港口起重机械(B)

第七章 起升机构

第一节 起升机构的基本组成及典型布置 一． 起升机构的作用

※ 用以实现物品的升降运动；

※ 是起重机械不可缺少的部分，是最基本的重要工作机构。

一．主要设计参数

设计参数有：起重量、取物装置重量、起升高度、起升速度、机构工作

级别等。

二．设计计算布骤

1．确定起升滑轮组的型式及倍率，画出卷饶系统简图及传动方案简图； 要求：外形尺寸小、紧凑；

制造、安装、维修方便；

设置可靠的安全辅助装置（如：高度限位；超负荷限制装置等）。 2．卷饶系统计算

1）计算钢丝绳的最大静拉力 Smax

Q计mZ

n

d

Q计 单联： Q计=PQPQ0

双联：吊钩： Q计=0.5PQPQ0 抓斗： Q计=0.66PQ 2）计算选取钢丝绳

应满足：SpSSnSmax 3）标记出钢丝绳：

4）确定滑轮直径： Dh1d绳 5）确定卷筒主要尺寸 直径： Dh1d绳

壁厚δ： 按经验公式初定： δ=0.02D+（10～20）

L≤3D 按压应力校核



L＞3D 按合成应力校核 L＞2D ；D≥1200mm 须校核抗压稳定性 3. 驱动及传动装置计算 1）电动机初选： 起升静功率：Nj＝

（Q＋Q0）v

601000

（kW）

电动机初选：根据 Nj

JC% 初选电动机 电机工作方式 2）减速器选取

传动比：indnt nd——电机额定转速； nt——卷筒转速 nt 减速器选取：

（1）满足 N电N减减速器相应 输入转速 的允许功率 传动比 （2）校核：

输出轴最大的径向力应满足： PmaxSmaxG筒2P 输出轴最大的短时力矩应满足：MmaxMdmaxiM ，

V升V升

Dd绳mvQ

V升

×100%≤10%

若不相符，则应调整卷筒转速 3）计算制动力矩，选取制动器

制动时，应满足： 制动力矩 MZ货物产生的静力矩 MJ

'

即：MJKZMJ

M

'

J

PQPQ0

Xm



D0

 2i

KZ 4）联轴器的选取

联轴器上的最大扭矩应小于联轴器的许用扭矩，即

MC＝nMn[M]

式中：Mn——计算扭矩（Nm）

n——安全系数，对起升机构和非平衡变幅机构n＝1.5；

其他机构n＝1.35；

——动力系数。1.2～2.0 4．电动机校核

1）起动时间（能力）校核

满载起升起动时，电机轴上起动力矩须克服：

货物作用在电机轴上的进静力矩Mj

运动质量起动时作用在电机轴上的惯性力矩 J 包括：直线运动质量的惯性力矩 J1 回转运动质量的惯性力矩 J2 即：MqpMjJ1J2 Mj J1

(PQPQ0)D0

2Xm



1

i

P

Q

PQ0D02

2

2



4gmi

n

J2Jg 

Ji

1.15Jg 2

i1iii

nd

30tq



nd

9.55tq

PQPQ0D02nd

1.15Jg ∴ tq

9.55MqpMj4gm2i2





J ∴ 有：tq

nd

J≤tq=0.5～4S

9.55MqpMj

式中：tq推荐起动时间，根据平均起动时间确定。 2） 发热校核

电机初选后，应进行发热校核，以保证电机的温升在允许范围内。



即应满足：PPS

式中：P——所选电机在相应JC%及CZ值时的允许输出功率。—查“规范” CZ——电机折合每小时全起动次数。 PS——稳态平均功率 PSG

升PQ

1000m

m——电机台数

5．制动器校核（制动时间校核）

制动器初选后，还必须校核其制动能力，即制动时间 满载下降制动，制动器的制动力矩MZ须克服： 制动器的制动力矩MZ须克服：

货物作用在电机轴上的进静力矩M'j

运动质量起动时作用在电机轴上的惯性力矩 J'' 包括：直线运动质量的惯性力矩 J1''

' 回转运动质量的惯性力矩 J2'

'

即：MZM'j+J1'J2'









PQPQ0D0

 M=

m2i

'

j

PPD

J

4gmi

'1

Q

Q0

2

20



2

'

J21.15Jg

'

nd

'nd'

nd2.n0nd 9.55tz



'



30tZ

'nd

∴ tZ

9.55MZM'j

2

PQPQ0D0

1.15JgtZ 22

4gmi



'

ndJtZ≈tq ='9.55MZMj

'



如tZ太长，制动力矩不足，太短，易产生较大的动载，可调整制动弹簧。

第八章 运行机构

第一节 概述

一． 运行机构的作用

1．使起重机或起重小车作水平运动，扩大起重机的工作范围； 2．承受作用在起重机上的外载荷并传递给基础。 二． 运行机构的分类 1．工作性质

工作性运行机构——带载运行的运行机构

如：桥式起重机的大、小车运行机构； 龙门起重机的大、小车运行机构。 特点： 运行速度高，运行是工作循环的一部分。 非工作性（调整性）运行机构

——不带载运行，只是用以调整起重机的工作位置的运行机构

如：门座起重机、汽车起重机、轮胎起重机等

2．支承机构形式 1）有轨运行机构

——沿专门铺设的钢质轨道运行，如门座起重机、桥式起重机等。由于特点：承载能力大；运行阻力小；工作平稳；机构简单；维护方便等。

但工作范围受到一定限制。

应用：广泛用于港口、货场、厂房等场合。 2）无轨运行机构

——采用轮胎或履带在平坦的或稍有坡度的路面上运行 一般都不能带载运行，但其机动性能好。 3）步行是运行机构

——采用支承板，分别交替将起重机抬起并移动。 3．驱动方式

1）自行式运行机构

——运行机构的动力、传动和制动等装置都安装在运行部分上

特点：其驱动力依靠主动轮和轨道间的粘着力传递，驱动力受粘着力限制。 速度较低，自重大，结构较简单。 2）牵引式运行机构

——运行机构其动力、传动和制动等装置则安装在运行部分以外，通常

用钢丝绳来牵引运行部分运行。

特点：驱动力不受粘着力的限制，驱动加速度高，速度高； 自重轻，牵引钢丝绳卷饶系统较复杂。

应用：集装箱装卸桥小车；塔吊臂架上的运行小车等。 三．有轨运行机构的组成

主要由： 支承装置；驱动装置；安全辅助装置等

第二节 有轨运行支承装置 一．概述

有轨运行支承装置采用钢质车轮，在刚质轨道上运行，因而承载能力大、

运行阻力小、维护费用低，在港口起重机上广泛应用。 有轨运行支承装置由车轮、轨道、车架等部分组成。 1．运行载重小车的轨道一般支承在钢机构上；

2．起重机的轨道一般支承在钢机构混凝土结构（码头）；钢结构（桥式）上； 3．［N］和 轨道型式

支承基础 等因素有关

4．若在现有码头上，选用起重机，则应满足：NmaxN］ 5．若Nmax＞［N］则：增加支腿下的车轮数

但：为使轮压均衡——设置均衡梁（衡梁台车）；衡梁台车

※ 对随小车高速运行的司机室运行机构支承装置应设置缓冲减振装置。 二．车轮

1．车轮的作用： 承受垂直载荷及侧向载荷 导向

沿轨道作纯滚动 3．车轮的材料：

※ 多用铸钢 如：ZG270—500 ； ZG340—600；

负荷大的用合金铸钢 如：ZG55SiMn； ZG50MnMo等 小尺寸车轮可用，可用锻钢制作 如：45；50Mn；40Cr等

※ 为提高承载能力和使用寿命，车轮踏面应进行热处理（淬火）， HB300～380以上，淬深15～20 mm,且过度平缓。 4．车轮的踏面

车轮的踏面形状有：园柱形、圆锥形、鼓形等 1）园柱形踏面

工艺性较好，起重机上应用最广泛； 2）圆锥形踏面

（1）园环形轨道，可保证纯滚动，轨道应加工成相应锥面； （2）集中驱动的桥式起重机运行机构中的主动轮； （3）工字钢下翼缘运行的小车车轮，但有滑磨且阻力较大。 3）鼓形踏面

