起重机参考.doc

桥式起重机小车运行机构设计
各位同学请参看自己的任务书进行设计说明书的整理
摘 要
介绍本次设计你主要做了哪些工作
关键词：3——5个

ABSTRACT

Key words:

目 录

1章概述
起重机的发展状况、应用、分类等

2 桥式起重机总体设计
起重机设计参数、起重机总体尺寸的确定、传动方案的确定
3 小车运行机构设计计算
3.1 起重机小车或大车运行阻力计算
3.1.1 计算条件
一.跨度、额定起重量
（1）跨度、额定起重量
桥机跨度
主钩额定起重量
副钩额定起重量
电动葫芦额定起重量
（2）起升高度
主钩起升高度 26m
副钩起升高度 32m
电动葫芦起升高度 40m
（3）工作级别
起重机工作级别 A3
主起升工作级别 M3
副起升工作级别 M5
电动葫芦工作级别 M5
大车运行机构工作级别 M3
小车运行机构工作级别 M3
电动葫芦运行机构工作级别 M3
（4）运行起升速度
大车运行速度
小车运行速度
电动葫芦运行速度
主钩起升下降速度
副钩起升下降速度
电动葫芦起升下降速度
大车微速运行速度
小车微速运行速度
主钩微速起升下降速度
副钩微速起升下降速度
电动葫芦微速起升下降速度
（5）大车轨道 QU120
最大轮压 450KN
整车自重（含吊具）
3.1.2 运行阻力的计算
a、静阻力
初选车轮
摩檫阻力系数 (表3.1)

表3.1 摩檫阻力系数的平均值
车轮直径（mm）
轴承内径（mm）
阻力系数（mm）
250
70
0.0125
315
90
0.0112
400
100
0.0095
500
130
0.0090
630
170
0.0085
710
190
0.0080
800
200
0.0075
900
220
0.0071
1000
240
0.0071

(3.1)
式中：—运行机构静阻力，；
—额定起重量，；
—起重机或小车的自重，；
—重力加速度，。
b、运行惯性阻力
(3.2)
(3.3)
式中：—机构起动时的惯性阻力，；
—考虑旋转件的惯性阻力系数，取；
—起动平均加速度，。
c、总的阻力距
(3.4)
3.1.3 电动机的选择
(3.5)
式中：—电动机在基准制时的功率，；
—海拔高度系数；
—工作环境的温度系数；
—操作频繁程度系数，见表3.2；
—运行阻力系数，见表3.3；
—齿轮传动效率；
—电动机数目。
表3.2 操作频繁程度系数Ks

Ks

机构工作级别M
机构作业持续JC
电动机接电持续率FC
15%
25%
40%
60%
100%
~M3
15%
1.20
1.05
0.94
0.82
0.72
M4~M5
25%
1.38
1.20
1.07
0.93
0.81
M6
40%
1.55
1.35
1.20
1.03
0.90
M7~M8
60%
1.82
1.58
1.40
1.20
1.04

100%
2.13
1.85
1.63
1.39
1.20

表3.3 运行阻力系数

运
行
阻
力
系
数
Ka

车轮直径（mm）
315
>315-710
>710-100
静阻力系数
0.0125
0.0095
0.0075

机
构
加
速
度
a
m/min
0.041
0.00170
0.00138
0.00118
0.058
0.00186
0.00156
0.00138
0.065
0.00195
0.00165
0.00146
0.074
0.00204
0.00175
0.00156
0.082
0.00213
0.00184
0.00165
0.100
0.00233
0.00204
0.00185
0.113
0.00248
0.00219
0.00199
0.126
0.00263
0.00234
0.00215
0.141
0.00280
0.00250
0.00231
0.158
0.00290
0.00270
0.00251

续表3.3 运行阻力系数

运
行
阻
力
系
数
Ka

车轮直径（mm）
315
>315-710
>710-100
静阻力系数
0.0125
0.0095
0.0075

机
构
加
速
度
a
m/min
0.179
0.00323
0.00294
0.00274
0.200
0.00346
0.00317
0.00298
0.224
0.00373
0.00345
0.00325
0.237
0.00388
0.00359
0.00340
0.254
0.00407
0.00378
0.00359
0.286
0.00443
0.00414
0.00395
0.320
0.00482
0.00453
0.00434
0.358
0.00525
0.00496
0.00477
0.379
0.00549
0.00520
0.00500
0.405
0.00578
0.00549
0.00530
0.429
0.00605
0.00576
0.00557
0.453
0.00632
0.00603
0.00584
0.480
0.00663
0.00634
0.00615
0.509
0.00695
0.00667
0.00647
0.544
0.00735
0.00706
0.00687

