汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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學(xué)號(hào):
密級(jí):
本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
院（系）名稱: 機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)名稱 ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 ：
指導(dǎo)教師 ：
20XX年X月XX日
Design of Hydraulic System for Truck Crane
Candidate：
Supervisor：
May. 10th,20XX
鄭重聲明
本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。
論文作者簽名：
日期： 年 月 日
汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
摘 要
隨著科技的進(jìn)步，高科技和大型設(shè)備成為各國爭相研發(fā)的領(lǐng)域，隨著中國“智能制造”的提出，猶如給華夏民族的制造業(yè)打了一針強(qiáng)心劑，尤其是針對(duì)基建的大型施工設(shè)備，成為各制造業(yè)爭相研發(fā)的熱門領(lǐng)域。汽車起重機(jī)是基建中必不可少的起重設(shè)備，為了進(jìn)一步提高起重機(jī)的效率及操作靈活性，有必要對(duì)汽車起重機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以獲得更好的性能。
本設(shè)計(jì)主要對(duì)起重機(jī)和其液壓系統(tǒng)進(jìn)行了深度了解，并分析了各種液壓回路，如起升回路，變幅回路等；列出了汽車起重機(jī)在實(shí)際作業(yè)中的典型工況，并對(duì)液壓系統(tǒng)主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一些參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。變幅機(jī)構(gòu)是起重機(jī)的關(guān)鍵部分，因此，本文對(duì)變幅液壓缸進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和相關(guān)分析，計(jì)算出了變幅液壓缸的尺寸及加工材料選取。
通過本設(shè)計(jì)的相關(guān)優(yōu)化，可以進(jìn)一步的提升汽車起重機(jī)的作業(yè)效率和操作靈活性，對(duì)工程建設(shè)中的起重作業(yè)，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞:汽車起；液壓系統(tǒng)；變幅液壓缸；起重機(jī)
Design of Hydraulic System for Truck Crane
ABSTRACT
With the progress of science and technology, high-tech and large-scale equipment to become the field of research and development, with China's "smart manufacturing" put forward, as if to the Chinese nation's manufacturing industry shot a tonic, especially for large-scale construction equipment , Become the manufacturing industry competing R & D hot areas. In order to further improve the efficiency and operational flexibility of the crane, it is necessary to optimize the hydraulic system of the truck crane to obtain better performance.
The design of the crane and its hydraulic system for a deep understanding, and analysis of a variety of hydraulic circuits, such as lifting circuits, amplitude loop, etc .; lists the actual operation of the truck crane in the typical conditions, and the hydraulic system Some of the parameters of the main implementing agencies were calculated. The variable frame is a key part of the crane. Therefore, the detailed design and correlation analysis of the variable speed hydraulic cylinder are carried out, and the size and processing material of the variable speed hydraulic cylinder are calculated.
