1.1　起重机械简介

1.1.1　起重机械的基本类型

起重机械通常按起重机的主要用途和构造特征进行分类。按主要用途分，有通用起重机、建筑起重机、冶金起重机、港口起重机、铁路起重机和造船起重机等；按构造特征分，有桥式起重机和臂架式起重机，旋转式起重机和非旋转式起重机，固定式起重机和运行式起重机。运行式起重机又分为固定在轨道上运行的轨行式起重机和由轮胎或履带支承运行的无轨式起重机。起重机形式多样，种类繁多，起重机械按照主要用途和构造特征可分为如图1.1所示的基本类型。

1.1.2　起重机的基本参数

起重机的参数是表明起重机工作性能的指标，也是设计的依据，起重机的基本参数如下。

（1）起重量

起重量是指起重机在正常情况下被吊物体或移运物体的实际重量，所允许的最大吊起重量称为额定起重量。对于幅度可变的起重机，根据幅度不同规定不同工况下起重机的额定起重量。起重机的额定起重量不包括吊钩、吊环等不可分吊具的重量，但包括抓斗、电磁吸盘、平衡梁、夹钳等可分吊具的重量。

（2）起重力矩

起重量与幅度的乘积称为起重力矩（载荷力矩）。额定起重力矩是指额定起重量与相对应的幅度的乘积。

（3）起升高度

起升高度是指起重机运行轨道顶面（或地面）到取物装置上极限位置的垂直距离。另外，还有下降深度和起升范围两个概念：

①下降深度是指取物装置可以放到地面或轨道顶面以下时，其下放距离称为下降深度，即吊具最低工作位置与起重机水平支承面之间的垂直距离。

②起升范围为起升高度和下降深度之和，即吊具最高和最低工作位置之间的垂直距离。

（4）跨度和轨距

跨度是对桥门式起重机而言的，它是指起重机运行轨道中心线之间的距离。轨距是指桥门式起重机的小车运行轨道中心线之间的距离或者某些地面有轨运行的臂架式起重机的运行轨道中心线之间的距离。

（5）幅度

对可旋转的臂架式起重机而言，幅度是指旋转中心线与取物装置铅垂线之间的距离。对非旋转臂架式起重机常用有效幅度表示，有效幅度是指臂架所在平面内的起重机内侧轮廓线与取物装置铅垂线之间的距离。当臂架倾角最小或小车位置与起重机回转中心距离最大时的幅度为最大幅度，反之为最小幅度。

（6）工作速度

工作速度是指起重机工作机构在额定载荷情况下稳定运行的速度。工作速度包括如下几个速度。

①起升（下降）速度　起升（下降）速度是指起重机在稳定运行状态下额定载荷的垂直位移速度。

②大车运行速度　大车运行速度是指起重机在水平路面或轨道上运输额定载荷的运行速度。

③小车运行速度　小车运行速度是指稳定运动状态下小车在水平轨道上运输额定载荷的运行速度。

④变幅速度　变幅速度是指稳定运动状态下在变幅平面内吊挂最小额定载荷，从最大幅度至最小幅度的水平位移平均线速度。

⑤行走速度　行走速度是指在道路行驶状态下流动式起重机吊挂额定载荷的平稳运行速度。

⑥旋转速度　旋转速度是指在稳定运动状态下起重机绕其旋转中心的旋转速度。

1.1.3　起重机的基本结构组成

不论是结构简单还是复杂的起重机，其结构组成有一个共同点，都是由金属结构、机构和控制系统三大部分组成，下面介绍起重机的基本结构组成。

（1）起重机的金属结构

起重机的金属结构是由金属材料轧制的型钢和钢板作为基本构件，采用铆接、焊接等方法，按照一定的结构组成规则连接起来，能够承受载荷的结构物。这些金属结构可以根据需要制作成梁、柱、桁架等基本的受力组件，再把这些金属受力组件通过焊接或螺栓连接起来，构成起重机用的桥架、门架、塔架、臂架等承载结构，这种结构又称为起重机钢结构。起重机钢结构作为起重机的主要组成部分之一，其作用主要是承载各种载荷，因此本身必须具有足够的强度、刚度和稳定性。以下将简要地介绍几种典型起重机钢结构的组成与特点。

①通用桥式起重机的钢结构　通用桥式起重机的钢结构是指桥式起重机的桥架。桥架主要由主梁、端梁、栏杆、走台、轨道和司机室等构件组成，如图1.2所示。其中主梁和端梁为主要受力构件，其他为非受力构件，主梁与端梁之间采用焊接或螺栓连接，主梁断面主要有箱形结构和桁架结构两种结构形式。桥式起重机又分为单梁桥式起重机和双梁桥式起重机。

