（机械工程专业论文）100t履带起重机回转液压系统设计及改进.pdfVIP

摘要 摘要 全液压履带式起重机是当今工程施工中非常重要的工具设备之一，随 着我国经济建设的发展，特别是工程建设的发展，对其需求量越来越大， 同时对其性能的要求也越来越高。液压回转机构作为起重机的重要机构之 一，其各项性能的好坏直接影响到整个起重机的技术性能。在我们实现生 产设计过程中，液压系统设计均依靠经验和类比的方法，再辅助于计算机 检测系统，最后通过样机来检验设计是否合理。通过对液压系统的检测分 析，可以在设计查找出错误之处，并进行完善和二次优化选型。 本文以t e r e x 拓能( 山东) 重型机械制造有限公司开发制作的 p r l 0 0 ( 10 0 t ) 全液压履带实际项目为背景基础，对该起重机回转系统进行 了设计计算和选型分析。 ( 1 ) 分析多种回转机构及回转液压系统，并对l0 0 t 履带起重机的回转 液压系统进行了计算和选型。 ( 2 ) 测量分析了影响回转液压系统技术特性的主要因素，并对液压履 带起重机的回转机构电气控制系统提出了新的要求。 “ ( 3 ) 对液压履带起重机回转液压系统进行了改进设计，并利用减缓液 压冲击和波动的方法，得出通过并联阻尼的方法，能够大幅降低回转运动 的冲击。 本文主要阐明液压系统的工程计算和液压元件选型计算，其目的是为 指导履带起重机回转液压系统的改进、优化和设计提供了理论依据和优化 方法，同时将阻尼阀选用引入到履带起重机的液压系统设计当中，具有指 导设计生产的实际意义。 关键词履带起重机：回转机构；液压系统；选型计算：阻尼阀 山东大学硕士学位论文 a b s t r a ct t h eh y d r a u l i cc r a n ei saq u i t ei m p o r t a n th o i s t i n ge q u i p m e n tt h a tu s e di n p r o j e c t s a n d c o n s t r u c t i o n s f o l l o w i n g t h e d e v e l o p m e n t o f e c o n o m y ， e s p e c i a l l yt h ed e v e l o p m e n to fp r o je c t s ，t h er e q u i r e m e n tf o rq u a n t i t y i s b e c o m i n gm o r ea n dm o r eb i g g e r ，a n di nt h em e a n t i m et h er e q u i r e m e n tf o r q u a l i t yi sm o r ea n dm o r eh i g h e r t h eh y d r a u l i cs l e w i n gm e c h a n i s mi so n eo f t h em o s ti m p o r t a n tm e c h a n i s m si nc r a w l e rc r a n e ，w h ic he v e r yp e r f o r m a n c e d i r e c ta f f e c tt h ew o r k i n gc h a r a c t e r i s t i c s i nc u r r e n t ，w h i l ew ea r ed e s i g n i n g a n dp r o d u c i n g ，t h ew a yo fh y d r a u l i cs y s t e md e p e n do ne x p e r i e n c ea n d a n a l o g y ，a n db ea s s i s t e db yt h ec o m p u t e rd e t e c t i o ns y s t e m ，a tl a s tu s et h e p r o t o t y p em a c h i n e t o t e s tt h e h y d r a u l i cs y s t e ma n df i n d t h e p r o b l e m s t h r o u g ht h et e s t i n ga n da n a l y s i s ，w ec a nf i n dt h em i s t a k ei nt h ed e s i g n ，s ow e c a ni m p r o v et h ed e s i g na n dc h o i c et h eb e t t e rp a r t s i nt h i sp a