汽車起重機液壓系統(tǒng)的設(shè)計

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目錄前言 .11 緒論 .21.1 汽車起重機概述 .21.2 國外汽車起重機發(fā)展概況及發(fā)展趨勢 .21.2.1 國外汽車起重機發(fā)展概況 .21.2.2 國外汽車起重機發(fā)展趨勢 .41.3 國內(nèi)汽車起重機的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢 .51.3.1 國內(nèi)汽車起重機的發(fā)展概況 .51.3.2 國內(nèi)汽車起重機發(fā)展趨勢 .61.4 汽車起重機上液壓系統(tǒng)的特點 .71.5 汽車起重機液壓系統(tǒng)的運用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 .81.6 課題意義和主要研究任務 .92 QY25K 汽車起重機工況分析 102.1 QY25K 汽車起重機簡介 .102.2 QY25K 汽車起重機液壓系統(tǒng)組成及特點 112.2.1 下車液壓系統(tǒng) 112.2.2 上車液壓系統(tǒng) 112.3 QY25K 汽車起重機的各組合、分配及控制 122.4 QY25K 汽車起重機的整機技術(shù)參數(shù) .132.5 QY25K 汽車起重機的工作等級 152.6 典型工況分析及對系統(tǒng)要求 .162.6.1 伸縮機構(gòu)的作業(yè)情況 162.6.2 副臂的作業(yè)情況 .162.6.3 三個以上機構(gòu)的組合作業(yè)情況 .162.6.4 典型工況的確定 .162.6.5 系統(tǒng)要求 .172.7 QY25K 汽車起重機主機的工況分析 .182.7.1 運動分析 .182.7.2 動力分析 .192.7.3 液壓馬達的負載 .203 QY25K 汽車起重機液壓系統(tǒng)設(shè)計 223.1 QY25K 汽車起重機液壓系統(tǒng)額定壓力的確定 223.2 QY25K 汽車起重機液壓系統(tǒng)的基本回路設(shè)計 223.2.1 起升機構(gòu)回路的設(shè)計 .223.2.2 變幅、伸縮機構(gòu)回路的設(shè)計 .233.2.3 回轉(zhuǎn)機構(gòu)回路的設(shè)計 .243.2.4 支腿機構(gòu)回路的設(shè)計 .253.3 液壓系統(tǒng)的控制分析 .273.3.1 負荷傳感 .273.3.2 恒功率控制 .283.3 QY25K 汽車起重機液壓系統(tǒng)原理圖 294 QY25K 汽車起重機液壓系統(tǒng)參數(shù)的計算 304.1 變幅機構(gòu) .304.1.1 變幅液壓缸的受力分析 .304.1.2 變幅機構(gòu)鉸點三角形 .314.1.3 變幅液壓缸的推力計算 .334.1.4 變幅液壓缸性能參數(shù)的確定 .344.2 支腿機構(gòu) 384.2.1 按三點支撐的壓力計算 .384.2.2 支腿液壓缸作用力的確定 404.2.3 液壓缸尺寸的確定 .404.2.4 液壓缸伸縮速度及流量的計算 .435 液壓系統(tǒng)元件選型 .455.1 液壓馬達和液壓泵的選擇計算 .455.1.1 主、副卷揚馬達和泵的選擇 .455.1.2 回轉(zhuǎn)回路、支腿回路馬達和回轉(zhuǎn)泵的選擇 .465.1.3 伸縮變幅回路泵的選擇 .485.2 液壓閥的選擇 .495.3 液壓輔助元件選擇 515.3.1 油路的選擇 515.3.2 油箱選擇 .535.3.3 濾油器的選擇 .555.3.4 液壓傳動的工作介質(zhì)（液壓油）的選擇 .555.4 QY25K 汽車起重機主要元件明細表 556 系統(tǒng)各回路性能計算 .566.1 系統(tǒng)各回路功率計算 566.1.1 管路系統(tǒng)容積效率及壓力效率計算 .566.1.2 壓力損失 .566.1.3 管路系統(tǒng)總效率 .576.2 系統(tǒng)各回路性能的驗算 576.2.1 起升回路 .576.2.2 回轉(zhuǎn)回路 586.2.3 伸縮回路 596.2.4 變幅回路 597 QY25K 汽車起重機的技術(shù)和經(jīng)濟性分析 618 結(jié) 論 .62致 謝 .63參考文獻 .64附錄 A .65附錄 B .711前言工程起重機是各種工程建筑廣泛應用的重要起重設(shè)備,是用來對物料進行起重、運輸、裝卸或安裝等作業(yè)的機械設(shè)備，在工業(yè)和民用建筑中作為主要施工機械而得到廣泛運用。它對減輕勞動強度、節(jié)省人力，降低建設(shè)成本，提高施工質(zhì)量，加快建設(shè)速度，實現(xiàn)工程施工機械化起著十分重要的作用。相對于其他起重機，汽車起重機不僅具有移動方便，操作靈活，易于實現(xiàn)不同位置的吊裝等優(yōu)點，而且對其進行驅(qū)動和控制的液壓系統(tǒng)易于實現(xiàn)改進設(shè)計。隨著液壓傳動技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車起重機已經(jīng)成為各起重機生產(chǎn)廠家主要發(fā)展對象。隨著中國社會的發(fā)展，社會生活中對起重機的需求越來越大，所以起重機的研發(fā)越來越緊迫，由于汽車式起重機轉(zhuǎn)場靈活，從而方便快捷，所以進幾年我國的汽車式起重機發(fā)展很快。但是，與國外汽車式起重機相比，國外汽車式起重機技術(shù)得到了飛速發(fā)展，為了降低整機成本，提高性能，整機質(zhì)量越來越小，在起重性能相同的情況下，自重約比十年前降低了20％左右，由于車輛自重的減小，使車輛采用盡可能少的軸數(shù)（尤其是大噸位起重機），這樣，大大簡化了車輛的結(jié)構(gòu)，成本降低，同時提高了起重機的作業(yè)能力及使用經(jīng)濟性，所以，同等噸位的銷售價較前十年有大幅下降，對中國國內(nèi)市場造成了很大沖擊，因此，對我國的汽車式起重機的生產(chǎn)者來說是一個嚴峻的考驗。加大對汽車式起重機液壓系統(tǒng)的設(shè)計的研究，努力創(chuàng)新和借鑒外國經(jīng)驗是當務之急。21 緒論1.1 汽車起重機概述在底盤上裝設(shè)起重設(shè)備完成吊裝任務的汽車稱為汽車起重機。我國新一代汽車起重機產(chǎn)品，起重作業(yè)的操作方式，大面積應用先導比例控制，具有良好的微調(diào)性能和精控性能，操作力小，不易疲勞。通過先導比例手柄實現(xiàn)比例輸送多種負荷的無級調(diào)速，有效防止起重作業(yè)時的二次下滑現(xiàn)象，極大的提高了起重作業(yè)的安全性、可靠性和作業(yè)效率。