STC120C型汽車起重機上車液壓系統(tǒng)設計

-.z.-.可修編.本科畢業(yè)設計（論文）題目：STC120C型汽車起重機上車液壓系統(tǒng)設計學院：機電學院專業(yè)：機械設計制造及其自動化學生**：*****：1234567890指導教師：***評閱教師：***完成時間：2017年6月12日交通大學CHONGQINGJIAOTONGUNIVERSITY-.z.本科畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所提交的畢業(yè)設計（論文），是本人在導師指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文研究做出過重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名（親筆）：年月日本科畢業(yè)設計（論文）使用授權書本畢業(yè)設計（論文）作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，本科生在校攻讀期間畢業(yè)設計（論文）工作的知識產(chǎn)權單位屬交通大學，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權交通大學可以將畢業(yè)設計（論文）的全部或部分容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編畢業(yè)設計（論文）。作者簽名（親筆）：年月日導師簽名（親筆）：年月日-.z.摘要汽車起重機是現(xiàn)代工程施工中極其重要的設備，具有機動性能好、轉移方便等特點，被廣泛應用到各種施工場所。液壓系統(tǒng)現(xiàn)已成為汽車起重機上的核心技術，液壓傳動具有傳動力大、傳動平穩(wěn)性好、容易控制等優(yōu)點。本文對汽車起重機進行了簡要概述，并就液壓系統(tǒng)在汽車起重機上的優(yōu)點、缺點進行了簡單分析。本文針對三一集團STC120C型汽車起重機上車液壓系統(tǒng)進行設計，首先對其工作原理進行了簡單的分析，然后進行了STC120C型汽車起重機上車液壓系統(tǒng)總體方案設計，擬定了起升液壓回路原理圖、起重臂伸縮液壓回路原理圖以及變幅機構液壓回路原理圖，并根據(jù)STC120C型汽車起重機基本參數(shù)，經(jīng)過相關計算后對STC120C汽車起重機上車液壓系統(tǒng)中主要的元件進行了選型，并設計了變幅機構液壓缸。最后通過對液壓回路進行校驗及系統(tǒng)發(fā)熱校驗，使其滿足STC120C型汽車起重機所需達到的要求和液壓系統(tǒng)溫升不超過35℃的要求。關鍵詞：汽車起重機；液壓系統(tǒng)；液壓缸；發(fā)熱校核-.z.DesignofhydraulicsystemforSTC120CtruckcraneAbstractTruckcranesaree*tremelyimportantequipmentinmodernengineeringconstruction.Ithasagoodmotorperformance,easytransferandothercharacteristicsandiswidelyusedinvariousconstructionsites.Hydraulicsystemhasnowbeethecoretechnologyonthetruckcrane,ithasmanyadvantages,suchasgreattransmissionpower,goodtransmissionstability,easycontrolandsoon.Thispapermakesabriefoverviewofthetruckcraneandcarriesoutasimpleanalysisoftheadvantagesanddisadvantagesofhydraulicsystemontruckcrane.AnditdesignsthehydraulicsystemoftheSTC120CtruckcranewhichisdesignedbySanyGroup.Firstofall,thispapercarriesonthesimpleanalysistoitsworkingprinciple.AndthenthearticlemakestheoverallplandesignofthehydraulicsystemownedbytheSTC120Ctruckcrane.Itsetsouttheschematicoftheliftinghydrauliccircuit,liftingtelescopichydrauliccircuitandtheluffingmechanismhydrauliccircuit.Withrelatedcalculations,itselectsthemainponentsoftheSTC120Ctruckcrane'hydraulicsystemaccordingtoSTC120Ccarcranebasicparameters,anditdesignedaluffingmechanismhydrauliccylinder.Intheend,ItmakesthehydrauliccylindermeettherequirementsoftheSTC120CtruckcraneandtheHydraulicsystemwhosetemperaturerisedoesnote*ceed35℃,throughthecalibrationofthehydrauliccircuitandthesystemheatcalibration.KeyWords：Truckcrane；Hydraulicsystem；Hydrauliccylinder；Heatingcheck-.z.目錄27977摘要II29212Abstract