毕业设计（论文）-轮胎式起重机总体及液压系统设计

前言轮胎式起重机是工程起重机的主要品种，具有机动灵活、使用范围广、作业适应性强等特点。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。随着我国经济建设的迅速发展，各种基建项目和工程项目的上马，使得我国成为世界上使用工程起重机最大的国家之一。市场需求的增长使轮胎起重机成为设计开发、技术创新的活跃领域，设计开发各种系列的国产高性能轮胎式起重机以满足国内建设需要成为起重机械的发展方向。本课题的研究和设计任务是设计出QLY55型轮胎式起重机的总体方案和液压系统，并完成其起升机构和变幅液压缸的结构设计。1概述1.1关于轮胎式起重机近年来，随着工程建设规模的扩大，起重安装工程量越来越大，吊装能力、作业半径和机动性能的更高要求促使起重机发展迅速，具有先进水平的轮胎式起重机已成为机械化施工的主力。相对于其他起重机，轮胎式起重机操作灵活，易于实现不同位置的吊装等优点，而且对其进行驱动和控制的液压系统易于实现改进设计。随着液压传动技术的不断发展，液压轮胎式起重机已经成为各起重机生产厂家主要发展对象。1.2液压系统应用于轮胎式起重机上的优缺点1.2.1优点1．在起重机的结构和技术性能上的优点来自发动机的动力经油泵转换到工作机构，其间可以获得很大的传动比，省去了机械传动所需的复杂而笨重的传动装置。不但使结构紧凑，而且使整机重量大大的减轻，增加了整机的起重性能。同时还很方便的把旋转运动变为平移运动，易于实现起重机的变幅和自动伸缩。各机构使用管路联结，能够得到紧凑合理的速度，改善了发动机的技术特性。便于实现自动操作，改善了司机的劳动强度和条件。由于元件操纵可以微动，所以作业比较平稳，从而改善了起重机的安装精度，提高了作业质量。采用液压传动，在主要机构中没有剧烈的干摩擦副，减少了润滑部位，从而减少了维修和技术准备时间。2．在经济上的优点液压传动的起重机，结构上容易实现标准化，通用化和系列化，便于大批量生产时采用先进的工艺方法和设备。此种起重机作业效率高，辅助时间短，因而提高了起重机总使用期间的利用率，提高了起重机的充分利用率。1.2.2缺点液压传动的主要缺点是漏油问题难以避免。为了防止漏油问题，元件的制造精度要求比较高。油液粘度和温度的变化会影响机构的工作性能。液压元件的制造和系统的调试需要较高的技术水平。从液压传动的优缺点来看，优点大于缺点，根据国际上起重机的发展来看，不论大小吨位都采用液压传动系统。纵观众多用户的反馈意见，液压式轮胎起重机深受他们的欢迎和好评。所以QLY55型轮胎起重机决定采用液压传动的形式。1.3液压系统的类型液压系统要实现其工作目的必须经过动力源——控制机构——机构三个环节。其中动力源主要是液压泵；传输控制装置主要是一些输油管和各种阀的连接机构；执行机构主要是液压马达和液压缸。这三种机构的不同组合就形成了不同功能的液压回路。泵—马达回路是起重机液压系统的主要回路，按照泵循环方式的不同有开式回路和闭式回路两种。开式回路中马达的回油直接通回油箱，工作油在油箱中冷却及沉淀过滤后再由液压泵送入系统循环，这样可以防止元件的磨损。但油箱的体积大，空气和油液的接触机会多，容易渗入。闭式回路中马达的回油直接与泵的吸油口相连，结构紧凑，但系统结构复杂，散热条件差，需设辅助泵补充泄漏和冷却。而且要求过滤精度高，但油箱体积小，空气渗入油中的机会少，工作平稳。1.4轮胎起重机液压系统功能、组成和工作特点轮胎起重机液压系统一般由起升、变幅、伸缩、回转和支腿五个主回路组成。各个回路具有的功能、组成和工作特点：1.4.1起升回路起升回路起到使重物升降的作用。起升回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀、液压离合器、液压制动器和液压马达组成。起升回路是起重机液压系统的主要回路，对于大、中型轮胎起重机一般都设置主、副卷扬起升系统。它们的工作方式有单独吊重、合流吊重以及单独共同吊重三种方式，其中对于吊大吨位且要求速度不太高时用主卷扬吊的方式，对于吊小吨位且要求速度不太高时用副卷扬吊的方式；对于吊大吨位且要求速度比较高时用主副卷扬泵合流吊的方式；对于吊比较长的物体时用单独共同吊重方式。1.4.2回转回路回转回路起到使吊臂回转，实现重物水平移动的作用。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。回转机构使重物水平移动的范围有限，但所需功率小，所以一般轮胎起重机都设计成全回转式的，即可在左右方向任意进行回转。1.4.3变幅回路绝大部分工程起重机为了满足重物装、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度减小能提高起重量），需要经常改变幅度。变幅回路则是实现改变幅度的液压工作回路，用来扩大起重机的工作范围，提高起重机的生产率。变幅回路主要由液压泵、换向阀、平衡阀和变幅液压缸组成。工程起重机变幅按其工作性质可分为非工作性变幅和工作性变幅两种。非工作性变幅指只是在空载条件下改变幅度。它在空载时改变幅度，以调整取物装置的位置，而在重物装卸移动过程中，幅度不改变。这种变幅次数一般较少，而且采用较低的变幅速度，以减少变幅机构的驱动功率，这种变幅的变幅机构要求简单。工作性变幅能在带载的条件下改变幅度。为了提高起重机的生产率和更好地满足装卸工作的需要，常常要求在吊装重物时改变起重机的幅度，这种类型的变幅次数频繁，一般采用较高的变幅速度以提高生产率。工作性变幅驱动功率较大，而且要求安装限速和防止超载的安全装置。与非工作性变幅相比，这种变幅要求的变幅机构较复杂，自重也较大，但工作机动性却大为改善。轮胎起重机使用了支腿，除了吊非常轻的重物之外，必须带载变幅。1.4.4伸缩回路伸缩回路可以改变吊臂的长度，从而改变起重机吊重的高度。伸缩回路主要由液压泵、换向阀、液压缸和平衡阀组成，根据伸缩高度和方式不同其液压缸的节数结构也就大不相同。轮胎起重机的伸缩方式主要有同步伸缩和非同步伸缩两种，同步伸缩就是各节液压缸相对于基本臂同时伸出，采用这种伸缩方式不仅可以提高臂的伸出效率，而且可以使臂的结构大大简化，提高起重机的吊重。伸缩回路只能在起重机吊重之前伸出。1.4.5支腿回路支腿回路是用来驱动支腿，支承整台起重机的。支腿回路主要由液压泵、水平液压缸、垂直液压缸和换向阀组成。轮胎起重机设置支腿可以大大提高起重机的起重能力。为了使起重机在吊重过程中安全可靠，支腿要求坚固可靠，伸缩方便。在行驶时收回，工作时外伸撑地。还可以根据地面情况对各支腿进行单独调节。1.5轮胎起重机液压系统发展趋势轮胎起重机液压系统在以下几方面体现出明显的发展趋势：

（1）采用国际化配套，对系统性要求较高的液压元件如泵、阀、马达等采用国际化配套可提高产品的可靠性，另外，国外使用成熟、量大价廉的元件在国内也广泛使用。

（2）采用卡套式接头，由于卡套式接头在控制系统污染、防泄露等方面具有很强的优越性，使用卡套式接头能大大减少故障率和早期反馈率。

（3）在系统中设计速度分档，由于不同施工项目的不同要求，对起重机各动作速度的要求也不一样，速度分档技术也应运而生，设计不同的速度档位，以适用不同工况的要求。

