【《随车起重机的液压系统设计计算研究》14000字（论文）】

随车起重机的液压系统设计计算研究摘要本文的主要目的是对ZLC2500随车起重机的液压系统进行设计。在本篇论文中，简要介绍了国内外随车起重机的发展历程，以及液压系统今后的发展趋向。同时，参考同类型起重机，对照其起重机数据，确定所设计的液压系统的参数，把握其液压系统的主要构成，明确随车起重机各个液压回路的设计要求，并参考多本文献，进行基础设计分析。此外，设计完成后，本文也对其进行相应的设计计算。然后根据计算数值，科学选择合适的液压元件型号。同时，对液压系统进行了验算，确定其可靠性与稳定性。本文设计的随车起重机液压系统能够满足各个机构要求的基础性能要求。关键词：ZLC2500随车起重机；液压系统；选型；计算目录TOC\o"1-3"\h\u23071绪论 页1绪论1.1随车起重机概述随车起重机，是一种起重和运输一体化的高效率起重设备。它通过起升装置、伸缩臂、液压系统等机构的共同配合，实现重物的起升、回转、运输[1]。一般，随车起重机可以安装在载货汽车上，实现起重和运送的效用。与汽车起重机相比，随车起重机机动性好，工作效率高，重量轻，且价格便宜，能够使用的场合较多。近些年来，由于随车起重机的种种优点，使得其逐步走入国内起重机市场，同时通过技术革新，使得随车起重机操作便捷，能耗减小，重量减轻，起吊吨位也逐渐上升，使其在起重机械中占据重要地位。按照臂架的形式，随车起重机可以分为两种，一种是中小型吨位的直臂卷扬式起重机，它利用卷扬机构，实现外部货物的起吊动作，具有构成机构简易、工作稳当，稳定性好等优点，但工作的范围以及起吊吨位受到结构限制；另一种是中大型吨位的折臂式起重机，相比于前者，它完全利用液压油缸完成起到动作，起吊吨位能够达到汽车起重机的水平，同时折叠式伸缩臂能够有效的扩宽其工作范围，效率高，但稳定性差。在今后，随车起重机的使用范围会更加广泛，因此，如何提高随车机的起吊吨位，扩大其工作范围，提高稳定性，降低能耗等问题，会是国内随车起重机发展升级时需要关注的焦点。1.2随车起重机现状及发展趋势1.2.1国外随车起重机现状及趋势国外的随车起重机生产在20世纪40年代就已经开始。经过多年的技术发展，国外比较有名的工程机械企业早已能够生产出高效、技术成熟、自动化、稳定性强的随车起重机产品[2]。步入21世纪后，计算机技术和微电子技术迅速发展，随车起重机产品已经有了多个系列产品，并且通过将微电子技术、计算技术与机械传统技术结合，使得随车起重机的功能丰富起来，操作也更加简洁。同时也能将起重机的体积进行缩小，并且采用高新材料，将其小型化，轻量化，让随车起重机的工作地形和场合增加。国际上有影响力的随车起重机生产厂家有瑞典的HIAB公司，德国的TIRRE公司，日本的加藤等等。随着近几年的国际形式也不断的变化，很多国家也开始重视国家的基础设施建设，随车起重机也被广泛应用于基础建设之中，如交通运输、桥梁、通讯、修理等行业，这也会推动其向着更好的方向发展。1.2.2国内随车起重机现状及趋势由于我国随车起重机生产起步晚，技术还尚未成熟，还有很高的提升空间。同时我国正在进行基础设施建设，对各式各样的随车起重机需求也逐步上升，这也将推动我国的随车起重机行业发展。据统计，国内随车起重机的生产厂家约有50家，经过多年发展，国内的随车起重机的技术水平不断提高，较为有名的企业如三一重工、中联重科等等，我国的随车起重机品质也逐步提升，也向着国际市场进军发展。但由于我国生产材质、液压系统和精密零器件等与国外的产品仍然有很大的差距，很多组件都依赖国外进口。因此，我国需要逐步提高液压系统设计方法，以及对生产材料进行改进，提高我国随车起重机在世界随车起重机中的地位。1.3液压系统现状与发展液压传动技术是指在功和能量进行传递时使用流体的静压能进行传递的一种传递方式[3]。采用液压技术能够减小机构整体体积，变得轻便，有序。利用液压系统中的阀内元件和管道连接，使得机械中各个机构受到各类阀控制，能够使机械操作更加简便。若与机电控制技术结合，则能够实现控制自动化。使用液压技术，能够避免或减少机械中的无意义摩擦损耗，提高机械效率。同时液压油也能对机械中主要元件进行润滑，提高使用寿命和承载能力，使其能够承受一定冲击振动，扩大机械的使用范围。