2011 屆畢業(yè)設(shè)計說明書汽車起重機臂架及其液壓系統(tǒng)系 、 部： 機械工程系學(xué)生姓名： 華愷指導(dǎo)教師： 黃開有 職稱 副教授專 業(yè)： 機械制造及其自動化班 級： 機本 0704 班完成時間： 2011.05 摘 要隨著國家現(xiàn)代化建設(shè)的飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)代施工項目對汽車起重機的要求也越來越高，高、深、尖液壓技術(shù)在汽車起重機上的應(yīng)用也越來越廣泛，汽車起重機液壓系統(tǒng)展示了強大的發(fā)展趨勢。汽車起重機液壓系統(tǒng)一般由起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)、控制、支腿六個主回路組成。 為了使起重機能夠滿足高性能、高可靠性、操作更方便、舒適、安全的要求，以及使起重機能夠向智能、高性能、靈活、適應(yīng)性強、多功能、吊重量大、起升高度、幅度更大的大噸位方向發(fā)展方向發(fā)展，設(shè)計者不但要改進起重機的結(jié)構(gòu)和提高材料的強度，更重要的是在這六個液壓系統(tǒng)上下工夫。本文主要討論伸縮主回路及其液壓系統(tǒng)的設(shè)計。關(guān)鍵詞：汽車起重機，伸縮機構(gòu)，液壓系統(tǒng)ABSTRACTWith the rapid development of the country's modernization, the improvement of science and technology, modern construction projects on the truck crane requirements are increasingly high, high, deep, sharp hydraulic technology application in automobile cranes, cranes and more extensive hydraulic system demonstrates strong development trend. Truck crane hydraulic system generally by hoisting, luffing, scalable and rotary, control, teams composed of main loop leg six. In order to make the crane can satisfy the high performance, high reliability, the operation more convenient, comfortable and safe requirements, and make crane to intelligence, high-performance, flexible, adaptable, multi-function, hang a big weight, lifting height, amplitude greater large-tonnage direction development direction, designers not only to improve the structure and improve material crane of strength, more important is in these six hydraulic system fluctuate. This paper mainly discusses the main loop and telescopic hydraulic system design. Keywords:truck crane;telescopic institutions;hydraulic system目 錄1 緒 論 .71.1 汽車起重機的概念 71.2 汽車起重機的用途 .71.3 我國汽車起重機發(fā)展?fàn)顩r 71.5 三一 25 噸汽車起重機介紹 .82 25 噸汽車起重機臂架系統(tǒng) .112.1 25 噸汽車起重機臂架系統(tǒng)的組成 112.2 主起重臂結(jié)構(gòu) .112.3 副起重臂 .142.4 伸縮機構(gòu) .142.5 臂端滑輪 .143 臂架結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算 .153.1 臂架截面參數(shù) 153.2 吊臂工況計算 163.2.1 伸縮臂載荷計算 163.2.2 伸縮臂的臨界力計算 183.2.3 伸縮臂的強度計算 .193.2.4 伸縮臂整體穩(wěn)定性計算 .214 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計 .234.1 典型工況分析及對系統(tǒng)要求 .234.1.1 伸縮機構(gòu)的作業(yè)情況 .234.1.2 副臂的作業(yè)情況 .234.1.3 三個以上機構(gòu)的組合作業(yè)情況 .234.1.4 典型工況的確定 .234.1.5 