p e r ，t h ec a l c u l a t i o na n dm o d e ls e l e c t i o nr e p o r ti ss t u d i e do nt h e b a c k g r o u n do fp r 1o o ( 1o o t ) h y d r a u l i cc r a w l e rc r a n et h a ti s d e v e l o p e da n d p r o d u c e db yt e r e xt o p o w e r ( s h a n d o n g ) h e a v ym a c h i n e r ym a n u f a c t u r i n g c o ，l t d ( 1 ) r e s e a r c hv a r i o u sk i n d so fs l e w i n gm e c h a n i s ma n ds l e w i n gh y d r a u l i c s y s t e m ，a tm e a n t i m ec a l c u l a t i n ga n ds e l e c t i n gt h es l e w i n gh y d r a u l i cs y s t e mo f 1o o tc r a w l e rc r a n e ( 2 ) m e a s u r i n ga n da n a l y z i n g t h em a i nf a c t o r so fs l e w i n gh y d r a u l i c s y s t e m ，a tt h es a m et i m e ，g i v i n gs o m en e wr e q u i r e m e n tf o rt h ec o n t r o ls y s t e m a b o u ts l e w i n gm e c h a n i s mo fc r a w l e rc r a n e ( 3 ) t oi m p r o v et h ed e s i g no fs l e w i n gh y d r a u l i cs y s t e mo fc r a w l e rc r a n e ， a n da d o p tt h er e d u c t i o nt h e i m p a c ta n dw a v et ok n o wt h a tu s i n gp a r a l l e l d a m p i n gc o u l dr e d u c et h ec o n c u s s i o no fs l e w i n g i ns u m m a r y ，t h i sp a p e re x p o u n dt h a tt h ew a yo fh y d r a u l i cs y s t e mp r o j e c t c a l c u l a t i o na n ds e l e c t i o no fp a r t s t h e g o a l i st o p r o v i d e aw a ya b o u t h a b s t r a c t t h e o r e t i c a lb a s i sa n do p t i m i z a t i o nm e t h o do fi m p r o v e m e n ta n dd e s i g ni n h y d r a u l i cs y s t e mo fc r a w l e rc r a n e i nt h em e a n t i m e ，t a k et h ed a m p i n gv a l v e i n t ot h eh y d r a u l i cs y s t e mo fc r a w l e rc r a n e k e y w o r d s ：c r a w l e r c r a n e ；s l e w i n gm e c h a n i s m ；h y d r a u l i cs y s t e m ； c a l c u l a t i o na n dm o d e ls e l e c t i o n ；d a m p i n gv a l v e c a t a l o g c a t a l o g a b s t r a c t i 1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1t h es u m m a r i z eo f h y d r a u l i cc r a w l e