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車載起重機(jī)設(shè)計(jì)
1 緒論
工程機(jī)械種類繁多，應(yīng)用十分廣泛。近年來，工程機(jī)械發(fā)展異常迅速、持續(xù)火爆，新理念、新技術(shù)、新工藝、新材料不斷給予工程機(jī)械新的活力，因而工程機(jī)械行業(yè)的工程技術(shù)人員隨之面臨著新的挑戰(zhàn)和考驗(yàn)。?
工程起重機(jī)是一種以間歇式、重復(fù)工作方式，通過起重吊鉤或其他吊具起升、下滑，或升降與運(yùn)移重物的機(jī)器設(shè)備，是國民經(jīng)濟(jì)各生產(chǎn)部門提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、生產(chǎn)過程機(jī)械化不可缺少的大型機(jī)械設(shè)備，被廣泛地應(yīng)用于各種物料的起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝等作業(yè)中，在應(yīng)用工程起重機(jī)作業(yè)和施工的各部門減輕工人的繁重體力勞動(dòng)，加快施工與作業(yè)進(jìn)度，降低施工與作業(yè)成本，提高質(zhì)量等方面，起著非常重要的作用。?
車載式起重機(jī)是將起重作業(yè)部分裝在載重貨車上的一種起重機(jī)。車載起重機(jī)由于具備既能起重、又能載貨、機(jī)動(dòng)靈活這一獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、土木建筑業(yè)（包括建筑工程、公路橋梁工程、市政修建工程、機(jī)械化基礎(chǔ)工程等）、電業(yè)、野外作業(yè)、石材業(yè)、碼頭的貨物裝卸及遠(yuǎn)距離轉(zhuǎn)移貨物，加裝附加裝置后，還可用于橋梁維修、高空架線及檢測等作業(yè)中。隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的規(guī)模不斷加大，隨車起重機(jī)在起重運(yùn)輸行業(yè)和野外作業(yè)發(fā)揮的作用也將越來越大。
圖1.1車載起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖
1.1本課題的研究內(nèi)容和意義
工程起重機(jī)是各種工程建設(shè)廣泛應(yīng)用的重要起重設(shè)備。它對減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力，降低建設(shè)成本，提高施工質(zhì)量，加快建設(shè)速度，實(shí)現(xiàn)工程施工機(jī)械化起著十分重要的作用。車載起重機(jī)是其中一種，它安全可靠，結(jié)構(gòu)合理，重量輕，操作使用方便，對許多生產(chǎn)場合與起重運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的規(guī)模不斷加大，許多生產(chǎn)場合都需要對設(shè)備、產(chǎn)品、零件、貨物等進(jìn)行搬運(yùn)和位移，車載起重機(jī)在起重運(yùn)輸行業(yè)和野外作業(yè)發(fā)揮的作用也將越來越大，市場也將越來越大。
在我國，車載起重機(jī)的發(fā)展已有五十年歷史了，由于受到客觀條件的限制，一度發(fā)展的較慢。進(jìn)入九十年代發(fā)展迅速，但與國際先進(jìn)水平還相差很遠(yuǎn)，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，自動(dòng)化，智能化等方面。隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的規(guī)模不斷加大，許多生產(chǎn)場合都需要對設(shè)備、產(chǎn)品、零件、貨物等進(jìn)行搬運(yùn)和位移，車載起重機(jī)在起重運(yùn)輸行業(yè)和野外作業(yè)發(fā)揮的作用也將越來越大，時(shí)常也將越來越大。車載起重機(jī)能夠滿足使用功能要求，安全可靠，結(jié)構(gòu)合理，重量輕操作使用方便，對許多生產(chǎn)場合與起重運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意[4]。
起重機(jī)械式用來對物料進(jìn)行起重、運(yùn)輸、裝卸和安裝作業(yè)的機(jī)械。它可以完成靠人力無法完成的物料搬運(yùn)動(dòng)作，以減輕人們的體力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，在工廠、車站、礦山、港口、建筑工地、倉庫、水電站等多個(gè)領(lǐng)域的部門中得到了廣泛的應(yīng)用，隨著生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，特別式現(xiàn)代化、專業(yè)化的生產(chǎn)需求，各種專門用途的起重機(jī)相繼產(chǎn)生，在許多重要的部門中，不僅式生產(chǎn)過程中的輔助機(jī)械，而且已成為生產(chǎn)流水作業(yè)生產(chǎn)線上不可缺少的重要機(jī)械設(shè)備它的發(fā)展對國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)起著積極的促進(jìn)作用。 起重機(jī)式一種循環(huán)的，間歇運(yùn)動(dòng)的，短程搬運(yùn)物料的機(jī)械，一個(gè)工作循環(huán)，一般包括上料，運(yùn)送，卸料及回到原位的過程，即取物裝置從取物地點(diǎn)，由起升機(jī)構(gòu)吧物料提起，由運(yùn)行回轉(zhuǎn)或變幅機(jī)構(gòu)把物料移位，然后物料在指定的地點(diǎn)下放，接著進(jìn)行相反的動(dòng)作，使取物裝置回到原位，以便進(jìn)行下一步的工作循環(huán)，在兩個(gè)工作循環(huán)之間一般由短暫的停歇。起重機(jī)工作時(shí)，各機(jī)構(gòu)經(jīng)常是處于啟動(dòng)，制動(dòng)，正向，反向，等相互交替的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之中。 在高層建筑，冶金，化工，電站等大型項(xiàng)目的建設(shè)中，需要吊裝和搬運(yùn)的工程量日益增多，其中不少組合件的吊裝和搬運(yùn)重量達(dá)到幾百噸。因此必須選用一些大型的起重機(jī)進(jìn)行諸如鍋爐及廠房設(shè)備的吊裝工作。通常采用的大型起重機(jī)有龍門起重機(jī)，門座式起重機(jī)，塔式起重機(jī)，履帶起重機(jī)，輪式起重機(jī)以及廠房內(nèi)裝置的橋式起重機(jī)等。 在公路，橋梁，水利電力等建設(shè)施工中，起重機(jī)的使用范圍更式極為廣泛，無論式裝載設(shè)備器材，吊裝廠房構(gòu)件，安裝電站設(shè)備，調(diào)運(yùn)澆筑混凝土，模板，開挖廢渣及其它建筑材料等均需使用起重機(jī)械，尤其式水電工程施工，不但工程規(guī)模浩大，而且地理?xiàng)l件特殊，施工季節(jié)性強(qiáng)，工程本身又很復(fù)雜，而且吊裝搬運(yùn)的設(shè)備，建筑材料量大品種多。除了上面介紹的起重機(jī)外，在水電工程中還采用一些其它的大型設(shè)備，如纜索起重機(jī)，浮式起重機(jī)等，在電站廠房及建筑物上安裝各種類型的起重機(jī)，供檢修機(jī)組，啟閉閘門，及起吊攔污欄之用，這些起重機(jī)由大型龍門起重機(jī)，固定卷揚(yáng)起重機(jī)以及弧形閘門起重機(jī)等。這些專門用途的起重機(jī)一般噸位較大，如用起吊閘門的龍門起重機(jī)，和固定卷揚(yáng)起重機(jī)，起到了工程起重機(jī)的作用，起重機(jī)在未來的國家建設(shè)當(dāng)中，還將起到更大的作用。
起重機(jī)械的形式形形色色，五花八門，其大體分類如下：裝卸橋
門式起重機(jī)
梁式起重機(jī)
冶金橋式起重機(jī)
通用橋式起重機(jī)
手扳葫蘆
手拉葫蘆
電動(dòng)葫蘆
絞車
千斤頂
懸掛單軌系統(tǒng)
輕小起重設(shè)備
橋架型起重機(jī)
起重機(jī)械
堆垛起重機(jī)
協(xié)會
纜索起重機(jī)
浮式起重機(jī)
鐵路起重機(jī)
履帶起重機(jī)
輪胎起重機(jī)
汽車起重機(jī)
塔式起重機(jī)
門座起重機(jī)
固定式回轉(zhuǎn)起重機(jī)
升降機(jī)
臂架型起重機(jī)
圖1.2起重機(jī)械分類圖
1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況
1.2.1 國外隨車起重機(jī)發(fā)展情況 ?