部分大型汽車式起重機還在伸縮臂上使用了單缸插銷的伸縮技術(shù)，通過液壓銷作用，以單個液壓油缸可完成多節(jié)伸臂的運動，并達到各種工況的程度控制和自動伸縮，改變了以往能不油缸加內(nèi)部繩排的作業(yè)方式，使起重機相對更輕，拓展了起重機向更高工作高度發(fā)展的空間。根據(jù)吊臂結(jié)構(gòu)可分為定長臂、接長臂和伸縮臂三種，前兩種多采用桁架結(jié)構(gòu)臂，后一種采用箱形結(jié)構(gòu)臂。根據(jù)動力傳動，又可分為機械傳動、液壓傳動和電力傳動三種。因其機動靈活性好，能夠迅速轉(zhuǎn)移場地，廣泛用于土木工程?，F(xiàn)在普遍使用的汽車起重機多為液壓伸縮臂汽車起重機，液壓伸縮臂一般有 2~4 節(jié)，最下(最外)一節(jié)為基本臂，吊臂內(nèi)裝有液壓伸縮機構(gòu)控制其伸縮。圖 1-1 所示為安裝在專用汽車底盤上的伸縮臂式液壓汽車起重機。圖 1-2 為 QY25K 型汽車起重機。圖 1-1 專用汽車底盤的汽車起重機 圖 1-2 QY25K 型汽車起重機Figure 1-1 Special truck crane chassis Figure 1-2 QY25KTruck crane1.2 國外汽車起重機發(fā)展概況及發(fā)展趨勢 1.2.1 國外汽車起重機發(fā)展概況目前世界上約有百余家企業(yè)生產(chǎn)汽車起重機，但著名的也就右十余家，如美國的格魯夫、德國的利勃海爾、徳馬克、日本加藤、多田野等。生產(chǎn)的汽車起重機品種有數(shù)百3種，90 年代以來，生產(chǎn)，銷售各種噸位的起重機萬余臺。汽車起重機的市場主要集中在東亞、北美和歐洲。東亞約占銷售量的 40%，北美和歐洲各約占 20%。國外汽車起重機發(fā)展的主要特點可以歸納為：多品種生產(chǎn)，標準化程度高和一機多用。就分布于三大市場的產(chǎn)品而言，以德國為主的歐洲市場，其產(chǎn)品主要特點為：(1)全地面起重機占主導地位，約占市場份額的 80%。(2)大噸位產(chǎn)品為主，利勃海爾公司占銷售額的 70%～80%式 100 噸以上的產(chǎn)品。(3)技術(shù)先進，及時采用世界最新的技術(shù)成果。(4)專用配套件多，這以為歐洲發(fā)展汽車起重機的得天獨厚的條件。以日本為主的東亞市場和以美國為主的北美市場，其產(chǎn)品主要特點有：(1)越野汽車起重機占主導地位，約占 70%～80%，其次為輪式起重機，全地面起重機所占比例較小。(2)多系列生產(chǎn)，中大噸位居多。(3)注重適應性和經(jīng)濟性。在保證產(chǎn)品性能和功能提下，大量采用通用配套件，而不強調(diào)追趕新技術(shù)，故產(chǎn)品可靠性較好。目前，世界汽車起重機的生產(chǎn)，從技術(shù)上講，德國利勃海爾公司略占優(yōu)勢，但從企業(yè)規(guī)模上講，美國格魯公司居世界首位。而生產(chǎn)量則是日本的多田野和藤加最多。市場總的趨勢式供大于求，面對激烈競爭，國外各大公司除了紛紛增加投資、擴大生產(chǎn)、提高自身的競爭能力外，還通過聯(lián)合或兼并來提高在國際市場的份額。如 1984 年，美國格魯夫公司收購了英國老牌企業(yè)科爾斯公司。1987 年，德國克虜伯公司收購了格的瓦爾德公司，稱為當時德國最大的起重機公司，但該公司 1995 年又被美國格魯夫公司收購。1990 年，日本多田野兼并了德國法恩公司等。在起重機行業(yè)內(nèi)，國外的大型汽車起重機的發(fā)展比我國迅速，在技術(shù)和運用上已相當成熟，目前國際市場對汽車起重機的需求在不斷增加，從而使國外各大汽車式起重機制企業(yè)在生產(chǎn)中更多的應用優(yōu)化設(shè)計，機械自動化和自動化設(shè)備，這對起重機行業(yè)的發(fā)展造成了很大的影響。目前國外的起重機企業(yè)主要是生產(chǎn)大噸位的起重機，而且有完善的設(shè)計體系，和一批先進的研發(fā)人員，不斷的進行創(chuàng)新和完善。國外的制造企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)達到規(guī)?；纳a(chǎn)，技術(shù)含量比較高，而且液壓技術(shù)和電子技術(shù)在汽車起重機的設(shè)計中也已廣泛的應用，很多企業(yè)的品牌在用戶的心中已經(jīng)打上了堅實的烙印，這也使的國外起重機的繼續(xù)發(fā)展占有了更大的優(yōu)勢。41.2.2 國外汽車起重機發(fā)展趨勢 1)設(shè)計、制造的計算機化、自動化近年來，隨著電子計算機的廣泛應用，許多國外起重機制造商從應用起重機輔助設(shè)計系統(tǒng)（CAD） ，提高到應用計算機進行起重機的模塊設(shè)計。起重機采用模塊單元化設(shè)計，不僅是一種設(shè)計方法的改革，而且將影響整個起重機行業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)和管理水平，老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，新產(chǎn)品的研制速度都將大大加快。對起重機的改進，只需更改幾個模塊；設(shè)計新的起重機只需新的不同模塊進行組合，提高了通用化程度，可使單件小批量的產(chǎn)品，改成相對批量的模塊生產(chǎn)，能使較少的模塊形式，組合成不同規(guī)格的起重機，滿足市場的需求，增強了競爭力。2)起重機控制元件的革新與應用起重機的距離檢測防撞裝置，采用無線電信號型的防撞裝置，防撞系統(tǒng)由三相系統(tǒng)組成，用來監(jiān)控起重機前端行使距離，一般首先發(fā)出信號警示，接著將大車車速減小到50%，最后切斷電機電源，將大車制動。3)新材料、新工藝的應用。由于鋼鐵工業(yè)新技術(shù)的應用，剛才質(zhì)量得以提高，在設(shè)計起重機主梁強度時，可使用較高的許用應力，而不需要較高的安全系數(shù)，以便減少起重機材料用量，從而降低設(shè)備的重量和價格，起重機配套的零部件的制造也得益于新材料的不斷產(chǎn)生，使得起重機向更輕，更好的方向發(fā)展。1.3 國內(nèi)汽車起重機的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢1.3.1 國內(nèi)汽車起重機的發(fā)展概況我國在 1957 年生產(chǎn)第一臺 5T 機械式汽車起重機到現(xiàn)在已有 50 多年歷史，它的生產(chǎn)大致經(jīng)歷了以下幾個階段：1957～1966 年以生產(chǎn) 5T 機械式汽車起重機為主；1967～1976年以生產(chǎn) 12T 以下小型液壓汽車起重機為主；1977 ～1996，16～50T 中大噸位液壓汽車起重機產(chǎn)品發(fā)展較快。