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1、模块六 变幅机构,单元一 变幅机构概述,一.定义,1.起重机中用以改变幅度的专用机构称为变幅机构。,2.幅度在回转类型起重机中，从取物装置中心线到起重机旋转中心线的水平距离，称为起重机的幅度。,单元一 变幅机构概述,二.作用,1.在载重力矩不超过额定值的前提下，改变幅度以调整起重机的起重能力，提高起重机的利用程度，或者通过改变幅度来调整取物装置的工作位置，以适应装卸路线的需要，提高工作的机动性（非工作性变幅）。,2.使物品绕回转轴线作径向水平移动，以提高生产率，扩大服务范围和改善工作机动性（工作性变幅）。,单元一 变幅机构概述,三.变幅机构的类型,1.根据工作性质分类,.非工作性变幅机构特点：
2、空载下调整工作位置，在物品吊运过程中，幅度不变；或者用来放倒臂架，以利运输。通常用非平衡变幅机构。,.工作性变幅机构特点：带载变幅，实现物品的水平搬运，工作性变幅机构是平衡性变幅机构，常采用吊重水平位移及臂架自重平衡系统，但机构复杂。,单元一 变幅机构概述,三.变幅机构的类型,2.根据变幅方法分类,.运行小车式变幅机构特点：幅度的改变是依靠运行小车沿着水平臂架上的水平运行来实现，用于工作性变幅。优点：变幅速度均匀，物品摇摆现象减轻，变幅速度快。缺点：臂架承受较大的弯矩，结构自重较大，机动性较差。包括自行式和绳索牵引式两种。,单元一 变幅机构概述,三.变幅机构的类型,2.根据变幅方法分类,.俯仰
3、臂架式变幅机构特点：幅度的改变是依靠动臂绕其铰轴俯仰来实现，可用于工作性和非工作性变幅。优点：臂架受力情况较有利，结构自重较轻，起重机的重心低，稳定性好，机动性较好。缺点：难于获得较小的起重机最小幅度，变幅速度不均匀，物品容易摇摆。解决方法措施复杂。,三.变幅机构的类型,3.根据变幅性能分类,.非平衡变幅机构（简单变幅机构）臂架俯仰变幅时，会同时引起臂架重心和取物装置及所承载物品的升降运动，在减小幅度时需要耗费很大的功率，而在增大幅度时，则引起较大的惯性载荷，影响使用性能。但它的结构比较简单，常用于非工作变幅，如汽车起重机等。,.平衡变幅机构（复杂变幅机构）采取一定措施，使起重机在臂架俯仰变幅
4、的过程中，其合成重心沿水平方向移动，减小驱动功率和惯性载荷。它的结构较为复杂，常用于工作性变幅，如门座起重机等。,四.工作性变幅机构的主要问题,当采用简单俯仰臂架方案变幅时，变幅驱动装置除必须克服一般变幅阻力外，还必须克服由于臂架自重、取物装置和物品重力的升降所引起的垂直方向的阻力，并且后者所占比例很大，既浪费能量又加剧物品摆动，影响起重机工作性能发挥，所以简单俯仰臂架变幅方案不适用于工作性变幅。,1.变幅机构作用,2.简单变幅机构利弊分析,只有采用合宜的措施（工作性变幅）消除或减小这两项阻力的影响，才能使变幅机构所需的驱动功率减小，并且提高机构的可操作性，从而使俯仰臂架式变幅机构适用于工作性
5、变幅。目前解决上述问题的主要措施是：,四.工作性变幅机构的主要问题,.载重水平变幅使取物装置及其所载物品在变幅过程中沿着水平线或接近于水平线的轨迹运动物品升降补偿装置，如绳索补偿法、组合臂架补偿法等。,.臂架自重平衡使臂架系统的总重心高度在变幅过程中沿垂直方向不发生或少发生变化，或重心运动轨迹为水平线，实现方法如不变重心式等。,3.目前解决上述问题的主要措施是：,单元二 载重水平位移,一.绳索补偿法,1. 特点及类型,特点：被吊运物品在变幅过程中引起的升降现象，依靠起升绳缠绕系统中增加的补偿装置，经合理设计后及时放出或收入相应长度的起升绳，从而使吊运物品保持在同一高度上，达到物品沿水平线或近似
