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1、 中国矿业大学毕业设计（论文） 目 录第1章 绪论3第1.1节 平衡吊的发展工程及优点31.1.1 平衡吊的发展过程31.1.2 平衡吊的优点5第1.2节 平衡吊的分类及不足61.2.1 平衡吊的分类61.2.2 平衡吊的发展存在的不足8第1.3节 平衡吊的构造及其原理91.3.1 平衡吊的构造91.3.2平衡臂的平衡原理14第2章 平衡吊的方案确定18第2.1节 平衡吊设计及计算方案18第3章 平衡吊的设计过程20第3.1节 原型平衡臂的几何分析20第3.2节 杆系与立柱的受力分析223.2.1 机构简图与作业位置编号233.2.2 各杆件及立柱的与强度计算的截面尺寸确定283.2.3 杆系
2、的变形计算35第3.3节 失衡分析及其补偿423.3.1 平衡的条件及失衡种类423.3.2 杆系自重失衡及其补偿423.3.4 制造安装误差失衡503.3.5 电算应用51第3.4节 起重电机的选择52第3.5节 吊钩的计算与校核553.5.1 吊钩的种类和材料553.5.2 吊钩的计算55第4章 平衡吊设计时的注意事项59总 结60参考文献61英文原文63中文译文73致 谢79第1章 绪论第1.1节 平衡吊的发展工程及优点1.1.1 平衡吊的发展过程 当前国内平街吊设计中存在的三大问题是总体设计解析化, 失衡补偿及驭动控制。本文就前面两个问题进行论述。首先, 推导出一套总体设计解析公式,
3、将总体设计从半经验阶段推进到解析化阶段, 为电算应用开辟了道路。其次, 作者找到的新补偿机构完全补偿了杆系自重失衡。第三, 时杆系变形失衡进行了分析,提出了补偿办法。最后, 衬电算应用作了初步尝试。平衡吊是一种新型机械化吊运设备。它具有结构简单、操作灵活、制造方便、高效率、高精度等优点。六十年代末期它在日本欧美问世以来, 得到了大力发展。我国从七四年首次设计试制成功第一台平衡吊以来, 纷纷在各地推广应用。足见其强劲的生命力。 平衡吊是一种车间内的新型机械化吊运工具。对于中小批量多品种 目前, 平衡吊在我国铸造车间内正在开始使用, 国外已大力推广应用。多品种、小批量生产的中等重量物件的搬运工作机
4、械化, 是长期以来存在的困难问题。过去通常采用吊车和电动葫芦等搬运设备, 但这种机械难以实现生产线上机械化。效率低, 不适于高精度操作,同时动作的方向性受到限制, 所以在很多情况下不能满足生产的需要。 六十年代末, 国外开发了一种新型的起重工具一一平衡吊。它是一种能按操作者的意愿进行搬运中等重量物件的人机式机械。它的问世引起了一些工业发达国家的重视, 特别是美国、日本在平衡吊的研制和创新方面有较高的水平, 现在已有完善的系列产品。它们不但在国内广泛使用, 而且已经远销国外。 我国发展平衡吊比美、日等国大约晚56年,它首先出现在电机行业。1974年, 我院在参加华北地区6一9号电机行业技术改造工
5、作中, 了解到这类电机的主要零部件重量在几十公斤到数百公斤之间, 产量在几万千瓦到三、四十万千瓦之间, 在机械加工中, 机床上下料和工序间搬运工时约占每个工人全日工时的20%以上。一个工人每班的搬运量约为2一5吨。由于车间现有起重设备不够灵便,效率低, 有的工厂在机床上下料时, 停工待运的工时达力旺工时的25%。有的厂采用人工搬运, 不仅费时不安全, 且有损工人健康。因此, 在这种多品种小批量的加工生产线上, 工人迫切要求采用通用的机械化设备来代替笨重的手工搬运工作。为此,我院和北京电机厂于1974年初联合研制出了我国第一代平衡吊。 平衡吊问世才数年。目前, 在国外已开始大力发展和推广应用在国