國際起重機(jī)制造業(yè)已有幾百年的發(fā)展歷史，主要生產(chǎn)國為德國、美國、日本、法國、意大利等，世界頂級公司有10多家，世界市場主要集中在北美、歐洲和亞洲。
歐洲作為起重機(jī)的發(fā)源地，輪式起重機(jī)生產(chǎn)技術(shù)水平最高。最負(fù)盛名的生產(chǎn)企業(yè)有利勃海爾、德馬克、森內(nèi)博根、德國格魯夫、波坦等；
美國既是生產(chǎn)起重機(jī)的主要國家，又是最大的世界市場之一，年市場需求量達(dá)600億美元，主要生產(chǎn)企業(yè)為馬尼托瓦克公司4，其特點(diǎn)是技術(shù)較先進(jìn)、性能較好、可靠性較高，產(chǎn)品主要銷往美洲地區(qū)和亞太地區(qū)；馬尼托瓦克絎架臂履帶吊，波坦塔吊和格魯夫液壓移動(dòng)吊以及萬國隨車吊在世界五大洲的多個(gè)地方制造，銷售并提供服務(wù)。
日本從207年代起成為工程起重機(jī)生產(chǎn)大國，其產(chǎn)品特點(diǎn)是技術(shù)水平、性能、可靠性僅次于歐美，40%品用于出口至歐美市場，已成為國際上制造起重機(jī)的主要國家之一，代表企業(yè)為多田野、加藤、神鋼、日立、小松等。
近年來，隨著世界對車載起重機(jī)徐誒去量的不斷增加，國外各起重機(jī)廠家大多采用優(yōu)化設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段以提高設(shè)計(jì)效率。有關(guān)資料表明，美國、德國、日本等一些起重機(jī)公司都廣泛應(yīng)用CA技術(shù)，是經(jīng)過反標(biāo)準(zhǔn)件外組合部分的加工制造。組合構(gòu)件的使用對生產(chǎn)非標(biāo)準(zhǔn)件起重機(jī)來講，有助于減少成本。
20世紀(jì)80年代以來，我國在充分吸收國外先進(jìn)起重機(jī)械制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，開始消化國外技術(shù)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)械產(chǎn)品及關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)化成為當(dāng)時(shí)的技術(shù)發(fā)展主流。
???由于國外勞動(dòng)力成本很高，強(qiáng)調(diào)工作效率，施工中基本不采用人工裝卸。隨車起重機(jī)以使用靈活、技術(shù)成熟等特點(diǎn)，在國際市場有著廣闊的市場前景。目前，國外隨車起重機(jī)已形成了產(chǎn)品功能多元化、品種系列化、性能(機(jī)及檢測等行。日本和韓國的隨車起重機(jī)生產(chǎn)較為發(fā)達(dá)，產(chǎn)品主要以伸縮臂結(jié)構(gòu)為主，其中日本多田野(TADANO)年產(chǎn)量已超過6000臺。
圖1.2每年各個(gè)的產(chǎn)量圖
1.2.2 國內(nèi)隨車起重機(jī)行業(yè)概況
我國隨車起重機(jī)行業(yè)起步于上世紀(jì)70年。目前國內(nèi)生產(chǎn)隨車起重機(jī)的主要廠家有10家左右，其中主要有徐工隨車起重機(jī)公司、石家莊煤礦機(jī)械廠、湖南浦沅集團(tuán)有限公司、山西長治清華機(jī)械廠、牡丹江專用汽車制造有限公司、廣林特裝車（錦州）有限公司、大漢、江環(huán)、獨(dú)霸等。
徐州徐工隨車起重機(jī)有限公司在消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上生產(chǎn)SQ系列伸縮臂式、折疊臂式隨車起重機(jī)，并于2005年在行業(yè)內(nèi)率先推出第二代隨車起重機(jī)產(chǎn)品，產(chǎn)品技術(shù)目前處于行業(yè)領(lǐng)先水平，特別在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、人機(jī)工程、產(chǎn)品配套、汽車大梁保護(hù)等方面引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。其產(chǎn)品批量出口非洲、南美、東南亞、中東等國家和地區(qū)。近兩年來，依靠技術(shù)創(chuàng)新取得了較快發(fā)展，以3%的市場占有率在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位，成為我國隨車起重機(jī)行業(yè)的后起之秀。
湖南浦沅集團(tuán)是國內(nèi)生產(chǎn)工程機(jī)械的大型企業(yè)，隨車起重機(jī)也只是其子產(chǎn)系列，該企業(yè)憑借著中聯(lián)重科強(qiáng)大的技術(shù)研發(fā)能力，使其品在行業(yè)中享有一定的知名度，不僅在湖南、湖北銷售良好，在和相關(guān)省份地區(qū)也有較強(qiáng)的滲透能力。除了傳統(tǒng)隨車起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)外，近年來，國廣林特裝車株式會社組建的合資公司，其產(chǎn)品主要特點(diǎn)是作業(yè)半徑大，起升高度高，價(jià)格介于進(jìn)口與國產(chǎn)之間，主要面對國內(nèi)外一些高端用戶。除此之外，以徐州利福特、湖南大漢、江環(huán)、獨(dú)霸等為代表的營、個(gè)體企業(yè)，這支以民營、個(gè)體企業(yè)為主的新生力量正在此行業(yè)中大顯身手，占據(jù)一席之地[3]。
經(jīng)過多年發(fā)展重機(jī)械企業(yè)已經(jīng)有能力對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行自主創(chuàng)新，研發(fā)出符合國內(nèi)外市場需求的個(gè)性化產(chǎn)品。到目前，我國起重機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品種類已超過1000個(gè)，并不斷有新的起重機(jī)械設(shè)備問世。
國家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示：2011年，中國起重機(jī)制造行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)有78家；全年實(shí)現(xiàn)銷售額184.11億元，資產(chǎn)規(guī)模為15540億元，產(chǎn)品銷售利潤為21.09億元。其中，產(chǎn)品銷售利潤和利潤總額的增速均超過30%，行業(yè)經(jīng)營狀況較好。
2 汽車底盤的選擇及起重機(jī)技術(shù)參數(shù)的確定
圖2.1汽車起重機(jī)圖
2.1 主要性能參數(shù)
起重機(jī)的技術(shù)參數(shù)表征起重機(jī)的作業(yè)能力，汽車式起重機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)包括起重量、起升高度、幅度、起重力矩等。這些參數(shù)表名起重機(jī)工作性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，它是設(shè)計(jì)起重機(jī)的技術(shù)依據(jù)，也是生產(chǎn)使用中選擇起重機(jī)技術(shù)性能的依據(jù)。
2.1.1 起重量
起重機(jī)起吊重物的質(zhì)量稱為起重量，通常以Q表示，單位為kg或t。起重機(jī)的起重參數(shù)通常是以額定起重量表示的。所謂額定起重量是指起重機(jī)在各種工況下安全作業(yè)所容許的起吊重物的最大質(zhì)量的值，它是隨著幅度的加大而減小的。帶有吊鉤的起重機(jī)的額定起重量不包括吊鉤和滑輪組的自重。