由于国内液压传动起步晚，各式各样的阀类元件的稳定性以及可靠性与国外知名产品任然存在很大差距，同时，我国的液压系统设计技术也有待提高，使得国内与国际的差距逐步拉大。因此我国需要提高精密阀类元件的设计制造技术，同时也要发展液压系统设计的方式和手段。从近些年的发展进行分析，液压技术的发展方向主要是提高能源的利用效率、减噪、提高使用时间等等。21世纪，科技飞速发展，在当前的科技水平支持下，液压系统能够有效与新兴科技进行结合，加快其发展进程。目前，液压技术正向一下几个领域发展：（1）降低能源消耗，提高使用效率。（2）实现液压传动与微电子和计算机技术结合。通过微电子和计算机技术，能够有效分析液压传动导致问题的原因。（3）提高液压系统的可靠性。提高阀类元件的精度，改善油液工作环境，使用高新材料等等方式，都能在一定程度上，有效提高其性能和能力稳定。（4）高度集成化。集成化能够减少液压系统体积，提高工作效率，减少能耗，维护方便。（5）防止漏油。液压油是液压系统的工作介质，由于液压油的物理性质，其在工作中会引起过多能量损失，且容易泄露，污染环境，价格昂贵。因此，寻找液压油的替代品对于现代液压传动技术发展也是需要攻克的难关之一。2液压系统设计2.1随车起重机液压系统基本组成随车起重机的液压回路主要由5个部分组成。第一，起升液压回路。通过该回路，可以控制起升机构进行相应的作业，完成重物的起升。第二，伸缩液压回路。ZLC2500随车起重机属于直臂卷扬式随车起重机，它通过起升液压油缸带动主臂伸缩，其他节臂通过钢丝绳带动其进行工作。第三，变幅液压回路。它能够带动变幅机构工作，变幅机构能够控制起重机的工作幅度，在复杂地形和条件下能够进行精准调节，能够扩宽随车起重机的适用范围。第四，回转液压回路。回转机构能够扩宽随车起重机在水平面上的工作范围。但由于回转时容易导致随车起重机失去平衡，因此设计时需要注意。第五，支腿液压回路。支腿机构相当于是房屋横梁，因为，它的存在，而使得随车起重机能够在各种地形下能够安全的工作。在设计时不仅需要考虑支腿的跨距和高度，还要确保有支腿回路有优秀的自锁性能。2.2液压系统回路性能要求性能要求是液压回路的基本指标。在进行液压系统设计前，需要明确ZLC2500随车起重机液压回路所需要实现的功能和相应的设计要求。同时也要考虑到实际可能出现的情况，设计预防措施。起重机对液压回路的要求如下所述。2.2.1起升液压回路（1）能够实现负载的提升和下降。（2）启动平稳，工作时稳定。（3）为防止起吊时出现重物和吊钩加速下降现象，应该进行相应的控制设计。（4）要求达到ZLC2500速度要求，同时能够稳定运行，产生冲击小，需要对速度进行控制。2.2.2伸缩液压回路（1）实现伸缩机构伸缩功能。（2）控制伸缩臂伸缩速度，确保ZLC2500随车起重机工作时平稳，安全。2.2.3变幅液压回路（1）实现ZLC2500随车起重机的伸缩臂变幅功能。（2）控制变幅速度，防止变幅速度过快而导致起重机失稳。（3）要求能够平稳运行。2.2.4回转液压回路（1）实现ZLC2500随车起重机的回转功能。（2）控制回转速度，防止回转速度过快而导致起重机倾翻。2.2.5支腿液压回路（1）实现支腿能够独立伸缩和同时伸缩的功能（2）为保证工作安全，支腿液压回路需要设计优秀的自锁功能。（3）对支腿液压缸伸缩速度进行控制，防止相应元件损毁，从而延长使用寿命。2.3随车起重机液压系统回路设计根据液压回路要求，初定液压系统压力为20MPa.考虑到起升回路的液压油流量大于其他回路，因此采用双泵供油。单独采用一个液压泵为起升回路供油，其他回路则通过另一个泵进行供油。同时由于起重机工作可能会使其迅速升温，因此采用散热较好的开式系统。液压油的选定也会对起重机产生很大影响。根据随车起重机额定压力为20MPa，工作温度在40~80℃左右，查找起重机设计手册表6-2-17，选择型号为YB-N46的抗磨液压油作为随车起重机的工作介质。2.3.1起升液压回路设计对于起重机而言，起升回路影响着它起吊重物这一基本功能。根据起升回路液压系统要求，设计了如下回路，原理图如下。图2.1起升液压回路原理图表2.1起升液压回路液压元件表序号液压元件名称序号液压元件名称1过滤器6单向节流阀2液压泵7制动液压缸3溢流阀8起升马达4三位四通手动换向阀9平衡阀5梭阀--液压回路分析：1）起升：人工控制三位四通阀4手柄，使其处于左位工作状态。液压油通过三位四通换向阀4左位，进入起升回路。