強(qiáng)夯機(jī)畢業(yè)設(shè)計說明

1、 . . 30/30第一章強(qiáng)夯機(jī)簡介1.1強(qiáng)夯法簡介1.1.1強(qiáng)夯法特點強(qiáng)夯法是一種經(jīng)濟(jì)高效、節(jié)能環(huán)保的地基處理方法。強(qiáng)夯法加固地基可提高地基強(qiáng)度，降低壓縮性，消除濕陷性，改善其抵抗振（震）動液化的能力等。同時，強(qiáng)夯法可提高土層的均勻性，減少工后差異沉降。強(qiáng)夯法是一種主動加固方法，該法自誕生以來，以其經(jīng)濟(jì)易行、效果顯著、設(shè)備簡單、施工便捷、節(jié)能環(huán)保、質(zhì)量容易控制、適用圍廣、施工周期短等突出優(yōu)點，在全球各類工程的地基處理中得到了日益廣泛的應(yīng)用。1.1.2強(qiáng)夯法的誕生強(qiáng)夯法基本思想源于古老的夯擊方法，用夯擊法加固地基土或土工構(gòu)筑物是我國在公元前6世紀(jì)就已經(jīng)采用的施工方法。在人類生活的半坡遺址上，即

2、發(fā)現(xiàn)原始公社母系氏族社會時期，建筑的柱基墊土經(jīng)過夯實。進(jìn)入文明社會幾千年以來，中國就一直用夯實法，用夯(木夯、抬夯)、硪(石硪、鐵硪)加固地基，并用其修建土工構(gòu)筑物，如堤、壩、臺、墻(小至建筑墻壁，大至城墻)，阿房宮前殿遺址即為東西寬1300m、南北長500m、面積60 萬m2 的大夯土臺基，最初的萬里長城與以后的長城心墻也多用土夯實筑成。強(qiáng)夯技術(shù)(Dynamic Compaction)是一種節(jié)能環(huán)保的地基處理方法，自1975 年介紹與引進(jìn)，1978 年開始在工程中試用以來，受到中國工程界的高度重視。強(qiáng)夯技術(shù)能大量消耗建筑與工業(yè)垃圾，利用各種無機(jī)固體廢料進(jìn)行地基加固處理，減少環(huán)境污染。強(qiáng)夯技術(shù)

3、處理后地基的不均勻性得到改善，能充分保證建筑物的安全使用。適合中國國情，具有顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益與廣泛的應(yīng)用前景。強(qiáng)夯法施工如下圖。圖1.1強(qiáng)夯法施工1.2國外強(qiáng)夯機(jī)發(fā)展與現(xiàn)狀1.2.1國外強(qiáng)夯機(jī)發(fā)展與現(xiàn)狀圖1.2最早的強(qiáng)夯機(jī)在1975年，法國梅納介紹了一種特制的起重機(jī)，它采用液壓驅(qū)動的強(qiáng)夯專用三角架可以將400kN的夯錘提升到40m的高度。法國尼斯機(jī)場為起降波音客機(jī)而延長跑道，向海中填土，延長部分有3000m，填土厚原海底為松軟的粉土厚5080m。要求加固深度達(dá)40m。為此在現(xiàn)場特制了一臺起重量為2000kN、提升高度為25m、自重6500kN。具有186個輪胎的超級起重機(jī)車，是迄今為止世界

4、上最大的強(qiáng)夯施工機(jī)械。但由于上述機(jī)械自身的缺陷和對作業(yè)場地要求過高，使它成為一次性設(shè)備，沒有形成有生命力的產(chǎn)品在英國和美國，目前的強(qiáng)夯工程中，絕大部分夯錘的重量在60kN-220kN，落距在20m以，施工也由履帶起重機(jī)來實施。在英國，對150kN夯錘、落距15m，即能級2250kN*m的強(qiáng)夯稱為高能級強(qiáng)夯，對夯錘為60kN-100kN的強(qiáng)夯稱為低能級強(qiáng)夯，施工機(jī)械也由通用的履帶起重機(jī)來代替。1.2.2國強(qiáng)夯機(jī)發(fā)展與現(xiàn)狀我國自1975年開始介紹與引進(jìn)強(qiáng)夯技術(shù)，1978年開始在工程中采用履帶式起重機(jī)進(jìn)行強(qiáng)夯作業(yè)，僅八五期間全國重大工程項目地基處理中采用強(qiáng)夯技術(shù)的就達(dá)300萬平方米以上，取得了良好的

5、經(jīng)濟(jì)與社會效益，但也暴露出了履帶式起重機(jī)進(jìn)行強(qiáng)夯作業(yè)的許多弊病，出現(xiàn)了多起事故。施工機(jī)械再一次限制了強(qiáng)夯法向更高能級發(fā)展。國強(qiáng)夯施工從1975年開始介紹和引進(jìn)至今，雖經(jīng)歷了20多年發(fā)展，能級也已達(dá)到，但施工設(shè)備仍大多以中小噸位（15t50t）履帶起重機(jī)作為改造對象，增加輔助裝置來實現(xiàn)以下能級的強(qiáng)夯作業(yè)。這種改造的目的是增加作業(yè)時的傾覆穩(wěn)定性，減輕或改善桁架臂桿的抗彎。應(yīng)該說，這種改裝后的“代用強(qiáng)夯機(jī)”雖然在能級以下的夯實作業(yè)中具有一次性投入成本低的特點，但同時存在安全性差，使用效率低，消耗和維護(hù)成本高的缺陷。另外重型機(jī)械廠制造的W200A挖掘/起重兩用機(jī)是20世紀(jì)70年代設(shè)計、20世紀(jì)80年代

