QY25起重机液压系统设计
2011 届毕业设计说明书汽车起重机臂架及其液压系统系 、 部: 机械工程系学生姓名: 华恺指导教师: 黄开有 职称 副教授专 业: 机械制造及其自动化班 级: 机本 0704 班完成时间: 2011.05 摘 要随着国家现代化建设的飞速发展,科学技术的不断进步,现代施工项目对汽车起重机的要求也越来越高,高、深、尖液压技术在汽车起重机上的应用也越来越广泛,汽车起重机液压系统展示了强大的发展趋势。汽车起重机液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转、控制、支腿六个主回路组成。 为了使起重机能够满足高性能、高可靠性、操作更方便、舒适、安全的要求,以及使起重机能够向智能、高性能、灵活、适应性强、多功能、吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展方向发展,设计者不但要改进起重机的结构和提高材料的强度,更重要的是在这六个液压系统上下工夫。本文主要讨论伸缩主回路及其液压系统的设计。关键词:汽车起重机,伸缩机构,液压系统ABSTRACTWith the rapid development of the countrys 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 录1 绪 论 .71.1 汽车起重机的概念 71.2 汽车起重机的用途 .71.3 我国汽车起重机发展状况 71.5 三一 25 吨汽车起重机介绍 .82 25 吨汽车起重机臂架系统 .112.1 25 吨汽车起重机臂架系统的组成 112.2 主起重臂结构 .112.3 副起重臂 .142.4 伸缩机构 .142.5 臂端滑轮 .143 臂架结构的设计和计算 .153.1 臂架截面参数 153.2 吊臂工况计算 163.2.1 伸缩臂载荷计算 163.2.2 伸缩臂的临界力计算 183.2.3 伸缩臂的强度计算 .193.2.4 伸缩臂整体稳定性计算 .214 液压系统原理设计 .234.1 典型工况分析及对系统要求 .234.1.1 伸缩机构的作业情况 .234.1.2 副臂的作业情况 .234.1.3 三个以上机构的组合作业情况 .234.1.4 典型工况的确定 .234.1.5 系统要求 .254.2 液压系统类型选择 .264.2.1 本机液压系统分析 264.2.2 各机构动作组合、分配及控制 274.3 各种执行元件的选择 285 伸缩液压回路组成原理和性能分析 305.1 性能要求 305.2 主要元件 315.3 主要回路 315.4 功能实现和工作原理 316 伸缩液压系统设计计算 336.1 伸缩机构主要参数 336.2 伸缩油缸的选择 336.3 伸缩油路 .346.4 伸缩机构液压阀的选择 .356.4.1 变幅伸缩多路阀 .356.4.2 平衡阀 .366.5 液压辅助元件选择 366.5.1 油路的通径 .366.5.2 滤油器的选择 .367 伸缩机构回路性能验算 .377.1 伸缩回路功率选取 377.2 伸缩回路容积效率 .377.3 伸缩机构压力效率 377.4 伸缩回路性能验算 377.5 伸缩时间 377.6 伸缩速度 388 起重机的使用要求及简单的故障分析与排除 408.1 起重机作业时应注意的事项 .408.2 作业前的准备 418.3 溢流阀与液压泵的维修 .428.3.1 溢流阀的维修 428.3.2 液压泵的修理 448.3.3 油泵的修复 459.4 液压缸自行回缩 .45结束语 49致 谢 50参考文献 511 绪 论1.1 汽车起重机的概念通常把装在通用或专用载重汽车底盘上的起重机称为汽车起重机。汽车起重机的行驶操作在下车驾驶室里,起重操作在上车的操纵室里。汽车起重机由于利用汽车底盘所以具有汽车的行驶通过性能机动灵活,行驶速度高,可快速转移,转移到作业场地后能迅速投入工作,特别适用于流动性大、不固定的作业场所。汽车起重机由于具有这些特点,其品种和数量在我国得到了很大的发展,是目前我国轮式起重机中的主力机型。汽车起重机也有其弱点,总体部置受汽车底盘的限制,车身较长,转变半径大,大多数只能在左右两侧和后方作业。另外对地面的要求较高越野性能差。1.2 汽车起重机的用途汽车起重机是提升输送物料的机具,是国民生产各部门提高劳动生产率、生产过程机械化不可缺少的大型机械设备,对提高生产各部门的机械化,缩短生产周期和降低生产成本,起着非常重要的作用。汽车起重机可以广泛应用于工矿企业、建筑工地、港口码头、油田、铁路、仓库及货场等工况下的起重作业和吊装工作。随着国民经济飞速发展,汽车起重机在行业的作用也越来越大,经济杠杆作用与日俱增。1.3 我国汽车起重机发展状况由于我国起重机起步于 70 年代,相对较晚,而且发展速度不快,只是近几年才有较大发展,和国外相比,还有很大的差距。具体表现在:1 品种少、产量低我国起重机现处于低级发展阶段,品种较少。中小吨位重复较多,至今尚未形成大、中、小完整的系列,年产量只相当于国外一个厂家的生产能力。2 起重力矩小,技术水平底我国起重机以直臂卷扬为主,受国内汽车底盘的限制,起重力矩小,其他性能指标也一般低于国外先进产品。目前国内企业对汽车起重机的研究开发投入很少,液压系统、控制系统的技术水平也有一定差距。3 安全装置不齐全,操作不方便我国汽车起重机仅装有起升高度限位及平衡阀、溢流阀等一般安全装置,全部为手动操作。而国外早已将电子技术广泛运用到起重机上,如带有微电脑的力矩限制器及防御翻保护器等,并且已实现了有线与无线遥控。4 功能单一我国起重机以起重作业及运输功能为主,而国外起重机均有多种附具,主要加装在吊臂头部,如工作斗、抓斗、高空作业平台、各种、抓具、夹具、吊篮、螺旋钻、板叉、装轮胎机械手、拔桩器等,使汽车起重机具备了一机多用的功能。另外,国外一些厂家进一步开发了铁路专业汽车起重机等专用产品。5 外形不美观我国起重机设计单调,忽视了和汽车外形的协调,而国外对汽车起重机的着色非常严格,不仅在外形和着色上实现和卡车的一体化,还要求和城市的景观相协调。 1.4 我国起重机的发展趋势从产品的市场情况来看,需求量越来越大。目前,随着科学技术的加快,世界各国汽车起重机的生产有较大的发展,从最初的小型单一产品,已发展成全系列、大力矩、多功能、外型美观、操作简单、使用安全,并能进行有线或无线遥控的先进产品,可以说汽车起重机的发展已进入成熟期。由于国外劳动力费用高,强调工作效率,施工中基本不存在人工装卸,汽车起重机有使用灵活、技术成熟等特点,所以在欧洲市场起重机市场前景广阔。我国汽车起重机起步较晚,但随着科学技术的进步和市场需求的增加,我国汽车起重机的生产水平将会日益发展和完善,产品将具有更大的市场潜力。目前,在沿海城市和地区,汽车起重机的销量形势正逐步好转,特别是大吨位汽车起重机,正受到南方个体用户的青睐,并有向内地推进的趋势。从产品的技术特点来看,汽车起重机正朝着大型化、多功能化和智能的方向发展越来越多的重型平板车也安装了大吨位汽车起重机,以满足其自装卸大型货物的需要。汽车起重机的作业装置也不再局限于钓钩,各种高空作业平台、抓具、夹具、吊篮、螺旋钻、板叉、装轮胎机械手、拔桩器等已逐渐被采用。随着汽车起重机的吨位越来越大,对安全控制、操作方便舒适性的要求也越来越高,智能化也已被提上日程。近年来,汽车起重机的发展和汽车起重机技术水平的不断提高及产量的扩大,今后小吨位汽车起重机必将成为起重机的重要组成部分。1.5 三一 25 吨汽车起重机介绍25 吨汽车起重机是三一集团在吸收国外先进技术的基础上,结合本公司创新技术而开发研制的。超大的支腿跨距、强力的伸缩臂、新型桁架式副臂和易于操纵的上车系统、安全装置和整机性能充分体现了其先进性、可靠性、经济性和高效性,是国内同类产品中的佼佼者。