畢業(yè)設計報告( 論文)報告(論文)題目： 某型號汽車起重機 液壓系統(tǒng)設計 作者所在系部：作者所在專業(yè)：作者所在班級：作 者 姓 名 ：作 者 學 號 ：指導教師姓名：完 成 時 間 ：I摘 要首先分析了汽車起重機五種主要運動機構的運動，然后根據(jù)每個動作設計了各部分的液壓回路，完成了液壓系統(tǒng)的整體液壓原理圖。然后，根據(jù)機械性能參數(shù)和液壓性能參數(shù)，完成液壓元件的選擇和計算，完成起重機的機械分析和油缸的結構設計。最后對液壓系統(tǒng)進行性能校核。關鍵詞：汽車起重機 液壓系統(tǒng) 設計 IIAbstractFirstly 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 completed the truck crane branch leg mechanics analysis and a leg vertical telescopic oil cylinder structure designing. Final performance of hydraulic system checked.Keyword:Truck crane Hydraulic system Design目 錄摘 要 .IAbstractII目 錄 1第 1 章 緒論 11.1 起重機簡介 .11.1.1 起重機的種類 11.1.2 汽車起重機的原理 21.2 起重機發(fā)展史 .41.2.1 汽車起重機的國外發(fā)展史 41.2.2 汽車起重機國內(nèi)發(fā)展史 41.2.3 國內(nèi)外汽車起重機發(fā)展趨勢 51.3 研究思路及方案 .5第 2 章 汽車起重機主要運動機構分析 62.1 型汽車起重機性能參數(shù)要求 .62.2 型汽車起重機主要機構分析 .6第 3 章 汽車起重機液壓回路的初步設計 123.1 伸縮回路設計 .123.2 回轉(zhuǎn)回路設計 .133.3 變幅回路設計 .143.4 支腿回路設計 .153.5 起升回路設計 .17第 4 章 液壓系統(tǒng)設計計算 194.1 汽車起重機液壓系統(tǒng)工作原理 .194.2 系統(tǒng)工況表 .204.3 支腿收放機構計算 .204.4 支腿油缸的受力計算 .224.5 支腿油缸主要幾何的計算 .224.5.1 缸筒內(nèi)徑計算 224.5.2 活塞桿直徑 d 計算 234.5.3 活塞桿強度驗算 234.5.4 穩(wěn)定性驗算 234.5.5 缸筒壁厚的計算 244.5.6 缸筒外徑計算 254.5.7 缸底厚度計算 254.6 支腿液壓缸結構設計 .254.7 其它液壓元件的計算選擇 .274.7.1 起升馬達的計算和選擇 274.7.2 液壓泵的選擇 284.7.3 其他液壓回路液壓閥選擇 294.8 油路的通徑 .294.8.1 油路的通徑計算參數(shù) 294.8.2 卷揚油路 304.8.3 回轉(zhuǎn)工作管路 304.8.4 伸縮回路管路 304.8.5 變幅回路管路 314.8.6 支腿回路管路 31第 5 章 液壓系統(tǒng)性能驗算 .325.1 管路系統(tǒng)容積效率計算 .325.2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱驗算 .335.3 工作循環(huán)周期 T .335.4 油泵損失所產(chǎn)生的熱能 H .345.5 油箱散熱量 .35致 謝 37參考文獻 381第 1 章 緒論1.1 起重機簡介1.1.1 起重機的種類在中國的農(nóng)業(yè)時代，動臂起重機原型出現(xiàn)。在第十四世紀，歐洲生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)臂式起重機在人類和動物驅(qū)動。在第十九世紀初，橋式起重機出現(xiàn)，起重機的重要磨損部件，如軸，齒輪和吊索，開始由金屬材料制成。第十九世紀末，起重機的動力由液壓轉(zhuǎn)向蒸汽驅(qū)動。在 20 世紀 20 年代，隨著電氣和內(nèi)燃機的迅速發(fā)展，各種形式的起重機，由電動機或內(nèi)燃機供電，基本形成。到目前可分為:(1) 輕小型起重設備輕型和小型起重設備的特點是重量輕，結構緊湊，操作簡單，投影范圍為點，線為基礎。一般來說，輕小型起重設備只有一個起升機構，它只能實現(xiàn)單起升運動。它們分別是: 千斤頂( 可分為螺旋千斤頂、齒條千斤頂和液壓千斤頂 )、滑輪、手(氣、電)、卷揚機、絞車等。電動葫蘆通常配備有運行小車和金屬框架，以擴大操作范圍。圖 1-1 液壓千斤頂（2）橋式起重機橋式起重機的兩端位于高大的混凝土柱或金屬支架上，形狀像橋。