II219771緒論245901.1全液壓汽車起重機概述2117721.2汽車起重機液壓系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢257261.3汽車起重機液壓系統(tǒng)功能、組成和工作特點2243931.4本設計主要容259542工況分析及總體方案設計2113492.1STC120C型汽車起重機主要性能參數(shù)257822.2典型工況分析2312592.3液壓系統(tǒng)設計方案2196192.3.1液壓系統(tǒng)型式2291722.3.2液壓系統(tǒng)的控制2119562.3.3汽車起重機上車液壓系統(tǒng)特點2102532.3.4液壓系統(tǒng)方案確定2194902.4液壓油路原理圖擬定247893液壓系統(tǒng)計算及主要元件選型2156053.1起升液壓馬達計算及選型2166383.2液壓泵的計算及選型2303263.3伸縮液壓缸計算及選型2295733.4液壓閥的選型2157143.5液壓輔助元件選擇241903.5.1管路的選擇2272953.5.2確定油箱容量2295563.5.3濾油器的選型278353.5.4液壓油的選用2263393.6變幅機構液壓缸設計計算283933.6.1液壓缸結構類型確定2110203.6.2變幅用液壓缸基本參數(shù)確定2214583.6.3缸筒設計與計算2298213.6.4活塞的設計2113783.6.5活塞桿的設計2137933.6.6導向套的設計2184583.6.7液壓缸油口設計2323973.6.8后端蓋的設計2270874液壓系統(tǒng)校驗2149544.1起升回路校驗258584.2伸縮回路校驗2180024.3變幅回路校驗267644.4液壓系統(tǒng)發(fā)熱校驗292315結論與展望2117085.1結論2132195.2展望213588致217283參考文獻2-.z.1緒論1.1全液壓汽車起重機概述工程起重機是通過吊勾或其它吊具對重物進行提起、放下或者平移動作的機械設備，被廣泛地應用在各個行業(yè)中，主要進行對各種物料的起重、安裝、拆卸和運輸?shù)茸鳂I(yè)。應用工程起重機可以減輕員工的工作強度、提高作業(yè)效率、加快施工進度、提高作業(yè)質量、降低作業(yè)成本等等。目前我國是世界上使用工程起重機最多的國家之一[1]。工程起重機主要分為汽車起重機、輪胎式起重機、塔式起重機、龍門起重機、全路面起重機、履帶起重機等數(shù)個種類，就現(xiàn)狀而言其中汽車起重機占工程起重機的份額非常大。自2001年來，隨著中國加入WTO經(jīng)濟得到快速地發(fā)展，大量的基礎設施項目和大型施工項目不斷推出，機械行業(yè)發(fā)展迅速，新的技術，新的材料，新的工藝給機械行業(yè)帶來了更多可能，更多機遇，汽車起重機行業(yè)進入快速發(fā)展階段，被越來越多的人們關注[2]?，F(xiàn)今汽車起重機已成為工程建設中廣泛應用的起重設備。汽車起重機特點是：（1）采用專用或通用底盤，適宜于公路行駛；（2）行駛速度高，機動靈活性較好，轉移迅速；（3）價格較便宜，結構簡單，維修方便；（4）作業(yè)輔助時間短，作業(yè)高度和幅度可隨時變換[2]。汽車起重機上應用液壓傳動的優(yōu)缺點[3]：（1）優(yōu)點①液壓系統(tǒng)傳動比機械系統(tǒng)更容易布置，自身結構緊湊，比之機械傳動在自重上有明顯的優(yōu)勢；②液壓系統(tǒng)傳動的力可以很大，不需要像機械傳動系統(tǒng)那樣考慮太多的結構；③液壓元器件可以采用標準件，通用性強，能夠降低成本，維修方便；④液壓系統(tǒng)能夠很好的得到控制，易于實現(xiàn)過載保護，其操縱方式與機械傳動的操縱相比更簡單省力，易于實現(xiàn)自動化；⑤液壓傳動可以在較大的圍無級變速，工作平穩(wěn)性好。（2）缺點①液壓系統(tǒng)最大的問題是漏油，漏油會使能量損失；②液壓系統(tǒng)需要很好的防塵措施，如果粉塵進入到液壓油，不僅傳動平穩(wěn)性受到影響，還會對元器件造成損傷；③液壓系統(tǒng)傳動工作時，特別是高壓系統(tǒng)，發(fā)熱是其另一個特點，油溫過高或過低都會影響其傳動性能。1.2汽車起重機液壓系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，科技的進步，現(xiàn)代化建設施工要求汽車起重機擁有更好的性能，下面通過對全液壓汽車起重機的五個主要回路現(xiàn)狀的分析來探尋其發(fā)展的趨向[4]：（1）起升液壓系統(tǒng)起升機構是汽車起重機上運行最頻繁的機構。為了適應現(xiàn)代施工，起升液壓系統(tǒng)由常用的定量泵-定量馬達、定量泵-液控變量馬達開式液壓系統(tǒng)，向著擁有更好的平穩(wěn)性、微動性以及高效節(jié)能的變量系統(tǒng)發(fā)展。定量泵逐漸由更先進的帶傳感器檢測及壓力切斷器的變量泵替代；定量馬達/液控變量馬達也被更先進的電控變量馬達所替代，改進后的起升液壓系統(tǒng)符合重載低速、輕載高速這一特性。（2）變幅液壓系統(tǒng)變幅機構的發(fā)展趨勢是降落過程充分利用起重臂及吊重的自重，從而減少能量的消耗，達到節(jié)能效果，降下速度可以通過先導控制閥來調節(jié)，這樣達到高效目的，而且降下過程中沖擊微小，甚至可以消除沖擊。（3）伸縮液壓系統(tǒng)起重臂伸縮液壓系統(tǒng)中，起重臂伸縮方式多采用多節(jié)液壓缸的順序伸縮、采用單節(jié)液壓缸的同步伸縮、多節(jié)液壓缸組合式伸縮及單缸或多缸插銷式伸縮；目前無銷全液壓伸縮機構是國最先進的液壓伸縮技術，也是伸縮液壓系統(tǒng)發(fā)展的趨向。（4）回轉液壓系統(tǒng)回轉機構在汽車起重機上運行頻繁程度僅次于起升機構，因為回轉機構運行所需功率很小，所以采用通過小型液壓馬達和較大的傳動比用以增加機構運行的平穩(wěn)性，這是回轉液壓系統(tǒng)的發(fā)展趨向。（5）操縱、控制系統(tǒng)機械式操縱機構是在汽車起重機上運用最多的一種操縱方式，因為其結構簡單、操縱較為方便；液比例操縱系統(tǒng)在汽車起重機上也應用廣泛，操縱性能得到了提高；電比例操縱系統(tǒng)是現(xiàn)今汽車起重機上較為先進的技術，可以通過用計算機語言編制相應的程序控制，使操縱系統(tǒng)更智能。1.3汽車起重機液壓系統(tǒng)功能、組成和工作特點汽車起重機常用的液壓回路有：起升、伸縮、變幅、回轉、支腿及轉向等機構的液壓回路[5]。各回路工作示意圖如圖1-1所示，可以看出，各個回路的工作特點、組成各不相同：圖1-1汽車起重機各回路工作狀態(tài)圖（1）起升液壓回路：起升機構液壓回路通過液壓馬達驅動減速器-卷筒-吊索結構，實現(xiàn)垂直起升和下放重物。起升機構液壓系統(tǒng)的主要元件是液壓泵、液壓馬達、平衡閥、換向閥及液壓制動器等。汽車起重機液壓系統(tǒng)中最重要的液壓回路就是起升液壓回路。（2）回轉液壓回路回轉液壓系統(tǒng)通過液壓馬達驅動小齒輪與大齒輪的嚙合，使起重臂繞回轉中心旋轉，使重物在水平方向上平行移動?；剞D液壓系統(tǒng)的主要元件是液壓泵、回轉液壓馬達、平衡閥、換向閥和液壓制動器等，汽車起重機的回轉機構一般是全回轉式。（3）變幅液壓回路變幅液壓回路在汽車起重機中，通過變幅液壓缸的伸縮，改變起重臂的角度，從而增加起重機的工作圍。雙作用液壓缸是最常見的變幅液壓缸。變幅液壓系統(tǒng)的主要元件是液壓泵、變幅液壓缸、平衡閥及換向閥等。汽車起重機變幅類型可根據(jù)其工作性質分為非工作性變幅及工作性變幅兩種。在空載下改變起重臂幅度稱為非工作性變幅。它是在空載時先改變幅度，將吊鉤位置調整到合適后，再吊取重物，隨后平移重物至目標位置后才改變幅度，這種工況一般較少，而且這種變幅需要的驅動功率較小。在負載的情況下改變起重臂幅度這種稱為工作性變幅。