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畢業(yè)設計 隨車起重機伸縮臂架的優(yōu)化設計
目 錄
摘 要---------------------------------------------------------------------------------------------1
前 言---------------------------------------------------------------------------------------------2
1. 概述------------------------------------------------------------------------------------------6
1.1 隨車起重機用途和特點--------------------------------------------------------------6
1.2 型號意義--------------------------------------------------------------------------------6
1.3 術語解釋--------------------------------------------------------------------------------6
1.4 結構原理--------------------------------------------------------------------------------6
2. 伸縮臂架的計算----------------------------------------------------------------------------7
2.1 伸縮臂架的作用載荷及分析---------------------------------------------------------7
2.2 伸縮臂架的臨界力的計算------------------------------------------------------------9
2.3 伸縮臂架的剛度校核------------------------------------------------------------------9
2.4 伸縮臂架的強度校核-----------------------------------------------------------------13
2.5 伸縮臂局部穩(wěn)定性校核--------------------------------------------------------------17
2.6 伸縮臂的整體穩(wěn)定性校核-----------------------------------------------------------19
3. 回轉機構的選型---------------------------------------------------------------------------21
3.1 回轉支承的受載情況-----------------------------------------------------------------21
3.2 回轉支承選型所需技術參數--------------------------------------------------------21
4. 液壓系統(tǒng)的設計計算---------------------------------------------------------------------26
4.1概述---------------------------------------------------------------------------------------26
4.2工作原理---------------------------------------------------------------------------------26
4.3 性能分析--------------------------------------------------------------------------------29
4.4 液壓缸主要尺寸的確定--------------------------------------------------------------29
4.5 液壓泵的選擇--------------------------------------------------------------------------31
4.6 油箱的選擇-----------------------------------------------------------------------------32
4.7 管件--------------------------------------------------------------------------------------33
5. 結論與展望---------------------------------------------------------------------------------35
5.1 結論--------------------------------------------------------------------------------------35
5.2 隨車起重機的發(fā)展趨勢--------------------------------------------------------------36
6. 畢業(yè)設計總結------------------------------------------------------------------------------38
7. 致謝------------------------------------------------------------------------------------------39
8. 參考文獻------------------------------------------------------------------------------------40
摘 要
本文概述了國內外伸縮式隨車起重機的現狀，并就有關型號的國內外隨車起重機進行了比較。介紹了我國伸縮式隨車起重機的結構特點及各部分的工作原理。著重對4噸兩節(jié)伸縮式隨車起重機的伸縮臂架和液壓系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計。運用金屬結構的設計方法驗證了金屬結構部分主要是兩節(jié)伸縮臂架的計算原理；另外，對回轉機構也作了選型和設計。最后對隨車起重機的發(fā)展趨勢作了簡單分析。
關鍵詞：伸縮式， 隨車起重機， 臂架， 優(yōu)化，液壓系統(tǒng)， 回轉機構
Abstract
This paper presents an overview of extendable crane-drivers, and a comparison with the concern home-made cranes. It introduces the structural characteristics and some of the principles of extendable crane-style cars. Focuses on two sections telescopic booms and hydraulic crane systems design. Use metal structure design methodology certification is a major part of the metal structure of two sections telescopic booms calculation principles; In addition, the rotation mechanism design also is made. Finally it shows the development trend of a simple crane driver analysis.
Keywords : telescopic type, assigned crane, booms, hydraulic system, Turnaround mechanism
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畢業(yè)設計 隨車起重機伸縮臂架的優(yōu)化設計
目 錄
摘 要---------------------------------------------------------------------------------------------1
前 言---------------------------------------------------------------------------------------------2
1. 概述------------------------------------------------------------------------------------------6
1.1 隨車起重機用途和特點--------------------------------------------------------------6
1.2 型號意義--------------------------------------------------------------------------------6
1.3 術語解釋--------------------------------------------------------------------------------6
1.4 結構原理--------------------------------------------------------------------------------6
2. 伸縮臂架的計算----------------------------------------------------------------------------7
2.1 伸縮臂架的作用載荷及分析---------------------------------------------------------7
2.2 伸縮臂架的臨界力的計算------------------------------------------------------------9
2.3 伸縮臂架的剛度校核------------------------------------------------------------------9
2.4 伸縮臂架的強度校核-----------------------------------------------------------------13
2.5 伸縮臂局部穩(wěn)定性校核--------------------------------------------------------------17
2.6 伸縮臂的整體穩(wěn)定性校核-----------------------------------------------------------19
3. 回轉機構的選型---------------------------------------------------------------------------21
3.1 回轉支承的受載情況-----------------------------------------------------------------21
3.2 回轉支承選型所需技術參數--------------------------------------------------------21
4. 液壓系統(tǒng)的設計計算---------------------------------------------------------------------26
4.1概述---------------------------------------------------------------------------------------26
4.2工作原理---------------------------------------------------------------------------------26
4.3 性能分析--------------------------------------------------------------------------------29
4.4 液壓缸主要尺寸的確定--------------------------------------------------------------29
4.5 液壓泵的選擇--------------------------------------------------------------------------31
4.6 油箱的選擇-----------------------------------------------------------------------------32
4.7 管件--------------------------------------------------------------------------------------33
5. 結論與展望---------------------------------------------------------------------------------35
5.1 結論--------------------------------------------------------------------------------------35
5.2 隨車起重機的發(fā)展趨勢--------------------------------------------------------------36
6. 畢業(yè)設計總結------------------------------------------------------------------------------38
7. 致謝------------------------------------------------------------------------------------------39
8. 參考文獻------------------------------------------------------------------------------------40
摘 要
本文概述了國內外伸縮式隨車起重機的現狀，并就有關型號的國內外隨車起重機進行了比較。介紹了我國伸縮式隨車起重機的結構特點及各部分的工作原理。著重對4噸兩節(jié)伸縮式隨車起重機的伸縮臂架和液壓系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計。運用金屬結構的設計方法驗證了金屬結構部分主要是兩節(jié)伸縮臂架的計算原理；另外，對回轉機構也作了選型和設計。最后對隨車起重機的發(fā)展趨勢作了簡單分析。
關鍵詞：伸縮式， 隨車起重機， 臂架， 優(yōu)化，液壓系統(tǒng)， 回轉機構
Abstract
This paper presents an overview of extendable crane-drivers, and a comparison with the concern home-made cranes. It introduces the structural characteristics and some of the principles of extendable crane-style cars. Focuses on two sections telescopic booms and hydraulic crane systems design. Use metal structure design methodology certification is a major part of the metal structure of two sections telescopic booms calculation principles; In addition, the rotation mechanism design also is made. Finally it shows the development trend of a simple crane driver analysis.
