=m2cosa3min m4sina2min-h=m2sina3min將（1）式平方加（2）式平方得： 2+smax2+h2-2m4smaxcosa2min-2m4hsina2min=m22令：2+smax2+h2-m22=d1; 2m4smax=d2; 2m4h=d3;則有：d1-d3sina2min=d2cosa2min=d2展開并整理得：（）-2d1d3sina

48、2min+(d12-d22)=0解此一元二次方程可得最大幅度時主臂架擺角d6=a2min=arcsin()同理可求得最小幅度時主臂架擺角d7=a2min=arcsin()式中：m42+smin2+h2-m22=d4; 2m4smin=d5在主臂架擺角形成內(nèi)，把擺角分成n等分，得到（n+1）個幅度位置，每個幅度位置主臂架擺角為 式中： 以為自變量，求出下列各量（以下省略i，即ai2寫成a2）式中：n1大拉桿下鉸點(diǎn)到主臂架下鉸點(diǎn)的距離；n2de；n3dgn4et；n5變幅拉桿長度；n6象鼻梁中心線距離n7象鼻梁重心到瞬心t的水平距離；n8f點(diǎn)到瞬心t的水平距離n9點(diǎn)g到瞬心u的水平距離；n10eu

49、；n11dq的水平距離n12d點(diǎn)到gp的垂直距離；n13點(diǎn)o到gp的垂直距離（以上距離單位均為m）a1象鼻梁前后段的夾角；a2主臂架的擺角a3象鼻梁前段與水平線夾角；a4eog；a5doga6def；a7geo；a8deg；a9主臂架與垂直線夾角a10象鼻梁前段與垂直線夾角；a11gdo；a12gdpa13pdq；a14dq與垂直線夾角(可銳可鈍)a15臂架與大拉桿的夾角；a16edt；a17edga18象鼻梁中心線與水平線的夾角（鈍角）a19變幅拉桿與水平線夾角；b大拉桿與水平線夾角（鈍角）3.2.3 變幅阻力矩表達(dá)式 臂架的變幅阻力矩可以利用已經(jīng)算得的吊鉤移動軌跡并根據(jù)功能原理計算。設(shè)臂架

50、從位置 i 擺動到位置 ii 的行程角為 ，吊鉤軌跡的高度變化為 ，為了克服物品重量 q 升高 所需的功，在臂架上須作用有力矩 m變 ，且 由此得 當(dāng)0時，即為精確值。因此當(dāng)臂架擺角行程等分得足夠小時，每相鄰兩個幅度位置的釣鉤高度差值為單位重量物品所引起的在該微量擺角行程上的臂架力矩。3.2.4 重量尺寸指標(biāo) 只考慮吊鉤軌跡的高度差和臂架的變幅阻力矩還是片面的，因?yàn)閺睦碚撋现v，只要把四連桿尺寸盡量設(shè)計得長，從很長的軌跡曲線中相對地截選一小段作為工作軌跡就行。所以以 往對已經(jīng)滿足上述兩項(xiàng)指標(biāo)的一系列四連桿尺寸組合，還得用簡圖形式從外觀上對尺寸和比例加以評定，為此應(yīng)將重量尺寸也列為優(yōu)化指標(biāo)進(jìn)行定量

51、考慮。于是重量尺寸指標(biāo)表示為：式中：為各桿件單位長度重量3.2.5 桿件自重力矩根據(jù)瞬心回轉(zhuǎn)功率法，計算各桿件自重載荷對主臂架下鉸點(diǎn) o 的力矩如下。象鼻梁自重力矩設(shè)象鼻梁中心在象鼻梁前段ce上，距e點(diǎn)處，則式中： 象鼻梁自重（kg）3.2.6 大拉桿自重力矩 設(shè)大拉桿自重之半作用在 f 點(diǎn)，則式中： 大拉桿自重之半（kg）3.2.7 主臂架自重力矩 式中： 主臂架自重（kg）3.2.8 變幅拉桿自重力矩 設(shè)變幅拉桿自重之半作用在 g 點(diǎn)，則 式中： 變幅拉桿自重之半(kg )3.2.9 平衡重力矩 設(shè)平衡重系統(tǒng)（包括對重、杠桿及小拉桿）的合成中心在 q 點(diǎn)，則式中： 平衡重重量(kg )這樣

