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北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文
前言
起重機械是用來對物料進行起重，運輸，裝卸和安裝作業(yè)的機械。它可以完成靠人力無法完成的物料搬運工作，減輕人們的體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率，在工廠、礦山、車站、港口、建筑工地、倉庫，水電站等多個領(lǐng)域和部門中得到廣泛的應(yīng)用。隨著生產(chǎn)規(guī)模日益擴大，特別是現(xiàn)代化，專業(yè)化生產(chǎn)的要求，各種專門用途的起重機相繼產(chǎn)生，在許多重要的部門中，它不僅是生產(chǎn)過程中的輔助機械，而且已成為生產(chǎn)流水作業(yè)線上不可缺少的重要機械設(shè)備，它的發(fā)展對國民經(jīng)濟建設(shè)起著積極的促進作用。
世界市場對起重機的需求量正在不斷增加。由于工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的提高和生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用比例不斷增加，迫使企業(yè)大量采用起重機械。德國是目前世界上最大的起重機生產(chǎn)國之一，美國、日本、法國和俄羅斯也是生產(chǎn)起重機的大國。
我國海域遼闊、河流縱橫、岸長水深，具有發(fā)展水運事業(yè)的優(yōu)越條件。目前，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和對外貿(mào)易活動的增加，港口的地位越來越突出，是對外交流重要渠道之一。同時，港口建設(shè)的發(fā)展，港口裝卸機械化程度也相應(yīng)地日益提高。然而目前國內(nèi)起重機的設(shè)計在參數(shù)取值與安全系數(shù)選取上均與實際情況有較大出入，采用的設(shè)計理論比較落后。要使產(chǎn)品性能有根本性變化，還須從設(shè)計抓起。近年來，港口起重機械制造單位已著手對起重機零部件的研究，主要包括重要零件材料的采用及結(jié)構(gòu)形式的改進。
由于工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的提高和生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用比例不斷增加，迫使企業(yè)大量采用起重機械。然而，目前起重機的設(shè)計在參數(shù)取值與安全系數(shù)選取上均與實際情況有較大出入，近年來，起重機制造單位已著手對起重機零部件的研究，主要包括重要零件材料的采用及結(jié)構(gòu)形式的改進。卷筒是起重機上一個重要的零部件，在起升結(jié)構(gòu)中，卷筒用來卷繞，收存鋼絲繩，把原動機的回轉(zhuǎn)運動變?yōu)殇摻z繩的直線運動，與此同時，把原動機的驅(qū)動動力傳遞給鋼絲繩。
在汽車或汽車專用底盤上裝置起重設(shè)備，完成裝卸貨物和建筑構(gòu)件吊裝任務(wù)的汽車稱為汽車起重機。如圖1所示。它是一種行走式起重機械，所以也稱為起重汽車或汽車吊車。汽車起重機廣泛用于交通運輸、建筑工程、油田、礦山、碼頭和國防部門，特別適用于貨物分散、場地狹窄、貨物起落高度大的施工現(xiàn)場。
在汽車或汽車專用底盤上裝置起重設(shè)備，完成裝卸貨物和建筑構(gòu)件吊裝任務(wù)的汽車稱為汽車起重機。如圖1所示。它是一種行走式起重機械，所以也稱為起重汽車或汽車吊車。汽車起重機廣泛用于交通運輸、建筑工程、油田、礦山、碼頭和國防部門，特別適用于貨物分散、場地狹窄、貨物起落高度大的施工現(xiàn)場。
20世紀中期，由于裝配式建筑物的出現(xiàn)，使汽車起重機有了發(fā)展，當時就出現(xiàn)主臂長61m，副臂長15.2m，用于裝配24層樓房的汽車起重機。隨著建筑業(yè)的發(fā)展，又出現(xiàn)了臂長137m，起重質(zhì)量250t的重型汽車起重機。
1 汽車起重機的類型與結(jié)構(gòu)
1.1 汽車起重機的分類
（1）按起重質(zhì)量分類
分為輕型、中型、重型和超重型等四類。我國規(guī)定各類輕型起重汽車起重質(zhì)量在5t以下；中型為5~15t；重型為15~50t；超重型為50t以上。
（2）按傳動形式分類
分為機械傳動、電力傳動和液壓傳動三種。機械傳動起重汽車，由發(fā)動機經(jīng)汽車變速器、分動箱、傳動軸驅(qū)動齒輪等機構(gòu)，再帶動轉(zhuǎn)臺，驅(qū)動起重絞車。電力傳動起重汽車，由發(fā)動機帶動發(fā)電機，供電給轉(zhuǎn)臺、起重絞車和吊臂絞車所用的電動機，完成起重作業(yè)。液壓傳動起重汽車，由汽車的發(fā)動機經(jīng)變速器驅(qū)動液壓泵，用液體傳遞能量，驅(qū)動液壓馬達和油缸，再帶動轉(zhuǎn)臺、絞車和臂桿等，完成貨物的空間位移。
（3）按汽車起重裝置在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動范圍分類
可分為全回轉(zhuǎn)式和非全回轉(zhuǎn)式兩種，前者的轉(zhuǎn)臺可在360內(nèi)任意轉(zhuǎn)動，而后者轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角小于270。
（4）按吊臂結(jié)構(gòu)型式分類
