1.1　起重機械簡介

1.1.1　起重機械的基本類型

起重機械通常按起重機的主要用途和構造特征進行分類。按主要用途分，有通用起重機、建筑起重機、冶金起重機、港口起重機、鐵路起重機和造船起重機等；按構造特征分，有橋式起重機和臂架式起重機，旋轉式起重機和非旋轉式起重機，固定式起重機和運行式起重機。運行式起重機又分為固定在軌道上運行的軌行式起重機和由輪胎或履帶支承運行的無軌式起重機。起重機形式多樣，種類繁多，起重機械按照主要用途和構造特征可分為如圖1.1所示的基本類型。

1.1.2　起重機的基本參數

起重機的參數是表明起重機工作性能的指標，也是設計的依據，起重機的基本參數如下。

（1）起重量

起重量是指起重機在正常情況下被吊物體或移運物體的實際重量，所允許的最大吊起重量稱為額定起重量。對于幅度可變的起重機，根據幅度不同規定不同工況下起重機的額定起重量。起重機的額定起重量不包括吊鉤、吊環等不可分吊具的重量，但包括抓斗、電磁吸盤、平衡梁、夾鉗等可分吊具的重量。

（2）起重力矩

起重量與幅度的乘積稱為起重力矩（載荷力矩）。額定起重力矩是指額定起重量與相對應的幅度的乘積。

（3）起升高度

起升高度是指起重機運行軌道頂面（或地面）到取物裝置上極限位置的垂直距離。另外，還有下降深度和起升范圍兩個概念：

①下降深度是指取物裝置可以放到地面或軌道頂面以下時，其下放距離稱為下降深度，即吊具最低工作位置與起重機水平支承面之間的垂直距離。

②起升范圍為起升高度和下降深度之和，即吊具最高和最低工作位置之間的垂直距離。

（4）跨度和軌距

跨度是對橋門式起重機而言的，它是指起重機運行軌道中心線之間的距離。軌距是指橋門式起重機的小車運行軌道中心線之間的距離或者某些地面有軌運行的臂架式起重機的運行軌道中心線之間的距離。

（5）幅度

對可旋轉的臂架式起重機而言，幅度是指旋轉中心線與取物裝置鉛垂線之間的距離。對非旋轉臂架式起重機常用有效幅度表示，有效幅度是指臂架所在平面內的起重機內側輪廓線與取物裝置鉛垂線之間的距離。當臂架傾角最小或小車位置與起重機回轉中心距離最大時的幅度為最大幅度，反之為最小幅度。

（6）工作速度

工作速度是指起重機工作機構在額定載荷情況下穩定運行的速度。工作速度包括如下幾個速度。

①起升（下降）速度　起升（下降）速度是指起重機在穩定運行狀態下額定載荷的垂直位移速度。

②大車運行速度　大車運行速度是指起重機在水平路面或軌道上運輸額定載荷的運行速度。

③小車運行速度　小車運行速度是指穩定運動狀態下小車在水平軌道上運輸額定載荷的運行速度。

④變幅速度　變幅速度是指穩定運動狀態下在變幅平面內吊掛最小額定載荷，從最大幅度至最小幅度的水平位移平均線速度。

⑤行走速度　行走速度是指在道路行駛狀態下流動式起重機吊掛額定載荷的平穩運行速度。

⑥旋轉速度　旋轉速度是指在穩定運動狀態下起重機繞其旋轉中心的旋轉速度。

1.1.3　起重機的基本結構組成

不論是結構簡單還是復雜的起重機，其結構組成有一個共同點，都是由金屬結構、機構和控制系統三大部分組成，下面介紹起重機的基本結構組成。

（1）起重機的金屬結構

起重機的金屬結構是由金屬材料軋制的型鋼和鋼板作為基本構件，采用鉚接、焊接等方法，按照一定的結構組成規則連接起來，能夠承受載荷的結構物。這些金屬結構可以根據需要制作成梁、柱、桁架等基本的受力組件，再把這些金屬受力組件通過焊接或螺栓連接起來，構成起重機用的橋架、門架、塔架、臂架等承載結構，這種結構又稱為起重機鋼結構。起重機鋼結構作為起重機的主要組成部分之一，其作用主要是承載各種載荷，因此本身必須具有足夠的強度、剛度和穩定性。以下將簡要地介紹幾種典型起重機鋼結構的組成與特點。

①通用橋式起重機的鋼結構　通用橋式起重機的鋼結構是指橋式起重機的橋架。橋架主要由主梁、端梁、欄桿、走臺、軌道和司機室等構件組成，如圖1.2所示。其中主梁和端梁為主要受力構件，其他為非受力構件，主梁與端梁之間采用焊接或螺栓連接，主梁斷面主要有箱形結構和桁架結構兩種結構形式。橋式起重機又分為單梁橋式起重機和雙梁橋式起重機。

