QY40型汽车起重机液压系统设计【含CAD图纸、说明书】
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本科生毕业设计QY40汽车起重机液压系统设计系部名称：专业班级：学生姓名：指导教师：职 称： The Graduation Thesis for Bachelors DegreeModel QY40 Automobile Crane Hydraulic Pressure Systematic DesignCandidate： 摘 要QY40型汽车起重机液压系统的设计是该型起重机设计过程中最关键的一步。本文根据液压系统的技术指标对该系统进行整体方案设计，对其功能和工作原理进行分析，初步确定了系统各回路的基本结构及主要元件，按照所给机构性能参数和液压性能参数进行元件的选择计算，通过对系统性能的验算和发热校核，以满足该起重机所要达到的要求。本文还针对当前汽车起重机所采用的一项先进技术电液比例控制技术，从原理、控制部件、回路控制、控制措施以及对汽车起重机的影响等进行专题研究。由此对电液比例控制技术在汽车起重机中的运用给以充分的肯定，对汽车起重机的发展前景有了很大的希望。关键字: 汽车起重机; 液压系统; 高效节能; 性能参数; 电液比例ABSTRACTModel QY40 automobile crane hydraulic pressure systematic design this type hoist the most key one of the design process.This text analyses , demand to carry on the scheme to work out on this performance systematic in hydraulic pressure.Prove to its function and operation principleHave confirmed the basic structure of system every return circuit and main component tentatively According to giving the organization performance parameters and choice of carrying on the component of performance parameter of hydraulic pressure to calculate Through to the checking computations and generating heat to check of systematic function, in order to respond to the request that this hoist should reach This text, still to an advanced technology that the automobile crane adopts at present Control technology of proportion of the electric liquid .Carry on the case study from principle , controlling part , return circuit controlling , control measure and impact on automobile crane ,etc. Therefore give the abundant affirmation to the application of the proportion of the electric liquid in the automobile crane of control technology The development prospect has very great hopes. key words:Crane truck; Hydraulic pressure system; Energy-efficient; Performance parameter; Proportion of the electric liquid 目 录摘要 I ABSTRACT II第1章 概述 11.1 关于汽车起重机11.2 液压传动应用于汽车起重机上的优缺点11.2.1优点11.2.2 缺点21.3 液压系统的类型21.4 汽车起重机液压系统功能、组成和工作特点21.5 汽车起重机液压系统的运用现状和发展趋势41.6 本课题来源、任务要求和整机性能参数51.7 小结6第2章 液压系统方案及原理的拟定 82.1 典型工况分析及对系统要求82.1.1伸缩机构的作业情况82.1.2副臂的作业情况82.1.3三个以上机构的组合作业情况82.1.4典型工况的确定82.1.5 系统要求92.2 液压系统类型选择102.2.1 本机液压系统分析102.2.2 各机构动力组合、分配及控制112.3 小结12第3章 各液压回路组成原理和性能分析 133.1主副卷扬回路133.1.1性能要求133.1.2主要元件133.1.3主要回路133.1.4功能实现和工作原理133.2回转回路143.2.1 性能要求143.2.2主要元件153.2.3主要回路153.2.4功能实现和工作原理153.3 伸缩回路153.3.1性能要求153.3.2主要元件153.3.3主要回路153.3.4功能实现和工作原理153.4变幅回路163.4.1性能要求163.4.2主要元件163.4.3主要回路163.4.4功能实现和工作原理163.5支腿回路163.5.1性能要求163.5.2功能实现和工作原理163.6本汽车起重机液压系统173.7小结18第4章 液压系统设计计算 194.1 液压系统工作参数和各机构主要参数194.1.1 工作机构主要参数194.1.2 液压系统参数204.2 液压元件选择计算214.2.1 液压马达和液压泵的选择计算214.2.2 液压阀的选择314.2.3 液压辅助元件选择324.3小结35第5章 系统各回路性能计算365.1 系统各回路功率计算365.1.1 各回路功率选取365.1.2 管路系统容积效率及压力效率计算365.2 系统各回路性能的验算375.2.1 起升回路375.2.2 回转回路415.2.3 伸缩回路425.2.4 变幅回路445.2.5 支腿回路455.3液压系统的发热验算465.3.1 工作循环周期T465.3.2 油泵损失所产生的热能H475.3.3马达产生的热量485.3.4 油箱散热量485.4小结49结论50致谢51参考文献52附录53第1章 概述1.1 关于汽车起重机工程起重机是各种工程建设广泛运用的重要起重设备，是用来对物料进行起重、运输、装卸或安装等作业的机械设备，在工业和民用建筑中作为主要施工机械而得到广泛运用。