Keywords : telescopic type, assigned crane, booms, hydraulic system, Turnaround mechanism
緒論
隨車起重機是將起重作業(yè)部分裝在載重貨車上的一種起重機。隨車起重機由于具備既能起重、又能載貨、機動靈活這一獨特的優(yōu)點，而廣泛應用于交通運輸、土木建筑業(yè)（包括建筑工程、公路橋梁工程、市政修建工程、機械化基礎工程等）電業(yè)、野外作業(yè)、石材業(yè)、碼頭的貨物裝卸及遠距離轉移貨物，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。隨著國家基礎建設的規(guī)模不斷加大，隨車起重機在起重運輸行業(yè)和野外作業(yè)發(fā)揮的作用也將越來越大。????
一、國外隨車起重機的發(fā)展現狀
目前，國際上有瑞典、意大利、奧地利、德國、美國、日本、加拿大等國家的十幾家公司生產的幾十種規(guī)模型號的隨車起重機，主要以歐洲為主。歐洲從20世紀40－50年代開始生產隨車起重機，主要廠商有HIAB（瑞典）、FASSI（意大利）、FERRARI（意大利）、PALFINGER（奧地利）、TIRRE（德國）、HEILA（意?大利）等；亞洲生產隨車起重機廠商主要有加藤（日本）、多田野（日本）、由尼克（日本）；美洲生產隨車起重機廠商主要有GROVE等。這些都是世界知名的生產隨車起重機的公司，各公司都形成了功能多元化、品種系列化、機電液控制一體化的產品體系，最大起?重量已超過60ｔ，吊臂長度已超過30ｍ，最大起重力矩已超過1000ｋＮｍ。下面就幾家著名的隨車起重機廠家的產品特點進行具體分析。
????1.瑞典——世界上較早生產隨車起重機的國家
??? 位于瑞典HUDIKSUALI城的希亞伯（HIAB）公司，是近五十年來世界上居?領先地位的、最富有創(chuàng)造力的隨車起重機制造公司，早在1947年就生產了第一臺起重?機。該公司在丹麥、荷蘭、西班牙設有分廠，并在60多個國家建立了完備的銷售和服務網。HIAB公司生產的一般用途折臂式隨車起重機，設計十分緊湊，行駛狀態(tài)時的外形尺寸較小。?除生產一般用途的隨車起重機外，HIAB公司還生產伐木隨車起重機、船用起重機、鐵路軌道車隨車起重機。此外HIAB公司還配備了多種附加裝置如抓斗、吊籃、鉆頭、特殊板叉、裝輪胎機械手等，使隨車起重機除起重作業(yè)外還可完成散裝物料裝卸、鉆孔、高空作業(yè)、成堆建筑板料裝卸以及大型輪胎拆裝等項工作，實現了一機多用。
????2.意大利——世界上隨車起重機生產廠家最多的國家
????意大利隨車起重機年產量達萬臺，而且50％供出口。該國的生產特點是：工廠小、產量大、品種全、出口多。共有FERRARI、PESCI、CORMACH、HEILA ?等十多家生產廠，規(guī)模從幾十人到一百多人，但每個工廠的年產量都在千臺以上，且各廠均有自己較完善的系列產品。
3.日本——建立了對隨車起重機綜合評價的新概念
????維修業(yè)與建筑業(yè)的繁榮，致使日本國內市場對隨車起重機的需求量大增，加藤、多田野、由尼克三家公司，是日本隨車起重機的主要生產廠，它們的產品結構相似，因此只重點介紹一下多田野株式會社的產品。
????多田野生產直臂式、折臂式兩種隨車起重機，以直臂式為主。直臂式產品的特點是：吊臂為五邊形斷面，采用全動力伸縮，轉臺以3支點方式固定在車架上，此種支撐方式，能分散起重機在不平路面上行駛時產生在車架上的扭轉應力，還配備了高起動力矩軸向柱塞馬達的起升機構，能保證順利起吊易于損壞的貨物，其支腿可全伸或半伸，這樣就使在狹窄工地上作業(yè)成為可能。此外備有幅度指示器、重量顯示、過卷報警、吊鉤安全止動銷等多種安全裝置。日本人根據當今的市場需求，建立了對隨車起重機產品特征綜合評價的新概念，即美觀、安全、舒適、簡單。
???4.美國——大公司同樣重視隨車起重機的生產和發(fā)展
???GROVE公司是美國最大的輪式起重機制造商，主要生產汽車起重機、越野式輪胎起 重機、全路面起重機，而NATIONALCRANE則是GROVE專門生產隨車起重機的子公司，該公司以生產直臂式隨車起重機見長，近幾年又重點開發(fā)了鉸接的折臂式起重機。該公司生產的直臂式隨車起重機為后置式，設計風格獨特，采用了一種全液壓高支點弧線擺出式斜伸支腿，支腿的支撐點很高，擺出后成Ａ字形，這種支腿有較大的跨距，并能在不平的路面上有效地調平。吊臂斷面為矩形，采用高強度鋼制造，節(jié)數2～4節(jié)，可以裝設1～2節(jié)副臂，副臂在主臂側面折疊存放。吊臂為全動力伸縮，回轉結構有齒輪齒條式和回轉支承小齒輪式兩種，后一種是由一個抗剪切滾珠軸承和低速大扭矩馬達帶動的小齒輪組成。近幾年該公司還注意發(fā)展了鉸接的折臂式隨車起重機，其支腿均為Ｈ型，起升機構以背包式安裝在吊臂后端。該公司生產的隨車起重機均可裝配1人用吊籃、2人用吊籃、集裝箱抓具、螺旋鉆、遙控裝置等，以擴大用途。 ????
