QY20汽車起重機液壓系統(tǒng)設(shè)計【含CAD圖紙】

摘 要汽車起重機式工程機械產(chǎn)品中重要組成部分，它由于機動性好而被廣泛應(yīng)用于礦山、建筑、港口、油田等領(lǐng)域。主要由變幅機構(gòu)、伸縮機構(gòu)、起升機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、支腿機構(gòu)組成。本文講述了 QY-20 汽車起重機液壓系統(tǒng)的設(shè)計。首先，通過對汽車起重機總體構(gòu)成及工作原理進行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了提液壓系統(tǒng)各功能回路的設(shè)計方案，并把各回路組合后得出了液壓系統(tǒng)原理圖；接著，設(shè)計并選擇了液壓系統(tǒng)各液壓元件并進行了相應(yīng)計算；然后，對主要執(zhí)行機構(gòu)-液壓缸進行了設(shè)計與強度校核；最后，通過 AutoCAD 制圖軟件繪制了本 QY-20 汽車起重機液壓系統(tǒng)原理圖的非標(biāo)零件裝配圖及主要零件圖。通過本次設(shè)計，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，如：液壓與氣動傳動、機械原理、機械設(shè)計、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機械制圖等；掌握了起重機械產(chǎn)品的設(shè)計方法并能夠熟練使用 AutoCAD 制圖軟件，對今后的工作于生活具有極大意義。關(guān)鍵字：起重機，起升，支腿，變幅，回轉(zhuǎn)IAbstractAs an important part of automobile crane engineering machinery products, it is widely used in mining, construction, port, oil field and other fields because of its good maneuverability. Mainly consists of variable amplitude mechanism, telescopic mechanism, lifting mechanism, rotating mechanism and supporting leg mechanism.This paper describes the design of hydraulic system of QY-20 truck crane. First of all, based on truck crane overall composition and working principle analysis, this analysis based on the proposed design scheme of hydraulic system and the function of the loop and to each circuit combination obtains the principle diagram of hydraulic system; then, design and selection of hydraulic system and the hydraulic pressure component and the corresponding calculation; then, on the main actuator hydraulic cylinders were design and strength check. Finally, through the AutoCAD drawing software drawn the QY-20 truck crane hydraulic system principle diagram of non-standard parts assembly drawing and main parts figure.Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: hydraulic and gas dynamic transmission, mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of hoisting machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for future work in life is of great significance.Key words: Crane, Lifting, Supporting legs, Amplitude, RotationII目 錄摘 要 .IAbstract.II第 1 章 緒論.11.1 研究背景及意義.11.2 國內(nèi)外汽車起重機發(fā)展現(xiàn)狀.11.2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀21.3 汽車起重機的類型21.4 汽車起重機對液壓系統(tǒng)的要求31.5 主要內(nèi)容3第 2 章 總體分析.52.1 設(shè)計要求52.1.1 功能要求52.1.2 主要技術(shù)參數(shù)要求52.2 結(jié)構(gòu)及功能分析52.3 工況分析72.3.1 運動分析72.3.2 動力分析82.3.3 負(fù)載分析9第 3 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計.103.1 額定壓力的確定103.2 基本回路設(shè)計103.2.1 