（机械设计及理论专业论文）桥式起重机起重小车计算机辅助设计系统的研究.pdf

摘要 摘要 桥式起重机被广泛地应用在国民经济建设各个领域，产品已经形成多个系 列，随着经济建设的发展，用户对其性能要求越来越高，但是目前的设计工作 主要依靠手工完成，重复性劳动很大，而且国内桥式起重机的结构型式比较落 后，其开发能力、产品规模和质量与国外有相当大的差距。为了提高桥式起重 机的设计水平和设计效率，应用先进的c a d c a m 技术是起重机设计发展的必 然要求。 在整个起重机设计中，起重小车占据极其重要的地位，它是起重机设计的 基础。本文首先综述了国内外桥式起重机发展状况，比较系统地研究、探讨了 起重机的现代设计方法，以桥式起重机起重小车为例，通过对起重机小车设计 理论构成和设计方法的分析，在w i n d o w s 平台上采用可视化编程工具v i s u a l b a s i c6 0 进行开发，通过设计计算程序对各机构进行分析计算和选择查询。用 m i c r o s o f t a c c e s s 建立数据库，数据库部分存储了起重机设计手册中一些常用标 准零部件的各种数据。 本系统具有友好的人机对话界面，根据用户输入的初始化参数，如起重量、 起升高度、起升速度、工作级别等，系统能实现自动处理提交参数，系统自行 完成机构的设计计算和分析选择，设计结果自动保存并生成输出设计文档。在 软件的使用和验算过程中，证明计算结果是基本正确的，工程设计人员只要提 供起重桃的有关设计参数就可以利用本系统得到设计计算结果。 本文的研究对于提高桥式起重机的设计水平和设计效率，缩短产品设计周 期，降低设计和生产成本，增强企业对市场需求的反应速度，提升企业的竞争 力具有重要的实际意义。 关键词：桥式起重机，c a d c a m 起重小车，数据库 a b s t r a c t a b s t r a c t o v e r h e a dt r a v e l i n gc r a n e sa r ew i d e l yu s e di nm a n yf i e l d so ft h ee c o n o m i c c o n s t r u c t i o n ，a n dh a v ed e v e l o p e di n t od i f f e r e n ts e r i e s a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to f e c o n o m y , h i g h e rq u a l i t i e sa r ed e m a n d e do fo v e r h e a dt r a v e lc r a n e s b u ta tp r e s e n t a l m o s ta l lt h ed e s i g n i n gw o r ko fo v e r h e a dt r a v e l i n gc r a n e sa r ed o n eb yh a n da n dt h e r e a r eg r e a td i s p a r i t i e sb e t w e e nh o m ea n da b r o a di nm a n ya s p e c t ss u c h 鹊t h ed e s i g n a b i l i t y , t h ep r o d u c t s s c a l e sa n dq u a l i t i e s a si sn e e d e df o rt h ed e v e l o p m e n to fh i 曲e r q u a l i t yc r a n e s ，t h ea d v a n c e dc a d c a mt e c h n o l o g yh a sb e c o m ea ni n e v i t a b l ec h o i c e f o ro u rd e s i g n e r si no r d e rt oi m p r o v et h el e v e la n de f f i c i e n c yo ft h e i rd e s i g n i n gw o r k d u r i n gt h ew h o l ec r a n ed e s i g n ，t h ec r a bi s av e r yi m p o r t a n tp a r t ，a n di st h e f o u n d a t i o no ft h ec r a n ed e s i g n i nt h i sp a p e f w es u m m a r i z ed e v e l o p i n gs t a t u so f o v e r h e a dt r a v e l i n gc r a n e sa n dm a k eac o m p a r a t i v e l ys y s t e m a t i cs t u d yo fm o d e m d e s i g n i n gm e t h o d t h i ss y s