1、64 驱动型式的自制专用底盘,装备有东风康明斯 C245 20 环保型发动机,符合欧标准。2、驾驶室采用齐星全宽型驾驶室,专业化生产。具有外形美观,乘坐舒适,视野开阔的特点。3、主臂材料为低合金高强度钢,大圆角六边形截面形式。具有承载能力大、自重轻、导向平稳等特点。4、副臂采用桁架式变截面结构,受力条件好,重量轻,可根据使用需要实现 0、15、30变角度安装。5、转台结构选用低合金高强度结构钢,采用单板加强型先进结构,刚性、稳定性好。6、配置上车熄火装置,并可根据客户要求安装空调。7、主要性能参数。表 1 25 吨汽车起重机主要性能技术参数1 最大额定起重量 kg 260002 最大额定起重力矩 KNm 764.43 最大起重力矩 KNm 9924 基本臂长 m 10.35 基本臂全伸长 m 31.756 副臂 m 87 主臂全伸+副臂 m 39.758 支腿跨距(纵横) mm 5.16.09 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图 1-3 三一 25 吨汽车起重机2 25 吨汽车起重机臂架系统2.1 25 吨汽车起重机臂架系统的组成汽车起重机的臂架系统是起重机的核心部件,是吊载作业最重要的承重结构件。臂架系统各机构件的强度、刚度将直接影响汽车起重机的使用性能。臂架系统主要包括主起重臂、副起重臂、伸缩机构和臂端滑轮等部件。还包括臂间滑块、分绳轮组、定滑轮组、压绳滚轮和用于托绳的滑板支架等辅助构件。如图 2.1 所示。1-臂端滑轮; 2-四节臂; 3-分绳轮组; 4-托绳架; 5-三节臂; 6-二节臂; 7-一节臂;8-压绳滚轮; 9-伸缩机构; 10-滑板支架; 11-挡板; 12-绳托; 13-主臂尾轴;14-定滑轮组;15-调节垫块;16-托辊;17- 变幅油缸上铰点轴套;18- 伸缩油缸安装轴套图 2.1 25 吨臂架系统2.2 主起重臂结构汽车起重机的主起重臂是起重机的核心部件,是汽车起重机吊载作业最重要的承重结构件。主起重臂结构件的强度、刚度将直接影响汽车起重机的使用性能。主起重臂结构件的质量在一定程度上反映起重机制造厂家的技术水平。主起重臂结构的技术含量是汽车起重机产品水平的重要标志。提高主起重臂机构的设计、制造、装配质量是各起重机厂家不断追求的目标。三一生产的 25 吨汽车起重机的主臂为六边形、大圆角截面结构。主起重臂由基本臂、二、三、四节臂套装而成。在各节主臂中间采用 MC尼龙滑块支承,在水平或垂直方向上,滑块与臂筒间的双边间隙之和一般为4mm 左右。间隙值的大小取决于主臂的加工水平。组装后的主臂滑块间隙越大,则主臂使用的强度与刚度越低。如果主臂滑块间隙偏小,当臂体制造误差偏(直线度、平行度、垂直度和扭曲度超差) ,就容易产生干涉,发生伸缩臂抖动或产生异响。在基本臂尾和中间下方部位,分别有两个铰接轴。一个为主臂与转台连接的尾铰点轴,另一个为变幅缸上铰点轴。两个铰点轴心线的平行度、对主臂纵向轴线的垂直度、铰点轴中心平面的对称度是否达标,直接影响主起重臂的使用质量良好的制造质量会防止主臂在变幅过程中产生机械抖动或异响,改善主起重臂的受力状态,防止吊重时侧向扭矩的产生。在尾铰点轴套前侧有伸臂缸的缸套、三节臂伸臂绳固定点。二节臂的尾部有伸臂缸的安装轴套联接伸臂缸的缸套,四节臂伸臂绳固定点、三节臂缩臂滑轮,口部、尾部上下两侧设有 MC 尼龙滑块及其调整机构。三节臂的尾部设有四节臂缩臂滑轮,口部设有四节臂伸臂滑轮,口部、尾部上下两侧设有 MC 尼龙滑块及其调整机构。四节臂的头部设置分绳滑轮组和定滑轮组,如图 2.2-3 所示。分绳滑轮组为两个滑轮,中间一个滑轮用于副转扬钢丝绳通过,靠左边滑轮用于主卷扬钢丝绳通过。定滑轮组的滑轮数量为五个,它决定钢丝绳的倍率。尾部上侧设伸臂绳固定点、上下侧均设 MC 尼龙滑块。在二、三节臂头的上部,分别设有托绳架;在一节臂头部的上方设有压绳滚轮;在一节臂头部的下方设有托辊;在一节臂尾部的上方设有绳托等结构部件。设置这些构件的目的是保证主起重臂在任一种工况作业时,托起主、副转扬钢丝绳,防止钢丝绳外跳,以免造成升降作业时磨损钢丝绳或卡住钢丝绳的事故发生。1-伸臂油缸安装轴套; 2-尾部下滑块及调整垫片; 3-三节臂缩臂滑轮;4-口部下滑块及调整垫片; 5-尾部上滑块及调整垫片; 6-四节臂伸臂绳固定点;7-口部上滑块及调节螺栓;图 2.2-1 二节臂1-四节臂缩臂滑轮; 2-三节臂缩臂绳固定点; 3-尾部下滑块及调整垫片;4-四节臂伸臂滑轮; 5-口部下滑块及调整垫片; 6-尾部上滑块及调整垫片;7-口部上滑块及调节螺栓;图 2.2-2 三节臂1- 定滑轮组; 2-分绳滑轮组; 3-四节臂伸臂绳固定点; 4-尾部下滑块及调整垫片; 5 尾部上滑块及调整垫片; 6-分绳轮组; 7-四节臂缩臂绳; 8-定滑轮组;图 2.2-3 四节臂2.3 副起重臂副臂是汽车起重机重要的起重部件,也是关键的钢结构件,采用珩架式结构。副臂的作用是补偿主臂作业高度不足、扩大主臂作业范围的一种起重作业功能。副臂的起重作业必须按副臂起重量性能表中规定的作业工况进行。其组成部分主要有:臂座、臂架、连接杆系统、臂头、支承架、托架总成等部件组成。臂座是副臂的基础结构件,与主臂(四节臂)臂头相连接。臂座上有两排孔,每排各有四个上下同轴线的定位连接孔(40H11 ) ,每排孔的同轴度(0.12)是否达标直接影响副臂回转连接的准确性与可靠性。与臂架相连的两排定位孔(235H11)轴线对副臂纵向轴线的垂直度,直接影响副臂定位安装的准确性和用户使用的方便性。臂架是副臂的结构主体,其作用是连接臂头和臂座,使副臂成为结构的整体。臂架也是副臂结构承载的重要受力部件。臂头是副臂直接吊重部件,副卷扬钢丝绳悬挂在臂头滑轮上,在副卷扬减速机的作用下,完成吊重升降作业。支承架是保证副臂处于正确安装位置的定位部件。托架总成是支承副臂总成,保证副臂合理、稳定安装在原始位置上的结构部件。连接杆系统是实现副臂变角度安装的重要调节部件。它有三种安装角度,即 0、15、30安装。2.4 伸缩机构主臂伸缩机构是由倒置的伸缩油缸和两组伸缩臂绳机构来实现二、三、四节臂同步伸缩的工作系统。可以完成顺序伸缩,同步伸缩,独立伸缩 3 种伸缩形式。2.5 臂端滑轮在四节臂头部的前方,设置臂端滑轮。臂端滑轮是单滑轮起升机构。一般采用副钩单倍率升降作业。使用臂端滑轮作业,可提高主臂升降作业的效率,但吊载重量受到单股钢丝绳作业的限制。25 吨臂端滑轮吊重2.5t 。3 臂架结构的设计和计算臂架伸缩机构的类型臂架伸缩机构种类很多,按各节臂伸缩次序关系不同可分为以下 3 种:1. 顺序伸缩:臂架伸缩过程中,各节伸缩臂按一定先后顺序完成伸缩动作。2. 同步伸缩:臂架伸缩过程中,各节伸缩臂同时以相同的行程比率进行伸缩。3. 独立伸缩:各节臂均能进行独立伸缩。显然独立伸缩机构能完成顺序伸缩动作。伸缩方式对起重机性能的影响伸缩方式的选择,对臂架自重有一定影响。一般来说独立伸缩机构最重,顺序伸缩机构最轻。若起重性能相同时,选用顺序伸缩机构较经济。但除了伸缩的开和终了,在其他位置上,当臂长相等时,起重性能可以提高。载荷的确定和组合臂架的支撑情况:根部和旋转平台的销轴连接,可以在垂直平面内自由转动。变幅液压缸位于吊臂线平面内,支撑处可做成双向球绞。使其横向对臂架无约束。因此在变幅平面内可视为一外伸梁。而在臂架横向平面内(回转平面) ,可视为悬臂梁,在根部固接。作用在臂架上的载荷:自重,吊重,惯性力,风力等。由于伸缩臂式起重机的工作级别属于 A1-A6,可不验算疲劳。因吊臂可伸缩,可不验算非工作状态下的强度。因此,只要按工作状态下作强度计算载荷计算即可。