rc r a n e 1 1 1 1 h y d r a u l i cc r a w l e r c r a n ec l a s s i f i c a t i o n 1 1 1 2h y d r a u l i cc r a w l e rc r a n ed e v e l o p m e n t 3 1 2c u r r e n ts i t u a t i o na n dd e v e l o p i n gt r e n do fh y d r a u l i cc r a w l e rc r a n e t e c h n i q u e z l 1 3p r i m a r yc o v e r a g eo f t h ea r t i c l e 6 1 3 1 b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo f t h ep a p e r 6 1 3 2 j o bc o n t e n t 6 1 4s u m m a r ys h o r tb r i e f 7 2 t h es l e w i n gm e c h a n i s ma n dh y d r a u l i ct h e o r yo fh y d r a u l i cc r a w l e r c r a n e 8 2 1t h es u m m a r i z eo fs l e w i n gm e c h a n i s m 8 2 1 1c l a s s i f i c a t i o no f h y d r a u l i cs l e w i n gm e c h a n i s m 8 2 1 2t h es l e w i n gm e c h a n i s mo f h y d r a u l i cc r a w l e rc r a n e 8 2 2 t h et h e o r yo fc r a w l e rc r a n eh y d r a u l i cs y s t e m 9 2 2 1t h et h e o r yo f p r l 0 0c r a w l e rc r a n eh y d r a u l i cs y s t e m 1 0 2 2 2t h et h e o r yo fc r a w l e rc r a n es l e w i n gh y d r a u l i cs y s t e m 12 2 3s u m m a r ys h o r tb r i e f 1 4 3 t h ep r o j e c tc a l c u l a t i o na n ds e l e c t i o no fp a r t so fh y d r a u l i cc r a w l e r c r a n es l e w i n gm e c h a n i s m 。1 5 3 1d e s i g np a r a m e t e ro fs l e w i n gs y s t e m 1 5 3 2t h ep r o j e c tc a l c u l a t i o no fr o t a t i o n a lm o m e n t u m 1 7 3 3t h ec h o i c eo fs l e w i n gm e c h a n i s mm o t o ra n dr e d u c e r 3 0 3 4s u m m a r ys h o r tb r i e f 3 2 4 t h et e s t i n ga n di m p r o v e m e n to fh y d r a u l i cc r a w l e rc r a n es l e w i n g m e c h a n i s m ： ：； 山东大学硕士学位论文 4 1t h e t e s t i n go fs l e w i n gm e c h a n i s m 3 3 4 1 1 t h et e s t i n gp l a n 3 3 4 1 2 t h et e s t i n gw o r k i n gc o n d i t i o n 3 4 4 1 3 t h et e s t i n gd a t ao u t p u t 3 5 4 1 4 t h ec o m p a r i n go ft e s t i n gd a t aa n dt h e o r yd a t a 3 6 4 2 t h ei m p r o v e m e n to fs l e w i n gs y s t e m 3 8 4 2 1 t