【JX489】车载起重机设计【KT+RW+FY】[3A0]
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车载起重机设计 1 1 绪论 工程机械种类繁多，应用十分广泛。近年来，工程机械发展异常迅速、持续火爆，新理念、新技术、新工艺、新材料不断给予工程机械新的活力，因而工程机械行业的工程技术人员随之面临着新的挑战和考验。 工程起重机是一种以间歇式、重复工作方式，通过起重吊钩或其他吊具起升、下滑，或升降与运移重物的机器设备，是国民经济各生产部门提高劳动生产率、生产过程机械化不可缺少的大型机械设备，被广泛地应用于各种物料的起重、运输、装卸和安装等作业中，在应用工程起重机作业和施工的各部门减轻工人的繁重体力劳动，加快施工 与作业进度，降低施工与作业成本，提高质量等方面，起着非常重要的作用。 车载式起重机是将起重作业部分装在载重货车上的一种起重机。车载起重机由于具备既能起重、又能载货、机动灵活这一独特的优点，而广泛应用于交通运输、土木建筑业（包括建筑工程、公路桥梁工程、市政修建工程、机械化基础工程等）、电业、野外作业、石材业、码头的货物装卸及远距离转移货物，加装附加装置后，还可用于桥梁维修、高空架线及检测等作业中。随着国家基础建设的规模不断加大，随车起重机在起重运输行业和野外作业发挥的作用也将越来越大。 图 载起重 机结构图 课题的研究内容和意义 工程起重机是各种工程建设广泛应用的重要起重设备。它对减轻劳动强度，节省人力，降低建设成本，提高施工质量，加快建设速度，实现工程施工机械化起着十分重要的作用。车载起重机是其中一种，它安全可靠，结构合理，重量轻，操作使用方便，对许多生产场合与起重运输等行业，具有很强的现实意义。随着国家基础建设的规模不断加大，许多生产场合都需要对设备、产品、零件、货物等进行搬运和位移，车载起重机在起重运输行业和野外作业发挥的作用也将越来越大，市场也将越来越大。 在我国，车载起重机的发展已有 五十年历史了，由于受到客观条件的限制，一度发展无锡太湖学院学士学位论文 2 的较慢。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。随着国家基础建设的规模不断加大，许多生产场合都需要对设备、产品、零件、货物等进行搬运和位移，车载起重机在起重运输行业和野外作业发挥的作用也将越来越大，时常也将越来越大。车载起重机能够满足使用功能要求，安全可靠，结构合理，重量轻操作使用方便，对许多生产场合与起重运输等行业，具有很强的现实意 4。 起重机械式用来对物料进行起重、运输、装卸和安装 作业的机械。它可以完成靠人力无法完成的物料搬运动作，以减轻人们的体力劳动，提高生产效率，在工厂、车站、矿山、港口、建筑工地、仓库、水电站等多个领域的部门中得到了广泛的应用，随着生产规模日益扩大，特别式现代化、专业化的生产需求，各种专门用途的起重机相继产生，在许多重要的部门中，不仅式生产过程中的辅助机械，而且已成为生产流水作业生产线上不可缺少的重要机械设备它的发展对国民经济建设起着积极的促进作用。 起重机式一种循环的，间歇运动的，短程搬运物料的机械，一个工作循环，一般包括上料，运送，卸料及回到原位的过程，即取 物装置从取物地点，由起升机构吧物料提起，由运行回转或变幅机构把物料移位，然后物料在指定的地点下放，接着进行相反的动作，使取物装置回到原位，以便进行下一步的工作循环，在两个工作循环之间一般由短暂的停歇。起重机工作时，各机构经常是处于启动，制动，正向，反向，等相互交替的运动状态之中。 在高层建筑，冶金，化工，电站等大型项目的建设中，需要吊装和搬运的工程量日益增多，其中不少组合件的吊装和搬运重量达到几百吨。因此必须选用一些大型的起重机进行诸如锅炉及厂房设备的吊装工作。通常采用的大型起重机有龙门起重机，门座式起重机 ，塔式起重机，履带起重机，轮式起重机以及厂房内装置的桥式起重机等。 在公路，桥梁，水利电力等建设施工中，起重机的使用范围更式极为广泛，无论式装载设备器材，吊装厂房构件，安装电站设备，调运浇筑混凝土，模板，开挖废渣及其它建筑材料等均需使用起重机械，尤其式水电工程施工，不但工程规模浩大，而且地理条件特殊，施工季节性强，工程本身又很复杂，而且吊装搬运的设备，建筑材料量大品种多。除了上面介绍的起重机外，在水电工程中还采用一些其它的大型设备，如缆索起重机，浮式起重机等，在电站厂房及建筑物上安装各种类型的起重机，供检修 机组，启闭闸门，及起吊拦污栏之用，这些起重机由大型龙门起重机，固定卷扬起重机以及弧形闸门起重机等。