基于慧魚組件的多功能物料運(yùn)輸車機(jī)器人設(shè)計(jì)起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)【履帶式災(zāi)害救援機(jī)器人設(shè)計(jì)】
基于慧魚組件的多功能物料運(yùn)輸車機(jī)器人設(shè)計(jì)起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)【履帶式災(zāi)害救援機(jī)器人設(shè)計(jì)】,履帶式災(zāi)害救援機(jī)器人設(shè)計(jì),基于慧魚組件的多功能物料運(yùn)輸車機(jī)器人設(shè)計(jì)起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)【履帶式災(zāi)害救援機(jī)器人設(shè)計(jì)】,基于,組件,多功能,物料,運(yùn)輸車,機(jī)器人,設(shè)計(jì),機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu),部分,部份,履帶式,災(zāi)害
任務(wù)書
系 部：
專 業(yè)：
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號(hào)：
設(shè)計(jì)(論文)題目：
基于慧魚組件的多功能物料運(yùn)輸車
機(jī)器人設(shè)計(jì)起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)
起 迄 日 期:
2010年3月22日 ~ 6月27日
設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn):
指 導(dǎo) 教 師:
專業(yè)負(fù)責(zé)人:
發(fā)任務(wù)書日期: 2010年 3 月12 日
任 務(wù) 書
1．課題應(yīng)達(dá)到的目的：
本課題對(duì)多功能物料運(yùn)輸車結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并以德國慧魚公司生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品模型為對(duì)象進(jìn)行裝配，同時(shí)進(jìn)行編程運(yùn)行，檢驗(yàn)其功能、性能等效果，使學(xué)生初步掌握開發(fā)、設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品的相關(guān)過程，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和各項(xiàng)技能進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和解決工程實(shí)際問題的能力，從而完成綜合性的設(shè)計(jì)訓(xùn)練過程。
2．課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：
本課題要求學(xué)生設(shè)計(jì)多功能物料運(yùn)輸車的總體結(jié)構(gòu)，并裝配模型，編制程序，實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。具體內(nèi)容及要求如下：
（1）查閱文獻(xiàn)資料20篇以上，翻譯外文資料3000字，撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告；
（2）總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
（3）完成三維造型設(shè)計(jì)；
（4）繪制總裝圖和部分零件圖；
（5）編制控制程序；
（6）必要的設(shè)計(jì)計(jì)算與分析；
（7）文檔整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書及使用說明書1.5萬字左右。
任 務(wù) 書
3．課題成果的要求〔包括設(shè)計(jì)、圖表、實(shí)物樣品等〕：
（1）資料翻譯譯文；
（2）裝配圖及主要零件圖；
（3）畢業(yè)設(shè)計(jì)成果以設(shè)計(jì)圖樣和說明書形式提交。要求圖樣規(guī)范，符合國家標(biāo)準(zhǔn)；說明書層次分明、論據(jù)可靠、計(jì)算正確、圖標(biāo)規(guī)范、語句通順。
4．主要參考文獻(xiàn)：
[1] 黃大巍，李風(fēng)，毛文杰等編著.現(xiàn)代起重運(yùn)輸機(jī)械[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006. 3.
[2] 卜一德，秦家順，喬治華編著. 起重吊裝計(jì)算及安全技術(shù)[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.
[3] 胡宗武編著. 起重機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)例[M]. 北京：機(jī)械工程出版社，2009. 6.
[4] 張繼東編著. 機(jī)械設(shè)計(jì)常用公式速查手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. 8.
[5] 孫在魯著. 塔式起重機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2003.5.
[6] 華玉潔主編. 起重機(jī)械與吊裝[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005. 8.
[7] 王金諾，于蘭峰主編. 起重運(yùn)輸金屬結(jié)構(gòu)[M]. 北京：中國鐵道出版社，2002. 3.
[8] 張應(yīng)立，周玉華編著. 臂架式起重機(jī)安全技術(shù)[M]. 北京：中國石化出版社，2008.
[9] 孫恒，陳作模，葛文杰主編. 機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2006. 5.
[10] 濮良貴，紀(jì)名剛主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2006. 5.
[11] 陳道南主編. 起重運(yùn)輸機(jī)械[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社，2005.
[12] 張應(yīng)立，周玉華編著. 塔式起重機(jī)安全技術(shù)[M]. 北京：中國石化出版社，2007.
[13] 單景德編著. 真空吸取器設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2000. 1.
[14] 徐元呂, 工業(yè)機(jī)器人[M]. 北京: 中國輕工業(yè)出版社, 1999.
[15] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.
[16] 徐長生，陶德馨主編. 起重運(yùn)輸機(jī)械試驗(yàn)技術(shù)[M]. 北京: 人民交通出版社，2005.
[17] 龔振邦，機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，1995.
[18] 秦曾煌，電子技術(shù)[M]. 北京: 高等教育出版社, 1996.
任 務(wù) 書
5．課題工作進(jìn)度計(jì)劃：
起 迄 日 期
工 作 內(nèi) 容
2010年
3月22日 ~ 4月05日
4月06日 ~ 4月19日
4月20日 ~ 5月01日
5月02日 ~ 5月15日
5月16日 ~ 5月28日
5月29日 ~ 6月09日
6月10日 ~ 6月20日
6月21日 ~ 6月27日
熟悉課題，查閱資料，外文翻譯，也可穿插下階段的部分工作；
撰寫文獻(xiàn)綜述，完成開題報(bào)告；
總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
裝配模型，編制控制程序；
繪制總裝圖和部分零件圖；
整理相關(guān)資料，撰寫并打印設(shè)計(jì)說明書；
正式提交設(shè)計(jì)成果(包括圖紙及論文)和畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書；
準(zhǔn)備論文答辯。
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
2009年 月 日
系部意見：
系部主任：
2009 年 月 日
選題、審題表
系 部
機(jī)械工程學(xué)院
指導(dǎo)
教師
姓 名
李連波
專業(yè)技術(shù)職 務(wù)
講 師
課題名稱
基于慧魚組件的多功能物料運(yùn)輸車機(jī)器人設(shè)計(jì)起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)
適用專業(yè)
機(jī)械工程及自動(dòng)化
課題性質(zhì)
A
B
C
D
E
課題來源
A
B
C
D
√
√
課題預(yù)計(jì)
工作量大小
大
適中
小
課題預(yù)計(jì)
難易程度
難
適中
易
√
√
課題簡介
本課題以德國慧魚公司生產(chǎn)的機(jī)電產(chǎn)品模型為對(duì)象，學(xué)生可自行設(shè)計(jì)多功能物料運(yùn)輸車結(jié)構(gòu)，并通過開發(fā)、裝配模型對(duì)廢墟救援機(jī)器人進(jìn)行較為細(xì)致的分析研究，編程運(yùn)行，檢驗(yàn)其功能、性能等效果，使學(xué)生初步掌握開發(fā)、設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品的相關(guān)過程，從而完成綜合性的設(shè)計(jì)訓(xùn)練過程。
課題應(yīng)完成的任務(wù)和對(duì)學(xué)生的要求
利用Pro/E等軟件進(jìn)行廢墟救援機(jī)器人的三維造型設(shè)計(jì)。
要求：
1.設(shè)計(jì)多功能物料運(yùn)輸車的總體結(jié)構(gòu)；
2.完成多功能物料運(yùn)輸車的總裝圖和部分零件設(shè)計(jì)；
3.編制程序?qū)崿F(xiàn)預(yù)定功能。
4.本課題由相巧云，王利忠，姚仁，華曉博與我共同完成。
所在專業(yè)審定意見：
專業(yè)負(fù)責(zé)人(簽名)： 年 月 日
注：本課題由 同學(xué)選定，學(xué)號(hào)：
注：1．該表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)所在專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名后生效，作為該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題使用；
2．有關(guān)內(nèi)容的填寫見背面的填表說明，并在表中相應(yīng)欄內(nèi)打“√”；
3．課題一旦被學(xué)生選定，此表須放在學(xué)生“畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料袋”中存檔。
填 表 說 明
1．該表的填寫只針對(duì)1名學(xué)生做畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)選擇使用，如同一課題由2名及2名以上同學(xué)選擇，應(yīng)在申報(bào)課題的名稱上加以區(qū)別（加副標(biāo)題），并且在“設(shè)計(jì)（論文）要求”一欄中說明。
2．“課題性質(zhì)”一欄：
A．產(chǎn)品設(shè)計(jì)；
B．工程技術(shù)研究；
C．軟件開發(fā)；
D．研究論文或調(diào)研報(bào)告
E．其它。
3．“課題來源”一欄：
A．自然（社會(huì)）科學(xué)基金與?。ú浚?、市級(jí)以上科研課題；
B．企、事業(yè)單位委托課題；
C．校、院（系）級(jí)基金課題；
D．自擬課題。
4．“課題簡介”一欄：
主要指該課題的背景介紹、理論意義或?qū)嵱脙r(jià)值。
設(shè)計(jì)
作 者:
學(xué) 號(hào)：
學(xué)院(系):
專 業(yè):
題 目:
基于多功能物料運(yùn)輸車機(jī)器人設(shè)計(jì)
起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)
指導(dǎo)者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
評(píng)閱者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
2010 年 6 月
中文摘要
我國前段時(shí)間遇到的災(zāi)難汶川地震，不安全因素很多，房屋倒塌嚴(yán)重，還連帶著許多小的余震等，災(zāi)害事故危害嚴(yán)重，傷害人員多。各類災(zāi)害事故存在突發(fā)性、災(zāi)難性、破壞性等特點(diǎn)。因此，研究廢墟搜救新裝備是一項(xiàng)緊迫任務(wù)，這里介紹了研究該項(xiàng)目的意義。然后根據(jù)災(zāi)難發(fā)生的時(shí)間，災(zāi)難救援可以分為災(zāi)前救援、災(zāi)時(shí)救援與災(zāi)后救援三個(gè)階段。隨后講了國內(nèi)外物料運(yùn)輸機(jī)械的研究狀況，發(fā)展前景等。 然后就根據(jù)多功能物料運(yùn)輸車的的參與可以有效地提高救援的效率和減少施救人員的傷亡特點(diǎn)，讓它來幫助工作人員執(zhí)行救援工作，代替工作人員執(zhí)行搜救任務(wù)，使它在災(zāi)難救援中起著重要的作用。最后就對(duì)多功能物料運(yùn)輸車起升機(jī)構(gòu)部分的具體介紹，并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。
關(guān)鍵詞 廢墟救援 物料運(yùn)輸車 技術(shù) 發(fā)展前景
外文摘要
Title Based on The Multi-function Material Transporter
Robot Design Lifting Mechanism Structure Design
Abstract
China recently met Wenchuan earthquake disaster, No safety factor, Houses collapsed,Still many smaller aftershocks jointly and severally, etc.Disaster accident harm seriously, Personnel seriously injured . Various disasters and accidents, destructive outburst, catastrophic exist, etc. Therefore, the study of new equipment and ruins is an urgent task, this paper introduces the significance of research. Then according to the disaster relief, disaster relief, the former can be divided into disaster rescue and disaster after disaster relief when three stages. Then spoke at home and abroad, the research status of Material truck development prospects. Then according to the multi-functional materials in the vehicle can effectively improve the efficiency and reduce the rescue rescuers casualties characteristics, let it come to help with relief work staff, instead of working personnel executive search and rescue mission in disaster relief, it plays an important role. Finally the multi-functional materials of lifting mechanism of vehicle parts are introduced concretely, and carries on the improvement.
Keywords Ruins rescue Material truck technical Prospects for development
開題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號(hào)：
專 業(yè)：
設(shè)計(jì)(論文)題目：
基于慧魚組件的多功能物料運(yùn)輸車
機(jī)器人設(shè)計(jì)起升機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)
指 導(dǎo) 教 師:
2010 年 4 月 4 日
開題報(bào)告填寫要求
1．開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報(bào)告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊(cè)）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2010年3月15日”或“2010-03-15”。
開 題 報(bào) 告
1．結(jié)合設(shè)計(jì)課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
摘要 我國前段時(shí)間遇到的災(zāi)難汶川地震，不安全因素很多，房屋倒塌嚴(yán)重，還連帶著許多小的余震等，災(zāi)害事故危害嚴(yán)重，傷害人員多。各類災(zāi)害事故存在突發(fā)性、災(zāi)難性、破壞性等特點(diǎn)。因此，研究廢墟搜救新裝備是一項(xiàng)緊迫任務(wù)，這里介紹了研究該項(xiàng)目的意義。然后根據(jù)災(zāi)難發(fā)生的時(shí)間，災(zāi)難救援可以分為災(zāi)前救援、災(zāi)時(shí)救援與災(zāi)后救援三個(gè)階段。隨后講了國內(nèi)外物料運(yùn)輸機(jī)械的研究狀況，發(fā)展前景等。 最后就根據(jù)多功能物料運(yùn)輸車的的參與可以有效地提高救援的效率和減少施救人員的傷亡特點(diǎn)，讓它來幫助工作人員執(zhí)行救援工作，代替工作人員執(zhí)行搜救任務(wù)，使它在災(zāi)難救援中起著重要的作用。
關(guān)鍵詞 廢墟救援 物料運(yùn)輸機(jī)械 技術(shù) 發(fā)展前景
1 項(xiàng)目的研究意義
在世界各地，由于自然災(zāi)害、恐怖活動(dòng)和各種突發(fā)事故等原因，災(zāi)難經(jīng)常發(fā)生。在災(zāi)難救援中，救援人員只有非常短的時(shí)間(約48小時(shí))用于在倒塌的廢墟中尋找幸存者，否則發(fā)現(xiàn)幸存者的幾率幾乎為零。在這種緊急而危險(xiǎn)的環(huán)境下，多功能物料運(yùn)輸車可以為救援人員提供幫助。因此，將具有自主智能的在危險(xiǎn)和復(fù)雜的災(zāi)難環(huán)境下“搜索和營救”(SAR)幸存者，是起重運(yùn)輸機(jī)械中的一個(gè)新興而富有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域[l]。?
