毕业设计（论文）-QLY2轮胎起重机总体设计开发.pdf

CHANGSHACHANGSHA UNIVERSITYUNIVERSITY OFOF SCIENCESCIENCE 2 总体设计开发 3 底盘总体设计开发 4 回转机构设计开发 5 起升机构设 计开发 6 伸缩机构设计开发 7 变幅机构设计开发 8 臂架设计开发 9 底架设 计开发 10 动力系统设计开发 11 支腿机构设计开发 主要技术性能参数 最大起重量 打支腿 2 T 最大起重量 不打支腿 0 5 T 起升速度 7m nin 回转速度 0 2m nin 整机自重 5 T 课题任务要求 本课题的主要目的 通过毕业设计 使学生掌握起重机机械产品设计的基本方法 基本技巧和基本过程 熟悉计算机辅助设计和技术文件的写作方法 专业外语的翻译 技巧 掌握 QLY2 轮胎起重机的总体设计及计算和主要零部件的设计技巧 整机的全部设计工作量很大而设计时间有限 估将本课题分列为十个子课题 该 生承担 QLY2 轮胎起重机总体设计计算 总体设计开发及相关的关键零件设计任务 注 1 此任务书由指导教师填写 如不够填写 可另加页 2 此任务书最迟必须在毕业设计 论文 开始前一周下达给学生 3 此任务书可从城南学院教学部网页表格下载区下载 课题完成后应提交的资料 或图表 设计图纸 在调研和查阅资料的基础上进行方案论证写出开题报告 含文献综述 翻译相 关的外文资料 然后按整体设计 部件设计 零件设计的步骤开展工作 虽不涉及 整机全部零部件的具体设计设计 但仍需进行完全的总体设计和计算 设计完成后 提交以下设计文件 1 总装图和本机连接关键零件图折合 3 张 0 号图纸 其图纸质量要符合汽车与 机械工程学院的制图规定 2 设计说明书 不少于 15000 个字 参考文献不少于 15篇 含开题报告 外 文翻译 全部设计文件必须符合本院毕业设计全过程环节指导书的要求 现有条件 现场实习 了解该机型 主要参考文献与外文翻译文件 由指导教师选定 1 顾迪民主编工程起重机械建筑工业出版社2003 年 9 月 2 徐克晋主编金属结构机械工业出版社1993 年 9 月 3 严大考 郑兰霞主编起重机械郑州大学出版社2003 年 9 月 4 张劲卢毅非主编现代起重机械 人民交通出版社 2003 年 12 月 5 陈倒南主编 起重运输机械 冶金工业出版社1997 年 10 月 6 须雷 起重机的现代设计方法 J 起重运输机械 1996 年 8 月 7 邱栋良 国内外起重机发展动态 J 起重运输机械 1997 年 8 月 8 徐灏 机械设计手册 m 北京 机械工业出版社 2003 9 李自光 公路施工机械 北京 人民交通出版社 2005 10 Nittinger RobertJ VIBRATORYCOMPACTIONOFASPHALTCONCRETE J Transportation Research Record n 659 1977 p 46 53 11 Lai JamesS GeorgiaInstofTechnology Developmentofrolling compaction machine for preparation of asphalt beam samples Transportation Research Record n 1492 Jul 1995 p 18 25 同组设计者 龙良渝 饶锋 叶黄昆 崔慧平 王晓东 王栋 谭胜 陈佳汉 颜佐江 二 毕业设计 论文 工作进度计划表二 毕业设计 论文 工作进度计划表 注 1 此表由指导教师填写 2 此表每个学生人手一份 作为毕业设计 论文 检查工作进度之依据 3 进度安排请用 一 在相应位置画出 序序 号号 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 工文 工 作作 任任 务务 工工 作作 进进 度度 日日 程程 安安 排排 周周 次次 1 12 23 34 45 56 67 78 89 910101111121213131414151516161717 181819192020 1 毕业实习 完成搜集 整理资料 2 翻译资料 完成文献综述 3 方案论证 完成开题报告 4 总体设计 计算 5 部件设计 6 零件设计 7 整理说明书 提交设计文件供初审 8 修改设计文件 准备答辩 9 答辩 10 三 学生完成毕业设计 论文 阶段任务情况检查表三 学生完成毕业设计 论文 阶段任务情况检查表 注 1 此表应由指导教师认真填写 阶段分布由各系自行决定 2 组织纪律 一档应按 长沙理工大学城南学院学生学籍管理实施办法 精神 根据学生具体执行情况 如实填写 3 完成任务情况 一档应按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写 包括优点 存在的问题与建议 4 对违纪和不能按时完成任务者 指导教师可根据情节轻重对该生提出忠告并督促其完成 时间第一阶段第二阶段第三阶段 内容组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况组织纪律完成任务情况 检 查 记 录 教师 签字 签字日期签字日期签字日期 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第8页共103页 四 学生毕业设计 论文 装袋要求 四 学生毕业设计 论文 装袋要求 1 毕业设计 论文 按以下排列顺序印刷与装订成一本 撰写规范见教务处网页 1 封面 2 扉 页 3 毕业设计 