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摘 要
本文對(duì)QY40型汽車起重機(jī)五個(gè)主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作進(jìn)行了分析，再根據(jù)五個(gè)動(dòng)作設(shè)計(jì)出五部分液壓系統(tǒng)油路，完成了整機(jī)的系統(tǒng)液壓原理圖。根據(jù)機(jī)械性能參數(shù)和液壓性能參數(shù)進(jìn)行了液壓元件的選擇計(jì)算，并完成了汽車起重機(jī)支腿力學(xué)分析和支腿垂直伸縮油缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最后對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行性能驗(yàn)算。
關(guān)鍵詞：汽車起重機(jī)；液壓系統(tǒng)；支腿液壓缸；三聯(lián)齒輪泵
Abstract
This paper QY40 type truck crane five main sports agency action is analyzed .
According to five action designed to five parts hydraulic system lines ,Completed the machine system hydraulic principle diagram. According to the mechanical performance parameters and hydraulic performance parameters for the hydraulic components choice calculation ,And comp-
leted the truck crane branch leg mechanics analysis and a leg vertical telescopic oil cylinder str-
ucture designing. Final performance of hydraulic system checked.
Keyword:Truck crane；Hydraulic system；A leg hydraulic cylinder；Sanilan gearp pump
目 錄
摘 要 i
Abstract ii
1 緒論 1
1.1 起重機(jī)簡(jiǎn)介 1
1.1.1 起重機(jī)的種類 1
1.1.2 汽車起重機(jī)的原理 2
1.2 起重機(jī)發(fā)展史 3
1.2.1 汽車起重機(jī)的國(guó)外發(fā)展史 3
1.2.2 汽車起重機(jī)國(guó)內(nèi)發(fā)展史 4
1.3 研究思路及方案 5
2 汽車起重機(jī)主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析 6
2.1 QY40型汽車起重機(jī)性能參數(shù)要求 6
2.2 QY40型汽車起重機(jī)主要機(jī)構(gòu)分析 6
2.2.1 伸縮機(jī)構(gòu)分析 6
2.2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分析 8
2.2.3 變幅機(jī)構(gòu)分析 10
2.2.4 支腿機(jī)構(gòu)分析 10
2.2.5 起升機(jī)構(gòu)分析 12
3 汽車起重機(jī)液壓回路的初步設(shè)計(jì) 14
3.1 伸縮回路設(shè)計(jì) 14
3.1.1 性能要求 14
3.1.2 功能實(shí)現(xiàn)及工作原理 14
3.2 回轉(zhuǎn)回路設(shè)計(jì) 15
3.2.1 性能要求： 15
3.2.2 功能實(shí)現(xiàn)及工作原理： 15
3.3 變幅回路設(shè)計(jì) 16
3.3.1 性能要求 16
3.3.2 功能實(shí)現(xiàn)及工作原理 16
3.4 支腿回路設(shè)計(jì) 18
3.4.1 性能要求： 18
3.4.2 功能實(shí)現(xiàn)及工作原理 18
3.5 起升回路設(shè)計(jì) 20
3.5.1 性能要求 20
3.5.2 功能實(shí)現(xiàn)及工作原理： 20
4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 22
4.1 QY40型汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理圖： 22
4.2 系統(tǒng)工況表 23
4.3 支腿收放機(jī)構(gòu)計(jì)算 23
4.3.1 支腿支撐位置的確定 23
4.4 支腿油缸的受力計(jì)算 25
4.5 支腿油缸主要幾何的計(jì)算 25
4.5.1 缸筒內(nèi)徑計(jì)算 25
4.5.2 活塞桿直徑d計(jì)算 26
4.5.3 活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算 26
4.5.4 穩(wěn)定性驗(yàn)算 27
4.5.5 缸筒壁厚的計(jì)算 27
4.5.6 缸筒外徑計(jì)算 28
4.5.7 缸底厚度計(jì)算 28
4.6 根據(jù)液壓缸運(yùn)動(dòng)速度要求，定支腿回路流量和相關(guān)閥的型號(hào) 29
4.7 支腿液壓缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29
4.7.1 缸體材料 29
4.7.2 缸筒和缸蓋 29
4.7.3 活塞和活塞桿 30
4.7.4 排氣裝置 30
4.7.5 緩沖裝置 30
4.7.6 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 31
4.8 其它液壓元件的計(jì)算選擇 31
4.8.1 起升馬達(dá)的計(jì)算和選擇 31
4.8.2 液壓泵的選擇 33
4.8.3 其他液壓回路液壓閥選擇 33
4.9 油路的通徑 34
4.9.1 油路的通徑計(jì)算參數(shù) 34
4.9.2 卷揚(yáng)油路 34
4.9.3 回轉(zhuǎn)工作管路 35
4.9.4 伸縮回路管路 35
4.9.5 變幅回路管路 35
4.9.6 支腿回路管路 35
5 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算 37
5.1 管路系統(tǒng)容積效率及壓力效率計(jì)算 37
5.1.1 容積效率 37
5.1.2 壓力效率 37
5.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱驗(yàn)算 38
5.3 工作循環(huán)周期T 38
5.3.1 起升工序 38
5.3.2 回轉(zhuǎn)工序 39
5.3.3 變幅工序 39
5.3.4 下降工序 39
5.3.5 空載回轉(zhuǎn) 39
5.3.6 裝載工序 39
5.3.7 伸縮工序 39
5.4 油泵損失所產(chǎn)生的熱能H 39
5.4.1 主卷揚(yáng)產(chǎn)生的熱量 39
5.4.2 回轉(zhuǎn)泵產(chǎn)生的熱量 40
5.4.3 馬達(dá)產(chǎn)生的熱量 40
5.4.4 起升馬達(dá)產(chǎn)生的熱量 40
5.4.5 回轉(zhuǎn)馬達(dá)產(chǎn)生的熱能 40
5.4.6 管路產(chǎn)生的熱量 40
5.4.7 系統(tǒng)的總發(fā)熱量 40
5.5 油箱散熱量 40
參考文獻(xiàn) 42
致 謝 43
43
1 緒論
1.1 起重機(jī)簡(jiǎn)介
1.1.1 起重機(jī)的種類