Through the optimization of the design, it can further improve the working efficiency and operational flexibility of the crane, which is of great practical significance to the lifting operation in the project construction.
Keywords：Car Starting；Hydraulic System；Luffing Hydraulic Cylinder；Crane
目錄
1 前 言 1
1.1 汽車起重機(jī)簡介 1
1.2液壓系統(tǒng)在汽車起重機(jī)上的應(yīng)用及特點(diǎn) 1
1.3汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展情況 2
2 液壓系統(tǒng)性能分析與原理設(shè)計(jì) 3
2.1液壓系統(tǒng)關(guān)鍵回路的分析 3
2.1.1 起升回路 3
2.1.2回轉(zhuǎn)回路 4
2.1.3 臂桿變幅回路 4
2.1.4 臂桿伸縮回路 4
2.1.5 支腿回路 6
2.2汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)類型的擬定 6
2.2.1各機(jī)構(gòu)組合情況 6
2.2.2液壓系統(tǒng)的工作原理分析 7
3 液壓系統(tǒng)計(jì)算 8
3.1 汽車起重機(jī)各機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的初定 8
3.1.1 起升機(jī)構(gòu) 8
3.1.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 8
3.1.3 變幅機(jī)構(gòu) 8
3.1.4 伸縮機(jī)構(gòu) 9
3.1.5 支腿機(jī)構(gòu) 9
3.2 液壓系統(tǒng)主要工作參數(shù)的初定 9
4 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)相關(guān)元件的計(jì)算 11
4.1 副卷揚(yáng)回路 11
4.1.1 副卷揚(yáng)馬達(dá)的相關(guān)計(jì)算 11
4.1.2 副卷揚(yáng)馬達(dá)排量的相關(guān)計(jì)算 11
4.1.3 起升機(jī)構(gòu)副卷揚(yáng)泵的相關(guān)計(jì)算 12
4.2 主卷揚(yáng)回路 13
4.2.1. 主卷揚(yáng)馬達(dá)的相關(guān)計(jì)算 13
4.2.2 主卷揚(yáng)泵的相關(guān)計(jì)算 14
4.3 回轉(zhuǎn)回路 15
4.3.1 回轉(zhuǎn)馬達(dá)的相關(guān)計(jì)算 15
4.3.2 回轉(zhuǎn)油泵的相關(guān)計(jì)算 15
4.4 支腿回路 16
4.4.1 垂直支腿油缸的計(jì)算 16
4.4.2 油箱計(jì)算 16
5 變幅液壓缸設(shè)計(jì) 17
5.1變幅油路相關(guān)計(jì)算 17
5.2 伸縮油缸的選擇 17
5.3 伸縮油路 18
5.4 變幅液壓缸的受力分析 19
5.5 變幅液壓缸的機(jī)械設(shè)計(jì) 21
5.6 變幅液壓缸主要幾何參數(shù)的計(jì)算 22
6 結(jié) 論 25
參考文獻(xiàn) 26
致 謝 28
附 錄 29
IV
1 前 言
1.1 汽車起重機(jī)簡介
汽車起重機(jī)可以簡單地理解為起重裝置與特制拖車的組合，該機(jī)通過組合，促使整機(jī)性能更加優(yōu)化，操作靈活、作業(yè)快捷、穩(wěn)定性及安全性更高，因此成為常用起重機(jī)械之一。
1.2液壓系統(tǒng)在汽車起重機(jī)上的應(yīng)用及特點(diǎn)
汽車起重機(jī)作為土木工程的重要機(jī)械之一，主要由起升裝置、變幅裝置、回轉(zhuǎn)裝置、起重臂和汽車底盤組成。21世紀(jì)，各項(xiàng)技術(shù)高速發(fā)展，液壓技術(shù)也不斷發(fā)展與優(yōu)化，智能電子工業(yè)，高強(qiáng)度材料和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展以及土木工程的快速發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了汽車起重機(jī)的發(fā)展。自重大、操作性差、移動(dòng)性差和工作準(zhǔn)備時(shí)間長的老式機(jī)械傳動(dòng)式汽車起重機(jī)已經(jīng)被市場(chǎng)淘汰。目前市場(chǎng)上的液壓式汽車起重機(jī)具有如下優(yōu)勢(shì)：
