汽车起重机液压系统设计

本科生毕业设计I摘 要本课题旨在根据目前的汽车起重机液压系统的发展现状，结合国内外的研究现状和发展趋势，设计一套起重量为 25 吨的汽车起重机液压系统。本设计说明书首先介绍了汽车起重机液压系统的工作原理及基本组成，以及汽车起重机液压系统的研究现状及发展趋势。然后对 QY25 型汽车起重机液压系统进行了详细设计。具体包括 QY25 型汽车起重机的液压系统总体方案的设计，基本回路的组成设计以及相应液压元件和辅助装置的设计与选择。设计过程中，根据设计要求的起重量、起重速度等具体的设计参数，设计了液压系统中的执行装置液压缸和液压马达。然后，根据液压系统的流量和工作压力等参数选取了液压系统的动力装置液压泵。最后选取了辅助装置，如油箱、油管、管接头、过滤器等。关键字：汽车起重机；液压系统；液压元件；应用；液压缸本科生毕业设计IIABSTRACTThe purpose of this theme is to design the hydraulic system of the 25-tons automobile crane, based on the developing situation and researching actuality.Above all, the illuminate paper of the design introduce the working theory and composing of the auto crane ,the direction the hydraulic system of the auto crane. And then ,designing the hydraulic system of the 25-tons automobile crane in details. Including the design of the project of the hydraulic system of the 25-tons automobile crane in the whole, composing of the hydraulic loop and the design or choose of the assistant organ. In the course of the designing of the hydraulic system of the 25-tons automobile crane, design the performing equipmenthydraulic cylinder and hydromotor bsed on the the lifting caoacity of the crane and the speed of the lifting that the designing demands. And choose the dynamical equipmenthydraulic pump based on the flux and the hydraulic pressure.In the end , choosing the oil box、vittas、tube tie-in and the filter. Key words： Autocrane;hydraulic systems;Hydraulic components;Applicati;Cylinder本科生毕业设计目 录摘要 .Abstract.