二、國內隨車起重機發(fā)展現狀
????我國隨車起重機的生產起步較晚，到70年代末，全國生產的隨車起重機產品品種還很單一，生產規(guī)模很小，到80年代，隨車起重機產品的品種及產量均呈增長趨勢，近幾年來，隨車起重機在國內市場的產銷總量增長勢頭更猛，從行業(yè)統(tǒng)計結果可以看出，1999年市場總量為1000臺左右，2000年市場總量約為1300臺，2001年市場總量約為1700臺，目前的市場總量約為2000臺。全國生產隨車起重機的廠家約有10多家，主要企業(yè)有徐州隨車起重機公司、石家莊煤礦機械廠、山西長治清華機械廠、武漢汽車起重機廠、湖南專用汽車制造廠等。另外，近年錦州重型機械股份有限公司與韓國廣林特裝車株式會社組建的合資公司也開始涉足隨車起重機領域，且發(fā)展勢頭良好；常林股份有限公司與奧地利的ＰＡＬＦＩＮＧＥＲ公司也將開始合作生產隨車起重機。
???? 徐州隨車起重機公司組建于2001年9月，在消化吸收國外先進技術的基礎上生產SQ系列伸縮臂式、折疊臂式隨車起重機，并由航天部定點生產國防工程專用隨車起重運輸裝填車、雷達車等產品，其產品曾批量出口伊拉克等國家。近兩年來，依靠技術創(chuàng)新，取得了較快發(fā)展，2002年開發(fā)了近20個新產品，在國內處于領先地位，成為我國隨車起重機行業(yè)的后起之秀。石家莊煤礦機械廠是我國較早生產直臂卷揚隨車起重機的工廠，其產品風格和日本多田野TM－23系列相似，具有一定的市場覆蓋率。山西長治清華機械廠是航空航天部直屬企業(yè)，早期生產直臂式隨車起重機。該廠引進瑞典希亞伯（HIAB）公司生產技術后，生產折臂式產品，無起升機構，采用變幅方式進行重物升降，具有歐洲產品的風?格。武漢汽車起重機廠是較早生產隨車起重機的廠家，其產品為直臂式卷揚起重機，與東風、解放及黃河汽車配套，可在汽車底盤的尾部又加裝了10ｔ液壓絞盤，特別適合于電業(yè)部門搶險與施工需要。湖南專用汽車制造廠始建于1950年，系湖南省機械行業(yè)重點企 業(yè)，是國家計委、國家經貿委和機械工業(yè)部在全國唯一定點的隨車起重運輸車生產基地。主 要產品有隨車起重運輸車、自卸車、廂式車、運輸加油車、后裝壓縮式垃圾車等。
????由于我國隨車起重機起步于70年代，相對較晚，而且發(fā)展速度不快，只是近幾年才有 較大發(fā)展，和國外相比，還有很大的差距。具體表現在：
1． 品種少、產量低
????我國隨車起重機現處于初級發(fā)展階段，品種較少。中小噸位重復較多，至今尚未形成大、中、小完整的系列，年產量只相當于國外一個廠家的生產能力。
??? 2．起重力矩小，技術水平低 ????
我國隨車起重機以直臂卷揚為主，受國內汽車底盤的限制，起重力矩小，其他性能指標 也一般低于國外先進產品。目前國內企業(yè)對隨車起重機的研究開發(fā)投入很少，液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的技術水平也有一定差距。
??? 3．安全裝置不齊全，操作不方便
????我國隨車起重機僅裝有起升高度限位及平衡閥、溢流閥等一般安全裝置，全部為手動操作。而國外早已將電子技術廣泛運用到隨車起重機上，如帶有微電腦的力矩限制器及防傾翻保護器等，并且已實現了有線與無線遙控。
??? 4．功能單一
????我國隨車起重機以起重作業(yè)及運輸功能為主，而國外隨車起重機均有多種附具，主要加?裝在吊臂頭部，如工作斗、抓斗、高空作業(yè)平臺、各種抓具、夾具、吊籃、螺旋鉆、板叉、裝輪胎機械手、拔樁器等，使隨車起重機具備了一機多用的功能。另外，國外一些廠家進一步開發(fā)了鐵路專用隨車起重機等專用產品。
??? 5．外形不美觀
????我國隨車起重機設計單調，忽視了和汽車外形的協調，而國外對隨車起重機的著色非常 嚴格，不僅在外形和著色上實現和卡車的一體化，還要求和城市的景觀相協調。 ????
三、隨車起重機的發(fā)展趨勢
????從產品的市場情況來看，需求量越來越大。目前，隨著科學技術進步的加快，世界各國隨車起重機的生產有了較大的發(fā)展，從最初的小型單一產品，已發(fā)展成全系列、大力矩、多功能、外型美觀、操作簡單、使用安全，并能進行有線或無線遙控的先進產品，可以說隨車起重機的發(fā)展已進入了成熟期。由于國外勞動力費用高，強調工作效率，施工中基本不存在人工裝卸，隨車起重機有使用靈活、技術成熟等特點，所以在歐洲市場隨車起重機市場前景廣闊。我國隨車起重機起步較晚，但隨著科學技術的進步和市場需求的增加，我國隨車起重機的生產水平將會日益發(fā)展和完善，產品將具有更大的市場潛力。目前，在沿海城市和地區(qū)，隨車起重機的銷售形勢正逐步好轉，特別是大噸位隨車起重機，正受到南方個體用戶的青睞，并有向內地推進的趨勢。
????從產品的技術特點來看，隨車起重機正朝著大型化、多功能化和智能化的方向發(fā)展。安裝隨車起重機的底盤已不再局限于箱式貨車底盤，越來越多的重型平板車也安裝了大噸位隨 車起重機，以滿足其自裝卸大型貨物的需要。隨車起重機的作業(yè)裝置也不再局限于吊鉤，各種高空作業(yè)平臺、抓具、夾具、吊籃、螺旋鉆、板叉、裝輪胎機械手、拔樁器等已逐漸被采用。隨著隨車起重機的噸位越來越大，對安全控制、操作方便舒適性的要求也越來越高，智 能化也已被提上日程。