它对减轻劳动强度、节省人力，降低建设成本，提高施工质量，加快建设速度，实现工程施工机械化起着十分重要的作用。目前我国是世界上使用工程起重机最大的国家之一。近年来，随着工程建设规模的扩大，起重安装工程量越来越大，吊装能力、作业半径和机动性能的更高要求促使起重机发展迅速，具有先进水平的塔式起重机和汽车起重机已成为机械化施工的主力。相对于其他起重机，汽车起重机不仅具有移动方便，操作灵活，易于实现不同位置的吊装等优点，而且对其进行驱动和控制的液压系统易于实现改进设计。随着液压技术的不断发展，汽车起重机已经成为各起重机生产厂家主要发展对象。1.2 液压传动应用于汽车起重机上的优缺点1.2.1优点1. 在起重机的结构和技术性能上的优点来自汽车发动机的动力经油泵转换到工作机构，其间可以获得很大的传动比，省去了机械传动所需的复杂而笨重的传动装置。不但使结构紧凑，而且使整机重量大大的减轻，增加了整机的起重性能。同时还很方便的把旋转运动变为平移运动，易于实现起重机的变幅和自动伸缩。各机构使用管路联结，能够得到紧凑合理的速度，改善了发动机的技术特性。便于实现自动操作，改善了司机的劳动强度和条件。由于元件操纵可以微动，所以作业比较平稳，从而改善了起重机的安装精度，提高了作业质量。采用液压传动，在主要机构中没有剧烈的干摩擦副，减少了润滑部位，从而减少了维修和技术准备时间。2在经济上的优点液压传动的起重机，结构上容易实现标准化，通用化和系列化，便于大批量生产时采用先进的工艺方法和设备。此种起重机作业效率高，辅助时间短，因而提高了起重机总使用期间的利用率，对加速实现四个现代化大有好处。1.2.2 缺点液压传动的主要缺点是漏油问题难以避免。为了防止漏油问题，元件的制造精度要求比较高。油液粘度和温度的变化会影响机构的工作性能。液压元件的制造和系统的调试需要较高的技术水平。从液压传动的优缺点来看，优点大于缺点，根据国际上起重机的发展来看，不论大小吨位都采用液压传动系统。纵观众多用户的反馈意见，液压式汽车起重机深受他们的欢迎和好评。所以QY40型汽车起重机决定采用液压传动的形式。1.3 液压系统的类型液压系统要实现其工作目的必须经过动力源传输控制机构执行机构三个环节。其中动力源主要是液压泵；传输控制装置主要是一些输油管和各种阀的连接机构；执行机构主要是液压马达和液压缸。这三种机构的不同组合就形成了不同功能的液压回路。泵马达回路是起重机液压系统的主要回路，按照泵循环方式的不同有开式回路和闭式回路两种。开式回路中马达的回油直接通回油箱，工作油在油箱中冷却及沉淀过滤后再由液压泵送入系统循环，这样可以防止元件的磨损。但油箱的体积大，空气和油液的接触机会多，容易渗入。闭式回路中马达的回油直接与泵的吸油口相连，结构紧凑，但系统结构复杂，散热条件差，需设辅助泵补充泄漏和冷却。而且要求过滤精度高，但油箱体积小，空气渗入油中的机会少，工作平稳。1.4 汽车起重机液压系统功能、组成和工作特点汽车起重机液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转、支腿和控制六个主回路组成。从图1-1可以看出，各个回路之间具有不同的功能、组成和工作特点：1、起升回路起升回路起到使重物升降的作用。起升回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成。起升回路是起重机液压系统的主要回路，对于大、中型汽车起重机一般都设置主、副卷扬起升系统。它们的工作方式有单独吊重、合流吊重以及单独共同吊重三种方式，其中对于吊大吨位且要求速度不太高时用主卷扬吊的方式，对于吊小吨位且要求速度不太高时用副卷扬吊的方式；对于吊大吨位且要求速度比较高时用主副卷扬泵合流吊的方式；对于吊比较长的物体时用单独共同吊重方式 。图1-1 汽车起重机各回路工作状态图2回转回路回转回路起到使吊臂回转，实现重物水平移动的作用。回转回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成，由于回转力比较小所以其结构没有起升回路复杂。回转机构使重物水平移动的范围有限，但所需功率小，所以一般汽车起重机都设计成全回转式的，即可在左右方向任意进行回转。 3变幅回路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。变幅回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀和变幅液压缸组成。工程起重机变幅按其工作性质可分为非工作性变幅和工作性变幅两种。非工作性变幅指只是在空载条件下改变幅度。它在空载时改变幅度，以调整取物装置的位置，而在重物装卸移动过程中，幅度不改变。这种变幅次数一般较少，而且采用较低的变幅速度，以减少变幅机构的驱动功率，这种变幅的变幅机构要求简单。工作性变幅能在带载的条件下改变幅度。为了提高起重机的生产率和更好地满足装卸工作的需要，常常要求在吊装重物时改变起重机的幅度，这种类型的变幅次数频繁，一般采用较高的变幅速度以提高生产率。工作性变幅驱动功率较大，而且要求安装限速和防止超载的安全装置。与非工作性变幅相比，这种变幅要求的变幅机构较复杂，自重也较大，但工作机动性却大为改善。汽车起重机由于使用了支腿，除了吊非常轻的重物之外，必须带载变幅。4伸缩回路伸缩回路可以改变吊臂的长度，从而改变起重机吊重的高度。伸缩回路主要由液压泵、换向阀、液压缸和平衡阀组成，根据伸缩高度和方式不同其液压缸的节数结构也就大不相同。汽车起重机的伸缩方式主要有同步伸缩和非同步伸缩两种，同步伸缩就是各节液压缸相对于基本臂同时伸出，采用这种伸缩方式不仅可以提高臂的伸出效率，而且可以使臂的结构大大简化，提高起重机的吊重。伸缩回路只能在起重机吊重之前伸出。5支腿回路支腿回路是用来驱动支腿，支呈整台起重机的。支腿回路主要由液压泵、水平液压缸、垂直液压缸和换向阀组成。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。