起重机械 lifting appliances新乡学院第十一章 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 ①.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 ②.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①.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§11-1 概述三.变幅机构的类型2.根据变幅方法分类②.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①.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②.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①.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②.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：§11-2 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 ①.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②.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③.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§11-2 载重水平变幅一.绳索补偿法 3.补偿导向滑轮法 ①.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。
②.实现条件 （AB+BC）-（A′B′+B′C）= H§11-2 载重水平变幅一.绳索补偿法 3.补偿导向滑轮法 ③.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 ①.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6~10个位置Rmax——φmin20～40° Rmin——φmax60～80°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②.从每一位置臂架端部Ⅱ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，连连 接F ′FQ，并过过Ⅱ点等做F ′FQ的平行线 可得若干条直线的交点簇范围，此点大 约在O点上方稍向前偏处 ③.确定补偿点A作出全幅度物品移动的实际轨迹线， Ⅱ=Ⅰ+（l1-l2）mF／m，并校验实际最大高度差Δy＜3%Rmax。
校 验未平衡吊重力矩值M max ≤0.1倍载重力矩④.若不满足上述条件，修正A点，重复③§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yy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 sinα-l Q§11-2 载重水平变幅三.补偿滑轮组装置的设计3.解析法简介从臂架平衡来看，在变幅过程中控制M0，即控制dy／d φ的数 值，使之趋向于最小较为合理功能原理得：PQ dy = M0 d φM0 = PQ dy／d φ=§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 ①.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轮的起始位置B和摆 动杠杆与连杆的铰接点的起始位置F ②.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״显显然，吊钩钩在上述三个臂架位 置上位于同一水平线线所必须满须满 足的条件（11-8）。
③.确定相应于三个臂架位置的摆动杠 杆位置BO1F、B′O1F ′和B″O1F″④.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§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： ①.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； ②.在总体布置上比前种方案方便的 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β1和β3 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 变幅驱动机构一.机构构造典型方案1.绳索滑轮组变幅驱动机构①.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。
②.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③.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，如流动式起重机§11-4 变幅驱动机构一.机构构造典型方案2.曲柄连杆变幅驱动机构①.工作原理——曲柄连 杆驱动对重杠杆，然后 再通过杠。