????近年來，隨車起重機的發(fā)展可謂日新月異，汽車起重機生產企業(yè)已從16ｔ以下市場逐步撤離，可以預言，隨著我國公路建設的發(fā)展和隨車起重機技術水平的不斷提高及產量的擴大，今后小噸位汽車起重機必將被性能先進、功能齊全的大噸位隨車起重機所取代。
1 概 述
1.1隨車起重機的用途幾特點
QYS-4Ⅱ型隨車起重機是配裝載重量4噸及其以上載貨汽車上的一種輔助起重設備。通常安裝在司機室與貨箱之間。具有結構緊湊、重量輕、操作簡便、作業(yè)效率高、可裝自卸等特點,廣泛應用于各行各業(yè)的起重運輸作業(yè)。
1.2型號意義
QYS--- 4 Ⅱ
伸縮臂節(jié)數
起重最大質量
隨車起重機
1.3術語解釋
(1)工作幅度:指的是從水平旋轉的中心線到吊鉤中心線的距離。
(2)邊幅角度:吊臂與水平面的夾角。
(3)起升高度:從地面到吊鉤中心的高度。
(4)額定載荷:是指相應工作半徑和變副角度所允許的最大起升載荷。
(5)回轉角度:吊臂回轉在水平面上的范圍。
(6)起升速度:用卷揚機構使載荷起升的速度。
1.4結構原理
QYS—4Ⅱ隨車起重機主要由吊臂、卷揚機構、變副油缸、回轉機構、支腿油缸、輸油器、液壓系統(tǒng)、安全裝置、吊鉤組以及衡梁、立柱等結構組成。他們的工作原理是:利用外來動力驅動液壓油泵向液壓系統(tǒng)提供高壓油液,通過操縱手柄轉閥和多路換向閥將油液分配到各個工作組件,以完成起重作業(yè)所需要的各種動作。
1.4.1吊臂
吊臂為鋼結構的無邊形等截面箱形套裝結構。其作用主要是用來支撐載荷并改變起重機作業(yè)半徑的大小。它由基本臂、各級伸縮臂、伸縮油缸等組成。吊臂動作時按一定順序進行,外伸時先伸二節(jié)臂后伸頂節(jié)臂,回縮時則相反;順序動作靠順序閥控制。
1.4.2卷揚機構
主要由卷揚馬達、減速箱和卷筒等組成。它安裝在立柱上,由柱塞馬達驅動減速器帶動卷筒轉動。從而實現重物的起升、下降和隨意停止。
1.4.3變幅油缸
變幅油缸主要由缸體、活塞桿、活塞、端蓋及密封件組成。其原理是利用液體的流動來完成油缸的伸縮動作。起作用是調節(jié)吊臂的起伏角度。
1.4.4回轉機構
回轉機構由回轉減速器和液壓馬達組成。其原理是利用液壓動力驅動液壓馬達轉動,帶動回轉減速器的蝸桿,渦輪轉動。其作用是驅動起重機上部立柱和吊臂繞回轉中心回轉。
1.4.5支腿機構
QYS—4Ⅱ由前后支腿機構組成。支腿機構由支腿架、支腿架伸縮油缸和支腿油缸組成。其原理是利用液壓的流動來完成油缸的伸縮動作。作用是在起重作業(yè)時穩(wěn)定和支撐作用，減輕底盤汽車大梁所受的載荷。
1.4.6輸油缸
輸油缸主要由輸油器殼、旋轉接頭體、密封體及其觸頭、導線等組成。其原理是輸油器和旋轉接頭體發(fā)生相對運動時，其油路電路關系不變。作用是解決油路及電路下部和固定部分和上部回轉部分過渡。
1.5安全裝置
為了保證起重機的作業(yè)性能及操作者和設備的安全 ，本機設有多項安全裝置。
1.5.1平衡閥
在起升機構的吊臂伸縮油缸上，均設有性能優(yōu)良的單項平衡閥，以保證作業(yè)過程中的平衡性及系統(tǒng)發(fā)生意外時載荷在空中的可靠停置。
1.5.2雙向液壓鎖
在支腿機構的垂直支撐油缸上均設有雙向液壓鎖,以保證作業(yè)及駕駛的安全。
1.5.3供選裝的過卷報警裝置
當起重機做起升動作時,如不慎發(fā)生鋼絲繩過卷,與汽車喇叭相連的報警裝置會自動鳴笛示警,提醒操作者停止作業(yè)或向安全狀態(tài)操作。
§2 伸縮臂架的設計
2.1伸縮臂架的作用載荷及受力分析
伸縮臂架主要是由基本臂，伸縮臂和兩部分組成。其中伸縮臂包括兩節(jié)伸縮臂以及伸縮液壓缸。當伸縮系統(tǒng)工作時，各節(jié)伸縮臂在導向元件上滑動，臂架長度逐漸變化，致使臂架達到最大最小長度。為分析方便本課題所研究的臂架不包括副架。
臂架的仰角是靠變幅油缸伸縮來實現的，變幅油缸的下鉸點在轉臺上，上鉸點在基本臂上。臂架的重量由根部鉸點和變幅油缸來支撐。臂架在起升或回轉作業(yè)時，它在兩個方向上均處于懸臂狀態(tài)，并承受壓縮和彎曲的組合作用。
臂架上所受的載荷又起升載荷，臂架重力，慣性載荷及風載荷等。
2.1.1起升載荷P
起升質量m是相應幅度下的額定起重量，由此構成起升載荷P，若考慮起吊時的動力影響，應乘以動載系數=1.2，則計算的起升載荷為：
P=P=mg
式中 P 一 額定起升載荷，P= mg=4000×10=40000N；
g 一 重力加速度；
2.1.2 臂架重力P
臂架重力P包括臂架和伸縮液壓缸的重力，為了方便計算可近似的假定為P/3作用在臂架頂端，2P/3 作用在臂架根部，考慮自重所受的動力影響，應乘以沖擊系數=1.1。
2.1.3風載荷
為了計算簡便，將側向風力折算為作用在臂架部的集中載荷，其值近似取 為臂架的總風力。
2.2 伸縮臂架的臨界力計算
1) 回轉平面N
變幅液壓缸一端鉸接在基本臂上，大約在基本臂的（~ ）長度處，另一端鉸接在回轉平臺上。
為支承方式長度系數，對于一端固定，一端自由，=2；
為變截面長度系數，查材料表11-2得由==，== 查教材 =1.11；
則 N==
2） 變幅平面N。
查徐克晉主編的《金屬結構》表，= , 線性插值得= 1.89 ，由=0.34 ，= 0.66 ，== ，查徐克晉主編的《金屬結構》表11-2圖B，= 1.12 ，則
==
2.3 伸縮臂架剛度校
1）臂架折算截面慣性矩
根據I= ，由上圖可得：=
對軸的折算慣性矩：