②门式起重机的钢结构　门式起重机的钢结构是指门式起重机的门架。门式起重机有箱形结构门架和桁架结构门架，如图1.3所示。桁架门式起重机的门架主要由马鞍、主梁、支腿、下横梁和悬臂梁等部分组成。这五部分均为受力构件，为便于生产制作、运输与安装，各构件之间多采用螺栓连接。

③塔式起重机的钢结构　塔式起重机的钢结构是指塔式起重机的塔架。塔式起重机的塔架由塔身、起重臂、平衡臂、爬升套架、附着装置及底架等构件组成，其中塔身、起重臂和底座是主要受力构件，起重臂和平衡臂与塔身之间通过销轴连接，塔身与底架之间是通过螺杆相连接固定的。塔式起重机的起重臂是受弯件，断面多为矩形桁架式结构，由角钢或圆管组焊而成。起重臂分为动臂式臂架、水平式臂架、折臂式臂架3种形式，如图1.4所示。

④岸边集装箱起重机的钢结构　岸边集装箱起重机是一种安装在码头供集装箱装船、卸船用的大型港口起重设备，如图1.5所示。岸边集装箱起重机的金属结构主要是由门框、梯形架、主梁、门框连接系统组成的。门框是岸边集装箱起重机金属结构的主要构件，分为海侧和陆侧两部分，分别由立柱、上横梁和下横梁组成，梯形架包括海侧梯形架和陆侧梯形架，前主梁和后主梁，两者之间用铰点连接。门框连接系统包括门框连接横梁、门框连接斜撑、门框上部水平撑杆。岸边集装箱起重机的金属结构可以归纳为由门架系统、主梁和拉杆系统三大部分组成。

⑤门座起重机的钢结构　门座起重机的钢结构是指臂架系统的结构，臂架系统主要有刚性拉杆式和组合臂架式两种，如图1.6所示。刚性拉杆式和组合臂架式门座起重机的钢结构主要由交叉式门架、转柱、桁架式人字架、刚性拉杆组合臂架等构件组成。其中门架、人字架和臂架是主要受力构件，各构件之间采用销轴连接或螺栓连接固定。

⑥轮胎起重机的钢结构　轮胎起重机的钢结构主要由吊臂、转台和车架三部分构件组成，如图1.7所示。吊臂结构形式分为桁架式和伸缩臂式，伸缩臂式吊臂是由钢板组焊而成的箱形结构，桁架式吊臂由型钢或钢管组焊而成。吊臂是主要的受力构件，它直接影响起重机的承载能力、整机稳定性和自重的大小。转台分为平面框式和板式两种结构形式，均为钢板和型钢组合焊接构件。转台用来安装吊臂、起升机构、变幅机构、旋转机构、配重、发动机和司机室等。车架又称为底架，底架分为平面框式结构和整体箱形结构。

（2）起重机的机构

能使起重机发生某种动作的传动系统，统称为起重机的机构。因起重运输作业的需要，起重机要做升降、移动、旋转、变幅、爬升及伸缩等动作，而这些动作必然要由相应的机构来完成。起重机最基本的机构是起升机构、运行机构、回转机构和变幅机构。除此之外，还有塔式起重机的塔身爬升机构和汽车、轮胎等起重机专用的支腿伸缩机构。下面主要介绍起升机构、运行机构、回转机构和变幅机构。

起重机的每个机构都由四种装置组成，它们是驱动装置、制动装置和传动装置，另外一种装置是与机构的作用直接相关的专用装置，如起升机构的取物缠绕装置、运行机构的车轮装置、回转机构的回转支承装置和变幅机构的变幅装置。

a.驱动装置分为人力、机械和液压驱动装置，手动起重机依靠人力直接驱动，机械驱动装置是电动机或内燃机，液压驱动装置是液压泵和液压缸或液压马达。

b.制动装置是制动器与制动轮（盘），各种不同类型的起重机根据各自的特点与需要，将采用各种块式、盘式、带式、内张蹄式和锥式等制动器。

c.传动装置是减速器，各种不同类型的起重机根据各自的特点与需要，将采用各种不同形式的齿轮、蜗轮和行星等形式的减速器。

①起重机的起升机构　起重机的起升机构由驱动装置、制动装置、传动装置和取物缠绕装置组成。起升机构的驱动装置采用电力驱动时为电动机，其中，葫芦起重机多采用笼型电动机，其他电动起重机多采用绕线电动机或直流电动机。履带、铁路起重机的起升机构驱动装置为内燃机。汽车、轮胎起重机的起升机构驱动装置由原动机带动的液压泵、液压缸或液压马达组成。