一般這種類型的變幅出現(xiàn)較多，它能夠更好地滿足汽車起重機工作的需要，可以提高汽車起重機的生產(chǎn)率，而且為了提高生產(chǎn)率一般采用較快的變幅速度，由此工作性變幅所需驅動功率一般較大，并且要求安裝防止超載和限速的安全裝置。工作性變幅與非工作性變幅這兩種變幅方式相比，工作性變幅變幅方式機構較為復雜，質量也較大，但其機動性能大大提高[6]。（4）伸縮液壓回路伸縮液壓回路是通過伸縮液壓缸及鋼絲繩組帶動起重臂伸縮，改變起重臂的長度從而改變起升高度。伸縮液壓系統(tǒng)的主要元件是液壓泵、伸縮液壓缸、換向閥和平衡閥等，一般根據(jù)汽車起重機的起重高度和伸縮方式不同其伸縮液壓缸和伸縮起重臂的節(jié)數(shù)結構也就大不相同。汽車起重機的起重臂伸縮方式可以分為同步伸縮、順序伸縮、獨立伸縮和組合伸縮四種，同步伸縮就是各節(jié)起重伸縮臂相對于基本臂同時伸出/縮回，采用這種伸縮方式不僅可以提高臂的伸出效率，而且可以使臂的結構大大簡化，提高起重機的吊重。汽車起重機伸縮臂只能在吊重前完成伸出[7]。（5）支腿液壓回路支腿液壓回路驅動支腿液壓缸完成支腿的伸縮，將汽車起重機抬起，使汽車起重機及吊重通過支腿作用在。支腿液壓系統(tǒng)的主要元件是液壓泵、水平支腿液壓缸、垂直支腿液壓缸、液壓鎖和換向閥等。放置支腿能夠擴大汽車起重機的作業(yè)面積和增加整體穩(wěn)定性。支腿外伸長度一般可調，跨度越大一般穩(wěn)定性越好，并且要求支腿必須堅固，放置支腿的地面也有一定要求，防止出現(xiàn)軟腿現(xiàn)象。1.4本設計主要容汽車起重機機動靈活性能好，能夠迅速轉移工作場所，在土木工程中裝卸設備器材、安裝大型施工機械、吊裝建材制品和模板等作業(yè)中無處不在。本設計旨在對STC120C型汽車起重機上車液壓系統(tǒng)進行設計，并對液壓系統(tǒng)進行校驗，其主要容如下：（1）掌握STC120C型汽車起重機上車構造及其液壓系統(tǒng)的主要組成及工作原理；（2）完成液壓系統(tǒng)原理圖的擬定，包括起升回路原理圖、變幅回路原理圖和起重臂伸縮回路原理圖；（3）對STC120C型汽車起重機上車液壓系統(tǒng)中主要液壓元件進行選型；（4）設計STC120C汽車起重機變幅機構液壓缸；（5）對STC120C型汽車起重機上車液壓系統(tǒng)進行校驗，確保液壓系統(tǒng)溫升不得超過35℃；（6）撰寫設計說明書；（7）繪制相應圖紙。2工況分析及總體方案設計本次設計是對STC120C型汽車起重機上車液壓系統(tǒng)設計，該型號汽車起重機是三一重工生產(chǎn)的一款小型全液壓汽車起重機。2.1STC120C型汽車起重機主要性能參數(shù)汽車起重機的主要性能參數(shù)是起重機工作性能指標，也是設計的依據(jù)，主要包括額定起重量、起升高度、幅度、工作速度、通過性能、起重力矩、自重等[8]。（1）額定起重量：保證安全作業(yè)的前提下最大起升質量，汽車起重機通常包括吊鉤吊具（其它形式吊具不包括在）的重量；（2）起升高度：起重機取物裝置（常用的是吊鉤）的最高和最低工作位置間的垂直距離。在同一吊臂長度下，起重機的起升高度與起重量成正相關，與工作幅度成負相關。在一些起重機上裝有備用副吊臂，用來吊起較輕的物體，是為了滿足*些工作中的特殊要求需要增大起升高度；（3）幅度：起重機的回轉中心垂線到起重吊鉤中心垂線的水平距離，它于起重吊臂長度和吊臂仰角有關。起重機在吊重時起重臂會發(fā)生彎曲，幅度會稍有減小，變形后的實際幅度稱為工作幅度；（4）工作速度：汽車起重機的工作速度主要指起升速度、變幅速度、回轉速度、起重臂伸縮速度以及支腿伸縮速度。（5）通過性能：汽車起重機正常行駛時能夠通過各種道路的能力。不同的車輛有不同的要求，汽車起重機的參數(shù)要和所采用的汽車底盤一致。影響汽車起重機通過性能的參數(shù)有最小離地間隙、接近角、離去角、縱向通過半徑；（6）起重力矩：最大額定起重量載荷和相應的工作幅度的承積。一般來說，幅度大時的起重力矩小，幅度小時的起重力矩大。常用起重力矩作為比較起重機起重能力的指標；（7）自重：指工作狀態(tài)時的機械總重。查閱資料得到STC120c型汽車起重機主要性能參數(shù)表2-1和STC120c型汽車起重機起重性能表2-2。表2-1STC120c型汽車起重機主要性能參數(shù)項目參數(shù)最大額定額定起重量（KN）120最小額定幅度（m）3最大起重力矩（KNm）基本臂480最長主起重臂270起升高度（m）基本臂10最長主起重臂30.5起重臂長度（m）基本臂9.3最長主起重臂30主卷揚單繩最大速度（空載）（m/min）105起重臂全伸/縮時間（s）65/50起重臂全起/落時間（s）50/50起重臂變幅角度（°）-2~80發(fā)動機額定輸出功率（kw/rpm）162/2500表表2-2STC120c型汽車起重機起重性能幅度（m）起重量（Kg）起重臂長度（m）9.313.417.621.725.930312000120003.512000120001100041200010950990088004.51066097338800786669005960087607920708062005.587277963720064365670450068000730066005900520045006.5738467386092544648004153768576257565750574457385786000520049504425390033759437941803933346630001035003366336331202700112786270025742552245412231022122080202514183817681671154216143713651265181180112610502093687722780736246182.2典型工況分析（1）典型工況的確定原則：典型工況指汽車起重機作業(yè)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的循環(huán)作業(yè)工況,應具有以下特點:①代表性：一種工況代表了一定圍多種作業(yè)情況的特性；②覆蓋面廣：汽車起重機作業(yè)時常常遇到的工作狀況；③出現(xiàn)機率大：在汽車起重機整個作業(yè)過程中經(jīng)常出現(xiàn)，占到整個工作循環(huán)很大的百分比。（2）伸縮機構作業(yè)情況：伸縮機構在汽車起重機中的應用一般在起重前就完成伸出，帶載伸縮非常危險，汽車起重機中最主要用到到是起升、回轉及變幅機構[9]。（3）起升機構作業(yè)情況：起升機構是汽車起重機中運行頻繁的機構，額定起重量50~60%的工況最多，在很多工況常是利用汽車起重起重臂長的這一特點進行高空作業(yè)。（4）變幅機構作業(yè)情況：變幅機構是汽車起重機中運行較頻繁的機構，一般工作性變幅較多（即負載變幅），這樣能夠更好地滿足工作的需要及提高起重機的生產(chǎn)率。