汽車式起重機(jī)的額定起重量隨著吊臂的方位（側(cè)方、后方、前方三個(gè)基本作業(yè)方位）不同而有所變化。汽車式起重機(jī)的額定起重量還分支腿全伸、不用支腿吊臂行駛3種情況。起重機(jī)吊重行使時(shí)，起重臂必須前置。起重機(jī)不用支腿作業(yè)和吊重行使時(shí)的額定起重量決定于輪胎、車橋（或輪對轉(zhuǎn)向架）的承載能力。
如上所術(shù)，由于汽車式起重機(jī)的各種工況比較復(fù)雜，考慮的因素較多，額定起重量不只一個(gè)時(shí)，通常稱額定起重量為最大起重量。此次設(shè)計(jì)的是3噸汽車式起重機(jī)的主臂，所以取起重量為Q=3t。
2.1.2 起升高度
起升高度是指從地面或軌道頂面至取物裝置最高起生位置的鉛垂距離（吊鉤取取鉤環(huán)中心），單位為米。如果取物裝置能下落到地面或軌面以下，從地面或軌面至取物裝置最低下放位置間的鉛垂距離稱為下放深度。
由于汽車式起重機(jī)的起升高度隨著臂架仰角和臂架長度變化，在各種臂長和不同臂架仰角時(shí)可得相應(yīng)的起升高度曲線。汽車式起重機(jī)起升高度的選擇按作業(yè)要求而定。在確定起升高度時(shí)，應(yīng)考慮配屬的吊具、路基和汽車高度保證起重機(jī)能將最大高度的物品裝入車內(nèi)。
汽車式起重機(jī)的最大起升高度的確定是根據(jù)起重機(jī)作業(yè)要求和起重機(jī)總體設(shè)計(jì)的合理性綜合考慮。參見《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊》汽車式起重機(jī)技術(shù)參數(shù)表[2]。
2.1.3 幅度
旋轉(zhuǎn)臂架式起重機(jī)處于水平位置時(shí)，回轉(zhuǎn)中心線與取物裝置中心線垂直之間的水平距離稱為幅度（R）。幅度的最小值Rmax和最大值Rmin根據(jù)作業(yè)要求而定。在臂架變幅平面內(nèi)起重機(jī)機(jī)體的最外邊至取物中心鉛垂線之間的距離稱為有效幅度，有效幅度可為正值或副值。
汽車式起重機(jī)有效幅度通常是指使用支腿工作，臂架位于側(cè)向最小幅度時(shí)，取物裝置中心鉛垂線至該側(cè)兩支腿中心連線的水平距離，它表示汽車式起重機(jī)在最小幅度時(shí)工作的可能性。汽車式起重機(jī)的幅度R此次汽車式起重機(jī)的幅度R=3m.[3]
2.1.4 起重力矩
起重力矩是臂架類起重機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)之一，它等于額定起重量Q和其相對應(yīng)的工作幅度R的乘積，即M=Q×R，起重力矩一般用t·m為單位。參見表1，Q=3t，R=3m,此次設(shè)計(jì)的汽車式起重機(jī)的起重力矩為M=Q×R=3×3=9t·m。同時(shí)，基本臂起重力矩為9t·m，最長主臂的起重力矩為4 t·m。
2.1.5 工作速度
工程起重機(jī)的工作速度主要包括卷揚(yáng)、變幅、回轉(zhuǎn)和行走的速度。對伸縮臂式起重機(jī),還包括吊臂伸縮速度和支腿收放速度。起升速度指起重吊鉤升起(或下降)的速度,變幅速度指吊鉤自最大幅度到最小幅度時(shí)的平均線速度,回轉(zhuǎn)速度指起重機(jī)轉(zhuǎn)臺每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。
起重機(jī)工作速度選擇合理與否,對起重機(jī)性能有很大影響。一般來說,起重機(jī)工作效率與各機(jī)構(gòu)工作速度有直接關(guān)系。當(dāng)起重量一定時(shí),工作速度高,生產(chǎn)率也高。但速度高也帶來一系列不利因素,如慣性增大,啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)引起的動(dòng)力載荷增大,從而機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)功率和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也要相應(yīng)增大。因此,合理選擇工作速度要全面考慮與之有關(guān)的以下一系列因素:
根據(jù)起重機(jī)所服務(wù)對象的作業(yè)要求考慮。如主要用于港口碼頭和料場裝卸作業(yè)的起重機(jī),為了提高裝卸貨物及材料的生產(chǎn)率,一般要求工作速度快。對于建筑安裝工程使用的起重機(jī),則要求吊裝平穩(wěn)性好,其工作速度相應(yīng)的要低些。
工作速度選擇與運(yùn)動(dòng)行程有關(guān)。行程小,采用高速顯然不合理。因?yàn)楹侠淼乃俣葢?yīng)是在正常工作時(shí)機(jī)構(gòu)能達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng),不然在機(jī)構(gòu)未達(dá)到等速穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)前就要制動(dòng)。所以一般只有在運(yùn)動(dòng)行程大時(shí),如用于高層建筑中的起重機(jī)的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu),才采用較高的速度。
起重機(jī)工作速度的選擇與機(jī)型有關(guān)。如大起重量的起重機(jī),主要解決重件吊裝問題,工作并不頻繁,工作速度不是主要問題,這種情況下,為了降低驅(qū)動(dòng)功率,減少動(dòng)力載荷和增加工作平穩(wěn)性,一般速度取得較低。
根據(jù)機(jī)構(gòu)本身作業(yè)要求和運(yùn)動(dòng)性質(zhì),各機(jī)構(gòu)可選擇不同的速度。如回轉(zhuǎn)速度因受 啟動(dòng)、制動(dòng)慣性力的限制 , 回轉(zhuǎn)速度取得很低。因?yàn)樽兎\(yùn)動(dòng)對起重機(jī)平穩(wěn)性和安全性有很大影響,變幅速度也不能取得很大,特別是帶載變幅時(shí)速度取得更低.
2.1.6 自重
起重機(jī)的自重是指起重機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)起重機(jī)本身全部自重質(zhì)量。起重機(jī)自重是評價(jià)起重機(jī)的一個(gè)綜合性指標(biāo),它反映了起重機(jī)設(shè)計(jì)、制造和材料的技術(shù)水平。隨著電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用、技術(shù)進(jìn)步和材料性能的提高,起重機(jī)自重可以顯著減少。
起重機(jī)自重與起重機(jī)類型、起重量噸級、底盤形式、傳動(dòng)形式、結(jié)構(gòu)形式和整機(jī)穩(wěn)定性等因素有關(guān)。例如,履帶式底盤比輪胎式底盤自重大,箱形伸縮臂式比析架臂式自重大。注明符號代表的意義。
2.2 汽車底盤的選擇
從總的性能上看，可分為：通用的汽車底盤、專用的汽車底盤和專用的輪胎底盤三種。?
所謂通用的汽車底盤，是指除車架更換外（若有必要時(shí)），其余皆采用原汽車底盤。小型的起重機(jī)可在原汽車底盤上附加副車架以支承上車結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵囓嚰艿膹?qiáng)度和剛度都滿足不了起重機(jī)在起重時(shí)的要求。雖然采用附加副車架的工藝比較簡單，但整個(gè)起重機(jī)的重心較高，重量較大。?
專用的汽車底盤是按起重機(jī)的要求設(shè)計(jì)的，軸距較長，車架剛性好。前懸下沉式駕駛室視野良好，吊臂置于其上。因駕駛室較低，吊臂位置也不高，故起重機(jī)重心較低。由于駕駛室懸掛在前橋前，故前橋軸荷較大，同時(shí)使車身增長，接近角減小，通過性較差，但可使吊臂的基本臂做得長些；因?yàn)榛颈坶L度與車身成正比，其超出車身的長度一般限在2m左右。因此，在大型汽車起重機(jī)中常采用前懸下沉式的駕駛室[2]。?
所以選用專用的汽車底盤。.