分為折疊式、伸縮式和桁架式三種。折疊式汽車起重機的吊臂分為幾段，各段彼此鉸接聯(lián)結(jié)，不工作時各段可以疊合在一起，主要用于輕型汽車起重機，如隨車吊。伸縮式汽車起重機的吊臂由幾節(jié)伸縮臂互相套裝而成，伸縮臂在主臂或上一節(jié)伸縮臂內(nèi)可以伸縮，用以改變臂桿的工作長度。中型和重型汽車起重機，幾乎都采用液壓伸縮式吊臂，采用液壓伸縮式吊臂的超重型汽車起重機也與日俱增。桁架式吊臂組裝成整體式全金屬桁架結(jié)構(gòu)，主要用于重型或超重型汽車起重機。
1.2 汽車起重機的結(jié)構(gòu)及舉升裝置的特點
汽車起重機完成重工作時，其作業(yè)循環(huán)通常是起吊——回轉(zhuǎn)——卸貨——返回，有時還需要間歇短距離的行駛。汽車起重機的主要組成部分如下：
（1）起升裝置
完成貨物的提升和降落作業(yè)，包括提取裝置（如抓斗、吊鉤等）、鋼絲繩、滑輪組、起重絞車、吊臂、吊臂伸縮和變幅的驅(qū)動裝置等。
起升機構(gòu)實現(xiàn)貨載升、降運動，是每臺起重機必備的機構(gòu)。它由驅(qū)動裝置、傳動裝置、制動裝置和工作裝置四個部分組成。驅(qū)動方式采用液壓驅(qū)動，由原動機帶動液壓泵，將工作油液輸入執(zhí)行構(gòu)件使機構(gòu)動作，通過控制輸入執(zhí)行機構(gòu)的液體流量實現(xiàn)調(diào)速。液壓驅(qū)動的優(yōu)點是傳動比大，可以實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速，結(jié)構(gòu)緊湊，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作方便，過載保護性能好。缺點是液壓傳動元件的制造精度要求高，液體容易泄露；傳動裝置按機構(gòu)布置需要，采用各種減速裝置，用來完成轉(zhuǎn)速與力矩轉(zhuǎn)換的最佳匹配，使電動機在滿足工作裝置要求的情況下處于高效最佳工作狀態(tài)；工作裝置由卷筒、鋼絲繩、滑輪組和取物裝置組成，當傳動裝置驅(qū)動卷筒轉(zhuǎn)動時，通過鋼絲繩、滑輪組變?yōu)槿∥镅b置的垂直上下運動；制動裝置可控制吊裝物品的下降速度或使其停止在空中某一位置，不允許在重力作用下下落。由于重力始終作用在被懸吊的物品上，所以起升機構(gòu)機構(gòu)必須選用制動力矩在制動器不松閘時始終作用在制動輪上的常閉式制動器，以策安全。大型起重機往往備有兩套起升機構(gòu)，吊大重量的稱為主起升機構(gòu)或主鉤，吊小重量的稱為副起升機構(gòu)或者副鉤。起升機構(gòu)載荷的特點是：
1. 物品起升和下降時，在驅(qū)動機構(gòu)中鋼絲繩拉力產(chǎn)生的扭矩方向不變。
2. 物品懸掛系統(tǒng)由撓性鋼絲繩組成，物品慣性引起的附加轉(zhuǎn)矩一般不超過靜扭矩的10%，對機構(gòu)影響不大。
3. 機構(gòu)起動或制動時，只有電動機輸出軸到制動器之間的零件承受較大的動載荷，齒輪傳動和其他低速軸零件所受的動載荷不大。
起升機構(gòu)的設(shè)計及計算主要包括：根據(jù)總體設(shè)計要求選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，確定起升機構(gòu)傳動布置方案，如圖2所示；按給定的整機主要系數(shù)（最大額定起重量、起升高度、起升速度等）確定起升機構(gòu)參數(shù)，選擇確定機構(gòu)各起重零部件的結(jié)構(gòu)和尺寸；進行機構(gòu)動力裝置的選擇計算等。起升機構(gòu)的設(shè)計應(yīng)在保證滿足起重機主要工作性能的同時，盡可能地使起升機構(gòu)工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，自重輕和維修保養(yǎng)方便。
（2）回轉(zhuǎn)裝置
回轉(zhuǎn)裝置用以完成吊臂的轉(zhuǎn)動作業(yè)，包括轉(zhuǎn)臺（其上裝有吊臂、起重絞車和起重操作室等）、回轉(zhuǎn)機構(gòu)及其驅(qū)動裝置。
（3）傳動裝置
指動力由發(fā)動機到起重裝置和回轉(zhuǎn)裝置的傳動機構(gòu)。
（4）行走裝置
包括裝置通常都安裝在轉(zhuǎn)臺上，稱為上車；轉(zhuǎn)臺以下的運載車部分稱為下車。
1.3 汽車起重機液壓系統(tǒng)的構(gòu)成形式
汽車(輪胎)一般分為底盤(簡稱下車)和起升工作裝置(簡稱上車)兩大部分，底盤的作用在于轉(zhuǎn)移起重工作裝置的作業(yè)場所，在起重機作業(yè)時用于支承上車保持整機的穩(wěn)定。起升工作裝置主要由起升、變幅、吊臀伸縮和回轉(zhuǎn)等機構(gòu)組成，這些機構(gòu)都靠液壓系統(tǒng)驅(qū)動，實現(xiàn)作業(yè)要求。
輪式起重機的液壓系統(tǒng)一般由發(fā)動機經(jīng)取力裝置或直接驅(qū)動液壓泵，液壓油從液壓油箱進入液壓泵產(chǎn)生壓力，按作業(yè)需要由控制閥將壓力油分配給相應(yīng)的機構(gòu)，或在待命狀態(tài)時使壓力油直接流回液壓油箱，減少功率消耗。
由于大中型輪式起重機下車的走行功率較上車的起重作業(yè)所需功率大得多，而且液壓系統(tǒng)的流量較大．因此，在上車專設(shè)較小功率的發(fā)動機作為液壓系統(tǒng)的動力源。對于下車的支腿、穩(wěn)定器等液壓油從上車經(jīng)中心回轉(zhuǎn)接頭送至下車。