（5）典型工況確定表2-3汽車起重機典型工況表根據(jù)以上幾條原則及各個工作機構作業(yè)情況，起重機試驗規(guī)，及眾多操作者的實際經(jīng)驗確定表2-3中的幾種工況，作為本次設計表2-3汽車起重機典型工況表序號工況一次循環(huán)容特點1基本臂；額定起重量的80％；相應的工作幅度；吊重起升－回轉－下降－起升－回轉－下降（中間制動一次）起重噸位大，動作單一，很少與其它機構組合動作[10]2中長臂；額定起重量的50%；相應的工作幅度；吊重起升－回轉－變幅－下降－起升－回轉－下降（中間制動一次）起重機在額定起重量的（50～60）％的作業(yè)工況最多[10]3最長臂；額定起重量的50%；相應的工作幅度；吊重起升－回轉－變幅－下降－起升－回轉－下降（中間制動一次）很多工況并不是利用汽車起重機起吊噸位大的特點，而是利用它臂長特點進行高空作業(yè)[10]2.3液壓系統(tǒng)設計方案2.3.1液壓系統(tǒng)型式（1）開式、閉式系統(tǒng)：根據(jù)液壓回路中壓力油在回路中的循環(huán)方式的不同，將液壓系統(tǒng)分為開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)[11]。開式系統(tǒng)中采用單作用液壓泵直接從油箱吸油，液壓油通過執(zhí)行元件后流回油箱，如圖2-la所示；開式系統(tǒng)具有的特點是：系統(tǒng)壓力損失大，沖擊力較大，工作時噪聲大，油箱尺寸較大，空氣中的粉塵容易進入系統(tǒng)中去，但液壓系統(tǒng)的冷卻性能好，液壓油中雜質易清理，壓力油溫升較小；在實際應用中多用于發(fā)熱較多的液壓系統(tǒng)，如具有節(jié)流調速回路的系統(tǒng)[12]。閉式系統(tǒng)中采用雙作用液壓泵，液壓泵的吸油口直接與執(zhí)行元件（一般采用雙作用液壓馬達）的排油管相連，而執(zhí)行元件的進油管直接與雙作用液壓泵的排油管相連，液壓油中液壓系統(tǒng)中封閉循環(huán)，如圖2-1b回路2所示。閉式系統(tǒng)采用補償油箱，其尺寸小、使得整個液壓回路結構緊湊；液壓油中液壓系統(tǒng)中閉式循環(huán)，減少了空氣及粉塵進入液壓油的機會，但是閉式液壓系統(tǒng)的冷卻性能差，需要額外的冷卻器來進行油液的冷卻。（2）單泵、多泵系統(tǒng)：根據(jù)液壓系統(tǒng)中的液壓泵的數(shù)量將液壓系統(tǒng)分為單泵液壓系統(tǒng)和多泵液壓系統(tǒng)[13]。一個液壓系統(tǒng)中只有一個液壓泵供油這種液壓系統(tǒng)就是單泵系統(tǒng)，如圖2-la所示。該種系統(tǒng)適合用于動作簡單的機械，如小型液壓起重機、推土機等。液壓系統(tǒng)中含有多個液壓泵供油的液壓系統(tǒng)是多泵系統(tǒng)，如圖2-1b所示。每臺泵能夠分別向各自回路中的執(zhí)行元件供油。每臺泵的功率是依據(jù)各自回路中的功率而定。比如:汽車起重機回轉液壓系統(tǒng)消耗的功率小，可以使用單獨的小液壓泵供油，起升機構需要更多的功率可以采用多泵合流，這樣可以提高汽車起重機的效率并且節(jié)能，如圖2-1b所示[9]。a單泵開式系統(tǒng)b多泵系統(tǒng)圖2-1單泵、多泵液壓系統(tǒng)圖2.3.2液壓系統(tǒng)的控制（1）定量節(jié)流控制系統(tǒng)：采用定量泵的液壓系統(tǒng)稱為定量系統(tǒng)[14]。其所用的液壓泵為柱塞泵、葉片泵或齒輪泵。定量泵的排量是不變的；液壓系統(tǒng)壓力是根據(jù)工作時外負載確定的，因此在定量液壓系統(tǒng)中，液壓泵的功率與工作阻力呈正相關。在定量液壓系統(tǒng)中，一般是通過控制液壓泵的轉速、換向閥的開度或者節(jié)流閥開度的幾種形式控制執(zhí)行元件的速度；如圖2-1a所示：進入執(zhí)行元件液壓缸的液壓油流量受換向閥控制，當泵以一定的速度運轉時，泵的輸出流量不變，通過操縱換向閥使閥體與閥芯的開度變化，從而改變進入執(zhí)行元件液壓缸的流量大小，多余的流量會頂開溢流閥流回油箱，這種液壓系統(tǒng)的特點是：不能有效地利用泵的輸出能量，部分油液通過溢流閥流回油箱造成能量損耗，但其結構簡單、操縱方便、價格便宜、可以通過控制發(fā)動機的輸出功率在一定圍控制液壓泵的轉速。（2）變量系統(tǒng)：采用變量泵的液壓系統(tǒng)稱為變量系統(tǒng)。如圖2-2所示：在變量液壓系統(tǒng)中，可以通過控制液壓油進入到右邊的調節(jié)器，從而改變變量泵的排量；圖示為恒功率變量柱塞液壓泵，當液壓油的壓力小于彈簧的預緊力時，調節(jié)器中活塞處于最右端，這時液壓泵的擺角最大，排量最大；當液壓油的壓力大于彈簧的預緊力，液壓油會進入調節(jié)器右端推動活塞向左移動，減小液壓泵的擺角從而減小它的排量；在轉速恒定的情況下，因為泵的輸出油壓與彈簧壓縮力呈一定的比例關系，所以液壓泵的輸出油壓與輸出流量也呈一定的比例關系；變量油液系統(tǒng)可以很好的利用泵的輸出能量，即能量損耗較小，但其結構比定量系統(tǒng)復雜，價格昂貴。圖2-2恒功率控制變量泵2.3.3汽車起重機上車液壓系統(tǒng)特點STC120c型汽車起重機上車液壓系統(tǒng)包括起升液壓系統(tǒng)、變幅液壓系統(tǒng)、伸縮液壓系統(tǒng)，各液壓系統(tǒng)油路組成及特點如下：（1）起升油路：起到升降重物的作用。其應具有的特點：①一定的提升能力和提升速度；②工作平穩(wěn)性好，特別是在重物下降時，應該避免由于負載的自重導致超速下降；③微動性能好，防止載荷就位時發(fā)生沖擊；④調速方便，能夠達到輕載高速、重載低速的起升、降下功能[12]。為滿足上述要求，本設計起升油路應具備下列特點：①在重物下降時有限速措施目前主要有用液控單向閥和單向節(jié)流閥限速及用平衡閥限速的兩種方法。液控單向閥和單向節(jié)流閥限速具有可靠性高，能量損失率低，元件結構簡單，尺寸小等優(yōu)點，但其啟閉動作較快，所以工作平穩(wěn)性稍差；平衡閥限速具有可靠性高，工作平穩(wěn)性好等優(yōu)點，但能量損失率大，并轉換成熱能使液壓系統(tǒng)油溫升高。②速度可調節(jié)調速有三種方法：1)通過調節(jié)變量液壓馬達排量調速；2)通過調節(jié)發(fā)動機油門改變發(fā)動機的輸出轉速，從而控制液壓泵輸出流量并與控制換向閥的開度聯(lián)合調速；3)通過多泵系統(tǒng)有級調速。變幅油路：變幅機構通過改變起重臂幅度從而改變起升高度。其要求能夠帶載變幅，即工作性變幅，變幅運動要平穩(wěn)可靠；由于落臂時與負載運動方向一致，有自動增速的趨勢，要采取限速措施。變幅液壓缸有單缸、雙缸之分，單缸使用一個平衡閥，容易調整，結構簡單；雙缸采用兩個平衡閥不易調整一致，很難保證同步，常在兩個液壓缸的進油口用油管連通或借助臂架的剛度，保證雙缸同步[13]。（3）伸縮油路：通過伸縮液壓缸改變起重臂的長度，改變起升高度。