我國前段時(shí)間遇到的災(zāi)難汶川地震，不安全因素很多，房屋倒塌嚴(yán)重，還連帶著許多小的余震等，災(zāi)害事故危害嚴(yán)重，傷害人員多。各類災(zāi)害事故存在突發(fā)性、災(zāi)難性、破壞性等特點(diǎn)。因此，研究廢墟搜救新裝備是一項(xiàng)緊迫任務(wù)[2]。目前，救災(zāi)方式只是根據(jù)事故的類型確定救災(zāi)的方案，一般救護(hù)人員無法進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，只能通過一些特殊設(shè)備進(jìn)入災(zāi)區(qū)，然后再搜救遇險(xiǎn)災(zāi)民。這種方式危險(xiǎn)性大，傷亡人數(shù)多，救災(zāi)周期長，往往效率低[11]。隨著科技的發(fā)展，物料運(yùn)輸機(jī)械將被應(yīng)用到廢墟救災(zāi)領(lǐng)域。物料運(yùn)輸機(jī)械利用自身的優(yōu)點(diǎn)，能迅速到達(dá)遇險(xiǎn)災(zāi)民的位置，降低事故危害性，對(duì)提高救災(zāi)效率具有重大意義，具體表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)[14]:
第一物料運(yùn)輸機(jī)械具有靈活性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，有較好的爬坡和越障能力，能適應(yīng)現(xiàn)場各種各樣的地理環(huán)境；
第二當(dāng)運(yùn)輸物料機(jī)械順利的越過障礙后，能迅速將物品運(yùn)放到指定的位置。以便遇險(xiǎn)災(zāi)民更好的得到救助；
第三運(yùn)輸物料機(jī)械具有為遇險(xiǎn)災(zāi)民投放小包食品、藥物和通訊裝置等輔助功能，并合理分配，能有效地減少遇險(xiǎn)災(zāi)民的傷亡人數(shù)；
第四可以連續(xù)的執(zhí)行乏味的搜索救援任務(wù)，而不會(huì)像人一樣感到疲倦；
第五不怕火、濃煙等危險(xiǎn)和有害條件[5]。
世界各國都在不斷加大物料運(yùn)輸機(jī)械的開發(fā)投入和研究力度，及時(shí)把微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)以及新材料、新工藝等現(xiàn)代高新技術(shù)大量運(yùn)用于物料運(yùn)輸機(jī)械的生產(chǎn)、制造等領(lǐng)域，使物料運(yùn)輸機(jī)械的技術(shù)含量越來越高，在未來發(fā)展方向上呈現(xiàn)出許多新的特點(diǎn)。
2 物料運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)
2．1 國外物料運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)
在國外，物料運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展迅速，技術(shù)日益成熟，并進(jìn)入實(shí)用化階段，日本、美國、英國等已開始裝備使用[7]。在災(zāi)難現(xiàn)場中，物料運(yùn)輸車應(yīng)能迅速找到幸存者的位置。?起重運(yùn)輸機(jī)械作為后勤裝備保障的重要組成部分，其信息化程度如何，將直接影響軍需物資在起重、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的保障效能。為此，世界各國都在現(xiàn)有物料運(yùn)輸機(jī)械的基礎(chǔ)上，及時(shí)將全球定位技術(shù)、實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)用于物料運(yùn)輸機(jī)械上。例如，在現(xiàn)代物料運(yùn)輸機(jī)械上，通過安裝車載接收器、數(shù)字化定位跟蹤儀、自診斷故障檢測儀以及遙感器等信息裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物料運(yùn)輸機(jī)械在日常作業(yè)、調(diào)度和管理上的實(shí)時(shí)、實(shí)地的動(dòng)態(tài)控制[8]。另外，為了在惡劣的災(zāi)區(qū)無法到達(dá)的地區(qū)救援時(shí)，歐美等發(fā)達(dá)國家開始在一些物料運(yùn)輸機(jī)械上加裝自動(dòng)探測器和一些智能型處理設(shè)備，并將紅外技術(shù)、遙感技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行綜合集成，使物料運(yùn)輸機(jī)械在進(jìn)行救援作業(yè)時(shí)一方面具有一定的自動(dòng)判斷、偵察和識(shí)別能力；另一方面還能自動(dòng)生成作業(yè)方案和自動(dòng)修改作業(yè)參數(shù)，所有作業(yè)程序都是自動(dòng)完成的。例如，美、英等國相繼開發(fā)和研制出的智能型物料運(yùn)輸機(jī)械，一旦在物料運(yùn)輸作業(yè)過程中遇到危險(xiǎn)物、爆炸物時(shí)，則會(huì)通過無線電控制技術(shù)，指令機(jī)器人對(duì)物料運(yùn)輸機(jī)械進(jìn)行各類作業(yè)。這些對(duì)災(zāi)后救援工作找到幸存者非常有利。
2．2 未來物料運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)?
災(zāi)害事故的突發(fā)性、驟然性、不確定性等因素增多，這些都對(duì)物料運(yùn)輸機(jī)械的性能提出了更高的要求，尤其是速度性能已成為當(dāng)今世界各國普遍追尋的目標(biāo)。目前，無論是橋、門式起重機(jī)，還是輪式物料運(yùn)輸機(jī)械，如各種軍用搬運(yùn)機(jī)械、裝載機(jī)或挖掘機(jī)，在追求作業(yè)穩(wěn)定性能的同時(shí)，也更關(guān)注起重、運(yùn)輸作業(yè)的速度性能。例如軍用裝載機(jī)和挖掘機(jī)，其機(jī)動(dòng)速度由原來不足45 km／h，現(xiàn)已普遍提高到60 km／h～70 km／h，有的甚至更高[11]。如澳大利亞產(chǎn)的ADI型多功能起重車，最高時(shí)速可達(dá)100 km／h；長距離行駛速度平均在80km/h。這種高速化的設(shè)備，一方面能夠滿足部隊(duì)快速編隊(duì)行進(jìn)的需要，另一方面還能滿足在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中大量軍需物資補(bǔ)給、消耗的需要。除了這些，物料運(yùn)輸車還應(yīng)具備多功能化，例如，由澳大利亞研制生產(chǎn)的ADI型多功能起重車，除了裝有前置裝貨機(jī)和助耕機(jī)外，還可選裝夯土機(jī)、大地螺絲鉆、巖石破碎機(jī)、絞盤以及雪犁等工作裝置，以完成各種軍事野外工程和后勤保障任務(wù)[13]。美國山貓公司生產(chǎn)的多功能物料搬運(yùn)車，除了能夠在倉庫、碼頭、岸灘等不同場地作業(yè)外，還能通過更換屬具的方式，實(shí)現(xiàn)起重、運(yùn)輸、堆碼垛、裝卸載以及高空作業(yè)等多種功能。再如，由法國曼尼妥公司為北約部隊(duì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的多功能懸臂式維修起重機(jī)，既能在軍港碼頭進(jìn)行高、低空維修作業(yè)，也能在機(jī)動(dòng)港和岸灘展開作業(yè)。另外，統(tǒng)一起重運(yùn)輸機(jī)械底盤，做到一種底盤多種車型則是多功能化的另一種發(fā)展模式。如美軍的裝甲型起重運(yùn)輸機(jī)械，大多采用主戰(zhàn)坦克的底盤；車身則采用抗打擊能力極強(qiáng)的防護(hù)材料，以實(shí)現(xiàn)起重運(yùn)輸機(jī)械在各種復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的保障能力和戰(zhàn)場的生存能力[3]。這些朝著多功能化方向發(fā)展的軍用起重運(yùn)輸機(jī)械，其作業(yè)適應(yīng)能力和范圍都將得到大幅度的提高。
3 設(shè)計(jì)產(chǎn)品的目的
根據(jù)災(zāi)難發(fā)生的時(shí)間，災(zāi)難救援可以分為災(zāi)前救援、災(zāi)時(shí)救援與災(zāi)后救援三個(gè)階段[15]。災(zāi)前救援指的是對(duì)己經(jīng)預(yù)先知道的，即將要發(fā)生的災(zāi)難采取防范與消除災(zāi)難、人員疏散和物資轉(zhuǎn)移的工作；災(zāi)時(shí)救援是針對(duì)火災(zāi)、水災(zāi)、毒氣、放射性物質(zhì)等有一定發(fā)生時(shí)間的災(zāi)難過程，采取的撲救和補(bǔ)救工作；災(zāi)后救援指的是地震、爆炸等突發(fā)性和短時(shí)性災(zāi)難，事后的搜尋和營救工作。三個(gè)階段在災(zāi)難發(fā)生時(shí)通常沒有明確的界限，但是各個(gè)階段救援工作都面臨著兩個(gè)問題：環(huán)境的復(fù)雜性和環(huán)境的危險(xiǎn)性[12]。以城市環(huán)境為例，人口城市化和城市人口密集現(xiàn)象加劇，高層建筑、地下工程、大型商貿(mào)場所、文化娛樂場所迅猛發(fā)展，城市建筑物不斷增加，使得城市建筑環(huán)境中的搜救作業(yè)十分復(fù)雜[10]。在一些危險(xiǎn)性大的災(zāi)難中，如隨時(shí)會(huì)引發(fā)爆炸的火災(zāi)現(xiàn)場，有易燃、易爆或劇毒氣體存在的現(xiàn)場，地震后存在易二次倒塌建筑物的現(xiàn)場，施救人員無法深入進(jìn)行偵察或施救，人們急于探知災(zāi)難現(xiàn)場的內(nèi)部險(xiǎn)情，但又不敢或無法接近或進(jìn)入災(zāi)難現(xiàn)場。此時(shí)，多功能物料運(yùn)輸車的參與可以有效地提高救援的效率和減少施救人員的傷亡，它們不但能夠幫助工作人員執(zhí)行救援工作，而且能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務(wù)，在災(zāi)難救援中起著重要的作用[6]。
4 設(shè)計(jì)方案
4．1 設(shè)計(jì)目標(biāo)、研究內(nèi)容和擬定解決的關(guān)鍵問題?
設(shè)計(jì)目標(biāo)：本移動(dòng)平臺(tái)主要用于地震災(zāi)區(qū)的現(xiàn)場探察工作，機(jī)械結(jié)構(gòu)是該平臺(tái)的基礎(chǔ)和重要組成部分。?
研究內(nèi)容：在設(shè)計(jì)多功能物料運(yùn)輸車時(shí)，應(yīng)從系統(tǒng)總體要求出發(fā)，考慮多功能物料運(yùn)輸車的環(huán)境適應(yīng)性，協(xié)調(diào)各分系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)聯(lián)，開展頂層設(shè)計(jì)，研究綜合集成關(guān)鍵技術(shù)。
擬定解決的關(guān)鍵問題：多功能物料運(yùn)輸車?yán)米陨淼膬?yōu)點(diǎn)，能迅速越過障礙，將救災(zāi)物資運(yùn)送到災(zāi)區(qū)，并將救災(zāi)物資發(fā)放到遇險(xiǎn)災(zāi)民的手中，降低事故的危害性。
4．2 設(shè)計(jì)方案?
移動(dòng)機(jī)構(gòu)作為多功能物料運(yùn)輸車的移動(dòng)載體[9]，必須具備以下特點(diǎn)：一定的移動(dòng)速度和低能耗；良好的姿態(tài)穩(wěn)定性和高運(yùn)動(dòng)精度；能夠適應(yīng)各種各樣的地理環(huán)境，有一定的爬坡和越障能力。?現(xiàn)有的多功能物料運(yùn)輸車移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有:輪式、腿式、輪腿式和履帶式等[3]。輪式機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、輪式滾動(dòng)摩擦阻力小和機(jī)械效率高等特點(diǎn)，但越過壕溝、臺(tái)階的能力差；而腿式機(jī)器人具有適應(yīng)地形能力強(qiáng)的特點(diǎn)，能越過大的壕溝和臺(tái)階，其缺點(diǎn)是速度慢；然后就是輪腿式機(jī)器人融合腿式機(jī)構(gòu)的地形適應(yīng)能力和輪式機(jī)構(gòu)的高速高效性能，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜；最后履帶式機(jī)器人地形適應(yīng)能力強(qiáng)，動(dòng)載荷小，設(shè)計(jì)緊湊，其缺點(diǎn)是重量大，能耗大。根據(jù)本題目的設(shè)計(jì)要求及技術(shù)特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)擬選擇履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)[15]。力的分布圖如圖1所示，最終的機(jī)構(gòu)圖如圖2所示相類似。
圖1 力的分布圖 圖2 最終結(jié)構(gòu)和此圖相類似
4．3 題目的可行性分析
履帶式多功能物料運(yùn)輸車地形適應(yīng)能力強(qiáng)，動(dòng)載荷小，設(shè)計(jì)緊湊，其缺點(diǎn)是重量大，能耗大。本次設(shè)計(jì)擬選擇履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)[5]。原因有以下兩點(diǎn):?
