汽车起重机臂架系统设计开题报告.doc

毕业设计(论文)开题报告题目： 汽车起重机臂架系统设计课 题 类 别： 设计 论文 学 生 姓 名： # 学 号： 200579250306 班 级： 工程机械0502 班 专业（全称）：机械设计与制造及其自动化指 导 教 师： 贺尚红 200 年 月一、本课题设计（研究）的目的：通过毕业设计,使学生掌握工程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.掌握汽车起重机的动力总体设计及计算和主要零部件的设计技巧.本子课题任务是汽车起重机臂架设计任务的设计开发及相关的关键零件设计。此外本课题设计是我们对以前基础课程的一次回顾与再学习，能够极大的提高我们实际动手能力。二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：汽车起重机是装在普通汽车底盘或特制汽车底盘上的一种起重机，其行驶驾驶室与起重操纵室分开设置。这种起重机的优点是机动性好，转移迅速。缺点是工作时须支腿，不能负荷行驶，也不适合在松软或泥泞的场地上工作。 汽车起重机的底盘性能等同于同样整车总重的载重汽车，符合公路车辆的技术要求，因而可在各类公路上通行无阻。此种起重机一般备有上、下车两个操纵室，作业时必需伸出支腿保持稳定。起重量的范围很大，可从8吨1000吨，底盘的车轴数，可从210根。是产量最大，使用最广泛的起重机类型。1.汽车起重机种类汽车起重机的种类很多，其分类方法也各不相同，主要有： 1.按起重量分类：轻型汽车起重机（起重量在5吨以下），中型汽车起重机（起重量在5-15吨），重型汽车起重机（起重量在5-50吨），超重型汽车起重机（起重量在50吨以上）。近年来，由于使用要求，其起重量有提高的趋势，如已生产出50-100吨的大型汽车起重机。 2.按支腿型式分：蛙式支腿、x型支腿、h型支腿。蛙式支腿跨距较0?仅适用于较小吨位的起重机；x型支腿容易产生滑移，也很少采用；h型支腿可实现较大跨距，对整机的稳定有明显的优越性，所以中国目前生产的液压汽车起重机多采用h型支腿。 3.按传动装置的传动方式分：机械传动、电传动、液压传动三类。 4.按起重装置在水平面可回转范围（即转台的回转范围）分：全回转式汽车起重机（转台可任意旋转360）和非全回转汽车起重机（转台回转角小于270）。 5.按吊臂的结构形式分：折迭式吊臂、伸缩式吊臂和桁架式吊臂汽车起重机。2.汽车起重机的基本构造 汽车起重机主要由起升、变幅、回转、起重臂和汽车底盘组成。由于液压技术，电子工业，高强度钢材和汽车工业的发展，促进了汽车起重机的发展。自重大，工作准备时间长的机械传动式汽车起重机已被液压式汽车起重机所代替。液压汽车起重机的液压系统采用液压泵、定量或变量马达实现起重机起升回转、变幅、起重臂伸缩及支腿伸缩并可单独或组合动作。马达采用过热保护，并有防止错误操作的安全装置。大吨位的液压汽车起重机选用多联齿轮泵，合流时还可实现上述各动作的加速。在液压系统中设有自动超负荷安全阀、缓冲阀及液压锁等，以防止起重机作业时过载或失速及油管突然破裂引起的意外事故发生。汽车起重机装有幅度指示器和高度限位器，防止超载或超伸距，卷筒和滑轮设有防钢丝绳跳槽的装置。 对于16t以下的起重机要求设置起重显示器，16t及16t以上的起重机设置力矩限制器，且有报警装置。液压汽车起重机的起重臂由多节臂段组成，可以根据对起升高度的不同要求设计。起重臂的伸缩方式一种是顺序伸缩，另一种是同步伸缩。大吨位的起重机为了提高起重能力大多数都采用同步伸缩。各臂段的伸缩由油压控制，伸缩自如。带副臂的起重机，在行驶状态时，副臂一般安置于主臂的侧方或下方。转台主要用来布置起升机构、回转机构、起重臂及变幅油缸的下支点和操纵装置。对于中、大吨位的起重机，有的还在转台上安置发动机。转台与底架之间用能承受垂直载荷、水平载荷及倾覆力矩的回转支承联接。为了防止在行驶时转台发生滑转，设有转台锁定装置。回转机构由定量马达驱动。回转机构的输出齿轮与回转支承齿轮啮合。实现起重机转台沿回转中心作360回转。起重臂的变幅，由单只或双只液压油缸通过油液控制完成。