起重臂縮回時能夠減小起重機的整體長度，提高汽車起重機轉移時的機動能力。伸縮回路要求起重臂伸出作業(yè)時，伸縮液壓缸不能自動縮回；若能夠帶載回縮，伸縮油缸也不能超過一定的速度，所以一般在伸縮回路上安裝有平衡閥用于限速。2.3.4液壓系統(tǒng)方案確定（1）確定系統(tǒng)工作壓力：在液壓系統(tǒng)設計中可按照表2-4初選系統(tǒng)壓力；表表2-4各類設備常用工作壓力設備類型機床農業(yè)機械汽車工業(yè)小型工程機械及輔助機構工程機械重型機械鍛壓設備液壓支架等船用系統(tǒng)磨床組合機床齒輪加工機床牛頭刨床插床車床銑床鏜床研磨機床拉床龍門刨床工作壓力（MPa）≦1.2<6.32~42~5<1010~1616~3214~25初選系統(tǒng)壓力P=20MPa。（2）液壓系統(tǒng)型式的選擇：考慮到STC120C型汽車起重機屬于小型汽車起重機，各機構的工作負載，運動速度和工作頻繁程度差別不是很大，可選用單泵系統(tǒng)。在變量系統(tǒng)中，雖然可以使得發(fā)動機輸出功率得到充分利用，但是對于這款機型整體價格來說其成本較高，性價比不是很高。然而可以使用定量液壓系統(tǒng)，通過調節(jié)發(fā)動機油門改變發(fā)動機的輸出轉速，從而控制液壓泵輸出流量并與控制換向閥的開度聯(lián)合調速，這樣可以獲得適當圍的無級調速，不僅能夠滿足起重機微調性能的要求，而且其性價比與變量液壓系統(tǒng)相比要高一些。液壓馬達及液壓泵的類型選擇液壓馬達有高速液壓馬達和低速液壓馬達之分，兩者各有利弊。目前國多采用高速液壓馬達作為起升機構用馬達，其特點有性能穩(wěn)定、制動器體積小、壽命長、價格較低、工藝性較好。低速馬達的特點是發(fā)展歷史較高速馬達短、工藝性也較差、及國制造經(jīng)驗不足、容積效率較低、價格較高等等，但是它可直接與卷筒相連接，是起升機構機構簡化。本次設計擬采用軸向柱塞馬達。在起重機液壓系統(tǒng)設計中，液壓泵可采用軸向柱塞泵或者齒輪泵。在本次液壓系統(tǒng)設計的單泵系統(tǒng)中選用軸向柱塞泵。因為選用軸向柱塞泵不但能夠滿足系統(tǒng)壓力的要求，而且能夠滿足各回路的運動要求。本次設計選擇開式系統(tǒng)，與閉式系統(tǒng)相比結構簡單，液壓油能夠得到較好的冷卻,不需選擇冷卻器，液壓油油液中雜質易清理，維修方便。（4）綜上所述確定本次設計用液壓系統(tǒng)選用定量一單泵一開式系統(tǒng)。各種主要元件初步確定：動力元件軸向柱塞定量泵執(zhí)行元件軸向柱塞馬達、變幅液壓缸、伸縮臂液壓缸控制元件平衡閥、溢流閥、手動換向閥、單向閥輔助裝置油箱、濾油器、各種管道及接頭2.4液壓油路原理圖擬定STC120C型汽車起重機的上車液壓回路包括起升回路、變幅回路、起重臂伸縮回路。液壓油通過液壓泵輸出，通過三位四通換向閥驅動起升液壓馬達、吊臂伸縮液壓缸、變幅液壓缸。各回路液壓原理圖如下：（1）起升回路原理圖擬定起升回路起到升降重物的作用。起升回路原理圖如圖2-3所示：圖2-3起升回路原理圖1-油箱；2-過濾器；3-液壓泵；4-換向閥；5-起升馬達；6-制動器；7-單向可調節(jié)流閥；8-平衡閥；9-溢流閥工作原理：①起升：5處于左位，液壓油通過4→1→5→9→6→5→3，馬達正轉，負載起升；②靜止承載：5處于中位，液壓油通過4→1→5→3，泵卸荷，馬達不轉；③下降：5處于右位，液壓油通過4→1→5→6→9→5→3，馬達反轉，負載下降。④制動器打開：液壓油通過4→1→8→7，制動器打開。（2）變幅回路原理圖擬定變幅回路是用來改變起重臂幅度的液壓回路。變幅回路原理圖如圖2-4所示：圖2-4變幅回路原理圖1-油箱；2-過濾器；3-液壓泵；4-換向閥5-變幅液壓缸；6-平衡閥；7-溢流閥工作原理：①起：5處于左位，液壓油通過4→1→5→7→6→5→3，液壓缸伸出；②停：5處于中位，液壓油通過4→1→5→3，泵卸荷，液壓缸停止；③降：5處于右位，液壓油通過4→1→5→6→7→3，液壓缸縮回。（3）伸縮回路原理圖擬定伸縮回路是控制起重臂伸縮的液壓回路。因為起重臂伸縮形式有：①同步伸縮形式；②順序伸縮形式；③獨立伸縮形式；④組合伸縮形式四種，本次設計采用同步伸縮形式。同步伸縮是：伸縮臂的各節(jié)臂以相同的相對速度進行伸縮。圖2-5是采用一個單級液壓缸和鋼絲繩滑輪組成的同步伸縮機構，圖中圖中活塞桿與基本臂鉸接，缸體與二節(jié)臂連接。當缸體帶動二節(jié)臂伸縮時，通過滑輪和鋼絲繩帶動三、四節(jié)臂運動。圖2-5同步伸縮圖2-6伸縮回路原理圖1-油箱；2-過濾器；3-液壓泵；4-換向閥5-伸縮液壓缸；6-平衡閥；7-溢流閥伸縮回路原理圖如圖2-6所示。工作原理：①起重臂伸出：5處于左位，液壓油通過4→1→5→7→6→5→3，液壓缸伸出；②起重臂靜止：5處于中位，液壓油通過4→1→5→3，泵卸荷，液壓缸靜止；③起重臂縮回：5處于右位，液壓油通過4→1→5→6→7→3，液壓缸縮回。STC120C型汽車起重機上車液壓系統(tǒng)總圖STC120C型汽車起重機上車液壓系統(tǒng)總圖如圖2-7所示：圖2-7STC120C型汽車起重機上車液壓系統(tǒng)總圖1-油箱；2-溢流閥；3-三位四通換向閥；4-平衡閥；5-單向調速閥；6-制動液壓缸7-起升液壓馬達；8-變幅液壓缸；9-伸縮液壓缸10-液壓泵；11-過濾閥3液壓系統(tǒng)計算及主要元件選型3.1起升液壓馬達計算及選型（1）確定滑輪組倍率a：滑輪組倍率的選擇影響后續(xù)整個機構的設計。起重量一定時，選擇大倍率滑輪組可以降低鋼絲繩的拉力，使滑輪和卷筒的尺寸也減小，但倍率過大，將會增加起升鋼絲繩的容量，從而增加卷筒的尺寸，同時滑輪組的總效率降低。通常起重機的滑輪組倍率與起重機的額定起重量有一定關系，額定起重量為12噸時，倍率一般選為6倍。（2）選用鋼絲繩：由最大工作拉力法運算選擇，最大工作靜拉力公式如下：（3-1）式中：a——滑輪組倍率a=6；PQ——最大額定起重量PQ=12×104N；η——滑輪組效率η=0.95；S=21053N鋼絲繩直徑d：（3-2）式中：C——選擇系數(shù)查表《工程起重機機構與設計》P32表2-2[14]，工作級別為M3、鋼絲公稱抗拉強度1700N/mm時，C=0.09d=0.09×=13.06mm可選擇型號為6W（19）-13.5-1700-Ⅰ-光-右交（GB1102-1974）的鋼絲繩，其破斷拉力為1.26×105N。