折臂式起重机工作机构及液压系统设计含6张CAD图
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折臂式起重机工作机构及液压系统设计含6张CAD图,折臂式,起重机,工作,机构,液压,系统,设计,CAD
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附件3：设计（论文）任务书指导教师姓名毕业设计（论文）题目折臂式起重机工作机构及液压系统设计职称题目类型理工类工程设计科学实验软件开发理论研究综合经管文理论性研究应用性研究应用软件设计调查报告选题学生机械工程学院学号专业班级一、题目简介：本课题来源于教师科研项目。折臂式起重机是一种能够在一定空间内进行起升工作，并能在一定半径范围内完成水平搬运工作的起重机械。通过液压举升及伸缩系统来实现货物的升降、回转、吊运，具有快速高效灵活便捷等优点，广泛用于车站、仓库、码头、工地、野外救援等场所。折臂式随车起重机没有卷扬机构，作业过程中，工作机构主要通过动臂变幅机构和吊臂变幅机构协调动作实现精准的起重作业，具有工作机构多、结构复杂，构件力学关系多变等特点。因此，针对折臂式起重机工作机构开展设计，为新型轻质、高效伸缩式起重臂的结构设计及液压系统设计提供技术支持，具有非常重要的现实意义。二、主要任务：，运用机械原理、机械设计、液压传动的基本理论分析折臂式起重机工作机构的工作原理。根据折臂式起重机工作机构的载荷特点，设计起重臂的结构尺寸，计算液压系统的压力、流量等关键参数，绘制二维机械图及液压系统原理图。三、主要内容与基本要求：1. 收集国内外有关折臂式起重机工作机构设计的相关文献，学习其关键技术及设计理论；2. 折臂式起重机工作载荷（满载）2000kg，具备2个以上自由度；3. 设计起重臂的机械结构及液压系统；4. 利用机械原理、机械设计、液压传动等相关知识，对设计方案开展论证；5. 绘制关键零件图及总体装配图，绘制液压系统原理图；6. 完成毕业设计论文撰写。四、计划进度：第1周：阅读综述类文献5篇以上。第8周：计算折臂式起重机工作机构结构尺寸。第2周：阅读相关学术论文15篇以上。第9周：绘制结构图纸。第3周：撰写开题报告。第10周：完成毕业设计论文中期检查。第4周：学习绘图或建模软件。第11周：液压系统计算，液压元件选型。第5周：根据开题方案，设计折臂式起重机工作机构总体方案。第12周：绘制液压系统图纸。第6周：根据开题方案，设计液压系统方案。第13周：全面修改论文与图纸文件，准备答辩。第7周：撰写论文初稿。第14周：参加答辩，完善问题，上交资料。五、主要参考文献：1 王亮. 折臂式随车起重机结构分析与实验研究D, 吉林大学硕士学位论文, 2014.2 董刚. 某型号折臂式起重机的动力学仿真、优化和控制D, 大连理工大学硕士学位论文, 2016.3 马俊. 折臂式随车起重机工作机构优化设计D, 太原科技大学硕士学位论文, 2014.4 王凤萍, 孙影, 郑漪. 国内外随车起重机的现状及发展趋势J, 工程机械, 35(2) , 2004: 33-35.5 滕儒民, 王忠元, 王鑫. 随车起重机产品发展状况及技术发展趋势(下)J, 建筑机械技术与管理, (2), 2013: 87-92.6 车仁炜, 胡长胜, 陆念力. 随车起重机变幅机构的动力学分析J, 建筑机械, (2), 2005: 68-71.7 张志刚, 崔丽君, 王建杰, 等. 随车起重机主升臂的动力特性分析及应用J, 起重运输机械, (7), 2011: 49-51.8 刘宝波, 张凯, 贾楠, 等. 折臂式随车起重运输车稳定性分析J, 机械科学与技术, 44(12), 2012: 1963-1966.9 吕鱼昆, 袁扬, 等. 基于ADAMS的六连杆机构运动学及动力学仿真分析J, 河南理工大学学报, 31(5), 2012: 554-560.10 姚婧辉. 随车起重机变幅机构仿真研究D, 大连理工大学硕士学位论文, 2009.11 Nohuyuki Kobayashi, Hiroshi Kuribara, Tomokazu Honda. Nonlinear Seismic Response of Container Cranes Including the Contact Problem Between Wheels and RailsD. Japan: Aoyama Gakuin University, 2002.12 Sun G, Kleeberger M. Dynamic responses of hydraulic mobile crane with consideration of the drive systemJ. Mechanism and machine theory, 38(12), 2003: 1489-1508.六、工作量要求1. 查阅文献资料不少于20篇，其中外文资料不少于2篇；2. 完成不少于10000字的毕业设计论文；3. 提交不少于1张A0图幅折臂式起重机工作机构的机械结构总装图，2张关键零件图（其中1张为手绘图），1张液压系统原理图。指导教师（签名）：年月日学生（签名）：年月日教研室意见：教研室负责人（签字）： 年 月 日注：本表一式三份。一份交学院存档，一份学生留存，一份指导教师留存。折臂式起重机工作机构及液压系统设计I摘 要现如今市场上的起重机、吊机等重物搬运设备的种类多种多样，极大的提高了重物的搬运效率。在起重机的领域中，折臂式起重机是应用种类最多的，也是应用范围最广的。折臂式起重机的结构与机械手相同，它们的工作原理也是类似的，都是在机械所允许的工作半径内进行重物的搬运。折臂式重物起吊机械主要结构为连杆结构，并搭配可旋转底座、液压驱动控制系统、起吊钢丝绳和吊钩等机械装置。本文从降低折臂连杆机构的重量和增强其工作强度的角度出发，对折臂式重物起吊机械进行改进设计。