支腿機構(gòu)回路的設(shè)計103.2.2 起升機構(gòu)回路的設(shè)計113.2.3 變幅機構(gòu)回路的設(shè)計113.2.4 伸縮機構(gòu)回路的設(shè)計123.2.5 回轉(zhuǎn)機構(gòu)回路的設(shè)計123.3 液壓系統(tǒng)原理圖13第 4 章 液壓元件的設(shè)計與選擇.144.1 液壓馬達和液壓泵的選擇.14III4.1.1 卷揚馬達的選擇144.1.2 回轉(zhuǎn)馬達的選擇144.1.3 泵的選擇154.2 液壓閥的選擇164.3 液壓輔助元件選擇174.3.1 液壓油的選擇174.3.2 濾油器的選擇174.3.3 壓力表的選擇174.3.4 閥類元件的選擇174.4 液壓油箱的設(shè)計184.5 液壓油管設(shè)計194.5.1 油管通徑的計算194.5.2 壁厚的計算204.6 液壓系統(tǒng)的驗算214.6.1 壓力損失的驗算.214.6.2 發(fā)熱溫升的驗算22第 5 章 液壓缸的設(shè)計.245.1 支腿液壓缸的設(shè)計245.1.1 支腿垂直液壓缸245.1.2 支腿水平液壓缸275.2 變幅液壓缸的計算285.3 伸縮液壓缸的計算29總 結(jié).31參考文獻.32致 謝.33IVV0第 1 章 緒論1.1 研究背景及意義汽車起重機式工程機械產(chǎn)品中重要組成部分，它由于機動性好而被廣泛應(yīng)用于礦山、建筑、港口、油田等領(lǐng)域。在國內(nèi)市場上，隨著國家擴大內(nèi)需政策的推動，投資的提高，個體和私營用火的壯大，2001 年產(chǎn)品銷量達 5208 臺，銷售收入為 20.85 億元，2002 年產(chǎn)品銷量達 8000 臺，銷售收入接近 30 億元；在國際市場上，僅北美、歐洲市場年銷售額就達 54 億美元，可以說市場巨大。汽車起重機的液壓系統(tǒng)起著驅(qū)動和控制汽車起重機各機構(gòu)動作的作用。其性能好壞對起重機有著十分重要的影響。目前，我國生產(chǎn)汽車起重機的廠家較多，品種也很雜，不同的廠家和不同的品種，其液壓系統(tǒng)和液壓元件都不一致，給生產(chǎn)、使用及維修帶來很多麻煩，同時其性能也較低，不適于現(xiàn)代智能高效小型汽車起重機發(fā)展的需要。為此對傳統(tǒng)汽車起重機的液壓系統(tǒng)進行研究非常重要。1.2 國內(nèi)外汽車起重機發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀自 1979 年開始，我國采用進口汽車底盤和關(guān)鍵液壓件自行設(shè)計生產(chǎn)出了 6t、20t液壓汽車起重機之后，國內(nèi)一些起重機生產(chǎn)廠家采用集貿(mào)結(jié)合方式，分別引進日本多田野、加藤、美國格魯夫和德國利勃海爾、克虜伯的起重機產(chǎn)品技術(shù)，以合作生產(chǎn)的方式相機制造出 25t、35t、45t、50t、80t、125t 汽車起重機和 25t 越野輪胎起重機以及 32t、50t、70t 全路面起重機。這些企業(yè)經(jīng)過多年來對引進技術(shù)的消化、吸收、移植，使國產(chǎn)汽車起重機某些新產(chǎn)品的性能水平達到了國際 80 年代初的水平，產(chǎn)品產(chǎn)量也逐年有所提高。由于受客觀條件的限制，當(dāng)年的技術(shù)引進主要著重體現(xiàn)在技術(shù)軟件的引進（如產(chǎn)品、圖紙、工藝等） ，而沒有引進全套的現(xiàn)金加工設(shè)備，沒有與相關(guān)的配套件的引進同時進行，因此國內(nèi)長時間不能提供高質(zhì)量、高性能的基礎(chǔ)配套件（如液壓元件（如液壓元件，電子元件等） ，到了 90 年代我國汽車起重機的技術(shù)水平與世界先進水平相比曾一度縮小的差距又拉大了。當(dāng)前，國內(nèi)汽車起重機廠自行設(shè)計的產(chǎn)品技術(shù)水平大多還相當(dāng)于國際 70 年代初、中期水平，只有少數(shù)產(chǎn)品在吸收國外先進技術(shù)基礎(chǔ)上，經(jīng)過更新?lián)Q代達到了 80 年代初的水平。隨著國家經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展，國家重點工程項目建設(shè)等紛紛上馬，一些大型關(guān)鍵工程一般都采用國際公開招標(biāo)方式采購機械設(shè)備。國外新型汽車起重機和二手設(shè)備因此大量進入中國市場，使國內(nèi)用戶對國外起重機性能，作業(yè)可靠性、效率等方1面有了較深入的了解，從而也認(rèn)識到國產(chǎn)起重機無論在制造質(zhì)量、外觀造型方面，更主要的是在技術(shù)性能（可靠性與安全性、工作效率以及操作方便性、舒適性等）方面與國外汽車起重機差距較大。國內(nèi)不少用戶為了達到作業(yè)高效率以確保工期按時完成，寧可花較多的錢購買進口起重機或購買國外二手起重機。這種形式下，國產(chǎn)汽車起重機當(dāng)然面臨很大的沖擊和壓力。1.2.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀汽車起重機最初是以誕生于 1869 年的蒸汽軌道式起重機發(fā)展而來的，經(jīng)歷了軌道式、實心輪胎式、充氣輪胎式的發(fā)展變化過程。充氣輪胎式起重機是 20 世紀(jì) 30 年代隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的。由于汽車起重機具有機動靈活、操作方便、效率高等特點，在二戰(zhàn)后修復(fù)戰(zhàn)爭創(chuàng)傷和經(jīng)濟建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。