h eh y d r a u l i ct h e o r yo f p a r a l l e ld a m p i n g 3 9 4 2 2 t h et e s t i n ga n dc h o i c eo fp a r a l l e ld a m p i n g 3 9 4 3 t h eb r a k es e t t i n g 4 2 4 4s u m m a r ys h o r tb r i e f 4 3 5 c o n c l u s i o n 4 4 5 1 t h ep a p e rc o n c l u s i o n 4 4 5 2v i s i o no f t h ef u t u r e 4 4 r e f e r e n c e 4 6 a p p r e c i a t i o n z l ； i l 第1 章绪论 1 1 液压履带起重机概述 第1 章绪论 1 1 1 履带式起重机的分类 履带式起重机是一种依靠履带装置行走的移动式起重机械，在港口、水电、 石油化工等行业有着广泛的应用【。液压履带起重机主要由臂杆部分、机台、行 走、起升和回转部分等组成，具体结构如图1 1 和1 2 所示。由于履带式起重机 具有起重能力相对较大、而接地比压小，转弯半径小，可带载行走以及工况组合 高度 图1 1履带式起重机主臂工况结构示意图 山东大学硕士学位论文 2 主交幅卷扬机 图1 - 2 履带式起重机塔式工况机构示意图 支撑 钢丝绳 一般情况下，可将履带式起重机分为：全开式液压履带起重机、全闭式液压 第1 章绪论 履带起重机和开闭式混合液压履带起重机三类。以上几种液压系统的应用范围各 不相同：一般在中小吨位的起重机中，由于开式系统具有安全性好、可拓展节能性 较好、成本低等优势而得到了广泛的应用；闭式液压系统具有电气控制性能好、结 构简单、易于布置等优点，但由于其安全性能受电控系统可靠性的限制且应用成 本较高，该类系统仅在国外一些企业的大吨位产品中应用较广；目前在国内外的大 多数履带式起重机生产商中，大吨位的履带起重机多采用开闭式混合的液压系 统，即回转等子系统采用闭式，而较为关键的起升系统绝大多数都采用开式液压 系统。 1 1 2 液压履带起重机的发展概况 我国的履带式起重机研制工作起于2 0 世纪8 0 年代，虽然发展历程还不足3 0 年，但却有着极高的发展速度。2 0 0 8 年，国内起重机行业的总销量超过3 0 0 0 0 台，其中履带式起重机的总销量达到1 5 0 0 台，同比增长高达1 11 之多【3 】。近年 来，随着中国城镇化进程的加速以及能源、风力、高铁等重大工程项目的纷纷上 马，强劲的市场需求必将引导着中国的起重机行业朝着大型化的方向发展。尽管 国内起重机行业有着良好的发展前景，但由于液压元件和电气设计软件等关键技 术的缺失以及创新能力的不足，己使不少业内人士察觉到了潜藏在起重机行业内 的危机。以履带式起重机为例，不足3 0 年的飞速发展历程，在造就国内一批知 名企业的同时，也形成了1 0 几家低水平制造企业。国内履带式起重机产品不仅 科技含量低于国外知名企业，同质化问题也较为严重。 除以上内部因素之外，起重机行业外部因素的变化所带来的影响也不容忽 视。随着国内市场的开放，该行业内的众多国际知名企业，如美国特雷克斯、德 国利勃海尔、美国马尼托瓦克的产品纷纷登陆中国市场，使原本已很激烈的市场 竞争变得更加残酷。这些公司的产品己形成系列化，不仅科技水平含量高于国内 产品，更是取得了较高的市场占有率1 4 j 。 以上诸多内外因素已给我国传统起重机行业的发展带来了巨大的挑战。鉴于 行业形势的紧迫性与严峻性，为了设计、生产出具有中国特色的高科技含量的产 品，提高产品在国内甚至国际市场的竞争力，国内相关履带式起重机企业纷纷加 大技术研发投入的比重，进行多种技术路线的突破性尝试，力争提高产品科技含 山东大学硕士学位论文 量，摆脱以往产品的低价位、低水平、功能满足型的低端形象。近年来，国内履 带式起重机行业在中小吨位产品上实现了突破，国产品牌的市场占有率较高，更 有部分企业的产品已经可以实现批量出口【5 1 。然而，由于国内相当一部分企业在 新技术应用上的准备不足，特别是液压泵阀等上游产业工艺质量水平的限制，在 大吨位产品的市场上，国产产品仍未能实现真正意义上的突破。为此，在新技术 工艺的应用、产品性能的提高以及零部件系列等方面取得实质性的突破，己成为 国内企业发展的首要任务。 1 2 液压履带起重机液压技术现状及发展趋势 随着国家工业经济建设的发展，特别是建筑和安装施工行业的发展，作为主 要施工设备的工程机械在国家建设中发挥着越来越重要的作用。由于液压传动具 有功率密度高，易于实现直线运动、速度刚性大、便于冷却散热、动作实现容易 等突出优点，因而在工程机械中得到了广泛的应用【6 】。