6、對傳動系統(tǒng)進(jìn)行氣動和液力耦合方面進(jìn)行一些改動而成的產(chǎn)品，從本質(zhì)上說，其85%以上的主結(jié)構(gòu)仍是20世紀(jì)70年代設(shè)計產(chǎn)品。1.3強(qiáng)夯機(jī)作業(yè)特點1.3.1強(qiáng)夯機(jī)簡介強(qiáng)夯機(jī)是一種滿載率極高的具有突然卸載工況的頻繁作業(yè)的起重設(shè)備根據(jù)GB6974.1-86起重機(jī)械名詞術(shù)語-起重機(jī)械類型對各種起重機(jī)的分類和定義，以與工程機(jī)械產(chǎn)品類組劃分第3類工程起重機(jī)械，均沒有“強(qiáng)夯機(jī)”這一名詞和術(shù)語。各類機(jī)械專業(yè)雜志、文獻(xiàn)也少見關(guān)于對強(qiáng)夯機(jī)設(shè)計、研究、開發(fā)、生產(chǎn)、使用方面的介紹。另外，雖然用安裝用起重設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)夯作業(yè)存在著安全性和可靠性不足的缺陷，但經(jīng)過土法的不斷改造：諸如用門架來改變臂桿受力和增加脫鉤后臂桿的反彈阻尼“

7、代用強(qiáng)夯機(jī)”成了強(qiáng)夯專用設(shè)備，安裝用起重機(jī)（A1A4）與強(qiáng)夯機(jī)（A8A9）明顯的界線在強(qiáng)夯施工界變得模糊。從1975年我國開始介紹和引進(jìn)強(qiáng)夯技術(shù)的二十幾年來，巖土工程界對強(qiáng)夯工法、工藝的不斷完善、改進(jìn)，使得強(qiáng)夯施工應(yīng)用圍不斷擴(kuò)大，產(chǎn)生了大量的研究論文、施工總結(jié)。一些學(xué)者認(rèn)為：“強(qiáng)夯技術(shù)對機(jī)械設(shè)備具有獨特的要求并受其限制，高能級強(qiáng)夯施工機(jī)具的研制停滯不前，也限制了高能級強(qiáng)夯的工程應(yīng)用和對其加固機(jī)理和工法的研究”事實上，我國于1992年在火電廠采用強(qiáng)夯技術(shù)用于消除黃土濕陷性以來，我國的強(qiáng)夯施工能級在近十幾年基本沒有提高。到目前為止，由于缺乏科研機(jī)構(gòu)、高等院校和工程機(jī)械制造商參與技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品支持，

8、國至今沒有生產(chǎn)和制造出真正適應(yīng)強(qiáng)夯施工要求、滿足強(qiáng)夯施工安全、效率、可靠性要求的強(qiáng)夯機(jī)，而基于目前起重量的改裝“代用強(qiáng)夯機(jī)”隨著施工工藝要求能級不斷加大，使得強(qiáng)夯作業(yè)的不安全性不斷增加，施工效率大大下降，超過能級施工成了強(qiáng)夯工程實踐的一大困難。1.3.2強(qiáng)夯機(jī)作業(yè)方式強(qiáng)夯夯錘在土中形成強(qiáng)大的沖擊應(yīng)力（可高達(dá)）從而壓縮土體，形成夯坑并提高地基的強(qiáng)度，降低壓縮性等。夯錘的沖擊速度顯著影響沖擊應(yīng)力從而影響強(qiáng)夯的加固效果。履帶式吊車提升夯錘時，吊車桁架式臂桿懸掛鋼絲繩（背繩）在夯錘重力與提升加速度的作用下，產(chǎn)生較大的拉力，鋼絲繩產(chǎn)生延伸（被拉長），夯錘提升到額定高度時，夯錘在自動脫鉤器的作用下脫鉤，吊

9、車一瞬間卸去載荷，吊車臂桿由于鋼絲繩應(yīng)力的作用，反復(fù)向后，向前大幅度的擺動，導(dǎo)致吊車臂桿和有關(guān)機(jī)件受到?jīng)_擊，輕則使吊車有關(guān)機(jī)件提前損壞，重則臂桿向后傾翻、折桿、造成起重臂后翻事故。所以說，突然卸載對于強(qiáng)夯機(jī)是正常工況，這一作業(yè)方式也是區(qū)別于一般起重設(shè)備最明顯的特征。1.3.3強(qiáng)夯機(jī)起升載荷從一定程度上來說，強(qiáng)夯機(jī)每一循環(huán)的起升載荷都是變化的，強(qiáng)夯作業(yè)中的起升載荷除夯錘本身的質(zhì)量外，還有錘頂上覆土質(zhì)量、夯錘從夯坑提起初始時真空吸附力和土壤環(huán)向壓力、摩擦阻力等。特別是含水量較高的粘性土場地上，夯坑較深時提錘荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過夯錘的自重。為提高生產(chǎn)效率，起升機(jī)構(gòu)常常是滿載工作。1.3.4強(qiáng)夯機(jī)作業(yè)頻率強(qiáng)夯

10、作業(yè)屬高頻率起升作業(yè)，以目前國性能最好的主流“代用強(qiáng)夯機(jī)”為例在進(jìn)行作業(yè)時一般作業(yè)循環(huán)次數(shù)為2027次/h.隨著卷揚拉力的提高和起升速度的增大,每小時循環(huán)次數(shù)還將增大。1.3.5強(qiáng)夯施工對起重設(shè)備要求從強(qiáng)夯機(jī)作業(yè)特點可以看出，強(qiáng)夯施工對起重設(shè)備的要求主要有以下幾點：（1）應(yīng)具備較強(qiáng)的地形適應(yīng)能力和較高的作業(yè)穩(wěn)定性。這樣，才能使強(qiáng)夯作業(yè)能在承載能力較低的松軟場地上進(jìn)行，并使突然全負(fù)荷卸載具有足夠的安全性、穩(wěn)定性。（2）為了減小由于臂架變形和柔性變幅系統(tǒng)變形貯能，在靜力平衡破壞后，出現(xiàn)反彈和振（震）動等動態(tài)響應(yīng)強(qiáng)夯施工起重設(shè)備臂架系統(tǒng)應(yīng)具有較大的剛度，變幅系統(tǒng)也擬采用剛性變幅機(jī)構(gòu)。在采用柔性變幅的