早期的汽車起重機大多采用機械傳動的臂架。隨著 60年代中期液壓技術(shù)的發(fā)展，液壓伸縮臂汽車起重機得到迅速發(fā)展。到 80 年代末，中小噸位的汽車起重機已多數(shù)采用液壓伸縮臂架，僅有一部分大噸位汽車起重機人采用臂架。20 世紀(jì) 60 年代末期，特別是從 70 年代開始，隨著大型建筑、是由化工、水電站等大型工程的發(fā)展，對汽車起重機的性能、工作效率和安全性提出了更高的要求。由于當(dāng)時液壓技術(shù)、電子技術(shù)、汽車工業(yè)的發(fā)展及新型高強度鋼材的不斷出現(xiàn)，使汽車起重機開始想大型化暗戰(zhàn)，并且在普通輪胎式起重機的基礎(chǔ)上開發(fā)出越野輪胎起重機，隨后又開發(fā)出全路面起重機。全路面起重機綜合了汽車起重機高速行駛和越野輪胎起重機吊重行走及高通過性的特點，再近 20 多年得到很大發(fā)展。目前國外汽車起重機生產(chǎn)國主要由日本、美國、德國、法國、意大利等。生產(chǎn)廠商有 100 多個，最著名的僅有 10 來家。世界汽車起重機市場主要劃分為以日本為主的亞洲市場、以美國為主的北美市場、以德國為主的歐洲市場。亞洲約占世界年銷售臺數(shù)的 40%，北美和歐洲各占 20%，時間誒其它地區(qū)占 20%。1.3 汽車起重機的類型汽車起重機的種類很多，其分類方法也各不相同，主要有：（1）按起重量分類：輕型汽車起重機(起重量在 5 噸以下)，中型汽車起重機(起重量在 5-15 噸)，重型汽車起重機(起重量在 5-50 噸) ，超重型汽車起重機(起重量在 50 噸以上) 。近年來，由于使用要求，其起重量有提高的趨勢，如已生產(chǎn)出 50-100 噸的大型汽車起重機。（2）按支腿型式分：蛙式支腿、X 型支腿、H 型支腿。蛙式支腿跨距較 0?僅適用于較小噸位的起重機；X 型支腿容易產(chǎn)生滑移，也很少采用； H 型支腿可實現(xiàn)較大跨距，對整機的穩(wěn)定有明顯的優(yōu)越性，所以我國目前生產(chǎn)的液壓汽車起重機多采用 H 型2支腿。（3）按傳動裝置的傳動方式分：機械傳動、電傳動、液壓傳動三類。（4）按起重裝置在水平面可回轉(zhuǎn)范圍(即轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)范圍)分：全回轉(zhuǎn)式汽車起重機(轉(zhuǎn)臺可任意旋轉(zhuǎn) 360)和非全回轉(zhuǎn)汽車起重機(轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)角小于 270)。（5）按吊臂的結(jié)構(gòu)形式分：折迭式吊臂、伸縮式吊臂和桁架式吊臂汽車起重機。1.4 汽車起重機對液壓系統(tǒng)的要求根據(jù)汽車起重機的典型工作狀況對系統(tǒng)的要求主要反映在對以下幾個液壓回路的要求上。1）起升回路（1）能方便的實現(xiàn)合分流方式轉(zhuǎn)換，保證工作的高效安全。（2）要求卷揚機構(gòu)微動性好，起、制動平穩(wěn)，重物停在空中任意位置能可靠制動，即二次下滑問題，以及二次下降時的重物或空鉤下滑問題，即二次下降問題。2）回轉(zhuǎn)回路（1）具有獨立工作能力。（2）回轉(zhuǎn)制動應(yīng)兼有常閉制動和常開制動（可以自由滑轉(zhuǎn)對中） ，兩種情況。3）變幅回路（1）帶平衡閥并設(shè)有二次液控單向閥鎖住保護裝置。（2）要求起落臂平穩(wěn)，微動性好，變幅在任意允許幅值位置能可靠鎖死。（3）要求在有載荷情況下能微動。（4）平衡閥應(yīng)備有下腔壓力傳感器接口，作為力矩限制器檢測星號源。4）伸縮回路本機伸縮機構(gòu)采用三節(jié)臂（含有兩個液壓缸） ，由于本機為輕型起重機為了使本機運用廣泛，實現(xiàn)各節(jié)臂順序伸縮。各節(jié)臂能按順序伸縮，但不能實現(xiàn)同步伸縮。6）支腿回路（1）要求垂直支腿不泄漏，具有很強的自鎖能力（不軟腿） 。（2）要求前后組支腿可以進行單獨調(diào)整。（3）要求支腿能夠承載最大起重時的壓力，并且有足夠的防傾翻力矩。（4）起重機行走時不產(chǎn)生掉腿現(xiàn)象。1.5 主要內(nèi)容（1）汽車起重機支腿機構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計；（2）汽車起重機起升機構(gòu)液壓系統(tǒng)的設(shè)計；（3）汽車起重機變幅機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)等液壓系統(tǒng)的設(shè)計；（4）繪制輪式汽車起重機液壓系統(tǒng)總原理圖；3（5）確定液壓系統(tǒng)的各項主要參數(shù)；（6）汽車起重機液壓系統(tǒng)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)元件的設(shè)計與選擇；（7）非標(biāo)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算；（8）繪制非標(biāo)件總裝配圖；（9）繪制非標(biāo)件零件圖；（10）汽車起重機液壓系統(tǒng)的分析。4第 2 章 總體分析2.1 設(shè)計要求2.1.1 功能要求對于汽車起重機，要求裝備有臂架式起重機，其額定起重量、起重臂伸長長度、變幅角度、回轉(zhuǎn)角度等均能滿足工作要求。對于高空作業(yè)車，其工作裝置主要由支撐機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)和舉升機構(gòu)三大總成組成，一般要求：（1）整車回轉(zhuǎn)部分，包括舉升機構(gòu)作業(yè)斗，均支撐在回轉(zhuǎn)裝置上；（2）支撐回轉(zhuǎn)裝置采用轉(zhuǎn)盤式，可實現(xiàn) 360的全回轉(zhuǎn)；（3）舉升機構(gòu)可由液壓或機械裝置實現(xiàn)。