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一、選題依據(jù)及意義：
起重機(jī)械師現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中實現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動化、減輕繁重體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率的重要工具和設(shè)備。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大以及自動化程度的提高，作為物料搬運重要設(shè)備，它在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中的作用越來越大、應(yīng)用越來越廣，如在港口碼頭和鐵路車站，沒有起重機(jī)械，裝卸工作就不能進(jìn)行；在冶金生產(chǎn)中，起重機(jī)械已運用于金屬生產(chǎn)的全部過程；現(xiàn)代建筑工程，不能離開起重機(jī)械；在農(nóng)業(yè)和林場，最困難、最非禮的工作也由起重機(jī)來完成；在核電站中，采用特殊的起重機(jī)，用以代替人的操作去擔(dān)當(dāng)對人體健康有嚴(yán)重危害的工作?？茖W(xué)技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展推動了現(xiàn)代設(shè)計和制造能力的提高，激烈的國際市場也越來越依賴于技術(shù)的競爭，這些都促使國內(nèi)外各種起重機(jī)制造企業(yè)不斷地完善和發(fā)展起重機(jī)提高勞動生產(chǎn)率以及增強(qiáng)市場競爭力。
二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢：
一、國外起重機(jī)的特點及發(fā)展趨勢
近年來，隨著世界銷售市場對起重機(jī)械的需求量的不斷增加，國外各起重機(jī)廠家大多采用優(yōu)化設(shè)計等 現(xiàn)代設(shè)計手段以提高設(shè)計效率。有關(guān)資料表明，美國、德國、日本等一些起重機(jī)公司都廣泛應(yīng)用CAD技術(shù)，徹底拋棄了傳統(tǒng)的圖板，并且還與計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）和計算機(jī)輔助制造(CAM)相銜接，做到了無圖化生產(chǎn)。
國外起重運輸機(jī)械發(fā)展到今天，已經(jīng)到了比較成熟的地步，其結(jié)構(gòu)形式基本上都是經(jīng)過反復(fù)優(yōu)化設(shè)計，并經(jīng)過實踐檢驗的。隨著計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，許多國外起重機(jī)制造商應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)(CAD)，以及模塊化設(shè)計方法，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)備迅速組合和安裝，減少標(biāo)準(zhǔn)件外組合部分的加工制造。組合構(gòu)件的使用對生產(chǎn)非標(biāo)準(zhǔn)件起重機(jī)來講，有助于減少成本。當(dāng)前，國外起重機(jī)特點和發(fā)展趨勢有三大特征：
1、 系列產(chǎn)品模塊化、組合化和標(biāo)準(zhǔn)化
用模塊化設(shè)計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機(jī)設(shè)計方法，將起重機(jī)上基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)結(jié)要素和可以互換的標(biāo)準(zhǔn)模塊，通過不同模塊的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機(jī)。對起重機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，只需針對某幾個模塊。設(shè)計新型起重機(jī)，只需選用不同模塊重新進(jìn)行組合?？墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機(jī)改換成具有相當(dāng)批量的模塊生產(chǎn)，是想高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，企事業(yè)的生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。達(dá)到改善整機(jī)性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格的零部件組成多品種、多規(guī)格的系列產(chǎn)品充分滿足用戶需求。據(jù)資料介紹，德馬克公司的葫蘆雙梁起重機(jī)系列改用模塊化設(shè)計后，比單件設(shè)計其設(shè)計費用下降了12%，自重輕，與國內(nèi)產(chǎn)品相比較，起重量為32t，跨度25m，國內(nèi)雙梁起重機(jī)自重46.4t，電動葫蘆橋式起重機(jī)自重28.3t，而德馬克電動葫蘆橋式起重機(jī)的自重只有18.5t，比國內(nèi)產(chǎn)品分別輕60%和35%。
