目录 摘要I Abstract II 第1章履带起重机概述-1- 1.1履带起重机简介-2- 1.2国外履带起重机发展状况-3- 1.3国内履带起重机发展状况-5- 1.4履带式起重机的发展趋势-6- 1.5履带起重机臂架简介-7- 1.6个人工作重点臂架系统设计-8- 第2章臂架的结构形式-9- 2.1设计参数-9- 2.1.1作业工况-9- 2.1.2机构速度- 9 - 2.2臂架的结构型式- 9 - 2.3.经济性分析- 10 - 第3章臂架系统的计算- 12 - 3.1所选材料许用应力计算- 12 - 3.1.1 16M
n(Q345B)许用应力计算- 12 - 3.1.2 40Cr许用应力计算- 13 - 3.2主臂的计算- 13 - 3.2.1最大起重量工况计算- 14 - 3.2.2最长主臂工况计算- 25 - 3.3副臂的计算- 26 - 3.3.1最大起重量工况计算- 26 - 3.3.2最长副臂工况计算- 36 - 3.4撑杆的计算- 36 - 3.4.1固定副臂撑杆整体稳定性的计算- 36 - 3.4.2固定副臂撑杆下铰点销轴和单耳计算- 39 - 3.5拉索的计算- 40 - 3.5.1主臂拉索计算-40- 3.5.2固定副臂拉索计算-41- 结论-43- 致谢-44- 参考文献-45- 1.2国外履带起重机发展状况 目前，国外专业生产履带起重机的厂家很多，德国的主要生产厂家有利勃海尔（Ｌｉｅｂｈｅｒｒ）公司、特雷克斯德马格（ＴｅｒｅｘＤｅｍａｇ）公司、森尼波根（Ｓｅｎｅｂｏｇｅｎ）公司，美国主要生产厂家有马尼托瓦克（Ｍａｎｉｔｏｗｏｃ）公司、林克贝尔特（Ｌｉｎｋ＿ｂｅｌｔ）公司、Ｐ＆Ｈ公司，日本的主要生产厂家有神钢（Ｋｏｂｅｌｃｏ）公司、日立住友（ＨｉｔａｃｈｉＳｕｍｉｔｏｍｏ）公司和石川岛（ＩＨＩ）公司，其中利勃海尔、特雷克斯德马格、马尼托瓦克、神钢、日立住友等公司产品系列较全，市场占有率较高。表１列出了国外履带起重机主要生产公司系列型谱。 １．德国利勃海尔（Ｌｉｅｂｈｅｒｒ）公司 利勃海尔公司，一个以塔机起家、拥有５０余年历史的家族式跨国公司，是世界著名起重机生产厂家之一，该公司的产品技术先进，其生产的ＬＲ系列履带起重机最大起重量已达１２００吨。该公司产品主要特点有：系统为全液压驱动、电液比例控制，可实现无级调速且传动平稳，具备完善的自拆装功能，主副钩可单独工作亦可交替使用，自动安全保护合理，大吨位履带起重机安装全球卫星定位通讯系统，厂家对其产品进行实时监控，另外为充分发挥臂架的起重能力、提高整机的稳定性大吨位履带起重机均增加了超起装置。目前的产品系列为ＬＲｌｌ００型１０４吨、ＬＲｌｌ３０型１３７吨、ＬＲｌｌ６０型１６０吨、ＬＲｌ２００型２００吨、ＬＲ１２８０型２８０吨、ＬＲｌ３５０型３５０吨、ＬＲｌ４００型４００吨、ＬＲｌ７５０型７５０吨、ＬＲｌ８００型８００吨、ＬＲｌ１２００型１２００吨，在中国市场上销售的履带起重机主要有ＬＲｌ８００型８００吨、ＬＲｌ７５０型７５０吨、ＬＲｌ４００型４００吨、ＬＲｌ３５０型３５０吨和ＬＲｌ２８０型２８０吨级履带起重机。 ２．德国特雷克斯～德马格（Ｔｅｒｅｘ－Ｄｅｍａｇ）起重机公司 德马格原属德国曼内斯曼集团旗下的企业，由于该集团产业结构调整，产权转让给了特雷克斯。