在液压油的带动下，起升马达8转动。同时，一部分液压油经过梭阀5，然后通过单向节流阀6，使制动器开启，起升马达工作。之后液压油换向阀4流回油箱，实现负载起升。此时系统油液流动状况如图所示：图2.2起升状态时油液流动情况2）制动：人工控制三位四通换向阀4处于中位工作状态，此时液压马达和制动液压缸卸荷，此时制动器关闭，使起升马达停止工作，同时平衡阀由于压力不足导致阀口关闭从而使液压回路锁死，通过机械和液压共同作用使起升马达制动。3）下降：人工控制三位四通换向阀4，处于右位工作状态。液压油通过换向阀4右位通过平衡阀9，进入起升马达使其反向旋转。同时部分液压油通过梭阀7，通过单向节流阀，进入制动液压缸10使其开启。然后液压油通过三位四通阀回到油箱，实现外部负载下降功能。此时系统油液流动情况如下：图2.3下降状态时油液流动情况主要液压元件作用：1）溢流阀3：作为系统的安全阀，保证系统压力，当液压系统压力超出规定压力时开启及时卸流，保护液压元件和回路安全。2）三位四通换向阀4：控制起升机构工作方式。3）梭阀5：控制制动器开启和关闭。4）单向节流阀6：控制流量，延迟制动器开启，防止二次下滑现象出现。5）平衡阀9：进行负载保持，同时与梭阀6构成机械液压制动。也能起到一定缓冲作用。2.3.2回转液压回路设计根据文献[4，1011]可得，起重机的回转液压回路简单，小型起重机受到负载惯性小，能够不安装制动器而直接使用M型中位机能的换向阀进行制动。根据回转液压回路要求设计的回转液压回路原理图如下：图2.4回转液压回路原理图表2.2回转回路液压元件表序号名称序号名称1液压泵6过载缓冲阀（溢流阀）2溢流阀7过载缓冲阀（溢流阀）3M型三位四通手动换向阀8单向阀4单向节流阀9回转液压马达5单向阀10单向节流阀（1）回转回路分析：1）左转：人工控制三位四通换向阀3，处于左位机能状态。液压油经过换向阀左位通过单向节流阀，驱动回转马达转动。然后经换向阀左位回到油箱，实现起重机向左转动。此时油液流动情况如下图所示：图3.5回转机构左转时油液流动情况2）回转机构制动：人工控制三位四通换向阀3处于中位机能状态，利用M型中位机能对回转马达进行锁紧制动，同时设置了溢流阀6和7作为过载缓冲阀使制动过程平稳。3）右转：人工控制三位四通换向阀3处于右位机能，液压油经换向阀3右位，经过节流阀10，进入回转马达9使其工作，然后液压油换向阀3右位回到油箱，实现起重机向右转动。此时系统油液流动情况如下所示：图3.6回转机构右转时油液流动情况（2）主要液压元件作用1）三位四通换向阀3：控制起重机回转机构运动，同时利用M型中位机能对回转机构进行制动。2）过载缓冲阀6和7：控制回转回路系统压力，当系统压力高于过载缓冲阀设定的压力时，会使其开启，从而平衡回转马达两侧的压差，维持系统稳定。2.3.3变幅液压回路设计变幅液压系统是随车起重机重要组成，主要作用是通过变幅液压缸改变随车起重机的工作幅度。起重机臂架所受到的外部载荷主要由变幅系统进行支撑，其性能严重影响随车起重机稳定。根据变幅液压系统要求所设计的随车起重机系统如下：图2.7变幅液压回路原理图表2.3变幅液压回路液压元件表序号名称序号名称1液压泵4平衡阀2溢流阀5调速阀3O型三位四通手动换向阀6变幅液压缸（1）变幅液压回路分析1)增幅：人工控制三位四通阀3处于左位机能状态。液压油经换向阀3左位，通过调速阀5，进入变幅液压缸无杆腔。液压缸有杆腔液压油经换向阀3左位回到油箱，完成增幅动作。此时系统油液流动情况如下图所示:图2.8增幅状态时油液流动情况2）液压缸锁紧：人工控制三位四通换向阀3，使其处于O型中位机能状态。利用O型中位机能进行变幅液压缸制动。3）减幅：人工控制三位四通换向阀3，处于右位机能状态。液压油经平衡阀4进入液压缸有杆腔，推动活塞运动。无杆腔液压油经调速阀和换向阀3返回油箱，完成减幅动作。此时系统油液流动情况如下图所示：图2.9减幅时油液流动情况（2）主要液压元件作用1）三位四通换向阀3：控制变幅机构动作，利用O型中位机能对变幅液压缸进行锁止制动。2）平衡阀4：控制系统压力，使制动平稳，当同时在受到载荷冲击时起到一定缓冲作用，防止活塞因自重下落。