2.1.2 主要技術(shù)參數(shù)要求（1）最大起重量 20 噸；（2）最高提升速度 =12 ；maxVin/（3）起升減速傳動比 =21.6、效率 =0.92；ich（4）起升卷筒上鋼絲繩最外層直徑 =415mm；maxD（5）吊鉤滑輪組倍率為 =6,效率 =0.95；2（6）鋼絲繩導(dǎo)向滑輪效率 =0.96；（7）液壓系統(tǒng)額定壓力初定為 =18 =18106 ；PMpa2/mN2.2 結(jié)構(gòu)及功能分析汽車起重機主要由 1-變幅機構(gòu)、2-伸縮機構(gòu)、3-起升機構(gòu)、4-回轉(zhuǎn)機構(gòu)、5-支腿機構(gòu)組成。液壓系統(tǒng)也就由起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)、支腿五個主回路組成。從圖 2.1 可以看出，各個回路之間具有不同的功能、組成和工作特點。51-變幅機構(gòu) 2-伸縮機構(gòu) 3-起升機構(gòu) 4-回轉(zhuǎn)機構(gòu) 5-支腿機構(gòu)圖 2-1 汽車起重機結(jié)構(gòu)簡圖（1）起升回路起升回路起到使重物升降的作用。起升回路的液壓系統(tǒng)能方便的實現(xiàn)合分流方式轉(zhuǎn)換，保證工作的高效安全。同時要求卷揚機構(gòu)微動性好，起、制動平穩(wěn)，重物停在空中任意位置能可靠制動。（2）回轉(zhuǎn)回路回轉(zhuǎn)回路起到使吊臂回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)重物水平移動的作用?；剞D(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組成。（3）變幅回路絕大部分工程起重機為了滿足重物裝、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度減小能提高起重量） ，需要經(jīng)常改變幅度。變幅回路則是實現(xiàn)改變幅度的液壓工作回路，用來擴大起重機的工作范圍，提高起重機的生產(chǎn)率。變幅回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥和變幅液壓缸組成。（4）伸縮回路具有臂架伸縮機構(gòu)的起重機，不需要接臂和拆臂，縮短了輔助作業(yè)時間。臂架全部縮回以后，起重機外形尺寸減小，提高了機動性和通過性。臂架采用液壓伸縮機構(gòu)，可以實現(xiàn)無級伸縮和帶載伸縮，擴大了汽車和輪胎起重機、鐵路救援起重機在復(fù)雜使用條件下的使用功能。伸縮回路主要由液壓泵、換向閥、液壓缸和平衡閥組成，根據(jù)伸縮高度和方式不同其液壓缸的節(jié)數(shù)結(jié)構(gòu)也就大不相同。（5）支腿回路汽車起重機設(shè)置支腿可以大大提高起重機的起重能力。為了使起重機在吊重過程中安全可靠，支腿要求堅固可靠，伸縮方便。在行駛時收回，工作時外伸撐地。還可以根據(jù)地面情況對各支腿進行單獨調(diào)節(jié)。目前支腿大都采用液壓支腿。支腿機構(gòu)有三種基本形式：蛙式支腿、H 型支腿和 X 型支腿。62.3 工況分析主機的用途、工藝過程、總體布局以及對液壓傳動裝置的位置和空間尺寸的要求；主機對液壓系統(tǒng)的性能要求，如自動化程度、調(diào)速范圍、運動平穩(wěn)性、換向定位精度以及對系統(tǒng)的效率、溫升等的要求；液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境，如溫度、濕度、振動沖擊以及是否有腐蝕性和易燃物質(zhì)存在等情況。在上述工作的基礎(chǔ)上，應(yīng)對主機進行工況分析，工況分析包括運動分析和動力分析，對復(fù)雜的系統(tǒng)還需編制負(fù)載和動作循環(huán)圖，由此了解液壓缸或液壓馬達的負(fù)載和速度隨時間變化的規(guī)律，以下對工況分析的內(nèi)容作具體介紹。2.3.1 運動分析主機的執(zhí)行元件按工藝要求的運動情況，可以用位移循環(huán)圖(Lt) ，速度循環(huán)圖(vt)，或速度與位移循環(huán)圖表示，由此對運動規(guī)律進行分析。（1）位移循環(huán)圖 st圖 2-2 為液壓機的液壓缸位移循環(huán)圖，縱坐標(biāo) s 表示活塞位移，橫坐標(biāo) t 表示從活塞啟動到返回原位的時間，曲線斜率表示活塞移動速度。該圖清楚的表明了汽車起重機的主液壓缸的工作循環(huán)分別由快速下行、減速下行、壓制、保壓、泄壓慢回和快速回程六個階段組成。ot1t2t3t4t5t6 ts123 456圖 2-2 位移循環(huán)圖（2）速度循環(huán)圖 vt(或 vs) 工程中液壓缸的運動特點可歸納為三種類型。圖 2-6 為三種類型液壓缸的 vt 圖，第一種如圖 2-3 中實線所示，液壓缸開始作勻加速運動，然后勻速運動， voetdbea7圖 2-3 速度循環(huán)圖最后勻減速運動到終點；第二種，液壓缸在總行程的前一半作勻加速運動，在另一半作勻減速運動，且加速度與減速度的數(shù)值相等；第三種，液壓缸在總行程的一大半以上以較小的加速度作勻加速運動，然后勻減速至行程終點。vt 圖的三條速度曲線，不僅清楚地表明了三種類型液壓缸的運動規(guī)律，也間接地表明了三種工況的動力特性。2.3.2 動力分析動力分析，是研究機器在工作過程中，其執(zhí)行機構(gòu)的受力情況，對液壓系統(tǒng)而言，就是研究液壓缸或液壓馬達的負(fù)載情況。