5520mm ，= 1 ，= ，= ，
，
對X軸的折算慣性矩：
L=L’= (5520-235)= 5285mm , =1
r=0.69 ,r= 0.367 , r=0
2) 橫向載荷產生的擾度
3) 考慮到各節(jié)伸縮臂間的間隙，位移的非線性增大，由軸向和橫向載荷引起的臂端撓度，
變幅平面內
=
回轉平面內
=
式中 ， -------在變幅平面和回轉平面內相鄰各節(jié)臂之間的間隙，通常各節(jié)臂間隙大致相同，可取=1~3 mm ;
k-------------伸縮臂的節(jié)數，因為從第二節(jié)臂開始有間隙，所以上面計算至涉及到K-1節(jié)臂；
----------各節(jié)臂伸出后第i+1節(jié)臂至臂端的長度；
------------各節(jié)臂之間的套間長度。
基本符合要求。
2.4 伸縮臂的強度校核
1）伸縮臂的彎矩
在變截平面，外載荷對各節(jié)臂危險截面A，B，C的X軸產生的彎矩（此時臂端的基本位移）。
M=M+PL+N
M=M+PL+N
M=M+PL+N
回轉平面，外載荷對Y軸產生的彎矩（臂端基本位移=9.2mm）；
M=PL+N
M=PL+N
M=PL+N
臂架所承扭矩T=，
2) 伸縮臂非重疊部分的強度校核。伸縮臂受雙向彎矩及扭矩作用，而軸向力由伸縮油缸直接承擔，但彎矩仍存在非線性增大，考慮到約束彎曲和約束扭轉的影響，則：
而
1-1 截面
2-2 截面；
3-3截面
=
其余截面剪應力更小，可以忽略不計。
3） 伸縮臂重疊部分的強度校核。
根據計算可以看出：2-2截面為最危險截面，伸縮臂套接處滑塊沿臂長間距L=420mm ,基本臂（第一節(jié)臂）滑塊受力：
2F=
F= 2709N ，因為2-2 截面插套在1-1 截面內，可算出=18.4 mm ，選取滑塊中心附近20mm處的點，=（137-6）mm = 131 mm則
整體彎曲應力：
組合應力；
由于剪應力很小，可以忽略不計。
2.5 伸縮臂局部穩(wěn)定性校核
驗算第二節(jié)伸縮臂的腹板
區(qū)格板邊應力;
腹極下邊，上邊=5.65，區(qū)格應力比=
因為0>> 查徐克晉主編的《金屬結構》教材表7-9序號3公式
-------臨界壓縮應力，單位；
-----臨界剪切應力，單位；
---------板邊彈性嵌固系數一般=1 ~ 1.26，當對邊受強勁的翼緣板或強縱向加勁肋嵌固時取較大值；
--------板的歐拉應力，單位按下式計算，
；
式中，-------- 板的厚度；
b-------- 區(qū)格寬或板寬；
E-------鋼材的彈性模量；
-------泊松比。
K K----------四邊簡支板的屈曲系數，取決于板的邊長比，和板邊應力狀態(tài)，對于用鋼性加勁肋分隔的局部區(qū)格板，按材料里的表7-9公式計算，對于用柔性加勁肋分隔的帶肋板按材料表7-10公 式計算。
K
設區(qū)格比邊長比 ，
；
假設支承力F全部作用于腹板邊緣上設滑塊長度，則支承力F在腹板邊緣上的分布長度=，腹板邊緣局部壓應力;
= ,
查徐克晉主編的《金屬結構》教材表7-9 序號5，因=1 ，,
K=
= ，
== ，
腹板間剪應力很小，可略去。腹板邊緣正應力37.5MP ，臨界復合應力；
=
=
= ，
應予修正：
局部穩(wěn)定性驗算合格。
2.6 伸縮臂的整體穩(wěn)定性校核
基本臂受力：
N=4000N， M=3.7 M=
基本臂截面性質：
A=
W= 2.455 ，
W
N=800000 ，
考慮軸向力和雙向彎矩作用，按下式計算;
整體穩(wěn)定性亦合格。
§3 回轉支承選型計算
3.1回轉支承受載情況
回轉支承在使用過程中，一般要承受軸向力 Fa 、徑向力 Fr 以及傾覆力矩 M 的共同作用，對不同的應用場合，由于主機的工作方式及結構形式不同，上述三種荷載的作用組合情況將有所變化，有時可能是兩種載荷的共同作用，有時也有可能僅僅是一個載荷的單獨作用。
通常，回轉支承的安裝方式有以下兩種形式 — 座式安裝和懸掛式安裝。兩種安裝形式支承承受的載荷示意如下：
3.2 回轉支承選型所需的技術參數
?? 回轉支承承受的載荷
?? 每種載荷及其所占有作業(yè)時間的百分比
?? 在每種載荷作用下回轉支承的轉速或轉數
?? 作用在齒輪上的圓周力
?? 回轉支承的尺寸
?? 其他的運轉條件
?? 靜態(tài)選型
3.2.1靜態(tài)參照載荷 Fa' 和 M' 的計算方法：
fl 為動態(tài)安全系數，他必須結合動態(tài)承載曲線使用（動態(tài)承載曲線不包含次樣本中）。它來源于經驗和實驗。是基于最大工作載荷情況下的一個參照值。在選擇回轉支承之前，首先確定對該主機應考慮的靜安全系數 fs ，可由網址http:∥www.xcmgsc.com 查得。 Fs=1.1
FL=1.0
最大靜載荷出現在幅度最大時，其載荷計算公式如下：
? 單排四點接觸球式：
單排四點接觸球式回轉支承的選型計算分別按承載角 45 ° 和 60 °兩種情況進行。
I、a=45° II、a=60°
Fa'=(1.225*Fa+2.676*Fr)*fs
Fa'=(Fa+5.046*Fr)*fs
M'=1.225*M*fs
M'=M*fs
而螺栓的計算載荷為：
Fa=6000N
M=2352N
圖3.2
按上述計算結果，在承載能力曲線中選擇，可確定選用01*.20.400回轉支承。
l 線為靜態(tài)承載能力曲線