据统计，目前9 5 以上的 工程机械都采用了液压技术，工程机械液压产品在整个液压工业销售总额中占 4 0 以上，现在采用液压技术的程度己成为衡量一个国家工业水平的重要指标 【7 】。最初，为了解决机械司机在回转转向时遇到阻力大，速度慢等问题，从而引 入了液压系统。液压技术发展大致经历了以下几个时期： ( 1 ) 初期发展时期2 0 世纪4 0 一5 0 年代是工程机械液压技术发展的初期阶 段。在这一时期，人们只是将简单的液压元件和液压系统应用到工程机械上，来 解决其它方式比较难以实现的问题( 如执行器的直线运动等) 。这一时期，由于各 种条件都不成熟，设备性能不高，所以整个系统的工作压力比较低，一般在2 7 m p a 。 ( 2 ) 高速发展时期展工程机械液压技术的应用在2 0 世纪6 0 年代进入了高速 发展时期。这一时期液压系统的主要特点是高速、高压化( 系统压力提高到2 0m p 。系统压力的提高使得液压传动功率密度大幅度增加( 如液压泵功率重量比由 5 0 年代的1 3k w k g 提高到了2k w k g ) ，液压元件的重量明显下降。液压技术的 应用逐渐由工程机械工作装置扩展到转向系、行走系、传动系和制动系。在这一 时期，人们研制出了全液压挖掘机和叉车等工程机械。液压技术趋于成熟【8 】。 ( 3 ) 重视环境时期由于泵的工作体积与吸、压腔的转换会导致容腔压力急剧 4 第1 章绪论 变化，而这个变化传给泵体就形成噪声。因此，高速、高压的结果必然导致噪 声。试验证明：液压泵压力或排量每增加一倍，其噪声约增加1 0 d b ，泵转速每增 加一倍，其噪声约增加6 d b ，因此液压系统噪声限制了液压传动功率密度的进一 步提高【8 】o 在2 0 世纪7 0 年代初、中期，工程机械液压技术研究主要围绕降低液 压系统及整机的工作噪纠9 1 。 ( 4 ) 重视可靠性时期由于工程机械大多数是野外作业的施工机械，其液压系 统经常受到尘埃、振动、高低温、风雨雪、臭氧等的侵袭，造成液压油污染、引 发故障。据统计，工程机械液压系统发生故障的最大原因来自于液压油的污染， 约占液压系统故障的7 0 - , 8 5 。因此在2 0 世纪7 0 年代后期，降低工程机械液 压系统污染，提高系统可靠性成为这一时期的主要研究课题。 ( 5 ) 电子、计算机技术与液压技术相结合时期进入2 0 世纪8 0 年代，随着电 子技术的迅猛发展，单片机开始运用到工程机械控制中。人们把采用高速开关阀 和步进电机拖动的数字阀的脉宽调锘i j ( p w m ) 型电液伺服系统和数字增量控制( i d 型电液伺服系统应用到了工程机械液压系统上，提高了液压系统的效率，降低 了生产成本。2 0 世纪9 0 年代，计算机技术得到了长足的发展，使现代控制理论 在液压系统中得以运用，促进液压应用技术的迅速发展。单片机控制发动机功率 调节，以及变量泵及变量马达的排量调节，大大提高了液压履带起重机回转液压 系统的效率。同时，人们成功研制了智能型液压履带起重机，使起重机的作业精 度及发动机的功率利用率有了显著提高。计算机技术在液压技术中的应用标志着 现代工程机械液压传动和液压控制的最高水平1 1 0 ，1 1 】。随着计算机技术与液压技术 结合的不断发展，计算机系统在起重机的性能检测应用得到不断深入。在计算机 技术的应用支持下，液压系统计算机检测日趋成熟，在液压系统设计的过程中所 起的作用越来越大。 ( 6 ) 未来的发展方向就目前情况看，如果没有重大的技术突破和材料工艺革 新，液压技术将会在现有的基础上进行逐步的优化和完善。主要集中在以下几个 方面：第一，减少能耗。目前的重要问题是容积损失和机械损失上，如果能解决 这个问题，液压效率将得到显著提高。第二，被动维护转变为主动维护。需要从 现有的故障拆修转变为通过计算机控制系统提前发现隐患，预先处理，从而避免 事故的发生，降低使用和保养成本。第三，进一步深入机电一体化。开发高集 山东大学硕士学位论文 成、智能化，且轻小型的液压元器件，提高计算机在控制和检测方面的应用，全 面提高起重机的安全性和工作效率。 1 3 本文工作的主要内容 1 3 1 选题的背景和意义 本文题目来自t e r e x 拓能( 山东) 重型机械制作有限公司的p r l 0 0 全液压 履带起重机实际研发制造项目。 目前对于履带起重机液压系统以及各元件的选型，都是采用经验公式或类比 的方法，在设计完成后需经系统装配、整车试运行后方可得知液压系统设计选型 的合理性和优劣性。如果发现设计选型不合理，则需优化设计并二次选型，造成 设计周期过长、效率低、设计生产成本高等问题，情况严重的还会在样车实验时 损坏元件甚至结构，带来较大的安全隐患，造成不必要的损失。因此如何保证设 计选型的正确性和合理性以及优越性，从而减少设计的盲目性，确保试车时的安 全性和稳定性，并缩短设计周期，提高经济效益。 