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)廠家采用技貿(mào)結(jié)合方式，分別引進日本多田5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)，以結(jié)合生產(chǎn)的方式相繼制造出 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)輪胎式起重機一些新產(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。許多專家認為，高速發(fā)展的市場，是中國汽車起重機產(chǎn)業(yè)各個廠商有利的技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)和環(huán)境。近幾年來，中國汽車起重機產(chǎn)業(yè)的主力廠商在加速追趕國外先進水平的進程中，一直堅持自主的技術(shù)創(chuàng)新道路，基本上沒有整體引進外國技術(shù)的做法，也使得中國汽車起重機產(chǎn)業(yè)在達到和接近國際先進水平的同時，在產(chǎn)品技術(shù)上擁有明顯的中國特質(zhì)。受公路車輛行駛的限制，國外工程起重機在 70 噸級以上，基本發(fā)展了全路面底盤技術(shù)，采用獨立的油氣缸懸掛方式，而中國起重機產(chǎn)業(yè)則繼續(xù)在汽車板簧式技術(shù)上發(fā)展到目前的 130 噸級產(chǎn)品。這其中，形成了獨用的多橋板簧平衡懸掛技術(shù)，解決了多橋車輛在設(shè)計中的橋荷平衡，以及行駛過程中單橋過載等問題，并且實現(xiàn)了多橋（四橋以上）車輛的多橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，滿足了國家對公路車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑的要求，使得汽車式大噸位起重機行駛基本達到與全路面起重機的獨立懸掛相當?shù)男旭偰芰?。另外，國?nèi)像徐州重工等重量級廠家，經(jīng)過幾年的自主摸索與創(chuàng)新，成熟掌握了全路面起重機的全部技術(shù)，制造出了 200 噸級及以上的超大型產(chǎn)品，雖然與國外最大 800噸的產(chǎn)品還有一定差距，但是已經(jīng)不存在不可跨越的障礙，中國汽車起重機行業(yè)達到國際最先進水平已經(jīng)是一個時間和進度問題。中國汽車起重機底盤到目前已經(jīng)應用了 CAN 總線控制系統(tǒng)，達到點對點、一點對多點（成組）及全局廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)，達到了防抱死防滑轉(zhuǎn)、電噴發(fā)動機控制、自動變速，扭矩實時控制、經(jīng)濟運行速度等的自動計算控制，提高了操縱的自動性、系統(tǒng)的可靠性、人機界面的可視性，達到了真正意義上的信息集成和智能化。上車起重機部分已經(jīng)大量應用 PLC 可編程集成控制技術(shù)，帶有總線接口的液壓閥塊、馬達、油泵等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，液壓和電氣已實現(xiàn)了真正緊密的接合?？赏ㄟ^軟件實現(xiàn)控制性能的調(diào)整，大幅度減化控制系統(tǒng)、減少液壓元件、提高系統(tǒng)的可靠性，具備了實現(xiàn)故障自動珍斷、遠程控制的能力。 61.3.2 國內(nèi)汽車起重機發(fā)展趨勢近年來隨著建筑工程規(guī)模不斷擴大，起重安裝工程量越來越大，尤其是現(xiàn)代化大型石油、化工、冶煉、電站以及高層建筑的安裝作業(yè)逐年增多。因此，對汽車起重機，特別是大功率的起重機的需要量日益增加。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，各種新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝在汽車起重機上得到廣泛的應用。所有這些因素都有力地促進了汽車起重機的發(fā)展。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有汽車起重機產(chǎn)品和技術(shù)資料的分析，近年來汽車起重機的發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。1)提高起重機的起重量由于現(xiàn)代工程項目想大型化發(fā)展，所需構(gòu)件和配套設(shè)備的重量在不斷增加，對超大型起重設(shè)備的需求也越來越多。在汽車起重機向大型化發(fā)展過程中，德國始終處于遙遙領(lǐng)先的地位。現(xiàn)在，最大噸位的汽車起重機為德國利勃海爾公司生產(chǎn)的 LTM11000D 型。最大額定起重量為 1000T 。2)微型起重機大量涌現(xiàn)汽車起重機的微型化是適應現(xiàn)代建設(shè)工作的需要而出現(xiàn)的一種新的發(fā)展趨勢。走在前面的是日本的神戶制鋼公司，它于 10 多年前開發(fā)的 RK70（7T）型是世界第一臺裝有下俯式臂架的“迷你”越野輪胎式起重機。目前，下俯式臂架已成為“迷你”起重機的重要標志。3)混合型起重機在發(fā)展混合型起重機是為了特定用途而開發(fā)出來的。如利勃海爾公司生產(chǎn)的 LTL1160 型越野輪胎起重機就是為了維修龐大的斗輪挖掘機而專門研制的。德馬格雙橋 AC25（25T）全路面起重機，結(jié)構(gòu)非常緊湊，車身長 9m，非常適應城市狹窄地段工作所以又被稱為城市型起重機。4)采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝為了減輕起重機的自重，提高起重性能，保證起重機高效可靠地工作，各國非常重視采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝。5)廣泛采用液壓技術(shù)由于液壓傳動具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，能無極調(diào)速，容易布置，操縱輕便，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和工作安全等優(yōu)點，因此，近年來國內(nèi)外各種類型的起重機廣泛采用液壓傳動。76)一機多能，擴大工作范圍為了充分發(fā)揮起重機的作用，擴大其使用范圍，有的國家在設(shè)計起重機時重視了產(chǎn)品的多用性。例如在工作裝置設(shè)計方面，除了使用吊鉤外，還設(shè)計了配備有電磁吸盤、抓斗、拉鏟和木料抓取器等取物裝置。