確定卷筒直徑根據(jù)《起重機安全規(guī)程》要求卷筒、滑輪直徑與鋼絲繩直徑的比值不能小于規(guī)定的要求，如表3-1所示：表3-1卷筒直徑與鋼絲繩直徑正確搭配鋼絲繩結構卷筒最小直徑鋼絲繩結構卷筒最小直徑6股8股鋼絲繩6×7直徑×42微旋轉鋼絲繩18×7直徑×346×196×19S6×19W直徑×3018×19S18×19W直徑×266×26W6×21FI直徑×2818×26SW直徑×246×25FI6×31SW直徑×254V×39S4V×48S直徑×266×29FI6×376×36SW直徑×22不旋轉鋼絲繩24W×7直徑×306×41SW6×49SWS直徑×1935W×7直徑×308×19S8×19W直徑×25壓實股面接觸鋼絲繩6×K19S6×K26SW直徑×308×28SW直徑×246×K31SW6×K41SW直徑×308×25FI8×31SW直徑×208×K25FI8×K29FI直徑×308×36SW直徑×188×K36SW8×K41SW直徑×306V×306×346×37直徑×3018×K735W×K7直徑×36在此選用的鋼絲繩為6×19W，所以卷筒最小直徑D=30d=405mm，此外考慮到起重機起升高度較高，所以選用卷筒直徑可稍大些，確定卷筒直徑為D=500mm，卷繞最大層數(shù)4層。（4）滿載時起升液壓馬達輸出功率Pm的計算計算公式如下：（3-3）式中：ψ1——起升載荷動載系數(shù)，一般取ψ1=1.15~1.3；η——機構總效率，初步計算時取η=0.8~0.85；Q——額定起升載荷（N）；v——吊物起升速度（m/s）；在此，取ψ1=1.2，η=0.8，由前面可知Q=120000N，v=105/（60×6）=0.3m/s，則：Pm==54Kw（5）選擇減速器及確定傳動比卷筒的轉速nj計算公式：（3-4）式中：v1——卷揚單繩最大速度；n——鋼絲繩卷繞層數(shù)；D——卷筒直徑；d——鋼絲繩直徑；其中v1=105m/min，D=0.5m，d=0.0135m，取n=1則：nj==65.1r/min根據(jù)液壓馬達的輸出功率Pm和卷筒轉速nj，從減速器承載能力表中查找合適的傳動比i和高速軸轉速njs選定減速器。由《機械設計手冊》P15-54表15-2-21[15]，確定減速器型號QJR型，選擇其公稱傳動比i=20，則可以確定減速箱的名義中心距a1=335mm，許用輸出扭矩T2=12500Nm，高速軸許用功率為61KW。（6）滿載狀態(tài)液壓馬達輸出扭矩Tm其計算公式為：（3-5）式中：ψ1——起升載荷動載系數(shù)；η——機構總效率；Q——額定起升載荷（N）；D——卷筒直徑；n——鋼絲繩卷繞層數(shù)；d——鋼絲繩直徑；a——滑輪組倍率；i——減速器傳動比；在此，ψ1=1.2，η=0.8，Q=120000，D=0.5，n=4，d=0.0135，a=6，i=20；則：Tm==445.9Nm（7）確定液壓馬達排量qm其計算公式為：（3-6）式中：Tm——液壓馬達輸出扭矩；ηmj——液壓馬達機械效率，初選ηmj=0.9~0.95；ΔPm——馬達進出口壓差，ΔPm=P-P0,初選P0=0.3~0.5MPa；在此，ηmj=-0.95，P0=0.3MPa，由前面可知Tm=445.9Nm，P=20MPa，則：qm==150ml/r（8）計算液壓馬達轉速nm和輸入流量Qm減速器選定后，其實際傳動比與要求值不可能一致，要保證額定起升速度，必須使液壓馬達轉速nm達到下式要求：(3-7)式中：i——減速器傳動比；nj——鋼繩單層卷繞時卷筒的轉速；nm=20×65.1=1302r/min由此得到滿足起升速度要求的液壓馬達輸入油量Qm：(3-8)式中：nm——液壓馬達轉速；qm——液壓馬達排量；ηmv——液壓馬達容積效率，初選ηmr=0.9~0.95；在此，nm=2051r/min，qm=150ml/r，取ηmr=0.95，則：Qm=1302×0.15×0.95=185.6L/min(9)選擇起升液壓馬達由以上數(shù)據(jù)參照《機械設計手冊》P20-608表20-9-37選擇液壓馬達型號為A2F160斜軸式軸向柱塞馬達，其額定轉矩為889N.m，額定壓力為35MPa，最高壓力為40MPa，排量160ml/r，最高轉速1750/min，最大功率159KW，驅動功率135KW。3.2液壓泵的計算及選型(1)確定液壓泵最大工作壓力Pb(3-9)式中：P——系統(tǒng)工作壓力；∑ΔP——液壓泵到液壓馬達的壓力損失，初算時取∑ΔP=1~1.5MPa；取∑ΔP=1MPa，在此P=20MPa，則：Pb≧21MPa(2)計算液壓泵流量Qb其計算公式如下：Qb≧KQm(3-10)式中：K——系統(tǒng)泄露系數(shù)，K=1.1~1.3；Qm——液壓馬達輸入油量；取K=1.15,則：Qb≧228L/min（3）液壓泵所需功率Pb(3-11)式中：PB——液壓泵輸出壓力；Qb——液壓泵流量；ηb——液壓泵總效率，軸向柱塞泵ηb=0.85~0.9；在此，取PB=21MPa，Qb=213.5L/min，ηb=0.85，則：Pb=94KW（4）液壓泵排量qb（3-12）式中：Qb——液壓泵流量；ηbv——液壓泵容積效率；nb——液壓泵轉速；在此：取nb=2000，Qb=228L/min，ηbv=0.95，則：qb=120ml/r（5）選擇液壓泵由以上數(shù)據(jù)，參照《機械設計手冊》P20-555表20-8-58選擇液壓泵型號為A2F125其額定轉矩為653N.m，額定壓力為35MPa，最高壓力為40MPa，排量125ml/r，最高轉速2240r/min，最大功率159KW，驅動功率106KW。3.3伸縮液壓缸計算及選型(1)液壓缸最大軸向負載確定伸縮液壓缸不僅要承受起重臂的自重和摩擦力，在伸縮臂微伸并吊載狀態(tài)下還承受著吊重的軸向載荷[16]，參考STC120c型汽車起重機的起重性能表（見表2-3），經(jīng)分析，伸縮機構最大軸向負載工況為伸縮臂長13.46m，載荷12000kg，幅度3m，伸縮臂傾角α1=77°，該工況軸向負載FS為：（3-13）式中：φS——動載系數(shù)；G——起重臂重量，一般占整機10%~20%；QS——起重量；取φS=1.15，G=25KN，QS=Q=120KN；則：FS=163KN（2）確定液壓缸行程起重臂有4節(jié)，其中3及為伸縮臂，由已知數(shù)據(jù)得起重臂伸縮圍為0~20.7m，所以液壓缸行程確定為20.7/3=6.9m。選擇伸縮液壓缸由以上計算，參照《機械設計手冊》P20-268表20-6-91，選擇型號DG-140E，缸徑140mm，桿徑80mm，活塞面積大端163.86cm2小端103.62cm2，壓力分級16MPa，推力246.3KN，拉力165.87KN，最大行程8000mm。3.4液壓閥的選型由于本次設計的液壓系統(tǒng)額定壓力為20MPa，液壓泵選型為A2F125，液壓泵輸出最大流量為Qb=280L/min，據(jù)此對以下液壓元器件進行選型。（1）溢流閥選擇力樂士系列型號為DBD-H30F10315的溢流閥，其參數(shù)為：額定壓力：31.5MPa；調定壓力：23MPa；通徑：30mm；額定流量：350L/min（2）平衡閥采用型號為FD25FA10/B00，其參數(shù)為：通徑：25mm；額定流量：320L/min；額定壓力：35MPa；開啟壓力：0.2MPa；最大閉鎖壓力：42MPa；微調壓力圍：0.5~2MPa（3）換向閥采用力樂士系列型號為3WMM16T三位四通閥,其參數(shù)為：通徑：16mm；額定流量：300L/min；工作壓力：O腔25MPa，ABP腔35MPa；操縱力：75N（4）單向調速閥選擇型號為2FRM163010，其參數(shù)為：通徑：16mm；額定流量：60L/min；3.5液壓輔助元件選擇3.5.1管路的選擇管道油液流速按表3-2管道允許流速推薦值計算。