（机械工程专业论文）qys12zⅢ随车起重机总体设计.pdf

摘要 随车起重机在国外已有近七十年的研究生产历史，技术已经成熟，已形成规模； 在我国也有近三十年的历史，由于受到客观条件的限制，一度发展较慢；虽然近十 年来有了较快的发展，仍然处于模仿阶段，与国际先进水平还相差很远；主要表现 在设计方法、产品质量和控制技术等方面。 本文以q y s 1 2 z i i i 型随车起重机为例进行了总体设计的研究，对折叠式随车起 重机的起重作业曲线进行了分析，首次明确了折叠式随车起重机的起重功能要求； 对折叠式随车起重机的各主要部件如伸缩臂、主臂、立柱、基座、中心旋转接头、 油缸等结构进行了论述；给出了折叠式随车起重机结构件强度计算的载荷组合及载 荷冲击系数的确定方法；应用极限状态设计法对伸缩臂进行了强度设计计算，对伸 缩臂结构进行了局部稳定性计算和刚度计算；运用工程软件对伸缩臂进行了有限元 应力分析：对伸缩油缸和变幅油缸进行了受力分析、强度和稳定性计算；给出了回 转阻力矩的计算工况并进行了回转机构设计选型计算；对液压控制系统进行了原理 设计、元件选型、压力损失和温升计算；该产品的设计对我公司同类产品的设计计 算提供了理论依据；对提高我公司随车起重机的设计质量具有一定的理论指导和实 际意义。 关键词随车起重机：起重功能；载荷组合；伸缩臂；极限状态设计法；有限元 a b s t r a c t l r u c k m o u n t e dc r a n e sh a v eb e e nn e a r l ys e v e nd e c a d e s o fr e s e a r c ha b r o a d p r o d u c t i o nh i s t o r y t e c h n o l o g yh a sm a t u r e d ，h a sf o r m e dt h es c a l e ；i nc h i n ah a sn e a r l y t h r e ed e c a d e s d u et oo b je c t i v ec o n d i t i o n s ，d e v e l o p m e n tw a ss l o w ；a l t h o u g ht h ep a s t d c c a d cw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n t ，s t i l li nt h ei m i t a t i o ns t a g e 。w i t ht h ei n t e r n a t i o n a l a d ，a n c e dl e v e l a r ev e r yf a r ；m a i n l yi nd e s i g n ，p r o d u c tq u a l i t ya n dc o n t r o lt e c h n o l o g ya n d s o 【i n t h i sp a p e rq y s 12 zi i it y p el o r r yc r a n ea sa ne x a m p l ed e s i g no ft h er e s e a r c ho n i b l din gt r u c kc r a n eo p e r a t i n gc u r v ea n a l y s i s ，f o rt h ef i r s t t i m ed e f i n e dt h ef o l d i n g i h n c t i o n a lr e q u i r e m e n t sl o r r yc r a n e ；o nt h ef o l d i n gt r u c kc r a n et y p ea l lm a j o rc o m p o n e n t s s u c ha st h et e l e s c o p i cb o o m b o o m ，c o l u m n b a s e ，c e n t r a lr o t a r yj o i n t ，o i lt a n k sa n do t h e r s t r u c t u r e sw e r ed i s c u s s e d ；g i v e nf o l d i n gt r u c kc r a n es t r u c t u r ec a l c u l a t i o no fs t r e n g t ho f t h ci m p a c to fl o a dc o m b i n a t i o n sa n dl o a dc o e f f i c i e n to fd e t