1.行動(dòng)自由靈活，在它的起重范圍內(nèi)及物理尺寸容許條件下，能夠在整個(gè)施工區(qū)內(nèi)承擔(dān)絕大部分的起重任務(wù)。
2.它除了起重功能之外，可以與其它裝置進(jìn)行搭配使用來實(shí)現(xiàn)其它的功能，如：在液壓式汽車起重機(jī)的伸縮臂上配裝各種鏟子、鉆頭、抓斗、挖溝器等裝置進(jìn)行其它工作。
3.該起重機(jī)無需架空軌道等固定結(jié)構(gòu)，因此具有很多優(yōu)勢(shì)，如：操作平穩(wěn)、轉(zhuǎn)移快速、方便靈活、安全系數(shù)高、起重速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此，可用于基建起重施工、能最大程度的降低生產(chǎn)成本或維修費(fèi)用。
4.該起重機(jī)本身具有獨(dú)立的動(dòng)力裝置，無需裝設(shè)接觸導(dǎo)電裝置。
5.該起重機(jī)可把起重物放置在地面上、地面下或者更高的地方。
基于上述優(yōu)勢(shì)，在運(yùn)輸、基建、礦山、筑路工程及重物裝卸中，液壓式汽車起重機(jī)成為了首選的起重設(shè)備。
液壓汽車起重機(jī)的起升回轉(zhuǎn)、變幅、起重臂伸縮及支腿伸縮等一系列動(dòng)作，既可單獨(dú)動(dòng)作，也可組合動(dòng)作，這些動(dòng)作需用液壓泵、定量或變量馬達(dá)相互配合來實(shí)現(xiàn)。
汽車起重機(jī)采用液壓傳動(dòng)，在主要機(jī)構(gòu)中由于液壓油的存在，沒有劇烈的干摩擦副，從而減少了維修和施工準(zhǔn)備時(shí)間。
液壓汽車起重機(jī)的產(chǎn)品特點(diǎn)：
1. 起重機(jī)的操縱室具有現(xiàn)代設(shè)計(jì)風(fēng)格，舒適性強(qiáng)；
2.油耗小，功率大，噪音低；
3. 起重機(jī)的整體布局為全覆蓋式臺(tái)板，在車上就可完成很多事項(xiàng)：如：工作與檢修。
4. 起重機(jī)的支腿系統(tǒng)采用雙面操縱，操作穩(wěn)定性高，方便實(shí)用；
起重機(jī)屬于中型起重機(jī)械，傳統(tǒng)起重機(jī)移動(dòng)緩慢，體型笨重，而汽車起重機(jī)經(jīng)過不斷的革新，使其結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，因此，整機(jī)重量輕，起重性能提高。同時(shí)很巧妙的把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槠揭七\(yùn)動(dòng)，巧妙的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的變幅和伸縮。由于各機(jī)構(gòu)通過操作可以稍微調(diào)動(dòng)，故作業(yè)更平穩(wěn)，安全、快速。
1.3汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展情況
隨著李克強(qiáng)總理提出的全面創(chuàng)新，以及國家為了振興傳統(tǒng)制造業(yè)出臺(tái)的“工藝4.0”以及“中國智造”等一系列政策，促進(jìn)了中國汽車起重機(jī)產(chǎn)業(yè)的新一輪改革，近幾年中國汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)的設(shè)計(jì)水平和制造水平得到了顯著提高，促使中國汽車起重機(jī)在國際市場(chǎng)上獲得了一席之地，也得到了國際市場(chǎng)的高度肯定，這些都為中國液壓式汽車起重機(jī)行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和高速發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)像徐州重工等重量級(jí)的汽車起重機(jī)制造廠家，經(jīng)過數(shù)十年的自主研發(fā)與創(chuàng)新，已經(jīng)成熟掌握了全路面液壓式汽車起重機(jī)的核心技術(shù)，成功地制造出了200噸級(jí)（包括200噸級(jí)）以上的超大型液壓式汽車起重機(jī)，可以與國外先進(jìn)的液壓式汽車起重機(jī)相媲美，中國的液壓式汽車起重機(jī)行業(yè)已經(jīng)接近國際最先進(jìn)水平。
2 液壓系統(tǒng)性能分析與原理設(shè)計(jì)
2.1液壓系統(tǒng)關(guān)鍵回路的分析
液壓式汽車起重機(jī)（見圖2-1）液壓系統(tǒng)一般由改變吊臂角度的機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置、拉升和下降的裝置、吊臂改變長度的裝置、支腿全伸及單伸的裝置等組成。
圖2-1 汽車起重機(jī)各動(dòng)作示意
2.1.1 起升回路