用于环轨直径较大、车轮宽度较小的运行机构。

4．车轮的轮缘及踏面宽度 （1）车轮的轮缘

作用：承受水平侧向力，防止脱轨。 轮缘：有单轮缘；双轮缘和无轮缘 尺寸：厚度 20～25 mm

高度 小车：H=20～25 mm ：大车：H=25～30 mm 斜度 1：5 （2）踏面宽度 B

由于轨道、安装误差

车轮制造、安装误差 轨距、轮距误差 ∴ 双轮缘： B=b轨顶+（20～30）mm 单轮缘： B＞双轮缘的宽度； 5．车轮的计算 1）疲劳计算载荷

2PmaxPmin

(N) Pc

3



Pm起重机正常工作时的最大轮压 ax Pmin起重机正常工作时的最小轮压

 ※ 计算 Pmax；Pmin时 1 起升冲击系数； 2 =1 起升载荷动载系数； 3 突然卸载冲击悉数； 4 运行冲击系数。

2）接触疲劳强度计算

线接触，应满足：PCk1DlC1C2

式中：k——许用线接触应力常数，与材料b有关； D——车轮直径 mm； l——轮轨有效接触长度 mm； C1

——转速系数；

C2——工作级别系数。

R2

点接触：应满足：PCk23C1C2

m

式中：k2——许用点接触应力常数与材料的b有关； R——曲率半径；

m——轨顶曲率半径／车轮曲率半径。 2）接触强渡计算

线接触：应满足：max6000

2Pmax

≤xmax lDl

2

点接触：应满足：max

21Pdmax max

Dlr

式中： l——轮轨有效接触长度 mm； Dl——车轮踏面滚动直径 mm； r——轨顶曲率半径

第三节 有轨运行驱动装置及计算

——包括动力、减速及传动、制动装置等 克服外阻力，使起重机或起重小车运行。

驱动原理 自行式——依靠主动轮和轨道间的粘着力； 牵引式——依靠牵引钢丝绳牵引而运行。 一． 自行式运行驱动装置 （一）主动轮的布置方式

∵ 运行园周驱动力依靠主动轮和轨道间的粘着力——最大静磨擦力

而传递

∴ 主动轮的数量及布置方式，直接影响了起重机在各种工况下是否足够

的主动轮压——足够的粘着力。

主动轮的数量一般为总轮数的1/2，有以下布置形式：

用于回转臂架起重机，臂架在任何位置时，对角线轮压之和不变，中小型

运行 →歪斜

——根据给定或计算的参数

1．确定运行支承装置，有轨驱动装置的机构型式及传动方案； 2．计算选取电动机、减速器、联轴器及制动器等标准另部件； 3．设计计算非标另部件； 4．打滑验算；

5．防风抗滑及锚定等安全辅助装置的设计计算。 （一）设计参数 1．起重量；

2．起重机或小车的自重以及各工况重心位置； 3．运行速度； 4．工作级别等。 （二）运行机构的特点

1．起重机或小车往返运行，运行载荷是双向的；

2．往返运动质量在起（制）动时的惯性力矩对机构的影响较大，即起（制）动时，转换到高速轴上的转动惯量大；

——另部件的计算载荷应由电机→计算另部件。

3．有可能打滑——对轮压最小的主动轮进行打滑验算。 （三）设计计算 1．运行阻力W

起重机在稳定直线运动是，其运行阻力：

d——车轮轴枢直径

W附加——车轮轮缘与轨道接触产生的摩擦阻力，是变值 计算是，用附加系数计及其影响。

d2f2fd∴ WmPPP

DDD

对整台起重机，则：

2fd2fd

Wm=pPQPG

DD

（2）风阻力Wf——作用在起重机上的风载引起的运行阻力 WfCqA

（3）坡道阻力Wp——起重机在坡道上运行引起的阻力 WpPQPGsin ——用坡度角表示； WpPQPGp ——用坡度表示。

4

1

QQQ

∴ Wa23

111 当：倍率为m时 ∵ S1Q

1

1m

SmS1m1Q Wa =SmS1Q

1m1

 m

1

1

1m1 m

1





ql2

Wb

8h

2．计算选取电动机 （1）运行静功率



1WjV行

Nj （KW） V行——运行速度；（米/分）

m100060

——电机至车轮的效率 （2）电机初选

NdjckdNjN kd——考虑起动时惯性阻力的功率增大系数 根据 NdJC

JC% 初选电动机 工作方式 （3）电动机校核

a) 起动能力（起动时间）校核

即：正常工作时（Ⅰ类载荷）的起动时间不太长 起动时（m台电动机）： mMpqMjJ1J2

 Mj(WmWfWp)