电动机型号 大连伯顿
电动机功率 7.5
电动机额定转速 970
转动惯量 0.1325
输出轴 38
3.1.4 打滑验算
a、粘着摩檫系数值对于在室内工作的起重机取
(3.6)
(3.7)
式中：—第个驱动车轮的轮压，；
—粘着摩檫安全系数，取；
—起重机或小车的运动质量，；
—平均起动加速度，，见表3.4。
(3.8)
(3.9)
，故打滑实验通过。

表3.4 机构加速度和机构加速时间
速度
m/min
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
加速度
m/s2
加速时间s
加速度
m/s2
加速时间s
加速度
m/s2
加速时间s
加速度
m/s2
加速时间s
10
0.041
4.1
0.063
2.6

20
0.058
5.8
0.089
3.7

25
0.065
6.3
0.100
4.2

32
0.074
7.3
0.113
4.7

40
0.082
8.2
0.126
5.3
0.202
3.3

50
0.092
9.1
0.141
5.9
0.226
3.7

63

0.158
6.6
0.254
4.1

80

0.179
7.4
0.286
4.6

100

0.200
8.3
0.320
5.2

125

0.224
9.3
0.358
5.8
0.481
4.3
140

0.237
9.9
0.379
6.1
0.509
4.6
160

0.405
6.5
0.544
4.9
180

0.429
6.9
0.577
5.2
200

0.453
7.3
0.608
5.5
225

0.480
7.7
0.645
5.9
b、驱动轮比与加速度
驱动车轮数量

需满足条件
(3.10)
满足要求（表3.5）

表3.5 驱动轮比与允许的最大加速度
驱动轮比 ni:n
允许的最大加速度 m/s2
1:6
0.135
1:4
0.238
1:3
0.340
1:2
0.544
1:1
0.645

3.1.5 减速器计算
a、速比
车轮的踏面直径
减速器速比 (3.11)
b、选用减速器功率
减速器数量
等效系数
(3.12)
3.1.6 制动器的选择

式中：—制动器的制动力矩，；
—机构制动时需制动的惯性力矩；
—有利于机构制动的最小静阻力矩；
3.1.6.1 制动惯性力矩Ma
(3.13)
式中：—制动器数量；
—电动机的额定转速，；
—制动时间，；
—计入其他旋转件的转动惯量系数，取；
—电动机转子的转动惯量，；
—高速轴上除去电动机转子以外的其它旋转件的转动惯量，；
—机构的额定运行速度，；

—车轮踏面直径，；
—电动机的同步转速，；
—从车轮轴到高速轴的传动比。
3.1.6.2 最小静阻力矩Mjmin
(3.14)
制动器的制动力矩
(3.15)
3.1.7 联轴器的选择
3.1.7.1 联轴器传递扭矩的确定
(3.16)
式中：—标准联轴器给出的许用公称扭矩，；
—联轴器的选用安全系数，取；
—刚性振动系数，取；
—被联结轴上的扭矩，；
—电动机在基准值时的额定功率，；
—电动机的额定转速，；
—从电动机到计算件的传动比。
高速联轴器应能传递的扭矩
(3.17)
型号
传递力矩 样本
低速联轴器应能传递的扭矩
(3.18)
型号
传递力矩 样本
3.2 减速器的设计
减速器传动比的分配
由于减速器采用的是三级斜齿圆柱立式减速器，所以传动比的分配为： 令，
计算得到：，，
？？？
4、起重机起升机构设计
主要进行滑轮组及卷筒设计计算 传动轴的设计及校核
5 起重机起重机主梁设计
主梁及端梁的设计、受力分析及校核

6 结论

参考文献

[1] 陈道南，盛汉中.起重机课程设计[M].北京：冶金工业出版社，1982
[2] 内部资料.起重机械[M].上海冶金专科学校，1978
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[4] 扬长葵.起重机械[M].北京：机械工业出版社，1982
[5] 濮良贵.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001
[6] 上海交通大学起重运输机教研组.起重机传动机构的动载荷和动力系数[M].上海：上海科技出版社，1977
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[8] GB3811.《起重机设计规范》[S].北京：机械工业出版社，1990
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[13] 张质文.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，1998
[14] 朱学敏.起重机械[M].北京：机械工业出版社，2002
[15] 黄燕.起重机钢结构制造工艺[M].北京：中国铁道出版社，1996
[16] 王昆，何小柏，汪信远.机械设计机械设计基础课程设计[M].北京：高等教育出版社，2003