系統(tǒng)要求 .254.2 液壓系統(tǒng)類型選擇 .264.2.1 本機液壓系統(tǒng)分析 264.2.2 各機構(gòu)動作組合、分配及控制 274.3 各種執(zhí)行元件的選擇 285 伸縮液壓回路組成原理和性能分析 305.1 性能要求 305.2 主要元件 315.3 主要回路 315.4 功能實現(xiàn)和工作原理 316 伸縮液壓系統(tǒng)設(shè)計計算 336.1 伸縮機構(gòu)主要參數(shù) 336.2 伸縮油缸的選擇 336.3 伸縮油路 .346.4 伸縮機構(gòu)液壓閥的選擇 .356.4.1 變幅伸縮多路閥 .356.4.2 平衡閥 .366.5 液壓輔助元件選擇 366.5.1 油路的通徑 .366.5.2 濾油器的選擇 .367 伸縮機構(gòu)回路性能驗算 .377.1 伸縮回路功率選取 377.2 伸縮回路容積效率 .377.3 伸縮機構(gòu)壓力效率 377.4 伸縮回路性能驗算 377.5 伸縮時間 377.6 伸縮速度 388 起重機的使用要求及簡單的故障分析與排除 408.1 起重機作業(yè)時應(yīng)注意的事項 .408.2 作業(yè)前的準(zhǔn)備 418.3 溢流閥與液壓泵的維修 .428.3.1 溢流閥的維修 428.3.2 液壓泵的修理 448.3.3 油泵的修復(fù) 459.4 液壓缸自行回縮 .45結(jié)束語 49致 謝 50參考文獻(xiàn) 511 緒 論1.1 汽車起重機的概念通常把裝在通用或?qū)Ｓ幂d重汽車底盤上的起重機稱為汽車起重機。汽車起重機的行駛操作在下車駕駛室里，起重操作在上車的操縱室里。汽車起重機由于利用汽車底盤所以具有汽車的行駛通過性能機動靈活，行駛速度高，可快速轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到作業(yè)場地后能迅速投入工作，特別適用于流動性大、不固定的作業(yè)場所。汽車起重機由于具有這些特點，其品種和數(shù)量在我國得到了很大的發(fā)展，是目前我國輪式起重機中的主力機型。汽車起重機也有其弱點，總體部置受汽車底盤的限制，車身較長，轉(zhuǎn)變半徑大，大多數(shù)只能在左右兩側(cè)和后方作業(yè)。另外對地面的要求較高越野性能差。1.2 汽車起重機的用途汽車起重機是提升輸送物料的機具，是國民生產(chǎn)各部門提高勞動生產(chǎn)率、生產(chǎn)過程機械化不可缺少的大型機械設(shè)備，對提高生產(chǎn)各部門的機械化，縮短生產(chǎn)周期和降低生產(chǎn)成本，起著非常重要的作用。汽車起重機可以廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、建筑工地、港口碼頭、油田、鐵路、倉庫及貨場等工況下的起重作業(yè)和吊裝工作。隨著國民經(jīng)濟飛速發(fā)展，汽車起重機在行業(yè)的作用也越來越大，經(jīng)濟杠桿作用與日俱增。1.3 我國汽車起重機發(fā)展?fàn)顩r由于我國起重機起步于 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(xiàn)在：1． 品種少、產(chǎn)量低我國起重機現(xiàn)處于低級發(fā)展階段，品種較少。中小噸位重復(fù)較多，至今尚未形成大、中、小完整的系列，年產(chǎn)量只相當(dāng)于國外一個廠家的生產(chǎn)能力。2． 起重力矩小，技術(shù)水平底我國起重機以直臂卷揚為主，受國內(nèi)汽車底盤的限制，起重力矩小，其他性能指標(biāo)也一般低于國外先進產(chǎn)品。目前國內(nèi)企業(yè)對汽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(shù)水平也有一定差距。3． 安全裝置不齊全，操作不方便我國汽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(shù)廣泛運用到起重機上，如帶有微電腦的力矩限制器及防御翻保護器等，并且已實現(xiàn)了有線與無線遙控。4． 功能單一我國起重機以起重作業(yè)及運輸功能為主，而國外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，使汽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)了鐵路專業(yè)汽車起重機等專用產(chǎn)品。5． 外形不美觀我國起重機設(shè)計單調(diào)，忽視了和汽車外形的協(xié)調(diào)，而國外對汽車起重機的著色非常嚴(yán)格，不僅在外形和著色上實現(xiàn)和卡車的一體化，還要求和城市的景觀相協(xié)調(diào)。 1.4 我國起重機的發(fā)展趨勢從產(chǎn)品的市場情況來看，需求量越來越大。目前，隨著科學(xué)技術(shù)的加快，世界各國汽車起重機的生產(chǎn)有較大的發(fā)展，從最初的小型單一產(chǎn)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(chǎn)品，可以說汽車起重機的發(fā)展已進入成熟期。