STC120C型汽车起重机上车液压系统设计【含9张CAD图纸、说明书】
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STC120C型汽车起重机上车液压系统设计 本科毕业设计（论文）题目：STC120C型汽车起重机上车液压系统设计学 院：机电 学 院专 业：机械设计制造及其自动化学 生 姓 名：学 号：指 导 教 师：评 阅 教 师：完 成 时 间： 本科毕业设计（论文）原创性声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名（亲笔）： 年 月 日-本科毕业设计（论文）版权使用授权书本毕业设计（论文）作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，本科生在校攻读期间毕业设计（论文）工作的知识产权单位属重庆交通大学，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权重庆交通大学可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计（论文）。作者签名（亲笔）： 年 月 日导师签名（亲笔）： 年 月 日ISTC120C型汽车起重机上车液压系统设计摘要汽车起重机是现代工程施工中极其重要的设备，具有机动性能好、转移方便等特点，被广泛应用到各种施工场所。液压系统现已成为汽车起重机上的核心技术，液压传动具有传动力大、传动平稳性好、容易控制等优点。本文对汽车起重机进行了简要概述，并就液压系统在汽车起重机上的优点、缺点进行了简单分析。本文针对三一集团STC120C型汽车起重机上车液压系统进行设计，首先对其工作原理进行了简单的分析，然后进行了STC120C型汽车起重机上车液压系统总体方案设计，拟定了起升液压回路原理图、起重臂伸缩液压回路原理图以及变幅机构液压回路原理图，并根据STC120C型汽车起重机基本参数，经过相关计算后对STC120C汽车起重机上车液压系统中主要的元件进行了选型，并设计了变幅机构液压缸。最后通过对液压回路进行校验及系统发热校验，使其满足STC120C型汽车起重机所需达到的要求和液压系统温升不超过35的要求。关键词：汽车起重机；液压系统；液压缸；发热校核IIDesign of hydraulic system for STC120C truck craneAbstractTruck cranes are extremely important equipment in modern engineering construction. It has a good motor performance, easy transfer and other characteristics and is widely used in various construction sites. Hydraulic system has now become the core technology on the truck crane, it has many advantages, such as great transmission power, good transmission stability, easy control and so on.This paper makes a brief overview of the truck crane and carries out a simple analysis of the advantages and disadvantages of hydraulic system on truck crane. And it designs the hydraulic system of the STC120C truck crane which is designed by Sany Group. First of all, this paper carries on the simple analysis to its working principle. And then the article makes the overall plan design of the hydraulic system owned by the STC120C truck crane. It sets out the