11、起重設(shè)備上必須增加防后傾倒裝置或增加諸如“龍門架”之類的反彈阻尼，以減小和扼制動態(tài)響應(yīng)的產(chǎn)生。確保起升設(shè)備的施工安全，提高臂架和主機(jī)的使用壽命。（3）起升卷揚機(jī)構(gòu)是強(qiáng)夯起重設(shè)備中使用最頻繁、沖擊最大的機(jī)構(gòu)之一。它影響鋼絲繩的使用壽命和作業(yè)效率、安全、根據(jù)強(qiáng)夯作業(yè)特性。卷筒應(yīng)具有寬幅大容量，高彈出力性能和卓越的制動能力。寬幅大容量可使鋼絲繩卷繞層數(shù)減少，避免強(qiáng)夯施工作業(yè)時鋼絲繩亂繩與制動沖擊時上下層鋼絲繩互相咬合產(chǎn)生扭曲，卷揚的高彈出力性能可滿足從夯坑中起升時以瞬間爆發(fā)力將夯錘提起的施工要求。制動系統(tǒng)采用柔性制動方式對于帶荷自由下落是十分重要的，在這一制動環(huán)境下，可避免鋼絲繩的亂繩并防止鋼絲繩的

12、早期破斷，減少卷筒發(fā)熱，最終使強(qiáng)夯作業(yè)變得可靠和安全。當(dāng)然卓越制動系統(tǒng)還包括有良好的散熱性能，使制動器在強(qiáng)夯這一高頻率和持續(xù)沖擊下能發(fā)揮作用（4）發(fā)動機(jī)功率應(yīng)有充足的儲備，行走機(jī)構(gòu)能適應(yīng)泥濘和沉陷地面的行走和轉(zhuǎn)向。這些要求將使得強(qiáng)夯起重機(jī)發(fā)動機(jī)功率，行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動扭矩應(yīng)比同級別通用型履帶起重機(jī)大。1.4強(qiáng)夯機(jī)的發(fā)展趨勢經(jīng)過數(shù)十年的強(qiáng)夯技術(shù)、施工工法研究和工程實踐，國外強(qiáng)夯的適用圍與施工領(lǐng)域不斷擴(kuò)大、強(qiáng)夯設(shè)計和施工正向高能級、工藝多樣性與復(fù)合技術(shù)發(fā)展。面對國工藝不斷成熟和設(shè)備相對落后的現(xiàn)實，強(qiáng)夯施工界與一些熟悉強(qiáng)夯施工工藝的工程機(jī)械技術(shù)人員正在密切關(guān)注行業(yè)動態(tài)，有的已進(jìn)入高能級強(qiáng)夯機(jī)的設(shè)計和開發(fā)

13、階段。認(rèn)為強(qiáng)夯施工起重設(shè)備將會在以下幾方向得到發(fā)展：（1）由于我國地震高烈度區(qū)，濕陷性黃土區(qū)和軟粘土區(qū)分布廣泛，近些年來又廣泛的開展了圍海造田、炸山填海等項目，因此強(qiáng)夯施工除了在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作外，會向兩極化發(fā)展：即高能力，大夯機(jī)能量和低能量小能級。這一趨勢會導(dǎo)致系列化、特大型化的強(qiáng)夯機(jī)的出現(xiàn)。（2）為了合理利用資源，避免重復(fù)開發(fā)，提高強(qiáng)夯設(shè)備的利用率，滿足不同用戶的需求。強(qiáng)夯機(jī)的多用途發(fā)展也將是一種趨勢。（3）節(jié)能和環(huán)保是工程機(jī)械的發(fā)展要求和總趨勢，因此，新型強(qiáng)夯機(jī)也將一改“代用強(qiáng)夯機(jī)”老、舊、破、臟、高消耗、低效率的現(xiàn)有狀態(tài)，以降低發(fā)動機(jī)排放、提高液壓系統(tǒng)效率、減少鋼絲繩消耗為目標(biāo)，使

14、強(qiáng)夯機(jī)完全達(dá)標(biāo)排放、高效率作業(yè)。（4）模塊化設(shè)計和具有自裝卸功能的設(shè)計思想將會在強(qiáng)夯機(jī)設(shè)計中得到進(jìn)一步體現(xiàn)，從而給強(qiáng)夯機(jī)遠(yuǎn)距離、快速運輸帶來方便。1.5強(qiáng)夯機(jī)安全防護(hù)措施為保證強(qiáng)夯機(jī)的自身安全，杜絕起重作業(yè)中發(fā)生事故，各種類型的起重機(jī)均設(shè)有多種安全防護(hù)裝置。常見的防護(hù)裝置有各種類型的限位器、防傾覆和力矩限制器等。位置限制器簡稱限位器。限位器是用來限制各機(jī)構(gòu)運轉(zhuǎn)時越過圍的一種安全防護(hù)裝置。包括上升位置限制器、運行極限位置限制器、偏斜調(diào)整與顯示裝置、以與緩沖器等。上升極限位置限制器用于限制取物裝置的起升高度，當(dāng)?shù)蹙咂鹕缴蠘O限位置時，限位器切斷電源，防止吊鉤等取物裝置繼續(xù)上升拉斷鋼絲繩而發(fā)生重物失

15、落事故。下降極限位置限制器是當(dāng)取物裝置下降到最低位置時，切斷電源，使運行停止，“以保證鋼絲繩在卷筒上纏繞余留的安全圈不少于兩圈。防傾覆裝置：流動式起重機(jī)和動臂變幅用柔性鋼絲繩牽引吊臂進(jìn)行變幅的起重機(jī)，當(dāng)遇到突然卸載情況時，會產(chǎn)生使吊臂后傾的力，從而造成吊臂超過最小幅度，發(fā)生吊臂后傾的事故。因此，凡屬這類起重機(jī)均應(yīng)安裝防后傾裝置。目前常使用的防后傾裝置如圖!所示。吊臂通過一個連桿機(jī)構(gòu)帶動幅度指示器，并在幅度盤上設(shè)置開關(guān)，進(jìn)行限位。然后通過一個機(jī)械裝置對吊臂進(jìn)行止擋。保險繩和保險桿是2種常用的防后傾裝置。保險繩采用已計算好長度和強(qiáng)度的鋼絲繩，一端固定在轉(zhuǎn)臺上，另一端固定在吊臂上，以鋼絲繩長度限定吊