6、内已有起重量分别为50公斤、100公斤和300公斤的电动平衡吊,并初步形成一个系列。一九七五年底, 我院与湘潭电机厂联合试制成起重力100公斤的轮式气动平衡吊, 传动平稳、平衡性能比较好, 已有不少工厂的铸造车间正在开始试制。 平衡吊的出现, 受到广大工人的欢迎。现在,平衡吊已在全国推广, 它的用户除机械工厂外, 交通运输、石化、轻工等部门也在推广使用。全国大约有400一500个单位在使用平衡吊。他们一般用于机床上下料、装配流水线、加工生产线、成品装箱、砂箱合模、仓库中的物品装卸等工作。去年, 我国向东南亚某国出口小电机制造厂成套设备中也配了一定数量的平衡吊, 作为加工、装配、试验等生产线上的
7、吊装工具。 近年来, 我院在平衡吊的结构形式、传动及其控制、安装使用等方面进行了许多研究和设计工作,搞丁系列设计, 发展了新品种, 并由专业制造厂进行批量生产。展望未来, 平衡吊作为难以机械化部门的省力化装置, 是很有前途的。1.1.2 平衡吊的优点 1.操作直观性好。平衡吊的手臂部分是按随遇平衡原理设计的, 同时, 吊钩处的物件重量（吊重）不破坏这种平衡状态当操作者把物件吊起到所需高度后, 就可以在水平面内用手扶着随意移动。移动时仅需克服很小的滚动磨擦阻力即可。 2.操作平稳。由于其手臂刚性较好, 被吊起的物件在移动过程中不会像吊车、电葫芦等那样容易摆动。 3.操作简单。使用者只要用手扶着物
8、件, 按电钮或转动手把, 就能使物件按照操作者所要求的方位和速度（变速型平衡吊）在三维空间内移动。无重力型平衡吊具有按操作者的意愿和手的感觉控制移动物件快慢的性。 4.操作吊起几十公斤到几百公斤的重物, 操作者只要使出2一4公斤的力就能像自己的手一样自由移动。 5.安全性好。平衡吊的传动系统中有过载保护装置和安全装置。在遇到过载和突然停电、停气时能防止被吊物件下落。 6.可附加各种吊具和机动手爪机构, 提高吊装效率。 7.结构简单, 造价低廉, 使用、维护简单。第1.2节 平衡吊的分类及不足1.2.1 平衡吊的分类 我国的平衡吊已初步形成系列产品。按搬运荷重分, 有50、100、300、500
9、公斤平衡吊；按整机配置结构分, 有高型和矮型两种结构；按传动方式分, 有气动、液动和电动按安装方式分, 有地面固定式、地上可移式和旋臂式。 目前生产的平衡吊的作业范围为:最大回转半径为2500一3040毫米；最大升降行程为1500一2000毫米；最大水平伸缩行程为2000一2200毫米；最大回转角度为340一350度（SDB一200型液压随动臂和YPD一300型液压平衡吊可无限制旋转)。 标准型平衡吊适于固定场地使用。国外产品的额定负荷从几十公斤到一吨左右, 国内产品目前最大到500公斤。使用频度大致每小时在20一30次左右（起重量小的动作次数可适当增加）。另外, 平衡吊也可安装在一个可绕立柱
10、回转的旋臂上, 既可公转又可自转, 它可使动作范围扩大一倍。 高型平衡吊, 如PHD一50、YWP一300、QPD一100型, 期特点是手臂传动部件一一头架离地较高, 回转时不影响地面的设备布置, 占地面积较小, 但要求厂房稍高（平衡吊手臂动作时最大高度约4米）。 矮型平衡吊, 如PHD一50、YWP一100、YPD一100A、YPD一300、YPD一500型等, 由于它的头架离地较低所以调整和维修较方便, 对厂房的高度要求可低些, 同时整机重量也减轻很多。但它在回转时, 重锤经过的空间不能有障碍物,所以它的占地面积要大些。 电动平衡吊一般由交流电动机经减速器带动丝杠螺母付使手臂作升降运动,