在履带起重机液压系统的设计选型过程中不仅要考虑静态特性，而且也要考 虑到液压系统的动态特性是否满足要求。但初步的工程计算和理论分析计算是所 有设计的基础和前提，这些计算也决定了整个设备的基本性能和指标，合理正确 的计算选型也决定了该设备的经济性和先进性。当然，再附加以计算机检测将更 好的进行修正和改进。本文的内容就是基于以上思想，以履带起重机回转液压系 统为研究对象，进行工程计算和设计选型，并进行检测优化。 1 3 2 工作内容 本文研究工作主要内容包括： ( 1 ) 液压履带起重机回转液压原理设计本文对回转机构的工作原理及特点进 行分析，深入分析l o o t 级液压履带起重机液压回转机构，对其液压原理开展设 计。 ( 2 ) 回转机构计算与选型以l o o t 履带起重机为算例，计算履带起重机回转 阻力矩，在液压原理图的基础上，选择合适的机构及液压元件，并进行液压系统 的匹配计算。 ( 3 ) 回转液压系统改进设计结合计算机等检测设备，对回转系统进行动态测 6 第1 章绪论 试，并将测试数据与理论计算数据相对照，以验证设计选型。同时，通过实验对 回转液压系统原理进行并联阻尼阀的改进设计，分析、比较改进前后回转机构的 液压动态特性，进一步优化设计阻尼阀的直径。 1 4 本章小结 本章为论文的绪论部分，其首先介绍了液压履带起重机的发展简史，及各类 型履带起重机的分类。其次，重点介绍履带起重机的液压技术的应用现状，及未 来的发展趋势，分析了起重机在设计生产中存在的一些不足。最后，根据实际工 作需要，提出了本文研究的目标和方向。 7 山东大学硕士学位论文 第2 章液压履带起重机回转机构及其液压原理 2 1 液压驱动回转机构概述 目前工程机械中为了提高工作效率和机动性，一般都有回转机构。工程机械 回转机构，一般情况下回转机构的运转在主机工作周期内占有较大比例。例如液 压挖掘机回转动作占整个工作周期时间的5 0 7 0 。因其工作时间长，能量消耗 也较大，有的可占整机消耗的2 5 4 0 。在液压系统中，由于回转机构频繁起制 动，导致马达及主泵阀热量较大，有时占到了整机发热量的3 0 左右。而对于履 带起重机的回转机构，其回转工作时间较少，不占工作周期的主导地位，但是其 转动惯量大，运动冲击大，从而导致的液压冲击较大。所以，根据主机的性能要 求，合理设计回转机构的液压元器件系统，对提高起重机工作性能，增强安全性 和工作效率，减少发热量具有十分重要的意义【6 】。 2 1 1 液压驱动回转机构的分类 液压驱动的回转机构可分为全回转和半回转两大类【1 2 】。 ( 1 ) 全回转式液压回转机构该回转机构能够进行多圈回转运动，大部分是采 用液压马达驱动。一种是使用高速液压马达，在工作应用中要结合使用减速机， 以降低输出到工作机构的转速，同时提高扭矩。它的优点是，便于和泵通用，同 时因其一级输出扭矩较小，在机械制动时所需要的制动扭矩也小。另一种是使用 低速大扭矩液压马达驱动的回转机构，此种马达多为斜盘径向柱塞马达。因其转 速低、输出扭矩大，可选配传动比较小的减速机，在很多情况下甚至可以直接驱 动回转机构的齿轮。这种传动方式结构相对简单，便于布置，但在外加机械制动 时需要较大的制动扭矩。 ( 2 ) 半回转式回转机构根据其结构特性，半回转机构只能进行小于3 6 0 0 的两 个方向的回转运动。这种回转机构多用于较小型的工程机械上，大吨位平板车和 全地面起重机悬挂装置的转向一般也采用半回转式回转机构，相对全回转式其成 本较低。 2 1 2 液压履带起重机回转机构 目前液压履带起重机的回转机构全部采用全回转液压马达驱动式，如图2 一l 8 第2 章液压履带起重机回转机构及其液压原理 所示。当前驱动装置都采用高转速液压马达6 ) 与大传动比减速机5 ) 配合来驱动小 齿轮4 ) 旋转。减速机上小齿轮与回转支承上的大齿轮3 ) 啮合推动来实现上车机台 的回转。此种回转机构的优点是可实现微小转动操作，便于上车机台的回转定 位。根据设计布局的需要，该回转结构有两种组合方式：减速机齿轮与回转支承内 啮合布置、和减速机齿轮与回转支承外啮合布置。l o o t 级以上的履带起重机因其 上车机台体积大，负载重量大一般选用外啮合方式。外啮合布置设计相比内啮合 具有布置空间宽裕，可选用大扭矩减速机驱动等特点。目前，履带起重机正向大 吨位，高重量方向发展，需使用双驱动机构等配置，来实现更大的回转驱动力。 目前，国际上在2 0 0 t 1 0 0 0 t 级的履带起重机上基本都使用单泵源驱动双回转减速 驱动机构来实现回转工作。 