橋式起重機是起重機的一種平面車間，倉庫和堆場以上材料起吊、裝卸、起重機的橋架沿鋪設在兩側高架軌道縱向運行，橋梁吊裝材料不影響其他地面設備的操作下充分利用空間。它是應用最廣泛、數(shù)量最多的起重機械。它們分別是:橋式起重機、龍門起重機、裝卸橋、冶金橋式起重機、纜索起重機等它們分別是:橋式起重機、龍門起重機、裝卸橋、冶金橋式起重2機、纜索起重機等。圖 1-2 龍門起重機（3）臂架式起重機 臂架式起重機，通過臂架承載貨物的重量，在一個圓形區(qū)域及其上空，通過臂架移動、伸縮來完成貨物的移動和運送，臂架式起重機多用于露天吊運和安裝工作。臂架式起重機安裝在通用或?qū)Ｆ嚨妆P作為汽車起重機，駕駛室和升降控制室分別布置。該起重機結構緊湊，重量輕，體積小，具有良好的行駛性能。架臂式起重機的種類有很多，如汽車起重機、輪胎起重機、塔式起重機、門式起重機、浮動式起重機、軌道起重機等。圖 1-3 汽車起重機（4）升降機豎直升降機的主要特點是，提取裝置或重物只能沿導軌升降。雖然大多數(shù)電梯只有一個起升機構，但許多其他附件可以添加到電梯中，所以它們有一個單一的類，包括:貨梯，電梯，升船機等等。31.1.2 汽車起重機的原理 汽車起重機的主要機制包括支腿伸縮機構和回轉(zhuǎn)機構，伸縮機構、卷揚起升機構、變幅機構，其結構布置如下圖所示。圖 1-4 汽車起重機機構圖其各機構完成的動作和功能如下：（1）支腿伸縮機構 汽車起重機的底盤前后共有四條支腿，各個支腿由一個單獨的液壓缸驅(qū)動。前后兩組支腿分別由兩個三位四通閥來控制其伸縮回。每個液壓缸的液壓回路設有雙向鎖止回路，用于保證腿部動作的可靠性，防止吊車運行過程中發(fā)生軟腿，同時防止行車。程中支腿自行滑落，保證安全。（2）回轉(zhuǎn)機構液壓馬達是回轉(zhuǎn)機構的驅(qū)動元件，液壓馬達通過蝸輪、蝸輪箱和一對嚙合齒輪將動力傳遞給轉(zhuǎn)臺。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速很低，1-3 轉(zhuǎn)/分，液壓馬達轉(zhuǎn)速不高，所以沒有必要設置液壓馬達制動回路。（3）伸縮機構 .起重機的吊臂分為基本臂和伸縮臂，伸縮臂直徑較小套在基本臂中，用一個三位四通換向閥控制吊臂伸縮液壓缸用于控制驅(qū)動臂的伸展和縮回。液壓油路具有平衡回路，以防止由于臂的重量而使懸架脫落。（4）變幅機構起重臂變幅是一個或一組液壓缸改變吊桿角度。液壓缸的動作也由三位四通換向閥控制，蝙蝠機構中也有一個平衡回路（5）卷揚起升機構升降機構是汽車起重機提升機的主要機構，主要由高扭矩液壓馬達組成，液壓馬達4回路設有平衡回路，以防止意外墜落。此外，高扭矩液壓馬達還提供給制動回路組成的單向節(jié)流閥和單功能制動缸，使制動器開閉延時迅速，這樣就可以避免起重機在停車時出現(xiàn)重物下墜現(xiàn)象，提高作業(yè)安全系數(shù)。1.2 起重機發(fā)展史1.2.1 汽車起重機的國外發(fā)展史汽車起重機是從蒸汽軌道起重機發(fā)展而來的，經(jīng)過多年的發(fā)展，從履帶到實心輪胎到充氣輪胎。由于汽車起重機具有地形適應性好、移動快速、操作方便等特點，在第二次世界大戰(zhàn)后修復戰(zhàn)爭創(chuàng)傷和經(jīng)濟建設的過程中得到廣泛應用，也得以更好的發(fā)展。早期的汽車起重機大部分采用機械傳動的桁架式臂架。隨著上世紀中期液壓技術的發(fā)展，液壓伸縮臂已被制造和廣泛使用，并逐步取代桁架臂。到 80 年代末，中小型噸位汽車起重機大多采用液壓伸縮臂，只有一小部分的大噸位汽車起重機仍采用桁架式吊桿。上世紀 60 年代末，隨著大型建筑、石化、水電站等大型工程，對汽車起重機的需求越來越多，同時，對汽車起重機的性能、效率和安全性要求更為嚴格。隨著液壓技術和電子技術的發(fā)展，新型高強度鋼的出現(xiàn)，以及汽車起重機制造工業(yè)的進步，汽車起重機逐漸向大型化發(fā)展，甚至在普通輪胎起重機的基礎上，人們開發(fā)了越野輪胎起重機，再開發(fā)出全路面起重機，汽車起重機的地形適應性進一步提高。全路面起重機集各家所長，綜合了汽車起重機高速行駛能力和越野輪胎起重機吊重行走良好的通過性能，目前已經(jīng)得到很廣泛的應用。1.2.2 汽車起重機國內(nèi)發(fā)展史1963 年 3 月，徐州重型機械廠（徐工集團前身）生產(chǎn)的第一臺 Q51 型 5 噸汽車起重機下線。1964 年，北起開始研制液壓元件，為生產(chǎn)液壓驅(qū)動起重機做準備。1966 年，根據(jù)“ 三線建設 ”的方針，北起廠一部分設備，生產(chǎn)技術骨干及家屬，全套起重機技術圖紙，全部運往四川瀘州，只用了一年時間就建立起當?shù)刈畲笠?guī)模的國營企業(yè)——長江起重機器廠。1968、第一液壓汽車起重機，Q84 型 8 噸液壓汽車起重機，是由我國研制成功。