t e m ，t a k i n g c r a bo fo v e r h e a dt r a v e l i n gc r a n ea sa n e x a m p l e ，u s i n gv i s u a lb a s i c6 0a tw i n d o w sp l a t f o r ma n db ym e a n s o ft h ed e s i g na n d c o m p u t i n gp r o g r a m s ，g o e si nf o ra n a l y s e s ，c o m p u t a t i o n s ，q u e r i e sa n ds e l e c t i o n so f v a r i o u sc r a n ec o m p o n e n t s ad a t a b a s ei se s t a b l i s h e dw i t hm i c r o s o f ta c c e s s ，w h i c h c o n t a i n st h er e l e v a n td a t ao fs t a n d a r dp a r t sa n dc o m p o n e n t sc o m m o n l yu s e di nc r a n e d e s i g nm a n u a l s t h i ss y s t e mh a saf r i e n d l ym a n m a c h i n ei n t e r f a c e ，t h r o u g hw h i c ht h eu s e rm a y i n p u tp a r a m e t e r ss u c ha sl i f t i n gl o a d ，l i f t i n gh e i g h t ，l i f t i n gs p e e d ，w o r kc l a s sa n ds o o n ，a n dt h es y s t e mc a nt h e na u t o m a t i c a l l ym a n a g et h e s ep a r a m e t e r s ，a n dm a k et h e c o m p u t a t i o n s ，a n a l y s e s a n ds e l e c t i o n so ft h ed e s i g n ，t h er e s u l to fw h i c hi s s i m u l t a n e o u s l ys a v e da n dt h ed e s i g nd o c u m e n t sa r ep r o d u c e d i t sp r o v e dt h a tt h e r e s u l ti sa l m o s tr i g h td u r i n gt h ec o u r s eo fu s ea n dc a l c u l a t i o n ，b a s e dt h ed e s i g n p a r a m e t e r , t h ed e s i g n e rc a ng e tt h ed e s i g nr e s u l tt h r o u g h t h i ss y s t e m t h es t u d yi nt h i sp a p e rh a sp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ei ni m p r o v i n gt h ed e s i g nl e v e l a n de f f i c i e n c yo ft h eo v e r h e a dt r a v e l i n gc r a n e ，i ns h o r t e n i n gt h et i m ef o rd e s i g n i n g n e wp r o d u c t s ，i nl o w e r i n gt h ec o s to fb o t hd e s i g na n dm a n u f a c t u r e ，a n di ni n c r e a s i n g a b s t r a c t t h ea b i l i t yo ft h ee n t e r p r i s et or e a c tp r o m p t l yt om a r k e tc o m p e t i t i o n k e yw o r d s ：o v e r h e a dt r a v e l i n gc r a n e ，c a d c a m ，c r a b ，d a t a b a s e 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得石家庄铁道学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 签名：粕啦。