文中首先对折臂式重物起吊机械进行大量的市场调查，对主流的几款起重机的结构设计、工作原理、折臂连杆的驱动方案进行详细的分析比较。在总结前人的设计经验和实验数据后，结合大学四年所学习的机械设计理论知识，对折臂式起重机进行改进设计。从对整个机械设备的整体装配方案到起重机的主要机构中的零件，都进行了详细的设计，并严格的分析研究起重机的执行机构的连杆驱动液压系统，再将设计好的起重机的整体和各主要连接、承重等零件的二维结构简图和三维模型图绘制出来。关键词：关键词：折臂式，起重机，液压驱动，工作原理；执行机构折臂式起重机工作机构及液压系统设计IIAbstractNowadays, there are many kinds of heavy load handling equipment on the market, such as cranes and cranes, which greatly improves the efficiency of heavy load handling.In the field of crane, folding arm crane is the most widely used crane.The folding-arm crane has the same structure as the manipulator and its working principle is similar. It carries out the handling of heavy objects within the allowable working radius of the machine.The folding arm type heavy object lifting machine is mainly composed of connecting rod structure and equipped with mechanical devices such as rotating base, hydraulic drive control system, lifting wire rope and hook.From the point of view of reducing the weight of folding-arm linkage and enhancing its working strength, this paper improves the design of folding-arm heavy lifting machine.Firstly, this paper carries out a lot of Market Research on folding-arm crane machinery, and makes detailed analysis and comparison on structure design, working principle and driving scheme of folding-arm connecting rod of several mainstream cranes.After summarizing the design experience and experimental data of predecessors, the folding-arm crane is improved by combining the four-year mechanical design theory knowledge learned in the university.From the whole assembly scheme of the whole mechanical equipment to the parts in the main mechanism of the crane, the detailed design is carried out, and the hydraulic system of connecting rod drive of the cranes actuating mechanism is strictly analyzed and studied. Then the two-dimensional structure sketch and three-dimensional model drawing of the designed crane as a whole and the main connecting and bearing parts are drawn.Key words: folding arm type, crane, hydraulic drive, working principle; actuating mechanism折臂式起重机工作机构及液压系统设计III目目 录录摘 要.IABSTRACT.II第 1 章 绪 论.11.1 起重机的研究价值.11.2 重物搬运设备的国内外设计发展.21.2.1 国内重物搬运设备的发展.21.2.2 国外重物搬运设备的发展.31.3 起重机的主要设计分析.3第 2 章 起重机结构要求.42.1 设定起重功能.42.1.1 设定起重搬运作业参数.42.1.2 设定起重机的工作性能.42.2 移动式起重机的机构组成.42.3 制定研究目标.52.4 章节总结.5第 3 章 搬运结构的研究设计.63.1 车辆底盘框架的设计.63.1.1 地盘框架结构.63.1.2 底盘框架的制造材料.63.2 起重机搬运连杆机构的研究.73.2.1 搬运连杆机构的设计尺寸.73.2.2 搬运机构的连杆运动轨迹设计.83.2.3 搬运机构的主要零件计算.93.3 搬运连杆机构的支座转动设计.103.3.1 连杆支座的转动装置.103.4.2 