由于國外勞動力費用高，強調(diào)工作效率，施工中基本不存在人工裝卸，汽車起重機有使用靈活、技術(shù)成熟等特點，所以在歐洲市場起重機市場前景廣闊。我國汽車起重機起步較晚，但隨著科學(xué)技術(shù)的進步和市場需求的增加，我國汽車起重機的生產(chǎn)水平將會日益發(fā)展和完善，產(chǎn)品將具有更大的市場潛力。目前，在沿海城市和地區(qū)，汽車起重機的銷量形勢正逐步好轉(zhuǎn)，特別是大噸位汽車起重機，正受到南方個體用戶的青睞，并有向內(nèi)地推進的趨勢。從產(chǎn)品的技術(shù)特點來看，汽車起重機正朝著大型化、多功能化和智能的方向發(fā)展越來越多的重型平板車也安裝了大噸位汽車起重機，以滿足其自裝卸大型貨物的需要。汽車起重機的作業(yè)裝置也不再局限于釣鉤，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。隨著汽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，汽車起重機的發(fā)展和汽車起重機技術(shù)水平的不斷提高及產(chǎn)量的擴大，今后小噸位汽車起重機必將成為起重機的重要組成部分。1.5 三一 25 噸汽車起重機介紹25 噸汽車起重機是三一集團在吸收國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合本公司創(chuàng)新技術(shù)而開發(fā)研制的。超大的支腿跨距、強力的伸縮臂、新型桁架式副臂和易于操縱的上車系統(tǒng)、安全裝置和整機性能充分體現(xiàn)了其先進性、可靠性、經(jīng)濟性和高效性，是國內(nèi)同類產(chǎn)品中的佼佼者。1、6×4 驅(qū)動型式的自制專用底盤，裝備有東風(fēng)康明斯 C245 20 環(huán)保型發(fā)動機，符合歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)。2、駕駛室采用齊星全寬型駕駛室，專業(yè)化生產(chǎn)。具有外形美觀，乘坐舒適，視野開闊的特點。3、主臂材料為低合金高強度鋼，大圓角六邊形截面形式。具有承載能力大、自重輕、導(dǎo)向平穩(wěn)等特點。4、副臂采用桁架式變截面結(jié)構(gòu)，受力條件好，重量輕，可根據(jù)使用需要實現(xiàn) 0°、15°、30°變角度安裝。5、轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)選用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，采用單板加強型先進結(jié)構(gòu)，剛性、穩(wěn)定性好。6、配置上車熄火裝置，并可根據(jù)客戶要求安裝空調(diào)。7、主要性能參數(shù)。表 1 25 噸汽車起重機主要性能技術(shù)參數(shù)1 最大額定起重量 kg 260002 最大額定起重力矩 KN·m 764.43 最大起重力矩 KN·m 9924 基本臂長 m 10.35 基本臂全伸長 m 31.756 副臂 m 87 主臂全伸+副臂 m 39.758 支腿跨距（縱×橫） m×m 5.1×6.09 基本臂最大起升高度 m 10.410 全伸臂最大起升高度 m 31.811 （基本臂+副臂）最大起升高度 m 39.85圖 1-3 三一 25 噸汽車起重機2 25 噸汽車起重機臂架系統(tǒng)2.1 25 噸汽車起重機臂架系統(tǒng)的組成汽車起重機的臂架系統(tǒng)是起重機的核心部件，是吊載作業(yè)最重要的承重結(jié)構(gòu)件。臂架系統(tǒng)各機構(gòu)件的強度、剛度將直接影響汽車起重機的使用性能。臂架系統(tǒng)主要包括主起重臂、副起重臂、伸縮機構(gòu)和臂端滑輪等部件。還包括臂間滑塊、分繩輪組、定滑輪組、壓繩滾輪和用于托繩的滑板支架等輔助構(gòu)件。如圖 2.1 所示。1-臂端滑輪； 2-四節(jié)臂； 3-分繩輪組； 4-托繩架； 5-三節(jié)臂； 6-二節(jié)臂； 7-一節(jié)臂；8-壓繩滾輪； 9-伸縮機構(gòu)； 10-滑板支架； 11-擋板； 12-繩托； 13-主臂尾軸；14-定滑輪組；15-調(diào)節(jié)墊塊；16-托輥；17- 變幅油缸上鉸點軸套；18- 伸縮油缸安裝軸套圖 2.1 25 噸臂架系統(tǒng)2.2 主起重臂結(jié)構(gòu)汽車起重機的主起重臂是起重機的核心部件，是汽車起重機吊載作業(yè)最重要的承重結(jié)構(gòu)件。主起重臂結(jié)構(gòu)件的強度、剛度將直接影響汽車起重機的使用性能。主起重臂結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量在一定程度上反映起重機制造廠家的技術(shù)水平。主起重臂結(jié)構(gòu)的技術(shù)含量是汽車起重機產(chǎn)品水平的重要標(biāo)志。提高主起重臂機構(gòu)的設(shè)計、制造、裝配質(zhì)量是各起重機廠家不斷追求的目標(biāo)。