Safety and Maintenance For CNC Machine

1 Safety Notes for CNC machine Operations
Safety is always a major concern in a metal-cutting Operation. CNC equipment is automated and very fast, and consequently it is a source of hazards , The hazards have to located and the personnel must be aware of them in order to prevent injuries and damage to the equipment. Main potential hazards include, rotating parts, such as the spindle, the tool in the spindle, chuck, part in the chuck, and the turret with the tools and rotating clamping devices, movable parts, such as the machining center table, lathe slides, tailstock center , and tool carousel, errors in the program such as improper use of the G00 code in conjunction with wrong coordinate value, which can generate an unexpected rapid motion, an error in setting or changing the offset value ,which can result in a collision of the tool with part or the machine, and a hazardous action of the machine caused by unqualified changes in a proven program, To minimize or avoid hazards, try the following preventive action:
(1) Keep all of the original covers on the machine as supplied by the machine tool builder
(2) Wear safety glasses, gloves, and proper clothing and shoes.
(3) Do not attempt to run the machine before you are familiar with its control.
(4) Before running the program, make sure that the parts is clamped properly.
(5) When proving a program, follow these safety procedures.
² Run the program using the machine Lock function to check the program for errors in syntax and geometry.
² Slow down rapid motions using the RAPID OVERRIDE switch or dry run the program.
² Use a single-block execution to confirm each line in the program before executing it.
² When the tool is cutting, slow down the feed rate using the FEED OVERRIDE switch to prevent excessive cutting conditions.
(6) Do not handle chip by hand and do not use chip hooks to break long curled chips. Program different cutting conditions for better chip control. Stop the machine if you need to properly clean the chips.
(7) If there is any doubt that the insert will break under the programmed cutting conditions, choose a thicker insert or reduce feed or depth of cut.
(8) Keep tool overhang as short as possible, since it can be a source of vibration that can break the insert.
(9) When supporting a large part by the center, make sure that the hole-center is large enough to adequately support and hold the part.
(10) Stop the machine when changing the tools, indexing inserts, or removing chips.
(11) Replace dull or broken tools or inserts.
(12) Write a list of offsets for active tools, and clear (set to zero ) the offsets for tools removed from the machine.
(13) Do not make changes in the program if your supervisor has prohibited your doing so.
(14) If you have any satety-related concerns, notify your instructor or supervisor immediately.

2 Daily Maintenance
2.1 Checking the External View
(1) Machine oil (cutting oil, lubrication oil)has been scattered onto the servomoter, detector, or main unit of the NC , or is leaking.
(2) Damage is found on the cables of the movable blocks, or the cables are twisted.
(3) Filter clogging.
(4) A door of the control panel is not open.
(5) Ambient vibration.
(6) The unit is located in a dusty location.
(7) Something that causes high frequency is played near the control unit.
2.2 Checking the inside of the control unit
Check that the following troubles have been eliminated:
(1) Cable connectors are loosened.
(2) Installing screws are loosened.
(3) Attachment amplifier screws are loosened.
(4) The cooling fan operates abnormally.
(5) Cable damage.
(6) Printed circuit boards have been inserted abnormally.
2.3 Fault diagnosis and Action
When a running fault occurs, examine the correct cause to take proper action. To do this, execute the checks below:
2.3.1 Checking the Fault Occurrence Status
Check the following:
(1) When did the fault occur?
(2) During what operation did the fault occur?
(3) What fault?
(4) For automatic operation．．．Program number, sequence number, and contents of Program?
(5) For manual operation．．．Mode?
a) Operating procedure?
b) Preceding and succeeding operations?
c) Set/display unit’s screen?
d) During I/O operation?
e) Machine system status?
f) During tool change?
g) Controlled axis hunting?
h) What fault occurred?
i) What does the alarm display of the set/display unit’s alarm diagnosis screen indicate?
(6) Display the alarm diagnosis screen to check the contents of alarm.
(7) What does the driving amplifier status display indicate?Check the contents of alarm based on the driving amplifier status display.
(8) What does the machine sequence alarm indicate?
(9) Is the CRT screen normal?
(10) Is the control axis hunting?
(11) Frequency of fault?
(12) When did the fault occur?
(13) Frequency? (Did the fault occur during operation of another machine?) If the ffrequency is too small, or the fault occurred during operation of another machine, the cause may be noises of the supply voltage.
(14) For example, in this case, check that the supply voltage is normal
(15) does momentary drop occur during operation of another machine?
(16) and measures have been taken against noises.
(17) In specific mode?
(18) When did the ceiling crane move?
(19) Frequency for the same kind of work?
(20) Does the fault occur when the same operation is made? (Repeatability check)
(21) Change the conditions (override, contents of program, operation procedure, etc.)
(22) Does the same fault occur?