论文 任务书 4 中文摘要 5 英文摘要 6 目录 7 正文 8 参考文献 9 致谢 10 附录 公式的推演 图表 程序等 11 附件 1 开题报告 文献综述 12 附件 2 译文及原文影印件 2 需单独装订的图纸 设计类 按顺序装订成一本 3 修改稿 经 管 文法类专业 按顺序装订成一本 4 毕业设计 论文 成绩评定册 一份 5 论文电子文档 由各学院收集保存 学生送交全部文件日期 学生 签名 指导教师验收 签名 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第9页共103页 QLY2 轮胎起重机设计开发 总体设计开发 摘要 本课题通过比较国内外轮胎起重机的结构和性能特点 采用起重机的先进设计方 法 对 QLY2 轮胎起重机进行总体设计开发 并对关键连接零部件进行了设计 通过 计算主要载荷确定了 QLY2 轮胎起重机的设计参数 为其他各部件的设计提供了计算 依据 采用计算机辅助设计对各部件进行了合理布局 并规定了各部件的设计选型方 向及各部件之间的连接形式和装配关系 最后对设计出的 QLY2 轮胎起重机的稳定性 进行了校核计算 所设计的 QLY2 轮胎起重机布局合理 结构紧凑 具有较好的灵活 性和通过性 关键词 轮胎起重机 结构布置 总体设计 稳定性 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第10页共103页 QLYQLY2 2 WheelWheel CraneCrane DesignDesign andand DevelopmentDevelopment General General DesignDesign andand Development Development A Abstractbstract This task is about the general design and development of the QLY2wheel crane through comparing with the domestic and overseas wheel crane s structureandtheperformancecharacteristicandusingtheadvanced design method of the crane and the key connection spare part has been designed The QLY2 wheel crane s design parameter had been determined through computing the primary payload which has provided the computation basis for other various parts design The various parts are carried on the rational distribution depending upon using the computer aided design and has been stipulated between various parts design shaping direction and various parts connection form and the assembly relations Finally the QLY2 wheel crane s stability which is designed has been carried on theexaminationcomputation TheQLY2wheelcranepossesslayoutis reasonable and the structure is compact which has the good flexibility and passes the nature KeyKey Words Words wheel crane general design structure arrangement stability QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第11页共103页 目目目目录录录录 第第 1 1 章章 绪论绪论 1 1 1 本课题的背景与任务 1 1 1 1 课题背景 1 1 1 2 课题任务 1 1 2 起重机的发展历史 2 1 3 轮式起重机的现状 2 1 3 1 轮式起重机概述 2 1 3 2 轮式起重机现状 2 1 4 轮式起重机的发展趋势 5 1 5 轮式起重机设计采用的方案和方法 6 1 5 1 本课题的方案论证 6 1 5 2 本课题采用的设计方法 7 1 6 本章小结 8 第第 2 2 章章 技术参数的确定技术参数的确定 9 2 1 QLY8 轮胎起重机主要性能参数的确定 9 2 2 QLY8 轮胎起重机工作级别的确定 15 2 3 QLY8 轮胎起重机的主要性能参数 17 2 4 本章小结 18 第第 3 3 章章 总体设计计算总体设计计算 19 3 1 计算载荷及其组合 19 3 1 1 计算载荷 19 3 1 2 计算载荷的组合 26 3 2 强度和疲劳计算 27 3 2 1 强度计算 27 3 2 2 疲劳强度计算 28 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第12页共103页 3 2 3 安全系数 29 