中國(guó)古代灌溉農(nóng)田用的桔是臂架型起重機(jī)的雛形。14世紀(jì)，西歐出現(xiàn)了人力和畜力驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)臂架型起重機(jī)。19世紀(jì)前期，出現(xiàn)了橋式起重機(jī)；起重機(jī)的重要磨損件如軸、齒輪和吊具等開始采用金屬材料制造，并開始采用水力驅(qū)動(dòng)。19世紀(jì)后期，蒸汽驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)逐漸取代了水力驅(qū)動(dòng)的起重機(jī)。20世紀(jì)20年代開始，由于電氣工業(yè)和內(nèi)燃機(jī)工業(yè)迅速發(fā)展，以電動(dòng)機(jī)或內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力裝置的各種起重機(jī)基本形成。
到目前可分為
（1）輕小型起重設(shè)備
輕小型起重設(shè)備的特點(diǎn)是輕便、結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作簡(jiǎn)單，作業(yè)范圍投影以點(diǎn)、線為主。輕、小型起重設(shè)備，一般只有一個(gè)升降機(jī)構(gòu)，它只能使重物作單一的升降運(yùn)動(dòng)。屬于這一類的有：千斤頂、滑車、手（氣、電）動(dòng)葫蘆、絞車等。電動(dòng)葫蘆常配有運(yùn)行小車與金屬構(gòu)架以擴(kuò)大作業(yè)范圍。
（2）橋式起重機(jī)
橋式起重機(jī)的特點(diǎn)是可以使掛在吊鉤或其他取物裝置上的重物在空間實(shí)現(xiàn)垂直升降或水平運(yùn)移。橋式起重機(jī)包括：起升機(jī)構(gòu)，大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)。依靠這些機(jī)構(gòu)的配合動(dòng)作，可使重物在一定的立方形空間內(nèi)起升和搬運(yùn)。橋式起重機(jī)、龍門起重機(jī)、裝卸橋、冶金橋式起重機(jī)、纜索起重機(jī)等都屬此類。
（3）臂架式起重機(jī)
臂架式起重機(jī)的特點(diǎn)與橋式起重機(jī)基本相同。臂架式起重機(jī)包括：起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。依靠這些機(jī)構(gòu)的配合動(dòng)作，可使重物在一定的圓柱形空間內(nèi)起重和搬運(yùn)。臂架式起重機(jī)多裝設(shè)在車輛上或其他形式的運(yùn)輸（移動(dòng)）工具上，這樣就構(gòu)成了運(yùn)行臂架式旋轉(zhuǎn)起重機(jī)。如汽車式起重機(jī)、輪胎式起重機(jī)、塔式起重機(jī)、門座式起重機(jī)、浮式起重機(jī)、鐵路起重機(jī)等。
（4）升降機(jī)
升降機(jī)的特點(diǎn)是重物或取物裝置只能沿導(dǎo)軌升降。升降機(jī)雖只有一個(gè)升降機(jī)構(gòu)，但在升降機(jī)中，還有許多其他附屬裝置，所以單獨(dú)構(gòu)成一類，它包括：電梯、貨梯、升船機(jī)等。除此以外，起重機(jī)還有多種分類方法。例如，按取物裝置和用途分類，有吊鉤起重機(jī)、抓斗起重機(jī)、電磁起重機(jī)、冶金起重機(jī)、堆垛起重機(jī)、集裝箱起重機(jī)和援救起重機(jī)等；按運(yùn)移方式分類，有固定式起重機(jī)、運(yùn)行式起重機(jī)、自行式起重機(jī)、拖引式起重機(jī)、爬升式起重機(jī)、便攜式起重機(jī)、隨車起重機(jī)等；按驅(qū)動(dòng)方式分類，有支承起重機(jī)、懸掛起重機(jī)等；按使用場(chǎng)合分類，有車間起重機(jī)、機(jī)器房起重機(jī)、倉庫起重機(jī)、貯料場(chǎng)起重機(jī)、建筑起重機(jī)、工程起重機(jī)、港口起重機(jī)、船廠起重機(jī)、壩頂起重機(jī)、船上起重機(jī)等。
1.1.2 汽車起重機(jī)的原理
一般汽車起重機(jī)由支腿機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)所組成，其機(jī)構(gòu)如下圖所示：
圖1-1 汽車起重機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
根據(jù)以上機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求，其相應(yīng)的液壓系統(tǒng)分為支腿回路、回轉(zhuǎn)回路、伸縮回路、變幅回路、起升回路所組成，其各機(jī)構(gòu)完成的動(dòng)作和功能如下：
（1）支腿回路
汽車起重機(jī)的底盤前后各有兩條支腿，每一第支腿由一個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)。兩條前支腿和兩條后支腿分別由三位四通手動(dòng)換向閥A和B控制其伸出或縮回。每個(gè)液壓缸的油路均設(shè)有雙向鎖緊回路，以保證支腿被可靠地鎖住，防止在起重作業(yè)時(shí)發(fā)生“軟腿”現(xiàn)象或行車過程中支腿自行滑落。
（2）回轉(zhuǎn)回路
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用液壓馬達(dá)作為執(zhí)行元件。液壓馬達(dá)通過蝸輪蝸桿速箱和一對(duì)內(nèi)嚙合的齒輪來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速較低，每分鐘僅為1~3轉(zhuǎn)，故液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速也不高，就沒有必要設(shè)置液壓馬達(dá)的制動(dòng)回路。
（3）伸縮回路
起重機(jī)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(gè)三位四通手動(dòng)換向閥D控制的伸縮液壓缸來驅(qū)動(dòng)吊臂的伸出和縮回。為防止因自重而使吊臂下降，油路中設(shè)有平衡回路。
（4）變幅回路
吊臂變幅就是用一個(gè)液壓缸來改變起重臂的角度。變幅液壓缸由三位四通手動(dòng)換向閥E控制。同樣，為防止在變幅作業(yè)時(shí)因自重而使吊臂下落，在油路中設(shè)有平衡回路。
（5）起降回路：起降機(jī)構(gòu)是汽車起重機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)，它是一個(gè)由大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)帶動(dòng)的卷揚(yáng)機(jī)。在液壓馬達(dá)的回油路中設(shè)有平衡回路，以防止重物落下。此外，在液壓馬達(dá)上還設(shè)有由單向節(jié)流閥和單作用閘缸組成的制動(dòng)回路，使制動(dòng)器張開延時(shí)而緊閉迅速，以避免卷揚(yáng)機(jī)起停時(shí)發(fā)生溜車下滑現(xiàn)象。
1.2 起重機(jī)發(fā)展史
1.2.1 汽車起重機(jī)的國(guó)外發(fā)展史
輪式起重機(jī)最初是以誕生于1869年的蒸汽軌道式起重機(jī)發(fā)展而來的，經(jīng)歷了軌道式、實(shí)心輪胎式、充氣輪胎式的發(fā)展變化過程。
由于輪式起重機(jī)具有機(jī)動(dòng)靈活、操作方便、效率高等特點(diǎn)，在二戰(zhàn)后修復(fù)戰(zhàn)爭(zhēng)創(chuàng)傷和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。早期的輪式起重機(jī)大多采用機(jī)械傳動(dòng)的桁架式臂架。隨著60年代中期液壓技術(shù)的發(fā)展，液壓伸縮臂輪式起重機(jī)得到迅速發(fā)展。到80年代末，中小噸位的輪式起重機(jī)己多數(shù)采用液壓伸縮式臂架，僅有一部分大噸位汽車起重機(jī)仍采用桁架式臂架。
20世紀(jì)60年代末期，隨著大型建筑、石油化工、水電站等大型工程的發(fā)展，對(duì)輪式起重機(jī)的性能、工作效率和安全性提出了更高的要求。由于當(dāng)時(shí)液壓技術(shù)、電子技術(shù)、汽車工業(yè)的發(fā)展及新型高強(qiáng)度鋼材的不斷出現(xiàn)，使輪式起重機(jī)開始向大型化發(fā)展，并且在普通輪胎式起重機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)出越野輪胎起重機(jī)，隨后又開發(fā)出全路面起重機(jī)。全路面起重機(jī)綜合了汽車起重機(jī)高速行駛和越野輪胎起重機(jī)吊重行走及高通過性的特點(diǎn)，在近20多年得到很大發(fā)展。