齿轮齿条的制造材料.113.5 章节总结.11折臂式起重机工作机构及液压系统设计IV第 4 章 连杆的液压控制.124.1 起重机驱动液压系统.124.1.1 起重液压的工作性能.124.1.2 起重机的液压油路系统.124.2 起重机的液压缸研究.134.2.1 起重机液压缸的参数确定.134.2.2 搬运驱动液压缸负载计算.134.2.3 计算各驱动液压的搬运负载压力.154.2.4 起重驱动液压缸参数设计.154.2.5 起重机液压缸的其余零件计算.164.2.6 液压缸活塞杆直径的计算.184.2.7 起重机活塞杆的力学性能计算.184.2.8 起重机的驱动活塞杆稳定设计.194.2.9 起重机的液压缸负载.204.2.10 起重机的液压油量.214.2.11 起重机液压缸型号确定.224.3 起重机的液压系统的其它液元件.224.3.1 液压油泵的选择.224.3.2 起重机的油箱与油管设计.234.4 起重机设备的取力器设计.254.5 章节总结.26参考文献.28致 谢.30折臂式起重机工作机构及液压系统设计1第第 1 章章 绪绪 论论1.1 起重机的研究价值随着世界经济的繁荣发展，各行各业间的物流交易不断加快，这大大的增加了货物的搬运作业压力，因此起重机的发展变得迅猛起来。目前的起重机工作机构基本上都是以连杆机构作为主要的执行构件，因为连杆机构制造简单、工作原理方案容易设计，重物的搬运轨迹本身就是从初始位置搬运到指定位置，搬运轨迹非常简单，通过连杆机构的转动、升降、平移等运动很容易的合成搬运轨迹，所以被大量的应用于起重机械设备。折臂式起重机的执行机构的驱动方式有两种，一种是常用的液压驱动系统，该驱动方式可以提供良好的工作稳定性，可搬运重量大，能够承受较高的负载；另一种是由电机驱动起重机的连杆运动，该方式效率高，搬运重物比较灵活，自动化程度高。折臂式搬运机的搬运执行机构是以连杆机构作为基础的，因此也可称为连杆式起重机。连杆式重物搬运设备按其底座的固定位置不同可分为固定式连杆重物搬运机和可移动式连杆重物搬运机。固定式连杆折臂重物搬运机是将设备的底座固定在地面上或者不可移动的工作平台上，这种固定式的重物搬运机一般情况下是应用于特定的场合，搬运一种类型的重物。图就是安装于轮船上的固定式重物搬运机。1.1图 1.1 船上的固定式重物搬运机图片还有一种就是可移动式连杆重物搬运机，这种型号的重物起重机可以安装在特殊的车辆上，由汽车转移重物搬运机的工作场地，灵活性大，可针对不同外形的物体进行搬运，尤其是在建筑行业和树木移栽种植业经常出现。可移动折臂起重机的市场前景非常广阔，面对着不同的货物搬运要求，其连杆搬运设计制造技术也在不断的改进完善。随着电子信息的快速发展，可移动重物搬运机的自动化控制技术也时时刻刻的向前迈进，面对着国内外重型起重机的大市场需求，我国的起重机制造加工企业正在快速的发展，抢占市场，提高起重机的制造技术，逐渐掌握重型连杆重物搬运机的核折臂式起重机工作机构及液压系统设计2心技术。图所示为将连杆折臂起重机安装在车辆上，实现多场地之间来回搬运。1.2图 1.2 可移动式折臂连杆起重机中国的重物搬运机械设备的起步晚，起重机的技术制造设计水平远低于西方的发达国家，目前国内的重物搬运设备的研究尚处于引进、模仿、在制造的低水平层次。连杆式重物搬运设备的两个制造难点，一是连杆手臂的强度和连接轴的力学性能，二是连杆的转动、升降、平移等运动方式的驱动控制设计。如在减轻起重连杆机构的重量前提下，保证其强度和刚度满足重物的搬运负载要求；如何提高驱动机构在搬运重物时的平稳运动性能，保证足够的动力，防止货物的突然坠落，这些都是设计制造连杆重物搬运设备所需要考虑的。1.2 重物搬运设备的国内外设计发展1.2.1 国内重物搬运设备的发展折臂式重物搬运机在国内的制造加工企业有数十家，但是能够制造大型的折臂式重物搬运设备的企业并不多，因为以连杆机构为执行搬运基础的大型重物搬运机的制造工艺难度大，成本高。国内生产制造以连杆机构为基础的重物搬运机的生产厂家主要是国有企业，第一个企业为徐工集团，该公司是中国最早研究设计连杆式起重机的机械制造厂，通过初期与国外重物搬运设备企业的技术交流，引进先进的重物搬运设备制造工艺和大量的设计实验数据，在此基础上，徐工开始研发制造重型起重机。历经多年的研究与创新，徐工不断的更新了连杆搬运设备的研究理论和加工工艺，其生产的重物搬运机已经应用于各行各业。另外还有一些国有机械设备制造企业，也在大力发展起重机械设备。国内的折臂连杆式重物搬运机械的最大可承受负载不断的提高12，目前已经制造了多种不同吨位的重物搬运设备，极大的填补了中国搬运设备的空缺，不仅是国内，国外的物流和建筑工地已经出现了中国制造的重物搬运机13。起重机的搬运动力可由液压提供，也可以使用大负载电机提供搬运动力和搬运力矩，目前大型机械搬运设备使用最多的是液压驱动，其原因在于，大型重物搬运设备在工作时所需的负载极大，对搬运过程的稳定性要求极折臂式起重机工作机构及液压系统设计3高，微小的摇晃都会产生很大的离心力，这对于搬运机构来说是一个巨大的考验。货物摇晃产生的离心力会突然加大搬运负载，这极容易导致连杆机构的断裂，货物坠落导致财产损失。因此为了保证大型重物搬运设备的机构框架的强度，一般会增加其截面尺寸，而驱动机构则会采用液压驱动，虽然液压驱动效率低、而且还会出现液压油污染情况的发生，但是液压驱动可以提高较大的载荷能力和搬运的稳定性14。1.2.2 国外重物搬运设备的发展国外的重物搬运设备历史久远，拥有着先进的制造工艺，他们的重物搬运设备外形简易美观，设备零件的锻造技术好，结构强度高，因此可以极大的减轻起重机的自身重量，节约了驱动成本。他们的重物搬运机所能搬运的负载吨位也远大于国内，部分大型连杆折臂式重物搬运设备最大可搬运百吨级以上的货物，可搬运距离也可达百米，由此可见，国外的连杆折臂式重物搬运设备的工作性能远远高于国内。