重物的升降依靠起升回路（見圖2-2）。起升回路的液壓系統(tǒng)能夠快速的實(shí)現(xiàn)合分流方式轉(zhuǎn)換，通過液壓泵提供動(dòng)力，調(diào)節(jié)三位四通換向閥來帶動(dòng)雙向定量馬達(dá)，進(jìn)而帶動(dòng)圈揚(yáng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)起吊重物的升降，并通過制動(dòng)液壓缸（彈簧復(fù)位缸）來制動(dòng)雙向定量馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)起吊重物的極速制動(dòng)。保證了作業(yè)的安全性。
1-三位四通換向閥；2-雙向定量馬達(dá)；3-彈簧復(fù)位缸
圖2-2 起升回路
2.1.2回轉(zhuǎn)回路
汽車起重機(jī)的有限臂長，使吊起重物水平移動(dòng)的范圍受吊臂的限制，根據(jù)查閱相關(guān)資料及計(jì)算分析可知，因回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)工作所需功率小，故絕大多數(shù)汽車起重機(jī)采用全回轉(zhuǎn)式的設(shè)計(jì)。
汽車起重機(jī)的回轉(zhuǎn)回路是在液壓泵提供的動(dòng)力下，通過調(diào)節(jié)三位四通換向閥來控制雙向定量馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)吊臂工作轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。
1-三位四通換向閥；2-雙向定量馬達(dá)
圖2-3 回轉(zhuǎn)回路
2.1.3 臂桿變幅回路
絕大部分液壓式汽車起重機(jī)為了更大程度的滿足重物裝、卸工作位置的要求，采用臂桿與臂桿的幅度變換設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。變幅回路（見圖2-4）是在液壓泵提供的動(dòng)力下，通過調(diào)節(jié)三位四通換向閥來控制雙作用單活塞桿液壓缸的液壓油，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)吊臂幅度的變化；回路圖中單向閥的作用是防止無桿腔中的液壓油倒流，吊臂幅度不會(huì)因?yàn)楣收隙鴾p小，保障了作業(yè)的安全性。
1-三位四通換向閥；2-節(jié)流閥；3-單向閥；4-雙作用單活塞桿液壓缸
圖2-4 臂桿變幅回路
2.1.4 臂桿伸縮回路
汽車起重機(jī)的伸縮回路是臂架伸縮機(jī)構(gòu)的核心部分，伸縮回路的成熟應(yīng)用，使臂桿無需接臂和拆臂，縮短了作業(yè)時(shí)間，提高了起重效率。在不作業(yè)狀態(tài)時(shí)，吊臂全部縮回，整機(jī)物理尺寸最小，提高了汽車起重機(jī)的機(jī)動(dòng)性和通過性。臂架設(shè)計(jì)為液壓式伸縮機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步的拓展了各類型起重機(jī)在實(shí)際施工環(huán)境下的使用性能。
本設(shè)計(jì)優(yōu)化了伸縮回路（如圖2-5），其原理類似于變幅回路，在此不再贅述。
圖2-5 伸縮回路
目前，絕大部分汽車起重機(jī)的吊臂采用3節(jié)（受結(jié)構(gòu)的限制等因素），吊臂伸縮的基本形式大致分為二類：1.順序伸縮。2.同步伸縮。
（a）順序伸縮 （b）同步伸縮
圖2-6 吊臂伸縮方式
如圖2-6所示。顯而易見，獨(dú)立伸縮機(jī)構(gòu)按不同的操作配合，也能實(shí)現(xiàn)順序或同步伸縮的動(dòng)作。綜合考慮各種作業(yè)因素，本文設(shè)計(jì)的吊臂伸縮選擇使用最為普遍的順序伸縮方式。
為了使汽車起重機(jī)各節(jié)伸縮臂伸展后的載荷（標(biāo)準(zhǔn)載荷，非最大載荷）與該汽車起重機(jī)的起重量特性相適應(yīng)，起重機(jī)作業(yè)時(shí)，吊臂的伸縮順序?yàn)槎?jié)臂（2）→三節(jié)臂（3）的順序伸出[1為基本臂]，而縮回則按相反的順序，即三節(jié)臂→二節(jié)臂的順序縮回。
2.1.5 支腿回路
汽車起重機(jī)設(shè)置支腿有二個(gè)主要作用：
1.對(duì)起重機(jī)起固定作用，防止作業(yè)時(shí)，發(fā)生移動(dòng)。
2.支撐地面，分擔(dān)重物載荷，提高起重機(jī)的起重能力。
起重機(jī)屬于中型設(shè)備，在施工中，決不能出現(xiàn)事故，因而，需要充分考慮起重機(jī)的安全性及穩(wěn)定性，故支腿要求堅(jiān)固可靠、液壓系統(tǒng)安全自鎖（防止油管破裂，造成液壓是機(jī)構(gòu)作用，造成安全事故）、操作靈活、伸縮方便。在行駛或閑置時(shí)收回，作業(yè)時(shí)外伸撐地。支腿回路如下（圖2-7）所示，液壓系統(tǒng)中兩個(gè)單向閥互通，起鎖存作用，液壓分析同上原理。
1-單向閥；2-雙作用單活塞桿液壓缸；3-三位四通換向閥
圖2-8 支腿液壓回路
2.2汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)類型的擬定