（4）广泛使用高度集成的、模块化阀组，能简化管路，有效的减少液阻，提高效率，节约能量，同时易于维护。

（5）向计算机技术领域的纵深渗透，轮胎起重机将向无线遥控技术、远程诊断服务技术、黑匣子自我保护技术等方向发展，为了实现整机的功能，液压技术将同计算机技术相互渗透，共同发展。1.6本课题的主要研究工作本课题主要针对轮胎起重机的功能、组成和工作特点，结合国内外轮胎起重机的运用现状和发展趋势，设计一款能够适应国内外工程建设的中型（QLY55）轮胎起重机总体及液压系统。在设计本机液压系统时，在明确设计任务和设计要求，不要偏离题目；仔细研究设计方案，理清设计思路，使设计过程清晰化，这两点的基础上。进行以下研究工作：分析已有的轮胎起重机，对起升机构进行详细的设计。结合本机特点，对液压元件进行选择。3．对各工作机构液压回路进行设计，对个回路的组成原理和性能进行分析。4．根据本机液压系统工作参数和各机构主要参数对液压系统进行设计计算，即对各种类型的主要元件进行设计计算。5．液压元件选好以后需要对各回路进行性能计算，其中包括系统各回路功率计算，各回路性能验算以及对整个系统的发热进行验算。1.7任务要求和整机性能参数1.7.1任务要求整机基本参数应符合《起重机设计手册》标准。各工作机构既能单独作业又能复合作业，其中主卷扬单独作业时能实现合流。液压系统采用多泵多回路变量液压系统，主、副卷扬、回转、变幅、伸缩和支腿均采用开式回路。操作方式为先导伺服操作。所设计的轮胎起重机及液压系统构成合理，技术性能先进，在满足可靠性前提下具有一定的创新性。技术资料完整、正确。撰写的轮胎起重机及液压系统关键技术研究报告具有一定的理论性、使用性和独创性。1.7.2整机参数起重机的技术参数表征起重机的作业能力，是设计起重机的基本依据。轮胎式起重机的主要技术参数有：最大起重量、起升高度、幅度、机构的工作速度、生产率、轮距、起重力矩、爬坡度和最小转弯（曲率）半径等。1．最大起重量Gmax：起重机正常工作条件下，允许吊起的最大额定起重量。参照ISO2374:1988最大起重量系列，取G2．起升高度H：起重机水平停车面至吊具允许的最高位置的垂直距离。对吊钩而言算至他们的支撑表面。查JB1375-74，取H为：基本臂作业时，H=2m;最长臂作业时，H=363．幅度L:起重机置于水平场地时，空载吊具垂直重心线至会转中心线之间的水平距离。最大幅度Lmax:起重机工作时臂架倾角最小的幅度，L最小幅度Lmin:起重机工作时臂架倾角最大的幅度，L主臂变幅范围：-2°～75.5°主臂变幅时间：60sec；4．主臂长：12—37.2m5．机构工作速度：起升速度Vn：稳定运动状态下，额定载荷的垂直速度。取V额定运行速度Vk：稳定状态下，在水平场地上，离地10m高度处，风速小于3m/s时，起重机运行的速度。额定回转速度ω:稳定运行状态下，在水平场地上，离地10m高度处，风速小于3m/s时，起重机最大幅度且带额定载荷转动部分的回转角速度。ω=0.29r/min。6．轮距K：起重机行走轮踏面中心线之间的距离。决定于起重机的抗倾覆稳定性，以及考虑最小半径和铁路运输限界。7．爬坡能力：无载起重机能以稳定行驶速度爬行的最大坡度。表征起重机行驶能力的参数，决定爬坡度的主要因素是粘着重量、粘着系数和轮周牵引力。选最大爬坡度20%。8．最小转弯（曲率）半径R：起重机转向时，其前轮外侧运行轨迹的最小圆弧半径。它与起重机地盘的轴距、轮距、转向车轮的偏转角、转向桥数目等因素有关。取R2轮胎起重机各机构分析2.1轮胎起重机结构简图图2-1液压轮胎式起重机结构Fig2-1Hydraulictirecranesstructure1—吊钩组；2—滑轮组；3—伸缩臂；4—变幅液压缸；5—卷筒；6—司机室；7—回转机构；8—支腿。2.2起重机工作级别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合理的基础，也为用户和制造厂家进行协商时提供了一个参考范围，它能使起重机胜任它需要完成的工作任务。在确定起重机的工作级别时，应考虑两个因素：利用等级和载荷状态。2.2.1起重机的利用等级起重机在有效寿命期间有一定的总工作循环数。起重机作业的工作循环是从准备起吊物品开始，到下一次起吊物品为止的整个作业过程。工作循环总数表征起重机的利用程度，是起重机分级的基本参数之一。查起重机的利用等级（ISO4301—11986；GB3811—83），起重机的利用等级为U5工作循环总数为12.2.2起重机载荷状态载荷状态是起重机分级的另一个基本参数，它表明起重机的主要机构—起升机构受载的轻重程度。起重机载荷状态为Q2—中，名义载荷谱系数K2.2.3．起重机整机工作级别确定了起重机的利用等级和载荷状态，查（ISO4301—1:1996GB3811—83）,确定起重机整机工作级别为A4。起升机构工作级别为M4，变幅机构工作级别为M3,回转机构工作级别为M2.3液压式轮胎起重机卷扬（起升）机构起重机中，用以提升或下降货物的机构称为起升机构，一般采用卷扬机。起升机构是起重机中最重要、最基本的机构，其工作的好坏直接影响整台起重机的工作性能。2.3.1卷扬（起升）机构的组成和典型组成形式起升机构一般由驱动装置、钢丝绳卷绕系统、取物装置和安全保护装置等组成（如图2-2）。驱动装置包括液压马达、联轴器、制动器、减速器等部件。钢丝绳卷绕系统包括钢丝绳、卷筒、定滑轮和动滑轮。取物装置有吊钩、吊环、抓斗、电磁吸盘、吊具等型式。安全保护装置由超负荷限位器、超速保护开关等，根据需要配用。液压驱动的起升机构，由原动机带动液压泵，将工作油液输入执行构件（液压马达），使机构动作，通过控制输入执行构件的液体流量实现调速。液压驱动的优点是传动比大，可以实现大范围的无级调速，结构紧凑，运转平稳，操作方便，过载保护性能好。缺点是液压传动元件的制造精度要求高，液体容易泄露。2.3.2液压起升机构形式1．起升装置驱动形式图2-2起升机构Fig2-2Liftingbodies1—液压马达；2—联轴器；3—制动器；4—减速器；5—卷筒；6—吊钩；7—滑轮组；8—离合器。液压起升机构采用高速液压马达驱动。这种型式的起升机构在液压起重机中应用最广，这是因为高速液压马达能与液压泵互换，工作可靠，成本低，寿命长，效率高，可采用批量生产的减速器与其配套。由于所设计的起重机起重量大，除了主起升机构之外，为了提高轻载或空钩时的速度，还装设副起升机构。由于卷筒通过操纵式离合器与传动轴联接，因此制动器必须装在卷筒上。操纵制动器松开离合器可以实现物品自由下降，提高作业效率。2．钢丝绳卷绕系统卷绕系统是传动系统的一部分，由挠性元件（钢丝绳）、导向和贮存元件（滑轮和卷筒）组成，它将旋转运动改变成直线运动，起着运动形式的转换和能量的传递作用。滑轮滑轮用以支撑钢丝绳，并能改变钢丝绳的走向，平衡钢丝绳分支的拉力，组成滑轮组，达到省力或增速的目的。钢丝绳在卷绕系统设计时，钢丝绳应尽量避免反向弯折，或尽可能减少反向弯折的次数。出现反向弯折时，可用增大滑轮直径、提高滑轮直径与钢丝绳直径的比值来减缓钢丝绳的疲劳损伤。设计起升机构时，应根据具体情况合理选择滑轮组的倍率。倍率大，则钢丝绳的拉力减少，钢丝绳直径、滑轮和卷筒的直径减少，减速器的速比也相应减少。