定柱式旋臂起重机结构整体优化研究

收稿日期:2001-03-31

基金项目:山西省教育厅推广资助项目(200027)

作者简介:徐格宁(1955-),男,山东莱州人,教授,博士生.

定柱式旋臂起重机结构整体优化研究

徐格宁,陆凤仪,张亮有

(太原重型机械学院机电工程分院,山西太原　030024)

摘要:根据旋臂起重机整体结构特点和规范规定,建立了面向整机对象的数学模型,基于MDOD 方法,研发出参数化整体优化设计软件,并已成功地用于工程实践.与常规设计对比表明,

所建立的模型与方法很好地协调了旋臂起重机各结构部件的力学性能,实现了整体经济性和可靠性的最佳匹配.关键词:旋臂起重机;金属结构;整体优化

中图分类号:TH 213.5;TU 39 文献标识码:A 文章编号:0253-374X (2001)12-1476-07

Research on Completed Optimized Design of

Structure for Slewing Jib Crane

X U Ge -ni ng ,L U Feng -yi ,ZHA N G L iang -you

(Department of Mechanical and Electrical Engineering ,Taiyuan Heavy Machinery Institute ,Taiyuan 030024,China )

Abstract :According to the characteristics of completed metal structure for slewing jib crane and the rule of design in this paper ,the structure completed optimized design model of the slewing jib crane was established ,and parameterized completed optimized design software was developed successfully based on MDOD method.The contrast results of optimized design and traditional design show that the model and method corresponded well in mechanical performance with each part of the structure for the slewing jib crane ,realizing the best matching between completed economy and reliability ,and providing modern design method and means for in 2dustry enterprises.

Key words :slewing jib crane ;metal structure ;completed optimized

定柱式旋臂起重机(下称旋臂起重机)是广泛应用于机械加工过程的轻型起重机.随着市场竞争的日益激烈,对起重机的质量和价格提出了更高要求.因此,采用现代设计方法和信息技术对传统设计、计算模型、计算方法进行技术提升,以生产质高价廉、轻巧美观的旋臂起重机,提高企业的竞争力和技术创新能力.

采用传统设计的旋臂起重机,存在着结构笨重和刚度不足的双向缺陷,难以获得经济性和可靠性的最优匹配.为此,本文以旋臂起重机整机结构为对象,进行整体优化方法研究及软件研制,为行业提供现代设计方法和手段.

1　优化设计数学建模

1.1　目标函数

旋臂起重机结构优化目标是在保证使用性能前提下的制造成本最低,而与制造成本相关的主要因素是设计水平、材料消耗、加工工艺等.若全部考虑,则难以量化,使模型复杂化而失去实用性.因此本文模型

第29卷第12期2001年12月

同　济　大　学　学　报

JOURNAL OF TON G J I UN IVERSITY Vol.29No.12

　Dec.2001

分别以旋臂起重机主结构质量最小和整机质量最轻为目标,其表达式分别为

F J (X )=m L +m L Z +m Z J +m L S +m FL (1)F (X )=F J +m QZ +m HL +m DJ

(2)

其中:F J 为主结构质量目标函数值;m L 为横梁质量;m L Z 为立柱质量;m Z J 为支架质量;F 为整机质量目标函数值;m L S 为螺栓质量;m FL 为法兰盘质量;m QZ 为额定起重量;m HL 为葫芦小车质量;m DJ 为吊具质量.1.2　设计变量

设计变量的选取,应使优化模型完备、简洁、实用,故本文设计变量选取如下:X (1)为横梁工字钢序号I =1～35;X (2)为立柱外径;X (3)为立柱板厚;X (4)为支架槽钢序号I =1～30;X (5)为支架翼缘厚;X (6)为支架翼缘宽;X (7)为支架腹板厚;X (8)为螺栓序号I =1～8;X (9)为法兰盘厚度,共计9个变量.1.3　约束条件

本优化模型的约束条件分为显式约束与隐式约束两类. 显式约束X L i ≤X i ≤X U i (i =1,…,9)其中:X Ui ,X L i 为变量X i 的上、下界,根据设计的系列性、工艺性、实用性等优化范围由用户确定取值. 隐式约束f k (X 1,X 2,…,X 9)≤F k (k =1,…,N C )

N C 为隐式约束个数.隐式约束包括立柱、横梁、支架结构静强度、稳定性、刚度,螺栓强度等共计28个.

2　结构分析

2.1　横梁设计

图1　旋臂起重机整体数学模型

Fig.1　Mathem atic model of slewing jib crane

2.1.1横梁结构及受力分析

横梁结构和载荷如图1所示.图中符号含义:G 为小车质量;Q 为起重量;H 为立柱高度;q 为横梁自重载荷集度;R 1为最小幅度;R 2为最大幅度;L 为横梁总长;L 1为横梁悬臂长度;L 2为支架重心至横梁悬臂根部距离;L 3为支架重心至支架边缘距离;L 4=R 1-(L 2+L 3)为支架边缘至立柱中心距离;N A 为A 点水平反力;N D 为D 点水平反力;R 为A 点垂直反力;F =f N D 为摩擦力,摩擦系数f =0.15;g 为重力加速度.2.1.2横梁结构内力分析

根据静力平衡原理,由∑M A =0,得N D H 1+FL 4=[(Q +G )(L 1+L 2+L 3+L 4)+qL 2

/2+W (L 3+L 4)]g 则

N D =[(Q +G )(L 1+L 2+L 3+L 4)+qL 2

/2+W (L 3+L 4)]g/(H 1+f L 4)

(3) 由∑X =0,得N A =N D ,∑Y =0,得

R +F =(G +Q +qL +W )g ,R =(G +Q +qL +W )g -F

(4)

由结构节点B 弯矩平衡∑M A =0,得M A =R (L 2+L 3+L 4)-qg (L 2+L 3+L 4)2/2,则

M C =[(G +Q )L 1+qL 2

1]g M D =M A +M C =N D H 1

(5)

节点B 的弯矩图如图2所示.2.1.3　横梁强度校核

比较横梁B 点最大弯矩:取M max ={M C ,M A },则

σ=

M max h (i )

2I X (i )

≤[σ](6)

2.2　支架强度校核

741　第12期徐格宁,等:定柱式旋臂起重机结构整体优化研究

σ=

M D y I Z J

≤[σ](7)

2.3　立柱强度校核

立柱内力图如图3所示,因立柱是典型的压弯构件,除计算强度外,还必须计算整体与局部稳定性

图2　节点

B 的弯矩图

Fig.2　B ending chart of node B

图3　立柱内力图

Fig.3　I nternal force chart of m ast

2.3.1　立柱强度校核

σ=

R A A L Z

M D D W J

2I L Z

≤[σ](8)

2.3.2　立柱整体稳定校核

计算r =

I L Z A L Z

,λ=

,查表[1],得到稳定系数Φ.则N 0=R A +

m L Z g

,N E =

π2EA L Z

,σW D =

N 0

ΦA L Z

M D D W J

2I L Z 1-

N 0

0.9N E

≤[σ](9)

2.3.3　立柱局部稳定校核

[σJ B ]=0.2E

δL Z

(D W J -δL Z

)/2,σW D ≤[σJ B ]

(10)

3　整机变形设计

整机变形最大挠度发生在悬臂端点,组成定柱式旋臂起重机钢结构的各结构部件,均对综合变形有所贡献.综合变形的大小应受到设计标准值的控制.旋臂起重机整机钢结构变形情况见图4所示.以下分别

计算各部件的变形.3.1　立柱变形计算

立柱最高点的转角β对横梁端点引起的垂直变形有所贡献,必须计入.