三一生產(chǎn)的 25 噸汽車起重機的主臂為六邊形、大圓角截面結(jié)構(gòu)。主起重臂由基本臂、二、三、四節(jié)臂套裝而成。在各節(jié)主臂中間采用 MC尼龍滑塊支承，在水平或垂直方向上，滑塊與臂筒間的雙邊間隙之和一般為4mm 左右。間隙值的大小取決于主臂的加工水平。組裝后的主臂滑塊間隙越大，則主臂使用的強度與剛度越低。如果主臂滑塊間隙偏小，當(dāng)臂體制造誤差偏（直線度、平行度、垂直度和扭曲度超差） ，就容易產(chǎn)生干涉，發(fā)生伸縮臂抖動或產(chǎn)生異響。在基本臂尾和中間下方部位，分別有兩個鉸接軸。一個為主臂與轉(zhuǎn)臺連接的尾鉸點軸，另一個為變幅缸上鉸點軸。兩個鉸點軸心線的平行度、對主臂縱向軸線的垂直度、鉸點軸中心平面的對稱度是否達(dá)標(biāo)，直接影響主起重臂的使用質(zhì)量良好的制造質(zhì)量會防止主臂在變幅過程中產(chǎn)生機械抖動或異響，改善主起重臂的受力狀態(tài)，防止吊重時側(cè)向扭矩的產(chǎn)生。在尾鉸點軸套前側(cè)有伸臂缸的缸套、三節(jié)臂伸臂繩固定點。二節(jié)臂的尾部有伸臂缸的安裝軸套聯(lián)接伸臂缸的缸套，四節(jié)臂伸臂繩固定點、三節(jié)臂縮臂滑輪，口部、尾部上下兩側(cè)設(shè)有 MC 尼龍滑塊及其調(diào)整機構(gòu)。三節(jié)臂的尾部設(shè)有四節(jié)臂縮臂滑輪，口部設(shè)有四節(jié)臂伸臂滑輪，口部、尾部上下兩側(cè)設(shè)有 MC 尼龍滑塊及其調(diào)整機構(gòu)。四節(jié)臂的頭部設(shè)置分繩滑輪組和定滑輪組，如圖 2.2-3 所示。分繩滑輪組為兩個滑輪，中間一個滑輪用于副轉(zhuǎn)揚鋼絲繩通過，靠左邊滑輪用于主卷揚鋼絲繩通過。定滑輪組的滑輪數(shù)量為五個，它決定鋼絲繩的倍率。尾部上側(cè)設(shè)伸臂繩固定點、上下側(cè)均設(shè) MC 尼龍滑塊。在二、三節(jié)臂頭的上部，分別設(shè)有托繩架；在一節(jié)臂頭部的上方設(shè)有壓繩滾輪；在一節(jié)臂頭部的下方設(shè)有托輥；在一節(jié)臂尾部的上方設(shè)有繩托等結(jié)構(gòu)部件。設(shè)置這些構(gòu)件的目的是保證主起重臂在任一種工況作業(yè)時，托起主、副轉(zhuǎn)揚鋼絲繩，防止鋼絲繩外跳，以免造成升降作業(yè)時磨損鋼絲繩或卡住鋼絲繩的事故發(fā)生。1-伸臂油缸安裝軸套； 2-尾部下滑塊及調(diào)整墊片； 3-三節(jié)臂縮臂滑輪；4-口部下滑塊及調(diào)整墊片； 5-尾部上滑塊及調(diào)整墊片； 6-四節(jié)臂伸臂繩固定點；7-口部上滑塊及調(diào)節(jié)螺栓；圖 2.2-1 二節(jié)臂1-四節(jié)臂縮臂滑輪； 2-三節(jié)臂縮臂繩固定點； 3-尾部下滑塊及調(diào)整墊片；4-四節(jié)臂伸臂滑輪； 5-口部下滑塊及調(diào)整墊片； 6-尾部上滑塊及調(diào)整墊片；7-口部上滑塊及調(diào)節(jié)螺栓；圖 2.2-2 三節(jié)臂1- 定滑輪組； 2-分繩滑輪組； 3-四節(jié)臂伸臂繩固定點； 4-尾部下滑塊及調(diào)整墊片； 5 尾部上滑塊及調(diào)整墊片； 6-分繩輪組； 7-四節(jié)臂縮臂繩； 8-定滑輪組；圖 2.2-3 四節(jié)臂2.3 副起重臂副臂是汽車起重機重要的起重部件，也是關(guān)鍵的鋼結(jié)構(gòu)件，采用珩架式結(jié)構(gòu)。副臂的作用是補償主臂作業(yè)高度不足、擴大主臂作業(yè)范圍的一種起重作業(yè)功能。副臂的起重作業(yè)必須按副臂起重量性能表中規(guī)定的作業(yè)工況進行。其組成部分主要有：臂座、臂架、連接桿系統(tǒng)、臂頭、支承架、托架總成等部件組成。臂座是副臂的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件，與主臂（四節(jié)臂）臂頭相連接。臂座上有兩排孔，每排各有四個上下同軸線的定位連接孔（φ40H11 ） ，每排孔的同軸度（φ0.12）是否達(dá)標(biāo)直接影響副臂回轉(zhuǎn)連接的準(zhǔn)確性與可靠性。與臂架相連的兩排定位孔（2×φ35H11）軸線對副臂縱向軸線的垂直度，直接影響副臂定位安裝的準(zhǔn)確性和用戶使用的方便性。臂架是副臂的結(jié)構(gòu)主體，其作用是連接臂頭和臂座，使副臂成為結(jié)構(gòu)的整體。臂架也是副臂結(jié)構(gòu)承載的重要受力部件。臂頭是副臂直接吊重部件，副卷揚鋼絲繩懸掛在臂頭滑輪上，在副卷揚減速機的作用下，完成吊重升降作業(yè)。支承架是保證副臂處于正確安裝位置的定位部件。托架總成是支承副臂總成，保證副臂合理、穩(wěn)定安裝在原始位置上的結(jié)構(gòu)部件。連接桿系統(tǒng)是實現(xiàn)副臂變角度安裝的重要調(diào)節(jié)部件。它有三種安裝角度，即 0°、15°、30°安裝。2.4 伸縮機構(gòu)主臂伸縮機構(gòu)是由倒置的伸縮油缸和兩組伸縮臂繩機構(gòu)來實現(xiàn)二、三、四節(jié)臂同步伸縮的工作系統(tǒng)?？