Dl1



2i

J1

P=

Q

2

PGV行

2 g

V行

nlDl

60

； 

nl

30

P

J=

1

Q

PGDl2

2

4gi

n

J2mJg

Ji

1.15mJg 2

i1iii



d

tq



nd

9.55tq

∴ mMpq

2

PPDndQGl

Mj1.15mJg2

4gi9.55tq

∴ tq

nd

Jtq 

mMPQMj9.55



式中：tq——推荐起动时间 根据平均起动加速度确定：ab）短时过载能力校核

起重机在满载稳定运行时，在出现工作状态下最大静阻力时，电机仍能正常工作。



MWW 即：Mjmaxmpf



V行60tq

D11

Mdmax2.25Mde 2im

c）发热校核 即满足：PPS

式中：P——电机相应JC%、CZ时的允许功率； PS——电机稳态平均功率； PSGPQPGpWf



10V0m0

行

式中：G——运行机构稳态负载平均系数； ——摩擦阻力系数； p——坡道阻力系数。 3．计算选取制动器 1）制动力矩

运行机构的制动器的制动力矩应满足： a）工作状态最不利工况

即：满载、顺风、下坡运行制动，且不计啃轨（1），应在一定的时

间内制动：大车tZ6～8 S ； 小车tZ3～4 S

b）非工作状态最不利工况

防爬抗滑装置不参工作，在粘着力足够的条件下，起重机不被风吹动，且有一定的安全裕量。

c）空载、无风、无坡等最有利工况下，制动不致过于猛烈，即tZmin1～

1.5S

∴ 制动力矩MZ 应按a)：b)二种工况取大者选取制动器； 按c)工况验算制动时间。 即：mM(WWpWm

aZ

f

0

Dnd)l

2i9.55tZ

PQPGDl2

1.15mJg 2

4gi



ndJD0

WfWpWml =

9.55tZ2i



nd

mM

9.55tZ

bZ

PGDl2Dl0

1.15mJg(WfWpWm)2

2i4gi



ndJDl0

WfWpWm =

9.55tZ2i



取大者选取制动器 验算制动时间:tZmin

4．打滑及打滑验算

1）打滑——起动时，车轮空转或连滚带滑，起重机不前或运动缓慢 制动时，车轮滑动，但起重机向前运动 2）不打滑条件：

起动时，作用在主动轮圆周上的驱动力＜主动轮与轨道间的最大

静磨檫力（附着力或粘着力） 即：

2

W从磨W风W坡W惯



ndJ1～1.5 S 9.55MZM'j

＜

N主粘K

制动时，作用在主动轮圆周上的驱动力＜主动轮与轨道间的最大静

磨檫力（附着力或粘着力）

3）避免打滑的措施：

（1）增加主动轮与轨道间的粘着力N主粘K

※ 足够的主动轮数N主

※ 合理布置主动轮，保证各工况下有足够的主动轮轮压

（2）清洁轨道，工作中可在轨道上撒砂粘 （3）合理选择电动及制动器tq及tZ不太短Wg

第九章 回转机构

第一节 概述

一．回转机构的作用：

1．回转部分对非回转部分实现回转运动；

2．货物绕回转轴线作回转运动——货物水平面内移动。 二．回转机构的组成

回转支承装置 回转驱动装置 三．回转机构的类型

根据回转支承装置类型有： 柱式回转机构

转盘式回转机构

第二节 回转支承装置 一．作用

1．承受载荷，并传递给固定部分（垂直、水平、倾复力矩）

2．使回转部分对中－—有确定的回转运动 3．防止回转部分倾复 二．回转支承装置的型式

二大类：柱式：转盘式 （一） 转盘式 1．共同结构特点

起重机回转部分装设在一大型结构件（转盘；转台）上，通过滚动体支

承于起重机的固定部分

组成：随回转部分一起回转的柱式结构；上支承及下支承。

1）

※ 不变）；

※ 2） 下支承——承受 采用： 3） 特点

上、下支承距离↑，水平力↓ ，多用于倾覆力矩大，不受高度限制的门

座起重机，如：大型船厂安装门座起重机。

转动惯量较定柱式大，功率也较大，但半转柱式布置方便，在港口门座

起重机上应用较多。 三．回转支承装置计算 （一）计算载荷

根据起重机计算载荷组合类别，按三类载荷进行计算及组合： 1．工作状态正常载荷——疲劳计算载荷

工况： ∵ 幅度变化 ∴ 取Rx(0.70.8)Rmax PQx 且平稳起（制）动 载荷： Pf —— 风载荷 Pp=PGsinr——坡道载荷

 PT(PQPQ0)tg——偏摆载荷

Pl——回转离心力

Pg——回转制动时的切向惯性力 PZ=

Mei

——未级开式齿轮啮合力

rZcos

2．工作状态最大载荷——强度计算载荷 按以下两种工况分别计算取大值， 即：

1）臂架处于Rmax位置，沿地面max，起升质量突然离地提升（2PQ），

作用有Pf，计及回转质量冲击（1PG1）；

2）臂架处于Rmax位置，沿地面max，起吊额定起重量，回转、变幅机构同

时起（制）动，作用有Pf，计及起升绳偏摆（）水平力，同时计及回转自重和未级开式齿轮啮合力PZ。

3．非工作状态最大载荷——强度验算载荷 按以下两种工况分别计算取大值， 即：

1）臂架处于Rmin位置，沿地面max，空载，作用有非工作最大风载荷Pf； 2）试验载荷作用，即：动载110%PQ ；静载125%PQ，无风，仅起升机

构工作。

以上各载荷计算后，分别归纳为：倾复力矩 MMi 水平力 HHXHY 垂直力 VVi 4．配重的作用及确定原则

作 确定原则：

满载时的前倾力矩==

Rmin

即：

(PQ ∴ Gd ∴ ※ 第三节 回转驱动装置 （一）特点：※ 传动比大

※ 外阻力变化大，惯性载荷大，设置脚踏式常开式制动器；

※ 回转运动质量大，起（制）时转动惯量大，惯性载荷大，

设置极限力矩联轴器。

（二）回转驱动装置传动型式

回转驱动装置一般设在回转部分，也有设在固定部分。

1．组成：电动机、传动及减速装置、未级开式齿轮、制动装置、过载保护

装置等

2．传动型式（驱动装置设在回转部分）

1） 卧式电机→带极限力矩限制器的蜗轮蜗杆减速器→行星小齿轮或针

轮；

特点：结构紧凑，传动比大，但传动效率低。

计算Nj、疲劳时，应取取等取效值Mpx=

二．电动机选取





2Mpd



0.7Mpmax

MxIn(MmMfxMpx)n

1．静功率 Nj n——回转速度 弧度/秒 

10001000



Mxn

= n——回转速度 转/分

9550

2．选电动机

NJC%KdNj

Kd——功率增大系数 Kd1.2～1.8 3．电机校核 1）起动校核

起动时：MqpMjMg=Mj(J1J2J3)



) 式中：Mj(MmMfMp

1

i

J11.15Jg——传动系回转质量的转动惯量； J2

PQR2i

i

2

——货物的转动惯量；

J3

m

2

li2

i

——其他回转质量的转动惯量；



nd

9.55tq



tq 

PQR2mili2nd

1.15Jg∴ tq29.55MqpMjii2



tq——推荐起动时间 tq3～5 S 无风 =4～10 S 有风

2）短时过载能力校核





应满足：MmaxMmMfmaxM

1

Mdmax2.25Mde i

3）发热校核

应满足：PPS

PS

MG

fx

MmMpxn



9550i

——稳态平均功率

G——稳态负载平均系数 三．制动器

回转机构的传动系中，一般在高速轴制动器后装设有极限力矩联轴器 1．当装设力矩联轴器时：

制动器的制动力矩应和力矩联轴器传递的力矩相应，否则，力矩联轴器不起作用。

Jgnd

 力矩联轴器的力矩：Ml1.15Mdmax9.55tq



ildld 

式中：JgJdJl ——高速轴上的转动惯量 ∴ MZMl

ld

ild



1.15Jgnd9.55tq

2．当不装设力矩联轴器时： MZ

Jnd

M

9.55tq

式中：M(MfmaxMpmaxMm)



i

第九章 变幅机构

第一节 概述

幅度： 取物装置中心线——回转中心线间的水平距离（回转起重机） 取物装置中心线——臂架铰点中心线间的水平距离（固定起重

机）

一． 变幅机构的作用

1．在满足稳定性条件下，调整取物装置位置以适应：起重量

货物位置 要求

2．货物在臂架摆动平面内作径向移动 二． 变幅机构的类型及特点 （一）根据变幅方式： 1．载重运行小车式

——载重小车沿水平臂架弦杆上的轨道运行，从而使货物作径向移动。 特点：货物作水平移动；变幅速度恒定；货物偏摆小；幅度有效利用率高；

变幅功率小等。但臂架受力不利，多台起重机作业时干涉。 应用：建筑、船台塔式起重机等 2．摆动臂架式

——依靠臂架绕水平铰轴摆动，达到改变负担的目的。

特点：货物作径向移动的同时作升降运动，变幅功率较大，多台起重机作

业时不会干涉。

应用：起重机广泛应用 3．伸缩臂架式

在液压驱动的流动起重机中，为了提高其机动性，臂架多为可伸缩臂

架，通过臂架伸缩，在改变幅度的同时，也可增加起升高度。 （二）按变幅机构的工作性质： 1．非工作性（调整性）变幅机构

特点：一般不带载变幅（调整取物装置位置）；

不是每个工作循环都须变幅，因而，变幅次数少，变幅速度低；

构造简单，自重轻、紧凑。

应用：工作不频繁的安装塔吊、流动起重机等。 2．工作性变幅机构

特点：带各种大小载荷变幅；

每工作循环主要环节，变幅频繁，幅度变化范围大，变幅速度高； 构造较复杂，自重较大

应用：港口装卸门机、船台门机、浮式起重机等

i时

i 升（降）Hc ，升（降）量为： b(l1li)/mq 磨擦阻力惯性阻力等外，臂架重心升变幅阻力越大.

——变幅过程中货物重心、臂架重心沿水平线或接近水平线移动。 货物水平位移补偿系统—— 货物重心在变幅过程中沿水平线或近似

水平线移动。

臂架自重补偿系统——臂架系统的重心在变幅过程中沿水平线或近似

水平线移动。

第二节 臂架系统的自重平衡

——臂架系统的重心在变幅过程中沿水平线或近似水平线移动。

一．基本方案及原理

——利用活对重—杠杆系统

—挠性构件 使臂架系统的合成重心在变幅过程

中沿近似水平线移动

11 2） ※ Gd对起重机的稳定性的作用改善； ※ 布置方便；

※ 臂架的合成重心沿近似水平线移动。 是目前我国应用最广泛的一种型式。 0

∴ 只要O1点、Gd等选择得当，臂架的合成重心在变幅过程中沿近

似水平线移动。

2） 特点：※ 结构简单，重量轻；

※ 合成重心较低，有利稳定性； ※ 起重机的尾部半径较小； ※ 扰性构件易磨损；

※ 合成重心沿近似水平线移动。 多用于浮式起重机中。

（三）．无对重的臂架自重补偿系统方案

——根据臂架系统的结构特点使其合成重心在变幅过程中沿水平线移

连杆BD绕D点摆动，另一端和臂 在沿垂直轨道运行的小车上，其中： 架的B点铰接，且DB=CB=BE DE=EF=EG=FB/4

根据椭园规原理： 根据椭园规原理：

当铰点沿垂直轨道运行时，臂架 臂架上一点G（DE=EF=EG=FB/4） 上一点E（EB=BC=DB）沿水平线 沿水平线移动，若将臂架系的合成 移动，臂端轨迹为一椭圆。将臂系 重心设计在该点，则在变幅时，其合合成重心设计在该点，则在变幅时， 成重心沿水平线移动。 其合成重心沿水平线移动。