但钢丝绳长度和卷绕长度增加，钢丝绳的磨损增加。一般情况下，小起重量的起重机选用较小的倍率，以与较高的起升速度相匹配；大起重量的起重机选用较大的倍率，减少重物的升降速度，同时避免采用过粗的钢丝绳，起升高度很大时，宜选较小的倍率，以免卷筒过长。钢丝绳的特性钢丝绳是广泛应用于起重机中的挠性构件。它具有承载能力大、卷绕性好，运动平稳无噪音、极少突然断裂、工作可靠等优点。钢丝绳的种类和应用起重机使用圆形界面的钢丝绳，绳股界面也多是圆形。在起重机中应用最广的是线接触（X型）钢丝绳（股内各层钢丝在全长上平行捻制，呈线接触）。线接触钢丝绳承载能力大，耐磨性好，使用寿命长，在相同条件下，比点接触（D型）钢丝绳寿命高50%～100%。在起重机中，凡是绕过滑轮和绕入卷筒的钢丝绳，都应选用线接触钢丝绳。由若干根圆形钢丝按螺旋状捻绕而成的单绕钢丝绳，刚性大，表面不光滑，在起重机上仅用作固定张紧绳。双绕钢丝绳是先由钢丝绕成股，再由股绕成绳。由于强度高，挠性好，在起重机上广泛使用。同向捻钢丝绳挠性好，寿命长，但容易扭转打结，自行松散，适用于有刚性导轨和经常保持张紧的地方，如普通臂架的滑轮组变幅机构等。此外，滑轮和卷筒也应具有半圆形绳槽。起升机构用的钢丝绳，以及在绳槽底部开有缺口或楔形绳槽滑轮上工作的钢丝绳，都宜使用交互捻钢丝绳。钢丝绳的选择钢丝绳的选择包括钢丝绳结构型式的选择和钢丝绳直径的确定。绕经滑轮和卷筒的机构工作钢丝绳应优先选用线接触钢丝绳。卷筒卷筒组类型及构造卷筒组是起升机构中卷绕钢丝绳的部件。起重机起升机构卷筒类型可采用周边大齿轮式卷筒组，它多用于传动速比大、转速低的场合，一般为开式传动，卷筒轴只承受弯矩。如图2-3。图2-3周边大齿轮式卷筒组Fig2-3Surroundingthegear-reelGroup起升机构卷筒可采用多层绕卷筒，以减少卷筒长度，使机构紧凑。铸造卷筒一般采用不低于HT—200的灰铸铁，重要卷筒可采用高强度铸铁或球墨铸铁。卷筒绳槽多层卷绕筒表面以往都推荐做成光面，为了减少钢丝绳的磨损。但实践证明，带螺旋槽的卷筒多层卷绕时，由于绳槽保证第一层钢丝绳排列整齐，有利于以后各层钢丝绳的整齐卷绕。光面卷筒极易使钢丝绳多层卷绕时杂乱无序，由此导致的钢丝绳磨损远大于有绳槽的卷筒。多层绕卷筒两端应设挡边，以防止钢丝绳脱出筒外，挡边高度应比最外层钢丝绳高出（1～1.5）d。钢丝绳在卷筒上的固定图2-4板条固定Fig2-4Lathfixed钢丝绳端在卷筒上的固定必须安全可靠，便于检查和更换钢丝绳。采用的方法是板条固定，即将钢丝绳引入卷筒内的特制槽内，用螺钉板条固定（如图2-4）。为减少钢丝绳对固定装置的作用力，在固定装置之前必须在卷筒上留有1.5～3圈的安全圈。钢丝绳允许偏角钢丝绳绕进或绕出卷筒时，钢丝绳偏离螺旋槽两侧的角度推荐不大于3.5°。对于多层绕卷筒，钢丝绳与垂直于卷筒轴的平面的偏角推荐不大于2°，以避免乱绳。布置卷绕系统时，钢丝绳绕进或绕出滑轮槽的最大偏角推荐不大于5°，以避免槽口损坏和钢绳脱槽。吊钩组吊钩组的种类和特点吊钩组是起重机上应用最广的一种取物装置，它由吊钩、吊钩螺母、推力轴承、吊钩横梁、滑轮、滑轮轴承、吊钩拉板等零件组成。吊钩组有短钩型吊钩组和长钩型吊钩组。轮胎式起重机吊钩组可采用短钩型吊钩组，吊钩位于滑轮轴下方，吊钩直杆部分较短，滑轮轴向尺寸较小，钢绳偏角较小，钢绳分支数的偶奇不受限制。图2-5双钩短钩型吊钩组Fig2-5Doublehookshorthooklifthookgroup吊钩有单钩、C型钩、双钩、片式钩等类型。由于双钩受力条件好，钩体材料能充分利用，一般用于起重量较大的起重机，因此所设计的轮胎式起重机可采用双钩类型的吊钩（如图2-5）。一般吊钩的截面形状均为带圆弧角的梯形截面。为防止系物绳自动脱钩，可在吊钩上加载安全闭锁装置（如图2-6）。图2-6安全闭锁装置Fig2-6Safetylockingdevice2.4液压式轮胎起重机回转机构2.4.1回转机构组成回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两部分组成。前者将起重机的回转部分支持在固定部分上，后者驱动回转部分相对于固定部分回转。2.4.2回转支承回转支承装置称回转支承。主要分为柱式和转盘式两大类。回转支承保证起重机回转部分有确定的回转运动，并承受起重机回转部分作用于它的垂直力水平力和倾覆力矩。轮胎式起重机一般选用滚动轴承式回转支承装置。该装置尺寸紧凑、性能完善，可以同时承受垂直力、水平力和倾覆力矩，是应用最广的回转支承装置。为保证轴承装置正常工作，对固定轴承座圈的机架要求有足够的刚度。起重机回转部分固定在大轴承的回转座圈上。而轴承的固定座圈与底架或门座的顶面相固结。中型轮胎式起重机采用双排球式回转支承（如图2-7）。它有三个座圈，采用开式装配，钢球和隔离块可直接排入上下滚道，上下两排钢球采用不同直径以适应受力状况的差异。滚道压力角较大，因此能承受很大的轴向载荷和倾覆力矩。图2-7双排球式回转支承Fig2-7Doublevolleyballtyperotationsupporting2.4.3回转驱动装置型式液压轮胎式起重机采用液压回转驱动装置。采用高速液压马达与涡轮减速器或行星减速器传动，传动型式如图2-8：液压驱动的起重机，通过液压回路和换向阀的合适机能，可以使回转机构不装制动器，同时保证回转部分在任意位置上停住，并避免冲击。图2-8液压回转驱动装置型式Fig2-8Hydraulicpressurerotationdrivepattern1、3—液压马达；2—带极限力矩联轴器的涡轮减速器；5—行星减速器。2.4.4回转机构原理如图2-9所示为回转机构设在小车部分时的工作原理图,它是由原动机经减速器将动力传递到小齿轮上,小齿轮既做自转,又做沿着固定在底架上的大齿圈公转,从而带动整个上车部分回转。图2-9回转机构Fig2-9Rotatingbodies1—原动机；2—减速器；3—小齿轮；4—大齿圈。2.5液压式轮胎起重机变幅机构2.5.1变幅机构的类型起重机变幅机构按工作性质分为非工作性变幅和工作性变幅；按机构运动形式分为运行小车式变幅和臂架摆动式变幅；按臂架变幅性能分为普通臂架变幅和平衡臂架变幅。非工作性变幅机构只在起重机空载时改变幅度，调整取物装置的作业位置。其特点是变幅次数少，变幅时间对起重机的生产率影响小，一般采用较低的变幅速度。工作性变幅机构用于在带载条件下变幅、变幅过程是起重机工作循环主要环节的情况。变幅时间对起重机的生产率有直接影响，一般采用较高的变幅速度（0.33m/s～1.66m/s）。为降低驱动功率，改善操作性能，工作性变幅机构常采用多种方法实现吊重水平位移和臂架自重平衡。运行小车式变幅机构用于具有水平臂架的起重机，依靠小车沿臂架弦杆运行以改变起重机幅度。臂架摆动式变幅机构是通过臂架在垂直平面内绕其绞轴摆动改变幅度。伸缩式起重机臂架既可以摆动，也可以伸缩，既能增加起升高度，也能改变起重机幅度。普通臂架变幅机构变幅时会同时引起臂架重心升降，耗费额外的驱动功率，适用于非工作性变幅，在偶尔需要带载变幅时，也可以用。