輪式起重機的液壓系統(tǒng)一般為開式系統(tǒng)，其構(gòu)成簡單、散熱和濾油條件好．但要求液壓泵有一定的自吸能力。為滿足各機構(gòu)的多種作業(yè)速度需要，常采用雙泵或多泵的液壓泵組供油。小型的輪式起重機多采用單泵或雙泵的定量系統(tǒng)，靠調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速或閥控裝置節(jié)流調(diào)速，后者的功率損耗較大、傳動效率低，但它構(gòu)造簡單、成本低、操縱方便切維護容易。
輪式起重機的液壓系統(tǒng)一般由發(fā)動機經(jīng)取力裝置或直接驅(qū)動液壓泵，液壓油從液壓油箱進入液壓泵建立壓力，按作業(yè)需要由控制閥組將壓力油分配給相應(yīng)的機構(gòu)，或在待命狀態(tài)時使壓力油直接流回液壓郵箱，減少功率損耗。
中小型輪式起重機為了簡化傳動系統(tǒng)和減輕自重，常以底盤的發(fā)動機作液壓系統(tǒng)的動力源。液壓泵和液壓油箱布置在下車上，壓力油經(jīng)中心回轉(zhuǎn)接頭進入上車。中小型輪式起重機上車和下車的主要構(gòu)成如圖1所示。
圖1 中小型輪式起重機上車和下車的主要構(gòu)成
1—底盤及下車司機室； 2—轉(zhuǎn)臺及配重 ； 3—起升卷揚機構(gòu) ； 4—回轉(zhuǎn)機構(gòu) ；
5—上車司機室； 6—吊臂伸縮液壓缸 ； 7—基本臂 ；8—伸縮臂；
9—變幅液壓缸 ； 10—支腿水平伸縮液壓缸 ； 11—支腿垂直提放液壓缸
1.4 汽車起重機的發(fā)展狀況
自有人類文明以來，物料搬運便成了要類活動的重要組成部分，距今已有五千多年的發(fā)展歷史。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，自動化程度的提高，作為物料搬運重要設(shè)備的起重機在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中應(yīng)用越來越廣，作用愈來愈大，對起重機的要求也越來越高，科學技術(shù)的飛速發(fā)展，推動了現(xiàn)代設(shè)計和制造能力的提高，激烈的國際市場競爭也越來越依賴于技術(shù)的競爭。這些都促使起重機的技術(shù)性能進入嶄新的發(fā)展階段，起重機正經(jīng)歷著一場巨大的變革?，F(xiàn)根據(jù)起重機的新理論、新技術(shù)和新動向，結(jié)合實例，簡要論述國外先進起重機的特點和發(fā)展趨勢。
由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長，起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。起重機已成為自動化生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)。起重機不但要容易操作，容易維護，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有優(yōu)異的耐久性、無故障性、維修性和使用經(jīng)濟性。目前世界上最大的履帶起重機起重量3000t，最大的橋式起重機起生日一1200t，集裝箱岸連裝卸橋小車的最大運行速度已達350m/min，堆垛起重機級最大運行速度240m/min，垃圾處理用起重機的起升速度達100m/min。
用模塊化設(shè)計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設(shè)計方法，將起重機上功能基本相同的構(gòu)件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標準模塊，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。對起重機進行改進，只需針對某幾個模塊。設(shè)計新型起重機，只需選用不同模塊重新進行組合?？墒箚渭∨可a(chǎn)的起重機改換成具有相當批量的模塊生產(chǎn)，實現(xiàn)高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，企業(yè)的生產(chǎn)組織也可由產(chǎn)品管理變?yōu)槟K管理。達到改善整機性能，降低制造成本，提高通用化程度，用較少規(guī)格數(shù)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。目前，德國、英國、法國、美國和日本的著名起重機公司都已采用起重機模塊化設(shè)計，并取得了顯著的效益。德國德馬格公司的標準起重機系列改用模塊化設(shè)計后，比單件設(shè)計的設(shè)計費用下降12％，生產(chǎn)成本下降45％，經(jīng)濟效益十分可觀。德國德馬格公司還開發(fā)了一種KBK柔性組合式懸掛起重機，起重機的鋼結(jié)構(gòu)由冷軋型軌組合而成，起重機運行線路可沿生產(chǎn)工藝流程任意布置，可有叉道、轉(zhuǎn)彎、過跨、變軌距。所有部件都可實現(xiàn)大扎遏生產(chǎn)，再根據(jù)用戶的不同需求和具體物料搬運路線在短時間內(nèi)將各種部件組合搭配即成。這種起重機組合性非常好，操作方便，能充分利用空間，運行成本低。有手動、自動多種形式，還能組成懸掛系統(tǒng)、單梁懸掛起重機、雙梁懸掛起重機、懸臂起重機、輕型門式起重機及手動堆垛起重機，甚至能組成大型自動化物料搬運系統(tǒng)。
2 汽車起重機舉升機構(gòu)設(shè)計
2.1 確定舉升機構(gòu)傳動方案
選用傳動方案為高速液壓馬達與普通圓柱齒輪減速器和卷筒等構(gòu)成的單聯(lián)滑輪組起升機構(gòu)，液壓馬達和卷筒并列布置。根據(jù)參考文獻[1]表7-2可以選擇倍率m = 4。
