qy40型汽车式起重机液压系统的设计-终稿

毕业设计说明书完整设计图纸请联系本人，参见豆丁备注。毕业生姓名专业机电一体化学号指导教师所属系（部）机械电子工程系二一三年五月I摘要本文对QY40型汽车起重机五个主要运动机构的动作进行了分析，再根据五个动作设计出五部分液压系统油路，完成了整机的系统液压原理图。根据机械性能参数和液压性能参数进行了液压元件的选择计算，并完成了汽车起重机支腿力学分析和支腿垂直伸缩油缸的结构设计，最后对液压系统进行性能验算。关键词汽车起重机；液压系统；支腿液压缸；三联齿轮泵IIABSTRACTTHISPAPERQY40TYPETRUCKCRANEFIVEMAINSPORTSAGENCYACTIONISANALYZEDACCORDINGTOFIVEACTIONDESIGNEDTOFIVEPARTSHYDRAULICSYSTEMLINES,COMPLETEDTHEMACHINESYSTEMHYDRAULICPRINCIPLEDIAGRAMACCORDINGTOTHEMECHANICALPERFORMANCEPARAMETERSANDHYDRAULICPERFORMANCEPARAMETERSFORTHEHYDRAULICCOMPONENTSCHOICECALCULATION,ANDCOMPLETEDTHETRUCKCRANEBRANCHLEGMECHANICSANALYSISANDALEGVERTICALTELESCOPICOILCYLINDERSTRUCTUREDESIGNINGFINALPERFORMANCEOFHYDRAULICSYSTEMCHECKEDKEYWORDTRUCKCRANE；HYDRAULICSYSTEM；ALEGHYDRAULICCYLINDER；SANILANGEARPPUMPIII目录摘要IABSTRACTII1绪论111起重机简介1111起重机的种类1112汽车起重机的原理212起重机发展史3121汽车起重机的国外发展史3122汽车起重机国内发展史413研究思路及方案52汽车起重机主要运动机构分析621QY40型汽车起重机性能参数要求622QY40型汽车起重机主要机构分析6221伸缩机构分析6222回转机构分析8223变幅机构分析10224支腿机构分析10225起升机构分析123汽车起重机液压回路的初步设计1431伸缩回路设计14311性能要求14312功能实现及工作原理1432回转回路设计15321性能要求15322功能实现及工作原理1533变幅回路设计16331性能要求16332功能实现及工作原理1634支腿回路设计18341性能要求18IV342功能实现及工作原理1835起升回路设计20351性能要求20352功能实现及工作原理204液压系统设计计算2241QY40型汽车起重机液压系统工作原理图2242系统工况表2343支腿收放机构计算23431支腿支撑位置的确定2344支腿油缸的受力计算2545支腿油缸主要几何的计算25451缸筒内径计算25452活塞杆直径D计算26453活塞杆强度验算26454稳定性验算27455缸筒壁厚的计算27456缸筒外径计算28457缸底厚度计算2846根据液压缸运动速度要求，定支腿回路流量和相关阀的型号2947支腿液压缸结构设计29471缸体材料29472缸筒和缸盖29473活塞和活塞杆30474排气装置30475缓冲装置30476最小导向长度的确定3148其它液压元件的计算选择31481起升马达的计算和选择31482液压泵的选择33483其他液压回路液压阀选择3349油路的通径34V491油路的通径计算参数34492卷扬油路34493回转工作管路35494伸缩回路管路35495变幅回路管路35496支腿回路管路355液压系统性能验算3751管路系统容积效率及压力效率计算37511容积效率37512压力效率3752液压系统的发热验算3853工作循环周期T38531起升工序38532回转工序39533变幅工序39534下降工序39535空载回转39536装载工序39537伸缩工序3954油泵损失所产生的热能H39541主卷扬产生的热量39542回转泵产生的热量40543马达产生的热量40544起升马达产生的热量40545回转马达产生的热能40546管路产生的热量40547系统的总发热量4055油箱散热量40参考文献42致谢43太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书11绪论11起重机简介111起重机的种类中国古代灌溉农田用的桔是臂架型起重机的雏形。14世纪，西欧出现了人力和畜力驱动的转动臂架型起重机。19世纪前期，出现了桥式起重机；起重机的重要磨损件如轴、齿轮和吊具等开始采用金属材料制造，并开始采用水力驱动。19世纪后期，蒸汽驱动的起重机逐渐取代了水力驱动的起重机。20世纪20年代开始，由于电气工业和内燃机工业迅速发展，以电动机或内燃机为动力装置的各种起重机基本形成。到目前可分为（1）轻小型起重设备轻小型起重设备的特点是轻便、结构紧凑，动作简单，作业范围投影以点、线为主。轻、小型起重设备，一般只有一个升降机构，它只能使重物作单一的升降运动。属于这一类的有千斤顶、滑车、手（气、电）动葫芦、绞车等。电动葫芦常配有运行小车与金属构架以扩大作业范围。（2）桥式起重机桥式起重机的特点是可以使挂在吊钩或其他取物装置上的重物在空间实现垂直升降或水平运移。桥式起重机包括起升机构，大、小车运行机构。依靠这些机构的配合动作，可使重物在一定的立方形空间内起升和搬运。桥式起重机、龙门起重机、装卸桥、冶金桥式起重机、缆索起重机等都属此类。