16、臂的傾角。保險桿的上端鉸接在吊臂上，下端鉸接于轉(zhuǎn)臺上，隨吊臂的傾俯而伸縮，在其套筒有緩沖彈簧，對吊臂有緩沖、減振和限位作用，從而克服了鋼絲繩易被拉斷的缺點。1.人字架2.保險桿3.臂架4.保險繩5.中間插接桿圖1.3臂架防后傾裝置回轉(zhuǎn)鎖定裝置，是指臂架起重機(jī)處于運輸、行駛或非工作狀態(tài)時，鎖住回轉(zhuǎn)部分，使之不能轉(zhuǎn)動的裝置?；剞D(zhuǎn)鎖定器常見型式，有機(jī)械鎖定器和液壓鎖定器2種。機(jī)械式鎖定器結(jié)構(gòu)比較簡單，通常是用鎖銷插入方法、壓板頂壓方法或螺栓緊定方式等。液壓式鎖定器通常用雙作用活塞式油缸對轉(zhuǎn)臺進(jìn)行鎖定?；剞D(zhuǎn)鎖定裝置的原理基本一樣。第二章臂架設(shè)計計算2.1臂架設(shè)計臂架是強(qiáng)夯機(jī)的重要構(gòu)建之一。通過臂架能夠

17、將夯錘提升到一定的高度，改變臂架的傾角可以達(dá)到變幅的目的，以改變作業(yè)區(qū)域。對于強(qiáng)夯機(jī)臂架設(shè)計得是否合理，直接影響著強(qiáng)夯機(jī)的整機(jī)穩(wěn)定性和自重。因此，合理的設(shè)計出具有足夠強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，而重量又輕的臂架有著非常重要的意義。桁架式臂架可以制成軸線為直線形或折線形的結(jié)構(gòu)形式。其中強(qiáng)夯機(jī)多采用直線型臂架。因為直線型臂架結(jié)構(gòu)簡單，制造方便、受力情況好。臂架的斷面可以制成矩形或三角形截面型式。最常用的桁架式臂架是矩形截面型式。吊臂弦桿稱為分肢，腹桿也稱為綴條。弦桿和腹桿均由型鋼制成，它們可以是無縫鋼管、方形鋼管和角鋼等。腹桿體系可以是三角形斜桿腹桿體系，也可以是帶豎桿的三角形腹桿體系。由受力特點決定，臂

18、架在變幅平面的兩片桁架通常制成如圖所示的中間部分為等截面平行弦桿，兩端為梯形。對于旋轉(zhuǎn)平面的兩片桁架通常制成端部尺寸小，根部尺寸大的型式。為了能夠拼接成不同長度的臂架，在桁架式臂架的中間部分可以制成幾段等截面的形式。 對于弦桿采用的角鋼，對于腹桿采用的角鋼(a)變幅平面；(b)旋轉(zhuǎn)平面1弦桿2腹桿（斜桿）3腹桿（豎桿）圖2.1臂架結(jié)構(gòu)簡圖對于桁架式臂架結(jié)構(gòu)，特別應(yīng)注意臂架的端部，根部與拼接區(qū)這三處的構(gòu)造。臂架端部應(yīng)設(shè)計的剛強(qiáng)，通常在端部用鋼板代替腹桿體系。在靠近根部一段長度的變幅平面桁架用鋼板加強(qiáng)，這樣能更好地將壓力傳到轉(zhuǎn)臺上去。此外為了保證桁架式臂架根部的水平剛度，旋轉(zhuǎn)平面的桁架應(yīng)設(shè)置較強(qiáng)的

19、綴板，并使綴板盡量靠近支撐鉸點。臂架根部的水平剛度也可以用剛性板條來保證。剛性板條同旋轉(zhuǎn)平面桁架的腹桿與弦桿一起構(gòu)成了強(qiáng)有力的支撐鋼架。在靠近拼接去的橫斷面中設(shè)置橫向鋼架。在拼接區(qū)，各段桁架之間通過法蘭盤用螺栓連接。如圖所示。圖2.2臂架的根部圖2.3臂架拼接區(qū)2.2臂架受力分析2.2.1變幅平面的受力：圖2.4變幅平面吊臂受力分析如圖吊臂在變幅平面承受的載荷（圖1）由起升載荷和吊臂重量引起的垂直載荷：式中：為額定起升重量；吊鉤組重量；起升沖擊系數(shù)一般取11.2本計算取1.2 ；動力系數(shù) (取1.5-2)本計算取1.8。起升繩的拉力：式中m=3起升滑輪組倍率；=90%起升滑輪組效率；變幅滑輪組

20、拉力N：變幅滑輪組拉力N為，方向與臂架端點和人字架定滑輪軸心的連線一致。2.2.2軸向力計算假定Q、S和N匯交于臂架的端點，他們的合力沿臂架軸線方向作用于臂架。臂架在變幅平面視為兩端簡支的中心受壓構(gòu)件據(jù)多邊形法則可以很方便的求出合力p的大小。由于起升繩拉力S較變幅滑輪組拉力小的多，因此合力p的方向與N的方向很接近。合力p與軸向力大小相等方向相反。用分析法求軸向力P:式中為變幅繩與臂架夾角 ；為起升繩與臂架夾角；2.2.3旋轉(zhuǎn)平面受力臂架旋轉(zhuǎn)平面視為根部固定、端部自由的懸臂架。夯錘在風(fēng)力和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)引起或制動慣性力作用下偏離鉛垂線一個角度（規(guī)規(guī)定）由此在臂架端部引起的側(cè)向力= 取2.2.4系數(shù)確定