圖2 起升機構(gòu)方案簡圖
1—液壓馬達 ； 2—聯(lián)軸器 ； 3—卷筒 ； 4—減速器 ；5 —制動器
2.2 舉升機構(gòu)的設(shè)計計算
舉升機構(gòu)是起重機最基本的工作機構(gòu)，大多由吊掛系統(tǒng)和絞車組成，也有通過液壓系統(tǒng)升降重物的。吊掛系統(tǒng)一般由鋼絲繩、滑輪組和吊具組成，吊鉤是最常見的吊具。絞車可安置在起重小車上，也可安置在起重機金 屬結(jié)構(gòu)上或附近的地基上，通過收放鋼絲繩而升降重物，有時可用電動葫蘆或手動葫蘆作為起升機構(gòu)。有些起重機還配有副起升機構(gòu)，用以吊運較輕的物品或進行輔助作業(yè)。
汽車起重機的舉升機構(gòu)有定量馬達，減速器，制動器，聯(lián)軸器及卷筒組成。
2.2.1鋼絲繩的選擇
吊鉤的質(zhì)量：
t
式中：—起重量=8t
所以起升載荷:
Pq=（+）g
=（8+0.16）×10×10
=81600N
單聯(lián)卷筒鋼絲繩最大靜拉力為：
= Pq /mη (1)
=81600÷4÷0.93
=21935N
式中：η—升降滑輪組的效率由于該起重機構(gòu)為中級工作制，查得η=0.93。
m—滑輪組倍率。
Pq—起升載荷。
根據(jù)參考文獻[1]可知鋼絲繩直徑的選擇公式：
(2)
根據(jù)參考文獻[1]表5-2可知n=4.5
代入數(shù)據(jù)：
N
根據(jù)參考文獻[2]表2-2選擇鋼絲繩的直徑d=14mm,
選用型號為6×19W型鋼絲繩
鋼絲繩主要參數(shù)為：
公稱抗拉強度1570 MPa
破斷拉力換算系數(shù)
鋼絲繩破斷拉力總和為[F]=138000N
取定鋼絲繩；
標記為：14NAT 6×19W+IWR1570ZZ98GB8707
驗算拉力：
F= (3)
=116129N
故F< [F],驗算符合要求。
2.2.2 卷筒的設(shè)計計算
卷筒的直徑計算：
=e (4)
據(jù)參考文獻[3]表3—3—3選得：e =16
可以得到最小直徑：
D =(e-1)×d
= 15×14
= 210mm
卷筒計算直徑：
取直徑D=250mm
卷筒長度的計算：
(5)
式中：Z—每層的卷繞圈數(shù)
N—卷繞層數(shù)
所以，
t=1.1d
綜上所述，
mm
取L=350mm
確定其制造方法為鑄造
材料為HT 30
抗壓強度為1000MPa
抗拉強度為 450MPa
[]=450MPa
[]=1000MPa
確定卷筒壁厚：
= 0.02D+（6～10）
= 0.02×250+（6～10）
=11～15mm
取=13mm
卷筒強度的計算：
因為，所以只要計算壓應(yīng)力
= = (6)
=
=115.1MPa
式中：——壓應(yīng)力。
——系數(shù)，由卷筒繞的繩層數(shù)有關(guān)=1.4
——是應(yīng)力減小系數(shù) ，考慮繩繞入對卷筒的應(yīng)力有減小作用，常取0.75。
[]=10006=166.67MPa
<[]，故卷筒抗壓強度足夠。
卷筒抗壓穩(wěn)定性的驗算：
因為，且mm所以不需要進行穩(wěn)定性計算。
參考文獻[3]卷筒的轉(zhuǎn)速計算：
初步確定軸的直徑：
軸受到的彎矩和扭矩已知，軸主要受到扭力作用，所以用扭矩來確定軸的直。
由參考文獻[5]公式：
(7)
式中：n——卷筒軸的工作轉(zhuǎn)速。
P——軸傳遞的功率。
——系數(shù)，軸的材料選用45號鋼，查由參考文獻[5]表15-3可知取110。
代人數(shù)據(jù)
mm
取軸的直徑為85mm。
軸的最小值應(yīng)該在安裝軸承的地方，所以根據(jù)軸的直徑選軸承。
根據(jù)參考文獻[9]表10-2
選用角接觸球軸承。
型號：7017C型，成對使用。
主要參數(shù)為：
d=85mm；D=130mm； B=22mm
基本額定動載荷62.0kN
極限轉(zhuǎn)速為4300r/min
卷筒與軸選用銷連接，連接部分軸直徑取90mm
根據(jù)參考文獻[9]表9-25
選擇鍵的公稱尺寸為，選用四個，其中長度由卷筒的結(jié)構(gòu)決定，根據(jù)鍵的長度系數(shù)選用80mm。
確定繩子與卷筒的連接方式：
鋼絲繩在楔形塊上連接再打入卷筒，
楔行塊的斜度在1：4就可以滿足自鎖條件。示意圖3為：
圖3 繩子與卷筒的連接方式
2.2.3 滑輪的選用
滑輪是用來改變撓性件運動方向并平衡撓性件分支拉力的承載零件。其作用是：用來導(dǎo)向和支承，以改變鋼絲繩的走向；組成滑輪組，達到省力或者增速的目的。滑輪一般可分為定滑輪、動滑輪、滑輪組、導(dǎo)向滑輪等?；喌闹饕叽缡腔喼睆紻、輪轂寬度和繩槽尺寸。起重機常用鑄造滑輪，其結(jié)構(gòu)尺寸已標準化(ZBJ 80006.1—87)，軋制滑輪在我國也有行業(yè)標準(JT 5028—90)?；喗Y(jié)構(gòu)尺寸可以按鋼絲繩的直徑進行選定。
滑輪的使用安全要求為
第一, 保證滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值不應(yīng)小于《起重機設(shè)計規(guī)范》中的規(guī)定值。
第二，滑輪不應(yīng)有缺損和裂紋，滑輪槽應(yīng)光潔平整，不得有損傷鋼絲繩的缺陷。
第三，滑輪應(yīng)配置防止鋼絲繩跳出繩槽的裝置。
金屬鑄造的滑輪，出現(xiàn)下述情況之一時應(yīng)報廢：
①裂紋；
②輪槽不均勻磨損達3mm；
③輪槽壁厚磨損達原壁厚的20％；
④因磨損使輪槽底部直徑減小量達鋼絲繩直徑的50％；
⑤滑輪軸磨損量達原直徑的3％；
⑥其他損害鋼絲繩的缺陷。
滑輪的名義直徑的大小直接影響鋼絲繩的使用壽命，因起必須合理的選用滑輪。一般按照下面公式來計算滑輪的名義直徑。