在弯矩N A 作用下,β2=N A H 2/2EI L Z ;在弯矩N D 作用下,β3=N D (H -H 1)2

/2EI L Z ;且β=β2-β3=α

. 由转角β对横梁端点引起的垂直变形

Y 1=tan β(L 1+L 2+L 3+L 4)

(11)

3.2　横梁变形计算

算法1:按整体横梁计算载荷吊点变形

Y 21=(Q +G )g

β(L 1+L 2+L 4+L 4)3/3EI HL (12a )

算法2:按横梁前段计算载荷吊点变形

741 同　济　大　学　学　报第29卷　

Y 22=(Q +G )g βL 3

1/3EI HL

(12b ) 按横梁后段计算横梁载荷吊点变形

Y 3=R A (L 2+L 3+L 4)3

L 1/(3EI HL (L 2+L 3+L 4))

(13)

3.3　支架变形计算

根据文献[1]计算变截面支架折算惯性矩,取距小端0.75H 处作为计算截面.计算模型见图5.由几何条件C 3=C 2+0.75(C 1-C 2),得Y -Y 轴位置:

X =

2A C h/2+C 3D (0.5C 3+h )+B 1D 1(0.5D 1+C 3+h )2A C +C 3D +B 1D 1

X 2=N D H 3

1/3EI Z J

I Z J =I Y =2I C +2A C (X -0.5h )

C 3

D (0.5C 3+h -X )

1D 1(C 3+h -X -0.5D 1)2

(14)

图4　旋臂起重机结构变形图

Fig.4　Structure displacement chart of slewing jib crane

图5　支架计算模型

Fig.5　C alculating model of bracket

3.4　结构综合挠度计算

为安全慎重起见,将两种算法同时引入约束集中.

算法1:Y ZH1=Y 1+Y 21

算法2:Y ZH2=Y 1+Y 22-Y 3+X 2L 1/H 1

(15)3.5　整机总变形约束条件[2]

工作级别为A1,A2,A3时,Y ZH1或Y ZH2<[Y ]=(H +L 1+L 2+L 3+L 4)/250;工作级别为A4,A5,A6时,Y ZH1或Y ZH2<[Y ]=(L 1+L 2+L 3+L 4)/250;工作级别为A7,A8时,Y ZH1或Y ZH2<[Y ]=(L 1+L 2+L 3+L 4)/400.亦可根据企业经验确定.

4　螺栓计算

计算假定:①螺栓均布于圆周;②保证4个螺栓布置在相互垂直的坐标轴上;③螺栓总数n 为已知.

设相邻螺栓之夹角为α=2π/n ;在[0～π/2]内,螺栓数为i ,则i α=π/2;由此导出[0～π/2]区间螺栓

个数i 与螺栓总数关系为:i =n/4.螺栓布置中心线直径为D W J +2d +10mm ,其中d 为螺栓外径,10mm 为焊缝空间,螺栓计算模型见图6.

Y i =(D W J +2d +10)sin (i α)/2 (i =1,n )

∑n i =1

Y 2

=2[Y 2n +2(Y 21+Y 22+…+Y 2i +…+Y 2

n -1)]

P max =(K 0+K C )M max Y max /

∑n

i =1

Y 2

(16)σ=4P max /πd 20<[σBLO T ]

(17)

其中:K 0为螺栓的预紧系数;K C 为刚度系数;[σBLO T ]为螺栓的许用应力.

741　第12期徐格宁,等:定柱式旋臂起重机结构整体优化研究

5　法兰盘计算

法兰盘计算简图参见图7. 法兰盘面积:A FL =π(R 2-r 2

)

(18) 法兰盘抗弯模量:

W FL =π(R 3-r 3)/32

(19) 轴向力产生的应力:p 1=N 0/A FL .力偶产生的应力:p 2=M D /W FL ,总应力为p =p 1+p 2

(20)

设a 为两加筋板之夹角φ所对应的弦长,[σ]为法兰盘材料的许用应力,则法兰盘的厚度

T FL =X (9)≥

6pa 2/8

[σ]

(21)

根据规范[3]规定:20mm

≤T FL ≤40mm ,作为上下限引入约束集.

图6　螺栓计算模型

Fig.6　C alculating model of bolts

图7　法兰计算模型

Fig.7　C alculating model of flange

6　优化方法及结果

6.1　优化方法

工程结构常用优化方法多为连续变量约束非线性方法,只能提供连续变量最优解.而当产品设计必须符合设计规范和标准,某些设计变量只能取为离散值时,通常权宜之计是将连续变量最优解圆整为邻近的离散值.这种方法虽简单,但蕴藏着很大的危险性.因为最优解一般总在约束域边界上,而圆整解极可能落在约束域外而为不可行解,当最优点处于多个约束曲面交集上时,此情况更易出现.旋臂起重机在满足强度、刚度、稳定性条件下,寻求重量最轻的模型中,当钢板厚度、高度、宽度作为设计变量时,由于钢板市场供货的限制及切割公差的限制只能取为有限整数值.此外,约束非线性离散变量优化方法只在有限离散点上搜索,大大提高了计算速度.因此,为保证旋臂起重机整体优化的科学性和有效性,本文采用约束非线性离散变量的MDOD 优化方法[4].

本软件采用Microsoft ———Fortran Power Station 4.0和VB6.0高级语言编写.软件由22个模块组成.软件功能为:根据用户提出的起重量,起升高度,旋臂长度等参数,对旋臂起重机结构尺寸,各构件截面尺寸进行优化匹配,完成螺栓选择、间距布置和地脚法兰盘计算,并具有作为报价依据的结构自重计算功能.完成横梁强度、工字钢下翼缘局部弯曲应力计算、板的局部稳定性、旋臂起重机整机变形的计算;立柱强度、整体及局部稳定性计算;支架强度、板的局部稳定性计算等.6.2　优化结果

根据某企业现行系列产品的数据和标准,采用本文整体优化软件,对全系列进行常规和优化设计,常规设计保留了原设计产品的所有参数.现代方法体现于优化设计中,传统方法体现于常规设计中.优化设计与常规设计结果对比按截面参数、应力水平、重量指标三项体系进行评价.截面参数体现截面参数的差

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异,应力水平体现安全性,重量指标体现经济性.对比结果汇总于表1～3.