载荷组合情况:自重+考虑动载系数的吊重 +吊臂切向水平惯性力+吊重偏载引起的水平力(包括风力) 。将吊臂在变幅平面内和回转平面内的载荷。包括考虑动载的吊重重量,起升绳拉力,分布在臂架上的自重转化到臂架的端部。理论计算3.1 臂架截面参数表 2 臂架截面参数表一节臂 二节臂 三节臂 四节臂惯性矩 Iy( 4) 8.50108 6.50108 4.04108 2.47108惯性矩 Iz( 4) 7.30108 5.50108 3.18108 1.36108续表 2一节臂 二节臂 三节臂 四节臂抗弯模量 Wy(3) 3.13105 2.67106 1.85106 1.57106抗弯模量 Wz(3) 2.26106 1.84106 1.18106 5.59105质量 M() 1477 1150 904 692截面积 A( 2) 15007.4 13726.9 9882.7 7519.1旋转半径 rx()238.3 217.8 202.2 181.2旋转半径 ry()220.7 198.8 179.5 143.33.2 吊臂工况计算现在吊臂就以全伸 32.45,幅度 5.5,起重量 6.6t,仰角 78.4工况计算(上面数据从起重性能表中查出)3.2.1 伸缩臂载荷计算图 3-1 吊臂截面简图1) 吊臂变幅平面的强度计算载荷垂直载荷 Q图 3-2 吊臂受力简图=95954.4N201 1().(648027).06533QG式中: -额定载荷, =6.69.81000=64680N0Q-吊钩重力, =2809.8=2744N0-臂架自重, =66709.8=65366N-起身冲击系数 1.0;1-起身载荷动载系数 1.12起身绳拉力 S=20()QGm N9.3764985.02)64(.式中:m-起身滑轮组倍率 2-起身滑轮组效率 0.985.由 Q,S 引起的轴向力 Fcos954.cos1.6374.9cos1.362.7FQS N由 Q,S 引起的横向力 TzsiniSQTz 954.sin1.6374.9sin1.8046.N式中: -重物与臂架轴线的夹角 11.6-起身绳与臂架轴线夹角 1.6由 Q,S 引起的臂端力矩 MLy=0212)cossLyMQGeS=2.761071.(6487536.c1.3764.90.5cos1.9mN式中: -臂端定滑轮与吊臂轴线的偏心距 536.5mm1e-臂端导向滑轮与吊臂轴线偏心距 303.5mm22) 旋转平面的强度计算载荷货物偏摆侧向力 Th 00()tan(648027)tan589.hTQGN式中: -重物的偏摆角 5转化到臂端的吊臂风载荷和惯性载荷 TbPhwb 2.3).15(.)(4.式中: -吊臂侧面迎风面上的风载。 =CP1A=1.915018.4=5244NwP其中: C-风力系数。查表 16【1】 取 1.9P1-工作状态计算风压。查表 15【1】 ,计算得 15N/mA-臂架臂架垂直于风向的实体迎风面积 18.4m2Ph-吊臂的惯性载荷, 1.50.36670=5hPaM3001.5N其中, -系数查表 12【1】 取 1.55a- 起动(制动)加速度,0.3m/sM-吊臂总质量,6670kg侧向力 TyNbh 9172.38.59由 Q,S 引起的轴向力 F=131621.7N3) 使吊臂扭转的扭矩 Mn3.16106N01()ta(640)536.tanMnGem3.2.2 伸缩臂的临界力计算1)变幅平面临界力 Ncry22581 52.01.0.1()(6934)ycryEIN NL式中: -由支承形式决定的长度系数,根据 按插值1 ,3.0245/98/1LI法查表 J.1【1】 得 =1.60;-由变截面决定的长度系数,臂架为五节伸缩臂,根据23.105.6/1.8/ 81 yI323468844/.0/2.7.yI查表 J.4【1】 得 =1.1192-一节臂截面惯性矩yIL-五节臂全伸长度 32450mm2)旋转平面的临界力 Ncrz NLEINzcrz 52852321 1047.)30.170.()( 式中: -由支承形式决定的长度系数。此处 1-由变截面决定的长度系数,臂架为五节伸缩臂,根据2 3.105./13.7/ 881 zI723z 4.26./8./ 844zI查表 J.41得 170.2-起身钢丝绳的长度系数,按 J.5 式 1计算得3 5.03-一节臂截面惯性矩;1zI3.2.3 伸缩臂的强度计算图 3-3 吊臂的几何尺寸简图1) 各节臂危险截面 A,B,C,D,E 的弯矩如下 mNHTMBzLyBy 87 106.3152.804616.2czC 74DzLyDy 87.mNHTAz 103.6591MByz 8927Cz .mNHTDyz 810436912)各臂节危险截面处强度校核臂架截面采用:BS700, , ,MPas70Pab8MPa52轴向力由伸缩油缸承受,臂架结构只承受双向弯曲。各节臂危险截面处正应力为: )10.5973621(057)9.01()9.01( 6855 crzzAzcryyAyAx NFWNFMPa2.3)1047.93621(. 567 )10.5973621(085)9.().0( 6844 crzzBzcryyByBx NFWNFMMPa9.402)17.4903621(8567 )10.5973621(067.2.4)9.0().( 833 crzzCzcryyCyCx NFWNFMMPa.)1047.9621(084. 567 )10.5973621(03.4.)9.().0( 6832 crzzDzcryyDyDx NFWNFMMPa.85)1047.9621(6.37综上得臂架强度符合要求。3.2.4 伸缩臂整体稳定性计算进行臂架的稳定性校核时,按双向受压杆计算。取臂架跟部最大应力计算: 119.09.01 yHocrzzHocrzZ WMNFWMNFA= 1047.9362126.3751047.9362.57362 57=63.22687103.4式中:A 1-吊臂根部截面几何面积 15007.3 2+0=8.40721LzoyzMFf mN510.6+ =36z 774.3, -结构件端部初弯矩,按下式计算:oyzmlHlzlHzfiio 7.4)15630218267(3)(31 432 llylyfiio 8.9)()(31 432为吊臂在变幅平面及旋转平面内两相邻臂节间隙;z,, -伸缩臂几何尺寸;iHil, -由横向载荷在结构中引起的最大弯矩,计算如下:zMy mNTAHz 7103.76591zy 8.804综上所述整体稳定性符合要求。4 液压系统原理设计4.1 典型工况分析及对系统要求4.1.1 伸缩机构的作业情况汽车起重机工作中主要用到的机构是主、副卷扬机构,回转机构;在重物下降定位时常常用到变幅机构。带载伸缩是比较危险的,在实际作业中很少使用,空载吊臂伸缩循环仅占试验基本工况作业循环次数的 5,故伸缩及带载伸缩不是典型工况。4.1.2 副臂的作业情况大多数汽车起重机都带有副臂,它的作用是增加起重机的最大起升高度。很多大型汽车起重机主臂前都有一个突出滑轮,在副卷扬工作时,顺着滑轮吊下副钩,用于主、副卷扬的组合动作,而很少用副臂与主卷扬进行组合动作。本机属于中型起重机,不提倡采用副臂,不过可以增加臂的节数来增大最大起升高度。4.1.3 三个以上机构的组合作业情况有些大型汽车起重机要求有三、四个动作同时组合功能,是靠手柄的45联动功能实现的,即一个手柄同时控制两个机构的运动,这种操作方式对司机的操作水平要求很高,且有危险,实际作业中很少使用。本机为中型起重机实现功能没有大型的多,操作也没大型的那么复杂,采用电液比例伺服系统来控制,操作灵活稳定,因此,对操作人员要求不是很高。