第 1 章 绪论 .11.1 选题的目的及意义 .11.2 本课题的研究现状及发展趋势 .11.2.1 近十年来国内外汽车起重机的发展史.11.2.2 我国汽车起重机存在的问题.21.2.3 汽车起重机液压系统的发展趋势.3第 2 章 QY25 型汽车起重机液压系统方案设计 .42.1 液压系统总体方案设计 .42.2 支腿收放液压回路的功能要求及设计 .42.2.1 水平缸的动作.52.2.2 垂直缸的动作.52.3 回转机构液压回路功能要求及设计 .62.3.1 回转机构液压回路功能要求.62.3.2 回转机构液压回路的设计.62.4 臂架变幅液压回路功能要求及设计 .72.5 伸缩臂液压回路的功能要求及设计 .82.6 吊重起升液压回路的功能要求及设计 .92.7 本章小结 .11第 3 章 QY25 型汽车起重机液压系统执行装置设计 .123.1 液压系统已知参数 .123.2 支腿收放执行原件的设计 .123.2.1 支腿收缩缸的设计.123.2.2 支腿水平缸的设计.153.2.3 变幅缸的设计.163.3 缸体的联接及材料 .193.4 液压缸主要零件结构、材料及技术要求 .19本科生毕业设计3.4.1 活塞.193.4.2 活塞杆的导向、密封和防尘.213.4.3 液压缸的排气装置.223.4.4 液压缸安装联接部分的型式及尺寸.223.4.5 计算液压缸的主要结构尺寸.223.5 本章小结 .24第 4 章 QY25 型汽车起重机动力元件及辅件选择 .254.1 齿轮泵 .254.1.1 齿轮泵参数的选择.254.2 液压阀 .274.3 油箱容量及管道尺寸的确定 .284.4 本章小结 .29结论 .30参考文献 .31致谢 .33本科生毕业设计1第 1 章 绪 论1.1 选题的目的及意义专用汽车品种繁多，是汽车工业的重要组成部分，有着广阔的发展前景。在我国的汽车工业产业政策中，专用车列为货车类唯一发展的重点产品。按国家发展规划要求，到 21 世纪初和 21 世纪中，我国的专用汽车品种将发展到近 3000 余种，专用汽车的年产量占载货汽车产量将提高到 55%左右。汽车起重机为专业汽车当中的一种。目前我国起重机行业呈现出四大特点：第一个特点是汽车起重机是流动式起重机中的主导产品，其销量占各类流动式起重机总和的 80%以上，并以中、下吨位为主。第二个特点是我国汽车起重机的生产集中度较高。第三个特点我国履带起重机增长幅度大。由于石化、石油、化工、能源、大型市政建设的快速发展，极大地刺激了大型履带起重机市场。近两年来，我国的生产企业积极开发履带起重机产品，新近开发的较大吨位的新产品技术含量高，某些性能已达到世界同类产品的先进水平，并具有多项自主知识产权，国产的品牌逐步被广大用户接受。国产起重机在中、小吨位领域与国外品牌有一定的竞争力。第四个特点是起重机出口剧增，进口锐减。随着经济的发展和技术的进步，以及对提高作业效率的要求日益增高，作为汽车大家族中一个分支的汽车起重机，陆续出现了多种多样的型式；2008 年的北京奥运会和 2010 上海世博会都将拉动对汽车起重机的需求，而且大、重吨位的自卸车所占的比例也将进一步增大。本文简单介绍了近年来国内外有关汽车起重机的应用情况以其发展历程，并大体列举了部分研制成功且投入使用的车型和新近设计车型。另外，对目前拥有的汽车起重机的液压系统进行了详细的设计。1.2 本课题的研究现状及发展趋势1.2.1 近十年来国内汽车起重机的发展史改革开放以来，汽车工业作为国家支柱产业获得了迅猛发展。尤其是加入 WTO后，我国稳定的政治与经济环境，广阔的市场和丰富廉价的人力资源，使我国正成为世界先进技术与资本的重要汇聚地。与此同时，国外各大汽车巨头纷纷以合资合作、技贸合作、输出先进总成部件及管理经验等方式进入我国汽车工业，极大地促进了我本科生毕业设计2国起重汽车工业的发展。随着我国城市建设、公路建设及道路运输业的快速发展，汽车更是日新月异，市场逐年增长，并出现了专业化、多元化、重型化、多功能化、智能化等发展趋势。汽车起重机作为生产资料，因各种用途需要，形成了上百种结构和数千个品种，需求量也是千差万别的。为适应专用汽车品种多、批量小、开发周期短的生产特点，绝大多数汽车起重机企业采取了以销定产的灵活供货方式，库存很少。多数企业采用了柔性化生产（一条生产线上可组装多个品种） 、有的企业则采用了专业化生产（一条生产线只组装单个品种或少数近似品种） 。有的企业只生产单一或少数近似品种，有的则生产许多品种（如 10 个以上） 。