3 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)
3.1液壓系統(tǒng)形式
液壓元件逐步實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、化，其規(guī)格、品種、質(zhì)量、性能都有了很大提高，尤其是采用電子技術(shù)、伺服技術(shù)等新技術(shù)新工藝后，液壓系統(tǒng)的質(zhì)量得到了顯著的提高，其在國民經(jīng)濟(jì)及軍事工業(yè)中發(fā)揮了重大作用。
??? 從不同的角度出發(fā)，可以把液壓系統(tǒng)分成不同的形式。
（1）按油液的循環(huán)方式，液壓系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)是指液壓泵從油箱吸油，油經(jīng)各種控制閥后，驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行元件，回油再經(jīng)過換向閥回油箱。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單，可以發(fā)揮油箱的散熱、沉淀雜質(zhì)作用，但因油液常與空氣接觸，使空氣易于滲入系統(tǒng)，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)等后果。開式系統(tǒng)油箱大，油泵自吸性能好。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的進(jìn)油管直接與執(zhí)行元件的回油管相連，工作液體在系統(tǒng)的管路中進(jìn)行封閉循環(huán)。其結(jié)構(gòu)緊湊，與空氣接觸機(jī)會少，空氣不易滲入系統(tǒng)，故傳動(dòng)較平穩(wěn)。工作機(jī)構(gòu)的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達(dá)的變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，避免了開式系統(tǒng)換向過程中所出現(xiàn)的液壓沖擊和能量損失。但閉式系統(tǒng)較開式系統(tǒng)復(fù)雜，因無油箱，油液的散熱和過濾條件較差。為補(bǔ)償系統(tǒng)中的泄漏，通常需要一個(gè)小流量的補(bǔ)油泵和油箱。由于單桿雙作用油缸大小腔流量不等，在工作過程中會使功率利用下降，所以閉式系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般為液壓馬達(dá)。
（2）按系統(tǒng)中液壓泵的數(shù)目，可分為單泵系統(tǒng)，雙泵系統(tǒng)和多泵系統(tǒng)。
（3）按所用液壓泵形式的不同，可分為定量泵系統(tǒng)和變量泵系統(tǒng)。變量泵的優(yōu)點(diǎn)是在調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)，可以充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，但其結(jié)構(gòu)和制造工藝復(fù)雜，成本高，可分為手動(dòng)變量、盡可能控變量、伺服變量、壓力補(bǔ)償變量、恒壓變量、液壓變量等多種方式。
（4）按向執(zhí)行元件供油方式的不同，可分為串聯(lián)系統(tǒng)和并聯(lián)系統(tǒng)。串聯(lián)系統(tǒng)中，上一個(gè)執(zhí)行元件的回油即為下一個(gè)執(zhí)行元件的進(jìn)油，每通過一個(gè)執(zhí)行元件壓力就要降低一次。在串聯(lián)系統(tǒng)中，當(dāng)主泵向多路閥控制的各執(zhí)行元件供油時(shí)，只要液壓泵的出口壓力足夠，便可以實(shí)現(xiàn)各執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)的復(fù)合。但由于執(zhí)行元件的壓力是疊加的，所以克服外載能力將隨執(zhí)行元件數(shù)量的增加而降低。
并聯(lián)系統(tǒng)中，當(dāng)一臺液壓泵向一組執(zhí)行元件供油時(shí)，進(jìn)入各執(zhí)行元件的流量只是液壓泵輸出流量的一部分。流量的分配隨各件上外載荷的不同而變化，首先進(jìn)入外載荷較小的執(zhí)行元件，只有當(dāng)各執(zhí)行元件上外載荷相等時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)同時(shí)動(dòng)作。
全液壓傳動(dòng)機(jī)械性能的優(yōu)劣，主要取決于液壓系統(tǒng)性能的好壞，包括所用元件質(zhì)量優(yōu)劣，基本回路是否恰當(dāng)?shù)取Ｏ到y(tǒng)性能的好壞，除滿足使用功能要求外，應(yīng)從液壓系統(tǒng)的效率、功率利用。
現(xiàn)代工程機(jī)械幾乎都采用了液壓系統(tǒng)，并且與電子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)結(jié)合，成為現(xiàn)代工程機(jī)械的重要組成部分[1].
3.1.1 開式、閉式系統(tǒng)
按油液的循環(huán)方式，液壓系統(tǒng)可分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)是指液壓泵從油箱吸油，油經(jīng)各種控制閥后，驅(qū)動(dòng)液壓執(zhí)行元件，回油再經(jīng)過換向閥回油箱。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單，可以發(fā)揮油箱的散熱、沉淀雜質(zhì)作用，但因油液常與空氣接觸，使空氣易于滲入系統(tǒng)，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)等后果。開式系統(tǒng)油箱大，油泵自吸性能好。閉式系統(tǒng)中，液壓泵的進(jìn)油管直接與執(zhí)行元件的回油管相連，工作液體在系統(tǒng)的管路中進(jìn)行封閉循環(huán)。其結(jié)構(gòu)緊湊，與空氣接觸機(jī)會少，空氣不易滲入系統(tǒng)，故傳動(dòng)較平穩(wěn)。工作機(jī)構(gòu)的變速和換向靠調(diào)節(jié)泵或馬達(dá)的變量機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，避免了開式系統(tǒng)換壓沖擊和能量損失。但閉式系統(tǒng)較開式系統(tǒng)復(fù)雜，因無油箱，油液的散熱和過濾條件較差。由于單桿雙作用油缸大小腔流量不等，在工作過程中會使功率利用下降，所以閉式系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般為液壓馬達(dá)[8]。
3.1.2 單泵、多泵系統(tǒng)
按系統(tǒng)中液壓泵的數(shù)目，可分為單泵系統(tǒng)，雙泵系統(tǒng)和多泵系統(tǒng)。
單泵，系統(tǒng)簡單，對速度的控制一般是快進(jìn)采用液壓缸差動(dòng)連接，工進(jìn)采用調(diào)速閥調(diào)速，如果是變量泵，這樣設(shè)計(jì)不會有什么問題，系統(tǒng)效率較高采用雙泵的可能性原因大體上也是平衡這一矛盾，例如，當(dāng)系統(tǒng)工進(jìn)速度分級較多且工進(jìn)時(shí)間較長時(shí)，宜采用雙泵，即系統(tǒng)設(shè)計(jì)為大、小兩臺泵，大泵與小泵用于快進(jìn)、快退，而工進(jìn)用小泵，這樣做的好處是系統(tǒng)節(jié)能，且成本相對較低，但系統(tǒng)較單泵復(fù)雜[5]。
3.2 液壓系統(tǒng)的控制
液壓控制系統(tǒng)是以電機(jī)提供動(dòng)力基礎(chǔ)，使用液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力，推動(dòng)液壓油。通過控制各種閥門改變液壓油的流向，從而推動(dòng)液壓缸做出不同行程、不同方向的動(dòng)作，完成各種設(shè)備不同的動(dòng)作需要。
液壓控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
1、可以在運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速。
2、在同等輸出功率下，液壓傳動(dòng)裝置的體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)性能好。
3、采用液壓傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)無間隙傳動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。
4、便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)工作循環(huán)和自動(dòng)過載保護(hù)。
5、由于一般采用油作為傳動(dòng)介質(zhì)，因此液壓元件有自我潤滑作用，有較長的使用壽命。
6、液壓元件都是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品，便于設(shè)計(jì)、制造和推廣應(yīng)用。
液壓控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)
1、損失大、效率低、發(fā)熱大。
2、不能得到定比傳動(dòng)。
3、當(dāng)采用油作為傳動(dòng)介質(zhì)時(shí)還需要注意防火問題。
4、液壓元件加工精度要求高，造價(jià)高。
5、液壓系統(tǒng)的故障比較難查找，對操作人員的技術(shù)水平要求高[2]。
3.2.1 變量節(jié)流控制系統(tǒng)
采用外嚙合齒輪泵，流量固定，不能依據(jù)負(fù)荷變化而使流量作出相應(yīng)的變化，只適用于小流量、中高壓系統(tǒng)工作壓力一般為16MPa
3.2.2 變量系統(tǒng)
總功率變量控制，采用兩個(gè)柱塞泵，每個(gè)泵輸出流量可自動(dòng)調(diào)節(jié)，工作過程中，每個(gè)泵輸出流量隨兩個(gè)泵工作壓力之和增大（減小）而減?。ㄔ龃螅?，兩泵功率之和基本保持恒定，充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，防止發(fā)動(dòng)機(jī)熄火[4]
3.3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.3.1 各機(jī)構(gòu)油路組成及特點(diǎn)
起升機(jī)構(gòu)是起重機(jī)械的主要機(jī)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)重物的升降運(yùn)動(dòng)。起升機(jī)構(gòu)通常由原動(dòng)機(jī)、減速器、卷筒、制動(dòng)器、離合器、鋼絲繩滑輪組和吊鉤等組成。
圖3.1起升機(jī)構(gòu)簡圖
起升液壓油路回路起到使重物升降的作用。起升液壓油路回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥、液壓離合器、液壓制動(dòng)器和液壓馬達(dá)組成。起降機(jī)構(gòu)是汽車起重機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)，它是一個(gè)由大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)帶動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)。液壓馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)由三位四通手動(dòng)換向閥F控制。起重機(jī)起升速度的調(diào)節(jié)是通過改變汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速從而改變液壓泵的輸出流量和液壓馬達(dá)的輸入流量來實(shí)現(xiàn)的。在液壓馬達(dá)的回油路中設(shè)有平衡回路，以防止重物落下。此外，在液壓馬達(dá)上還設(shè)有由單向節(jié)流閥和單作用閘缸組成的制動(dòng)回路，使制動(dòng)器張開延時(shí)而緊閉迅速，以避免卷揚(yáng)機(jī)起停時(shí)發(fā)生溜車下滑現(xiàn)象。
圖3.2起升機(jī)構(gòu)液壓油路回路圖
回轉(zhuǎn)回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥、液壓離合器和液壓馬達(dá)組成，由于回轉(zhuǎn)力比較小所以其結(jié)構(gòu)沒有起升回路復(fù)雜。
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)用以改變工作回路，考慮到載荷的擺動(dòng)會造成傾翻的危險(xiǎn)對微動(dòng)性和穩(wěn)定性要求較高。液壓回路的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有高速和低速之分，告訴方案采用高速液壓馬達(dá)通過減速裝置減速增大扭矩，以驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)；低速方案采用低速液壓馬達(dá)以驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn).