4.1.4 典型工况的确定根据以上原则,各机构的实际作业情况,起重机试验规范,以及很多操作者的实际经验,可确定表 6-1 的五种工况,作为大中型汽车起重机的典型工况。设计液压系统时要求各系统的动作能够满足这些工况要求。表 3 汽车起重机典型工况表序号工 况 一次循环内容 特 点1基本臂;额定起重量的 80;相应的工作幅度;吊重起升回转下降起升回转下降(中间制动一次)起重吨位大,动作单一,很少与回转等机构组合动作2基本臂;额定起重量的 80;相应的工作幅度;(主+副)卷扬起升回转(主副)卷扬下降(主副)卷扬起升回转(主副)卷扬下降(中间制动一次)主、副卷扬组合动作主要用于平吊安装或空中翻转3中长臂;中长臂最大额定起重量的 1/2;相应的工作幅度;(起升回转)变幅下降(起升回转)下降(中间制动一次)起重机在额定起重量的(5060)的作业工况最多4中长臂;中长臂最大额定起重量的 1/2;相应的工作幅度;(主+副)卷扬起升回转变幅(主副)卷扬下降(主副)卷扬起升 回转(主副)卷扬下降(中间制动一次)中长臂,中等起重量工况出现机率大,此时的台装作业或空中翻转作业也很常用续表 3序号工 况 一次循环内容 特 点5最长臂;最长臂最大额定起重量的 1/2;相应的工作幅度;(主副)卷扬起升回转变幅(主+副)卷扬下降(主副)卷扬 下降 (中间制动一次)很多工况并不是利用汽车起重机起吊吨位大的特点,而是利用它臂长特点进行高空作业4.1.5 系统要求根据汽车起重机的典型工作状况对系统的要求主要反映在对以下几个液压回路的要求上。1. 起升回路(1)主、副卷扬既能单动,又能同时动作,要求自动分流合流并将保证低压合流高压自动分流。(2)副卷扬只要求单泵供油。(3)要求卷扬机构微动性好,起、制动平稳,重物停在空中任意位置能可靠制动,即二次下滑问题,以及二次下降时的重物或空钩下滑问题,即二次下降问题。2. 回转回路(1)具有独立工作能力。(2)回转制动应兼有常闭制动和常开制动(可以自由滑转对中) ,两种情况。3. 变幅回路(1)带平衡阀并设有二次液控单向阀锁住保护装置。(2)要求起落臂平稳,微动性好,变幅在任意允许幅值位置能可靠锁死。(3)要求在有载荷情况下能微动。(4)平衡阀应备有下腔压力传感器接口,作为力矩限制器检测星号源。4. 伸缩回路本机伸缩机构采用四节臂(含有三个液压缸) ,由于本机为中型起重机为了使本机运用广泛,采用电液阀控制液压缸实现各节臂顺序伸缩。各节臂具有任意伸缩的选择性,但不能实现同部伸缩。5. 控制回路(1)为了使操纵方便总体要求操纵手柄限制为两个。(2)操纵元件必须具有 45方向操纵两个机构联动能力。6. 支腿回路(1)要求垂直支腿不泄漏,具有很强的自锁能力(不软腿) 。(2)要求各支腿可以进行单独调整。(3)要求水平支腿伸出距离足够大,能够满足最大吊重而不至于整机倾翻。(4)要求垂直支腿能够承载最大起重时的压力。(5)起重机行走时不产生掉腿现象。4.2 液压系统类型选择4.2.1 本机液压系统分析根据开式和闭式系统的优缺点、典型工况,结合国内外同类产品的具体情况,上车液压系统决定选用多泵多回路和多种型式的高压变量系统。在起升(主、副卷扬) 、回转、伸缩、变幅、支腿和控制 6 个液压回路中,起升和回转采用独立闭式油路,变幅、伸缩和支腿采用开式油路。起升油路分主卷扬油路和副卷扬油路,液压泵采用具有压力切断功能的双向电液比例排量调节泵,此泵能实现排量与输入电压信号成正比的控制功能,用手动比例电压控制阀来进行调节,它与定量马达构成了两个独立的容积调速回路。副卷扬油路可通过合流阀向主卷扬油路自动合流。主副卷扬回路中设有压力记忆阀,防止二次起升下坠,缓冲补油和自动冷热油交换等装置。由于本机属于中型起重机,回转比较频繁,所以回转油路由双向电液比例排量调节泵和定量马达组成,除采用缓冲补油和冷热油自动交换措施外,还采用了防止“打停现象” (在回转过程中出现打停后再回转现象)和防止臂杆因外力(风力等)引起的自由摆动的特殊阀(图中 18) 。伸缩回路有四节液压缸,使用电液阀控制使液压缸实现顺序伸缩和各节臂单独伸缩。回路中,电磁阀仅通过推动液动阀所需的流量,流量较小,而流动阀才是通过工作机构所需的大流量。这样电磁阀可靠性大大提高。液动阀可通过很大流量,从而提高伸缩速度。大中型起重机的变幅机构,为了减小变幅缸的缸径,通常采用双缸并联回路,即两个等直径的变幅缸分别置于臂的两侧跟臂一起刚性连接。本机采用液控单向阀来锁紧臂自动下滑,才用了一平衡阀来防止在变幅下降时产生超速现象。伸缩、变幅回路在工作时只能一个单独工作,用电液比例换向阀来控制它们的伸缩速度。本机采用了一个二位六通转阀来切换伸缩、变幅油路,这样不但可以实现一个操作手柄单独操作伸缩、变幅工作,而且用一个二位六通转阀替换了一个电液比例换向阀和一个电路切换开关降低了生产成本。支腿回路采用 H 式支腿,此支腿外伸距离大,每一支腿有两个液压缸,一个水平的,一个垂直的,支腿外伸后成 H 形。支腿回路的各油缸均采用手柄操纵换向阀来实现各种控制。回路中支腿油路转阀可以对各支腿进行单独调节和共同伸缩,液控单向阀可以防止支腿软腿现象。控制回路采用电控方式来实现。主、副卷扬回路,回转回路均采用了电液比例排量调节泵,此泵能实现排量与输入电信号成正比的控制功能。此泵的控制过程为:操纵手控电阀发给电液比例方向阀一定量电信号值,电液比例方向阀有一对应位移,并打开阀口使补油泵的油液进入变量活塞缸,使之对电液比例方向阀有一跟踪位移,并使泵的排量变化,直至变量活塞缸的反馈移动量又使电液比例方向阀的阀口关闭为止。这就使得操纵者搬动手控电阀的角度与泵的排量成正比例变化,达到预期的操纵目的。伸缩、变幅回路也采用电液比例阀控制其速度,操纵方式也是用手动比例电压控制阀。采用电液比例控制的调速系统,不仅可以省力,也可改变主机的设计柔性,并且可以实现远距离有线或无线控制。根据汽车起重机的工况,支腿回路、伸缩回路和变幅回路只能一个单独工作,所以采用同一个液压泵供油。主、副卷扬回路,回转回路都用了电液比例排量调节泵,它们都带有副泵,此副泵负责给自己所在闭式回路补油和提供控制油。4.2.2 各机构动作组合、分配及控制1. 各机构组合情况图 4-1 各机构动作组合情况支腿机构在起升过程中不能动作,但是支腿回路不工作时其他的回路均不能工作,回转可以与各个机构进行组合动作,主副起升之间,以及主、副起升分别与变幅,伸缩回路要有组合动作功能,伸缩、变幅之间不需要组合动作,在相同手柄上控制的两个是靠手动比例电压控制阀的手柄 45联动功能完成,应尽量少用,免得使操纵变得复杂。各机构组合情况如图 4-1 所示。2. 动力分配情况 根据设计要求、工作情况、起重量等,本机的动力分配如图 4-2 所示:动力元件:3 双向电液比例排量调节泵,1 个单向柱塞泵图 4-2 上车动力分配情况3. 各机构的组合控制情况对于支腿回路伸缩速度控制、伸缩回路、变幅回路、回转回路、主副卷扬回路都采用了电液比例控制方式,用手动比例电压控制阀手柄做操纵工具,其搭配情况如图 4-3 所示,控制量由比例电压控制阀的手柄 45联动完成(支腿电液比例方向阀单独控制,它与支腿油路转阀一起安装在底盘上)图 4-3 手动比例电压控制阀手柄的工作位置搭配情况4.3 各种执行元件的选择以上各步完成以后,本机的总体方案也已基本确定,各回路的主要元件也可初步确定了。1、动力元件 轴向柱塞双向变量泵(含辅助泵) 、 轴向柱塞定量泵2、执行元件 起升马达、 回转马达、 变幅油缸、 伸缩臂油缸3、控制元件 功率限制阀、 压力记忆阀、 电磁阀、电液比例方向阀、先导比例阀 、主副卷扬合流阀、变幅伸缩多路阀、 回转中位浮动阀、平衡阀、单向阀、手动比例电压控制阀4、辅助装置 油箱、 滤油器、 各种管道及接头5 伸缩液压回路组成原理和性能分析伸 缩 变 幅AB 2011 届毕业设计说明书汽车起重机臂架及其液压系统系 、 部: 机械工程系学生姓名: 华恺指导教师: 黄开有 职称 副教授专 业: 机械制造及其自动化班 级: 机本 0704 班完成时间: 2011.05 摘 要随着国家现代化建设的飞速发展,科学技术的不断进步,现代施工项目对汽车起重机的要求也越来越高,高、深、尖液压技术在汽车起重机上的应用也越来越广泛,汽车起重机液压系统展示了强大的发展趋势。