日期：垃二：墨：2 关于论文使用授权的说明 本人完全了解石家庄铁道学院有关保留、使用学位论文的规定， 即：学院有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校 可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签 名：- 主阻导师签名：盈望塑 日 期：之! 签! ：! 第一章绪论 1 1 概论 第一章绪论 桥式起重枫是桥架型起重机的一种，它依靠起升机构和在水平面内韵两个 相互垂宣方向移动的运行机构，能在矩形场地及其上空作业是工矿企业广泛 使用的一种起重运输机械。它具有承载能力大，工作可靠性高，制造工艺相对 简单等优点。目前桥式起重机产品已经形成多个系列，随着经济建设的发展， 用户对其性能要求越来越高。但是目前的设计工作主要依靠手工完成，重复性 劳动很大，而且国内桥式起重机的结构型式比较落后，其开发能力、产品规模 和质量与国外有相当大的差距。当今，桥式起重机已不再是传统意义上粗大笨 重、操作复杂、维护困难的工业设备，它是将现代工业面向用户的设计理念与 世界先进技术的完美结合。制造出体积轻巧、结构紧凑、操作简便、使用安全、 免维护等优秀特性的产品是起重机设计的目标。 本课题正是在这样的背景下提出来的，论文针对实际设计计算工作的需要， 进行了w i n d o w s 环境下计算机辅助设计系统的应用研究。 1 2 桥式起重机发展概述 1 2 ，1国外桥式起重机发展动向 当前，国外桥式起重机发展有四大特征： ( 1 ) 简化设备结构，减轻自重。降低生产成本法国p a t a i n 公司采用了一种以 板材为基本构件的小车架结构，其重量轻，加方便，适应于中、小吨位的起重 机。该结构要求起升采用行星圆锥齿轮减速器，小车架不直接与车架相连接， 以此来降低对小车架的刚度要求，简化了小车架构，从而减轻自重。p a t a i n 公司 的起重机大小车运行机构采用三合一驱动装置，结构比较紧凑，自重较轻，简 化了总体布置。 ( 2 ) 更新零部件，提高整机性能。法国p a t a i n 公司采用窄偏轨箱形梁作主粱， 其高、宽比为4 - 3 5 左右，大筋板间距为梁高的2 倍，不用小筋板，主梁与端粱 第一章绪论 的连接采用搭接的方式，使垂直力直接作用于端梁的上盖板由此可以降低端 粱的高度，便于运输i u 。 变频调速在国外起重机上已经开始应用，a b b 公司、日本富士、奥地利伊 林公司己经广泛采用1 2 , 3 1 。该调速方案具有高调速比，甚至可达到无级调速、节 能等优点。另外，遥控装置用于起重机在国外也己经普遍化，特别是在大型钢 铁厂己有广泛应用。 ( 3 ) 设备大型化。随着世界经济的发展，起重机械设备的体积和重量越来越 趋于大型化，起重最和吊运幅度也有所增大，为节省生产和使用费用，其服务 场地和使用范围也随之增大1 4 1 。 ( 4 ) 机械化运输系统的组合应用。国外一些大厂为了提高生产率，降低生产 成本，把起重运输机械有机的结合在一起，构成先进的机械化运输系统。 1 ，2 2 国内桥式起重机发展动向 自从八十年代中期以来，我国在起重运输机械方面的研究已经取得了很大 进展。机械部北京起重运输研究所进行了桥式起重机c a d 的研究，并取得了可 喜成果：西南交通大学研制了伸缩臂式铁路救援起重机c a d 系统；武汉水运工 程学院研制了港口机械起升机构设计计算系统；哈尔滨建筑工程学院对桁架式 臂式的c a d 进行了研究；天津大学研制的带式运输机计算机辅助设计系统 p d j c a d 也已经用于实践p 1 目前国内桥式起重机发展有三大特征： ( 1 ) 改进起重机械的结构，减轻自重。国内桥式起重机很多已经采用计算机 优化设计，以此提高整机的技术性能和减轻自重，并在此前提下尽量采用新结 构。如5 - 5 0 t 通用桥式起重机中采用半偏轨的主梁结构，与正轨箱形相比，可减 少或取消短加筋板，减少结构重量，节省加工工时【6 l 。目前星火计划提出桥架采 用四根分体式不等高结构，使它在与普通桥式起重机具有同样的起升高度时， 厂房标高可下降1 5m ；两根主梁的端部置于端梁上，用高强度螺栓连接；车轮踏 面高度因此下降，也就使厂房牛腿标高下降。在垂直轮压的作用下，柱子的计 算高度降低，使厂房基建费用减少，厂房寿命增加。 ( 2 ) 充分吸收利用国外先进技术。起重机大小车运行机构采用了德国d e m a n g 公司的“三合”驱动装置，吊挂于端梁内侧，使其不受主粱下挠和振动的影响。 提高了运行机构的性能和寿命，并使结构紧凑，外形美观，安装维修方便。 第一章绪论 电气控制方面吸收消化了国外的先进技术，采用了新颖的节能调速系统。如 晶闸管串级开环或闭环系统，调整比可达1 ：3 0 。随着对调速要求的提商，变频 调速系统也将使用于起重机上。同时，微机控制也将在起重机上得到应用，如 三峡工程6 0 0t 坝顶门式起重机要求采用变频调速系统，微机自动纠偏，以及大 扬程高精度微机监测系统。 遥控起重机的需要量随着生产发展也越来越大，宝钢在考察国外钢厂起熏 机之后，提出大力发展遥控起重机的建议，以提高安全性，减少劳动力。 ( 3 ) 向大型化发展。由于国家对能源工业的重视和资助，建造了许多大中型 水电站，发电机组越来越大。