平衡臂架变幅机构采用各种补偿方法和臂架平衡系统，使变幅过程中物品重心沿水平线或近似水平线移动，臂架及其平衡系统的合成重心高度基本不变，从而节省驱动功率，适用于工作型变幅。普通臂架变幅机构有两种主要形式：臂架摆动式和小车运行式。轮胎式起重机主要采用臂架摆动式变幅机构。臂架摆动式变幅机构有定长臂架变幅机构和伸缩臂架变幅机构。液压轮胎式起重机采用伸缩臂架变幅机构（如图2-10）。伸缩式臂架采用箱形结构，由基本臂和若干伸缩臂组成。液压缸变幅是伸缩式起重机最有代表性的变幅形式。液压缸变幅机构结构简单，易于布置，工作平稳。根据变幅力大小，可采用双缸或单缸。臂架变幅液压缸有三种布置方式：前置式、后置式和后拉式，它们的简图和特点如表2-1：经综合考虑轮胎式起重机的工作环境和结构，选择前置式结构。图2-10伸缩臂架变幅机构Fig2-10Telescopicboomluffingmechanism1—卷扬绳；2—变幅液压油缸。表2-1变幅油缸布置简图和特点Form2-1Amplitudecylinderarrangementdiagramandcharacteristic序号型式简图特点1前置式变幅推力小，可采用小直径液压缸；臂架悬臂部分短，臂架受力有利；臂架下方有效空间小。2后置式液压缸后移，对起重机稳定有利；需要的变幅推力大；臂架悬臂部分长，臂架受力不利；臂架下方有效空间大。3后拉式主要用于定长格构式臂架，臂架前方有效空间大。2.6液压式轮胎起重机臂架伸缩机构起重机的伸缩机构包括臂架伸缩机构和支腿伸缩机构。臂架伸缩机构的作用是改变臂架长度，以获得需要的幅度和起升高度，满足作业要求。具有臂架伸缩机构的起重机，不需要接臂和拆臂，缩短了辅助作业时间。臂架全部缩回以后，起重机外形尺寸减小，提高了机动性和通过性。臂架采用液压伸缩机构，可以实现无级伸缩和带载伸缩，扩大了轮胎起重机在复杂条件下的使用功能。2.6.1臂架伸缩方式具有三节或三节以上的吊臂，各节臂的伸缩，基本有三种方式：顺序伸缩、同步伸缩和独立伸缩。顺序伸缩是各节伸缩臂按一定先后次序完成的伸缩动作。同步伸缩是各节伸缩臂以相同的行程比率同时伸缩。独立伸缩是各节伸缩臂无关联地独立进行伸缩动作，可以完成顺序伸缩或同步伸缩的动作。本机采用顺序伸缩方式，伸缩臂架结构如图2-11。图2-11伸缩臂架结构图Fig2-11Constructionofexpansionarms2.6.2伸缩机构的驱动形式液压驱动是吊臂伸缩机构的主要驱动形式。设计相应的伸缩液压缸和油路，可以实现臂架的各种伸缩方式。臂架伸缩机构的驱动可采用顺序伸缩的方式。该系统构造简单，成本低。采用液动换向阀操纵，或设计带伸缩油道的液压缸等方法。2.7液压式轮胎起重机支腿收放机构轮胎式起重机装有可收放支腿。支腿的作用是增大起重机的支承基底，提高起重能力。起重机一般装有四个支腿，前后左右两侧分置。为了补偿作业场地的倾斜和不平，增大起重机的抗倾覆稳定性。支腿应能单独调节高度。支腿要求坚固可靠，收放自如。工作时支腿外伸着地，起重机抬起。行驶时，将支腿收回，减小外形尺寸，提高通过性。2.7.1支腿类型的选择支腿收放一般使用液压驱动的支腿。对于中、大型起重机上，一般使用H形支腿（如下图）。每一支腿有两个液压缸：水平外伸液压缸和垂直支承液压缸。为保证足够的外伸距离，左右支腿的固定梁前后错开。H形支腿外伸距离大，每个腿可以单独调节，对作业场所和地面的适应性好。图2-12H形支腿Fig2-12H-shapedoutrigger固定梁；2—活动梁；3—立柱外套；4—立柱内套；5—水平液压缸；6—垂直液压缸；7—支脚盘。3液压系统元件选择3.1典型工况分析及对系统要求3.1.1伸缩机构的作业要求轮胎起重机工作中主要用到的机构是主、副卷扬机构，回转机构；在重物下降定位时常常用到变幅机构。带载伸缩是比较危险的，在实际作业中很少使用，空载吊臂伸缩循环仅占试验基本工况作业循环次数的5％，故伸缩及带载伸缩不是典型工况。3.1.2副臂的作业情况大多数轮胎起重机都带有副臂，它的作用是增加起重机的最大起升高度。很多大型轮胎起重机主臂前都有一个突出滑轮，在副卷扬工作时，顺着滑轮吊下副钩，用于主、副卷扬的组合动作，而很少用副臂与主卷扬进行组合动作。本机属于中型起重机，不提倡采用副臂，不过可以增加臂的节数来增大最大起升高度。3.1.3典型工况的确定根据以上原则，各机构的实际作业情况，起重机试验规范，以及很多操作者的实际经验，可确定表3-1的五种工况，作为大中型轮胎起重机的典型工况。设计液压系统时要求各系统的动作能够满足这些工况要求。表3-1轮胎起重机典型工况表Form3-1Tirehoistcranetypicaloperatingmodetable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；吊重起升－回转－下降－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+副）卷扬起升－回转－（主＋副）卷扬下降－（主＋副）卷扬起升－回转－（主＋副）卷扬下降（中间制动一次）主、副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；（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+副）卷扬起升－回转－变幅－（主＋副）卷扬下降－（主＋副）卷扬起升－回转－（主＋副）卷扬下降（中间制动一次）中长臂，中等起重量工况出现机率大，此时的台装作业或空中翻转作业也很常用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＋副）卷扬起升－回转－变幅－（主+副）卷扬下降－（主＋副）卷扬下降（中间制动一次）很多工况并不是利用轮胎起重机起吊吨位大的特点，而是利用它臂长特点进行高空作业3.1.4系统要求根据轮胎起重机的典型工作状况对系统的要求主要反映在对以下几个液压回路的要求上。1.起升回路（1）主、副卷扬既能单动，又能同时动作，要求能够分流合流并将保证低压合流高压自动分流。（2）副卷扬只要求单泵供油。（3）要求卷扬机构微动性好，起、制动平稳，重物停在空中任意位置能可靠制动，即二次下滑问题，以及二次下降时的重物或空钩下滑问题，即二次下降问题。2.回转回路（1）具有独立工作能力。（2）回转制动应兼有常闭制动和常开制动（可以自由滑转对中），两种情况。3.变幅回路（1）带平衡阀并设有二次液控单向阀锁住保护装置。（2）要求起落臂平稳，微动性好，变幅在任意允许幅值位置能可靠锁死。（3）要求在有载荷情况下能微动。（4）平衡阀应备有下腔压力传感器接口，作为力矩限制器检测信号源。4.伸缩回路本机伸缩机构采用五节臂（含有四个液压缸），由于本机为中型起重机为了使本机运用广泛，采用液动阀控制液压缸实现各节臂顺序伸缩。各节臂具有任意伸缩的选择性，但不能实现同步伸缩。5.支腿回路（1）要求垂直支腿不泄漏，具有很强的自锁能力（不软腿）。（2）要求各支腿可以进行单独调整。（3）要求水平支腿伸出距离足够大，能够满足最大吊重而不至于整机倾翻。（4）要求垂直支腿能够承载最大起重时的压力。（5）起重机行走时不产生掉腿现象。