（1)相對(duì)于輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)?
（a）支承面積大，接地比壓小
（b）越野機(jī)動(dòng)性能好，爬坡、越障、跨溝能力強(qiáng)；?
（c）履帶的牽引附著性能好，不易打滑，有利于發(fā)揮較大的牽引力。
（2)相對(duì)于步行式行走機(jī)構(gòu)
（a）技術(shù)成熟；
（b）控制簡單。
相比之下決定采用履帶行走，采用履帶行走就像給多功能物料運(yùn)輸車鋪了一道無限延長的軌道一樣，使它能夠平穩(wěn)、迅速、安全地通過各種復(fù)雜的路況。由于履帶接觸面積大，所以增大了多功能物料運(yùn)輸車在松軟、泥濘路面上的通過能力，降低了下陷量。由于履帶板上有花紋并能安裝履刺，所以在雨雪冰或上坡路等路面上能牢牢抓住地面，不會(huì)打滑。履帶接地長度達(dá)到4到6米，誘導(dǎo)輪中心位置較高，可以通過2到3米的壕溝和高達(dá)1米的垂直墻[14]。
步行式和輪式主要是為了在平坦的路面上行駛，而在地震災(zāi)區(qū)是每行有平坦的道路的，只有各式各樣的路況。為了面對(duì)各種路況，而采用履帶式，采用這種方式的好處是，抓地力強(qiáng)，可以減少多功能物料運(yùn)輸車對(duì)路面的壓力，防止陷入泥濘的路面，因此對(duì)于多功能物料運(yùn)輸車來說采用履帶式而不采用輪式或步行式。
參 考 文 獻(xiàn)
[l] 黃大巍，李風(fēng)，毛文杰等編著.現(xiàn)代起重運(yùn)輸機(jī)械[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006. 3.
[2] 蹼良貴, 紀(jì)各剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京: 高等教育出版社, 1996.
[3] 余達(dá)太, 馬香峰. 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 2003.
[4] 秦曾煌, 電子技術(shù)[M]. 北京: 高等教育出版社, 1996.
[5] 劉鴻文, 材料力學(xué)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2003.
[6] 陳道南主編. 起重運(yùn)輸機(jī)械[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社，2005.
[7] 徐元呂, 工業(yè)機(jī)器人[M]. 北京: 中國輕工業(yè)出版社, 1999.
[8] 北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，北京科正平機(jī)電設(shè)備檢驗(yàn)所編.起重運(yùn)輸機(jī)械產(chǎn)品選用手冊(cè)[M] . 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1999.
[9] 周伯英. 工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)[M]. 北京: 北京機(jī)械土業(yè)出版社, 2005.
[10] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 4版. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.
[11] 余達(dá)太，馬香峰. 工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1999.
[12] 秦曾煌, 電子技術(shù)[M]. 北京: 高等教育出版社, 1996.
[13] 王金諾，于蘭峰主編. 起重運(yùn)輸金屬結(jié)構(gòu)[M]. 北京：中國鐵道出版社，2002. 3.
[14] 孫恒，陳作模，葛文杰主編. 機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2006. 5.
[15] 濮良貴，紀(jì)名剛主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2006. 5.
開 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
1 設(shè)計(jì)目標(biāo)、研究內(nèi)容和擬定解決的關(guān)鍵問題?
設(shè)計(jì)目標(biāo)：本移動(dòng)平臺(tái)主要用于地震災(zāi)區(qū)的現(xiàn)場探察工作，機(jī)械結(jié)構(gòu)是該平臺(tái)的基礎(chǔ)和重要組成部分。?
研究內(nèi)容：在設(shè)計(jì)多功能物料運(yùn)輸車時(shí)，應(yīng)從系統(tǒng)總體要求出發(fā)，考慮多功能物料運(yùn)輸車的環(huán)境適應(yīng)性，協(xié)調(diào)各分系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)聯(lián)，開展頂層設(shè)計(jì)，研究綜合集成關(guān)鍵技術(shù)。
擬定解決的關(guān)鍵問題：多功能物料運(yùn)輸車?yán)米陨淼膬?yōu)點(diǎn)，能迅速越過障礙，將救災(zāi)物資運(yùn)送到災(zāi)區(qū)，并將救災(zāi)物資發(fā)放到遇險(xiǎn)災(zāi)民的手中，降低事故的危害性。
2 設(shè)計(jì)方案
移動(dòng)機(jī)構(gòu)作為多功能物料運(yùn)輸車的的移動(dòng)載體，必須具備以下特點(diǎn)：一定的移動(dòng)速度和低能耗；良好的姿態(tài)穩(wěn)定性和高運(yùn)動(dòng)精度；能夠適應(yīng)各種各樣的地理環(huán)境，有一定的爬坡和越障能力。?其中履帶式多功能物料運(yùn)輸車地形適應(yīng)能力強(qiáng)，動(dòng)載荷小，設(shè)計(jì)緊湊，其缺點(diǎn)是重量大，能耗大。根據(jù)本題目的設(shè)計(jì)要求及技術(shù)特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)擬選擇履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)。
然后根據(jù)機(jī)器人的特點(diǎn)，要求多功能物料運(yùn)輸車實(shí)現(xiàn)的功能如下：
第一多功能物料運(yùn)輸車具有靈活性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，有較好的爬坡和越障能力，能適應(yīng)現(xiàn)場各種各樣的地理環(huán)境。比如，蛇形救災(zāi)機(jī)器人能適應(yīng)任何的復(fù)雜環(huán)境，在礦井下能自由運(yùn)動(dòng)；
第二當(dāng)多功能物料運(yùn)輸車順利的越過障礙后，能迅速將物品運(yùn)放到指定的位置。以便遇險(xiǎn)災(zāi)民更好的得到救助；
第三機(jī)器人具有為遇險(xiǎn)災(zāi)民投放小包食品、藥物和通訊裝置等輔助功能，并合理分配，能有效地減少遇險(xiǎn)災(zāi)民的傷亡人數(shù)；
第四可以連續(xù)的執(zhí)行乏味的搜索救援任務(wù)，而不會(huì)像人一樣感到疲倦；
第五不怕火、濃煙等危險(xiǎn)和有害條件。
開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語：
2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
第 I 頁 共 I 頁
目 錄
1 引言……………………………………………………………………………………1
1.1 項(xiàng)目的研究意義……………………………………………………………………1
1.2 國外物料運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………………2
1.3 未來物料運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)……………………………………………………2
1.4 設(shè)計(jì)產(chǎn)品的目的……………………………………………………………………3
2 總體方案設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………4
2.1 模型實(shí)物圖…………………………………………………………………………4
2.2 多功能物料運(yùn)輸車救援工作的優(yōu)點(diǎn)………………………………………………4
2.3 多功能物料運(yùn)輸車的功能與實(shí)用性能指標(biāo)………………………………………4
2.3.1 功能分析…………………………………………………………………………4
2.3.2 實(shí)用性能指標(biāo)……………………………………………………………………5
2.4 底盤運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………6
2.5 動(dòng)力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………6
2.6 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………7
2.7 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………8
2.7.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的種類………………………………………………………8
2.7.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的區(qū)別………………………………………………………8
2.7.3 采用圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)…………………………………………………8
2.8 多功能物料運(yùn)輸車執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………9
2.8.1 前端提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………9
2.8.2 運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………10
2.8.3 起重機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………10
2.8.3.1 起重機(jī)械的工作特點(diǎn)…………………………………………………………10
2.8.3.2 起重機(jī)械今后的發(fā)展方向……………………………………………………12
2.8.3.3 起重機(jī)械的主要參數(shù)…………………………………………………………13
2.8.3.4 起重機(jī)的工作機(jī)構(gòu)……………………………………………………………16
2.8.3.4.1 起升機(jī)構(gòu)……………………………………………………………………16
2.8.3.4.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)……………………………………………………………………18
3 運(yùn)動(dòng)分析部分…………………………………………………………………………18
3.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)（起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分）…………………………………………18
3.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)（起重機(jī)起吊繩索部分）…………………………………………19
3.3 起升機(jī)構(gòu)受力分析…………………………………………………………………19
4 改進(jìn)部分……………………………………………………………………………20
4.1 起升機(jī)構(gòu)的改進(jìn)……………………………………………………………………20
4.1.1 影響起升機(jī)構(gòu)的幾個(gè)因素………………………………………………………20
4.1.2 對(duì)影響起升機(jī)構(gòu)因素的改進(jìn)……………………………………………………21
4.2 取物裝置的改進(jìn)……………………………………………………………………25
4.2.1 取物裝置的的種類………………………………………………………………25
4.2.2 吊鉤………………………………………………………………………………25
4.2.3 取物裝置的改進(jìn)…………………………………………………………………26
結(jié)束語……………………………………………………………………………………30
致謝………………………………………………………………………………………32
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………33
第 34 頁 共 34 頁
1 引言
對(duì)我們?nèi)珖腥藖碚f，說到5月12號(hào)這一天，大家應(yīng)該都不會(huì)忘記，我國遭遇了特大的自然災(zāi)害——汶川地震，房屋倒塌，許多人流離失所，那場景觸目驚心。根據(jù)災(zāi)難發(fā)生的時(shí)間，災(zāi)難救援可以分為災(zāi)前救援、災(zāi)時(shí)救援與災(zāi)后救援三個(gè)階段[l]。而災(zāi)害事故具有突發(fā)性、災(zāi)難性、破壞性等特點(diǎn)，因此三個(gè)階段在災(zāi)難發(fā)生時(shí)通常沒有明確的界限，但是各個(gè)階段救援工作都面臨著兩個(gè)問題：環(huán)境的復(fù)雜性和環(huán)境的危險(xiǎn)性。它的危害嚴(yán)重，以地震后災(zāi)區(qū)環(huán)境為例，地震后存在易二次倒塌建筑物的現(xiàn)場，施救人員無法深入進(jìn)行偵察或施救，而人們又急于探知災(zāi)難現(xiàn)場的內(nèi)部險(xiǎn)情，但又不敢或無法接近或進(jìn)入災(zāi)難現(xiàn)場，而且災(zāi)后災(zāi)區(qū)物資的匱乏是也是其中一個(gè)難題，因此物資的及時(shí)運(yùn)輸是災(zāi)后救援的一大重要工程。
1.1 項(xiàng)目的研究意義
在世界各地，由于自然災(zāi)害、恐怖活動(dòng)和各種突發(fā)事故等原因，災(zāi)難經(jīng)常發(fā)生。在災(zāi)難救援中，救援人員只有非常短的時(shí)間(約48小時(shí))用于在倒塌的廢墟中尋找幸存者，否則發(fā)現(xiàn)幸存者的幾率幾乎為零。在這種緊急而危險(xiǎn)的環(huán)境下，多功能物料運(yùn)輸車可以為救援人員提供幫助。因此，將具有自主智能的在危險(xiǎn)和復(fù)雜的災(zāi)難環(huán)境下“搜索和營救”(SAR)幸存者，是起重運(yùn)輸機(jī)械學(xué)中的一個(gè)新興而富有挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域[l]。
我國前段時(shí)間遇到的災(zāi)難汶川地震，不安全因素很多，房屋倒塌嚴(yán)重，還連帶著許多小的余震等，災(zāi)害事故危害嚴(yán)重，傷害人員多。各類災(zāi)害事故存在突發(fā)性、災(zāi)難性、破壞性等特點(diǎn)。因此，研究廢墟搜救新裝備是一項(xiàng)緊迫任務(wù)。目前，救災(zāi)方式只是根據(jù)事故的類型確定救災(zāi)的方案，一般救護(hù)人員無法進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，只能通過一些特殊設(shè)備進(jìn)入災(zāi)區(qū)，然后再搜救遇險(xiǎn)災(zāi)民。這種方式危險(xiǎn)性大，傷亡人數(shù)多，救災(zāi)周期長，往往效率低。隨著科技的發(fā)展，物料運(yùn)輸機(jī)械將被應(yīng)用到廢墟救災(zāi)領(lǐng)域。物料運(yùn)輸車?yán)米陨淼膬?yōu)點(diǎn)，能迅速找到遇險(xiǎn)災(zāi)民的位置，降低事故危害性，對(duì)提高救災(zāi)效率具有重大意義，具體表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)[19]:
