汽車起重機伸縮臂系統(tǒng)設計【QAY50汽車起重機】

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中國的汽車式起重機誕生于上世紀的10年代，經(jīng)過了近30年的發(fā)展，期間有過3次主要的技術改進，分別為70年代引進蘇聯(lián)的技術，80年代引進日本的技術，90年代引進德國的技術。但是總體來說，中國的汽車式起重機產業(yè)始終走著自主創(chuàng)新的道路，有著自己清晰的發(fā)展脈絡，尤其是進幾年，中國的汽車式起重機產業(yè)取得了長足的發(fā)展，雖然與國外相比還有一定的差距，但是這個差距正在逐漸的縮小。而且我國目前在中小噸位的汽車式起重機的性能已經(jīng)完好，能夠滿足現(xiàn)實生產的要求。在不久的將來，我國的汽車式起重機行業(yè)一定會發(fā)展成為一個發(fā)展穩(wěn)定，市場化程度高的成熟產業(yè)。 許多專家認為，高速發(fā)展的市場，是中國汽車式起重機產業(yè)各個廠商有利的技術創(chuàng)新基礎和環(huán)境。近幾年，中國汽車式起重機產業(yè)除了一家較小的公司與日本起重機品牌廠家合資以外，其余廠家一直在追趕國外先進水平的進程中，一直堅持自主的技術創(chuàng)新道路，基本上沒有整體引進國外技術的做法，也使的中國汽車式起重機產業(yè)在達到和接近國際先進水平的同時，在產品技術上有明顯的中國特質。 中國汽車式起重機已經(jīng)大量使用PLC可編程集成控制技術，帶有總線接口的 液壓閥塊，液壓馬達，油泵等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，液壓和電器已實現(xiàn)了緊密的結合。可通過軟件實現(xiàn)控制性能的調整，大幅度簡化控制系統(tǒng)，減少液壓元件，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，具備了實現(xiàn)故障自動診斷，遠程控制的能力。 當前我國新一代汽車起重機產品，起重作業(yè)的操作方式，大面積應用先導比例控制，具有良好的微調性能和精控性能，操作力小，不易疲勞。通過先導比例手柄實現(xiàn)比例輸送多種負荷的無級調速，有效防止起重作業(yè)時的二次下滑現(xiàn)象，極大的提高了起重作業(yè)的安全性、可靠性和作業(yè)效率。 部分大型汽車式起重機還在伸縮臂上使用了單缸插銷的伸縮技術，通過液壓銷作用，以單個液壓油缸可完成多節(jié)伸臂的運動，并達到各種工況的程度控制和自動伸縮，改變了以往能不油缸加內部繩排的作業(yè)方式，使起重機相對更輕，拓展了起重機向更高工作高度發(fā)展的空間。 在走向國際市場的過程中，我國汽車式起重機產業(yè)近幾年品質水平的快速提高，也得到了國際擁護的高度肯定，由于產品使用規(guī)范，用戶的專業(yè)素質較高，出口產品的質量反饋比在過內有了明顯的減少，產品反映較好。這都為中國汽車式起重機行業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎。 目前世界上約有百余家企業(yè)生產汽車起重機，但著名的也就右十余家，如美國的格魯夫、德國的利勃海爾、徳馬克、日本加藤、多田野等。生產的汽車起重機品種有數(shù)百種，90年代以來，生產，銷售各種噸位的起重機萬余臺。 汽車起重機的市場主要集中在東亞、北美和歐洲。東亞約占銷售量的40%，北美和歐洲各約占20%。