(8)
式中：—按鋼絲繩中心計算的滑輪（或卷筒）的最小卷繞直徑(mm)
e—輪繩的直徑系數(shù)，e=16
d —鋼絲繩直徑（mm）。
14×16
=224 mm
按9005.3-1999標準，選用B型滑輪，帶滾動軸承，無內(nèi)軸套
標記為：9005.3-1999
查參考文獻[2]表8.1-65得B型滑輪滾動軸承的型號為型6224，寬度52mm。
主要參數(shù)為：
B=125mm； =190mm；
=150mm E=185mm
滑輪簡圖如圖4所示：
圖4 滑輪簡圖
根據(jù)鋼絲繩直徑d查閱參考文獻[2]表8.1-63
可以得到滑輪的斷面參數(shù)。
mm; mm; mm; mm
mm; mm; ; mm
mm; ; 。
驗算接入連軸器的鍵的強度：
鍵的失效形式主要是工作面被壓潰，因此只要進行工作面上的壓應(yīng)力進行強度校核。
假定載荷在花鍵的工作面上均勻分布，則普通平鍵的強度條件必須滿足：
=[] (9)
式中：D——鍵與輪轂的接觸高度;
L——銷的工作長度 mm;
D——軸的直徑 mm。
[]—鍵、軸、輪轂中最弱材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力。因為軸和卷筒的連接是靜連接，
鍵是鋼，卷筒是鑄鐵，根據(jù)參考文獻[2]表6-2可以得到[]=80 MPa。
==76.69 MPa
驗算結(jié)果：<[]，符合要求。
2.2.4吊鉤的選用
根據(jù)起重機的額定起重量8T，可以根據(jù)參考文獻[3]表8-93選用強度等
級為M（屈服強度=235）材料為吊鉤專用材料DG20Mn，鉤號為5號。
標記：LYD005-M 10051.5-1988
吊鉤組選用短型吊鉤組，采用長型吊鉤，動滑輪直接裝在吊鉤橫梁上，由于省取一根單獨的滑輪軸，所以調(diào)整高度較小，相應(yīng)地增大了有效起升高度，短型吊鉤組適合用于起重量較小的起重機。
圖5 直柄單鉤
圖中參數(shù)：；；
=580mm; 38.5mm;
y=130mm； 或=103mm。
單鉤的鉤口直徑：
(10)
取D=92mm
鉤口尺寸：
S=0.75D
=68mm
2.2.5 液壓馬達的選擇
起重機常用的液壓馬達分為高速液壓馬達和低速液壓馬達。高速液壓馬達的主要性能特點是負載度低、體積緊湊、重量輕，但在機構(gòu)傳動中需與相應(yīng)的減速器配套使用。低速液壓馬達負載大、轉(zhuǎn)速較低、平穩(wěn)件較好，可滿足機構(gòu)工作的低速重載要求?？芍苯踊蛑恍枰患墱p速驅(qū)動機構(gòu)，但體積大且較重。內(nèi)曲線徑向柱塞或球塞馬達，軸向球塞式馬達是較常見的型式。
液壓馬達在使用中并非完全是泵的逆運轉(zhuǎn)，它的效率較高，轉(zhuǎn)速范圍更大，可反向運轉(zhuǎn)，能長期承受頻繁沖擊，有時還承受較大徑向負載。因此。應(yīng)根據(jù)液壓馬達的負載扭炬、速度、工作條件等選擇液壓馬達的結(jié)構(gòu)型式、規(guī)格等。
本次設(shè)計選用高速液壓馬達
滿載起升時液壓馬達輸出功率
（11）
=14.72 kW
式中:——起升載荷動載系數(shù)，因液壓馬達不具有電動機的過載能力，而馬達工作壓力又受系統(tǒng)壓力限制，一般取=1.15~1.3，取1.2；
——額定起升載荷，N；
——物品起升速度，m/s；
——機構(gòu)總效率，初步計算時，取=0.8~0.85。
計算滿載起升時液壓馬達輸出扭矩
（12）
=15643N·m
式中; ——減速器傳動比；
其余符號同上所述。
根據(jù)系統(tǒng)工作壓力，確定液壓馬達工作油壓
（13）
=19 MPa
式中; ——液壓泵輸出壓力，MPa；
——從液壓泵至液壓馬達的油路壓力損失，包括閥的局部損失和管路沿程損失，取=1 MPa。
確定液壓馬達排量
（14）
=0.85
式中; ——液壓馬達輸出扭矩，N·m；
——液壓馬達機械效率；
——液壓馬達工作壓力差，為液壓馬達背壓，=0.5Mpa；
計算液壓馬達轉(zhuǎn)速和輸入油量
減速器選定后，其實際傳動比與要求值不可能一致，要保證額定起升速度，必須使液壓馬達轉(zhuǎn)速滿足下式要求：
（15）
=16.3r/s
由此得到滿足起升速度要求的液壓馬達輸入油量：
（16）
=0.231
2.2.6 液壓泵的選擇
根據(jù)液壓系統(tǒng)的型式、調(diào)速方式和工作條件、液壓泵的額定工作壓力和排量、流量，以及液壓泵的驅(qū)動布置和吸油條件等選擇液壓泵的型式，規(guī)格和數(shù)量，單個或多聯(lián)高壓齒輪泵和軸向校塞泵較為常用，若需要變量，可選用恒功率或但壓力控制的變量液壓泵。
齒輪泵的成本低，自吸性好，易維護，體積小，重量輕，但平穩(wěn)性較差，聲較大。為節(jié)省功率相臺理使用，可采用多聯(lián)泵實現(xiàn)多種液壓源，使液壓泵流量與所需的流量匹配，口及采用串級泵宋達到所需要的壓力。釉向柱塞泵的壓力高(5T達40 M內(nèi))，排旦較大(可達500 M1／r)19速高(可達4000 r／Mh＞，噪聲小．效率高，具有既能作泵也可作馬達的可逆性，易實現(xiàn)單向或雙向變量，體積和重量較小，但對油的污染度很敏感，通常液壓油過濾精度小于等于25M,自吸性較差．成本高，維修要求較高。為保證納向位塞泵的使用壽命，按壓系統(tǒng)的正常工作壓力應(yīng)為所選泵額定壓力的60％一80％．選擇泵的參數(shù)時，應(yīng)使常用工作參數(shù)處在泵效率曲線的高效處。軸向柱塞泵比齒輪泵貴，坦性能相壽命則大大優(yōu)干齒輪泵，在保證性能和壽命均滿足主機要求的條件下盡量選取低價的液壓泵。
確定液壓泵最大工作壓力
（17）