国外的几家制造可折叠搬运设备公司有：、还有等，这些重物搬运设备制造公司HIABPALFINGEREFFER有着很长的发展史，它们代表了世界最先进的连杆折臂式重物搬运设备的制造技术，国内的很多起重机制造技术都是从这些公司引进，从小型重物搬运机到中型重物搬运机，这些重物搬运机的搬运性能可达到范围内，搬运范围半径可达。各mT 18310m7050种重物搬运设备应有尽有，满足国际上各行各业的搬运需求。他们制造的重物搬运设备功能全面，有着先进的液压制造技术，其液压驱动性能也远高于国内。1.3 起重机的主要设计分析本设计主要分析设计可安装在车辆上的、以连杆传动机构作为搬运执行机构基础的折臂式重物搬运设备。本文将查阅大量的机械搬运设备的设计资料，结合所学知识和过去的设计经验对货物起重机的结构构造、搬运工作方案等进行比较分析，该设计将对起重设备的底座机构、连杆手臂执行搬运机构、液压驱动系统和各节连杆之间的连接零件等进行详细的设计，计算结构中的重要设计参数。最后，将已设计完成的折臂式起重机的整体结构和组成零件的结构简图绘制出来。折臂式重物搬运设备的设计过程如下：一：对重物搬运机械设备发展进行介绍，对重物搬运设备的种类和研发进展进行了概述。二：确定设计的起重机的工作条件、最大搬运载荷等外部条件，再根据搬运要求设计整体结构。三：对搬运设备的各组成机构和主要零件等进行详细的分析，并参照重物搬运设备的设计资料和计算公式，计算校核零件的尺寸外形和搬运零部件标准型号。四：设计计算起重机各连杆零件的驱动液压，根据设计的工作载荷和外界环境，折臂式起重机工作机构及液压系统设计4研究分析搬运过程的液压系统各零件的安装位置和液压缸驱动载荷。折臂式起重机工作机构及液压系统设计5第 2 章 起重机结构要求2.1 设定起重功能2.1.1 设定起重搬运作业参数（1）设定起重机单次搬运移动货物的最大负载；kg2000（2）设定货物搬运机的作业半径，设计连杆机构的旋转和上下移动，实现多角度起重作业。2.1.2 设定起重机的工作性能起重机搬运连杆机构所要满足的工作性能：（1）搬运连杆机构的作业范围可移动式起重机的搬运连杆机构的执行末端的水平距离和垂直高度要满足设计要求，承载车辆要具有足够的稳定性，防止侧翻。（2）搬运连杆的各驱动液压的负载大小搬运连杆机构中的驱动液压负载的计算，要根据连杆在搬运最大负载的情况下，对连杆机构进行受力分析，计算各液压油缸的具体参数。（3）设定搬运连杆机构上的各装置的安装位置搬运连杆在进行多角度旋转折叠运动时，其上的各控制和连接零件不能出现相互碰撞摩擦现象。2.2 移动式起重机的机构组成图为装载在车辆上的可移动式起重机，该起重机的吊重机构为连杆，末端有挂2.1钩，利用钢丝绳吊起货物。以连杆为基础的搬运机构可实现折叠伸直运动。图 2.1 搭载起重机车辆简图折臂式起重机工作机构及液压系统设计61-支座 2-第一节连杆 3-第二节连杆 4-伸缩液压缸 5-末端连杆 6-吊钩 7-中间臂 8-附加吊钩 9-折叠液压缸 10-载荷限位杆 11-升降液压缸 12-操纵阀 13-回转装置 14-底座 15-固定支柱起重机的承载车辆和普通运货车辆的区别在于，它增加了安装货物搬运机构的底座，和在搬运重物时为防止车辆侧翻的固定支柱，国定支柱通过液压控制，下降紧压底面，增加车辆的接地面积既可提高车辆的稳定性，也可减少对地面的压强。2.3 制定研究目标本文主要对制定的搬运要求，设计一款新型连杆式搬运设备，该设备可实现折臂、转动、升降、伸缩等多种搬运运动，自由度大，搬运货物种类范围广。图 2.2 连杆式搬运机械设备的工作原理图2.4 章节总结该章节制定了外界搬运条件和最大搬运负载，设计了起重机的工作性能和工作要求，对结构中的连接安装要求做了介绍。研究分析了如何提高搬运车辆的稳定性，防止出现摇晃状态，提高搬运作业稳定。折臂式起重机工作机构及液压系统设计7第 3 章 搬运结构的研究设计3.1 车辆底盘框架的设计3.1.1 地盘框架结构货物搬运起重机的装载车辆的设计要求是，保证重物搬运时车辆足够稳定，保证车辆的底盘框架有着足够的强度，防止货物过重压断底盘。因此在普通车辆的底盘框架基础上再增加外形结构相同的底盘，其位置在原来底盘框架的正下方，长度宽度分别对应，在起重机车辆的两个底盘框架之间安装质地柔软，具有减震防摩擦的材料，两个底盘框架使用连接件连接。图就是新增加的底盘结构。3.1图 3.1 外加底盘框架二维简图3.1.2 底盘框架的制造材料装载起重机的车辆制造和普通车辆的制造工艺相同，都是将钢板经过一系列的剪切、切割、焊接，最终制造出车辆的基本框架。目前的车辆底盘框架都是经过压力机等加工设备制造而成。大型的货运汽车其外形结构的支撑框架都是采用合金钢板冲压而成，随着合金制造技术的发展，在钢材料中添加微量的金属元素可以大大的提高其强度刚度，实现了重物搬运设备的装载车辆的轻质化，减小了起重机的自身重量，极大的提高了单次所能搬运的货物重量，提高了起重机搬运货物的效率。现如今，国内的起重机承载车辆为了提高货物的搬运效率，都在使用合金钢材料制造起重机和搭载搬运机构的车辆框架，所使用的材料有：、16MnL10TiL折臂式起重机工作机构及液压系统设计8等，这些材料应用于起重机的搭载车辆的框架上，可以极大的提高车辆支撑框09SiVL架和底盘框架的强度，减轻因起重机而增加的质量。文中设计的起重机搭载汽车的外加底盘框架的制造材料为。Q3453.2 起重机搬运连杆机构的研究3.2.1 搬运连杆机构的设计尺寸1.设定搬运机构各节连杆长度，图的连杆简图：3.2第一节升降连杆长度mml19801第二节折叠连杆长度mml23522第一节连杆的抬升角45图 3.3 搬运连杆的运动位置图2.设计每节连杆的连接副的距离，图所示为各连杆的连接副的位置：3.4 mml60011mml26012mml950013 mml48021mml170022mmll231815sin110折臂式起重机工作机构及液压系统设计9图 3.4 连杆运动连接副的位置设计图3.