schematic of the lifting hydraulic circuit, lifting telescopic hydraulic circuit and the luffing mechanism hydraulic circuit. With related calculations, it selects the main components of the STC120C truck crane hydraulic system according to STC120C car crane basic parameters, and it designed a luffing mechanism hydraulic cylinder. In the end, It makes the hydraulic cylinder meet the requirements of the STC120C truck crane and the Hydraulic system whose temperature rise does not exceed 35 , through the calibration of the hydraulic circuit and the system heat calibration.Key Words：Truck crane；Hydraulic system；Hydraulic cylinder；Heating checkIII目 录摘要IIAbstractIII1 绪论11.1 全液压汽车起重机概述11.2 汽车起重机液压系统的现状和发展趋势21.3 汽车起重机液压系统功能、组成和工作特点31.4 本设计主要内容52 工况分析及总体方案设计62.1 STC120C型汽车起重机主要性能参数62.2 典型工况分析82.3 液压系统设计方案92.3.1 液压系统型式92.3.2 液压系统的控制102.3.3 汽车起重机上车液压系统特点112.3.4 液压系统方案确定122.4 液压油路原理图拟定133 液压系统计算及主要元件选型183.1 起升液压马达计算及选型183.2 液压泵的计算及选型213.3 伸缩液压缸计算及选型233.4 液压阀的选型233.5 液压辅助元件选择243.5.1 管路的选择243.5.2 确定油箱容量253.5.3 滤油器的选型253.5.4 液压油的选用253.6 变幅机构液压缸设计计算263.6.1 液压缸结构类型确定263.6.2 变幅用液压缸基本参数确定283.6.3 缸筒设计与计算303.6.4 活塞的设计323.6.5 活塞杆的设计333.6.6 导向套的设计343.6.7 液压缸油口设计373.6.8 后端盖的设计374 液压系统校验394.1 起升回路校验394.2 伸缩回路校验404.3 变幅回路校验404.4 液压系统发热校验415 结论与展望435.1 结论435.2 展望43致谢44参考文献45VI重庆交通大学2017届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）1 绪论1.1 全液压汽车起重机概述工程起重机是通过吊勾或其它吊具对重物进行提起、放下或者平移动作的机械设备，被广泛地应用在各个行业中，主要进行对各种物料的起重、安装、拆卸和运输等作业。应用工程起重机可以减轻员工的工作强度、提高作业效率、加快施工进度、提高作业质量、降低作业成本等等。目前我国是世界上使用工程起重机最多的国家之一1。工程起重机主要分为汽车起重机、轮胎式起重机、塔式起重机、龙门起重机、全路面起重机、履带起重机等数个种类，就现状而言其中汽车起重机占工程起重机的份额非常大。自2001年来，随着中国加入WTO经济得到快速地发展，大量的基础设施项目和大型施工项目不断推出，机械行业发展迅速，新的技术，新的材料，新的工艺给机械行业带来了更多可能，更多机遇，汽车起重机行业进入快速发展阶段，被越来越多的人们关注2。现今汽车起重机已成为工程建设中广泛应用的起重设备。汽车起重机特点是：（1）采用专用或通用底盘，适宜于公路行驶；（2）行驶速度高，机动灵活性较好，转移迅速；（3）价格较便宜，结构简单，维修方便；（4）作业辅助时间短，作业高度和幅度可随时变换2。