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q y 2 5 型汽车起重机设计 摘要 在我国，汽车起重机的发展已有五十年的历史了，由1 受到客观条件的限 制，一度发展较慢。进入九十年代发展迅速，但与国际先进水平还相差很远， 主要表现在产品质量的稳定性、自动化、智能化等方面。 本文对于q y 2 5 型汽车起重机的设计进行了研究，就汽车起重机主要机构如 起升机构、回转机构、伸缩机构的型式及计算方法做出了论述，对影响起重机 性能的三铰点布置进行了优化，用v b 语言对计算繁琐的起重机桥荷、稳定性 决定起重量、最大支腿反力的计算进行了程序编制，对确定中、小型汽车起重 机设计方案，具有很强的现实意义。 关键词：汽车起重机：伸缩机构：三铰点 里! ! ! 型壅兰塑里! ! 堡! ： a b t r a c t t h ed e s ig na n dp r o d u c t i o no ft h et r u c kc r a n eh a v em oret h a n5 0y e a r s h is t o r yi nourc o u n t r y t h ed e v e l o p m e n to ft r u c kc r a n e ，h o w e v e r ，w a s s 1 0 wa st h ew e l 】k n o w nr e a s o n s i a c e1 9 9 0 s ，i tw a sa c c e l e r a t e dino u r c o u n t r y ， b u tt h ep r o d u c t s s t i l lc o u i dn o tr e a c ht h ea d v a n c e d i n t e r n a t i o n a i l e v e li nt h eq u a l i t ys t a b i l i t y ，a l l t o m a t i o n ， a n d i n t e l li g e n t i nt h isp a p e r 。t h ed e s i g no fq y 2 5t r u c kc r a n ei ss t u d i e d i nd e t a i1 - t h ed e s i g nm e t h o do fm a i nm e c h a n i s m so ft h ec r a n e ，w h i c hi n c l u d e st h e w i n c hs e c t i o n r o t a r yb e a r i n g ，a n dt h ee x t e n s i o ns e e t i o n ，isd e s c r i b e d t h el a y o u to fd i r e c t i n g ( t r i a n g l e ) t r i j o i n tm e c h a n is m ，w h i c ha f f e c t s t h ep e r f o r m a n c eo fcraneg r e a t l y ，i so p t i m i z e d a tt h es a m et i m e ，t h e l o a do fa x l e s t h er a t e dl o a dc a p a c i t yw h i c hd e p e n d so nt h et i p p i n g s t a b i l i t yo ft h ecranea n dt h em a x i m a ls u p p o r tf o r c eo ft h eo u t t r i g g e r s arec a l c u l a t e db yt h ev bp r o g r a m s a l lt h er e s e a r c hw o r k sg i v ea l o t o fa d v i c e sf o rm i d d l ea n dm i n it r u c kcraned e s i g n ，w h i c hw il lh a v eg r e a t a p p l i e a t i o nb a c k g r o u n d ， k e y w or d ：tr u c ko r a r l ed e s ig n ：e x t e n s i o ns e c t io r l ：i r i j o in t m e c h a n is m q y 2 5 型汽车起重机设汁 1 绪论 1 1 概论 轮式起重机是工程机械产品中重要组成部分，它由于机动性好而被广泛应用 于矿山、建筑、港口、油田等领域。轮式起重机主要有3 种基本类型：汽车起 重机、轮胎起重机、全路面起重机。