2、 起重機(jī)的大型化、高速化和專用化
出于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中無聊裝卸般運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機(jī)的需求量不斷增長，起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能好和可靠性提出了更高的要求目前試劍石最大的履帶起重機(jī)為德馬克公司生產(chǎn)的CC8800-1TWIN，其最大起重量為3200t；最大的橋式起重機(jī)起重量達(dá)1200t；生產(chǎn)率達(dá)8000~10000t/h的斗輪堆取料機(jī)；自動化立體倉庫巷道堆垛機(jī)最大的運行速度達(dá)400m/min；最大的帶式輸送機(jī)寬達(dá)3.2m，輸送能力達(dá)37500t/h和單機(jī)最大輸送距離超過30km等。
3、起重機(jī)性能自動化、智能化/和數(shù)字化
起重機(jī)的跟新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進(jìn)。將機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)相結(jié)合，將先進(jìn)的計算技術(shù)、微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、光纜技術(shù)、液壓技術(shù)、模糊控制技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)實現(xiàn)起重機(jī)的自動化和智能化。大型高效起重機(jī)新一代電器控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。主要又全數(shù)字化控制驅(qū)動裝置、可編程序控制器、故障診斷及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、數(shù)字化操作縱給定檢測等設(shè)備組成。變壓變頻調(diào)速、射頻數(shù)據(jù)通訊、故障自診監(jiān)控、吊具防搖的模糊控制、激光查找起吊重物重心、近場感應(yīng)防碰技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、載波通訊及控制、無接觸供電及三維條形碼技術(shù)等將廣泛得到應(yīng)用，使起重機(jī)具有更高的揉性，以適應(yīng)多批次少批量的柔性生產(chǎn)模式，提高單機(jī)綜合自動化水平。
二、國內(nèi)起重機(jī)設(shè)計現(xiàn)狀及存在的問題
1、設(shè)計手段不完善、與先進(jìn)技術(shù)結(jié)合較少
目前，國內(nèi)起重機(jī)還處于傳統(tǒng)設(shè)計階段，設(shè)計手段欠完善，與先進(jìn)的技術(shù)結(jié)合的也比較少。不過近些年來隨著設(shè)計技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收，有了長足的進(jìn)步，產(chǎn)品的性能、可靠性、外觀都有較大幅度的提高，企業(yè)也在不斷向大規(guī)模、系列化方向發(fā)展，但國內(nèi)的起重機(jī)在設(shè)計技術(shù)水平上與國外還有一定差距，這與國內(nèi)配套力量薄弱不無關(guān)系。所以我們更需要借鑒吸收國外先進(jìn)技術(shù)、采取國際化配套，提高產(chǎn)品起點，并且在設(shè)計中結(jié)合新的設(shè)計理念、方法及手段以滿足工業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變和用戶需求的多樣性，以實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)模化、系列化合精細(xì)化，提高產(chǎn)品生產(chǎn)成本以及質(zhì)量，增加產(chǎn)品性價比，從而提高企業(yè)的核心競爭力。
2．設(shè)計效率太低、通用性較差