1.5 汽车起重机液压系统的运用现状和发展趋势随着国家现代化建设的飞速发展，科学技术的不断进步，世界能源的不断短缺，现代施工项目对汽车起重机的要求也越来越高，高、深、尖、高效节能的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、控制五个主回路组成，本文通过对五个主回路现状的分析来探讨其发展趋势。1.6 本课题来源、任务要求和整机性能参数1. 课题来源 QY40全液压汽车起重机属于中型起重机，是工程建设中较常用的一款汽车起重机。现在国内很多厂家还没有生产出这款起重机来，却不断的向生产大型起重机迈进。随着“神州第一吊”的QY300液压汽车起重机2004年在中联浦沅成功下线，这是引进国外技术才生产出来的，代表了中国汽车起重机制造的最高水平，而不是设计的最高水平。生产厂家把生产的起重机所能够吊的吨位作为生产能力的主要标志，而忽视中小型起重机的技术发展，从某种方面来说是不完美的。 本机液压系统采用的液压元件主要是由德国曼勒斯曼公司生产的，其中大多数是电液比例液压元件。这种元件具有操作方便，微调性能好，可以对油路实现连续控制等特点，是目前世界上比较先进的技术。采用这种技术设计出来的液压系统操作性能和各机构的控制性能都比较高，不仅各机构的定位准确，安全可靠，稳定，而且操作灵活方便。为了使设计出来的起重机具有高的性能，设计时不竟要采用一些国内外的先进技术，也要有自己的创新技术。这样，才能使自己设计出来的产品具有一定的先进性，很高的性价比，才能在市场中具有很强的竞争能力。因此，设计这样一款汽车起重机不仅很有必要而且是可行的。2. 任务要求（1）整机基本参数应符合汽车起重机基本参数标准。（2）各工作机构既能单独单独作业又能复合作业，其中主卷扬单独作业时能实现合流。（3）发动机功率80KW(3000r/min),最大扭矩300Nm(1650r/min),液压系统压力250Mpa. （4）液压系统采用多泵多回路变量液压系统，主、副卷扬和回转采用闭式回路，变幅、伸缩和支腿采用开式回路。操作方式为先导伺服操作。（5）所设计的汽车起重机液压系统构成合理，技术性能先进，在满足可靠性前提下具有一定的创新性。技术资料完整、正确。（6）撰写的汽车起重机液压系统关键技术研究报告具有一定的理论性、使用性和独创性。3. 整机主要性能参数最大起重量*幅度 40t*3m最大起升高度 46 m滑轮组倍率 11主臂长 11-33.5m（4节）主臂全程伸缩时间 162Sec主臂变幅范围 -2-80degree主臂变幅时间 60Sec主卷扬单绳速度 0-110 m/min副卷扬单绳速度 40 m/minM最大起升力矩 1401 kN.m最大回转速度 0-2.0 r/min最高行驶速度 68 km/h最大爬坡度 37%最小转弯半径 12m行驶状态总重 37.51t外形尺寸 13.652.753.46m支腿距离(纵向横向) 5.456.2m上车空冷发动机 斯太尔WD615.61 最大功率 191KW（2600rpm）最大扭矩 828Nm(1600rpm)1.7 小结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：1、分析已有的汽车起重机，结合本机特点，对液压元件进行选择。2、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。3、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，即对各种类型的主要元件进行设计计算，并且对其进行选择。4、液压元件选好以后需要对各回路进行性能计算，其中包括系统各回路功率计算，各回路性能验算以及对整个系统的发热进行验算。5、由于本机多处采用了电液比例控制技术，所以还需要对起重机液压系统电液比例控制技术进行专题研究。第2章 液压系统方案及原理的拟定2.1 典型工况分析及对系统要求2.1.1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。2.1.2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。2.1.3三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。2.1.4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2-1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2-1 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 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2.1.5 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。2.2 液压系统类型选择2.2.1 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。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。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。2.2.2 各机构动作组合、分配及控制1. 各机构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2-1所示。图2-1 各机构动作组合情况2. 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手动控制方式。2.3 小结 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、 各种管道及接头第3章 各液压回路组成原理和性能分析3.1主副卷扬回路主副卷扬油路由双向电液比例排量调节泵和双向定量马达构成两个容积调速闭式油路，在主卷扬单动情况下，副卷扬泵通过一电磁换向驱动一液压换向阀向主卷扬油路供油，两泵合流，提高主卷扬作业速度。通过操作先导手柄可以双向改变油泵排量，调节马达转速。回路中设置有功率限制器，从而限制油泵最大功率，防止发动机过载。