3.2液压系统类型的选择3.2.1本机液压系统分析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。在起升（主、副卷扬）、回转、伸缩、变幅、支腿5个液压回路均采用开式油路。起升油路分主卷扬油路和副卷扬油路，液压泵采用具有压力切断功能的双向电液比例排量调节泵，此泵能实现排量与输入电压信号成正比的控制功能，用手动比例电压控制阀来进行调节，它与定量马达构成了两个独立的容积调速回路。副卷扬油路可通过合流阀向主卷扬油路合流。由于本机属于中型起重机，回转比较频繁，所以回转油路由双向电液比例排量调节泵和定量马达组成，伸缩回路有五节液压缸，使用电液阀控制使液压缸实现顺序伸缩和各节臂单独伸缩。回路中，先导阀仅通过推动液动阀所需的流量，流量较小，而液动阀才是通过工作机构所需的大流量。这样液动阀可靠性大大提高。液动阀可通过很大流量，从而提高伸缩速度。大中型起重机的变幅机构，为了减小变幅缸的缸径，通常采用双缸并联回路，即两个等直径的变幅缸分别置于臂的两侧跟臂一起刚性连接。本机采用液控单向阀来锁紧臂自动下滑，采用了一平衡阀来防止在变幅下降时产生超速现象。伸缩、变幅回路在工作时只能一个单独工作，用手动换向阀来控制它们的伸缩。支腿回路采用H式支腿，此支腿外伸距离大，每一支腿有两个液压缸，一个水平的，一个垂直的，支腿外伸后成H形。支腿回路的各油缸均采用液动换向阀来实现各种控制。回路中支腿油路两个液动阀可以对各支腿进行单独调节和共同伸缩，液控单向阀可以防止支腿软腿现象。根据轮胎起重机的工况，支腿回路、伸缩回路和变幅回路只能一个单独工作，所以采用同一个液压泵供油。主、副卷扬回路，回转回路都用了电液比例排量调节泵。3.2.2各机构动力分配根据设计要求、工作情况、起重量等，本机的动力分配如图3-1所示：动力元件：3双向电液比例排量调节泵，1个单向柱塞泵。图3-1动力分配情况Fig3-1Powerdistribution3.2.3各种执行元件的选择以上各步完成以后，本机的总体方案也已基本确定，各回路的主要元件也可初步确定了。1．动力元件 轴向柱塞双向变量泵、轴向柱塞定量泵2．执行元件起升马达、回转马达、变幅油缸、伸缩臂油缸、支腿油缸3．控制元件功率限制阀、液动阀、电液比例方向阀、先导比例阀、主副卷扬合流阀、变幅伸缩多路阀、回转中位浮动阀、平衡阀、单向阀、手动比例电压控制阀4．辅助装置 油箱、滤油器、各种管道及接头4各液压回路组成原理和性能分析4.1主副卷扬（起升）液压回路4.1.1主副卷扬（起升）液压回路原理图及元件主副卷扬（起升）液压回路如图4-1所示：图4-1主副卷扬机构回路Fig4-1Hoistthemainbodyofloop1—主起升机构液压泵；2—副起升机构液压泵；3—中心回转接头；4—二位三通手动换向阀；5—溢流阀；6—三位四通液动换向阀；7—平衡阀；8—主起升液压马达；9—副起升液压马达；10—离合器液压缸；11—制动器液压缸；12—阻尼阀；13、19—两位六通液动换向阀；14—组合阀；15—粗过滤器；16—细过滤器；17—液压泵；18—三位三通液动换向阀。主副卷扬油路由双向电液比例排量调节泵和双向定量马达构成两个开式油路，在主卷扬单动情况下，副卷扬泵通过二位三通换向阀向主卷扬油路供油，两泵合流，提高主卷扬作业速度。通过操作先导手柄可以双向改变油泵排量，调节马达转速。4.1.2性能要求副卷扬不工作或低压轻负载时，主泵合流工作；起、制动平稳，微动性好；重物停在空中任意位置能可靠制动。4.1.3功能实现和工作原理1.主副泵合流工作状态：重物起升、下降和停止主副泵同时工作，操纵手柄使二位换向阀4处于右位，这样实现主副泵合流；操纵阀组中的溢流阀设定工作压力；三位四通换向阀6在中位时，压力油流回到油箱，液压泵卸荷；起升机构的离合器为常开式，制动器为常闭式。将两位六通液动换向阀19置于右位（即处于主卷筒工作位置时），从组合阀来的压力油，经换向阀进入主卷筒离合器液压缸使离合器闭合，此时，使三位四通换向阀6左移，油液经过平衡阀7的单向阀进入主起升液压马达8，与此同时，换向阀18置于右位，经换向阀19的压力油进入制动器液压缸，将制动器打开，液压马达带动主卷筒旋转，使重物提升；两位六通液动换向阀13处于置于右位，换向阀19置于右位，液压油直接通入主卷筒制动器液压缸进油口，打开制动器，此时，三位四通换向阀6在右位，油液直接进入主起升液压马达8，使其反转，重物下降，由于平衡阀7的存在，重物下降速度不会过快。换向阀13处于左位，阀18也置于左位时，离合器在弹簧力的作用下打开，制动器液压缸的压力油流回油箱，制动器制动，卷筒停止转动。2.主泵分流工作状态：重物起升和下降只有主泵工作时，实现主泵分流工作；其余工作方式与主泵合流时的工作原理相同。3.副泵分流工作状态：重物起升和下降只有副泵工作时，操纵手柄使二位换向阀4处于左位，可实现副泵单独工作；将两位六通手动换向阀13置于右位（即处于副卷筒工作位置时），从组合阀来的压力油，进入副卷筒离合器液压缸使离合器闭合，三位四通换向阀18置于右位，油液经过平衡阀的单向阀进入副起升液压马达，换向阀18左移，经换向阀13的压力油进入制动器液压缸，将制动器打开，液压马达带动副卷筒旋转，重物提升；两位六通液动换向阀13处于右位，换向阀18置于右位，液压油直接通入副卷筒制动器液压缸进油口，打开制动器，三位四通换向阀在右位，油液直接进入副起升液压马达，使其反转。换向阀13处于左位，阀18也置于左位时，离合器在弹簧力的作用下打开，制动器液压缸的压力油流回油箱，制动器制动，卷筒停止转动。4.2回转液压回路4.2.1回转液压回路原理图及元件回转液压回路如图4-2所示：图4-2回转回路Fig4-2Rotaryloop1—可调排量双向液压泵；2—三位四通液动换向阀；3—组合背压阀；4—回转马达；5—制动器液压缸；6—二位三通手动换向阀；7—组合背压阀；8—精过滤器；9—单向液压泵；10—粗过滤器。回转油路所需功率较小，因此采用小排量的双向电液比例排量调节泵和双向定量马达构成开式容积调速回路。上车部分在回转方向上可以浮动，从而避免了起重机因起升高度大、起吊重物不易对中而使臂架和卷扬机构承受的不必要的侧向偏载。4.2.2性能要求具有独立工作能力；工作过程中可防止“打停现象”和自由摆动；微动性能好。4.2.3功能实现和工作原理回转机构由低速大扭矩内曲线液压马达驱动，由液动换向阀2操纵。在图示位置换向阀2处于中间位置，液压马达进、出油口关闭，使回转液压马达4处于制动状态，泵卸荷。当回转机构液动换向阀2置于右位，泵输出的压力油进入液压马达，液压马达顺时针旋转。换向阀2处于左位时，油液便反向流入液压马达，动作过程与上述相同。由于组合背压阀3的存在，使得回转油路波动较小，回转机构工作平稳。当回转机构在运动过程中需要制动时，手动换向阀6处于图示位置，则来自与组合阀并具有一定压力的压力油进入制动器液压缸，推动制动器活塞杆制动；当不需要制动时，手动换向阀6右移，液压缸出油口通向油箱，在制动器液压缸弹簧弹力的作用下，制动器液压缸活塞杆收回，同时液压泵9卸荷。图4-3变幅回路Fig4-3Changeloop1—液压泵；2—液动换向阀；3—平衡阀；4—变幅液压缸，5—单向液控阀。