德马格的履带起重机制造和经营历史很长，技术上与利勃海尔有一定差距，但价格比利勃海尔稍低一点，又比日本产品高不少。德马格公司主要生产起重量从５０吨到１６００吨的ＣＣ系列履带起重机，主要为ＣＣ２００型５０吨、ＣＣ２８０型８０吨、ＣＣ４００型１００吨、ＣＣｌ５００型２７５吨、ＣＣ２０００型３００吨、ＣＣ２２００型３５０吨、ＣＣ２４００型４００吨、ＣＣ２５００型５００吨、ＣＣ２８００型６００吨、ＣＣ５８００型１０００吨、ＣＣ８８００型１２５０吨、ＣＣｌ２６００型１６００吨。 德马格的ＣＣ系列履带起重机，进入中国市场也很早，在国内的有一定的市场占有率，这两年来，由于国内对大吨位履带起重机的需求大幅增长，该公司在中国的销售业绩不断攀升。总的来说德国的履带起重机产品讲究高性能、高新技术，德国利勃海尔公司和特雷克斯德马格起重机公司的履带起重机代表了国际先进水平。 ３．美国马尼托瓦克（Ｍａｎｉｔｏｗｏｃ）公司 美国马尼托瓦克公司是世界著名起重机设计制造厂家之一，它创建于１９０２年，当时是造船厂，１９２７年开始生产起重机，１９８８年开始生产制造多种类、多型号起重机。马尼托瓦克生产的履带起重机起重量从４５吨到９０７吨，其２５０吨及以上履带起重机产品的生产量在全球占有较大的份额。产品系列为４５吨、５０吨、７３吨、７７吨、９１吨、１０９吨、１２０吨、１３６吨、１８１吨、２５０吨、３００吨、４００吨、７５０吨、９０７吨。 该公司产品主要特点有：以水冷柴油机为动力，广泛采用可控变矩器（即ＶＩＣＯＮ系统）；为了改善和扩大司机视野，司机室可以上下左右调节位置，计算机监控，手触屏幕指令选择，先导比例控制，设计原则强调自装自拆功能。为了加大起重能力提高稳定性，采用了环轨型超起装置，环轨位于起重机行走装置的外围，让配重和臂架都作用于环轨上，则其所受到的载荷由环轨承担，环轨直径大，可大大提高整机稳定性和承载能力，其缺点是旋工前必须投入人力、物力和财力构筑“环轨”，施工中起重机无法移动，只能回转，限制了作业范围，吊装完毕后，还必须把它拆除。 ４．日本国生产履带起重机情况 日本的履带起重机起步于５０～６０年代，以机械传动为主，７０年代开始迅速发展，传动以液压为主。日本的主要生产厂家有神钢（ＫｏｂｅｌｃＯ）公司、日立住友（Ｈｉｔａｃｈｉ－Ｓｕｍｉｔｏｍｏ）公司和石川岛（ＩＨＩ）公司，日立住友是住友和曰立公司在２００２年合并为“ＨｉｔａｃｈｉＳｕｍｉｔｏｍｏ”品牌，主要生产起重量从３０吨到６５０吨的ＳＣＸ系列产品，公司将销售市场转移至以中国为中心的亚洲市场，希望通过拓展中国市场，将其在全球的市场占有率扩大。神钢（Ｋｏｂｅｌｃｏ）公司早在１９６４年，开发了３０００系列履带起重机，１９７７年开发了５０００系列履带式起重机，１９８２年设计成功５６５０履带起重机，最大起重量６５０吨，１９８４年升级换代为７０００系列履带式起重机，现在部分７０００系列升级为ＣＫＥ系列履带起重机，其开发的履带起重机产品系列化程度高、性价比高，瞄准出口市场，深受发展中国家的欢迎，在全球范围内占有一定比例，主要生产的ＣＫＥ系列产品起重量从６０吨到４００吨，７０００系列产品起重量从３５吨到８００吨。产品系列为３５吨、４５吨、５５吨、６０吨、７０吨、８０吨、９０吨、１００吨、１２０吨、１５０吨、１８０吨、２００吨、２５０吨、３００吨、３５０吨、４００吨、４５０吨、６５０吨、８００吨。