（1）液壓缸的負(fù)載及負(fù)載循環(huán)圖ot1t2t3t4tFeFf dFf sFaF圖 2-4 負(fù)載循環(huán)圖（2）液壓缸的負(fù)載力計算工作機構(gòu)作直線往復(fù)運動時，液壓缸必須克服的負(fù)載由六部分組成 bmgifc FF式中：Fc 為切削阻力；Ff 為摩擦阻力；Fi 為慣性阻力； Fg 為重力；Fm 為密封阻力；Fb 為排油阻力。（3）液壓缸運動循環(huán)各階段的總負(fù)載力液壓缸運動循環(huán)各階段的總負(fù)載力計算，一般包括啟動加速、快進、工進、快退、減速制動等幾個階段，每個階段的總負(fù)載力是有區(qū)別的。 啟動加速階段：這時液壓缸或活塞處于由靜止到啟動并加速到一定速度，其總負(fù)載力包括導(dǎo)軌的摩擦力、密封裝置的摩擦力(按缸的機械效率 計算) 、重力和慣9.0m性力等項，即： bgif FF快速階段： bmgfF8工進階段： bmgfcFF減速： if對簡單液壓系統(tǒng)，上述計算過程可簡化。例如采用單定量泵供油，只需計算工進階段的總負(fù)載力，若簡單系統(tǒng)采用限壓式變量泵或雙聯(lián)泵供油，則只需計算快速階段和工進階段的總負(fù)載力。2.3.3 負(fù)載分析工作機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動時，液壓馬達必須克服的外負(fù)載為： ifeM1)工作負(fù)載力矩 Me。工作負(fù)載力矩可能是定值，也可能隨時間變化，應(yīng)根據(jù)機器工作條件進行具體分析。2)摩擦力矩 Mf。為旋轉(zhuǎn)部件軸頸處的摩擦力矩，其計算公式為： )(MNGFRf式中：G 為旋轉(zhuǎn)部件的重量(N)；f 為摩擦因數(shù)，啟動時為靜摩擦因數(shù)，啟動后為動摩擦因數(shù)；R 為軸頸半徑(m)。3)慣性力矩 Mi。為旋轉(zhuǎn)部件加速或減速時產(chǎn)生的慣性力矩，其計算公式為： )(MNtJi式中： 為角加速度(r/s2)； 為角速度的變化(r/s)；t 為加速或減速時間(s) ；J 為旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量( )。 為回轉(zhuǎn)部件的飛輪效應(yīng)( )。2mKg2GD2N9第 3 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計3.1 額定壓力的確定系統(tǒng)工作壓力應(yīng)按整機性能要求，考慮經(jīng)濟性和液壓技術(shù)現(xiàn)有水平確定。在給定外負(fù)載下。系統(tǒng)的工作壓力越高，各液壓元件及管路系統(tǒng)的尺寸就越小。重量越輕.結(jié)構(gòu)越緊湊。但由此導(dǎo)致對密封、制造加工精度和元件材質(zhì)的要越嚴(yán)，維護和修理也越困難。況且系統(tǒng)工作壓力高到一定程度后，隨著高壓力對壁厚和密封要求的提高，系統(tǒng)的尺寸和重量反而會增加。由起重機設(shè)計手冊可知現(xiàn)有輪式起重機采用的工作壓力為: 1)中壓 :10MPa25MPa，用于中小型輪式起重機；2)高壓 :25MPa32MPa,用于大中型輪式起重機；3)超高壓 :32MPa 以上，用于特大型或有特殊要求的輪式起重機。QY-20 汽車起重機屬于中小型汽車起重機。結(jié)合實際情況，本文在進行系統(tǒng)設(shè)計計算時，初選系統(tǒng)壓力為 18MPa。3.2 基本回路設(shè)計3.2.1 支腿機構(gòu)回路的設(shè)計本車采用 H 式支腿結(jié)構(gòu)比較合理。H 式支腿，此支腿外伸距離大，每一支腿有兩個液壓缸，一水平的(或略帶傾斜的)，一垂直的支承液壓缸，支腿外伸后呈 H 形。為保證足夠的外伸距離，左右支腿相互叉開。對于支腿跨距的確定所示，汽車起重機支腿是前后設(shè)置的，并向兩側(cè)方向伸出，形成矩形穩(wěn)定面。因此，支腿橫向跨距選取要適當(dāng)，原則上是起重機在吊臂強度允許的起重量時，其穩(wěn)定度達到規(guī)定的要求即可。支腿全部外伸時可將起重機作業(yè)區(qū)域分四塊:即右側(cè)方作業(yè)區(qū)、前方作業(yè)區(qū)、左側(cè)方作業(yè)區(qū)和后方作業(yè)區(qū)。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在正側(cè)方吊重的穩(wěn)定，也即是在起吊臨界起重量時，全部重量的合力將落在支腿中心線上。也就是要使支腿中心連線內(nèi)、外的力矩處于平衡狀態(tài)。10圖 3-1 支腿液壓回路原理圖1)圖 3-6 為中小噸位汽車起重機支腿液壓回路原理圖，它共有八個液壓缸，即四個水平缸和四個垂直缸，這八個液壓缸屬于起重機下車液壓系統(tǒng)的一部分支腿液壓回路除了八個液壓缸外，主要還包括：一個三聯(lián)齒輪泵，下車多路閥，吸油濾油器，回油濾油器，兩條主油路，供油路 K3，回油路 K2，壓力表，每個液壓缸都有一個雙向液壓鎖。3.2.2 起升機構(gòu)回路的設(shè)計起升機構(gòu)是起重機械的主要機構(gòu)，用以實現(xiàn)重物的升降運動。起升機構(gòu)通常由原動機、減速器、卷筒、制動器、離合器、鋼絲繩滑輪組和吊鉤等組成。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、液壓制動器和液壓馬達組成。起升液壓回路設(shè)計原理圖如圖 3-2 所示。圖 3-2 起升機構(gòu)液壓回路圖起升回路是起重機液壓系統(tǒng)的主要回路，對于大、中型汽車起重機一般都設(shè)置主、副卷揚起升系統(tǒng)。