圖3.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓油路回路圖
轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)由一個(gè)大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，它能雙向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)。通過齒輪、蝸桿機(jī)構(gòu)減速，轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)速度為1r/min～3 r/min。由于速度較低，慣性較小，一般不設(shè)緩沖裝置，液壓馬達(dá)的回轉(zhuǎn)由三位六通手動(dòng)換向閥控制，當(dāng)三位六通手動(dòng)換向閥工作在左位或右位時(shí)，分別驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)正向或反向回轉(zhuǎn)。
3.3.2液壓系統(tǒng)壓力選擇
在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中我們首先要了解汽車起重機(jī)是具備專業(yè)設(shè)備用于承擔(dān)重型起重任務(wù)的特殊車輛，大多數(shù)的汽車起重機(jī)都采用了液壓裝置，這裝置的使用使機(jī)械的效率大大提高，汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)有向高壓發(fā)展的趨勢，但液壓元件在克服漏油、軟管爆破方面存在一定的困難，特別是大直徑的軟管困難更大，同時(shí)考慮齒輪泵的額定壓力在22MPa左右，現(xiàn)采用系統(tǒng)壓力為21MPa[6]。?
液壓汽車起重機(jī)的液壓系統(tǒng)采用液壓泵、定量或變量馬達(dá)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)起升回轉(zhuǎn)、變幅、起重臂伸縮及支腿伸縮并可單獨(dú)或組合動(dòng)作。馬達(dá)采用過熱保護(hù)，并有防止錯(cuò)誤操作的安全裝置。大噸位的液壓汽車起重機(jī)選用多聯(lián)齒輪泵。?
在液壓系統(tǒng)中設(shè)有自動(dòng)超負(fù)荷安全閥、緩沖閥及液壓鎖等，以防止起重機(jī)作業(yè)時(shí)過載或失速及油管突然破裂引起的意外事故發(fā)生。
表3-1汽車起重機(jī)典型工況表
序 號
工 況
一次循環(huán)內(nèi)容
特 點(diǎn)
1
基本臂；
額定起重量的80％；
相應(yīng)的工作幅度。
主卷揚(yáng)起升－回轉(zhuǎn)－下降
（中間制動(dòng)一次）
起重噸位大，動(dòng)作單一，很少與回轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)組合動(dòng)作
2
基本臂；
額定起重量的80％；
相應(yīng)的工作幅度。
主卷揚(yáng)起升－回轉(zhuǎn)－下降－停頓—起升－回轉(zhuǎn)－下降（中間制動(dòng)一次）
主卷揚(yáng)組合動(dòng)作主要用于平吊安裝或空中翻轉(zhuǎn)
3
中長臂；
中長臂最大額定起重量的1/2；
相應(yīng)的工作幅度。
（主卷揚(yáng)起升＋回轉(zhuǎn)）－變幅－下降－（起升＋回轉(zhuǎn)）－下降（中間制動(dòng)一次）
起重機(jī)在額定起重量的（50～60）％的作業(yè)工況最多
4
中長臂；
中長臂最大額定起重量的1/2；
相應(yīng)的工作幅度。
主卷揚(yáng)起升－回轉(zhuǎn)－變幅－下降－停頓—起升－回轉(zhuǎn)－下降（中間制動(dòng)一次）
中長臂中等起重量工況出現(xiàn)機(jī)率大，此時(shí)平吊安裝或空中翻轉(zhuǎn)作業(yè)也常用
5
最長臂；
最長臂最大額定起重量的1/2；
相應(yīng)的工作幅度。
主卷揚(yáng)起升－回轉(zhuǎn)－變幅－下降(中間制動(dòng)一次）
很多工況并不是利用汽車起重機(jī)起吊噸位大的特點(diǎn)，而是利用它臂長特點(diǎn)起吊小起重量高空作業(yè)
3.3.3液壓系統(tǒng)形式的選擇?
根據(jù)開式和閉式系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)、典型工況，結(jié)合國內(nèi)外同類產(chǎn)品的具體情況，液壓系統(tǒng)決定選用多泵多回路和多種型式的高壓變量系統(tǒng)。為了使液壓系統(tǒng)更加易于檢修和使結(jié)構(gòu)更簡單明了，在起升、回轉(zhuǎn)、伸縮、變幅、支腿和控制液壓回路中全部采用開式油路。?
本機(jī)屬于輕型起重機(jī)，回轉(zhuǎn)比較頻繁，所以回轉(zhuǎn)油路由變量泵和定量馬達(dá)組成。?伸縮回路有兩節(jié)伸縮臂和兩個(gè)液壓缸，液壓缸與鋼繩組合實(shí)現(xiàn)同時(shí)伸縮。?輕型起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)，采用單缸回路。?
為了提高效率，本輕型起重機(jī)回轉(zhuǎn)、伸縮、變幅回路可以協(xié)調(diào)工作。因此采用了三個(gè)三位四通換向閥來分別控制三個(gè)動(dòng)作，這樣操作起來十分方便，簡單。?
支腿回路采用H式支腿，因?yàn)楸緳C(jī)為輕型起重機(jī)，支腿不外伸，每一支腿只有一個(gè)垂直液壓缸，支腿伸出后成H形。支腿回路的各油缸均采用手柄操縱換現(xiàn)各種控制。回路中支腿油路液控單向閥可以防止支腿軟腿現(xiàn)象。?
根據(jù)汽車起重機(jī)的工況，支腿回路、回轉(zhuǎn)回路、伸縮回路和變幅回路通常單獨(dú)工作，所以可以采用同一個(gè)液壓泵并聯(lián)組合供油。[2]
圖3.5 汽車起重機(jī)典型液壓系統(tǒng)原理圖
1-三聯(lián)齒輪泵；2-中心回轉(zhuǎn)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(dá)；17-伸縮臂液壓缸；18、20、22-平衡閥；19-變幅液壓缸；21-起升馬達(dá)；23-梭閥；24-制動(dòng)器液壓缸；25-離合器液壓缸；26-單向節(jié)流閥；27、34-管道
4 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
設(shè)定起升參數(shù)：
額定起重量:，
起升速度: ，
起升高度: ，
機(jī)構(gòu)接電持續(xù)率：
4.1起升機(jī)構(gòu)的型式和特點(diǎn)
車載起重裝置應(yīng)用廣泛，按其基本結(jié)構(gòu)型式可分為兩大類：折臂式和直臂式。直臂式是通過卷筒帶動(dòng)鋼絲繩起吊地重物，從而消除了作業(yè)死區(qū)，并可起吊距地面有一定深度的物品，且操作簡單，故該種類型的車載起重裝置發(fā)展較快。卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)是直臂式車載起重裝置的關(guān)鍵部件。設(shè)計(jì)時(shí)，要求其工制動(dòng)可靠，并保證載荷在空中任何位置都能停置，故必須設(shè)有制動(dòng)裝置。但直接式的驅(qū)動(dòng)有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、成本較低、拆卸、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，這里采用的是直接式的驅(qū)動(dòng)方式.