起重机构由油液控制变量或定量马达通过减速机驱动卷筒。由于采用液力变矩器，起重机各机构的运动能无级变速，可使载荷在微动速度下由动力控制下降。为了防止过卷，设有钢丝绳三圈保护装置及报警装置。中、大吨位的汽车起重机可根据市场需要配置副起升机构，以供双钩作业。3.国内发展趋势中国的汽车式起重机诞生于上世纪的10年代，经过了近30年的发展，期间有过3次主要的技术改进，分别为70年代引进苏联的技术，80年代引进日本的技术，90年代引进德国的技术。但是总体来说，中国的汽车式起重机产业始终走着自主创新的道路，有着自己清晰的发展脉络，尤其是进几年，中国的汽车式起重机产业取得了长足的发展，虽然与国外相比还有一定的差距，但是这个差距正在逐渐的缩小。而且中国目前在中小吨位的汽车式起重机的性能已经完好，能够满足现实生产的要求。在不久的将来，中国的汽车式起重机行业一定会发展成为一个发展稳定，市场化程度高的成熟产业。 许多专家认为，高速发展的市场，是中国汽车式起重机产业各个厂商有利的技术创新基础和环境。近几年，中国汽车式起重机产业除了一家较小的公司与日本起重机品牌厂家合资以外，其余厂家一直在追赶国外先进水平的进程中，一直坚持自主的技术创新道路，基本上没有整体引进国外技术的做法，也使的中国汽车式起重机产业在达到和接近国际先进水平的同时，在产品技术上有明显的中国特质。 中国汽车式起重机已经大量使用PLC可编程集成控制技术，带有总线接口的液压阀块，液压马达，油泵等控制和执行元件已较为成熟，液压和电器已实现了紧密的结合。可通过软件实现控制性能的调整，大幅度简化控制系统，减少液压元件，提高系统的稳定性，具备了实现故障自动诊断，远程控制的能力。 当前中国新一代汽车起重机产品，起重作业的操作方式，大面积应用先导比例控制，具有良好的微调性能和精控性能，操作力小，不易疲劳。通过先导比例手柄实现比例输送多种负荷的无级调速，有效防止起重作业时的二次下滑现象，极大的提高了起重作业的安全性、可靠性和作业效率。 部分大型汽车式起重机还在伸缩臂上使用了单缸插销的伸缩技术，通过液压销作用，以单个液压油缸可完成多节伸臂的运动，并达到各种工况的程度控制和自动伸缩，改变了以往能不油缸加内部绳排的作业方式，使起重机相对更轻，拓展了起重机向更高工作高度发展的空间。 在走向国际市场的过程中，中国汽车式起重机产业近几年品质水平的快速提高，也得到了国际拥护的高度肯定，由于产品使用规范，用户的专业素质较高，出口产品的质量反馈比在过内有了明显的减少，产品反映较好。这都为中国汽车式起重机行业的发展打下了良好的基础。 中国的汽车式起重机的生产企业要想在本领域生存与发展，需要做的事情还很多，由于市场需求的增大，也要求生产企业不断创新，在保证起重机性能的基础上还要不断开发出更大吨位的新产品，满足市场的需求。只有这样才能从市场中获得养分和活力使自己生存，在生存中发展，在发展中壮大。 主要的发展趋势应该有以下几点： 1.扩大产品的品种 在企业内部应建立完善的产品研究和开发体系，使产品系列化，品种齐全，要形成大中小完整系列，增多产品数量，使生产规模不断的扩展。 2.增大起重力矩 目前中国生产的汽车式起重机大多是50吨以下的中小吨位的起重机，大吨位生产的很少，而随着社会的发展，对机动灵活的大型起重机械的需求越来越大，这都是汽车式起重机发展的养分， 所以增大其中力矩迫在眉睫。 3.增加起重机功能 随着国民经济的快速发展，用户对汽车式起重机的使用上的要求越来越多，希望能够一机多用，已经不仅仅是在搬运重物时使用，而是满足在不同环境和工种的使用，这些都为未来发展找清了方向。 4.全力打造自己的品牌 目前中国的汽车起重机生产企业，缺少自己的专业研究人员和开发队伍，而是去模仿别人生 产的成品，没有发展方向和竞争力。未来经济的全球化以及由此引发的一系列问题，使得竞争手段从传统的产品，价格等层次转嫁到品牌的竞争上来。所以各大汽车式生产企业应该努力打造自己的品牌，从而使自己发展壮大。 5.开创自我空间占领市场 中国的各大汽车式起重机生产企业要不断创新，大胆进行运行急智的改革，面向市场，结构优化，人员重组，引进设备，进行刻苦的技术研发，在不断完善自我的前提下，占领市场。