表3-2管道允許流速推薦值管道推薦流速/m·s-1液壓泵吸油管道0.5~1.5，一般常取1以下液壓系統(tǒng)壓油管道3~6，壓力高，管道短，黏度小取大值液壓系統(tǒng)回油管道1.5~2.6本次設計取：吸油管道V1=1m/s；壓油管道V2=3m/s；（2）起升油路管道徑計算公式為：（3-14）式中：Q——通過管道的流量，在此取起升馬達最大流量Q=Qm=198L/minV——管道油液流速，在此V=V2=3m/s代入數(shù)值計算得：取標準值d=40mm。（3）變幅、伸縮回路由于本次設計采用單泵供油，所以起升、變幅、伸縮三個回路的排量差別不大，油路管道同取d=40mm。3.5.2確定油箱容量油箱容積與液壓系統(tǒng)的流量有一定關系，一般選取3~5倍最大流量。本次設計液壓泵最大流量為QB=280L/min，則：V=（3~5）QB=（840~1400）L（3-15）取油箱容積V=1250L。3.5.3濾油器的選型根據(jù)液壓系統(tǒng)的需求選擇過濾器的類型、過濾精度和尺寸大小。根據(jù)過濾器在液壓系統(tǒng)中的位置，分為壓油過濾器、回油過濾器、吸油過濾器、離線過濾器及空氣過濾器。本次設計選擇的是吸油過濾器，濾油器選擇型號為YL*-400×80F箱上吸油過濾器，其參數(shù)為：通徑：65mm；公稱流量：400L/min；過濾精度：80μm；最大壓力損失：0.03MPa3.5.4液壓油的選用液壓介質分類液壓傳動系統(tǒng)中所使用的工作介質，根據(jù)它們的化學成分和使用性能不同，劃分為若干組，液壓介質分類其見表3-3；組別名稱與代號見表3-4[15]。表表3-3液壓介質分類礦物油型液壓油抗燃液①普通液壓油②抗磨液壓油③低凝液壓油④高粘度指數(shù)液壓油⑤專用液壓油⑥機械油⑦汽輪汽油含水型合成型①水包油型乳化液②油包水型乳化液③水-乙二醇液壓液④高水基液壓液①磷酸酯液壓液②脂肪酸液壓液③鹵化物液壓液表3-4液壓介質的組別名稱及代號類別組別應用場合更具體應用產(chǎn)品代號L-LH液壓系統(tǒng)（流體靜壓系統(tǒng)）HHHLHMHRHVHS液壓導軌系統(tǒng)HG需要難燃液的場合HFAEHFASHFBHFCHFDERHFDSHFDTHFDU液壓系統(tǒng)（流體動力系統(tǒng)）自動傳動HA聯(lián)軸器HN（2）液壓油的選用液壓油在液壓系統(tǒng)中起到兩個作用：①潤滑；②傳遞動力。正確地選用液壓液對保證機械元件工作壽命、工作可靠性方面有很大的影響。由于本次設計液壓系統(tǒng)工作溫度小于60℃，載荷較輕，選用普通液壓油。參照《機械設計手冊》P20-188表20-5-34液壓泵用油黏度推薦值，得所選液壓液黏度為40~98mm2/s，查《機械設計手冊》P20-170表20-5-13選擇代號L-HL68的液壓油。3.6變幅機構液壓缸設計計算3.6.1液壓缸結構類型確定（1）確定變幅形式根據(jù)變幅液壓缸的數(shù)量分為單缸式及雙杠式兩種變幅形式。單缸式變幅形式推力小，但調整方便，維修方便，不存在同步不良的問題，一般用在小型起重機上。雙缸式變幅形式獲得的推力大，而且能夠改善起重臂側向受力，但必須保證兩缸同步性要好，所以一般采用共通油路，并以起重臂剛度來保證相對同步，多用于大中型起重機。按照起重臂與變幅液壓缸按裝的相對位置來區(qū)分，可分為前置式、后置式和后拉式三種。其中前置式變幅油缸以所需推力小，并能改善起重臂受力而得到廣泛應用。前置式特點：①變幅推力小，可采用小直徑油缸。②臂架懸臂部分短，臂架受力有利。③臂架下方有效空間小。后置式特點：①油缸后移，對起重機穩(wěn)定有利。②需要的變幅推力大。③臂架懸臂部分長，臂架受力不利。④臂架下方有效空間大。后拉式特點：只要用于非伸縮行架式臂架，臂架前方空間大。根據(jù)本設計STC120C型汽車起重機起重量為輕型，所以確定變幅形式為單缸、前置式，如圖3-1所示。圖3-1前置式變幅（2）液壓缸類型和結構形式按供油的方向將液壓缸分為單作用液壓缸和雙作用液壓缸。單作用液壓缸即通過液壓油的傳遞只能使其在單方向運動，其它方向單運動必須依靠外力才能完成；雙作用液壓缸即前后兩個方向都可以通過液壓油傳遞運動。按結構形式可以將液壓缸分為活塞液壓缸、柱塞液壓缸、伸縮式套筒液壓缸以及擺動液壓缸，可以用來完成直線往返運動及圍角度擺動，輸出力、力矩、速度。本次設計中選擇雙作用單活塞桿液壓缸，兩端用單耳環(huán)型，液壓缸結構采用焊接形液壓缸結構，如圖3-3所示。焊接型液壓缸在工程機械、船舶、車輛中廣泛使用，其具有較小的外形尺寸，缸筒的徑和液壓缸的額定壓力由于受到液壓缸前端蓋和缸筒焊接處強度的限制所以不能過大。當加工的條件允許時，焊接型液壓缸的行程可以達到15-20米。一般焊接型液壓缸的額定壓力，液壓缸的缸筒徑：P≦25MPaD≦320mm圖3-3液壓缸結構形式1—缸體；2—導向環(huán)；3—Y*型孔用密封；4—活塞；5、10—O型密封圈；6—活塞桿；7—油口8—導向套；9—組合密封；11—Y*型軸用密封；12—防塵圈；3.6.2變幅用液壓缸基本參數(shù)確定接合本設計的要求并參照STC120型汽車起重機的基本參數(shù)對以下參數(shù)進行取值計算：變幅用液壓缸工作壓力確定參照《機械設計手冊》P20-191表20-6-2，選擇公稱壓力為P1=20MPa；（2）變幅用液壓缸徑D及活塞桿直徑d確定①參考STC120c型汽車起重機的起重性能表（表2-3），經(jīng)分析，變幅機構最大軸向負載工況為伸縮臂長9.3m，載荷12000kg，幅度3m，伸縮臂傾角α1=71.2°，該工況軸向負載Fb為：（3-14）式中：Fb——吊重、臂及吊鉤自重產(chǎn)生變幅液壓缸軸向的靜載荷，F(xiàn)b=340KN；φb——動載系數(shù)，取φb=1.15；η1——支撐銷的傳動效率，取η1=0.98。②參照《機械設計手冊》P20-2211表20-6-32液壓缸主要幾何參數(shù)計算，變幅液壓缸是也無桿腔作工作腔，徑D計算公式如下：（3-15）式中：Fbma*——變幅液壓缸軸向最大負載；P1——變幅液壓缸額定壓力；經(jīng)計算，得：D=159.4mm變幅液壓缸中的活塞桿直徑一般由缸筒徑和液壓缸往返速度比共同來確定：(3-16)φ值參照表3-2選取[18]表3-2液壓缸往返速度比φ的選取壓力/MPa≦1012.5~20≧20速度比φ1.331.46~22因為壓力P=20MPa，所以φ=2，則：d=112.7mm參照表3-3液壓缸徑尺寸系列、表3-4液壓缸活塞桿外徑尺寸系列[15]選取，D=160mm，d=110mm，則活塞大端面積A1=201.07cm2，小端面積A2=106.03cm2。