4.3变幅液压回路4.3.1变幅液压回路原理图及元件变幅液压回路如图4-3所示：4.3.2性能要求起落臂平稳，微动性好，变幅在任意允许位置能可靠锁死，设有液控单向阀锁住保护装置。4.3.3功能实现和工作原理变幅回路由泵1供油，与伸缩回路并联，可单独动作，也可同时动作。变幅液压缸4和三位四通液动换向阀2之间装有平衡阀3和液控单向阀5。当三位四通液动换向阀2置于中位时，从液压泵输出的压力油经换向阀返回油箱，液压泵卸荷；当换向阀2置于左位时，压力油经平衡阀的单向阀和液控单向阀5进入变幅液压缸4的无杆腔，吊臂仰起；当换向阀2置于右位时，压力油进入变幅液压缸4的有杆腔，同时推开平衡阀3的主阀芯，吊臂落下。当吊臂由于重力超速下滑时，供油腔与控制油管中压力降低，平衡阀3主阀芯开度变小，吊臂下落速度得到控制。同时由于在换向阀2和液压缸4之间存在液控单向阀5，能够在任何位置可靠锁住液压缸，保护工作稳定性。4.4伸缩液压回路4.4.1伸缩液压回路原理图及元件伸缩液压回路原理图如图4-4所示：此伸缩回路采用液动液动阀组来控制各臂的伸缩，除了不能同步伸缩外，其他的伸缩方式都可以。4.4.2性能要求起、制动平稳，各缸应具有一定的伸缩选择性能。4.4.3功能实现和工作原理由液动阀控制液压缸供油的顺序伸缩机构液压回路。五节臂使用四个液压缸，第二节臂、第三节臂和第四节臂的伸缩使用两只活塞杆通油的倒置液压缸3、4、5，第四节臂采用一只顺置的普通液压缸。液动阀10、9、8分别与第二三四节臂固定，随相应臂运动时，图4-4伸缩回路Fig4-4Retractableloop1—液压泵；2—三位四通液动液动换向阀；3、4、5、6—伸缩液压缸；7—平衡阀；8、9、10—二位四通液动换向阀。液动阀也运动。液动阀的通电控制靠电线卷筒完成。要使第二节臂伸出时，换向阀处于左位工作位置，液动阀10、9、8不通电，处于图示工作位置，高压油经缸3活塞杆导油管、液动阀10和平衡阀进入缸3无杆腔，推动外伸，从而带动三、四、五节臂一起伸出。缸4、5、6得不到高压油不能相对运动。要使第三节臂相对第二节臂伸出时，可使液动阀10通电移入下位工作，此时高压油不能进入缸3，而进入缸4无杆腔，使缸4和第三节臂伸出。液动阀9、8也通电处于下位工作时，可使缸5、6伸出。根据上述液动阀控制顺序，各节臂可一节节伸出或缩回。平衡阀作用是防止臂在重力载荷下超速运行和防止臂无控制的自动缩回。4.5支腿液压回路4.5.1支腿液压回路原理图及元件支腿液压回路原理图如图4-5所示：图4-5支腿液压回路Fig4-5Outriggerhydrauliccircuit1—液压泵；2—稳定器液压缸；3—垂直液压缸；4—单向液控阀；5—手动截止阀；6、9—三位四通手动换向阀；7—水平液压缸；8—溢流阀；10—单向阀。本机采用H式支腿回路，具有防软腿、掉腿和单独调节各支腿伸缩的装置，操作方便，工作安全可靠等特点。本机H形支腿，由水平和垂直液压缸驱动。这种支腿外伸距离大，缩回时又能保证一定的通过性，并且承载能力大。另外支腿着地后无水平位移，对地面的适应性好。4.5.2性能要求要求水平液压缸和竖直液压缸伸缩方便；支撑平稳；可防止软腿现象；可单独对各支腿进行调节；在锁死的时候油缸不发生油液泄露。4.5.3功能实现和工作原理该液压系统由液压泵1提供压力油，当换向阀9、6处于中位时，压力油经换向阀返回油箱，液压泵卸荷。当换向阀9置于右边，换向阀6处于中位时，压力油进入水平液压缸7的无杆腔，推动活塞杆外伸；换向阀9置于左边时，压力油直接进入水平液压缸7有杆腔，推动活塞杆缩回。实现了水平液压缸的伸出和缩回。当换向阀9置于中位，换向阀6处于左位时，压力油经截止阀5、液控单向阀4进入垂直液压缸3的无杆腔，推动活塞杆外伸；当换向阀6处于右位时，压力油经液控单向阀4进入垂直液压缸3的有杆腔，推动活塞杆缩回，从而实现垂直液压缸的伸出和缩回。当换向阀9、6处于工作位置时，可实现水平液压缸和垂直液压缸的同时工作，工作原理同上。通过手动截止阀5，可使垂直升降液压缸同时动作或者单独动作，使起重机在不平整的场地上保持水平。各垂直升降液压缸都装有双向液控锁4，能避免支腿作业时下沉和非作业时的掉腿现象。5各机构及液压系统设计5.1主起升机构及主起升回路设计5.1.1设计参数设计主起升机构时需给定的主要参数有：起重量：Gmaxqz工作级别：M4起升高度：基本臂作业时，H=2m;最长臂作业时，H=36主起升速度：Vnqz5.1.2滑轮和滑轮组的选择滑轮组的倍率：根据额定起重量查《机械设计手册单行本-起重运输机械零部件》，取m=15。滑轮组的效率：ηz=1-式中m——滑轮组的倍率，m=15；η——滑轮效率，取η=0.98则：η滑轮尺寸：滑轮的主要尺寸是滑轮直径D、轮毂宽度B和绳槽尺寸。起重机常用铸造滑轮。滑轮结构尺寸可按钢丝绳直径进行选定。工作滑轮直径DD0≥e•d式中D0——按钢丝绳中心计算的滑轮直径（d——钢丝绳直径,d=24.0mme——轮绳直径比系数。与机构工作级别和钢丝绳结构有关。经查表，取e=18。则：D0查JB/T9005.1～10—1991取：D0②．根据滑轮外径选择滑轮型号：经综合考虑，选择E型滑轮。E型滑轮的结构如图5-1：图5-1E型滑轮结构Fig5-1E-pulleystructure查JB/T9005.3～10—1999,根据滑轮直径D0=630mm，确定其他尺寸：B=70mm；D1=80mm；D2=85mm；B1=80mm5.1.3钢丝绳的选择和计算轮胎式起重机滑轮组一般采用单联滑轮组，钢丝绳的最大静压力：S=Qm•η式中Q——起升载荷，Q=Q0+q，Q0为额定起升载荷，q为取物装置的重力，采用普通吊钩时，由于额定起重载荷550kNm——滑轮组倍率，经查表取m=15；ηz——滑轮组效率,η1，η2则：S=按选择系数C确定钢丝绳直径d：d=CS(mm)式中C——选择系数,由于起升机构的工作级别是M4，选择C为钢丝绳的充满系数ω=0.46、折减系数κ=0.82、钢丝绳公称抗拉强度σb=1850N/S——钢丝绳的最大工作静拉力，S=5.23×10则：d=查GB/T8708—1988，选择钢丝绳型号：绳6×37股（1+6+12+18）绳纤维芯。钢丝绳直径为24.0mm，钢丝直径1.1mm，钢丝总断面积250.95mm5.1.4主卷筒的选择和计算主卷筒设计计算主卷筒几何尺寸（如图5-2、5-3）主卷筒名义直径DD=e-1d（式中D——主卷筒名义直径（主卷筒槽底直径）（mmd——钢丝绳直径，d=24.0mme——筒绳直径比，经查表，e=16；图5-2多层绕主卷筒图5-3绳槽简图Fig5-2Themulti-layercirclesthemainreelFig5-3Groovesketch则：

D=取D=400mm。绳槽半径RR=0.56d(mm)（5-6）式中d——钢丝绳直径，d=24.0mm则：

R=0.56d=取R=13.0mm。主卷筒长度LL=1.1lp'nπ(D+nd)p'=1.2d(mm)（5-式中l——多层卷绕钢绳总长度，l=Hmaxm；Hmax是最大起升高度，Hmax=30mn——多层卷绕圈数，n=5；D——主卷筒名义直径（主卷筒槽底直径），D=400mm；d——钢丝绳直径，d=24.0mm则：pL=取L=1750mm。主卷筒壁厚δδ=0.02D+10（mm）（5-8）式中D——主卷筒名义直径（主卷筒槽底直径），D=400mm；则：δ=0.02D+10=(0.02×400+10）mm=18mm取：δ=25mm。绳槽尺寸绳槽深度h（标准槽）h=0.4d(mm)（5-10）式中d——钢丝绳直径，d=24.0则：