汽车起重机上应用液压传动的优缺点3：（1）优点液压系统传动比机械系统更容易布置，自身结构紧凑，比之机械传动在自重上有明显的优势；液压系统传动的力可以很大，不需要像机械传动系统那样考虑太多的结构；液压元器件可以采用标准件，通用性强，能够降低成本，维修方便；液压系统能够很好的得到控制，易于实现过载保护，其操纵方式与机械传动的操纵相比更简单省力，易于实现自动化；液压传动可以在较大的范围内无级变速，工作平稳性好。（2）缺点液压系统最大的问题是漏油，漏油会使能量损失；液压系统需要很好的防尘措施，如果粉尘进入到液压油，不仅传动平稳性受到影响，还会对元器件造成损伤；液压系统传动工作时，特别是高压系统，发热是其另一个特点，油温过高或过低都会影响其传动性能。1.2 汽车起重机液压系统的现状和发展趋势随着我国经济发展，科技的进步，现代化建设施工要求汽车起重机拥有更好的性能，下面通过对全液压汽车起重机的五个主要回路现状的分析来探寻其发展的趋向4：（1）起升液压系统起升机构是汽车起重机上运行最频繁的机构。为了适应现代施工，起升液压系统由常用的定量泵-定量马达、定量泵-液控变量马达开式液压系统，向着拥有更好的平稳性、微动性以及高效节能的变量系统发展。定量泵逐渐由更先进的带传感器检测及压力切断器的变量泵替代；定量马达/液控变量马达也被更先进的电控变量马达所替代，改进后的起升液压系统符合重载低速、轻载高速这一特性。（2）变幅液压系统变幅机构的发展趋势是降落过程充分利用起重臂及吊重的自重，从而减少能量的消耗，达到节能效果，降下速度可以通过先导控制阀来调节，这样达到高效目的，而且降下过程中冲击微小，甚至可以消除冲击。（3）伸缩液压系统起重臂伸缩液压系统中，起重臂伸缩方式多采用多节液压缸的顺序伸缩、采用单节液压缸的同步伸缩、多节液压缸组合式伸缩及单缸或多缸插销式伸缩；目前无销全液压伸缩机构是国内最先进的液压伸缩技术，也是伸缩液压系统发展的趋向。（4）回转液压系统回转机构在汽车起重机上运行频繁程度仅次于起升机构，因为回转机构运行所需功率很小，所以采用通过小型液压马达和较大的传动比用以增加机构运行的平稳性，这是回转液压系统的发展趋向。（5）操纵、控制系统机械式操纵机构是在汽车起重机上运用最多的一种操纵方式，因为其结构简单、操纵较为方便；液比例操纵系统在汽车起重机上也应用广泛，操纵性能得到了提高；电比例操纵系统是现今汽车起重机上较为先进的技术，可以通过用计算机语言编制相应的程序控制，使操纵系统更智能。1.3 汽车起重机液压系统功能、组成和工作特点汽车起重机常用的液压回路有：起升、伸缩、变幅、回转、支腿及转向等机构的液压回路5。各回路工作示意图如图1-1所示，可以看出，各个回路的工作特点、组成各不相同：图1-1汽车起重机各回路工作状态图（1）起升液压回路：起升机构液压回路通过液压马达驱动减速器-卷筒-吊索结构，实现垂直起升和下放重物。起升机构液压系统的主要元件是液压泵、液压马达、平衡阀、换向阀及液压制动器等。汽车起重机液压系统中最重要的液压回路就是起升液压回路。（2）回转液压回路回转液压系统通过液压马达驱动小齿轮与大齿轮的啮合，使起重臂绕回转中心旋转，使重物在水平方向上平行移动。回转液压系统的主要元件是液压泵、回转液压马达、平衡阀、换向阀和液压制动器等，汽车起重机的回转机构一般是全回转式。（3）变幅液压回路变幅液压回路在汽车起重机中，通过变幅液压缸的伸缩，改变起重臂的角度，从而增加起重机的工作范围。双作用液压缸是最常见的变幅液压缸。变幅液压系统的主要元件是液压泵、变幅液压缸、平衡阀及换向阀等。汽车起重机变幅类型可根据其工作性质分为非工作性变幅及工作性变幅两种。在空载下改变起重臂幅度称为非工作性变幅。它是在空载时先改变幅度，将吊钩位置调整到合适后，再吊取重物，随后平移重物至目标位置后才改变幅度，这种工况一般较少，而且这种变幅需要的驱动功率较小。在负载的情况下改变起重臂幅度这种称为工作性变幅。一般这种类型的变幅出现较多，它能够更好地满足汽车起重机工作的需要，可以提高汽车起重机的生产率，而且为了提高生产率一般采用较快的变幅速度，由此工作性变幅所需驱动功率一般较大，并且要求安装防止超载和限速的安全装置。工作性变幅与非工作性变幅这两种变幅方式相比，工作性变幅变幅方式机构较为复杂，质量也较大，但其机动性能大大提高6。（4）伸缩液压回路伸缩液压回路是通过伸缩液压缸及钢丝绳组带动起重臂伸缩，改变起重臂的长度从而改变起升高度。伸缩液压系统的主要元件是液压泵、伸缩液压缸、换向阀和平衡阀等，一般根据汽车起重机的起重高度和伸缩方式不同其伸缩液压缸和伸缩起重臂的节数结构也就大不相同。