设计搬运机构的各节连杆重量连杆材料选择槽钢18kglm37.502319. 22311kglm48.402376. 123223.2.2 搬运机构的连杆运动轨迹设计搬运机构的连杆装置可实现的运动有：旋转、升降、伸缩等运动。第一节两杆绕连杆支座转动，第二节连杆相对第一节连杆转动，通过搬运机构连杆之间的相互转动完成升降和折叠运动。1、搬运连杆机构的转动设计（1）连杆的抬升与折叠运动分析先对搬运连杆机构的各连接点进行字母命名，设置搬运机构第一连接杆与连杆支座的连接副为点；升降液压缸与连杆支座的铰接点为，与第一连接杆的连接副为OB；第二节搬运连杆与驱动折叠液压活塞杆的连接点为，与第一节连杆的铰接位置FC为，末端为，其折叠液压缸与连杆支座的连接点为。因此可得到连杆支座的三DEA个连接副为、三个；第一节搬运连杆是、三点；第二节搬运连杆是OABOFD、三点。DCE根据相关的搬运连杆机构的设计资料和运动学分析可知，对于起重机的连杆机构的分析可以采用复数向量的计算分析方法，现设定起重机连杆运动参数如下：搬运机构的第一节连杆的运动参数为角位移、角速度、角角速度，搬运机构的第二节11连杆的参数与上述相同，字母表示为、和；设定，升降活塞杆的速度，再设223定各节连杆的长度字母参数，根据起重机连杆机构各转动副的位置设计如下：折臂式起重机工作机构及液压系统设计10，。查阅相关的连杆式重物搬运设备的连杆计算公ODll 1DCll 2ACll 3OAll 4式，可得重物搬运连杆机构的矢量方程组，设置搬运机构第一连接杆与连杆支座的连接副点为起重机连杆机构运动分析原点：O 4321LLLL 3.1计算连杆运动： 432013201sinsinsincoscoscoslllllll3.2得： 2420122013sinsincoscosllllll3.3 coscossinsin2014201lllllarctg3.4 sinsincoscos201201llyllxcc3.5（2）起重机连杆转动副的计算查阅起重机连杆设计公式： cossin4132230llllv3.6计算： cossin4012333lllvl3.7升降速度：3 2332DQv3.8参数： 起重机升降过程供油量，；Qsmm /3起重机升降液压缸缸径，。3Dmm（3）搬运连杆的转动计算起重机连杆得： 240124013324012232cossinsincoscossinlllllvllllv3.93.2.3 搬运机构的主要零件计算1、搬运连杆连接销的设计搬运连杆机构的各零件连接为销，制造材料钢。允许强度为，允35 MPa315折臂式起重机工作机构及液压系统设计11许剪切应力，根据材料性能，对搬运连杆连接零件校核： MPa5 .1575 . 0第一节连杆和连杆支座的连接销的参数：，搬运负载的应力：mm20 MPaMPaRT5 .1575 .134101014. 3422366223.10搬运连杆的第一节和第二节连接销尺寸：，计算校核：mm20 MPaMPaRT5 .1574 .124101014. 3390516223.11搬运第一节连杆与驱动液压活塞连接销：，校核：mm20 MPaMPaRT5 .1575 .78101014. 3246406223.12搬运第二节连杆与驱动液压活塞连接销：，校核：mm20 MPaMPaRT5 .1575 .78101014. 3246406223.13弯曲折叠驱动液压缸与第一节连杆连接销：，校核：mm20 MPaMPaRT5 .1576 .112101014. 3353556223.14所以，起重机连杆和驱动机构各连接零件的力学性能满足设计要求。2、搬运机构的连杆强度货物搬运机构的连杆制造材料为结构钢，连杆的尺寸参数：，Q345mmmm 4015连杆材料性能：，起重连杆的许用剪切应力，根 MPa345 MPa5 .1725 . 0据相关的起重机连杆搬运机构设计公式得： MPaMPaAT5 .72139.701040154223663.15起重机得连杆结构强度满足搬运货物负载6。3.3 搬运连杆机构的支座转动设计3.3.1 连杆支座的转动装置连杆机构只能绕着转动副在平面内运动，为了扩大起重机的搬运范围，实现立体空间的搬运作业而不是仅仅的平面搬运，需要设置转动装置，带动整个搬运连杆机构的转动。通过旋转运动，将搬运连杆选择到不同平面内，由此可实现三维空间的货物搬运。本文所设计的转动机构为齿轮齿条配合运动，可在允许的角度内来回转动，而且通过齿的啮合避免了打滑现象。折臂式起重机工作机构及液压系统设计12图 3.5 搬运连杆机构的齿轮齿条式转动控制3.4.2 齿轮齿条的制造材料通过查阅大量的起重机的转动装置的设计资料和材料选择方案，结合本设计的搬运工作负载和搬运连杆机构的作业半径等，现设计如下：起重机的转动齿轮齿条的制造材料为，外箱零件采用铸铁。20CrMTiHT2003.5 章节总结该章节对搭载起重机的车辆底盘框架进行了加固设计，提高车辆的载荷能力；对搬运机构中的连杆进行了运动轨迹的设计分析，对起重机连杆机械手臂的力学性能进行了详细的校核；对连杆机械臂的转动副连接销进行了剪切应力分析；详细的研究了各搬运连杆的驱动液压缸和活塞杆的连接销的力学性能；对起重连杆的转动装置进行了设计，并选择了制造材料。折臂式起重机工作机构及液压系统设计13第第 4 章章 连杆的液压控制连杆的液压控制4.1 起重机驱动液压系统4.1.1 起重液压的工作性能可移动式起重机的液压驱动系统是整个重物搬运设备的动力所在，重物能否被稳定的搬起、移动、放置，动力液压控制系统起到非常关键的作用。设计的起重液压活塞必须要有足够的推力和拉力，必须保证在移动重物时不会出现油压不足、提升力不够，这样会导致财产和生命安全事故。还有就是要尽可能减小搬运液压的外形尺寸，减小自重和连杆机构的外界负载压力。减小起重机液压零件的外形尺寸也可以提高起重机搬运连杆的灵活性，增大活动范围。