在国内市场上，随着国家扩大内需政策的 推动，投资的提高，个体和私营用户的壮大，2 0 0 1 年产品销量达5 2 0 8 台，销售 收入为2 0 8 5 亿元，2 0 0 2 年产品销量达8 0 0 0 台，销售收入接近3 0 亿元：在 国际市场上，仅北美、欧洲市场年销售额就达5 4 亿美元，可以说市场巨大。 1 2 国内外轮式起重机发展概况和发展趋势 1 2 1 国内轮式起重机发展现状： 我国在1 9 5 7 年生产第一台5t 机械式汽车起重机到现在已有5 0 年历史， 它的生产大致经历了以下几个阶段：1 9 5 7 1 9 6 6 年以生产5t 机械式汽车起重 机为主；1 9 6 7 1 9 7 6 年以生产1 2t 以下小型液压汽车起重机为主：1 9 7 7 1 9 9 6 ， 1 6 5 0t 中大吨位液压汽车起重机产品发展较快。 自1 9 7 9 年开始，我国采用进口汽车底盘和关键液压件自行设计生产出了 6t 、2 0t 液压汽车起重机之后，国内一些起重机生产厂家采用技贸结合方式， 分别引进日本多田野、加藤、美国格鲁夫和德国利勃海尔、克虏伯的起重机产 品技术，以合作生产的方式相继制造出2 5t 、3 5 t 、4 5 t 、5 0 t 、8 0t 、1 2 5 t 汽车起重机和2 5t 越野轮胎起重机以及3 2t 、5 0 t 、7 0t 全路面起重机。 这些企业经过多年来对引进技术的消化、吸收、移植，使国产轮式起重机某些 新产品的性能水平达到了国际8 0 年代初的水平，产品产量也逐年有所提高。 由于受客观条件的限制，当年的技术；l 进主要着重体现在技术软件的引进 ( 如产品、图纸、工艺等) ，而没有引进全套的先进加工设备，没有与相关的 配套件的引用同时进行，因此国内跃时问不能提供高质量、高性能的基础配套 件( 如液压元件，电子元件等) ，到了9 0 年代我国轮式起重机的技术水平与世 界先进水平相比曾一度缩小的差距又拉大了。 当前，国内轮式起重机厂自行设计的产品技术水平大多还相当于国际7 0 年代初、中期水半，只有少数产1 品在吸收国外先进技术基础 ，经过更新换代 达到了8 0 年代初的水平。随着国家经济建设的蓬勃发展，幽家重点工程项目 q y 2 5 型汽车起重机设计 建设的纷纷上马，一些大型关键工程一般都采用国际公开招标方式采购机械设 备。国外新型轮式起重机和：手设备因此大量进入中国市场，使国内用户对国 外起重机性能、作业可靠性、效率等方面有了较深入的了解，从而也认识到国 产起重机无论在制造质量、外观造型方面，更主要的是在技术性能( 可靠性与 安全性、工作效率以及操作方便性、舒适性等) 方面与国外轮式起重机差距较 大。国内不少用户为了达到作业高效率以确保工期按时完成，宁可花较多的钱 购买进口起重机或购买国外二手起重机。这种形势下，国产轮式起重机当然面 临很大的冲击和压力。 目前国内轮式起重机产品差距主要表现在以下几个方面“： 1 质量稳定性差 部分产品发生早期故障多，保修期内返修率高。故障多发生在液压系统、 底盘、发动机与传动件上。液压系统渗漏问题普遍存在，其主要原因是制造、 装配工艺不良和密封件质量问题。国产汽车起重机平均无故障时间仅为9 3 4 h ， 最多的为1 8 5 h ，最少的为6 6 6 h 。整机工作寿命按主要零部件寿命计算，约为 2 0 0 0 3 0 0 0 h ，而国外同类产品一般可达到1 2 5 0 0 h 。 2 产品品种单一 轮式起重机是工程机械行业中的一个重要类别，其技术含量、机电液一体 化程度、对使用材料的要求和制造难度不亚于其他类型的工程机械。轮式起重 机按技术含量划分，全路面起重机产品最高，价格也相应高一些；越野轮胎起 重机产品次之，汽车起重机产品相对较低。当前全路面起重机产品、越野轮胎 起重机产：品己分别在世界三大市场( 欧洲、北美、日本) 占据了主导地位。国 内轮式起重机的生产主要仍以8 5 0t 汽车起重机为主，某些企业对全路面起 重机产品和越野轮胎起重机产品以及大吨位汽车起重机开发虽有一定研究，但 尚未形成商品供应市场。8t 以下微型起重机基本上是空白，而6 0t 以上大型 起重机产量有限，从而形成了一方面生产力过剩，另一方面许多重点工程所需 的大型起重机尚需进口的局面。 3 产品自动化、智能化 目前，国外已将自动化技术与机械传动技术相结合，将先进的微电子技术、 电力电子控制技术、液压技术、数据总线通信技术等应用到机械驱动和控制管 理系统，实现了自动化和半自动化控制，从而大大提高了起重机的安全性和可 靠性，并且降低了发动机油耗与排放值。国内产品在这方面差距较大，安全保 q y 2 5 犁汽车起重机设计 护方面的设备可靠性也较差。 4 材料方面 国内除部分j “品的某些结构采用了h g 6 0 或t i q 7 0 钢材外，广泛采用的材料 主要为q 2 3 5 、q 3 4 5 、q 3 9 5 等，而国外已广泛采用低合金高强铡和其它轻型材 料，并且正酝酿向超高强钢发展，所以国产轮式起重机一般显得笨重，性能也 受到较大影响。 1 2 2 国外轮式起重机发展过程及主要机种 轮式起重机最初是以诞生于1 8 6 9 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。