21、桁架式臂架通常采用滑輪組變幅。由于變幅滑輪組拉力N和起升繩拉力S的作用，使軸向壓力P在臂架旁彎過程中方向發(fā)生變化，用來表征軸向壓力P方向變化的參數(shù)為系數(shù)。圖2.5臂架在旋轉(zhuǎn)平面的受力2.3臂架界面彎矩用微分法求截面彎矩在變幅平面按兩端簡支中心受壓構(gòu)件計算，在旋轉(zhuǎn)平面按臂根固定、臂端自由受縱橫彎曲作用的構(gòu)建計算，后者是最不利的工況。圖2.6臂架的截面彎矩如圖所示，臂架旁彎過程中壓力P繞點O轉(zhuǎn)動，因此據(jù)臂架根部為x的截面彎矩為由于只有一個主臂作業(yè)所以臂架根部彎矩為最大彎矩截面位置：應(yīng)該取，但是因為從臂根到x=6000mm處有防傾桿得到加強(qiáng)，所以危險截面應(yīng)取=6000mm式中軸向壓力方向變化系數(shù)：為

22、斷面慣性矩2.4臂架強(qiáng)度計算材料選用A3鋼式中P 臂架的軸向壓力最大彎矩界面彎矩；A臂架的橫截面積；臂架的斷面模數(shù)；第二類載荷組合的許用應(yīng)力；為A3鋼的抗拉強(qiáng)度經(jīng)計算可知臂架的強(qiáng)度滿足要求2.5臂架剛度校核圖2.7臂架的剛度臂架的臂端撓度式中軸向壓力方向變化系數(shù)； P臂架的軸向力； L臂架的長度； a軸向壓力變化系數(shù)； T旋轉(zhuǎn)平面臂架的受力臂端容許撓度，所以剛度符合要求第三章變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計計算（一）3.1變幅機(jī)構(gòu)綜述強(qiáng)夯機(jī)變幅機(jī)構(gòu)按工作性質(zhì)分為非工作性變幅和工作性變幅；按機(jī)構(gòu)運動形式分為運行小車是變幅和臂架擺動式變幅；按臂架變幅性能分為普通臂架變幅和平衡臂架變幅。非工作性變幅機(jī)構(gòu)是指空載變幅，用

23、于調(diào)整作業(yè)位置，其特點是變幅次數(shù)少，變幅時間對強(qiáng)夯機(jī)的工作效率影響較小，一般采用較低的變幅速度。工作性的變幅機(jī)構(gòu)是指帶載變幅，工作性變幅機(jī)構(gòu)常采用多種方法實現(xiàn)吊重水平位移和臂架自重平衡。普通臂架變幅機(jī)構(gòu)變幅時會同時引起臂架重心和物品重心下降，消耗額外的驅(qū)動功率，使用與非工作性質(zhì)變幅，在偶爾需要帶載變幅時也同樣適用。普通臂架變幅系統(tǒng)有兩種主要形式：臂架擺動式和運行小車式。其在變幅過程中物品和臂架中心會隨幅度改變而發(fā)生不必要的升降，需要消耗額外的能量，在增大幅度時產(chǎn)生較大的慣性載荷。其中臂架擺動式變幅機(jī)構(gòu)構(gòu)造簡單，在非工作性質(zhì)變幅或不經(jīng)常帶載變幅的履帶式起重機(jī)、強(qiáng)夯機(jī)、和桅桿式起重機(jī)中被廣泛采用。

24、定長臂架一般采用鋼絲繩滑輪組式變幅機(jī)構(gòu),臂架結(jié)構(gòu)有箱行和桁架兩種形式，強(qiáng)夯機(jī)中采用的是直臂架桁架結(jié)構(gòu)。小起重量的定長臂架強(qiáng)夯機(jī)也可以采用液壓缸變幅，但強(qiáng)夯機(jī)的夯錘重達(dá)32噸，所以不適合采用液壓缸式變幅系統(tǒng)。鋼絲繩滑輪組是桁架型臂架與臂節(jié)可拆裝的桁架型臂架變幅機(jī)構(gòu)的主要型式。由于鋼絲繩是撓性件，只能承受拉力，在小幅度時風(fēng)力和夯錘突然掉落的慣性載荷作用，使臂架有后傾的可能，需要按著防傾安全裝置，強(qiáng)夯機(jī)通常在臂架后方安裝伸縮式撐桿來防傾。另一方面，鋼絲繩滑輪組變幅機(jī)構(gòu)在增大幅度時只能靠臂架自重和物品重量自動下落。為了吸收臂架下落時的勢能，控制落臂速度，可選用液壓驅(qū)動，依靠油路中的平衡閥限速。圖3.1

25、鋼絲滑輪組變幅機(jī)構(gòu)工作示意圖鋼絲繩滑輪組變幅機(jī)構(gòu)的優(yōu)點是構(gòu)造簡單，工作可靠，臂架受力小，而且可以放置最低位置，便于臂架安裝，能采用標(biāo)準(zhǔn)卷筒作為驅(qū)動裝置，總體布置也比較方便。缺點是效率低。臂架容易晃動、鋼絲繩易磨損。綜上可知強(qiáng)夯機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)應(yīng)采用鋼絲繩滑輪組變幅系統(tǒng)。3.2采用鋼絲繩滑輪組變幅系統(tǒng)的強(qiáng)夯機(jī)3.2變幅機(jī)構(gòu)受力分析圖3.3變幅系統(tǒng)受力圖3.2.1正常工況變幅受力分析一般以變幅和回轉(zhuǎn)兩機(jī)構(gòu)同時工作，機(jī)構(gòu)均作穩(wěn)定運動的工況計算。按正常工作時的變幅力確定機(jī)構(gòu)功率=T變幅滑輪組拉力；（Q+q）=42t物品和吊具重力；G臂架的重力4.75t；l=7.7m變幅滑輪組中心線至鉸點O的垂直距離；L=