梢酝瓿身樞蛏炜s，同步伸縮，獨立伸縮 3 種伸縮形式。2.5 臂端滑輪在四節(jié)臂頭部的前方，設(shè)置臂端滑輪。臂端滑輪是單滑輪起升機構(gòu)。一般采用副鉤單倍率升降作業(yè)。使用臂端滑輪作業(yè)，可提高主臂升降作業(yè)的效率，但吊載重量受到單股鋼絲繩作業(yè)的限制。25 噸臂端滑輪吊重≤2.5t 。3 臂架結(jié)構(gòu)的設(shè)計和計算臂架伸縮機構(gòu)的類型臂架伸縮機構(gòu)種類很多，按各節(jié)臂伸縮次序關(guān)系不同可分為以下 3 種：1. 順序伸縮：臂架伸縮過程中，各節(jié)伸縮臂按一定先后順序完成伸縮動作。2. 同步伸縮:臂架伸縮過程中，各節(jié)伸縮臂同時以相同的行程比率進行伸縮。3. 獨立伸縮:各節(jié)臂均能進行獨立伸縮。顯然獨立伸縮機構(gòu)能完成順序伸縮動作。伸縮方式對起重機性能的影響伸縮方式的選擇，對臂架自重有一定影響。一般來說獨立伸縮機構(gòu)最重，順序伸縮機構(gòu)最輕。若起重性能相同時，選用順序伸縮機構(gòu)較經(jīng)濟。但除了伸縮的開和終了，在其他位置上，當(dāng)臂長相等時，起重性能可以提高。載荷的確定和組合臂架的支撐情況：根部和旋轉(zhuǎn)平臺的銷軸連接，可以在垂直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。變幅液壓缸位于吊臂線平面內(nèi)，支撐處可做成雙向球絞。使其橫向?qū)Ρ奂軣o約束。因此在變幅平面內(nèi)可視為一外伸梁。而在臂架橫向平面內(nèi)（回轉(zhuǎn)平面） ，可視為懸臂梁，在根部固接。作用在臂架上的載荷：自重，吊重，慣性力，風(fēng)力等。由于伸縮臂式起重機的工作級別屬于 A1-A6，可不驗算疲勞。因吊臂可伸縮，可不驗算非工作狀態(tài)下的強度。因此，只要按工作狀態(tài)下作強度計算載荷計算即可。載荷組合情況:自重+考慮動載系數(shù)的吊重 +吊臂切向水平慣性力+吊重偏載引起的水平力（包括風(fēng)力） 。將吊臂在變幅平面內(nèi)和回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的載荷。包括考慮動載的吊重重量，起升繩拉力，分布在臂架上的自重轉(zhuǎn)化到臂架的端部。理論計算3.1 臂架截面參數(shù)表 2 臂架截面參數(shù)表一節(jié)臂 二節(jié)臂 三節(jié)臂 四節(jié)臂慣性矩 Iy（㎜ 4） 8.50×108 6.50×108 4.04×108 2.47×108慣性矩 Iz（㎜ 4） 7.30×108 5.50×108 3.18×108 1.36×108續(xù)表 2一節(jié)臂 二節(jié)臂 三節(jié)臂 四節(jié)臂抗彎模量 Wy（㎜3） 3.13×105 2.67×106 1.85×106 1.57×106抗彎模量 Wz（㎜3） 2.26×106 1.84×106 1.18×106 5.59×105質(zhì)量 M（㎏） 1477 1150 904 692截面積 A（㎜ 2） 15007.4 13726.9 9882.7 7519.1旋轉(zhuǎn)半徑 rx（㎜）238.3 217.8 202.2 181.2旋轉(zhuǎn)半徑 ry（㎜）220.7 198.8 179.5 143.33.2 吊臂工況計算現(xiàn)在吊臂就以全伸 32.45，幅度 5.5，起重量 6.6t，仰角 78.4°工況計算（上面數(shù)據(jù)從起重性能表中查出）3.2.1 伸縮臂載荷計算圖 3-1 吊臂截面簡圖1） 吊臂變幅平面的強度計算載荷垂直載荷 Q圖 3-2 吊臂受力簡圖=95954.4N201 1().(648027).06533QG????????式中： -額定載荷， =6.6×9.8×1000=64680N0Q-吊鉤重力， =280×9.8=2744N0-臂架自重， =6670×9.8=65366N-起身沖擊系數(shù) 1.0；1?-起身載荷動載系數(shù) 1.12起身繩拉力 S=20()QGm???? N9.3764985.02)64(.???式中：m-起身滑輪組倍率 2-起身滑輪組效率 0.985.由 Q,S 引起的軸向力 Fcos954.cos1.6374.9cos1.362.7FQS N???????????由 Q,S 引起的橫向力 Tz?????siniSQTz 954.sin1.6374.9sin1.8046.N??????式中： -重物與臂架軸線的夾角 11.6°-起身繩與臂架軸線夾角 1.6°由 Q,S 引起的臂端力矩 MLy=0212)cossLyMQGeS??????=2.76×1071.(6487536.c1.3764.90.5cos1.9??????mN?式中： -臂端定滑輪與吊臂軸線的偏心距 536.5mm1e-臂端導(dǎo)向滑輪與吊臂軸線偏心距 303.5mm22） 旋轉(zhuǎn)平面的強度計算載荷貨物偏擺側(cè)向力 Th 00()tan(648027)tan589.hTQGN???????式中： -重物的偏擺角 5°轉(zhuǎn)化到臂端的吊臂風(fēng)載荷和慣性載荷 TbPhwb 2.3).15(.)