这些专门用途的起重机一般吨位较大，如用起吊闸门的龙门起重机，和固定卷扬起重机，起到了工程起重机的作用，起重机在未来的国家建设当中，还将起到更大的作用。 车载起重机设计 3 起重机械的形式形形色色，五花八门，其大体分类如下： 图 重机械分类图 内外的发展概况 外 随车起重机发展情况 国际起重机制造业已有几百年的发展历史，主要生产国为德国、美国、日本、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、欧洲和亚洲。 欧洲作为起重机的发源地，轮式起重机生产技术水平最高。最负盛名的生产企业有利勃海尔、德马克、森内博根、德国格鲁夫、波坦等； 起重机械 轻小起重设备 手拉葫芦 梁式起重机 门式起重机 手扳葫芦 装卸桥 桥架型起重机 电动葫芦 悬挂单轨系统 铁路起重机 通用桥式起重机 冶金桥式起重机 堆垛起重机 协会 固定式回转起重机 缆索起重机 千斤顶 绞车 塔式起重机 门座起重机 汽车起重机 轮胎起重机 履带起重机 臂架型起重机 浮式起重机 升降机 无锡太湖学院学士学位论文 4 美国既是生产起重机的主要国家，又是最大的世界市场之一，年市场需求量达 600 亿美元，主要生产企业为马尼托瓦克公司 4，其特点是技术较先进、性能较好、可靠性较高，产品主要销往美洲地区和亚太地区；马尼托瓦克绗架臂履 带吊，波坦塔吊和格鲁夫液压移动吊以及万国随车吊在世界五大洲的多个地方制造，销售并提供服务。 日本从 207 年代起成为工程起重机生产大国，其产品特点是技术水平、性能、可靠性仅次于欧美， 40%品用于出口至欧美市场，已成为国际上制造起重机的主要国家之一，代表企业为多田野、加藤、神钢、日立、小松等。 近年来， 随着世界对车载起重机徐诶去量的不断增加 ，国外各起重机厂家大多采用优化设计等现代设计手段以提高设计效率。有关资料表明，美国、德国、日本等一些起重机公司都广泛应用 术，是经过反标准件外组合部分的加工制造。组合构件 的使用对生产非标准件起重机来讲，有助于减少成本。 20 世纪 80 年代以来，我国在充分吸收国外先进起重机械制造技术的基础上，开始消化国外技术，实现起重机械产品及关键零部件的国产化成为当时的技术发展主流。 由于国外劳动力成本很高，强调工作效率，施工中基本不采用人工装卸。随车起重机以使用灵活、技术成熟等特点，在国际市场有着广阔的市场前景。目前，国外随车起重机已形成了产品功能多元化、品种系列化、性能 (机及检测等行。日本和韩国的随车起重机生产较为发达，产品主要以伸缩臂结构为主，其中日本多田野 (产量已超过 6000台。 图 年各个的产量图 内随车起重机行业概况 我国随车起重机行业起步于上世纪 70 年 。 目前国内生产随车起重机的主要厂家有 10家左右，其中主要有徐工随车起重机公司、石家庄煤矿机械厂、湖南浦沅集团有限公司、山西长治清华机械厂、牡丹江专用汽车制造有限公司、广林特装车（锦州）有限公司、大汉、江环、独霸等。 徐州徐工随车起重机有限公司在消化吸收国外先进技术的基础上生产 列伸缩臂式、折叠臂式随车起重机，并于 2005 年在行业内率先推出第二代随车起重机产品，产品技术目前 处于行业领先水平，特别在结构设计、人机工程、产品配套、汽车大梁保护等方车载起重机设计 5 面引领行业发展。其产品批量出口非洲、南美、东南亚、中东等国家和地区。近两年来，依靠技术创新取得了较快发展，以 3%的市场占有率在国内处于领先地位，成为我国随车起重机行业的后起之秀。 湖南浦沅集团是国内生产工程机械的大型企业，随车起重机也只是其子产系列，该企业凭借着中联重科强大的技术研发能力，使其品在行业中享有一定的知名度，不仅在湖南、湖北销售良好，在新疆和相关省份地区也有较强的渗透能力。除了传统随车起重机生产企业外，近年来，国广林特装车株式 会社组建的合资公司，其产品主要特点是作业半径大，起升高度高，价格介于进口与国产之间，主要面对国内外一些高端用户。除此之外，以徐州利福特、湖南大汉、江环、独霸等为代表的营、个体企业，这支以民营、个体企业为主的新生力量正在此行业中大显身手，占据一席之地 3。 经过多年发展重机械企业已经有能力对现有技术进行自主创新，研发出符合国内外市场需求的个性化产品。到目前，我国起重机械行业的产品种类已超过 1000 个，并不断有新的起重机械设备问世。 国家统计局的数据显示 ： 2011 年，中国起重机制造行业规模以上企业有 78 家；全年实现销售额 元，资产规模为 15540 亿元，产品销售利润为 元。