汽车起重机液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转、控制、支腿六个主回路组成。 为了使起重机能够满足高性能、高可靠性、操作更方便、舒适、安全的要求,以及使起重机能够向智能、高性能、灵活、适应性强、多功能、吊重量大、起升高度、幅度更大的大吨位方向发展方向发展,设计者不但要改进起重机的结构和提高材料的强度,更重要的是在这六个液压系统上下工夫。本文主要讨论伸缩主回路及其液压系统的设计。关键词:汽车起重机,伸缩机构,液压系统ABSTRACTWith the rapid development of the countrys 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 录1 绪 论 .71.1 汽车起重机的概念 71.2 汽车起重机的用途 .71.3 我国汽车起重机发展状况 71.5 三一 25 吨汽车起重机介绍 .82 25 吨汽车起重机臂架系统 .112.1 25 吨汽车起重机臂架系统的组成 112.2 主起重臂结构 .112.3 副起重臂 .142.4 伸缩机构 .142.5 臂端滑轮 .143 臂架结构的设计和计算 .153.1 臂架截面参数 153.2 吊臂工况计算 163.2.1 伸缩臂载荷计算 163.2.2 伸缩臂的临界力计算 183.2.3 伸缩臂的强度计算 .193.2.4 伸缩臂整体稳定性计算 .214 液压系统原理设计 .234.1 典型工况分析及对系统要求 .234.1.1 伸缩机构的作业情况 .234.1.2 副臂的作业情况 .234.1.3 三个以上机构的组合作业情况 .234.1.4 典型工况的确定 .234.1.5 系统要求 .254.2 液压系统类型选择 .264.2.1 本机液压系统分析 264.2.2 各机构动作组合、分配及控制 274.3 各种执行元件的选择 285 伸缩液压回路组成原理和性能分析 305.1 性能要求 305.2 主要元件 315.3 主要回路 315.4 功能实现和工作原理 316 伸缩液压系统设计计算 336.1 伸缩机构主要参数 336.2 伸缩油缸的选择 336.3 伸缩油路 .346.4 伸缩机构液压阀的选择 .356.4.1 变幅伸缩多路阀 .356.4.2 平衡阀 .366.5 液压辅助元件选择 366.5.1 油路的通径 .366.5.2 滤油器的选择 .367 伸缩机构回路性能验算 .377.1 伸缩回路功率选取 377.2 伸缩回路容积效率 .377.3 伸缩机构压力效率 377.4 伸缩回路性能验算 377.5 伸缩时间 377.6 伸缩速度 388 起重机的使用要求及简单的故障分析与排除 408.1 起重机作业时应注意的事项 .408.2 作业前的准备 418.3 溢流阀与液压泵的维修 .428.3.1 溢流阀的维修 428.3.2 液压泵的修理 448.3.3 油泵的修复 459.4 液压缸自行回缩 .45结束语 49致 谢 50参考文献 511 绪 论1.1 汽车起重机的概念通常把装在通用或专用载重汽车底盘上的起重机称为汽车起重机。汽车起重机的行驶操作在下车驾驶室里,起重操作在上车的操纵室里。汽车起重机由于利用汽车底盘所以具有汽车的行驶通过性能机动灵活,行驶速度高,可快速转移,转移到作业场地后能迅速投入工作,特别适用于流动性大、不固定的作业场所。汽车起重机由于具有这些特点,其品种和数量在我国得到了很大的发展,是目前我国轮式起重机中的主力机型。汽车起重机也有其弱点,总体部置受汽车底盘的限制,车身较长,转变半径大,大多数只能在左右两侧和后方作业。另外对地面的要求较高越野性能差。1.2 汽车起重机的用途汽车起重机是提升输送物料的机具,是国民生产各部门提高劳动生产率、生产过程机械化不可缺少的大型机械设备,对提高生产各部门的机械化,缩短生产周期和降低生产成本,起着非常重要的作用。汽车起重机可以广泛应用于工矿企业、建筑工地、港口码头、油田、铁路、仓库及货场等工况下的起重作业和吊装工作。随着国民经济飞速发展,汽车起重机在行业的作用也越来越大,经济杠杆作用与日俱增。1.3 我国汽车起重机发展状况由于我国起重机起步于 70 年代,相对较晚,而且发展速度不快,只是近几年才有较大发展,和国外相比,还有很大的差距。具体表现在:1 品种少、产量低我国起重机现处于低级发展阶段,品种较少。中小吨位重复较多,至今尚未形成大、中、小完整的系列,年产量只相当于国外一个厂家的生产能力。2 起重力矩小,技术水平底我国起重机以直臂卷扬为主,受国内汽车底盘的限制,起重力矩小,其他性能指标也一般低于国外先进产品。目前国内企业对汽车起重机的研究开发投入很少,液压系统、控制系统的技术水平也有一定差距。3 安全装置不齐全,操作不方便我国汽车起重机仅装有起升高度限位及平衡阀、溢流阀等一般安全装置,全部为手动操作。而国外早已将电子技术广泛运用到起重机上,如带有微电脑的力矩限制器及防御翻保护器等,并且已实现了有线与无线遥控。4 功能单一我国起重机以起重作业及运输功能为主,而国外起重机均有多种附具,主要加装在吊臂头部,如工作斗、抓斗、高空作业平台、各种、抓具、夹具、吊篮、螺旋钻、板叉、装轮胎机械手、拔桩器等,使汽车起重机具备了一机多用的功能。另外,国外一些厂家进一步开发了铁路专业汽车起重机等专用产品。5 外形不美观我国起重机设计单调,忽视了和汽车外形的协调,而国外对汽车起重机的着色非常严格,不仅在外形和着色上实现和卡车的一体化,还要求和城市的景观相协调。 1.4 我国起重机的发展趋势从产品的市场情况来看,需求量越来越大。目前,随着科学技术的加快,世界各国汽车起重机的生产有较大的发展,从最初的小型单一产品,已发展成全系列、大力矩、多功能、外型美观、操作简单、使用安全,并能进行有线或无线遥控的先进产品,可以说汽车起重机的发展已进入成熟期。由于国外劳动力费用高,强调工作效率,施工中基本不存在人工装卸,汽车起重机有使用灵活、技术成熟等特点,所以在欧洲市场起重机市场前景广阔。我国汽车起重机起步较晚,但随着科学技术的进步和市场需求的增加,我国汽车起重机的生产水平将会日益发展和完善,产品将具有更大的市场潜力。目前,在沿海城市和地区,汽车起重机的销量形势正逐步好转,特别是大吨位汽车起重机,正受到南方个体用户的青睐,并有向内地推进的趋势。从产品的技术特点来看,汽车起重机正朝着大型化、多功能化和智能的方向发展越来越多的重型平板车也安装了大吨位汽车起重机,以满足其自装卸大型货物的需要。汽车起重机的作业装置也不再局限于钓钩,各种高空作业平台、抓具、夹具、吊篮、螺旋钻、板叉、装轮胎机械手、拔桩器等已逐渐被采用。随着汽车起重机的吨位越来越大,对安全控制、操作方便舒适性的要求也越来越高,智能化也已被提上日程。近年来,汽车起重机的发展和汽车起重机技术水平的不断提高及产量的扩大,今后小吨位汽车起重机必将成为起重机的重要组成部分。1.5 三一 25 吨汽车起重机介绍25 吨汽车起重机是三一集团在吸收国外先进技术的基础上,结合本公司创新技术而开发研制的。超大的支腿跨距、强力的伸缩臂、新型桁架式副臂和易于操纵的上车系统、安全装置和整机性能充分体现了其先进性、可靠性、经济性和高效性,是国内同类产品中的佼佼者。