充气轮胎式起重机是 2 0 世纪3 0 年代随着汽车工业的发展而出现的。 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6 0 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8 0 年代末，中小吨位的轮式起重机已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。 2 0 世纪6 0 年代末期，特别是从7 0 年代开始，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2 0 多年得到很大发展。 目前国外轮式起重机生产国主要有日本、美国、德国、法国、意大利等。 生产厂商有l o o 多个，最著名的仅有1 0 来家。世界轮式起重机市场主要划分 为以日本为主的亚洲市场、以美国为主的北美市场、以德国为主的欧洲市场。 亚洲约占世界年销售台数的4 0 ，北美和欧洲各占2 0 ，世界其它地区占2 0 。 日本市场“1 ：从年总产龟上讲，日本生产的轮式起重机居世界首位。在1 9 9 5 年4 月1 9 9 8 年3 月间，门本轮式起重机平均年销售晕为8 1 4 0 台，其中越野 轮胎式起重机约占日_ ：率= 市场的6 0 ，其次为汽车起重机，全路面起重机占比重 很小，但年销量在不断上升。 q y 2 5 型汽车起重机设计 美国市场“：美国是轮式起蕈机的生产大国，在起重机制造能力及规模上 腮世界首位。在美国市场上，越野轮胎起重机占主导地位，约占市场份额的6 5 ， 其次是l 业轮胎起重机和汽车起重机，全路面起重机所 与份额较小，不到1 0 。 德国市场“：德国是欧洲最大的轮式起重机生产。固，也是全路面起重机的 发源地，多年来他在开发大型、特大型轮式起重机方面一盲处于领先地位。 1 2 3 轮式起重机产品的发展趋势” 1 提高起重机的起重量 由于现代工程项目向大型化发展，所需构件和配套设备的重量在不断增 加，对超大型起重设备的需求也越来越多。在轮式起重机向大型化发展过程中， 德国始终处于遥遥领先的地位。现在，最大吨位的轮式起重机为德国利勃海尔 公司生产的l t m l l 0 0 0 d 型，最大额定起重量为1 0 0 0 t ，售价为5 5 0 万美元。 2 微型起重机大罱涌现 轮式起重机的微型化是适应现代建设工作的需要而出现的一种新的发展趋 势。走在前面的是日本的神户制钢公司，它于l o 多年前开发的r k 7 0 ( 7 t ) 型 是世界第一台装有下俯式臂架的“迷你”越野轮胎式起重机。目前，下俯式臂 架己成为“迷你”起重机的重要标志。 3 混合型起重机在发展 混合型起重机是为了特定用途而开发出来的。如利勃海尔公司生产的 l t l l l 6 0 型越野轮胎起重机就是为了维修庞大的斗轮挖掘机而专门研制的。德 马格双桥a c 2 5 ( 2 5 t ) 全路面起重机，结构非常紧凑，车身长9 m ，非常适应城市 狭窄地段工作，所以又被称为城市型起重机。 4 伸缩臂结构不断改进” 利勃海尔公司于9 0 年代中期推出的l t m l 0 9 2 2 ( 9 0 t ) 和l t m l l 6 0 2 ( 1 6 0 t ) ， 装有6 节6 0 m 主臂，采用了装有“t e l e m a t i k ”单缸自动伸缩系统的椭圆形截面 的主臂。这种椭圆形截面的主臂对静、动念应力的适应性很强，有利于吊臂定 心，并且抗扭曲变形能力得以增强，对减轻重量和提高起重性能具有良好的效 果。“t e l e m a t i k ”单缸伸缩系统j 三要南1 个双作用伸缩液压缸、1 个与液压缸底 座连锁的气动夹紧装置、将各节臂自：相连锁的气控臂架锁定销和电子传感系统 等部件组成。 5 数据总线系统锝到应用 q y 2 5 型汽车起重机设计 利勃海尔公司的l t m l 0 3 0 2 ( 3 0 t ) 是世界上首台装有数据总线管理系统的高 技术烈桥仝路i 斫起重机。它采用c a n b u s ( 现场总线) ，进辛r 发动机传动系齐 功能块之间的数据传输与l 包子控制。同时c a n b u s 总线以及电气、液压、臂k 和风力等数据又输入到l s b ( 利勃海尔系统总线) 控制装置中。l s b 控制装置 是l ic c o i l 起重机控制系统的组成部分，可用于对整个系统的数字流程和豁摔 特性进行编程。采用控制总线管理系统n 降低发动机油耗及排放值，大大简化 布线，提高整机可靠性与维修方便性。 6 静液压传动起重机进入市场 采用静液压传动，安装的上车发动机即可以用来驱动起重机上车各工作装 置，又可以用来驱动行走装置。此外将发动机横放在上车操纵室后面，使其起 到整体式配重的作用。 7 一机多能，扩大工作范围 意大利马奇蒂公司于1 9 9 5 年推出的m g l o 2 8 ( 1 0 t ) 越野轮胎起重机，使用吊 钩时成为1 0 t 起重机；安装起重叉后成为2 5 t 级伸缩臂义车；安装取人作业 平台后成为高空作、i k 车。 