2.3.4伸缩液压回路设计根据伸缩液压回路要求，设计的伸缩液压回路如下：图2.10伸缩液压回路原理图表2.4伸缩液压回路液压元件表序号名称序号名称1液压泵4调速阀2溢流阀5伸缩液压缸3O型三位四通手动换向阀6平衡阀（1）伸缩液压回路分析1）工作臂伸出：人工控制三位四通换向阀3处于左位时，液压油通过换向阀3左位和调速阀4进入伸缩液压缸6有杆腔腔，无杆腔液压油通过平衡阀6回到油箱，实现机械臂伸出。此时系统油液流动情况如下图所示:图2.11工作臂伸出时油液流动情况2）工作臂锁紧固定：人工控制三位四通换向阀3手柄使其处于O型中位机能工作状态，使得伸缩液压缸锁紧固定。3）工作臂缩回：人工控制三位四通换向阀3手柄，使其处于右位机能工作状态。液压油通过平衡阀6，进入伸缩液压缸无杆腔杆腔，使活塞回缩，无杆腔液压油经平衡阀和换向阀右位回到油箱，完成工作臂回缩工作。此时系统油液流动情况如下图所示：图2.12工作臂回缩时油液流动情况（2）主要液压元件作用1）三位四通换向阀3：控制起重臂伸缩状态。2）平衡阀4：防止液压缸活塞因为自重或外部载荷失控而导快速下降，防止系统压力过高损坏系统。3）单向阀节流阀5:控制流量从而控制起重臂伸出速度，同时防止由于载荷失控而导致其失控速度过快损坏系统。2.3.5支腿液压回路设计由于ZLC2500随车起重机的载货汽车的外形尺寸原因，支腿形式采用H型。每条支腿包含了一个垂直液压缸和一个水平液压缸。支腿收放通过换向阀实现。根据支腿液压系统要求设计的支腿液压回路原理图如下：图2.13支腿液压回路原理图表2.5支腿回路液压元件表序号名称序号名称1液压泵6水平液压缸2溢流阀7O型三位四通手动换向阀3三位六通手动换向阀8单向节流阀4单向节流阀9双向液压锁5双向液压锁10垂直液压缸（1）支腿液压回路分析1）支腿水平伸出：人工控制三位六通换向阀3处于左位时，液压油通过单向节流阀4和双向液压锁5，进入水平液压缸无杆腔推动活塞向外伸出,。然后液压油通过换向阀3回到油箱，完成支腿水平伸出动作。此时系统油液流动情况如下图：图2.14水平液压缸伸出时油液流动状况2）支腿水平锁紧：人工控制三位六通阀手柄使其处于中位工作状态，此时双向液压锁中的液控单向阀关闭保持液压缸两腔压力，使其锁止，完成支腿水平方向锁紧。3）支腿垂直伸出：人工控制三位六通阀3手柄，处于中位工作状态，且三位四通换向阀7处于右位时，液压油经三位六通阀3中位机能后，流向三位四通换向阀7右位，然后经过单向节流阀8和双向液压锁9进入垂直液压缸无杆腔推动活塞运动。液压油经换向阀7回到油箱，完成支腿垂直伸出动作。此时系统油液流动状况如下图所示：图2.15支腿垂直伸出时油液流动状况4）支腿垂直锁紧：人工控制三位六通阀3手柄使其处于中位工作状态且三位四通阀7也处于中位工作状态时，此时双向液压锁中的液控单向阀关闭保持液压缸两腔的压力，使其锁止，完成支腿垂直方向的锁紧。5）支腿垂直收缩：人空控制三位六通阀3处于中位，且三位四通阀7处于左位工作状态时，液压油通过三位四通换向阀7左位和双向液压锁9的液控单向阀进入垂直液压缸10有杆腔推动活塞运动，然后有杆腔液压油通过单向节流阀8的单向阀回到油箱，完成支腿垂直方向回缩。此时系统油液流动状况如下图所示：图2.16支腿垂直回缩时系统油液流动情况6）支腿水平收缩：人工控制三位六通阀3处于右位时，液压油通过换向阀3右位进入水平液压缸有杆腔推动活塞运动，无杆腔液压油经节流阀4中的单向阀流回油箱，完成支腿水平收缩。此时系统油液流动情况如下图所示：图2.17支腿水平收缩时油液流动情况（2）主要液压元件作用1）三位六通换向阀3：控制支腿水平方向动作，且只有三位六通阀处于中位机能时，垂直支腿才能进行动作，防止误触而导致支腿损坏。2）单向节流阀4和8：控制流量，限制支腿伸出速度。3）双向液压锁5和9：当换向阀处于中位机能时，双向液压锁阀口关闭，保持液压缸两腔压力，使支腿锁紧。2.4随车起重机液压原理图图2.18液压原理图表2.6总液压元件表序号名称序号名称序号名称1过滤器2液压泵3液压泵4溢流阀5过滤器6溢流阀7Y型三位四通换向阀8梭阀9单向节流阀10平衡阀11制动液压缸12起升马达13O型三位四通换向阀14调速阀15伸缩液压缸16平衡阀17O型三位四通换向阀18平衡阀19调速阀20变幅液压缸21M型三位四通换向阀22单向节流阀23单向阀24过载缓冲阀25过载缓冲阀26单向阀27回转马达28单向节流阀29三位六通阀30单向节流阀31双向液压锁32支腿水平液压缸33O型三位四通换向阀34单向节流阀35双向液压锁36支腿垂直液压缸3液压元件选型与设计3.1随车起重机的主要性能参数介绍随车起重机的参数反映了其工作性能，设计时需要格外注意。