表1　旋臂起重机常规与优化设计结果截面参数对比

T ab.1　C ross section parameter contrast betw een optimum and ordinary design method for slewing jib crane mm 截面参数算法工钢高腹板厚翼缘厚槽钢高腹板厚翼缘厚立柱直径立柱板厚螺栓直径

BZ0.25-5常规220.07.512.3140.0 6.09.5273.012.024.0优化220.07.512.363.0 4.87.5260.0 6.020.0

BZ0.5-5常规250.08.012.3140.0 6.09.5351.012.024.0优化250.08.013.063.0 4.87.5272.010.024.0

BZ1-5常规320.011.515.0140.0 6.09.5426.011.024.0优化280.010.513.763.0 4.87.5360.010.024.0

BZ2-3常规320.011.515.0100.0 5.38.5426.011.024.0优化320.011.515.0100.0 5.38.5426.09.024.0

BZ2-5常规450.013.518.0140.0 6.09.5530.012.024.0优化360.010.015.8180.07.010.5463.0 6.024.0

BZ3-5常规500.012.020.0140.0 6.09.5600.012.020.0优化450.011.518.0140.0 6.09.5574.0 6.030.0

BZ5-4

常规560.012.521.0140.0 6.09.5630.012.030.0优化400.010.516.5160.08.510.0584.08.030.0

表2　旋臂起重机常规与优化设计结果应力水平对比

T ab.2　Stress contrast betw een optimum and ordinary design method for slewing jib crane

应力水平算法横梁应力/

MPa

横梁稳定

性/MPa

局部应力/

MPa

立柱应力/

MPa

立柱稳定

性/MPa

支架应力/

MPa

螺栓应力/

MPa

立柱刚度/

MPa

综合挠度/

标准156.0156.0156.0156.0156.0156.0156.0120.0R2/100

BZ0.25-5常规58.734.88.131.431.244.662.965.033.4优化58.734.78.164.564.160.393.966.849.9

BZ0.5-5常规71.640.515.730.229.473.082.450.033.2优化71.640.515.760.460.187.299.964.749.4

BZ1-5常规70.430.521.440.540.0135.1125.540.928.1优化92.943.826.961.060.480.687.548.546.1

BZ2-3常规75.113.242.453.652.769.3133.955.925.2优化75.113.242.464.663.561.6133.955.628.1

BZ2-5常规46.610.427.140.940.272.7143.832.814.1优化77.319.737.199.798.258.7155.937.134.8

BZ3-5常规67.019.833.752.751.7129.5265.138.527.6优化85.928.243.2110.1108.4150.2118.339.849.8

BZ5-4

常规52.8 6.154.260.659.0189.2252.627.516.3优化112.417.1101.0102.299.7153.9115.629.540.0

表3　旋臂起重机常规与优化设计结果质量指标对比

T ab.3　Weightcontrast betw een optimum and ordinary design method for slewing jib crane

质量指标算法横梁重/

立柱重/

支架重/

螺栓法兰重/

结构重/

净总重/

结构下降/

总重下降/

平均下降/

BZ0.25-5常规171.8231.731.3 4.7439.4576.0

优化197.7111.917.511.8338.9439.5233127.9

BZ0.5-5常规197.0301.035.212.1545.2675.2(结构)优化197.0137.220.712.9367.8497.83336

BZ1-5常规304.1337.742.319.7703.8903.8

优化304.1159.821.718.3503.9703.92828

BZ2-3常规200.2461.661.521.4744.71074.7

优化200.2295.138.221.3554.9884.9252128.1

BZ2-5常规304.1337.782.122.5746.41076.4(总体)优化316.2187.341.730.2575.4905.42319

BZ3-5常规493.8696.0130.125.71345.71695.7

优化422.7368.159.550.8901.11251.13336

BZ5-4常规444.9548.7107.029.21129.71679.7

优化282.9341.5122.041.8788.21338.23026

1841

　第12期徐格宁,等:定柱式旋臂起重机结构整体优化研究

为形象表述,根据表中数据,按照结构质量、整机质量指标、钢结构部件力学指标、截面参数指标体系,运用“产品系列—指标体系—点折线图”形式,清晰直观地描述了旋臂起重机的各项指标、各结构件,在常规设计和优化设计下的相关趋势(参见图8)

图8　常规和优化设计方法的质量对比

Fig.8　Mass contrast betw een optimum and ordinary design method

7　结论

(1)

表1数据显示:旋臂起重机主结构优化后质量轻于优化前23%～33%,平均减重27.9%;总重减

少19%～36%,平均减重28.1%.实际工程技术经济效益分析表明,年成本降低率为127%,效果非常明

显.

(2)对比表明:整体优化设计的产品,最大限度地提高了材料的利用率,合理地匹配了各结构部件的尺寸,充分发挥了材料的力学性能.而原常规设计产品,存在设计的双重盲目性:一是材料富余(强度、挠度远远小于许用值),构件匹配失衡(部件之间力学指标差距过大),导致经济性下降;二是应力超标(见表2,加框数字表示的支架和螺栓应力),导致整机可靠性降低,安全性下降.

(3)本优化软件很好地协调了旋臂起重机结构各部件的力学性能,充分发挥了各自的贡献,使质量总目标在满足总约束的条件下最小化,使各项约束趋向均衡化,达到经济性和可靠性的最佳匹配.支持本软件的力学建模、优化算法,以及开放的数据结构是科学合理的;软件开发是成功实用的.

(4)本文方法和软件已应用于工程实践,效果良好.它能够指导产品设计与开发,提高起重机设计质量、报价速度和水平及产品竞争能力,为行业提供了现代设计手段.参考文献:

[1]　徐格宁.起重运输机金属结构设计[M ].北京:机械工业出版社,1997.[2]　JB/T8906-1999(eqv BS 7333:1990),悬臂起重机[S].[3]　G B3811-83,起重机设计规范[S].

[4]　余　俊,周　济.优化方法程序库OPB -1———原理及使用说明[M ].北京:机械工业出版社,1989.

841 同　济　大　学　学　报第29卷　

2TL立柱式悬臂起重机的设计与分析

2T 立柱式旋臂起重机的设计摘要：起重机是工程实际中广泛应用的特种设备。而旋臂起重机是近年发展起来的中小型起重装备，安全可靠，具备高效、节能、省时省力、灵活和结构独特等特点.根据旋臂起重机的整体结构特点和规范规定，了解起重机的发展现状、分析起重机的工作原理、系统组成、所要求实现的功能和相应的结构上必不可少的。该设计主要针对起升机构选择相应的零部件及技术参数，使其既能很好的实现起重机的运行还不互相干涉且配合良好，也对回转机构做了详细的分析介绍。传统设计的定柱式旋臂起重机，存在着结构笨重和刚度不足的缺陷，随着市场竞争激烈，对产品提出了更高的要求，采用现代设计对传统设计和计算方法技术提升，已迫在眉睫。关键词：起重机；起升机构；回转机构

The Design Of 2-Ton Column Jib Crane Abstract: Crane is widely applied in engineering, Slewing crane is small and medium lifting equipment which developed in recnt years,the characteristics of which are safe and reliable、 with high efficiency、 energy saving、time-saving、flexible 、unique structure,etc.According to the feature of completed structure for slewing jib crane and the rule of design.Understand the development of the crane’status、analyse its operation principle、system configuration、the function and relative structure that the crane required is indispensable.thus this paper put its emphasis on the design of main hoisting mechanism,choosing the approprite spare parts and technical parameters for it in order to be good for crane operation and non-interference.the slewing mechanism analysis is introduced in detail too.the structure of crane designed with tradition method is overdesigned in strength and not enough in stiffness,and with firce competition in the market a higher requirement for product has been brought forward.So using modern design technology to upgrade traditional design and calculation method is extremely urgent. Keywords：crane；hoisting mechanism；Slewing mechanism