特别是长江三峡工程的建设对大型起重机的需求 量迅速上升。三峡电厂需要12 0 0t 桥式起重机，20 0 0t 大型塔式起重机1 7 捌。可 以预计，大吨位高性能起重机的需求量是非常大的。 1 3 起重机的现代设计方法 现代科技的发展，国内外市场竞争的激烈，对起重机要求的日益提高，使 得起重机的设计计算方法不断充实和完善，设计水平有了很大提高，设计出的 起重机更符合实际使用工况，更注重功能性、经济性和可靠性，技术性能的进 步也进入了崭新的发展阶段。 1 3 1 计算机辅助设计( c a d ) 随着市场竞争的加剧，不仅要求缩短产品更新换代周期，而且还要求产品 由原来的单一、大批量生产模式，转向多品种、高质量、小批量生产模式。传 统的人工设计方式已经不能适应这种变化的要求。随着科技的迅速发展，已有 各种性能良好的计算机硬件及外围设备陆续问世，计算机软件技术也有很大的 提高，发展了数据库技术，开发了大量的图形软件【9 1 。这些都促进了c a d 技术 的发展和应用。目前美国、德国、日本等一些制造起重机的大公司都广泛应用 c a d 方法进行起重机的设计，例如德国d e m a n g 公司针对系列桥式起重机所做 的集计算机辅助设计和报价于一身的c a d 系统，用户只要在计算机显示的桥式 起重机图形菜单上作宣观的基本参数选择，基本结构形式选型，计算机立即进 行设计计算和标注部件的选择，显示并打印所需的起重机总图及各主要技术参 数。最后汇集每个零部件的数量、成本、以及制造工时、运输和安装费用，进 第一章绪论 行详细报价。我国也已升：发多种起重机c a d 系统，备大中型企业也都相继采用 c a d 方法进行起重机设计计算与绘图。 1 3 2 模块化设计 模块化设计是起重机设计发展的方向之一。它根据模块化原则，设计一些 基本模块单元，通过不同的组合形成不同的产品，以满足用户的多种需求。起 重机模块化设计以功能分析为基础，将起重机上同一功能的基本部件、元件、 零件设计成具有不同用途、不同性能的模块，这些模块具有相同的连接要素， 可以互换。选用不同模块进行组合可形成各种不同类型和规格的通用或专用起 重机。起重机采用模块化设计，不仅是一种设计方法的改革，同时会影响到整 个起重机行业的技术、生产和管理。 目前，德国、英国、法国、美国和日本的著名起重机公司都己采用模块化 设计技术，并取得了显著的效益。据资料介绍，德国d e m a n g 公司单粱起重机系 列改用模块化设计后，比单件设计的设计费用下降1 2 ，生产成本下降4 5 ， 经济效益十分可观。模块化设计在我国起重机系列设计中也有了初步应用。 1 3 3 有限元设计 有限元设计是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法。它能 整体、全面、多工况随意组合，进行静力、动力、线性和非线性分析，对完成 复杂结构或多自由度系统的分析十分有效。有限元设计能针对起重机实际使用 结构边界条件进行定量的分析计算，提供丰富的、反映实际工况的计算结果， 并可配有丰富的动态图形显示功能。 1 ：3 4 优化设计 随着生产的迫切要求和科学技术的飞速发展，特别是计算机技术的发展和 广泛应用，出现了基于数学规划的近代优化方法，并得到了发展。起重机设计 采用优化方法，能根据产品需求，合理的确定和计算各项参数，以期达到最佳 的设计目的，例如重量、成本、性能等。自6 0 年代末7 0 年代初，德国、俄罗 斯、美国、日本等国和我国都开展了桥式起重机主梁优化设计，大多以重量轻 为目标函数，以后又逐步扩展到桥架、零部件和机构的优化。但由于起重机是 第一章绪论 成系列、成批量的产品，单目枷；优化已不能满足设计者的需求，如何寻求目标 参数，并能兼顾多种因素的整体优化设计方法引起了世界各国起重机设计者的 关注。我国曾采用多级模糊综合评判方法，综合考虑起重机的性能、成本、工 艺生产管理、制造批量和使用维护等多种因素，解决了起重机系列整体优化问 题，取得了一定的效果。 近年来，基于生命科学与工程科学相互交叉渗透的优化算法遗传算法 和人工神经网络，在优化领域中异常活跃。其应用范围几乎涉及到所有用传统 优化设计方法难以解决的优化问题，尤其适用于复杂和非线性问题，如组合优 化、工程优化设计、拓扑结构优化、系统辨识和控制、机器学习、图像处理、 决策规划和人工生命的研究等。可以预见，应用遗传算法和神经网络进行优化 设计将是起重机设计的发展方向。 1 3 5 可靠性设计 随着现代工业技术的发展，起重机的作用越来越大，功能逐渐增加，对其 要求也越来越高，可靠性问题因此而日渐尖锐。可靠性设计包括确定可靠性指 标及其羹值、失效分析、可靠性分析、可靠性分配、可靠性验证等。 自7 0 年代以来，德国、美国、日本和俄罗斯等国家直接将可靠性设计理论 和方法应用于起重机的设计，许多大公司指定了可靠性的内控指标。例如俄罗 斯早在6 0 年代就开始对起重机进行故障调查，确定可靠性指标。7 0 年代将可靠 性考核指标列入行业指导性文件。1 9 8 5 年正式列入起重机产品标准。我国对起 重机可靠性的研究始于8 0 年代，目前主要用于对产品的可靠性试验、可靠性评 估和失效分析，将可靠性设计列入起重机产品设计中尚需大量的研究工作。 