e r m i n a t i o n ；a p p l i c a t i o no f l i l n i ts t a t ed e s i g no ft h et e l e s c o p i ca r ms t r e n g t hd e s i g nc a l c u l a t i o nc a r r i e do u to nt h e t e l e s c o p i cb o o ms t r u c t u r e w a sc a l c u l a t e dl o c a ls t a b i l i t ya n ds t i f f n e s sc a l c u l a t i o n ；u s e 蜘，f t w a n ：l e l e s c o p i ct h ef i n i t e e l e m e n ts t r e s sa n a l y s i s ；o ft h et e l e s c o p i cc y l i n d e r sa n d d e r r i c k i n 证c v li n d e r sw e r es t r e s sa n a l y s i s s t r e n g t ha n ds t a b i l i t yo ft h ec a l c u l a t i o n ；g i v e n 1 1 l j 1 1 1 c 1 1 to ft u r n i n gr e s i s t a n c ew a sc a l c u l a t e dc o n d i t i o n sa n ds e l e c t i o nc a l c u l a t i o no fr o t a r y l n e c h a n i s md e s i g n ；o nt h ep r i n c i p l eo fh y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e mi sd e s i g n e dc o m p o n e n t w l e c t i 州1 p r e s s u r el o s sa n dt e m p e r a t u r er i s ec a l c u l a t i o n s ；t h ep r o d u c td e s i g no n t h ed e s i g n ，f s i m il a rp r o d u c t st h ec o m p a n yp r o v i d e sat h e o r e t i c a lb a s i sf o rc a l c u l a t i o n ：t oi m p r o v e o u rd e s i g nq u a l i t yl o r r y m o u n t e dc r a n eh a ss o m et h e o r e t i c a lg u i d a n c e a n dp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e k e v w o r d s ：t r u c kc r a n e ；l i f t i n gf u n c t i o n ；l o a dc o m b i n a t i o n ； t e l e s c o p i cb o o m ：l i m i ts t a t ed e s i g n ；f i n i t ee l e m e n t 第1 章绪论 1 1 课题的学术背景和科学意义 1 1 1 随车起重机简介 随车起重机是一种集起重、运输为体的新型高效起重运输装备，以其快速、 灵活、高效、便捷以及装卸、运输合二为一的优势被越来越多的用户认识并接受； 广泛应用于交通运输、土木建筑、电力等行业的货物装卸，添加了附加装置的变型 产品还被广泛应用于消防、军队、非开挖作业和工程抢险等领域【1 】。 折叠式随车起重机主要由：l 吊钩组、2 起重臂、3 变幅油缸i i 、4 主臂、5 变幅 油缸i 、6 立柱、7 回转机构、8 基座、9 控制系统、l o 支腿机构、1 1 油箱和安全保 护装置等组成；安装在底盘汽车驾驶室后面或汽车尾部，和底盘汽车一起构成随车 起重运输车；将汽车底盘的动力转化为液压能，通过控制系统控制支腿油缸、回转 机构、变幅油缸i 、变幅油缸i j 和伸缩油缸等执行元件，实现起升载荷的目的。结 构见图1 1 。 654321 图1 1 折叠式随车起重机 f i g u r e1 - 1 f o l d i n gt r u c kc r d l e 1 1 2 课题的立项背景 从国外来看，欧洲从1 9 4 0 年丌始研制生产随车起重机，已有6 0 多年的历史； 折叠式随车起重机已形成系列化生产规模。