（3）臂架式起重机臂架式起重机的特点与桥式起重机基本相同。臂架式起重机包括起升机构、变幅机构、旋转机构。依靠这些机构的配合动作，可使重物在一定的圆柱形空间内起重和搬运。臂架式起重机多装设在车辆上或其他形式的运输（移动）工具上，这样就构成了运行臂架式旋转起重机。如汽车式起重机、轮胎式起重机、塔式起重机、门座式起重机、浮式起重机、铁路起重机等。（4）升降机升降机的特点是重物或取物装置只能沿导轨升降。升降机虽只有一个升降机构，但在升降机中，还有许多其他附属装置，所以单独构成一类，它包括电梯、货梯、太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书2升船机等。除此以外，起重机还有多种分类方法。例如，按取物装置和用途分类，有吊钩起重机、抓斗起重机、电磁起重机、冶金起重机、堆垛起重机、集装箱起重机和援救起重机等；按运移方式分类，有固定式起重机、运行式起重机、自行式起重机、拖引式起重机、爬升式起重机、便携式起重机、随车起重机等；按驱动方式分类，有支承起重机、悬挂起重机等；按使用场合分类，有车间起重机、机器房起重机、仓库起重机、贮料场起重机、建筑起重机、工程起重机、港口起重机、船厂起重机、坝顶起重机、船上起重机等。112汽车起重机的原理一般汽车起重机由支腿机构、回转机构、伸缩机构、变幅机构、起升机构所组成，其机构如下图所示图11汽车起重机机构简图根据以上机构运动要求，其相应的液压系统分为支腿回路、回转回路、伸缩回路、变幅回路、起升回路所组成，其各机构完成的动作和功能如下（1）支腿回路汽车起重机的底盘前后各有两条支腿，每一第支腿由一个液压缸驱动。两条前支腿和两条后支腿分别由三位四通手动换向阀A和B控制其伸出或缩回。每个液压缸的油路均设有双向锁紧回路，以保证支腿被可靠地锁住，防止在起重作业时发生“软腿”现象或行车过程中支腿自行滑落。（2）回转回路太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书3回转机构采用液压马达作为执行元件。液压马达通过蜗轮蜗杆速箱和一对内啮合的齿轮来驱动转盘。转盘转速较低，每分钟仅为13转，故液压马达的转速也不高，就没有必要设置液压马达的制动回路。（3）伸缩回路起重机的吊臂由基本臂和伸缩臂组成，伸缩臂套在基本臂之中，用一个三位四通手动换向阀D控制的伸缩液压缸来驱动吊臂的伸出和缩回。为防止因自重而使吊臂下降，油路中设有平衡回路。（4）变幅回路吊臂变幅就是用一个液压缸来改变起重臂的角度。变幅液压缸由三位四通手动换向阀E控制。同样，为防止在变幅作业时因自重而使吊臂下落，在油路中设有平衡回路。（5）起降回路起降机构是汽车起重机的主要工作机构，它是一个由大转矩液压马达带动的卷扬机。在液压马达的回油路中设有平衡回路，以防止重物落下。此外，在液压马达上还设有由单向节流阀和单作用闸缸组成的制动回路，使制动器张开延时而紧闭迅速，以避免卷扬机起停时发生溜车下滑现象。12起重机发展史121汽车起重机的国外发展史轮式起重机最初是以诞生于1869年的蒸汽轨道式起重机发展而来的，经历了轨道式、实心轮胎式、充气轮胎式的发展变化过程。由于轮式起重机具有机动灵活、操作方便、效率高等特点，在二战后修复战争创伤和经济建设中得到广泛应用。早期的轮式起重机大多采用机械传动的桁架式臂架。随着60年代中期液压技术的发展，液压伸缩臂轮式起重机得到迅速发展。到80年代末，中小吨位的轮式起重机己多数采用液压伸缩式臂架，仅有一部分大吨位汽车起重机仍采用桁架式臂架。20世纪60年代末期，随着大型建筑、石油化工、水电站等大型工程的发展，对轮式起重机的性能、工作效率和安全性提出了更高的要求。由于当时液压技术、电子技术、汽车工业的发展及新型高强度钢材的不断出现，使轮式起重机开始向大型化发展，并且在普通轮胎式起重机的基础上开发出越野轮胎起重机，随后又开发出全路面起重机。全路面起重机综合了汽车起重机高速行驶和越野轮胎起重机吊重行走及高通过性的特点，在近20多年得到很大发展。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书4122汽车起重机国内发展史1958年，北起在K32型基础上改进设计的Q51型5吨汽车起重机，批量生产后扩散到全国多家工厂生产，同年8月正式改名为北京起重机器厂。1960年，改进设计的机械传动Q81型8吨汽车起重机以及100吨桥式起重机试制成功，Q51型5吨汽车起重机出口援外，开始了中国汽车起重机的出口历史。1963年3月，徐州重型机械厂（徐工集团前身）生产的第一台Q51型5吨汽车起重机下线。1964年，北起开始研制液压元件，为生产液压式起重机打下基础。1966年，根据“三线建设”的方针，北起厂一分为二，将235台设备，约2600名生产技术骨干及家属，全套起重机技术图纸，配套地运往四川泸州，仅用了一年时间就建立起当地最大规模的国营企业长江起重机器厂。1968年，Q84型8吨液压汽车起重机试制成功，这是我国自行研制的第一台液压式汽车起重机。1976年，北起与长沙建设机械研究所联合，试制成功QD100型100吨桁架臂式汽车起重机，并应用在唐山大地震抢险中。从2004年开始，随着中国经济崛起，电力、石化、钢铁、交通基础设施进入建设高潮。国内履带式挖掘机市场快速膨胀。有实力的企业全力加大了对履带起重机的研发投入，抚顺挖掘机制造有限责任公司于20052006年年间，先后推出了250吨和350吨履带起重机，徐州重型机械有限公司2005年推出300吨履带起重机。除了以上两家国内原有的履带起重机生产厂家外。