6、水平线移动。,补偿滑轮组法滑轮组补偿法,补偿滑轮法导向滑轮补偿法,一.绳索补偿法,2.补偿滑轮组法,.工作原理：在起升绳的缠绕系统中，增设一个补偿滑轮组，以补偿物品在变幅过程中的升降。如果在变幅过程中的所有位置上，由于臂架上升（或下降）而引起的物品升高值（下降值）刚好等于因补偿滑轮组长度的缩短（或增长）而引起的物品下降值（升高值），那么物品将沿水平线移动，从而满足物品水平变幅的要求。,.实现条件,H m = ( l1 - l2 ) mF,一.绳索补偿法,2.补偿滑轮组法,.特点及应用,构造简单，臂架受力情况比较有利，容易获得较小的最小幅度，但起升绳的长度大，绕过滑轮数目多，磨损快，小幅度时物品
7、摆动幅度大，不能严格走水平，设计中应使工作区域避开抬头问题。用于起重量小的起重机。,一.绳索补偿法,3.补偿导向滑轮法,.工作原理在起升绳缠绕系统中，增加一个导向滑轮补偿装置，从而使变幅过程中，由于补偿导向滑轮位置的变化，使得从卷筒到臂架头部的钢丝绳连接长度发生变化并与吊钩随臂架头部的升降相补偿，则吊钩就实现走水平。,.实现条件 （AB+BC）-（AB+BC）= H,一.绳索补偿法,3.补偿导向滑轮法,.特点及应用,改善了钢丝绳的卷绕情况，使起升绳的长度和磨损均得以减小，但构造较复杂，臂架承受弯矩较大，难以获得较小的最小幅度。不能获得严格的水平变幅。用于大、中起重量的门座起重机上。,一.绳索补
8、偿法,4.连杆补偿滑轮组法,特点：补偿滑轮组沿着垂直 导轨移动，连杆连接补偿滑 轮组与臂架尾部，连杆的长 度与臂架相等。能得到较小 的最小幅度，多用于安装用 的门座起重机上。,一.绳索补偿法,5.补偿卷筒法,特点：补偿卷筒与变幅卷筒同轴， 并一起传动。起升绳一端固定在 起升卷筒上，另一端固定在补偿 卷筒上。在变幅过程中，若变幅 卷筒收进（放出）钢丝绳使臂架 端点升高（下降），则补偿卷筒 放出（收进）一定长度的起升绳， 补偿因臂架摆动引起的物品上升 （下降）。如果采用合适的曲线 形补偿卷筒，则物品可沿水平线 移动。,单元二 载重水平位移,二.组合臂架法,1. 特点及类型,被吊运物品在变幅过程中的
9、水平移动是依靠臂架端点在变幅时沿水平线或接近水平线的移动轨迹来保证的。这种方法弥补了绳索补偿法的一些不足。相应又带来一些缺点：臂架系统复杂，自重大，物品难于沿严格的水平线变幅。,四连杆式,平行四边形组合臂架,曲线象鼻梁式,二.组合臂架法,2.四连杆式,组成 ：臂架、象鼻梁和刚性拉杆以及机架连杆组成四连杆机构。 工作原理：象鼻梁的端点将描绘出一条双叶曲线，其中一部分接近于水平线。 优点：系统刚性好，起升绳悬挂长度短，滑轮组倍率对补偿没有影响，臂架下的有效空间大。 缺点：臂架结构复杂、自重大，变幅时物品不能严格地沿水平线的轨迹移动。,二.组合臂架法,3.平行四边形组合臂架,组成：拉杆、象鼻梁、可移
10、动臂架与连杆组成一个平行四边形四连杆机构。 工作原理：平行四边形四连杆机构，可保证吊重在变幅过程中严格地走水平线。 缺点：结构复杂，臂架受到较大的弯矩。,二.组合臂架法,4.曲线象鼻梁式,特殊型式的铰接组合臂架。象鼻梁2与臂架1铰接，拉绳3固接于象鼻梁上，另一端连接到起重机旋转平台的构架上。变幅时，由于象鼻梁转动，拉绳与其接触的点的位置要发生变化，相当于示意图中铰接四边形的一个边长在变化。适当选择四边形各边长的比值即能使变幅时载荷沿近似的水平线移动。,单元三 臂架自重平衡,一.主要方案类型,1.尾重平衡法将对重直接布置在臂架尾部的延长端上，臂架重力和对重重力的合成重心在臂架铰轴O上。,特点：构