其中，产品销售利润和利润总额的增速均超过 30%，行业经营状况较好。 无锡太湖学院学士学位论文 6 2 汽车底盘的选择及起重机技术参数的确定图 要性能参数 起重机的技术参数表征起重机的作业能力，汽车式起重机的主要技术参数包括起重量、起升高度、幅度、起重力矩等。这些参数表名起重机工作性能和技术经济指标，它是设计起重机的技术依据，也是生产使用中选择起重机技术性能的依据。 重量 起重机起吊重物的质量称为起重量，通常以 Q 表示，单位为 t。起重机的起重参数通常是以额定起重量表示的。所谓额定起重量是指起重机在各种工况下安全作业所容许的起吊重物的最大质量的值，它是随着幅度的加大而减小的。带有吊钩的起重机的额定起重量不包括吊钩和滑轮组的自重。 汽车式起重机的额定起重量随着吊臂的方位（侧方、后方、前方三个基本作业方位）不同而有所变化。汽车式起重机的额定起重量还分支腿全伸、不用支腿吊臂行驶 3 种情况。起重机吊重行使时，起重臂必须前置。起重机不用支腿作业和吊重行使时的 额定起重量决定于轮胎、车桥（或轮对转向架）的承载能力。 如上所术，由于汽车式起重机的各种工况比较复杂，考虑的因素较多，额定起重量不只一个时，通常称额定起重量为最大起重量。此次设计的是 3 吨汽车式起重机的主臂，所以取起重量为 Q=3t。 升高度 起升高度是指从地面或轨道顶面至取物装置最高起生位置的铅垂距离（吊钩取取钩环中心），单位为米。如果取物装置能下落到地面或轨面以下，从地面或轨面至取物装置最低下放位置间的铅垂距离称为下放深度。 由于汽车式起重机的起升高度随着臂架仰角和臂架长度变化，在各种臂 长和不同臂架仰角时可得相应的起升高度曲线。汽车式起重机起升高度的选择按作业要求而定。在确定起升高度时，应考虑配属的吊具、路基和汽车高度保证起重机能将最大高度的物品装入车车载起重机设计 7 内。 汽车式起重机的最大起升高度的确定是根据起重机作业要求和起重机总体设计的合理性综合考虑。参见起重机设计手册汽车式起重机技术参数表 2。 度 旋转臂架式起重机处于水平位置时，回转中心线与取物装置中心线垂直之间的水平距离称为幅度（ R）。幅度的最小值 最大值 据作业要求而定。在臂架变幅平面内起重机机体的最 外边至取物中心铅垂线之间的距离称为有效幅度，有效幅度可为正值或副值。 汽车式起重机有效幅度通常是指使用支腿工作，臂架位于侧向最小幅度时，取物装置中心铅垂线至该侧两支腿中心连线的水平距离，它表示汽车式起重机在最小幅度时工作的可能性。汽车式起重机的幅度 R 此次汽车式起重机的幅度 R=3m.3 重力矩 起重力矩是臂架类起重机主要技术数据之一，它等于额定起重量 Q 和其相对应的工作幅度 R 的乘积，即 M=Q R，起重力矩一般用 t m 为单位。参见表 1， Q=3t， R=3m,此次设计的汽车式起重机的起重力矩为 M=QR=33=9tm。同时，基本臂起重力矩为 9tm，最长主臂的起重力矩为 4 tm。 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。对伸缩臂式起重机 ,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升起 (或下降 )的速度 ,变幅速度指吊钩自最大幅度到最小幅度时的平均线速度 ,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结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 : 根据起重机所服务对象的作业要求考虑。如主要用于港口码头和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。对于建筑安装工程使用的起重机 ,则要求吊装平稳性好 ,其工作速度相应的要低些 。 工作速度选择与运动行程有关。行程小 ,采用高速显然不合理。因为合理的速度应是在正常工作时机构能达到稳定运动 ,不然在机构未达到等速稳定运动前就要制 动。所以一般只有在运动行程大时 ,如用于高层建筑中的起重机的卷扬机构 ,才采用较高的速度。 起重机工作速度的选择与机型有关。如大起重量的起重机 ,主要解决重件吊装问题 ,工作并不频繁 ,工作速度不是主要问题 ,这种情况下 ,为了降低驱动功率 ,减少动力载荷和增加工作平稳性 ,一般速度取得较低。 根据机构本身作业要求和运动性质 ,各机构可选择不同的速度。