起重机伸缩臂绳排伸缩原理

起重机伸缩臂绳排伸缩机构伸缩原理主臂的伸缩机构很多，可以从两种角度进行分类，即按驱动形式的不同，以及各节臂间的伸缩次序关系不同进行分类。按驱动形式的不同，可分为液压、液压—机械和人力三种。采用液压驱动时，执行元件选用液压油缸，利用缸体和活塞杆的相对运动推动，推动下节臂的伸缩，在设计三节臂伸缩机构时，为了减轻重量，还可以利用吊臂之间的伸缩比例，采用钢丝绳和滑轮组实现第三节臂的伸缩，以实现第三节臂的伸缩，这就形成了液压机械驱动。在某些情况下可以取消伸缩机构，代之采用人力驱动，或采用推杆和绳索的器件，而辅之以人工安装插销等方法伸缩吊臂，这就形成了人力驱动。这几种方法往往在小于等于三节臂的情况下使用。对于拥有三节或三节以上的吊臂来讲，各节臂的伸缩方式可以由不同的选择，但是，由前面提到的大致可以分为三类。（1）顺序伸缩：指吊臂在伸缩过程中，各节伸缩臂必须按一定先后顺序，完成伸缩动作。（2）同步伸缩：指吊臂在伸缩过程中，各节伸缩臂同时以相同的形成比例进行伸缩。（3）独立伸缩：指吊臂在伸缩过程中，各节臂均能独立进行伸缩。显然，独立伸缩构，同样也可以完成顺序伸缩或同步伸缩的动作。在现实中，三节伸缩臂或三节以上的伸缩机构，往往式上述几种伸缩机构的中和，而很少单独采用某一种伸缩机构。在三节伸缩臂时，基本上采用一个液压缸加一个滑轮组的同步伸缩机构。超过三节臂时，常用两个液压缸加一个滑轮组的伸缩机构，或采用三个液压缸的伸缩机构，五节臂时为两个液压缸加两个滑轮组，或最后一节的伸缩可用手动的或简单的插销式伸缩机构。本次设计的四节臂伸缩，采用后种方法过于落后，顾采用第一种方法。即，用一个液压缸加两个滑轮组的伸缩方式。传动方案如图3.1

起重机伸缩臂的结构原理

起重机伸缩臂的结构原理起重机是利用吊臂顶端的滑轮组支承卷扬钢丝绳悬挂重物，利用吊臂的长度和倾角的变化改变起升高度和工作半径，汽车起重机的吊臂是起重机最重要的部分。虽然吊臂的作用都是悬挂和搬运物体，但是不同的吊臂结构和技术，使起重机的性能和效率有很大的不同。汽车起重机的吊臂一般包括主臂和副臂两部分。主吊臂主要有两种类型，一种是由型材和管材焊接而成的桁架结构吊臂，一种是有各种断面的箱型结构吊臂。随着汽车起重机的发展，现在大部分的汽车起重机主吊臂都是箱型结构，只有少部分是桁架结构。副臂的作用是，当主臂的高度不能满足需要时，可以在主臂的末端连接副臂，达到往高处提升物体的目的。副臂只能提升较轻的物体。副臂一般只有一节臂，也有两节以上的折叠式副臂或伸缩式副臂，其中以折叠式的桁架结构副臂最为常见。汽车起重机的吊臂伸缩形式有以下几种： 1、顺序伸缩机构–伸缩臂的各节臂以一定的先后次序逐节伸缩。 2、同步伸缩机构–伸缩臂的各节臂以相同的相对速度进行伸缩。 3、独立伸缩机构–各节臂能独立进行伸缩的机构。 4、组合伸缩机构–当伸缩臂超过三节时，可以同时采用上列的任意两种伸缩方式进行伸缩的机构。无销全液压伸缩机构的优点是臂长变化容易，工作臂长种类多，实用性很强。缺点是自重大，对整机稳定性的影响较大。无销全液压伸缩机构有不同的组合形式，可以是多液压缸加一级绳排，可以是单液压缸或多液压缸加两级绳排。多液压缸加一级绳排的特点是最末一节伸缩臂采用钢丝绳伸缩，其它伸缩臂采用多级缸或多个单级缸或多级缸和单级缸套用等方式直接用油缸伸缩。因而最末伸缩臂的截面变化较大，其它臂节截面的变化较小。 1.绳排系统绳排系统在中国已经应用的比较成熟，也是一种历史比较悠久的技术。此技术的优点是臂长变化容易、工作臂长种类多、可以带载伸缩、实用性很强，缺点是自重重、对整机稳定性的影响较大。现在在100吨以下的起重机上应用的比较广泛，其原理如图，就是简单的滑轮原理。对于四节臂以上起重臂的伸缩机构又分为以下两种：多缸或多级缸加一级绳排、单缸或多缸加两级绳排。DEMAG和TADANO部分产品采用第一种伸缩机构，这种伸缩机构的特点是最末一节伸缩臂采用钢丝绳伸缩，其它伸缩臂采用多级缸或多个单级缸或多级缸和单级缸套用等方式直接用液压缸伸缩。因而最末伸缩臂的截面变化较大，其它臂节截面的变化较小。在过去，徐重、浦沅、长起跟随LIEBHERR技术多年，普遍使用第二种伸缩机构，使用单缸或双缸加绳排实现四节或五节臂的伸缩。这种伸缩方式在国内最先进，但解决五节臂以上起重臂的伸缩难度很大。北起、泰起、锦重等厂家采用第一种伸缩机构（多个单级缸加一级绳排），但由于技术落后，第二缸、第三缸的进回油依靠软管卷筒输送。现在，大多数5节臂的起重机使用的是双缸双绳排的技术，一般为第2节臂独立伸缩，第3.4.5节臂同步伸缩；4节臂的一般单缸双绳排为2.3.4节同步伸缩。其局限性在于最末一、二节伸缩臂采用钢丝绳伸缩，其它伸缩臂用油缸伸缩，因而最末伸缩臂的截面变化较大，大大降低了起重机在大幅度下的起重性能；同时，对于大吨位的起重机，对钢丝绳的要求也非常高，符合要求钢丝绳非常难加工。虽然有些日本企业有将绳排技术发展到6节甚至更多，但是对于中大吨位起重机，一般企业还是优先考虑单缸插销技术。 2.单缸插销系统单缸插销式伸缩臂技术是典型的机、电、液一体化系统.以较典型的德国利勃海尔为例，作为伸缩臂伸缩的执行机构，主要由（见图）1．伸缩缸、2．拔销机构、3．缸销等组成，为保证伸缩臂伸缩过程的安全性、可靠性，该机构采用内置式互锁系统即在伸缩油缸上装的弹簧驱动缸销销定伸缩臂后，才机械释放该节臂和其他节臂的连接。该方式确保某一节伸缩臂和伸缩油缸互相锁定后才能释放该节臂和其它节臂的联接。利勃海尔将拔销装置置于伸缩机构上方，其优点是结构简单，自锁性强，便于实现；格鲁夫GROVE、德马格（DEMAG）、多田野（TADANO&FAUN）将拔销装置置于伸缩机构两侧，结构布置上比较困难，对加工、装配精度要求高，插拔销难度相对较大。缸销则都布置在伸缩机构的侧方。单缸伸缩机构要求动作灵活、可靠性高、响应速度快、互锁性好，否则，很难实现吊臂的可靠伸缩。此技术采用单缸、互锁的缸销和臂销、精确测长电子技术，优点是重量最轻，对整机稳定性的影响最小，但技术难度大、成本较高、臂长种类少、伸缩时间长、臂长变化时麻烦。现在，徐重和浦沅等国内企业也成功研制出了此项技术，采用的是和LIEBHERR相似的拔销装置置于伸缩机构上方的形式。由于此技术对于电液的要求较高，尤其是在自动伸缩的PLC控制和伸缩系统的液压回路的设计上，国内企业的技术还不是太成熟，可靠性还不是太高，还有较长的路去走。这里有个单缸插销系统的动画演示，是TADANO的，可以看一看,