11、造简单，工作可靠，回转部分的尾部半径小，但对重对起重机整体稳定性和回转部分局部稳定性所起的稳定作用不能充分发挥。这种方法目前应用较少。,一.主要方案类型,b 杠杆滑动对重平衡法 特点：对重通过连杆与摆动杠杆 相连。变幅时，对重在倾斜的轨 道上下移动，使臂架系统的合成 重心沿水平线移动。对重重心低， 起重机尾部尺寸小。,c 拉索滑动对重平衡法 特点：对重通过拉索与臂架的 头部连接，变幅时，若对重沿 适当形状的轨道上下滑动，在 各个位置都能达到平衡。构造 简单，但拉索容易磨损。,一.主要方案类型,d 连杆滑动对重平衡法 特点：对重通过连杆与臂架尾部 相连，并使连杆长度与臂架尾部 长度相等。变幅时，
12、对重在轨道 上下滑动，使系统重心沿水平线 移动。结构紧凑，构造复杂。,一.主要方案类型,3.无对重平衡法 依靠臂架系统的构造特点，保证臂架重心在变幅过程中沿接近于水平线的轨迹移动。,特点：构造复杂，杆件的受力情况亦较为不利，稳定性较差。,单元四 变幅驱动装置,一.机构构造典型方案,1.绳索滑轮组变幅驱动机构,.工作原理臂架通过绳索滑轮组联到变幅绞车卷筒上，依靠绞车卷绕或放出变幅钢丝绳实现臂架绕其铰轴俯仰以达到变幅的目的。,.优缺点构造简单，自重轻，臂架受力情况好，总体布置较方便；但存在效率低，绳索易磨损的缺点。,.应用主要适用于非工作性变幅机构以及在变幅过程中不会产生双向受力的工作性变幅机构，
13、如流动式起重机。,一.机构构造典型方案,2.曲柄连杆变幅驱动机构,.工作原理曲柄连杆驱动对重杠杆，然后再通过杠杆使臂架俯仰。,.特点能自动限制变幅极限位置，使工作可靠性增大，但变幅速度很不均匀；电动机和曲柄之间所需的传动比大，因而装置的尺寸和重量均较大；虽有自动限幅功能，但仍需装设行程开关，以免曲柄越过死点后，使变幅运动方向与控制器方向不符，造成操作失误。,.应用只用于旧式的小型起重机，现已很少采用。,一.机构构造典型方案,3.扇形齿轮变幅驱动机构,优缺点由于扇形齿轮本身常兼作部分对重用，并且又常与活动对重做成一体，因而构造紧凑，臂架的俯仰角速度较为均匀，制作方便，维修简单；但减速机构比较笨重
14、，开式齿轮传动的工作条件差，齿轮的磨损较快，且工作中有冲击，机构的体积和重量也大。,一.机构构造典型方案,4.齿轮齿条变幅驱动机构,.工作原理臂架直接由齿条推动，齿条则由装设在机器房顶上的电机通过减速器和最后一级驱动小齿轮来驱动。,.优缺点能承受双向力，结构较紧凑，自重轻，齿条驱动效率高；但起制动时有冲击，不平稳，齿条工作条件差，较易磨损，必须装设可靠的安全限制装置。,.应用广泛应用于工作性变幅机构。,一.机构构造典型方案,4.齿轮齿条变幅驱动机构,一.机构构造典型方案,5.螺杆变幅驱动机构,.工作原理和齿轮齿条驱动类似。螺杆螺纹的头数可以是单头、双头、三头或四头。采用单头螺纹可使结构更紧凑，
15、但传动效率低，用于非工作性变幅。,一.机构构造典型方案,5.螺杆变幅驱动机构,.优缺点能承受双向力；由于螺杆-螺母装置本身就可获得较大的传动比，因而驱动机构的外形尺寸和自重是机械传动型式中最小的；变幅平稳。但传动效率低，润滑要求高。,.应用工作性变幅机构中日益广泛的采用。,一.机构构造典型方案,6.液压缸变幅驱动机构,.优缺点结构紧凑，自重轻，工作平稳；不需要中间传动件不受限制，可无级调速；对制造和安装精度及密封防漏要求高。,.工作原理摆动液压缸的活塞杆端部可同臂架或对重平衡梁连接，推动其工作，由于活塞杆行程有限，作用力臂较小，受力较大，为适应双向受力工作性变幅机构的需要，液压系统必须能随时保证活塞杆有承受拉力或压力的可能。,.应用主要用于结构紧凑的起重机，如甲板起重机，汽车轮胎起重机等。,一.机构构造典型方案,7.注意,.变幅驱动机构，常制成双联推动方式，从而减小尺寸，但应考虑均衡装置和布置方式。,.为缓解冲击并消除振动，应在臂架之间装设缓冲减震装置。,.变幅驱动系统中，应考虑装设防脱装置（行程限位装置）。,