如回转速度因受 启动、制动惯性力的限制 , 回转速度取得很低。因为变幅运动对起重机平稳性和安全性有很大影响 ,变幅速度也不能取得很大 ,特别是带载变幅时速度取得更低 . 无锡太湖学院学士学位论文 8 重 起重机的自重是指起重机处于工作状态时起重机本身全部自重质量。起重机自重是评价起重机的一个综合性指标 ,它反映了起重机设计、制造和材料的技术水平。随着电子计算机的应用、技术进步和材料性能的提高 ,起重机自重可以显著减少。 起重机自重与起重机类型、起重量吨级、底盘形式、传动形式、结构形式和整机稳定性等因素有关。例如 ,履带式底盘比轮胎式底盘自重大 ,箱形伸缩臂式比析架臂式自重大。注明符号代表的意义 。 车底盘的选择 从总的性能上看，可分为：通用的汽车底盘、专用的汽车底盘和专用的轮胎底盘三种。 所谓通用的汽车底盘，是指除车架更换外（若有必要时），其余皆采用原汽车底盘。小型的起重机可在原汽车底盘上附加副车架以支承上车结构，因为原汽车车架的强度和刚度都满足不了起重机在起重时的要求。虽然采用附加副车架的工艺比较简单，但整个起重机的重心较高，重量较大。 专用的汽车底盘是按起重机的要求设计的，轴距较长，车架刚性好。前悬下沉式驾驶室视野良好，吊臂置于其上。因驾驶室较低，吊臂位置也不高，故起重机重心较低。由于驾驶室悬挂在前桥前，故前桥轴荷较大，同时使车身增长，接近角减小，通过性较差，但可使吊臂的基 本臂做得长些；因为基本臂长度与车身成正比，其超出车身的长度一般限在 2此，在大型汽车起重机中常采用前悬下沉式的驾驶室 2。 所以选用专用的汽车底盘。 . 车载起重机设计 9 3 液压系统原理设计 液压元件逐步实现了标准化、系列化、化，其规格、品种、质量、性能都有了很大提高，尤其是采用电子技术、伺服技术等新技术新工艺后，液压系统的质量得到了显著的提高，其在国民经济及军事工业中发挥了重大作用。 从不同的角度出发，可以把液压系统分成不同的形式。 （ 1） 按 油液的循环方式，液压系统可分为开式系统和闭式系统。开式系统是指液压泵从油箱吸油，油经各种控制阀后，驱动液压执行元件，回油再经过换向阀回油箱。这种系统结构较为简单，可以发挥油箱的散热、沉淀杂质作用，但因油液常与空气接触，使空气易于渗入系统，导致机构运动不平稳等后果。开式系统油箱大，油泵自吸性能好。闭式系统中，液压泵的进油管直接与执行元件的 回油管相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环。其结构紧凑，与空气接触机会少，空气不易渗入系统，故传动较平稳。工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现，避免了开式系统 换向过程中所出现的液压冲击和能量损失。但闭式系统较开式系统复杂，因无油箱，油液的散热和过滤条件较差。为补偿系统中的泄漏，通常需要一个小流量的补油泵和油箱。由于单杆双作用油缸大小腔流量不等，在工作过程中会使功率利用下降，所以闭式系统中的执行元件一般为液压马达。 （ 2）按系统中液压泵的数目，可分为单泵系统，双泵系统和多泵系统。 （ 3）按所用液压泵形式的不同，可分为定量泵系统和变量泵系统。变量泵的优点是在调节范围之内，可以充分利用发动机的功率，但其结构和制造工艺复杂，成本高，可分为手动变量、尽可能 控变量、伺服变量、压力补偿变量、恒压变量、液压变量等多种方式。 （ 4） 按向执行元件供油方式的不同，可分为串联系统和并联系统。串联系统中，上一个执行元件的回油即为下一个执行元件的进油，每通过一个执行元件压力就要降低一次。在串联系统中，当主泵向多路阀控制的各执行元件供油时，只要液压泵的出口压力足够，便可以实现各执行元件的运动的复合。但由于执行元件的压力是叠加的，所以克服外载能力将随执行元件数量的增加而降低。 并联系统中，当一台液压泵向一组执行元件供油时，进入各执行元件的流量只是液压泵输出流量的 一部分。流量的分配随各件上外载荷的不同而变化，首先进入外载荷较小的执行元件，只有当各执行元件上外载荷相等时，才能实现同时动作。 全液压传动机械性能的优劣，主要取决于液压系统性能的好坏，包括所用元件质量优劣，基本回路是否恰当等。系统性能的好坏，除满足使用功能要求外，应从液压系统的效率、功率利用。 现代工程机械几乎都采用了液压系统，并且与电子系统、计算机控制技术结合，成为现代工程机械的重要组成部分 1. 式、闭式系统 按油液的循环方式，液压系统可分为开式系统和闭 式系统。