1.2.2 汽車起重機(jī)國(guó)內(nèi)發(fā)展史
1958年，北起在K32型基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)的Q51型5噸汽車起重機(jī)，批量生產(chǎn)后擴(kuò)散到全國(guó)多家工廠生產(chǎn)，同年8月正式改名為北京起重機(jī)器廠。1960 年，改進(jìn)設(shè)計(jì)的機(jī)械傳動(dòng)Q81型8噸汽車起重機(jī)以及100噸橋式起重機(jī)試制成功，Q51型5噸汽車起重機(jī)出口援外，開始了中國(guó)汽車起重機(jī)的出口歷史。
? ? 1963年3月，徐州重型機(jī)械廠（徐工集團(tuán)前身）生產(chǎn)的第一臺(tái)Q51型5噸汽車起重機(jī)下線。1964年，北起開始研制液壓元件，為生產(chǎn)液壓式起重機(jī)打下基礎(chǔ)。1966年，根據(jù)“三線建設(shè)”的方針，北起廠一分為二，將235臺(tái)設(shè)備，約2600名生產(chǎn)技術(shù)骨干及家屬，全套起重機(jī)技術(shù)圖紙，配套地運(yùn)往四川瀘州，僅用了一年時(shí)間就建立起當(dāng)?shù)刈畲笠?guī)模的國(guó)營(yíng)企業(yè)——長(zhǎng)江起重機(jī)器廠。1968年，Q84型8噸液壓汽車起重機(jī)試制成功，這是我國(guó)自行研制的第一臺(tái)液壓式汽車起重機(jī)。1976年，北起與長(zhǎng)沙建設(shè)機(jī)械研究所聯(lián)合，試制成功QD100型100噸桁架臂式汽車起重機(jī)，并應(yīng)用在唐山大地震搶險(xiǎn)中。
從2004年開始，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)崛起，電力、石化、鋼鐵、交通基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)入建設(shè)高潮。國(guó)內(nèi)履帶式挖掘機(jī)市場(chǎng)快速膨脹。有實(shí)力的企業(yè)全力加大了對(duì)履帶起重機(jī)的研發(fā)投入，撫順挖掘機(jī)制造有限責(zé)任公司于2005-2006年年間，先后推出了250噸和350噸履帶起重機(jī)，徐州重型機(jī)械有限公司2005年推出 300噸履帶起重機(jī)。除了以上兩家國(guó)內(nèi)原有的履帶起重機(jī)生產(chǎn)廠家外。2004年上海三一科技有限公司加入了履帶起重機(jī)制造商的行列，陸續(xù)推出50噸、80 噸和150噸履帶起重機(jī)，2006年又推出400噸履帶起重機(jī)。2004年底，中聯(lián)重科浦沅分公司推出200噸履帶起重機(jī)，此后又陸續(xù)推出70噸、100 噸、160噸和50噸履帶起重機(jī)。至此，國(guó)內(nèi)履帶起重機(jī)已有35-400噸十幾個(gè)型號(hào)，形成了較為全面的產(chǎn)品型譜。撫挖、徐重、三一、中聯(lián)浦沅成為主要生產(chǎn)企業(yè)。
1.2.3 汽車起重機(jī)的國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)
（1）采用國(guó)際化配套，對(duì)系統(tǒng)性要求較高的液壓元件如泵、閥、馬達(dá)等采用國(guó)際化配套可提高產(chǎn)品的可靠性，另外，國(guó)外使用成熟、量大價(jià)廉的元件在國(guó)內(nèi)也廣泛使用。
（2）采用卡套式接頭，由于卡套式接頭在控制系統(tǒng)污染、防泄露等方面具有很強(qiáng)的優(yōu)越性，使用卡套式接頭能大大減少故障率和早期反饋率。
（3）在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)速度分檔，由于不同施工項(xiàng)目的不同要求，對(duì)起重機(jī)各動(dòng)作速度的要求也不一樣，速度分檔技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，設(shè)計(jì)不同的速度檔位，以適用不同工況的要求。
（4）廣泛使用高度集成的、模塊化閥組，能簡(jiǎn)化管路，有效的減少液組，提高效率，同時(shí)易于維護(hù)。
（5）向計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的縱深滲透，汽車起重機(jī)將向無線遙控技術(shù)、遠(yuǎn)程診斷服務(wù)技術(shù)、黑匣子自我保護(hù)技術(shù)等方向發(fā)展，為了實(shí)現(xiàn)整機(jī)的功能，液壓技術(shù)將同計(jì)算機(jī)技術(shù)相互滲透，共同發(fā)展
1.3 研究思路及方案
本課題主要針對(duì)汽車起重機(jī)的功能、組成和工作特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外汽車起重機(jī)的運(yùn)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)一款能夠適應(yīng)國(guó)內(nèi)外工程建設(shè)的中型汽車起重機(jī)（QY40）液壓系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)本機(jī)液壓系統(tǒng)時(shí)，在明確設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求，不要偏離題目；仔細(xì)研究設(shè)計(jì)方案，理清設(shè)計(jì)思路，使設(shè)計(jì)過程清晰化，這兩點(diǎn)的基礎(chǔ)上。進(jìn)行以下研究工作：
對(duì)各工作機(jī)構(gòu)液壓回路進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)個(gè)回路的組成原理和性能進(jìn)行分析。
根據(jù)本機(jī)液壓系統(tǒng)工作參數(shù)和各機(jī)構(gòu)主要參數(shù)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)液壓系統(tǒng)要求，對(duì)主要液壓元件進(jìn)行選擇。
液壓元件選好以后需要對(duì)特定回路進(jìn)行性能計(jì)算，其中包括系統(tǒng)特定回路功率計(jì)算，特定回路性能驗(yàn)算以及對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)熱進(jìn)行驗(yàn)算。
2 汽車起重機(jī)主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分析
2.1 QY40型汽車起重機(jī)性能參數(shù)要求
最大起重量40噸；
最大起重力矩600 k N·m
最高提升速度=10；
基本臂長(zhǎng) 10.5m 最長(zhǎng)主臂長(zhǎng) 32.55m
最大起升高度 基本臂：11.2m 伸縮臂：32.8m
發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)SC8DK230Q3 發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率 170/2200Kw/(r/min)
發(fā)動(dòng)機(jī)額定扭矩 830/1400N.m/(r/min)
發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 2200r/min
以上參數(shù)在下述計(jì)算中不再標(biāo)出。
2.2 QY40型汽車起重機(jī)主要機(jī)構(gòu)分析
一般汽車起重機(jī)主要液壓機(jī)構(gòu)有：支腿機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)所組成。
