塔式起重機(jī)機(jī)構(gòu)選型計(jì)算書

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1、機(jī)構(gòu)選型計(jì)算書 4.機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 4.1 起升機(jī)構(gòu) 4.1.1 主要性能參數(shù) 起升速度：速度1： 0 m/min 速度 2： 0 m/min 速度 3: 0 m/min 工作級(jí)別：M5 Jc=40% Z=150 4.1.2 鋼絲繩的選擇 1 .鋼絲繩的最大拉力 鋼絲繩的最大拉力：Smax =-FQ- =0 KN 式中：FQ一最大起升載荷 F Q=(Qma+G)62=129.78 KN “一滑輪組及導(dǎo)向滑輪總效率 『0.98 X0.992 =0.96 a 一起升滑輪組倍率a=2 其中：Qmax 最大起重量 G d--吊鉤組重 62—?jiǎng)虞d系數(shù) 62=1.05 2

2、 .鋼絲繩的選擇 所選的鋼絲純，其破斷拉力Sp必須滿足下式： SP K = ->K nr S max 式中：K----鋼絲純安全系數(shù) K nr--鋼絲繩最小安全系數(shù) 取Kr = 5.5 則破斷拉力為： S P> S1ax Knr = 0 KN 故選取鋼絲繩型號(hào)為： 直徑為：d=0 mm 4.1.3卷筒設(shè)計(jì) 1、主要幾何參數(shù)的確定 (1)卷筒直徑的計(jì)算 ①卷筒最小直徑D筒min = h M =0 mm 式中：h—與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別和鋼繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù) 取h=18 d 一鋼絲繩直徑 ②按起升速度選卷筒直徑： D 筒=上a d X2xm 1) n筒 &g

3、t;<九 式中：n筒= ' (高，中，低)r/min(初選電機(jī)及減速器，確定n電及i) i n 筒一卷筒轉(zhuǎn)速 n 電一電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 減速器傳動(dòng)比 v 一起升速度 m/min m 一多層卷?yè)蠈訑?shù) 求得卷筒直徑為D筒高 參照廠家產(chǎn)品選取標(biāo)準(zhǔn)卷筒。D筒=0 mm (2)卷筒長(zhǎng)度計(jì)算 設(shè)定鋼絲繩全部卷入時(shí)需纏繞 2層,最大起升高度時(shí)需繞入卷筒的純長(zhǎng): L卷=1.1 Hmax 0+Zm - Do d = % n (D0 +d n) 式中：1.1----鋼絲繩排列不均勻系數(shù) Z 0----附加安全圈數(shù)，取Zo=3 H ma.---最大起升高度ha=200 m

4、D 0----卷筒的計(jì)算直徑D0= Dmin=0 mm n---- 鋼絲繩卷繞層數(shù)n=4 d---- 鋼絲繩直徑 實(shí)際取卷筒長(zhǎng)度為L(zhǎng)筒=0 mm 卷筒最高要求轉(zhuǎn)速為： a V max _ n1 = = 九(Do +3d) 0 r/min 4.1.4電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 4.1.4.1電動(dòng)機(jī)功率的確定 6000 Xn 式中：N —電機(jī)靜功率 F q一起升載荷N V 一額定起升速度 n =機(jī)構(gòu)的總效率， 『他X垮Xrfe =0.88 高速起吊最大重量時(shí)：N高=0 Kw 由塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄 M中表M,起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)的接電持續(xù)率及正值 可選Jc=40蜂口 Z=150,由以

5、上計(jì)算的靜功率和 JC=40%選擇電機(jī)型號(hào)為。 以下就初選電機(jī)進(jìn)行校核。 4.1.4.2電動(dòng)機(jī)過載校驗(yàn) 丁 . 9.55書飛 Ts》Ku nm xn 式中：Ts----基準(zhǔn)接電持續(xù)率時(shí)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 K----系數(shù)，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)，取 Ku=2.3 Fq----額定起升載荷N v h ----額定起升速度 m/s “一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總效率 n m—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min 高速起吊： ,9.55 XF0 洶n _ K1 k u x =0 N.m nm X4 空鉤高速: 9.55 XFe >Vn k g 義 =0 N.m nm Xr] 由電機(jī)型號(hào)可