2.2.1各機(jī)構(gòu)組合情況
各機(jī)構(gòu)組合情況如圖（見圖2-8）所示。
為了確保汽車起重機(jī)施工過程中的安全，液壓支腿在起重機(jī)作業(yè)時(shí)，要求鎖死。由圖可知，回轉(zhuǎn)、變幅、伸縮機(jī)構(gòu)是并列執(zhí)行的，均可獨(dú)立動(dòng)作，之間也無相互干涉。最后一步（起身機(jī)構(gòu)）在前述的機(jī)構(gòu)執(zhí)行之后動(dòng)作。
圖2-8 各機(jī)構(gòu)動(dòng)作組合情況
2.2.2液壓系統(tǒng)的工作原理分析
通過大學(xué)期間所學(xué)的液壓方面知識(shí)，設(shè)計(jì)了如下（見圖2-13）液壓系統(tǒng)的工作原理，優(yōu)化的液壓系統(tǒng)支腿分兩步（1）全伸；（2）單伸。單伸是為了進(jìn)一步支撐地面，使整機(jī)作業(yè)時(shí)，不發(fā)生移動(dòng)。
圖2-14 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)圖
3 液壓系統(tǒng)計(jì)算
3.1 汽車起重機(jī)各機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的初定
3.1.1 起升機(jī)構(gòu)
起升機(jī)構(gòu)中，主卷揚(yáng)相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)如下表（見表3-1）。
表3-1 主卷揚(yáng)相關(guān)參數(shù)初定值
起升機(jī)構(gòu)中，副卷揚(yáng)相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)如下表（見表3-2）。
表3-2 副卷揚(yáng)相關(guān)參數(shù)初定值
3.1.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
回轉(zhuǎn)速度 1.5 r/min
回轉(zhuǎn)阻力矩 104 K.Nm
減速器速比 1423.08
3.1.3 變幅機(jī)構(gòu)
最大行程 2842mm
變幅油缸最大軸向阻力 1320KN
變幅時(shí)間 60Sec
3.1.4 伸縮機(jī)構(gòu)
吊臂伸縮機(jī)構(gòu)中，各級(jí)液壓缸的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)如下表（見表3-3）。
表3-3 起升機(jī)構(gòu)中各級(jí)液壓缸的相關(guān)參數(shù)初定
3.1.5 支腿機(jī)構(gòu)
垂直支腿：
吊重時(shí)支腿油缸最大反力 700 KN.m
行程 335mm
速比 2.78
3.2 液壓系統(tǒng)主要工作參數(shù)的初定
汽車起重機(jī)中，起升機(jī)構(gòu)的主卷揚(yáng)機(jī)的主要工作參數(shù)初定(見表3-4)。
表3-4 起升機(jī)構(gòu)中，主卷揚(yáng)機(jī)的工作參數(shù)初定設(shè)定
汽車起重機(jī)中，起升機(jī)構(gòu)的副卷揚(yáng)機(jī)的主要工作參數(shù)初定(見表3-5)：
汽車起重機(jī)中，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主要工作參數(shù)初定(見表3-6)。
表3-5 起升機(jī)構(gòu)中，副卷揚(yáng)機(jī)的工作參數(shù)初定設(shè)定
表3-6 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主要工作參數(shù)初定設(shè)定
汽車起重機(jī)中，變幅、伸縮和支腿機(jī)構(gòu)的主要工作參數(shù)初定(見表3-7)。
表3-7 變幅、伸縮和支腿機(jī)構(gòu)的主要工作參數(shù)初定設(shè)定
4 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)相關(guān)元件的計(jì)算
4.1 副卷揚(yáng)回路
4.1.1 副卷揚(yáng)馬達(dá)的相關(guān)計(jì)算
1.副起升卷筒扭矩
（4-1）
式中:
—副卷揚(yáng)MAX拉力（28KN）；
—卷筒直徑。
—鋼絲繩直徑，dj2 ＝17mm
—卷筒機(jī)械效率,查相關(guān)數(shù)據(jù)表得：
2.起升機(jī)構(gòu)的副卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的馬達(dá)扭矩計(jì)算
（4-2）
符號(hào)說明:
—副卷揚(yáng)傳動(dòng)比(51.4)；
—馬達(dá)輸出端機(jī)械效率0.93；
4.1.2 副卷揚(yáng)馬達(dá)排量的相關(guān)計(jì)算
（4-3）
符號(hào)說明:
—馬達(dá)最大工作壓差。
—馬達(dá)機(jī)械效率(下文出現(xiàn)此符號(hào)都取值0.95)；
4.1.3 起升機(jī)構(gòu)副卷揚(yáng)泵的相關(guān)計(jì)算