(4.式中： -吊臂側(cè)面迎風(fēng)面上的風(fēng)載。 =CP1A=1.9×150×18.4=5244NwP其中： C-風(fēng)力系數(shù)。查表 16【1】 取 1.9P1-工作狀態(tài)計算風(fēng)壓。查表 15【1】 ，計算得 15N/mA-臂架臂架垂直于風(fēng)向的實體迎風(fēng)面積 18.4m2Ph-吊臂的慣性載荷， 1.5×0.3×6670=5hPaM???3001.5N其中， -系數(shù)查表 12【1】 取 1.55?a- 起動（制動）加速度，0.3m/sM-吊臂總質(zhì)量，6670kg側(cè)向力 TyNbh 9172.38.59???由 Q，S 引起的軸向力 F=131621.7N3） 使吊臂扭轉(zhuǎn)的扭矩 Mn3.16×106N01()ta(640)536.tanMnGe???????m?3.2.2 伸縮臂的臨界力計算1）變幅平面臨界力 Ncry22581 52.01.0.1()(6934)ycryEIN NL??????式中： -由支承形式?jīng)Q定的長度系數(shù)，根據(jù) 按插值1 ,3.0245/98/1?LI法查表 J.1【1】 得 =1.60；-由變截面決定的長度系數(shù)，臂架為五節(jié)伸縮臂，根據(jù)2?3.105.6/1.8/ 81 ???yI?323468844/.0/2.7.yI查表 J.4【1】 得 =1.1192?-一節(jié)臂截面慣性矩yIL-五節(jié)臂全伸長度 32450mm2)旋轉(zhuǎn)平面的臨界力 Ncrz NLEINzcrz 52852321 1047.)30.170.()( ???????式中： -由支承形式?jīng)Q定的長度系數(shù)。此處 1?-由變截面決定的長度系數(shù)，臂架為五節(jié)伸縮臂，根據(jù)2 3.105./13.7/ 881' ???zI?72'3z 4.26./8./ 84'4zI查表 J.4[1]得 170.2??-起身鋼絲繩的長度系數(shù)，按 J.5 式 [1]計算得3 5.03??-一節(jié)臂截面慣性矩；1zI3.2.3 伸縮臂的強度計算圖 3-3 吊臂的幾何尺寸簡圖1） 各節(jié)臂危險截面 A,B,C,D,E 的彎矩如下 mNHTMBzLyBy ????????? 87 106.3152.804616.2czC 74DzLyDy ?87.mNHTAz ????103.6591MByz 8927Cz ?.mNHTDyz ????810436912）各臂節(jié)危險截面處強度校核臂架截面采用：BS700， ， ，MPas70?Pab8?MPa52][??軸向力由伸縮油缸承受，臂架結(jié)構(gòu)只承受雙向彎曲。各節(jié)臂危險截面處正應(yīng)力為： ???????? )10.5973621(057)9.01()9.01( 6855 crzzAzcryyAyAx NFWNF＜MPa2.3)1047.93621(. 567???][????????? )10.5973621(085)9.().0( 6844 crzzBzcryyByBx NFWNFM?＜MPa9.402)17.4903621(8567????][???????? )10.5973621(067.2.4)9.0().( 833 crzzCzcryyCyCx NFWNFM?＜MPa.)1047.9621(084. 567????][???????? )10.5973621(03.4.)9.().0( 6832 crzzDzcryyDyDx NFWNFM?＜MPa.85)1047.9621(6.37????][?綜上得臂架強度符合要求。3.2.4 伸縮臂整體穩(wěn)定性計算進行臂架的穩(wěn)定性校核時，按雙向受壓桿計算。取臂架跟部最大應(yīng)力計算: 11]9.0[]9.01[ yHocrzzHocrzZ WMNFWMNFA???????= ]1047.93621[26.375]1047.9362[.57362 57?????=63.22＜687103.4??][?式中：A 1-吊臂根部截面幾何面積 15007.3㎜ 2+0=8.40721??LzoyzMFf mN?510.6+ =36?z 7??74.3， -結(jié)構(gòu)件端部初彎矩，按下式計算：oyzmlHlzlHzfiio 7.4)15630218267(3)(31 432 ????????llylyfiio 8.9)()(31 432??為吊臂在變幅平面及旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)兩相鄰臂節(jié)間隙；z?,， -伸縮臂幾何尺寸；iHil， -由橫向載荷在結(jié)構(gòu)中引起的最大彎矩，計算如下：zMy mNTAHz ?????7103.76591zy 8.804綜上所述整體穩(wěn)定性符合要求。4 液壓系統(tǒng)原理設(shè)計4.1 典型工況分析及對系統(tǒng)要求4.1.1 伸縮機構(gòu)的作業(yè)情況汽車起重機工作中主要用到的機構(gòu)是主、副卷揚機構(gòu)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)；在重物下降定位時常常用到變幅機構(gòu)。