長期以來，起重機(jī)設(shè)計利用圖板手工設(shè)計制圖，需要較長的設(shè)計周期。而且由于設(shè)計及工藝原因，國內(nèi)制造的起重機(jī)交貨期約為國外先進(jìn)企業(yè)的兩倍，效率較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)競爭的要求，使企業(yè)失掉了不少機(jī)遇。一些起重機(jī)制造商隊與成系列、成批量的通用起重機(jī)產(chǎn)品（如5~50t雙梁橋式起重機(jī)），為了降低成本，簡化生產(chǎn)管理，通用化設(shè)計現(xiàn)狀只做到對車輪組、滑輪組、卷筒組合聯(lián)軸器的通用化設(shè)計，對于運行機(jī)構(gòu)、小車架，仍只能按不同起重量設(shè)計，橋架端則按不同起重量，不同小車軌距多寬設(shè)計，對橋式起重機(jī)的設(shè)計不能使整機(jī)與機(jī)構(gòu)、機(jī)構(gòu)與部件、部件與零件之間的參數(shù)合理匹配。
3.設(shè)計進(jìn)行類比，工藝水平較低
在起重機(jī)的設(shè)計過程中，一方面由于其產(chǎn)品相對定型，根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計手冊》中推薦的尺寸進(jìn)行選擇，一般工廠設(shè)計不做基數(shù)按，當(dāng)有相近參數(shù)起重機(jī)需求時，則選擇類比放大導(dǎo)致截面尺寸變得越來越大，從而起重機(jī)的質(zhì)量、大車驅(qū)動機(jī)構(gòu)、廠房基礎(chǔ)投資增大，造成很大浪費。隨著起重機(jī)向大噸位、高參數(shù)、低噪聲、小振動及輕型化方向的不斷發(fā)展，原有定型產(chǎn)品越來越不能適應(yīng)當(dāng)前要求，市場需要性能優(yōu)良，，經(jīng)濟(jì)性好的橋式起重機(jī)。另一方面，由于國內(nèi)企業(yè)，普遍缺乏生產(chǎn)技術(shù)，工藝水平較低，一些起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的工裝設(shè)備、裝配及檢測手段比較落后，油漆及焊接工藝不過關(guān)，較為粗糙，嚴(yán)重影響了起重機(jī)的質(zhì)量。
4.專業(yè)化協(xié)作水平、通用化設(shè)計水平低
目前，我國專業(yè)化協(xié)作目前只做到20%,80%仍靠企業(yè)自己設(shè)計、制造。一臺起重機(jī)中只有電動機(jī)、減速器、制動器及一些電氣元件可外購，其它鉚焊件、機(jī)加工件、主梁、車輪組、端梁、小車架仍靠企業(yè)自行設(shè)計，這樣需花費大量的時間，影響了起重機(jī)的生產(chǎn)周期。
5、CAD交互式缺乏最主要的原因是由于對于CAD技術(shù)和方法研究比較有限，CAD技術(shù)作為一種先進(jìn)的設(shè)計手段和工具逐漸為工程技術(shù)人員和設(shè)計人員接受和掌握，已經(jīng)在專業(yè)機(jī)械設(shè)計中發(fā)揮著越來越大的作用。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展會對CAD技術(shù)本身及其應(yīng)用提出更高更嚴(yán)的要求，國內(nèi)大型起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的CAD設(shè)計系統(tǒng)的實際應(yīng)用及推廣任務(wù)仍然十分艱巨。
三、現(xiàn)代設(shè)計方法在起重機(jī)設(shè)計中的應(yīng)用
目前我國起重機(jī)的設(shè)計能力薄弱、設(shè)計方法落后，所進(jìn)行的設(shè)計主要是按許多用應(yīng)力法進(jìn)行的，導(dǎo)致我國起重機(jī)與國外先進(jìn)發(fā)達(dá)國家相比消耗了過多的材料和能源，嚴(yán)重影響了我國起重機(jī)產(chǎn)品的競爭能力。近些年來，國際上現(xiàn)代設(shè)計理論和現(xiàn)代設(shè)計方法應(yīng)運而生，并且越來樂受重視，所以國內(nèi)起重機(jī)的法杖必須引人現(xiàn)代設(shè)計方法，才能設(shè)計出更符合實際使用工況，更注重功能性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性的起重機(jī)。