为避免二次起升下滑和下降下滑，回路中设置有压力记忆阀。3.1.1性能要求副卷扬不工作或低压轻负载时，主泵合流工作；起、制动平稳，微动性好；重物停在空中任意位置能可靠制动。3.1.2主要元件泵、马达、冷却阀、益流阀、压力记忆阀、单向可调节流阀、制动油缸、二位三通液压先导换向阀、或门型梭阀、三位四通液压先导换向阀、三位六通电磁换向阀。3.1.3主要回路油主路（含补油油路）、冷却油路、防过载油路、记忆阀油路、合流控制油路、防二次下滑油路。3.1.4功能实现和工作原理1. 主卷扬泵与副卷扬泵合流工作状态(起升)控制油路：由控制阀左移电流给电液换向阀4通电后位于上位再流回油箱。再由补油泵2压油进入电液换向阀4后再流向位于下位的伺服机构3，3处于上位则液压油流回油箱，完成主卷扬泵1的控制回路。副卷扬泵的控制回路同理。主油路：由主泵泵油到主卷扬马达，泄油到三位三通液控换向阀7位于左位流经溢流阀流回油箱完成回路回油。 副泵泵油至通电的三位三通液压先导换向阀则位于下位流入主卷扬马达再泄油流回油箱。2. 主卷扬泵与副卷扬泵合流状态（下降）控制回路：电液比例电压控制阀右移则通电上位的电液换向阀4，4下移流回油箱，由补油泵液压油流入电压换向阀4再流入位于上位的伺服机构3，3下移流回油箱。副卷扬泵的控制则与主泵相反，即上为下，下为上，左为右，右为左。主油路：主泵泵油流到主卷扬马达，再泄油流入三位三通液控换向阀位于右位流经溢流阀流回油箱。副泵泵油给三位四通液控换向阀14位于上位流至主卷扬泵再泄油流经三位三通液控换向阀7位于右位流经溢流阀流回油箱。3. 主卷扬回路分流状态主卷扬回路分流起升、控制都和合流时的相同，下降时的工作状态跟起升时的操作方式基本相同，只是泵的操作方式跟起升时相反而已。4. 副卷扬回路分流状态（起升）控制油路：手动比例电压控制阀左移给位于下位的电液换向阀通电，上移流回至油箱，由副卷扬泵泵油流经电液换向阀流入位于下位的伺服机构，上移流回至油箱。主油路：由主卷扬泵泵油给副卷扬马达，泄油至三位三通液控换向阀位于左位流经溢流阀回油箱。5. 副卷扬回路分流状态（下降）下降时跟起升时相同，只是泵的操作方向跟起升时相反。3.2回转回路 回转油路所需功率较小，因此采用小排量的双向电液比例排量调节泵和双向定量马达构成闭式容积调速回路。油泵中设置有电液比例伺服变量机构，辅助泵，缓冲补油阀，马达两腔并联有冲洗阀，其作用和工作原理与主副卷扬油路中的有关分析相同。回路中装有手动换向阀，由于回转功率小，回转油路没有设置功率限制装置。3.2.1 性能要求具有独立工作能力；工作过程中可防止“打停现象”和自由摆动；微动性能好。3.2.2主要元件泵、手动换向阀、单向阀、益流阀、马达、回转马达、制动油缸。3.2.3主要回路主油路（含补油油路）、冷却油路、制动油路、变量操纵控制油路。3.2.4功能实现和工作原理1. 向左旋转 手动换向阀处于左位液，压油由P流入直接流经回转马达与梭阀由回转马达流出直接流回O，由梭阀流入制动油缸制动，再流回梭阀流回O。2. 向右旋转手动换向阀处于右位，原理与向左旋转同理。3.3 伸缩回路此伸缩回路采用电磁液动阀组来控制各臂的伸缩，除了不能同步伸缩外，其他的伸缩方式都可以。3.3.1性能要求起、制动平稳，各缸应具有一定的伸缩选择性能。3.3.2主要元件单向定量泵（与变幅、支腿回路共用）、手动换向阀、缸、平衡阀、单向阀组。3.3.3主要回路缸1、2、3伸出、缩回油路，控制油路。3.3.4功能实现和工作原理手动换向阀位左位时，压力油经平衡阀2的单向阀到液压缸1的无杆腔，待液压缸1的活塞杆全伸后，系统压力升高直至打开顺序阀，压力油再进入下个液压缸的无杆腔，如此顺序伸出各节吊臂。若手动换向阀置于右位，则压力油依次进入各液压缸的有杆腔，随着油压的上升，回缩阻力较小的液压缸先回缩，这常使吊臂回缩时各节臂的动作次序是非顺序的。单向阀组10是顺序阀的泄油部分，开启压力应尽量小。顺序阀控制的伸缩回路较简单，省去了软卷卷筒，工作可靠，但液压泵的供油压力高，各节臂的回缩顺序不确定。3.4变幅回路3.4.1性能要求起落臂平稳，微动性好，变幅在任意值允许位置能可靠锁死。设有二次液控单向阀锁住保护装置。3.4.2主要元件泵、手动换向阀、平衡阀、单向阀、变幅缸。3.4.3主要回路变幅缸起臂、变幅缸落臂。3.4.4功能实现和工作原理1. 变幅缸起臂手动换向阀位于上位时，压力油流经平衡阀直接进入变幅液压缸的无杆腔，实现起臂，再由有杆腔流回油箱完成回路回油。2. 变幅缸落臂手动换向阀位于下位时，压力油流进液压缸的有杆腔，再由无杆腔流回油箱完成回路回油。3.5支腿回路本机采用H式支腿回路，具有防软腿、掉腿和单独调节各支腿伸缩的装置，操作方便，工作安全可靠等特点。3.5.1性能要求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。3.5.2主要元件泵、益流阀、水平液压缸、竖直液压缸、液控单向阀、支腿油路控制阀组、支腿油路转阀。3.5.3主要回路水平伸缩油路；竖直伸缩油路。3.5.4功能实现和工作原理1. 支腿伸出水平支腿换向阀位于左位，水平伸缩液压缸打开向支腿回路通油。垂直支腿换向阀位于左位，竖直伸缩液压缸打开通过转阀对各支腿进行竖直方向调节。泵压力油流经手动换向阀处于右位流入水平支腿换向阀位于左位再流入水平支腿液压缸无杆腔，再由有杆腔流回油箱，实现水平油缸伸出回油。泵压力油流经手动换向阀处于右位流入水平支腿换向阀常态流入垂直支腿换向阀位于左位流入转阀再流入液压缸无杆腔再由有杆腔流回垂直支腿换向阀流回油箱完成回油。2. 支腿缩回 支腿缩回跟伸出基本相同，只是把水平、垂直支腿换向阀换成右位就行了对各支腿进行调节时，只需要把转阀转向相应的支腿位，把垂直支腿换向阀打开就行了。3.6本汽车起重机液压系统 如图所示为本汽车起重机液压系统的原理图。本汽车起重机的液压系统主要由起升回路、回转回路、伸缩回路、变幅回路和支腿回路组成。三联柱塞泵1中的1.1为支腿回路、回转回路和离合器液压缸的操纵阀17供油。泵1.2向起升吊起回路供油。泵1.3负责向变幅回路和伸缩回路供油也可以根据需要与泵1.2并联，实现快速吊起或下降。泵1.1输出的高压油的压力由溢流阀24.1调定，数值为40MPa。阀24.2的作用是控制泵1.1输出油的流向。上位工作时，用于控制支腿水平缸23；下位工作时，用于对蓄能器18充液或控制回转机构。当阀24.2在上工作位置，阀24.3可控制四个支腿水平缸23的伸出或缩回。阀24.4控制四个支腿垂直缸20的伸缩或缩回。