6、知，過載校核合格 4.1.4.3電動(dòng)機(jī)發(fā)熱校核 T T Tre *nm Pi — 9550 Xn >kz 由 “GB/T 13752-92" 附錄 M z=150 系數(shù) kz =1 — =0.85 1000 等效平均阻力矩：Tre =Tr >kG 式中：kG一系數(shù) 取0.70 T r 一電動(dòng)機(jī)靜阻力矩 T = Nj r 2九nm 高速起重時(shí)：Pn高=0 KW 由電機(jī)型號(hào)可知，發(fā)熱校核合格。 4.1.4.3起制動(dòng)校核 由于本塔機(jī)采用低速、高速逐級(jí)起動(dòng)和高速、低速，逐級(jí)制動(dòng)的運(yùn)行方式， 由于要用低速起制動(dòng)，故該電機(jī)上具備良好的起制動(dòng)性能， 要求

7、控制系統(tǒng)使啟 動(dòng)時(shí)物品的平均加速度a< 0.8m/s2 4.1.5 減速器選擇 4.1.5.1 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比確定 i幣=區(qū)=0 心、 n筒 式中：ne —電動(dòng)機(jī)高速 所以減速器選擇為： 傳動(dòng)比為：i總=0 4.1.5.2 校核： 減速器輸出軸上的阻力矩為： M X&ma次（D+3d）/2 式中：SQmax—— 鋼絲繩的最大拉力N D 、d----卷筒、鋼絲繩直徑 M 阻=0 N.m 減速器輸出軸上的許用扭矩為： M 許用=0 N.m 故M且＜Mmax 表明滿足負(fù)荷要求，故所選減速器合格。 4.1.6 制動(dòng)器選擇 由塔機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T13

8、752-92知，應(yīng)使用制動(dòng)所引起的物品的升降減速度 不大于0.8m/s 2 ,據(jù)此進(jìn)行制動(dòng)器選擇計(jì)算： 制動(dòng)力矩的計(jì)算 起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩需滿足下面條件： Mzh》K制XM制 式中：K制一制動(dòng)安全系數(shù)K制=1.7 M制一滿載時(shí)制動(dòng)軸止的靜力矩 A, FQ ^m 乂制二 2 AB 將 Xq 式中：Dm = D+(2m 1)d m一鋼絲繩層數(shù) d一鋼絲繩直徑 i b =卷筒至制動(dòng)器軸間轉(zhuǎn)動(dòng)比 n= 1機(jī)構(gòu)總效率 刀二庫(kù)且x懵x鶴x4幾=0.88 所以M制=0 N.m 根據(jù)制動(dòng)器所需制動(dòng)力矩選用標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)器： 制動(dòng)力矩為：0 N.m 由上可知，制動(dòng)器滿足要求

9、 4.1.7驗(yàn)算實(shí)際工作速度 rr ,，八 ,、■, 冗 v 高=[D 筒 +d(2m-1)] xn筒 X—=0 m/min 2 v 中=3 筒 +d(2m-1)] Xn筒 x2t =0 m/min 2 一 … 兀_ 一 一 v 低=[D 筒 +d(2m-1)] M筒 q=0 m/min 2 4.2小車牽引機(jī)構(gòu) 4.2.1 牽引小車運(yùn)行阻力計(jì)算 機(jī)構(gòu)工作級(jí)別：M3、Jc = 25%、Z =150 起動(dòng)時(shí)間：4s 運(yùn)行阻力為： W 總=W1 +W2 +W3 +W4 +W5 +W6 +W7 (1)小車運(yùn)行的磨擦阻力 W - H >d 2Xf W i=(

10、FQmax+G) X-L +——Xo D D 式中：FQma----最大起升載荷N G----小車自重N d —軸頸直徑 取d=40mm D —走輪外徑 取D=100mm 祖—滾動(dòng)軸承磨擦系數(shù) 取以=0.015 f -車輪滾動(dòng)阻力系數(shù) 取f=0.03 K)—附加阻力系數(shù)取K=1.5 則：W=0 N (2)小車運(yùn)行時(shí)的風(fēng)力W W 2= Cw XRi XA 式中：C----風(fēng)力系數(shù)，Cw=1.3 Pwi----計(jì)算風(fēng)壓 PWi=150 N/mn2 A---- 物品及小車的迎風(fēng)面積 取A=1.04m 則：W= 0 N (3)小車運(yùn)行的坡度阻力W W 3=(FQmax

11、+G) XSin a=0 N 式中：a —軌道坡度角取1 0 (4)起升純阻力W ... 1 二 W4=FQmax X/ 1 < =0 N (1 + t])Xt] 式中：刀一滑輪效率 取4=0.98 (5)牽引純下垂度引起的阻力 W W5=5 Xq M (較小忽略不計(jì)) q —牽引純單位自重 (6)慣性阻力W 小車運(yùn)行的起動(dòng)慣性阻力W: FQ max +G V C 2 W 6= X—=0 N g ts V -小車運(yùn)行速度 T s一起動(dòng)時(shí)間 (7)起重機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)小車和重物的離心力 W \A/ (FQmax+G) Xn2XR W 7= L 900