有的還設(shè)計成用于建筑基礎(chǔ)工程中，如裝設(shè)鉆孔裝置和掀動打樁拔樁裝置等一機多用的產(chǎn)品。1.4 汽車起重機上液壓系統(tǒng)的特點汽車起重機由于它是利用汽車底盤，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)場后能迅速投入工作，因此特別適用于流動性大，不固定的作業(yè)場所。由于汽車底盤通常是由專業(yè)廠生產(chǎn)的，因而在現(xiàn)成的汽車底盤上改裝成起重機比較容易和經(jīng)濟。汽車起重機由于具有上述這些特點，因此隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，近年來各國汽車起重機的品種和產(chǎn)量都有很大發(fā)展。但汽車起重機也有其弱點，主要是起重機總體布置受汽車底盤的限制，一般車身都較長，轉(zhuǎn)彎半徑大，并且只能在起重機左右兩側(cè)和后方作業(yè)。1)在起重機的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能上的優(yōu)點：來自汽車發(fā)動機的動力經(jīng)油泵轉(zhuǎn)換到工作機構(gòu)，其間可以獲得很大的傳動比，省去了機械傳動所需的復雜而笨重的傳動裝置。不但使結(jié)構(gòu)緊湊，而且使整機重量大大的減輕，增加了整機的起重性能。同時還很方便的把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)槠揭七\動，易于實現(xiàn)起重機的變幅和自動伸縮。各機構(gòu)使用管路聯(lián)結(jié)，能夠得到緊湊合理的速度，改善了發(fā)動機的技術(shù)特性。便于實現(xiàn)自動操作，改善了司機的勞動強度和條件。由于元件操縱可以微動，所以作業(yè)比較平穩(wěn)，從而改善了起重機的安裝精度，提高了作業(yè)質(zhì)量。采用液壓傳動，在主要機構(gòu)中沒有劇烈的干摩擦副，減少了潤滑部位，從而減少了維修和技術(shù)準備時間。2)在經(jīng)濟上的優(yōu)點液壓傳動的起重機，結(jié)構(gòu)上容易實現(xiàn)標準化，通用化和系列化，便于大批量生產(chǎn)時采用先進的工藝方法和設(shè)備。此種起重機作業(yè)效率高，輔助時間短，因而提高了起重機總使用期間的利用率，對加速實現(xiàn)四個現(xiàn)代化大有好處。3）液壓傳動的主要缺點液壓傳動的主要缺點是漏油問題難以避免。為了防止漏油問題，元件的制造精度要求比較高。油液粘度和溫度的變化會影響機構(gòu)的工作性能。液壓元件的制造和系統(tǒng)的調(diào)8試需要較高的技術(shù)水平。從液壓傳動的優(yōu)缺點來看，優(yōu)點大于缺點，根據(jù)國際上起重機的發(fā)展來看，不論大小噸位都采用液壓傳動系統(tǒng)?？v觀眾多用戶的反饋意見，液壓式汽車起重機深受他們的歡迎和好評。所以 QY25K 型汽車起重機決定采用液壓傳動的形式。1.5 汽車起重機液壓系統(tǒng)的運用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢最早的汽車起重機液壓系統(tǒng)常用單泵供油，后來為了滿足起升、變幅、后來為滿足起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)機構(gòu)的獨立工作、聯(lián)合動作以及快速提升的要求，出現(xiàn)了雙泵統(tǒng)選用多聯(lián)齒輪泵。但齒輪泵存在壓力受到限制和不能變量的缺陷，因而不能在閉式回路、功率匹配回路等系統(tǒng)中應用，故高壓柱塞泵是發(fā)展的必然。1)起升液壓系統(tǒng): 目前最常用的起升液壓系統(tǒng)為定量泵、定量或變量馬達開式液壓系統(tǒng)，然而，現(xiàn)代施工要求。起升系統(tǒng)節(jié)能、高效、可靠以及微動性、平穩(wěn)性更好。為了適應這些新的要求，以前的定量泵將逐步被先進可靠的具有負載反饋和壓力切斷的恒功率變量泵所取代，定量馬達或液控變量馬達也將被電控變量馬達所取代。這種系統(tǒng)將能有效地達到輕載高速、重載低速和節(jié)能等效果。2)變幅液壓系統(tǒng): 變幅液壓系統(tǒng)更趨節(jié)能高效，目前最先進的為變幅下降時充分利用吊臂和重物的重力勢能，實現(xiàn)重力下放，下放的速度由先導手柄來無級控制，變幅平穩(wěn)沒有沖擊。3)伸縮液壓系統(tǒng): 對于具有 5 節(jié)以下伸縮臂的伸縮液壓系統(tǒng)，國內(nèi)一般采用同步或順序加同步的伸縮方式，當采用 2 級液壓缸時，上下 2 液壓缸實現(xiàn)內(nèi)部溝通，一般采用插裝式平衡閥; 對于具 5 節(jié)以上伸縮臂的液壓系統(tǒng)，采用單缸插銷伸縮機構(gòu)，這種伸縮機構(gòu)自重輕，能大幅提高起重機的起重性能，能有效地控制整機的重量，通過采用多油口和多平衡閥的油路來提高伸縮的效率。4)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng): 起重機的回轉(zhuǎn)所需功率最少，因而回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的要求是: 回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，起重作業(yè)無側(cè)載; 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢為通過小馬達、大傳動比來實現(xiàn)操作平穩(wěn)，通過設(shè)立回轉(zhuǎn)緩沖閥和自由滑轉(zhuǎn)機能來實現(xiàn)吊重的自動對中功能，從而有效防止側(cè)載的產(chǎn)生。5)操縱、控制系統(tǒng): 機械式操縱是汽車起重機簡單、廣泛使用的一種操縱方式，而最有發(fā)展前途的還是電比例操縱系統(tǒng)，借助于計算機技術(shù)和可編程技術(shù)，汽車起重機將向智能化發(fā)展。91.6 課題意義和主要研究任務QY25K 汽車起重機屬于中型起重機，是工程建設(shè)中較常用的一款汽車起重機。生產(chǎn)廠家把生產(chǎn)的起重機所能夠吊的噸位作為生產(chǎn)能力的主要標志，而忽視中小型起重機的技術(shù)發(fā)展，從某種方面來說是不完美的。為了使設(shè)計出來的起重機具有高的性能，設(shè)計時不僅要采用一些國內(nèi)外的先進技術(shù)，也要有自己的創(chuàng)新技術(shù)。這樣，才能使自己設(shè)計出來的產(chǎn)品具有一定的先進性，很高的性價比，才能在市場中具有很強的競爭能力。因此，設(shè)計這樣一款汽車起重機不僅很有必要而且是可行的。