1 ) 2 )3 ) 4 )5 ) s ) 1 ) 2 ) 3 ) 4 )5 ) 6 ) ( i ) 内啮合( b ) 夕 啮合 1 机台2 回转支承内罔3 回转支承外圈4 小齿轮5 回转减速机6 回转马达 图2 - 1履带起重机回转机构简图 2 2 履带起重机液压系统原理 液压驱动【1 3 1 是指液压泵将发动机、电动机或内燃机输出的机械能转化为液压 能，通过控制阀、管道传递给液压马达，使马达能够保持一定的转速去克服负载 所引起的扭矩，将液压能转化成为机械能，带动车轮或者履带等行走装置转动， 实现车辆行走的目的【1 4 】。液压驱动技术的优点主要是：实现在设定区间内的无级 调速，使起重机各项动作的传递更加平顺、均匀；使整个系统统一化，便于实现 整车能量平衡和过载保护，增强系统的安全性和操作的舒适性。同时由于液压系 9 山东大学硕士学位论文 统各元器件及执行机构可分别布置，实现多种配置方案，推动了主机朝多样性和 个性化方向发展。 2 2 1p r l0 0 液压履带起重机中液压系统原理 我公司开发制造的p r l 0 0 t 履带起重机液压系统采用博世力士乐公司双泵 a 8 v 0 1 0 7 泵控液压系统。双主泵为带有两组轴向锥形旋转组件的斜轴式变量泵， 最大排量为1 0 7 m l r ，辅助驱动安装轴向泵和齿轮泵，如图2 2 。双泵都具有恒功 率带压力切断功能，当系统压力在压力切断阀设定值以下时，恒功率控制阀能够 根据外负载变化，通过负载传感油路调节泵的排量，调节每台泵的输出功率为恒 定值。当系统工作压力大于压力切断阀设定值时，压力切断阀直接对主泵进行排 量控制，实现压力切断。两台泵的变量机构受两个回路中的压力之和控制，当压 力变化时，两泵的斜盘摆角变化相等，输出流量相等，使得两台泵输出功率的总 和为定值，是典型的总功率控制泵控系统【1 7 】。 l 耳一一 舢 1 液压变量泵2 恒功率控制阀 图2 2 履带起重机回转机构简图 分功率调节变量系统只是将两个恒功率液压泵简单地连接起来，一般情况 下，单个液压泵的额定输出功率为发动机输出功率的4 0 。如图2 3 ，发动机输 出的总功率只有当每个液压泵都在其各自的工作压力范围内，即p o 4 ) 5 ) 6 7 ) 8 )9 1 0 ) 1 主泵2 泵控制阀3 缓冲阀4 补油溢流阀5 溢流阀 6 涟芯7 补油泵8 自由滑转阀9 马达l o 炜0 动器 图2 7 单泵供油闭式回路 2 3 本章小结 本章总体介绍了液压履带起重机液压系统工作原理及组成，重点介绍了 p r l 0 0 履带起重机回转机构的分类及液压工作原理。分析了几种目前回转机构液 压系统常用的原理，并结合实际设计生产目标，设计提出了相应的液压系统和回 转系统。 1 4 第3 章液压履带起重机同转机构工程计算与选犁 第3 章液压履带起重机回转机构工程计算与选型 在p r l 0 0 液压履带起重机完成初步结构设计和液压原理设计后，我们根据相 关数据进行回转系统的工程计算汹捌。 3 1 回转系统设计参数 3 1 1 整机性能参数 表3 - 1p r l 0 0 整机性能参数 主臂工况1 0 0 x 4 最大起重能力( t x m ) 塔式工况 1 5 3 x 1 4 0 主臂工况4-45 工作幅度( m ) 塔式工况 10 - 3 6 7 主臂1 2 5 7 起重臂长度( m ) 副臂 1 9 6 2 3 4 6 2 主臂工况 5 5 最大起升高度( m ) 塔式工况 7 5 主臂工况 1 1 0 最大起升速度( m m i n ) 塔式工况 1 1 0 行走速度( k m h ) o 1 5 回转速度( r m i n ) 0 1 4 根据利用等级和载荷组合状态确定工作级别【1 6 l ，根据起重机设计手册 p 8 “流动式起重机整机工作级别( i s 0 4 3 0 1 2 ：1 9 8 5 ) ”取整机工作级别为a 3 。 参照“臂架式起重机整机及机构工作级别”，各机构工作级别划分如下： 1 5 山东大学硕士学位论文 3 1 2 各部分重量、重心 以回转中心与地面交点为坐标原点，回转轴线为z 轴，向上为正，地面上与 履带平行的直线为x 轴，驾驶室方向为x 轴的正方向：与x 轴垂直的直线为y 轴，x 、y 、z 轴构成右手系。 表3 2 不回转部分重量及重心 3 1 3 各部件迎风面积、风力及风心 平行风：风从变幅平面由平衡重方向向前吹 垂直风：风向垂直于变幅平面 工况： ( 1 ) 工作状态：平川z - - 肭，兰且。- 升。一q 2 1 2 5 n m 2 注：见g b 3 8 1 1 8 3 第1 3 页的注 彤= c a q ， ( 3 - 1 ) ( 2 ) 非工作状态，平行风和垂直风的计算风压均取q = 6 0 0 n m 2 眯= k c a q m ( 3 - 2 ) 各符号的详细意义见g b 3 8 1 1 8 3 第1 3 页到第1 6 页。 