第一多功能物料運(yùn)輸車具有靈活性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，有較好的爬坡和越障能力，能適應(yīng)現(xiàn)場各種各樣的地理環(huán)境。比如，蛇形救災(zāi)機(jī)器人能適應(yīng)任何的復(fù)雜環(huán)境，在礦井下能自由運(yùn)動(dòng)；
第二當(dāng)多功能物料運(yùn)輸車順利的越過障礙后，能迅速將物品運(yùn)放到指定的位置。以便遇險(xiǎn)災(zāi)民更好的得到救助；
第三多功能物料運(yùn)輸車具有為遇險(xiǎn)災(zāi)民投放小包食品、藥物和通訊裝置等輔助功能，并合理分配，能有效地減少遇險(xiǎn)災(zāi)民的傷亡人數(shù)；
第四可以連續(xù)的執(zhí)行乏味的搜索救援任務(wù)，而不會(huì)像人一樣感到疲倦；
第五不怕火、濃煙等危險(xiǎn)和有害條件。
世界各國都在不斷加大物料運(yùn)輸機(jī)械的開發(fā)投入和研究力度，及時(shí)把微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)以及新材料、新工藝等現(xiàn)代高新技術(shù)大量運(yùn)用于物料運(yùn)輸機(jī)械的生產(chǎn)、制造等領(lǐng)域，使物料運(yùn)輸機(jī)械的技術(shù)含量越來越高，在未來發(fā)展方向上呈現(xiàn)出許多新的特點(diǎn)。
1.2 國外物料運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)
在國外，物料運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展迅速，技術(shù)日益成熟，并進(jìn)入實(shí)用化階段，日本、美國、英國等已開始裝備使用[7]。在災(zāi)難現(xiàn)場中，物料運(yùn)輸車應(yīng)能迅速找到幸存者的位置。?起重運(yùn)輸機(jī)械作為后勤裝備保障的重要組成部分，其信息化程度如何，將直接影響軍需物資在起重、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的保障效能。為此，世界各國都在現(xiàn)有物料運(yùn)輸機(jī)械的基礎(chǔ)上，及時(shí)將全球定位技術(shù)、實(shí)時(shí)跟蹤技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)用于物料運(yùn)輸機(jī)械上。例如，在現(xiàn)代物料運(yùn)輸機(jī)械上，通過安裝車載接收器、數(shù)字化定位跟蹤儀、自診斷故障檢測儀以及遙感器等信息裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物料運(yùn)輸機(jī)械在日常作業(yè)、調(diào)度和管理上的實(shí)時(shí)、實(shí)地的動(dòng)態(tài)控制[11]。另外，為了在惡劣的災(zāi)區(qū)無法到達(dá)的地區(qū)救援時(shí)，歐美等發(fā)達(dá)國家開始在一些物料運(yùn)輸機(jī)械上加裝自動(dòng)探測器和一些智能型處理設(shè)備，并將紅外技術(shù)、遙感技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行綜合集成，使物料運(yùn)輸機(jī)械在進(jìn)行救援作業(yè)時(shí)一方面具有一定的自動(dòng)判斷、偵察和識(shí)別能力；另一方面還能自動(dòng)生成作業(yè)方案和自動(dòng)修改作業(yè)參數(shù)，所有作業(yè)程序都是自動(dòng)完成的。例如，美、英等國相繼開發(fā)和研制出的智能型物料運(yùn)輸機(jī)械，一旦在物料運(yùn)輸作業(yè)過程中遇到危險(xiǎn)物、爆炸物時(shí)，則會(huì)通過無線電控制技術(shù)，指令機(jī)器人對(duì)物料運(yùn)輸機(jī)械進(jìn)行各類作業(yè)。這些對(duì)災(zāi)后救援工作找到幸存者非常有利。
1.3 未來物料運(yùn)輸機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)
災(zāi)害事故的突發(fā)性、驟然性、不確定性等因素增多，這些都對(duì)物料運(yùn)輸機(jī)械的性能提出了更高的要求，尤其是速度性能已成為當(dāng)今世界各國普遍追尋的目標(biāo)。目前，無論是橋、門式起重機(jī)，還是輪式物料運(yùn)輸機(jī)械，如各種軍用搬運(yùn)機(jī)械、裝載機(jī)或挖掘機(jī)，在追求作業(yè)穩(wěn)定性能的同時(shí)，也更關(guān)注起重、運(yùn)輸作業(yè)的速度性能。例如軍用裝載機(jī)和挖掘機(jī)，其機(jī)動(dòng)速度由原來不足45 km／h，現(xiàn)已普遍提高到60 km／h～70 km／h，有的甚至更高。如澳大利亞產(chǎn)的ADI型多功能起重車，最高時(shí)速可達(dá)100 km／h；長距離行駛速度平均在80km/h。這種高速化的設(shè)備，一方面能夠滿足部隊(duì)快速編隊(duì)行進(jìn)的需要，另一方面還能滿足在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中大量軍需物資補(bǔ)給、消耗的需要[12]。除了這些，物料運(yùn)輸車還應(yīng)具備多功能化，例如，由澳大利亞研制生產(chǎn)的ADI型多功能起重車，除了裝有前置裝貨機(jī)和助耕機(jī)外，還可選裝夯土機(jī)、大地螺絲鉆、巖石破碎機(jī)、絞盤以及雪犁等工作裝置，以完成各種軍事野外工程和后勤保障任務(wù)。美國山貓公司生產(chǎn)的多功能物料搬運(yùn)車，除了能夠在倉庫、碼頭、岸灘等不同場地作業(yè)外，還能通過更換屬具的方式，實(shí)現(xiàn)起重、運(yùn)輸、堆碼垛、裝卸載以及高空作業(yè)等多種功能。再如，由法國曼尼妥公司為北約部隊(duì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的多功能懸臂式維修起重機(jī)，既能在軍港碼頭進(jìn)行高、低空維修作業(yè)，也能在機(jī)動(dòng)港和岸灘展開作業(yè)。另外，統(tǒng)一起重運(yùn)輸機(jī)械底盤，做到一種底盤多種車型則是多功能化的另一種發(fā)展模式。如美軍的裝甲型起重運(yùn)輸機(jī)械，大多采用主戰(zhàn)坦克的底盤；車身則采用抗打擊能力極強(qiáng)的防護(hù)材料，以實(shí)現(xiàn)起重運(yùn)輸機(jī)械在各種復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的保障能力和戰(zhàn)場的生存能力。這些朝著多功能化方向發(fā)展的軍用起重運(yùn)輸機(jī)械，其作業(yè)適應(yīng)能力和范圍都將得到大幅度的提高[18]。
1.4 設(shè)計(jì)產(chǎn)品的目的
我們都知道災(zāi)后道路毀壞，普通車輛難以進(jìn)行正常運(yùn)輸，空投物資雖然能夠及時(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)行物資補(bǔ)給，但是代價(jià)高昂。因此能不能有這樣一種運(yùn)輸車？它既能在崎嶇的地形上正常運(yùn)行，越過重重障礙物，而且又能方便快捷的將物資運(yùn)送到需要的地區(qū)，以解燃眉之急。因此本文設(shè)計(jì)了一款多功能物料運(yùn)輸車，多功能物料運(yùn)輸車的參與可以有效地提高救援的效率和減少施救人員的傷亡，它們不但能夠幫助工作人員執(zhí)行救援工作，而且能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務(wù)，在災(zāi)難救援中起著重要的作用，其中我們?cè)O(shè)計(jì)的這款多功能物料運(yùn)輸車是根據(jù)目前市場上的履帶式起重機(jī)進(jìn)行改進(jìn)的，我們都知道起重機(jī)是能在一定的范圍內(nèi)垂直提升和水平搬運(yùn)重物的多動(dòng)作起重機(jī)械，又稱為吊車，我們都知道吊車主要用是來吊運(yùn)成件物品的，在配備適當(dāng)?shù)蹙吆笠部傻踹\(yùn)散狀物料和液態(tài)物料，因此我們?cè)O(shè)計(jì)的這款多功能物料運(yùn)輸車將不僅僅在救災(zāi)上起到很大的作用[15]，或許將來可以替代起重機(jī)進(jìn)行作業(yè)，因此結(jié)合以上所述，我們知道該產(chǎn)品在災(zāi)害時(shí)非常實(shí)用，面對(duì)受災(zāi)人員，竭力救援，而且該產(chǎn)品容易推廣使用，具有很好的市場前景！而我在本次設(shè)計(jì)中主要負(fù)責(zé)的就是多功能物料運(yùn)輸車的起升機(jī)構(gòu)部分，往下會(huì)加以具體說明。
2 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 模型實(shí)物圖
分析多功能物料運(yùn)輸車的功能結(jié)構(gòu)，根據(jù)它的工作原理，來設(shè)計(jì)它的結(jié)構(gòu)。
利用慧魚模型組合包來組建多功能物料運(yùn)輸車的模型，如下圖1所示就是慧魚模型組建的多功能物料運(yùn)輸車的模型。
圖1 多功能物料運(yùn)輸車模型
2.2 多功能物料運(yùn)輸車救援工作的優(yōu)點(diǎn)
我們的多功能物料運(yùn)輸車救援工作中所具有的優(yōu)勢(shì)：
(1)具有靈活性好、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，有較好的爬坡和越障能力，能適應(yīng)現(xiàn)場各種各樣的地理環(huán)境；
(2)能迅速將物品運(yùn)放到指定的位置；
(3)具有投放食品、藥物等功能，并合理分配；
(4)可以連續(xù)執(zhí)行乏味的搜索救援任務(wù), 而不會(huì)像人一樣感到疲倦；
(5)不怕火、濃煙等危險(xiǎn)和有害條件[6]。
2.3 多功能物料運(yùn)輸車的功能與實(shí)用性能指標(biāo)
2.3.1 功能分析
目前我們現(xiàn)實(shí)生活中的履帶式起重機(jī)只能進(jìn)行挖土、夯土打樁等多種作業(yè)。但因行走速度緩慢，功能單一等特點(diǎn)都被局限了。它的轉(zhuǎn)移工地需要其他車輛協(xié)助。我們?cè)O(shè)計(jì)的多功能運(yùn)輸車采用了特殊設(shè)計(jì)，首先它利用履帶式結(jié)構(gòu)作為車子前進(jìn)的主導(dǎo)力，通過電機(jī)的驅(qū)動(dòng)使履帶穩(wěn)定運(yùn)行前進(jìn)，履帶式運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在碎石堆上可以快速前進(jìn), 遇到小的坡度和凹凸地時(shí)也可以輕松翻越, 在遇到不能通過的障礙時(shí)還可以在很狹小的范圍內(nèi)完成轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。運(yùn)輸車采用這種運(yùn)動(dòng)形式。與其他運(yùn)動(dòng)形式相比, 履帶式運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具有較快的速度和較大的轉(zhuǎn)距，它的技術(shù)比較成熟。我們的儲(chǔ)運(yùn)結(jié)構(gòu)則設(shè)計(jì)巧妙，底板利用蝸桿鉸鏈機(jī)構(gòu)合理結(jié)合在一起，它就是利用蝸桿傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)底板的伸出縮進(jìn)，儲(chǔ)運(yùn)門則是通過鉸鏈機(jī)構(gòu)平面與底板栓連在一起，實(shí)現(xiàn)底板伸出門開，底板縮回門關(guān)上。就不需要用到救援人員親自去開門卸貨，安全又方便。說到起落架機(jī)構(gòu)也很巧妙，同樣采用渦桿傳動(dòng)，同樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了不同的作用，靠電機(jī)的驅(qū)動(dòng)使螺桿來回移動(dòng)帶動(dòng)了輪子的收起和放下，讓它在工作的時(shí)候撐在高的地方抬起前車身，利于越障，而在不工作的時(shí)候就自動(dòng)收起。車頂?shù)钠鹬貦C(jī)結(jié)構(gòu)則用處不小，它利用渦輪桿的嚙合傳動(dòng)來控制吊鉤的吊速，它主要考慮的是結(jié)構(gòu)緊湊及運(yùn)行平穩(wěn)在它正上方裝有2只照明燈以便工作環(huán)境的需要，使之更符合救援的需要。這個(gè)起吊機(jī)構(gòu)屬于起重機(jī)械的一種，屬于循環(huán)、間歇運(yùn)動(dòng)式的性質(zhì)。它的一個(gè)工作循環(huán)包括取物裝置從取物地把物品提起，然后水平移動(dòng)到指定地點(diǎn)降下物品，接著進(jìn)行反向運(yùn)動(dòng)，使取物裝置返回原位，以便進(jìn)行下一次循環(huán)。
2.3.2 實(shí)用性能指標(biāo)
我們的多功能救援車實(shí)用性還是很高的。該機(jī)構(gòu)基本實(shí)現(xiàn)越障功能，在救援地方的環(huán)境比我們想象的要復(fù)雜，底座的履帶能夠越過30mm以下垂直障礙（形狀不規(guī)則的石頭）；因助力機(jī)構(gòu)的關(guān)系，能夠越過高于30mm～50mm的障礙；系統(tǒng)估計(jì)越障時(shí)間需10秒左右，運(yùn)輸機(jī)構(gòu)額定承載1500g的重量；起重機(jī)構(gòu)額定承吊1500g的重物。樣機(jī)的整體三維效果圖如圖2所示。
圖2 樣機(jī)的整體三維效果圖
2.4 底盤運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
底盤的主要功能為支撐、固定和連接其它四個(gè)功能裝置，是多功能物料運(yùn)與輸車的移動(dòng)及支撐部分，在底部采用兩個(gè)紅色9V大功率驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過小齒輪與大齒輪之間的嚙合來實(shí)現(xiàn)左右鏈帶的傳動(dòng)。采用履帶式的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是為了更好的滿足在震后災(zāi)區(qū)復(fù)雜的路面，因?yàn)樗穆膸П砻娼佑|面積大，自然受到的壓強(qiáng)就會(huì)減小。用輪子就容易沉受不住壓力，導(dǎo)致爆胎。而大電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速，通過調(diào)節(jié)電機(jī)的快慢來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，底盤采用鋼軸能很好的支撐起整個(gè)車身，這樣轉(zhuǎn)彎的時(shí)候強(qiáng)度就有足夠的保障，不會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)軸產(chǎn)生疲勞強(qiáng)度出現(xiàn)軸彎曲的現(xiàn)象。其底座效果圖如圖3所示：
圖3 三維底盤效果圖
2.5 動(dòng)力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
動(dòng)力結(jié)構(gòu)采用自帶蓄電池和減速箱的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)圖如圖4所示，其主要參數(shù)為下表1所示：
表1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要參數(shù)
型號(hào)
齒輪軸
圓軸
主要參數(shù)
60YR06GV22
60YR06DV22
輸出功率KW
1.5
電壓V
直流9V
電流A
0.11、0.1
額定轉(zhuǎn)速r/min
600、750
起動(dòng)轉(zhuǎn)矩
19、20
額定轉(zhuǎn)矩
25、20
運(yùn)行電容
0.7F/50V
圖4 驅(qū)動(dòng)電機(jī)圖
底部的動(dòng)力機(jī)構(gòu)采用9V紅色交流電機(jī)，它的結(jié)構(gòu)小巧，動(dòng)力強(qiáng)勁滿足了我們帶有運(yùn)輸救災(zāi)物資的動(dòng)力，裝在底座下面結(jié)構(gòu)緊湊，勻稱滿足了動(dòng)力的要求.