1976 年，型 100 噸桁架臂式起重機是北方的成功開發(fā)與長沙建設機械研究院，在唐山大地震搶險中發(fā)揮作用。從 2004 年開始，隨著我國經(jīng)濟崛起，電力、石化、鋼鐵、交通等基礎設施建設進入高潮。國內(nèi)起重機市場迅速擴大。企業(yè)明顯加大了對起重機的研發(fā)設計投入，一些有實力的挖掘機公司也加入進來。5到現(xiàn)在為止國內(nèi)起重機已有 35-400 噸十幾個型號，以及能滿足大部分需求形成了全面的型號譜。撫挖、徐工，三一重工，憑借出眾的實力成為主要生產(chǎn)企業(yè)。1.2.3 國內(nèi)外汽車起重機發(fā)展趨勢（1）采用標準化配套，規(guī)范水泵、閥門、電機等液壓元件的匹配，提高產(chǎn)品的可靠性和互換性，設計成熟、生產(chǎn)量大價格低廉的元件得到非常廣泛的使用。（2）液壓管路采用卡套式接頭（快速接頭），卡套式接頭的優(yōu)點有很多比如可以有效的控制系統(tǒng)污染、防止泄露以及連接拆卸方便等，因而使用卡套式接頭成為一種趨勢。（3）在液壓系統(tǒng)中設計速度分檔，以滿足不同施工作業(yè)的不同要求。不同的作業(yè)對起重機動作有不同的速度要求，即使同一操作起重機的每個動作速度有不同的要求，速度剖面技術將誕生。（4）大量使用高度集成的、模塊化閥組，最大可能的簡化油路，從而有效的減少液組，減少動力損失，提高能量傳遞效率，同時減少動作延遲時間，方便維修檢測。（5）電子技術與液壓技術相融合。汽車起重機無線遙控技術與遠程診斷服務技術，自我保護技術都是電子技術與傳統(tǒng)液壓技術相融合的結果，這些技術大大降低了作業(yè)風險，提高處理突發(fā)問題的效率。1.3 研究思路及方案這次設計根據(jù)汽車起重機的功能、結構和作業(yè)流程，結合現(xiàn)有的汽車起重機的技術數(shù)據(jù)和不足，設計一款能夠滿足適應工程建設需求的的汽車起重機總體液壓系統(tǒng)。在起重機液壓系統(tǒng)的設計中，明確設計任務和要求，設計不偏離主題;認真研究已有數(shù)據(jù)，理清設計思路做好設計方案，制定工作計劃，按計劃進行設計過程進度，進行下面設計工作：設計各工作機構的液壓回路，分析各回路的組成，原理、性能進行分析論證。根據(jù)起重機液壓系統(tǒng)參數(shù)和機構的主要參數(shù)，設計并計算液壓系統(tǒng)。根據(jù)液壓系統(tǒng)的要求，根據(jù)標準選用主要液壓元件。在確定液壓元件后，對具體的液壓回路進行性能分析和計算，包括系統(tǒng)的回路功率計算、各回路的性能校核以及整個液壓系統(tǒng)的發(fā)熱驗算。6第 2 章 汽車起重機主要運動機構分析2.1 型汽車起重機性能參數(shù)要求最大起重量 20 噸；最大起重力矩 600 kN·m最大提升速度 =10 ；maxVin/基本臂長 10.5m 最長臂長 32.55m發(fā)動機額定功率 170/2200kW/(r/min) 發(fā)動機額定轉(zhuǎn)速 2200r/min2.2 型汽車起重機主要機構分析汽車起重機的主要液壓機構有:伸縮機構、回轉(zhuǎn)機構、變幅機構、支腿機構、起升機構等。伸縮機構:主要動作：伸長—保持—縮回(1)一般來說，伸縮方法有順序伸縮、同步伸縮和獨立伸縮。順序伸縮是指每個伸縮臂按照一定的順序完成伸縮動作。為了提升起重機的起重能力和伸縮臂的特點，以相反的順序安排伸縮臂的動作。同步伸縮是指每個伸縮臂同時伸展相同的行程比。獨立伸縮指每個伸縮臂可以獨立完成伸縮運動，所以獨立伸縮機構能夠完成順序伸縮以及同步伸縮運動。（2）驅(qū)動形式：臂架伸縮機構的驅(qū)動機構有機械式、液壓式和復合式三種。機械傳動裝置結構簡單，吊鉤空載時才能伸出吊桿，只適用于伸縮臂小噸位起重機上。吊桿伸縮驅(qū)動式有鋼絲繩滾柱傳動、齒輪傳動，或者利用其它工作機構驅(qū)動。液壓驅(qū)動是伸縮臂機構的主要驅(qū)動形式。通過設計相應的伸縮液壓缸和油路，可以實現(xiàn)臂架的各種伸縮方式。復合傳動由伸縮液壓缸和機械傳動裝置組成。液油缸的數(shù)目和作用方式視活動臂節(jié)數(shù)而定。鋼繩滑輪組的缺點是，鋼繩伸長量大，而且有可能跳槽，張緊度調(diào)整不當時，伸縮運動不平穩(wěn)，使用中的維護工作量增加。雖然鏈滑輪組可以克服上述一些缺點，但重量大。目前，鋼絲繩滑輪組使用較多。7起重臂伸縮機構主起重臂是由鋼板焊制的箱形結構，共三節(jié)(基本臂，中臂和三臂)，全功率同步伸縮。起重機伸縮機構工作原理如圖所示。1、8-滑輪 2-伸臂鋼絲繩 3-中臂 4-伸縮液壓缸 5-伸縮鋼絲繩固定點 6-基本臂 7-伸縮鋼絲繩 9-三 10-縮臂鋼絲繩固定點 圖 2-1 伸縮臂架原理圖中臂由單級雙作用液壓缸實現(xiàn)伸縮。液壓缸倒置安裝活塞桿。端頭用銷軸固定在基本臂的根部，液壓缸的中部與臂后端的缸體連接。