它們的工作方式有單獨吊重、合流吊重以及共同吊重三種方式，其中對于吊大噸位且要求速度不太高時用卷揚吊的方式，對于起吊小噸位且要求速度不太高時用副卷揚吊單獨吊重的方式；對于吊大噸位且要求速度比較高時用卷揚泵合流11吊重的方式；對于吊比較長的物體時用共同吊重的方式。3.2.3 變幅機構(gòu)回路的設(shè)計變幅回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥和變幅液壓缸組成。最常見的液壓變幅機構(gòu)是用雙作用液壓缸作液動機，也有采用液壓馬達和柱塞缸。因此本設(shè)計采用雙作用液缸作液動機。液壓油路設(shè)計原理圖如圖 3-3 所示。變幅機構(gòu)落臂時，因載荷的重力作用，會產(chǎn)生重力超速現(xiàn)象，需要限速措施。因此，在此機構(gòu)中必須設(shè)置限速裝置。國內(nèi)外太都采用使用平衡閥(限速閥)的限速回路。平衡閥不僅能防止超速下行，也能保證整個下降過程為勻速過程。圖 3-3 變幅機構(gòu)回路3.2.4 伸縮機構(gòu)回路的設(shè)計吊臂伸縮機構(gòu)是一種多級式伸縮起重臂伸出與縮回的機構(gòu)。采用液壓驅(qū)動時，執(zhí)行元件選用液壓液壓缸，利用缸體和活塞桿的相對運動推動下級吊臂的伸縮。通常，n節(jié)吊臂則相應(yīng)要有（n-1）個液壓缸一活塞組。在設(shè)計相鄰的三節(jié)臂伸縮機構(gòu)時，為了減輕重量，還可以利用吊臂之間伸縮的比例關(guān)系，采用鋼絲繩滑輪組(或鏈條鏈輪）實現(xiàn)第三節(jié)臂的伸縮以代替一只液壓缸，這就形成了液壓機械驅(qū)動形式。伸縮機構(gòu)簡圖如圖 3-4 所示。12圖 3-4 伸縮機構(gòu)液壓油路回路圖3.2.5 回轉(zhuǎn)機構(gòu)回路的設(shè)計工程起重機能將起重物送到指定工作范圍內(nèi)的任意空間位置，除了依靠起升機構(gòu)實現(xiàn)重物的垂直位移外，回轉(zhuǎn)運動是實現(xiàn)水平位移的方法之一，盡管此種運動形式的水平移動范圍有限，但所需功率小，要求也比較簡單，故在大多數(shù)工程起重機中被采用，而且一般還都設(shè)計成全回轉(zhuǎn)式的，即可在左右方向任意進行回轉(zhuǎn)。液壓油路設(shè)計原理圖如圖 3-5 所示。圖 3-5 回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓回路圖回轉(zhuǎn)回路起到使吊臂回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)重物水平移動的作用。它主要由液壓泵、換向閥、平衡閥、液壓離合器和液壓馬達組成，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)機構(gòu)使重物水平移動的范圍有限，但所需功率小，所以一般汽車起重機都設(shè)計成全回轉(zhuǎn)式的，即可在左右方向任意進行回轉(zhuǎn)。3.3 液壓系統(tǒng)原理圖13根據(jù)各回路的分析得到汽車起重機液壓系統(tǒng)的工作原理如圖 2.13 所示。該系統(tǒng)為中壓系統(tǒng)，動力源采用雙聯(lián)齒輪泵，由汽車發(fā)動機通過底盤上的分動箱驅(qū)動。液壓泵從油箱中吸油，輸出的液壓油經(jīng)手動閥組輸送到各個執(zhí)行元件。整個系統(tǒng)由支腿收放、吊臂變幅、吊臂伸縮、轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)和吊重起升五個工作回路所組成，且各部分都具有一定的獨立性。整個系統(tǒng)分為上下兩部分，除液壓泵、過濾器、溢流閥、手動閥組及支腿部分外，其余元件全部裝在可回轉(zhuǎn)的上車部分。油箱裝在上車部分，兼作配重。上下兩部分油路通過中心回轉(zhuǎn)接頭連通。支腿收放回路和其他動作回路采用一個二位三通手動換向閥 5 進行切換。如圖 3-6 所示為汽車起重機液壓系統(tǒng)原理圖。圖 3-6 汽車起重機液壓系統(tǒng)原理圖14第 4 章 液壓元件的設(shè)計與選擇4.1 液壓馬達和液壓泵的選擇4.1.1 卷揚馬達的選擇(1)卷揚卷筒力矩 12jijFDM式中：F1 卷揚單繩最大拉力 F1=40KN;Dj1鋼繩 4 層卷繞時的卷筒直徑為 415mmdj1鋼絲繩直徑，dj114mmj卷筒機械效率 ,由 Dj1/ dj1=27 查起重機設(shè)計手冊10 表 8-7 得 j =0.95 140.2.7.95JMKNm(2)卷揚馬達扭矩 1.0.1.4Ji式中：i1卷揚減速器速比，i1=21.61馬達至減速器輸出端機械效率，1=0.92(3)卷揚馬達排量 3112029.4/3.5MmqcmrP式中：PM1馬達進出口最大壓差，151253MPMPa回進M1m 卷揚馬達機械效率，M1m=0.95(4) 卷揚馬達型號選取博世力士樂公司4生產(chǎn)的定量軸向柱塞馬達 A2FM32,其性能參數(shù)為:排量 32.0 cm3/r;額定壓力 40 Mpa;最大壓力 45 Mpa;允許轉(zhuǎn)速 6300r/min;4.1.2 回轉(zhuǎn)馬達的選擇(1)回轉(zhuǎn)馬達阻力矩(5-10)max31240.76476.47.695HMKNmi式中：MHmax回轉(zhuǎn)總阻力矩，MHmax=124KN.m;i回轉(zhuǎn)減速器速比， i=1707.6回轉(zhuǎn)機械傳動效率，=0.95(2)回轉(zhuǎn)馬達的排量(5-11)3336227.428.06/18095Mmq cmrP式中：PM3回轉(zhuǎn)馬達工作壓差，32MPa回進M3m 回轉(zhuǎn)馬達機械效率，M3m=0.95(3)回轉(zhuǎn)馬達的型號選取博世力士樂10 定量軸向柱塞馬達 A2FM28。