26、31m臂架長度；=1.4m起升滑輪組拉力至鉸點O的垂直距離；m=3起升滑輪組的倍率；n=2回轉(zhuǎn)速度；R=13.5m；幅度=76臂架仰角；吊重鋼絲繩擺偏角 一般取=363.3.2最大變幅力最大變幅力按下列三種工況計算。（1）穩(wěn)定回轉(zhuǎn)時起升物品：=N起升載荷動載系數(shù)1.151.30本計算取1.2（2）變幅機(jī)構(gòu)帶載起動=N動載系數(shù)=1.051.10本計算取1.08（3）臂架安裝時，從地面拉起臂架如圖：圖3.4安裝臂架時變幅機(jī)構(gòu)受力此時最大的變幅力為=N =7臂架與變幅滑輪組中心線之間的夾角；3.3鋼絲繩選擇3.31變幅繩最大拉力計算變幅機(jī)構(gòu)選用的倍率為6倍率變幅鋼絲繩的最大拉力：=N取T中的最大值；

27、 =6變幅滑輪組的倍率；變幅滑輪組效率 3.3.2鋼絲繩分類鋼絲繩是起重機(jī)械的重要零件之一。它具有強(qiáng)度高、撓性好、自重輕、運行平穩(wěn)、極少突然斷裂等優(yōu)點，因而廣泛用于起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、牽引機(jī)構(gòu)，也可用干旋（回）轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。因起重用鋼絲繩要有很高的強(qiáng)度和韌性，所以常采用含磷、硫低的優(yōu)質(zhì)碳素鋼冷拔成絲。根據(jù)鋼絲韌性，將鋼絲分為3級：即適用于電梯的特級、用于起重機(jī)的1級和用作司索緊繩的2級鋼絲。一.根據(jù)鋼絲繩捻繞的次數(shù)分類（1）單捻繩：截面如圖所示，由若干斷面一樣或不同的鋼絲一次捻制而成。由圓形斷面的鋼絲捻繞成的單股鋼絲繩僵性大，繞性差，易松散，不宜用作起重繩，可作緊繩用，密封鋼絲繩一般只用作承

28、載繩，其他場合較少采用。（2）雙捻繩：截面如圖所示。先由鋼絲繞成股，再由股繞成繩。雙捻繩撓性好，制造也不復(fù)雜，起重機(jī)廣泛采用。a圓鋼絲單股鋼絲繩 b密封鋼絲繩圖3.5鋼絲繩的截面二.根據(jù)股中相鄰二層鋼絲的接觸狀態(tài)分類（1）點接觸鋼絲繩：繩股中各層鋼絲直徑一樣，每層鋼絲的螺旋升角近似相等。為了使各層鋼絲有穩(wěn)定的位置，外各層鋼絲的捻距不同，互相交叉，在交叉點上接觸。這種鋼絲繩在反復(fù)彎曲時鋼絲容易磨損折斷。（2）線接觸鋼絲繩:這種鋼絲繩股中的鋼絲直徑不同，但每層鋼絲的節(jié)距一樣，外層鋼絲位于層鋼絲的溝槽中，外鋼絲的接觸形成一條螺旋線。線接觸鋼絲間接觸應(yīng)力小、磨損小、鋼絲繩壽命長；鋼絲繩有可能選用較小的

29、直徑，從而可以選用較小的卷筒、滑輪、減速器，以減小起升機(jī)構(gòu)的尺寸與質(zhì)量?，F(xiàn)在的起重機(jī)已用線接觸鋼絲繩代替過去常用的普通點接觸鋼絲繩。這種鋼絲繩按繩股斷面的結(jié)構(gòu)分，還可分為3種:1外粗型：又稱西魯型。股中同一層鋼絲的直徑一樣，不同層鋼絲的直徑不同，層細(xì)，外層粗。鋼絲繩耐磨，撓性稍差。2粗細(xì)型：又稱瓦林吞型。外層采用粗、細(xì)兩種鋼絲，粗鋼絲位于層鋼絲的溝槽中，細(xì)鋼絲位于粗鋼絲之間。這種鋼絲繩斷面填充率較高，撓性較好，承載能力大，是起重機(jī)常用的鋼絲繩。3密集型：又稱填充型。在股中外層鋼絲形成的溝槽中，填充細(xì)鋼絲，斷面填充率更高，承載能力大、撓性好。（3）面接觸鋼絲繩：面接觸鋼絲繩股中鋼絲與鋼絲之間是面

30、接觸，接觸應(yīng)力小、磨損小、強(qiáng)度大，但其撓性較差。一般也做成雙捻鋼絲繩。a點接觸繩 b外粗式 c粗細(xì)式 d填充型圖3.6鋼絲繩的截面三.按照絲繩的繞向分類（1）右繞繩：把鋼絲繩立起來觀看，繩股的捻制螺旋方向，是由左側(cè)開始向右上方伸展。（2）左繞繩：繩股捻制螺旋方向是由右側(cè)開始向左上方伸展。a左同向繞 b左交互繞 c右同向繞 d右交互繞圖3.7鋼絲繩的繞向3.3.3鋼絲繩選擇與使用鋼絲繩的受力特征鋼絲繩受力復(fù)雜。受載時，鋼絲繩中產(chǎn)生拉伸應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、擠壓應(yīng)力以與鋼絲繩捻制時的殘余應(yīng)力等。當(dāng)鋼絲繩繞過滑輪時，受到交變應(yīng)力作用，使金屬材料產(chǎn)生疲勞，最終由于鋼絲繩與繩槽、鋼絲繩之間磨損而破斷。試驗表明

31、：（1）鋼絲繩的彎曲曲率半徑對鋼絲繩的影響很大，這是因為繩輪直徑減小時，鋼絲的彎曲變形加劇，彎曲應(yīng)力加大，因而鋼絲繩磨損加快，疲勞損傷加快，鋼絲繩的壽命就縮短。（2）鋼絲繩繞過繩輪時，繩輪與鋼絲繩接觸面間的壓力和相對滑動，使鋼絲繩磨損斷絲。接觸應(yīng)力越大，斷絲越迅速。（3）點接觸鋼絲繩，由于鋼絲間接觸應(yīng)力大，鋼絲的交叉又增大了橫向壓力，強(qiáng)度損失要比線接觸型大，抗疲勞性能也差。所以線接觸鋼絲繩比點接觸鋼絲繩壽命長。（4）當(dāng)鋼絲繩一個捻距間的斷絲數(shù)達(dá)到全部鋼絲的#01時，繼續(xù)使用，繩的斷絲速率明顯加快，短時即出現(xiàn)斷股。（5）當(dāng)其他條件一樣時，選用的鋼絲繩安全系數(shù)越高，其使用壽命越長。鋼絲繩的選用起重