8.8 、 10.9 為螺栓承載曲線
1'- 靜態(tài)載荷點
2'- 螺栓載荷點
1' 點再滾道靜態(tài)承載曲線 1 下方，因此滿足要求
2' 點在 10.9 級螺栓承載曲線下方，因此選擇 0.9 級螺栓可以滿足要求。
3.2.2回轉支承——單排四點接觸球式回轉支承（01系列）
單排四點接觸球式回轉支承由兩個座圈組成，結構緊湊，重量輕，鋼球與圓弧滾道四點接觸，能同時承受軸向力、徑向力和傾翻力矩?；剞D式輸送機焊接操作機中小型起重機和挖掘機等工程機械均可選用。
§4 液壓系統(tǒng)的設計計算
液壓系統(tǒng)方案設計是根據主機的工作情況、主機對液壓系統(tǒng)的技術要求、液壓系統(tǒng)的工作條件和環(huán)境條件以及承包、經濟型、供貨情況等諸多因素，進行全面、綜合的設計，從而擬定出一個各方面比較合理的、可實現的液壓系統(tǒng)的方案來。其內容包括：油路循環(huán)方式的分析與選擇，油源形式的分析與選擇，液壓回路的分析、選擇與合成，液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、設計與分析。
4.1概述
隨車起重機機動性好，能以較快速度行走，采用液壓起重機，因而承載能力大，可在有沖擊、振動和環(huán)境較差的條件下工作。其執(zhí)行元件需要完成的動作較為簡單，位置精度較低，大部分采用手動操作，液壓系統(tǒng)工作壓力較高。因為是起重機械，所以保證安全是至關重要的問題。
隨車起重機的工作機構，它由如下五部分構成：
（1）支腿 起重作業(yè)時使汽車輪胎離開地面，架起整車，不使載荷壓在輪胎上，并可調節(jié)整車的水平。
（2）回轉機構 使吊臂回轉。
（3）伸縮機構 用以改變吊臂的長度。
（4）變幅機構 用以改變吊臂的傾角。
（5）起升機構 使重物升降。
4.2工作原理
QYS-4隨車起重機是一種中小型起重機，其液壓系統(tǒng)如圖1所示。這是一種通過手動操縱來實現多缸各自動作的系統(tǒng)，為簡化結構，系統(tǒng)用一個液壓泵給各執(zhí)行元件串聯供油。在輕載情況下，各串聯的執(zhí)行原件可任意組合，使幾個執(zhí)行元件同時動作，如伸縮和回轉，或伸縮和變幅同時進行等等。
該系統(tǒng)液壓泵的由汽車發(fā)動機通過裝在底盤變速箱上的取力箱提供。液壓泵通過中心回轉接頭、開關和過濾器從油箱吸油。
液壓原理圖
下面對各個回路動作進行敘述。
（1）支腿回路 隨車起重機的底盤前后各有兩條支腿，沒一條支腿由一個液壓缸驅動。兩條前支腿和兩條后支腿分別由三位四通手動換向閥控制其伸出或縮回。換向閥均采用M型中位機能，且油路是串聯的。每個液壓缸的油路上均設有雙向鎖緊回路，以保證支腿被可靠的鎖住，防止在起重作業(yè)時發(fā)生“軟腿”現象或行車過程中支腿自行滑落。
(2)回轉回路 回轉機構采用液壓馬達作為執(zhí)行元件。液壓馬達通過蝸輪蝸桿減速箱和一對內嚙合的齒輪來驅動轉盤。轉盤轉速較低，每分鐘僅為1～3轉，故液壓馬達的轉速也不高，就沒有必要設置液壓馬達的制動回路。因此，系統(tǒng)中采用一個三位四通手動換向閥來控制轉盤的正轉、翻轉和不動三種情況。
（3）伸縮回路 起重機的吊臂由基本臂和伸縮臂組成，伸縮臂套在基本臂之中，用一個由三位四通手動換向閥控制的伸縮油缸來驅動吊臂的伸縮和縮回。為防止因自重而使吊臂下落，油路中設有平衡回路。
（4）變幅回路 吊臂變幅就是用一個液壓缸來改變起重臂的角度。變幅液壓缸由三位四通手動換向閥控制。同樣，為防止在變幅作業(yè)時因自重而使吊臂下落，在油路中設有平衡回路。
（5）起升回路 起升機構是隨車起重機的主要工作機構，它由一個由大轉矩液壓馬達帶動的卷揚機。液壓馬達的正、反轉由三位四通手動換向閥控制。起重機起升速度的調節(jié)是通過改變汽車發(fā)動機的轉速從而改變液壓泵的輸出流量和液壓馬達的輸入流量來實現的。在液壓馬達的回路上設有平衡回路，以防止重物自由下落；此外，在液壓馬達上還設有單向節(jié)流閥和單作用閘缸組成的制動回路，使制動器張開延時而緊閉迅速，以避免卷揚機起停時發(fā)送溜車下滑現象。
4.3性能分析
由圖1可以看出，該液壓系統(tǒng)由調壓、調速、幻想、鎖緊、平衡、制動、多缸卸荷等回路組成。
(1) 在調壓回路中，用安全閥限制系統(tǒng)最高壓力。
(2) 在調速回路中，用手動調節(jié)換向閥的開度大小來調節(jié)共建機構（起升機構除外）的速度，方便靈活，但勞動強度較大。
(3) 在鎖緊回路中，采用由液控單向閥構成的雙向液壓鎖將前后支腿鎖定在一定位置上，工作可靠，而且有效時間長。
(4) 在平衡回路中，采用經過改進的單向液控順序閥作平衡閥，以防止在起升、吊臂伸縮和吊臂伸縮和變幅作業(yè)過程中因重物自重而下降，工作可靠；但在一個方向有備壓，造成一定的功率損耗。
(5) 在多缸卸荷回路中，采用換向閥M型中位機能并將油路串聯起來，使任何一個工作機構既可單獨動作，也可在輕載下任意組合地動作；但6個換向閥串聯，也使液壓泵的卸荷壓力加大。
(6) 在制動回路中，采用由單向節(jié)流閥和單作用閘缸構成的制動器，工作可靠，且制動動作快，松開動作慢，確保安全。
4.4 液壓缸主要尺寸的確定
1）缸筒內徑D
液壓缸的軸向負載力F
液壓缸的平均速度
按規(guī)定選負載率
液壓缸的理論輸出力
由此得液壓缸缸徑D=
故選用液壓缸的缸徑為100mm.