1 3 6 反求工程设计 目前世界各国都充分利用国际先进科技成果并加以消化吸收，发展自己的 新技术和新产品。反求工程设计是针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和 应用技术的组合，它通过实物或技术对已有的先进产品进行分析、研究、解剖 和试验，从而了解其参数、性能、构造和功能，掌握其关键技术、工作机理和 工艺原理，以进行仿制、改进或发展新产品。 日本非常重视引进国外先进技术，并充分运用反求工程设计方法对先进技 ) 第一錾绪论 术进行消化、吸收和国产化，同时采用移植、组合、改造方法丌发出许多创瓤 产品。我国在引进和消化国外起重机先进技术中也采用了反求工程设计发法， 并取得了良好的效果。 1 3 7 极限状态设计 国外8 0 年代初把概率论、数理统计、可靠性理论等学科引进到超重机设计 中，出现了以概率统计法为基础的起重机极限状态设计方法。该方法把载荷、 材料性质、构件实际尺寸等均看作基于某种概率分布的统计计算，通过大量实 测与调查得到各基本变嚣的分布概率及参数，然后应用概率可靠性知识，计算 失效的概率( 风险大小) ，从而估计起重机钢结构的安全度。起重机的设计从定值 许用应力法发展到概率极限状态设计法是设计理论的重大发展。 1 3 8 动态仿真设计 起重机是在复杂工况下工作的大型结构系统，其动态性能受多种困素的影 响，运动参数与载荷不能用一个简单的数学模型描述。以往由于设计者缺乏有 效的理论与工具，所以起重机设计往往以静态设计为主，这种设计方法显然具 有局限性。要准确分析起重机的动态性能，实验是一个有效的方法，它可以实 际测量起重机所承受的载荷和结构响应。但起熏机实测在产品制成以后方有可 能，这样做风险大，成本高，费工费时。近年来，国内外在起重机设计中采用 了一种新方法一动态仿真设计，即用计算机对机构与结构在各种工况下承受 载荷进行运行状态及随时间变化过程仿真模拟，得到仿真输出参数和结果，以 此来估计和推断实际运行的各种数据，并在对起重机进行动态分析计算时采用。 除了这种对起重承受载荷和结构响应进行动态仿真外，还有动画仿真方法。 起重机在工作过程中会受到工作场地中许多障碍物的限制，如房屋、桥梁、树 木等，如果没有事先设计好吊装路线，可能会造成重大的损失，为了解决这 问题，国外一些起重机企业做出了模拟现实软件，可以模拟整个施工过程。 1 3 9 虚拟设计 以设计为中心的虚拟制造把制造信息引入到设计全过程利用仿真技术来 优化产品设计，从而在设计阶段，就可以对所设计的零件甚至整机进行可靠性 分析，包括加工过程的工艺分析、铸造过程的热力学分析、运动部件的运动学 一6 第一章绪论 分析和动力学分析等，甚至包括加工时f b j 、加：【费用、加工精度分析等。虚拟 设计综合运用了系统工程、知识工程、并行：【程和人机工程等多学科先进技术， 实现信息集成、知识集成、串并行交错工作机制集成和人机集成。将虚拟技术 与起重机结合，无疑会给起重机的设计和制造方面带来前所未有的改革。 1 4 课题的研究价值及主要内容 1 4 i 课题的意义 传统工程设计过程要经过反复冗杂的计算、选型、查表、匹配等诸多相关 内容，对大量资料进行处理，包括设计任务书、流程图、各种性能参数等，如 果靠手工计算与设计，必然速度慢、重复计算多。大部分的工程设计人员在进 行机械设计时，都需随时查阅设计手册、手工计算进行设计计算，这样的设计 计算方法既费时又费力。随着软件技术和参数化技术的发展，以及数据库技术 的大量应用，我们考虑用方便可行的方法来代替这些复杂的工程设计工作，以 提高设计效率。 本课题把数据库技术的思想，用于起重机的设计计算，以方便设计人员设 计，提高设计人员的工作效率。在整个设计过程中，需要用户干预的部分较少 可以达到很高的设计效率，并能自动监测到设计中的一般错误，提高了设计质 量。当然本系统并不尽善尽美，尚有许多需要改进的部分，但力求能在工程实 际中有实用效果，以在具体实践中得到检验。相信随着软件技术和计算机技术 日新月异的发展，这类应用软件系统的开发将更加完善。 1 4 2 课题的主要内容 本课题包括了以下几个方面的工作： ( 1 ) 完成起重小车原有设计的数据分析、处理和利用； ( 2 ) 完成起重小车的数学模型和设计的分析； ( 3 ) 完成和编写重要数据，处理相关算法； 完成软件的系统设计，完成软件集成与测试。 桥式起重机的起升机构位于起重机主梁上的起重小车( 也可简称为小车) 上， 此外，货物平行于主粱的运动也依靠小车在安装于主梁上的轨道上的运动来实 现。桥式起重机的小车的结构相对于起重机的其他构件更加复杂，图1 1 便是桥 式起重机起重小车的结构图。 第一章绪论 从图上可以看出，桥式起重机的小车主要由起升机构和运行机构组成。起 升机构包括起升电机，减速箱、滑轮组、制动器、钢丝绳、卷筒组成，主要负 责起降物体，是桥式其重机的最主要的功能构件。小车运行机构包括运行电机、 减速箱、制动器、车轮等组成，同起重机的大车一起完成起重机横向和纵向的 运动，也是桥式起重机的一个主要功能构件l 肛1 2 l 。所以，桥式起重机的小车在 起重机各个机构中的作用十分重要，其设计也是整个桥式起重机设计的关键所 在。 图卜1 桥式起重机起重小车结构图 所以，本课题以起重小车为例，将计算步骤、公式转换成程序代码，并封 装模块。