转阀22用于对各个垂直液压缸进行单独调整，调整时需将阀24.4扳在伸出工作位置上。当阀24.2下位工作时，用于对蓄能器18充液或控制回转回路。外控顺序阀5的调压范围是5-9MPa，当压力低于5MPa时，顺序阀是关闭的，系统对蓄能器充液当压力达到9MPa时，压力油会打开顺序阀5将主油路的高压油送到回转控制阀6.2上，供回转机构使用。回转机构控制回路中溢流阀6.1的调定压力为26.5MPa。泵1.3输出的压力油直接送到支臂控制回路中的伸缩控制阀6.4和变幅控制阀6.5的入口，用于支臂控制。平衡变幅和伸缩操作可以单独动作，也可以同时动作。阀8和13分别是伸缩液压缸和变幅液压缸的平衡阀。泵1.2的主要任务是向吊起起升回路供油。起升动作的控制阀为五位六通手动多路阀6.6。该阀代替起升回路中的主副卷扬机构的两个三位四通换向阀，实现吊起重物的快慢。当阀6.6处于最上位时是吊起作业，扳至最下位时是下降作业，上位第二挡可将泵1.2和泵1.3的输出油并联，使马达获得更大的流量以实现快速吊起。下位第二挡则是将泵1.2和泵1.3的输出油合流后送入马达，实现快速下降。3.7小结本章对液压起重机的各个系统回路图作了具体分析和设计，讲述了具体的原理和各油路，本汽车起重机的液压系统主要由起升回路、回转回路、伸缩回路、变幅回路和支腿回路组成。第4章 液压系统设计计算4.1 液压系统工作参数和各机构主要参数4.1.1 工作机构主要参数1. 起升机构主卷扬：单绳最大速度(空载) 110 m/min单绳最大拉力(满载) 36 KN卷筒直径 500mm钢丝绳直径 21mm钢丝绳层数 4减速器速比 36.5副卷扬：单绳最大速度(空载) 50 m/min单绳最大拉力(满载) 28 KN卷筒直径 340mm钢丝绳直径 17mm钢丝绳层数 3减速器速比 51.42. 回转机构回转速度 1.5 r/min回转阻力矩 104 K.Nm减速器速比 1423.083. 变幅机构最大行程 2842mm 变幅油缸最大轴向阻力 1320 KN变幅时间 60 Sec4. 伸缩机构伸缩臂有五节，四节为伸缩臂，采用两套油缸和钢丝绳进行驱动。第一级缸行程 8000mm油缸最大轴向阻力 1190 KN速比 2.5第二级缸行程 8000mm 油缸最大轴向阻力 700 KN速比 2.5 伸出时间 162 Sec第三级缸行程 8000mm速比 2.5 油缸最大轴向阻力 450 KN5. 支腿机构垂直支腿：吊重时支腿油缸最大反力 700 KN.m行程 335mm速比 2.78水平支腿：水平支腿伸出最大反力 180 KN.m行程 1915mm速比 2.044.1.2 液压系统参数1. 液压系统型式采用多泵多回路高压变量液压系统，其中主、副卷扬和回转为独立回路，主卷扬单动自动合流，伸缩、变幅和支腿为单泵集中驱动回路，控制系统采用液压先导操作。2. 液压系统参数主卷扬:工作压力 30.5 Mpa补油压力 2.5Mpa;流量 240 L/min液压泵转速 2760 rpm副卷扬:工作压力 30.5 Mpa补油压力 2.5Mpa;流量 100 L/min液压泵转速 2300 rpm回转:工作压力 26.5 Mpa补油压力 2.5Mpa;流量 82 L/min液压泵转速 2760 rpm变幅、伸缩和支腿:工作压力 28 Mpa补油压力 2.5Mpa;流量 242 L/min液压泵转速 2300 rpm4.2 液压元件选择计算 4.2.1 液压马达和液压泵的选择计算为了实现本机的功能和性能要求。本机主、副卷扬回路，回转回路采用的液压泵皆是双向电液比例排量泵。这种泵主要由一个主泵和一个副泵以及其他液压元件组成，这种泵主要用于闭式回路中。主、副卷扬回路，回转回路采用的执行机构皆为双向定量液压马达。 主卷扬回路1. 主卷扬马达的选择(1) 主卷扬卷筒力矩 (4.1)式中：F1主卷扬单绳最大拉力 F1=36KN; Dj1钢绳4层卷绕时的卷筒直径 dj1钢丝绳直径，dj121mmj卷筒机械效率,由Dj1/ dj1=31查起重机设计手册P91表8-7得j =0.99(2) 主卷扬马达扭矩式中：i1主卷扬减速器速比，i1=36.5 1马达至减速器输出端机械效率，1=0.93(3) 主卷扬马达排量 式中：PM1马达进出口最大压差， M1m主卷扬马达机械效率，M1m=0.95(4) 主卷扬马达型号选取定量轴向柱塞马达A2FM107。马达性能参数为：排量 106.7cm3/r额定压力 40 Mpa最大压力 45 Mpa允许转速 3000 r/min冲洗阀 流量 5.8 l/min,压力 2.5 Mpa2. 主卷扬泵的选择（1）主卷扬卷筒的转速式中：V1主卷扬单纯最大速度，V1=110m/min（2）主卷扬马达转速（3）主卷扬马达流量 式中：M1V主卷扬马达容积效率，M1V=0.95;（4）主卷扬泵输出流量此时为主副卷扬泵联合供油，不计管路泄露，则总流量为 式中：QB2副卷扬泵流量， （5）主卷扬泵排量 式中：nB1主卷扬泵工作转速，nB1=2760rpm B1V主卷扬泵容积效率，B1V=0.95（6）主卷扬泵的型号查曼勒斯曼公司液压元件手册P161 表，选取轴向柱塞双向液控变量泵A4V71EL2.0，控制方式为EL即先导电液比例控制双向变量和压力切断，带有一辅助泵和双向缓冲补油阀。 性能参数为：最大排量71cm3/r额定压力40Mpa最大压力45Mpa允许转速3200r/min先导压力变化范围0.61.8 Mpa副卷扬回路1. 副卷扬马达的选择(1) 副起升卷筒扭矩 (4.2)式中: F2副卷扬单纯最大拉力，F2=28KN;Dj2钢丝绳卷绕时的卷筒直径dj2钢丝绳直径，dj2 17mmj卷筒机械效率,由Dj2/ dj2= 25查起重机设计手册P91表8-7得j =0.987(2) 副卷扬马达的扭矩 (4.3)式中: i2副卷扬减速器速比, i2=51.42马达至减速器输出端机械效率, 2=0.93;(3) 副卷扬马达排量 (4.4)式中: PM2马达最大工作压差 M2m马达机械效率, M2m =0.95(以下同);(4) 副卷扬马达的型号查曼勒斯曼公司液压元件手册P295 表，选取德国曼勒斯曼公司(以下同)生产的定量轴向柱塞马达A2FM32,其性能参数为:排量32.0 cm3/r;额定压力40 Mpa;最大压力45 Mpa;允许转速4750r/min;冲洗阀流量3.1 l/min,压力 2.5Mpa。2. 