2.6 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
多功能物料運(yùn)輸車的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有多處，鏈傳動(dòng)是主要的動(dòng)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它是一種撓性機(jī)構(gòu)，由鏈條和鏈輪（大齒輪和小齒輪）組成通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，它與摩擦型的帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和整體打滑現(xiàn)象，它能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率高，而且它的制造與安裝精度要求較低，成本也低，其主要特點(diǎn)低速重載，適應(yīng)惡劣環(huán)境滿足了我們的救災(zāi)需求。該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要將動(dòng)力傳給多功能物料運(yùn)輸車的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由履帶圍繞在多個(gè)齒輪軸上組成履帶輪，采樣履帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)越障，爬坡的功能，采用履帶行走，就像給多功能物料運(yùn)輸車鋪了一道無限延長的軌道一樣，使它能夠平穩(wěn)、迅速、安全地通過各種復(fù)雜路況。由于接地面積大，所以增大了多功能物料運(yùn)輸車在松軟、泥濘路面上的通過能力，增大接觸面積，降低了下陷量。由于履帶板上有花紋并能安裝履刺，所以在雨、雪、冰或上坡等路面上能牢牢地抓住地面，不會(huì)滑轉(zhuǎn)。除了底盤上的履帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，還有是起吊裝置處的蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是利用蝸輪蝸桿傳動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤使起重機(jī)吊鉤實(shí)行360度的轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到搬運(yùn)貨物的效果[13]。具體如圖5所示：
圖5 履帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖
2.7 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
我們的起重機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用了蝸輪蝸桿來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)工作。這種傳遞方式在我們的現(xiàn)實(shí)生活中使用是十分廣泛。它的傳動(dòng)是通過兩軸間的傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種結(jié)構(gòu)，兩軸線之間的角度一般為90度，蝸桿在每旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，就是說它有很大的傳動(dòng)比，同時(shí)蝸輪蝸桿在嚙合時(shí)沖擊載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，符合鋼絲繩慢慢滑動(dòng)。這些優(yōu)點(diǎn)滿足了我們帶有一定高度的起重機(jī)的安全工作[3]。
2.7.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的種類
根據(jù)蝸桿形狀的不同，蝸桿傳動(dòng)可以分為圓柱蝸桿傳動(dòng)，環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐蝸桿傳動(dòng)等。我們?cè)谶@里采用的是圓柱蝸桿傳動(dòng)，而圓柱蝸桿傳動(dòng)又包括普通圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)兩類[10]。
2.7.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的區(qū)別
圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)和普通圓柱蝸桿傳動(dòng)相似，只是齒廓形狀有所區(qū)別。圓弧圓柱蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的刀具切制的，而蝸輪是用范程法制制造的。在中間平面上，蝸桿的輪廓為凹弧形，而與之相配合的輪廓為凸弧形。所以，圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)時(shí)一種凹弧齒廓相嚙合的傳動(dòng)，也是一種線接觸的嚙合傳動(dòng)。其主要特點(diǎn)為：效率高，一般可達(dá)90%以上；承載能力高，一般可較普通圓柱蝸桿傳動(dòng)高出50%～150%；體積小，質(zhì)量??；結(jié)構(gòu)緊湊。這種傳動(dòng)已廣泛用到冶金、礦山、化工、建筑、起重等機(jī)械設(shè)備的減速機(jī)構(gòu)中[10]。
2.7.3 采用圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)
圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)和其他蝸桿傳動(dòng)一樣，可以實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)，蝸桿能安裝在蝸輪的上、下方或側(cè)面。它的主要特點(diǎn)有：
(1)傳動(dòng)比范圍大，可實(shí)現(xiàn)1:100的大傳動(dòng)比傳動(dòng)；
(2)蝸桿與蝸輪的齒廓呈凸凹嚙合，接觸線與相對(duì)滑動(dòng)速度方向間的夾角大，有利于潤滑10%～20%；
(3)當(dāng)蝸桿主動(dòng)時(shí)，嚙合效率可達(dá)95%以上，比普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的嚙合效率提高10%～20%；
(4)傳動(dòng)的中心距難以調(diào)整，對(duì)中心距誤差的敏感性較強(qiáng)。
在這我們選擇圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)，而且圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)是一種新型的蝸桿傳動(dòng)。實(shí)踐證明，這種蝸桿傳動(dòng)比普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的承載能力大，傳動(dòng)效率高，使用壽命長，因此圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)有逐漸代替普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的趨勢(shì)[10]。
2.8 多功能物料運(yùn)輸車執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
多功能物料運(yùn)輸車執(zhí)行機(jī)構(gòu)由越障機(jī)構(gòu)、運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、起重機(jī)構(gòu)、助力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)輸傳送機(jī)構(gòu)五大部分組成，共同完成了越障運(yùn)輸救援功能。
2.8.1 前端提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
前端提升機(jī)構(gòu)主要為底座的履帶式齒輪傳動(dòng)和助力傳動(dòng)，它可以通過起降式的升降機(jī)構(gòu)支撐起前輪一個(gè)角度來滿足越坡，使履帶在越過直角坡時(shí)候不至于有死角。助力機(jī)構(gòu)采用螺桿機(jī)構(gòu)，將車輪升起到達(dá)障礙物的高度，給鏈輪一個(gè)有利于前進(jìn)的斜坡角度，從而達(dá)到越障的功能越過障礙之后就自動(dòng)進(jìn)行左轉(zhuǎn)，它利用自生設(shè)計(jì)的助力機(jī)構(gòu)可以進(jìn)入更為復(fù)雜的地區(qū)，不致因?yàn)榈缆穯栴}而出現(xiàn)救災(zāi)困難或延誤問題，具體見圖6。
圖6 前端提升機(jī)構(gòu)圖
2.8.2 運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
運(yùn)輸機(jī)構(gòu)是我們多功能物料運(yùn)輸車的一大特色，一般的運(yùn)輸機(jī)構(gòu)都是物品送到目的地，然后打開車門，由人工卸貨，而我們所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是通過螺桿傳動(dòng)將救災(zāi)物資分給災(zāi)民，在推出救災(zāi)物資的同時(shí)，利用鉸鏈機(jī)構(gòu)帶動(dòng)門推開，將救災(zāi)物資推出，當(dāng)推出救災(zāi)物資以后再利用螺桿傳動(dòng)和鉸鏈機(jī)構(gòu)將門關(guān)上。它實(shí)現(xiàn)開門出貨自動(dòng)化。這個(gè)運(yùn)輸機(jī)構(gòu)主要保證災(zāi)民能夠第一時(shí)間得到良好的救助，避免因?yàn)闉?zāi)后受傷而帶來傷口感染，當(dāng)然我們這個(gè)運(yùn)輸箱不單單是運(yùn)輸醫(yī)藥用品，還可以運(yùn)輸生活用品等等，確保災(zāi)民得到最好的照顧。具體如圖7所示。
圖7 運(yùn)輸結(jié)構(gòu)圖
2.8.3 起重機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
起重機(jī)構(gòu)主要為越障機(jī)構(gòu)做輔助，因?yàn)闉?zāi)后的道路是非常惡劣的，甚至于越障功能達(dá)到了他的極限，越不過去，但是如果另選一條道路又比較費(fèi)時(shí)的時(shí)候，有時(shí)候還受到條件的不允許。因而我們可以利用起重機(jī)把大型石頭一類的障礙物用吊機(jī)通過綁在鋼絲繩等一類輔助工具上來把重物搬開，從而避免了道路堵塞的問題，起重機(jī)構(gòu)采用了蝸輪蝸桿嚙合傳動(dòng)，采用這種傳動(dòng)的方式我們組要考慮了它的特點(diǎn)傳動(dòng)比大,結(jié)構(gòu)緊湊，最主要的是運(yùn)行平穩(wěn),成本低,效率高。為了更好搬開重物的同時(shí)，不給后來的救災(zāi)車輛造成麻煩，所以采用了360度旋轉(zhuǎn)，位置堆放可以由我們自己控制。具體見圖8。
圖8 起重機(jī)構(gòu)圖
2.8.3.1 起重機(jī)械的工作特點(diǎn)
起重機(jī)是以間歇、重復(fù)的工作方式，通過起重吊鉤或其他吊具起升、下降，或升降與運(yùn)移物料的機(jī)械設(shè)備。它在搬運(yùn)物料時(shí)，經(jīng)歷上料、運(yùn)送、卸料及返回原處的過程，工作范圍較大[11]。
起重機(jī)械通常具有龐大和比較復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，能完成一個(gè)起升運(yùn)動(dòng)、一個(gè)或幾個(gè)水平運(yùn)動(dòng)。所吊運(yùn)的重物多種多樣，載荷是變化的。有的重物重達(dá)幾百噸乃至上千噸，有的物體長達(dá)幾十米，形狀很不規(guī)則。大多數(shù)起重機(jī)械，需要在較大的范圍內(nèi)運(yùn)行，有的要裝設(shè)軌道和車輪，有的要裝設(shè)輪胎或履帶在地面上行走（如汽車吊、履帶吊等），還有的需要在鋼絲繩上行走（如客運(yùn)、貨運(yùn)架空索道），活動(dòng)空間較大，一旦造成事故影響的面積也較大。有些起重機(jī)械，需要直接載運(yùn)人員在導(dǎo)軌、平臺(tái)或鋼絲繩上做升降運(yùn)動(dòng)（如電梯、升降平臺(tái)等），其可靠性直接影響人身安全。
起重機(jī)械的工作特點(diǎn)如下：
(1)吊物一般具有很大的質(zhì)量和很高的勢(shì)能，被搬運(yùn)的物料個(gè)大體重（一般物料均幾噸重以上）、種類繁多、形態(tài)各異（包括成件、散料、液體、固液混合等物料），起重搬運(yùn)過程是重物在高空中的懸吊運(yùn)動(dòng)。
(2)起重作業(yè)時(shí)多種運(yùn)動(dòng)的組合，起重機(jī)的金屬機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制裝置等機(jī)構(gòu)組成多維，大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)各異的金屬機(jī)構(gòu)給作業(yè)安全帶來了潛在的危險(xiǎn)。速度多變的可動(dòng)零部件，形成起重機(jī)械的危險(xiǎn)點(diǎn)多且分散的特點(diǎn)，給安全防護(hù)增加難度。
(3)作業(yè)范圍大，金屬結(jié)構(gòu)橫跨車間或作業(yè)場地，高居其他設(shè)備、設(shè)施和施工人群之上，起重機(jī)帶載可以部分或整體在較大范圍內(nèi)移動(dòng)運(yùn)行，使危險(xiǎn)的影響范圍加大。
(4)多人配合的群體作業(yè)，起重作業(yè)的程序是地面司索工捆綁吊物、掛鉤；起重司機(jī)操縱起重機(jī)將物料吊起，按地面指揮，通過空間運(yùn)行，將吊物放到指定位置摘鉤、卸料。每一次吊運(yùn)循環(huán)，都必須是多人合作完成，無論哪個(gè)環(huán)節(jié)出問題，都可能發(fā)生意外。
(5)作業(yè)條件復(fù)雜多變，在車間內(nèi)，地面設(shè)備多，人員集中；在室內(nèi)，受氣候、氣象條件和場地限制的影響，特別是流動(dòng)式起重機(jī)還涉及地形和周圍環(huán)境等多因素的影響。