如【h i a b 】公司已形成起升力矩从1 2 t m l 到8 0 t m ，起升载荷从i t ( 吨) 到1 9 t 的系列产品【2 】 3 1 ；【e f f e r 】公司已形成起升 力矩从7 5 t m 到1 1 5 t i n ，起升载荷从2 5 t 到3 2 t 的系列产品，且以三节、四节及多 节起重臂结构为主，最大工作幅度达2 8 m 。闩本从上世纪6 0 年代丌始研制生产随车 起重机，已有4 0 多年的历史，主要是直臂卷扬式；如同本的多田野、古河、韩国的 水山等生产厂家。 从国内来看，2 0 世纪7 0 年代只有石煤机、山西长治等几个厂家引进吸收了国外 的少量产品，吨位在3 吨左右徘徊，2 0 世纪8 0 至9 0 年代出现了沅江和牡丹江等几 家企业；特别是2 0 0 2 年徐随、中联重科、广林特装等十几家新兴企业的崛起，使产 销量从2 0 0 0 年不到8 0 0 台上升到2 0 0 5 年的2 0 0 0 台，品种从4 、5 、6 增加到8 、1 0 、 1 2 吨1 4 】。 、 石家庄煤矿机械有限责任公司是我国第一个研制生产随车起重机类产品的厂 家，虽然从1 9 7 9 年丌始研制随车起重机，到目前为止产品主要为直臂卷扬式随车起 重机，已形成了起升载荷从1 t 到1 6 t ，起升力矩从2 t r n 到4 0 t m 系列产品；起升载 荷5 t 、6 3 t 、8 t 、1o t 、1 2 t 的直臂式随车起重机成为主导产品；经过3 0 年的研究，基 本掌握了直臂卷扬式随车起重机的设计理论和方法。 。 石家庄煤矿机械有限责任公司折叠式随车起重机虽然从1 9 9 3 年开始研制，到目 前有起升载荷2 t 、4 t 、6 3 t 、l o t 和1 2 t 等5 种产品，但全部为测绘或技术引进产品， 对折叠式随车起重机的功能、设计理论和设计方法缺乏研究，到目前没有形成批量 生产。 作为经济、快捷、高效的短途起重运输产品，经过多年来的市场检验，目前随 车起重机产品已经被广大用户所接受，随着产品技术的日益成熟，可靠性日渐提高， 必将赢得越来越多的市场份额和用户的信赖，同时取代小吨位汽车起重机的作用也 日渐显现1 5 j 。 1 1 3 课题的科学意义 随着国民经济发展和国内市场竞争的加剧，随车起重机在现代化生产过程中应 用越来越广，同时人们对它的要求越来越高；随着大吨位载重汽车的发展，为大吨 位随车起重机的发展提供了条件，但同时由于改装汽车前轴载荷的限制，制约了直 臂卷扬式随车起重机的发展；由于折叠式随车起重机可以安装在汽车尾部，对汽车 前轴载荷影响较小，可以设计起升载荷更大的产品，同时折叠式随车起重机可以配 备多种辅具，扩大使用范围，满足更多用户的需要；折叠式随车起重机越来越受到 人们的重视。而我公司主要以直臂卷扬式随车起重机为主，对折叠式随车起重机缺 乏研究：目前我公司虽有q y s 一2 z 、q y s 一4 z 、q y s - 6 3 z 、q y s - l o z 和q y s 1 2 z 等5 种产品，但都是引进产品，在技术上没有消化吸收，在市场上没有形成规模：而徐 工集团随车起重机公司、长治清华专用车公司、东莞捷成机械等企业的折叠式随车 2 起重机的市场销售已形成一定的规模，年销售量在4 0 0 台以上。 目前我国随车起重机的设计仍然是基于c a x a 软件的平面设计和许用应力法的 强度计算；而欧洲早已采用了三维建模设计、有限元分析和极限状态法，在设计方 法上存在巨大的差别。 该项目以q y s 1 2 z l i i 型随车起重机设计为例，进行折叠式随车起重机的功能分 析、方案设计、伸缩臂的有限元分析和应用极限状态法进行结构强度计算；对我公 司折叠式随车起重机产品的技术创新具有很强的现实意义。 1 2 国内外现状及发展趋势 1 2 1 国内外文献综述 从国外来看，日本每年销售直臂式随车起重机1 5 0 0 0 台以上，【h i a b 】公司占 折叠式随车起重机销售量的9 0 以上，7 0 以上的随车起重机采用无线遥控技术【6 j ； 以芬兰、意大利为代表的欧洲国家，以折叠式起重机为主，配有多种专用抓具，品 种功能齐全，已采用遥控操作技术【_ 7 】； e f f e r 新产品的比例控制阀是标准配置， 起重作业动作平稳。掘 e f f e r 称：“同时进行多机构组合动作时没有抖动现象”， 并且无线遥控、电子超载控制等均为标准配置。