馬達性能參數(shù)為：排量 28cm3/r額定壓力 40 Mpa最大壓力 45 Mpa允許轉(zhuǎn)速 6300r/min4.1.3 泵的選擇(1)卷揚卷筒的轉(zhuǎn)速16169085.1/min24jjVnrD式中：V1卷揚單純最大速度，V1=130m/min(2)卷揚馬達轉(zhuǎn)速11495.20/inMjni r(3)卷揚馬達流量 31526/min0.9MVqnQL式中：M1V卷揚馬達容積效率，M1V=0.95;(4)卷揚泵排量33114809/25.BVqcrn式中：nB1 卷揚泵工作轉(zhuǎn)速，nB1=2500rpmB1V卷揚泵容積效率，B1V=0.95(5)卷揚泵的型號選取博世力士樂軸向柱塞變量泵 A2F090，控制方式為恒功率控制。性能參數(shù)為：最大排量 90cm3/r額定壓力 40 Mpa最大壓力 45 Mpa允許轉(zhuǎn)速 3350r/min先導(dǎo)壓力變化范圍 0.61.8Mpa。4.2 液壓閥的選擇1)多路換向閥多路換向閥是手動控制換向閥的組合閥，主要用于起重運輸車輛、工程行走機械及其他行走機械，以進行多個工作機構(gòu)（液壓缸、液壓馬達）的集中控制。閥由 25個三位六通手動換向閥、溢流閥、單向閥組成。根據(jù)不同用途，閥在中間位置時，主油路有中間全封閉式、壓力口封閉式及 B 腔常封閉式等，中間位置時壓力油短路卸荷。選用 ZFS-B20H-4T-2Y 型，公稱壓力 20MPa，公稱流量 100L/min。2)主副卷揚合流閥17該閥由主閥和先導(dǎo)電磁閥組成，主閥為三位二通液控閥，額定壓力為 32 Mpa，閥口最大流量 56cm3/r，電磁換向閥，額定壓力 31.5 Mpa，公稱流量 12L/min，該閥機能為三位六通常閉型。3)功率限制閥由于卷揚泵為液壓比例變量，壓力一定時，其輸出功率隨排量增大而線性增大，主副卷揚油路中分別設(shè)置功率限制器，可以限制主副卷揚油路的極限液壓功率，使其不超過規(guī)定值，保正多回路總功率不超過發(fā)動機分配給液壓系統(tǒng)的功率，防止發(fā)動機過載。閉式油路中應(yīng)對回路的最大功率加以限制，主副卷揚泵的極限功率為 40KW 和30KW。選用曼內(nèi)斯曼公司生產(chǎn)的恒功率調(diào)節(jié)閥，型號為 LV061A0，主油路額定壓力為 40Mpa，最大先導(dǎo)壓力為 6 Mpa。電動參數(shù)：開關(guān)容量交流 15A380V； 4)平衡閥變幅油路采用德國曼內(nèi)斯曼的平衡閥，型號為 MHRB22F，其性能參數(shù)如下：額定壓力 35 Mpa最大閉鎖壓力 42 Mpa微調(diào)壓力范圍 0.52.0 Mpa最大流量 12L/min伸縮油路選用上海立新液壓件廠生產(chǎn)的 FD25PA10/B00 平衡閥。4.3 液壓輔助元件選擇4.3.1 液壓油的選擇由于工作溫度在 60以下，載荷較輕，故選用機械油。查3表 37.3-30液壓泵用油粘度推薦值得到所選液壓油的粘度為 6388mm2/s，查3表 37.3-15機械油質(zhì)量指標(biāo)及應(yīng)用選 70 號機械油，代號為 HJ-70。4.3.2 濾油器的選擇查3表 37.10-2過濾精度與液壓系統(tǒng)壓力的關(guān)系得到顆粒大小25 。查3m表 37.10-3濾油器類型及其特性選擇燒結(jié)式濾油器。根據(jù)液壓泵的流量查3表37.10-18SU3 型技術(shù)規(guī)格選擇 SU3-F15016 型燒結(jié)式濾油器。4.3.3 壓力表的選擇根據(jù)系統(tǒng)壓力查3表 37.10-48 選擇彈簧管壓力表。根據(jù)液壓泵的吸油口內(nèi)徑查3表 37.10-49 選擇壓力表的直徑為 60mm。采用徑向有邊形式，選擇壓力表的型號為 Y-60T。184.3.4 閥類元件的選擇（1）回路操縱閥根據(jù)工作要求查3表 37.8-191滑閥機能選擇 4WMMT 型手動換向閥。根據(jù)工作壓力及液壓泵的出油口內(nèi)徑查3表 37.8-192技術(shù)規(guī)格選擇通徑為 16mm。則各個回路的操縱閥（7/11/14/19/20/32） ，型號為 4WMM16T50B10。（2）回路切換閥根據(jù)回路切換的工作要求查3表 37.8-191滑閥機能選擇 3WMMA 型手動換向閥。根據(jù)工作壓力及液壓泵的出油口內(nèi)徑查3表 37.8-192技術(shù)規(guī)格選擇通徑為16mm?；芈非袚Q閥 5 的型號為 3WMM16A50FB10。（3）回路平衡閥根據(jù)工作要求查3表 37.8-55技術(shù)規(guī)格選擇變幅平衡閥 15、伸縮平衡閥 18、回轉(zhuǎn)平衡閥 23 的型號為 XD3F-L20H，起升平衡閥的型號為 XD4F-L32H。（4）其它閥類元件支腿液壓鎖：根據(jù)工作原理選擇 Z2S 型疊加式液控單向閥作為鎖緊回路，查3表37.8-248技術(shù)規(guī)格選擇支腿液壓鎖 8 的型號為 Z2S22。支腿回路安全閥：根據(jù)工作要求 DBD 型直動式溢流閥做為支腿回路的安全閥，查3表 37.8-7技術(shù)規(guī)格 選擇支腿回路安全閥 10 的型號為 DBDH25P10/20。起升快慢電磁閥：根據(jù)工作要求查3表 37.8-155滑閥機能選擇起升快慢電磁閥 33 的型號為 WE5A6.2LW220-50NZ5L。4.4 液壓油箱的設(shè)計油箱可分為開式油箱和閉式油箱二種。開式油箱，箱中液面與大氣相通，在油箱蓋上裝有空氣過濾器。開式油箱結(jié)構(gòu)簡單，安裝維護方便，液壓系統(tǒng)普遍采用這種形式。閉式油箱一般用于壓力油箱，內(nèi)充一定壓力的惰性氣體，充氣壓力可達0.05MPa。如果按油箱的形狀來分，還可分為矩形油箱和圓罐形油箱。