2004年上海三一科技有限公司加入了履带起重机制造商的行列，陆续推出50吨、80吨和150吨履带起重机，2006年又推出400吨履带起重机。2004年底，中联重科浦沅分公司推出200吨履带起重机，此后又陆续推出70吨、100吨、160吨和50吨履带起重机。至此，国内履带起重机已有35400吨十几个型号，形成了较为全面的产品型谱。抚挖、徐重、三一、中联浦沅成为主要生产企业。123汽车起重机的国内外的发展趋势（1）采用国际化配套，对系统性要求较高的液压元件如泵、阀、马达等采用国际化配套可提高产品的可靠性，另外，国外使用成熟、量大价廉的元件在国内也广泛使用。（2）采用卡套式接头，由于卡套式接头在控制系统污染、防泄露等方面具有很强的优越性，使用卡套式接头能大大减少故障率和早期反馈率。（3）在系统中设计速度分档，由于不同施工项目的不同要求，对起重机各动作速度的要求也不一样，速度分档技术也应运而生，设计不同的速度档位，以适用不同工况的要求。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书5（4）广泛使用高度集成的、模块化阀组，能简化管路，有效的减少液组，提高效率，同时易于维护。（5）向计算机技术领域的纵深渗透，汽车起重机将向无线遥控技术、远程诊断服务技术、黑匣子自我保护技术等方向发展，为了实现整机的功能，液压技术将同计算机技术相互渗透，共同发展13研究思路及方案本课题主要针对汽车起重机的功能、组成和工作特点，结合国内外汽车起重机的运用现状和发展趋势，设计一款能够适应国内外工程建设的中型汽车起重机（QY40）液压系统。在设计本机液压系统时，在明确设计任务和设计要求，不要偏离题目；仔细研究设计方案，理清设计思路，使设计过程清晰化，这两点的基础上。进行以下研究工作对各工作机构液压回路进行设计，对个回路的组成原理和性能进行分析。根据本机液压系统工作参数和各机构主要参数对液压系统进行设计计算，根据液压系统要求，对主要液压元件进行选择。液压元件选好以后需要对特定回路进行性能计算，其中包括系统特定回路功率计算，特定回路性能验算以及对整个系统的发热进行验算。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书62汽车起重机主要运动机构分析21QY40型汽车起重机性能参数要求最大起重量40吨；最大起重力矩600KNM最高提升速度10；MAXVIN/基本臂长105M最长主臂长3255M最大起升高度基本臂112M伸缩臂328M发动机型号SC8DK230Q3发动机额定功率170/2200KW/R/MIN发动机额定扭矩830/1400NM/R/MIN发动机额定转速2200R/MIN以上参数在下述计算中不再标出。22QY40型汽车起重机主要机构分析一般汽车起重机主要液压机构有支腿机构、回转机构、伸缩机构、变幅机构、起升机构所组成。221伸缩机构分析主要动作伸长保持缩回特点操作简单，起升吨位大。（1一般有三种伸缩方式顺序伸缩、同步伸缩和独立伸缩。顺序伸缩是指各节伸缩臂按一定先后次序完成伸缩动作。为了使各节伸缩臂伸出后的起重能力与起重机的起重特性相适应，伸臂顺序与缩臂顺序相反。独立伸缩是指各节伸缩臂无关联地独立进行伸缩动作。显然，独立伸缩机构同样也可以完成顺序伸缩同步伸缩的动作。同步伸缩是指各节伸缩臂以相同的行程比率同时伸缩。（2）驱动形式臂架伸缩机构的驱动形式有机械式、液压式和复合式三种。机械式驱动装置构造简单，一般只能在吊钩空负荷时使臂架伸缩，而且只用于有一节伸缩臂的小吨位起重机上。臂架伸缩的驱动型式有钢绳卷筒驱动、齿轮条驱动，或者利用其它工作机构驱动。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书7液压驱动是吊臂伸缩机构的主要驱动型式。设计相应的伸缩液压缸和油路，可以实现臂架的各种伸缩方式复合式驱动由伸缩液压缸和机械传动装置组成，油缸的数目和作用方式视活动臂节数而定。机械传动装置通常才用钢绳或链条滑轮组。钢绳滑轮组的缺点是，钢绳伸长量大，而且有可能跳槽，张紧度调整不当时，伸缩运动不平稳，使用中的维护工作量增加。链条滑轮组虽然能克服上述部分缺点，但重量大。目前以钢绳滑轮组使用较多起重臂伸缩机构主起重臂是由钢板焊制的箱形结构，共三节（基本臂、二节臂、三节臂），全动力同步伸缩，全部伸出时臂长245M，全部缩回时臂长102M。起重机伸缩机构工作原理如图所示。1、8滑轮2伸臂钢丝绳3二节臂4伸缩液压缸5伸缩钢丝绳固定点6基本臂7伸缩钢丝绳9三节臂10缩臂钢丝绳固定点图21伸缩臂架原理图二节臂采用一个单级双作用液压缸实现伸缩。液压缸倒置安装活塞杆端头用销轴固定在基本臂根部，液压缸中部铰点将缸体联接在二节臂后端。因此，当从活塞杆端头通入压力油后，二节臂随同液压缸体一同伸出或缩进三节臂采用钢丝绳系统进行伸缩。伸臂钢丝绳一端固定在基本臂前端一侧，然后穿过立装在二节臂前端同一侧的滑轮及平装在三节臂后端的滑轮，再穿过立装在二节臂前端另一侧的滑轮，最后固定在基本臂前端另一侧。缩臂钢丝绳一端固定在基本臂前端，然后穿过固定在基本臂前端及二节臂尾部的导向滑轮，再固定在三节太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书8臂尾部。这样，当二节臂在液压缸作用下向外推出时，通过伸臂钢丝绳同时将三节臂拉出；同样，二节臂缩回时，通过缩臂钢丝绳将三节臂拉回。具有臂架伸缩机构的起重机，不需要接臂和拆臂，缩短了辅助作业时间。臂架全部缩回以后，起重机外形尺寸减小，提高了机动性和通过性。臂架采用液压伸缩机构，可以实现无级伸缩和带载伸缩，扩大了汽车和轮胎起重机、铁路救援起重机在复杂使用条件下的使用功能。