因此，當壓力油穿過活塞桿的末端時，中臂隨液壓缸伸出或縮回。三節(jié)臂采用鋼絲繩系統(tǒng)進行伸縮。伸臂鋼絲繩一端固定在基本臂前端一側，然后穿過立裝在二節(jié)臂前端同一側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)臂前端另一側的滑輪，最后固定在基本臂前端另一側?？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)臂尾部的導向滑輪，再固定在三節(jié)臂尾部。這樣，當二節(jié)臂在液壓缸作用下向外推出時，通過伸臂鋼絲繩同時將三節(jié)臂拉出；同樣，二節(jié)臂縮回時，通過縮臂鋼絲繩將三節(jié)臂拉回。具有臂架伸縮機構的起重機，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，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起重機在復雜使用條件下的使用功能。 伸縮臂的末端裝有調(diào)整螺栓以調(diào)整鋼絲繩的長度，使之松緊適當。各節(jié)起重臂相8對滑動部位(上、下方及兩側)，都裝有滑塊，以減少磨損。為了減少伸縮臂的阻力，所有滑輪均安裝在滾動軸承上。副臂為橋架式結構，不使用時折疊收放在基本臂右側，安裝上主臂后，其軸線與主臂軸線成 2°交角。回轉(zhuǎn)機構分析:主要動作：回轉(zhuǎn)—鎖緊—回轉(zhuǎn)—鎖緊回轉(zhuǎn)機構是轉(zhuǎn)動臂的裝置。一般的汽車起重機的回轉(zhuǎn)機構包括轉(zhuǎn)盤、回轉(zhuǎn)支承和驅(qū)動裝置。由回轉(zhuǎn)液壓馬達帶動減速機構成的驅(qū)動裝置，固定在上車轉(zhuǎn)臺上，其下部的輸出軸上安裝驅(qū)動齒輪?；剞D(zhuǎn)支承似一盤大滾動軸承，內(nèi)座圈為不動圈，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)動圈，通過滾珠相對內(nèi)座圈可以轉(zhuǎn)動，固定在轉(zhuǎn)臺的底部。當驅(qū)動齒輪與內(nèi)座圈的齒圈嚙合時，帶動外座圈和轉(zhuǎn)臺正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)吊機在固定的下車上回轉(zhuǎn)。(1)回轉(zhuǎn)軸承回轉(zhuǎn)軸承作為回轉(zhuǎn)支承最主要的部分，是在普通滾動軸承的基礎上發(fā)展起來的，但一般滾動軸承內(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構來保證。滾道是由內(nèi)座圈和外座圈合成一個整體的曲面滾道。齒圈可以為外齒圈式，也可以為內(nèi)齒圈式。滾珠和導向體安裝時，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。為了潤滑滾盤，設有數(shù)個黃油嘴。單列滾珠軸承，重量輕，結構緊湊，制造成本低，允許安裝誤差小，但承載能力小，適合小噸位使用。圖 2-2 回轉(zhuǎn)軸承9（2）回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置通常安裝在起重機的回轉(zhuǎn)部分，依靠電機驅(qū)動。通過減速器帶動減速器的最后階段的小齒輪和小齒輪，并安裝在固定部分的起重機齒輪嚙合與驅(qū)動裝置，實現(xiàn)驅(qū)動起重機回轉(zhuǎn)液壓驅(qū)動小型起重機通過液壓回路和換向閥的適當作用，可以使回轉(zhuǎn)機構不安裝制動器，同時保證轉(zhuǎn)動部件在任何位置停止并避免沖擊。高速液壓馬達廣泛應用于汽車、輪胎和軌道起重機。在下圖中，低速大扭矩液壓馬達的轉(zhuǎn)速每分鐘在 0-100 范圍內(nèi)，因此，小齒輪可以直接安裝在油馬達軸轉(zhuǎn)動機構，如電機的輸出轉(zhuǎn)矩不滿足傳輸要求，可以配備一個機械減速器。液壓馬達的輸出軸上安裝有制動器。這種形式已應用于一些小噸位汽車起重機。圖 2-3 低速大扭矩液壓馬達回轉(zhuǎn)機構低速大扭矩液壓馬達可以節(jié)省或減少齒輪減速器，因此機構緊湊。而低速高轉(zhuǎn)矩液壓馬達作為一種高成本、高可靠性的高速液壓馬達，可采用結構緊湊、傳動比大的行星齒輪或蝸輪傳動，高速液壓馬達廣泛應用于起重機的回轉(zhuǎn)機構中。所以，回轉(zhuǎn)機構的設計作為一個回轉(zhuǎn)機構的高速液壓馬達與制動器。變幅機構分析:主要動作：增幅—保持—減幅—保持根據(jù)變幅機構的工作過程我們擬定以下機構：為了滿足重載和卸載位置的要求，大多數(shù)工程起重機充分利用其起重能力(減小振幅和起重量) ，往往需要改變角度。變幅回路是實現(xiàn)角度變化的液壓工作回路。