近两年神钢（Ｋｏｂｅｌｃｏ）在中国市场中吨位履带起重机的销售业绩较好。 总的来说，日本产品的技术性能与德国产品还是有相当差距，但其进步较快，价格比德国产品更有竞争力，所以它们还是比较适合我国一般履带起重机用户，它们在中国销售的产品规格大都为３００吨以下产品，也有少量达到３００以上的产品。 1.3国内履带起重机发展状况 我国生产履带起重机历史较短，“七五”期间以技术贸易相结合的方式，分别从日本和德国引进中小吨位履带起重机生产技术，与世界先进国家相比，国内履带起重机的吨位孝系列化程度低、技术含量低，在设计和制造上还存在一定的差距。近年来，国内履带起重机发展迅速，技术水平提高很快，系列不断得到完善。 国内生产履带起重机的主有厂家有：徐州重型机械有限公司、抚顺挖掘机制造责任有限公司、中联浦沅、三一重工、抚顺工程机械有限公司、哈尔滨四海工程机械制造公司。据统计，各公司履带起重机的年产量从数１０台到２００台左右不等，产品以２００吨及以下吨位为主。徐州重型机械有限公司中国工程起重机的龙头企业，２００３年，工厂斥巨资进行大规模技术改造，从国外进口多种高新设备，大型结构件的焊接和加工制造水平得到了大幅提升。该公司立足自主研发，向世界先进水平看齐，攻克了桅杆吊、臂架柔性随动调衡腰绳装置、分体式转台、ＰＬＣ计算机集成控制系统等的设计制造核心技术，已获得履带起重机方面八项国家专利，主要产品有ＱＵＹ３５、ＱＵＹ５０、ＱＵＹｌ００、ＱＵＹｌ５０、ＱＵＹ３００，系列齐全，多个产品填补国内空白，目前公司正在研制更大吨位履带起重机，将履带起重机系列做大做强。 抚挖国内生产履带起重机历史最长的企业，现已改制重组，更名为抚顺挖掘机制造有限责任公司，集原抚挖厂部分资产，进行了优化配置，主要产品有ＱＵＹ３５、ＱＵＹ５０Ａ、ＱＵＹ５０Ｃ、ＱＵＹ８０Ａ、ＱＵＹｌ００、ＱＵＹｌ５０Ａ等履带起重机。中联浦沅中国工程起重机主要生产企业，２００２年开始进军履带起重机行业，２００５年初推出２００吨履带起重机。 三一重工在２００４年１１月上海的宝马会上展出了开发的５０吨履带起重机，目前在开发８０吨、１５０吨履带起重机。 抚顺工程机械有限公司主要生产３０－７０吨履带起重机。 哈尔滨四海工程机械制造公司主要生产５０吨履带起重机。 由于我国履带起重机起步晚，国内用户对履带起重机的认识较少，２０００年之前市场容量较小，发展速度不快。近几年，国家基本建设规模扩大，国内用户对履带起重机优势的认识越来越多，履带起重机的市场升温较快，国外知名企业大规模进军国内市场，国内企业奋力与之较量，取得了长足的进步，但和国外知名企业相比，还有一定的差距，具体情况为： １．品种少、产量低，但品种日见丰满、产量逐年递增 目前，国产履带起重机已经形成３０－３００ｔ的产品系列，品种较少，中小吨位重复较多，而国外公司产品型谱的覆盖面很大，最大起重量已达到１６００吨；国内年产量低，只相当于国外一个公司的生产能力，未形成规模化生产，规模偏小就难以实现规模效益，使研发、销售、服务等整个价值链规模不经济。 为赶超世界先进国家，国内企业奋起直追。