帶載伸縮是比較危險的，在實際作業(yè)中很少使用，空載吊臂伸縮循環(huán)僅占試驗基本工況作業(yè)循環(huán)次數(shù)的 5％，故伸縮及帶載伸縮不是典型工況。4.1.2 副臂的作業(yè)情況大多數(shù)汽車起重機都帶有副臂，它的作用是增加起重機的最大起升高度。很多大型汽車起重機主臂前都有一個突出滑輪，在副卷揚工作時，順著滑輪吊下副鉤，用于主、副卷揚的組合動作，而很少用副臂與主卷揚進行組合動作。本機屬于中型起重機，不提倡采用副臂，不過可以增加臂的節(jié)數(shù)來增大最大起升高度。4.1.3 三個以上機構(gòu)的組合作業(yè)情況有些大型汽車起重機要求有三、四個動作同時組合功能，是靠手柄的45°聯(lián)動功能實現(xiàn)的，即一個手柄同時控制兩個機構(gòu)的運動，這種操作方式對司機的操作水平要求很高，且有危險，實際作業(yè)中很少使用。本機為中型起重機實現(xiàn)功能沒有大型的多，操作也沒大型的那么復(fù)雜，采用電液比例伺服系統(tǒng)來控制，操作靈活穩(wěn)定，因此，對操作人員要求不是很高。4.1.4 典型工況的確定根據(jù)以上原則，各機構(gòu)的實際作業(yè)情況，起重機試驗規(guī)范，以及很多操作者的實際經(jīng)驗，可確定表 6-1 的五種工況，作為大中型汽車起重機的典型工況。設(shè)計液壓系統(tǒng)時要求各系統(tǒng)的動作能夠滿足這些工況要求。表 3 汽車起重機典型工況表序號工 況 一次循環(huán)內(nèi)容 特 點1基本臂；額定起重量的 80％；相應(yīng)的工作幅度；吊重起升－回轉(zhuǎn)－下降－起升－回轉(zhuǎn)－下降（中間制動一次）起重噸位大，動作單一，很少與回轉(zhuǎn)等機構(gòu)組合動作2基本臂；額定起重量的 80％；相應(yīng)的工作幅度；（主+副）卷揚起升－回轉(zhuǎn)－（主＋副）卷揚下降－（主＋副）卷揚起升－回轉(zhuǎn)－（主＋副）卷揚下降（中間制動一次）主、副卷揚組合動作主要用于平吊安裝或空中翻轉(zhuǎn)3中長臂；中長臂最大額定起重量的 1/2；相應(yīng)的工作幅度；（起升＋回轉(zhuǎn)）－變幅－下降－（起升＋回轉(zhuǎn)）－下降（中間制動一次）起重機在額定起重量的（50～60）％的作業(yè)工況最多4中長臂；中長臂最大額定起重量的 1/2；相應(yīng)的工作幅度；（主+副）卷揚起升－回轉(zhuǎn)－變幅－（主＋副）卷揚下降－（主＋副）卷揚起升 －回轉(zhuǎn)－（主＋副）卷揚下降（中間制動一次）中長臂，中等起重量工況出現(xiàn)機率大，此時的臺裝作業(yè)或空中翻轉(zhuǎn)作業(yè)也很常用續(xù)表 3序號工 況 一次循環(huán)內(nèi)容 特 點5最長臂；最長臂最大額定起重量的 1/2；相應(yīng)的工作幅度；（主＋副）卷揚起升－回轉(zhuǎn)－變幅－（主+副）卷揚下降－（主＋副）卷揚 下降 （中間制動一次）很多工況并不是利用汽車起重機起吊噸位大的特點，而是利用它臂長特點進行高空作業(yè)4.1.5 系統(tǒng)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）主、副卷揚既能單動，又能同時動作，要求自動分流合流并將保證低壓合流高壓自動分流。（2）副卷揚只要求單泵供油。（3）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)采用四節(jié)臂（含有三個液壓缸） ，由于本機為中型起重機為了使本機運用廣泛，采用電液閥控制液壓缸實現(xiàn)各節(jié)臂順序伸縮。各節(jié)臂具有任意伸縮的選擇性，但不能實現(xiàn)同部伸縮。5. 控制回路（1）為了使操縱方便總體要求操縱手柄限制為兩個。（2）操縱元件必須具有 45°方向操縱兩個機構(gòu)聯(lián)動能力。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）要求各支腿可以進行單獨調(diào)整。（3）要求水平支腿伸出距離足夠大，能夠滿足最大吊重而不至于整機傾翻。（4）要求垂直支腿能夠承載最大起重時的壓力。（5）起重機行走時不產(chǎn)生掉腿現(xiàn)象。4.2 液壓系統(tǒng)類型選擇4.2.1 本機液壓系統(tǒng)分析根據(jù)開式和閉式系統(tǒng)的優(yōu)缺點、典型工況，結(jié)合國內(nèi)外同類產(chǎn)品的具體情況，上車液壓系統(tǒng)決定選用多泵多回路和多種型式的高壓變量系統(tǒng)。在起升（主、副卷揚） 、回轉(zhuǎn)、伸縮、變幅、支腿和控制 6 個液壓回路中，起升和回轉(zhuǎn)采用獨立閉式油路，變幅、伸縮和支腿采用開式油路。起升油路分主卷揚油路和副卷揚油路，液壓泵采用具有壓力切斷功能的雙向電液比例排量調(diào)節(jié)泵，此泵能實現(xiàn)排量與輸入電壓信號成正比的控制功能，用手動比例電壓控制閥來進行調(diào)節(jié)，它與定量馬達(dá)構(gòu)成了兩個獨立的容積調(diào)速回路。副卷揚油路可通過合流閥向主卷揚油路自動合流。