副卷扬泵的选择 (1) 副起升卷筒的转速 (4.5)式中: V2副卷扬单绳最大速度 V2=50m/min (2) 副卷扬马达转速 (3) 副卷扬马达输入流量式中: M2V副卷扬马达容积效率, M2V =0.95(4) 副卷扬泵输出流量不计管路泄露 (5) 副卷扬泵的排量 式中: nB2副卷扬泵工作转速 2300r/min B2V油泵容积效率，B2V0.95(6) 副卷扬泵的型号查曼勒斯曼公司液压元件手册P161 表，选取轴向柱塞双响液控变量泵A4V56EL1.0，控制方式为EL即先导电液比例控制双向变量和压力切断，带有一辅助泵和双向缓冲补油阀。性能参数为：最大排量 56cm3/r 额定压力 40 Mpa最大压力 45 Mpa允许转速 3400r/min先导压力变化范围 0.61.8Mpa 回转回路1. 回转马达的选择（1）回转马达阻力矩式中：MHmax回转总阻力矩，MHmax=104KN.m; i回转减速器速比， i=1423.08; 回转机械传动效率， =0.90（2）回转马达的排量式中：PM3回转马达工作压差， M3m回转马达机械效率，M3m=0.95（3）回转马达的型号查曼勒斯曼公司液压元件手册P295 表，选取定量轴向柱塞马达A2FM28马达性能参数为：排量28cm3/r额定压力40 Mpa最大压力45 Mpa允许转速4750r/min冲洗阀流量2.5L/min，压力2.5 Mpa2. 回转油泵的选择（1）马达最大转速式中：nH回转速度，nH=01.5r/min,取nHmax=1.5r/min（2）回转马达流量式中：M3V回转马达容积效率，M3V=0.95（3）回转油泵的输出流量不计管路泄露（4）回转油泵排量式中：nB3回转油泵工作转速，nB3=2760r/min; B3V回转油泵容积效率，B3V=0.95（5）回转油泵的型号查曼勒斯曼公司液压元件手册P161 表，选取轴向柱塞双向液控变量泵A4V40EL1.0，控制方式为EL即先导电液比例控制双向变量，带有一辅助泵和双向缓冲补油阀。性能参数如下：排量40cm3/r额定压力40 Mpa最大压力45Mpa允许转速3700r/min冲洗阀流量2.5L/min，压力2.5 Mpa此泵的性能已满足支腿回路需求了，本机支腿回路也采用此泵。 变幅伸缩回路1. 变幅油缸的选择（1）无杆腔油压作用面积式中：F1变幅油缸最大轴向阻力，F1=1320KN;P变幅油缸最大工作压力， P=28Mpa;（2）无杆腔缸径查袖珍液压气动手册P259表9-7得：D=200mm;A=314.16 cm2，无杆腔油压作用面积； d=140mm，活塞杆径；A0=160.22 cm2为有杆腔油压作用面积； 2、变幅油路（1）变幅油缸平均伸缩速度式中：S变幅油缸工作行程，S=2842mm； t1升臂变幅时间，t1=60sec（2）变幅油缸平均输入流量式中： V油缸容积效率，V=1则双缸流量为 （3）油泵输出流量式中：LV管路容积效率，LV =0.953. 伸缩油缸的选择（1）无杆腔油压作用面积式中：F、F、F第、级油缸的最大轴向反力 ，F=1190KN，F=700KN，F=450KN；P各级液压缸的工作压力，均选P=28Mpa; （2）无杆腔缸径 4. 伸缩油路（1）伸缩缸平均伸出速度式中：S1，S2 ，S3缸，缸，缸工作行程，S1=S2= S3 =8000mm； t1全程伸出时间，t1=162s（2）伸缩缸平均输入流量缸输入流量缸输入流量缸输入流量式中：V油缸容积效率，V=1平均输入流量： （3）液压泵输出流量（4）满足变幅伸缩时油泵的输出流量（5）液压泵的排量式中：nB4油泵工作转速，nB4 = 2300 r/min； B1V油泵容积效率，B1V = 0.95（6）液压泵的型号查曼勒斯曼公司液压元件手册P137 表，选用轴向柱塞变量泵A2FO125，控制方式为LRDS即恒功率控制，压力切断和负载感应控制。性能参数如下：最大排量125.0 cm3/r额定压力40Mpa最大排量时的转速45 Mpa泵出口和负载的压力差1.42.5 Mpa 支腿回路1、垂直支腿油缸的选择（1）无杆腔油压作用面积式中：F1吊重时支腿油缸最大轴向阻力，F1=700KN;P吊重时支腿油缸最大工作压力， P=28Mpa;（2）无杆腔缸径 2、水平支腿油缸的选择（1）无杆腔油压作用面积式中：F2伸出时支腿油缸最大轴向阻力，F2=180KN;P伸出时支腿油缸最大工作压力， P=28Mpa;（2）无杆腔缸径4.2.2 液压阀的选择1. 主副卷扬合流阀该阀由主阀和先导电磁阀组成，主阀为三位二通液控阀，额定压力为32 Mpa，阀口最大流量56cm3/r，电磁换向阀，额定压力31.5 Mpa，公称流量12L/min，该阀机能为三位六通常闭型。2. 压力值记忆阀为了防止卷扬二次起升下降和下降启动时下滑，主副卷扬油路在起升管路上各装有压力值记忆阀，该阀为德国曼勒斯曼公司生产，其型号为2324829。 压力记忆阀由由一个固定在电闸开关上的活动翻板、以及两个操纵翻板的承压柱塞所组成。高压柱塞（接口A）承受来自起升管路来油的压力并对测力弹簧作功，同时操纵翻板。辅助压力柱塞（接口G）承受制动压力并使承受高压的翻板复位。电闸开关与起升泵的零位开关一起控制起升制动器的换向阀。在载荷消失时，辅助压力将翻板回调至初始位置，并消去所储存的压力值。液压参数： 工作压力范围(接口A)Pmax约50Mp，Pmax约385bar 辅助压力范围(接口G)PG=1220bar，参考值15bar泄露油压力(接口L)0.5bar泄露油应尽可能地不与其他泄露油相通。电动参数： 开关容量交流15A380V； 直流0.2A250V； 5A24V；3. 先导比例阀用于控制主副卷扬泵，回转油泵的先导电液比例阀有三套，选取曼内斯曼公司生产的4TH6T型先导比例阀，最大输入压力5 Mpa，回油压力小于0.3 Mpa，先导流量16 L/min，负载压力损失为2.2 Mpa。该阀通过手动比例电压控制阀操纵，可控制两组执行元件独立动作并可实现手柄45摆动时执行元件的复合动作。 用于控制变幅伸缩多路阀的动作的先导电液比例阀有一套，选国产的CSDY6（射流式力反馈伺服阀），供油压力范围2.131.5Mpa，额定供油压力21Mpa，额定流量2450L/min，该阀通过手动比例电压控制阀操纵，可实现手柄45摆动时执行元件的复合动作。4. 变幅伸缩多路阀由于变幅伸缩回路不同时工作，而它们又同时由同一个液压泵供油，都是用电液比例换向阀对其进行速度控制，为了减少一个电液比例方向阀和一个切换开关，降低成本，所以用一个二位六通转阀对他们进行转换。此阀厂里可以自己制造。制造参数要与泵4即A2FO160相适应，工艺参数与二位四通转阀基本相同。