h=0.4d=(0.4×24.0)mm=9.8mm取h=14.5mm。绳槽节距p(标准槽)p=d+4(mm)（5-11）式中d——钢丝绳直径，d=24.0p=d+4=（24.0+4）mm=28.0mm取p=32mm。主卷筒强度计算主卷筒在钢丝绳拉力作用下，产生压缩，弯曲和扭转剪应力，其中压缩应力最大。主卷筒筒壁的最大压应力出现在筒壁的内表面，压应力σeσe=A1•式中σe——主卷筒壁压应力（S——钢丝绳最大静压力,S=5.99δ——主卷筒壁厚,δ=25mm；p——绳槽节距,p=32.0mm；A1——应力减小系数，在绳圈拉力作用下，筒壁产生径向弹性变形，使绳圈紧度降低，钢丝绳拉力减小，一般取AA2——多层卷绕系数。多层卷绕时，卷绕外层绳圈的箍紧力压缩下层钢丝绳，使各层绳圈的紧度降低，钢丝绳拉力减小，筒壁压应力与卷绕层数成正比，A2按表取值[σe]——许用压应力，对铸铁σe=σb5则：σ因此主卷筒满足强度条件。5.1.5吊钩的强度条件、其重量及材料吊钩强度和钩号选择吊钩的强度等级为P（屈服点σb或屈服强度σ0.2为吊钩的材料吊钩的材料必须用平炉、电炉或氧气顶吹转炉冶炼。吊钩采用锻造，锻造后必须进行热处理，以达到所要求的机械性能。吊钩表面不许有裂纹，如有裂纹，应予报废。吊钩的缺陷不允许焊补。根据钩号和吊钩的强度等级，可查出吊钩柄部直径150mm，吊钩专用材料牌号为DG20Mn。锻造式双钩尺寸通过吊钩额定起重量，查表得锻造式双钩吊钩基本尺寸：图5-4锻造式双钩Fig5-4Forging-Doublehook滑轮数：8个；A=2635mm；H=990mm;H1=745mm；D=700mm；l1=131mm;l2=195mm;5.1.6液压主起升机构的计算选择液压马达：满载起升时液压马达输出功率PmqzPmqz=φ2式中φ2——起升载荷动载系数，因液压马达不具有电动机的过载能力，而马达工作压力又受系统压力限制一般取φ2=1.15～1.3Qmaxqz——最大额定起升载荷，轮胎式起重机各典型工况下的最大额定起升载荷为最大额定起重量的80%；Vn——物品主起升速度；Vη——机构总效率，初步计算时，取η=0.8～0.85.取Pmqz计算主卷筒转速，选择减速器主卷筒多层卷绕时：ntqz=mVnqz式中m——滑轮组倍率，m=15Vn——物品主起升速度，VD——主卷筒绳槽底部直径，D=400mm；z——钢绳在主卷筒上的卷绕层数，z=5；d——钢丝绳直径，d=24.0mm；D0——主卷筒卷绕直径，D则：n根据液压泵的输出功率和输出轴转速，查《机械设计手册—减变速器》，选择QJR型减速器，公称传动比i=10，输入轴转速n1=500计算满载起升时液压马达输出扭矩TmTmqz=φ2Q式中Qmax——最大额定起升载荷，轮胎式起重机各典型工况下的最大额定起升载荷为最大额定起重量的80%；φ2——起升载荷动载系数，因液压马达不具有电动机的过载能力，而马达工作压力又受系统压力限制一般取φ2=1.15～1.3i——减速器传动比，i=10m——滑轮组倍率，m=15η——机构总效率，初步计算时，取η=0.8～0.85.取D0——主卷筒绳槽底部直径，Dz——钢绳在主卷筒上的卷绕层数，z=5；d——钢丝绳直径，d=0.024m；则：T根据系统工作压力，确定液压马达工作油压pmpmqz=px-式中px——系统的工作压力，pΛp——从液压泵至液压马达的油路压力损失，包括阀的局部损失和管路沿程损失，初算时可取Λp=1.0MPa～1.5MPa则：p确定液压马达排量qmqzqmqz=2πTmqz式中Tm——液压马达输出扭矩，Tηmm——液压马达机械效率，ηmm=ηmpmqz-p0——液压马达的工作压力差，p0q计算液压马达转速nm和输入油量Qmnmqz=60miQmqz=n1式中i——减速器传动比，i=10m——滑轮组倍率，m=15D——主卷筒绳槽底部直径，D=0.40m;z——钢绳在主卷筒上的卷绕层数，z=5；d——钢丝绳直径，d=0.024Vn——物品主起升速度，Vqm——液压马达排量，qηmv——液压马达的容积效率，ηn1——液压马达的输出转速，即为减速器输入端转速n1则：nQ通过考虑排量、回路压力、转速等参数，查《机械设计手册—液压传动》，选择2QJM32-0.63T75型号的轴连杆式径向柱塞马达。该马达的性能参数：马达排量：318.0mL/r马达额定工作压力：29.0MPa液压马达转速：500r/min液压马达输出转矩：1880N·m。选择液压泵确定液压泵的最大工作压力pbpbqz=2πTmqz式中Tm——液压马达输出扭矩，Tqm——液压马达排量，qηmm——液压马达机械效率，ηp0——液压马达背压，取pΛp——从液压泵至液压马达的油路压力损失，包括阀的局部损失和管路沿程损失，初算时可取Λp=1.0MPa～1.5MPa则：p确定液压泵流量QbQbqz=Qmqzη式中Qmqz——液压马达输入油量，Qηr——液压泵至液压马达之间的容积效率，η则：

Q液压泵所需功率PbPbqz=px·式中ηb——液压泵的总效率，视液压泵类型而定，轴向柱塞泵为0.85～0.9，齿轮泵为0.7～0.8，ηpx——系统的工作压力，pQbqz——液压泵流量，Q则：P根据泵压力、流量、功率等，查《机械设计手册—液压传动》，选择A2F45型斜轴式双向液控变量柱塞泵。控制方式为先导电液比例控制双向变量和压力切断，带有一辅助泵和双向缓冲补油阀。该液压泵的性能参数：排量：44.3mL/r；额定压力：35MPa；最大压力：40MPa；转速：3750r/min；流量：160L/min；功率：97kW；转矩：247N·m；重量：23kg。5.1.7联轴器、离合器和制动器的选用1、联轴器的选用Tc=TKKwKZ式中T——理论转矩，T=1880Kw——动力机系数，KK——工况系数，K=1.75；KZ——启动系数，KKt——温度系数，K则：T根据转速和转矩选择YL14J1型凸缘联轴器。l0=240mm,L=132mm图5-5GY8J1Fig5-5GY8J1表5-1Form5-1件号名称材料1半联轴器HT2004352螺栓性能等级4.8、8.8级3非金属嵌件锁紧螺母GB/T889—1986性能等级5、8级2、离合器的选择由于离合器选择液压方式控制，所以选择液压式多盘活塞离合器。根据减速器输出的转矩及转速，选择离合器的主要尺寸为：d:65×58×16,工作压力为2MPa,许用转矩630N·M,许用转速为1800r/min，L=115mm,L1=24mm,L2=52mm,D=1图5-7带制动器结构图Fig5-7StructureofBandbrake图5-6液压式多盘活塞离合器Fig5-6Multi-pistonhydraulicclutch3、制动器的选择对卷筒制动，选择带制动器。