履带伸缩臂吊车多少钱

履带伸缩臂吊车多少钱随着科技水平的发展，履带伸缩臂吊车生产厂家也是多种多样，不同的生产厂家具有不同的生产技术、不同的材质，使得产品的价格也参差不齐。小编建议选择性价比高的产品，而非仅仅价格便宜的产品。底盘是履带式底盘，上装是轮式伸缩臂起重机（吊车），这种新型起重机越来越受到国内吊装公司的青睐，它叫“伸缩臂履带起重

机”，90年代起源于欧洲，目的仅仅用于野外风电设别吊装，但随着技术的不断完善，应用范围越来越广，其无可比拟的优点越来越被人们所熟知而在国外迅速流行。这款起重机（吊车）目前在国外很流行，但在国内还基本处于空白。伸缩臂履带起重机作为特种起重机械，在山地、湿地、沼泽、沙漠、森林、油田、建筑工地、桥梁工地、公路铁路工地等作业场地松软、凹凸不平、空间狭窄的场合使用，也能用于常规吊装作业。而现在，在桥梁建设、工厂内作业、服务作业、输送机的组装和电力输送线的建设、机场、高速公路和铁路建设对伸缩臂履带起重机（吊车）的需求也在极速增长。伸缩臂履带起重机与轮式起重机比相较最大的优点是起重作业

时不用打支腿，不论什么地方作业，遇到反复移动机位的情况时，它可以带载行走，同时履带还能进行变轨，在狭窄的工况中都能游刃有余，大大节约时间，提高生产率。与履带起重机相比，它不必在工地上组装和架设臂架，同时吊臂根据施工需要可自由变化长度，安装方便快捷，便于运输，而且运输成本极低。河南斯派特机械设备有限公司创立于2015年，由德国HXC集团参与投资和研发，是一家集研发，生产，销售微型履带起重机于一体的专业性公司。SPT品牌充分注重产品的安全性，实用性,功能性。该公司系列产品SPT299，SPT499一经推出就受到了广大客户的一致好评。同类型的产品比质量，同质量的产品比价格，同样的价格比服务。河南斯派特机械设备有限公司为您提供出厂的价格，高质量的产品，让您买的放心、用的安心。

机器人习题答案

课程考试复习题及参考答案一、名词解释题： 1. 自由度：指描述物体运动所需要的独立坐标数。 2. 机器人工作载荷：机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量（包括手部）。 3. 柔性手：可对不同外形物体实施抓取，并使物体表面受力比较均匀的机器人手部结构。 4. 制动器失效抱闸：指要放松制动器就必须接通电源，否则，各关节不能产生相对运动。 5. 机器人运动学：从几何学的观点来处理手指位置与关节变量的关系称为运动学。 6. 机器人动力学：机器人各关节变量对时间的一阶导数、二阶导数与各执行器驱动力或力矩之间的关系，即机器人机械系统的运动方程。 7. 虚功原理：约束力不作功的力学系统实现平衡的必要且充分条件是对结构上允许的任意位移（虚位移）施力所作功之和为零。 8. PWM 驱动：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation ）驱动。 9. 电机无自转：控制电压降到零时，伺服电动机能立即自行停转。 10. 直流伺服电机的调节特性：是指转矩恒定时，电动机的转速随控制电压变化的关系。 11. 直流伺服电机的调速精度：指调速装置或系统的给定角速度与带额定负载时的实际角速度之差，与给定转速之比。 12. PID 控制：指按照偏差的比例（P, proportional ）、积分（I, integral ）、微分（D, derivative ）进行控制。 13. 压电元件：指某种物质上施加压力就会产生电信号，即产生压电现象的元件。 14. 图像锐化：突出图像中的高频成分，使轮廓增强。 15. 隶属函数：表示论域U 中的元素u 属于模糊子集A 的程度，在[0, 1]闭区间内可连续取值。 16. BP 网络：BP (Back Propagation)神经网络是基于误差反向传播算法的人工神经网络。 17. 脱机编程：指用机器人程序语言预先进行程序设计，而不是用示教的方法编程。 18. AUV ：Autonomous Underwater Vehicle 无缆自治水下机器人，或自动海底车。二、简答题： 1.机器人学主要包含哪些研究内容？答：机器人研究的基础内容有以下几方面：(1) 空间机构学；(2) 机器人运动学；(3) 机器人静力学；(4) 机器人动力学；(5) 机器人控制技术；(6) 机器人传感器；(7) 机器人语言。 2.机器人常用的机身和臂部的配置型式有哪些？答：目前常用的有如下几种形式：(1) 横梁式。机身设计成横梁式，用于悬挂手臂部件，具有占地面积小，能有效地利用空间，直观等优点。(2) 立柱式。多采用回转型、俯仰型或屈伸型的运动型式，一般臂部都可在水平面内回转，具有占地面积小而工作范围大的特点。(3) 机座式。可以是独立的、自成系统的完整装置，可随意安放和搬动。也可以具有行走机构，如沿地面上的专用轨道移动，以扩大其活动范围。(4) 屈伸式。臂部由大小臂组成，大小臂间有相对运动，称为屈伸臂，可以实现平面运动，也可以作空间运动。 3.拉格朗日运动方程式的一般表示形式与各变量含义？答：拉格朗日运动方程式一般表示为： d d L L τt q q ????- = ????? & 式中，q 是广义坐标；τ是广义力。L 是拉格朗日算子，表示为 L K P =- 这里， K 是动能；P 是位能。 4.机器人控制系统的基本单元有哪些？答：构成机器人控制系统的基本要素包括： (1) 电动机，提供驱动机器人运动的驱动力。(2) 减速器，