近３年来，新品推出速度由３４年１种新品发展到１２年３、４种新品，且新品吨位不断向大吨位发展，其中，仅徐重先后推出的新品就达４、５种，并且均为在国内率先推出的大吨位产品，伴随着新品推出的进程，以徐重为代表的实力型企业也已步入高端技术的成熟发展阶段，主要表现在四个方面：一是全面掌控了履带吊的几十项关键核心技术；二是特种进口高强钢、特种复合材料等新材料、高端检测手段等新工艺的使用，确保了整机产品性能更可靠；四是经过连续多年的技改投入，整体制造工艺水平得以提升，有效满足高科技产品设计的需求。 在中国大型工程全面上马的环境下，自２０００年以来的１４台发展到２００５年的２００多台，年平均增长率约７０％，即便在０５年受宏观调控的影响下，行业销量也比０４年销量增长近１０％。此外，仅０５年上半年，国内履带起重机就进口２２８台，国内需求的迅猛增长，使行业均看好履带吊市场，有实力的企业全力加大了对履带吊的研发投入，徐重推出的中国首台３００吨履带吊就是在此环境下催生出的巨作。至此，国内履带吊已形成了３５吨３００吨十几个型号较为全面的产品型谱，并且还呈现着继续向更大吨位发展的势头，从徐重相关部门了解到，４５０吨、６００吨级履带吊的设计工作即将完成。 ２．技术水平有差距但有全新突破 在系统及结构件的设计上仍存在一定的差距，大吨位产品功能尚不够齐全。徐重等企业全力进行攻关，为了简化拆装、减少辅助作业时间及对安装过程辅助起重设备的需求，徐州重型机械有限公司独家突破了桅杆吊专利技术，桅杆顶升机构能实现履带起重机的自拆装；目前正全力攻克大型起重机的必备装置超起装置的难关。向徐重这样的实力型履带起重机制造商，一向极为重视自主研发，经过持续投入和积累，已拥有十几项的核心技术，并持续在提升着自己的产品档次和竞争能力。在产品试验研究上下功夫，逐步完善试验、研究体系。并且，为确保设计的精确体现和产品性能和可靠性，公司定位国际化配套。总的来说，国外公司的履带起重机公司均有自己的核心技术，国内企业自己的核心技术正逐步形成，不断提升自己的产品档次和竞争能力是国内企业面临的紧迫任务。 ３．产品可靠性有待进步提高 近几年，国内企业在履带起重机技术上取得了一些突破，但由于起步较晚，与国外相比，产品可靠性还有待进一步完善提高。目前在产品开发过程中，立足国际化配套，性能和可靠性得到了很大提高。 ４．国外市场拓展 今年上半年，国内履带起重机进口２２８台，国内企业履带起重机出口仅为１２台，贸易逆差甚巨。国产履带起重机首先应在国内市场站稳脚跟，在短期内，加大对于进入门槛不高的发展中国家市场的拓展，也是扩大企业生产规模，推动国产履带起重行业快速成长的良策。 1.4履带式起重机的发展趋势 由国内外履带起重机的发展现状，可以看到履带起重机发展趋势有以下几个特点： １．为适应大型工程项目的需求，起重机正在迅速向超大吨位发展。 由于各种工程建设的大型化，所需的配套设备构件等的重量也不断增加，对超大型起重设备的需求也愈来愈多，为了实现起吊大的重物，在原有起重机的基础上增加超起装置，不仅扩大了履带起重机的工作范围，而且提高了履带起重机的利用率。目前履带起重机最大吨位已超过１０００吨，例如德马格的ＣＣｌ２６００型起重量为１６００ｔ，利勃海尔的ＬＲｌ１２００型起重量为１２００ｔ。随着超起装置的不断完善，更大吨位履带起重机的开发已成为现实。 ２．核心技术化 各大知名企业均具有其独特的核心技术，并不断创新，努力保持在同行业内的领先地位。