國外汽車起重機發(fā)展的主要特點可以歸納為：多品種生產，標準化程度高和一機多用。 目前，世界汽車起重機的生產，從技術上講，德國利勃海爾公司略占優(yōu)勢，但從企業(yè)規(guī)模上講，美國格魯公司居世界首位。而生產量則是日本的多田野和藤加最多。市場總的趨勢式供大于求，面對激烈競爭，國外各大公司除了紛紛增加投資、擴大生產、提高自身的競爭能力外，還通過聯(lián)合或兼并來提高在國際市場的份額。如1984年，美國格魯夫公司收購了英國老牌企業(yè)科爾斯公司。1987年，德國克虜伯公司收購了格的瓦爾德公司，稱為當時德國最大的起重機公司，但該公司1995年又被美國格魯夫公司收購。1990年，日本多田野兼并了德國法恩公司等。 在起重機行業(yè)內，國外的大型汽車起重機的發(fā)展比我國迅速，在技術和運用上已相當成熟，目前國際市場對汽車起重機的需求在不斷增加，從而使國外各大汽車式起重機制企業(yè)在生產中更多的應用優(yōu)化設計，機械自動化和自動化設備，這對起重機行業(yè)的發(fā)展造成了很大的影響。目前國外的起重機企業(yè)主要是生產大噸位的起重機，而且有完善的設計體系，和一批先進的研發(fā)人員，不斷的進行創(chuàng)新和完善。國外的制造企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)達到規(guī)?；纳a，技術含量比較高，而且液壓技術和電子技術在汽車起重機的設計中也已廣泛的應用，很多企業(yè)的品牌在用戶的心中已經(jīng)打上了堅實的烙印，這也使的國外起重機的繼續(xù)發(fā)展占有了更大的優(yōu)勢。 伸縮臂作為輪式起重機的主要受力構件，其重量一般占整機的13%~20%，而其在大型起重機的重量中所占的比例則更大。因此，伸縮臂的性能對大噸位輪式起重機在大幅度、高起升高度情況下性能的影響至關重要，而伸縮臂的關鍵技術在于伸縮機構的形式和臂架截面形式。 目前我國生產的輪式起重機以中、小噸位為主，普遍采用伸縮油缸加繩排的伸縮機構的形式，只是在細節(jié)上各具特點。該伸縮機構的特點是最末一、二節(jié)伸縮臂采用鋼絲繩伸縮，其它伸縮臂用油缸伸縮，因而最末節(jié)伸縮臂的截面變化較大，大大降低了起重機在大幅度下的起重性能。同時采用該形式的起重機在五節(jié)以上伸縮臂應用時難度較大。西方發(fā)達國家生產50噸以上的中、大噸位輪式起重機時，普遍采用單缸插銷形式的伸縮機構。該形式伸縮機構的采用大幅度提高了起重機的起重性能。 從B~aChina2007年博覽會上可以看出，橢圓形伸縮臂、單缸插銷式伸縮機構、自動伸縮臂系統(tǒng)構成了以德國利勃海爾(UEBHERR)代表的西方先進伸縮臂技術的核心，代表當前世界最高水平，是輪式起重機伸縮臂技術的發(fā)展方向。LTM1300起重臂的截面也采用了橢圓形截面，其截面上彎板為大圓弧槽形板，下彎板為橢圓形槽形板，且由下向上收縮，其重量優(yōu)化，抗扭性能顯著，具有固有的獨特穩(wěn)定性和抗屈曲能力。 GROVE和TADANO采用大圓弧六邊形截面，根據(jù)需要，腹板上設計橫向和縱向加強筋，提高腹板的抗屈曲能力。KATO采用四邊形截面，也采用加筋解決腹板的抗屈曲能力，大圓弧六邊形截面在國內己廣泛使用。 目前國內僅徐工集團徐州重型機械廠一家推出QAY130、QAY160、QAY200、QAY240、QAY300五種噸位單缸插銷式伸縮臂技術的全地面起重機，并采用進口高強度鋼板，雙缸加雙繩排的伸縮機構，在吊臂伸縮時，臂節(jié)之間有寬大的滑塊，保證了主臂的同心度，使重量和受力較好的傳遞，增大起重能力。