译 文

摘 要

本文提出了自动机械卫星（RS）双机械手协调运动的规划设计。基于微重力环境下RS运动特性的分析，两个机械手分为主机械手和从机械手。接着介绍了双机械手RS协调运动的四种模式：稳定功能、平衡功能、调整功能和协作运转。还介绍了双机械手的运动规划算法。最后，给出了微重力环境下，RS俘获目标实验模型的四种协调运动的计算机仿真结果。仿真试验显示本文所提出的运动模型和规划算法是非常有效的。

关键词：自动机械卫星、运动规划、双机械手协调运动、构位空间、微重力环境

介绍
随着空间技术的发展，诸如构造和修理人造卫星和航天飞机等的航天员舱外活动越来越多。但是，航天员舱外活动非常危险并且费用昂贵，因此使用空间机器人来代替宇航员的需要变得日益急迫。这种机器人可以在太空中自由飞行，因此命名为自由飞行空间机器人。自动机械卫星就是自由飞行空间机器人的非常重要的一类，它由人造卫星和安装在人造卫星上的机械手组成。
空间机器人需要多机械手来在微重力环境下进行复杂的操作，双机械手RS是多机械手系统中重要的一员，并且双机械手的研究是多机械手研究的基础。为了增加机械手的功能并降低它们之间的意外干扰，应该研究RS多机械手的协调运动。多机械手的协调运动包括协调任务、协调动作和协调控制。尽管在[1，2]中提出了有关多机械手RS的动力学和协调控制，但是多机械手RS协调运动规划的相关研究还是非常有限。
一般机器人的运动规划问题是在给定环境和任务下，寻找无碰撞自动运动路径和轨道。运动规划有多种方法，例如构位空间方法、人工位场方法和拓扑方法。由于RS在空间微重力环境中缺乏固定基础，空间机械手的运动将扰乱其基础人造卫星的位置和姿态，并改变RS机械手的工作空间。直接采取带有固定基础的地面机器人的运动规划方法 ，以及规划路径和轨道是非常危险的，对RS有可能是错误的。因此，对微重力环境下RS运动特性的研究是非常重要的。

1 微重力环境下RS的运动特性
这里讨论的RS由人造卫星主体和k空间机械手组成。假设没有外力和外部扭力施加在该系统上，并且RS可以在微重力环境中自由飞行或飘浮。机械手的每一处接点都是由扭力控制器控制的旋转接点。整个系统的能量守恒。
如果第j个空间机械手具有nj个旋转连接，则系统可以被看作是由N1个链接（N＝n1+n2+…+nk）组成的多链接自由飞行（飘浮）系统。研究人造卫星的姿态时，要在卫星主体上建立协调系统。如果Ω和Φ分别是RS卫星姿态角矢量和空间机械手接点角矢量，它们分别为3-D和N-D矢量。卫星姿态的极小改变δΩ可以表示为机械手极小运动δΦ的函数 δΩ＝G(Φ) δΦ………………………………………………………(1)
此处，G是一个 3×N的扰动灵敏度矩阵。δΩ定义为瞬时扰动。G的奇异值分解给出了卫星最大干扰和最小干扰的方向和数量。如果Φ的变化量ΔΦ使卫星姿态的变化量为ΔΩ，在公式（1）的数值积分将给出一个新的公式：ΔΩ＝F(Φ, ΔΦ) ………………………………… (2)
公式（2）表达的方程由一个不能显式表达的数值积分得到。这需要对G重复进行数值积分的大量的计算。

2 双机械手RS地面模型及其C-空间量子化
为了研究RS自主控制技术，首先建立一个RS地面试验台，通过空气轴承来模拟微重力环境。RS试验模型可以在试验台中自由地飞行。该试验模型。
如图2.1所示。