随车起重机的参数有很多，下面将介绍一些主要的工作参数。（1）额定起重量起重机最重要的一个功能是进行负载吊装。起重机能够吊多重的负载，反映着它的基础工作能力。它是进行机构设计中需要满足的必要条件，也是进行起重机挑选时首先需要满足的一项指标。（2）工作速度工作速度反映出起重机的工作效率。当今社会追求高效，因此，选择起重机时，工作速度也是一个需要考虑的问题。但工作速度也不能过快，不然会导致起重系统失去稳定。（3）起升高度起升高度是指在水平面上，起重机起升机构吊钩允许达到的最大高度。起升高度反映出起重机的垂直工作范围以及稳定性。（4）工作幅度工作幅度体现出了起重机能够进行工作的有效范围。变幅机构与回转机构进行配合，能够将起重机工作范围有效扩大，增加其在复杂工况下的工作能力。（5）自重随车起重机作为一种小型的起重机械，起重量需要控制在一定范围。目前，随车起重机正向着轻量化发展，相信以后能够出现替代现有的材料，将自重显著下降，而不影响性能。除了上述提到的参数之外，起重机还有其他许多参数，且不同的起重设备，也有着其独特的工作性能参数，它们和上述参数在设计中是需要格外注意的，它们共同影响和决定着起重工程机械的工作性能。3.2ZLC2500随车起重机主要性能参数确定本论文主要对ZLC2500随车起重机进行液压系统设计。在进行设计前，需要确定相应参数，以便后面章节的设计和计算。通过对比多家公司，同吨位的起重机，确定ZLC2500随车起重机参数如下。表3.1ZLC2500随车起重机主要性能参数参数名称数值最大起重量10t最大起重力矩270KN·m最大工作幅度13.5m最大起升高度15.1m最大吊臂仰角75°回转角度360°吊臂节数4臂长5100mm-13800mm外形尺寸（长X宽X高）5655mmX2480mmX2510mm支腿跨距2300mm-5700mm回转速度2r/min起升速度11m/min起升倍率6重量3790kg3.3液压动力元件与执行元件设计和选型3.1.1起升液压回路1.起升液压马达计算（1）作用于钢丝绳上最大静拉力：（3-1）（2）起升马达所受最大扭矩：（3-2）（3）液压马达排量：（3-3）式中Mmax：起升马达受到的最大扭矩.：系统工作压力，为20MPa.-液压马达机械效率，通常取0.92（4）液压马达转速（3-4）式中n：吊钩滑轮组倍率，为6.i：起升传动比，i=20.V：起升速度，V=11m/min.Dmax：起升卷筒上钢丝绳最外层直径，Dmax=400mm.（5）起升马达选择根据所计算出的参数查液压元件手册表6-3-11，选择型号为CMZ的齿轮马达作为起升马达，参数如下表：3.2CMZ齿轮马达参数规格额定压力（MPa）排量（ml/r）最高转速（r/min）液压件生产厂CMZ16-2032-1002000济南液压件厂等2.起升液压泵计算（1）液压泵工作压力（3-5）式中Pt：起升马达工作压力。Mmax：起升马达所受最大扭矩，Mmax=209.31N·m。Qm：起升马达排量，Qm=71.47cm3/r。：起升马达机械效率，取0.92。最大工作压力Pmax：（3-6）式中：从液压泵出口至液压马达入口之间的总管路损失，由于管路复杂，取0.5~2MPa，此处取2MPa。（2）液压泵流量qvmax（3-7）式中K：为系统漏油系数，一般取1.1~1.3，此处取1.3.：包括液压马达的最大总流量Qmax，。液压泵的选择根据系统工作压力和排量，通过查找液压元件手册表1-4-2，选择型号为CB-P63齿轮泵，齿轮泵参数如下：3.3CB-P63齿轮泵参数型号排量(L/min)压力/(MPa)转速/(r/min)效率驱动功率/(kw）生产厂额定最高额定最高容积总CB-P636320252000250063徐州高压齿轮泵厂额定工况时，当液压泵向起升机构供油时，液压泵流量可以达到（3-8）满足起升回路需求。3.1.2变幅液压回路1.变幅油缸参数计算（1）无杆腔油压作用面积：（3-9）式中F1：变幅油缸最大轴向阻力，F1=1200KN。P：变幅油缸最大工作压力，取压力损失为2MPa，变幅液压缸的最大工作压力为22MPa。（2）无杆腔缸径（3-10）查液压元件手册表10-4-1，标准化取无杆腔缸径D=200mm，无杆腔油压作用面积A=0.031416m2=314.16cm2。