起重机优化设计 毕业设计论文

第一章：引言

1.1起重机的使用情况

起重机械是现代工业企业中实现生产过程机械化、自动化、减轻繁重体力劳动、提高劳动生产率的重要工具和设备。随着现代工业的发展、生产规模的扩大以及自动化程度的提高，作为物料搬运重要设备，它在现代化生产过程中的作用越来越大、应用越来越广，如在港口码头和铁路车站，没有起重机械，装卸工作就不能进行；在冶金生产中，起重机械己运用于金属生产的全部过程；现代建筑工程，不能离开起重机械；在农业和林场，最困难、最费力的工作也由起重机来完成；在核电站中，采用特殊的起重机，用以代替人的操作去担当对人体健康有严重危害的作业。科学技术和生产的发展推动了现代设计和制造能力的提高，激烈的国际市场竞争也越来越依赖于技术的竞争，这些都促使国内外各种起重机制造企业不断地完善和发展起重机，提高劳动生产率以及增强市场竞争力。

1.2国外起重机的特点和发展趋势

近年来，随着世界销售市场对起重机械需求量的不断增加，国外各起重机厂家大多采用优化设计等现代设计手段以提高设计效率。有关资料表明，美国、德国、日本等一些起重机公司都广泛应用CAD技术，彻底抛弃了传统的图板，并且还与计算机辅助工艺规划(CAPP)和计算机辅助制造(CAM)相衔接，做到了无图化生产。国外起重运输机械发展到今天，己经到了比较成熟的地步，其结构形式基本上都是经过反复优化设计，并经过实践检验的。随着计算机技术的广泛应用，许多国外起重机制造商应用计算机辅助设计系统(CAD)，以及模块化设计方法，尽量使用标准件设备迅速组合和安装，减少标准件外组合部分的加工制造。组合构件的使用对生产非标准件起重机来讲，有助于减少成本。当前，国外起重机特点和发展趋势有

三大特征：

⑴.系列产品模块化、组合化和标准化

用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可以互换的标准模块，通过不同模块的相互组合，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，企事业的生产组织也可由产品管理变为模块管理。达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。

据资料介绍，德马克公司的葫芦双梁起重机系列改用模块化设计后，比单件

设计其设计费用下降了12％，自重轻，与国内产品相比较，起重量为32t，跨度25m，国内双梁起重机自重为46．4t，电动葫芦桥式起重机自重为28．3t，而德马克电动葫芦桥式起重机的自重只有18．5t，比国内产品分别轻60％$D35％。

⑵．起重机的大型化、高速化和专用化

出于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。目前，世界上最大的履带起重机为德马克公司生产的CC8800—1TWIN，其最大起重量为3200t；最大的桥式起重机起重量达1200t；生产率达8000、10000t／h的斗轮堆取料机；自动化立体仓库巷道堆垛机最大的运行速度达400m／min；最大的带式输送机带宽达3．2m，输送能力达37500t／h和单机最大输送距离超过30km等。

⑶．起重机性能自动化、智能化和数字化

起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊重物重心、近场感应防碰技术、现场总线技术、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用，使起重机具有更高的柔性，以适合多批次少批量的柔性生产模式，提高单机综合自动化水平。

1．3国内起重机设计现状及存在的问题

⑴．设计手段不完善、与先进技术结合较少

目前，国内起重机还处于传统设计阶段，设计手段欠完善，与先进的技术结合的也比较少。不过近些年来随着设计技术的引进、消化、吸收，有了长足的进步，产品的性能、可靠性、外观都有较大幅度的提高，企业也在不断向大规模、系列化方向发展，但国内的起重机在设计技术水平上与国外还有一定差距，这与国内配套力量薄弱不无关系。所以我们更需要借鉴吸收国外先进技术、采取国际化配套，提高产品起点，并且在设计中结合新的设计理念、方法及手段以满足工业生产方式的转变和用户需求的多样性，以实现产品规模化、系列化和精细化，提高产品生产成本以及质量，增加产品性价比，从而提高企业的核心竞争力。

⑵．设计效率太低、通用性较差

长期以来，起重机设计利用图板手工设计制图，需要较长的设计周期。而且由于设计及工艺原因，国内制造的起重机交货期约为国外先进企业的两倍，效率较低，远远不能适应市场经济竞争的要求，使企业失掉了不少机遇。一些起重机制造商对于成系列、成批量的通用起重机产品(如5～50t双梁桥式起重机)，为了降低成本，简化生产管理，通用化设计现在只做到对车轮组、滑轮组、卷筒组和联轴器的通用化设计，对于运行机构、小车架，仍只能按不同起重量设计，桥架端梁则按不同起重量，不同小车轨距多款设计，对桥式起重机的设计不能使整机与机构、机构与部件、部件与零件之间的参数合理匹配品。

⑶．设计进行类比，工艺水平较低

在起重机的设计过程中，一方面由于其产品相对定型，根据《起重机设计手册》中推荐的尺寸进行选择，一般工厂设计不做计算，当有相近参数起重机需求时，则选择类比放大，导致截面尺寸变得越来越大，从而起重机的质量、大车驱动机构、厂房基础投资增大，造成很大浪费。随着起重机向大吨位、高参数、低噪声、小振动及轻型化方向的不断发展，原有定型产品越来越不能适应当前要求，市场需要性能优良，经济性好的桥式起重机。另～方面，由于国内企业，普遍缺乏生产技术，工艺水平较低，一些起重机生产企业的工装设备、装配及检测手段比较落后，油漆及焊接工艺不过关，较为粗糙，严重影响了起重机的质量。

⑷．专业化协作水平、通用化设计水平较低

目前，我国专业化协作目前只做20％，80％仍靠企业自己设计、制造。一台起重机中只有电动机、减速器、制动器及一些电气元件可外购，其它铆焊件、机加工件、主梁、车轮组、端梁、小车架仍靠企业自行设计，这样需花费大量的时间，影响了起重机的生产周期。

⑸．CAE的交互式缺乏，推广受到一定限制

CAE是工程设计中的计算机辅助工程CAE(Computer Aided Engineering)，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。CAE 交互式缺乏最主要的原因是由于对于CAE技术和方法研究比较有限，CAE技术作为一种先进的设计手段和工具逐渐为工程技术人员和设计人员接受和掌握，己经在专业机械设计中发挥着愈来愈大的作用。然而，随着技术的发展会对CAE技术本身及其应用提出更高更严的要求，国内大型起重机生产企业的CAE设计系统的实际应用及推广任务仍然十分艰巨。