4.1.2 起重机的液压油路系统通过查阅相关的起重机液压控制系统的设计资料，结合本文设计的外部起重搬运负载和搬运连杆机构，设计起重搬运液压系统包含：液压油增压装置、液压油的管道布置、液压缸的位置安装。图所示为起重机液压控制系统简图。4.1图 4.1 重物搬运机构的液压控制系统1、2、4、8-起重液压缸 3-液压锁 5、14-分配阀 6、9-流量控制阀 7-连杆转动装置10、12-滤清器 11-油箱 13-液压泵 15-安全阀 16-溢流阀本文将通过查阅相关的重物搬运起重机的液压系统设计资料，结合设计的外界工作负载和搬运自由度等工作功能，详细的对起重机连杆的转动驱动液压、起重机第一节连杆的升降液压缸、搬运机构第二节连杆的弯曲折叠液压缸、延长起重搬运作业半径的伸缩液压缸等进行设计，还有各起重液压零件进行强度校核计算。为提高起重连杆在搬运重物过程的灵活度，对液压缸和液压油路管道进行合理的位置安排。计算起折臂式起重机工作机构及液压系统设计14重连杆的受力大小，检验起重液压油的管道尺寸是否可以提供足够的压力。4.2 起重机的液压缸研究4.2.1 起重机液压缸的参数确定起重机中的液压缸是直接作用于搬运机构的连杆上，是起重机的关键部件。起重机中的驱动液压缸的种类很多，根据起重机的有效载荷和搬运工作环境温度不同，可以选择专门的液压缸。为了提高货物搬运起重机的工作效率、减小起重液压缸的自身重力、降低起重连杆的负载压力，结合有关的重物搬运起重机的液压设计参考资料，现设计选择双作用活塞式液压缸。本文设计的折臂式起重机的转动机构、货物升降连杆、折叠连杆、伸缩连杆的驱动液压缸都采用双作用活塞式液压缸。4.2.2 搬运驱动液压缸负载计算1、起重机升降液压缸（1）搬运机构的一、二节连杆水平搬运工况，图：4.2图 4.2 搬运机构的一、二节连杆水平搬运工况 KNllmgllgmmlF946.1974 . 07742040.17582212121114.1，mml60011mml19801mml23522，kgm37.501kgm48.402（2）搬运机构的一、二节连杆抬升斜角直线的搬运工况，图：4.3折臂式起重机工作机构及液压系统设计15图 4.3搬运机构的一、二节连杆抬升斜角直线的搬运工况 KNllmgllgmmlF946.1974 . 07742040.17582212121114.2，mml60011mml19801mml23522，kgm37.501kgm48.4022、起重机第二连杆驱动液压缸起重机连杆搬运工况为图时，起重机第二连杆驱动液压缸的负载达到最大值：4.4 KNlmglgmlF11.8715sin15sin45sin22221 4.3，mml48021mml17002，kgm20001kgm48.402图 4.4 第二连杆驱动液压缸负载示意图3、车辆的固定支柱驱动液压缸 （1）在起重时，需要对车辆增加稳定性，因此增加固定支柱，图所示4.5计算车辆固定支柱间的距离长度 mQmmmPRKmmLak5 . 1200085.9040002 . 1200076. 385.90880. 12102114.4折臂式起重机工作机构及液压系统设计16，mml60011mml19801mml23522，kgm37.501kgm48.402kgm40000 图 4.5 车辆两侧固定支柱的距离长度（2）搬运货物重力为最大值的固定支柱受力根据搬运的最大负载和最大搬运半径，再加上整个车子的重量来计算固定支柱的最大承受载荷，根据起重机的公式，计算如下： NGFz2742438 . 9839534.64.2.3 计算各驱动液压的搬运负载压力计算各驱动液压的搬运负载压力通过查阅相关的重物搬运设备起重机的设计资料可知，大型起重机的液压系统基本采用中压以上的搬运工作系统，搬运工作压力为，对于本文设计的起重MPa 2016机的搬运范围高度较高，所以考虑起重机的安全性设计。MPap164.2.4 起重驱动起重驱动液压缸液压缸参数设计参数设计 cmPFDmax13. 14.6参数： 起重液压压力差， ，是起重机的背压，查阅起重机P0PPP0p的液压设计资料得：，。MPapo5 . 0MPap5 .155 . 016起重机搬运驱动液压缸效率：。cm0.95cm1、 搬运机构第一连杆的驱动液压缸尺寸数值：折臂式起重机工作机构及液压系统设计17mmD131131. 095. 05 .15946.19713. 11根据起重机连杆搬运液压缸的设计要求得：。mmD14012、 搬运机构第二连杆的驱动液压缸尺寸值：mmD87087. 010725.148711213. 162根据起重机连杆搬运液压缸的设计要求得：mm。1002D3、车辆固定支柱液压参数：mmD49049. 010725.142742413. 163根据搭载起重机车辆的支柱液压设计可知：。mmD5034.2.5 起重机液压缸的其余零件计算起重机液压缸的其余零件计算通过查阅货物搬运起重机的液压设计可知以下计算公式： 2max4DFp4.7计算参数 起重机的液压承受最大载荷，。maxFN 起重机的液压缸筒内径D cpDpyy03 . 24.8 参数 起重机的重物搬运压力，。ypap ppy 起重机起重动力液压缸内径尺寸，。Dm 起重机搬运动力液压缸强度系数：1。0 起重机的动力液压壁附加厚度，。cmmc002. 0 起重机搬运重物的缸筒应力，。 nbMPab600 起重机液压系统的安全系数：n5 . 3n pa1714289713.5600（1）搬运机构第一节连杆的升降液压缸的尺寸参数计算折臂式起重机工作机构及液压系统设计18 mmCDFDDFmzx702. 0112.128653321714285713 . 214. 012.1286533243 . 2402max121mmDD1547214021111（2）搬运机构第二节连杆的折叠液压缸的尺寸参数计算 mmCDFDDFmzx802. 0113.137001651714285713 . 