11、采用安全离合器等作过载保护, 靠丝扫螺母的自锁性能可使被吊物件停留在任意位置。一般为定速传动, 由臂前（吊钩附近）按钮控制升降和停止。液压平衡吊可分为三种： 1.可调单速传动型, 即液压(定速)速度可调。其工作速度可根据使用要求任意调整, 但在使用过程中是不能变速的。升降和停止由臂前按钮控制. 2.有级变速传动型, 即液压双级速度(可调)。工作时有高低二档速度, 其速度大小可预调到所需数值。升降和停止由臂前按钮控制。 3.无级变速传动型, 如YWP一100型、型、YPD一100A型平衡吊。YWP一100型平衡吊由臂前手把的摆动经钢丝绳机构拉动头架内的一个手动比例换向阀实现变速和换向。YPD一1
12、00A型和YPD一300型均为纯动油压比例控制。前者为单坐标(升降)控制。后者为双坐标升降和水平伸缩控制, 由臂前单手把操作一个手动控制器,先导油压控制一个液控比例换向阀, 实现变速和换向。 液压平衡吊的油流经过液控单向阀后再进入油缸, 所以在突然停电等情况下, 能使被吊起的物件停留在任意位置, 保证操作时的安全。 另外还有一种无级变速型气动平衡吊, 如QPD一100型平衡吊。在上述基本系列的基础上, 又发展了平衡臂型的操作臂和机械手。SDB一200型随动臂是一种平衡臂型的操作臂。液压传动, 纯（动）油压比例控制, 用单手把在臂前进行操作, 可以实现任意方向的无级变速和微小距离的点动, 提高了
13、控制性能。手部（爪具）装置可根据实际使用要求进行更换。它适于轴类零件的上下料工作。PBJS一120型通用机械手为平衡臂型机械手, 其额定负荷为公斤,重复定位精度达士2毫米。它在地面物直上自动行走, 可为数台机床上下料服务。该机械手为液压传动, 可变程序顺控器控制, 多点可调挡铁定位。是一种造价低廉的特重负荷工业机器人。1.2.2 平衡吊的发展存在的不足 由于我国发展平衡吊的时间还不长, 作为产品生产只有七年的历史, 所以在某些方面与美、日等泼达国家相比还有如下差距： （1）产品系列还不够完善规格和品种较少, 产品结构通用化、标准化程度低。目前产品多为地面固定型, 对于一些特殊用户还不能满足。
14、（2）传动控制性能不够理想目前, 我国生产的标准型电动平衡吊的升降速度为定速传动, 为避免起停时由惯性引起的振动,速度都较低, 只能用于一般上下料工作。气动和液压平衡吊可以实现有级或无级变速, 可达到平稳地起动和停止以及较高的移动速度, 但因控制元件性能不够理想, 故其控制性能有待进一步提高。YPD一300型液压平衡吊和SDB一200型随动臂为随动控制, 适于较精确的吊装工作, 并可在手部安装手爪等抓取机构, 但目前能在制造厂定购到的只有YPD一300型一种。第1.3节 平衡吊的构造及其原理1.3.1 平衡吊的构造1）立柱 立柱用以支承平衡吊回转部分及额定起吊零件的重量，所以要求有足够的刚度。
15、立柱的结构一般选用大口径无缝钢管与连接盘、加强筋、底盘等连接焊接而成。焊后要进行退火处理。规格（公斤）外径 D壁厚 5016881001941030024514 立柱如改用铸铁件，壁厚可取焊接件的1.31.5倍，材料以HT3054灰铸铁为宜。2）回转减速箱回转减速箱由大皮带轮、极限力矩联轴节、小轴、小齿轮、内齿轮、丝杠、丝母、丝母支架、箱体以及回转座等零件组成。回转减速箱与电动机、电源控制箱及平衡臂相连接。 在保证弹簧质量的情况下，为使平衡吊在空载时得到更好的平衡效果，应在丝母支架的上端装一个可上下调整的调整块，以调节弹簧的拉力。3） 平衡臂 平衡臂按用途不同，有A、B两种结构型式。（1） A型平衡臂 A型平衡臂由大横臂、小横臂、起重臂、支撑臂、滚轮、手柄支座、吊钩架和吊钩等零件组成。