2.2.1 伸縮機(jī)構(gòu)分析
主要?jiǎng)幼鳎荷扉L(zhǎng)—保持—縮回
特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，起升噸位大。
（1)一般有三種伸縮方式：順序伸縮、同步伸縮和獨(dú)立伸縮。
順序伸縮是指各節(jié)伸縮臂按一定先后次序完成伸縮動(dòng)作。為了使各節(jié)伸縮臂伸出后的起重能力與起重機(jī)的起重特性相適應(yīng)，伸臂順序與縮臂順序相反。
獨(dú)立伸縮是指各節(jié)伸縮臂無關(guān)聯(lián)地獨(dú)立進(jìn)行伸縮動(dòng)作。顯然，獨(dú)立伸縮機(jī)構(gòu)同樣也可以完成順序伸縮同步伸縮的動(dòng)作。
同步伸縮是指各節(jié)伸縮臂以相同的行程比率同時(shí)伸縮。
（2）驅(qū)動(dòng)形式：
臂架伸縮機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)形式有機(jī)械式、液壓式和復(fù)合式三種。
機(jī)械式驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，一般只能在吊鉤空負(fù)荷時(shí)使臂架伸縮，而且只用于有一節(jié)伸縮臂的小噸位起重機(jī)上。臂架伸縮的驅(qū)動(dòng)型式有鋼繩卷筒驅(qū)動(dòng)、齒輪條驅(qū)動(dòng)，或者利用其它工作機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。
液壓驅(qū)動(dòng)是吊臂伸縮機(jī)構(gòu)的主要驅(qū)動(dòng)型式。設(shè)計(jì)相應(yīng)的伸縮液壓缸和油路，可以實(shí)現(xiàn)臂架的各種伸縮方式
復(fù)合式驅(qū)動(dòng)由伸縮液壓缸和機(jī)械傳動(dòng)裝置組成，油缸的數(shù)目和作用方式視活動(dòng)臂節(jié)數(shù)而定。機(jī)械傳動(dòng)裝置通常才用鋼繩或鏈條滑輪組。鋼繩滑輪組的缺點(diǎn)是，鋼繩伸長(zhǎng)量大，而且有可能跳槽，張緊度調(diào)整不當(dāng)時(shí)，伸縮運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，使用中的維護(hù)工作量增加。鏈條滑輪組雖然能克服上述部分缺點(diǎn)，但重量大。目前以鋼繩滑輪組使用較多
起重臂伸縮機(jī)構(gòu)主起重臂是由鋼板焊制的箱形結(jié)構(gòu)，共三節(jié)（基本臂、二節(jié)臂、三節(jié)臂），全動(dòng)力同步伸縮，全部伸出時(shí)臂長(zhǎng)24.5m，全部縮回時(shí)臂長(zhǎng)10.2m。起重機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)工作原理如圖所示。
1、8-滑輪 2-伸臂鋼絲繩 3-二節(jié)臂 4-伸縮液壓缸 5-伸縮鋼絲繩固定點(diǎn) 6-基本臂 7-伸縮鋼絲繩 9-三節(jié)臂 10-縮臂鋼絲繩固定點(diǎn)
圖2-1 伸縮臂架原理圖
二節(jié)臂采用一個(gè)單級(jí)雙作用液壓缸實(shí)現(xiàn)伸縮。液壓缸倒置安裝活塞桿端頭用銷軸固定在基本臂根部，液壓缸中部鉸點(diǎn)將缸體聯(lián)接在二節(jié)臂后端。因此，當(dāng)從活塞桿端頭通入壓力油后，二節(jié)臂隨同液壓缸體一同伸出或縮進(jìn)
三節(jié)臂采用鋼絲繩系統(tǒng)進(jìn)行伸縮。伸臂鋼絲繩一端固定在基本臂前端一側(cè)，然后穿過立裝在二節(jié)臂前端同一側(cè)的滑輪及平裝在三節(jié)臂后端的滑輪，再穿過立裝在二節(jié)臂前端另一側(cè)的滑輪，最后固定在基本臂前端另一側(cè)?？s臂鋼絲繩一端固定在基本臂前端，然后穿過固定在基本臂前端及二節(jié)臂尾部的導(dǎo)向滑輪，再固定在三節(jié)臂尾部。這樣，當(dāng)二節(jié)臂在液壓缸作用下向外推出時(shí)，通過伸臂鋼絲繩同時(shí)將三節(jié)臂拉出；同樣，二節(jié)臂縮回時(shí)，通過縮臂鋼絲繩將三節(jié)臂拉回。
具有臂架伸縮機(jī)構(gòu)的起重機(jī)，不需要接臂和拆臂，縮短了輔助作業(yè)時(shí)間。臂架全部縮回以后，起重機(jī)外形尺寸減小，提高了機(jī)動(dòng)性和通過性。臂架采用液壓伸縮機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)伸縮和帶載伸縮，擴(kuò)大了汽車和輪胎起重機(jī)、鐵路救援起重機(jī)在復(fù)雜使用條件下的使用功能。
伸縮臂鋼絲繩端部均裝有調(diào)節(jié)螺栓，用以調(diào)節(jié)鋼絲繩的長(zhǎng)度，使之松緊適當(dāng)。各節(jié)起重臂相對(duì)滑動(dòng)部位（上、下方及兩側(cè)），都裝有滑塊，以減少磨損。起重臂全部滑輪均安裝在滾動(dòng)軸承上，以減少伸縮臂時(shí)的阻力。副臂為橋架式結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度為7.5m，不使用時(shí)折疊收放在基本臂右側(cè)，安裝上主臂后，其軸線與主臂軸線成2°交角。
2.2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分析
主要?jiǎng)幼鳎夯剞D(zhuǎn)—鎖緊—回轉(zhuǎn)—鎖緊
根據(jù)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所需工況我們初步從以下機(jī)構(gòu)當(dāng)中選?。?
回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是完成臂桿轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置。全液壓汽車起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)臺(tái)、回轉(zhuǎn)支承和驅(qū)動(dòng)裝置。
由回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)帶動(dòng)減速機(jī)構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)裝置，固定在上車轉(zhuǎn)臺(tái)上，其下部的輸出軸上安裝驅(qū)動(dòng)齒輪?；剞D(zhuǎn)支承似一盤大滾動(dòng)軸承，內(nèi)座圈為不動(dòng)圈，內(nèi)圓柱面上制成齒圈，固定在下車的車架上；外座圈為轉(zhuǎn)動(dòng)圈，通過滾珠相對(duì)內(nèi)座圈可以轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在轉(zhuǎn)臺(tái)的底部。當(dāng)驅(qū)動(dòng)齒輪與內(nèi)座圈的齒圈嚙合時(shí)，帶動(dòng)外座圈和轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)吊機(jī)在固定的下車上回轉(zhuǎn)。
(1)回轉(zhuǎn)軸承作為回轉(zhuǎn)支承最主要的部分，是在普通滾動(dòng)軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但一般滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈的剛度依靠軸承座孔的剛度來保證，而回轉(zhuǎn)軸承的剛度則由下車地盤的結(jié)構(gòu)來保證。
滾道是由內(nèi)座圈和外座圈合成一個(gè)整體的曲面滾道。齒圈可以為外齒圈式，也可以為內(nèi)齒圈式。滾珠和導(dǎo)向體安裝時(shí)，均由內(nèi)座圈或外座圈的專用切向圓孔裝入滾道，然后將安裝孔堵住。為了潤(rùn)滑滾盤，設(shè)有數(shù)個(gè)黃油嘴。
單排滾珠式軸承，重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、制造成本低，允許小的安裝誤差，但承載能力小，適合小噸位使用。