②門式起重機的鋼結構　門式起重機的鋼結構是指門式起重機的門架。門式起重機有箱形結構門架和桁架結構門架，如圖1.3所示。桁架門式起重機的門架主要由馬鞍、主梁、支腿、下橫梁和懸臂梁等部分組成。這五部分均為受力構件，為便于生產制作、運輸與安裝，各構件之間多采用螺栓連接。

③塔式起重機的鋼結構　塔式起重機的鋼結構是指塔式起重機的塔架。塔式起重機的塔架由塔身、起重臂、平衡臂、爬升套架、附著裝置及底架等構件組成，其中塔身、起重臂和底座是主要受力構件，起重臂和平衡臂與塔身之間通過銷軸連接，塔身與底架之間是通過螺桿相連接固定的。塔式起重機的起重臂是受彎件，斷面多為矩形桁架式結構，由角鋼或圓管組焊而成。起重臂分為動臂式臂架、水平式臂架、折臂式臂架3種形式，如圖1.4所示。

④岸邊集裝箱起重機的鋼結構　岸邊集裝箱起重機是一種安裝在碼頭供集裝箱裝船、卸船用的大型港口起重設備，如圖1.5所示。岸邊集裝箱起重機的金屬結構主要是由門框、梯形架、主梁、門框連接系統組成的。門框是岸邊集裝箱起重機金屬結構的主要構件，分為海側和陸側兩部分，分別由立柱、上橫梁和下橫梁組成，梯形架包括海側梯形架和陸側梯形架，前主梁和后主梁，兩者之間用鉸點連接。門框連接系統包括門框連接橫梁、門框連接斜撐、門框上部水平撐桿。岸邊集裝箱起重機的金屬結構可以歸納為由門架系統、主梁和拉桿系統三大部分組成。

⑤門座起重機的鋼結構　門座起重機的鋼結構是指臂架系統的結構，臂架系統主要有剛性拉桿式和組合臂架式兩種，如圖1.6所示。剛性拉桿式和組合臂架式門座起重機的鋼結構主要由交叉式門架、轉柱、桁架式人字架、剛性拉桿組合臂架等構件組成。其中門架、人字架和臂架是主要受力構件，各構件之間采用銷軸連接或螺栓連接固定。

⑥輪胎起重機的鋼結構　輪胎起重機的鋼結構主要由吊臂、轉臺和車架三部分構件組成，如圖1.7所示。吊臂結構形式分為桁架式和伸縮臂式，伸縮臂式吊臂是由鋼板組焊而成的箱形結構，桁架式吊臂由型鋼或鋼管組焊而成。吊臂是主要的受力構件，它直接影響起重機的承載能力、整機穩定性和自重的大小。轉臺分為平面框式和板式兩種結構形式，均為鋼板和型鋼組合焊接構件。轉臺用來安裝吊臂、起升機構、變幅機構、旋轉機構、配重、發動機和司機室等。車架又稱為底架，底架分為平面框式結構和整體箱形結構。

（2）起重機的機構

能使起重機發生某種動作的傳動系統，統稱為起重機的機構。因起重運輸作業的需要，起重機要做升降、移動、旋轉、變幅、爬升及伸縮等動作，而這些動作必然要由相應的機構來完成。起重機最基本的機構是起升機構、運行機構、回轉機構和變幅機構。除此之外，還有塔式起重機的塔身爬升機構和汽車、輪胎等起重機專用的支腿伸縮機構。下面主要介紹起升機構、運行機構、回轉機構和變幅機構。

起重機的每個機構都由四種裝置組成，它們是驅動裝置、制動裝置和傳動裝置，另外一種裝置是與機構的作用直接相關的專用裝置，如起升機構的取物纏繞裝置、運行機構的車輪裝置、回轉機構的回轉支承裝置和變幅機構的變幅裝置。

a.驅動裝置分為人力、機械和液壓驅動裝置，手動起重機依靠人力直接驅動，機械驅動裝置是電動機或內燃機，液壓驅動裝置是液壓泵和液壓缸或液壓馬達。

b.制動裝置是制動器與制動輪（盤），各種不同類型的起重機根據各自的特點與需要，將采用各種塊式、盤式、帶式、內張蹄式和錐式等制動器。

c.傳動裝置是減速器，各種不同類型的起重機根據各自的特點與需要，將采用各種不同形式的齒輪、蝸輪和行星等形式的減速器。

①起重機的起升機構　起重機的起升機構由驅動裝置、制動裝置、傳動裝置和取物纏繞裝置組成。起升機構的驅動裝置采用電力驅動時為電動機，其中，葫蘆起重機多采用籠型電動機，其他電動起重機多采用繞線電動機或直流電動機。履帶、鐵路起重機的起升機構驅動裝置為內燃機。汽車、輪胎起重機的起升機構驅動裝置由原動機帶動的液壓泵、液壓缸或液壓馬達組成。