伸缩臂钢丝绳端部均装有调节螺栓，用以调节钢丝绳的长度，使之松紧适当。各节起重臂相对滑动部位（上、下方及两侧），都装有滑块，以减少磨损。起重臂全部滑轮均安装在滚动轴承上，以减少伸缩臂时的阻力。副臂为桥架式结构，长度为75M，不使用时折叠收放在基本臂右侧，安装上主臂后，其轴线与主臂轴线成2交角。222回转机构分析主要动作回转锁紧回转锁紧根据回转机构所需工况我们初步从以下机构当中选取回转机构是完成臂杆转动的装置。全液压汽车起重机的回转机构包括转台、回转支承和驱动装置。由回转液压马达带动减速机构成的驱动装置，固定在上车转台上，其下部的输出轴上安装驱动齿轮。回转支承似一盘大滚动轴承，内座圈为不动圈，内圆柱面上制成齿圈，固定在下车的车架上；外座圈为转动圈，通过滚珠相对内座圈可以转动，固定在转台的底部。当驱动齿轮与内座圈的齿圈啮合时，带动外座圈和转台正转或反转，实现吊机在固定的下车上回转。1回转轴承作为回转支承最主要的部分，是在普通滚动轴承的基础上发展起来的，但一般滚动轴承内、外圈的刚度依靠轴承座孔的刚度来保证，而回转轴承的刚度则由下车地盘的结构来保证。滚道是由内座圈和外座圈合成一个整体的曲面滚道。齿圈可以为外齿圈式，也可以为内齿圈式。滚珠和导向体安装时，均由内座圈或外座圈的专用切向圆孔装入滚道，然后将安装孔堵住。为了润滑滚盘，设有数个黄油嘴。单排滚珠式轴承，重量轻、结构紧凑、制造成本低，允许小的安装误差，但承载能力小，适合小吨位使用。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书9图22回转轴承（2）回转驱动装置电动回转驱动装置回转驱动装置通常装在起重机的回转部分上，电动机经过减速器带动最后一级小齿轮、小齿轮与装在起重机固定部分上的大齿圈相啮合，以实现起重机回转液压回转驱动装置液压驱动的小起重量起重机，通过液压回路和换向阀的合适机能，可以使回转机构不装制动器，同时保证回转部分在任意位置上停住，并避免冲击。高速液压马达的驱动形式，在汽车式、轮胎式和铁路起重机上应用广泛。如图6，低速大扭矩液压马达的转速每分钟在0100转范围内，因此，可以直接在油马达轴上安装回转机构的小齿轮，如马达输出扭矩不满足传动要求，可以加装机械减速装置。该形式在一些小吨位汽车起重机上有所应用。可以在液压马达输出轴上加装制动器。图23低速大扭矩液压马达回转机构太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书10采用低速大扭矩液压马达可以省去或减小减速装置，因此机构很紧凑。但低速大扭矩液压马达成本高，使用可靠性不如高速液压马达，加之可以采用结构紧凑、传动比大的行星传动或蜗轮传动，高速液压马达在起重机的回转机构中使用广泛。综上所述，QY40回转机构设计为高速液压马达加装制动器的回转机构。223变幅机构分析主要动作增幅保持减幅保持根据变幅机构的工作过程我们拟定以下机构绝大部分工程起重机为了满足重物装、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度减小能提高起重量），需要经常改变幅度。变幅回路则是实现改变幅度的液压工作回路，用来扩大起重机的工作范围，提高起重机的生产率。一半可以分为以下几种（1）普通臂架变幅机构普通臂架变幅机构分为臂架摆动式和运行小车式其中臂架摆动式变幅机构在变幅过程中物品和臂架重心会随幅度改变而发生不必要的升降，需要额外消耗能量，在增大幅度时产生较大的惯性载荷，这种变幅机构构造简单，在非工作性变幅或不经常带载变幅的汽车起重机，轮胎起重机、履带式起重机、铁路起重机、桅杆起重机和塔式起重机被广泛采用臂架摆动式变幅机构又分为定长臂变幅机构和伸缩臂架变幅机构伸缩臂架变幅机构液压缸变幅是伸缩臂式起重机最有代表性的变幅形式。液压缸变幅机构结构简单紧凑，易于布置，工作平稳。根据变幅力大小，可采用双缸或单缸。臂架变幅液压缸有三种布置方式前置式、后置式和后拉式。（2）平衡臂架变幅机构平衡臂架变幅机构又分绳索补偿性组合臂架型大多用大型起重机。考虑到QY40型的载重和机构性价比，我们选用前置式伸缩臂架变幅机构。224支腿机构分析支腿收放有手动和液压两种驱动形式。用人力收放支腿，笨重费力，使用不便。近代汽车和轮胎式起重机都采用液压驱动的支腿。常见的支腿类型有以下几种蛙式支腿、H型支腿和X型支腿。蛙式支腿结构简单，液压缸数量少重量轻。但每个支腿在高度上单独调节困难不易保证车架水平，而且支腿摇臂尺寸有限，因而支腿跨距就不能太大，宜用在小吨位起重机。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书111、支腿盘2、支腿摇臂3、液压缸4、车架5、活动套6、撑杆图24蛙式支腿H型支腿如下图25所示，每一支腿有两个液压缸，水平外伸液压缸和垂直支撑液压缸。为保证足够的外伸距离大，每个腿可以单独调节，对作业场地和地面的适应性好，广泛用于中大型起重机上。缺点是重量大，支腿高度大。1、固定梁2、活动梁3、立柱外套4、立柱外套5、水平液压缸6、垂直液压缸7、支脚盘图25H型支腿X型支腿如下图26所示，此支腿的垂直的垂直支撑液压缸作用在固定腿上，每个腿能单独调节高度，可以伸入斜角内支撑，X型支腿较轴数目多。行驶时离地间隙小，垂直液压缸的压力比H型支腿高。在打支腿时有水平位移。现已逐渐被H型支腿取代。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书121、垂直液压缸2、车架3、伸缩液压缸4、固定腿5、伸缩腿6、支腿盘图26X型支腿汽车起重机设置支腿可以大大提高起重机的起重能力。