2724.246602943 . 2402max121mmDD1168210022212（3）起重机装载车辆的固定支柱液压计算 mmCDFDDFmzx402. 0174.139740121714285713 . 26369.69870043 . 2402max121mmDD58425023313根据相关的起重机设计数据得： 602191683211DDD 起重机的各驱动液压缸壁厚计算： 起重机升降液压外壁厚： mmDD1421401682111起重机弯曲控制液压缸外壁厚： mmDD5 .1921802192222折臂式起重机工作机构及液压系统设计19车辆的固定支柱液压外壁厚： mmDD52506023334.2.6 液压缸活塞杆直径液压缸活塞杆直径的计算的计算根据搬运起重机液压设计资料可知速度计算公式：22221dDDvv1 Dd221tltl计算：Dd707. 0（1）搬运机构第一节连杆的升降液压缸的尺寸参数计算 mm99.98211311d 由起重机液压设计可知： mmd1001（2）搬运机构第二节连杆的折叠液压缸的尺寸参数计算 mmd28.12721872 由起重机液压设计可知 mmd1252（3）起重机装载车辆的固定支柱液压计算 mmd36.3521493 由起重机车辆固定支柱设计可知 mmd3234.2.7 起重机起重机活塞杆活塞杆的力学性能的力学性能计算计算 ssndF244.9参数： 起重机活塞杆最大载荷，即，FmaxFN 起重机活塞杆屈服极限，sPa 起重机活塞杆安全系数，sn3.5sn折臂式起重机工作机构及液压系统设计201、 搬运机构第一节连杆的升降活塞杆的尺寸参数计算 MPadF1715 . 360022.251 . 0197946442211max1 升降活塞杆的力学强度达到设计标准。2、搬运机构第二节连杆的驱动活塞杆的尺寸参数计算 MPadF1715 . 36004 .28125. 0348450442222max2搬运机构第二节连杆的驱动活塞杆的力学强度达到设计标准。3、起重机装载车辆的固定支柱活塞杆计算MPadF1715 . 360012.34032. 027424442233max3 起重机装载车辆的固定支柱活塞杆的力学强度达到设计要求。4.2.8 起重机的驱动起重机的驱动活塞杆稳定活塞杆稳定设计设计货物搬运起重机在搬运重物的时候，驱动液压活塞杆会因为负载过大导致偏离运动轴线，图所示。4.6 226110BkLKIEF4.10参数 起重机活塞杆临界压力：kFN 起重机活塞杆弹性模数：EMPaE61108 . 1 起重机液压零件惯性矩I 644dI 起重机导向系数：。K1K 起重机搬运重物伸缩总长度：。BLm图 4.6 活塞杆轴线偏离示意图1、搬运机构的升降活塞杆的尺寸参数计算折臂式起重机工作机构及液压系统设计21（1）起重机升降活塞杆工况为负载最大 NLKIEFBk42532171.42110640.056101.8102264622261，达到起重机设计标准。NF12152045 . 3425321767495（2）起重机升降活塞杆工况为活塞杆伸出最大长度 NFk21440462110640.056101.82264621，达到起重机设计标准。NF6125845 . 32144046724952、搬运机构第二节连杆活塞杆的稳定计算NFk212663061.296110640.09101.82264622，稳定合格。NF0760865 . 3126630621813253、车辆支柱活塞杆NFk27029961.42110640.056101.8226462232266220.0561.8 101064270299611.42kFN，设计稳定。NF7722845 . 3702996234.2.9 起重机的起重机的液压缸液压缸负载负载 20222maxmax4DPdDDFPcm4.11参数 起重机重物搬运液压缸效率：cm0.95cm 起重机搬运背压：0PMPaP5 . 00折臂式起重机工作机构及液压系统设计221、搬运机构第一节连杆的升降液压缸的压力计算 2102121211maxmax14DPdDDFPcm2622214. 0105 . 01 . 014. 095. 014. 01979464MPa79.132、搬运机构第二节连杆的液压缸的压力计算 2202222222maxmax24DPdDDFPcm2622218. 0105 . 0125. 018. 095. 018. 03484504 MPaMPa68.143、车辆固定支柱 2302323233maxmax34DPdDDFPcm2622205. 0105 . 0032. 005. 095. 005. 0274244 MPa00.154.2.10 起重机的液压油量起重机的液压油量起重机的液压系统的液压油的用量计算，要根据实际活塞杆的位移和缸体尺寸7。 vvDQ424.12参数：起重机液压缸尺寸参数D 起重机重物起重伸出速度，vtddv12 起重机货物起重容积效率，v1v1、第一连杆驱动液压smvDQv3521211104 .151401. 014. 014. 342、第二连杆驱动液压折臂式起重机工作机构及液压系统设计23smvDQv3522222104 .251401. 018. 014. 343、固定支柱液压 smvDQv35232331021401. 005. 014. 344.2.11 起重机起重机液压缸液压缸型号确定型号确定设计的重物搬运起重机的驱动液压缸为。HSG4.3 起重机的液压系统的其它液元件4.3.1 液压油泵的选择根据起重机的液压系统的设计文献，可选择齿轮油泵与柱塞泵两种类型的液压油增压油泵。（1）起重机油泵压力：p MPaAFp6max104.13参数：起重机升降力maxFN 起重机油缸横截面。A2m（2）起重机液压油流量TQ min)/(60LtVQT4.14参数：起重机液压容积（）：V3m)(104)(320maxLdSSV、单位；maxS0Sdm第一节连杆升降时间：；tst20起重机容积效率。