现在各大公司均下大力气研究开发自己的核心技术，以不断提升自己的产品档次和竞争能力。 ３．操作控制系统的智能化 随着计算机技术和电子技术的不断发展，逐步完善的计算机控制技术和集成传感技术在履带起重机行业得到广泛的应用，先进的电子控制和电脑操作系统的配置已非常普便，德国利勃海尔公司在特大型履带起重机上还配备有全球卫星定位通讯系统。各种电子监控系统、运行作业时的在线故障检测和诊断、智能化总体控制等是今后履带起重机不断向智能化方向发展的重要研究领域。 ４．充分运用新技术、新材料、新工艺、新的设计方法，使整机性能大大提高 充分利用新技术、新工艺来提高产品质量，并不断开发新材料、新结构、新功能提高产品竞争力。例如１０００ＭＰａ抗拉强度的臂架材料已被广泛采用，从而大幅度地降低了臂架自重，提高了产品起重性能。整机的结构也逐渐采用高强材料，通过优化设计显著减轻整机重量，同时为保证整机稳定性，增加了必要的车身压重，这些都使得大吨位产品能够具有较高的性能和良好的经济性。 ５．自行拆装系统 拆卸、组装性能是履带起重机的一个重要指标，由于履带起重机在公路上无法自由行走，且体大笨重，必须拆卸才可运输，到达工作地点，再进行组装，需要辅助吊车。为减少或不用辅助吊车，节省施工费用，因此研制自行拆装系统势在必行。目前中吨位履带起重机的自拆装系统已比较完善，大吨位的自拆装系统仍是难题。 ６．模块化、系列化 工业生产方式和用户需求的多样性，使专用起重机的市场不断扩大，为了降低制造成本、提高通用化程度，采用模块组合的方式，形成不同类型和规格的起重机，以特有的功能满足特殊的需要，发挥出最佳的效用。例如履带起重机加装连续墙装置后即可实现成墙功能；履带起重机长主臂时上部采用塔式副臂的臂节，组合成轻型臂，优化了臂架组合，拓展了吊臂的使用性能，节约了材料。目前，国外履带起重机的系列已较完善，国内也在不断完善起重机系列。 ７．一机多用，扩大工作范围 为拓宽履带起重机的使用范围，国外履带起重机分为两个系列，一个是专业吊装履带起重机，一个是多功能履带起重机。多功能履带起重机除具备吊装功能外，还可以配置抓斗、打夯、打桩、钻机、电磁吸盘、连续墙挖掘等装置，进行其他作业。 ８．重视产品变型和升级。 国际知名企业由于产品系列已较为完善，为了加快新产品推出的速度，不断地在行业内巩固自己的地位，均十分重视产品的变型和升级，这样也具有良好的经济性。 ９．人机工程化 按照人机工程原理，对驾驶室的舒适性、操作性、布局合理性、视野及安全更加考究，产品处处体现以人为本的理念，从操作方便性、舒适性、视野等无不符合人机工程学，甚至于一个扶手、一个梯子、走台板的布置、防滑措施等，另外，为了减轻维修保养的劳动强度，大型履带起重机上普遍采用了集中润滑系统 1.5履带起重机臂架系统简介 履带起重机臂架主体结构一般采用空间桁架结构，桁架结构与板梁结构相比具有重量轻、用料省刚度大、迎风面积小等优点。 履带起重机的臂架组合方式有单主臂、主臂带固定副臂、主臂带塔式副臂,如图1所示。有时还采用超起装置、超短副臂、轻型臂等特殊组合方式。固定副臂工况是副臂与主臂的相对角度不变，通过改变主臂的角度来实现变幅。塔式工况是主臂相对不动，通过改变塔臂角度来实现变幅。从主臂变幅方式来看，有只带人字架的、只带桅杆的及人字架加桅杆的方式。这些方式可以任意组合，形成不同的方案。