②起重機的運行機構　起重機的運行機構可分為軌行式運行機構和無軌行式運行機構，輪胎、履帶式運行機構屬于無軌行式運行機構。軌行式運行機構除了鐵路起重機以外，基本都為電動機驅動形式。為此，起重機的運行機構都由電動機、制動器、減速器和車輪裝置四部分組成。起重機的運行機構分為集中驅動和分別驅動兩種形式。集中驅動是由一臺電動機通過傳動軸驅動兩邊車輪轉動的運行機構形式，集中驅動只適合小跨度的起重機或起重小車的運行機構。分別驅動是兩邊車輪分別由一套獨立的驅動裝置驅動的運行機構。

③起重機的回轉機構　起重機的回轉機構又稱為旋轉機構。起重機的回轉機構由驅動裝置、制動裝置、傳動裝置和回轉支承裝置組成。回轉支承裝置分為柱式和轉盤式兩大類。

④起重機的變幅機構　起重機的變幅機構按機構運動形式分為運行小車式變幅機構和臂架擺動式變幅機構；按臂架變幅性能分為普通臂架變幅機構和平衡臂架變幅機構，普通臂架變幅機構又分為臂架擺動式變幅機構和運行小車式變幅機構。臂架擺動式變幅機構適用于汽車、輪胎、履帶、鐵路和桅桿起重機，牽引小車式變幅機構適用于塔式起重機。

（3）起重機的電氣控制系統

起重機鋼結構負責載荷支承，起重機機構負責動作運轉，起重機機構動作的啟動、運轉、換向和停止等均由電氣或液壓控制系統來完成。起重機運轉動作能平穩、準確、安全可靠離不開有效的電氣傳動、控制與保護。

①起重機電氣傳動　起重機對電氣傳動的要求有調速平穩、快速啟制動、糾偏、保持同步、機構間的動作協調、吊重止擺等。其中調速是最重要的，電氣調速分為兩大類：直流調速和交流調速。

交流調速分為變頻調速、變極調速和變轉差率調速。變頻調速技術目前已大量應用于各種類型的起重機上；變極調速主要應用于葫蘆式起重機的籠型雙繞組變極電動機上，采用改變電機極對數來實現調速；變轉差率調速方式較多，如改變繞線異步電動機外串電阻法、轉子晶閘管脈沖調速法。除了上述調速方法以外還有雙電機調速、液力推動器調速、動力制動調速、轉子脈沖調速、渦流制動器調速、定子調壓調速等。

②起重機的自動控制　自動定位裝置。起重機的自動定位一般是根據被控對象的使用環境、精度要求來確定裝置的結構形式。自動定位裝置通常使用各種檢測元件與繼電接觸器或可編程序控制器，相互配合達到自動定位的目的。

大車運行機構的糾偏和電氣同步。糾偏分為人為糾偏和自動糾偏。人為糾偏是當偏斜超過一定值后，偏斜信號發生器發出信號，司機斷開超前支腿側的電機，接通滯后支腿側的電機進行調整。自動糾偏是當偏斜超過一定值時，糾偏指令發生器發出指令，系統進行自動糾偏。電氣同步是在交流傳動中，常采用帶有均衡電機的電軸系統，實現電氣同步。

地面操縱、有線與無線遙控。地面操縱多為葫蘆式起重機采用的控制方式，其關鍵部件是手動按鈕開關，即通常所稱的手電門。有線遙控是通過專用的電纜或動力線作為載波體，對信號用調制解調傳輸方式，達到只用較少通道即可實現控制的方法。無線遙控是利用當代電子技術，將信息以電波或光波為通道形式傳輸達到控制的目的。起重電磁鐵及其控制電路主要是提供電磁鐵的直流電源及完成吸料、放料控制，其工作方式分為定電壓控制方式和可調電壓控制方式。

③起重機的電源引入裝置　起重機的電源引入裝置分為三類：硬滑線供電、軟電纜供電和滑環集電器。硬滑線電源引入裝置有裸角鋼平面集電器、圓鋼（或銅）滑輪集電器和內藏式滑觸線集電器進行電源引入。軟電纜供電的電源引入裝置是采用帶有絕緣護套的多芯軟電線制成的，軟電纜有圓電纜和扁電纜兩種形式，它們通過吊掛的供電跑車進行引入電源。

④起重機的電氣設備與電氣回路　起重機的電氣設備是多種多樣的，不同類型的起重機其電氣回路也不一樣，但電氣回路基本上由主回路、控制回路、保護回路等組成。