本課題主要針對汽車起重機的功能、組成和工作特點，結(jié)合國內(nèi)外汽車起重機的運用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，設(shè)計一款能夠適應國內(nèi)外工程建設(shè)的中型汽車起重機液壓系統(tǒng)。設(shè)計時，首先明確設(shè)計任務和設(shè)計要求，仔細研究設(shè)計方案，理清設(shè)計思路，使設(shè)計過程清晰化，在此基礎(chǔ)上，進行以下研究工作：1、分析已有的汽車起重機，結(jié)合設(shè)備特點，明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求，并進行工況分析；2、確定汽車起重機液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)；3、對各工作機構(gòu)液壓回路進行設(shè)計，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；4、根據(jù)整機工作參數(shù)和各機構(gòu)主要參數(shù)對液壓系統(tǒng)進行設(shè)計與計算，并且對主要液壓元件進行選型；5、對各回路及整個系統(tǒng)進行性能計算，其中包括各回路功率計算、各回路性能驗算以及系統(tǒng)的發(fā)熱驗算等。6、對液壓油缸進行設(shè)計與圖紙繪制。2 QY25K汽車起重機工況分析2.1 QY25K 汽車起重機簡介采用全頭大視野豪華型駕駛室、新型太空型操縱室，整機造型美觀采用5節(jié)八邊形雙10缸，加繩排伸縮主臂和1節(jié)桁架式副臂，提高了整機的作業(yè)范圍，配置了大功率環(huán)保型發(fā)動機。提高底盤的動力和通過性能可供先導操縱和非先導操縱兩種配置，使用戶具有更大的選擇空間。經(jīng)國家工程機械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心型式試驗和國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的強制性目檢，整機各項指標完全達到了相關(guān)標準的要求，安全環(huán)保項目符合國家強制性標準規(guī)定，經(jīng)用戶使用動力強勁起吊性能優(yōu)良。如圖2-1所示汽車起重機主要由2回轉(zhuǎn)機構(gòu)、3支腿機構(gòu)，4變幅機構(gòu)、5伸縮機構(gòu)和7起升機構(gòu)組成。圖2-1 汽車起重機外形簡圖Figure 2-1 truck crane dimension sketchQY25K 型汽車起重機是一種中小型起重機，這種起重機的作業(yè)操作，主要通過手動操縱來實現(xiàn)多缸各自動作。起重作業(yè)時一般為單個動作，少數(shù)情況下有兩個缸的復合動作，為簡化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用一個液壓泵給各執(zhí)行元件串聯(lián)供油方式。在輕載情況下，各串聯(lián)的執(zhí)行元件可任意組合，使幾個執(zhí)行元件同時動作，如伸縮和回轉(zhuǎn)，或伸縮和變幅同時進行等。汽車起重機液壓系統(tǒng)中液壓泵的動力，都是由汽車發(fā)動機通過裝在底盤變速箱上的取力箱提供。液壓泵為斜軸式柱塞泵，由于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速可以通過油門人為調(diào)節(jié)控制，其輸出的流量可以在一定的范圍內(nèi)通過控制汽車油門開度的大小來人為控制，從而實現(xiàn)無級調(diào)速；液壓泵通過中心回轉(zhuǎn)接頭、開關(guān)和過濾器從油箱吸油；輸出的壓力油經(jīng)回轉(zhuǎn)接頭多路換向閥手動閥組的操作，將壓力油串聯(lián)地輸送到各執(zhí)行元件，當起重機不工作時，液壓系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。112.2 QY25K 汽車起重機液壓系統(tǒng)組成及特點2.2.1 下車液壓系統(tǒng)下車油路采用手動多路換向閥控制水平支腿和垂直支腿的運動方向，車架兩側(cè)均可操作，用戶可根據(jù)實際情況進行選擇。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。四個水平支腿或垂直支腿既可以單獨伸縮也可以同時伸縮。新型下車多路換向閥由于增加了限壓閥，可有效防止水平液壓缸活塞桿彎曲。四個垂直支腿缸上裝有雙向液壓鎖，用于防止在起重作業(yè)時垂直支腿缸活塞桿回縮或在行車時活塞桿自動伸出。2.2.2 上車液壓系統(tǒng)上車液壓系統(tǒng)主要由液控先導操縱的多路換向閥控制系統(tǒng)，主操縱閥為負荷傳感式比例多路換向閥，各聯(lián)換向閥均設(shè)有抗沖擊閥和防氣蝕閥。先導閥采用進口比例式液壓閥，先導閥手柄移動的角度與輸出壓力成正比，主操縱閥的閥芯位移與先導閥輸出壓力也成正比，所以整機具有良好的微動性。同時負荷傳感閥使執(zhí)行元件的運動速度與負載無關(guān)，降低了操作者的操作難度，減輕了操作者的勞動強度。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)，它與變量馬達構(gòu)成了兩個獨立的容積調(diào)速回路。卷揚機構(gòu)采用變量馬達使整機具有輕載高速、重載低速的特點。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。QY25K 型起重機屬于中型起重機，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?，F(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（風力等）引起的自由擺動的特殊閥。伸縮回路有四級液壓缸，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?；芈分校姶砰y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，即兩12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。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，此副泵負責給自己所在閉式回路補油和提供控制油。25 噸液壓汽車起重機還另外聯(lián)接和驅(qū)動各機構(gòu)的還有液壓傳動系統(tǒng)。