开式系统是指液压泵从油无锡太湖学院学士学位论文 10 箱吸油，油经各种控制阀后，驱动液压执行元件，回油再经过换向阀回油箱。这种系统结构较为简单，可以发挥油箱的散热、沉淀杂质作用，但因油液常与空气接触，使空气易于渗入系统，导致机构运动不平稳等后果。开式系统油箱大，油泵自吸性能好。闭式系统中，液压泵的进油管直接与执行元件的回油管相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环。其结构紧凑，与空气接触机会少，空气不易渗入系统，故传动较平稳。工作机构的变速和换向靠调节泵或马达的变量机构实现，避免了开式系统换压冲击和能量损失。但闭式系统较开式系统复 杂，因无油箱，油液的散热和过滤条件较差。由于单杆双作用油缸大小腔流量不等，在工作过程中会使功率利用下降，所以闭式系统中的执行元件一般为 液压马达 8。 泵、多泵系统 按系统中液压泵的数目，可分为单泵系统，双泵系统和多泵系统。 单泵，系统简单，对速度的控制一般是快进采用液压缸差动连接，工进采用调速阀调速，如果是变量泵，这样设计不会有什么问题，系统效率较高采用双泵的可能性原因大体上 也是平衡这一矛盾，例如，当系统工进速度分级较多且工进时间较长时，宜采用双泵，即系统设计为大、小两台泵，大泵与小泵用于快进、快退，而工进用小泵，这样做的好处是系统节能，且成本相对较低，但系统较单泵复杂 5。 压系统的控制 液 压控制系统是以电机提供动力基础，使用液压泵将机械能转化为压力，推动 液压油 。通过控制各种阀门改变液压油的流向，从而推动 液压缸 做出不同行程、不同方向的动作，完成各种设备不同的动作需要。 液压控制系统的优点 1、可以在运行过程中实现大范围的无级调速。 2、在同等输出功率下， 液压传动 装置的体积小、重量轻、运动惯量小、动态性能好。 3、采用 液压 传动可实现无间隙传动 ，运动平稳。 4、便于实现自动工作循环和自动过载保护。 5、由于一般采用油作为传动介质，因此 液压元件 有自我润滑作用，有较长的使用寿命。 6、液压元件都是标准化、系列化的产品，便于设计、制造和推广应用。 液压控制系统的缺点 1、损失大、效率低、发热大。 2、不能得到定比传动。 3、当采用油作为传动介质时还需要注意防火问题。 4、液压元件加工精度要求高，造价高。 5、 液压系统 的故障比较难查找，对操作人员的技术水平要求高 2。 量节流控制系统 采用外啮合齿轮泵，流量固定，不能依据负荷变化而使流量作出相应的变化，只适用于小流量、中高压系统工作压力一般为 16载起重机设计 11 量系统 总功率变量控制，采用两个柱塞泵，每个泵输出流量可自动调节，工作过程中，每个泵输出流量随两个泵工作压力之和增大（减小）而减小（增大），两泵功率之和基本保持恒定，充分利用发动机功率，防止发动机熄火 4 压系统设计 机构油路组成及特点 起升机构是起重机械的主要机构，用以实现重物的升降运动。起升机构通常由原动机、减速器、卷筒、制动器、离合器、钢丝绳滑轮组和吊钩等组成。 液压马达减速器卷筒制动器离合器吊钩钢丝绳滑轮组图 升机构简图 起升液压油路回路起到使重物升降的作用。起升液压油路回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器、液压制动器和液压马达组成。起降机构是汽车起重机的主要工作机构，它是一个由大转矩液压马达带动的卷扬机。液压 马达的正、反转由三位四通手动换向阀 F 控制。起重机起升速度的调节是通过改变汽车发动机的转速从而改变液压泵的输出流量和液压马达的输入流量来实现的。在液压马达的回油路中设有平衡回路，以防止重物落下。此外，在液压马达上还设有由单向节流阀和单作用闸缸组成的制动回路，使制动器张开延时而紧闭迅速，以避免卷扬机起停时发生溜车下滑现象。 无锡太湖学院学士学位论文 12 图 升机构液压油路回路图 回转回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器和液压马达组成，由于回转力比较小所以其结构没有起升回路复杂。 回转机构用以改变工作回路，考虑到载荷的摆动 会造成倾翻的危险对微动性和稳定性要求较高。液压回路的回转机构有高速和低速之分，告诉方案采用高速液压马达通过减速装置减速增大扭矩，以驱动回转机构的回转；低速方案采用低速液压马达以驱动回转机构的回转 . 图 转机构液压油路回路图 转台的回转由一个大转矩液压马达驱动，它能双向驱动转台回转。