二．臂架自重平衡系统的设计

臂架自重平衡系统有多种型式，仅介绍杠杆——活对重方案的设计。

基本设计方法

（1） 图解法——作图—校核—修正—再校核，直至满足要求。 （2） 解析法——建立数学模型，计算机求解。

（一）图解法 见课本

1．已知条件：

Rmax、Rmin时臂架位置，臂架各构件的重量、重心位置，最大尾部半径，平衡梁铰点位置。 2．设计任务

确定对重重量；杠杆系统尺寸；连杆尺寸及和臂架的铰接点位置。 3．步骤

1） 根据Rmax、R定对重重量。 ∵ Gbh1G∴ Gd

Gbh1

'

h1

2 重的位置

∵ Gbh2Gd

'

∴ h2

Gbh2

从而，可得对重在中间位置时，对重的位置g2 Gd

3）连杆和臂架的连接铰点位置

根据：总体布置；驱动齿条或驱动螺杆的行程及驱动力；臂架受力等确定。 4）确定对重杠杆和连杆的铰点D

' A）在o1g3和o1a3相对位置不变的条件下，则o1a3o1a3； o1g3o1g1位置，' B）在o1g2和o1a2相对位置不变的条件下，o1g2o1g1位置，则o1a2o1a2 '''''' C）连接a1a2；a2；a2a3，并分别作a1a2a3的垂直平分线，交于D1点，

则：D点为所求（初求） 5）不平衡力矩校核

A）在Rm分别求各幅度位置时的不平衡力矩： ax和Rmin间取≥7个幅度位置，

iii

即：MOMO(b)Mo111 有：MOMOM(b)22 MOMO(b)M . . .

777 MOMO(b)M B）校核

x △MO＜0 设计合理判椐： ※ Rma时

MO＞0 n △ Rmi时

※ ∣+△Momax∣≈∣-△Momax∣ ※ ∣△Momax∣≤（0.05～0.1）

=QRmax

MQ

（二） 解析法

已知条件：

Rmax、Rmin时臂架位置，臂架各构件的重量、重心位置，最大尾部半径，平衡梁铰点位置。 基本思路：

A）建立变幅过程中臂架系统重心的移动轨迹曲线方程

yf() 式中为臂架和水平线的夹角

B）根据功能原理求变幅过程中臂架系统自重不平衡引起的阻力

矩。即：

MdGdy MG C）应用计算机求最佳解

说明：

货物水平位移补偿系统；

臂架自重补偿系统； 应综合考虑并满足以下要求：

x △MO＜0 ※ Rma时

dy

d

MO＞0 n △ Rmi时

※ ∣+△Momax∣≈∣-△Momax∣

※ ∣△Momax∣越小越好

※ △Ymax≤0.03（RmaxRmin） 且越小越好

/V水平mi n越小越好 ※ V水平max

第三节 货物水平位移补偿系统

一． 货物水平位移补偿的主要方案、原理及特点

绳索补偿 组合臂架补偿

（一）绳索补偿

共同特点：

补偿滑轮组由DADAi 货物下降 ΔLmb/mq 则 货物在同一高度

若 在任一幅度位置 Hi=ΔLmb/mq 则 货物在任一幅度位置处于同一高度 由于

mb

C Hi/ΔL≠C（常数） mq

∴ 货物在变幅过程中的移动轨迹是一条近似的水平线。

2．.导向滑轮补偿

原理:

则 货物在任一幅度位置处于同一高度而不发生升降

导向滑轮补偿法，货物在变幅过程中的移动轨迹也是一条近似的水平3

该方案中，起升机构和变幅机构装设有一台差动减速器，当起升机构工作时，变幅机构卷筒制动。当变幅机构工作时，起升机构的卷筒按一定传动比反向回转，从而放出一定的起升绳以补偿货物的升（降）。 即：当臂架摆动到任一幅度位置时，（臂架由OAOAi） 臂架头部升高Hi 引起货物升高 ：（Hi-ΔL/mq） 如 起升卷筒能放出起升绳量L=（Hi-ΔL/mq）×mq 则 货物位于同一高度而不发生升（降）。

在该方案中，由于差动减速器的传动比是定值，而臂架摆动到但任一幅

为了保证象鼻梁前端点在变幅过程中沿水平线移动，象鼻梁后段曲线形状必须满足：※ 在任一幅度

※ 拉索和曲线相切

※ 由货物Q、由Q引起的在拉索中的拉力Tl的合力R通过

臂架下铰点O。

即表明在任一幅度位置时由货物引起的变幅阻力为零。

当：由Q及由Q引起的补偿滑轮组的拉力S

Q

mb mq



满足：FQS 作用线通过臂架下铰点O时，即说明在该幅度

.

作货物水平位移曲线并校核，

应满足：ymaxymaxymin0.03RmaxRmin B）货物的不平衡力矩MO



——由于合力FQS不通过臂架下铰点所产生的力矩 分别作各幅度位置的不平衡力矩

MO1F1r1 MO2F2r2 MO3F3r3……… 作出货物不平衡力矩曲线并校核，

应满足：MOmax0.050.1MQ0.050.1QRmax

若不满足高度差及不平衡力矩的要求，则应调整D点位置，重新校核直至满足要求止。

设计合理判椐： ※ △Ymax=∣+△Ymax∣+∣-△Ymax∣

≤0.03（RmaxRmin） ※ △Momax=∣±△Momax∣

≤（0.05～0.1）QRmax

※ V水平max/V水平min 越小越好

（解析法） 基本思路：

a) 根据变幅过程中，起升卷筒不动，即起升钢丝绳总长度不变，建立

货物的移动轨迹曲线方程 yf

式中 为臂架和水平线的夹角

b) △MdQdy ∴ △MQc) 应用计算机求最佳解 注 意：

∣△ymax∣越小不一定△M也越小 △M和货物的移动轨迹曲线的斜率有关，即△M越小，变幅功率也越小。

对于导向滑轮补赏方案，由于纲丝绳饶过的滑轮多，且包角变化大，因而应计及其影响。 例：补赏滑轮组方案

dy

越小， ddy d

y式中： H0∵ S即：Sl1mlq

yL可见l1即补赏滑轮组的定滑轮安置位置D较大地影响了货物的移动轨迹曲线。 令 K

md

tb Lmq

l1L2K2L22L2Ksin

∴ yLsintK22L2sin

△y=yiy1 △Mo=Q

dy

d



S mq

利用计算机对定滑轮安置位置D(d,)，臂架与水平线的夹角minmax等进行优化选取，使MO，y均较小。

(二) 组合臂架补偿方案的设计（刚性四连杆组合臂架）

——起升绳平行拉杆、象鼻梁轴线布置

1． 已 知： Rmax；Rmin；H；臂架端部滑轮直径D0

2． 设计内容：拉杆下铰点O1；臂架长L；拉杆长l；象鼻梁前、段长l1、l2 3． 设计步骤：

1）确定在Rmax时，象鼻梁端点滑轮轴中心线的高度（距臂架下铰点）H0

H0HH2H1 其中：H——轨上起升高度；

H1——轨面至臂架下铰点的高度； H2——吊具至象鼻梁前端点的预留高度。 2）确定计算幅度

当：mq=1时 SmaxRmaxfD02 mq1时 maxRmaxf

SminRminfD02 minRminf 3） 确定拉杆下铰点O1及各杆件尺寸 （图解试凑） a) 拉杆下铰点O1

取：A=（0.15～0.3）B=（0.25～0.4）b) 根据Smax，Smin，H0 2950～1020 1400～450

i. 作Smax，Sminii. 作图求臂架长L，象鼻梁前臂长l1

'

以O为圆心，任取一段长为半径作弧交Smax，； Smin时的臂架轴线于B1'，B2'若：A1B1'A2B2 则重复上述步骤，直止象鼻梁前臂长l1在Smax，Smin时相''等（A1B1''A2B2）；

iii. 根据O1，臂架L及象鼻梁前臂长l1，作图求解拉杆l和象鼻梁后臂长l2

以O1为圆心，任取一段长为半径作弧交Smax，Smin时的象鼻梁前臂的延长

'线于C1'，C2；

'''