定柱式旋臂起重机结构整体优化研究

收稿日期:2001-03-31 基金项目:山西省教育厅推广资助项目(200027) 作者简介:徐格宁(1955-),男,山东莱州人,教授,博士生. 定柱式旋臂起重机结构整体优化研究徐格宁,陆凤仪,张亮有 (太原重型机械学院机电工程分院,山西太原　030024) 摘要:根据旋臂起重机整体结构特点和规范规定,建立了面向整机对象的数学模型,基于MDOD 方法,研发出参数化整体优化设计软件,并已成功地用于工程实践.与常规设计对比表明, 所建立的模型与方法很好地协调了旋臂起重机各结构部件的力学性能,实现了整体经济性和可靠性的最佳匹配.关键词:旋臂起重机;金属结构;整体优化中图分类号:TH 213.5;TU 39 文献标识码:A 文章编号:0253-374X (2001)12-1476-07 Research on Completed Optimized Design of Structure for Slewing Jib Crane X U Ge -ni ng ,L U Feng -yi ,ZHA N G L iang -you (Department of Mechanical and Electrical Engineering ,Taiyuan Heavy Machinery Institute ,Taiyuan 030024,China ) Abstract :According to the characteristics of completed metal structure for slewing jib crane and the rule of design in this paper ,the structure completed optimized design model of the slewing jib crane was established ,and parameterized completed optimized design software was developed successfully based on MDOD method.The contrast results of optimized design and traditional design show that the model and method corresponded well in mechanical performance with each part of the structure for the slewing jib crane ,realizing the best matching between completed economy and reliability ,and providing modern design method and means for in 2dustry enterprises. Key words :slewing jib crane ;metal structure ;completed optimized 定柱式旋臂起重机(下称旋臂起重机)是广泛应用于机械加工过程的轻型起重机.随着市场竞争的日益激烈,对起重机的质量和价格提出了更高要求.因此,采用现代设计方法和信息技术对传统设计、计算模型、计算方法进行技术提升,以生产质高价廉、轻巧美观的旋臂起重机,提高企业的竞争力和技术创新能力. 采用传统设计的旋臂起重机,存在着结构笨重和刚度不足的双向缺陷,难以获得经济性和可靠性的最优匹配.为此,本文以旋臂起重机整机结构为对象,进行整体优化方法研究及软件研制,为行业提供现代设计方法和手段. 1　优化设计数学建模 1.1　目标函数旋臂起重机结构优化目标是在保证使用性能前提下的制造成本最低,而与制造成本相关的主要因素是设计水平、材料消耗、加工工艺等.若全部考虑,则难以量化,使模型复杂化而失去实用性.因此本文模型第29卷第12期2001年12月同　济　大　学　学　报 JOURNAL OF TON G J I UN IVERSITY Vol.29No.12 　Dec.2001

汽车起重机吊臂结构与伸缩原理

汽车起重机吊臂结构与伸缩原理发布日期：2012-05-03 来源：网络我要评论(0) 核心提示：汽车起重机的吊臂是起重机最重要的部分，起重机是利用吊臂顶端的滑轮组支承卷扬钢丝绳悬挂重物，利用吊臂的长度和倾角的变化改变起升高度和工作半径。虽然吊臂的作用都是悬挂和搬运物体，但是不同的吊臂结构和技术，使起重机的性能和效率有很大的不同。汽车起重机的吊臂是起重机最重要的部分，起重机是利用吊臂顶端的滑轮组支承卷扬钢丝绳悬挂重物，利用吊臂的长度和倾角的变化改变起升高度和工作半径。虽然吊臂的作用都是悬挂和搬运物体，但是不同的吊臂结构和技术，使起重机的性能和效率有很大的不同。一、汽车起重机的吊臂结构汽车起重机的吊臂一般包括主臂和副臂两部分。汽车起重机主吊臂主要有两种类型，一种是由型材和管材焊接而成的桁架结构吊臂，一种是有各种断面的箱型结构吊臂。随着汽车起重机的发展，现在大部分的汽车起重机主吊臂都是箱型结构，只有少部分是桁架结构。汽车起重机副臂的作用是，当主臂的高度不能满足需要时，可以在主臂的末端连接副臂，达到往高处提升物体的目的。副臂只能提升较轻的物体。副臂一般只有一节臂，也有两节以上的折叠式副臂或伸缩式副臂，其中以折叠式的桁架结构副臂最为常见。二、汽车起重机的吊臂伸缩原理 (一)汽车起重机的吊臂伸缩形式有以下几种： 1、顺序伸缩机构--伸缩臂的各节臂以一定的先后次序逐节伸缩。 2、同步伸缩机构--伸缩臂的各节臂以相同的相对速度进行伸缩。 3、独立伸缩机构--各节臂能独立进行伸缩的机构。 4、组合伸缩机构--当伸缩臂超过三节时，可以同时采用上列的任意两种伸缩方式进行伸缩的机构。 (二)汽车起重机按伸缩机构的技术分，可以分为无销全液压伸缩机构和自动插销式伸缩机构。

伸缩臂式履带起重机抗倾覆稳定性研究

伸缩臂式履带起重机抗倾覆稳定性研究通过对伸缩臂式履带起重机的抗倾覆稳定性进行分析，得出试验前抗倾覆稳定性的校核计算方法，总结出整机抗倾覆稳定性试验方法，在实际生产中将校核计算结果和试验方法进行验证。标签：履带起重机；抗倾覆稳定性；载荷；试验方法伸缩臂式履带起重机（以下简称伸缩臂起重机）作为流动式起重机的一种，是将伸缩臂式汽车起重机的伸缩臂部分与桁架式履带起重机的履带式行走装置部分结合的产物，以其臂长转换快捷、可实现带载行走的优点被市场广泛认识并接受。伸缩臂起重机的抗倾覆稳定性是指起重机在自重和外载荷的作用下抵抗倾覆的能力，是影响起重机使用性能、保证安全使用的重要指标，也是保证伸缩臂起重机安全工作的充要条件之一。为确保伸缩臂起重机的安全使用，不仅需要在试验前通过校核计算确保其抗倾翻稳定性合格，同时也要在通过试验对其抗倾覆稳定性进行校核。 1 抗倾覆稳定性校核计算条件、试验条件及要求伸缩臂起重机抗倾覆稳定性校核计算、试验条件及要求如下：（1）起重机在整机指定位置处必须安装上设计规定的工作状态时的全部工作装置；（2）环境温度范围-20℃～+40℃，工作场地海拔高度不超过1000m；（3）抗倾覆稳定性试验时，风速不大于8.3m/s；（4）工作场地地面应水平、坚实、平整，地面倾斜度不大于1%，地面及支撑面的承载能力必须大于起重机工作时所产生的接地比压；（5）试验载荷应标定准确，垂直载荷相对标定值允差为±0.5%，水平载荷相对标准值允差为±1.5% 2 抗倾覆稳定性校核计算方法伸缩臂起重机再进行抗倾覆实验之前，为确保试验安全、有效的进行，需要对伸缩臂起重机起升性能表的额定载荷的抗倾覆能力进行校核计算。 2.1 抗倾覆稳定性条件

桁架结构优化设计

桁架结构优化设计一般所谓的优化，是指从完成某一任务所有可能方案中按某种标准寻找最佳方案。结构优化设计的基本思想是，使所设计的结构或构件不仅满足强度、刚度与稳定性等方面的要求，同时又在追求某种或某些目标方面（质量最轻，承载最高，价格最低，体积最小）达到最佳程度。对于图1-1的结构，已知L=2m，x b=1m，载荷P=100kN，桁架材料的密度r=7.7x10-5N/mm3，[δt]=150Mpa，[δc]=100Mpa，y b的范围：0.5m≦y b≦1.5m。图1-1 桁架结构设计变量与目标函数（质量最小）