獨特的吊臂對中裝置，使伸縮更方便，但國內其它廠家目前還沒有使用這種截面形式。 輪式起重機的伸縮式吊臂是一個雙向壓彎構件，除受有整體強度、剛度、穩(wěn)定性的約束外，主要受局部穩(wěn)定性約束，因此把伸縮臂制成為箱形截面是合理的。歸納起來，伸縮臂可以制成幾種典型箱形截面:矩形、梯形、倒置梯形、五邊形、六邊形、八邊形、大圓角矩形以及橢圓形截面等。目前，利勃海爾推出的橢圓形截面是全地面起重機針對不同機型，它所設計的截面形狀也有一定的差異。 4.研究的內容及技術路線 汽車起重機由于具有動作靈活、集成化程度高、功率大、穩(wěn)定性好、操作方便等優(yōu)點，廣泛受到各工程的青睞。汽車起重機伸縮機構設計的好壞直接影響整機的性能。因此汽車起重機的伸縮臂架設計技術被作為目前汽車起重機急需解決的主要關鍵技術之一。本課題針對某汽車起重機伸縮機構的分析和研究，根據(jù)工作要求確定伸縮機構的結構和傳動方案，進而采用傳統(tǒng)的設計方法和現(xiàn)代先進的分析方法對其進行設計和分析。課題成果具有一定的理論研究價值和實際運用價值。 本文主要根據(jù)QAY50汽車起重機工作要求來確定伸縮機構的結構和傳動方案，進而采用傳統(tǒng)的設計方法對主臂的三鉸點、主臂的長度、及每節(jié)臂的長度、臂架的結構、液壓缸尺寸進行確定，通過傳統(tǒng)的力學對臂架結構進行受力分析。利用ANSYS對臂架進行有限元分析。 5.工作的主要階段 1、閱讀相關文獻資料，了解伸縮臂結構形式和臂架的伸縮原理為下一步打好基礎。 2、通過了解伸縮臂工作原理，分析比較順序伸縮、同步伸縮、獨立伸縮三種伸縮方式，確定合理的伸縮臂傳動方案，進而計算出伸縮臂各主要性能參數(shù)。 3、對通過計算得出的各伸縮臂性能參數(shù)進行分析校核，確定是否合理。 4、利用軟件對臂架進行有限元分析 5、根據(jù)最后確定的參數(shù)對伸縮臂進行裝配。 6.工作進度和實現(xiàn)目標 2009.12.5～2009.1.19 整理收集資料，明確課題任務，完成開題報告（含文獻綜述），外文翻譯； 2010.3.1～2009.4.1 畢業(yè)實習、寫實習報告； 2010.4.1～2009.5.31 完成畢業(yè)設計（論文）正文：即設計計算，建模編程，調試程序，繪圖，編寫畢業(yè)設計說明書、論文或完成論文結構的設計和撰寫論文，提交初稿及修改論文，包括：論文提綱、理論分析及計算等； 2010.5.31～2009.6.6 整理設計（論文）資料，完善并提交設計（論文）成果。 7.小結 通過本次畢業(yè)設計，希望能基本上掌握了汽車起重機的結構，及其主要的工作原理，并且通過查閱資料和圖紙，鍛煉了自己繪圖以及識圖的能力。在本次畢業(yè)設計中，在查閱資料之后，首先確定起重機伸縮臂的傳動方案和臂架的截面，然后對起重機主臂所需要設計的部分進行計算，計算得出了三鉸點的位置數(shù)值，各節(jié)臂的長度值，液壓缸的主要尺寸；并參照QAY50汽車起重機的資料，選取截面形狀及尺寸。在上述數(shù)值確定之后，根據(jù)配合關系進行裝配，在經(jīng)過裝配之后發(fā)現(xiàn)，很多地方出現(xiàn)干涉，從而可以看到，實際設計和裝配整機，還有著一定距離。 參考文獻 [1]張志文.起重機設計手冊.北京：中國鐵道出版社，1997. 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