若：B1''C1'B2C2，则重复上述步骤，直止象鼻梁后臂长l2在Smax，Smin时''''相等（C1''B1''C2； B2）

x

OBb水平

∴ VAxAP VAVAcos BP

水平水平

一般应满足：VA/VmaxAmin2.6

第四节 变幅驱动系统

第七章 起升机构

第一节 起升机构的基本组成及典型布置 一． 起升机构的作用

※ 用以实现物品的升降运动；

※ 是起重机械不可缺少的部分，是最基本的重要工作机构。

一．主要设计参数

设计参数有：起重量、取物装置重量、起升高度、起升速度、机构工作

级别等。

二．设计计算布骤

1．确定起升滑轮组的型式及倍率，画出卷饶系统简图及传动方案简图； 要求：外形尺寸小、紧凑；

制造、安装、维修方便；

设置可靠的安全辅助装置（如：高度限位；超负荷限制装置等）。 2．卷饶系统计算

1）计算钢丝绳的最大静拉力 Smax

Q计mZ

n

d

Q计 单联： Q计=PQPQ0

双联：吊钩： Q计=0.5PQPQ0 抓斗： Q计=0.66PQ 2）计算选取钢丝绳

应满足：SpSSnSmax 3）标记出钢丝绳：

4）确定滑轮直径： Dh1d绳 5）确定卷筒主要尺寸 直径： Dh1d绳

壁厚δ： 按经验公式初定： δ=0.02D+（10～20）

L≤3D 按压应力校核



L＞3D 按合成应力校核 L＞2D ；D≥1200mm 须校核抗压稳定性 3. 驱动及传动装置计算 1）电动机初选： 起升静功率：Nj＝

（Q＋Q0）v

601000

（kW）

电动机初选：根据 Nj

JC% 初选电动机 电机工作方式 2）减速器选取

传动比：indnt nd——电机额定转速； nt——卷筒转速 nt 减速器选取：

（1）满足 N电N减减速器相应 输入转速 的允许功率 传动比 （2）校核：

输出轴最大的径向力应满足： PmaxSmaxG筒2P 输出轴最大的短时力矩应满足：MmaxMdmaxiM ，

V升V升

Dd绳mvQ

V升

×100%≤10%

若不相符，则应调整卷筒转速 3）计算制动力矩，选取制动器

制动时，应满足： 制动力矩 MZ货物产生的静力矩 MJ

'

即：MJKZMJ

M

'

J

PQPQ0

Xm



D0

 2i

KZ 4）联轴器的选取

联轴器上的最大扭矩应小于联轴器的许用扭矩，即

MC＝nMn[M]

式中：Mn——计算扭矩（Nm）

n——安全系数，对起升机构和非平衡变幅机构n＝1.5；

其他机构n＝1.35；

——动力系数。1.2～2.0 4．电动机校核

1）起动时间（能力）校核

满载起升起动时，电机轴上起动力矩须克服：

货物作用在电机轴上的进静力矩Mj

运动质量起动时作用在电机轴上的惯性力矩 J 包括：直线运动质量的惯性力矩 J1 回转运动质量的惯性力矩 J2 即：MqpMjJ1J2 Mj J1

(PQPQ0)D0

2Xm



1

i

P

Q

PQ0D02

2

2



4gmi

n

J2Jg 

Ji

1.15Jg 2

i1iii

nd

30tq



nd

9.55tq

PQPQ0D02nd

1.15Jg ∴ tq

9.55MqpMj4gm2i2





J ∴ 有：tq

nd

J≤tq=0.5～4S

9.55MqpMj

式中：tq推荐起动时间，根据平均起动时间确定。 2） 发热校核

电机初选后，应进行发热校核，以保证电机的温升在允许范围内。



即应满足：PPS

式中：P——所选电机在相应JC%及CZ值时的允许输出功率。—查“规范” CZ——电机折合每小时全起动次数。 PS——稳态平均功率 PSG

升PQ

1000m

m——电机台数

5．制动器校核（制动时间校核）

制动器初选后，还必须校核其制动能力，即制动时间 满载下降制动，制动器的制动力矩MZ须克服： 制动器的制动力矩MZ须克服：

货物作用在电机轴上的进静力矩M'j

运动质量起动时作用在电机轴上的惯性力矩 J'' 包括：直线运动质量的惯性力矩 J1''

' 回转运动质量的惯性力矩 J2'

'

即：MZM'j+J1'J2'









PQPQ0D0

 M=

m2i

'

j

PPD

J

4gmi

'1

Q

Q0

2

20



2

'

J21.15Jg

'

nd

'nd'

nd2.n0nd 9.55tz



'



30tZ

'nd

∴ tZ

9.55MZM'j

2

PQPQ0D0

1.15JgtZ 22

4gmi



'

ndJtZ≈tq ='9.55MZMj

'



如tZ太长，制动力矩不足，太短，易产生较大的动载，可调整制动弹簧。

第八章 运行机构

第一节 概述

一． 运行机构的作用

1．使起重机或起重小车作水平运动，扩大起重机的工作范围； 2．承受作用在起重机上的外载荷并传递给基础。 二． 运行机构的分类 1．工作性质

工作性运行机构——带载运行的运行机构

如：桥式起重机的大、小车运行机构； 龙门起重机的大、小车运行机构。 特点： 运行速度高，运行是工作循环的一部分。 非工作性（调整性）运行机构

——不带载运行，只是用以调整起重机的工作位置的运行机构

如：门座起重机、汽车起重机、轮胎起重机等

2．支承机构形式 1）有轨运行机构

——沿专门铺设的钢质轨道运行，如门座起重机、桥式起重机等。由于特点：承载能力大；运行阻力小；工作平稳；机构简单；维护方便等。

但工作范围受到一定限制。

应用：广泛用于港口、货场、厂房等场合。 2）无轨运行机构

——采用轮胎或履带在平坦的或稍有坡度的路面上运行 一般都不能带载运行，但其机动性能好。 3）步行是运行机构

——采用支承板，分别交替将起重机抬起并移动。 3．驱动方式

1）自行式运行机构

——运行机构的动力、传动和制动等装置都安装在运行部分上

特点：其驱动力依靠主动轮和轨道间的粘着力传递，驱动力受粘着力限制。 速度较低，自重大，结构较简单。 2）牵引式运行机构

——运行机构其动力、传动和制动等装置则安装在运行部分以外，通常

用钢丝绳来牵引运行部分运行。

特点：驱动力不受粘着力的限制，驱动加速度高，速度高； 自重轻，牵引钢丝绳卷饶系统较复杂。

应用：集装箱装卸桥小车；塔吊臂架上的运行小车等。 三．有轨运行机构的组成

主要由： 支承装置；驱动装置；安全辅助装置等

第二节 有轨运行支承装置 一．概述

有轨运行支承装置采用钢质车轮，在刚质轨道上运行，因而承载能力大、

运行阻力小、维护费用低，在港口起重机上广泛应用。 有轨运行支承装置由车轮、轨道、车架等部分组成。 1．运行载重小车的轨道一般支承在钢机构上；

2．起重机的轨道一般支承在钢机构混凝土结构（码头）；钢结构（桥式）上； 3．［N］和 轨道型式

支承基础 等因素有关

4．若在现有码头上，选用起重机，则应满足：NmaxN］ 5．若Nmax＞［N］则：增加支腿下的车轮数

但：为使轮压均衡——设置均衡梁（衡梁台车）；衡梁台车

※ 对随小车高速运行的司机室运行机构支承装置应设置缓冲减振装置。 二．车轮

1．车轮的作用： 承受垂直载荷及侧向载荷 导向

沿轨道作纯滚动 3．车轮的材料：

※ 多用铸钢 如：ZG270—500 ； ZG340—600；

负荷大的用合金铸钢 如：ZG55SiMn； ZG50MnMo等 小尺寸车轮可用，可用锻钢制作 如：45；50Mn；40Cr等

※ 为提高承载能力和使用寿命，车轮踏面应进行热处理（淬火）， HB300～380以上，淬深15～20 mm,且过度平缓。 4．车轮的踏面

车轮的踏面形状有：园柱形、圆锥形、鼓形等 1）园柱形踏面

工艺性较好，起重机上应用最广泛； 2）圆锥形踏面

（1）园环形轨道，可保证纯滚动，轨道应加工成相应锥面； （2）集中驱动的桥式起重机运行机构中的主动轮； （3）工字钢下翼缘运行的小车车轮，但有滑磨且阻力较大。 3）鼓形踏面