1 6 第3 章液压履带起重机回转机构t 程计算与选型 表3 - 4 不回转部分 3 2 回转力矩工程计算 根据回转阻力矩的计算16 1 ，起重机回转时需要克服的回转阻力矩r ： t = 乙+ 乙+ + 气 式中 乙- 回转支承装置中的摩擦阻力矩； ( 3 3 ) 1 7 山东大学硕士学位论文 瓦- 坡道阻力矩； 巧一- 风阻力矩； 乃一惯性阻力矩，仅出现在回转制动和起动时。 因此计算回转阻力矩必须计算出以上四种力矩。 3 2 1 摩擦阻力矩t m 我们选用三排滚柱式回转支承： t m = l o d e n ( 3 4 ) 式中 国一回转阻力系数，滚柱式c o = o 0 1 2 d 一滚道中心直径，1 9 = 1 4 m n 一全部滚柱所受的总压力，上车总重为5 1 2 9 3 5 n 。 3 2 1 1主臂工况 最短臂架( 1 2 m ) 组合起吊1 0 0 t 和最长臂架( 5 7 m ) 组合最大幅度4 0 5 m 起吊1 6 t 工况和最长臂架( 5 7 m ) 组合最小幅度1 1 7 m 起吊1 9 4 t 工况。 最短臂架组合为3 6 2 0 9 n + 拉索1 0 6 9 n - - 3 7 2 7 8 n ： 最长臂架组合为8 4 9 8 1 n + 拉索8 1 1 9 n - - 9 3 1 0 0 n 。 ( 1 ) 起吊1 0 0 t 时： e n = 1 0 0 x 9 8 1 x 1 0 3 + 5 1 2 9 3 5 + 3 7 2 7 8 = 1 5 3 0 6 0 8 n 1 5 3 1 x 1 0 4 n t m ：i ，t o d z n ：0 5 o 0 1 2 1 4 1 5 3 i x l 0 4 ：1 2 8 6 1 0 4 n m ( 2 ) 起吊1 6 t 时2 e n = 1 6 x9 8 1 1 0 3 + 5 1 2 9 3 5 + 9 3 1 0 0 = 6 2 1 7 3 1 n 6 2 2 1 0 4 n t m = 1 1 t o d zn = 0 5 0 0 1 2 1 4 6 2 2 1 0 4 = o 5 2 2 5 1 0 4n m ( 3 ) 起吊1 9 4 t 时： e n = 1 9 4 9 8 1 1 0 3 + 5 1 2 9 3 5 + 9 3 1 0 0 = 7 9 6 3 4 9 n 7 9 6 4 1 0 4 n t m ：1 c o d n ：0 5 o 0 1 2 1 4 7 9 6 4 1 0 4 ：0 6 6 9 1 0 4 n m 1 8 第3 章液压履带起重机同转机构工程计算与选型 3 2 1 2 塔式工况 最长主副臂工况：4 3 8 m + 3 4 6 2 m 总重为1 2 x 1 0 4 n 计算最大幅度下3 6 7 m 最大起重量3 9 t 及最小幅度下1 4 m 最大起重量1 0 7 t ( 1 ) 起吊3 9 t 时 z n = 3 9 x 9 8 1 1 0 3 + 1 2 1 0 4 + 5 1 2 9 3 5 = 6 7 1 1 9 4 n 6 7 1 2 1 0 4 n t m = l t o d n = 0 5 0 0 1 2 1 4 6 7 1 2 1 0 4 = 0 5 6 3 8 1 0 4 n m ( 2 ) 起吊1 0 7 t 时 z n = 1 0 7 x9 8 1 1 0 3 + 1 2 x1 0 4 + 5 1 2 9 3 5 = 7 3 7 9 0 2 n 7 3 7 9 x1 0 4 n t m = l a ) d n = 0 5 0 0 1 2 1 4 7 3 7 9x 1 0 4 = o 6 2 1 0 4 n m 3 2 2 坡道阻力矩功 起重机回转平面与水平面成日角，在回转时产生的坡道阻力矩【16 】t p ： 乙= g ，s i n 0s i n p t = l 式中g f 起重机各回转部件质量的重力( n ) ； t 一各部件重心至回转轴线的距离( m ) ； 9 一坡道角度； l f ，一起重机回转角度。 当g = 9 0 。或2 7 0 。时，坡道阻力矩最大： 乃懈2 g ，s i n 0 l = 1 臂架回转时，乙随回转角l f ，不断变化， 阻力矩为： ( 3 5 ) ( 3 - 6 ) l f ，由0 。转至9 0 。或1 8 0 。的等效坡道 踟7 嘞矿o 7 g j ，s i n 0 ( 日= 3 。) ( 3 - 7 ) j = 1 乙= o 0 3 6 6 g ， t = l ( 3 - 8 ) 1 9 山东大学硕士学位论文 3 2 2 1主臂工况 ( 1 ) 主臂1 2 m 、r = 4 m 、吊重l o o t 时 主臂的重量：3 6 2 9 t ，重心到回转中心的距离：2 6 1 m ； t o = 0 0 3 6 6 x ( 3 6 2 9 x 2 6 1 + 1 0 0 x 4 5 2 2 8 7 x 3 0 9 5 ) x 9 8 1 x 1 0 3 =