起重小车的设计计算，包括起升机构设计讦算和运行机构设计计算两 部分，计算过程和计算结果能够自动输出并形成设计文档。把计算过程中需要 查阅手册的些基本数据存储在数据库m i c r o s o f ta c c e s s 中，进行各机构的计算 分析和选择查询，只要输入基本简单参数，便能迅速计算出结果，进而进行参 数化绘图，减少了设计人员繁重的手工计算，从而使其有更多精力从事刨造性 设计。 一8 第二章 桥式起重机起重小乍故计 第二章桥式起重机起重小车设计 为了对起重小车进行c a d 设计，必须对起重小车的理论及其基本计算公式， 包括起升机构和运行机构的基本零件的设计计算、选择和验算进行分析。 2 1 桥式起重机小车设计初始技术参数的确定 起莺机的技术参数表征了起重机的作业能力，是设计起重机的基本依据。 起重机的主要技术参数有：起重量q ，起升高度h ，跨度l ，机构的工作速度n 工作级别等。 2 1 1 起重重量 起重机正常工作时允许一次起升的最大质量称为额定起重量，额定起重量 是定值【1 0 i 。 2 1 2 起升高度 起升高度是指从地面或轨道顶面至取物装置最高起升位置的铅锤距离( 吊钩 取钩环中心) ，起升高度的选择按照作业要求而定。 2 3 跨度、轨距 大车运行轨道中心线之间的水平距离称为跨度，小车运行轨道中心线之间 的水平距离称为轨距。 2 1 4 起升速度 起重机的工作速度根据作业要求而定。额定起升速度是起升机构电动机在 额定转速或油泵输出额定流量时，取物装置满载起升的速度。起升速度和起重 机的用途、起重量大小和起升高度有关。 2 1 5 工作级别 第_ 二章桥式起重机起重小寸：设计 划分起重机的工作级别是为了对起重机会属结构和机构设计提供合理的基 础，也为用户和制造厂家进行协调提供一个参数范围，使起重机胜任需要完成 的工作任务i 儿i 。工作级别举例见表2 - 1 ，本软件系统采用的工作级别为a 3 。 表2 - 1 桥式起重机工作级别( g b 3 8 11 8 3 ) 应用场合工作级别 电站安装及维修等 车间及仓库用 繁重工作车闻及仓库用 a 1 叫3 a 3 - a s a 6 一 ( 1 2 2 桥式起重机小车设计理论计算 起重小车内部的零部件根据其用途主要分为起升机构和运行机构两个部 分：起升机构是用来实现物品的上升与下降动作( 垂直运动) ；运行机构做水平运 移物品以及调整起重机小车的位置( 水平运动) i 埘。在实际设计中将分别计算起升 机构和运行机构的相关零件以及参数。 2 2 1起重小车起升机构的计算 卷绕系统是起升机构中的传动系统的组成部分，也是作为起升机构中运动 形式的转换作用的主要零部件。 图2 。l 就是桥式起重机广泛采用的绳卷绕系统也就是起升机构，看出卷绕系 统由钢丝绳、套筒、滑轮组成的。 图2 - 1 起升机构图 第二章桥式起重机起重小1 ：设汁 ( 1 ) 钢丝绳选择。首先对钢丝绳进行选择，由于滑轮组可以选择单联滑轮组 或双联滑轮组，下面将分别讨论。 单联滑轮组就是绕入卷筒的钢丝绳的分支为1 ，在采用这种形式时 矗。堕上( 2 - 1 ) m 抽q l q 2 r h 式中，q 起起升载荷重量( 包括吊具自重详细情况见表2 - 2 ) ； m 滑轮组倍率； r m 滑轮组效率； 口l ，q 2 ，叮3 导向滑轮的效率。 双联滑轮组就是绕入卷筒的钢丝绳的分支为2 。在采用这种形式时 s 跟。黑上 ( 2 - 2 ) “h f l 鲺r l r 2 r h l 。1 式中，q 起起升载荷重量( 包括吊具自重详细情况见表2 2 ) ； m 甘孽轮组倍率； h 蛆滑轮组效率； l ，叩2 ，7 3 导向滑轮的效率。 表2 2 吊具自重与起重量的关系 q 吊具重 3 8 2 q 1 2 5 2 0 2 5 q 3 2 5 03 q 8 0 一1 2 53 5 q ! 鲤墨! q 生暨q 由于钢丝绳是标准件，所以钢丝绳的选择主要是选择钢丝绳的型号问题。 在确定钢丝绳的型号时，主要确定的是钢丝绳的直径。这要求我们选择钢丝绳 满足以下条件： c 甩绳 ( 2 3 ) o 舶x 式中，s 绳钢丝绳的破断拉力； s m a x - 一钢丝绳工作时承受的最大静拉力； 第章桥式起重机起重小下改计 ，lh 安全系数。 另外，选用钢丝强度高者可缩小尺寸，但是太高时候，钢丝绳僵性太大反 而对工作不利。起重机上选用钢丝绳的强度一般为1 5 5 1 8 5k g m m 2 。 ( 2 ) 滑轮、卷筒的计算。钢丝绳选择之后，下一步是计算滑轮、卷简的最小 直径。 为了确保钢丝绳具有一定的使用寿命滑轮、卷简的直径应该满足： d ( e 1 ) d 蝇 ( 2 - 4 ) 式中，p 一为系数，根据工作类型来确定； 卜卷简直径： d * 钢丝绳直径。 卷筒的直径计算公式为 d o d + “ ( 2 - 5 ) 卷筒左右绳槽之间不刻槽部分长度，根据钢丝绳允许偏斜角确定 l 光t 工，一2 h 。htana2(26) 式中，d 0 _ 一卷筒的赢径： 竞_ 一卷筒左右绳槽之间不刻槽部分长度； 。