汽车起重机的起重臂伸缩方式可以分为同步伸缩、顺序伸缩、独立伸缩和组合伸缩四种，同步伸缩就是各节起重伸缩臂相对于基本臂同时伸出/缩回，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。汽车起重机伸缩臂只能在吊重前完成伸出7。（5）支腿液压回路支腿液压回路驱动支腿液压缸完成支腿的伸缩，将汽车起重机抬起，使汽车起重机及吊重通过支腿作用在大地。支腿液压系统的主要元件是液压泵、水平支腿液压缸、垂直支腿液压缸、液压锁和换向阀等。放置支腿能够扩大汽车起重机的作业面积和增加整体稳定性。支腿外伸长度一般可调，跨度越大一般稳定性越好，并且要求支腿必须坚固，放置支腿的地面也有一定要求，防止出现软腿现象。1.4 本设计主要内容汽车起重机机动灵活性能好，能够迅速转移工作场所，在土木工程中装卸设备器材、安装大型施工机械、吊装建材制品和模板等作业中无处不在。本设计旨在对STC120C型汽车起重机上车液压系统进行设计，并对液压系统进行校验，其主要内容如下：（1）掌握STC120C型汽车起重机上车构造及其液压系统的主要组成及工作原理；（2）完成液压系统原理图的拟定，包括起升回路原理图、变幅回路原理图和起重臂伸缩回路原理图；（3）对STC120C型汽车起重机上车液压系统中主要液压元件进行选型；（4）设计STC120C汽车起重机变幅机构液压缸；（5）对STC120C型汽车起重机上车液压系统进行校验，确保液压系统温升不得超过35；（6）撰写设计说明书；（7）绘制相应图纸。2 工况分析及总体方案设计本次设计是对STC120C型汽车起重机上车液压系统设计，该型号汽车起重机是三一重工生产的一款小型全液压汽车起重机。2.1 STC120C型汽车起重机主要性能参数汽车起重机的主要性能参数是起重机工作性能指标，也是设计的依据，主要包括额定起重量、起升高度、幅度、工作速度、通过性能、起重力矩、自重等8。（1）额定起重量：保证安全作业的前提下最大起升质量，汽车起重机通常包括吊钩吊具（其它形式吊具不包括在内）的重量；（2）起升高度：起重机取物装置（常用的是吊钩）的最高和最低工作位置间的垂直距离。在同一吊臂长度下，起重机的起升高度与起重量成正相关，与工作幅度成负相关。在一些起重机上装有备用副吊臂，用来吊起较轻的物体，是为了满足某些工作中的特殊要求需要增大起升高度；（3）幅度：起重机的回转中心垂线到起重吊钩中心垂线的水平距离，它于起重吊臂长度和吊臂仰角有关。起重机在吊重时起重臂会发生弯曲，幅度会稍有减小，变形后的实际幅度称为工作幅度；（4）工作速度：汽车起重机的工作速度主要指起升速度、变幅速度、回转速度、起重臂伸缩速度以及支腿伸缩速度。（5）通过性能：汽车起重机正常行驶时能够通过各种道路的能力。不同的车辆有不同的要求，汽车起重机的参数要和所采用的汽车底盘一致。影响汽车起重机通过性能的参数有最小离地间隙、接近角、离去角、纵向通过半径；（6）起重力矩：最大额定起重量载荷和相应的工作幅度的承积。一般来说，幅度大时的起重力矩小，幅度小时的起重力矩大。常用起重力矩作为比较起重机起重能力的指标；（7）自重：指工作状态时的机械总重。查阅资料得到STC120c型汽车起重机主要性能参数表2-1和STC120c型汽车起重机起重性能表2-2。表2-1 STC120c型汽车起重机主要性能参数项目参数最大额定额定起重量（KN）120最小额定幅度（m）3最大起重力矩（KNm）基本臂480最长主起重臂270起升高度（m）基本臂10最长主起重臂30.5起重臂长度（m）基本臂9.3最长主起重臂30主卷扬单绳最大速度（空载）（m/min）105起重臂全伸/缩时间（s）65/50起重臂全起/落时间（s）50/50起重臂变幅角度（）-280发动机额定输出功率（kw/rpm）162/2500表2-2 STC120c型汽车起重机起重性能幅度（m）起重量（Kg）起重臂长度（m）9.313.417.621.725.930312000120003.512000120001100041200010950990088004.51066097338800786669005960087607920708062005.587277963720064365670450068000730066005900520045006.5738467386092544648004153768576257565750574457385786000520049504425390033759437941803933346630001035003366336331202700112786270025742552245412231022122080202514183817681671154216143713651265181180112610502093687722780736246182.2 典型工况分析（1）典型工况的确定原则：典型工况指汽车起重机作业过程中经常出现的循环作业工况,应具有以下特点:代表性：一种工况代表了一定范围内多种作业情况的特性；覆盖面广：汽车起重机作业时常常遇到的工作状况；出现机率大：在汽车起重机整个作业过程中经常出现，占到整个工作循环很大的百分比。