为了使起重机在吊重过程中安全可靠，支腿要求坚固可靠，伸缩方便。在行驶时收回，工作时外伸撑地。还可以根据地面情况对各支腿进行单独调节。基于QY40为中型吨位起重机，从安全性和普遍性考虑我们选用H型支腿。225起升机构分析主要动作卷筒上扬保持卷筒下扬锁死根据工况拟定以下机构供选择。随着液压汽车起重机的发展，对起升机构的性能要求越来越高，不仅重量要轻，工作可靠，而且还要求调速。起升机构由内燃机驱动、电动机驱动和液压驱动三种驱动方式。（1）内燃机驱动的起升机构，其动力由内燃机经机械传动装置集中传给包括齐声机构在内的各个工作机构。这种驱动方式的优点是具有自身独立的能源，机动灵活，适用于流动作业的流动时起重机目前只在现有的少数履带式起重机和铁路起重机上应用（2）电动机驱动是起升机构主要的驱动方式。直流电动机的机械特性适合起升机构工作要求，调速性能好，但获得直流电源较为困难。在大型的工程起重机上，常采用内燃机和直流发电机实线直流传动，交流电动机驱动能直接从电网取得电能，操控简单，维护容易，机组重量轻，在电动起身机构中被广泛采用。（3）液压驱动的起升机构，由原动机带动液压泵，将工作油液输入执行构件使机构动作，通过控制输入执行机构的液体流量实现调速。液压驱动的优点是传动比大，可以实现大范围的无级调速，结构紧凑，运转平稳，操作方便。过载保护性能太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书13好。缺点是液压传动元件的制造精度要求高，液体容易泄漏。目前液压驱动在流动式起重机上广泛应用。考虑到QY40型汽车起重机的载荷大小和整体性选择液压系统我们这里采用双卷筒液压驱动。起升机构液压马达1，通过减速箱2和内涨离合器5，分别把动力传到主副卷筒4上。结构形式如下图1、驱动装置2、减速器3、制动器4、卷简5、离合器图27双卷筒起升机构太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书143汽车起重机液压回路的初步设计通过对汽车起重机五大机构运动分析，分别设计其液压原理图31伸缩回路设计311性能要求起重机具有臂架伸缩机构后，不需要接臂和拆臂，缩短了辅助作业时间。臂架全部缩回后，起重机外形尺寸减小，提高了机动性和通用性。臂架采用液压伸缩机构，可以实现无级伸缩和带载伸缩，扩大了汽车起重机复杂条件下的使用功能312功能实现及工作原理根据选定的液压机构初步拟定以下回路144、三位六通换向阀17、同步伸缩缸18、平衡阀19、单向阀图31伸缩原理图液压油通过换向阀进入同步伸缩缸，同步缸伸出。换向阀打到中位时油路锁死，在换向阀也同步油缸中间有一个平衡阀，能够防止垂直防止的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落。当换向阀4右位接入回落使活塞下行时，回油路上存在着一定的背压；只要调节单行顺序阀使液压缸内的背压能够支撑得住活塞和与之相连的工作部件，活塞就能平稳下落。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书15（1）伸出进油路三位六通换向阀平衡阀同步缸出油路同步缸三位六通换向阀油箱（2）缩回进油路三位六通换向阀同步缸出油路同步缸平衡阀三位六通换向阀油箱32回转回路设计321性能要求功用能与起升机构同时动作，不要求与变幅、伸缩机构同时动作。回转支承保证起重机回转部分有确定的回转运动，并承受起重机回转部分作用于它的垂直力、水平力和倾覆力矩。当回转力过大时必须要有缓冲装置并且能自己主动补油。322功能实现及工作原理拟定液压系统图如下111、梭阀112、单项阀113、溢流阀114、制动液压缸142、三位六通换向阀16、回转液压马达图32回转原理图太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书16根据工况液压马达首先要转向，当三位流通换向阀换到右位时，液压油进入液压马达实现正转。当手动换向阀处于中位时有路锁死，当手动换向阀处于左位时液压油从下面流入液压马达，实现液压马达的反转。单向阀能够很好的控制油路方向。（1）正转进油路单向阀三位六通换向阀液压马达梭阀制动液压缸回油路液压马达三位六通换向阀油箱（2）反转进油路单向阀三位六通换向阀液压马达梭阀制动液压缸回油路液压马达三位六通换向阀油箱（3）缓冲补油当液压马达回转压力过大制动时必然导致一边的油压增大，此时溢流阀导通压力高的一侧液压油进入压力低的一侧，使两边压力平衡。这样有可能导致有一侧液压管出现真空现象，此时梭阀可以吸油防止真空现象。33变幅回路设计331性能要求起落臂平稳，变幅在任意值允许位置能可靠锁死。带载调幅其载荷为吊臂伸出后相应额定载荷的1/3。对于起吊额定载荷，只允许从大幅度向小幅度调整332功能实现及工作原理考虑到QY40型的载重和机构性价比，我们选用前置式伸缩臂架变幅机构太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书17145、三位六通换向阀19、伸缩液压缸20、平衡阀与节流阀组合阀26、单向阀图33变幅原理图平衡阀作用能够防止垂直防止的液压缸和与之相连的工作部件因自重而自行下落。当换向阀4右位接入回落使活塞下行时，回油路上存在着一定的背压；只要调节单行顺序阀使液压缸内的背压能够支撑得住活塞和与之相连的工作部件，活塞就能平稳下落。当换向阀4右位接入回落使活塞下行时，回油路上存在着一定的背压；只要调节单行顺序阀使液压缸内的背压能够支撑得住活塞和与之相连的工作部件，活塞就能平稳下落。