所有 e v o l u t i o n 】系列的起重机 都配备了【f a s s i 】公司的动载自动控制系统，可以根据荷重调整作业速度；此外加 装了x f 加速系统，再生功能阀的使用可以加快伸缩臂的伸出速度，共同特点是吊臂 液压伸缩长度长，起重量大和自重轻；安全方面起重作业和支腿操作智能互锁，计 算机自动控制的人机交互界面，可以根据支腿支撑情况自动调整起升载荷，保证安 全稳定【8 】；以日本、韩国为代表的亚洲国家，以直臂卷扬式起重机为主，已采用整车 稳定性控制技术。从保护操作者安全出发，随车起重机应实行遥控操作，便于操作 者在货物附近确认作业。由于遥控发射器轻便可以单手操作，操作者可以一边控制 货物一边进行装卸作业，这些方便，使日本带有遥控装置的随车起重机数量逐年增 加，目前约有3 0 的随车起重机装有遥控装置【9 】；对随车起重机的电气和比例阀组合 控制技术从数学模型的建立、系统设计、稳定性分析、误差处理、实验验证等方面 进行了系统的研究，并且指出了未来的研究方向是无线测量工作幅度、保证作业位 置的准确性和集中控制技术的研究【1o 】； h i a b 】公司随车起重机的v 8 0 控制系统， 可以提高起升能力和伸缩臂的伸缩速度；v 9 1 负载反馈控制系统可以实现精确操作 i h ： h i a b 公司随车起重机的s p a c e5 0 0 0s a f e t y 控制系统操作精确、准确、操 作误差不超过2 n h n 【1 2 】；【f a s s i 】公司随车起重机的x f 和x p 控制系统采用了再造 功能平衡阀，可以增加伸缩速度，具有运动平稳、操作准确的特点 1 3 1 ； f a s s i 公 司随车起重机采用的先进数字控制系统，当起升载荷增大时，可以降低起升速度来 提高起升能力，并具有安全、舒适的特点u 4 ； f a s s i i 公司随车起重机新的电液控 塑j 匕整拉叁堂亟堂位i 金塞 制系统具有多功能、适当的速度、平稳的动作、准确的操作和人性化的人机界面， 使操作更方便、简单，适用于任何工作环境【l5 1 。国外经过7 0 年对随车起重机的研究， 随车起重机技术已经相当成熟，产品的改进也主要集中在控制方法上。 从国内来看，由于随车起重机进入市场较晚，市场影响较小，在技术研究上还 没有引起足够的重视主要是进行汽车起重机方面的研究，在随车起重机方面研究很 少。 q y 2 5 汽车起重机设计的研究，就汽车起重机的主要机构如：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，对影响汽车起重机性能的三铰接点布 置进行了优化，用v b 语言对起重机桥荷、稳定性决定起重量、最大支腿反力的计算 进行了编程l i6 】。在汽车起重机总体设计方面进行了研究，完成了面对汽车起重机的 方案选择，主要性能参数的确定，桥载荷计算、三铰接点和变幅油缸设计和校核； 伸缩臂截面形式的选择和强度计算，实现了计算机辅助设计l l7 】；利用m a t l a b 语言 编制计算程序，对汽车起重机六边形伸缩臂的各边的受力情况进行计算i is 】；以q y s o 汽车起重机为研究对象，建立臂架的力学模型，利用a n s y a 软件完成臂架参数化建 摸，对汽车起重机的刚度、强度及稳定性作为性能指标，对伸缩臂结构模型进行优 化设计，得出不同条件下的最优截面形式【l 刎；针对箱形伸缩臂的结构特点，运用有 限元法对吊臂的强度、刚度、稳定性进行了计算和优化1 2 0 j ；负载敏感手动和电动比 例控制阀在大中型汽车起重机上应用的初步研究【2 u ：汽车起重机高可靠性电子力矩 限制器的设计研究【2 2 1 ；在大吨位汽车起重机上己丌始采用液控先导控制技术、恒功 率变量泵系统、p l c 集成电比例控制操作、数据总线控制技术、单缸插销式全自动伸 缩臂等先进技术，使产品性能基本达到了国际先进水平瞄j 。 利用机械系统运动及动力学仿真软件a d a m s 对随车起重机的变幅机构的工作 状况进行仿真分析，及设计研究、试验设计和优化设计，提高随车起重机的整体性 能1 2 4 】；对国外优秀企业的学习和总结，对随车起重机进行模块化设计研究，提出了 一种先进的设计理念【2 5 】；液压式力矩限制阀在随车起重机上的应用进行了初步研究 【2 6 】；目前我国起重机设计能力薄弱，设计方法落后，所进行的设计主要是采用许用 应力法进行的，导致我国起重机与外国先进发达国家相比“粗、大、笨”，消耗了过 多的材料和能源，严重影响了我国起重机产品的竞争能力。近年来，现代设计理论 和现代设计方法应运而生，并且越来越受到重视，如：极限状态法、有限元法、优 化设计等在国际上得到了越来越多的应用。目前，我国起重机设计总体还处于传统 的设计阶段，如何使我国起重机设计尽快进入现代设计阶段，使我国起重机的竞争 能力有本质的提高，真正具有核心竞争能力是摆在广大起重机设计人员面前急需解 决的课题【2 7 】。 