（2）伸缩机构作业情况：伸缩机构在汽车起重机中的应用一般在起重前就完成伸出，带载伸缩非常危险，汽车起重机中最主要用到到是起升、回转及变幅机构9。（3）起升机构作业情况：起升机构是汽车起重机中运行频繁的机构，额定起重量5060%的工况最多，在很多工况中通常是利用汽车起重起重臂长的这一特点进行高空作业。（4）变幅机构作业情况：变幅机构是汽车起重机中运行较频繁的机构，一般工作性变幅较多（即负载变幅），这样能够更好地满足工作的需要及提高起重机的生产率。（5）典型工况确定表2-3 汽车起重机典型工况表根据以上几条原则及各个工作机构作业情况，起重机试验规范，及众多操作者的实际经验确定表2-3中的几种工况，作为本次设计STC120c型汽车起重机的典型工况。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，很少与其它机构组合动作102中长臂；额定起重量的50%；相应的工作幅度；吊重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103最长臂；额定起重量的50%；相应的工作幅度；吊重起升回转变幅下降起升回转下降（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102.3 液压系统设计方案2.3.1 液压系统型式（1）开式、闭式系统：根据液压回路中压力油在回路中的循环方式的不同，将液压系统分为开式系统和闭式系统11。开式系统中采用单作用液压泵直接从油箱吸油，液压油通过执行元件后流回油箱，如图2-la所示；开式系统具有的特点是：系统压力损失大，冲击力较大，工作时噪声大，油箱尺寸较大，空气中的粉尘容易进入系统中去，但液压系统的冷却性能好，液压油中杂质易清理，压力油温升较小；在实际应用中多用于发热较多的液压系统，如具有节流调速回路的系统12。闭式系统中采用双作用液压泵，液压泵的吸油口直接与执行元件（一般采用双作用液压马达）的排油管相连，而执行元件的进油管直接与双作用液压泵的排油管相连，液压油中液压系统中封闭循环，如图2-1b回路2所示。闭式系统采用补偿油箱，其尺寸小、使得整个液压回路结构紧凑；液压油中液压系统中闭式循环，减少了空气及粉尘进入液压油的机会，但是闭式液压系统的冷却性能差，需要额外的冷却器来进行油液的冷却。（2）单泵、多泵系统：根据液压系统中的液压泵的数量将液压系统分为单泵液压系统和多泵液压系统13。一个液压系统中只有一个液压泵供油这种液压系统就是单泵系统，如图2-la所示。该种系统适合用于动作简单的机械，如小型液压起重机、推土机等。液压系统中含有多个液压泵供油的液压系统是多泵系统，如图2-1b所示。每台泵能够分别向各自回路中的执行元件供油。每台泵的功率是依据各自回路中的功率而定。比如:汽车起重机回转液压系统消耗的功率小，可以使用单独的小液压泵供油，起升机构需要更多的功率可以采用多泵合流，这样可以提高汽车起重机的效率并且节能，如图2-1b所示9。a单泵开式系统 b多泵系统图2-1 单泵、多泵液压系统图2.3.2 液压系统的控制（1）定量节流控制系统：采用定量泵的液压系统称为定量系统14。其所用的液压泵为柱塞泵、叶片泵或齿轮泵。定量泵的排量是不变的；液压系统压力是根据工作时外负载确定的，因此在定量液压系统中，液压泵的功率与工作阻力呈正相关。在定量液压系统中，一般是通过控制液压泵的转速、换向阀的开度或者节流阀开度的几种形式控制执行元件的速度；如图2-1a所示：进入执行元件液压缸的液压油流量受换向阀控制，当泵以一定的速度运转时，泵的输出流量不变，通过操纵换向阀使阀体与阀芯的开度变化，从而改变进入执行元件液压缸的流量大小，多余的流量会顶开溢流阀流回油箱，这种液压系统的特点是：不能有效地利用泵的输出能量，部分油液通过溢流阀流回油箱造成能量损耗，但其结构简单、操纵方便、价格便宜、可以通过控制发动机的输出功率在一定范围内控制液压泵的转速。