12、 n —起重機(jī)回轉(zhuǎn)速度 R —幅度 最大吊重時(shí)： W7= 0 N 所以牽引小車最大運(yùn)行阻力為： W 總=叫 +W2 +W3 +W4 +W5 +W6 +W7 =0 N 4.2.2 牽引鋼絲繩的選擇計(jì)算： 由牽引機(jī)構(gòu)的W總計(jì)算工作機(jī)構(gòu)的牽引繩的最大張力: 鋼絲直徑：d=C xJs =0 mm 式中：C —鋼絲純系數(shù) C=0.1 qi —牽引繩導(dǎo)向滑輪效率 「=0.98 選取變幅純直徑應(yīng)不小于上述計(jì)算直徑。 故鋼絲繩型號(hào)為： 4.2.3 卷筒設(shè)計(jì) 卷筒主要幾何參數(shù)的確定： 卷筒直徑按鋼絲繩中心計(jì)算的卷筒的最小纏繞直徑 D° m. =h M 式中：h—與機(jī)構(gòu)工作

13、級(jí)別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)系數(shù) h=18 d —牽引純直徑d=0 mm 0 min =0 mm 綜合各方面考慮，選取現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，取 D=0 mm以下針對(duì)所選機(jī)構(gòu)進(jìn)行校核 4.2.4 電動(dòng)機(jī)功率的確定 1、電動(dòng)機(jī)初選的原則應(yīng)使電動(dòng)機(jī)的容量及機(jī)構(gòu)控制使變幅小車的加(減)速度 不小于0.5m/s 2 o 電機(jī)靜功率：N = Fr Xv (KW) 60000 n 式中：Fr一變幅靜阻力F r=W=0 N v — 小車運(yùn)行速度 m/min n—小車驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率 “=7M滑 x臃 x晦=0.90 則：Nj=0 kw 根據(jù)電機(jī)靜功率，選取電機(jī)為： 變幅機(jī)構(gòu)的JC% Z的

14、確定據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄 M的表M1 JC%=25 Z=150 據(jù)N值和JC%可對(duì)初電機(jī)校核。 2、過載校驗(yàn) T s>(Fs + Fw2)X—Dw- (設(shè)計(jì)規(guī)范) 2 M Xq XZm 式中：Ts 一基準(zhǔn)接電持續(xù)率時(shí)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 N.m F r一運(yùn)行靜阻力 F w2—正常工作狀態(tài)的最大風(fēng)阻力(按風(fēng)壓 Pw2計(jì)算)Pw2=250N/mrm D w一驅(qū)動(dòng)輪直徑m i —總傳動(dòng)比 Z m —電機(jī)個(gè)數(shù) (Fr+Fw2)x—Dw——=0 N.m 2 M Xt] >Zm 根據(jù)所選電機(jī)型號(hào)可知，過載校驗(yàn)符合。 3、發(fā)熱驗(yàn)算 p > Tre Xnm P n =

15、 9550 XT] Xkz 式中：Pn —電動(dòng)機(jī)額定功率，其工作制 Si,接電持續(xù)率，JC%實(shí)際機(jī)構(gòu)的 值相同 T re —最不利工作循環(huán)的等效平均阻力轉(zhuǎn)矩。（塔機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范） N m—電機(jī)轉(zhuǎn)速r/min T re =Tr /G T r 一電動(dòng)機(jī)靜阻力矩 T r = F）” 式中：R一卷筒半徑 i K g 一系數(shù) 取 Kg=0.73z K z=1—— 1000 式中：z—電動(dòng)機(jī)每小時(shí)折算全起次數(shù)為150 150 _ K z=1-150 =0.85 100 Tre 可=0 Kw 9550 XqXkz 根據(jù)所選電機(jī)可知，發(fā)熱校驗(yàn)合格。 4.2.5減速器選擇 1

16、、變幅靜阻力矩：M=Fr XD1 =0 N.m 2 式中：D1-卷筒計(jì)算直徑m 2、所選減速器的減速比： nec i= — =0 n筒 式中：ne-電機(jī)轉(zhuǎn)速 n筒-卷筒轉(zhuǎn)速 v n 筒= =0 r/min n UXD1 減速器輸出軸轉(zhuǎn)速即為卷筒轉(zhuǎn)速 根據(jù)以上參數(shù)選取減速器為： 其速比 i=0 3 、減速器校核 據(jù)電動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩計(jì)算 減速器輸出軸需傳遞的最大扭矩： T= Ts ¥ X”減=0Mm 減速器額定輸出扭矩為 T max max p T max p =0 N.m 滿足尖峰負(fù)荷要求 4.3 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及回轉(zhuǎn)支承裝置設(shè)計(jì) 4.3.1 主要性