用于擴大起重機工作范圍，提高起重機生產(chǎn)率。。一般可以分為以下幾種：（1）普通臂架變幅機構普通臂架變幅機構分為臂架擺動式和運行小車式。（2）平衡臂架變幅機構平衡臂架變幅機構又分繩索補償性組合臂架型大多用大型起重機?？紤]到型的載重和機構性價比，我們選用前置式伸縮臂架變幅機構。支腿機構分析:支腿有兩種驅(qū)動模式:手動和液壓。用人力支腿，既費力又費力，不便?，F(xiàn)代汽車和輪胎起重機采用液壓驅(qū)動。常見的支腿類型如下:青蛙腿，H 型和 X 型腿腿。101-支腿盤 2-支腿搖臂 3-液壓缸 4-車架 5-活動套 6-撐桿圖 2-4 蛙式支腿1 -固定梁 2-活動梁 3-立柱外套 4-立柱外套 5-水平液壓缸 6-直液壓缸 7-支腳盤圖 2-5 H 型支腿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11汽車起重支機腿的設置可以大大提高起重機的起重能力。為了使起重機在吊裝過程中安全可靠，必須保證腿的牢固可靠，便于延伸。開車時向后拉，工作時伸展。腿可根據(jù)地面情況單獨調(diào)整。基于中噸位起重機的安全性和通用性，我們選擇了 H 腿。起升機構分析:主要動作：卷筒上揚—保持—卷筒下?lián)P—鎖死根據(jù)工況擬定以下機構供選擇。隨著液壓汽車起重機的發(fā)展，起升機構的性能要求越來越高。不僅重量輕，工作可靠，而且需要調(diào)速。升降機構有內(nèi)燃機驅(qū)動，電動機驅(qū)動，液壓驅(qū)動三種驅(qū)動方式。(1)由內(nèi)燃機驅(qū)動的起升機構，其動力由內(nèi)燃機通過機械傳動裝置傳遞給所有操作機構，包括協(xié)調(diào)機構。這種驅(qū)動器的優(yōu)點是它有自己獨立的能源和靈活和靈活。它是適用于移動操作時，起重機目前只能在現(xiàn)有少數(shù)履帶式起重機和鐵路起重機上應用(2)電機驅(qū)動是起升機構的主要驅(qū)動機構。直流電機的機械特性適用于起升機構，調(diào)速性能好，但難以獲得直流電源。在大型起重機工程中，常由內(nèi)燃機和固體直流發(fā)電機驅(qū)動，交流電機驅(qū)動可以直接從電網(wǎng)中實現(xiàn)功率，控制簡單，維護方便，單位重量大，廣泛應用于電氣和機械。(3)液壓起升機構，由原動機帶動的液壓泵，將工作流體導入執(zhí)行元件，使機構運動，通過控制輸入執(zhí)行器的流量實現(xiàn)調(diào)速。液壓傳動具有傳動比大的優(yōu)點，可以實現(xiàn)無級調(diào)速的大范圍，結構緊湊，運行平穩(wěn)，操作方便。過載保護性能好。缺點是液壓傳動元件制造精度高，易泄漏液體。目前，液壓傳動廣泛應用于移動起重機?？紤]到型汽車起重機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。起升機構液壓馬達，通過減速箱和內(nèi)漲離合器，分別把動力傳到主副卷筒上。12第 3 章 汽車起重機液壓回路的初步設計3.1 伸縮回路設計性能要求：該起重機具有臂伸縮機構，無需拆接臂，從而縮短了輔助操作時間。當?shù)鯒U全部縮回時，起重機的整體尺寸減小，機動性和通用性增加。吊桿采用液壓伸縮機構，可實現(xiàn)無級拉伸和承載能力擴充。它擴大了汽車起重機的使用功能和復雜條件下作業(yè)能力功能的實現(xiàn)和工作原理：根據(jù)選定的液壓機構初步擬定以下回路：14.4-三位六通換向閥 17-同步伸縮缸 18-平衡閥 圖 3-1 伸縮回路原理圖液壓油通過換向閥進入同步膨脹油缸，同步油缸伸出。當換向閥打中間位置，油路被鎖，和一個平衡閥安裝在換向閥和油缸之間的同步，和液壓缸連接垂直可以因為自身的重量防止自動落下的工作部件。當閥門 4 通右下活塞向下時，回油管有一定的壓力;只要調(diào)節(jié)單級閥的液壓缸壓力就可以承受活塞和工作部件與活塞的連接，可以平穩(wěn)下降。（1）伸出進油路：三位六通換向閥→平衡閥→同步缸13出油路：同步缸→三位六通換向閥→油箱（2）縮回進油路：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)回路設計性能要求：功用：回轉(zhuǎn)支承確保起重機回轉(zhuǎn)部分具有一定的回轉(zhuǎn)運動，承受起重機回轉(zhuǎn)部分的垂直力、水平力和傾覆力矩。當擺力過大時，必須有緩沖裝置，并能主動補油。功能實現(xiàn)及工作原理：擬定液壓系統(tǒng)圖如下：11.1-梭閥 11.2-單項閥 11.3-溢流閥 11.4-制動液壓缸 14.2-三位六通換向閥16-回轉(zhuǎn)液壓馬達 圖 3-2 回轉(zhuǎn)原理圖 根據(jù)工作條件，液壓馬達先轉(zhuǎn)動，當三位流量閥轉(zhuǎn)向右側時，液壓油進入液壓馬達，實現(xiàn)正旋轉(zhuǎn)。