3 3 起重机支承反力计算 29 3 3 1 支承反力计算的模型假设 29 3 3 2 确定支腿最大反力P2max的上界值 32 3 3 3 支腿最大反力的一般性估计 33 3 4 本章小结 33 第第 4 4 章章 零部件的设计零部件的设计 34 4 1 动力系统的设计 34 4 1 1 动力系统的总成机构与工作原理 34 4 1 2 动力系统的设计 34 4 2 底盘的总体设计 35 4 2 1 底盘整体概述 35 4 2 2 底架的设计 35 4 2 3 支腿的设计 36 4 3 回转机构的设计 36 4 4 变幅机构的设计 37 4 5 伸缩机构的设计 38 4 6 臂架结构的设计 38 4 7 起升机构的设计 40 4 8 本章小结 41 第第 5 5 章章 稳定性校核稳定性校核 42 5 1 抗倾覆稳定性计算方法的确定 42 5 2 危险倾覆边的确定 42 5 3 抗倾覆稳定性校核 42 5 4 本章小结 43 第第 6 6 章章 总结总结 44 参考文献参考文献 45 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第13页共103页 致致谢谢 46 第第第第 1 1 1 1 章章章章 绪论绪论绪论绪论 1 1 本课题的背景与任务 1 1 1 课题背景 国内轮式起重机在经历了 1993 年的巅峰之后 从 1994 1996 年连续三年产销下 滑 企业的订货量和销售收入严重滑坡 1997 1998 年下滑势头停止 并出现了缓慢 回升迹象 1999 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 1999 2001 年销售收入增长了 22 产量增长了 18 2002 2007 年轮胎起重机的需求量也一直在增长 分析近几年市场需求情况 预计今年及今后几 年之内国内轮式起重机需求量将继续增加 因此 轮式起重机的设计制造在国内具有 很大的市场 新型轮胎起重机的特点主要体现在如下几个方面 吊臂采用制造简单的矩形截面或受力好的椭圆形截面 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量 提高 起重性能 使材料的机械性能得到进一步利用 采用专用底盘 可以根据需要自行设计 这样既能满足各种工况要求 又能 合理的布置结构 使整车看起来更紧凑 美观 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 液压辅件采用新型锥面密封与 O 型密封圈相结合的双重密封 提高管路密封 寿命 利用现代设计方法和手段 开发 编制相关的计算软件 提高设计质量和效 率 缩短产品研发周期 软件要有良好的通用型 适应其它吨位产品的开发 1 1 2 课题任务 本课题任务书要求设计 2 吨轮胎起重机 QLY2 轮胎起重机是一种既能对物料进行起重 运输 装卸和安装 又能吊载行 驶的起重机械 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第14页共103页 本课题的任务是 QLY2 轮胎起重机的设计开发 该课题共分十个子课题 总体设 计开发 底盘总体设计开发 动力系统设计开发 底架设计开发 回转机构设计开发 臂架设计开发 伸缩机构设计开发 变幅机构设计开发 起升机构设计开发 支腿机 构设计开发 本子课题负责总体设计开发 本项子课题的任务是 QLY2 轮胎起重机总体设计开发和本机的关键连接零 部件 设计 1 2 起重机的发展历史 早在远古时期 人们就思考着 如何提升一个负荷 直到车轮的发明 人们才 解决用拖拉和背扛的方法来提升负荷的痛苦 随着文明的发展 人们学会了用吊架 利用马等动物做动力 并利用动量和平衡的来搬运笨重的物料 中世纪又开发了用在 港口的木制旋转起重机 随着技术的进一步发展 水 蒸汽 电力和其他动力源被应 用到起重机上 钢板和型钢制造技术的发展及螺栓和铆钉的技术被应用到起重机上 使得大吨位起重机的出现成为可能 现在又随着液压技术及电液控制技术等现代技术 在起重机上的应用 使得起重机的功能更强大 操作更方便 结构更简单 稳定性更 好 起重量更大 1 1 3 轮式起重机的现状 1 3 1 轮式起重机概述 轮式起重机是从诞生于 1869 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 充气轮胎式的变化过程 充气轮胎式起重机是上世纪 30 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 操纵方便 效率高等特点 在 二战后修复战争创伤和经济建设中得到了广泛应用 早期的轮式起重机大多采用机械 传动的桁架式吊臂 随着上世纪 60 年代液压技术的应用 液压伸缩臂轮式起重机得 到迅速发展 到 80 年代末 中小吨位的轮式起重机已几乎全部采用液压伸缩式吊臂 仅有一部分大吨位汽车起重机仍采用桁架式吊臂 轮式起重机的机动性好 可迅速转 移作业场地 因此被广泛用于建筑工地 露天货场 仓库 车站 码头 车间等生产 部门 轮式起重机是各种工程建设中广泛应用的起重设备 它对节省人力 减轻劳动 强度 降低建设成本 提高建设质量 加快建设速度 实现工程施工机械化起着十分 重要的意义 轮式起重机分为轮胎起重机 汽车起重机和全地面起重机 2 3 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第15页共103页 1 3 2 轮式起重机现状 1 