1、64 驱动型式的自制专用底盘,装备有东风康明斯 C245 20 环保型发动机,符合欧标准。2、驾驶室采用齐星全宽型驾驶室,专业化生产。具有外形美观,乘坐舒适,视野开阔的特点。3、主臂材料为低合金高强度钢,大圆角六边形截面形式。具有承载能力大、自重轻、导向平稳等特点。4、副臂采用桁架式变截面结构,受力条件好,重量轻,可根据使用需要实现 0、15、30变角度安装。5、转台结构选用低合金高强度结构钢,采用单板加强型先进结构,刚性、稳定性好。6、配置上车熄火装置,并可根据客户要求安装空调。7、主要性能参数。表 1 25 吨汽车起重机主要性能技术参数1 最大额定起重量 kg 260002 最大额定起重力矩 KNm 764.43 最大起重力矩 KNm 9924 基本臂长 m 10.35 基本臂全伸长 m 31.756 副臂 m 87 主臂全伸+副臂 m 39.758 支腿跨距(纵横) mm 5.16.09 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图 1-3 三一 25 吨汽车起重机2 25 吨汽车起重机臂架系统2.1 25 吨汽车起重机臂架系统的组成汽车起重机的臂架系统是起重机的核心部件,是吊载作业最重要的承重结构件。臂架系统各机构件的强度、刚度将直接影响汽车起重机的使用性能。臂架系统主要包括主起重臂、副起重臂、伸缩机构和臂端滑轮等部件。还包括臂间滑块、分绳轮组、定滑轮组、压绳滚轮和用于托绳的滑板支架等辅助构件。如图 2.1 所示。1-臂端滑轮; 2-四节臂; 3-分绳轮组; 4-托绳架; 5-三节臂; 6-二节臂; 7-一节臂;8-压绳滚轮; 9-伸缩机构; 10-滑板支架; 11-挡板; 12-绳托; 13-主臂尾轴;14-定滑轮组;15-调节垫块;16-托辊;17- 变幅油缸上铰点轴套;18- 伸缩油缸安装轴套图 2.1 25 吨臂架系统2.2 主起重臂结构汽车起重机的主起重臂是起重机的核心部件,是汽车起重机吊载作业最重要的承重结构件。主起重臂结构件的强度、刚度将直接影响汽车起重机的使用性能。主起重臂结构件的质量在一定程度上反映起重机制造厂家的技术水平。主起重臂结构的技术含量是汽车起重机产品水平的重要标志。提高主起重臂机构的设计、制造、装配质量是各起重机厂家不断追求的目标。三一生产的 25 吨汽车起重机的主臂为六边形、大圆角截面结构。主起重臂由基本臂、二、三、四节臂套装而成。在各节主臂中间采用 MC尼龙滑块支承,在水平或垂直方向上,滑块与臂筒间的双边间隙之和一般为4mm 左右。间隙值的大小取决于主臂的加工水平。组装后的主臂滑块间隙越大,则主臂使用的强度与刚度越低。如果主臂滑块间隙偏小,当臂体制造误差偏(直线度、平行度、垂直度和扭曲度超差) ,就容易产生干涉,发生伸缩臂抖动或产生异响。在基本臂尾和中间下方部位,分别有两个铰接轴。一个为主臂与转台连接的尾铰点轴,另一个为变幅缸上铰点轴。两个铰点轴心线的平行度、对主臂纵向轴线的垂直度、铰点轴中心平面的对称度是否达标,直接影响主起重臂的使用质量良好的制造质量会防止主臂在变幅过程中产生机械抖动或异响,改善主起重臂的受力状态,防止吊重时侧向扭矩的产生。在尾铰点轴套前侧有伸臂缸的缸套、三节臂伸臂绳固定点。二节臂的尾部有伸臂缸的安装轴套联接伸臂缸的缸套,四节臂伸臂绳固定点、三节臂缩臂滑轮,口部、尾部上下两侧设有 MC 尼龙滑块及其调整机构。三节臂的尾部设有四节臂缩臂滑轮,口部设有四节臂伸臂滑轮,口部、尾部上下两侧设有 MC 尼龙滑块及其调整机构。四节臂的头部设置分绳滑轮组和定滑轮组,如图 2.2-3 所示。分绳滑轮组为两个滑轮,中间一个滑轮用于副转扬钢丝绳通过,靠左边滑轮用于主卷扬钢丝绳通过。定滑轮组的滑轮数量为五个,它决定钢丝绳的倍率。尾部上侧设伸臂绳固定点、上下侧均设 MC 尼龙滑块。在二、三节臂头的上部,分别设有托绳架;在一节臂头部的上方设有压绳滚轮;在一节臂头部的下方设有托辊;在一节臂尾部的上方设有绳托等结构部件。设置这些构件的目的是保证主起重臂在任一种工况作业时,托起主、副转扬钢丝绳,防止钢丝绳外跳,以免造成升降作业时磨损钢丝绳或卡住钢丝绳的事故发生。1-伸臂油缸安装轴套; 2-尾部下滑块及调整垫片; 3-三节臂缩臂滑轮;4-口部下滑块及调整垫片; 5-尾部上滑块及调整垫片; 6-四节臂伸臂绳固定点;7-口部上滑块及调节螺栓;图 2.2-1 二节臂1-四节臂缩臂滑轮; 2-三节臂缩臂绳固定点; 3-尾部下滑块及调整垫片;4-四节臂伸臂滑轮; 5-口部下滑块及调整垫片; 6-尾部上滑块及调整垫片;7-口部上滑块及调节螺栓;图 2.2-2 三节臂1- 定滑轮组; 2-分绳滑轮组; 3-四节臂伸臂绳固定点; 4-尾部下滑块及调整垫片; 5 尾部上滑块及调整垫片; 6-分绳轮组; 7-四节臂缩臂绳; 8-定滑轮组;图 2.2-3 四节臂2.3 副起重臂副臂是汽车起重机重要的起重部件,也是关键的钢结构件,采用珩架式结构。副臂的作用是补偿主臂作业高度不足、扩大主臂作业范围的一种起重作业功能。副臂的起重作业必须按副臂起重量性能表中规定的作业工况进行。其组成部分主要有:臂座、臂架、连接杆系统、臂头、支承架、托架总成等部件组成。臂座是副臂的基础结构件,与主臂(四节臂)臂头相连接。臂座上有两排孔,每排各有四个上下同轴线的定位连接孔(40H11 ) ,每排孔的同轴度(0.12)是否达标直接影响副臂回转连接的准确性与可靠性。与臂架相连的两排定位孔(235H11)轴线对副臂纵向轴线的垂直度,直接影响副臂定位安装的准确性和用户使用的方便性。臂架是副臂的结构主体,其作用是连接臂头和臂座,使副臂成为结构的整体。臂架也是副臂结构承载的重要受力部件。臂头是副臂直接吊重部件,副卷扬钢丝绳悬挂在臂头滑轮上,在副卷扬减速机的作用下,完成吊重升降作业。支承架是保证副臂处于正确安装位置的定位部件。托架总成是支承副臂总成,保证副臂合理、稳定安装在原始位置上的结构部件。连接杆系统是实现副臂变角度安装的重要调节部件。它有三种安装角度,即 0、15、30安装。2.4 伸缩机构主臂伸缩机构是由倒置的伸缩油缸和两组伸缩臂绳机构来实现二、三、四节臂同步伸缩的工作系统。可以完成顺序伸缩,同步伸缩,独立伸缩 3 种伸缩形式。2.5 臂端滑轮在四节臂头部的前方,设置臂端滑轮。臂端滑轮是单滑轮起升机构。一般采用副钩单倍率升降作业。使用臂端滑轮作业,可提高主臂升降作业的效率,但吊载重量受到单股钢丝绳作业的限制。25 吨臂端滑轮吊重2.5t 。3 臂架结构的设计和计算臂架伸缩机构的类型臂架伸缩机构种类很多,按各节臂伸缩次序关系不同可分为以下 3 种:1. 顺序伸缩:臂架伸缩过程中,各节伸缩臂按一定先后顺序完成伸缩动作。2. 同步伸缩:臂架伸缩过程中,各节伸缩臂同时以相同的行程比率进行伸缩。3. 独立伸缩:各节臂均能进行独立伸缩。显然独立伸缩机构能完成顺序伸缩动作。伸缩方式对起重机性能的影响伸缩方式的选择,对臂架自重有一定影响。一般来说独立伸缩机构最重,顺序伸缩机构最轻。若起重性能相同时,选用顺序伸缩机构较经济。但除了伸缩的开和终了,在其他位置上,当臂长相等时,起重性能可以提高。载荷的确定和组合臂架的支撑情况:根部和旋转平台的销轴连接,可以在垂直平面内自由转动。变幅液压缸位于吊臂线平面内,支撑处可做成双向球绞。使其横向对臂架无约束。因此在变幅平面内可视为一外伸梁。而在臂架横向平面内(回转平面) ,可视为悬臂梁,在根部固接。作用在臂架上的载荷:自重,吊重,惯性力,风力等。由于伸缩臂式起重机的工作级别属于 A1-A6,可不验算疲劳。因吊臂可伸缩,可不验算非工作状态下的强度。因此,只要按工作状态下作强度计算载荷计算即可。载荷组合情况:自重+考虑动载系数的吊重 +吊臂切向水平惯性力+吊重偏载引起的水平力(包括风力) 。将吊臂在变幅平面内和回转平面内的载荷。