用于环轨直径较大、车轮宽度较小的运行机构。

4．车轮的轮缘及踏面宽度 （1）车轮的轮缘

作用：承受水平侧向力，防止脱轨。 轮缘：有单轮缘；双轮缘和无轮缘 尺寸：厚度 20～25 mm

高度 小车：H=20～25 mm ：大车：H=25～30 mm 斜度 1：5 （2）踏面宽度 B

由于轨道、安装误差

车轮制造、安装误差 轨距、轮距误差 ∴ 双轮缘： B=b轨顶+（20～30）mm 单轮缘： B＞双轮缘的宽度； 5．车轮的计算 1）疲劳计算载荷

2PmaxPmin

(N) Pc

3



Pm起重机正常工作时的最大轮压 ax Pmin起重机正常工作时的最小轮压

 ※ 计算 Pmax；Pmin时 1 起升冲击系数； 2 =1 起升载荷动载系数； 3 突然卸载冲击悉数； 4 运行冲击系数。

2）接触疲劳强度计算

线接触，应满足：PCk1DlC1C2

式中：k——许用线接触应力常数，与材料b有关； D——车轮直径 mm； l——轮轨有效接触长度 mm； C1

——转速系数；

C2——工作级别系数。

R2

点接触：应满足：PCk23C1C2

m

式中：k2——许用点接触应力常数与材料的b有关； R——曲率半径；

m——轨顶曲率半径／车轮曲率半径。 2）接触强渡计算

线接触：应满足：max6000

2Pmax

≤xmax lDl

2

点接触：应满足：max

21Pdmax max

Dlr

式中： l——轮轨有效接触长度 mm； Dl——车轮踏面滚动直径 mm； r——轨顶曲率半径

第三节 有轨运行驱动装置及计算

——包括动力、减速及传动、制动装置等 克服外阻力，使起重机或起重小车运行。

驱动原理 自行式——依靠主动轮和轨道间的粘着力； 牵引式——依靠牵引钢丝绳牵引而运行。 一． 自行式运行驱动装置 （一）主动轮的布置方式

∵ 运行园周驱动力依靠主动轮和轨道间的粘着力——最大静磨擦力

而传递

∴ 主动轮的数量及布置方式，直接影响了起重机在各种工况下是否足够

的主动轮压——足够的粘着力。

主动轮的数量一般为总轮数的1/2，有以下布置形式：

用于回转臂架起重机，臂架在任何位置时，对角线轮压之和不变，中小型

运行 →歪斜

——根据给定或计算的参数

1．确定运行支承装置，有轨驱动装置的机构型式及传动方案； 2．计算选取电动机、减速器、联轴器及制动器等标准另部件； 3．设计计算非标另部件； 4．打滑验算；

5．防风抗滑及锚定等安全辅助装置的设计计算。 （一）设计参数 1．起重量；

2．起重机或小车的自重以及各工况重心位置； 3．运行速度； 4．工作级别等。 （二）运行机构的特点

1．起重机或小车往返运行，运行载荷是双向的；

2．往返运动质量在起（制）动时的惯性力矩对机构的影响较大，即起（制）动时，转换到高速轴上的转动惯量大；

——另部件的计算载荷应由电机→计算另部件。

3．有可能打滑——对轮压最小的主动轮进行打滑验算。 （三）设计计算 1．运行阻力W

起重机在稳定直线运动是，其运行阻力：

d——车轮轴枢直径

W附加——车轮轮缘与轨道接触产生的摩擦阻力，是变值 计算是，用附加系数计及其影响。

d2f2fd∴ WmPPP

DDD

对整台起重机，则：

2fd2fd

Wm=pPQPG

DD

（2）风阻力Wf——作用在起重机上的风载引起的运行阻力 WfCqA

（3）坡道阻力Wp——起重机在坡道上运行引起的阻力 WpPQPGsin ——用坡度角表示； WpPQPGp ——用坡度表示。

4

1

QQQ

∴ Wa23

111 当：倍率为m时 ∵ S1Q

1

1m

SmS1m1Q Wa =SmS1Q

1m1

 m

1

1

1m1 m

1





ql2

Wb

8h

2．计算选取电动机 （1）运行静功率



1WjV行

Nj （KW） V行——运行速度；（米/分）

m100060

——电机至车轮的效率 （2）电机初选

NdjckdNjN kd——考虑起动时惯性阻力的功率增大系数 根据 NdJC

JC% 初选电动机 工作方式 （3）电动机校核

a) 起动能力（起动时间）校核

即：正常工作时（Ⅰ类载荷）的起动时间不太长 起动时（m台电动机）： mMpqMjJ1J2

 Mj(WmWfWp)