3 2 1 国外轮式起重机的发展概况 4 近 20 年世界工程起重机行业发生了很大变化 RT 越野轮胎起重机 和 AT 全 地面起重机 产品的迅速发展 打破了原有产品与市场格局 在经济发展及市场激烈 竞争冲击下 导致世界市场进一步趋向一体化 目前世界工程起重机年销售额已达 75 亿美元左右 主要生产国为美国 日本 德国 法国 意大利等 世界顶级公司有 10 多家 世界市场主要集中在北美 亚洲 日本 和欧洲 美国既是生产工程起重机的主要国家 又是最大的世界市场之一 由于日本 德 国起重机工业的迅速发展及 RT 和 AT 产品的兴起 美国厂商曾在 60 70 年代世界市场 中占有的主导地位受到消弱 从而形成美国 日本和德国三足鼎立之势 近几年美国 经济回升 市场活跃 外国厂商纷纷参与竞争 美国制造商的实力也有所增加 特雷 克斯起重机公司的崛起就是例证 特雷克斯起重机公司的前身是美国科林起重机厂 1995 年以来 通过一系列的兼并活动 已发展成为世界顶级公司之一 日本从 70 年代起成为工程起重机生产大国 产品质量和数量提高很快 1991 年日本 5t 以上的轮式起重机市场总销售量达 6700 台 目前日本市场年需求量为 3000 台 欧洲市场是潜力很大的市场 欧洲各工业国既是工程起重机的出口国 也是重要 的进口国 德国是最大的欧洲市场 其次为英国 法国 意人利等国 在德国 AT 产 品市场份额中 利勃海尔占 53 格鲁夫占 16 德马泰克占 14 多田野和特雷克 斯各占 10 和 5 起重机制造业中的联合之风与汽车行业很相似 在汽车行业中 通用汽车 福特 雷诺 宝马 梅赛德斯 大众等大公司都走上了联合之路 这两个行业的世界市场已 日趋一体化 欲在成熟的世界市场获得市场份额并保持增长 捷径是购买竞争对手 其长期目标是争夺世界市场的支配地位 在起重机行业 打入世界市场即意味着进入 北美 亚洲 日本 和欧洲三大市场 世界顶级公司都对世界市场具有强大影响力 但 迄今还没有一家公司在上述三大市场取得主导地位 有 4 家公司已在两大市场建立了 根据地 格鲁夫和特雷克斯在北美与欧洲 多田野在亚洲和欧洲 住友建机在亚洲及 北美 Bauma2007 德国展会上最引人注目的新型轮式起重机是利勃海尔LTM11200 9 1 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第16页共103页 其起重量为1200t 主臂全伸长度创纪录地达到了100m 采用Telematik专利单缸插销 伸缩机构的吊臂由7节伸缩臂和1节基本臂组成 分成2组 将上面的4节臂去掉后 形 成一个4节臂的短臂型产品 增加一个3m长的桁架臂头后 主臂长度为55m 特雷克斯 的RC60是起重量为60t的越野轮胎起重机 配备了40m长的5节主臂 它的动力来自于 一台164kW的康明斯发动机 并配备了具有6个前进挡和6个倒车挡的德纳变速箱 多 田野 法恩的旗舰是6桥360t的ATF360G 6 主臂长60m 采用了单缸插销伸缩机构 5 目前 起重机广泛应用液压技术 世界上 50 吨以下汽车起重机液压控制技术大 体分两派 亚洲以日本为代表 一般设计成开式系统 采用定量泵 定量马达或定量 泵 变量马达 以三联或四联齿轮泵作为动力源 而控制起重机各项起重作业动作的 换向阀则为手动机械操纵 我国各起重机生产厂也多是采用这种系统 欧洲则以德国 为代表 一般采用先导控制的开式变量泵加定量马达和变量马达的系统 动力源为变 量柱塞泵串联先导齿轮泵 用组合电磁换向阀控制起重机支腿伸缩 起重作业则由电 液比例复合传感多路阀控制 2 以日本为主的亚洲市场和以美国为主的北美市场 其产品主要有以下特点 6 越野轮胎起重机占主导地位 约占市场份额的 70 80 其次为汽车起重机 全路面起重机所占比例很小 多系列生产 中吨位居多 注意适应性和经济性 在保证产品性能和功能的前提下 大量采用通用配套 件 而不强调追赶新技术 故产品可靠性较好 以德国为主的欧洲市场 其产品的主要特点如下 6 全地面起重机占主导地位 约占市场份额的 80 大吨位产品为主 利勃海尔公司 100t 以上的产品占年销量的 70 80 技术先进 及时采用世界最新技术成果 专用配套件多 这已成为欧洲轮式起重机得天独厚的条件 1 3 2 2 国内轮式起重机的发展概况 我国从 1957 年开始生产 3t 5t 机械式汽车起重机 1957 1966 年 以生产 5t 机械式汽车起重机为主 1967 1976 年 以生产 12t 以下小型液压汽车起重机为主 1977 1996 年 中型液压汽车起重机产量发展较快 特别是从 1979 年开始 我国采 用进口汽车起重机底盘和和关键液压件自行设计生产了 16t 20t 汽车起重机之后 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第17页共103页 先后又有北起 长起 浦沅 徐重 锦州 哈尔滨等厂分别引进了日本多田野 加藤 美国格鲁夫和德国利勃海尔公司的技术 采用技贸结合的方式生产出 25t 35t 40t 45t 50t 80t 125t 汽车起重机以及 25t 越野轮胎起重机和 32t 50t 160t 全地 面起重机等 2 6 我国轮式起重机行业现有产品中具有70年代末到80年代中后期国际水平的只占 45 从 1993 年到 1999 年骨干企业的汽车起重机及其它轮式起重机的产品改造和新 产品的开发情况看 在产品改造方面 其中绝大多数是中 小吨位 改造的项目主要 是更换底盘 发动机 吊臂 二节臂换成三节臂 