根据制动力矩和卷筒直径，确定制动带宽度为90mm,带厚5mm,退距1.4mm.5.2副起升机构及副起升回路设计5.2.1设计参数设计副起升机构时需给定的主要参数有：起重量：Gmaxqf工作级别：M4起升高度：基本臂作业时，H=2m;最长臂作业时，H=36副起升速度：Vnqf5.2.2滑轮和滑轮组的选择滑轮组的倍率：根据额定其重量查表，取m=8。滑轮组的效率：ηz=1-η式中m——滑轮组的倍率，m=8；η——滑轮效率，取η=0.98。则：η滑轮尺寸：滑轮的主要尺寸是滑轮直径D、轮毂宽度B和绳槽尺寸。起重机常用铸造滑轮。滑轮结构尺寸可按钢丝绳直径进行选定。工作滑轮直径DD0≥e•d（5-式中D0——按钢丝绳中心计算的滑轮直径（d——钢丝绳直径,d=17.5mme——轮绳直径比系数。与机构工作级别和钢丝绳结构有关。经查表，取e=18。则：D0查JB/T9005.1～10—1991取：D0图5-8E型滑轮结构Fig5-8E-pulleystructure根据滑轮外径选择滑轮型号：经综合考虑，选择E型滑轮。E型滑轮的结构如图5-8：查JB/T9005.3～10—1999,根据滑轮直径D0=450mm，确定其他尺寸：B=60mm；D1=65mm；D2=80mm；B1钢丝绳的选择和计算轮胎式起重机滑轮组一般采用单联滑轮组，钢丝绳的最大静压力：S=Qm•ηz•式中Q——起升载荷，Q=Q0+q，Q0为额定起升载荷，q为取物装置的重力，采用普通吊钩时，由于额定起重载荷200kNm——滑轮组倍率，经查表取m=8；ηz——滑轮组效率,η1，η2则：S=按选择系数C确定钢丝绳直径d：d=CS(mm)（式中C——选择系数,由于起升机构的工作级别是M4，选择C为钢丝绳的充满系数ω=0.46、折减系数κ=0.82、钢丝绳公称抗拉强度σb=1850N/S——钢丝绳的最大工作静拉力，S=则：d=查GB/T8708—1988，选择钢丝绳型号：绳6×37股（1+6+12+18）绳纤维芯。钢丝绳直径为17.5mm，钢丝直径0.8mm，钢丝总断面积111.53mm2,参考自重5.2.4副卷筒的选择和计算副卷筒设计计算副卷筒几何尺寸图5-9多层绕副卷筒图5-10绳槽计算简图Fig5-9Themulti-layercirclesthemainreelFig5-10Groovesketch副卷筒名义直径DD=e-1d（式中D——副卷筒名义直径（副卷筒槽底直径）；d——钢丝绳直径，d=17.5.0mme——筒绳直径比，经查表，e=16；则：

D=取D=315mm绳槽半径RR=0.56d(mm)（5-29式中d——钢丝绳直径，d=17.5mm则：

R=取R=10mm副卷筒长度LL=1.1lp'nπ(D+nd)p'=1.2d(mm)（式中l——多层卷绕钢绳总长度，l=Hmaxm；Hmax是最大起升高度，Hmax=36m；n——多层卷绕圈数，n=4；D——副卷筒名义直径（副卷筒槽底直径），D=280mm；d——钢丝绳直径，d=17.5mm则：pL=取L=1070mm。副卷筒壁厚δδ=0.02D+10（mm）（5-32）式中D——副卷筒名义直径（副卷筒槽底直径），D=315mm；则：δ=0.02D+10=(0.02×315+10）mm=16.3mm取：δ=20mm。绳槽尺寸绳槽深度h（标准槽）：h=0.4d(mm)（5-33）式中d——钢丝绳直径，d=17.5则：

h=0.4d=(0.4×17.5)mm=7.0mm取h=10mm。绳槽节距p(标准槽)：p=d+4(mm)（5-34）式中d——钢丝绳直径，d=17.5.0p=d+4=（17.5+4）mm=21.5mm取p=24mm。副卷筒强度计算副卷筒在钢丝绳拉力作用下，产生压缩，弯曲和扭转剪应力，其中压缩应力最大。副卷筒筒壁的最大压应力出现在筒壁的内表面，压应力σeσe=A1•式中σe——副卷筒壁压应力（S——钢丝绳最大静压力,S=3.04×10δ——副卷筒壁厚,δ=20mm；p——绳槽节距,p=24mm；A1——应力减小系数，在绳圈拉力作用下，筒壁产生径向弹性变形，使绳圈紧度降低，钢丝绳拉力减小，一般取AA2——多层卷绕系数。多层卷绕时，卷绕外层绳圈的箍紧力压缩下层钢丝绳，使各层绳圈的紧度降低，钢丝绳拉力减小，筒壁压应力与卷绕层数成正比，A2按表取值[σe]——许用压应力，对铸铁σe=σb5则：σ因此副卷筒满足强度条件。5.2.5吊钩的强度条件、其重量及材料吊钩强度和钩号选择吊钩的强度等级为P（屈服点σb或屈服强度σ0.2为吊钩的材料吊钩的材料必须用平炉、电炉或氧气顶吹转炉冶炼。吊钩采用锻造，锻造后必须进行热处理，以达到所要求的机械性能。吊钩表面不许有裂纹，如有裂纹，应予报废。吊钩的缺陷不允许焊补。根据钩号和吊钩的强度等级，可查出吊钩柄部直径d1短钩型单钩通过吊钩额定起重量，查表得锻造式双钩吊钩基本尺寸：滑轮数：4个；A=1345mm；H=520mm;H1=315mm；D=500mm；l1=96mm;l2=112mm图5-11短钩形单钩Fig5-11ShorthookshapeShanGou液压副起升机构的计算选择液压马达：满载起升时液压马达输出功率PmqfPmqf=φ2Q式中φ2——起升载荷动载系数，因液压马达不具有电动机的过载能力，而马达工作压力又受系统压力限制一般取φ2=1.15～1.3Qmaxqf——最大额定起升载荷，轮胎式起重机各典型工况下的最大额定起升载荷为最大额定起重量的80%；Vnqf——物品主起升速度，Vη——机构总效率，初步计算时，取η=0.8～0.85.取Pmqf计算副卷筒转速，选择减速器副卷筒多层卷绕时：ntqf=mVnqf式中m——滑轮组倍率，m=8Vnqf——物品主起升速度，VD——副卷筒绳槽底部直径，D=315（mm）；z——钢绳在副卷筒上的卷绕层数，z=4；d——钢丝绳直径，d=17.5mm则：n根据液压泵的输出功率和输出轴转速，查《机械设计手册—减变速器》，选择ZLY型减速器，公称传动比i=8，输入轴转速n1=1500r/min，输出轴转速计算满载起升时液压马达输出扭矩TmTmqf=φ2Q式中Qmaxqf——最大额定起升载荷，轮胎式起重机各典型工况下的最大额定起升载荷为最大额定起重量的80%；φ2——起升载荷动载系数，因液压马达不具有电动机的过载能力，而马达工作压力又受系统压力限制一般取φ2=1.15～1.3i——减速器传动比，i=8m——滑轮组倍率，m=8η——机构总效率，初步计算时，取η=0.8～0.85.取ηD——主卷筒绳槽底部直径，D=0.315m；z——钢绳在主卷筒上的卷绕层数，z=4；d——钢丝绳直径，d=0.0175m;则：T根据系统工作压力，确定液压马达工作油压pmpmqf=px式中px——系统的工作压力，pΛp——从液压泵至液压马达的油路压力损失，包括阀的局部损失和管路沿程损失，初算时可取Λp=1.0MPa～1.5MPa则：p确定液压马达排量qmqfqmqf式中Tmqf——液压马达输出扭矩，Tηmm——液压马达机械效率，ηmm=ηmpmqf-p0——液压马达的工作压力差，p0q计算液压马达转速nm和输入油量Qmnmqf=60miQmqf=n1式中i——减速器传动比，i=4m——滑轮组倍率，m=15D——主卷筒绳槽底部直径，D=0.315m;z——钢绳在主卷筒上的卷绕层数，z=5；d——钢丝绳直径，d=0.024m；Vnqf——物品主起升速度，Vqmqf——液压马达排量，q