1 3 轮式起重机现代设计方法概述“ 随着计算机技术的广泛应用和系统工程、优化工程、价值工程、人机工程 等现代设计理论的不断发展，促使许多跨学科的现代设计方法出现，使起重机 设计进入高质量、高效率的阶段。 l ，计算机辅助设计( c a d ) 计算机辅助设计是随着计算机及其外围设备发展而迅速形成的一门新兴的 现代设计方法。它的发展与应用，对提高设计质量和效率、提高产品的市场生 存和竞争力发挥f 分明显的作用。电子技术和计算机技术的发展使计算机辅助 设计硬件设备性能得以提高，各种硬件设备不仅已形成了产品，而且已成为c a d 的一般配置。目前，计算机辅助设计方法已成为工程技术人员进行创造性设计 活动不可缺少的手段。 2 模块化设计 模块化设计是根据模块化原则，设计一些基本的模块单兀，通过不同的组合 形成不同的产品，以满足用户的多种需要。起重机模块化设计以功能分析为基 础，将起重机上同一功能的基本部件、元件、零件设计成具有不i u j 用途、不同 功能的模块，这些模块具有相同的连接要素，可以q 换，选用不同的模块进行 组合可形成不同类型和规格的产品。 3何限元设计 q y 2 5 型汽车起重机设计 有限元设计是根据变分原理求解数学、物理问题的一种数值计算方法。它能 秘体、令面、多功能随意组合，进行静力、动力、电场、磁场等分折。对完成 结构复杂的系统分析卜分仃效，现已在起重机结构计算中应用。 4 优化设计 优化设计方法可根据，。品要求，合理的确定和计算各种参数，以期达到最佳的 设计目的。 5 、动态仿真设计 国外近年来在起重机设计中采用了动态仿真设计的新方法，即用计算机对机 构与结构在各种工况下承受载荷进行运行状态随时问变化过程的仿真模拟，得 到仿真输出参数和结果，以此来估计和推断实际运行的各种数据，并在对起重 机进行动态分析计算时采用。 1 4 课题背景 国内汽车起重机在经历了1 9 9 3 年的巅峰之后，从1 9 9 4 1 9 9 6 年连续三年产 销下滑，企业的订货量和销售收入严重滑坡。1 9 9 7 1 9 9 8 年下滑势头停止，并出 现了缓慢同升迹象。1 9 9 9 年以来，在国家扩大内需政策的指导和拉动下，轮式 起重机行业出现了较快的增长势头。1 9 9 9 2 0 0 1 年销售收入增长丁2 2 ，产量 增长了1 8 ，预计到2 0 0 5 年国内需求量将达到5 0 0 0 台左右。分析近几年市场需 求情况，8 t 产品增长幅度不大，1 6 t 、2 5 t 、5 0 t 销量2 0 0 0 年比2 0 0 1 年分别增 长了3 3 2 、6 2 8 、1 0 1 6 ，这说明市场将更多的需求中大吨位的汽车起重机。 为了增加产品的竞争力，锦州重型机械股份有限公司决定研制新型2 5 t 汽车起 重机。新型起重机的特点主要体现在如下几方面： 1 吊臂采用易于定心、对腹板抗失稳能力、抗扭曲变形能力强的大圆角六边 形截面； 2 转台采用立板加筋结构；这种结构在满足强度要求的同时减轻了重最，提 高起重性能，使材料的机械性能得到进一步利用； 3 ，采用前悬下沉全景驾驶室专用汽车底盘。这种底盘车身长，适合较长吊臂 的布置( 吊臂的增长，使整机的起升高度增加) ，且乘坐舒适、视野开阔： 4 液压系统增设回转制动阀、液压先导控制阀、液控操纵回路，使回转抗冲 击能力增强、操纵更加方便： 5 液压辅件采用新型锥面密封与0 型圈相结合的双重密封，提商管路密封寿 命： q y 2 s 型汽车起重机设计 6 利用现代设计方法和手段。开发、编制相关的计算软件提高设计质景和 效率，缩短，一：品研发周期。软件要有良好的通用型，已适应其他吨位产品的 开发。 15 课题任务 本课题旨在完成设计任务的同时，开发出易于使用的汽车起重机机构设计 的计算软件，主要有以f 几个功能： 1 起重机整机及桥荷计算 2 三铰点的计算 3 稳定性决定起重量计算 4 最大支腿反力计算 另外，根据超重机设计规范，对起升机构、回转机构、臂架强度、伸缩油 缸的稳定性等进行设计计算。 q y 2 5 型汽车起重机设计 2 技术参数的确定 2 1 主要性能参数“”“2 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 包括起重量、工作幅度、起重力矩、起升高度、工作速度、自重、通过性能等。 1 额定起重量：汽车起重机额定起重量是在各种工况下安全作业所容许起 吊重量的最大质量值，包括取物装置重量。 2 工作幅度：在额定起霾量卜，起蕈机同转中心的轴线距吊钩中心的距离。 工作幅度决定起重机的工作范围。 3 起重力矩：起重机的工作幅度与相应起重量的乘积为起重力矩，它是综 合起重量与幅度两个因数的参数，能比较全面和确切地反映起重机的起重能力。 4 起升高度：吊钩起升到最高位置时，钩口中心到支撑地面的距离。在标 定起重机性能参数时，通常以额定起升高度表示。额定起升高度是指满载时吊 钩上升到最高极限位置时从钩口中心至支撑地面的距离。