32、鋼絲繩的選用應(yīng)考慮使用環(huán)境和場合與作業(yè)的繁重程度，一般來說，起重鋼絲繩應(yīng)有較好的韌性。繞經(jīng)滑輪和卷筒的鋼絲繩應(yīng)優(yōu)先選用線接觸鋼絲繩。在有酸、堿等腐蝕環(huán)境中應(yīng)選用鍍鋅鋼絲繩。在高溫環(huán)境中使用的鋼絲繩，以選用石棉芯和金屬芯鋼絲繩為宜。為了使起吊的工作平穩(wěn)，不發(fā)生打轉(zhuǎn)現(xiàn)象，一般采用交互捻（反捻）鋼絲繩。為了保證鋼絲繩有一定壽命，應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作級別和用途，正確選用鋼絲繩的安全系數(shù)。鋼絲繩的直徑確定公式 C為鋼絲繩的選擇系數(shù)n安全系數(shù)；k鋼絲繩折減系數(shù)；w鋼絲繩充滿系數(shù)；鋼絲繩的公稱抗拉強(qiáng)度鋼絲繩型號選取參照120t履帶式起重機(jī)資料計算得鋼絲繩直徑選取d=22mm表3.1圖3.8 型鋼絲繩截面3.4變

33、幅卷筒計算選型3.4.1卷筒結(jié)構(gòu)與形式卷筒用來卷繞鋼絲繩，并把原動機(jī)的驅(qū)動力傳遞給鋼絲繩，同時又將原動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。卷筒的結(jié)構(gòu)型式：卷筒組件有卷筒、連接盤以與軸承支架。卷筒組有長軸卷筒和短軸卷筒。長軸卷筒組有齒輪連接盤組和帶大齒輪的卷筒組，這是一種應(yīng)用較多的結(jié)構(gòu)型式短軸卷筒組是一種新的結(jié)構(gòu)型式。卷筒與減速器輸出軸用法蘭盤剛性連接。減速器底座通過鋼球或圓柱銷與小車架連接。這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整與安裝方便。此外還有采用行星減速器放在卷筒部的，優(yōu)點是驅(qū)動裝置緊湊，質(zhì)量輕。卷筒組的結(jié)構(gòu)形式見下圖。1卷筒2軸3齒輪盤4卷筒轂 5軸承盤圖3.9卷筒組3.4.2卷筒材料鑄造卷筒一般

34、用HT2040。焊接卷筒采用A3鋼制造。卷筒直徑和滑輪直徑一樣，與鋼絲繩（b）中心計算的卷筒的最小纏繞直徑相關(guān)。鋼絲繩在卷筒上固定通用的方法是采用壓板，它的優(yōu)點是構(gòu)造簡單，拆卸方便。為了保證安全，減小對固定壓板的壓力或楔子的受力，在設(shè)計時，保證取物裝置下放到極限位置時，在卷筒上，除固定繩圈之外，還應(yīng)留23圈鋼絲繩。這幾圈鋼絲繩稱安全圈，也叫減載圈。采用安全圈繩尾固定圈拉力僅為鋼絲繩最大拉力的13.4%。如果沒有這個安全圈，則固定圖拉力就是鋼絲繩最大拉力。而壓板都是按有安全圈設(shè)計的，因此在使用時，一定要注意，不允許把鋼絲繩圈放光，而必須留有安全減載圈。表3.23.4.3卷筒名義直徑D：d為鋼絲繩

35、直徑；e=16對于流動式起動機(jī)參考QUY履帶式起重機(jī)的參數(shù)得卷筒的名義直徑D=610mm3.4.4卷筒長度變幅卷筒繞量由變幅滑輪組與定滑輪之間的距離x的變化量決定H=5m變幅滑輪組定滑輪中心與臂架鉸點O之間的垂直距離e=6m變幅滑輪組定滑輪中心與臂架鉸點O之間的水平距離從最大變幅到最小變幅時（仰角由變?yōu)椋┚硗怖@繩量為=63.96m=452mm因為卷筒長度與直徑之比通常取12，所以選卷筒長度取700mm。多層卷繞形式的鋼絲繩總長度d鋼絲繩直徑d=22mm;=(1.11.2)d=1.222=26.4mm;D卷筒直徑，D=610mm；n鋼絲繩卷繞圈數(shù)，n=2；圖3.10標(biāo)準(zhǔn)槽型鋼絲繩在光卷筒上卷繞方

36、向與鋼絲繩的捻向有關(guān)。右捻繩應(yīng)從左向右排列，左捻繩應(yīng)從右向左排列。只要一層排列整齊第二層也就不會卷亂。3.4.5繩槽半徑參照表3.2選繩槽半徑R=13mm3.4.6繩槽深度參照表3.2選繩槽深度H=7.5mm3.4.7繩槽節(jié)距P=（2426）參照表3.2選擇繩槽節(jié)距P=26mm3.4.8卷筒壁厚選用鑄鐵卷筒mm鑄鐵卷筒選22mm3.5卷筒強(qiáng)度校驗因為所以應(yīng)計算卷筒臂表面的最大壓應(yīng)力鋼絲繩最大工作靜拉力（N）；P卷筒繩槽節(jié)距（mm）；卷筒壁厚(mm)； A多層卷繞系數(shù)取A=1.4卷筒材料許用壓應(yīng)力（MPa），選用HT350灰鑄鐵，許用壓應(yīng)力340MPa故=201MPa=340MPa第四章變幅機(jī)構(gòu)