5. 平衡阀变幅油路采用德国曼内斯曼的平衡阀，型号为MHRB22F，其性能参数如下：额定压力35 Mpa最大闭锁压力42 Mpa微调压力范围0.52.0 Mpa伸缩油路选用上海立新液压件厂生产的FD25PA10/B00平衡阀。4.2.3 液压辅助元件选择油路的通径1. 油路的通径油路的通径按多类油路的许用流速计算压力管路V1 = 36 m/s，取V1 = 3 m/s回油管路V2 3 m/s吸油管路V3 = 0.51.5 m/s，取V3 = 1 m/s2. 卷扬油路（1）主卷扬泵的工作油路 (4.6)式中：QB1主副卷扬泵最大流量之和，QB1 =157.1 L/min查手册取d1 = 40mm（2）主卷扬马达的工作管路 (4.7)式中：QM1主副卷扬泵最大流量之和， 查袖珍液压气动手册P557表12-49取d2 = 40mm（3）副卷扬工作管路式中：QB2副卷扬泵流量，QB2=64.88L/min查袖珍液压气动手册P557表12-49取d3 = 25mm3. 回转工作管路 (4.8)式中：QB3回转支撑最大流量，QB3=51.46L/min查袖珍液压气动手册P557 表12-49d4 = 20mm4. 变幅、伸缩、支腿管路（1）变幅缸小腔管路 (4.9)式中：QB4伸缩变幅泵最大流量，QB4 = 260.5L/min查袖珍液压气动手册P557表12-49取d5 = 50mm（2）伸缩缸管路I、II、缸小腔油管I、II、缸大腔油路由于I、II、缩回时，油泵压力较大，泵排量较小，泵输出流量较小，故取（3）支腿缸管路水平支腿和垂直支腿均才用同样型号的油管（3）变幅伸缩泵吸排油管路排油管路吸油管路式中：QB4伸缩变幅泵最大流量，QB4 = 260.5L/min取d10 = 80mm油箱选择1、液压系统差流量 (4.10)2、油箱有效容积查袖珍液压气动手册P526表12-36取V = 1250 L滤油器的选择1、变幅伸缩支腿油路回油路上采用上海高行液压件厂（以下同）生产的线隙式过滤器，查液压袖珍气动手册P499得，型号为XU-40040-J，公称流量400 L/min，过滤精度为40微米, 最大压力损失0.035 Mpa 。吸油路上采用线隙式滤油器，型号为XU-63080-J，公称流量400 L/min，过滤精度80微米, 最大压力损失0.02 Mpa 。控制油路2、控制油路压油路上采用纸质滤油器，型号为ZU-H6380S，公称流量为63 L/min，公称压力5 Mpa，最大压力损失0.35 Mpa，过滤精度80微米。吸油管路上采用线隙式滤油器，型号为XU-2540-J，公称流量为25 L/min,最大压力损失0.02 Mpa，过滤精度40微米。4.3 小结 本章主要是对液压系统进行设计计算和对液压元件的选取设计。根据液压系统工作参数和各机构主要参数首先对液压马达和液压泵进行选择计算，其次对由液压缸的回路进行液压缸的选择计算，第三对各种液压阀进行选择，最后选择液压辅助元件。第5章 系统各回路性能计算5.1 系统各回路功率计算5.1.1 各回路功率选取各个回路均采取恒功率控制（加恒功率器）1.主卷扬回路 40KW2.副卷扬回路 30KW3.回转回路 25KW4.伸缩、变幅、支腿回路 30KW5.1.2 管路系统容积效率及压力效率计算容积效率1. 卷扬、回转回路由于卷扬、回转是相互独立的闭式油路，流量损失主要是冷却阀块使主油路中一部分油流回油池，以及作为控制油的一部分损失，对此凭经验取lv=98%。2. 伸缩、变幅、支腿回路 伸缩、变幅、支腿机构，其内泄漏的大小与管路中各控制阀的配合间隙，密封长度，运动件直径，两端压降，油液粘度，加工质量等很多因素有关，并且在实际中，泄露值是一个变量，因此由公式QL=KQ（此公式见 流体传动与控制P224公式8-26）且取泄露系数0.05，其中Q为系统流量，则：QL=0.05Q 压力效率1、卷扬机构1）.合流时，在插装阀上的压力损失，管路中压力损失取0.05P，则(低压合流，压力按计算，即)2）.单动时，只有管路上的压力损失2、回转：其阀类局部损失3、伸缩、变幅、支腿机构根据机械设计手册，平蘅阀，换向阀，管路压力取(系统工作压力)则4、管路系统总效率a.卷扬合流时 b.卷扬单动时 c.回转 d.伸缩、变幅、支腿 5.2 系统各回路性能的验算5.2.1 起升回路 双泵合流主卷扬泵A4V71EL2.0副卷扬泵A4V56EL1.0马达A2FM107马达转速： (5.1)式中：B1V、B2V主副卷扬泵的容积效率，B1V=B2V=0.95 M1V主卷扬马达的容积效率，M1V=0.95 卷筒速度：单绳最大速度：V绳max110 m/min,单绳速度满足要求。最大起升重量：起升溢流阀压力为30.5 Mpa式中：M马达扭矩， M系统机械效率，取为0.85卷筒扭矩：单绳拉力：合流最大起升重量： 取G =19吨 副卷扬工作(马达为A2FM32) 马达转速：=3633 r/min卷筒速度：单绳最大速度：V绳max50m/min，副卷扬系统满足要求。主卷扬额定载荷下的速度（此时为分流）参数：最大单绳拉力，F = 36Kn 传动比 i = 36.5 卷筒计算直径D= Dj1 =647mm根据起重机设计手册得卷=0.99卷筒扭矩：起升负载稳定上升作用于马达轴的扭矩： (5.2) 式中：2马达至减速器输出端机械效率，2=0.93马达进出口压差：=214.6 barPB130.5（系统调定压力）满足要求。马达流量： 马达转速： 卷筒速度： 单绳速度： 滑轮组倍率：负载起升（下降）平均速度：副卷扬额定负载的工作速度参数：最大单绳拉力F=28KN传动比i=51.4卷筒计算直径D=425mm卷筒效率卷=0.987泵的限制功率30KW卷筒扭矩： 起升载荷稳定上升作用于马达轴的扭矩： 式中：卷筒到马达轴的传动功率，=0.93马达进出口压差：式中：M2m马达机械效率，M2m=0.95则，泵进、出口压力差：PB21.51r/min,回地转动惯性较大，速度不宜太高，该速度可以满足要求。 系统的工作压力马达输出最大转矩： (5.3)式中：M1、M2泵1，泵2（主副卷扬）的总效率，取M1=M2=0.85马达进出口压力差：泵的进出口压力差：由此PB30.148m/s，所以伸缩速度可以满足要求。5.2.4 变幅回路参数：各缸的有效内径D=200mm（双缸），有效活塞杆外径d=140mm,行程S=2842mm 变副时间起臂时间： 速比： 落臂时间： t起60 s，所以变幅时间满足要求。 