Dl1



2i

J1

P=

Q

2

PGV行

2 g

V行

nlDl

60

； 

nl

30

P

J=

1

Q

PGDl2

2

4gi

n

J2mJg

Ji

1.15mJg 2

i1iii



d

tq



nd

9.55tq

∴ mMpq

2

PPDndQGl

Mj1.15mJg2

4gi9.55tq

∴ tq

nd

Jtq 

mMPQMj9.55



式中：tq——推荐起动时间 根据平均起动加速度确定：ab）短时过载能力校核

起重机在满载稳定运行时，在出现工作状态下最大静阻力时，电机仍能正常工作。



MWW 即：Mjmaxmpf



V行60tq

D11

Mdmax2.25Mde 2im

c）发热校核 即满足：PPS

式中：P——电机相应JC%、CZ时的允许功率； PS——电机稳态平均功率； PSGPQPGpWf



10V0m0

行

式中：G——运行机构稳态负载平均系数； ——摩擦阻力系数； p——坡道阻力系数。 3．计算选取制动器 1）制动力矩

运行机构的制动器的制动力矩应满足： a）工作状态最不利工况

即：满载、顺风、下坡运行制动，且不计啃轨（1），应在一定的时

间内制动：大车tZ6～8 S ； 小车tZ3～4 S

b）非工作状态最不利工况

防爬抗滑装置不参工作，在粘着力足够的条件下，起重机不被风吹动，且有一定的安全裕量。

c）空载、无风、无坡等最有利工况下，制动不致过于猛烈，即tZmin1～

1.5S

∴ 制动力矩MZ 应按a)：b)二种工况取大者选取制动器； 按c)工况验算制动时间。 即：mM(WWpWm

aZ

f

0

Dnd)l

2i9.55tZ

PQPGDl2

1.15mJg 2

4gi



ndJD0

WfWpWml =

9.55tZ2i



nd

mM

9.55tZ

bZ

PGDl2Dl0

1.15mJg(WfWpWm)2

2i4gi



ndJDl0

WfWpWm =

9.55tZ2i



取大者选取制动器 验算制动时间:tZmin

4．打滑及打滑验算

1）打滑——起动时，车轮空转或连滚带滑，起重机不前或运动缓慢 制动时，车轮滑动，但起重机向前运动 2）不打滑条件：

起动时，作用在主动轮圆周上的驱动力＜主动轮与轨道间的最大

静磨檫力（附着力或粘着力） 即：

2

W从磨W风W坡W惯



ndJ1～1.5 S 9.55MZM'j

＜

N主粘K

制动时，作用在主动轮圆周上的驱动力＜主动轮与轨道间的最大静

磨檫力（附着力或粘着力）

3）避免打滑的措施：

（1）增加主动轮与轨道间的粘着力N主粘K

※ 足够的主动轮数N主

※ 合理布置主动轮，保证各工况下有足够的主动轮轮压

（2）清洁轨道，工作中可在轨道上撒砂粘 （3）合理选择电动及制动器tq及tZ不太短Wg

第九章 回转机构

第一节 概述

一．回转机构的作用：

1．回转部分对非回转部分实现回转运动；

2．货物绕回转轴线作回转运动——货物水平面内移动。 二．回转机构的组成

回转支承装置 回转驱动装置 三．回转机构的类型

根据回转支承装置类型有： 柱式回转机构

转盘式回转机构

第二节 回转支承装置 一．作用

1．承受载荷，并传递给固定部分（垂直、水平、倾复力矩）

2．使回转部分对中－—有确定的回转运动 3．防止回转部分倾复 二．回转支承装置的型式

二大类：柱式：转盘式 （一） 转盘式 1．共同结构特点

起重机回转部分装设在一大型结构件（转盘；转台）上，通过滚动体支

承于起重机的固定部分

组成：随回转部分一起回转的柱式结构；上支承及下支承。

1）

※ 不变）；

※ 2） 下支承——承受 采用： 3） 特点

上、下支承距离↑，水平力↓ ，多用于倾覆力矩大，不受高度限制的门

座起重机，如：大型船厂安装门座起重机。

转动惯量较定柱式大，功率也较大，但半转柱式布置方便，在港口门座

起重机上应用较多。 三．回转支承装置计算 （一）计算载荷

根据起重机计算载荷组合类别，按三类载荷进行计算及组合： 1．工作状态正常载荷——疲劳计算载荷

工况： ∵ 幅度变化 ∴ 取Rx(0.70.8)Rmax PQx 且平稳起（制）动 载荷： Pf —— 风载荷 Pp=PGsinr——坡道载荷

 PT(PQPQ0)tg——偏摆载荷

Pl——回转离心力

Pg——回转制动时的切向惯性力 PZ=

Mei

——未级开式齿轮啮合力

rZcos

2．工作状态最大载荷——强度计算载荷 按以下两种工况分别计算取大值， 即：

1）臂架处于Rmax位置，沿地面max，起升质量突然离地提升（2PQ），

作用有Pf，计及回转质量冲击（1PG1）；

2）臂架处于Rmax位置，沿地面max，起吊额定起重量，回转、变幅机构同

时起（制）动，作用有Pf，计及起升绳偏摆（）水平力，同时计及回转自重和未级开式齿轮啮合力PZ。

3．非工作状态最大载荷——强度验算载荷 按以下两种工况分别计算取大值， 即：

1）臂架处于Rmin位置，沿地面max，空载，作用有非工作最大风载荷Pf； 2）试验载荷作用，即：动载110%PQ ；静载125%PQ，无风，仅起升机

构工作。

以上各载荷计算后，分别归纳为：倾复力矩 MMi 水平力 HHXHY 垂直力 VVi 4．配重的作用及确定原则

作 确定原则：

满载时的前倾力矩==

Rmin

即：

(PQ ∴ Gd ∴ ※ 第三节 回转驱动装置 （一）特点：※ 传动比大

※ 外阻力变化大，惯性载荷大，设置脚踏式常开式制动器；

※ 回转运动质量大，起（制）时转动惯量大，惯性载荷大，

设置极限力矩联轴器。

（二）回转驱动装置传动型式

回转驱动装置一般设在回转部分，也有设在固定部分。

1．组成：电动机、传动及减速装置、未级开式齿轮、制动装置、过载保护

装置等

2．传动型式（驱动装置设在回转部分）

1） 卧式电机→带极限力矩限制器的蜗轮蜗杆减速器→行星小齿轮或针

轮；

特点：结构紧凑，传动比大，但传动效率低。

计算Nj、疲劳时，应取取等取效值Mpx=

二．电动机选取





2Mpd



0.7Mpmax

MxIn(MmMfxMpx)n

1．静功率 Nj n——回转速度 弧度/秒 

10001000



Mxn

= n——回转速度 转/分

9550

2．选电动机

NJC%KdNj

Kd——功率增大系数 Kd1.2～1.8 3．电机校核 1）起动校核

起动时：MqpMjMg=Mj(J1J2J3)



) 式中：Mj(MmMfMp

1

i

J11.15Jg——传动系回转质量的转动惯量； J2

PQR2i

i

2

——货物的转动惯量；

J3

m

2

li2

i

——其他回转质量的转动惯量；



nd

9.55tq



tq 

PQR2mili2nd

1.15Jg∴ tq29.55MqpMjii2



tq——推荐起动时间 tq3～5 S 无风 =4～10 S 有风

2）短时过载能力校核





应满足：MmaxMmMfmaxM

1

Mdmax2.25Mde i

3）发热校核

应满足：PPS

PS

MG

fx

MmMpxn



9550i

——稳态平均功率

G——稳态负载平均系数 三．制动器

回转机构的传动系中，一般在高速轴制动器后装设有极限力矩联轴器 1．当装设力矩联轴器时：

制动器的制动力矩应和力矩联轴器传递的力矩相应，否则，力矩联轴器不起作用。

Jgnd

 力矩联轴器的力矩：Ml1.15Mdmax9.55tq



ildld 

式中：JgJdJl ——高速轴上的转动惯量 ∴ MZMl

ld

ild



1.15Jgnd9.55tq

2．当不装设力矩联轴器时： MZ

Jnd

M

9.55tq

式中：M(MfmaxMpmaxMm)



i

第九章 变幅机构

第一节 概述

幅度： 取物装置中心线——回转中心线间的水平距离（回转起重机） 取物装置中心线——臂架铰点中心线间的水平距离（固定起重

机）

一． 变幅机构的作用

1．在满足稳定性条件下，调整取物装置位置以适应：起重量

货物位置 要求

2．货物在臂架摆动平面内作径向移动 二． 变幅机构的类型及特点 （一）根据变幅方式： 1．载重运行小车式

——载重小车沿水平臂架弦杆上的轨道运行，从而使货物作径向移动。 特点：货物作水平移动；变幅速度恒定；货物偏摆小；幅度有效利用率高；

变幅功率小等。但臂架受力不利，多台起重机作业时干涉。 应用：建筑、船台塔式起重机等 2．摆动臂架式

——依靠臂架绕水平铰轴摆动，达到改变负担的目的。

特点：货物作径向移动的同时作升降运动，变幅功率较大，多台起重机作

业时不会干涉。

应用：起重机广泛应用 3．伸缩臂架式

在液压驱动的流动起重机中，为了提高其机动性，臂架多为可伸缩臂

架，通过臂架伸缩，在改变幅度的同时，也可增加起升高度。 （二）按变幅机构的工作性质： 1．非工作性（调整性）变幅机构

特点：一般不带载变幅（调整取物装置位置）；

不是每个工作循环都须变幅，因而，变幅次数少，变幅速度低；

构造简单，自重轻、紧凑。

应用：工作不频繁的安装塔吊、流动起重机等。 2．工作性变幅机构

特点：带各种大小载荷变幅；

每工作循环主要环节，变幅频繁，幅度变化范围大，变幅速度高； 构造较复杂，自重较大

应用：港口装卸门机、船台门机、浮式起重机等

i时

i 升（降）Hc ，升（降）量为： b(l1li)/mq 磨擦阻力惯性阻力等外，臂架重心升变幅阻力越大.

——变幅过程中货物重心、臂架重心沿水平线或接近水平线移动。 货物水平位移补偿系统—— 货物重心在变幅过程中沿水平线或近似

水平线移动。

臂架自重补偿系统——臂架系统的重心在变幅过程中沿水平线或近似

水平线移动。

第二节 臂架系统的自重平衡

——臂架系统的重心在变幅过程中沿水平线或近似水平线移动。

一．基本方案及原理

——利用活对重—杠杆系统

—挠性构件 使臂架系统的合成重心在变幅过程

中沿近似水平线移动

11 2） ※ Gd对起重机的稳定性的作用改善； ※ 布置方便；

※ 臂架的合成重心沿近似水平线移动。 是目前我国应用最广泛的一种型式。 0

∴ 只要O1点、Gd等选择得当，臂架的合成重心在变幅过程中沿近

似水平线移动。

2） 特点：※ 结构简单，重量轻；

※ 合成重心较低，有利稳定性； ※ 起重机的尾部半径较小； ※ 扰性构件易磨损；

※ 合成重心沿近似水平线移动。 多用于浮式起重机中。

（三）．无对重的臂架自重补偿系统方案

——根据臂架系统的结构特点使其合成重心在变幅过程中沿水平线移

连杆BD绕D点摆动，另一端和臂 在沿垂直轨道运行的小车上，其中： 架的B点铰接，且DB=CB=BE DE=EF=EG=FB/4

根据椭园规原理： 根据椭园规原理：

当铰点沿垂直轨道运行时，臂架 臂架上一点G（DE=EF=EG=FB/4） 上一点E（EB=BC=DB）沿水平线 沿水平线移动，若将臂架系的合成 移动，臂端轨迹为一椭圆。将臂系 重心设计在该点，则在变幅时，其合合成重心设计在该点，则在变幅时， 成重心沿水平线移动。 其合成重心沿水平线移动。