式中 S------為液壓缸行程；
P------為工作壓力；
-------為摩擦系數。
2）活塞桿直徑d=0.7D=0.7100=70mm
3）缸筒長度取L=1100mm 由最大工作行程S決定。
4.4.1 強度校核
1）缸筒壁厚
當時為薄壁，可按下式校核
=
式中 D-----缸筒內經；
-------試驗壓力，當缸的額定壓力時，取=1.5，
>16 時，取=1.25；
-------缸筒材料的許用應力，，=800MP為材料抗拉強度，n為安全系數，一般取n=5. 缸筒材料為45號鋼。
2） 活塞桿直徑d 的校核
=
因為d=63mm > 7.2mm,所以該活塞桿的直徑滿足要求。
式中 F-------活塞桿上的作用力；
------活塞桿材料的許用應力，=/4 。
3）缸蓋固定螺栓的校核
式中 F-------液壓缸負載；
k-------螺紋擰緊系數，k=1.12~ 1.5;
z-------固定螺栓個數；
-----螺栓材料許用應力，=（1.22~ 2.5），=550為材料屈服點。
4.5 液壓泵的選擇
設計液壓系統(tǒng)時，應根據所要求的工作情況合理選擇液壓泵，一般在負載小、功率小的機械設備中，可用齒輪泵和雙作用葉片泵；精度較高的機械設備可用螺桿泵和雙作用葉片泵；在負載較大并有快速和慢速行程的機械設備可用卸壓式變量葉片泵；負載大、功率大的機械設備可使用柱塞泵；機械設備的輔助裝置，如送料、夾緊等要求不太高的地方，可使用價廉的齒輪泵,因此本次設計選用外嚙合齒輪泵。
先根據設計要求和系統(tǒng)工況確定泵的類型，然后確定泵的主要參數，即壓力和流量。
4.6.1確定泵的最大工作壓力p
P=p+∑△p=15+0.5=15.5 MP
式中 p----執(zhí)行元件的最高工作壓力；
∑△p -----執(zhí)行元件進油路上壓力損失，如對夾緊、壓制和定位等工況，在執(zhí)行元件到終點時系統(tǒng)才出現最高工作壓力，則∑△p=0；其它工況，液壓元件的規(guī)格和管路長度、直徑未確定時、可初定簡單系統(tǒng)的∑△p=（2-5）×10P,復雜系統(tǒng)的∑△p=（5-15）×10 P。
4.6.2確定泵的最大流量q
參照同類型隨車起重機，初定排量為40Ml∕r,轉速為960r∕min
qK=1.1×3.8=4.18
式中----同時動作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值；
K----泄漏系數，一般取K=1.1～1.3，大量時取小值，反之取大值。
對于節(jié)流調速系統(tǒng)，如果最大流量點處于溢流閥的工作狀態(tài)，則泵的供油量須增加溢流閥的最小溢流量，一般為溢流閥額定流量的15%，機床液壓系統(tǒng)取=2-3L∕min。當系統(tǒng)中備有蓄能器時泵的最大供油量為一個工作循環(huán)中執(zhí)行元件的平均流量與回路泄漏量之和。
根據所計算的壓力和流量，查產品樣本選用一臺YB1型雙連葉片泵。
4.7 油箱的選擇
油箱的用途主要是儲存液壓系統(tǒng)需要的液體介質，起散熱，分離液體介質中的空氣以及沉淀液體介質中的雜質的作用，
4.7.1油箱的容量計算
油箱必須有足夠大的容積以滿足散熱要求，液壓泵工作時油面應保持適當的高度，停車時能貯存因重力作用返回油箱的油液。油箱的容量一般按經驗公式選定。
V＝nQp
式中 V----油箱的有效容積，單位為
Qp----液壓泵的總流量，單位為
n----經驗系數，其數值如下：
低壓系統(tǒng) n=2～4;
中高壓系統(tǒng) n=5～7;
壓力機液壓系統(tǒng) n=6～12;
冶金機械液壓系統(tǒng) n=10;
行走機械 n=2
參照同類隨車起重機，選油箱容積為60L的油箱。
4.8 管件
管件包括油管和管接頭，它的主要功用是連接液壓元件和輸送液壓油。
1）油管
對它的主要要求是：有足夠的強度，密封性好，壓力損失小河裝拆方便。液壓系統(tǒng)中使用的油管的特點及使用場合：橡膠管是高壓館由耐油橡膠夾幾層干鋼絲編制網制成，鋼絲網層數越多，耐壓越高，價昂，用作中、高壓系統(tǒng)中兩個相對運動件之間的壓力管道。
2）管接頭
管接頭時油管之間、油管與液壓件之間的可拆式連接件。管接頭在滿足強度足夠的前提下，應當裝拆方便，連接牢固，密封性好，外形尺寸小，壓力損失小以及工藝性好?？蹓菏焦芙宇^用來連接高壓軟管，隨管徑不同工作壓力范圍為6~40 。
§5 結論與展望
5.1結論
作為一個新興的行業(yè)，隨車起重機行業(yè)與國家宏觀調控、產業(yè)政策以及各種市場環(huán)境有著千絲萬縷的聯系，可以說是牽一發(fā)而動全身。2004年以前，中國隨車起重機每年均以15%-20%的速度快速增長，由于受國家宏觀經濟調控的影響，行業(yè)整體的快速增長態(tài)勢在2005年出現了拐點，整個行業(yè)出現停滯甚至下降的局面，體現了隨車起重機行業(yè)對國家政策變化的敏感性。由于隨車起重機的運輸功能與卡車市場關聯性特別強，汽車行業(yè)的波動對隨車起重機行業(yè)的影響也尤為可觀，2005年卡車市場出現了回落，國家1589號關于治理超載超限的法規(guī)政策對隨車起重機行業(yè)產生的嚴重影響，幾乎可以用“經歷一場寒冬”來形容，整個隨車起重機行業(yè)陷入前所未有的低迷。由于隨車起重機行業(yè)的技術壁壘比較小，門檻較低，2005年以來一批民營、個體企業(yè)逐步進入行業(yè)，參與競爭，形成新的、更激烈的一輪市場格局。再加上來自外部的跨國公司對行業(yè)的入侵，加快并購、合資的步伐，使整個隨車起重機行業(yè)面臨重新洗牌的局面。
盡管面臨著內憂外患，生存環(huán)境異常的艱難，并沒有阻擋住隨車起重機行業(yè)自身發(fā)展進步的步伐。近年來隨著產品技術水平不斷更新和功能的不斷完善，國內隨車起重機行業(yè)取得了長足的進步，并迎來前所未有的發(fā)展機遇。據統(tǒng)計，2005年行業(yè)銷售總量在2000臺左右，2006年市場需求仍將保持平穩(wěn)上升趨勢，預計2006年增幅在10%到20%，市場需求量為2200臺至2400臺。
?