4.2 起升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.2.1 起升機(jī)構(gòu)零部件的選擇和計(jì)算
4.2.1.1 鋼絲繩的選擇
車載起重裝置應(yīng)用廣泛，按其基本結(jié)構(gòu)型式可分為兩大類：折臂式和直臂式。面有一定深度的物品，且操作簡單，故該種類型的車載起重裝置發(fā)展較快。卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)是直臂式車載起重裝置的關(guān)鍵部件。設(shè)計(jì)時(shí)，要求其工作平穩(wěn)制動(dòng)可靠，并保證載荷在空中任何位置都能停置，故必須設(shè)有制動(dòng)裝置。目前，我國生產(chǎn)的直臂卷揚(yáng)式車載起重裝置都的卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的型式大概有兩種即直接驅(qū)動(dòng)式和間接驅(qū)動(dòng)式。但直接式的驅(qū)動(dòng)有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、成本較低、拆卸、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，這里采用的是直接式的驅(qū)動(dòng)方式 。
圖4.1鋼絲繩
安全系數(shù)法確定鋼絲繩的直徑按與鋼絲繩所在機(jī)構(gòu)的工作級別有關(guān)的安全系數(shù)法，選擇鋼絲繩直徑，所選鋼絲繩的最小破斷拉力應(yīng)滿足下式
（4.1）
——整根鋼絲繩破裂拉力，N；
n ——鋼絲繩的安全系數(shù)，
——鋼絲繩最大工作拉力，N。
表4-1鋼絲繩規(guī)格表
若滑輪組采用滾動(dòng)軸承，當(dāng)，得滑輪組效率。鋼絲繩所受最大拉力：,中級工作類型（工作級別）時(shí)，安全系數(shù)。鋼絲繩破斷拉力：,選用,鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度。表面鋼絲，右交互捻，直徑，鋼絲繩最小破斷拉力,標(biāo)記如下：鋼絲繩
4.2.1.2 滑輪的選擇
滑輪是起重機(jī)中的承載零件，可以引導(dǎo)和改變繩索拼圖方向?；喌臉?gòu)造.它是由輪緣、輪輻和輪轂三部分組成?；喚唧w尺寸，可按鋼絲繩直徑由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊查得。
滑輪的直徑必須大于鋼絲繩直徑的一定倍數(shù)
(4.2)
——滑輪卷繞直徑（即鋼絲繩纏繞圈截面中心直徑），mm；
——與機(jī)構(gòu)工作級別和鋼絲繩有關(guān)的系數(shù)，按表4-2選??；
d ——鋼絲繩的直徑，mm
對于流動(dòng)式起重機(jī)，取卷繞直徑與鋼絲繩直徑最小比值，卷筒，滑輪，與工作級別無關(guān)。
滑輪的許用最小直徑：
，選用滑輪直徑
取平衡滑輪直徑，選用
選用鋼絲繩直徑，，滑輪軸直徑的型滑輪標(biāo)記為：滑輪
平衡滑輪選用直徑，，滑輪軸直徑的型滑輪標(biāo)記為：滑輪
4.2.1.3 卷筒選擇
圖4.2卷筒結(jié)構(gòu)
卷筒在起升機(jī)構(gòu)中或牽引機(jī)構(gòu)中用來曳引和卷繞鋼絲繩。選擇多層繞卷筒，以減少卷筒的長度，也可以起升較高的高度。但也存在鋼絲繩之間的磨損，使鋼絲繩的壽命降低?，F(xiàn)在一般為減輕質(zhì)量，增加強(qiáng)度，卷筒多用Q235、16Mn鋼板卷成筒形焊接加工而成。卷筒直徑、長度、壁厚等參數(shù)需要確定。
卷筒許用最小直徑：
，選用
卷筒繩槽尺寸得標(biāo)準(zhǔn)槽距，槽底半徑
卷筒尺寸：
(4.3)
式中：
—最大起升高度（mm）；—滑輪組倍率；—卷繞長度（mm）
—鋼絲繩的直徑；—多層卷繞層數(shù)；—卷筒計(jì)算直
代入數(shù)據(jù)得：，取
卷筒厚度：鑄鐵卷筒,卷筒壁厚由下式?jīng)Q,取
4.2.2 起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置的計(jì)算
起升機(jī)構(gòu)靜功率：
式中：—機(jī)構(gòu)總效率，一般，，
代入數(shù)據(jù)得：
電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率 (4.4)
式中，取，代入數(shù)據(jù)得：
選用交流異步線繞式電動(dòng)機(jī)，其工作制度為，F(xiàn)級，等效熱起動(dòng)次數(shù)6次/時(shí)，同步轉(zhuǎn)速為750r/min,由表知，，電機(jī)質(zhì)量，
起升機(jī)構(gòu)：，式中：—機(jī)構(gòu)總效率，一般，，
代入數(shù)據(jù)得：
電動(dòng)機(jī)計(jì)算功率3 (4.5)
式中取，代入數(shù)據(jù)得：
選用交流異步線繞式電動(dòng)機(jī)，其工作制度為，F(xiàn)級，等效熱起動(dòng)次數(shù)6次/時(shí)，同步轉(zhuǎn)速為750r/min,由表知，，電機(jī)質(zhì)量，
按照等效功率法，時(shí)所需的等效功率：
式中：—工作類型系數(shù)，取
—系數(shù)，根據(jù)機(jī)構(gòu)平均起動(dòng)時(shí)間與平均工作時(shí)間的比值得，
起升機(jī)構(gòu)曲線1得
代入數(shù)據(jù)得：
由計(jì)算得，故電動(dòng)機(jī)能滿足發(fā)熱條件。
卷筒轉(zhuǎn)速： ， 減速器總傳動(dòng)比：
當(dāng)工作級別為中級時(shí)，許用功率，，減速器自身質(zhì)量，輸入軸直徑，軸端長
擠壓強(qiáng)度校核：軸的材料一般為鋼，而輪轂材料可能是鋼或鑄鐵，當(dāng)載荷性質(zhì)為中等沖擊時(shí)鋼的許用擠壓應(yīng)力，采用靜聯(lián)接，用擠壓強(qiáng)度條件，校核本次設(shè)計(jì)中所采用的鍵。
輸入軸與馬達(dá)聯(lián)接的鍵，直徑，選鍵的尺寸為，選B型鍵，
輸入軸的轉(zhuǎn)矩為
則擠壓強(qiáng)度條件：
，故所選鍵合適。
輸出軸與擋盤處聯(lián)接的鍵，直徑,選鍵的尺寸為，
選A型鍵，
輸出軸的轉(zhuǎn)矩為
則擠壓強(qiáng)度條件：
因強(qiáng)度不足，采用雙鍵，并按布置，考慮到載荷的不均勻性，在強(qiáng)度計(jì)算中可按1.5個(gè)鍵計(jì)算。
則，，故所選鍵合適。
輸出軸與齒輪處聯(lián)接的鍵，直徑,選鍵的尺寸為，選A型鍵，
輸出軸的轉(zhuǎn)矩為
則擠壓強(qiáng)度條件：
因強(qiáng)度不足，采用雙鍵，并按布置，考慮到載荷的不均勻性，在強(qiáng)度計(jì)算中可按1.5個(gè)鍵計(jì)算。
則，，故所選鍵合適。
總傳動(dòng)比：
由傳動(dòng)方案可知，傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)等于各級分傳動(dòng)比之積。即：，傳動(dòng)比分配合理，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、成本低，潤滑條件好。
對一級齒輪減速器，為保證其高低速級大齒輪浸油深度大致相近，其傳動(dòng)比要滿足下式：
取 式中—高速級齒輪傳動(dòng)比；—低速級齒輪傳動(dòng)比；
根據(jù)傳動(dòng)比分配原則分配傳動(dòng)比：
，
輸入軸：
輸出軸：
卷筒軸：
圖4.3軸結(jié)構(gòu)
b)確定軸承及小齒輪作用力位置
先確定軸承支點(diǎn)位置，查6008軸承，其支點(diǎn)尺寸，因此軸的支撐點(diǎn)到小齒輪載荷作用點(diǎn)距離為，
4.2.2.1繪制軸的彎矩圖和扭矩圖
a)軸承反力：
H水平面：；
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：；
V垂直面：
代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：；