37、設(shè)計計算(二)4.1棘輪逆止器計算式中變幅鋼絲繩最大工作靜拉力（N）；制動安全系數(shù)選1.2；D卷筒直徑棘輪逆止器一般用來作為機(jī)械中放置逆轉(zhuǎn)的制逆裝置或供間歇傳動用，在某些低速的卷揚系統(tǒng)上使用。棘輪的齒形已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。棘輪的齒數(shù)通常在630圍選取，但有特殊用途時可以減少或增多些，齒數(shù)越多，沖擊越小，但尺寸較大。為了減少沖擊，可以裝設(shè)兩個或多個棘爪。棘輪的模數(shù)按照齒受彎曲計算來確定=32棘輪模數(shù)選6，8，10； 棘輪軸所受的扭矩即制動扭矩；Z=20棘輪的齒數(shù)；=4尺寬系數(shù)；=80Mpa選用ZG310-570鋼材料的棘輪的許用彎曲應(yīng)力所以棘輪逆止器的模數(shù)為32 齒數(shù)為20 所選棘輪的尺寸直徑齒寬棘爪要

38、比棘輪寬23毫米 所以棘爪寬度為130mm機(jī)械類型齒條式頂重機(jī)蝸輪蝸桿滑車棘輪停止器帶棘輪的制動器齒數(shù)z6-86-812-2016-25表4.1棘輪材料HT150ZG270-500ZG310-570Q23545齒寬系數(shù)1.5-6.01.5-4.01.0-2.01.0-2.0許用單位線壓力15303540許用彎曲應(yīng)力3080100120表4.24.2變幅速度計算變幅鋼絲繩繞入速度t=4.6mint由最大幅度到最小幅度的變幅時間變幅卷筒的線速度為0.235m/s變幅卷筒的角速度為變幅卷筒的轉(zhuǎn)速4.3減速機(jī)選型4.3.1減速機(jī)類型減速器是起重機(jī)上的重要傳動部件。它是把電動機(jī)的高轉(zhuǎn)速降低到各機(jī)構(gòu)所需工

39、作轉(zhuǎn)速。以前國起重機(jī)多使用ZQ和ZSC型仿產(chǎn)品，這類產(chǎn)品已被QJ和QJD型減速器所替代。（1）QJ型減速器,該系列主要用于起升機(jī)構(gòu)、運行機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)。箱體為焊接結(jié)構(gòu)，自重輕，傳遞扭矩較大，立式和臥式統(tǒng)一于一種結(jié)構(gòu)型式，優(yōu)點不少，但發(fā)展速度快。圖4.1QJ減速器的基本型式（2）QS型減速器，此種減速器與制動電機(jī)組裝成“三合一”運行機(jī)構(gòu)。減速器的輸出軸孔套裝在車輪軸上，箱體上支點吊掛在起重機(jī)端梁上。這種安裝方式比目前傳統(tǒng)的安裝方式減少了由于走臺和主梁振動給齒輪嚙合帶來的不良影響。整個機(jī)構(gòu)體積小、質(zhì)量輕、組裝性好，在中、小型起重機(jī)運行機(jī)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。（3）三環(huán)減速器，減速器由置于箱體中的2根高

40、速軸、1根低速軸和3塊傳動環(huán)板等構(gòu)成（故名三環(huán)）。各軸呈平行布置，輸入軸帶動3塊環(huán)板呈120度相位差做平面運動，環(huán)板中間孔的齒圈與低速軸上的外齒輪嚙合，構(gòu)成少齒差傳動，得到較大的傳動比。這種減速器采用獨特的平行軸一動軸三環(huán)傳動形式，兼有同軸行星傳動和平行軸定軸傳動的特點，即：承載能力大，過載性能好。齒輪減速器相比，體積小，質(zhì)量輕，齒輪為軟齒面，對加工精度、材料與熱處理技術(shù)要求不高，零件種類少1傳動環(huán)板 2、4高速軸 3低速軸圖4.2 SHO三環(huán)減速器傳動原理（4）行星齒輪減速器GJW型和JQ型行星齒輪減速器用于高速液壓電機(jī)驅(qū)動的起升機(jī)構(gòu)。減速器作為獨立部件裝在卷筒的臟，減速器的輸入軸經(jīng)多片盤式

41、制動器與高速液壓電機(jī)相連。減速器的輸出軸與卷筒固接。減速器用于各種液壓驅(qū)動的臂架起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)和鋼絲繩滑輪組變幅的變幅機(jī)構(gòu)，在其他各種提升、牽引的卷揚設(shè)備中，也獲得廣泛應(yīng)用。圖4.3GJW型和JQ型減速器傳動原理4.3.2減速機(jī)選型液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速為820.7r/min最大的變幅功率變幅鋼絲繩的最大拉力v變幅卷筒的第一層鋼絲繩線速度減速機(jī)的輸出扭矩變幅機(jī)構(gòu)的傳動比減速機(jī)的型號為QJS-D500-125-P-/T8905.2-1999圖4.4 減速器的外形圖圖4.5 減速器的外形圖外形尺寸：4.3.3減速機(jī)安全檢查為確保減速機(jī)的安全運行，減速機(jī)必須經(jīng)常進(jìn)行安全檢查減速器的安全技術(shù)檢驗要點：（

42、1）經(jīng)常檢查地腳螺栓，不得有松動、脫落和折斷。（2）每天檢查減速器箱體，特別是軸承處的發(fā)熱不能超過允許溫升。如果溫度超過周圍空氣溫度40時，檢查軸承是否損壞，是否缺少潤滑脂，負(fù)荷時間是否過長，有無卡住現(xiàn)象等。（3）檢查潤滑部位。初期使用時，每季度換一次潤滑油，以后根據(jù)潤滑油的清潔程度半年至一年換一次。潤滑油不得泄漏，但油量要適中。（4）聽齒輪嚙合聲響。正常狀態(tài)下其響聲均勻輕快，噪聲不超過85dB。噪聲超高或有異常撞擊聲時，要開箱檢查軸和齒輪有無損壞。（5）用磁力或超聲波探傷儀檢查減速箱軸，發(fā)現(xiàn)裂紋應(yīng)與時更換。（6）殼體不得有變形、開裂現(xiàn)象。結(jié)論在吊臂根部變截面處增加了加強(qiáng)槽鋼和筋板。新設(shè)計的吊臂從根本上改變了吊臂根部的結(jié)構(gòu)型式。加厚腹板是可以提高其抗屈曲（