17、能參數(shù) 回轉(zhuǎn)速度：0.8 r/min 驗(yàn)算工況：在最大起重量幅度，吊起最大起重量。 工作級(jí)別 M5、JC=40% Z=300 4.3.2 回轉(zhuǎn)支承裝置受力計(jì)算 作用在回轉(zhuǎn)支承上的載荷主要包括：起重臂架、平衡臂架、平衡重、塔頂部 分的自重、起升載荷、風(fēng)載荷及慣性載荷以及回轉(zhuǎn)齒輪嚙合力的作用。 這些力均 可向回轉(zhuǎn)中心簡(jiǎn)化成回轉(zhuǎn)支承的計(jì)算載荷垂直力 V、水平力H和力矩M V=G h (N) H=P h+PShSin T (N) M=M h (N.m) 式中：G、Ph、M----分別為回轉(zhuǎn)支承以上部件對(duì)回轉(zhuǎn)支承產(chǎn)生的垂直力、水 平力和力矩 Y —按最危險(xiǎn)工況產(chǎn)冗/2 P sh-

18、---驅(qū)動(dòng)的小齒輪與大齒圈的嚙合力 N P - Msh PSh D cos oc M sh----齒輪傳遞的扭矩N.m D o——大齒圈的分度圓直徑m 民—— 齒輪壓力角 民=20° 由前設(shè)計(jì)可知，回轉(zhuǎn)支承以上部件對(duì)回轉(zhuǎn)支承產(chǎn)生的載荷如下： 垂直載荷：G =0 N 水平載荷：Ph =18720.04 N 力矩 M =4253254.01 N.m 扭矩 Mh=334648.56 N.m 則齒圈受力為： V=G h=0 N H=P h+ Mnh sin t/(D cos20 ° )=0 N M=M h =334648.56 N.m 4.3.3 回

19、轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)裝置的計(jì)算 1、回轉(zhuǎn)總阻力矩的計(jì)算： M=Mf+M+M+M 式中：M一摩擦阻力矩 M w—風(fēng)阻力矩 M p一慣性阻力矩 M q一重物偏擺引起的阻力矩 其中：Mw+M+M=Mh ①回轉(zhuǎn)支承的摩擦阻力矩計(jì)算：Mf M f = Md XD0 X工;N 2 式中：也一當(dāng)量摩擦系數(shù)，e=0.01 D0一滾道中心直徑 N N 一作用在回轉(zhuǎn)支承止的總壓力 工N =0 N M f = % X—— x〉：N =0 N.m 2 起動(dòng)時(shí)回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)摩擦阻力矩增加 50%則： M f max =1.5 XM f =0 N.m ② 回轉(zhuǎn)支承最大回轉(zhuǎn)阻力矩 M=M fmax

20、+Mh=0 N.m 2、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)計(jì)算： ①電動(dòng)機(jī)選擇與校核： 電動(dòng)機(jī)及機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的選擇應(yīng)使起重臂頭部切向加速度小于 0.8m/s 2。 在電動(dòng)機(jī)與減速箱之間采用液力偶合器， 回轉(zhuǎn)時(shí)起動(dòng)和停止都很平穩(wěn)，減少 了回轉(zhuǎn)主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的沖擊，改善了塔身回轉(zhuǎn)工作時(shí)的受扭狀況從而增強(qiáng)了塔 機(jī)的使用壽命。 計(jì)算： <1>初選電動(dòng)機(jī) 按回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)靜阻力矩，回轉(zhuǎn)速度和機(jī)構(gòu)的效率計(jì)算機(jī)構(gòu)的等效功 率。 z M Xh X0.6 N= 9550 Xn 式中：M一等效靜阻力矩 n 一回轉(zhuǎn)速度 “一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的總效率 “二啼 Xn咸 X峋=0.90 則，N=0 Kw 據(jù)

21、塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范附錄 M中表M1,回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)選用JC%=40Z=300 即可。 初選電機(jī)型號(hào)為： 功率：0 kw 轉(zhuǎn)速：0 r/min <2>過載校驗(yàn) k ? X「+Ts +Tw ） Ts ? " " s1—』（塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范） i X” >Zm 式中：Ts一基準(zhǔn)接電持續(xù)率時(shí)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 N m k^一系數(shù)、電動(dòng)機(jī)選的是繞線異步電機(jī)，可取 1.52 TN 一回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩 Ts,一坡道阻力矩，按0.5%M度計(jì)算 Tw一計(jì)算風(fēng)壓Pw產(chǎn)生的風(fēng)阻力矩 w 2 vv 2 zm —電動(dòng)機(jī)個(gè)數(shù) 即：k-2）=0 N m i