2.变幅油路参数计算（1）变幅油缸平均伸缩速度：（3-11）式中S：变幅油缸行程，S=1500mm。t：升臂变幅时间，t=60s。变幅油缸平均输入流量（3-12）式中，ηV为油缸容积效率，取1。（3）油泵输出流量（3-13）式中，ηLV为管道容积效率，取0.95。3.1.3伸缩液压回路1.伸缩液压缸计算（1）伸缩液压缸承受的总压力（3-14）式中Q：外加负载。G：伸缩臂和起升机构总重量。α：起重臂和水平方向夹角。（2）无杆腔缸径：（3-15）式中Qmax：最大要求负载。P：最大工作压力，压力损失取2MPa，最大工作压力取22MPa。α0：最大吊臂仰角，为75°。最长臂长13.8m，最大起重量10t，最大吊臂角度75°时，计算出无杆腔直径为86.92mm，标准化后为100mm。（3）活塞杆直径液压缸活塞直径一般按照液压缸往复运动速度比φ计算：（3-16）式中D：液压缸内径。Φ：液压缸往复运动速度比，取值2.计算得到活塞杆直径61.46mm，标准化后直径63mm。2.伸缩油路计算（1）伸缩平均伸缩速度（3-17）式中s：伸缩油缸行程，s=5000mm。t：全程伸出时间，t=120s。（2）伸缩油缸平均输入流量（3-18）式中，ηv为油缸容积效率，取1.（3）液压泵输出流量（3-19）式中，ηLV取0.953.1.4回转液压回路1.回转马达选择（1）回转马达阻力矩（3-20）式中MHmax：回转总阻力矩，取30KN·m。i：回转减速器总减速比：200。η：回转机械传动效率，η=0.9。（2）回转马达排量（3-21）式中△P：回转马达工作压力差，取20MPa。ηmm：回转马达机械效率，取0.95。（3）选取马达型号根据计算数值，查液压元件手册表1-7-4，选择型号为M-MVE29的斜盘式轴向柱塞马达作为回转马达，参数如下表：表3.4MCY14-1B柱塞马达参数型号排量(mL/r)压力/MPa额定(最高)转速/(r/min)额定(最高)容积效率总效率额定转矩（N/m）MCY14-1B61.621(26)1800(2600)93%85%169所需液压泵流量（3-22）式中q：回转马达排量，为55.12ml/r。n：马达最大转速，n=i·nH=2*200=400r/min，nH为回转总减速比，取200.ηv：马达容积效率，查表4.1，取值0.93.3.1.5支腿液压回路1.垂直支腿油缸选择（1）无杆腔油压作用面积（3-23）式中F1：吊重时支腿油缸最大轴向阻力，F1=200KN。P：吊重时支腿油缸最大工作压力，压力损失取2MPa，最大工作压力取22MPa。（2）无杆腔缸径（3-24）标准化后无杆腔缸径D取120mm，无杆腔作用油压面积A1为113.1cm2。2.垂直支腿伸出时流量垂直液压缸工作行程取500mm，伸出时间去50s，平均伸缩速度V1为0.6m/min。单个垂直液压缸流量（3-25）4个垂直液压缸同时工作时流量（3-26）3.水平支腿油缸的选择（1）无杆腔油压作用面积（3-27）式中F2：吊重时支腿油缸最大轴向阻力，F2=160KN。P：吊重时支腿油缸最大工作压力，取22MPa。（2）无杆腔缸径（3-28）标准化后取无杆腔缸径D为100mm，无杆腔油压作用面积为A2为78.54cm2。4.水平支腿伸出时流量水平液压缸工作行程取1000mm，伸出时间去50s，平均伸缩速度V2为1.2m/min单个水平液压缸流量（3-29）4个水平液压缸同时工作时流量（3-30）3.1.6其他回路液压泵选型由于回转、变幅、伸缩、支腿回路由同一个液压泵供油，则选择液压泵时需要根据4个回路中流量最大的回路进行选择，根据前几节所计算的各回路流量，其中，4个水平支腿液压缸同时伸出时，流量最大，达到37.7L/min。查找液压元件手册表1-4-2选择型号为CB-P32的齿轮泵。型号排量L/min压力/(MPa)转速/(r/min)效率驱动功率/(kw）生产厂额定最高额定最高容积总CB-P633220252000250025徐州高压齿轮泵厂表3.5CB-P32齿轮泵参数在额定压力下，液压泵的流量可以达到：（3-31）满足其他回路需求。3.4液压辅助元件计算3.4.1油路通径油路通径按照液压系统管路推荐流速计算，油路流速取V1=3m/s。1.起升回路工作管路（3-32）式中，Q表示起升机构液压泵的流量，Q=115.92L/min。根据国标规定尺寸选择起升油路d1=32mm。2.变幅、伸缩、支腿、回转工作管路（3-33）式中，Q1表示单泵最大输出流量，Q1=58.88L/min。根据国标规定尺寸选择d2=25mm。由于变幅、伸缩、支腿、回转回路都由共同的液压泵供油，因此其回路管路通径取值均为25mm。油管壁厚油管壁厚按照薄壁管强度条件进行计算：