圖2-2 回轉(zhuǎn)軸承
（2）回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置
電動(dòng)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置
回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置通常裝在起重機(jī)的回轉(zhuǎn)部分上，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速器帶動(dòng)最后一級(jí)小齒輪、小齒輪與裝在起重機(jī)固定部分上的大齒圈相嚙合，以實(shí)現(xiàn)起重機(jī)回轉(zhuǎn)
液壓回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置
液壓驅(qū)動(dòng)的小起重量起重機(jī)，通過液壓回路和換向閥的合適機(jī)能，可以使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不裝制動(dòng)器，同時(shí)保證回轉(zhuǎn)部分在任意位置上停住，并避免沖擊。高速液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)形式，在汽車式、輪胎式和鐵路起重機(jī)上應(yīng)用廣泛。如圖6，低速大扭矩液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速每分鐘在0-100轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，因此，可以直接在油馬達(dá)軸上安裝回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的小齒輪，如馬達(dá)輸出扭矩不滿足傳動(dòng)要求，可以加裝機(jī)械減速裝置。該形式在一些小噸位汽車起重機(jī)上有所應(yīng)用?？梢栽谝簤厚R達(dá)輸出軸上加裝制動(dòng)器。
圖2-3 低速大扭矩液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
采用低速大扭矩液壓馬達(dá)可以省去或減小減速裝置，因此機(jī)構(gòu)很緊湊。但低速大扭矩液壓馬達(dá)成本高，使用可靠性不如高速液壓馬達(dá)，加之可以采用結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大的行星傳動(dòng)或蝸輪傳動(dòng)，高速液壓馬達(dá)在起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中使用廣泛。綜上所述，QY40回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為高速液壓馬達(dá)加裝制動(dòng)器的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
2.2.3 變幅機(jī)構(gòu)分析
主要?jiǎng)幼鳎涸龇３帧獪p幅—保持
根據(jù)變幅機(jī)構(gòu)的工作過程我們擬定以下機(jī)構(gòu)：
絕大部分工程起重機(jī)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(shí)現(xiàn)改變幅度的液壓工作回路，用來擴(kuò)大起重機(jī)的工作范圍，提高起重機(jī)的生產(chǎn)率。一半可以分為以下幾種：
（1）普通臂架變幅機(jī)構(gòu)
普通臂架變幅機(jī)構(gòu)分為臂架擺動(dòng)式和運(yùn)行小車式其中臂架擺動(dòng)式變幅機(jī)構(gòu)在變幅過程中物品和臂架重心會(huì)隨幅度改變而發(fā)生不必要的升降，需要額外消耗能量，在增大幅度時(shí)產(chǎn)生較大的慣性載荷，這種變幅機(jī)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)單，在非工作性變幅或不經(jīng)常帶載變幅的汽車起重機(jī)，輪胎起重機(jī)、履帶式起重機(jī)、鐵路起重機(jī)、桅桿起重機(jī)和塔式起重機(jī)被廣泛采用
臂架擺動(dòng)式變幅機(jī)構(gòu)又分為定長(zhǎng)臂變幅機(jī)構(gòu)和伸縮臂架變幅機(jī)構(gòu)
伸縮臂架變幅機(jī)構(gòu)液壓缸變幅是伸縮臂式起重機(jī)最有代表性的變幅形式。液壓缸變幅機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易于布置，工作平穩(wěn)。根據(jù)變幅力大小，可采用雙缸或單缸。臂架變幅液壓缸有三種布置方式：前置式、后置式和后拉式。
（2）平衡臂架變幅機(jī)構(gòu)
平衡臂架變幅機(jī)構(gòu)又分繩索補(bǔ)償性組合臂架型大多用大型起重機(jī)。
考慮到QY40型的載重和機(jī)構(gòu)性價(jià)比，我們選用前置式伸縮臂架變幅機(jī)構(gòu)。
2.2.4 支腿機(jī)構(gòu)分析
支腿收放有手動(dòng)和液壓兩種驅(qū)動(dòng)形式。用人力收放支腿，笨重費(fèi)力，使用不便。近代汽車和輪胎式起重機(jī)都采用液壓驅(qū)動(dòng)的支腿。常見的支腿類型有以下幾種：蛙式支腿、H型支腿和X型支腿。
蛙式支腿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，液壓缸數(shù)量少重量輕。但每個(gè)支腿在高度上單獨(dú)調(diào)節(jié)困難不易保證車架水平，而且支腿搖臂尺寸有限，因而支腿跨距就不能太大，宜用在小噸位起重機(jī)。
1、支腿盤 2、支腿搖臂 3、液壓缸 4、車架 5、活動(dòng)套 6、撐桿
圖2-4 蛙式支腿
H型支腿如下圖2-5所示，每一支腿有兩個(gè)液壓缸，水平外伸液壓缸和垂直支撐液壓缸。為保證足夠的外伸距離大，每個(gè)腿可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，對(duì)作業(yè)場(chǎng)地和地面的適應(yīng)性好，廣泛用于中大型起重機(jī)上。缺點(diǎn)是重量大，支腿高度大。
1 、固定梁2、活動(dòng)梁3、立柱外套4、立柱外套5、水平液壓缸6 、垂直液壓缸7、支腳盤
圖2-5 H型支腿
X型支腿如下圖2-6所示，此支腿的垂直的垂直支撐液壓缸作用在固定腿上，每個(gè)腿能單獨(dú)調(diào)節(jié)高度，可以伸入斜角內(nèi)支撐，X型支腿較軸數(shù)目多。行駛時(shí)離地間隙小，垂直液壓缸的壓力比H型支腿高。在打支腿時(shí)有水平位移?，F(xiàn)已逐漸被H型支腿取代。
1 、垂直液壓缸2、車架3、伸縮液壓缸4、固定腿5、伸縮腿6、支腿盤
圖2-6 X型支腿
汽車起重機(jī)設(shè)置支腿可以大大提高起重機(jī)的起重能力。為了使起重機(jī)在吊重過程中安全可靠，支腿要求堅(jiān)固可靠，伸縮方便。在行駛時(shí)收回，工作時(shí)外伸撐地。還可以根據(jù)地面情況對(duì)各支腿進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。
基于QY40為中型噸位起重機(jī)，從安全性和普遍性考慮我們選用H型支腿。
2.2.5 起升機(jī)構(gòu)分析
主要?jiǎng)幼鳎壕硗采蠐P(yáng)—保持—卷筒下?lián)P—鎖死
根據(jù)工況擬定以下機(jī)構(gòu)供選擇。
隨著液壓汽車起重機(jī)的發(fā)展，對(duì)起升機(jī)構(gòu)的性能要求越來越高，不僅重量要輕，工作可靠，而且還要求調(diào)速。
起升機(jī)構(gòu)由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)三種驅(qū)動(dòng)方式。