对于动臂式起重机，当 吊臂长度一定时，起升高度随幅度的减小而增加。 5 工作速度：汽车起重机的工作速度丰要指起升、同转、变幅、伸缩臂机 构及支腿收放的速度。起升速度指吊钩平稳运动时，起吊物品的垂直位移速度： 回转速度指起重机转台每分钟转数；变幅速度指变幅时，幅度从最大( 最小) 变到最小( 最大) 所用的时间；伸缩臂速度指起重臂伸缩时，其头部沿伸缩臂 轴线的移动速度。 6 自重：指起重机处1 二工作状态时起重机本身的全部质量，它是评价起重 机的综合指标，反映了起重机设计、制造和材料的技术水平。 7 通过性能：是汽车起重机正常行使通过各种道路的能力。汽车起重机通 过性能接近一般公路车辆。接近角、离去角、离地间隙越大，最小转弯直径越 小，说明整机通过性能越好。 2 2f l y 2 5 型汽车起重机参数确定 参考同吨位产品技术参数( 见表2 1 ) 及所选底盘的参数情况初定主要技术参 数为： 最大额定起重量( k n ) ： 2 5 0 q y 2 5 犁汽 = 起霓机设h 最大起重量力矩( k n m ) ： 基本臂长度( m ) ： 全伸臂长度( 1 1 1 ) ： 主臂节数： 副臂长度( m ) ： 主臂最大起升高度( m ) ： 主臂+ 副臂最大起升高度( 1 1 1 ) 同转速度( r m i n ) ： 支腿跨距( 纵横) ( ) ： 9 6 7 5 1 0 5 3 2 5 4 8 1 5 3 1 5 4 0 5 5 0 2 5 4 8 6 0 表2 一l ( t a b l e2 - l ) 产品型号q y 2 5 eq y 2 5q y 2 5 fq y 2 5 bq y 2 5q y 2 5 生产厂家徐重浦沅北起长起加藤 多田野 最大额定 2 5 0 2 5 02 5 02 5 02 5 02 5 0 起重量 ( k n ) 最大起重量7 3 59 1 5 37 3 58 8 27 3 5 力矩 ( k n m ) 起重臂节 434 4 4 4 数 起重臂长 1 0 2 1 0 2 9 9 1 0 1 0 2 1 0 0 度 3 1 52 5 5 3 0 1 33 13 1 53 1 0 ( m ) 副臂节数 1l llll 副臂长度7 57 37 58 7 ，5 t m ， 主臂最大起3 1 52 5 53 03 0 7 3 0 2 升高度( m ) 副臂最大3 93 2 4 8 3 683 8 6 53 7 起升高度 ( m ) 9 q y 2 5 型汽车起重机设计 回转速度0 3o 2 40 2 5 0 1 50 30 3 2 ：r m i n ) 起升速度0 9 00 6 40 8 3 2 0 3 0 9 5 ( m m i n ) 支腿型式 双h双t t双h双h双h双h 支腿跨距4 8 x6 05 1 6 594 7 2 5 65 0 5 5 7 4 6 4 5 ( 纵5 6 横) ( m j 外形尺寸 1 2 3 8 1 2 7 2 1 1 9 9 1 1 9 1 1 9 3 5 ( 长宽 2 5 2 5 2 5 2 5 x2 4 9 高)3 53 33 6 73 3 63 3 7 ( m ) 整机重量 2 6 42 7 32 6 3 62 9 92 6 4 9 ( k n ) o q y 2 5 型汽车超重机设计 3 选择底盘 3 1 汽车起重机底盘类型 汽车起重机底盘按总体性能可分为通用汽车底盘、专用汽车底盘二种。通用 汽车底盘( 图3l a ) 指通用汽车的二类底盘。由于原汽车车架的强度和刚度满足 不了起重机在起重作业时的要求，故需要在原汽车底盘上增设带有固定支腿和 川转支撑连接的副车架以实现对上车的支 撑，所以整个起重机的重心较高，重量也较 大，从而导致整机性能下降。但由于通用底 盘的价格较低，在中小吨位的汽车起重机上 比较常用。 专用的汽车底盘是按起重机要求专门 设计制造的。专用底盘轴距较长，车架刚性 好，其驾驶室的布置有三种形式，一是正置 驾驶室( 与通用汽车一样) ，如图3 一l a ，一： 是侧置的偏头式驾驶室( 图3 一l b ) ，三是前 悬下沉式驾驶室( 图3 1 c ) 。正置平头驾驶 舄 奇 餐岛静 醭蓼丽 c 室的汽车起重机行驶状态，臂架放置在驾驶室图3 1 底盘类型图 上面，所以整车重心较高；侧置偏头式驾驶f i g 3 1c h a s s i st y p e 室的汽车起重机，其臂架位于驾驶室侧方，行驶状态整机重心大大降低，但驾驶 室视野不良；前悬下沉式驾驶室的汽车起重机，尽管臂架置于驾驶室上方，但 臂架位置不高，故起重机重心低，其驾驶室悬挂在前桥前面，使车身较长，适 合使用较长臂架，且乘坐舒适、视野开阔：不足之处在于驾驶室悬挂在前桥前， 故前桥轴荷大，同时使车身增长，接近角减小，通过性稍差。 3 2 底盘的选择和承载力的计算 3 2 1 底盘的选择 汽车起重机选用通用底盘时，要根据通用载重汽车的承载能力和最大总质 吊来选择。中、小型汽车起重机总质晕分别约为1 2 0 1 口1 4 0 的起重最，即将汽 车满载后的总重最乘上0 7 0 0 8 3 得剑的数值为改装后的起重机最大额定起重 q y 2 5 型汽车起重机设计 帚。