r 钢丝绳允许偏斜角a 2 确定系统的性能要求：如响应时间要短、计算速度快、计算结果满足工 程精度的要求、对硬件和支撑软件的要求，在运行过程中出现异常情况( 如不 合法或超出范围的输入数据、非法操作、资源故障等) 时应采取的行动以及希 望显示的信息 ( 4 ) 确定系统的输出要求：计算分析完毕，可以实现自动生成技术文档； ( 5 ) 将来可能提出的要求：主要是为将来可能的扩充和修改做准备，要求软 件易维护、易于功能扩充、升级等。 4 2 开发环境选择及简介 4 2 1 软件开发环境 软件开发环境是指支持软件产品开发的软件系统，它由软件工具和环境集 成机制构成。本软件的开发环境采用w i n d o w s 操作系统，因为w i n d o w s 系统与 其它的系统相比有很多优点| 3 1 s 2 j ： ( 1 ) 统一的用户界面。w i n d o w s 用户界面是w i n d o w s 中给人印象最深的部分， 对于用户来说，它的g u i 统一用户界面使计算机变得更易理解和使用。对编程 人员来说，它提供了庞大的统一的内嵌式用户界面程序和内嵌的窗口菜单管理 2 2 第匹i 荜软中1 设计与实现 器。 ( 2 ) 设备无关的输入输出体系结构。w i n d o w s 操作系统通过引入图形设备接 e l ( g r a p h i c sd e v i c ei n t c r f a c ，简写为g d i ) 解决了硬件相关性问题，也就是说，当 你想用w i n d o w s 在屏幕上显示输出时，你并不关心是什么物理显示设备，而是 根据g d i 来编写代码。该代码无需修改便可适用于每一个开发出的任何监视器。 ( 3 ) 应用程序多任务性以及进程间通信。 4 2 2 软件开发工具 4 2 2 1v is u a ib a s i c 简介 v i s u a lb a s i c 是在b a s i c 语言的基础上发展而来的，是在w i n d o w s 环境中广 泛使用的应用程序开发工具。v i s u a lb a s i c 功能强、效率高、易学习，无论是专 业人员，还是非专业人员，都可以很容易地掌握v i s u a lb a s i c t 3 3 , 3 4 l 。 v i s u a lb a s i c 最大的两个特点是“可视化”和“事件驱动”。“可视化”即“可 视化程序设计”，是指开发图形用户界面( g u i ) 的一种方法，用这种方法，程序员 不用编写大量代码去描述界面元素的外观和位置，而只要把预先建立的界面元 素( 如文本框、命令按钮或更复杂的控件等) 用鼠标拖放到屏幕上的适当位置即 可。“事件驱动”是指w i n d o w s 应用程序的运行是通过事件来驱动的，用户或系 统触发了某一个事件，就执行程序员在此事件中编写的一段代码。最常见的实 例是，用户界面中有一个命令按钮，当用户单击这个按钮时，就触发了这个按 钮的鼠标单击事件，于是执行该按钮单击事件的相应代码，执行完毕后，程序 暂时直到有下一个事件发生。“可视化”和“事件驱动”这两个特征是v i s u a lb a s i c 进行w i n d o w s 程序开发的精髓。 4 2 2 2 数据库简介 数据库技术是计算机数据信息管理技术的重要组成部分，是数据处理的最 新技术，它和计算机网络、人工智能被称为当今计算机技术界的三大热门技术， 数据库技术自从2 0 世纪6 0 年代产生以来，以其核心的数据库信息管理系统被 广泛的应用于社会经济、事物管理、文化教育及办公自动化等各个领域p 邓“。 顾名思义，数据库就是存储数据的仓库，而如何组织和存取数据，以及如 何高效的获取和管理数据是数据库要解决的中心问题之一。数据库必须支持成 千甚至上百万条的记录，同时必须有快速访问和处理数据的能力和方法。 2 3 - 旃四鼋软件设计j ，实现 通常一个数据库系统包括：数据库、数据库管理系统和数据库管理员。数 据库是数据的集合，是数据库系统的核心和管理对象：数据库管理系统负责数 据库的管理和维护；管理员负责对数据库系统的全瑶管理与监督，并不断改进 数据库设计。 数据模型的好坏直接影响数据库的性能，数据库领域现在主要有三种数据 模型：关系模型、层次模型与网络模型。大部分的重要数据库都是面向对象的 数据库或关系型数据库。关系型数据库是数据库系统的世界标准。使用关系型 数据库，数据被存储在一个二维的数据阵列中，也就是表。表中的列是各一记 录的属性，表中的行是数据库中的单条记录。 软件中所用到的数据系统是m i c r o s o f t a c c e s s ，它是微软公司开发的第一个 面向w i n d o w s 平台的桌面数据库管理系统，它充分利用了w i n d o w s 平台的优越 性，如图形界面和w i n d o w s 事件驱动机制等，最重要的特征是不必编写程序。 对于大多数关系型数据库管理系统，如p a r a d o x 、f o x p r o 等而言，其管理者需要 具有程序设计能力，才能建立和管理一个有效的应用程序。而a c c e s s 数据库系 统把数据库应用程序的建立移到了用户环境中，数据库的管理者不再需要具有 程序设计能力，除非要执行复杂的操作。利用系统提供的向导或生成器，再利 用几个简单的宏或v b a 语句，就可以迅速建立简单的应用程序。 4 3 软件系统的设计 4 3 1流程设计 起重小车是桥式起重机的重要部分，上面布置着起升机构、小车运行机构 的众多部件和安全装置。