四边形吊臂换成五边形吊臂 等 近 年来虽然徐重 浦沅 长起等企业也加大了产品开发力度 并在产品质量 性能和外 观设计等方面都有一定的改进和提高 但实质性的进展很少 总体来说进步较慢 7 由于我国起重机的设计制造起步较晚 目前国内轮式起重机产品与国外轮式起重 机的差距主要表现在以下几个方面 6 质量稳定性差 部分产品发生早期故障频繁 国产起重机平均无故障时间仅 为 93 4h 最多为 185h 最少为 66 6h 整机工作寿命按主要零部件寿命计算 约为 2000 3000h 而国外同类产品一般可达 12500h 产品品种单一 当前全路面起重机产品和汽车轮胎起重机产品已分别在世界 三大市场 欧洲 北美和日本 占据了主导地位 而国内轮式起重机生产仍然以 8 50t 汽车起重机为主 8t 以下和 60t 以上产品几乎是空白 而造成了一方面生产能力 过剩 另一方面许多重点工程急需的大型起重机尚需进口的局面 产品性能自动化 智能化方面与国外差距较大 安全保护方面的设备可靠性 较差 轮式起重机目前普遍采用计算机集成控制的电比例操作系统 运用先进的 CAN BUS 数据总线技术 所有起重机的重要电子元 器 件 如长度传感器 角度传感器 及手柄等 的电子信号通过 CAN BUS 总线传输给计算机加以集中处理 通过显示屏提 供起重机作业的全部信息参数 显示起重机的工作状态和工作过程 实现起重机的自 动控制 材料方面 国内主要采用的材料为 Q235 A 16Mn 等 而国外以广泛采用低合 金高强度钢和其他轻型材料 并逐渐向高强度钢发展 从新型化 美观化 宜人化方面 国内产品显得比较简陋 涂漆防腐也有明 星差距 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第18页共103页 1 4 轮式起重机的发展趋势 采用新技术 新材料 新结构 新工艺 提高零部件及整机可靠性 2 7 8 我国轮式起重机与国外水平相比 可靠性差 故障反馈率高 而反馈最大的以配 套件为多 整机可靠性低的问题也需解决 必须转变观念 增大投入 提高产品质量 通过采用国际化配套体系 可有效提高产品的可靠性 伸缩臂结构不断改进 4 6 利勃海尔 LTM1090 2 和 LTM1160 2 型 AT 产品 采用了装有 Telematik 单缸自 动伸缩系统的卵圆形截面主臂 这种卵圆形截面主臂在减轻结构重量和提高起重性能 方面具有良好效果 广泛采用液压技术 9 由于液压传动具有体积小 重量轻 结构紧凑 能实现无级调速 操纵轻便 运 转平稳和工作安全可靠等优点 近年来被广泛的运用到工程起重机上 数据总线技术得到应用 4 利渤海尔 LTM1030 2 型 30t 是世界首台装有数据总线管理系统的高技术双轴AT 产品 采用数据总线管理系统 可降低起重机油耗及排放值 简化布线 提高整机可 靠性与维修方便性 采用先进研发手段 向自动化 智能化 集成化和信息化发展 2 10 11 通用型起重机以中小型为主 专用起重机向大型大功率发展 8 11 12 重视 三化 逐步过渡采用国际标准 8 9 12 目前 各国在发展工程起重机新产品中都很重视 三化 标准化 系列化 通 用化 我国对轮胎式起重机制定了基本参数系列 并统一了产品型号和等级 1 5 轮式起重机设计采用的方案和方法 1 5 1 本课题的方案论证 参照现行工程起重机的设计标准 GB3811 1983 和采用模块化的设计理念 并本 着外观优美 结构紧凑 性能和质量优越 尽量采用标准件的设计原则来实现本课题 QLY2 轮胎起重机 的设计 本课题对 QLY2 轮胎起重机的设计采用合理的设计方案 整机结构的布置上参照 了国内外中小型轮胎起重机的布局 提高了整体结构布置的紧凑性 以便使该轮胎起 重机有较好的灵活性和通过性 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第19页共103页 QLY2 轮胎起重机属于小型起重机 底盘采用工程机械专用底盘 因为一般的通 用底盘无法承受起吊作业时的载荷 需要在底盘上加装副车架 副车架有高强度支腿 与其相连接 承受起吊作业时的载荷 由于副车架在原有底盘与工作装置之间 因而 增加了整机的高度 限制了行驶速度和通过性能 所以自行设计专用底盘 使其即能 满足吊载时的强度要求 又能降低整机的高度 底盘上的发动机功率能够满足各种工 况要求 发动机通过分动器分别向行走机构和工作装置提供动力 工作装置的设计采用现代化设计方法设计 同组成员各负责其中一部分 工作装 置主要有起升机构 回转机构 变幅机构和臂架 相互配合的模块部分的尺寸强度要 求及其技术指标要符合整机的强度 刚度和稳定性要求 一些无法确定的参数采取先 假设后验算再通过画图调整的方法来确定 这样有利于保证整机设计的合理性 起升机构选用液压马达驱动 单卷筒同轴布置方式 以满足 QLY2 轮胎起重机结 构紧凑的要求 现在的低速大扭矩液压马达在工作转速下的扭矩还难以直接驱动回转平台 其转 速范围一般是 0 500r min 而回转平台的回转速度不能大于 3r min 故总的传动比 在 10 25 之间 而回转支承的齿轮减速只有 3 10 的传动比 并且本设计采用了内齿 圈 传动比偏小 所以还需要一级大的传动比减速才能满足工况要求 因此采用带行 星减速器及制动器的液压马达总成 变幅机构驱动形式采用单泵定量泵系统 液压缸的布置形式采用了前倾式布置 虽作其臂架下方有效空间小 但具有变幅推力小 臂架悬臂部分短 臂架受力好的特 点 因此可以采用小直径液压缸 吊臂有桁架和箱形两种形式 桁架臂承受载荷能力比较好 