4 1 2 2 相关领域的研究成果与不足 随车起重机在欧洲和日本、韩国等已经成为成熟技术，早已采用计算机辅助设 计、极限状态法等方法进行随车起重机的设计，并采用了遥控、电比例、计算机自 动控制等先进的控制方法，使产品具有很好的可靠性和安全性。在国内对汽车起重 机的研究主要集中在伸缩臂的建摸、有限元分析和优化设计上；在大吨位汽车起重 机上已开始采用液控先导控制技术、恒功率变量泵系统、p l c 集成电比例控制操作、 数据总线控制技术、单缸插销式全自动伸缩臂等先进技术，使产品性能基本达到了 国际先进水平；对随车起重机的功能、设计方法、控制方法等各方面都缺乏必要的 研究，产品的设计仍然停留在仿制阶段。 1 2 3国内外技术水平的主要差距 国产产品和先进国家的产品如【h i a b 】公司、 e f f e r 公司和【p m 】公司的 产品相比，主要差距在以下几个方面。 1 ) 设计理论上的差距 国外已普遍采用优化设计、有限元设计和极限状态法等方法进行产品设计；而 我国主要是凭借经验和采用许用应力法进行产品设计。 2 ) 产品种类上的差距 国外已形成从起升载荷1 吨到3 2 吨的系列产品：产品规格多达上百种，伸缩臂 均为多节，工作幅度最大到2 8 米；而我国的产品主要集中在起升载荷2 吨到2 0 吨 十来个品种上，且主要以二节和三节伸缩臂为主，工作幅度在8 - 1 0 米左右。 。 3 ) 产品配置上的差距 国外产品己普遍采用比例控制阀、遥控和电子超载控制系统；或采用动载自动 控制系统和加速系统；而我国的产品主要采用国产或意大利生产的手动多路换向阀， 很少采用比例控制阀，遥控技术和超载保护基本没有采用。 4 ) 产品质量上的差距 国外产品外观美观、质量可靠：国产产品外观质量差、液压系统渗漏油严重、设 计计算不准确和产品自重较重。 1 2 4 发展趋势 国内的发展趋势是加强理论研究， 平；采用先进的配置如：比例控制阀、 和安全性。 1 3 课题来源及主要研究内容 采用先进的设计方法，尽快赶上国际先进水 遥控和力矩超载控制技术，提高产品的性能 本课题为石家庄煤矿机械有限责任公司自主新产品开发。 对q y s 1 2 z i i i 型折叠式随车起重机进行产品总体设计，具体设计内容如下： 1 ) 该产品的功能分析，通过对国外先进的相近型号的折叠式随车起重机起重作 业曲线的分析，明确该产品起升作业的功能要求； 2 ) 该产品总体方案设计； 3 ) 该产品起重臂的有限元分析和稳定性计算； 4 ) 应用极限状态法对该产品的主要结构进行强度计算； 5 ) 该产品伸缩液压缸和变幅液压缸的强度计算和稳定性计算； 6 ) 该产品回转机构的选型设计计算； 7 ) 该产品液压控制系统的设计。 6 第2 章随车起重机主要技术参数 2 1随车起重机主要技术参数 随车起重机的主要技术参数是起重机的主要性能指标，也是设计的依据，主要 技术参数如下： 1 ) 额定起重力矩：最大额定起重量和相应工作幅度的乘积；单位：t - i t i 。 2 ) 额定起重量：相应工作幅度和变幅角度安全作业所允许的最大起升总质量( 包 括吊具和吊钩的质量) ；单位：埏。 3 ) 工作幅度：从水平旋转的中心线到吊钩中心线的水平距离；单位：m 。 4 ) 起升高度：吊钩中心到起重机安装面的垂直距离；单位：m 。 5 ) 变幅角度：吊臂与水平面的夹角：单位：( 。) 。 6 ) 回转角度：吊臂回转在水平面上的范围；单位：( 。) 。 7 ) 回转速度：吊臂每分钟回转的圈数；单位：d r a i n 。 2 2 主要技术参数确定 产品设计主要技术参数的确定，是根据市场调研获得的国内外主要生产厂家相 似产品的技术参数进行确定，以保证产品处于较先进的水平。 2 2 1国内外主要类似型号产品的主要技术参数 根据市场调研情况，将国内外主要类似型号随车起重机的主要技术参数进行整 理，结果见表2 1 。 表2 1主要相似产品的主要技术参数 t a b l e2 1m a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r so f m a i ns i m i l a rp r o d u c t 项目甲位徐ts q 2 0 0 e f - 3 3 5 3 se f - 2 5 0 3 sh i a b 额定起重力矩t m 2 03 3 52 52 4 额定起重量k g 1 0 0 0 01 2 2 0 01 1 0 0 01 2 0 0 0 t 作幅度 m9 7 51 0 7 7l o 71 0 2 起升高度 m1 2 。1 31 31 2 5 变幅角度 6 78 38 58 3 陋 转角度 3 6 0 连续 4 2 0 4 2 04 0 0 2 2 2 确定随车起重机主要技术参数 根据表2 1 国内外主要相似产品的主要技术参数，确定随车起重机主要技术参 7 数，见表2 2 。 