52、，臂架系統(tǒng)自重力矩是 而四連桿變幅裝置平衡重的不平衡力矩為3.2.10 勢能關(guān)系式 平衡重系統(tǒng)的主要功能就是使臂架系統(tǒng)各桿件中心升（降）所吸（放）的能量，等于平 衡重作相應(yīng)降（升）所放（吸）的能量。因此，必須計算出各桿件及平衡重在各個幅度位置的勢能。 以主臂架下鉸點(diǎn) o 所在水平面為零勢面，可得任意幅度位置時各部分的勢能為：主臂架 大拉桿象鼻梁 平衡重變幅拉桿 這樣，包括平衡重及變幅拉桿在內(nèi)的整個臂架平衡系統(tǒng)的總勢能為 3.2.11 約束條件的表達(dá)式在變幅裝置的設(shè)計中，約束限制是多方面的，除結(jié)構(gòu)布置及使用要求等方面以外，還須 按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)劃定某些變量的變化范圍，以保證其適用性。這樣不僅可以避免計

53、算過程中的超 界溢出現(xiàn)象，又可加快進(jìn)行優(yōu)化搜索，因此約束條件的建立在優(yōu)化設(shè)計中是不容忽視的。象鼻梁后臂與前臂的比值有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用稍大的變化范圍 ，得：臂架和象鼻梁同水平線之間的夾角和的變動范圍也有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這里也同樣擇 寬采用，即。得： 對軌跡垂直高度和臂架阻力矩進(jìn)行優(yōu)化時，兩者的搜索趨向相同，但它們的搜索方向與對重量尺寸等作優(yōu)化目標(biāo)時是互相制約的，因此為了較均衡地考慮兩者的影響，可將臂架阻 力矩列為優(yōu)化目標(biāo)，而將軌跡垂直高度作為約束考慮。如此可使問題簡化，目標(biāo)明確，同時也能兼顧使用要求。對每組尺寸都可計算其變幅軌跡的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，并得軌跡高度差。如規(guī)定則得： 另外，還得限制軌跡的高度

54、位置，即不可過分偏離原定高度 h，因此須加約束：此外還得保證 及構(gòu)成四桿機(jī)構(gòu)。也就是在最大幅度時，三角形的兩邊之和應(yīng)大于第三邊；最小幅度時，三角形的兩邊之差應(yīng)小于第三邊。即鉸點(diǎn) g 的位置要合理。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，的長度與相近則比較可靠。即：再次，必須規(guī)定角度的變動范圍。則無意義，而也引起杠桿結(jié)構(gòu)布置困難。所以。還有，應(yīng)要求臂架處于最小幅度時，平衡重不與機(jī)房碰撞。即：。此外，在最大，最小幅度時，希望整個系統(tǒng)的不平衡力矩有趨于恢復(fù)臂架正常位置的作用。若設(shè)載荷對主臂下鉸點(diǎn) o 引起的力矩有使臂架系統(tǒng)向大幅度方向運(yùn)動的趨勢為正，有向 小幅度方向運(yùn)動的趨勢為負(fù)，則在最大幅度時，不平衡系數(shù)應(yīng)為負(fù)，在最小幅度時，

55、不平衡 系數(shù)應(yīng)為正。寫成目標(biāo)函數(shù)的形式,即：；式中：，分別為載荷在最大幅度，最小幅度時的桿件自重不平衡力矩。這樣共得 19 個不等式約束條件，即第四章 四連桿式變幅機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析及matlab優(yōu)化設(shè)計第1節(jié) 四連桿變幅機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析 所謂機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析，就是根據(jù)原動件的已知運(yùn)動規(guī)律，求該機(jī)構(gòu)其他構(gòu)件某些點(diǎn)的位移，軌跡，速度和加速度，以及這些構(gòu)件的角位移，角速度和角加速度。上述內(nèi)容，無論是對于設(shè)計新的機(jī)構(gòu)，還是了解現(xiàn)有機(jī)械的運(yùn)動性能，都是十分重要的。 例如，通過對機(jī)構(gòu)進(jìn)行位移或軌跡的分析，可以確定某些構(gòu)件在運(yùn)動時所需的空間；判斷與機(jī)構(gòu)運(yùn)動時各構(gòu)件之間是否會相互干涉；確定機(jī)構(gòu)中從動件的行程；考