（2）变量系统：采用变量泵的液压系统称为变量系统。如图2-2所示：在变量液压系统中，可以通过控制液压油进入到右边的调节器，从而改变变量泵的排量；图示为恒功率变量柱塞液压泵，当液压油的压力小于弹簧的预紧力时，调节器中活塞处于最右端，这时液压泵的摆角最大，排量最大；当液压油的压力大于弹簧的预紧力，液压油会进入调节器右端推动活塞向左移动，减小液压泵的摆角从而减小它的排量；在转速恒定的情况下，因为泵的输出油压与弹簧压缩力呈一定的比例关系，所以液压泵的输出油压与输出流量也呈一定的比例关系；变量油液系统可以很好的利用泵的输出能量，即能量损耗较小，但其结构比定量系统复杂，价格昂贵。图2-2 恒功率控制变量泵2.3.3 汽车起重机上车液压系统特点STC120c型汽车起重机上车液压系统包括起升液压系统、变幅液压系统、伸缩液压系统，各液压系统油路组成及特点如下：（1）起升油路：起到升降重物的作用。其应具有的特点：一定的提升能力和提升速度；工作平稳性好，特别是在重物下降时，应该避免由于负载的自重导致超速下降；微动性能好，防止载荷就位时发生冲击；调速方便，能够达到轻载高速、重载低速的起升、降下功能12。为满足上述要求，本设计起升油路应具备下列特点：在重物下降时有限速措施目前主要有用液控单向阀和单向节流阀限速及用平衡阀限速的两种方法。液控单向阀和单向节流阀限速具有可靠性高，能量损失率低，元件结构简单，尺寸小等优点，但其启闭动作较快，所以工作平稳性稍差；平衡阀限速具有可靠性高，工作平稳性好等优点，但能量损失率大，并转换成热能使液压系统油温升高。速度可调节调速有三种方法：1)通过调节变量液压马达排量调速；2)通过调节发动机油门改变发动机的输出转速，从而控制液压泵输出流量并与控制换向阀的开度联合调速；3)通过多泵系统有级调速。（2） 变幅油路：变幅机构通过改变起重臂幅度从而改变起升高度。其要求能够带载变幅，即工作性变幅，变幅运动要平稳可靠；由于落臂时与负载运动方向一致，有自动增速的趋势，要采取限速措施。变幅液压缸有单缸、双缸之分，单缸使用一个平衡阀，容易调整，结构简单；双缸采用两个平衡阀不易调整一致，很难保证同步，常在两个液压缸的进油口用油管连通或借助臂架的刚度，保证双缸同步13。（3）伸缩油路：通过伸缩液压缸改变起重臂的长度，改变起升高度。起重臂缩回时能够减小起重机的整体长度，提高汽车起重机转移时的机动能力。伸缩回路要求起重臂伸出作业时，伸缩液压缸不能自动缩回；若能够带载回缩，伸缩油缸也不能超过一定的速度，所以一般在伸缩回路上安装有平衡阀用于限速。2.3.4 液压系统方案确定（1）确定系统工作压力：在液压系统设计中可按照表2-4初选系统压力；表2-4 各类设备常用工作压力设备类型机床农业机械汽车工业小型工程机械及辅助机构工程机械重型机械锻压设备液压支架等船用系统磨床组合机床齿轮加工机床牛头刨床插床车床铣床镗床研磨机床拉床龙门刨床工作压力（MPa）1.26.3242531.25MPa由上可得出，液压缸筒壁设计符合校核。3.6.4 活塞的设计（1）活塞的结构形式活塞由结构形式分类，可分为整体式和装配式两种，装配式又分为螺纹连接、半环连接、锥销连接和弹簧挡圈连接等类型。在本次的设计中，参照其他工程机械的活塞形式，活塞的结构形式选择为整体式。活塞的结构尺寸也需要考虑密封圈、导向环等零件的安装沟槽结构形式来综合确定。活塞还应具备导向装置，导向环不仅可以使活塞的运动方向更加精确，还可使得活塞运动时产生的侧向力减小。导向装置采用耐磨材料，导向环的合理使用也可以使得活塞的使用寿命延长。活塞的结构形式如图3-5所示：图3-5 活塞结构示意图（2）活塞宽度确定活塞的宽度B一般取B=（0.61.0）D，即B=（0.61.0)160=（96160）mm选中间值B=120mm。（3）活塞密封元件确定活塞与液压缸缸筒之间的密封形式，可以采用使用活塞环、O型圈橡胶密封件的方式密封。密封圈可以根据液压缸的工作范围进行选择。工作范围包括工作压力、工作温度、活塞移动速度等参数。活塞与缸筒之间的密封，选择两个YX型孔用密封，活塞与活塞杆之间的密封选择O型圈密封。（4）活塞的材料活塞的结构是整体式有导向的结构。由机械设计手册可以选定，活塞的材料为45号钢。（5）活塞与活塞杆的连接活塞与活塞杆的连接，选择直接通过螺纹连接的连接方式。螺纹连接的防松方式选择在活塞与活塞杆的径向加紧固螺钉的方式防松。3.6.5 活塞杆的设计（1）活塞杆的结构活塞杆在结构上可分为实心杆和空心杆。在起重机变幅机构设计计算中，由于变幅机构行程较长，所以选择空心杆。