（1）內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)，其動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)機(jī)械傳動(dòng)裝置集中傳給包括齊聲機(jī)構(gòu)在內(nèi)的各個(gè)工作機(jī)構(gòu)。這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是具有自身獨(dú)立的能源，機(jī)動(dòng)靈活，適用于流動(dòng)作業(yè)的流動(dòng)時(shí)起重機(jī)目前只在現(xiàn)有的少數(shù)履帶式起重機(jī)和鐵路起重機(jī)上應(yīng)用
（2）電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是起升機(jī)構(gòu)主要的驅(qū)動(dòng)方式。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性適合起升機(jī)構(gòu)工作要求，調(diào)速性能好，但獲得直流電源較為困難。在大型的工程起重機(jī)上，常采用內(nèi)燃機(jī)和直流發(fā)電機(jī)實(shí)線直流傳動(dòng)，交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)能直接從電網(wǎng)取得電能，操控簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，機(jī)組重量輕，在電動(dòng)起身機(jī)構(gòu)中被廣泛采用。
（3）液壓驅(qū)動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)，由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵，將工作油液輸入執(zhí)行構(gòu)件使機(jī)構(gòu)動(dòng)作，通過控制輸入執(zhí)行機(jī)構(gòu)的液體流量實(shí)現(xiàn)調(diào)速。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)比大，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的無級(jí)調(diào)速，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作方便。過載保護(hù)性能好。缺點(diǎn)是液壓傳動(dòng)元件的制造精度要求高，液體容易泄漏。目前液壓驅(qū)動(dòng)在流動(dòng)式起重機(jī)上廣泛應(yīng)用。
考慮到QY40型汽車起重機(jī)的載荷大小和整體性選擇液壓系統(tǒng)我們這里采用雙卷筒液壓驅(qū)動(dòng)。起升機(jī)構(gòu)液壓馬達(dá)1，通過減速箱2和內(nèi)漲離合器5，分別把動(dòng)力傳到主副卷筒4上。結(jié)構(gòu)形式如下圖
1、 驅(qū)動(dòng)裝置 2、減速器 3、制動(dòng)器 4、卷簡(jiǎn) 5、離合器
圖2-7 雙卷筒起升機(jī)構(gòu)
3 汽車起重機(jī)液壓回路的初步設(shè)計(jì)
通過對(duì)汽車起重機(jī)五大機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，分別設(shè)計(jì)其液壓原理圖
3.1 伸縮回路設(shè)計(jì)
3.1.1 性能要求
起重機(jī)具有臂架伸縮機(jī)構(gòu)后，不需要接臂和拆臂，縮短了輔助作業(yè)時(shí)間。臂架全部縮回后，起重機(jī)外形尺寸減小，提高了機(jī)動(dòng)性和通用性。臂架采用液壓伸縮機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)伸縮和帶載伸縮，擴(kuò)大了汽車起重機(jī)復(fù)雜條件下的使用功能
3.1.2 功能實(shí)現(xiàn)及工作原理
根據(jù)選定的液壓機(jī)構(gòu)初步擬定以下回路：
14.4、三位六通換向閥 17、同步伸縮缸 18、平衡閥 19、單向閥
圖3-1 伸縮原理圖
液壓油通過換向閥進(jìn)入同步伸縮缸，同步缸伸出。換向閥打到中位時(shí)油路鎖死，在換向閥也同步油缸中間有一個(gè)平衡閥，能夠防止垂直防止的液壓缸和與之相連的工作部件因自重而自行下落。當(dāng)換向閥4右位接入回落使活塞下行時(shí)，回油路上存在著一定的背壓；只要調(diào)節(jié)單行順序閥使液壓缸內(nèi)的背壓能夠支撐得住活塞和與之相連的工作部件，活塞就能平穩(wěn)下落。
（1）伸出
進(jìn)油路：三位六通換向閥→平衡閥→同步缸
出油路：同步缸→三位六通換向閥→油箱
（2）縮回
進(jìn)油路：三位六通換向閥→同步缸
出油路：同步缸→平衡閥→三位六通換向閥→油箱
3.2 回轉(zhuǎn)回路設(shè)計(jì)
3.2.1 性能要求：
功用：能與起升機(jī)構(gòu)同時(shí)動(dòng)作，不要求與變幅、伸縮機(jī)構(gòu)同時(shí)動(dòng)作?；剞D(zhuǎn)支承保證起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分有確定的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并承受起重機(jī)回轉(zhuǎn)部分作用于它的垂直力、水平力和傾覆力矩。當(dāng)回轉(zhuǎn)力過大時(shí)必須要有緩沖裝置并且能自己主動(dòng)補(bǔ)油。
3.2.2 功能實(shí)現(xiàn)及工作原理：
擬定液壓系統(tǒng)圖如下：
11.1、梭閥11.2、單項(xiàng)閥11.3、溢流閥11.4、制動(dòng)液壓缸14.2、三位六通換向閥
16、回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)
圖3-2 回轉(zhuǎn)原理圖
根據(jù)工況液壓馬達(dá)首先要轉(zhuǎn)向，當(dāng)三位流通換向閥換到右位時(shí)，液壓油進(jìn)入液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)。當(dāng)手動(dòng)換向閥處于中位時(shí)有路鎖死，當(dāng)手動(dòng)換向閥處于左位時(shí)液壓油從下面流入液壓馬達(dá)，實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的反轉(zhuǎn)。單向閥能夠很好的控制油路方向。
（1）正轉(zhuǎn)：
進(jìn)油路：?jiǎn)蜗蜷y→三位六通換向閥→液壓馬達(dá)
↓
梭閥→制動(dòng)液壓缸
回油路：液壓馬達(dá)→三位六通換向閥→油箱
（2）反轉(zhuǎn)：
進(jìn)油路：?jiǎn)蜗蜷y→三位六通換向閥→液壓馬達(dá)
↓
梭閥→制動(dòng)液壓缸
回油路：液壓馬達(dá)→三位六通換向閥→油箱
（3）緩沖補(bǔ)油：
當(dāng)液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)壓力過大制動(dòng)時(shí)必然導(dǎo)致一邊的油壓增大，此時(shí)溢流閥導(dǎo)通壓力高的一側(cè)液壓油進(jìn)入壓力低的一側(cè)，使兩邊壓力平衡。這樣有可能導(dǎo)致有一側(cè)液壓管出現(xiàn)真空現(xiàn)象，此時(shí)梭閥可以吸油防止真空現(xiàn)象。
3.3 變幅回路設(shè)計(jì)
3.3.1 性能要求
起落臂平穩(wěn)，變幅在任意值允許位置能可靠鎖死。帶載調(diào)幅其載荷為吊臂伸出后相應(yīng)額定載荷的1/3。對(duì)于起吊額定載荷，只允許從大幅度向小幅度調(diào)整
3.3.2 功能實(shí)現(xiàn)及工作原理
考慮到QY40型的載重和機(jī)構(gòu)性價(jià)比，我們選用前置式伸縮臂架變幅機(jī)構(gòu)
14.5 、三位六通換向閥 19、伸縮液壓缸 20、平衡閥與節(jié)流閥組合閥 26、單向閥
圖3-3 變幅原理圖