为了保持原车轴荷的合理分配，在总布置时可通过改变i ：车三铰点位置及 眦重的重量和距回转巾心的位置来调整。 当选用专j f j 底盘时，按起重机总质量和底盘的桥荷来确定桥数，按发动机 取力器扭矩来选择传动系各总成。专用底盘的变速箱、传动轴、主传动和桥箱 一般部选用现有的通用汽车底盘郝件。汽车起重机的桥倚受到道路、桥梁标准 的限制。在一般双桥起重机底盘中，若前后桥都是单胎，则前、后桥荷各为总 重的5 0 ；若后桥为双胎，则后桥为7 0 的总重。在三桥汽车底盘中，取胎后双 桥总载荷为2 x 4 0 的总重，这主要是按轮胎数目来确定。 由r 本起重机要达到较高的起升高度需要较长主臂，故选用前悬下沉式驾驶 室底盘。考察国内底盘情况选用泰安汽车底盘厂生产的t a z 5 1 8 0 j 0 2 底盘，技 术参数为： 底盘型号：taz528ij02 驱动形式： 6 4 起重能力( k n 1 1 1 )2 5 x3 5 轴距(mm)4325+675 车辆( 长宽高) ( m m )1 0 2 6 0 x2 4 9 0 2 2 8 0 底盘整备质量( k g ) ( 含固定支腿箱) 1 1 2 0 0 桥荷分配：前轴( k g ) 4 3 0 0 中、后桥( k g ) 6 9 0 0 厂定最大总质量( k g ) 2 8 4 5 0 前桥最大允许载重质量( k g ) 6 5 0 0 中、后桥最大允许载重质量( k g ) 2 2 0 0 0 接近角离去角 1 6 。1 1 。 最高车速( k m h ) 7 0 最小转弯直径( 1 i t ) 2 4 额定功率1 7 5 k w 2 2 0 0 r p m 最大扭矩( n m r m i n ) 8 8 0 1 3 0 0 1 6 0 0 3 ，2 2 底盘承载力的计算 行驶状态整机重心及前、后桥荷计算 q y 2 5 汽车起重机布置如图3 2 ，其中o 、o 。分别为下车、上车的坐标系原点。 q y 2 5 型汽车起重帆设计 估算各总成的重量及在各自坐标系中的坐标。如表3 - t 、表3 2 。 图3 2q y 2 5 汽车起重机坐标系布置图 计算过程由所设计软件进行，程序框图见图3 3 。 参数输入 计算重心及桥荷 图3 3 整机重心及前、后桥荷计算程序框图 f i g 3 - 3t h eg r a y it yc e n t e r a x l el o a d sc a l c u l a t ef l o wd i a g r a m 参数输入对话框及计算结果显示见图3 4 。计算结果表明底盘承载能力满足 设计要求。 q y 2 5 型汽车起重机设计 图3 4 参数输入对话框及计算结果显示 f i g 3 - 4t h ed i a l o gb o x e sf o rp a r a m e t e ri n p u t r e s u l t so u t p u t 4 q y 2 5 型汽车起重机设计 总功率计算：( 参照图5 3 ) 泵排量分别为： q - = 1 0 0m l h q 2 = 6 3m l r q 3 = 3 2m l r q 4 = 1 0 m l r 主系统压力：p o = 2 1m p a控制回路系统压力：p l = 3m p a 泵的容积效率：q 。= 0 9 4泵的总积效率：n = 0 8 8 发动机最大输出转数：n = 2 2 0 0r m i n 取力器最大输出主h 矩t = 6 5 0 n m 、 取力器速比i = 0 9 7 双泵合流( q l = 1 0 0m l r 、q 2 = 6 3m l r ) 进行起升作业时所需功率最大，此时功率 为： p 1 2 【( q l + q 2 ) p o + q 4 p i 】1 0 n n ， 6 1 2r l 一 ( 1 0 0 + 6 3 ) 2 1 0 + 1 0 x 3 0 】1 0 3 2 2 0 0 0 9 7 6 1 2 0 8 8 = 1 2 9 ( k w ) 取力器输出功率为p = ( t n i ) 9 5 5 0 = ( 6 5 0 2 2 0 0 x 0 9 7 ) 9 5 5 0 = 1 4 5 ( k w ) 由于起重机工作所需最大功率取力器输出功率，故底盘桥荷及功率满足整机 要求。 q y 2 5 型汽车起重机设h 4 起重性能表的制定 汽车起重机的起重最是随着工作i 旧度的变化而变化的，它是南臂架强度干整 机稳定性两方面决定的。 4 1 臂架强度决定的起重量计算 计算臂架的强度常以其起升最大额定起重量为计算工况，求得基本臂在变幅 液压缸处的截面尺寸，其余臂节的截而尺寸“f 根据伸缩机构部件的情况选取。 当吊臂截面尺寸选定后，可根据不同臂长在一定的幅度下，按等应力原则求得 相应的起重量。臀架的作用载荷有“： 1 考虑了动载系数的起升载荷； 2 臂架及装在臂架上的一切构件的重量； 3 由于惯性力、离心力、风力引起的作用在吊臂头部的水平力 t = p 口t gop 选定吊臂截面见图4 1 、表4 1 根据式4 一l 、4 2 “”： r c c 。