1.副起升卷筒的轉(zhuǎn)速
（4-4）
符號(hào)說明:
—副卷揚(yáng)單繩MAX速度=50m/min。
2.副卷揚(yáng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速
3.副卷揚(yáng)馬達(dá)輸入流量
（4-5）
符號(hào)說明:
—馬達(dá)容積效率（取值0.89）。
4.副卷揚(yáng)泵輸出流量
管路液壓油泄露忽略不計(jì)
5.副卷揚(yáng)泵的排量
（4-6）
符號(hào)說明:
—泵工作轉(zhuǎn)速（每分取值 2300轉(zhuǎn)）
—油泵容積效率（取值0.95）。
4.2 主卷揚(yáng)回路
4.2.1. 主卷揚(yáng)馬達(dá)的相關(guān)計(jì)算
1.分析得主卷揚(yáng)卷筒力矩計(jì)算公式如下：
（4-7）
符號(hào)說明：
—主卷揚(yáng)單繩最大拉力 （設(shè)定最大值為36KN）；
—卷繞鋼絲繩j層時(shí)的卷筒直徑。
卷繞鋼絲繩4層時(shí)，主卷揚(yáng)的卷筒直徑為：
符號(hào)說明：
——鋼絲繩直徑（設(shè)定直徑為21毫米）；
—卷筒機(jī)械效率,查相關(guān)起重機(jī)的卷筒機(jī)械效率參數(shù)表，分析后取值0.99。
2.主卷揚(yáng)機(jī)馬達(dá)扭矩
（4-8）
符號(hào)說明：
—主卷揚(yáng)減速器速比（綜合分析后，設(shè)定為36.5）；
—馬達(dá)輸出機(jī)械效率（查相關(guān)起重機(jī)的主卷揚(yáng)馬達(dá)的機(jī)械效率參數(shù)表，分析后取值0.93）。
3.主卷揚(yáng)機(jī)馬達(dá)排量
（4-9）
符號(hào)說明：
—馬達(dá)進(jìn)出口MAX壓力差：
——主卷揚(yáng)馬達(dá)機(jī)械效率（查相關(guān)起重機(jī)的主卷揚(yáng)馬達(dá)的機(jī)械效率參數(shù)表，分析后取值0.95）。
4.2.2 主卷揚(yáng)泵的相關(guān)計(jì)算
1.主卷揚(yáng)卷筒的轉(zhuǎn)速
（4-10）
符號(hào)說明：
—主卷揚(yáng)MAX速度，（考慮安全因素之后，設(shè)定取值最大=110m/min）
2.主卷揚(yáng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速
3.主卷揚(yáng)馬達(dá)流量
（4-11）
符號(hào)說明：
—主卷揚(yáng)馬達(dá)容積效率，查馬達(dá)容積參數(shù)表得；
4.主卷揚(yáng)泵輸出流量
液壓油泄露暫不考慮，則總流量計(jì)算式：
符號(hào)說明：
（4-12）
—副卷揚(yáng)泵流量，
5.主卷揚(yáng)泵排量
（4-13）
符號(hào)說明：
—主卷揚(yáng)泵工作轉(zhuǎn)速（綜合考慮起重機(jī)的安全及穩(wěn)定性因素，取值2760rpm）；
—主卷揚(yáng)泵容積效率，查表后，得；
4.3 回轉(zhuǎn)回路
4.3.1 回轉(zhuǎn)馬達(dá)的相關(guān)計(jì)算
1.回轉(zhuǎn)馬達(dá)阻力矩
（4-14）
符號(hào)解釋：
—回轉(zhuǎn)總阻力矩，設(shè)定為104KN.m；
i—回轉(zhuǎn)減速器速比，綜合考慮計(jì)算得i=1423.08；
η—回轉(zhuǎn)機(jī)械傳動(dòng)效率，查馬達(dá)參數(shù)表，取值η=0.90。
2.回轉(zhuǎn)馬達(dá)的排量
（4-15）
符號(hào)解釋：
—馬達(dá)工作壓差；
4.3.2 回轉(zhuǎn)油泵的相關(guān)計(jì)算
1.馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速
符號(hào)說明：—回轉(zhuǎn)速度， =0～1.5r/min,取回轉(zhuǎn)速度MAX值1.5r/min。
2.回轉(zhuǎn)馬達(dá)流量
（4-16）
符號(hào)解釋：
—回轉(zhuǎn)馬達(dá)容積效率，查馬達(dá)相關(guān)參數(shù)表，綜合后取值為0.95。
3.回轉(zhuǎn)油泵的輸出流量
忽略液壓油泄露量，則輸出流量為
4.回轉(zhuǎn)油泵排量
（4-17）
符號(hào)說明：
—回轉(zhuǎn)油泵工作轉(zhuǎn)速，綜合穩(wěn)定性等因素后，取值2760轉(zhuǎn)/分；
—回轉(zhuǎn)油泵容積效率，查油泵相關(guān)參數(shù)后，取值=0.95。
4.4 支腿回路
4.4.1 垂直支腿油缸的計(jì)算
1.無桿腔油壓作用面積
符號(hào)說明：F1—支腿油缸MAX軸向阻力，F(xiàn)1=700KN；
P—支腿油缸MAX工作壓力， P=28Mpa；
2.無桿腔缸徑
（4-18）
4.4.2 油箱計(jì)算
1.液壓系統(tǒng)差流量
（4-19）
2.油箱有效容積
5 變幅液壓缸設(shè)計(jì)
5.1 變幅油路相關(guān)計(jì)算
1.變幅油缸平均伸縮速度
符號(hào)含義：
S—變幅油缸工作時(shí)MAX行程，為了作業(yè)安全性，取值略低于最大值，取值為S=2842mm；