這此機構(gòu)應能完成重物的提升和下降,改變作業(yè)的高度和方位及作業(yè)半徑等其本作業(yè)運動外,即其必須完成的動作外,在液壓系統(tǒng)設(shè)計中還必須保證:(1) 在提升和下放改變方位負載時,應防止由于負載和落臂自重而導致失速降落;(2) 各方位都應有良好的微動性能,防止重物就位時發(fā)生沖擊碰撞;(3) 支腿在起重和汽車起重機行進中,不得因重物負載而自行伸縮。2.3 QY25K 汽車起重機的各組合、分配及控制1. 各機構(gòu)組合情況回轉(zhuǎn)機構(gòu)伸縮機構(gòu)支腿機構(gòu)起升機構(gòu)變幅機構(gòu)圖 2-2 各機構(gòu)動作組合情況Figure 2-2 institutions action combination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，起升與變幅，伸縮、回轉(zhuǎn)回路要有組合動作功能，回轉(zhuǎn)、伸縮、變幅回路之間不需要組合動作。各機構(gòu)組合情況如圖 2-2 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 2-3 所示：13伸縮機構(gòu)泵 1起升機構(gòu)泵 2合流分動箱支腿機構(gòu)回轉(zhuǎn)機構(gòu)變幅機構(gòu)圖 2-3 上車動力分配情況Figure 2-3 on power distribution3、各機構(gòu)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 2-4所示。伸缸落臂縮缸升臂伸縮 （ 變幅 ）主卷揚 （ 起升 ）主卷揚下降伸縮 （ 變幅 ）副卷揚 （ 起升 ）回轉(zhuǎn) （ 右移 ）回轉(zhuǎn) （ 左移 ）副卷揚 （ 下降 ）圖 2-4 手動控制閥手柄的工作位置搭配情況Figure 2-4 manual control valve handle position match situation2.4 QY25K 汽車起重機的整機技術(shù)參數(shù)表 2-1 為汽車起重機行駛狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù) [12]，表 2-2 為汽車起重機起重作業(yè)狀態(tài)主要參數(shù)。表 2-1 起重機行駛狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù)Fig.2-1 Crane running status, main technical parameters類別 項 目 單 位 參 數(shù)整 機 全 長 mm 12550整 機 全 寬 mm 2500整 機 全 高 mm 3380第一軸距 mm 4425尺寸參數(shù)軸 距第二軸距 mm 1350行駛狀態(tài)總質(zhì)量 kg 29400前 軸 kg 6200重量參數(shù) 軸 荷后 軸 kg 2320014發(fā)動機額定功率 kw/rpm 206/2200發(fā)動機額定扭矩 N.m/rpm 1112/1400最高行駛速度 km/h 75最小轉(zhuǎn)彎直徑 m 22最小離地間隙 mm 260接近角 ° 16離去角 ° 13制動距離（車速為 30km/h） m ≤10最大爬坡度 % 30行駛參數(shù)百公里油耗 l ≤37表 2-2 起重作業(yè)狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù)Fig.2-2 Lifting operation status of main technology parameters類別 項 目 單 位 參 數(shù)最 大 額 定 總 起 重 量 t 25最 小 額 定 工 作 幅 度 m 3轉(zhuǎn) 臺 尾 部 回 轉(zhuǎn) 半 徑 m 3.065最大起重力矩 基 本 臂 kN·m 1000縱 向 m 5.14支腿距離橫 向 m 6.0基 本 臂 m 10.7最 長 主 臂 m 33.15起升高度最 長 主 臂+副 臂 m 41.2基 本 臂 m 10.6最 長 主 臂 m 33主要性能參數(shù)起重臂長度最 長 主 臂+副 臂 m 41.15起 臂 s 75起重臂變幅時間落 臂 s 45全 伸 s 100起重臂伸縮時間全 縮 s 60最 大 回 轉(zhuǎn) 速 度 r/min 2.5滿載 m/min 75主起升機構(gòu) 空載 m/min 120滿載 m/min 75工作速度參數(shù) 起 升速 度 副起升機構(gòu) 空載 m/min 120152.5 QY25K 汽車起重機的工作等級起重機在有效工作期間有一定總工作循環(huán)數(shù)，起重機作業(yè)的工作循環(huán)是從準備其吊物品開始到下一次其吊物品為止的過程。工作循環(huán)次數(shù)表征起重機的利用程度，是起重機分級的基本參數(shù)之一。確定適當?shù)氖褂脡勖鼤r要考慮經(jīng)濟，技術(shù)和環(huán)境等因素，同時還要考慮設(shè)備老化的影響。工作循環(huán)次數(shù)除了可根據(jù)經(jīng)驗確定，還可根據(jù)下式進行計算：（次） （2-1）5360B3601()30Q= 3.7410YHT??????年 （ 天 ） 8（ 小 時 ）（ 秒 ）式中 : Y—起重機的使用壽命以年計算，與起重機的類型、用途、環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟因素有關(guān)。 由于本設(shè)計為 25 噸，參見《起重機設(shè)計手冊》 [11]不同類型起重機使用壽命表，如表 2-3 所示，可知 Y=13 年。B—起重機一年中的工作天數(shù)，取 B=300 天。H—起重機每天工作小時數(shù)，取 H=8 小時。T—起重機一個工作循環(huán)的時間，設(shè)定為 T=300 秒。根據(jù)以上計算所得出的數(shù)據(jù)， (次)5Q=3.7410?參見《起重機設(shè)計手冊》 [7]起重機利用等級表，如表 2-3 所示，可以選擇起重機的利用等級為 ，起重機的 使用情況為，經(jīng)常中等的使用。5U表 2-3 起重機利用等級Fig.2-3 Crane by grade 利用等級總的工作循環(huán)次數(shù)/N起重機使用情況利用等級總的工作循環(huán)次數(shù)/N起重機使用情況0U1.6 410?5U5 10?經(jīng)常中等的使 用13.2 61 不經(jīng)常繁忙使 用26.3 4不經(jīng)常使用 72 53U1.25 510?8U4 0?繁忙的使用42.5 經(jīng)常清閑的使 用 94 51162.6 典型工況分析及對系統(tǒng)要求2.6.1 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。