b)齒輪中點(diǎn)處彎矩
H水平面：；
V垂直面：；
合成彎矩M：
扭矩T：
4.2.2.2按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度
當(dāng)量彎矩，取折合系數(shù),則齒輪中點(diǎn)處當(dāng)量彎矩：
圖4.4彎矩圖、扭矩圖、當(dāng)量彎矩圖
由于做成齒輪軸，材料與小齒輪相同20CrMnTi 滲碳淬火。查得σb=640 N/mm2,查得材料許用應(yīng)力
得軸的計(jì)算應(yīng)力為：
該軸滿足強(qiáng)度要求。
圖4.5起升結(jié)構(gòu)原理圖
5 回轉(zhuǎn)支承裝置的設(shè)計(jì)
本回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)支承裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置兩部分組成。前者將起重機(jī)的回轉(zhuǎn)部分支承在固定部分上,后者驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)部分相對于固定部分回轉(zhuǎn)。
回轉(zhuǎn)支承裝置簡稱回轉(zhuǎn)支承，它分固定在大軸承的固定座圈上，而大軸承的固定座圈則與底架的頂面相固定。采用單排四點(diǎn)接觸式回轉(zhuǎn)支承，它由兩個(gè)座圈組成，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、高度尺寸小，內(nèi)外座圈上的滾道是兩個(gè)對稱的圓弧面，鋼球與和傾弧面滾道四點(diǎn)接觸，能同時(shí)承受軸向力、徑向力和傾覆力矩。
由于低速大扭矩液壓馬達(dá)成本高，使用可靠性不如高速液壓馬達(dá)，采用高速液壓馬達(dá)也可以采用結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大的蝸輪采用：馬達(dá)—蝸輪、蝸桿減速器—齒輪—回轉(zhuǎn)支承。液壓驅(qū)動(dòng)的小起重量起重機(jī)，通過液壓回路和換向閥的合適機(jī)能，可以使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不裝制動(dòng)器，同時(shí)保證回轉(zhuǎn)部分在任意位置上停住，并避免沖擊。
5.1 回轉(zhuǎn)支撐裝置的選擇計(jì)算
5.1.1 回轉(zhuǎn)支撐裝置的選擇
滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支撐裝置尺寸緊湊，性能完善，可以同時(shí)承受垂直力，水平力和傾覆力矩，密封和潤滑條件好回轉(zhuǎn)阻力小，是中小噸位起重機(jī)上引用最廣的回轉(zhuǎn)支撐裝置。顧選此裝置。
5.1.2 回轉(zhuǎn)支撐裝置的計(jì)算
已知：N
5.2 工況及載荷
垂直載荷 (5.1)
式中：—超載系數(shù)為1.1；—起重量取起重力矩最大時(shí)為10t；——主起重臂重量410 kg；——上車不回轉(zhuǎn)其它部分的重量290kg
則: 1.1×10000+410+290=11700kg
水平載荷:因?yàn)樗捷d荷是由風(fēng)吹在生物上的力,風(fēng)吹在起重機(jī)上的力,重物的離心力,回轉(zhuǎn)支承的嚙合力所組成。由于水平力達(dá)不到的10%，按H=10%，計(jì)算。
彎矩M（傾覆力矩）1.2×10×5.48+0.41×1.2－0.29×0.0866.23tm
其中：——主臂重心到回轉(zhuǎn)中心線距離 ；——主臂重心到主臂后鉸點(diǎn)距離1.4m
—回轉(zhuǎn)中心到吊臂后鉸點(diǎn)的距離0.20m；
—主臂仰角0°；——上車不回轉(zhuǎn)部分的重量重心到回轉(zhuǎn)中心線距離0.08m
偏心距為
考慮風(fēng)力時(shí)最大工作載荷
10×5.48+0.41×1.2+0.345×6.5-0.29×0.0857.51tm
靜態(tài):
動(dòng)態(tài):
由起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊查得型號為012.30.630 ,Z=94，m=8
調(diào)質(zhì)后齒輪圓周力
5.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)支承裝置和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分?；剞D(zhuǎn)支承裝置起重機(jī)的回轉(zhuǎn)部分提供穩(wěn)固的支承，并將來自轉(zhuǎn)部分的載荷遞給基礎(chǔ)部分。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)部分實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的作用是繞起重水平平面內(nèi)沿圓弧弧線移物品。當(dāng)起升、變和回轉(zhuǎn)三個(gè)機(jī)構(gòu)配合動(dòng)作時(shí)，就可以把所起吊的貨物在起重機(jī)幅度所能達(dá)到的范圍內(nèi)任意移動(dòng)，從而擴(kuò)大了作業(yè)范圍。
5.3.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)陰力矩的確定
轉(zhuǎn)支承裝置的摩擦阻力矩力計(jì)算
:回轉(zhuǎn)支承裝置軌道中心直徑
2.828×10000×4.9×1.2/0.631
263528.4kg
=263528.4×0.01×0.631/2=831.4
回轉(zhuǎn)平臺傾斜引起的阻力矩
慣性回轉(zhuǎn)阻力矩
= 4844.7
t—起動(dòng)時(shí)間；風(fēng)壓引起的回轉(zhuǎn)阻力矩；
—風(fēng)壓值50N/m2；—吊臂迎風(fēng)面積0.6；—回轉(zhuǎn)部分迎風(fēng)面積0.3m2
—回轉(zhuǎn)部分形心離回轉(zhuǎn)中心的距離0.18m2
=50×(1.2×0.6×5.48－1.2×0.3×0.18) =194.04
回轉(zhuǎn)時(shí)最大阻力矩
=831.4+2868+4844.7+194.04=8738
額定工況F的回轉(zhuǎn)阻力矩；當(dāng)不計(jì)風(fēng)力，慣性阻力矩和傾斜力矩按70%計(jì)算：
=831.4+(2868+4844.7)×70%=6230
原動(dòng)機(jī)為發(fā)動(dòng)機(jī),每日工作8小時(shí),工作機(jī)構(gòu)為轉(zhuǎn)臺,屬中等沖擊載荷,由表查得
每小時(shí)起重次數(shù)為10次，每次運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間4分鐘由表查得
小時(shí)負(fù)率=(小時(shí)負(fù)荷工作的時(shí)間/60)×100%=40/60×100% =67%，由表查得
工作環(huán)境溫度為30℃，由表查得；減速機(jī)型號，由表查得
風(fēng)扇冷卻，由表查得
按機(jī)械強(qiáng)度和熱極限強(qiáng)度公式計(jì)算輸出轉(zhuǎn)矩值
計(jì)算結(jié)果，機(jī)械強(qiáng)度大于熱極限強(qiáng)度，故應(yīng)按進(jìn)行選擇。
輸出軸轉(zhuǎn)速由表查得最接近的減速器為：a=160 ,T=2772，略大于要求值，符合要求。
圖5.1回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)原理
6 支腿型式的選擇
6.1 支腿型式分類
為增大起重機(jī)在起重工作時(shí)的起重能力，起重機(jī)設(shè)有支腿。支腿要求堅(jiān)固可靠，伸縮方便。在行駛時(shí)收回，工作時(shí)外伸撐地。?
支腿的形式?
(1)蛙式支腿：支腿搖臂尺寸有限，因而支腿跨距就不能很大，宜在小型起重機(jī)中應(yīng)用。?