=17.918 MPa
式中; ——液壓馬達輸出扭矩，N·m；
——液壓馬達排量，；
——液壓馬達機械效率；
——液壓馬達背壓，=0.5 MPa；
——從液壓泵至液壓馬達區(qū)間的壓力損失。
確定液壓泵流量
（18）
=0.256
式中; ——液壓馬達輸入油量，；
——液壓泵至液壓馬達之間的容積效率。
液壓泵所需功率
（19）
=0.0054kW
式中; ——液壓泵的總效率，軸向柱塞泵取0.85；
根據(jù)參考文獻[7]選用SAUER DANFFBS DA2K2N 90系列軸向柱塞液壓原件，據(jù)所給的軸向柱塞原技術(shù)文獻和軸向柱塞馬達技術(shù)文獻選用500ml軸向柱塞定量泵和700ml軸向柱塞定量馬達。
馬達的主要參數(shù)：
V—馬達的排量710ml；
d—輸出軸直徑67.5mm；
n—馬達的輸出轉(zhuǎn)速n=1000
泵的主要參數(shù)：
V—泵的排量500ml
—泵的最小輸入軸速500
—泵的最大輸入軸速2850
2.2.7 減速器的選擇
根據(jù)液壓馬達輸出功率和卷筒轉(zhuǎn)速：
KW ；n查參考文獻[3]從減速器承載能力表中找出合適的傳動比和高速軸的轉(zhuǎn)速分別為i=28; =1000。
減速器許用功率：
（20）
K——選用系數(shù)，K=1.25
kW
查參考文獻[3]選定ZSY-200-28-I型變速器主要參數(shù)：
傳動比i=28
輸入轉(zhuǎn)速1500r/min
許用輸入功率 86 kW
許用輸出轉(zhuǎn)矩 51.63 KN·m
主要尺寸：
輸入軸直徑35mm
輸入軸長度282mm
輸出軸直徑60mm
輸出軸長度152mm
中心高度200mm
驗算貨物實際速度：
v = （21）
=
= 7.24m/min
輸出軸強度校核：
根據(jù)參考文獻[2]公式
（22）
=53522N
減速器輸出軸最大徑向力許用值150000 N
F〈[F ]
滿足強度要求。
輸入最大扭矩：
T =（0.7～0.8）Ti （23）
式中：—電動機最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)；
I—減速器的傳動比；
—減速器的效率。
T =（0.7～0.8）Ti
= （0.7～0.8）×2×9550×64.33×0.95
=15116.12～17275.57N·m
減速器許用輸入扭矩：[T ] = 23500 N·m
T〈[T ]，所以驗算符合要求。
2.2.8制動器的選擇
制動器是保證起重機安全的重要部件，起升機構(gòu)的沒一套獨立的驅(qū)動裝置至少要裝設(shè)一個支持制動器，吊運液態(tài)金屬及其他危險物品的起升機構(gòu)，每套獨立的驅(qū)動裝置至少應(yīng)有兩個支持制動器。支持制動器應(yīng)是常閉式的，制動輪必須裝在傳動機構(gòu)剛性聯(lián)接的軸上。起升機構(gòu)制動器的轉(zhuǎn)矩必須大于貨物產(chǎn)生的靜轉(zhuǎn)矩，在貨物處于懸吊狀態(tài)時具有足夠的安全裕度，制動轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足下式要求：
（N?m） （24）
式中：——制動器轉(zhuǎn)矩；
——制動安全系數(shù)，查表得=1.5；
——額定起升載荷；
——卷筒卷繞直徑；
——機構(gòu)總效率；
——滑輪組倍率；
——傳動機構(gòu)傳動比。
根據(jù)物體下降時的扭矩
（25）
×0.95
137.05N·m
查參考文獻[2]可得直流電磁鐵塊式制動器。型號YWZ-200/45
主要參數(shù)：
額定轉(zhuǎn)矩 315 N·m
制動直徑315 mm
驗算啟動時間：
t= （26）
式中：[J]—起升時換算到馬達軸上的轉(zhuǎn)動慣量
—馬達的額定轉(zhuǎn)速
—馬達平均轉(zhuǎn)矩，查表得=1.5
—馬達的阻力矩
J—高速軸上旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量
[J]=1.15J+ （27）
=1.15×0.682＋
=0.8305kg·m2
J= 0.25[（GD）+ （GD） + （GD）]
=0.25（1.683+0.286+0.76）
=0.682kg.m
=1.5×9550=310 N·m
==
=112.4N·m
t= （28）
=
=1.45s
一般中小起重機（3t～80t），啟動時間為t=1s～2s，上述起動時間符合電動機起動要求
驗算制動時間：t=
式中：——下降時換算到馬達軸上的機構(gòu)總轉(zhuǎn)動慣量
——制動器制動力矩
——滿載下降時制動軸靜轉(zhuǎn)矩
——滿載下降時馬達的轉(zhuǎn)速通常取=1.1n。
同理求得：
[J]=1.814kg·m2
n=1.1n = =1067r/min
t= 1.76s
驗算制動時間符合要求。
2.2.9 聯(lián)軸器的選擇
根據(jù)馬達輸出軸的直徑和變速器的輸入直徑選用聯(lián)軸器CL1（Q/ZB104.1.00）型齒輪聯(lián)軸器和CL2（Q/ZB104.2.00）型齒輪聯(lián)軸器。
CL2主要參數(shù)：Z型軸孔，允許最大轉(zhuǎn)矩1400N·m，允許最大轉(zhuǎn)速3000r/min，內(nèi)齒圈連接螺栓數(shù)6，模數(shù)2.5，齒數(shù)38，轉(zhuǎn)動慣量2.1N·m2 。
CL8 主要參數(shù)：Z型軸孔，允許最大轉(zhuǎn)矩2360 N·m，允許最大轉(zhuǎn)速1140r/min內(nèi)齒圈連接螺栓數(shù)10，模數(shù)4，齒數(shù)62，轉(zhuǎn)動慣量8.3 N·m2。