小车机构部件选择和性能计算比较繁杂，以往手工计 算因工作量大有时不能实现小车机构部件的较好匹配，通过编程和在程序中实 行，用计算机进行机构计算，可以有效减轻设计工作量1 3 “”。 用户可根据不同的需要，输入包括起重量、起升高度、机构工作速度和工 作级别等原始参数，经计算模块对起重小车的起升机构与运行机构的零部件进 行计算，输出各机构所有选定的零部件的型号与性能参数，并以文档方式输出 这组原始参数对应的起升与运行机构计算说明书。 2 4 第四争软仆殴计与实现 按照起重机设汁规范，起升机构与运行机构计算时，内容包括起升机 构钢丝绳与滑轮选型计算、卷筒计算；电动机、减速器、联轴器、制动器选型 与验算；起制动加速度验算和小车运行机构的车轮与轨道计算等等1 4 6 洲，计算 中通过操纵零部件性能库，选择合适的零部件型号，保证设计结果符合要求。 程序流程图如图4 1 所示。 图4 - 1 程序流程图 起重小车的设计计算功能模块主要有起升机构计算和运行机构计算两大 块，如图4 2 所示。起升机构计算中又有钢丝绳选择计算、电动机选择计算、制 动器选择计算、减速器选择计算、起制动时间验算等，运行机构计算包括电动 机选择计算，起动时间验算、制动器选择计算、运行阻力计算和打滑验算等1 5 m 5 1 。 各个部分都封装了相应的最基本信息和方法。例如钢丝绳选择计算中包括起重 量、钢丝绳分支数等基本信息，其操作函数包括了钢丝绳分支静拉力的计算以 及获取和设置基本信息函数等。 4 3 2 系统界面的设计 系统应用的目的是充分发挥人与计算机各自的优点并将二者有机结合起 来，共同解决设计计算问题。人机界面是联系系统各子功能的必不可少的组成 部分1 5 岳删。友好的人机界面能扩大系统的使用范围，提高利用率，并加速系统 的实用化和商品化过程。良好的人机界面应具备以下特征：尽量符合工程设计 习惯并使用工程术语：有丰富的启发策略，使设计人员能准确的表达自己想要 表示的信息；能快速响应设计人员请求，并对其响应给出合理、简洁的解释： 能自动适应任务的变化，不同的任务具有不同的信息类型。 2 5 第四章软俐设计与实现 软件采用通用的w i n d o w s 软件粹面，以菜单、对话框作为人机交互的界面， 各项功能通过屏幕一目了然，易学易用，美观大方，如图4 2 所示，界面基本 按起重小车的设计顺序编制，合乎用户设计思想。 图4 - 2 系统功能模块组成 在进行设计时，需要输入许多结构参数及控制参数等数据，为了便于用户 在使用过程中根据实际情况进行修改，本软件采用对话框的形式输入这些参数 并进行优化控制，在图4 2 中所示的各菜单项分别对应不同的对话框，例如“钢 丝绳选择计算”对应如图4 3 所示对话框。用户可通过此对话框输入桥式起重机 的一些主要参数，有些参数给出了初始数据，用户可直接利用此参数，亦可根 据实际需要进行改动，进行相应的计算。 图4 - 3 钢丝绳计算对话框 2 6 - 第四章软件设计。，实现 4 ，4 数据库设计 程序设计开发前应首先确定应用软件具体功能和实现步骤。本软件是桥式 起重机计算机辅助设计的一部分，既要满足各项功能要求，又要操作简单、计 算速度快，计算结果满足设计要求，起重机的性能参数全部存入数据库等要求。 本软件采用的数据库系统是m i c r o s o f ta c c e s s ，在v i s u a lb a s i c6 0 中，使用数据 控件( d a t a 控件) 及d b g r i d 控件来进行桌面数据库访问。它是一个数据控制中心， 使用微软公司的j e t 数据库引擎实现数据库访问。使用d a t a 控件访问数据库， 用户无需编写任何复杂代码就可以创建数据应用程序。 4 4 1d a t a 控件主要属性 d a t a 数据控件的某些属性是它所特有的，用于实现对数据库的访问。数据 控件提供的属性定义了怎样连接数据库以及连接什么数据库，其中3 个最基本 的属性c o n n e c t 、d a t a b a s e n a m e 和r e c o r d s o u r c e 决定了所要访问的数据资源。 ( 1 ) c o n n e c t 属性。d a t a 控件的c o n n e c t 属性用于定义控件所要连接的数据库 类型。使用d a t a 控件可以连接多种数据库，包括m i c r o s o f t a c c e s s 、d b a s e 、 f o x p r o 、p a r a d o x 等，d a t a 控件还可以用来访问e x c e l 、l o t u s 和标准的a s c i i 文 本文件，d a t a 控件也可以访问和搡作远程的o d b c 开放式数据库，如m i c r o s o f t s q l s e r v e r 和o r a c l e 等。在连接数据库时要根据不同的数据库类型进行设置。 ( 2 ) d a t a b a s e n a m e 属性。d a t a b a s e n a m e 属性用于返回或设置d a t a 控件的数 据源，决定d a t a 控件连接到哪一个数据库上，它通常是一个完整的数据库标识 符。对于多