多品种经营虽然可以多方位适应市场需求，增加生存适应能力，但由于产品线过宽不利于组织专业化和规模化生产（至于多少辆算规模化生产，应视多种因素，如所占市场份额、市场总需求量、在本企业总产量中的比重等判定） ，而给生产、经营带来诸多不利；反之，将有利于实现专业化和规模化生产，把有限的优势和精力集中投入到少数优势品种上去。1.2.2 我国汽车起重机存在的问题我国目前汽车起重机的发展虽然取得了一些成绩，但与世界先进国家的汽车起重机发展水平还有一定的距离。目前我国汽车起重机行业存在的问题主要有：（）盲目扩大投资且低水平重复建设严重。近一个时期以来，由于国民经济稳步增长，汽车起重机行业取得了空前发展，企业效益普遍较好；此外，由于国家对新增企业准入门槛设置较低等原因，一方面，原有企业在原始资本积累后，积极扩大厂房设备和产能，另一方面，非汽车行业资本大量向汽车行业转移，这使得国内汽车起重机企业的厂房面积、规模及工艺装备水平得到空前发展，整个行业积聚了大量产能。但是，国内企业在产品研发、市场开拓、企业管理水平等方面投入相对较少，造成低水平重复建设严重。在未来一个时期内，我国的市场竞争将更加激烈；此外，国内汽车起重机生产企业普遍存在做大而不是做强的思想，造成企业大而不强、产品多而不精的局面，综合竞争实力较差。（）高技术、高附加值产品发展缓慢。一些企业过分依赖国外技术，自主开发能力薄弱。我国现有起重机企业中，约 70%的企业产品雷同，基本上，产品附加值低。一些高技术、高附加值的起重机车由于企业在产品研发和市场开发方面投入有限，仍摆脱不了进口的局面。（）国内汽车起重机开发生产不能适应发展需要。一直以来，我国起重汽车特别是作业类汽车大多在汽车二类底盘基础上改装生产，很多的起重汽车系统匹配性能差，专用功能不能完全发挥。由于作业类专用汽车品种多、批量小，主机厂不愿意每本科生毕业设计3年为几十辆甚至几辆份的底盘投入过多的资金研发生产，一般的企业也没有条件和实力进行研发生产，而国外的同类产品只要满足安全、环保要求，根据需要可以对底盘进行范围较大的改动。这种差异在一定程度上制约了我国起重汽车向更高水平发展，要从根本上解决这个问题，除了国家政策的引导外，还需全行业共同努力。（）行业管理、标准法规不尽完善。目前汽车行业管理正处于转型期，现行的汽车产品管理制度不尽完善。如国家发改委公告管理制度、国家认监委强制性产品认证制度、国家及地方环保目录制度、车辆上牌管理制度等，多重管理制度给专用汽车生产企业的发展带来了很多制约；此外，标准法规的制修订跟不上产品开发的进度，且行业标准法规体系混乱，执行有很大的随意性，缺乏科学管理，企业不好好执行和把握，严重制约了专用汽车行业的发展。1.2.3 汽车起重机液压系统的发展趋势对汽车起重机来说，起升动作是最频繁的动作。目前最常用的起升液压系统为定量泵、定量或变量马达开式液压系统，然而，现代施工对起升机系统提出了新的要求：节能、高效、可靠及微动性、平稳性好。为了适应这些新的要求，以前的定量泵将逐步被先进可靠的具有负载反馈和压力切断的恒功率变量泵所取代，先前的定量马达或液控变量马达也将被电控变量马达所取代。这种系统将能有效的达到轻载高速、重载低速和节能的效果。变幅液压系统的发展趋势也体现为节能高效，目前最先进的为变幅下降是充分利用吊臂和重物的重力势能，实现重力下放，下放的速度由先导手柄来无机级控制，变幅平稳没有冲击。对于具有五节以下伸缩臂的伸缩液压系统，国内一般采用同步或顺序加同步的伸缩方式，当采用两级油缸时，上下两油缸实现内部沟通，一般采用插装式平衡阀；对于具有五节以上伸缩的液压系统，采用单缸插销伸缩机构，这种伸缩机构自重轻，能大幅提高起重机的起重性能，能有效的控制整机的重量，通过采用多油口和多平衡阀的油路来提高伸缩的效率。回转也是起重机使用频繁的动作，但相对而言，回转所须功率最少，因而回转系统的最高要求是：回转平稳，起重作业无侧载；回转系统的发展趋势为通过小马达、大传动比来实现操作平稳，通过设立回转缓冲阀和自由滑转机来实现吊重的自动对中功能，从而有效防止侧载的产生。