3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計
3.1 液壓系統(tǒng)主要組成
按構(gòu)成起重機主要工作機構(gòu)的液壓回路可分為：起升卷揚機構(gòu)、變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、吊臂伸縮機構(gòu)和支腿收放等五部分。此外，還有穩(wěn)定器、平穩(wěn)重、液壓助力器、轉(zhuǎn)向器、散熱器等液壓回路。
液壓系統(tǒng)原理圖如圖6所示：
圖6 液壓系統(tǒng)原理圖
1—三聯(lián)齒輪泵 2—中心回轉(zhuǎn)接頭 3—油箱 4—支腿控制閥 5—轉(zhuǎn)閥 6—支腿水平缸 7—支腿垂直缸 8—液壓鎖 9—回油過濾器 10—順序閥 11—組合閥 12—蓄能器 13—操縱閥 14—多路換向閥 15—溢流閥 16—回轉(zhuǎn)馬達 17—伸縮臂液壓缸 18、20、22—平衡閥 19—變幅液壓缸 21—起升馬達 23—梭閥 24—制動器液壓缸 25—離合器液壓缸 26—單向節(jié)流閥
按構(gòu)成液壓系統(tǒng)元件的類型可分為動力元件、控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件等。
動力元件是指液壓泵類的元件，常有的有：齒輪泵和柱塞泵，定量供油系統(tǒng)可酌情選其一種。
控制元件包括流量、壓力、方向和順序等液壓控制閥，常用的有：手動、液動、電磁、電液換向閥，多路換向閥，溢流閥，平衡閥，節(jié)流閥，單向閥，順序閥，壓力選擇閥和緩沖補油閥等。
執(zhí)行元件為直接驅(qū)動機構(gòu)動作的液壓元件，常用的有：液壓馬達和液壓缸。
輔助元件主要有：液壓油箱，濾油器，壓力表，蓄能器，油溫與油量指示器，壓力繼電器，液壓油箱空氣過濾器，加熱器，散熱器，油管，管接頭和中心回轉(zhuǎn)接頭等。
3.2 舉升機構(gòu)的液壓回路
采用定量系統(tǒng)開式回路的定量泵與定量單馬達回路如圖7所示，換向閥3置于右位時，壓力油經(jīng)梭閥4、單向節(jié)流閥5進入制動器液壓缸6，制動器松開。壓力油同時經(jīng)平衡閥7中的單向閥進入起升機構(gòu)液壓馬達8，驅(qū)動其旋轉(zhuǎn)，使吊重上升?？繂蜗蚬?jié)流聞5的節(jié)流作用．制動器松開，起升機構(gòu)液壓馬達旋轉(zhuǎn)滯后．避免吊重在起升驅(qū)動時溜鉤。
換向閥3置于左位時壓力油直接進入起機構(gòu)液壓馬達的另一腔，同時經(jīng)梭閥4、單向節(jié)流閥5進入制動器液壓缸6，松開制動器，液壓馬達反轉(zhuǎn)吊重下放。此時，平衡閥7的遠控口受到壓力油6的作用、推動平衡閥的閥芯。調(diào)節(jié)其開度，使吊重平穩(wěn)下落。
換向閥3處在中位時，整個回路卸荷，制動器液壓缸6在自身彈簧和單向節(jié)流閥5的作用下迅速剎住液壓馬達。這樣，即使液壓馬達有內(nèi)泄漏也能保證吊重被迅速制動住，實現(xiàn)空中可靠懸停。
圖7 定量泵與定量馬達開式回路
1—液壓泵；2—發(fā)動機；3—換向閥；4—梭閥；
5—單向節(jié)流閥；6—制動器液壓缸；
7—平衡閥；8—起升機構(gòu)液壓馬達
3.3變幅機構(gòu)液壓回路
采用單液壓缸或雙液壓缸變幅。定長臂式起里機采用鋼絲絹滑輪組變幅，變幅機
構(gòu)由液壓馬達驅(qū)動．其液壓回路與起升機構(gòu)相同。 圖8為雙作用液壓缸的雙缸變幅回路，
雙液壓缸共用同一平衡閥，平衡閥的滲漏相交幅缸的制造誤差不會影響液壓缸間的同步，但需用較大流量規(guī)格的平衡閥。
圖8 雙缸變幅回路
1—變幅液壓缸 2—換向閥 3—平衡閥
3.4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓回路
全液壓汽車起重機的回轉(zhuǎn)機構(gòu)包括轉(zhuǎn)臺、回轉(zhuǎn)支承和驅(qū)動裝置。
回轉(zhuǎn)機構(gòu)的液壓回路較簡單，小型輪式起重機受到的負載慣性小，有時就用M型機能的換向閥并設(shè)制動器。其液壓回路如圖9所示。
圖9 回轉(zhuǎn)液壓回路
1— 制動器；2—制動閥；3—單向閥組
由回轉(zhuǎn)液壓馬達帶動減速機構(gòu)成的驅(qū)動裝置，固定在上車轉(zhuǎn)臺上，其下部的輸出軸上安裝驅(qū)動齒輪。回轉(zhuǎn)支承似一盤大滾動軸承，內(nèi)座圈為不動圈，內(nèi)圓柱面上制成齒圈，固定在下車的車架上；外座圈為轉(zhuǎn)動圈，通過滾珠相對內(nèi)座圈可以轉(zhuǎn)動，固定在轉(zhuǎn)臺的底部。當驅(qū)動齒輪與內(nèi)座圈的齒圈嚙合時，帶動外座圈和轉(zhuǎn)臺正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)吊機在固定的下車上回轉(zhuǎn)。
3.5 吊臂伸縮機構(gòu)液壓回路
本設(shè)計采用單級伸縮液壓缸回路吊臂伸縮液壓缸一般倒置供油．以縮短其受壓段長度，提高承裁能力。平衡閥的作用與它在起升機構(gòu)中的相仿，它保證用吊臂液壓缸能在任一位置鎖定及干穩(wěn)回縮。
圖10 單級伸縮液壓缸回路
1— 換向閥；2—平衡閥；3—單級伸縮液壓缸
臂架伸縮方式的介紹：
圖11 臂架伸縮方式
1—基本臂 2—二節(jié)臂（第一伸縮臂） 3—三節(jié)臂（第二伸縮臂）
汽車起重機通常利用伸縮式箱型臂桿，幾節(jié)臂桿套裝在一起，利用臂桿伸縮來改變臂桿的長短。具有三節(jié)或三節(jié)以上的吊臂，各節(jié)臂的伸縮，基本有三種方式：順序伸縮、同步伸縮和獨立伸縮。此設(shè)計采用順序伸縮方式。
