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1、起重机械 lifting appliances,太原科技大学,第十一章 变幅机构,11-1 概述 11-2 载重水平变幅 11-3 臂架自重平衡 11-4 变幅驱动机构 11-5 变幅安全装置,11-1 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。,11-1 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
2、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）。,11-1 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：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。,11-1 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
3、点：臂架承受较大的弯矩，结构自重较大，机动性较差。,11-1 概述,三.变幅机构的类型,2.根据变幅方法分类,.俯仰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。,11-1 概述,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
4、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。,11-1 概述,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
5、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变幅。目前解决上述问题的主要措施是：,11-1 概述,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：,11-1 概述,五.臂架式变幅机构设计内容,1.载重水平位于的方案及设
6、计，包括确定臂架系统的型式、尺寸及计算等。,2.臂架自重平衡的方案及设计，包括确定臂架自重系统的尺寸和平衡重等。,3.变幅驱动装置设计，包括确定变幅机构的工作类型，传动方案。,4.其它，如放倒臂架装置、变幅安全装置、连接件的设计计算等。,六.原始资料,起重量，最大幅度和最小幅度，起升高度或有效起升高度、工作速度，外形尺寸及工作尺寸的允许值，有关部分的重力及重心位置和迎风面积和形心位置，驱动方式以及制造，使用，维修条件及要求。,11-2 载重水平变幅,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
7、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,11-2 载重水平变幅,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）刚巧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,11-2 载重水平变幅,一.绳索补偿法,2.补偿滑轮组法,.特点及应
8、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。,.力学原理,11-2 载重水平变幅,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,11-2 载重水平变幅,一.绳索补偿法,3.补偿导向滑轮法,.特点及应用,改善了
9、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。,4.连杆补偿滑轮组法,5.补偿卷筒法,11-2 载重水平变幅,二.组合臂架法,1. 特点及类型,被吊运物品在变幅过程中的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,11-2 载重水平变幅,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
10、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。,3.平衡四边形组合臂架,组成：拉杆、象鼻梁、可移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。,11-2 载重水平变幅,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。,11-2 载重水平变
11、幅,三.补偿滑轮组装置的设计,1.设计目标：确定补偿滑轮组定滑轮夹套的装设位置。,2.作图法的具体步骤,.以一定的比例尺作出最大幅度和最小幅度的臂架位置，并将最大幅度与最小幅度之间等分成若干个幅度间隔，一般取为610个位置。,Rmaxmin,2040,Rminmax,6080,臂架铰点O 起升倍率m 补偿倍率mF,11-2 载重水平变幅,三.补偿滑轮组装置的设计,2.作图法的具体步骤,.从每一位置臂架端部等，以确定比例截取铅垂线长度等于PQ，以截点为圆心，以钢绳对臂架的合力S=PQ mF m为半径画弧，交臂架轴线于F点等，连接F FQ，并过点等做F FQ的平行线。可得若干条直线的交点簇范围，此
12、点大约在O点上方稍向前偏处。,.确定补偿点A。作出全幅度物品移动的实际轨迹线， =+（l1-l2）mFm，并校验实际最大高度差y3%Rmax。校验未平衡吊重力矩值M max 0.1倍载重力矩。,.若不满足上述条件，修正A点，重复。,11-2 载重水平变幅,三.补偿滑轮组装置的设计,3.解析法简介,解析法求解的依据：在臂架俯仰时，起升滑轮组和补偿滑轮组中的钢丝绳总长度应保持不变。,由几何关系得起升滑轮组动滑轮中心高度即变幅过程中吊钩轨迹y。y所表达的不是一条水平直线，为使y趋向平直，可使y的斜率趋向最小。,y = L sin-l Q,11-2 载重水平变幅,三.补偿滑轮组装置的设计,3.解析法简
13、介,从臂架平衡来看，在变幅过程中控制M0，即控制dyd 的数值，使之趋向于最小较为合理。,功能原理得：PQ dy = M0 d ,M0 = PQ dyd ,=,11-2 载重水平变幅,四.补偿滑轮装置的设计(简介),1.图解法的设计步骤,.初步选定臂架铰轴O和摆动杠杆支点O1的位置，并根据给定的最大尾部半径初步确定补偿导向花了的起始位置B和摆动杠杆与连杆的铰接点的起始位置F。,.作出变幅过程中接近最大、中间和接近最小幅度的三个臂架位置OA、OA和OA。显然，吊钩在上述三个臂架位置上位于同一水平线所必须满足的条件（11-8）。,.确定相应于三个臂架位置的摆动杠杆位置BO1F、BO1F 和BO1F
14、。,.确定臂架与连杆的铰点D。,2.解析设计法,11-2 载重水平变幅,五.四连杆式组合臂架装置的设计（简介）,1.已知条件、设计任务及要求,已知条件：最大、小幅度、起升高度等主要工作参数。,设计任务：a.确定臂架系统的主要尺寸。,b.确定臂架铰点及拉杆铰点的位置。,要求：,a.保证物品在变幅过程中尽可能沿接近于水平线的轨迹移动。,b.臂架系统的尺寸尽可能紧凑、自重小、装卸简单，各个铰点位置应符合总体不知的要求。,11-2 载重水平变幅,五.四连杆式组合臂架装置的设计,2.图解法的设计步骤（增加人数）,11-3 臂架自重平衡,一.主要方案类型,1.不变重心式利用活对重使臂架系统的合成重心始终位
15、于臂架俯仰平面的某一固定点上，从而消除了臂架系统合成重心在变幅过程中发生升降现象。,特点：构造简单，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。仅用于船舶甲板起重机。,11-3 臂架自重平衡,一.主要方案类型,2.移动重心式利用活对重使臂架系统的合成重心保持在接近于水平线的轨迹上游动，从而避免或大大减小臂架系统合成重心在变幅过程中发生的升降现象。,移动重心式,杠杆：活动对重法,挠性件：活动对重法，磨损严重。,杠杆平衡梁,垂直滑移平衡重,特点：,.增大对重的升降高度，减少对重的重量，并可充分发挥对重对起重机稳定性的作用；,.在总体布置上
16、比前种方案方便的多，但此种方案只能达到近似的平衡，同时结构也比较复杂；,11-3 臂架自重平衡,一.主要方案类型,2.移动重心式,11-3 臂架自重平衡,一.主要方案类型,3.无平衡重式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。,11-3 臂架自重平衡,二.杠杆活动对重式臂架平衡系统的设计,1.选定对重杠杆铰点的位置及对重运动轨迹半径。,2.确定Rmax、Rmin及对应的对重杠杆的摆动角1和3。,3.初步确定对重重量,4.据能量守恒原理求得对重应在的位置g2。,5.确定连杆的铰点及尺寸求得适当的连杆ab。,6.校验最大不平衡力矩。,11-4 变幅驱动机构,
