武汉理工大学 刘金华教授

　　一、概述

　　1、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)

　　2、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，达到改变幅度的目的。

　　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、大型起重机等等。

　　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

　　(三)工作性能：

　　1.非平衡变幅机构

　　特点：当臂架由—时

臂架重心由— 升(降)

　　货物也发生升(降)，升(降)量为：

　　=/

　　∴ (1)在非平衡变幅机构中，驱动装置除克服风阻力、磨擦阻力力、偏摆阻力、惯性阻力等外，须克服货物重心、臂架重心升(降)所产生的变幅阻力，且变幅速度越高，变幅阻力越大.

　　(2)货物重心在变幅过程中发生升(降)，司机操作不便。

　　因而在港口前沿装卸门座起重机中多不采用，而多用平衡性变幅机构。

　　2.平衡性变幅机构

　　——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。

　　因而在作业效率高、机构工作速度高的港口装卸门座起重机中以及对作业效率及安装精度要求较高的船台起重机等广泛应用。

　　一、平衡性变幅机构

　　港口装卸门座起重机因其生产效率高，工作速度相应较高，特别是用于散粒物料装卸的起重机。其变幅机构均采用平衡性变幅机构。

　　根据其货物水平位移补偿系统、臂架自重补偿系统的型式不同，起重机因其臂架型式的不同有多种类型，其中应用较多的主要代表有：单臂架-活对重滑轮组补偿;刚性四连杆-活对重等。

　　1、单臂架

　　在起重机中，臂架采用结构较为简单的单臂架型式(臂架可为桁架、箱型或桁梁混合等结构型式)

　　货物水平位移补偿---------采用起升绳补偿方案中的滑轮组补偿

　　臂架自重补偿----------杠杆-活对重

　　1)、货物水平位移补偿---------采用补偿滑轮组

　　基本原理：在臂架和人字架间设置一滑轮组，起升绳绕过该补偿组、起升滑轮组至吊钩。

　　当臂架由— 货物上升

　　补偿滑轮组由 货物下降 Δ

　　则 货物在同一高度

　　若 在任一幅度位置 =Δ

　　则 货物在任一幅度位置处于同一高度

　　由于 /Δ≠(常数)

　　∴ 货物在变幅过程中的位移轨迹是一条近似的水平线。

　　为了获得较好的水平性，起升滑轮组倍率：补偿滑轮组倍率=1:3 ;2:5 ;3:7……..

　　2)、臂架自重补偿----------杠杆-活对重

　　基本原理 ：人字架上部设置配重及配重杠杆(平衡梁)，平衡梁和人字架铰接，一端通过拉杆和臂架铰接。当臂架摆动时，配重及平衡梁随之摆动，当满足各幅度位置臂架重心升(降)的位能和配重及平衡梁下降(上升)相等时，其合成重心没升(降)。

　　3)、设计合理性的判别

　　△ 货物水平位移补偿

　　货物的高度偏差: 应满足：

　　货物的不平衡力矩应满足：

　　△臂架自重补偿

　　自重不平衡力矩： 时 △<0 ; 时 △>0

　　∣+△∣≈∣-△∣

　　∣△∣≤(0.05～0.1)

　　4)、基本特点

　　△采用单臂架滑轮组补偿型式的起重机，其臂架系统的结构较简单、自重较轻，平衡重系统自重也较轻;

　　△起升绳绕过的滑轮较多，钢丝绳较长，磨损相对较严重;

　　△货物的悬挂长度在变幅时变化较大，在小幅度时货物偏周期较长，稳钩时间较长;

　　△臂架下方的空间在小幅度时较小;

　　△臂架的抗扭转刚度相对较小;

　　△在人字架上的补偿滑轮安装点是影响货物水平性及不平衡力矩的的重要因素，往往因其位置较低而至布置困难，且起升卷筒至滑轮距离较短而使钢丝绳的偏角过大，加剧钢丝绳的磨损。

　　△变幅驱动装置必须采用刚性构件(如齿条、螺杆等)驱动臂架。

　　5)主要应用

　　主要应用于起重量不是太大、工作不是很频繁、生产效率不是很高的内河中小型码头岸线门座起重机。可用于装卸件杂货物、集装箱，也可用于多用途门机。

　　2、 组合臂架

　　组合臂架的型式有多种，仅以港口应用最多的刚性四连杆组合臂架为例说明其结构型式及基本原理。

　　货物水平位移补偿---------采用四连杆组合臂架

　　臂架自重平衡----------杠杆-活对重

　　1)、货物水平位移补偿---------采用四连杆组合臂架

　　基本原理：

　　利用由摆动臂架、象鼻梁、拉杆及机架组成的平面四杆机构。在变幅过程中，臂架摆动，象鼻梁、拉杆作相应摆动，选取合适的臂架及人字架绞点位置和臂架、拉杆、象鼻梁前后段的长度，使悬挂取物装置的象鼻梁前端点的移动轨迹满足货物水平移动的要求。

　　当起升钢丝绳平行拉杆，象鼻梁轴线布置时，仅须使象鼻梁前端点的移动轨迹为水平线或净似水平线，因货物的悬挂长度不变，则货物在变幅过程中的移动轨迹为水平线或净似水平线。

　　2)、臂架自重补偿----------杠杆-活对重

　　基本原理：

　　人字架上部设置配重及配重杠杆(平衡梁)，平衡梁和人字架铰接，一端通过小拉杆和臂架铰接。当臂架摆动时，配重及平衡梁随之摆动，当满足各幅度位置时臂架、拉杆、象鼻梁重心升(降)的位能和配重及平衡梁下降(上升)相等时，其合成重心没有升(降)。

　　3)、设计合理性的判别

　　△货物水平位移补偿

　　货物的高度偏差: 应满足：

　　货物的不平衡力矩应满足：

　　△臂架自重平衡补偿

　　自重不平衡力矩： 时 △<0 ; 时 △>0

　　∣+△∣≈∣-△∣

　　4)、基本特点

　　△采用组合臂架补偿型式的起重机，其臂架系统的结构较复杂、自重较大，平衡重系统自重也较重;

　　△起升绳绕过的滑轮少，钢丝绳较短，磨损相对较轻;

　　△货物的悬挂长度在变幅时变化不大，稳钩时间较短;

　　△臂架下方的空间各幅度都较大;

　　△臂架的抗扭转刚度相对较大;

　　△起升卷筒至人字架顶部导向滑轮距离较大，有利减小钢丝绳的偏角，钢丝绳的磨损较小;

　　△人字架上部空间较大，布置、维修保养较方便。

　　△变幅驱动装置也必须采用刚性构件(如齿条、螺杆等)驱动臂架。

　　5)主要应用

　　主要应用于起重量一般不是太大、工作较频繁、生产效率较高的大中型码头岸线门座起重机。可用于装卸件杂货物、干散货(抓斗)，也用于船台安装门机。