(6)暴露的、活動(dòng)的零部件較多，在起重作業(yè)現(xiàn)場，大量機(jī)構(gòu)與作業(yè)人員直接接觸（如吊鉤、鋼絲繩等），容易對(duì)人身安全造成傷害。
總之，重物在空間的吊運(yùn)、起重機(jī)的多機(jī)構(gòu)組合運(yùn)動(dòng)、龐大金屬結(jié)構(gòu)整機(jī)移動(dòng)性，以及大范圍、多環(huán)節(jié)的群體運(yùn)作，使起重作業(yè)的安全問題尤其突出。
2.8.3.2 起重機(jī)械今后的發(fā)展方向
近年來隨著建設(shè)工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，起重安裝工程量越來越大，尤其是現(xiàn)代化大型石油、化工、冶煉、電站、大型室內(nèi)體育館以及高層建筑的安裝作業(yè)逐年增多。因此，對(duì)大功率的工程起重機(jī)需要量日益增加，隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝在工程起重機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有工程起重機(jī)產(chǎn)品和技術(shù)資料分析，近年來起重機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[5]。
(1)廣泛應(yīng)用液壓技術(shù)。由于也發(fā)傳動(dòng)具有體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)緊湊、能無級(jí)調(diào)速、操縱簡便輕巧、運(yùn)輸平穩(wěn)和工作安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此國內(nèi)外各種類型的工程起重機(jī)廣泛采用液壓傳動(dòng)。液壓技術(shù)尤其適合中小型起重機(jī)械。
(2)大型化。為了滿足大型石油、化工、冶煉設(shè)備和高層建筑、大型板材、構(gòu)件的安裝，起重機(jī)必須向大型化發(fā)展。
(3)多用途、高效率。由于建筑規(guī)模、使用場合條件的復(fù)雜多變，各國開始注意一機(jī)多用途、高效能的問題。即轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)要快，能配多種工作裝置（吊鉤、抓斗、拉鏟、電磁吸盤、抓取器、打樁設(shè)備等）；裝有各種先進(jìn)的安全警報(bào)、遙控、新式傳動(dòng)裝置、工業(yè)電視及采用電子計(jì)算機(jī)等最新技術(shù)，從而極大提高了機(jī)械的工作效率。
(4)提高“三化”程度，實(shí)行專業(yè)生產(chǎn)。提高“三化”程度，在不同程度上擴(kuò)大了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)尺寸規(guī)格化（系列化）、零部件通用化的范圍，為起重機(jī)械制造的機(jī)械化、自動(dòng)化、連續(xù)作業(yè)提供了方便的條件。中國對(duì)橋式起重機(jī)、輪胎式起重機(jī)和塔式起重機(jī)分別制定了基本參數(shù)系列，統(tǒng)一了產(chǎn)品型號(hào)和等級(jí)，并制定了技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)。國外有的國家甚至廢除了本國標(biāo)準(zhǔn)而直接采用國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO）。
2.8.3.3 起重機(jī)械的主要參數(shù)
起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)是說明起重機(jī)工作性能的指標(biāo)，表征起重機(jī)的作業(yè)能力，也是設(shè)計(jì)的依據(jù)。起重機(jī)的主要參數(shù)有：起重量（起重力矩）、起升高度、跨度（橋式類型起重機(jī)）、幅度（臂架類型起重機(jī)）、各機(jī)構(gòu)的工作速度及生產(chǎn)率。
(1)額定起重量Q和起重力矩M
起重機(jī)在正常工作時(shí)允許起吊的物品重量和可以從起重機(jī)上取下的取物裝置重量之總和稱為額定起重量?；蚱鹬貦C(jī)正常工作時(shí)一次起升的最大質(zhì)量稱為額定起重量。額定起重量不包括吊鉤、吊環(huán)之類吊具的重量，但包括抓斗、起重電磁鐵、料罐、盛鋼桶、真空吸盤之類吊具的重量。某些旋轉(zhuǎn)臂架類型起重機(jī)，如塔式起重機(jī)、汽車起重機(jī)、輪胎起重機(jī)、履帶起重機(jī)、鐵路起重機(jī)以及門座起重機(jī)等，除起重量外還有起重力矩M這個(gè)參數(shù)，它是起吊重物的重量Q和臂架幅度R的乘積，這個(gè)參數(shù)決定了起重機(jī)工作過程中抗傾覆穩(wěn)定性的能力。在起重力矩一定的前提下，這類起重機(jī)的起重量是隨幅度變化的，這時(shí)的額定起重量是指最小幅度時(shí)的最大起重量。額定起重量系列國家標(biāo)準(zhǔn)及國際標(biāo)準(zhǔn)見表2所示[2]。
表2 額定起重量系列國家標(biāo)準(zhǔn)（GB783-87）及國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO2374：1983）
0.1
0.125
0.16
0.2
0.25
0.32
0.4
0.5
0.63
0.8
1
1.25
1．6
2
2.5
3.2
4
5
6.3
8
10
（11.2）
12．5
（14）
16
（18）
20
（22.5）
25
（28）
32
（36）
40
（45）
50
（56）
63
（71）
80
（90）
100
（112）
125
（140）
160
（180）
200
（225）
250
（280）
320
（360）
400
（450）
500
（560）
630
（710）
800
（900）
1000
-
-
-
-
-
-
-
-
-
注：應(yīng)避免需要括號(hào)中的起重量數(shù)值
(2)起升高度H
起升高度是指從地面或起重機(jī)運(yùn)行軌道頂面到取物裝置最高起升位置的鉛垂距離（吊鉤取鉤口中心，當(dāng)取物裝置使用抓斗時(shí)，則指至抓斗最低點(diǎn)的距離），以H表示，單位為m。當(dāng)取物裝置可以放到地面或軌道頂面以下時(shí)，其下方距離稱為下放深度。起升高度和下放深度之和稱為總起升高度。在確定起重機(jī)的起升高度時(shí)，除考慮起吊物品的最大高度以及需要越過障礙主高度外，還應(yīng)考慮吊具所占的高度[2]。
表3列出了30～2500KN電動(dòng)橋式起重機(jī)起升高度系列，即GB791-65。抓斗橋式起重機(jī)的起升高度為16m和22m。表4為輪胎和汽車起重機(jī)的起升高度標(biāo)準(zhǔn)。
表3 30～2500KN電動(dòng)橋式起重機(jī)起升高度系列（GB791-65）
主鉤起重量/×10KN
3～50
80
100
125
160
200
250
起升高度/m
主鉤
12
16
20
30
20
30
20
30
24
30
19
30
16
30
副鉤
14
18
22
30
22
32
22
32
26
32
21
32
18
32
表4 輪胎和汽車起重機(jī)的起升高度標(biāo)準(zhǔn)
起重量/×10KN
3
5
8
12
16
25
40
65
100
起升高度/m
基本臂作業(yè)
5.5
6.5
7
7.5
8
8.5
9
10
11
最長主臂作業(yè)
-
-
11
12
18
25
30
34
36
(3)跨度L
起重機(jī)運(yùn)行軌道軸線間的水平距離稱為跨度，以L表示，單位為m。橋式起重機(jī)的跨度L依廠房的跨度而定。表5示出了GB790-65規(guī)定的30～2500KN電動(dòng)橋式起重機(jī)跨度的標(biāo)準(zhǔn)值。龍門起重機(jī)的跨度，一般多由工作需要和場地決定。
表5 30～2500KN電動(dòng)橋式起重機(jī)跨度的標(biāo)準(zhǔn)值（GB790-65）
廠房跨度Lc/m
9
12
15
18
21
24
27
30
33
36
起重機(jī)跨度L/m
Q=30～500kn
7.5
10.5
13.5
16.5
19.5
22．5
25.5
28.5
31.5
—
7
10
13
16
19
22
25
28
312
—
Q=800～2500KN
—
—
—
16
19
22
25
28
31
34
(4)幅度R
對(duì)于旋轉(zhuǎn)臂架式起重機(jī)，幅度及時(shí)起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心線至取物裝置中心鉛垂線之間的距離，用R表示，單位為m。對(duì)于非旋轉(zhuǎn)臂架式起重機(jī)常用有效幅度表示，有效幅度是指臂架所在平面內(nèi)的起重機(jī)內(nèi)側(cè)輪廓與取物裝置鉛垂線之間的距離。如輪胎起重機(jī)是指在使用支腿側(cè)向工作時(shí)吊鉤中心線至該支腿中心線的水平距離。
(5)工作速度V
起重機(jī)的工作速度包括起升、變幅、旋轉(zhuǎn)和運(yùn)行四個(gè)機(jī)構(gòu)的工作速度。對(duì)伸縮臂架式起重機(jī)還包括吊臂伸縮速度和支腿收放速度[6]。
(a)起升速度，是指取物裝置的上升速度（或下降速度），單位為m/s。
(b)變幅速度，是指臂架式起重機(jī)的取物裝置從最大幅度到最小幅度的平均線速度，單位為為m/s。
(c)旋轉(zhuǎn)速度，是指起重機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，單位為r/min。
(d)運(yùn)行速度，是指橋式類型起重機(jī)大車、小車的運(yùn)行速度，單位為為m/s[4]。
表6列出了常用起重機(jī)的工作速度。
表6 常用起重機(jī)的工作速度
起重機(jī)的工作速度
起重機(jī)類型
工作速度/m·s-1
起升速度
一般用途起重機(jī)
0.1～0.417
裝卸用起重機(jī)
0.667～1.5
安裝用起重機(jī)
﹤0.016
運(yùn)行速度
橋式起重機(jī)與龍門起重機(jī)小車
0.733～0.833
裝卸橋小車
3～4
橋式起重機(jī)大車
1.5～2
龍門起重機(jī)大車
0.667～1
門座起重機(jī)及裝卸橋大車
0.333～0.5
輪胎起重機(jī)
10～20Km/h
汽車起重機(jī)
50～65Km/h
變幅速度
門座起重機(jī)（工作性）
0.667～1
浮式起重機(jī)（工作性）
0.417～0.667
汽車及輪胎起重機(jī)（調(diào)整性）
0.167～0.5
旋轉(zhuǎn)速度
門座起重機(jī)
n≈2r/min
汽車及輪胎起重機(jī)
n≈2～3.5r/min
浮游起重機(jī)
n≈0.5～2r/min
(6)生產(chǎn)率
起重機(jī)在一定的工作條件下，單位時(shí)間內(nèi)完成的物品作業(yè)量稱為生產(chǎn)率。
2.8.3.4 起重機(jī)的工作機(jī)構(gòu)
起重機(jī)有四個(gè)工作機(jī)構(gòu)：起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)。因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計(jì)中只是引用了起重機(jī)的部分機(jī)構(gòu)，在這里只有采用起升機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
2.8.3.4.1 起升機(jī)構(gòu)
(1)起升機(jī)構(gòu)的組成
起重機(jī)多采用單卷筒單軌式的起升機(jī)構(gòu)，由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒、鋼絲繩、滑輪組、吊鉤等組成，如圖1所示。電動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒多布置在塔身下部的卷揚(yáng)機(jī)房里，通過鋼絲繩與起重臂頂端的滑輪組相聯(lián)系。帶有平衡臂的運(yùn)行小車式（如自升附著式）的起升機(jī)構(gòu)布置在平衡臂上[6]。
(2)起升機(jī)構(gòu)的工作原理
如圖9所示。升降吊鉤時(shí)，需打開制動(dòng)器4，使電動(dòng)機(jī)1輸出的動(dòng)力經(jīng)聯(lián)軸器2和減速器3驅(qū)動(dòng)起升卷筒6旋轉(zhuǎn)，收放鋼絲繩10帶動(dòng)吊鉤7升降；當(dāng)升降到預(yù)定高度后則停止電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)制動(dòng)器4制動(dòng)，使傳動(dòng)軸減速并最終停止轉(zhuǎn)動(dòng)，吊鉤及重物就可以停止在空中，完成起升運(yùn)動(dòng)。減速箱上的操縱手柄5撥到另一位置時(shí)，動(dòng)力改由卷筒6輸出，實(shí)現(xiàn)架設(shè)繩的收放。
圖9 起升機(jī)構(gòu)簡圖
1—電動(dòng)機(jī)；2—離合器；3—聯(lián)軸器；4—制動(dòng)器；5—減速器；
6—卷筒；7—吊鉤；8—滑輪組；9—導(dǎo)向滑輪；10—鋼絲繩
(3) 起升機(jī)構(gòu)的起吊貨物的過程
起升機(jī)構(gòu)工作是，由地面起吊貨物的過程，可以分為三個(gè)階段：
第一階段，開動(dòng)起升機(jī)構(gòu)，卷筒卷繞松弛的起升繩，知道起重繩被拉直但仍不受力，此時(shí)起升機(jī)構(gòu)可認(rèn)為已處于穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[6]。
第二階段，起升機(jī)構(gòu)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，起升繩開始受力且發(fā)生了彈性伸長，金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移和振動(dòng)。此時(shí)貨物仍處于靜止?fàn)顟B(tài)。這一階段終了時(shí)，起升繩的總拉力正好等于貨物的重力，金屬結(jié)構(gòu)的位移等于y1。
第三階段，貨物離開地面，結(jié)構(gòu)處于振動(dòng)狀態(tài)。
2.8.3.4.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