8 丽r + e 2 留孚1 ) p 卜c o s 口z g , t t r 2 司万蕊i 瓦盖赢羽 e ：臂架后铰点距回转中心的水平距离e 2 = 1 4 8 m ； g ，：各节臂相对于计算截面的外伸部分自重； z 。：伸缩液压缸后铰点距吊臂后铰点的垂直距离z ，= o 1 5 2 m ； w ：臂架截面的抗弯模量 z 。：臂架头部滑轮中心距臂架中心轴线的垂! 卣距离z 。= 0 3 9 7 m x j ：臂架外伸部分的重心到计算截面的距离 n ”起升绳相对于铅垂线的偏摆角，取4 5 。= l i ：吊臂头部滑轮中心距危险截面的距离 o ：利料的许刷应力。 材利选用h g 6 0 。 ( 4 2 ) q y 2 5 型汽车起重机设计 材料屈服强度：o 。= 4 6 0m p a ； 抗拉强度：ob = 5 7 0m p a ： 载荷组合1 i h 寸安全系数为n = 1 3 3 由于o ；ob ) 0 7 则： o = ( o 5o 。+ o 3 5ob ) n = 3 2 2m p a 把已知条件( 见表4 2 ) 代入式4l 、 4 2 得各臂k 不同幅度臂架强度所决定的 起重量( 见表4 3 ) 。 一一一h一9 7 。_ 一琵2 寸 弹 图4 - 1 臂架截面尺寸 f i g 4 1t h eb o o ms e c t i o n s t r e n g t h 表4 一l ( t a b l e4 1 ) b 。( m )b 。( m )h ( )h ，( )6 ，( m )6 ：( m )w ( 1 0 - 3 1 n 3 ) 第一臂端 o 5 5o 2 0 0o 5 2 50 6 3 l0 0 0 60 0 0 82 7 2 第二臂端 0 4 9 6o 1 9 4o 5 0 00 5 7 70 0 0 60 0 0 82 1 6 第三臂端 0 3 4 60 1 8 60 4 7 00 ，5 3 50 0 0 50 0 0 61 4 8 第四臂端 o 3 1 8o 1 6 6o 3 5 00 4 9 00 0 0 40 0 0 4o 8 5 表4 2 ( t a b l e4 - 2 ) 臂长截面吊重外伸臂重心到截面的距离及外伸臂重量 l ( m ) 点到第一臂段第二臂段第三臂段第四臂段 截面x g ix 2g 2x 3g 3x 4g 4 的距( m )( k n )( m )( k n )( m )( k n )( m )( k n ) 离l 。 ( 1 1 1 ) 1 0 5aa4 5 31 9 55 5 42 0 35 2 42 1 23 9 42 2 62 8 4 1 7 7a a1 1 7 31 _ 9 55 5 43 2 38 3 34 5 28 4 l7 1 05 8 2 b b 7 8 3 00 1 2 83 2 92 5 74 7 73 9 14 9 0 c c5 2 6o0oo1 2 9 2 3 92 6 33 3 0 dd2 6 7oooo001 3 41 6 8 2 4 9a a1 8 9 31 9 55 5 44 4 3l l4 39 1 98 6 51 4 3 05 8 2 b - b 1 5 0 2 o o2 4 86 3 95 2 88 6 5l o3 85 8 2 7 q y 2 5 型汽车起蕈机设计 c c1 0 0 60o002 4 94 ，6 25 4 35 ，8 2 d d5 0 70o0ooo2 5 43 1 9 3 2 4a a2 6 4 31 9 55 5 46 5 21 2 4 9 1 4 2 0 8 6 52 1 8 05 8 2 b b2 2 。5 20o3 7 39 6 11 0 2 98 6 5】7 8 95 8 2 c c1 5 0 600oo3 7 46 9 4l o 4 25 8 2 d - d7 5 7oo00oo 缸简活塞杆 x 5 ( k m )g s ( k n )x 。( k m )g 。( k n ) 1 0 5a - a4 5 32 9 53 5 2l ，2 51 6 9 1 7 7a - a1 1 7 32 0 65 2 71 2 51 6 9 b b7 8 30 7 61 8 400 2 4 9a a1 8 9 33 6 55 ，3 31 2 5i 6 9 b b1 5 0 21 9 34 1 8o 0 3 2 4a - a2 6 4 34 9 07 1 61 2 51 6 9 b b2 2 5 23 1 86 7 l0o 表4 - 3 ( t a b l e4 - 3 ) 幅度基本臂( 1 0 5 m )中长臂( 1 7 ，7 m ) ( 1 1 1 ) 仰角 a a 仰角 a ab bc cd - d ( 。)( k n )( 。)