當手動換向閥在中間時，道路被鎖定。當手動換向閥處于左側位置時，液壓油從下方流入液壓馬達，實現(xiàn)液壓馬達的換向。。單向閥能夠很好的控制油路方向。（1）正轉(zhuǎn)：進油路：單向閥→三位六通換向閥→液壓馬達↓梭閥→制動液壓缸14回油路：液壓馬達→三位六通換向閥→油箱（2）反轉(zhuǎn)：進油路：單向閥→三位六通換向閥→液壓馬達↓梭閥→制動液壓缸回油路：液壓馬達→三位六通換向閥→油箱（3）緩沖補油：當液壓馬達旋轉(zhuǎn)壓力過大時，制動必然會導致油側壓力增加，此時溢流閥上高壓側的液壓油進入低壓側，使兩側壓力平衡。這可能導致液壓管一側出現(xiàn)真空現(xiàn)象，此時梭閥可以吸油防止真空現(xiàn)象。3.3 變幅回路設計性能要求：起落架臂是穩(wěn)定的，振幅可以可靠地鎖定在任何允許的值位置。進行振幅調(diào)制，負載是 1 / 3 的相應的額定負載后，吊桿伸出。對于起吊額定載荷，只允許從大幅度向小幅度調(diào)整功能實現(xiàn)及工作原理：考慮到型載荷與機構的性能，我們使用前面的伸縮臂變幅機構，設計了以下液壓油路：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 15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。當閥門 4 通右下活塞向下時，回油管有一定的壓力; 只要調(diào)節(jié)單級閥的液壓缸壓力就可以承受活塞和工作部件與活塞的連接，可以平穩(wěn)下降。當閥門 4 通右下活塞向下時，回油管有一定的壓力;只要調(diào)節(jié)單級閥的液壓缸壓力就可以承受活塞和工作部件與活塞的連接，可以平穩(wěn)下降。（1）增幅當手動換向閥打到正確位置時，液壓油進入平衡閥進入液壓缸，液壓缸伸出，實現(xiàn)增加。進油回路：單向閥→三位六通換向閥→平衡閥→液壓缸出油回路：液壓缸→換向閥→油箱（2）保持三位六通手動換向閥打中，油路鎖緊，平衡閥能有效保持壓力，保持液壓缸壓力，防止液壓缸滑動（3）減幅液壓油從單向閥進入手動換向閥。當手動換向閥打左位時，液壓油從下部進入液壓缸，液壓缸縮回，實現(xiàn)阻尼電路:入口單向閥三位六通換向閥液壓缸。進油路：單向閥→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 支腿回路設計性能要求：活動支腿是由上下蓋板、左右立板等加強板組成的封閉式薄壁結構。由于結構形狀復雜，受力條件復雜，靜變化次數(shù)高，計算難度大。為了減少計算量，在傳統(tǒng)的計算方法中進行了各種簡化和假設。因此，計算結果與實際情況有很大的不同，很難滿足工程的需要。利用強大的有限元分析軟件 ANSYS 對某起重汽車活動腿的結構強度和剛度進行分析，并根據(jù)分析結果給出了活動腿的改進設計。腿圈的性能要求水平液壓缸和垂直液壓缸平穩(wěn)地展開，支架穩(wěn)定，可以防止軟腿現(xiàn)象，腿可以獨立調(diào)節(jié)，當鎖死時，油箱不漏油。功能實現(xiàn)及工作原理：16根據(jù) H 型支腿機構的結構，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)工作條件，首先，支腿橫向延伸，然后縱向延伸，所以實際操作中，我們要先打多路閥閥位控制位置，按進油閥、油缸伸出的水平。然后將多路閥壓到垂直控制座上，按進油閥，垂直油缸伸出。當列車關閉時，情況正好相反。在這里，我們增加了一個 4.2作為一個安全閥，以便在 18MPa，油壓輸出和 4.1 的 5mpa 溢流閥主要是為了防止開展事故。我們把 5 做成一個整體的操作閥不僅美觀，更重要的是易于管理，現(xiàn)在大部分的設備都用到了起重機結構。（1）支腿水平伸出當三位六通換向閥打向下位時液壓油通過三位四通換向閥，三位四通換向閥打向下位時液壓進入液壓缸，支腿水平伸出進油路：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）支腿垂直伸出當水平液壓缸完全伸出，液壓油進入垂直液壓缸進油路：三位六通換向閥→三位四通換向閥→垂直液壓缸17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，液壓油往上進入回轉(zhuǎn)回路中，同時我們可以看到我們有一個雙向液壓鎖這時候可以很好的鎖死油路，防止垂直支腿回縮，還有一個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原理與伸出一樣，通過三位四通閥的進油的方向不通控制油液的流動方向，從而改變液壓缸的運動方向。