表2 - 2q y s 一 2 2 1 1 i 型随车起重机主要技术参数 t a b l e2 - 2m a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r so fo y s 一】2 z i i it r u c kc r a n e 序弓项日单位 参数值 l额定起承力矩 t m2 4 2额定起荸量 i 唱 1 2 0 0 0 3工作幅度 m1 0 4 起升盘度 m 1 2 5 炎幅角度8 0 6i 口i 转角度 3 6 0 连续 7 刚转速度 “m i n2 5 2 3 本章小结 根据国内外主要生产厂家 h i a b 】公司、【e f f e r 和徐工集团随车起重机公 司主要相似产品的技术参数，确定了该随车起重机的主要技术参数。 第3 章工作原理及功能分析 3 1 工作原理分析 折叠式随车起重机主要由：液压泵、吊钩、结构支撑件( 基座、立柱、主臂、 伸缩臂、支腿架) 、控制元件及管路、执行元件( 支腿伸缩油缸、支腿油缸、变幅油 缸i 、变幅油缸i i 、伸缩油缸和回转机构) 、安全保护装置等6 部分组成；结构支撑 件是起重机的骨架部分主要起支撑作用，安全保护装置是为安全作业提供可靠的保 护。 基本工作原理是利用液压泵将汽车底盘的机械能转化为液压能，提供高压液体， 通过控制元件和液压管路，控制执行元件如：支腿伸缩油缸、支腿油缸实现可靠的 支撑；控制执行元件如：变幅油缸i 、变幅油缸i i 、伸缩油缸和回转机构等完成起 重臂( 主臂和伸缩臂) 升降、伸缩臂伸缩和起重臂回转等动作，实现载荷的升降目 的。 3 2 功能分析( 起重作业曲线) 随车起重机的主要功能是起重功能，通过各个执行元件的动作，完成载荷起升 的目的：根据随车起重机的结构特点，起重功能是通过以下几个分功能来实现的。l 、 伸缩臂的伸缩功能；2 、起重臂的折叠功能；3 、起重臂的升降功能：4 、起重臂的回 转功能；5 、支腿机构的支撑功能。根据国外先进产品起重能力曲线载荷的运动轨迹， 对伸缩臂的伸缩功能、折叠功能和升降功能进行分析，明确其功能要求：并与国内 主要产品的起重能力曲线进行比较找出其差距；以确定本产品的功能要求。 3 2 1 国外产品的起重作业曲线图分析 ( 1 )e f - 3 3 5 3 s 随车起重机起重作业曲线 e f - 3 3 5 3 s 随车起重机起重作业曲线见图3 1 。 从图中可以看出： 1 ) 在2m 和2 6 9r n 工作幅度起重相应额定载荷时，伸缩臂不工作，没有伸缩 功能；此时载荷悬挂在固定臂尾部或端部； 2 ) 当起升载荷q 、 6 9 0 0k g 时，伸缩臂参加工作，第一级伸缩油缸带载6 9 0 0 k g ， 第二级伸缩油缸带载4 9 5 0 k g ，第三级伸缩油缸带载4 4 0 0 k g ； 3 ) 最大工作幅度起重相应额定载荷除外，其余运动轨迹均不是完整规则曲线， 与变幅油缸的举升能力有关，变幅油缸的力臂是随着变幅角度而变化的，最大起升 力矩是有工作范围的，可以看出随着变幅角度的增大，起升力矩在逐渐减小。 9 -一r一-一-t一一r1一，1 5 1 23 45 67 89 10 幽3 1e f 3 3 5 3 s 随车起重机起重作业曲线 f i g u r e3 - 1 l i f t i n go p e r a t i o nc u r v eo f t h ee f - 3 3 5 3 st r u c kc r a r l c ( 2 ) e f 一2 5 0 3 s 随车起重机起重作业曲线 e f 2 5 0 3 s 随车起重机起重作业曲线见图3 2 0 从图中可以看出： 1 ) 在2 m 和2 5 9 m 工作幅度起重相应额定载荷时，伸缩臂不工作，没有伸缩功 能；此时载荷悬挂在固定臂尾部或端部； 2 ) 当起升载荷q 弋6 7 0 0 k g 时，伸缩臂参加工作，第一级伸缩油缸带载6 7 0 0 k g ， 第二级伸缩油缸带载5 6 0 0 k g ，第三级伸缩油缸带载4 5 4 0 k g ； 3 ) 8 6 0 m 和最大工作幅度起重相应载荷除外，其余运动轨迹均不是完整规则曲 线，与变幅油缸的举升能力有关，变幅油缸的力臂是随着变幅角度而变化的，最大 起升力矩是有工作范围的，可以看出随着变幅角度的增大，起升力矩在逐渐减小i 1 0 一_ 。：! 一： 一* 1 4 癣5 40 k ! ： r _ f 一一| 一 1 ；i ；： ：56 o 妞 一 1 。 ：l i 一 。、 i f ； j jl j r - l 、， 删 | 一 j j ：l 1 、 j ， i ” 6700 kg 卜：一 ：一 一 、j f f ，i i 一 1 ! _ 弋 ： j ： _ i j j ? 。 j _ 一 i j 。