（1）增幅液压油从单向阀进入手动换向阀，当手动换向阀打向右位时液压油进入平衡阀再进入液压缸，液压缸伸出实现增幅。进油路单向阀三位六通换向阀平衡阀液压缸出油路液压缸换向阀油箱（2）保持三位六通手动换向阀打到中位，油路锁死，同时平衡阀能够有效的保压，保持液压缸的压力防止液压缸下滑（3）减幅太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书18液压油从单向阀进入手动换向阀，当手动换向阀打到左位时液压油从下路就入液压缸，液压缸缩回实现减幅进油路单向阀三位六通换向阀液压缸出油路液压缸平衡阀三位六通换向阀油箱34支腿回路设计341性能要求活动支腿是由上下盖板、左右立板以及其他加强板组成的封闭式的箱形薄壁结构,由于其结构形状和受载情况复杂,静不定次数高,精确计算难度大。为减少计算工作量,传统计算方法做出了各种各样的简化和假定,因此计算结果同实际情况有很大的出入,难以满足工程需要。本文利用功能强大的大型通用有限元分析软件ANSYS对某型汽车起重机活动支腿结构进行了强度和刚度分析,并根据分析结果给出了活动支腿的改进设计方案。支腿回路性能要求水平液压缸和竖直液压缸伸缩方便；支撑平稳；可防止软腿现象；可单独对各支腿进行调节；在锁死的时候油缸不发生油液泄露。342功能实现及工作原理根据H刑支腿机构的结构，拟定液压系统图如下41、溢流阀42、溢流阀43、单向阀44、液控单向阀51、三位六通换向阀52、三位四通换向阀6、水平液压缸7、垂直液压缸8、双向液压锁图34支腿回路原理图太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书19根据工况，首先支腿水平伸出再垂直伸出，所以实际操作时我们要先把多路阀打到水平控制位置，按下进油的操作阀水平油缸伸出。再把多路阀按到垂直控制位子，按下进油的操作阀垂直油缸伸出。收车时则相反。这里我们加了一个42作为一个安全阀使输出的油压稳定在18MPA左右，而41这个5MPA溢流阀主要是防止带载外伸时引起事故。我们把5做成一个整体的操作阀不仅美观，更重要的是便于管理，在现在起重机设备上大多都采用此结构。（1）支腿水平伸出当三位六通换向阀打向下位时液压油通过三位四通换向阀，三位四通换向阀打向下位时液压进入液压缸，支腿水平伸出进油路三位六通换向阀三位四通换向阀水平液压缸回油路水平液压缸三位四通换向阀三位六通换向阀油箱（2）支腿垂直伸出当水平液压缸完全伸出，液压油进入垂直液压缸进油路三位六通换向阀三位四通换向阀垂直液压缸出油路垂直液压缸三位四通换向阀三位六通换向阀油箱（3）进给保持首先三位六通换向阀打到中位油液卸荷，液压油往上进入回转回路中，同时我们可以看到我们有一个双向液压锁这时候可以很好的锁死油路，防止垂直支腿回缩，还有一个液控单向阀也能防止水平油缸回缩。（4）垂直液压缸缩回油缸回缩时原理与伸出一样，通过三位四通阀的进油的方向不通控制油液的流动方向，从而改变液压缸的运动方向。进油路三位六通换向阀三位四通换向阀垂直油缸出油路垂直液压缸三位四通换向阀液控单向阀三位六通换向阀油箱（5）水平液压缸缩回回缩原理与伸出原理一样，但是我们这里在水平油缸回缩时我们有一个液控单向阀，这个液控单向阀只有在有油压的情况下才能导通回缩，一般情况下是不能回缩的，这样做的效果是防止车辆行驶时出现摔褪现象进油路三位六通换向阀三位四通换向阀水平液压缸回油路水平液压缸三位四通换向阀三位六通换向阀油箱太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书2035起升回路设计351性能要求卷扬回路的作用是实现起重机吊起以及放下重物，是起重机主要功能的体现。在吊重的如果同时与变幅或者回转同时动作，就需要单独的泵来供油，卷扬要有动作必须要求制动缸先有动作松开离合器。这里制动缸采用常态制动能够很好的防止起吊重物时产生溜车下滑现象。352功能实现及工作原理液压马达通过五位六通手动换向阀实现正反转达到上扬、下放的目的，其次最上面的两个制动液压缸主要起到锁死作用，防止重物下滑（1）卷筒上扬进油路五位六通手动换向阀液压马达梭阀离合器液压缸回油路液压马达平衡阀五位六通手动换向阀油箱（2）卷筒下放进油路五位六通手动换向阀平衡阀液压马达梭阀离合器液压缸回油路液压马达五位六通换向阀油箱（3）保持我们才用的是常压制动缸，在没有高压油进入离合器制动缸时，液压缸自动抱死离合器，防止重物下。根据起升机构特性设计如下回路太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书21146、三位六通换向147、溢流阀21、回转液压马达22、平衡法23、梭阀24、闸缸25、联轴器26、单向节流阀图35起升回路原理图太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书224液压系统设计计算41QY40型汽车起重机液压系统工作原理图1、三联齿轮泵2、中心回转3、油箱41、溢流阀42、溢流阀43、单向阀44、液控单向阀5、下部多路阀6、水平液压缸7、垂直液压缸8、双向液压锁9、滤油器10、回转压力表111、梭阀112、单向阀113、溢流阀114、制动缸12、起升压力表13、80泵压力表141、溢流阀142、三位六通换向阀143、溢流阀144、三位六通换向阀145三位六通换向阀太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书23146、三位六通换向阀15、溢流阀16、回转马达17、伸缩液压缸18、平衡阀19、变幅液压缸20、平衡阀21、起升马达22、平衡阀23、梭阀24、闸缸25、单向节流阀图41QY40型汽车起重机液压系统图42系统工况表表1QY40型汽车起重机液压系统工况表QY40汽车起重机液压系统工况表手动换向阀位置系统工作情况阀51阀52阀142阀144阀145阀146水平支腿垂直支腿回转马达伸缩缸变幅缸起升马达下位下位伸出上位伸出上位下位缩回上位缩回中位中位不动不动上位正转下位反转中位不动上位伸出下位缩回中位不动上位伸出下位缩回中位不动上位上升下位下降中位不动对以上主要运动机构和液压回路相结合，去掉多余东西，总结出液压系统原理图如图41所示，系统工况表如图42所示。