（3-34）式中p：管内可能的最大油压，取22MPa。d：油管通径。。起升回路取标准值起升回路工作管路油壁壁厚为3.5mm，钢管外径为39mm。其他回路取标准值起升回路工作管路油壁壁厚为2.5mm，钢管外径为30mm。3.4.2油箱容积计算油箱容量V可以根据以下公式进行估算（3-35）。根据JB/T7938-2010选择液压有效油箱容积V=250L，油箱长宽高比值取1:1:1，则油箱长宽高数值为630mm。3.3液压元器件选择根据所计算的数值对液压系统元件进行选择（序号参照液压原理图）。（1）过滤器（序号1,5）过滤器1作用为保护液压泵，要求通油大，阻力小，这里采用网式过滤器。查起重机设计手册表6-6-11，过滤精度取10μm。过滤器5作用为过滤回油路中油液中的杂质，此处用网式过滤器，查起重机设计手册表6-6-11，过滤精度取10μm。查起重机设计手册表6-6-14，选择GU-H400X型号的自封式压力管路过滤器，具体参数如下表3.6GU-H400X过滤器参数序号型号流量(l/min)通径（mm）质量（kg）外形尺寸（长X直径）过滤精度（μm）压力损失（MPa）连接方式1GU-H400X4005039.4570Xφ170100.20法兰5GU-H1603218.7453Xφ146100.15法兰（2）溢流阀（序号4,6,24,25）溢流阀4,6做为液压系统的安全阀，溢流阀24、25作为回转液压系统的过载缓冲阀，使系统维持稳定，压力设置为计算时受最大系统压力22MPa，根据相关参数，查溢流阀选型手册，溢流阀选择型号YF-F32H4。表3.7YF-B32H4溢流阀参数序号型号质量（kg）通径（mm）额定流量（L/min）调压范围（MPa）连接方式4/6/24/25YF-F32H473220016~32法兰（3）手动三位四通换向阀（序号7/13/17/21/33）查液压元件手册表3-3-17，选取换向阀7型号34SY-H32F-T,换向阀13、17和31选择型号34SO-H32F-T，换向阀20选择型号34SM-H32F-T，参数如下表3.8三位四通阀参数序号型号机能通径（mm）压力（MPa）流量（L/min）连接方式734SY-H32F-TY3231.5500法兰弹簧复位1334SO-H32F-TO3231.5200法兰弹簧复位1734SO-H32F-TO3231.5200法兰弹簧复位2134SM-H32F-TM3231.5200法兰弹簧复位3334SO-H32F-TO3231.5200法兰弹簧复位（4）单向阀(序号22/25)查液压元件手册表3-3-7，选择型号为A-Hb32L的直通式单向阀，参数如下表3.9单向阀参数序号型号通径（mm）公称压力（MPa）流量（L/min）开启压力（MPa）连接方式22A-Hb32L3231.52000.4螺纹25A-Hb32L3231.52000.4螺纹（5）平衡阀（序号10/16/18）查起重机设计手册表6-5-2，选择型号为FD32的平衡阀，参数如下表3.10FD32平衡阀参数型号通径(mm)流量(L/min)最大工作压力（MPa）控制压力(MPa)单向阀开启压力（MPa）主阀进油口主阀出油口FD32325604231.52~31.50.2双向液压锁（序号31/35）双向液压锁是由两个液压单向阀组成，根据计算出的参数选择型号为A2Y-Hb32L的液压单向阀，参数如下表3.11液控单向阀参数型号通径（mm）压力（MPa）流量（L/min）开启压力（L/min）连接方式A2Y-Hb32F3231.52000.4法兰单向节流阀（序号9/22/28/30/34）单向节流阀起到控制液压回路流量作用，根据所计算的回路流量参数，查询液压元件手册表3-1-3，选择型号如下表表3.12单向节流阀型号参数型号公称压力MPa公称流量L/min通径mm连接方式LDF-L32H31.520032螺纹连接（8）调速阀（序号14