4.国外发展趋势 4.1设计、制造的计算机化、自动化 近年来，随着电子计算机的广泛应用， 许多国外起重机制造商从应用起重机辅助设计系统（CAD），提高到应用计算机进行起重机的模块设计。起重机采用模块单元化设计，不仅是一种设计方法的改革，而且将影响整个起重机行业的技术、生产和管理水平，老产品的更新换代，新产品的研制速度都将大大加快。对起重机的改进，只需更改几个模块；设计新的起重机只需新的不同模块进行组合，提高了通用化程度，可使单件小批量的产品，改成相对批量的模块生产，能使较少的模块形式，组合成不同规格的起重机，满足市场的需求，增强了竞争力。 4.2起重机控制元件的革新与应用 起重机的定位精度是对起重机的重要要求，多数采用转角码盘，齿轮链，激光头与钢板孔带来保证，定位精度通常为3，高于1mm的精度需另加定位系统。在起重机起升速度和制动器方面的改进，则使用低速运行的起重机吊钩精确定位，起重机的刹车系统也应用微处理进行控制和监视工作。 遥控系统用于汽车式起重机及其他移动式起重机械，这种系统包括在控制者身上的控制器，和安装在起重机上的接收器 ，控制器具有电磁辐射发生器，接收器与作用在起重机传动装置的操纵机械的转换部分相连。遥控器的使用不仅节省人力，提高工作效率，而且使操作者的工作条件有所改善。 起重机的距离检测防撞装置，采用无线电信号型的防撞装置，防撞系统由三相系统组成，用来监控起重机前端行使距离，一般首先发出信号警示，接着将大车车速减小到50%，最后切断电机电源，将大车制动。5、轮胎起重机臂架设计现状的研究和发展趋势常用工程起重机的吊臂有箱形伸缩式吊臂、桁架式吊臂及组合吊臂等。吊臂是工作装置的最主要部件，是起重机的主要受力构件。通过吊臂能够将货物提升到一定的起升高度，改变吊臂的倾角可达到变幅的目的，以增大作业范围。吊臂的设计合理与否，直接影响着起重机的承载能力和整机稳定性。为了提高产品的竞争力，吊臂的外观以及截面的选择都要慎重考虑，要求能给人以安全、稳定和可靠的感觉。5.1 桁架式吊臂大型桁架起重机的吊臂一般由基本臂和多节起重臂组装而成。一般通过柔性的钢丝绳牵拉吊臂的顶部实现变幅，由起重传送装置拉动通过安装在断臂顶端的滑轮组的钢丝绳起吊货物，故吊臂是以受压为主的双向压弯构件，吊臂可由角钢、钢管或异型钢管制作。桁架式吊臂可以制成轴线为直线形或折线形的结构形式，工程机械比较常用的是直线形吊臂，以为直线型吊臂构造简单、制造方便而且受力情况好。也可以在直线形主臂的端部安装副臂，以便增大臂下空间，增加起重高度，扩大作业范围。吊臂的断面可以制成矩形或三角形截面形式。基本臂的端部应具有较大的刚度，通常在端部用钢板焊接代替腹杆体系。在靠近根部一段长度内桁架用钢板加强。5.2 箱形伸缩式吊臂箱形伸缩式吊臂起重机多属于移动式起重机。不同的起升高度和起升幅度决定了起重机的起重量。起重机的吊臂由基本臂和多节吊臂组成。各节臂之间可以相对滑动，靠它们搭接的上下滑块来传递作用力。基本臂与转台通过水平销轴铰接，其中部与变幅油缸铰接，可实现吊臂在变幅平面内的自由转动。吊臂截面形式和材料对提高吊臂的起重性能有重要的影响，选择吊臂材料不仅要考虑其力学性能，还要考虑材料的冷弯性能、焊接性能等制造工艺性能。通常吊臂采用高强度合金钢板成型后焊接而成，大型起重机为了减轻自重提高起吊能力采用的合金钢板的屈服强度甚至达到700900Mpa 。目前比较常用的截面形式有：矩形截面、圆角矩形截面、五角型伸缩吊臂、矩形椭圆形截面、椭圆形截面。在伸缩臂的几种典型截面形式中，矩形截面由上下翼缘板和腹板焊接而成，因其制造工艺简单、切有较好的抗弯与抗扭刚度等优点，一般用于中小吨位轮式起重机。但是这种截面没有充分发挥材料的承载能力，而且为了使各吊臂间能很好地传递扭矩和横向力需设附加支承。由于矩形截面腹板较薄，必须考虑其局部失稳问题，一般在腹板受压区设置纵向筋，或在腹板外侧设置斜向筋，以增强腹板的抗屈曲能力。制造时，下盖板比上盖板稍后，一方面可以使中性轴下移，以减小下盖板的压应力；另一方面满足下盖板的局部稳定性。如滑块支承附近等局部高应力区，一般还要用加强。