包括考虑动载的吊重重量,起升绳拉力,分布在臂架上的自重转化到臂架的端部。理论计算3.1 臂架截面参数表 2 臂架截面参数表一节臂 二节臂 三节臂 四节臂惯性矩 Iy( 4) 8.50108 6.50108 4.04108 2.47108惯性矩 Iz( 4) 7.30108 5.50108 3.18108 1.36108续表 2一节臂 二节臂 三节臂 四节臂抗弯模量 Wy(3) 3.13105 2.67106 1.85106 1.57106抗弯模量 Wz(3) 2.26106 1.84106 1.18106 5.59105质量 M() 1477 1150 904 692截面积 A( 2) 15007.4 13726.9 9882.7 7519.1旋转半径 rx()238.3 217.8 202.2 181.2旋转半径 ry()220.7 198.8 179.5 143.33.2 吊臂工况计算现在吊臂就以全伸 32.45,幅度 5.5,起重量 6.6t,仰角 78.4工况计算(上面数据从起重性能表中查出)3.2.1 伸缩臂载荷计算图 3-1 吊臂截面简图1) 吊臂变幅平面的强度计算载荷垂直载荷 Q图 3-2 吊臂受力简图=95954.4N201 1().(648027).06533QG式中: -额定载荷, =6.69.81000=64680N0Q-吊钩重力, =2809.8=2744N0-臂架自重, =66709.8=65366N-起身冲击系数 1.0;1-起身载荷动载系数 1.12起身绳拉力 S=20()QGm N9.3764985.02)64(.式中:m-起身滑轮组倍率 2-起身滑轮组效率 0.985.由 Q,S 引起的轴向力 Fcos954.cos1.6374.9cos1.362.7FQS N由 Q,S 引起的横向力 TzsiniSQTz 954.sin1.6374.9sin1.8046.N式中: -重物与臂架轴线的夹角 11.6-起身绳与臂架轴线夹角 1.6由 Q,S 引起的臂端力矩 MLy=0212)cossLyMQGeS=2.761071.(6487536.c1.3764.90.5cos1.9mN式中: -臂端定滑轮与吊臂轴线的偏心距 536.5mm1e-臂端导向滑轮与吊臂轴线偏心距 303.5mm22) 旋转平面的强度计算载荷货物偏摆侧向力 Th 00()tan(648027)tan589.hTQGN式中: -重物的偏摆角 5转化到臂端的吊臂风载荷和惯性载荷 TbPhwb 2.3).15(.)(4.式中: -吊臂侧面迎风面上的风载。 =CP1A=1.915018.4=5244NwP其中: C-风力系数。查表 16【1】 取 1.9P1-工作状态计算风压。查表 15【1】 ,计算得 15N/mA-臂架臂架垂直于风向的实体迎风面积 18.4m2Ph-吊臂的惯性载荷, 1.50.36670=5hPaM3001.5N其中, -系数查表 12【1】 取 1.55a- 起动(制动)加速度,0.3m/sM-吊臂总质量,6670kg侧向力 TyNbh 9172.38.59由 Q,S 引起的轴向力 F=131621.7N3) 使吊臂扭转的扭矩 Mn3.16106N01()ta(640)536.tanMnGem3.2.2 伸缩臂的临界力计算1)变幅平面临界力 Ncry22581 52.01.0.1()(6934)ycryEIN NL式中: -由支承形式决定的长度系数,根据 按插值1 ,3.0245/98/1LI法查表 J.1【1】 得 =1.60;-由变截面决定的长度系数,臂架为五节伸缩臂,根据23.105.6/1.8/ 81 yI323468844/.0/2.7.yI查表 J.4【1】 得 =1.1192-一节臂截面惯性矩yIL-五节臂全伸长度 32450mm2)旋转平面的临界力 Ncrz NLEINzcrz 52852321 1047.)30.170.()( 式中: -由支承形式决定的长度系数。此处 1-由变截面决定的长度系数,臂架为五节伸缩臂,根据2 3.105./13.7/ 881 zI723z 4.26./8./ 844zI查表 J.41得 170.2-起身钢丝绳的长度系数,按 J.5 式 1计算得3 5.03-一节臂截面惯性矩;1zI3.2.3 伸缩臂的强度计算图 3-3 吊臂的几何尺寸简图1) 各节臂危险截面 A,B,C,D,E 的弯矩如下 mNHTMBzLyBy 87 106.3152.804616.2czC 74DzLyDy 87.mNHTAz 103.6591MByz 8927Cz .mNHTDyz 810436912)各臂节危险截面处强度校核臂架截面采用:BS700, , ,MPas70Pab8MPa52轴向力由伸缩油缸承受,臂架结构只承受双向弯曲。各节臂危险截面处正应力为: )10.5973621(057)9.01()9.01( 6855 crzzAzcryyAyAx NFWNFMPa2.3)1047.93621(. 567 )10.5973621(085)9.().0( 6844 crzzBzcryyByBx NFWNFMMPa9.402)17.4903621(8567 )10.5973621(067.2.4)9.0().( 833 crzzCzcryyCyCx NFWNFMMPa.)1047.9621(084. 567 )10.5973621(03.4.)9.().0( 6832 crzzDzcryyDyDx NFWNFMMPa.85)1047.9621(6.37综上得臂架强度符合要求。3.2.4 伸缩臂整体稳定性计算进行臂架的稳定性校核时,按双向受压杆计算。取臂架跟部最大应力计算: 119.09.01 yHocrzzHocrzZ WMNFWMNFA= 1047.9362126.3751047.9362.57362 57=63.22687103.4式中:A 1-吊臂根部截面几何面积 15007.3 2+0=8.40721LzoyzMFf mN510.6+ =36z 774.3, -结构件端部初弯矩,按下式计算:oyzmlHlzlHzfiio 7.4)15630218267(3)(31 432 llylyfiio 8.9)()(31 432为吊臂在变幅平面及旋转平面内两相邻臂节间隙;z,, -伸缩臂几何尺寸;iHil, -由横向载荷在结构中引起的最大弯矩,计算如下:zMy mNTAHz 7103.76591zy 8.804综上所述整体稳定性符合要求。4 液压系统原理设计4.1 典型工况分析及对系统要求4.1.1 伸缩机构的作业情况汽车起重机工作中主要用到的机构是主、副卷扬机构,回转机构;在重物下降定位时常常用到变幅机构。带载伸缩是比较危险的,在实际作业中很少使用,空载吊臂伸缩循环仅占试验基本工况作业循环次数的 5,故伸缩及带载伸缩不是典型工况。4.1.2 副臂的作业情况大多数汽车起重机都带有副臂,它的作用是增加起重机的最大起升高度。很多大型汽车起重机主臂前都有一个突出滑轮,在副卷扬工作时,顺着滑轮吊下副钩,用于主、副卷扬的组合动作,而很少用副臂与主卷扬进行组合动作。本机属于中型起重机,不提倡采用副臂,不过可以增加臂的节数来增大最大起升高度。4.1.3 三个以上机构的组合作业情况有些大型汽车起重机要求有三、四个动作同时组合功能,是靠手柄的45联动功能实现的,即一个手柄同时控制两个机构的运动,这种操作方式对司机的操作水平要求很高,且有危险,实际作业中很少使用。本机为中型起重机实现功能没有大型的多,操作也没大型的那么复杂,采用电液比例伺服系统来控制,操作灵活稳定,因此,对操作人员要求不是很高。4.1.4 典型工况的确定根据以上原则,各机构的实际作业情况,起重机试验规范,以及很多操作者的实际经验,可确定表 6-1 的五种工况,作为大中型汽车起重机的典型工况。