v9 . 085. 0v（3）重物搬运起重机油泵排量q )/(103rmlnQqT4.15折臂式起重机工作机构及液压系统设计24参数：重物搬运起重机油泵流量，；TQminL/ 起重机搬运工作油泵转速，。nminr/（4）起重机驱动机构油泵功率N WpQNtn4.16参数：起重机驱动油泵压力，；pPa 起重机重物搬运油泵流量，；nQsm /3 起重机重物搬运油泵效率。t0.8t（5）起重机驱动油泵型号起重机驱动油泵容积计算：V)(9 . 741001006104)(2320maxLdSSV起重机驱动油泵流量：TQ)(7 .27199 . 09 . 76060LtVQT起重机驱动油泵力器速比 ：i253. 1i起重机驱动油泵发动机转速 min/2000rne起重机驱动油泵转速 min/1596253. 12000rinne起重机驱动泵流量:qmL/r4 .17159610007 .27103nQqT结合起重机液压设计和计算数据，设定型齿轮泵。CB_FC20起重机驱动油泵功率NKWQpNtnn64.10)1060159620(8 . 01016664.3.2 起重机的油箱与油管设计折臂式起重机工作机构及液压系统设计25（1）起重机的液压油箱的体积设计根据起重机的设计数据可知，液压油桶的体积要大于起重机的搬运液压缸和车V辆底盘固定支柱液压缸的油量容积之和的三倍：V VV 34.17（2）起重机机身布置的驱动液压油路管道的截面尺寸通过查阅货物搬运设备的计算公式：312161046010VdQT起重机的液压油高压输送管内径尺寸参数： 1164VQdT4.18参数：起重机货物起重油泵流量，；TQmin/L货物搬运机的液压油传输速度；1VsmV/3.61起重机的液压油低压输送管尺寸： 2264VQdT4.19参数：货物搬运机的液压油传输速度。2VsmV/12（3）起重机液压系统零件参数结果重物起重机油箱尺寸参数：)(2735 . 16LHBLV342. 39 . 727VV重物起重机高压管参数尺寸：mmVQdT9 . 967 .276 . 46 . 411重物起重机低压管参数尺寸：mmVQdT8 .195 . 17 .276 . 46 . 422查阅重物搬运起重机的液压系统的设计资料，结合设计的计算结果，起重机的高压液压油油管设定制造材料为两层钢丝编织胶管，低压液压油油1010Q66-406-HG4管设定制造材料为单层钢丝编织胶管。货物搬运起重机在高温作2020Q66-406-HG4业时使用液压油，低温或严寒搬运作业时使用液压油。30-HJ20-HJ设计起重机的液压控制阀，由于本设计的重物搬运起重机适用于一般搬运作业，折臂式起重机工作机构及液压系统设计26所以可按照起重机的设计资料文献选择常用的电磁阀，其阀内的通道开关尺寸参数设计为，就可达到起重机的设计标准8。mm104.4 起重机设备的取力器设计装载在车辆上的重物搬运起重机动力机构为液压系统，而液压则是通过汽车的发动机为动力源为液压油泵提供动力。搭载起重机的车辆发动机不能直接作用于重物搬运机构的液压油泵，需要通过中间转换设备，这个设备就是取力器。对于多数的运输车辆和专用车辆都安装有取力器。可移动式起重机的取力器设计要根据起重机的负载大小和整体搬运机构的外形参数等多方面因素进行考虑。起重机的取力器要具有高效率的传动能力和简易的操作性能。在起重机搬运重物的时候要具有很好的传动稳定性，保证搬运机构的液压活塞杆有足够的推力和拉力。一旦取力器传动不稳定，则液压油的压力就无法承受搬运重物的载荷，货物坠落砸毁起重机，甚至危害到操作人员的生命安全，因此重物搬运起重机的取力器的设计非常重要。搭载起重机的车辆取力器的安装位置有以下几种。发动机前端取力前置式发动机后端取力夹钳式取力变速器上盖取力取力器取力方式 中置式变速器侧盖取力变速器后端盖取力分动器取力后置式传动轴取力通过查阅大量的随车起重机的取力器设计资料，为了提高起重机的搬运工作稳定性和提高制造安装的便利性，最终选择变速器侧盖取力方式。折臂式起重机工作机构及液压系统设计27图 4-2 变速器侧盖取力器1-气缸；2-活塞；3、4-O 型封圈；5-活塞杆；6-弹簧；7-拨叉；8-齿轮；9-连接齿轮；10-油封；11-输出轴；12-滚针轴承；13-中间齿轮；14-外箱体；15-定位销；16-十字轴；17、21-传动轴；18-泵架；19-弹性柱销联轴节；20-液压泵；22-连接套筒4.5 章节总结该章节主要对重物搬运起重机的各驱动液压机构进行了设计与计算，首先是起重机液压系统的总体设计，制定液压的外界工作条件；然后设计了搬运连杆机构的各液压缸的参数，设计分析了搬运第一节连杆的升降液压缸，搬运机构第二节连杆的折叠弯曲液压缸还有搭载起重机车辆的固定支柱液压缸，对它们的内径、活塞杆的稳定性进行了理论计算；接着对起重机液压机构中的动力源油泵和液压油管道进行了研究，包括制造材料的选择；最后对起重机的取力器进行了分析研究与设计。折臂式起重机工作机构及液压系统设计28结结 论论论文到此说明了折臂式起重机的设计已基本结束，相关的起重机的介绍、起重机整体设计、各机构设计、主要起重零件设计也已到此结束。通过此次的重物搬运设备的设计与研究，对于我的起重机设计知识有了很好的锻炼和提高。在对重物搬运机械设备的研究与计算中，我查阅了大量的折臂式起重机的设计资料和相关的计算文献。分析比较了各种型号的、各种规格的起重机在实际生活中的应用领域，对每种规格型号的重物搬运设备的工作原理和工作方案的优缺点进行了对比分析，大大的提高了我对起重机的搬运过程和运动轨迹的设计能力。对起重机的搬运执行机构中的连杆有了新的认识，对连杆如何连接，如何转动，如何既降低了连杆的质量又能保证其强度刚度等
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