空心杆厚度选择30mm。活塞杆材料选择为45号钢。（2）活塞杆的强度计算校核活塞杆的拉伸压缩强度： (3-23)式中：F变幅用液压缸最大推力，F=399KN； n安全系数，取n=2； s活塞杆材料的屈服强度，45号钢的屈服强度355MPa。将数值代入公式，经计算得：d53.5mm（3）活塞杆弯曲稳定性校核活塞杆的结构通常是细长杆体，因此，我们可以用“欧拉公式”对活塞杆的弯曲稳定性进行校核，参照机械设计手册P20-229表20-6-38其计算公式如下： (3-24)式中：n活塞杆末端条件系数，在此n=1； d活塞杆直径(cm)，d=11cm，d1=5cm； lB活塞杆安装长度(cm)，lB=50mm。将数值代入公式，经计算得：PK=5.72106N所以活塞杆通过校核。3.6.6 导向套的设计导向套一般布置在活塞杆的前端。导向套内孔和导向环可以使得活塞杆的运动方向稳定。导向套还起着密封与防尘的作用，导向套与缸筒之间，及导向套与液压杆之间都有密封装置。本设计采用端盖式导向套，结构如图3-6所示：图3-6 端盖式导向套的结构示意图（1）导向套的材料导向套的材料一般选取耐磨材料，一般选用球墨铸铁，材料选用QT200。（2）导向套的密封与防尘导向套与液压缸缸筒之间的密封元件选择O型圈密封；导向套与活塞杆之间的密封选择使用组合密封圈的方式密封。组合式密封圈的结构形式，如图3-7所示。在导向套的外侧还应布置防尘机构，防止杂质通过导向套，使得液压缸的正常工作受到影响。防尘圈选择A型防尘圈，材料为丁晴橡胶，截面形状如图3-8所示。图3-7 组合式密封1-前端盖；2-活塞杆；3-双唇式组合密封圈图3-8 A型防尘圈（3）最小导向长度当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度（如图3-9所示），若导向长度太小，将使油缸因间隙引起的初始挠度增大，从而影响油缸的工作稳定性。图3-9 油缸的导向长度（K隔套）对于一般油缸,其最小导向长度H应满足下式要求: （3-25）式中: S油缸最大工作行程；D缸筒内径一般导向套滑面的长度A,在缸筒内径D80mm取缸筒内径D的0.61.0倍;在缸筒内径D80mm时则取活塞杆直径的0.61.0倍。活塞宽度B取缸筒内径D的0.61.0倍,为了保证最小导向长度而过份地增大导向套长度和活塞宽度都是不适宜的。最好的方法是在导向套与活塞之间装一隔套K，其长度C由所需的最小导向长度决定。采用隔套不仅能保证最小导向长度，而且可以扩大导向套及活塞的通用性。3.6.7 液压缸油口设计液压缸油口的设计涉及到油口尺寸、位置尺寸、与外界的连接方式。本次设计液压缸的进油口与出油口，布置在液压缸筒两侧，采用螺纹方式连接。螺纹连接的进出油口如图3-10所示：图3-10 油口尺寸示意图对于单活塞杆液压缸，国际标准化组织（ISO）已制定出油口安装尺寸，见表3-620。表3-6 单活塞杆液压缸的缸内径及油口安装尺寸25MPa系列缸内径D5060 80100 125160 200250 320400 500ECM221.5M272M332M422M502M602本次设计系统工作压力为20MPa，参照表3-6选择油口尺寸为M422。3.6.8 后端盖的设计后缸盖的示意图3-11所示。（1）后端盖材料后缸盖的材料选用45号钢。（2）后端盖的连接后缸盖采用耳式的结构，使得整个缸体交接固定。耳的内部需要安装轴套，轴套与耳的连接选择过盈配合连接，在耳与轴套的连接处选择用8个紧固螺钉紧固定位。后缸盖与缸筒选择焊接的方式连接。3-11 后端盖结构示意图（3）缸筒底部厚度缸底结构采用平缸底，如图3-12所示：图3-12 无孔平缸底平缸底厚度： (3-26)式中：d1缸底止口内径，取d1=D=0.16m；P液压缸额定压力；缸筒材料许用应力取=17mm。4 液压系统校验4.1 起升回路校验由以上设计计算选型的液压泵为A2F125；液压马达为A2F160，在此基础上进行如下运算，看其是否满足STC120C型汽车起重机给定的技术参数。（1）马达转速 （4-1）式中：QB1泵的流量； nB1泵最高转速； qB1泵排量； BV泵的容积效率，取0.95qM马达排量； MV马达的容积效率，取0.95； 将数值代入公式计算得：（2）卷筒转速nJ（4-2）（3）单绳最大速度nS （4-3）nS105m/min，单绳最大速度满足要求。