预定参数（设计中已确定，设计者不能任意修改的量）：L ， x b ，P ，r ，[δt ] ，[δc ] 设计变量（可由设计者调整的量）y b ，A 1，A 2 约束条件（对设计变量的约束条件）（1）强度条件约束（截面、杆件的强度）（2）几何条件约束（B 点的高度范围）目标函数：桁架的质量W （最小）解：1. 应力分析 0sin sin 02112=--=∑θθN N F x 0cos cos 02112=---=∑P N N F y θθ 由此得： )sin(sin 2111θθθ+= p N ) sin(sin 212 2θθθ+- =p N 由正弦定理得： l y l x p N B B 2 1) (2 -+=

l y x p N B B 2 22 += 由此得杆1和2横截面上的正应力 1 2 1) (2 lA y l x p B B -+= σ 2 2 22 lA y x p B B += σ 2.最轻质量设计目标函数（桁架的质量） ))((2 2 2 1 2 2 B B y x A y l x A W B B ++-+=γ （1-1）约束条件 [][]? ? ? ?? ????? ????≤+≤-+c B t B lA y x p lA y l x p B B σσ2 2 1 2 22 ) ( （1-2） 0.5≦y b ≦1.5（m ）（1-3）（于是问题归结为：在满足上述约束条件下，确定设计变量y b ，A 1，A 2，使目标函数W 最小。） 3．最优解搜索采用直接实验法搜索。首先在条件（1-3）所述范围内选取一系列y b 值，由强度条件（1-2）确定A 1与A 2，最后根据式（1-2）计算相应W ，在y b -W 曲线中选取使W 最小的y b 与相应的A 1与A 2，即为本问题的最优解。 4．利用MA TLAB 编程（1）分析目标函数和约束条件

BZ-型定柱式旋臂起重机说明书

BZ 型定柱式旋臂起重机说明书龙辉起重机械

目录一. 应用围及结构概述二. 主要技术参数及尺寸三. 结构及操作四. 吊运五. 安装六. 试车七. 使用维护八. 附件

一概述 BZ 型定柱式旋臂起重机是根据用户需要设计的专用起重设备，具有结构新颖.合理.简单.操作使用方便.回转灵活.作业空间大等优点，是节能高效的物料吊运装备，可广泛利用于厂矿.车间的生产线.装配线和机床的上下活及仓库，码头等场合几重物吊运。本机有立柱.回转旋臂几环链电动葫芦等组成。立柱下端固定于混泥土基础上，旋臂回转，可根据用户需求进行回转。回转部分分为手动回转和电动回转（摆线针轮减速机安装与上托板或者下托板上带动转管使旋臂回转）。环链电动葫芦安装在旋臂轨道上，用于起吊重物。二.主要技术参数及尺寸

2.钢丝绳电动葫芦的性能参数及尺寸：见附带的电动葫芦《使用维护说明书》。三、结构及操作本机主要由立柱、横梁、减速机及环链电动葫芦 4 部分组成。环链电动葫芦有起重和在横梁上往复运行的功能。横梁可有托板上的减速机带动转管运行回转运动。电器部分见附图：电气原理几电气接线图。电气控制箱安装在环链葫芦上。本机操作通过手电门按钮实现。手电门有八个按钮，分别控制快升、快降、慢升、慢降、左右回转几葫芦小车的水平前后行走。注意： 1. 操作时不得同时按下快慢按钮和同一电机的反正转按钮 2. 工作时，起重臂下禁止站人。 3. 禁止拖拉起重物。 4. 禁止超负荷起吊。四、吊运为运输方便，本机采用拆卸包装，用户根据本书介绍方法自行安装，（见“五”安装）横梁和立柱的起吊方法见图二、图三。五、安装安装前，应根据装箱单核对产品和技术文件有无缺少活损失，运输途中引起的旋臂横梁弯扭变形、轴的锈蚀。碰伤等应

起重机伸缩臂绳排伸缩原理

浅谈工业建筑中桁架结构的优化设计

浅谈工业建筑中桁架结构的优化设计发表时间：2019-02-28T15:08:35.403Z 来源：《基层建设》2018年第36期作者：张明[导读] 摘要：随着我国工业化的进一步发展，桁架结构在工业建筑中的应用越来越广泛。河钢股份有限公司唐山分公司发展规划部河北省唐山市 063000 摘要：随着我国工业化的进一步发展，桁架结构在工业建筑中的应用越来越广泛。除厂房屋盖结构外，桁架结构还应用于带式输送机的栈桥、通道、塔架等。它具有重量轻、跨度大、材料消耗经济、标准化程度高等优点，各种形状以满足不同用途。本文主要探讨在带式输送机栈桥的桁架中如何布置构件，使桁架结构受力更合理，使用更经济的材料。通过比较分析桁架在不同构件布置方案下的受力性能，达到优化桁架结构设计的目的。关键词：平面桁架结构；杆件布置；优化设计 1 桁架基本情况 1.1 桁架的特点与组成桁架结构是在简支梁基础上发展而来的，简支梁在均布荷载作用下，沿梁轴线弯曲，剪力的分布及截面正应力的分布在中和轴处为零，截面上下边缘处的正应力最大，随着跨度的增大，梁高增加根据正应力的分布特点，在先形成工字型梁后，继续挖空成空腹形式，中间剩下几根截面很小的连杆时，就发展成为“桁架”。由此可见，桁架是从梁式结构发展产生出来的。桁架的实质是利用梁的截面几何特征的几何因素—构件截面的惯性矩Ⅰ增大的同时，截面面积反而可以减小，从而减轻结构自重，达到节省材料的目的。桁架结构是由直杆在杆端相互连接而组成的以抗弯为主的格构式体系，一般由上弦、下弦、腹杆组成，多应用于受弯构件。简支桁架在外荷载的作用下整体所产生的弯矩图和剪力图都与简支梁的情况相似，但桁架构件的受力性能与梁完全不同。桁架的上弦杆受压、下弦杆受拉，由此形成力偶来平衡外荷载所产生的弯矩，由斜腹杆轴力中的竖向分量来平衡外荷载所产生的剪力。 1.2 桁架结构计算的基本假定条件（1）杆件与杆件之间相连接的节点均为绝对光滑无摩擦的铰结点。（2）所有杆件的轴线均是直线且在同一平面内，并通过铰的中心。（3）荷载和支座反力均作用在节点上，并位于桁架的平面内。通过分析可以看出:从整体来看，整个桁架相当于一个受弯杆件，而从局部看，桁架的每个杆件只承受轴力、拉力或压力，没有弯矩和剪力。 2 桁架在实际工程中的应用分析这里以位于甘肃平凉某骨料生产线项目为例，分析桁架结构杆件布置。此桁架为皮带机运输栈桥桁架，跨度 18 m，宽度 3.2 m，高度2.7 m，全封闭结构，角度0°。 2.1 桁架结构建模采用 PKPM 软件进行建模分析,取单榀桁架，高度 2.7 m，立杆间距取 3 m，荷载取宽度的一半，所有杆件按柱布置，所有节点设为较结点，荷载直接输在节点上。经计算上弦单个节点恒载 0.5 kN、活载7.5 kN，下弦单个节点恒载 3.5 kN、活载 24 kN，通过设置不同的杆件连接形式进行结果分析，桁架均对称布置。 2.2 桁架结构的对比分析文章共进行四种连接形式的计算，在杆件和荷载均相同的情况下进行结果分析。（1）由于桁架各杆件只有轴力，我们先将四种桁架结构的轴力图进行对比，如图 1 所示。从图中对比可以看出，桁架采取不同的杆件布置，桁架杆件的内力是不均匀的，整体近似梁内力分布，上下弦杆内力是两端小而向中间逐渐增大，腹杆内力是两端大而向中间逐渐减小的。但是明显3、4 形式下桁架的支座处节点荷载远远大于 1、2 形式，由此可见桁架结构边跨处腹杆直接与支座连接时，桁架整体受力更加合理，图中的 1、2 形式连接相对于 3、4 连接更加合理。图1 恒载轴力（2）将 1、2 两种桁架结构的应力图进行对比，如图 2 所示。从图中对比可以看出桁架杆件在 1、2 形式布置下虽然整体轴力分布都比较均匀，但是应力计算结果显示不同的布置下杆件所受内力不同，在相同的条件下 2 形式中间的杆件长细比（187>150）已经超限，1 形式杆件全部满足。由此可见桁架四种形式下最终比较结果 1 形式结构受力更合理。