進油路：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我們有一個液控單向閥，這個液控單向閥只有在有油壓的情況下才能導通回縮，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出現(xiàn)摔褪現(xiàn)象進油路：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 起升回路設計性能要求：卷揚回路的作用是實現(xiàn)起重機吊起以及放下重物，是起重機主要功能的體現(xiàn)。在吊重的如果同時與變幅或者回轉(zhuǎn)同時動作，就需要單獨的泵來供油，卷揚要有動作必須要求制動缸先有動作松開離合器。這里制動缸采用常態(tài)制動能夠很好的防止起吊重物時產(chǎn)生溜車下滑現(xiàn)象。功能實現(xiàn)及工作原理 ：液壓馬達通過五位六通手動換向閥實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)達到上揚、下放的目的，其次最上面的兩個制動液壓缸主要起到鎖死作用，防止重物下滑（1）卷筒上揚進油路：五位六通手動換向閥→液壓馬達↓梭閥→離合器液壓缸回油路：液壓馬達→平衡閥→五位六通手動換向閥→油箱（2）卷筒下放進油路：五位六通手動換向閥→平衡閥→液壓馬達↓梭閥→離合器液壓缸↓梭閥→離合器液壓缸回油路：液壓馬達→五位六通換向閥→油箱18（3）保持 我們采用的是常壓制動缸，在沒有高壓油進入離合器制動缸時，液壓缸自動抱死離合器，防止重物下。根據(jù)起升機構特性設計如下回路：14.6-三位六通換向 14.7-溢流閥 21-回轉(zhuǎn)液壓馬達 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19第 4 章 液壓系統(tǒng)設計計算4.1 汽車起重機液壓系統(tǒng)工作原理圖 4-1 汽車起重機液壓系統(tǒng)圖204.2 系統(tǒng)工況表表 4-1 汽車起重機液壓系統(tǒng)工況表汽車起重機液壓系統(tǒng)工況表手動換向閥位置 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 伸縮缸 變幅缸 起升馬達下位 下位 伸出 上位 伸出 上位 下位 縮回 上位 縮回 中位 中位 不動 不動 上位 正轉(zhuǎn) 下位 反轉(zhuǎn) 中位 不動 上位 伸出 下位 縮回 中位 不動 上位 伸出 下位 縮回 中位 不動上位 上升 下位 下降 中位 不動對以上主要運動機構和液壓回路相結合，去掉多余東西，總結出液壓系統(tǒng)原理圖如圖 4-1 所示，系統(tǒng)工況表如圖 4-2 所示。整個液壓系統(tǒng)由一臺三聯(lián)齒輪泵供油，其中回轉(zhuǎn)與支腿回路共用一個泵，伸縮與變幅共用一個泵，起升回路單獨使用一個泵供油。4.3 支腿收放機構計算起重機腿通常設置在前面和后面，向左和右延伸，和水平包圍區(qū)的四腿支撐點。支腿支撐位置的確定原則如下:(1)在各種工作條件下，對起重機傾覆穩(wěn)定性要求，必須保證。也就是說，當?shù)醣墼谌魏握穹腿魏挝恢门e起時，起重機的垂直載重線總是在支撐21腿的區(qū)域內(nèi)。(2)保證抗傾覆穩(wěn)定性的情況下，支腿支撐座最小，從而擴大有效工作面積。(3)當起重機處于運輸狀態(tài)時，臂架是平的，整機重心必須在支撐腿的支撐線之間，否則腿不能使所有的車輪離開地面。支撐點位置的確定方法如下圖所示。圖中 0 為起重機回轉(zhuǎn)中心， 為下車自重，1G下車重心坐標 ，且 =-L， 。 為包括貨重在內(nèi)的上車總重， 距 O 點??1,yx11?y2G2的水平距離為 R，其坐標為 。起重機回轉(zhuǎn)時， 的運動軌跡方程為：??2,x2R?圖 4-2起重機總重 ，其作用點坐標 為：21G????yx,將 、 坐標代入 點運動軌跡方程中得：??2,yxG?x,2G得到的力 g 的運動軌跡是半徑和半徑中心的圓，稱為合成圓。如果將支腿點設置在合力圈外四邊的四個角上，則能滿足傾覆阻力的穩(wěn)定性。從理論上講，腿跨度是方形的，但事實上，由于整體布局要求，腿的長度一般比支腿橫向跨度。雙腿中心的中心是 O 的起源，前后兩支腿的中心為原點 O，則回轉(zhuǎn)中心的坐標為（ 75，0）根據(jù)起重特性表我們選取幅度為 20，全伸臂 32.5 時計算?？紤]安全因素的情況下?？梢源_定支腿外伸時的坐標為（x，y）Gyx2121????222??????????????RyLx22X=2550mm Y=2800mm整車寬度 D=2600mm則支腿外伸長度 mm1502??DYM支腿距回轉(zhuǎn)中心的水平距離為 N=X=2550mm4.4 支腿油缸的受力計算汽車、輪胎和鐵路起重機裝有伸縮支腿。支腿的作用是增加起重機的支撐座，提高起重能力。起重機通常配備四條腿，分為前，左和右。我們還使用四條腿的風格在設計起重機時，根據(jù)施工和使用要求，起重機有三點支承式和四點支承式兩種。