整个液压系统由一台三联齿轮泵供油，其中回转与支腿回路共用一个泵，伸缩与变幅共用一个泵，起升回路单独使用一个泵供油。43支腿收放机构计算431支腿支撑位置的确定起重机支腿通常是前后设置，向左右两侧伸出，四个支腿支撑点形成的水平包围面积。支腿支撑点位置确定的原则是（1）在各种工况下，必须保证起重机太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书24抗倾覆稳定性的要求。即臂架在任意幅度和任意位置下起吊改工况下的额定起重量时，起重机所受的合成垂直载荷作用线，始终在支腿支撑点构成面积内。（2）在保证抗倾覆稳定性的条件下，支腿的支撑基底最小，以扩大有效作业面积。（3）起重机在运输状态下臂架放平，全机的重心必须位于支腿前后支撑线之间，否则支腿不可能使全部车轮离地。支撑点位置的确定方法如下图所示。图中0为起重机回转中心,为下车自重，1G下车重心坐标，且L,。为包括货重在内的上车总重，距O1,YX11Y2G2点的水平距离为R，其坐标为。起重机回转时，的运动轨迹方程为2,X2R图18起重机总重，其作用点坐标为21GYX,GX2121将、坐标代入点运动轨迹方程中得2,YXG,22RYLGX上式即为合力G的运动轨迹方程，是一个圆心坐标为、半径为0,1GL的圆，称之为合力圆。如果将支腿支撑点布置在合力圆的外切四边形的四角，RG2就能满足抗倾覆稳定性的要求。理论上支腿跨距成方形，但在实际上，由于总体布置的要求，通常支腿向跨距大于支腿横向跨距。前后两支腿的中心为原点O，则回转中心的坐标为（75,0）太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书25根据起重特性表我们选取幅度为20，全伸臂325时计算。考虑安全因素的情况下。可以确定支腿外伸时的坐标为（X,Y）X2550MMY2800MM整车宽度D2600MM则支腿外伸长度MM1502DYM支腿距回转中心的水平距离为NX2550MM44支腿油缸的受力计算汽车、轮胎和铁路起重机都装有可收放支腿。支腿的作用是增大起重机的支撑基地，提高起重能力。起重机一般装有四个支腿，前后左右两侧分置。我们也选用四个支腿的形式。设计起重机时根据构造和使用要求，起重机有三点支撑式和四点支撑式两种。三支点式支撑反力的分配是静定的，可利用静力平衡条件求各支撑反力。四支点式支撑反力的计算属于超静定问题，支撑反力不仅与载荷有关，还取决于车架的刚性、轨道或道路路面的弹性和平整度等许多因素。所以为了方便，我们可以简化为静定求解。我们采用刚性车架假设认为车架是绝对刚体，在载荷作用下车架的四个支撑点始终保持在同一平面上。根据起重特性表当起吊重量为20吨时，液压缸受力最大FNGXQB752410X为后支腿到回转中心的距离，Q为起吊重量，为上车重量BQ45支腿油缸主要几何的计算451缸筒内径计算主臂液压缸定为1节，查阅文献1尺寸形状可按如下进行设计计算，当主臂仰角为60时，工作幅度为3米时，主臂吊最大载荷Q20T,此时伸缩缸承受最大压力，FN4107液压缸在工作时能够达到的工作压力按18MP计算，根据如下公式1太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书26缸筒内径公式PFD210573D液压缸的内径F最大载荷P工作压力式中D液压缸的内径可得出，D96MM,参见表2，取D125MM。表2缸桶内径选择表810121620253240506380100125160200250320400452活塞杆直径D计算活塞杆直径D一般按液压缸往复运动速度比计算，公式如下（1）1D式中D液压缸直径往复运动速度比，参见表3，选择2。可得出D884MM；根据D/D07，参见表4，选择D90MM。表3速度比选择压力MP101252020速度比1331462表4活塞杆直径尺寸系列453活塞杆强度验算活塞杆工作时，一般主要受轴向主要拉压作用力，因此活塞杆的强度验算，可按直杆拉压强度验算，可按直杆拉压公式计算，即1456710121416182022252832354045505663708090100110125140160180200220250280320360太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书27（2）24FD（3）NB式中活塞杆内应力。F液压缸负载力。活塞杆材料许用应力，为材料的抗拉强度，材料为45号钢，故为BB600MP，N为安全系数，一般取N35，N取5。将上述值代入，式（2）成立，所以强度满足要求。454稳定性验算当活塞杆直径与液压缸安装长度之比为110以上时，活塞杆容易出现不稳定状态，产生纵向弯曲破坏，这时需要进行受压稳定性计算。计算时吧液压缸整体看成一个和活塞杆截面相等的杆件，采用欧拉公式计算出临界压缩载荷，再带入压杆稳定公式进行计算。