2.6.2 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，順著滑輪升降副吊鉤，用于幅臂單獨起吊較小起重量，很少使用。而用副臂幅卷揚與主卷揚進行共同吊重的情況更為少見。本機屬于中型起重機，一般不提倡采用副臂工作，不過它可以增加最大起升高度，用于特殊場合。2.6.3 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。2.6.4 典型工況的確定根據(jù)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 2-4 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 2-4 汽車起重機典型工況表Fig.2-4 Typical working condition table truck crane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％；相應的工作幅度。主卷揚起升－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％；主卷揚起升－回轉(zhuǎn)－下降－停頓—起升－回轉(zhuǎn)－下降主卷揚組合動作主要用于平吊安裝或17相應的工作幅度。 （中間制動一次） 空中翻轉(zhuǎn)3中長臂；中長臂最大額定起重量的1/2；相應的工作幅度。（主卷揚起升＋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；相應的工作幅度。主卷揚起升－回轉(zhuǎn)－變幅－下降－停頓—起升－回轉(zhuǎn)－下降（中間制動一次）中長臂中等起重量工況出現(xiàn)機率大，此時平吊安裝或空中翻轉(zhuǎn)作業(yè)也常用5最長臂；最長臂最大額定起重量的 1/2；相應的工作幅度。主卷揚起升－回轉(zhuǎn)－變幅－下降(中間制動一次）利用它臂長特點起吊小起重量高空作業(yè)2.6.5 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，18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。2.7 QY25K 汽車起重機主機的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，對復雜的系統(tǒng)還需編制負載和動作循環(huán)圖，由此了解液壓缸或液壓馬達的負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。2.7.1 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(L—t) ，速度循環(huán)圖(v—t)，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 s—t圖 2-5 為液壓機的液壓缸位移循環(huán)圖，縱坐標 s 表示活塞位移，橫坐標 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。19ot1t2t3t4t5t6ts123 456圖 2-5 位移循環(huán)圖Figure 2-5 displacement cycle diagram2)速度循環(huán)圖 v—t(或 v—s) 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 v—t 圖，第一種如圖 2-6 中實線所示，液壓缸開始作勻加速運動，然后勻速運動， voetdbea圖 2-6 速度循環(huán)圖Figure 2-6 speed loop diagrams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。v—t 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。2.7.2 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載情況。1)液壓缸的負載及負載循環(huán)圖20ot1t2t3t4tFeFf dFf sFaF圖 2-7 負載循環(huán)圖Figure 2-7 load cycle diagram2)液壓缸的負載力計算工作機構(gòu)作直線往復運動時，液壓缸必須克服的負載由六部分組成(2-2) bmgifc FF???式中：F c為切削阻力；F f為摩擦阻力；F i為慣性阻力；F g為重力；F m為密封阻力；Fb為排油阻力。3)液壓缸運動循環(huán)各階段的總負載力液壓缸運動循環(huán)各階段的總負載力計算，一般包括啟動加速、快進、工進、快退、減速制動等幾個階段，每個階段的總負載力是有區(qū)別的。 (1)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，其總負載力包括導軌的摩擦力、密封裝置的摩擦力(按缸的機械效率 計算)、重力和慣性9.0?m?力等項，即：(2-3)bmgif FF???(2)快速階段： (2-f4)(3)工進階段： (2-5bmgfcFF???)(4)減速： (2-6)bmgif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載力。212.7.3 液壓馬達的負載工作機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動時，液壓馬達必須克服的外負載為：(2-7)ifeM??1)工作負載力矩 Me。工作負載力矩可能是定值，也可能隨時間變化，應根據(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：(2-8))(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： (2-9) )(MNtJi????式中：ε 為角加速度(r/s 2)；Δω 為角速度的變化(r/s)；Δt 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( )。mKg?2GD2MN?223 QY25K汽車起重機液壓系統(tǒng)設(shè)計3.1 QY25K 汽車起重機液壓系統(tǒng)額定壓力的確定系統(tǒng)工作壓力應按整機性能要求，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。但由此導致對密封、制造加工精度和元件材質(zhì)的要越嚴，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 :10MPa~25MPa，用于中小型輪式起重機；2)高壓 :25MPa~32MPa,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。