设计液压系统时要求各系统的动作能够满足这些工况要求。表 3 汽车起重机典型工况表序号工 况 一次循环内容 特 点1基本臂;额定起重量的 80;相应的工作幅度;吊重起升回转下降起升回转下降(中间制动一次)起重吨位大,动作单一,很少与回转等机构组合动作2基本臂;额定起重量的 80;相应的工作幅度;(主+副)卷扬起升回转(主副)卷扬下降(主副)卷扬起升回转(主副)卷扬下降(中间制动一次)主、副卷扬组合动作主要用于平吊安装或空中翻转3中长臂;中长臂最大额定起重量的 1/2;相应的工作幅度;(起升回转)变幅下降(起升回转)下降(中间制动一次)起重机在额定起重量的(5060)的作业工况最多4中长臂;中长臂最大额定起重量的 1/2;相应的工作幅度;(主+副)卷扬起升回转变幅(主副)卷扬下降(主副)卷扬起升 回转(主副)卷扬下降(中间制动一次)中长臂,中等起重量工况出现机率大,此时的台装作业或空中翻转作业也很常用续表 3序号工 况 一次循环内容 特 点5最长臂;最长臂最大额定起重量的 1/2;相应的工作幅度;(主副)卷扬起升回转变幅(主+副)卷扬下降(主副)卷扬 下降 (中间制动一次)很多工况并不是利用汽车起重机起吊吨位大的特点,而是利用它臂长特点进行高空作业4.1.5 系统要求根据汽车起重机的典型工作状况对系统的要求主要反映在对以下几个液压回路的要求上。1. 起升回路(1)主、副卷扬既能单动,又能同时动作,要求自动分流合流并将保证低压合流高压自动分流。(2)副卷扬只要求单泵供油。(3)要求卷扬机构微动性好,起、制动平稳,重物停在空中任意位置能可靠制动,即二次下滑问题,以及二次下降时的重物或空钩下滑问题,即二次下降问题。2. 回转回路(1)具有独立工作能力。(2)回转制动应兼有常闭制动和常开制动(可以自由滑转对中) ,两种情况。3. 变幅回路(1)带平衡阀并设有二次液控单向阀锁住保护装置。(2)要求起落臂平稳,微动性好,变幅在任意允许幅值位置能可靠锁死。(3)要求在有载荷情况下能微动。(4)平衡阀应备有下腔压力传感器接口,作为力矩限制器检测星号源。4. 伸缩回路本机伸缩机构采用四节臂(含有三个液压缸) ,由于本机为中型起重机为了使本机运用广泛,采用电液阀控制液压缸实现各节臂顺序伸缩。各节臂具有任意伸缩的选择性,但不能实现同部伸缩。5. 控制回路(1)为了使操纵方便总体要求操纵手柄限制为两个。(2)操纵元件必须具有 45方向操纵两个机构联动能力。6. 支腿回路(1)要求垂直支腿不泄漏,具有很强的自锁能力(不软腿) 。(2)要求各支腿可以进行单独调整。(3)要求水平支腿伸出距离足够大,能够满足最大吊重而不至于整机倾翻。(4)要求垂直支腿能够承载最大起重时的压力。(5)起重机行走时不产生掉腿现象。4.2 液压系统类型选择4.2.1 本机液压系统分析根据开式和闭式系统的优缺点、典型工况,结合国内外同类产品的具体情况,上车液压系统决定选用多泵多回路和多种型式的高压变量系统。在起升(主、副卷扬) 、回转、伸缩、变幅、支腿和控制 6 个液压回路中,起升和回转采用独立闭式油路,变幅、伸缩和支腿采用开式油路。起升油路分主卷扬油路和副卷扬油路,液压泵采用具有压力切断功能的双向电液比例排量调节泵,此泵能实现排量与输入电压信号成正比的控制功能,用手动比例电压控制阀来进行调节,它与定量马达构成了两个独立的容积调速回路。副卷扬油路可通过合流阀向主卷扬油路自动合流。主副卷扬回路中设有压力记忆阀,防止二次起升下坠,缓冲补油和自动冷热油交换等装置。由于本机属于中型起重机,回转比较频繁,所以回转油路由双向电液比例排量调节泵和定量马达组成,除采用缓冲补油和冷热油自动交换措施外,还采用了防止“打停现象” (在回转过程中出现打停后再回转现象)和防止臂杆因外力(风力等)引起的自由摆动的特殊阀(图中 18) 。伸缩回路有四节液压缸,使用电液阀控制使液压缸实现顺序伸缩和各节臂单独伸缩。回路中,电磁阀仅通过推动液动阀所需的流量,流量较小,而流动阀才是通过工作机构所需的大流量。这样电磁阀可靠性大大提高。液动阀可通过很大流量,从而提高伸缩速度。大中型起重机的变幅机构,为了减小变幅缸的缸径,通常采用双缸并联回路,即两个等直径的变幅缸分别置于臂的两侧跟臂一起刚性连接。本机采用液控单向阀来锁紧臂自动下滑,才用了一平衡阀来防止在变幅下降时产生超速现象。伸缩、变幅回路在工作时只能一个单独工作,用电液比例换向阀来控制它们的伸缩速度。本机采用了一个二位六通转阀来切换伸缩、变幅油路,这样不但可以实现一个操作手柄单独操作伸缩、变幅工作,而且用一个二位六通转阀替换了一个电液比例换向阀和一个电路切换开关降低了生产成本。支腿回路采用 H 式支腿,此支腿外伸距离大,每一支腿有两个液压缸,一个水平的,一个垂直的,支腿外伸后成 H 形。支腿回路的各油缸均采用手柄操纵换向阀来实现各种控制。回路中支腿油路转阀可以对各支腿进行单独调节和共同伸缩,液控单向阀可以防止支腿软腿现象。控制回路采用电控方式来实现。主、副卷扬回路,回转回路均采用了电液比例排量调节泵,此泵能实现排量与输入电信号成正比的控制功能。此泵的控制过程为:操纵手控电阀发给电液比例方向阀一定量电信号值,电液比例方向阀有一对应位移,并打开阀口使补油泵的油液进入变量活塞缸,使之对电液比例方向阀有一跟踪位移,并使泵的排量变化,直至变量活塞缸的反馈移动量又使电液比例方向阀的阀口关闭为止。这就使得操纵者搬动手控电阀的角度与泵的排量成正比例变化,达到预期的操纵目的。伸缩、变幅回路也采用电液比例阀控制其速度,操纵方式也是用手动比例电压控制阀。采用电液比例控制的调速系统,不仅可以省力,也可改变主机的设计柔性,并且可以实现远距离有线或无线控制。根据汽车起重机的工况,支腿回路、伸缩回路和变幅回路只能一个单独工作,所以采用同一个液压泵供油。主、副卷扬回路,回转回路都用了电液比例排量调节泵,它们都带有副泵,此副泵负责给自己所在闭式回路补油和提供控制油。4.2.2 各机构动作组合、分配及控制1. 各机构组合情况图 4-1 各机构动作组合情况支腿机构在起升过程中不能动作,但是支腿回路不工作时其他的回路均不能工作,回转可以与各个机构进行组合动作,主副起升之间,以及主、副起升分别与变幅,伸缩回路要有组合动作功能,伸缩、变幅之间不需要组合动作,在相同手柄上控制的两个是靠手动比例电压控制阀的手柄 45联动功能完成,应尽量少用,免得使操纵变得复杂。各机构组合情况如图 4-1 所示。2. 动力分配情况 根据设计要求、工作情况、起重量等,本机的动力分配如图 4-2 所示:动力元件:3 双向电液比例排量调节泵,1 个单向柱塞泵图 4-2 上车动力分配情况3. 各机构的组合控制情况对于支腿回路伸缩速度控制、伸缩回路、变幅回路、回转回路、主副卷扬回路都采用了电液比例控制方式,用手动比例电压控制阀手柄做操纵工具,其搭配情况如图 4-3 所示,控制量由比例电压控制阀的手柄 45联动完成(支腿电液比例方向阀单独控制,它与支腿油路转阀一起安装在底盘上)图 4-3 手动比例电压控制阀手柄的工作位置搭配情况4.3 各种执行元件的选择以上各步完成以后,本机的总体方案也已基本确定,各回路的主要元件也可初步确定了。1、动力元件 轴向柱塞双向变量泵(含辅助泵) 、 轴向柱塞定量泵2、执行元件 起升马达、 回转马达、 变幅油缸、 伸缩臂油缸3、控制元件 功率限制阀、 压力记忆阀、 电磁阀、电液比例方向阀、先导比例阀 、主副卷扬合流阀、变幅伸缩多路阀、 回转中位浮动阀、平衡阀、单向阀、手动比例电压控制阀4、辅助装置 油箱、 滤油器、 各种管道及接头5 伸缩液压回路组成原理和性能分析伸 缩 变 幅AB
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