五角型伸缩吊臂具有很高的刚性和强度，作业时能有效减少变形和横向偏移。椭圆形截面是大圆角矩形截面的进一步发展，是一种受力较理想的吊臂截面形式，它能充分发挥材料的力学能力，应力分布合理，抗扭能力强。但椭圆截面也需设侧向支承，制造工艺较复杂，目前我国组要应用在较大吨位的起重机上。由于椭圆形吊臂截面受力状态为最佳,可使吊臂定心和抵抗扭矩变形的能力得到改善,在减轻结构重量和提高起重性能方面具有较好的效果,所以被国际大制造商们所采用。椭圆形吊臂结构现已成为利勃海尔公司新产品的标准件,也被德马格起重机采用。我国过去均采用四边形吊臂结构,近几年才开始采用五边形或六边形。尽管多边形吊臂结构强度比四边形高,但与椭圆形结构比还有一定差距。6、我国起重机的起重臂在制造技术方面与国外的差距很大，体现在以下几方面：6.1 起重臂截面的成型技术为了使起重臂更轻，性能更强，起重臂的设计广泛使用了超高强度钢材2-#345、26655等新材料，起重臂截面的设计需要解决板材屈曲的问题，各厂家都研究出了各自的解决办法。DEMAG 首先提出了椭圆形吊臂截面的概念，很好地解决了此问题，在其许多产品上都已使用。LIFBHFRR 此次展出的LTM 1300 起重臂的截面也采用了椭圆形截面，其截面上弯板为大圆弧槽形板，下弯板为椭圆形槽形板，且由下向上收缩，其重量优化，抗扭性能显著，具有独特稳定性和抗屈曲能力。GROVE 和TADANO 采用大圆弧六边形截面，根据需要，腹板上设计横向和纵向加强筋，提高腹板的抗屈曲能力。KATO 采用四边形截面，也采用加强筋解决腹板的抗屈曲能力。大圆弧六边形截面在国内已广泛使用，“四大家族”使用已相当成熟，泰起在其新品QY5OA 上也首次使用，其他厂家目前还在使用四边形截面。目前，椭圆形起重臂的技术代表最高水平，其优势很明显，由于不需采用加强筋，因而每节臂截面的变化很小，有利于减轻起重臂的重量，提高起重机的起重能力。但是截面的成型难度大，生产周期长。6.2 设计优化理论和计算方法起重臂设计所使用的计算理论和方法对起重臂设计的影响也非常大。知名企业都有自己的科研机构，对起重臂的计算理论、制造工艺等都有深入的研究，早已广泛使用FEM（有限元法）等新的计算方法，大大减轻了整机的重量。我国许多企业也使用FEM等计算方法，但一般都只是验算。所使用的计算理论基本上还是七、八十年代产品所使用的理论，许多局部结构的设计都是凭经验或简单的计算。另外，我们对焊接、冲压成形等工艺所产生的内应力、变形等的研究也很少，许多研究只是停留在理论上，很少在产品设计中使用，致使我们的许多产品在技术水平、实物质量上有很大的差异。起重臂是起重机的重要组成部分，它的外观造型、重量、起重性能直接影响整机的造型和性能。起重臂的发展经历了一个漫长的过程，由人工机械式的插销机构发展到目前最先进的自动插销机构，由四边形截面发展到现在高度优化的椭圆形截面，新材料的出现、液压电子技术和制造工艺的快速发展，对起重机的发展起到了催化作用。为了缩小我国产品同国外先进水平的差距，首先，我们应该加强对计算理论、制造工艺、伸缩机构等方面的研究，对产品在使用过程中出现的问题进行总结，并上升为理论；其次，完善制造工艺，提高员工的技术水平，变粗糙生产为精细加工，提高产品的实物质量；最后，在新产品的设计过程中讲求实用性和经济性，并富有创造性和新意，当产品发展到一定程度，创造性和新意更能提高用户的购买欲。三、设计（研究）的重点、难点，拟采用的途径（研究手段）：本子课题研究的重点是：箱形吊臂连接尺寸的确定，箱形吊臂金属结构的设计计算，箱形伸缩式吊臂的优化设计计算以及液压系统的设计计算其中主要难点有：1、箱形吊臂金属结构的设计计算。这部分包括：载荷的确定与组合、吊臂整体稳定性和强度计算、吊臂箱板的局部稳定校核、吊臂的桡曲变形估算、吊臂截面的选择。这部分应着重从计算分析入手，结合理论力学、材料力学等知识，严格遵循设计规范技术参数要求。2、箱形吊臂连接尺寸的确定。这部分包括：吊臂根部铰点位置的确定、吊臂各节尺寸的确定、变幅液压缸铰点的确定。因此，在设计这部分时应广泛查阅相关技术文献，认真做好基础准备工作，通过向老