平衡閥作用：能夠防止垂直防止的液壓缸和與之相連的工作部件因自重而自行下落。當(dāng)換向閥4右位接入回落使活塞下行時(shí)，回油路上存在著一定的背壓；只要調(diào)節(jié)單行順序閥使液壓缸內(nèi)的背壓能夠支撐得住活塞和與之相連的工作部件，活塞就能平穩(wěn)下落。當(dāng)換向閥4右位接入回落使活塞下行時(shí)，回油路上存在著一定的背壓；只要調(diào)節(jié)單行順序閥使液壓缸內(nèi)的背壓能夠支撐得住活塞和與之相連的工作部件，活塞就能平穩(wěn)下落。
（1）增幅
液壓油從單向閥進(jìn)入手動(dòng)換向閥，當(dāng)手動(dòng)換向閥打向右位時(shí)液壓油進(jìn)入平衡閥再進(jìn)入液壓缸，液壓缸伸出實(shí)現(xiàn)增幅。
進(jìn)油路：?jiǎn)蜗蜷y→三位六通換向閥→平衡閥→液壓缸
出油路：液壓缸→換向閥→油箱
（2）保持
三位六通手動(dòng)換向閥打到中位，油路鎖死，同時(shí)平衡閥能夠有效的保壓，保持液壓缸的壓力防止液壓缸下滑
（3）減幅
液壓油從單向閥進(jìn)入手動(dòng)換向閥，當(dāng)手動(dòng)換向閥打到左位時(shí)液壓油從下路就入液壓缸，液壓缸縮回實(shí)現(xiàn)減幅
進(jìn)油路：?jiǎn)蜗蜷y→三位六通換向閥→液壓缸
出油路：液壓缸→平衡閥→三位六通換向閥→油箱
3.4 支腿回路設(shè)計(jì)
3.4.1 性能要求：
活動(dòng)支腿是由上下蓋板、左右立板以及其他加強(qiáng)板組成的封閉式的箱形薄壁結(jié)構(gòu),由于其結(jié)構(gòu)形狀和受載情況復(fù)雜,靜不定次數(shù)高,精確計(jì)算難度大。為減少計(jì)算工作量,傳統(tǒng)計(jì)算方法做出了各種各樣的簡(jiǎn)化和假定,因此計(jì)算結(jié)果同實(shí)際情況有很大的出入,難以滿足工程需要。本文利用功能強(qiáng)大的大型通用有限元分析軟件ANSYS對(duì)某型汽車起重機(jī)活動(dòng)支腿結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度分析,并根據(jù)分析結(jié)果給出了活動(dòng)支腿的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。支腿回路性能要求水平液壓缸和豎直液壓缸伸縮方便；支撐平穩(wěn)；可防止軟腿現(xiàn)象；可單獨(dú)對(duì)各支腿進(jìn)行調(diào)節(jié)；在鎖死的時(shí)候油缸不發(fā)生油液泄露。
3.4.2 功能實(shí)現(xiàn)及工作原理
根據(jù)H刑支腿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，擬定液壓系統(tǒng)圖如下：
4.1、溢流閥 4.2、溢流閥 4.3、單向閥 4.4、液控單向閥 5.1、三位六通換向閥
5.2、三位四通換向閥 6、水平液壓缸 7、垂直液壓缸 8、雙向液壓鎖
圖3-4 支腿回路原理圖
根據(jù)工況，首先支腿水平伸出再垂直伸出，所以實(shí)際操作時(shí)我們要先把多路閥打到水平控制位置，按下進(jìn)油的操作閥水平油缸伸出。再把多路閥按到垂直控制位子，按下進(jìn)油的操作閥垂直油缸伸出。收車時(shí)則相反。這里我們加了一個(gè)4.2作為一個(gè)安全閥使輸出的油壓穩(wěn)定在18MPa左右，而4.1這個(gè)5MPa溢流閥主要是防止帶載外伸時(shí)引起事故。我們把5做成一個(gè)整體的操作閥不僅美觀，更重要的是便于管理，在現(xiàn)在起重機(jī)設(shè)備上大多都采用此結(jié)構(gòu)。
（1）支腿水平伸出
當(dāng)三位六通換向閥打向下位時(shí)液壓油通過三位四通換向閥，三位四通換向閥打向下位時(shí)液壓進(jìn)入液壓缸，支腿水平伸出
進(jìn)油路：三位六通換向閥→三位四通換向閥→水平液壓缸
回油路：水平液壓缸→三位四通換向閥→三位六通換向閥→油箱
（2）支腿垂直伸出
當(dāng)水平液壓缸完全伸出，液壓油進(jìn)入垂直液壓缸
進(jìn)油路：三位六通換向閥→三位四通換向閥→垂直液壓缸
出油路：垂直液壓缸→三位四通換向閥→三位六通換向閥→油箱
（3）進(jìn)給保持
首先三位六通換向閥打到中位油液卸荷，液壓油往上進(jìn)入回轉(zhuǎn)回路中，同時(shí)我們可以看到我們有一個(gè)雙向液壓鎖這時(shí)候可以很好的鎖死油路，防止垂直支腿回縮，還有一個(gè)液控單向閥也能防止水平油缸回縮。
（4）垂直液壓缸縮回
油缸回縮時(shí)原理與伸出一樣，通過三位四通閥的進(jìn)油的方向不通控制油液的流動(dòng)方向，從而改變液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向。
進(jìn)油路：三位六通換向閥→三位四通換向閥→垂直油缸
出油路：垂直液壓缸→三位四通換向閥→液控單向閥→三位六通換向閥→油箱
（5）水平液壓缸縮回
回縮原理與伸出原理一樣，但是我們這里在水平油缸回縮時(shí)我們有一個(gè)液控單向閥，這個(gè)液控單向閥只有在有油壓的情況下才能導(dǎo)通回縮，一般情況下是不能回縮的，這樣做的效果是防止車輛行駛時(shí)出現(xiàn)摔褪現(xiàn)象
進(jìn)油路：三位六通換向閥→三位四通換向閥→水平液壓缸
回油路：水平液壓缸→三位四通換向閥→三位六通換向閥→油箱
3.5 起升回路設(shè)計(jì)
3.5.1 性能要求
卷揚(yáng)回路的作用是實(shí)現(xiàn)起重機(jī)吊起以及放下重物，是起重機(jī)主要功能的體現(xiàn)。在吊重的如果同時(shí)與變幅或者回轉(zhuǎn)同時(shí)動(dòng)作，就需要單獨(dú)的泵來供油，卷揚(yáng)要有動(dòng)作必須要求制動(dòng)缸先有動(dòng)作松開離合器。這里制動(dòng)缸采用常態(tài)制動(dòng)能夠很好的防止起吊重物時(shí)產(chǎn)生溜車下滑現(xiàn)象。
3.5.2 功能實(shí)現(xiàn)及工作原理：
液壓馬達(dá)通過五位六通手動(dòng)換向閥實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)達(dá)到上揚(yáng)、下放的目的，其次最上面的兩個(gè)制動(dòng)液壓缸主要起到鎖死作用，防止重物下滑
（1）卷筒上揚(yáng)
進(jìn)油路：五位六通手動(dòng)換向閥→液壓馬達(dá)
↓
梭閥→離合器液壓缸
回油路：液壓馬達(dá)→平衡閥→五位六通手動(dòng)換向閥→油箱
（2）卷筒下放
進(jìn)油路：五位六通手動(dòng)換向閥→平衡閥→液壓馬達(dá)
↓
梭閥→離合器液壓缸
回油路：液壓馬達(dá)→五位六通換向閥→油箱
（3）保持
我們才用的是常壓制動(dòng)缸，在沒有高壓油進(jìn)入離合器制動(dòng)缸時(shí)，液壓缸自動(dòng)抱死離合器，防止重物下。
根據(jù)起升機(jī)構(gòu)特性設(shè)計(jì)如下回路：
14.6、三位六通換向 14.7、溢流閥 21、回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá) 22、平衡法 23、梭閥 24、閘缸
25、聯(lián)軸器 26、單向節(jié)流閥
圖3-5 起升回路原理圖
4 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 QY40型汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理圖：
1、三聯(lián)齒輪泵2、中心回轉(zhuǎn)3、油箱4.1、溢流閥4.2、溢流閥4.3、單向閥4.4、液控單向閥5、下部多路閥6、水平液壓缸7、垂直液壓缸8、雙向液壓鎖9、濾油器10、回轉(zhuǎn)壓力表 11.1、梭閥11.2、單向閥11.3、溢流閥11.4、制動(dòng)缸12、起升壓力表13、80泵壓力表14.1、溢流閥14.2、三位六通換向閥14.3、溢流閥14.4、三位六通換向閥14.5 三位六通換向閥 14.6、三位六通換向閥15、溢流閥16、回轉(zhuǎn)馬達(dá)17、伸縮液壓缸18、平衡閥19、變幅液壓缸20、平衡閥21、起升馬達(dá)22、平衡閥23、梭閥24、閘缸25、單向節(jié)流閥
圖4-1 QY40型汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)圖
4.2 系統(tǒng)工況表