1 j j j l j 1 10 00 kg7730 kg。4 88 0k g3 23 5 kg239，k g190，k g 2 m 2 59 m4 4 m6 5 m 8 6 m10 7 m 1 234 5 678 9 10 11 图3 - 2e f 2 5 0 3 s 随车起重机起重作业曲线 f i g u r e3 - 2l i f t i n go p e r a t i o nc u r v eo f t h ee f - 2 5 0 3 st r u c kc r a n e 3 2 2 国内产品的起重作业曲线图分析 ( 1 ) 捷成机械公司b s 3 0 0 3 型随车起重机起重作业曲线 捷成机械公司b s 3 0 0 3 型随车起重机起重作业曲线见图3 3 。 从图中可以看出： 1 ) 在1 8 5 m 工作幅度起重相应额定载荷时，伸缩臂不工作，没有伸缩功能； 此时载荷悬挂在固定臂中部； 2 ) 在3 m 工作幅度起重相应的额定载荷时，只有第一级伸缩油缸参加工作，带 载9 2 0 0 k g ； 3 ) 当起升载荷q 一 o 8 0 ， i t b 卯，= 2 8 6 8 3 0 8 0 ； 。 i t 。，卯，= 2 9 2 4 3 o 8 0 。 i t 正，= 2 2 6 6 8 o 8 a 。，临界应力盯盯见式( 5 3 1 ) 。 盯。= 盯，( 一志) c 5 - 3 ， 式中7 = 盯州。，叽 计算得：仃。，= 5 9 6 7 1 局部稳定性许用应力见式( 5 3 2 ) ： h ，】导 ( 5 - 3 2 ) 力一安全系数，1 7 = 1 4 8 计算得：b ，。，】= 4 0 3 1 8 = 2 2 3 6 4 b “。】 b l 、c l 、d 1 点局部稳定性许用应力见式( 5 3 3 ) ： b h ，】= 竿 ( 5 3 3 ) 计舁得： b 虮，】_ 竿= 1 9 3 8 0 b ，】= 竿川7 5 9 b 】= 竿= 1 5 3 1 6 口= 1 9 2 7 8 b ，】 吒。口= 1 9 0 1 5 b 。e r ，= 1 4 7 5 1 b 】 则：局部稳定性符合要求。 5 4吊臂刚度计算 在自重力的作用下，已克服了吊臂间隙的影响，在变幅平面内的箱形多节伸缩 臂在臂端横向载荷t z 的作用下，臂端产生挠度f z ，计算变幅平面内吊臂端部挠度时， 只考虑有效载荷的静力作用，不计自重和动力系数【3 2 】。臂端挠度变形如图5 7 。 f ：l - i2 一i ( | l 4 一； 0 一i 、l 1 i 一、 j ；! 一一 u _ r 1 一：f l j ：qq l 一 一 ：hl 三：h j 1 叼h ： l ： 8 州j j p f ：。， 图5 7 臂端挠度变形 f i g u r e5 - 7 a r me n da m o u n to f d e f l e c t i o nd i s t o r t i o n 本随车起重机有4 节吊臂，则臂端挠度见式( 5 - 3 4 ) ： kk i 乞= + 川 ( 5 3 4 ) 3 9 式中k 吊臂的节数 厂第j 节吊臂的端点线位移 只。第一+ l 节吊臂相对第j 节吊臂端部转动的角度 日，+ 第j 节吊臂端到臂端的距离 第j 节吊臂的端点挠度厂和第j + 1 节吊臂相对第节j 端部转动的角度0 1 + 。需 要根据第j 节计算。 将臂端及各部承载的横向载荷t z 转换到第j + l 节吊臂的根部可得m ，见式 ( 5 3 5 ) ： m ，2 疋h 川 ( 5 - 3 5 ) 横向载荷t i 见式( 5 3 6 ) ： z = r z = q l ( 5 - 3 6 ) 第j 节吊臂的端点线位移厂f 见式( 5 - 3 7 ) ： z = 厶+ f t 等睁弘2 + 等每 + 刍吡，) 2 限3 7 ， 对最后一节臂，j = 启，取，+ = 以+ ，= 0 第j + 1 节吊臂相对第j 节吊臂端部转动的角度oi + l 见式( 5 3 8 ) ： 钆一= 等( 妒 氢) 唔p 了2 + 等一每 3 8 ， 将数值代入，计算得： 厶= ，+ 幺+ ，h i + l 一- - 1 4 8 1 6 为了减轻吊臂自重，采用高强度钢板，则吊臂的刚度尤为突出，从减轻随车起 重机吊臂自重的观点出发，只要满足强度要求，一般不把刚度问题作为吊臂的控制 条件。 5 5 有限元分析 用s i m u l a t i o n 有限元分析软件，对伸缩臂进行有限元应力分析 3 3 1 。 根据伸缩臂受力情况，工作幅度1 0 m 时，起升载荷1 8 6 7 7 n ，考虑动载系数仍的 影响和伸缩臂自重的1 3 折算到臂端进行计算，以及增大系数的影响，第四节臂 端部载荷为2 9 1 3 8 n ；其余各节吊臂按力矩折算为力，按滑板接触面法向方向均匀分 布。 