矩形油箱制造容易，箱上易于安放液壓器件，所以被廣泛采用；圓罐形油箱強度高，重量輕，易于清掃，但制造較難，占地空間較大，在大型冶金設(shè)備中經(jīng)常采用。19圖 4-1 液壓油箱結(jié)構(gòu)簡圖1液位計；2吸油管；3空氣過濾器；4回油管；5側(cè)板；6入孔蓋；7放油塞；8地腳；9隔板；10底板；11吸油過濾器；12蓋板；（1）液壓系統(tǒng)流量 1904.7/min.5BVQL（2）油箱有效容積油箱容量與系統(tǒng)的流量有關(guān)，一般容量可取最大流量的 35 倍。油箱中油液溫度一般推薦在 3050，最高不應(yīng)超過 75。歸于工具及其他固定裝置，工作溫度可允許在 4055；對于行走機械，如裝載車輛、工程機械的油箱，最高溫度允許到 75，在特殊情況下允許達到 85；對于高壓系統(tǒng)，為減少泄漏，工作溫度不應(yīng)超過 50，建議當(dāng)油溫超過 65時，就應(yīng)采用冷卻裝置對油液進行冷卻。另外，油箱容量大小可從散熱角度去設(shè)計。計算出系統(tǒng)發(fā)熱量與散熱量，再考慮冷卻器散熱后，從熱平衡角度計算出油箱容量。油箱的容積一般為泵每分鐘流量的 2-4 倍，當(dāng)系統(tǒng)采用定量泵時油箱的容量不能小于泵每分鐘流量的 2 倍。此系統(tǒng)中泵流量為 141.68L/min，則油箱容積(1)(2)94.7.189.4/minVQL查表取 V = 116 L4.5 液壓油管設(shè)計液壓系統(tǒng)的工作液體用油管輸送，油管應(yīng)由足夠的強度，良好的密封，并且要求壓力損失小，拆裝方便。無縫鋼管具有耐壓高、變形小、耐油、抗腐蝕能力強等優(yōu)點，故選取無縫鋼管為主要管用管。4.5.1 油管通徑的計算20合理選擇油管的通經(jīng)，對于正確決定液壓系統(tǒng)所需的安裝空間，方便安裝工藝，保持一定的系統(tǒng)效率和其它工作性能都很重要，油管通經(jīng) d 按下式計算：VQd63.4式中：Q管內(nèi)通過的流量，l/minV液體在管內(nèi)的最大允許流量高壓管： 35/ms:回油管： 1.2吸油管： 0/高壓管通經(jīng)油兩種情況：對于小泵：取 d=15mm321654.61dm30. .96對于大泵：取 d=16.9mm回油管通經(jīng)油兩種情況： 31210654.621dm對于小泵：取 d1314065.62.7.d對于大泵：取 1dm吸油管通經(jīng)油兩種情況： 3020654.627.1.d對于小泵：取 0d3465.60.71.dm21對于大泵：取 1d32m4.5.2 壁厚的計算對于金屬油管的壁厚可按薄壁筒公式計算： 2pd式中：d油管內(nèi)徑，mmP管內(nèi)液體最大工作壓力，Pa；P=20MPa油管材料的許用應(yīng)力，Pa； nb管材抗拉強度，Pa ；對于 20 號鋼無縫管，b MPab40n安全系數(shù)，n4則： 6014bMPan高壓油管壁厚：對于小泵： m6.1,5.1026取對于大泵： 2,1026取回油管壁厚： m5.2,5.21026取4.6 液壓系統(tǒng)的驗算4.6.1 壓力損失的驗算（1）工作進給時的進油路壓力損失。運動部件工作進給時的最大速度為221.2m/mmin。進給時的最大流量為 14.73L/min。則液壓油在管內(nèi)流速 v1 為v1 = = cm/min =8330cm/min = 139 cm/min24qd321.70管道流動雷諾數(shù) 為1Re= = = 1111evd39.25 2300，可見油液在管道內(nèi)流態(tài)為層流，其沿程阻力系數(shù)= = = 0.6817Re1進油管道 BC 的沿程壓力損失為= = Pa1p:2vld22901.3(.7)0.681查閱換向閥 4WE6E50/AG24 的壓力損失 = Pa。忽略油液通過管接12p:6.05頭、油路板等處的局部壓力損失，則進油路總壓力損失 為1= + = Pa = Pa1p1:2p660.1.506.（2）工作進結(jié)時的回油路壓力損失。由于選用單活塞桿液壓缸，并且液壓缸有桿腔的工作面積為無桿腔的工作面積的二分之一，則回油管道的流量為進油管道的二分之一，則= = 69.5cm/s2v1= = = 55.52Red69.512= = = 1.39275.回油管道的沿程壓力損失 為21p:= = Pa = Pa21p:2vld2290.65.3960.123查產(chǎn)品樣本知換向閥 3WE6A50/ OAG24 的壓力損失 = 0.025 Pa，換向閥2p:6104WE6E50/OAG24 的壓力損失 = 0.025 Pa，調(diào)速閥 2FRM5-20/6 的壓力損失23p:610為 = 0.5 Pa。24p:610回油路總壓力損失 為2= + + + =（0.05+0.025+0.025+0.5） Pa =0.6 Pa21p:324p:610610（3）變量泵出口處的壓力= + p21/cmFAp46650/.9.051.0.1578 =3.2 Pa60查閱產(chǎn)品樣本知，流經(jīng)各閥的局部壓力損失為：4WE6E50/OAG24 的壓力損失為 = Pa21p:60.73WE6A50/OAG24 的壓力損失為 = Pa據(jù)分析在差動連接中，泵的出口壓力 為p= + + + + +p12:2p13:212:cmFA= Pa 642500.60.8.7019 = 1.93 Pa1上述驗算表明，不需要修改原設(shè)計。4.6.2 發(fā)熱溫升的驗算在整個工作循環(huán)中，工進階段所占的時間最長，為了簡化計算，注意考慮工進時的發(fā)熱量。一般情況下工進速度大時發(fā)熱量大，由于限壓式變量泵在流量不同時，效率相差極大，所以分別計算最大、最小時的發(fā)熱量，然后加以比較，取數(shù)值最大者進行分析。當(dāng) v = 10cm/min 時