對三支點式支座反力的分布是靜定的，和反力可由靜力平衡條件計算。四支點支承反力的計算屬于超靜定問題。支承反力不僅與荷載有關，還取決于車架的剛度、軌道或路面的彈性和平順性等諸多因素。因此，為了方便起見，我們可以簡化求解靜定問題。我們假定框架為絕對剛體，在荷載作用下框架的四個支撐點始終保持在同一平面上。根據(jù)起重特性表當起吊重量為 20 噸時，液壓缸受力最大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bQ4.5 支腿油缸主要幾何的計算4.5.1 缸筒內(nèi)徑計算主臂液壓缸定為 1 節(jié)，查閱文獻[1]尺寸形狀可按如下進行設計計算，當主臂仰角為60°時，工作幅度為 3 米時，主臂吊最大載荷 Q=20T，此時伸縮缸承受最大壓力，F(xiàn)=N 4107?液壓缸在工作時能夠達到的工作壓力按 18MP 計算，根據(jù)如下公式 ??1缸筒內(nèi)徑公式： D—液壓缸的內(nèi)徑F—最大載荷PFD21057.???23P—工作壓力式中:D—液壓缸的內(nèi)徑可得出，D=96mm 取 D=125mm。4.5.2 活塞桿直徑 d 計算活塞桿直徑 d 一般按液壓缸往復運動速度比 計算，公式如下：?（1）1D???式中：D—液壓缸直徑--往復運動速度比，參見表 4-2，選擇 =2。??可得出：d=88.4mm ，選擇 d=90mm。表 4-2 速度比 選擇壓力 MP ≤10 12.5～20 ≥20速度比 1.33 1.46 2?4.5.3 活塞桿強度驗算活塞桿工作時，一般主要受軸向主要拉壓作用力，因此活塞桿的強度驗算，可按直桿拉壓強度驗算，可按直桿拉壓公式計算， 即（2）（3） 式中： --活塞桿內(nèi)應力。?F—液壓缸負載力。 --活塞桿材料許用應力 ， 為材料的抗拉強度，材料為 45 號鋼，故 為?? b? b?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，所以強度滿足要求。4.5.4 穩(wěn)定性驗算當活塞桿直徑與液壓缸安裝長度之比大于 1:10 時，活塞桿容易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生縱向彎曲失效，因此需要對活塞桿進行穩(wěn)定性計算。當計算時，整個液壓缸被視為等于活塞桿截面的桿。采用歐拉公式計算臨界壓縮荷??24Fd????nb24載 ，再按壓桿穩(wěn)定公式計算。tF歐拉公式為： （4） 2tEJFL???式中：E—材料的彈性模數(shù)，對鋼而言，E= MP。5.10?J—活塞桿截面慣性矩， = 。46dJ62.3?L—液壓缸安裝長度，由文獻〔1〕可知，此處選擇為 L=1.4m 液壓缸長為 0.9 米。--長度折算系數(shù)，由文獻〔1〕我們采用缸體固定桿端鉸接的形式 ?可知， =0.5。計算可得 = N。tF60.?壓桿穩(wěn)定公式為：（5）tFn?式中： --安全系數(shù)，一般取 =3.5。tnt將 帶入上式，所得結果與式（3）符合。tF可以確定尺寸為 d=90mm4.5.5 缸筒壁厚的計算液壓缸壁厚 和外徑 由強度條件確定?1D缸筒計算分為 2 種：標準液壓缸外徑，標準液壓缸的缸體外徑主要用在重型機械、運輸機械等方面。按薄壁筒計算 按中等壁厚計算按厚壁計算液壓系統(tǒng)壓力擬定為 20MPa 故采用薄臂計算方法 當缸筒內(nèi)徑 D 和壁厚 的比值 時，稱為薄壁缸筒。?:10D??對薄壁缸筒: ????2Dpy?1（6）式中： --液壓缸的耐壓試驗壓力，當 P＜16MP 時， =1.5P。xP x當 P＞16MP 時， =1.25P，P 為液壓缸工作壓力為 20MP。x--缸筒材料的許用應力， ， 為材料的抗拉強度，材料為 45 號鋼取?????bN??25=600MP， N 為安全系數(shù)，一般取 N=5。b?對于：45 號鋼 =600 MPa???鍛鋼 =100—120 MPa鑄鋼 =100—110 MPa鋼管 =100—110 MPa??鑄鐵 =60 MPa?D—缸筒內(nèi)徑 D=125mm。將上述數(shù)值代入式（4）可得， =12.5mm。?即所得缸筒壁厚為 25mm。4.5.6 缸筒外徑計算缸筒外徑 為 1D12???（7）所得結果為 =150mm。1D4.5.7 缸底厚度計算我們采用平行缸底當缸底無油孔時???ypDh43.0?1h—缸底厚度 mD—液壓缸內(nèi)徑 mp —實驗壓力 MPay—缸底材料的許用應力 MPa???我們選用缸底材料為 45 號鋼 =600 MPa???可以得出 h=12.1mm通過計算得出液壓缸的基本參數(shù)為：缸筒內(nèi)徑：125mm 活塞桿直徑：90mm 缸筒外徑：150mm缸徑：125，桿徑：904.6 支腿液壓缸結構設計