22、 X” >zm 根據(jù)所選電動(dòng)機(jī)，過載校核合格 <3>發(fā)熱校核 胃Tre刈m （塔機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范） 9550 xnxkz 式中：Pn —電動(dòng)機(jī)額定功率，接電持續(xù)率與實(shí)際機(jī)構(gòu)的值相同 kw T © 一最不利工作循環(huán)的等效平均阻力轉(zhuǎn)矩 n m —電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 k z 一系數(shù) re=Tr kG 式中: T r 一電動(dòng)機(jī)靜阻力轉(zhuǎn)矩 G 一系數(shù) 取k G =0.7 kz =1 —z— 1000 式中：Z—電動(dòng)機(jī)每小時(shí)折算全啟動(dòng)次數(shù)取 300 八「 kz =1 = 0.7 1000 300 則: Tre 人=0 Kw 9550 Xt]

23、Xkz 故發(fā)熱校驗(yàn)合格 ②減速器選擇與校核 <1>.回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比計(jì)算 ；_ nm i總 n =0 式中：i總一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比 n m—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 一回轉(zhuǎn)速度 <2>.傳動(dòng)比分配 乙 式中：Z2—大齒圈齒數(shù)取Z2=0 Z 1—小齒圈齒數(shù) 取Zi=0 故減速器傳動(dòng)比：i減='1— =0 i0 〈3〉小齒輪轉(zhuǎn)速計(jì)算： 減速器輸出軸轉(zhuǎn)速要求與小齒輪轉(zhuǎn)速相等。 即：n出=口齒=0 r/min 〈4〉減速器選擇： 根據(jù)電動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩，則： 減速器輸出軸需傳遞的最大轉(zhuǎn)矩: Tmax =Ts *0 X『0 N

24、.m 式中：“一齒輪傳動(dòng)效率0.95 則減速器型號(hào)為，其額定輸出扭矩為 Tmax p T maxp=0 N.m 滿足尖峰負(fù)荷要求 4.4 頂升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 固定、附著狀態(tài)頂升系統(tǒng)的選擇計(jì)算 4.4.1 頂升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)示意圖 液壓頂升油路原理圖 1、油缸 2 、平衡閥 3 、換向閥 4 、溢流閥 5 、油泵 油箱 7、濾油器 8 、電機(jī) 9 、壓力表開關(guān) 10 、壓力表 4.4.2 設(shè)計(jì)參數(shù) 1、載荷F：油缸工作時(shí)其作用力F必須克服的阻力 F = P 1 + P回+ P慣+ P摩+ P密 式中：P1——活塞桿上的靜工作阻力 P 1=0 KN P 回 回油阻

25、力 P 慣 油缸在起動(dòng)，制動(dòng)或換向時(shí)的慣性力 P 摩——油缸以外運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻力 P 密——油缸活塞及活塞桿密封處的磨擦阻力 以上諸力中，一般情況下主要是R、P回和P慣三種，簡(jiǎn)化計(jì)算：F= R+ 0.2*Pi V —頂升速度 V =0 m/min F =R + P 回 + P 慣 + P 摩 + P 密=1.2 XB=0 KN 2、系統(tǒng)工作壓力 P = 0 MPa 3、工作行程： h = 0 mm 4.4.3 液壓系統(tǒng)的工作壓力和流量的計(jì)算 1、油缸 (1)油缸內(nèi)徑計(jì)算： d= J4F / -~P =0 mm 取 d=0 mm (2)油缸所需的流量: =0

26、 l/min 式中：刀容—油缸容積效率 取“容=0.95 v 頂升速度 取v=0 m/min 2、油泵 輸入功率按下式計(jì)算: P XQ =0 W 式中：”一齒輪泵總效率 取“=0.85 Q -油缸排油量 P —油缸工作壓力 由此選擇頂升油泵和電機(jī) 4.4.4 穩(wěn)定性校核 er = Ks X, XE M a l2/nh =0 KN 式中：k——支撐條件系數(shù)Ks =2 E----- 材料的彈性模量 E=2.1 x 1011 Pa I a 活塞桿橫截面慣性矩 I a=0 Cm4 l—— 油缸的計(jì)算長(zhǎng)度l=400 mm K nh 安全系數(shù)，取 Knh =3 因?yàn)?F= 0 KN< Fer 故滿足要求 根據(jù)以上計(jì)算選購(gòu)液壓頂升系統(tǒng)。