順序伸縮是指各節(jié)伸縮臂按一定先后次序完成伸縮動作。為了使各節(jié)伸縮臂伸出后的起重能力與起重機的伸縮特性相適應(yīng)，伸縮順序一般為先2后3，如圖11所示，即先外后里。縮臂順序與伸臂順序相反，先3后2，即先里后外。
3.6 支腿液壓回路
中小型輪式起重機多采用轉(zhuǎn)閥或手動換向閥的支腿液壓回路，配以雙向液壓鎖(一對液控單向閥）：構(gòu)成具有調(diào)平起重機底架和鎖住支腿功能的支腿油壓回路。
為了增加汽車起重機的穩(wěn)定性，減輕輪胎負擔，吊裝作業(yè)時，將液壓支腿伸出，把車輛支承于平整、堅固的地面上，加大承載面跨距。作業(yè)完畢，將支腿收回，車輛便可行駛。
支腿類型有以下幾種：蛙式支腿、H型支腿、X型支腿、輻射式支腿、鉸接式支腿。此設(shè)計采用H型支腿。
H型支腿每一支腿有兩個液壓缸：水平外伸液壓缸和垂直外伸液壓缸。為保證足夠的外伸距離，左右支腿的固定梁前后錯開。H型支腿外伸距離大，每個支腿可以單獨調(diào)節(jié)，對作業(yè)場地和地面的適應(yīng)性好，廣泛用于中、大型起重機上。缺點是重量大，支腿高度大，影響作業(yè)空間。
H型支腿液壓回路圖如圖12所示。
圖12 H型支腿液壓回路
1—選擇閥 2、3—換向閥 4—兩位兩通轉(zhuǎn)閥 5—雙向液壓鎖
6—支腿垂直液壓缸 7—支腿水平液壓缸
4 總 結(jié)
經(jīng)過將近幾個月的設(shè)計，從毫無頭緒到設(shè)計的完成，讓我對自己，對設(shè)計有了更新的認識，更加了解設(shè)計要做到細心，要有嚴謹?shù)膽B(tài)度，了解了設(shè)計人員的困難與艱辛。設(shè)計產(chǎn)品，這一個從無到有的過程，需要參考許多的文獻和大量的計算，你要學會不煩其量之多，才能得到來之不易的結(jié)果。
本文是在許文娟老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在整個設(shè)計工作中，許老師都給予了全面、認真的指導(dǎo)，在設(shè)計工作即將完成之際，向關(guān)心、教育我的導(dǎo)師表示衷心的感謝！幾年來的耳濡目染，導(dǎo)師高尚的品格、淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和勤奮求實的工作作風給本人留下了深刻的印象，使本人受到了深刻的教育和啟迪，并將成為本人終生受益的寶貴財富。
經(jīng)過設(shè)計過程的計算和繪圖，最終我看到了自己的成果，心情非常愉悅，畢竟這是我認真思考，認真吸取各參考文獻的起重機方面知識所設(shè)計出來的東西啊，雖然我的設(shè)計會有一定的紕漏，還好有老師的細心查看和耐心指導(dǎo)。我的指導(dǎo)老師就是這樣一位細心、耐心、博學的老師。
在具體的設(shè)計過程中，困難不可避免的，比如在選擇方案時，如何選擇一個即符合設(shè)計要求的，有經(jīng)濟實惠的類型，確實耗費了我不少時間。以及確定方案后在具體設(shè)計過程中由遇到種種難題，在老師的指導(dǎo)下和自己的學習和近兩個星期查資料后，一個個的攻破各個難題?？偠灾?，這次的畢業(yè)設(shè)計，不僅使我學到了新知識，而且對我解決實際問題的能力有極大的幫助，這對我以后走上工作崗位是一個非常好的鍛煉機會。
總的來說，雖然我的本次設(shè)計符合設(shè)計的任務(wù)要求，但還有很多不足的地方有待在以后的改正。
致謝
在本次設(shè)計中，得到了徐文娟老師莫大的幫助和鼓舞，才使得畢業(yè)設(shè)計能夠按時完成。老師們淵博的學識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，開拓進取的科研精神使我終生難忘。
同時，設(shè)計中同學相互團結(jié)合作的精神使我深受感動，在需要幫助的時候，他們能夠及時的完成各自的分工任務(wù)之余，相互之間給了好多的建議與啟發(fā)，使許多困難迎刃而解，在此表示由衷的感謝。
通過本次設(shè)計，我收獲的最大的一點就是通過自己的積極努力地查找資料和修正，終于做出了一份令自己滿意的畢業(yè)設(shè)計，并通過綜合所學東西，譬如將材料力學與機械設(shè)計綜合運用，在此即感到欣慰，又感到自己理論知識的缺乏和實踐經(jīng)驗的不足。
通過此次的設(shè)計，我學到了很多知識，跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學的體制束縛，在設(shè)計的計算過程中，通過查資料和搜集有關(guān)的文獻，培養(yǎng)了自學能力和動手能力。并且由原先的被動的接受知識轉(zhuǎn)換為主動的尋求知識，這可以說是學習方法上的一個很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學習模式下，我們可能會記住很多的書本知識，但是通過畢業(yè)設(shè)計，我們學會了如何將學到的知識轉(zhuǎn)化為自己的東西，學會了怎么更好的處理知識和實踐相結(jié)合的問題。
在設(shè)計的計算過程中也學到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先做學問要一絲不茍，對于發(fā)展過程中出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。而且要學會與人合作，這樣做起事情來就可以事半功倍。
參 考 文 獻
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