—升臂變幅時(shí)間（初步設(shè)定為60sec）
2.變幅油缸平均輸入流量
（5-1）
符號(hào)含義： —油缸容積效率，
當(dāng)容積效率取值為ηV=1時(shí)，則雙缸流量為：
(3)油泵輸出流量
（5-2）
符號(hào)含義：—管路容積效率，查油泵相關(guān)參數(shù)表后，取值： =0.95。
5.2 伸縮油缸的選擇
1.無桿腔油壓作用面積
符號(hào)含義：
FⅠ—第Ⅰ級(jí)油缸的MAX軸向反力；
FⅡ—第Ⅱ級(jí)油缸的MAX軸向反力；
FⅢ—第Ⅲ級(jí)油缸的MAX軸向反力；
P—各級(jí)液壓缸的工作壓力，假設(shè)各級(jí)P相等。
取值為：P=28Mpa ，KN，KN，KN。
2.無桿腔缸徑
（5-3）
5.3 伸縮油路
1.伸縮缸平均伸出速度
符合解釋：
—Ⅰ缸工作行程；S1=S2= S3 =8000mm；
—Ⅱ缸工作行程；
—Ⅲ缸工作行程；
—吊臂油缸全程伸出時(shí)間。
設(shè)定各缸的工作行程相等，設(shè)為 ；
假定吊臂伸展達(dá)到最大行程的時(shí)間為。
2.各級(jí)伸縮缸平均輸入流量
Ⅰ缸輸入流量：
Ⅱ缸輸入流量：
Ⅲ缸輸入流量：
符號(hào)說明：—油缸容積效率，查表取值。
平均輸入流量：
（3）液壓泵輸出流量
（5-4）
（4）變幅伸縮油泵輸出流量為：
（5）液壓泵的排量
（5-5）
符號(hào)說明：—油泵工作轉(zhuǎn)速，設(shè)定為 r/min；
—油泵容積效率，查表得
5.4 變幅液壓缸的受力分析
圖5-1 變幅液壓缸的作業(yè)示意圖
如圖5.1所示，為汽車起重機(jī)作業(yè)時(shí)吊臂變幅的幾種代表性狀態(tài)。下文的主要工作是對(duì)變幅液機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，進(jìn)而簡化為幾何圖形進(jìn)行相關(guān)受力分析。
圖5-2 變幅液壓缸的幾何示意圖
起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)經(jīng)過相關(guān)建模之后，得出上圖（如圖5.2）所示的幾何示意圖?？蓪⑷q點(diǎn)建模之后，簡化為三角形ΔABC。將油缸簡化為線段AB，起重機(jī)的變幅裝置在轉(zhuǎn)臺(tái)和由各級(jí)液壓缸組成的吊臂上的鉸點(diǎn)，抽象建模為點(diǎn)A，點(diǎn)B，液壓式起重機(jī)的回轉(zhuǎn)中心線為。
當(dāng)汽車起重機(jī)作業(yè)時(shí)，吊臂幅度（R）吊起重物（Q）時(shí)，對(duì)鉸點(diǎn)C列平衡方程式得：
（5-6）
符號(hào)含義說明：
—變幅油缸推力；
Q—作業(yè)負(fù)載的重量；
h—油缸推力對(duì)C點(diǎn)的力臂；
e—起升繩到鉸點(diǎn)C的距離（作業(yè)過程中變化）。
—吊臂的仰角；
S—起升繩的拉力；
—吊臂的長度；
—吊臂的重心距點(diǎn)C的距離；
—吊臂的重量；
（5-7）
因，式(5-1)進(jìn)一步簡化得：
分析式（5-2）可知，當(dāng)汽車起重機(jī)的起吊重物Q確定后，是α和h的函數(shù)，與h成反比。由函數(shù)關(guān)系知，和h是三角形決定的，也就是說，取決于三角形ABC的形狀。
5.5 變幅液壓缸的機(jī)械設(shè)計(jì)
圖5-3 額定功率下液壓缸的各參數(shù)圖
液壓缸受到的推力：
（5-8）
符號(hào)含義說明：—變幅軸線與水平線的夾角；
—工作臂長；
—吊臂自重；
—吊臂重心到C點(diǎn)的距離；
—液壓缸與AC的夾角；
R—起重機(jī)工作幅度；
a—C點(diǎn)與回轉(zhuǎn)中心的距離。
C與回轉(zhuǎn)中心的距離a∈[3,6]米，滿足這個(gè)距離的=67°；汽車起重機(jī)在額定功率下，起重量為N。
設(shè)定汽車起重機(jī)的最大起重量為10000kg。根據(jù)中國國內(nèi)制造業(yè)——起重機(jī)生產(chǎn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，吊臂的質(zhì)量取值最大起重量的0.15—0.20，出于作業(yè)安全性考慮，取參數(shù)0.15。因?yàn)椴捎玫氖侨?jié)伸縮臂，故；
工作繩拉力N；
吊臂基本臂長m；
距離AC=947mm；
夾角=62°；
=1800mm；
=2800mm。
由（5-3）得：
（5-9）
5.6變幅液壓缸主要幾何參數(shù)的計(jì)算
1.液壓缸壓力
設(shè)定，考慮到液壓缸中的其它力的干擾，因而取。
2.液壓缸內(nèi)徑Db
工作腔為無桿腔，計(jì)算公式如下：
（5-10）
3.活塞桿直徑d
由于=22＞7，所以d=0.7D=0.7160mm=112mm。參考GB2348-80的液壓活塞桿系列，選取d=140mm。
4.活塞桿理論推力計(jì)算
下圖為液壓缸簡化后的，活塞桿受力圖（見圖5-4）。
a.活塞桿伸出時(shí)
b.活塞桿回縮時(shí)拉力
符號(hào)釋義：
——無桿腔的受力面積；
——有桿腔的受力面積。
——液壓缸的工作壓力（）。
圖5-4 活塞桿受力分析圖
5.活塞桿行程S
液壓缸全伸時(shí)S最大：
=2800mm
液壓缸全縮時(shí)S最?。?