主副卷揚回路中設(shè)有壓力記憶閥，防止二次起升下墜，緩沖補油和自動冷熱油交換等裝置。由于本機屬于中型起重機，回轉(zhuǎn)比較頻繁，所以回轉(zhuǎn)油路由雙向電液比例排量調(diào)節(jié)泵和定量馬達(dá)組成，除采用緩沖補油和冷熱油自動交換措施外，還采用了防止“打停現(xiàn)象” （在回轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)打停后再回轉(zhuǎn)現(xiàn)象）和防止臂桿因外力（風(fēng)力等）引起的自由擺動的特殊閥（圖中 18） 。伸縮回路有四節(jié)液壓缸，使用電液閥控制使液壓缸實現(xiàn)順序伸縮和各節(jié)臂單獨伸縮。回路中，電磁閥僅通過推動液動閥所需的流量，流量較小，而流動閥才是通過工作機構(gòu)所需的大流量。這樣電磁閥可靠性大大提高。液動閥可通過很大流量，從而提高伸縮速度。大中型起重機的變幅機構(gòu)，為了減小變幅缸的缸徑，通常采用雙缸并聯(lián)回路，即兩個等直徑的變幅缸分別置于臂的兩側(cè)跟臂一起剛性連接。本機采用液控單向閥來鎖緊臂自動下滑，才用了一平衡閥來防止在變幅下降時產(chǎn)生超速現(xiàn)象。伸縮、變幅回路在工作時只能一個單獨工作，用電液比例換向閥來控制它們的伸縮速度。本機采用了一個二位六通轉(zhuǎn)閥來切換伸縮、變幅油路，這樣不但可以實現(xiàn)一個操作手柄單獨操作伸縮、變幅工作，而且用一個二位六通轉(zhuǎn)閥替換了一個電液比例換向閥和一個電路切換開關(guān)降低了生產(chǎn)成本。支腿回路采用 H 式支腿，此支腿外伸距離大，每一支腿有兩個液壓缸，一個水平的，一個垂直的，支腿外伸后成 H 形。支腿回路的各油缸均采用手柄操縱換向閥來實現(xiàn)各種控制。回路中支腿油路轉(zhuǎn)閥可以對各支腿進行單獨調(diào)節(jié)和共同伸縮，液控單向閥可以防止支腿軟腿現(xiàn)象。控制回路采用電控方式來實現(xiàn)。主、副卷揚回路，回轉(zhuǎn)回路均采用了電液比例排量調(diào)節(jié)泵，此泵能實現(xiàn)排量與輸入電信號成正比的控制功能。此泵的控制過程為：操縱手控電閥發(fā)給電液比例方向閥一定量電信號值，電液比例方向閥有一對應(yīng)位移，并打開閥口使補油泵的油液進入變量活塞缸，使之對電液比例方向閥有一跟蹤位移，并使泵的排量變化，直至變量活塞缸的反饋移動量又使電液比例方向閥的閥口關(guān)閉為止。這就使得操縱者搬動手控電閥的角度與泵的排量成正比例變化，達(dá)到預(yù)期的操縱目的。伸縮、變幅回路也采用電液比例閥控制其速度，操縱方式也是用手動比例電壓控制閥。采用電液比例控制的調(diào)速系統(tǒng)，不僅可以省力，也可改變主機的設(shè)計柔性，并且可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離有線或無線控制。根據(jù)汽車起重機的工況，支腿回路、伸縮回路和變幅回路只能一個單獨工作，所以采用同一個液壓泵供油。主、副卷揚回路，回轉(zhuǎn)回路都用了電液比例排量調(diào)節(jié)泵，它們都帶有副泵，此副泵負(fù)責(zé)給自己所在閉式回路補油和提供控制油。4.2.2 各機構(gòu)動作組合、分配及控制1. 各機構(gòu)組合情況圖 4-1 各機構(gòu)動作組合情況支腿機構(gòu)在起升過程中不能動作，但是支腿回路不工作時其他的回路均不能工作，回轉(zhuǎn)可以與各個機構(gòu)進行組合動作，主副起升之間，以及主、副起升分別與變幅，伸縮回路要有組合動作功能，伸縮、變幅之間不需要組合動作，在相同手柄上控制的兩個是靠手動比例電壓控制閥的手柄 45°聯(lián)動功能完成，應(yīng)盡量少用，免得使操縱變得復(fù)雜。各機構(gòu)組合情況如圖 4-1 所示。2. 動力分配情況 根據(jù)設(shè)計要求、工作情況、起重量等，本機的動力分配如圖 4-2 所示：動力元件：3 雙向電液比例排量調(diào)節(jié)泵，1 個單向柱塞泵圖 4-2 上車動力分配情況3. 各機構(gòu)的組合控制情況對于支腿回路伸縮速度控制、伸縮回路、變幅回路、回轉(zhuǎn)回路、主副卷揚回路都采用了電液比例控制方式，用手動比例電壓控制閥手柄做操縱工具，其搭配情況如圖 4-3 所示，控制量由比例電壓控制閥的手柄 45°聯(lián)動完成（支腿電液比例方向閥單獨控制，它與支腿油路轉(zhuǎn)閥一起安裝在底盤上）圖 4-3 手動比例電壓控制閥手柄的工作位置搭配情況4.3 各種執(zhí)行元件的選擇以上各步完成以后，本機的總體方案也已基本確定，各回路的主要元件也可初步確定了。1、動力元件 軸向柱塞雙向變量泵（含輔助泵） 、 軸向柱塞定量泵2、執(zhí)行元件 起升馬達(dá)、 回轉(zhuǎn)馬達(dá)、 變幅油缸、 伸縮臂油缸3、控制元件 功率限制閥、 壓力記憶閥、 電磁閥、電液比例方向閥、先導(dǎo)比例閥 、主副卷揚合流閥、變幅伸縮多路閥、 回轉(zhuǎn)中位浮動閥、平衡閥、單向閥、手動比例電壓控制閥4、輔助裝置 油箱、 濾油器、 各種管道及接頭5 伸縮液壓回路組成原理和性能分析伸 縮 變 幅A??B?ˉ