图2.1双机械手RS地面试验模型
假设机械手有N个接点组成，且它们的角度为Φi，i=1，2，…,N。当机械手的基础固定时，矢量Φ=（Φ1，Φ2…,ΦN）组成机械手的C空间。对于微重力环境下的RS试验模型来说，需要其他一些参数来决定RS的相对位置，例如Ω，人造卫星姿态角矢量。用Ψ=(Ψ1, Ψ2)和Θ=(Θ1, Θ2)和表示两个机械手的接点角矢量。这里Φ=(Ψ,Θ)，RS模型的相对位置由(Ω, Ψ1, Ψ2, Θ1, Θ2)来确定，其中Ψ1, Ψ2,Θ1,Θ2的值可以相互独立。任何接点的运动都会影响Ω的值：ΔΩ=F(Ψ,Θ, ΔΨ, ΔΘ)。
其中，F为公式（2）定义的函数。Ψ（或Θ）的变化会影响卫星的姿态以及卫星姿态矢量Ω的变化，从而导致机械手位置的变化。尽管干扰使控制问题变得复杂，但是依然有可能利用动态干扰来简化航天任务。例如，通过机械手的运动，可以将卫星姿态和另一个机械手的位置变动到需要的相对方位上。
由于高维和复杂的动态控制问题，RS相对位置之间的关系很难用显式表达。本文提出了C空间量子化方法，即将每个接点角Φi平均地分成Ni个点，如下公式（4）所示：
Φ(i, j)＝Φi’＋（Φi”－ Φi’）·j/（Ni－1）
i＝1,2,3,4. j＝0，1，…，Ni－1 Φi∈[Φi’,Φi”] (4)
因此，机械手的角矢量（Φ1，Φ2，Φ3，Φ4）量化为N1×N2×N3×N4点。定义这些点为参考节点（C-节点），并记C-节点为（a1，a2，a3，a4），ai∈[1, Ni],其中，ai 为正整数，i=1,2,3,4。对Ω也进行同样的过程。所有的C-节点及任意两个相邻节点的链接组成了RS量子化C-空间中的一个参考节点网络(CNN)。
定义8种C-节点的相邻关系，即RS实验模型的标准运动。对每个具有8种标准运动的C-节点计算ΔΩ以建立一个标准基。在标准基中，基左边为向量（a1，a2，a3，a4）和一种标准运动，基右边为ΔΩ的值。则RS的C-空间就转化成了一个运动标准基，它刻划了RS的运动。在这个规划中，我们可以从标准基中获得ΔΩ的值而无须进行大量计算。因此，这种方法可以支持运动规划运行得更快。

3 机械手协调方案
两个机械手可以平等地工作来实现相同的目标，如共同抓住目标；或不平等地工作，如一个机械手完成需要的操作，另一个在某些方面协助第一个完成操作。为了分析双机械手协调模式，我们提出了相对概念：主机械手和从机械手。
定义
主机械手（M-机械手）：完成主操作任务的机械手叫做主机械手。
从机械手（A-机械手）：帮助主机械手完成主操作任务的机械手叫做从机械手。
A-机械手的协助功能一般是扰乱卫星主体的姿态。它的影响包括维持卫星稳定或相对稳定，以及使卫星主体变换到需要的姿态或位置。前一个降低M-机械手运动所造成的干扰；后一个通过制造干扰，使主体变换到需要的姿态。
通过上述分析，我们定义四种RS双机械手协调运动模式。
稳定功能：A-机械手通过抓取空间中的某些固定结构来稳定卫星主体。
平衡功能：A-机械手通过移动来使卫星免受M-机械手的干扰。
调整功能：A-机械手通过移动来干扰卫星的姿态，来修正M-机械手的操作位置或工作空间。
协作运转：两个机械手同时地平等地进行空间操作。
对于RS试验模型，四种协调运作模式通常更形象地表示为：Ψ和Θ分别表示M-机械手的角矢量和A-机械手接点的角矢量；Ω表示主体姿态矢量。
稳定功能：Δθ＝0，ΔΩ＝0，规划运动路径Ψ。
平衡功能：运动路径Ψ给定，保持Ω不变或在某一特定范围内变动，规划运动路径θ。
调整功能：运动路径Ψ给定，Ω的初始值Ωi和最终值Ωj给定，规划运动路径θ。
协作运转：操作任务给定，规划运动路径Ψ和θ。

4 协调运动规划算法
首先，给定协调运动模式的一般算法。然后，讨论每种协调运动模式下的特殊问题。
算法
第一步 建立RS运动标准基：
1) 在定义域内将Φj平均地分成Ni个点，i=1,2,3,4。
2) 构造C-节点，表示为（a1，a2，a3，a4）。
3) 对每个节点和八种标准运动，计算ΔΩ并根据（a1，a2，a3，a4）的地址存储在内存中。
4) 构造CNN，即RS的运动标准基。
第二步 设计目标函数f(n)。f(n)