②起重机的运行机构　起重机的运行机构可分为轨行式运行机构和无轨行式运行机构，轮胎、履带式运行机构属于无轨行式运行机构。轨行式运行机构除了铁路起重机以外，基本都为电动机驱动形式。为此，起重机的运行机构都由电动机、制动器、减速器和车轮装置四部分组成。起重机的运行机构分为集中驱动和分别驱动两种形式。集中驱动是由一台电动机通过传动轴驱动两边车轮转动的运行机构形式，集中驱动只适合小跨度的起重机或起重小车的运行机构。分别驱动是两边车轮分别由一套独立的驱动装置驱动的运行机构。

③起重机的回转机构　起重机的回转机构又称为旋转机构。起重机的回转机构由驱动装置、制动装置、传动装置和回转支承装置组成。回转支承装置分为柱式和转盘式两大类。

④起重机的变幅机构　起重机的变幅机构按机构运动形式分为运行小车式变幅机构和臂架摆动式变幅机构；按臂架变幅性能分为普通臂架变幅机构和平衡臂架变幅机构，普通臂架变幅机构又分为臂架摆动式变幅机构和运行小车式变幅机构。臂架摆动式变幅机构适用于汽车、轮胎、履带、铁路和桅杆起重机，牵引小车式变幅机构适用于塔式起重机。

（3）起重机的电气控制系统

起重机钢结构负责载荷支承，起重机机构负责动作运转，起重机机构动作的启动、运转、换向和停止等均由电气或液压控制系统来完成。起重机运转动作能平稳、准确、安全可靠离不开有效的电气传动、控制与保护。

①起重机电气传动　起重机对电气传动的要求有调速平稳、快速启制动、纠偏、保持同步、机构间的动作协调、吊重止摆等。其中调速是最重要的，电气调速分为两大类：直流调速和交流调速。

交流调速分为变频调速、变极调速和变转差率调速。变频调速技术目前已大量应用于各种类型的起重机上；变极调速主要应用于葫芦式起重机的笼型双绕组变极电动机上，采用改变电机极对数来实现调速；变转差率调速方式较多，如改变绕线异步电动机外串电阻法、转子晶闸管脉冲调速法。除了上述调速方法以外还有双电机调速、液力推动器调速、动力制动调速、转子脉冲调速、涡流制动器调速、定子调压调速等。

②起重机的自动控制　自动定位装置。起重机的自动定位一般是根据被控对象的使用环境、精度要求来确定装置的结构形式。自动定位装置通常使用各种检测元件与继电接触器或可编程序控制器，相互配合达到自动定位的目的。

大车运行机构的纠偏和电气同步。纠偏分为人为纠偏和自动纠偏。人为纠偏是当偏斜超过一定值后，偏斜信号发生器发出信号，司机断开超前支腿侧的电机，接通滞后支腿侧的电机进行调整。自动纠偏是当偏斜超过一定值时，纠偏指令发生器发出指令，系统进行自动纠偏。电气同步是在交流传动中，常采用带有均衡电机的电轴系统，实现电气同步。

地面操纵、有线与无线遥控。地面操纵多为葫芦式起重机采用的控制方式，其关键部件是手动按钮开关，即通常所称的手电门。有线遥控是通过专用的电缆或动力线作为载波体，对信号用调制解调传输方式，达到只用较少通道即可实现控制的方法。无线遥控是利用当代电子技术，将信息以电波或光波为通道形式传输达到控制的目的。起重电磁铁及其控制电路主要是提供电磁铁的直流电源及完成吸料、放料控制，其工作方式分为定电压控制方式和可调电压控制方式。

③起重机的电源引入装置　起重机的电源引入装置分为三类：硬滑线供电、软电缆供电和滑环集电器。硬滑线电源引入装置有裸角钢平面集电器、圆钢（或铜）滑轮集电器和内藏式滑触线集电器进行电源引入。软电缆供电的电源引入装置是采用带有绝缘护套的多芯软电线制成的，软电缆有圆电缆和扁电缆两种形式，它们通过吊挂的供电跑车进行引入电源。

④起重机的电气设备与电气回路　起重机的电气设备是多种多样的，不同类型的起重机其电气回路也不一样，但电气回路基本上由主回路、控制回路、保护回路等组成。