TF欧拉公式为（4）2TEJL式中E材料的弹性模数，对钢而言，EMP。5210J活塞杆截面惯性矩，。46DJ63L液压缸安装长度，由文献1可知，此处选择为L14M液压缸长为09米。长度折算系数，由文献1我们采用缸体固定杆端铰接的形式可知，05。计算可得N。TF610压杆稳定公式为（5）TN式中安全系数，一般取35。TNT将带入上式，所得结果与式（3）符合。TF可以确定尺寸为D90MM455缸筒壁厚的计算液压缸壁厚和外径由强度条件确定1D缸筒计算分为2种太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书28标准液压缸外径，标准液压缸的缸体外径主要用在重型机械、运输机械等方面。按薄壁筒计算按中等壁厚计算按厚壁计算液压系统压力拟定为20MPA故采用薄臂计算方法当缸筒内径D和壁厚的比值时，称为薄壁缸筒。10D对薄壁缸筒（6）2PY1式中液压缸的耐压试验压力，当P16MP时，15P。XPX当P16MP时，125P，P为液压缸工作压力为20MP。X缸筒材料的许用应力，,为材料的抗拉强度，材料为45BN号钢取600MP，N为安全系数，一般取N5。B对于45号钢600MPA锻钢100120MPA铸钢100110MPA钢管100110MPA铸铁60MPAD缸筒内径D125MM。将上述数值代入式（4）可得，125MM。即所得缸筒壁厚为25MM。456缸筒外径计算缸筒外径为1（7）12D所得结果为150MM。1457缸底厚度计算我们采用平行缸底当缸底无油孔时YPDH4301太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书29H缸底厚度MD液压缸内径MP实验压力MPAY缸底材料的许用应力MPA我们选用缸底材料为45号钢600MPA可以得出H121MM通过计算得出液压缸的基本参数为缸筒内径125MM活塞杆直径90MM缸筒外径150MM缸径125，杆径9046根据液压缸运动速度要求，定支腿回路流量和相关阀的型号支腿液压缸速度定为V001M/S支腿回路流量QVS329L/MIN序号图号阀门数量8DFYL20H液控单向阀15234SHH20BT三位四通换向阀151ZS1L20E三位六通换向阀144DFYL20H液控单向阀143AHB20L单向阀142YFL20H3S溢流阀141YFL20H1S溢流阀147支腿液压缸结构设计液压缸的结构设计包括刚体材料选择、缸筒和缸盖的连接形式、活塞和活塞杆的连接形式排气装置的选择和最小导向长度的确定。471缸体材料液压缸缸体的常用材料为20、35、45号无缝钢管。因20号钢的机械性能略低，且不能调质，应用较少。当缸筒与缸底、缸头、管接头或耳轴等件需焊接时，则应太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书30采用焊接性能较好的35号钢，粗加工后调质。一般情况下，均采用45号钢，并应调质到241285HB472缸筒和缸盖缸筒和缸盖的连接式有焊接、螺纹连接、法兰连接、拉杆连接、半环连接和钢丝连接。法兰连接结构较简单，易加工，易装卸，但径向尺寸较大，质量比螺纹连接的大。非焊接式法兰的缸体端部应镦粗。在此液压缸中，采用后端盖焊接方式，前端盖法兰连接。焊接方式结构简单，尺寸小，重量轻，使用广泛，但缸体焊后可能变形。缸筒和缸盖采用法兰连接，这种结构易加工，易装卸，使用广泛，径向尺寸较大，质量比螺纹连接的大，非焊接式法兰的缸体端部应镦粗。图19缸筒与缸盖安装473活塞和活塞杆活塞和活塞杆有整体结构、螺纹连接、半环连接。整体式用于工作压力较大，而活塞直径又较小的情况，螺纹连接是较常用的方式，半环连接用于工作压力、机械振动较大的情况。如图20所示，活塞和活塞杆的连接形式为螺纹连接图20活塞杆与活塞连接图474排气装置为了使液压缸运动稳定，在新装上液压缸之后，必须将缸内的空气排出。排气的方法之一是使液压缸反复运动，直到平稳。但更可靠的方法是在液压缸上设置排气塞（排气阀），排气塞的位置一般放在液压缸的端部，双作用液压缸则应设置两个排气塞；但如果进油口和出油口都分布在液压缸的上端位置，排气塞就可省略，这里我们设计液压缸时使油口朝上，不使用排气塞。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书31475缓冲装置缓冲装置的作用是减小活塞及活塞杆等运动部件在运动时支缸底或端盖的冲击，在它们的行程终端实现速度的递减，直至为零。液压缸活塞运动速度在01M/S以下时，一般不采用缓冲装置；在02M/S以上时，则必须设置缓冲装置。变幅液压缸的速度小于01M/S，因此不设置缓冲装置。476最小导向长度的确定导向长度过短，将使缸因配合间隙引起的初始挠度增大，影响液压的工作性能和稳定性，因此，设计必须保证液压缸有一定的最小导向长度，一般液压缸的最小导向长度应满足820LDH图21液压缸各个尺寸图L为液压缸最大行程D为缸筒内径D为活塞杆直径B为活塞宽度，B（0610）DA为导向套的长度，在缸径小于80MM时，取A（0610）D；当缸径大于80MM时，取A（0610）D547/20125/290MM20LH48其它液压元件的计算选择各回路最高液压力如下支腿回路16MPA回转回路17MPA伸缩回路19MP变幅回路19MPA起升回路20MPA太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书32481起升马达的计算和选择（1）作用于钢丝绳上的最大静拉力9式中起重量NQ8000KG8000KG98N/KG196000N2起升马达所受最大