机械式操纵是汽车起重机最简单、最广泛使用的一种操纵方式，然而最有前途的还是电比例操纵系统，借助于计算机技术和可编程技术，汽车起重机将向智能化发展。本科生毕业设计4第 2 章 QY25 型汽车起重机液压系统方案设计2.1 液压系统总体方案设计液压系统的作用一是通过动力元件将机械能转换成液压能；二是将液压能经过执行元件将液压能转换成机械能，一部机器通常由三部分组成，即原动机传动机工作机。原动及的作用是把各种形态的能量转换为机械能，是机器的动力源；工作机是利用机械能对外做功；传动装置设在原动机和工作机之间，起传递动力和进行控制的作用。而本设计的起重机液压系统就为传动装置。要求系统随动作用快，换向速度高，自动化程度高，安全可靠，寿命长，质量小，结构紧凑，噪声低，成本低。初步确定的设计方案为缸体的设计，动力装置的选择，控制装置的选择，液压原理图的绘制。综合以上因素考虑，液压系统方案设计如下：（1）选择常流式液压循环系统；（2）动力及元件的选择为可逆的定量泵/马达；（3）液压回路的方向控制选择电磁换向阀；（4）自行设计单杆双作用液压缸；（5）对泵、马达及液压阀体进行选择。汽车起重机要完成设计所要求的工作过程，必须具备以下基本液压回路：支腿收放液压回路、回转机构液压回路、伸缩臂伸缩液压回路、伸缩臂变幅回路和吊重起升回路。下面根据 QY25 型汽车起重机的工作要求，对液压系统的基本回路进行初步设计。2.2 支腿收放液压回路的功能要求及设计汽车起重机作业时，因轮胎是弹性的，如直接承受过大的压力则会带来很大的安全隐患，因此必须首先放下支腿。支腿是汽车起重机的必备工作装置，目的是提高稳定性和安全性，有的车辆自带水平仪，可把车体调整到水平状态，以适应不平的地面。支腿为 H 型，前后共 4 组，即每组支腿各有一个水平推力液压缸，一个垂直支承液压缸，工作时支腿外伸后成 H 形，这种形式的支腿很容易调平，对地面适应性好，在支反力变化过程中不会爬移。其动力元件为齿轮泵，控制装置为阀体，因为次机构的结构和动作复杂，所以，一个阀体很难完成次结构的控制装置，初步选定为组合阀体，其中包括选择阀和换向阀。为了能够满足以上的功能要求设计的支腿收放液压回本科生毕业设计5路的结构如图 2.1。2.2.1 水平缸的动作在图 2.1 所示的支腿收放的液压回路中，当选择阀 2 被置于上位时，泵排出的油经管路，阀 3 至支腿水平缸 7（共 4 个，并联） 。当水平缸换向阀 3 置于上位时，压力油进入缸 7 的无杆腔，四个并联的水平缸伸出；反之，水平缸缩回。1-溢流阀；2-选择阀；3-水平缸换向阀；4-垂直缸换向阀；5- 转阀；6-支腿垂直缸；7 支腿水平缸；8-齿轮泵；9-滤油器图 2.1 支腿液压回路2.2.2 垂直缸的动作在图 2.1 所示的支腿收放液压回路中，当垂直缸的换向阀 4 置于上位时，压力油经转阀 5、液压锁，分别进入四个支腿垂直缸 6 的无杆腔，支腿伸出；反之，压力油经阀 4、管路、液压锁，分别进入四个垂直缸 6 的有杆腔，支腿缩回。转阀 5 为两位开关转阀，共四个并且相互独立。设置转阀的目的是调平车架，当需要调整单独一个垂直缸 6 的伸出长度时，将相应的开关阀置于“通 ”位，再扳动阀 4 即可，其余三个阀关闭，另三个缸不工作，这样可根据水平仪将机体调水平。垂直缸上直接安装有液压锁，以防止起重作业时活塞杆也不会突然缩回（掉腿） ，这样就防止了重大翻车事故的发生。液压锁还可以防止当行驶或停放时支腿在重力作用下自动下沉。为了保证起重机的稳定，一般要求对后支腿实行先放后收的操作，收放顺序可有操作者来控制，本科生毕业设计6也可根据需要同时操纵前、后支腿的动作。汽车起重机还安装了稳定器。稳定器液压缸与后支腿液压缸油路并联，当放后支腿时，稳定器液压缸的活塞杆会因负载阻力小而先于后支腿液压缸伸出，推动档块将汽车与后桥刚性地连接起来，防止由于钢板弹簧下垂造成后轮胎不能离开地面的弊病，从而改善作业稳定性。在收支腿时，由于车重的作用，支腿液压缸的活塞杆先收回，然后稳