但不便于使用液压传 动 而且 2T 的起重量相对来说还不需要用桁架吊臂 因此 QLY2 轮胎起重机采用同步 伸缩的箱形吊臂 在各工作装置都设计验算合格之后再对原先的一些假设参数进行修正 最后使各 机构的设计要符合整机的装配要求 保证整机设计的经济性 合理性 安全性 先进 性 1 5 2 本课题采用的设计方法 1 通过调研及收集资料 参考现有的起重机产品及其整体装配图和起重机图集研 究各起重机装配图的设计技巧和设计方案 运用 AutoCAD 对所有的机构做合理的布 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第20页共103页 局 完成总体装配图的设计 2 利用现代工程机械优化设计方法 13 参照 起重机设计手册 和其它起重机 设计书籍 完成起重机总体设计计算及各部件的选型设计计算 优化各主要部件设计 参数和整机结构布置 采用计算机辅助设计进行各部件的合理布局 使整机结构显得 更为紧凑 并绘制设计图纸 利用有限元分析对臂架的受力进行分析 实现臂架结构 的合理性 使用模块化设计实现产品设计的 三化 标准化 系列化 通用化 3 运用人机工程学原理 14 使所设计的 QLY2 轮胎起重机制造维修简单 使用操 作方便 具备良好的安全性 经济性 耐用性及使用舒适性 1 6 本章小结 本章主要对课题的立题依据和任务做了一下说明 并对轮式起重机的国内外现状 及发展趋势做了概述 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第21页共103页 第第第第 2 2 2 2 章章章章 技术参数的确定技术参数的确定技术参数的确定技术参数的确定 2 12 12 12 1 QLY2QLY2QLY2QLY2 轮胎起重机主要性能参数的确定轮胎起重机主要性能参数的确定轮胎起重机主要性能参数的确定轮胎起重机主要性能参数的确定 起重机的技术参数表征起重机的作业能力 是设计 制造 选择和使用起重机 的基本依据 起重机的主要技术参数有 起重量 起升高度 幅度 起重力矩 机构 工作速度和生产率 对于本课题设计的轮胎起重机 爬坡度 和最小转弯半径也是主 要技术参数 1 最大额定起重量 起重机正常工作时允许提升的最大质量称为额定起重量 额定起重量随着幅度的 加大而减小 轮胎式和履带式起重机起重量规定包括钓钩的质量 轮胎式和履带式起 重机的名义起重量吨级 即起重机铭牌上标定的起重量 通常是以最大额定起重量表 示的 最大额定起重量指基本臂处于最小幅度时所起吊重物的最大质量 为了适应国 民经济各部门的需要 同时考虑到起重机品种发展实现标准化 系列化和通用化 国 家对起重机的起重量制定了系列标准见表 2 1 该标准适用于所有类型的起重机 根 据起重机最大起重量系列的国际标准 ISO2374 1983 表 2 1 所示 以及市场供求 分析 本课题选取打支腿时最大额定起重量为 2T 不打支腿时最大额定起重量为 0 5T 表 2 1最大起重量系列 t ISO2374 1983 0 10 1250 160 20 250 320 40 50 63 0 811 251 622 53 245 6 3810 11 2 12 5 14 161820 22 5 25 28 32 36 40 45 5036 63 71 80 90 100 112 125 140 160 180 200 225 250 280 320 360 400 450 500 560 630 700 800 900 1000 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第22页共103页 2 起升高度 起升高度是指地面到吊钩中心的距离见图 2 1 1 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 到最高极限位置时自吊钩中心至地面的距离 对 于动臂起重机 当掉臂长度一定时 起升高度随 幅度的减少而增加见表 2 2 臂架长度可变的轮胎 汽车 铁路 履带起 重机的起升高度随臂架仰角和臂长而变 在各种 臂长和不同臂架仰角时可的相应起升高度曲线 图 2 1 1 轮胎起重机工作幅度和高度 表 2 2轮胎和汽车起重机起升高度 m JB1375 74 因为本课题设计的是轮胎起重机 参照现有同型号产品 本课题选取基本臂作业 起升高度为 4 16m 最长主臂作业起升高度为 9 56m 臂架为 3 节臂 3 幅度和工作幅度 幅度是指起重机的回转中心垂线到起重吊钩中心垂涎的水平距离见图 2 1 1 它 与起重吊臂长度和吊臂仰角有关 吊臂仰角可以从 0 80 为了便于在吊臂端部 进行操作 可使仰角成 3 角 实际的工作角度一般在 30 75 范围内 由于起重 时吊臂产生弯曲变形 幅度随起重量大小稍有变化 变形后的实际幅度称为工作幅度 汽车起重机和轮胎起重机基本参数表 2 3 系列标准中规定了最小额定幅度 该幅度是 起重机起升最大额定起重量时 也是用基本臂工作时 的最小工作幅度 规定了起重 机最大额定起重量 Qmax和最小工作幅度 Rmin 也就基本确定了该起重机的起重能力 最小工作幅度规定的过大 将使同一起重量等级的起重机具有较大的起重能力 但其 臂的自重和造价将有所提高 吊臂重量的增大将恶化大幅度时的起重性能 而造价的 提高将不利于市场竞争 起重量 t 3581216254065100 起升 高度 m 基本臂作业5 56 577 588 591011 最长主臂作业11121825303436 