关节型机器人主连杆_手臂_参数的优化设计

收稿日期:　1995211213　第一作者　男　58岁　教授　100083　北京 1996年　8月第22卷第4期北京航空航天大学学报Jou rnal of Beijing U n iversity of A eronau tics and A stronau tics A ugu st 1996V o l 122　N o 14关节型机器人主连杆(手臂)参数的优化设计孙杏初 (北京航空航天大学机电工程系) 摘　要　提出一种适用于工程设计的关节型机器人的主连杆(手臂) 几何参数的确定方法,建立了工作空间正逆问题的数学模型,并用优化技术,求得最小包容工作空间的主连杆几何参数,方法简便实用. 关键词　工业机器人;机构学;机构综合;几何参数;连杆分类号　T P 242.2 1　问题的提出机器人本体设计中,很重要的问题之一是确定连杆机构的参数,包括杆臂的长度及其转角范围等.根据机器人的结构分析,为实现机器人手臂端部在空间任意位姿,需要机构具有6个自由度,一般机构设计成两个连杆系统:前3个自由度构成的连杆称“主连杆”系统,又称“手臂”;其尺寸较大,用来实现手臂末端的空间位置;后3个自由度的杆臂尺寸较小,用来实现手臂末端的姿态,称为“次连杆”系统,又称“手腕”.按国家标准[1]机器人的工作空间是由“主连杆”的几何参数决定的. 1)研究对象与问题本文所研究的对象为图1所示的典型关节型机器人机构,其相应的几何参数定义如图所图1　关节型机器人主连杆机构

图2　问题的简化处理示.图中l 1、l 2、l 3分别为立柱、大臂、小臂的长度;Η2m in ～ Η2m ax 、Η3m in ～Η3m ax 分别为大、小臂的转角范围;Ηi 定义逆时针旋转为正;Η2以y 轴为基准零位;Η3以垂直大臂的轴线为基准零位. 本文研究的问题是如何根据给定的工作空间要求,最优地确定上述主连杆的几何参数. 2)处理问题的思路设所要求的工作空间为任意立方体,其大小与相对位置如图2所示的(阴影线部分).经分析,可知满足立方体 b ×w ×h 的问题可简化为在纵平面内(ox z )满足b 1×h 的问题.因为满足b 1×h 之后,只需利用立柱绕z 轴回转某相应 Η1角度,即可实现要求的工作空间b ×w ×h .立柱回转的最小角度Η1应满足 Η1≥2arctg [(w 2) r ](1)因此,此后只需研究在纵平面内如何满足b 1×h 的平面工作空间(图1中E 1F 1G 1H 1)的最优连杆参数的问题了 .2　工作空间正问题的几何分析设给定l 1、l 2、l 3、Η2m in 、Η2m ax 、Η3m in 、Η3m ax ,确定工作空间, 即确定手臂端点P 的各特征点坐标,便可确定工作空间.根据图1所示的机构,手臂端点的坐标可表示为一般形式: x =l 2sin Η2+l 3co s (Η2+Η3)y =l 2co s Η2-l 3sin (Η2+Η3 )(2) 所构成的工作空间A B CD 是由四段圆弧所构成:以“O ” 点为圆心的A B 与CD 圆弧;“E ”点为圆心的A D 圆弧以及“F ”点为圆心的B C 圆弧.对应的特征点有:A 、B 、C 、D 、E 、F .其中A 点对应Η2=Η2m in ,Η3=Η3m in ,代入方程组(2),得A 点坐标为 x A =l 2sin Η2m in +l 3co s (Η2m in +Η3m in ) y A =l 2co s Η2m in -l 3sin (Η2m in +Η3m in ) 同理可得B 、C 、D 、E 、F 等点的坐标为: x B =l 2sin Η2m ax +l 3co s (Η2m ax +Η3m in ) y B =l 2co s Η2m ax -l 3sin (Η2m ax +Η3m in ) x C =l 2sin Η2m ax +l 3co s (Η2m ax +Η3m ax ) y C =l 2co s Η2m ax -l 3sin (Η2m ax +Η3m ax ) x D =l 2sin Η2m in +l 3co s (Η2m in +Η3m ax ) y D =l 2co s Η2m in - l 3sin (Η2m in +Η3m ax )x E =l 2sin Η2m in y E =l 2co s Η2m in x F =l 2sin Η2m ax y F =l 2co s Η2m ax 求出各特征点之后,很容易求出各段圆弧的半径值,如A B 圆弧的半径为 015北京航空航天大学学报第22卷

BZ悬臂吊说明书

BZ型定柱式旋臂起重机说明书

目录一.应用范围及结构概述二.主要技术参数及尺寸三.结构及操作四.吊运五.安装六.试车七.使用维护八.附件

一概述 BZ型定柱式旋臂起重机是我厂参照西德引进设备研制的新产品，根据用户需要设计的专用起重设备，具有结构新颖.合理.简单.操作使用方便.回转灵活.作业空间大等优点，是节能高效的物料吊运装备，可广泛利用于厂矿.车间的生产线.装配线和机床的上下活及仓库，码头等场合几重物吊运。本机有立柱.回转旋臂几环链电动葫芦等组成。立柱下端固定于混泥土基础上，旋臂回转，可根据用户需求进行回转。回转部分分为手动回转和电动回转（摆线针轮减速机安装与上托板或者下托板上带动转管使旋臂回转）。环链电动葫芦安装在旋臂轨道上，用于起吊重物。二.主要技术参数及尺寸 1.主要技术参数

2.环链电动葫芦的性能参数及尺寸：见附带的电动葫芦《使用维护说明书》。三、结构及操作本机主要由立柱、横梁、减速机及环链电动葫芦4部分组成。环链电动葫芦有起重和在横梁上往复运行的功能。横梁可有托板上的减速机带动转管运行回转运动。电器部分见附图：电气原理几电气接线图。电气控制箱安装在环链葫芦上。本机操作通过手电门按钮实现。手电门有八个按钮，分别控制快升、快降、慢升、慢降、左右回转几葫芦小车的水平前后行走。注意： 1.操作时不得同时按下快慢按钮和同一电机的反正转按钮 2.工作时，起重臂下禁止站人。 3.禁止拖拉起重物。 4.禁止超负荷起吊。四、吊运为运输方便，本机采用拆卸包装，用户根据本书介绍方法自行安装，（见“五”安装）横梁和立柱的起吊方法见图二、图三。五、安装安装前，应根据装箱单核对产品和技术文件有无缺少活损失，运输途中引起的旋臂横梁弯扭变形、轴的锈蚀。碰伤等应

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