(1)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的定義
起重機(jī)能將起重物送到指定工作范圍的任意空間位置，重物垂直位移依靠起升機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)則是實(shí)現(xiàn)水平位移的方法之一。起重機(jī)的回轉(zhuǎn)部分都是全回轉(zhuǎn)，不受方向限制。但是對(duì)于不同的供電方法，起重機(jī)的回轉(zhuǎn)可分為任意回轉(zhuǎn)和任一方向回轉(zhuǎn)720°兩種。在實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，塔機(jī)的回轉(zhuǎn)部分與非回轉(zhuǎn)部分之間的傳力裝置稱為回轉(zhuǎn)支承裝置，驅(qū)動(dòng)部分則稱為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，有時(shí)也把這兩部分稱為回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)的起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是仿照塔式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用蝸輪減速器驅(qū)動(dòng)，其傳動(dòng)系統(tǒng)一般都有制動(dòng)器和極限力矩限制器，使起重機(jī)能停在指定位置上和限制回轉(zhuǎn)力矩，避免在事故中損壞起重機(jī)的結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)[7]。
(2)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特性
起重機(jī)由于起重臂長，回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，因此要求回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)具備下列特性：
(a)回轉(zhuǎn)速度慢，一般為0.5～1.2r/min；
(b)啟動(dòng)和制動(dòng)過程平穩(wěn)，啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)間一般為4～10s；
(c)機(jī)構(gòu)應(yīng)有極限力矩限制系統(tǒng)，防止超載；
(d)正常工作狀態(tài)能準(zhǔn)確就位，不被工作風(fēng)壓吹轉(zhuǎn)；
(e)機(jī)構(gòu)應(yīng)裝有止動(dòng)器，以便在工作時(shí)保證塔式起重機(jī)的吊臂能逆風(fēng)停止于任意位置，而不會(huì)被大風(fēng)所刮動(dòng)。
3 運(yùn)動(dòng)分析部分
3.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)（起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)部分）
帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)電機(jī)扭矩[4]：T =9550×=9550×=0.0318Nm=3.18Ncm（式1）
傳動(dòng)比：i ===14.5（式2）
蝸桿頭數(shù)（即為齒數(shù)）：Z1 =4
蝸輪齒數(shù)：Z2 =58
模數(shù)：m =1.5
壓力角：20°
導(dǎo)程角：tanγ======0.32（式3）
γ≈17.74°在3°～33.5°范圍之間
a =(d1+d2)= (q+Z2)= ×(12.5+58)=52.875mm（式4）
(其中q為蝸桿直徑系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)可q =12.5)
蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)的中心距：52.875mm
3.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)（起重機(jī)起吊繩索部分）
帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)電機(jī)扭矩：T =9550=9550=0.0238Nm=2.38Ncm（式1）
傳動(dòng)比：i ===5.2（式2）
蝸桿頭數(shù)（即為齒數(shù)）：Z1 = 6
蝸輪齒數(shù)：Z2 = 30
模數(shù)：m =1.25
壓力角：20°
導(dǎo)程角：tanγ======0.375（式3）
γ≈22.84° 在3°～33.5°范圍之間
a =(d1+d2)= (q+Z2)= ×(16+30)=28.75mm（式4）
(其中q為蝸桿直徑系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)可q=16)
蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)的中心距：28.75 mm
3.3 起升機(jī)構(gòu)受力分析
圖10 起升機(jī)構(gòu)受力圖
假設(shè)起吊的貨物重G2=4KN，機(jī)臂自重G1=1KN，α=30°，β=14°, 機(jī)臂長L=158mm，支點(diǎn)到拉桿的垂直距離AB=41mm，拉桿所受的拉力為T，則由以上受力分析圖可知:
G2×LSinβ+T×AB= G1×Cosα+G2×LCosα(式5)
則T=Cosα+(Cosα-Sinβ)
= ×Cos30°+(Cos30°-Sin14°)
=12.1KN
故拉桿所承受的拉力為12.1KN。
4 改進(jìn)部分
4.1 起升機(jī)構(gòu)的改進(jìn)
4.1.1 影響起升機(jī)構(gòu)的幾個(gè)因素
（1）滑輪組的倍率
（2）卷筒的直徑
（3）聯(lián)軸器
（4）制動(dòng)器
4.1.2 對(duì)影響起升機(jī)構(gòu)因素的改進(jìn)
根據(jù)本次對(duì)多功能物料運(yùn)輸車具體的設(shè)計(jì)情況，對(duì)起升機(jī)構(gòu)產(chǎn)生影響的只有卷筒的直徑，而卷筒是卷揚(yáng)機(jī)的一部分，因此只需要設(shè)計(jì)卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸。
（1）卷揚(yáng)機(jī)的定義
卷揚(yáng)機(jī)（又叫絞車）是由人力或機(jī)械動(dòng)力驅(qū)動(dòng)卷筒、卷繞繩索來完成牽引工作的裝置。可以垂直提升、水平或傾斜拽引重物。卷揚(yáng)機(jī)分為手動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)和電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)兩種?，F(xiàn)在以電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)為主。電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、制動(dòng)器、齒輪箱和卷筒組成，共同安裝在機(jī)架上。對(duì)于起升高度和裝卸量大工作頻繁的情況，調(diào)速性能好，能令空鉤快速下降。對(duì)安裝就位或敏感的物料，能用較小速度。
（2）卷揚(yáng)機(jī)的技術(shù)性能及計(jì)算
本次的設(shè)計(jì)中，采用的卷揚(yáng)機(jī)為電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的技術(shù)性能如圖10所示。
圖11 電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的技術(shù)性能
其中該電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)的功率PH =22KW，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)nh =960r/min，如圖11所示有3對(duì)齒輪（滑動(dòng)軸承），T1=30,T2=120,T3=22,T4=60,T5=16,T6=64，卷筒直徑為D =0.35m
傳動(dòng)比i ==
i ==0.023
卷筒轉(zhuǎn)速nn =
nn == =0.368r/s
鋼絲繩速度V =Dnn
V =Dnn=3.14×0.35×0.368=0.404m/s
卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總效率η=η0×η1×η2×η3
式中η0為卷筒效率。當(dāng)卷筒裝在滑動(dòng)軸承上時(shí)，η0=0.94；當(dāng)卷筒裝在滾動(dòng)承受上時(shí)，η0=0.96；
η1、η2、η3……ηn分別為第1、2組等機(jī)構(gòu)的效率，不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有不同的效率，由表7所示。
表7 各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的效率表
項(xiàng)次
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)名稱
傳動(dòng)效率
1
2
平皮帶傳動(dòng)
三角皮帶傳動(dòng)
0.92～0.97
0.90～0.94
3
4
卷筒
滑動(dòng)軸承
滾動(dòng)軸承
0.93～0.95
0.93～0.96
5
6
齒輪
(圓柱)
開式傳動(dòng)
滑動(dòng)軸承
滾動(dòng)軸承
0.93～0.95
0.93～0.96
7
8
傳動(dòng)
閉式傳動(dòng)
（稀油潤滑）
滑動(dòng)軸承
滾動(dòng)軸承
0.95～0.97
0.96～0.98
9
10
11
12
蝸輪蝸桿傳動(dòng)
單頭
雙頭
三頭
四頭
0.70～0.75
0.75～0.80
0.80～0.85
0.85～0.92
根據(jù)查表7，計(jì)算卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總效率η=η0×η1×η2×η3=0.94×0.93×0.93×0.93=0.756，取η=0.75
作用于卷筒上鋼絲繩的牽引力S=
S===41658N
（3）卷揚(yáng)機(jī)的特點(diǎn)
卷揚(yáng)機(jī)具有以下特點(diǎn)：通用性高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、起重大、使用轉(zhuǎn)移方便，被廣泛應(yīng)用于建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降或平拖，還可作現(xiàn)代化電控自動(dòng)作業(yè)線的配套設(shè)備。卷揚(yáng)機(jī)可以單獨(dú)使用，也可作為起重、筑路和礦井提升等機(jī)械中的組成部件，因操作簡單、繞繩量大、移置方便而廣泛應(yīng)用[3]。
（4）常見的卷揚(yáng)機(jī)噸位
卷揚(yáng)機(jī)有0.5噸~350噸，常見的卷揚(yáng)機(jī)噸位有：0.3T卷揚(yáng)機(jī) 0.5T卷揚(yáng)機(jī) 1T卷揚(yáng)機(jī) 1.5T卷揚(yáng)機(jī) 2T卷揚(yáng)機(jī) 3T卷揚(yáng)機(jī) 5T卷揚(yáng)機(jī) 6T卷揚(yáng)機(jī) 8T卷揚(yáng)機(jī) 10T卷揚(yáng)機(jī) 15T卷揚(yáng)機(jī) 20T卷揚(yáng)機(jī) 25T卷揚(yáng)機(jī) 30T卷揚(yáng)機(jī)等，分為快速和慢速兩種。其中高于20噸的為大噸位卷揚(yáng)機(jī),我們可根據(jù)需要進(jìn)行選用[18]。
（5）卷揚(yáng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)以上卷揚(yáng)機(jī)的一些技術(shù)性能和牽引力的一些計(jì)算，由于卷揚(yáng)機(jī)的技術(shù)比較成熟，因此在本次設(shè)計(jì)中采用了一款上海浦南減速器總廠生產(chǎn)的5噸的電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，。圖11為5噸調(diào)速卷揚(yáng)機(jī)實(shí)圖。圖12為5噸卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖。5噸電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)如表8所示。
圖12 5噸調(diào)速卷揚(yáng)機(jī)實(shí)圖
圖13 5噸卷揚(yáng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖
表8 5噸電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)的相關(guān)參數(shù)
項(xiàng)目
參數(shù)
項(xiàng)目
參數(shù)
鋼絲繩額定拉力KN
50
電動(dòng)機(jī)
型號(hào)
YZR200L-6
總傳動(dòng)比i
74.23
功率Kw
22
鋼絲繩
規(guī)格直徑mm
6*37-21.5
轉(zhuǎn)速r/min
鋼絲繩
額定速度m/min
20
液壓推桿制動(dòng)器
YWZ-300/45
卷筒
直徑長度mm
∮380*740
電磁鐵制動(dòng)器
-
轉(zhuǎn)速r/min
13.07
外型尺寸mm
1545*1465*850
容量繩m
150
整機(jī)質(zhì)量kg
1200
減速器齒輪參數(shù)
第一級(jí)
模數(shù)
3
第二級(jí)
模數(shù)
4
第三級(jí)
模數(shù)
6
齒數(shù)比
69/28
齒數(shù)比
82/14
齒數(shù)比
72/14
4.2 取物裝置的改進(jìn)
4.2.1 取物裝置的的種類