变副速度起臂速度： 落臂速度： 结论：变副速度没做要求，根据实际情况，此速度可以满足要求。5.2.5 支腿回路由于支腿回路在起吊过程中不工作，所以其速度没有严格要求。以下将计算支腿工作时的性能。 垂直支腿油路的计算（1）垂直油缸的伸出时间垂直支腿各缸无杆腔的有效内径D1=178.5mm，四只支腿同时伸出，则有： (5.4)式中：S1垂直支腿的行程，S1=335mm; QB泵的排量，QB=273.1L/min; （2）垂直油缸的缩回时间 速比i1=2.78 （3）垂直支腿的伸出速度（4）垂直支腿的缩回速度 水平支腿油路的计算（1）水平油缸的伸出时间四只水平支腿的无杆腔内径均为D2=90.5mm，四只水平支腿同时伸出，则有： (5.5)式中：S1水平支腿的行程，S2=1915mm; QB泵的排量，QB=273.1L/min; （2）水平油缸的缩回时间 速比i2=2.04 （3）水平油缸的伸出速度 （4）水平油缸的缩回速度5.3液压系统的发热验算由于液压阻力产生的压力损失以及整个系统的机械损失和容积损失组成了能量的总损失，这些能量根据守恒定律，它不会自行消失而是转化成了热能，从而使油液的温度升高，油温过高，不仅使油的性质发生变化，影响系统工作，而且会引起容积效率的下降，因此，油温必须控制在一定的范围内，保证基本臂最大起重量40个工作循环后，油箱内液压油的相对温升在不加冷却器的情况下，不超过75。5.3.1 工作循环周期T起重机的一个工作循环包括起升、回转、变幅、伸缩臂、下降、空载、回转、装料等工序。 起升工序功率N1=40KW，时间t1=h/v式中：h额定负载时的起升高度=基本臂的60%，v起升工序速度，v=3.36m/min，则 回转工序（正转180）功率： N2=25KW 式中：n回转速度，n=1.9r/min 变幅工序因为吊额定负载时，幅度不允许变大，所以N3=0，t3=0 下降工序N4=N1=40KW；t4=t1=118 s 空载回转（反转180）N5=N2=25KW；t5=t2=16 s 装载工序N6=0，凭经验t6=150 s 伸缩工序因吊额定载荷时是不变的，所以不能带载伸缩，此工序不计算发热。于是周期：T=t1+t2+t3+t4+t5+t6=118+16+0+118+16+150=418 s5.3.2 油泵损失所产生的热能H根据机械设计手册P68公式（11-51）HP=N（1-）860（千卡/小时）式中：N油泵的功率（KW）油泵的总效率 主卷扬产生的热量吊额定负载时副卷扬不工作H升=N（1-）860t/T=40（1-0.83）860118/418=1651（千卡/小时） H降=H升=1651（千卡/小时） Hp1=H升+H降=3302（千卡/小时） 回转泵产生的热量H正回=N（1-）860t/T=25（1-0.83）86016/418=140（千卡/小时）H反回=H正回=140（千卡/小时）Hp2=H正回+H反回=1402=280（千卡/小时）5.3.3马达产生的热量HM=NM（1-）860（千卡/小时）式中：NM马达的功率马达的总功率，=.1 起升马达产生的热量H升=N. L（1-）860t/T =400.931（1-0.9）860118/418=904（千卡/小时） H降=H升=904（千卡/小时） HM1=H升+H降=9042=1808（千卡/小时） 回转马达产生的热能H正回=NL（1-）860t/T=250.931（1-0.9）86016/418=77（千卡/小时）H反回=H正回=77（千卡/小时）HM2=H正回+H反回=772=154（千卡/小时） 管路产生的热量管路发热基本上可以与散热冷却相平衡，忽略不记。 系统的总发热量H=Hp1+Hp2+HM1+HM2=3302+280+1808+154=5544（千卡/小时）5.3.4 油箱散热量油箱的散热面积由机械设计手册下册P48公式（11-178）计算由热平衡方程得公式： (5.6)式中：K油箱的散热系数，取为13千卡/m2.时.（周围通风良好） C1油的比热，取为0.5千卡/公斤. C2钢的比热，取为0.12千卡/公斤.30#精密机床液压油的重度，=900千卡/m3 G1循环油的质量 G2油箱散热部分钢板的质量（千克） t系统的工作时间（钢板厚度取为3mm，即=3mm）当油与周围空气在开始工作时的温度0时当汽车起重机连续工作40个工作循环时，其工作时间：（小时）则 50所以，油箱温升满足要求。5.3小结本章主要对系统各回路功率计算和各回路性能的验算，还有对液压系统的发热验算。结 论设计总结 本文针对40吨汽车起重机液压系统进行设计计算并对其中的关键技术电液比例控制技术，进行专题研究。我国的汽车起重机设计技术已经很成熟了，本人的设计步骤基本上跟厂里专业人员的一样，唯一不同的就是设计的具体内容与传统的有很大区别，具有很多自己的新异，主要向起重机自动控制和节能方向设计。本机上车液压系统全部采用电控方式，具有操纵轻便、灵活，工作平稳、可靠等特点。是一款很特别的中型汽车起重机。作为一名本科学生，毕业设计是对所学知识运用的一次很好的考验，在设计的过程中本人充分运用本科四年所学的知识。翻译外文用到英语知识；在设计主要回路时用到液压与气压传动的知识；在设计控制部分时用到机械设计学、机械系统设计、电工电子学、机械工程控制原理、机械电气自动控制与工业控制计算机等；在计算选择元件时用到了一些物理知识和机械学基础知识，还用到了一些专业技巧。由这次毕业设计本人学会了怎样对一项从没见过的课题进行设计。从分析课题，搜集相关材料，阅读并综述相关资料以及设计计算等过程有了清晰的思路。这次设计培养了本人的设计能力，为将来工作奠定了一定的基础。工作展望本次对40吨汽车起重机液压系统进行设计计算只是一些表面设计工作，如果要进一步细致研究的话内容还很多，主要有以下一些工作：（1）对各种液压元件、各主要回路等建立数学模型进行动态仿真分析。（2）对电液比例控制进行分析，其中涉及到各种传感器的选择，各种芯片的选择连接，计算机软件编写等。（3）对汽车起重机防摇的模糊智能控制研究及仿真等一些比较先进的技术分析。致 谢本设计是在安永东老师的悉心指导和严格要求下完成的。在这期间老师给我提供了不少参考资料，在我设计遇到困难而无法继续做下去时老师给我耐心讲解，并且一讲就是两三个小时，平时还多次打电话询问我的进展情况。老师广博的专业学识、严谨的治学态度以及执着的事业追求使我受益匪浅，他严紧的科学作风和实事求是
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