二．臂架自重平衡系统的设计

臂架自重平衡系统有多种型式，仅介绍杠杆——活对重方案的设计。

基本设计方法

（1） 图解法——作图—校核—修正—再校核，直至满足要求。 （2） 解析法——建立数学模型，计算机求解。

（一）图解法 见课本

1．已知条件：

Rmax、Rmin时臂架位置，臂架各构件的重量、重心位置，最大尾部半径，平衡梁铰点位置。 2．设计任务

确定对重重量；杠杆系统尺寸；连杆尺寸及和臂架的铰接点位置。 3．步骤

1） 根据Rmax、R定对重重量。 ∵ Gbh1G∴ Gd

Gbh1

'

h1

2 重的位置

∵ Gbh2Gd

'

∴ h2

Gbh2

从而，可得对重在中间位置时，对重的位置g2 Gd

3）连杆和臂架的连接铰点位置

根据：总体布置；驱动齿条或驱动螺杆的行程及驱动力；臂架受力等确定。 4）确定对重杠杆和连杆的铰点D

' A）在o1g3和o1a3相对位置不变的条件下，则o1a3o1a3； o1g3o1g1位置，' B）在o1g2和o1a2相对位置不变的条件下，o1g2o1g1位置，则o1a2o1a2 '''''' C）连接a1a2；a2；a2a3，并分别作a1a2a3的垂直平分线，交于D1点，

则：D点为所求（初求） 5）不平衡力矩校核

A）在Rm分别求各幅度位置时的不平衡力矩： ax和Rmin间取≥7个幅度位置，

iii

即：MOMO(b)Mo111 有：MOMOM(b)22 MOMO(b)M . . .

777 MOMO(b)M B）校核

x △MO＜0 设计合理判椐： ※ Rma时

MO＞0 n △ Rmi时

※ ∣+△Momax∣≈∣-△Momax∣ ※ ∣△Momax∣≤（0.05～0.1）

=QRmax

MQ

（二） 解析法

已知条件：

Rmax、Rmin时臂架位置，臂架各构件的重量、重心位置，最大尾部半径，平衡梁铰点位置。 基本思路：

A）建立变幅过程中臂架系统重心的移动轨迹曲线方程

yf() 式中为臂架和水平线的夹角

B）根据功能原理求变幅过程中臂架系统自重不平衡引起的阻力

矩。即：

MdGdy MG C）应用计算机求最佳解

说明：

货物水平位移补偿系统；

臂架自重补偿系统； 应综合考虑并满足以下要求：

x △MO＜0 ※ Rma时

dy

d

MO＞0 n △ Rmi时

※ ∣+△Momax∣≈∣-△Momax∣

※ ∣△Momax∣越小越好

※ △Ymax≤0.03（RmaxRmin） 且越小越好

/V水平mi n越小越好 ※ V水平max

第三节 货物水平位移补偿系统

一． 货物水平位移补偿的主要方案、原理及特点

绳索补偿 组合臂架补偿

（一）绳索补偿

共同特点：

补偿滑轮组由DADAi 货物下降 ΔLmb/mq 则 货物在同一高度

若 在任一幅度位置 Hi=ΔLmb/mq 则 货物在任一幅度位置处于同一高度 由于

mb

C Hi/ΔL≠C（常数） mq

∴ 货物在变幅过程中的移动轨迹是一条近似的水平线。

2．.导向滑轮补偿

原理:

则 货物在任一幅度位置处于同一高度而不发生升降

导向滑轮补偿法，货物在变幅过程中的移动轨迹也是一条近似的水平3

该方案中，起升机构和变幅机构装设有一台差动减速器，当起升机构工作时，变幅机构卷筒制动。当变幅机构工作时，起升机构的卷筒按一定传动比反向回转，从而放出一定的起升绳以补偿货物的升（降）。 即：当臂架摆动到任一幅度位置时，（臂架由OAOAi） 臂架头部升高Hi 引起货物升高 ：（Hi-ΔL/mq） 如 起升卷筒能放出起升绳量L=（Hi-ΔL/mq）×mq 则 货物位于同一高度而不发生升（降）。

在该方案中，由于差动减速器的传动比是定值，而臂架摆动到但任一幅

为了保证象鼻梁前端点在变幅过程中沿水平线移动，象鼻梁后段曲线形状必须满足：※ 在任一幅度

※ 拉索和曲线相切

※ 由货物Q、由Q引起的在拉索中的拉力Tl的合力R通过

臂架下铰点O。

即表明在任一幅度位置时由货物引起的变幅阻力为零。

当：由Q及由Q引起的补偿滑轮组的拉力S

Q

mb mq



满足：FQS 作用线通过臂架下铰点O时，即说明在该幅度

.

作货物水平位移曲线并校核，

应满足：ymaxymaxymin0.03RmaxRmin B）货物的不平衡力矩MO



——由于合力FQS不通过臂架下铰点所产生的力矩 分别作各幅度位置的不平衡力矩

MO1F1r1 MO2F2r2 MO3F3r3……… 作出货物不平衡力矩曲线并校核，

应满足：MOmax0.050.1MQ0.050.1QRmax

若不满足高度差及不平衡力矩的要求，则应调整D点位置，重新校核直至满足要求止。

设计合理判椐： ※ △Ymax=∣+△Ymax∣+∣-△Ymax∣

≤0.03（RmaxRmin） ※ △Momax=∣±△Momax∣

≤（0.05～0.1）QRmax

※ V水平max/V水平min 越小越好

（解析法） 基本思路：

a) 根据变幅过程中，起升卷筒不动，即起升钢丝绳总长度不变，建立

货物的移动轨迹曲线方程 yf

式中 为臂架和水平线的夹角

b) △MdQdy ∴ △MQc) 应用计算机求最佳解 注 意：

∣△ymax∣越小不一定△M也越小 △M和货物的移动轨迹曲线的斜率有关，即△M越小，变幅功率也越小。

对于导向滑轮补赏方案，由于纲丝绳饶过的滑轮多，且包角变化大，因而应计及其影响。 例：补赏滑轮组方案

dy

越小， ddy d

y式中： H0∵ S即：Sl1mlq

yL可见l1即补赏滑轮组的定滑轮安置位置D较大地影响了货物的移动轨迹曲线。 令 K

md

tb Lmq

l1L2K2L22L2Ksin

∴ yLsintK22L2sin

△y=yiy1 △Mo=Q

dy

d



S mq

利用计算机对定滑轮安置位置D(d,)，臂架与水平线的夹角minmax等进行优化选取，使MO，y均较小。

(二) 组合臂架补偿方案的设计（刚性四连杆组合臂架）

——起升绳平行拉杆、象鼻梁轴线布置

1． 已 知： Rmax；Rmin；H；臂架端部滑轮直径D0

2． 设计内容：拉杆下铰点O1；臂架长L；拉杆长l；象鼻梁前、段长l1、l2 3． 设计步骤：

1）确定在Rmax时，象鼻梁端点滑轮轴中心线的高度（距臂架下铰点）H0

H0HH2H1 其中：H——轨上起升高度；

H1——轨面至臂架下铰点的高度； H2——吊具至象鼻梁前端点的预留高度。 2）确定计算幅度

当：mq=1时 SmaxRmaxfD02 mq1时 maxRmaxf

SminRminfD02 minRminf 3） 确定拉杆下铰点O1及各杆件尺寸 （图解试凑） a) 拉杆下铰点O1

取：A=（0.15～0.3）B=（0.25～0.4）b) 根据Smax，Smin，H0 2950～1020 1400～450

i. 作Smax，Sminii. 作图求臂架长L，象鼻梁前臂长l1

'

以O为圆心，任取一段长为半径作弧交Smax，； Smin时的臂架轴线于B1'，B2'若：A1B1'A2B2 则重复上述步骤，直止象鼻梁前臂长l1在Smax，Smin时相''等（A1B1''A2B2）；

iii. 根据O1，臂架L及象鼻梁前臂长l1，作图求解拉杆l和象鼻梁后臂长l2

以O1为圆心，任取一段长为半径作弧交Smax，Smin时的象鼻梁前臂的延长

'线于C1'，C2；

'''

若：B1''C1'B2C2，则重复上述步骤，直止象鼻梁后臂长l2在Smax，Smin时''''相等（C1''B1''C2； B2）

x

OBb水平

∴ VAxAP VAVAcos BP

水平水平

一般应满足：VA/VmaxAmin2.6

第四节 变幅驱动系统