圖 1999-2005年隨車起重機市場需求量及2006年預測
?
由上圖可見，雖然國家宏觀調控仍在持續(xù)，但隨車起重機行業(yè)仍然保持穩(wěn)定持續(xù)的增長勢頭。從行業(yè)發(fā)展的角度來看，目前我國隨車起重機的底盤銷量只占卡車銷售量的1‰，而日本隨車起重機占卡車銷量的25%左右，歐美也在20%左右；隨著我國汽車產業(yè)的快速發(fā)展，隨車起重機發(fā)展前景亦非常樂觀。
隨車起重機是一種集起重、運輸為一體的新型高效起重運輸裝備，近年來，隨著我國國民經濟的快速發(fā)展，物流、運輸業(yè)的迅速崛起，隨車起重機以其快速、靈活、高效、便捷、裝卸運輸合二為一的優(yōu)勢被越來越多用戶所認識并接受，應用領域不斷擴張，不僅在交通運輸、電信電力、油田碼頭、市政園林、計量檢測、市政作業(yè)、石油開采、鐵路吊裝等傳統(tǒng)行業(yè)上大顯身手，添加了附加裝置的變形產品還被廣泛應用于消防、軍隊、非開挖作業(yè)、工程搶險等行業(yè)，顯示出其越來越廣泛應用領域和無可比擬的實用價值。
?
5．2隨車起重機的發(fā)展趨勢
5．2.1 中大噸位崛起迅速
從產品的技術特點來看，目前，我國隨車起重機正朝著大型化、多功能化和智能化的方向發(fā)展。安裝隨車起重機的底盤已不再局限于箱式貨車底盤，越來越多的重型平板車也安裝了大噸位隨車起重機，以滿足其自裝卸大型貨物的需要。隨車起重機的作業(yè)裝置也不再局限于吊鉤，各種高空作業(yè)平臺、抓具、夾具、吊籃、螺旋鉆、板叉、裝輪胎機械手、拔樁器等已逐漸被采用。隨著隨車起重機的噸位越來越大，對安全控制、操作方便舒適性的要求也越來越高，智能化也已被提上日程。
近年來，大噸位隨車起重機產品隨大噸位底盤的市場擴大而逐漸增大。隨車起重機已蠶食了部分汽車起重機的傳統(tǒng)市場，如10噸以上的隨車起重機和進口叉車等進口產品，已迫使國內汽車起重機生產企業(yè)從16噸以下市場逐步撤離，有關數據統(tǒng)計2002年我國16噸以下(16噸、12噸、8噸)汽車起重機年銷售量4484臺，按照目前國內隨車起重機2000臺的市場量推算，隨車起重機產品今后應有較大的發(fā)展空間。??
5.2.2新品開發(fā)速度加快?
?
??? 隨車起重機行業(yè)新產品的研發(fā)步伐明顯加快，近一兩年來研發(fā)的新產品相當于過去所有產品的總和。其中具有代表意義的是徐工隨車起重機有限公司，該公司2005年在行業(yè)內率先推出了第二代隨車起重機，在此基礎上，安全性能、起升性能、系統(tǒng)整體性能大幅度提升的第三代隨車起重機即將于2006年下半年問世。該公司還自主研制了填補國內空白的QJ系列橋梁檢測車、高低空作業(yè)車等，結束了我國同類產品需要進口的歷史，拓寬了隨車起重機的應用范圍。?
畢業(yè)設計總結
歷經幾個月的畢業(yè)設計即將結束，敬請各位教授對我的設計過程作最后檢查。
通過這次畢業(yè)設計將我讀研在學校里所學的理論知識與在工廠里的金工實習、生產實習、畢業(yè)實習所獲得的實踐知識有機的融合到一起。在本次設計過程中。我查閱了大量金屬結構以及隨車起重機的相關書籍文獻，并能夠從中提取出與我的畢業(yè)設計相關的大量資料。使我在這短暫的時間里，對金屬結構及隨車起重機的認識有了一個質的飛躍，進一步熟悉了鋼材的力學性能，了解了選擇使用鋼材時應考慮的因數有哪些。掌握了金屬結構的計算原理。隨車起重機在當今社會生活中運用得非常廣泛，掌握金屬結構的設計方法，了解其發(fā)展方向對我們今后的工作和學習有著十分重要的意義。從陌生到開始接觸，從了解到熟悉，這是每一個人學習事物所必經的一般過程，我對隨車起重機金屬結構設計的認識過程亦是如此。經過幾個月的努力，我相信這次畢業(yè)設計一定能幾年的研究生涯劃上一個圓滿的句號，為以后的事業(yè)奠定堅實的基礎。
致 謝
本次隨車起重機伸縮臂架的優(yōu)化設計是在機械工程學院張錚教授的精心指導和悉心關懷下完成的。他以其淵博的知識、嚴謹的治學態(tài)度、開拓進取的精神和高度的責任心，給我的學習、生活以很大的影響，使我終生難忘，并將永遠激勵我奮發(fā)向上。值此畢業(yè)設計（說明書）完成之際，謹向敬愛的指導老師表示衷心的感謝，并致以崇高的敬意！
同時在本次設計過程中，我也得到了XXXX機械工程學院領導和老師的大力支持。借此對機械工程學院的各位領導表示衷心的感謝。
對我尊敬的老師們，給我