伸缩臂为箱形结构，第一节臂的偏置部分用铰轴和主臂、变幅油缸i i 铰接，偏 置部分为箱形结构，可以假定偏置部分的横截面固定，第一节臂内侧受到上下滑板 的法向压力；第二、三节臂，尾部上滑板固定，下滑板与吊臂接触状态按接触面接 合，“无穿透”接触面组设置，内部受到上下滑板的法向压力；第四节臂尾部上滑板 固定，下滑板与吊臂接触状态按接触面接合，“无穿透”接触面组设置，起升载荷按 集中载荷均匀分布在吊耳横截面上。 滑板材料采用m c 尼龙，与吊臂接触面边缘采用圆角过度，尽量避免应力集中的 影响。 1 ) 第四节伸缩臂分析结果见图5 8 和5 - 9 。 覆鎏 图5 8第四i l - 伸缩臂应力分析结果 f i g u r e5 - 8 f o u r t hs e c t i o ne x p a n s i o na n dc o n t r a c t i o na r ms t r e s sa n a l y s i sr e s u l t 4 1 n 趔 h 蔓剁 甚匿均 捌域壤 棼薰到匿 神神球生 剥匿譬醅 蟛域盈- 纠 习 幽5 - 9 第四。i j f 中缩臂何移分析结果 f i g u r e5 - 9 f o u r t hs e c t i o ne x p a n s i o na n dc o n t r a c t i o na r md i s p l a c e m e n ta n a l ) z e st h er e s u l t 4 2 oo。掣oooooo _ i ooo+钟竹甘一“寸竹 一 oo口+o_【毋寸o ooo+掣山竹寸山n寸ooo+m一n一山 ooo+锄n卜o_ih hooo+mn卜nn 苦o+口no!；=o_【 一oo+_心i卜n 一 一。尊+1舯卜 i 一口o+n寸_i寸们 一 一oo+mo】毋i oo+m寸卜”on _ 【 言euj、 2 ) 第三节伸缩臂分析结果见图5 。1 0 和5 1 1 。 澎 1 ： 嚣0 g 沪 鞋匿均 掰垴柱 棼棼置h 匿 电9 瓤崭：翌 副匿譬釜 蟛域西剖 m k o 门 幽5 10 鍪 第二1 j 伸缩臂应力分析结果 f i g u r e5 - lo t h i r ds e c t i o ne x p a n s i o na n dc o n t r a c t i o na r ms t r e s sa n a l y s i sr e s u l t 4 3 汹口 舯龇 州o 岫 m ( ( _ 象v n 耋套w o on 蚰 弩盔 _19一 non 碧o卜纠 o竹卜竹坤= 时o t ， 剑 “蛩 肇一中谢 岛匿均 蜊蛹栏 幽5 1 1 第二肖伸缩臂位移分析结果 f i g u r e5 - li t h i r ds e c t i o ne x p a n s i o na n dc o n t r a c t i o na r md i s p l a c e m e n ta n a l y z e st h er e s u l t 口o。蕾oooooo 州 i=loo+mm_毋寸船 _ 【 i cio+o盯柏6*山 ooo+1寸竹竹oiio+脚i)”竹忡，卜|)(10+m山o寸n*100+do_【h_|oo+心山寸和州ioo+qo”hth_ioo+哪磊：b寸山_【 _【o|)+删h寸 一 _oo+“寸毋卜叶毛=口noo+口岍卜j巳竹_【， 医丑釜剜副域警盈莨神匿蛾棼摊到搭 3 ) 第二节1 申缩臂分析结果见图5 1 2 和5 1 3 。 科 鼍”+ 鬈嚣帕 龆埘硅 嚣嚣剥匿 神印菇i ：丑 副嚣譬替 蟛埔盈制 n 怪】5 12 r 第二。l ，伸缩臂应力分析结果 f i g u r e5 12 s e c o n ds e c t i o ne x p a n s i o na n dc o n t r a c t i o na r ms t r e s sa n a l ) 7 s i sr e s u l t 4 5 兽_ 卜一 帅一“o * 叶n开卜n n 0 1 l o _ 【寸 掣 m彗- 鼍“测 岛毫描 掰姑旗 嚣嚣副嚣 w 神莉越 副苞譬娑 蟛虹舀刮 j 幽5 1 3第二。l i 伸缩臂位移分析结果 f i g u r e5 - 13 s e c o n ds e c t i o ne x p a n s i o na n dc o n t r a c t i o na r md i s p l a c e m e n ta n a l y z e st h er e s u l t 4 6 o o o o o o o o ooo+mo一*上_ 一 ooo+mo：三n山衍 t 5们瑚昏一 墓墨重起重璧结翅邀让让簋 4 ) 第一节伸缩臂分析结果见图5 1 4 和5 1