通过齿轮、蜗杆机构减速，转台的回转速度为 1r/3 r/于速度较低，惯性较小，一般不设缓冲装置，液压马达的回转由三 位六通手动换向阀控制，当三位六通手动换向阀工作在左位或右车载起重机设计 13 位时，分别驱动液压马达正向或反向回转 2 。 压系统压力选择 在进行设计过程中我们首先要了解汽车起重机是具备专业设备用于承担重型起重任务的特殊车辆，大多数的汽车起重机都采用了液压装置，这装置的使用使机械的效率大大提高，汽车起重机液压系统有向高压发展的趋势，但液压元件在克服漏油、软管爆破方面存在一定的困难，特别是大直径的软管困难更大，同时考虑齿轮泵的额定压力 在 22采用系统压力为 21。 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 。 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。 表 3车起重机典型工况表 序 号 工 况 一次循环内容 特 点 1 基本臂； 额定起重量的 80； 相 应的工作幅度。 主卷扬起升回转下降 （中间制动一次） 起重吨位大，动作单一，很少与回转等机构组合动作 2 基本臂； 额定起重量的 80； 相应的工作幅度。 主卷扬起升回转下降停顿 起升回转下降（中间制动一次） 主卷扬组合动作主要用于平吊安装或空中翻转 3 中长臂； 中长臂最大额定起重量的 1/2； 相应的工作幅度。 （主卷扬起升回转）变幅下降（起升回转）下降（中间制动一次） 起重机在额定起重量的（ 50 60）的作业工况最多 4 中长臂； 中长臂最大额定起重量的 1/2； 相应的工作幅度。 主卷扬起升回转变幅下降停顿 起升回转下降（中间制动一次） 中长臂中等起重量工况出现机率大，此时平吊安装或空中翻转作业也常用 5 最长臂； 最长臂最大额定起重量的 1/2； 相应的工作幅度。 主卷扬起升回转变幅下降 (中间制动一次） 很多工况并不是利用汽车起重机起吊吨位大的特点，而是利用它臂长特点起吊小起重量高空作业 无锡太湖学院学士学位论文 14 压系统形式的选择 根据开式和闭式系统的优缺点、典型工况，结合国内外同类产品的具体情况，液压系统决定选用多泵多回路和多种型式的 高压变量系统。为了使液压系统更加易于检修和使结构更简单明了，在起升、回转、伸缩、变幅、支腿和控制液压回路中全部采用开式油路。 本机属于轻型起重机，回转比较频繁，所以回转油路由变量泵和定量马达组成。 伸缩回路有两节伸缩臂和两个液压缸，液压缸与钢绳组合实现同时伸缩。 轻型起重机的变幅机构，采用单缸回路。 为了提高效率，本轻型起重机回转、伸缩、变幅回路可以协调工作。因此采用了三个三位四通换向阀来分别控制三个动作，这样操作起来十分方便，简单。 支腿回路采用 H 式支腿，因为本机为轻型起重机，支腿不 外伸，每一支腿只有一个垂直液压缸，支腿伸出后成 H 形。支腿回路的各油缸均采用手柄操纵换现各种控制。回路中支腿油路液控单向阀可以防止支腿软腿现象。 根据汽车起重机的工况，支腿回路、回转回路、伸缩回路和变幅回路通常单独工作，所以可以采用同一个液压泵并联组合供油。 2 车载起重机设计 15 图 车起重机典型液压系统原理图 无锡太湖学院学士学位论文 16 123456 789101112131415161718、 20、 2219212324252627、 34车载起重机设计 17 4 起升机构的设计 设定起升参数： 额定起重量 : ， 起升速度 : 5v m ， 起升高度 : ， 机构接电持续率： %25J c 升机构的型式和特点 车载起重装置应用广泛，按其基本结构型式可分为两大类：折臂式和直臂式。直臂式是通过卷筒带动钢丝绳起吊地重物，从而消除了作业死区，并可起吊距地面有一定深度的物品，且操作简单，故该种类型的车载起重装置 发展较快。卷扬机构是直臂式车载起重装置的关键部件。设计时，要求其工制动可靠，并保证载荷在空中任何位置都能停置，故必须设有制动装置。但直接式的驱动有结构简单、紧凑、成本较低、拆卸、安装方便等优点，这里采用的是直接式的驱动方式 . 起升机构的设计 升机构零部件的选择和计算 丝绳的选择 车载起重装置应用广泛，按其基本结构型式可分为两大类：折臂式和直臂式。面有一定深度的物品，且操作简单，故该种类型的车载起重装置发展较快。卷扬机构是直臂式车载起重装置的关键部件。设计 时，要求其工作平稳制动可靠，并保证载荷在空中任何位置都能停置，故必须设有制动装置。目前，我国生产的直臂卷扬式车载起重装置都的卷扬机构的型式大概有两种即直接驱动式和间接驱动式。但直接式的驱动有结构简单、紧凑、成本较低、拆卸、安装方便等优点，这里采用的是直接式的驱动方式 。 