現(xiàn)代設(shè)計理論是對產(chǎn)品原理和機(jī)理的科學(xué)總結(jié)?，F(xiàn)代設(shè)計方法是基于設(shè)計理論形成的，他把設(shè)計對象看成一個系統(tǒng)，同時考慮系統(tǒng)與外部的聯(lián)系，用系統(tǒng)工程的給你按進(jìn)行分析和綜合，力求系統(tǒng)整體最優(yōu)?，F(xiàn)代設(shè)計開發(fā)強(qiáng)調(diào)綜合考慮與分析市場粗球，設(shè)計、生產(chǎn)、管理、使用和銷售等各方面因素；強(qiáng)調(diào)綜合運用優(yōu)化設(shè)計、系統(tǒng)工具、可靠性理論、價值工程、計算機(jī)技術(shù)等科學(xué)技術(shù)知識，探索多種解決設(shè)計問題的科學(xué)途徑；它把經(jīng)驗的類比的設(shè)計觀點變成邏輯的、推理的、系統(tǒng)的設(shè)計觀點，采用懂太多、多變量的、多方案的、擴(kuò)展性的設(shè)計思維方式；具有系統(tǒng)性、創(chuàng)造性、綜合性和程式性的特點。設(shè)計方法分為適用于不同類型產(chǎn)品設(shè)計的一般方法和面向特殊產(chǎn)品的具體方法。常見的一般方法包括：創(chuàng)新設(shè)計方法、可靠性設(shè)計方法、最優(yōu)化設(shè)計方法、有限元設(shè)計方法、綠色設(shè)計方法、虛擬設(shè)計方法、并行設(shè)計方法、反求設(shè)計方法、抗疲勞設(shè)計方法、防腐蝕設(shè)計法、動態(tài)設(shè)計法、價值工程發(fā)、計算機(jī)仿真和動態(tài)模擬方法、網(wǎng)絡(luò)分析設(shè)計方法的等。
隨著這些設(shè)計方法在我國陸續(xù)使用，我們可以再起重機(jī)整機(jī)、結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)、電氣和液壓設(shè)計中來采用適宜的現(xiàn)代設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計，比如：對起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計可考慮有限元設(shè)計方法及最優(yōu)化設(shè)計方法，以最大限度減輕起重機(jī)自重和降低能耗；對起重機(jī)電器部件及電氣系統(tǒng)設(shè)計時可考慮采用可靠性設(shè)計法和創(chuàng)新設(shè)計方法，不斷提高可靠度及零件和機(jī)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新能力，使部件和機(jī)構(gòu)越來越精巧；為了快速推出新產(chǎn)品，在對起重機(jī)進(jìn)行設(shè)計時，可考慮廣泛運用并行設(shè)計方法；對超大型設(shè)備還可考慮計算機(jī)仿真與動態(tài)模擬方法；考慮現(xiàn)代社會的環(huán)保要求，綠色設(shè)計方法也需要進(jìn)行推廣。
三、研究內(nèi)容及實驗方案
1.5m3單軌抓斗起重機(jī)是用來對物料起重、運輸、裝卸和安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，它可以減輕體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率或在生產(chǎn)過程中進(jìn)行某些特殊的工藝操作，實現(xiàn)機(jī)械化和現(xiàn)代化。
1、查閱國內(nèi)外有關(guān)抓斗起重機(jī)方面的相關(guān)資料；
2、了解抓斗起重機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；
3、通過查閱資料，了解抓斗起重機(jī)的特點及易出現(xiàn)的問題；
4、結(jié)合抓斗起重機(jī)的常用使用情況，通過室內(nèi)實驗分析所用材料的強(qiáng)度，計算相關(guān)數(shù)據(jù)，認(rèn)真校核，進(jìn)行評估，綜合得出最佳方案；將所學(xué)知識應(yīng)用于該產(chǎn)品的設(shè)計中，并運用現(xiàn)代設(shè)計方法使該產(chǎn)品更完善
四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度
課題的性質(zhì)為通過實踐加深對理論知識的理解和應(yīng)用能力。
主要內(nèi)容包括
1. 查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯撰寫開題報告 1.30～2.27 4周
2．運動及動力參數(shù)計算 2.28～3.13 2周
3．總裝圖設(shè)計 3.14～4.04 3周
4 主要零、部件強(qiáng)度及選用計算 4.05～4.19 2周
5．繪制零、部件圖 4.20～5.04 2周
6．編寫設(shè)計計算說明書（畢業(yè)論文） 5.05～5.19 2周
7．畢業(yè)設(shè)計審查、畢業(yè)答辯 5.20～6.03 2周
五、參考文獻(xiàn)
【1】 孫桓等主編.機(jī)械原理. 北京：高等教育出版社，2001
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