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第23页共103页 表 2 3 汽车起重机和轮胎起重机基本参数 JB1375 1983 注 不用支腿时 最大额定起重量 指在不用支腿起重作业状态下 起重机在各作业方位区的起重量及前方 吊重行驶的起重量 参照现有同型号产品 本课题给定最小工作幅度为 3m 仰角范围为 0 80 4 工作速度 工程起重机的工作速度主要包括卷扬 变幅 回转和行走的速度 对轮胎式起 重机 还包括吊臂伸缩速度和支腿收放速度 起升速度指起重吊钩起升 或下降 的 速度 变幅速度指吊钩自最大幅度到最小幅度是的平均线速度 回转速度指起重机转 台每分钟的转数 起重机工作速度选择合理与否 对起重机性能有很大影响 一般来 说 起重机工作效率与各机构工作速度有直接关系 当起重量一定时 工作速度高 生产率也高 但速度高也带来一系列不利因素 如惯性增大 启动 制动时引起的动 力载荷增大 从而机构的驱动功率和机构强度也要相应增大 因此 合理选择工作速 度要全面考虑与之有关的以下一系列因素 表2 4为轮胎起重机工作速度选取参考表 本标准适用于汽车起重机和轮胎起重机 不包括特殊用途的汽车起重机 本标准作为汽车起重机和轮胎起重机产品发展及改进的依据 轮胎起重机无小于 5 吨的系列 括号中值为轮胎起重机不用支腿时的最大额定起重量 分子 分母中分母 值为轮胎起重机的参数 最大额定 总起重量 t 最小额定 幅度不小 于 m 起重力矩不小于起升高度不低于作业状态 整机自重 不大于 t 基本臂最长主臂基本臂最长主臂 t m m 3 5 8 3 0 10 4 0 12 4 5 16 5 0 20 5 5 25 7 0 32 8 0 40 10 0 50 12 0 63 15 0 80 20 0 100 125 2 8 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 3 0 8 4 15 0 24 0 30 0 36 0 48 0 60 0 75 0 96 0 120 0 150 0 189 0 240 0 300 0 375 0 6 0 10 5 15 0 22 0 24 0 28 0 38 0 48 0 60 0 75 0 85 0 95 0 105 0 115 0 125 0 5 5 6 7 7 5 5 0 8 0 6 0 8 5 6 5 9 0 7 0 9 5 7 5 9 5 8 0 10 0 9 0 11 0 9 0 11 0 9 5 11 5 10 0 12 0 11 0 12 5 13 0 10 11 12 9 0 13 10 14 11 22 17 23 18 24 20 25 24 29 24 32 26 35 28 38 32 40 42 4 5 8 0 13 5 15 15 0 17 17 0 20 23 0 23 25 0 25 30 0 28 35 0 30 40 0 40 48 0 48 60 0 55 72 0 72 85 0 100 0 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第24页共103页 表 2 4轮胎起重机工作速度选取参照表 注 当轮胎式起重机采用桁架臂时 吊钩的起升速度可以提高 50 1 起升速度指吊钩平稳运动时 起吊物品的垂直位移速度 根据起重机所服 务对象的作业要求考虑 对于主要用于料场装卸作业的起重机为了提高装 卸货物及材料的生产率 一般要求工作速度快 升速度也有以绕入卷筒的 单根钢丝绳速度表示 显然 单绳速度和吊钩速度是差一个滑轮组的倍数 实际上轮胎起重机的吊钩速度不是恒定的 钢丝绳在卷筒上绕的层数不同 单绳速度也在变化 作为铭牌参数的起升速度 是指卷筒在驱动机最大工 作速度下的第一层钢丝绳的单绳速度 或与此相应的吊钩速度 根据目前 轮胎起重机的资料 中 小型起重机的吊钩速度一般在 8 13m s 左右 有 的已达 15m s 根据表 2 3 按本课题设计要求选取吊钩起升速度为 7m min 2 回转速度指起重机转台每分钟转数 轮胎起重机的回转速度是受到回转启 动 制动 惯性力的限制 也就是受到回转的吊臂头部出 惯性力作用出 最大圆周速度 180m min 和启动时间 4 8s 的限制 当回转半径平均 为 10m 时 回转速度 n 限在每分钟 3 转以下 作为起重机铭牌参数的回转 速度 是指回转机构的驱动装置在最大工作速度下起吊额定起重量时的回 转速度 回转速度 n r min 和吊臂头部圆周速度 v m min 有下列关系 v 2 Rn 6 28R 根据表 2 3 按本课题设计要求选取回转速度为 0 2r min 3 轮胎起重机的变幅速度是指吊臂头部沿水平方向移动的速度 变幅速度对 生产率影响不大 而对起重机的工作平稳性影响较大 故不能取大 平均 速在 15m min 左右 从最大幅度变到最小幅度的时间一般在 30s 60s 工作速度小型轮胎起重机中型轮胎起重机大型轮胎起重机 吊钩起升速度 m min 12 157 142 7 回转速度 r m 32 31 5 2 臂架仰起变幅时间 s 16 3030 6090 150 吊臂伸出时间 s 3040 6070 90 行驶速度 km h 20 7014 50 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第25页共103页 视起重机幅度大小而异 根据表 2 3 本课题选取变幅时间为 30s 4 伸缩臂速度指起吊臂伸缩时 其头部沿伸缩臂轴线的移动速度 轮胎起重 