（4）卷筒最大转矩TJ （4-4）式中：TM马达额定转矩；i传动比；J1减速器传动效率，取0.93（5）单绳最大拉力FS （4-5）式中：TJ卷筒转矩；J2卷筒效率，取0.99；D卷筒直径将数值代入公式计算得：（6）最大起重量 （4-6）G12t，满足要求。4.2 伸缩回路校验由以上设计计算选型的液压泵为A2F120；液压缸DG-JB140E，A大=163.86cm2，A小=103.62cm2，行程S=8000mm，在此基础上进行如下运算：泵的最大输出流量QB1：QB1=nB1qB1BV=224012510-30.95=266L/min （4-7）液压缸伸出时间t伸： （4-8）液压缸缩回时间t缩： （4-9）t伸/t缩65/50s，满足要求。4.3 变幅回路校验由以上设计计算选型择的液压泵为A2F125；液压缸Ab大=201.06cm2，Ab小=106.03cm2，行程Sb=3200mm，在此基础上进行如下运算：泵的最大输出流量QB1同上QB1=266L/min；变幅液压缸伸出时间t起： （4-10）变幅液压缸缩回时间t降： （4-11）t起/t起50/50s，满足要求。4.4 液压系统发热校验（1）工作循环周期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。根据STC120C汽车起重机主要性能参数及以上计算得：T=300s（2） 液压泵产生的热量参照机械设计手册P20-39表20-3-16进行设计计算：溢流阀的设定压力p为22MPa，液压泵的总效率为b=0.85，泵的输出流量Qb=224012510-3=280L/min，则泵的输入功率为： （4-12）泵的发热量H1:H1=Pr（1-b）=120.78（1-0.85）=18.2KW （4-13）（2） 起升马达产生的热量工作压力为P1=20MPa，液压马达总效率m=0.85，起升时马达所需流量Q=198L/min: （4-14）液压马达的发热量H2，起升/下降时间：H2=Prm（1-m）=77.7（1-0.85）=11.7KW （4-15）（3）管路产生的发热量：管路发热与管路散热基本相平衡，忽略不计。（4）溢流阀所产生的热量通过溢流阀的流量QY=Qb-Qg=280-227.7=52.3L/min，则溢流阀产生的热量为： （4-16）（5）系统的总发热量H=H1+H2+H3=18.2+11.7+19.2=49.1KW （4-17）即每个工作循环产生的热量H1=HT/3600=4.09KW（6）液压系统温升计算油箱体积为V=1250L，则油箱的散热面积： （4-18）由热平衡方程得公式： （4-19）式中：K油箱的散热系数，取为14W/m2.（周围通风良好）； C1油的比热，取为0.5kcal/kg.； C2钢的比热，取为0.12kcal/kg.； 30#精密机床液压油的重度，=900kcal/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 （4-20） （4-21）钢板厚度取3mm；当开始工作时油与环境温度时： （4-22）当汽车起重机连续工作50个工作循环时，其工作时间： （4-23） （4-24）35，温升满足要求。5 结论与展望5.1 结论起重机是现代社会在进行工程作业时不可缺少的设备之一。本设计主要是对STC120C型汽车起重机上车液压系统及其变幅机构液压缸进行设计。本文总结如下：（1）对汽车起重机的发展现状进行简述，分析了汽车起重机液压系统的组成和采用液压系统的特点；（2）分析了汽车起重机的典型工况并确定了液压系统设计方案，分析了汽车起重机的起升机构、变幅机构、起重臂伸缩机构工作原理，拟定起升回路、变幅回路及起重臂伸缩回路液压原理图；（3）根据STC120C型汽车起重机的基本参数，经计算后对液压系统中主要液压元件进行选型，其中液压泵选型为轴向柱塞液压泵A2F125，排量125ml/r，起升液压马达选型为轴向柱塞马达A2F160，排量160ml/r，起重臂伸缩液压缸选型工程用液压缸DG-JB140E，最大行程8m。并对变幅机构液压缸进行设计；（4）经过前面选型后，对液压系统进行校核，从确定选题到设计完成过程中查阅了大量的文献，不仅仅是以完成任务书上要求为目的，更多的是作为一名机械类的毕业生，借助在此毕业设计来充实自己，了解更多机械行业相关信息。作为一名本科毕业生，这次设计就像走出学校大门到一个通行证，努力认真完成这次设计是必要的，通过这次毕业设计充分
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