56、察構(gòu)件上某一點(diǎn)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定的位置或軌跡要求等。 通過對機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析，可以了解從動件速度變化規(guī)律能否滿足工作要求。例如，就牛頭刨床來講，要求刨刀在工作行程中應(yīng)該接近于等速運(yùn)動，而空回行程的速度則應(yīng)高于工作行程時的速度，因?yàn)檫@樣才能既能提高加工質(zhì)量，延長刀具壽命，又能提高工效。那么所設(shè)計的刨床能否滿足這種要求呢？這就要對它就行速度分析。 其次，由于功率是速度和力的乘積，所以在功率已知的條件下，通過速度分析還可以了解機(jī)構(gòu)的受力情況。 此外，機(jī)構(gòu)的速度分析還是進(jìn)行加速度分析的必要前提。 通過對機(jī)構(gòu)進(jìn)行加速度分析，可以確定各構(gòu)件及構(gòu)件上某點(diǎn)的加速度，了解機(jī)構(gòu)加速度的變化規(guī)律，這是計算構(gòu)件慣性和研究機(jī)

57、械動力性能的必要前提。 下面介紹幾種分析的方法，主要有圖解法和解析法。圖解法的特點(diǎn)是形象直觀，對于平面機(jī)構(gòu)來說，一般也較簡單。但精度不高，而且就機(jī)構(gòu)的一系列位置進(jìn)行分析時，需要反復(fù)作圖，也相當(dāng)繁瑣。而解析法的特點(diǎn)是把機(jī)構(gòu)中已知的尺寸參數(shù)和運(yùn)動變量與未知的運(yùn)動變量之間的關(guān)系用數(shù)學(xué)式表達(dá)出來，然后求解。因此解析式一旦列出，則機(jī)構(gòu)在各位置的運(yùn)動變量計算就很便捷了，而且可獲得很高的計算精度。同時還可把機(jī)構(gòu)分析問題和機(jī)構(gòu)綜合問題聯(lián)系起來，便于進(jìn)行更深入的研究。其缺點(diǎn)是不像圖解法那樣形象直觀，而且計算式有時比較復(fù)雜，計算工作量可能很大。第2節(jié) 圖解法4.2.1 軌跡分析： 根據(jù)已知條件將機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程均分

58、為20等分，即分為20個不同階段，將多個階段機(jī)構(gòu)輸出點(diǎn)的位置繪出，用平滑的曲線將其連接即可得到輸出點(diǎn)的軌跡，下面即為圖解法的分析過程及結(jié)果。4.2.2 利用matlab進(jìn)行四桿變幅機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析：(1).變幅機(jī)構(gòu)象鼻梁前端軌跡方程變幅機(jī)構(gòu)簡圖：4-1四連桿變幅機(jī)構(gòu)示意圖x1為臂架；x2為象鼻架后臂；x3為后搖桿；x4為象鼻架前臂；x5為后搖桿下鉸點(diǎn)o1之鉛垂距離；x7為象鼻架的下沉量；x8為回轉(zhuǎn)中心線與臂架下鉸點(diǎn)o1之水平距離；r為幅度；r為傳動角；為后搖桿與水平線之夾角；為a點(diǎn)速度向量與水平線之夾角；為a點(diǎn)速度向量與水平線之夾角；為象鼻架前臂與后臂之夾角；a為象鼻架前臂與水平線之夾角；為驅(qū)動后搖桿之角速度；(2).象鼻梁m點(diǎn)得軌跡關(guān)系式：如圖可得：其中x2=24m；又 其中f=10,g=0.44-2 四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動軌跡圖由圖可得：當(dāng)擺角在最大幅度時，y=h=14m，列方程：求的當(dāng)擺角在最小幅度時，y=h=14m，列方程：求得及求出了的范圍為由 為未知又在rt中有 在中有及 為未知在中則 為未知又 為未知又 ，又即可求出任意位置m點(diǎn)得位置坐標(biāo)（x,y）利用matlab編程就可得到m點(diǎn)得軌跡圖。第3節(jié) 象鼻梁m點(diǎn)軌跡曲線繪制的matlab程序及軌跡