机的吊臂伸缩速度 一般外伸速度为 6 10m min 由于液压缸两腔作用的面 积不同 缩回速度为外伸速度的一倍左右 伸缩臂速度与吊臂伸出时间有以下关系 2 2 t LL vs 0 根据表 2 3 本课题选取吊臂伸出时间为 30s 所以伸缩臂速度为 10 8m min 5 液压支腿的收放速度一般用时间来表示 在 15 50s 之间 根据同类型产品 本课题选取支腿收放速度为 30s 放 25s 收 6 轮胎起重机的行驶速度是主要的参数之一 转移行驶速度要快 汽车起重 机的行驶速度可达 50 70km h 以便于汽车编队行驶 由于轮胎起重机的轴 距较短 中心高 有时甚至无弹性悬挂等原因 行驶速度一般在 30km h 以下 轮胎起重机还有一种吊重行驶速度 在 5km h 以下 根据表 2 3 本课题设计的轮胎起重机行驶速度选取为 35km h 5 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 因素的参数 能比较全面和确切地反映起重机的起重能力 M Qmax Rmin 2 3 6 t m 本课题的设计的轮胎起重机起重力矩为 6t m 6 起重机自重 轮胎起重机的自重是指工作状态时的机械总重 并不一定等于行驶的重量 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 按设计要求起重机总质量 G 5 t 2 4 7 通过性能 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第26页共103页 通过性就是指轮胎式 起重机正常行驶时能够通过 各种道路的能力 轮胎式起 重机的通过性几何参数基本 上接近一般公路车辆 接近 角 离去角 纵向通过 半径 离地间隙 h越大 最小转弯直径越小 说明整 机通过性能越好 由于轮胎 式起重机车价下装有图 2 1 2通过性几何参数 支腿 故最小离地间隙可能变小 若起重机具有前悬下沉式驾驶室 接近角将大大减 小 离去角也因有支腿而减小图 2 1 2 轮胎起重机的通过几何参数应尽量设计得接近一般公路载重汽车的参数 如表 2 5 所示 表 2 5各种车型通过性几何参数比较 普通轮胎起重机的最大爬坡度为 8 14 实际上 决定爬坡度的是起重机底 盘的牵引力和驱动桥的数目 影响通过性的还有起重机的转弯半径 外轮的 它与 起重机的轴距 轮距 转向轮转角有关 轮胎式起重机的转弯半径在 7 12m 起重机 的轮胎尺寸也影响车辆的通过性 增大轮胎直径和宽度能减小接地压力 但车轮直径 不宜过大 过宽 过大将使车轮惯性过大 整车重心升高 过宽则使转向阻力增大 减小接地压力最好是采用低压轮胎 胎内气压低于 0 5MPa 在 QLY2 轮胎起重机的设计中 机动灵活性是本机的一个设计重点 为了提高给 急的通过性能 结合国内外同类型的起重机产品 本课题取最小离地间隙为 300mm 车型最小离地间隙 h接近角 离去角 纵向通过半径 r 公路型载重汽车220 mm 300 mm25 30 25 45 2 7 7 m 越野汽车260 mm 310 mm36 60 30 48 1 9 3 8 m 轮胎起重机220 mm 300 mm15 40 15 30 2 7 7 m 大客车130 mm 300 mm8 40 8 20 4 9 m QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第27页共103页 接近角为 20 离去角为 20 纵向通过半径为 2 2m 轮距为 轴距为 转向 轮转角 8 最小转弯半径 汽车或轮胎起重机行驶时 方向盘转到头 外轮至转弯中心的水平距离叫最小转 弯半径 单位以米 m 表示 最小转弯半径与起重机底盘的轴距 轮距 转向主销 中心距 转向车轮的偏转角 转向桥数目等因素有关 最小转弯半径是表征起重机 机动性能的参数 本课题设计的轮胎起重机经计算最小转弯半径为 起重机的主要技术参数选定后 同一类型的起重机可以通过以下指标对主要技术 参数进行综合比较 1 单位质量指标 比质量 KG 臂架类型起重机 KG 或 KG 2 3 5 1 2 G QRH G QR 式中 G Q 分别为起重机的和额定起重量 L R H 分别为跨度 幅度和起升高度 2 单位功率指标 比功率 Kp 计算公式如下 Kp Q P 式中 P 起重机原动机总装机容量 Kw 对于同一类型起重机 KG大 Kp 小 表明起重机的自重利用得好 作业能力强 2 22 2 QLY2QLY2 轮胎起重机工作级别的确定轮胎起重机工作级别的确定 1 QLY2 轮胎起重机的利用等级和使用寿命的确定 起重机是间歇工作的机器 具有短暂而重复工作的特征 在工作时 起重机各 机构时开时停 时而正转 时而反转 有的起重机日夜三班工作 有的只工作一班 有的甚至一天只工作几次 这种工作状况表明 起重机及其机构的工作繁忙程度是不 同的 同时作用于起重机上的载荷也是变化的 有的起重机是经常满载的 有的经常 只吊轻载 其负载情况很不相同 此外 由于各机构速度不同 动力冲击载荷作用程 度也不同 起重机的这种工作特点 在设计起重机零部件 金属结构和确定起重机动 QLY2轮胎起重机设计开发 总体设计开发 第28页共103页 力功率时都必须给与考虑 划分起重机的工作级别是为了对起重机金属结构和机构设计提供一个合理的基 础 也为用户和制造厂家进行协商时提供一个参考范围 它能使起重机胜任它需要完 成的工作任务 在确定起重机工作级别时 首先应考虑利用等级和载荷状态两个因素 按我国起重机设计规范 起重机的利用