(2)H式支腿：對地面適應(yīng)性好，易于調(diào)平，廣泛應(yīng)用在中、大型起重機(jī)上。?
(3)X式支腿：離地間隙較小，它與H式支腿?；旌蠎?yīng)用。?
(4)輻射式支腿：由于支腿反力極大，所以車架大梁要做得非常高大。
(5)鉸接式支腿：這種支腿比較復(fù)雜。?
因此，采用H式支腿。
符合下列情況之一,應(yīng)設(shè)置墊板:?
a用合金制的容器殼體;
b容器殼體有熱處理要求;?
c與支腿連接處的圓筒有效厚度小于JB/T4712-92表4給出的最小厚度;?
墊板材料一般與容器殼體材料相同.
6.2 支腿跨距的確定
跨距取大了，雖然在起重機(jī)工作時(shí)穩(wěn)定性好，但過大的穩(wěn)定也是不必要的，有時(shí)甚至是有害的。因?yàn)楫?dāng)超載時(shí)，過大的穩(wěn)定使起重機(jī)司機(jī)感覺不到超載的危險(xiǎn)，當(dāng)無自動(dòng)報(bào)警裝置時(shí)，有使吊臂損壞的可能。因此，支腿橫向跨距選取要適當(dāng)，原則上式起重機(jī)在吊臂強(qiáng)度允許的起重量時(shí)，其穩(wěn)定度達(dá)到規(guī)定的要求即可。?
支腿跨距的確定完全從穩(wěn)定角度出發(fā)。支腿橫向外伸跨距的最小值是要保證起重機(jī)在正側(cè)方吊重的穩(wěn)定，即在起吊臨界起重量時(shí)，全部重量的合力將落在支腿
中心上，也就是要使支腿中心線A內(nèi)、外的力矩處于平衡狀態(tài)。即?得a=3.743m，取a=3.8m。所以兩支腿跨距為7.6m。?而支腿橫向跨距的選取，應(yīng)大于或等于求得的值的兩倍。為臨界起重量相應(yīng)的起升載荷。?
支腿縱向跨距的確定，原則上與橫向跨距的確定一樣，條件也是在支腿中心線內(nèi)、外的力矩要平衡?，則支腿在后方離回轉(zhuǎn)中心距離為3.146m，取3.2m?
起重機(jī)在后方吊重時(shí)，由于底盤重心偏向前，為達(dá)到得與側(cè)向吊重同樣的穩(wěn)定程度，支腿可以靠里一些。同樣，支腿在前方離回轉(zhuǎn)中心的距離，
理論上，即2b=2a，支腿跨距呈方形。但在實(shí)際上，由于總體布置的
不方便，有時(shí)要將前支腿前移或后移若干距離，以免妨礙底盤傳動(dòng)軸的穿越或其他機(jī)件的布置。顯然將前支腿前移，對穩(wěn)定是有利的。
若將前支腿后移，即2b<2a，好像對穩(wěn)定不利，但在汽車起重機(jī)中，前方作業(yè)區(qū)一般不準(zhǔn)吊重，列為禁區(qū)（因前方有駕駛室）；即使在前方作業(yè)區(qū)大幅度吊重時(shí)，起重機(jī)前輪在傾翻時(shí)著地支承，增加了起重機(jī)的穩(wěn)定性。無妨于汽車起重機(jī)的起重性能。
在輪胎起重機(jī)中，由于總體布置的要求常將支腿設(shè)在外側(cè)，故支腿縱向跨距往往大于支腿的橫向跨距
.
.
.
7 結(jié)論與展望
7.1結(jié)論：
隨車起重裝置是安放在載貨汽車上的一種附加起重設(shè)備。它屬于臂架型起重裝置，其運(yùn)行支承裝置采用氣輪胎，可以在無軌路面上行走。
本文主要分析和計(jì)算了起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
在起升機(jī)構(gòu)中，采用液壓馬達(dá)、減速機(jī)、棘輪停止器和卷筒裝置，根據(jù)鋼絲繩的構(gòu)造,結(jié)合使用條件和要求,選擇中間有合成纖維芯、交互捻鋼絲繩。采用制造與使用方便的鍛造單鉤，梯形斷面，受力情況合理。采用雙聯(lián)滑輪組和多層繞卷筒。
變幅機(jī)構(gòu)中的起重臂為伸縮式箱形結(jié)構(gòu)，變幅由液壓缸實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)中運(yùn)用力學(xué)原理計(jì)算和校核，為滿足強(qiáng)度條件，在不同部位采用不同強(qiáng)度的鋼材，實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理。
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)支承裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置組成，采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置，并采用馬達(dá)—蝸輪、蝸桿減速器—齒輪—回轉(zhuǎn)支承的傳動(dòng)方案。液壓驅(qū)動(dòng)的小起重量起重機(jī)，通過液壓回路和換向閥的合適機(jī)能，使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不裝制動(dòng)器，同時(shí)保證回轉(zhuǎn)部分在任意位置上停住，并避免沖擊。這種結(jié)構(gòu)自重輕，受力合理，運(yùn)行平穩(wěn)。與其他起重裝置相比，隨車起重裝置把起重和運(yùn)輸功能結(jié)合起來，節(jié)省勞動(dòng)力，節(jié)約能源、減少費(fèi)用，是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中必不可少的一種高效、快捷、方便的起重與運(yùn)輸機(jī)械。
7.2展望：
展望國內(nèi)工程起重機(jī)行業(yè)的未來發(fā)展，隨著中國公路建設(shè)的發(fā)展和隨車起重機(jī)技術(shù)水平的不斷提高及產(chǎn)量的擴(kuò)大，今后小噸位汽車起重機(jī)必將被性能先進(jìn)、功能齊全的大噸位隨車起重機(jī)所取代。由于全路面起重機(jī)具有優(yōu)越的起重性能，越野能力強(qiáng)，能夠適應(yīng)不同工作的要求，它代表著全球汽車起重機(jī)的未來發(fā)展趨勢，這也使得幾乎所有著名制造商都不約而同地將其作為重點(diǎn)發(fā)展對象。
8 致謝
紙上得來終覺淺，須知此事要躬行。短短幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是一次對我們四年來所學(xué)知識的綜合性考驗(yàn)，是一次在實(shí)踐中檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果進(jìn)而完善知識結(jié)構(gòu),提高理論聯(lián)系實(shí)際能力的機(jī)會。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從開始選題，經(jīng)過調(diào)研并進(jìn)行可行性分析，到總體方案的制定及具體的設(shè)計(jì)過程，經(jīng)歷了近三個(gè)月的時(shí)間，最后才得以順利完成。在這期間通過自己的努力以及在老師、同學(xué)的幫助下，如期完成了本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，感謝學(xué)院能夠給我這個(gè)自我鍛煉的平臺！特別是馮鮮老師給了我精心的指導(dǎo)和熱情的幫助，在此我向馮老師表示忠心的感謝！并向四年來精心培育我的所有老師致謝！
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，四年來所學(xué)到的理論知識得到了具體的運(yùn)用并加以強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的結(jié)合，我非常感謝畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我一個(gè)鍛煉自我，提高自我的機(jī)會，在這期間所學(xué)到的知識對我以后的學(xué)習(xí)和生活都有重要的指導(dǎo)意義，我們能綜合運(yùn)用已學(xué)課程的有關(guān)理論和知識進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)了理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)了獨(dú)立工作的能力，培養(yǎng)了使用資料進(jìn)行計(jì)算，繪圖和數(shù)據(jù)處理的能力，為今后進(jìn)行設(shè)計(jì)工作奠定了基礎(chǔ)。
總之，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們學(xué)會了如何綜合運(yùn)用理論知識去分析和解決機(jī)械設(shè)計(jì)問題，為今后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在今后的學(xué)習(xí)和生活中，我將時(shí)時(shí)牢記老師的諄諄教導(dǎo)，繼續(xù)加強(qiáng)學(xué)習(xí)，完善知識結(jié)構(gòu)，不斷改進(jìn)和完善自我，給老師，也給自己一份滿意的人生答卷。
再此感謝馮老師的指導(dǎo)，謝謝！
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