QY25K 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 20MPa。3.2 QY25K 汽車起重機液壓系統(tǒng)的基本回路設(shè)計3.2.1 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。起升機構(gòu)簡圖如圖 3.1所示。 液 壓 馬 達 減 速 器 卷 筒制 動 器離 合 器 吊 鉤鋼 絲 繩 滑 輪 組圖 3-1 起升機構(gòu)簡圖Figure 3-1 lifting mechanism diagram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23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Figure 3-2 lifting mechanism hydraulic circuit diagram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主卷揚吊的方式，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主卷揚泵合流吊重的方式；對于吊比較長的物體時用共同吊重的方式。3.2.2 變幅、伸縮機構(gòu)回路的設(shè)計1)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)在工作裝置作業(yè)時，其液壓缸處于閉鎖狀態(tài)，受負載較大，要求不能無控制自動回縮。變幅缸的內(nèi)漏和外漏會使工作幅度變大而造成重大事故。另外，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。24PO1 123圖3-3 變幅機構(gòu)回路Figure 3-3 luffing mechanism circuit2)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)行元件選用液壓油缸，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。液壓—機械驅(qū)動還有另一種形式，即采用液壓馬達減速后驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)，利用螺桿和螺母間的相互運動推動下級吊臂移動 , 這種方法自重較輕，可以提高大幅度時的起重量，另外還大大減少了漏油部位，維修也比較方便。借助液壓作為動力伸縮吊臂的最大優(yōu)點在于可以實現(xiàn)無級伸縮以及不同程度上實現(xiàn)帶載伸縮，這就擴大了起重機在復雜使用條件下的使用功能，伸縮機構(gòu)簡圖如圖 3-4 所示。圖 3-4 伸縮機構(gòu)液壓油路回路圖Figure 3-4 'stretching hydraulic circuit circuit diagram3.2.3 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25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)。全回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機構(gòu)由三部分組成:(1)回轉(zhuǎn)機構(gòu)的原動機，是整機的傳動分流裝置中的一個傳動元件，它可以是電機、液壓馬達，或者是某根軸。一般來說，原動機的選擇是由起重機的總動力源所決定的。 (2)回轉(zhuǎn)機構(gòu)的機械傳動裝置，一般起減速作用。(3)回轉(zhuǎn)機構(gòu)小齒輪通過和回轉(zhuǎn)支承裝置上的大齒圈嚙合，以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)平臺的回轉(zhuǎn)運動。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Figure 3-5 slewing mechanism hydraulic circuit diagram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)沒有起升回路復雜?；剞D(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)。轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)由一個大轉(zhuǎn)矩液壓馬達驅(qū)動，它能雙向驅(qū)動轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)。通過齒輪、蝸桿機構(gòu)減速，轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)速度為 1r/min～3 r/min。由于速度較低，慣性較小，一般不設(shè)緩沖裝置，液壓馬達的回轉(zhuǎn)由三位六通手動換向閥控制，當三位六通手動換向閥工作在左位或右位時，分別驅(qū)動液壓馬達正向或反向回轉(zhuǎn)。3.2.4 支腿機構(gòu)回路的設(shè)計汽車起重機的支腿必需做成可伸縮的。在老式的起重機上支腿的伸縮都是人力的，極為不便。在現(xiàn)代的液壓起重機中，支腿的伸縮也是液壓傳動的。26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。H 式支腿對地面適應性好，易于調(diào)平，廣泛采用在中、大型起重機上。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，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)。圖 3-6 汽車起重機支腿液壓回路原理圖Figure 3-6 truck crane outrigger hydraulic circuit principle diagram1)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。2)下車液壓支腿共有五個工作狀態(tài)：(1)無工作(2) 水平同步伸 (3)水平同步縮(4)垂直同步伸(5) 垂直同步縮3)五個不同的工作狀態(tài)的過程分析：第一種：無動作，液壓油經(jīng)過吸油濾清器過濾被 32 號泵吸入下車主油路，油壓超過規(guī)定的壓力值時（液壓表控制）一部分經(jīng)溢流閥流回主回油路經(jīng)回油濾油器回油箱，另