图 丝绳 无锡太湖学院学士学位论文 18 安全系数法确定钢丝绳的直径按与钢丝绳所在机构的工作级别有关的安全系数法，选择钢丝绳直径，所选钢丝绳的最小破断拉力应满足下式 （ 0F 整根钢丝绳破裂拉力， N； n 钢丝绳的安全系数， 钢丝绳最大工作拉力， N。 表 4丝绳规格表 若滑轮组采用滚动轴承，当 3得滑轮组效率 985.0h 。钢丝绳所受最大拉力： a x ,中级工作类型（工作级别 5M ）时，安全系数 5n 。钢丝绳破断拉力 a x ,选用 196 ,钢丝公称抗拉强度表面钢丝，右交互捻，直径 ，钢丝绳最小破断拉力 8 ,标记如下：钢丝绳 T 轮的选择 滑轮是起重机中的承载零件，可以引导和改变绳索拼图方向。滑轮的构造 辐和轮毂三部分组成。滑轮具体尺寸，可按钢丝绳直径由起重机设计手册查得。 滑轮的直径必须大于钢丝绳直径的一定倍数 0 (0D 滑轮卷绕直径（即钢丝绳缠绕圈截面中心直径）， 车载起重机设计 19 2e 与机构工作级别和钢丝绳有关的系数，按表 4取； d 钢丝绳的直径， 于流动式起重机，取卷绕直径与钢 丝绳直径最小比值，卷筒 61 ，滑轮82 ，与工作级别无关。 滑轮的许用最小直径： ，选用滑轮直径 25 取平衡滑轮直径 3 52 2 ，选用 25选用钢丝绳直径 ， 25 ，滑轮轴直径 05 的 1E 型滑轮标记为：滑轮 Z B 平衡滑轮选用直径 ， 25，滑轮轴直径 55 的 F 型滑轮标记为：滑轮 0 0 6452 2 514 Z B 筒选择 图 筒结构 卷筒在起升机构中或牵引机构中用来曳引和卷绕钢 丝绳。选择多层绕卷筒，以减少卷筒的长度，也可以起升较高的高度。但也存在钢丝绳之间的磨损，使钢丝绳的寿命降低。现在一般为减轻质量，增加强度，卷筒多用 16板卷成筒形焊接加工而成。卷无锡太湖学院学士学位论文 20 筒直径、长度、壁厚等参数需要确定。 卷筒许用最小直径： ，选用 400D 卷筒绳槽尺寸得标准槽距 61 ，槽底半径 卷筒尺寸： 0 m a x 1 01 . 1 /L H m t a D a d (式中： 最大起升高度（ m 滑轮组倍率； 0L 卷绕长度（ d 钢丝绳的直径； a 多层卷绕层数 2a ； 0D 卷筒计算直 代入数据得： 4L ，取 450L 卷筒厚度：铸铁卷筒 4020 卷筒壁厚由下式决 81410 ,取 升机构传动装置的计算 起升机构静功率： 6 0 1 0 0 0 v 静 式中： 机构总效率，一般 ， ， 0 1 0 0 0 0 2 1 9 1 0 1 0 2 1 9 0P Q G g N Q 代入数据得： 1 0 2 1 9 0 7 . 5 / 6 0 1 0 0 0 0 . 8 5 1 5 . 0 3P K W 静 电动机计算功率 P 电 静(式中 电，代入数据得： 0 . 8 1 5 . 0 3 1 2 . 0 2 P K W 电 静选用交流异步线绕式电动机 180 8 ，其工作制度为325%S， F 级，等效热起动次数 6 次 /时，同步转速为 750r/表知 2 5 % 1 3 W， 221 . 5 0 k g m ，电机质量 230dG 1 7 0 0 / m 升机构： 6 0 1 0 0 0 v 静，式中： 机构总效率，一般 ，车载起重机设计 21 ， 0 1 0 0 0 0 2 1 9 1 0 1 0 2 1 9 0P Q G g N Q 代入数据得： 1 0 2 1 9 0 7 . 5 / 6 0 1 0 0 0 0 . 8 5 1 5 . 0 3P K W 静电动机计算功率 P 电 静3 (式中 电，代入数据得： 0 . 8 1 5 . 0 3 1 2 . 0 2 P K W 电 静 选用交流异步线绕式电动机 180 8 ，其工作制度为325%S， F 级，等效热起动次数 6 次 /时，同步转速为 750r/表知 2 5 % 1 3 W， 221 . 5 0 k g m ，电机质量 230dG 1 7 0 0 / m 照等效功率法， 25%时所需的等效功率：25xN k N 静式中：25k 工作类型系数，取25 系数，根据机构平均起动时间与平均工作时间的比值得 / 起 ， 起升机构曲线 1 得 代入数据得：25 0 . 7 5 0 . 8 7 1 5 . 0 3 9 . 8 1xN k N K W 静由计算得故电动机能 满足发热条件。 卷筒转速： m i n/ ， 减速器总传动比：01 / 7 0 0 / 1 7 . 3 4 0 . 