表1 QY40型汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)工況表
QY40汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)工況表
手動(dòng)換向閥位置 系統(tǒng)工作情況
閥5.1 閥5.2 閥14.2 閥14.4 閥14.5 閥14.6 水平支腿 垂直支腿 回轉(zhuǎn)馬達(dá) 伸縮缸 變幅缸 起升馬達(dá)
下位 下位 伸出
上位 伸出
上位 下位 縮回
上位 縮回
中位 中位 不動(dòng) 不動(dòng)
上位 正轉(zhuǎn)
下位 反轉(zhuǎn)
中位 不動(dòng)
上位 伸出
下位 縮回
中位 不動(dòng)
上位 伸出
下位 縮回
中位 不動(dòng)
上位 上升
下位 下降
中位 不動(dòng)
對(duì)以上主要運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和液壓回路相結(jié)合，去掉多余東西，總結(jié)出液壓系統(tǒng)原理圖如圖4.1所示，系統(tǒng)工況表如圖4.2所示。整個(gè)液壓系統(tǒng)由一臺(tái)三聯(lián)齒輪泵供油，其中回轉(zhuǎn)與支腿回路共用一個(gè)泵，伸縮與變幅共用一個(gè)泵，起升回路單獨(dú)使用一個(gè)泵供油。
4.3 支腿收放機(jī)構(gòu)計(jì)算
4.3.1 支腿支撐位置的確定
起重機(jī)支腿通常是前后設(shè)置，向左右兩側(cè)伸出，四個(gè)支腿支撐點(diǎn)形成的水平包圍面積。支腿支撐點(diǎn)位置確定的原則是：（1）在各種工況下，必須保證起重機(jī)抗傾覆穩(wěn)定性的要求。即臂架在任意幅度和任意位置下起吊改工況下的額定起重量時(shí)，起重機(jī)所受的合成垂直載荷作用線，始終在支腿支撐點(diǎn)構(gòu)成面積內(nèi)。（2）在保證抗傾覆穩(wěn)定性的條件下，支腿的支撐基底最小，以擴(kuò)大有效作業(yè)面積。（3）起重機(jī)在運(yùn)輸狀態(tài)下臂架放平，全機(jī)的重心必須位于支腿前后支撐線之間，否則支腿不可能使全部車輪離地。
支撐點(diǎn)位置的確定方法如下圖所示。圖中0為起重機(jī)回轉(zhuǎn)中心,為下車自重，下車重心坐標(biāo)，且=-L,。為包括貨重在內(nèi)的上車總重，距O點(diǎn)的水平距離為R，其坐標(biāo)為。起重機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)，的運(yùn)動(dòng)軌跡方程為：
圖18
起重機(jī)總重，其作用點(diǎn)坐標(biāo)為：
將、坐標(biāo)代入點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡方程中得：
上式即為合力G的運(yùn)動(dòng)軌跡方程，是一個(gè)圓心坐標(biāo)為、半徑為的圓，稱之為合力圓。如果將支腿支撐點(diǎn)布置在合力圓的外切四邊形的四角，就能滿足抗傾覆穩(wěn)定性的要求。理論上支腿跨距成方形，但在實(shí)際上，由于總體布置的要求，通常支腿向跨距大于支腿橫向跨距。
前后兩支腿的中心為原點(diǎn)O，則回轉(zhuǎn)中心的坐標(biāo)為（75,0）
根據(jù)起重特性表我們選取幅度為20，全伸臂32.5時(shí)計(jì)算?？紤]安全因素的情況下。
可以確定支腿外伸時(shí)的坐標(biāo)為（x,y）
X=2550mm Y=2800mm
整車寬度D=2600mm
則支腿外伸長(zhǎng)度mm
支腿距回轉(zhuǎn)中心的水平距離為N=X=2550mm
4.4 支腿油缸的受力計(jì)算
汽車、輪胎和鐵路起重機(jī)都裝有可收放支腿。支腿的作用是增大起重機(jī)的支撐基地，提高起重能力。起重機(jī)一般裝有四個(gè)支腿，前后左右兩側(cè)分置。我們也選用四個(gè)支腿的形式。
設(shè)計(jì)起重機(jī)時(shí)根據(jù)構(gòu)造和使用要求，起重機(jī)有三點(diǎn)支撐式和四點(diǎn)支撐式兩種。三支點(diǎn)式支撐反力的分配是靜定的，可利用靜力平衡條件求各支撐反力。四支點(diǎn)式支撐反力的計(jì)算屬于超靜定問題，支撐反力不僅與載荷有關(guān)，還取決于車架的剛性、軌道或道路路面的彈性和平整度等許多因素。所以為了方便，我們可以簡(jiǎn)化為靜定求解。
我們采用剛性車架假設(shè)：認(rèn)為車架是絕對(duì)剛體，在載荷作用下車架的四個(gè)支撐點(diǎn)始終保持在同一平面上。
根據(jù)起重特性表當(dāng)起吊重量為20噸時(shí)，液壓缸受力最大
F==N
X為后支腿到回轉(zhuǎn)中心的距離，Q為起吊重量，為上車重量
4.5 支腿油缸主要幾何的計(jì)算
4.5.1 缸筒內(nèi)徑計(jì)算
主臂液壓缸定為1節(jié)，查閱文獻(xiàn)[1]尺寸形狀可按如下進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，當(dāng)主臂仰角為60°時(shí)，工作幅度為3米時(shí)，主臂吊最大載荷Q=20T,此時(shí)伸縮缸承受最大壓力，F(xiàn)=N
液壓缸在工作時(shí)能夠達(dá)到的工作壓力按18MP計(jì)算，根據(jù)如下公式
缸筒內(nèi)徑公式：
D—液壓缸的內(nèi)徑
F—最大載荷
P—工作壓力
式中:D—液壓缸的內(nèi)徑
可得出，D=96mm,參見表2，取D=125mm。
表2 缸桶內(nèi)徑選擇表
8 10 12 16 20 25 32 40 50
63 80 100 125 160 200 250 320 400
4.5.2 活塞桿直徑d計(jì)算
活塞桿直徑d一般按液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比計(jì)算，公式如下：
（1）
式中：D—液壓缸直徑
--往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度比，參見表3，選擇=2。
可得出：d=88.4mm；根據(jù)D/d=0.7，參見表4，選擇d=90mm。
表3 速度比選擇
壓力MP ≤10 12.5～20 ≥20
速度比 1.33 1.46 2
表4 活塞桿直徑尺寸系列
4 5 6 7 10 12 14 16 18
20 22 25 28 32 35 40 45 50
56 63 70 80 90 100 110 125 140
160 180 200 220 250 280 320 360
4.5.3 活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算
活塞桿工作時(shí)，一般主要受軸向主要拉壓作用力，因此活塞桿的強(qiáng)度驗(yàn)算，可按直桿拉壓強(qiáng)度驗(yàn)算，可按直桿拉壓公式計(jì)算， 即
（2）
（3）
式中：--活塞桿內(nèi)應(yīng)力。
F—液壓缸負(fù)載力。
--活塞桿材料許用應(yīng)力 ，為材料的抗拉強(qiáng)度，材料為45號(hào)鋼，故為600MP，n為安全系數(shù)，一般取n≥3～5，n取5。
將上述值代入， 式（2）成立，所以強(qiáng)度滿足要求。
4.5.4 穩(wěn)定性驗(yàn)算
當(dāng)活塞桿直徑與液壓缸安裝長(zhǎng)度之比為1：10以上時(shí)，活塞桿容易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生縱向彎曲破壞，這時(shí)需要進(jìn)行受壓穩(wěn)定性計(jì)算。
計(jì)算時(shí)吧液壓缸整體看成一個(gè)和活塞桿截面相等的桿件，采用歐拉公式計(jì)算出臨界壓縮載荷，再帶入壓桿穩(wěn)定公式進(jìn)行計(jì)算。
歐拉公式為： （4）
式中：E—材料的彈性模數(shù)，對(duì)鋼而言，E=MP。
J—活塞桿截面慣性矩，=。
L—液壓缸安裝長(zhǎng)度，由文獻(xiàn)〔1〕可知，此處選擇為L(zhǎng)=1.4m液壓缸長(zhǎng)為0.9米。
--長(zhǎng)度折算系數(shù)，由文獻(xiàn)〔1〕我們采用缸體固定桿端鉸接的形式
可知，=0.5。
計(jì)算可得