取物裝置又稱為吊具，吊具是起重機(jī)械中吊取重物的裝置。吊取成件物品最常用的吊具是吊鉤，其他還有吊環(huán)、起重吸盤、夾鉗和貨叉等。起重吸盤、夾鉗和貨叉等可在起重機(jī)上作為專用吊具長久使用，也可作為可更換的輔助吊具掛在吊鉤上臨時(shí)使用，常用于多貨種倉庫和堆場，以提高作業(yè)效率。抓取散狀物料的吊具一般為顎板可開閉的抓斗，也可用電磁吸盤吸取如金屬切屑等導(dǎo)磁性物料。吊取流動(dòng)性物料的吊具常用的有盛桶和吊罐、一般通過傾側(cè)或抽底塞等方式卸出鋼水或化學(xué)溶液，通過打開吊罐底門卸出混凝土等流動(dòng)性物料[10]。
4.2.2 吊鉤
由于本次設(shè)計(jì)采用的是吊鉤，在此介紹一下吊鉤。吊鉤時(shí)起重機(jī)械中最常見的一種吊具。吊鉤常借助于滑輪組等部件懸掛在起升機(jī)構(gòu)的鋼絲繩上，吊鉤示意圖13。
圖14 吊鉤示意圖
（1）吊鉤的種類
吊鉤按形狀分為單鉤和雙鉤；按制造方法分為鍛造吊鉤和疊片式吊鉤。單鉤制造簡單、使用方便，但受力情況不好，大多用在起重量為80噸以下的工作場合；起重量大時(shí)常采用受力對(duì)稱的雙鉤。疊片式吊鉤由數(shù)片切割成形的鋼板鉚接而成，個(gè)別板材出現(xiàn)裂紋時(shí)整個(gè)吊鉤不會(huì)破壞，安全性較好，但自重較大，大多用在大起重量或吊運(yùn)鋼水盛桶的起重機(jī)上。吊鉤在作業(yè)過程中常受沖擊，須采用韌性好的優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造。
吊鉤分類極廣，一般包括：卸扣、吊環(huán)、 圓環(huán) 、梨形環(huán)、 長吊環(huán)、 組合吊環(huán)、 S鉤、鼻吊鉤、 美式吊鉤 羊角吊鉤 、眼形滑鉤 、帶保險(xiǎn)卡吊環(huán)螺釘 、鏈條卸扣、 具有獨(dú)特、新穎、質(zhì)優(yōu)、安全的特點(diǎn)，適用于工廠、礦山、石油、化工及船舶碼頭等。確保安全，質(zhì)量安全系數(shù)，靜載荷達(dá)到3倍，起重量從5噸～150噸。
（2）吊鉤的基本尺寸
根據(jù)卷揚(yáng)機(jī)的額定起重量，因此選用起重量為5噸的吊鉤，圖13為吊鉤的基本尺寸，經(jīng)查吊鉤構(gòu)造尺寸的國家標(biāo)準(zhǔn)，基本尺寸如圖14所示[3] [11]：
S=50 mm
D=63mm
L1=481.5mm
L2=33.5mm
h=67mm
圖15 吊鉤的基本尺寸
4.2.3 取物裝置的改進(jìn)
（1）改進(jìn)取物裝置的原因
由于本次設(shè)計(jì)的多功能物料運(yùn)輸車主要是用于抗震救災(zāi)的，而在災(zāi)區(qū)不管是環(huán)境、路況、天氣等等都是極其惡劣的，甚至有些地方是人所沒辦法到達(dá)的，因此我們應(yīng)該盡量使多功能物料運(yùn)輸車具備自動(dòng)化的功能，而起重機(jī)本次設(shè)計(jì)采用的是吊鉤，吊鉤是屬于半自動(dòng)機(jī)械，需要人工的輔助把貨物放在吊鉤上來進(jìn)行搬運(yùn)，因此我們需要對(duì)取物裝置的吊鉤進(jìn)行改進(jìn)，從而解決搬運(yùn)重物的問題。因?yàn)槿∥镅b置搬運(yùn)是將物料搬運(yùn)然后放到前端提升機(jī)構(gòu)的傳送帶上，通過傳送帶將物料輸送進(jìn)運(yùn)輸機(jī)構(gòu)中，從而達(dá)到運(yùn)輸物料的功能，因此需要將取物裝置和前端提升機(jī)構(gòu)的傳送帶配合好，這個(gè)也是需要改進(jìn)取物裝置的一大原因。
（2）搬運(yùn)機(jī)械取物裝置的優(yōu)缺點(diǎn)
搬運(yùn)機(jī)械的取物裝置常用的能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的有抓斗和夾鉗和電磁吸盤。其中抓斗是用來抓取物料塊粒的大小、松散程度、容重以及粘度大小等，主要是用來裝卸散料物品的自動(dòng)取物裝置；夾鉗多用來搬運(yùn)成件物品。雖然都是依靠鉗口與物品之間的摩擦力來夾持和提前物品的，但它的構(gòu)造形式隨搬運(yùn)物品而有所不同，需要根據(jù)搬運(yùn)物品的形狀來設(shè)計(jì)夾鉗的形狀和尺寸；電磁盤用來抓取具有導(dǎo)磁性的黑色金屬材料。通電時(shí)，電磁鐵產(chǎn)生磁力，吸起物品，斷電時(shí)磁力消失而放下物品。電磁盤的主要優(yōu)點(diǎn)是裝卸物品可以自動(dòng)進(jìn)行，不需要任何輔助的捆系工具和輔助人力，并可以解決某些物品不易懸掛的困難。缺點(diǎn)是自重大、消耗功率大；斷電時(shí)物品有墜落危險(xiǎn)，因此在起重機(jī)上需要專門配備一套整流設(shè)備來供電。因此搬運(yùn)機(jī)械的取物裝置存在局限性，而且通過下表9將真空吸取裝置和機(jī)械搬運(yùn)、電磁搬運(yùn)進(jìn)行比較，從中可以看出真空搬運(yùn)的優(yōu)勢(shì)與特性，因此決定采用真空式的吸取裝置 [13]。
表9 真空吸取裝置和機(jī)械搬運(yùn)、電磁搬運(yùn)的比較
比較項(xiàng)目
搬運(yùn)方式
機(jī)械式吊車、叉車、升降機(jī)
電磁式
西芝起吊電磁石
真空式
西芝真空吸取裝置
對(duì)搬運(yùn)物的限制
沒有特殊限制
只限磁性金屬
只限可吸取物
掛繩吸取所需時(shí)間
數(shù)分
1秒弱
1秒弱
摘下所需時(shí)間
數(shù)分
1秒弱
1秒弱
所需人數(shù)
2～8
1～2
1～2
損傷、變形
有
有
無
自身重力
各種
重
輕
電源電機(jī)停止時(shí)
沒有掉下來的危險(xiǎn)
用電池組保持電力
數(shù)十分鐘保持吸取力
維護(hù)
復(fù)雜
稍復(fù)雜
簡單
（3）真空吸取裝置
（a）真空吸取裝置的工作原理
吸取器的吸口與工件表面接觸密封，并能形成封閉的真空腔，通過真空閥門對(duì)吸取器抽氣時(shí)，吸取器與表面形成的腔處于真空狀態(tài)而形成真空腔，即處于空氣的剩余壓力狀態(tài)。真空吸取器的外界大氣壓力，與真空腔內(nèi)的剩余壓力形成壓力差，該壓力差做用在吸取殼體和工件上，稱為真空吸取力，真空吸取力將吸取器和工件結(jié)合為一體，從而實(shí)現(xiàn)吸取器吸取和吊運(yùn)工作的目的。當(dāng)把密閉空間和外面的大氣壓聯(lián)通是，真空吸盤就與物體分離開。吸取器的工作原理如圖16所示[9]。
圖16 吸取器的工作原理圖
（b）真空吸取器的特點(diǎn)
第一易損耗。由于它一般用橡膠制造，直接接觸物體，磨損嚴(yán)重，所以損耗很快。它是氣動(dòng)易損件。正因如此，它才如此顯著地從眾多氣動(dòng)元件中重點(diǎn)突出出來了。
第二易使用。不管被吸物體是什么材料做的，只要能密封，不漏氣，均能使用。電磁吸盤就不行，它只能用在鋼材上，其他材料的板材或者物體是不能吸的。
第三無污染。真空吸盤特別環(huán)保，不會(huì)污染環(huán)境，沒有光、熱，電磁等產(chǎn)生。
第四不傷工件。真空吸盤由于是橡膠材料所造，吸取或者放下工件不會(huì)對(duì)工件造成任何損傷。而掛鉤式吊具和鋼纜式吊具就不行。在一些行業(yè)，對(duì)工件表面的要求特別嚴(yán)格，他們只能用真空吸盤[13]。
（c）真空吸取器的結(jié)構(gòu)尺寸
真空吸取器的種類很多，其中根據(jù)吸口的機(jī)構(gòu)形式分為單吸口、雙吸口、三吸口、四吸口和多吸口，吸口的機(jī)構(gòu)形式對(duì)吸取器的適用性和可靠性有重要作用，甚至是吸取器能否工作的關(guān)鍵。在這根據(jù)需要和滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡可能選用結(jié)構(gòu)較簡單的吸口形式，即為適用性原則，因此在這采用的是一個(gè)通用型開環(huán)形截面密封圈單吸口，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖16所示，該吸口適用于吊運(yùn)外球面、內(nèi)球面、平面型工件，屬于通用型吸口[13]。因?yàn)檎婵瘴∑魇歉鶕?jù)物品的形狀來設(shè)計(jì)尺寸和結(jié)構(gòu)的，從某種意義上說也屬于專用型設(shè)備，在這里采用真空吸取器主要是為了搬運(yùn)救災(zāi)物資，為了符合經(jīng)濟(jì)性原則，故采用通用型開環(huán)形截面密封圈單吸口。
圖17 通用型開環(huán)形截面密封圈單吸口吸盤
結(jié) 束 語
2010年3月，我開始了我的畢業(yè)論文工作，時(shí)至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)寫作過程難以用語言來表達(dá)。歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。
3月初，在與導(dǎo)師的交流討論中我的題目定了下來，是：基于多功能物料運(yùn)輸車機(jī)器人設(shè)計(jì)起升機(jī)構(gòu)的起升結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)。當(dāng)審題表、任務(wù)書和開題報(bào)告定下來的時(shí)候，我當(dāng)時(shí)便立刻著手資料的收集工作中，當(dāng)時(shí)面對(duì)浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。我將這一困難告訴了導(dǎo)師，在導(dǎo)師細(xì)心的指導(dǎo)下，終于使我對(duì)自己現(xiàn)在的工作方向和方法有了掌握。
在搜集資料的過程中，我認(rèn)真準(zhǔn)備了一個(gè)筆記本。我在學(xué)校圖書館搜集資料，還在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。然后我將收集到的資料仔細(xì)整理分類，及時(shí)拿給導(dǎo)師進(jìn)行溝通。
4月初，資料已經(jīng)查找完畢了，我開始著手論文的寫作。在寫作過程中遇到困難我就及時(shí)和導(dǎo)師聯(lián)系，并和同學(xué)互相交流，請(qǐng)教專業(yè)課老師。在大家的幫助下，困難一個(gè)一個(gè)解決掉，論文也慢慢成型。
4月底，論文的文字?jǐn)⑹鲆呀?jīng)完成。5月開始進(jìn)行相關(guān)圖形的繪制工作。為了畫出自己滿意的零件圖，裝配圖等，還把畫出的裝配圖進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，為了做運(yùn)動(dòng)仿真，我仔細(xì)學(xué)習(xí)了Pro/e的仿真部分。運(yùn)動(dòng)仿真是個(gè)比較頭疼的問題，因?yàn)橐郧皼]有學(xué)過，自學(xué)的時(shí)候因?yàn)橄胱龅阶詈?，所以進(jìn)行了反復(fù)的嘗試。當(dāng)我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對(duì)的任務(wù)后整個(gè)人都很累，但同時(shí)看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計(jì)稿件我的心里是甜的，我覺得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過程。在論文中我充分地運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識(shí)。
我不會(huì)忘記這難忘的幾個(gè)月的時(shí)間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。在我徜徉書海查找資料的日子里，面對(duì)無數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時(shí)的激動(dòng)和興奮；親手設(shè)計(jì)的時(shí)間里，記憶最深的是每一步小小思路實(shí)現(xiàn)時(shí)那幸福的心情；為了論文我曾趕稿到深夜，但看著親手打出的一字一句，心里滿滿的只有喜悅毫無疲憊。這段旅程看似荊棘密布，實(shí)則蘊(yùn)藏著無盡的寶藏。我從資料的收集中，掌握了很多起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、真空吸盤等等知識(shí)，讓我對(duì)我所學(xué)過的知識(shí)有所鞏固和提高，在整個(gè)過程中，我學(xué)到了新知識(shí)，增長了見識(shí)。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實(shí)自己，爭取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。
腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。
致 謝
大學(xué)生活一晃而過，回首走過的歲月，心中倍感充實(shí)，當(dāng)我寫完這篇畢業(yè)論文的時(shí)候，有一種如釋重負(fù)的感覺，感慨良多。
首先誠摯的感謝我的論文指導(dǎo)老師李連波和劉艷老師，她們?cè)诿β档慕虒W(xué)工作中擠出時(shí)間來審查、修改我的論文；其次要感謝教過我的所有老師們，你們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，你們循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；最后感謝三年中陪伴在我身邊的同學(xué)、朋友，感謝他們?yōu)槲姨岢龅挠幸娴慕ㄗh和意見，有了他們的支持、鼓勵(lì)和幫助，我才能充實(shí)的度過了三年的學(xué)習(xí)生活。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 黃大巍，李風(fēng)，毛文杰等編著.現(xiàn)代起重運(yùn)輸機(jī)械[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006. 3.
[2] 卜一德，秦家順，喬治華編著. 起重吊裝計(jì)算及安全技術(shù)[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2008.
[3] 胡宗武編著. 起重機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)例[M]. 北京：機(jī)械工程出版社，2009. 6.
[4] 張繼東編著. 機(jī)械設(shè)計(jì)常用公式速查手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.
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