4 6ji n n 当工作级别为中级5用功率 12N ，0 ，减速器自身质量345gG ，输入轴直径 1 50d ，轴端长 1 85l 挤压强度校核：轴的材料一般为钢，而轮毂 材料可能是钢或铸铁，当载荷性质为中等冲击时钢的许用挤压应力 26 0 9 0 /p N m m ，采用静联接，用挤压强度条件4d h l，校核本次设计中所采用的键。 无锡太湖学院学士学位论文 22 输入轴与马达联接的键，直径 ， 选键的尺寸为 1 2 8 3 0b h L ，选 B 型键， 30l L 输入轴的转矩为 160713T N m m 则 挤压强度条 件： 24 4 1 6 0 7 1 3 4 0 8 3 0 6 6 . 9 6 /p T d h l N m m ，故所选键合适。 输出轴与挡盘处联接的键，直径 45d ,选键的尺寸为 1 4 9 8 5b h L ， 选 A 型键， 57l L b m m 输出轴的转矩为 1118700T N m m 则 挤压强度条件： 24 4 1 1 1 8 7 0 0 4 5 9 5 7 1 2 9 . 9 9 /p T d h l N m m 因强度不足，采用双键，并按 180 布置 ，考虑到载荷的不均匀性，键计算。 则 21 . 5 8 6 . 6 6 / m m， ，故所选键合适。 输出轴与齿轮处联接的键，直径 56d ,选键的尺寸为 1 6 1 0 7 6b h L ，选 60l L b m m 输出轴的转矩为 1118700T N m m 则 挤压强度条件： 24 4 1 1 1 8 7 0 0 5 6 1 0 6 0 1 3 3 . 1 8 /p T d h l N m m 因强度不足，采用双键，并按 180 布置，考虑到载荷的不均匀性，键计算。 则 21 . 5 8 8 . 7 9 / m m， ，故所选键合适。 总传动比： / 7 0 0 / 1 7 . 3 4 0 . 4 6ji n n 由传动方案可知，传动装置的总传动等于各级分传动比之积。即：1 2 3 ni i i i i，传动比分配合理，传动系统结构紧凑、重量轻、成本低，润滑条件好。 对一级齿轮减速器，为保证其高低速级大齿轮浸油深度大致相近，其传动比要 满足下式： 121 中 1i 高速级齿轮传动比； 2i 低速级齿轮传动比； 根据传动比分配原则分配传动比： 车载起重机设计 23 2 ，121 输入轴：10 7 0 0 1 7 0 0 / m i nn n i r 输出轴：2 1 1 7 0 0 / 7 . 2 5 9 6 . 5 5 / m i nn n i r 卷筒轴：3 2 2 9 6 . 5 5 / 5 . 5 8 1 7 . 3 0 / m i nn n i r 图 结构 b)确定轴承及小齿轮作用力位置 先确定轴承支点位置，查 6008 轴承，其支点尺寸 15a ，因此轴的支撑点到小齿轮载荷作用点距离为2 5 1 . 5L B C m m，3 35L C D m m制轴的弯矩图和扭矩图 a)轴承反力： H 水平面：1 2 1 6302H H F ； 125 1 . 5 5 1 . 5 3 5 代入数据计算得：2 37521 2550 垂直面：1 2 1 2294V V F 125 1 . 5 5 1 . 5 3 5 代入数据计算得：2 13661 928b)齿轮中点处弯矩 H 水平面：11 5 1 . 5 1 3 1 3 2 5 N m m ；22 3 5 1 3 1 3 2 0 N m m 无锡太湖学院学士学位论文 24 V 垂直面：11 5 1 . 5 4 7 7 9 2 N m m ；22 3 5 4 7 8 1 0 N m m 合成弯矩 M： 221 1 1 139751 M N m m 222 2 2 139752 M N m m 扭矩 T： 160713T N m m 弯扭合成强度校核轴的强度 当量弯矩 22() a T，取折合系数 ,则齿轮中点处当量弯矩： 221 1 3 9 7 5 1 ( 0 . 6 1 6 0 7 1 3 ) 1 6 9 7 9 0 m m 222 1 3 9 7 5 2 ( 0 . 6 1 6 0 7 1 3 ) 1 6 9 7 9 1 m m 图 矩图、扭矩图、当量弯矩图 由于做成齿轮轴，材料与小齿轮相同 20碳淬火。查得 b=640 N/得材料许用应力 21 60b N m m 车载起重机设
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