=1800mm
得到行程S：
S=—=1000mm
查相關(guān)參數(shù)系列表，選取行程S=1000mm。
6.缸筒壁厚b的計(jì)算
查表可知，液壓缸，缸體選用45號(hào)鋼。故，。
7.缸底厚度hb
假定為平行缸底，計(jì)算公式
（5-11）
符號(hào)解釋：
hb—缸底厚度（m）；
—液壓缸內(nèi)徑（m）；
—試驗(yàn)壓力（）；
—缸底材料的許用應(yīng)力（）。
材料選用45鋼，查材料的強(qiáng)度相關(guān)參數(shù)表，可知該鋼≥600MPa， ≥355MPa，伸長率≥16％。則。
缸的工作壓力，取。
設(shè)計(jì)變幅液壓缸如下圖所示：
1-缸體端部耳環(huán)；2-缸底；3-螺母；4-墊圈；5-排氣閥；6-Y型密封圈；7-活塞；8-活塞桿；9-缸體；10-接頭；11、12-O型密封圈；13、16-六角螺釘；14-缸蓋；15-防塵圈；16-活塞桿端部耳環(huán)
圖5-5 變幅液壓缸裝配圖
6 結(jié) 論
通過接近半年的畢業(yè)設(shè)計(jì)——《汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，我學(xué)到了很多書寫論文的方法與技巧，感覺畢業(yè)設(shè)計(jì)其實(shí)是對(duì)我們大學(xué)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，也是一次檢閱，通過這次設(shè)計(jì)，我鞏固了大學(xué)期間學(xué)習(xí)的知識(shí)，也懂得了把各種知識(shí)總結(jié)在一起，靈活運(yùn)用。雖然設(shè)計(jì)中出現(xiàn)了很多自己從沒想過的問題，但是通過查閱相關(guān)資料，以及在老師和同學(xué)的幫助下，解決了大部分的問題。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)運(yùn)用最多的就是液壓知識(shí)，要對(duì)一種重型機(jī)械的液壓系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，對(duì)于初次寫論文的我來說，挑戰(zhàn)性很大。最終通過各方面努力，克服了一些困難。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對(duì)汽車起重機(jī)有了全新的認(rèn)識(shí)與理解，明白了一個(gè)個(gè)機(jī)器背后的復(fù)雜性，從一個(gè)個(gè)想法的碰撞，到一個(gè)完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)書，以及設(shè)計(jì)后的選材及加工工藝等等，都是要在設(shè)計(jì)之初就要考慮到的問題。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從毫無思路，到完成設(shè)計(jì)，其中有很多艱險(xiǎn)，但最終完成設(shè)計(jì)的那一刻，莫名的有一種自豪感。感謝所有在論文設(shè)計(jì)中，幫過我的人。
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致 謝
轉(zhuǎn)眼韶光四年已接近尾聲，清晰的記得初入大學(xué)時(shí)的情境，仿佛就在昨天。美好的時(shí)光總是那么短暫，即將踏入社會(huì)的我們，在大學(xué)的美好時(shí)光里，笑過、哭過、堅(jiān)定過，也迷茫過。在這段美好的時(shí)光里，將在我們的記憶里不會(huì)模糊，我們永遠(yuǎn)都會(huì)關(guān)注我們的母校，是她讓我們?cè)谶@里學(xué)習(xí)，在這里歡快的度過四年青春。
這次我的畢業(yè)設(shè)計(jì)——《汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，是母校對(duì)我們最后的一次檢閱，更是我們對(duì)大學(xué)收貨知識(shí)的一次自我摸底，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我收獲來了很多，明白了獨(dú)立思考和獨(dú)立學(xué)習(xí)的重要性，母校給了我們平臺(tái)，也為我們提供了那么多優(yōu)秀的老師，讓我們不論在學(xué)習(xí)上，還是在為人處世方面都深有體悟，這些我將受益終生。
本次我的畢業(yè)設(shè)計(jì)按時(shí)完成，首先，要深深地感謝辛辛苦苦撫養(yǎng)我成才的父母，沒有父母的無私付出，就不會(huì)有今天的我。其次，感謝我的母校，是她讓我步入了知識(shí)的海洋，在其中不斷的學(xué)習(xí)，不斷的提升自己，挑戰(zhàn)自我，超越自我。讓我能在社會(huì)上展現(xiàn)完美的自我。最后，我要衷心的感謝XXX導(dǎo)師對(duì)我的指導(dǎo)，是他半年來不辭勞苦的指導(dǎo)，才讓對(duì)論文一無所知的我，學(xué)會(huì)了論文書寫的很多技巧，最終能順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。
附 錄
附件1：整機(jī)液壓系統(tǒng)圖（A0 1張）
附件2：變幅液壓缸裝配圖（A1 1張）
附件3：變幅液壓缸活塞桿（A3 1張）
附件4：變幅液壓缸缸蓋（A3 1張）
附件5：變幅液壓缸缸底（A3 1張）
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