( k n )( k n )( k n )( k n ) 3 06 6 0 92 9 67 6 1 31 7 82 1 42 0 92 0 4 3 56 3 0 32 7 27 4 4 51 6 41 9 91 9 51 9 2 4 05 9 8 82 5 37 2 7 61 5 21 8 51 8 3 1 8 2 4 55 6 6 32 3 67 1 0 51 4 21 7 41 7 21 7 2 5 o5 3 2 42 2 l6 9 3 21 3 31 6 31 6 21 6 4 5 54 9 6 92 0 86 7 5 71 2 51 5 41 5 31 5 6 6 0 4 4 5 9 21 9 7 6 5 8 01 1 81 4 61 4 61 4 9 7 o3 7 4 91 7 86 2 1 71 0 61 3 21 3 21 3 7 8 02 6 8 31 6 35 8 4 l9 61 2 l1 2 11 2 7 9 05 1 2 5 4 4 9 8 71 l l1 1 21 1 9 1 0 ，o 5 0 3 6 8 01 0 31 0 51 1 1 1 8 q y 2 5 型汽车起重帆设计 1 2 。o4 1 2 06 99 09 21 0 0 1 4 o2 9 8 l6 08 08 39 1 1 6 09 8 7 5 4 7 47 78 6 幅度中长臂( 2 4 9 m )全伸臂( 3 2 4 m ) ( 1 1 1 ) 仰角 a ab bc cd d 仰角 a - ab bc cd - d ( 9 )( k n )( k n )( k n )( k n )( 。)( k n )( k n )( k n ) 、( k n ) 3 57 9 0 31 3 l1 3 51 3 61 4 0 4 07 7 8 51 2 21 2 61 2 71 3 2 4 57 6 6 71 1 4 1 1 81 2 01 2 57 9 8 08 09 69 71 0 4 5 07 5 4 81 0 71 1 11 1 31 1 97 8 9 07 59 09 29 9 5 57 4 2 91 0 01 0 41 0 71 1 37 7 9 97 18 58 79 4 6 o 7 3 0 89 59 91 0 l 1 0 8 7 7 0 96 78 l8 3 9 0 7 07 0 6 58 58 99 29 97 5 2 66 17 37 58 3 8 06 8 1 97 78 l8 49 27 3 4 25 56 76 97 6 9 0 6 5 6 77 07 47 88 57 1 5 65 06 26 37 1 l o o6 3 1 l6 46 87 27 96 9 6 84 65 75 96 6 1 2 o5 7 7 95 55 96 37 06 5 8 54 04 95 l5 8 1 4 05 2 1 34 85 25 66 36 l - 8 93 54 34 55 2 1 6 o4 5 9 84 24 65 05 7 5 7 7 83 03 9 4 l4 7 1 8 o3 9 0 93 74 24 65 35 3 4 72 73 53 74 3 2 0 o 3 0 9 53 33 84 24 94 8 9 i2 43 l3 44 0 2 2 02 0 0 43 03 53 94 64 3 9 92 2 2 9 3 l3 7 2 4 03 8 5 82 0 2 6 2 83 5 2 6 o3 2 4 31 82 42 63 3 2 8 0 2 4 9 51 62 32 53 1 4 2 稳定性决定的起重量 4 2 1 汽车起重机的失稳 汽车起重机在起重作业时，由于超载或操纵失误而引起过大惯性力、支承1 ：i | 】 1 9 q y 2 5 型汽车起重机设计 的沉陷或过大的风力等原冈，起重机将丧失稳定甚至倾翻。 因为汽车起重机的稳定完全由机械自重来维持，往往在起重机的结构件和其 零件强度还足以承受外来载荷寸，起重机由j ：自重不够而失去稳定。 起重机在失稳时的倾翻线( 见图4 2 ) 由起重机的支腿尺、j 确定。最危险的 倾翻线是在该工况下整个重量的重 心距该倾翻线垂直距离最短的。 4 2 。2 稳定性的验算 国家标准起重机设计规范 g b 3 8 1 18 3 中规定了三种稳定性验 算工况，即无风静载、有风动载、 突然卸荷或吊钩脱落稳定性验算工 况。对于汽车起重机，第三种工况 的稳定性远大于前两种工况，通常 不予考虑。前两种验算公式分别为”3图4 - 2 起重机的倾翻线 架 f i g 4 - 2t i p p i n g1i n e s o fac r a n e g 。( l 。十a ) + g 。a + g 3 ( l 。+ a ) - g 。( r a ) 一 k p o ( r a ) 一( r k 一1 ) g 。( r a ) 0 g l( l ，+ a ) + g 2a + g 3( l 3 + a ) 一g b( r a ) 一w 。h ，一w 2 ( h + b ) 一 k p 。( r - a ) 0 无风静载时 k 取1 2 5 ，r k 取1 1 ，有风动载时 k 取1 1 5 根据上式得正侧方、正后方( 图4 4 ) 整机稳定性决定的起重量计算式分别为 4 一】、4 2 、4 3 、4 4 。 图4 - 3 臂架强