/19）根据调速阀工作压力和流量，查询液压设计手册表3-1-9，选择型号为QF-B20C的调速阀，参数如下表3.13调速阀型号参数型号通径mm额定流量L/min最小稳定流量L/min最高工作压力MPaQF-B20C2010610.6244液压系统验算4.1压力损失根据液压系统的构成情况以及管路通径的大小能够对起重机不同工况下的压力损失进行合理的计算，计算根据现代机械设计手册第四卷表20-3-15所提供的公式进行计算，表格如下：表4.1压力损失计算公式及符号含义计算步骤计算公式符号说明总压力损失压力损失包括管路的沿程损失、局部压力损失以及阀类元件的局部损失沿程损失和局部压力损失阀类元件局部损失系统的调整压力当计算出的压力损失与估计损失相差过大时，需要进行调整4.1.1起升回路压力损失1.管道沿程损失：（4-1）式中管道长度l暂取4m。管道内径d取0.032m。油液平均流速v取3m/s。沿程阻力系数根据钢管的经验公式液压油密度ρ取850kg/m3。2.局部压力损失（4-2）式中，局部阻力系数ζ取0.75。3.阀类元件额定压力损失。按照经验估算压力损失：三位四通换向阀压力损失在0.15~0.3MPa，取0.2MPa；梭阀压力损失取0.15MPa；平衡阀压力损失取0.3MPa，过滤器压力损失取0.2MPa，单项节流阀压力损失取0.2MPa溢流阀压力损失取0.1MPa。（4-3）4.总压力损失（4-4）前述所假定的压力损失2MPa合理4.1.2其他回路压力损失通过起升回路压力损失计算可以看出，压力损失主要来源于管道沿程损失和阀内元件额定压力损失，由于回转、变幅、伸缩、支腿回路使用同一个液压泵供油，且需要流量相近，因此可以通过计算4个回路中压力损失最大的回路确定计算时的假定压力损失是否合理，即计算支腿回路压力损失确定压力损失是否合理。支腿回路压力损失：在进行垂直支腿伸出时，液压油经过2个换向阀，1个单向节流阀、1个液压锁，此时压力损失最大。1.管道沿程损失：（4-5）式中管道长度l暂取6m。管道内径d取0.025m。油液平均流速v取3m/s。沿程阻力系数根据钢管的经验公式液压油密度ρ取850kg/m3。2.局部压力损失（4-6）式中，局部阻力系数ζ取0.75。3.阀类元件额定压力损失按照经验估算压力损失：三位四通换向阀压力损失在0.15~0.3MPa，取0.2MPa，吸油路过滤器压力损失取0.2MPa，回油路过滤器压力损失为0.15单项节流阀压力损失取0.2MPa，三位六通阀压力损失取0.3MPa，双向液压锁压力损失取0.3MPa。（4-7）4.总压力损失（4-8）前述所假定的压力损失2MPa合理。4.2液压系统发热验算4.2.1总功率损失液压系统工作时，机械摩擦，冲击以及各类压力损失通过转化成热能从系统中散发出来，使得液压油的温度上升，液压泵、液压马达等液压元件的泄漏增加，系统功率减小，影响起重机的正常工作。根据国家技术标准所规定的数值，要求起重机液压油的温度不超过80℃，允许最大温升45℃。对于复杂系统，由于总功率损失过程难以精确计算，可以采用下式进行计算：（4-9）式中Pτ：总输入功率（液压系统）PC：有效功率（液压系统）（4-10）（4-11）式中Tt：工作周期，Tt=82+60+120+15+50=327s.z,n,m：液压泵、液压缸、液压马达数量，分别为2，6，2.pi,qvi,ηPi：第i台泵的实际输出压力、流量、效率.ti:第i台泵工作时间，s.Twj,ωj，tj：液压马达的外在转矩（N·m）、转速（rad/s）、工作时间（s）.Fwi，si：液压缸外载荷及驱动此载荷的行程，N·m.总输入效率。有效功率液压缸有效功率马达有效功率总有效功率总功率损失4.2.2液压系统散热功率油箱表面是液压系统主要的散热位置，散热功率按照下式计算（4-12）式中K：油箱散热系数，在通风良好的情况时，取值范围在15~17，此处选择16.A：油箱散热面积，可以用下列公式近似计算△T：油温与外界温度之差，上述起重机液压油温不超过80℃，室温取25℃，则油温与外界温度差最大取55℃.散热功率Phc：散热功率小于总功率损失，需要安装冷却器。冷却器散热面积为（4-13）式中K：冷却器散热系数，取55W/（m2·℃）.△tm：平均温升，取40℃.冷却器工作时间长，外加其他因素对散热的影响，冷却器的散热面积要取较大一些的数值。根据经验