表3-3液壓缸徑尺寸系列(mm)810121620253240506380(90)100(110)125(140)160(180)200(220)250(280)320(360)400(450)500表3-4液壓缸活塞桿外徑尺寸系列(mm)456810121416182022252832364045505663708090100110125140160180200220250280320360（3）變幅用液壓缸行程確定液壓缸的行程應根據(jù)工作需要設定，為簡化制造工藝和節(jié)約制造成本，應采用標準話行程系列參數(shù)。參照《機械設計手冊》P20-191表20-6-6，在此選擇液壓缸行程為S=3200mm。3.6.3缸筒設計與計算（1）缸筒與端蓋的連接形式液壓缸缸筒與缸蓋的連接有多種方式，連接方式的原則取決于液壓缸的工作地點環(huán)境，液壓缸中液壓油壓力的大小等有關[19]。端蓋包括液壓缸的前端蓋和液壓缸的后端蓋。后端蓋將得缸筒一端密封，并可以作為連接件，將油缸與其他機件相連。前端蓋起著為活塞桿導向將活塞桿腔密封、防止灰塵進入液壓缸腔的作用。端蓋與缸筒常用的連接形式有法蘭、拉桿、焊接、外螺紋、螺紋、外卡環(huán)、卡環(huán)、擋圈等八種形式。在這八種形式中，焊接只用于后端蓋的連接方式，如圖3-4a所示，這種連接方式外形尺寸小，結構簡單，缺點是液壓缸不容易清洗與拆裝。前端蓋的連接方式選擇如圖3-4b所示的螺紋連接，這種方式優(yōu)點是重量輕、體積小，易于拆裝，但缺點是螺紋結構使得缸筒前段結構復雜。圖3-4缸筒（1）與端蓋（2）連接示意圖（2）缸筒壁厚的計算及驗算缸筒材料的選取可參照表3-5[20]表3-5高精度冷拔無縫鋼管機械性能參材料抗拉強度σb屈服強度σs伸長率%硬度（HV）20號鋼500400814035號鋼600500617045號鋼7006004210缸體材料選用45號鋼，σs=600MPa，σb=700MPa。參照《機械設計手冊》P20-224表20-6-36，初選擇缸體壁厚δ=17mm，因為δb/D=0.106,所以：(3-17)式中：Pma*——液壓系統(tǒng)最高許用壓力，Pma*=1.5×20=30MPa；[σ]——缸筒材料許用應力。（3-18）式中：n——安全系數(shù)，一般為，取n=2；[σs]——缸筒材料屈服強度經(jīng)過計算結果，液壓缸鋼壁厚度過小，選用這個數(shù)值的壁厚會使缸體的剛度不夠，如在切削加工過程中的變形，安裝變形等引起液壓缸工作過程中卡死或漏油。所以用經(jīng)驗法選取壁厚：δb=17mm，缸筒外徑D1=194mm。（3）變幅用液壓缸壁厚校核計算求得缸筒壁厚δ值后，還應進行以下4個方面的驗算，以保證液壓缸安全可靠的工作。[20]①液壓缸的額定工作壓力Pn應低于一定的極限值，以保證工作安全，即：（3-19）式中：D1，D——液壓缸外徑和徑；σs——缸筒材料的屈服強度δ符合校核要求。②為避免缸筒工作時發(fā)生塑性變形，液壓缸的額定工作壓力Pn應與塑性變形壓力PrL有一定的比例關系：(3-20)將數(shù)值代入公式，經(jīng)計算得：Pn≦（40.4~48.5）δ符合校核要求。③缸筒的徑向變形量ΔD值應在允許圍，而不能超過密封件允許的圍：(3-21)式中：pr——液壓缸耐壓試驗壓力，pr=1.25Pn=31.25MPa；E——缸筒材料的彈性模量，45號鋼E=206GPa；ν——缸筒材料的泊松比，對鋼材ν=0.3將數(shù)值代入公式，經(jīng)計算得：ΔD=0.134④為確保液壓缸的安全使用，缸筒的爆裂壓力PE應大于耐壓試驗壓力pr：（3-22）將數(shù)值代入公式，經(jīng)計算得：PE=134.7>31.25MPa由上可得出，液壓缸筒壁設計符合校核。3.6.4活塞的設計（1）活塞的結構形式活塞由結構形式分類，可分為整體式和裝配式兩種，裝配式又分為螺紋連接、半環(huán)連接、錐銷連接和彈簧擋圈連接等類型。在本次的設計中，參照其他工程機械的活塞形式，活塞的結構形式選擇為整體式?；钊慕Y構尺寸也需要考慮密封圈、導向環(huán)等零件的安裝溝槽結構形式來綜合確定。活塞還應具備導向裝置，導向環(huán)不僅可以使活塞的運動方向更加精確，還可使得活塞運動時產(chǎn)生的側向力減小。導向裝置采用耐磨材料，導向環(huán)的合理使用也可以使得活塞的使用壽命延長?；钊慕Y構形式如圖3-5所示：圖3-5活塞結構示意圖（2）活塞寬度確定活塞的寬度B一般取B=（0.6~1.0）D，即B=（0.6~1.0)×160=（96~160）mm選中間值B=120mm。（3）活塞密封元件確定活塞與液壓缸缸筒之間的密封形式，可以采用使用活塞環(huán)、O型圈橡膠密封件的方式密封。密封圈可以根據(jù)液壓缸的工作圍進行選擇。工作圍包括工作壓力、工作溫度、活塞移動速度等參數(shù)?；钊c缸筒之間的密封，選擇兩個Y*型孔用密封，活塞與活塞桿之間的密封選擇O型圈密封。（4）活塞的材料活塞的結構是整體式有導向的結構。由《機械設計手冊》可以選定，活塞的材料為45號鋼。（5）活塞與活塞桿的連接活塞與活塞桿的連接，選擇直接通過螺紋連接的連接方式。螺紋連接的防松方式選擇在活塞與活塞桿的徑向加緊固螺釘?shù)姆绞椒浪伞?.6.5活塞桿的設計（1）活塞桿的結構活塞桿在結構上可分為實心桿和空心桿。在起重機變幅機構設計計算中，由于變幅機構行程較長，所以選擇空心桿?？招臈U厚度選擇30mm?；钊麠U材料選擇為45號鋼。（2）活塞桿的強度計算校核活塞桿的拉伸壓縮強度：(3-23)式中：F——變幅用液壓缸最大推力，F(xiàn)=399KN；n——安全系數(shù)，取n=2；σs——活塞桿材料的屈服強度，45號鋼的屈服強度355MPa。將數(shù)值代入公式，經(jīng)計算得：d≧53.5mm（3）活塞桿彎曲穩(wěn)定性校核活塞桿的結構通常是細長桿體，因此，我們可以用“歐拉公式”對活塞桿的彎曲穩(wěn)定性進行校核，參照《機械設計手冊》P20-229表20-6-38其計算公式如下：(3-24)式中：n——活塞桿末端條件系數(shù)，在此n=1；d——活塞桿直徑(cm)，d=11cm，d1=5cm；lB——活塞桿安裝長度(cm)，lB=50mm。將數(shù)值代入公式，經(jīng)計算得：PK=5.72×106N所以活塞桿通過校核。3.6.6導向套的設計導向套一般布置在活塞桿的前端。導向套孔和導向環(huán)可以使得活塞桿的運動方向穩(wěn)定。導向套還起著密封與防塵的作用，導向套與缸筒之間，及導向套與液壓桿之間都有密封裝置。本設計采用端蓋式導向套，結構如圖3-6所示：圖3-6端蓋式導向套的結構示意圖（1）導向套的材料導向套的材料一般選取耐磨材料，一般選用球墨鑄鐵，材料選用QT200。（2）導向套的密封與防塵導向套與液壓缸缸筒之間的密封元件選擇O型圈密封；導向套與活塞桿之間的密封選擇使用組合密封圈的方式密封。組合式密封圈的結構形式，如圖3-7所示。在導向套的外側還應布置防塵機構，防止雜質通過導向套，使得液壓缸的正常工作受到影響。防塵圈選擇A型防塵圈，材料為丁晴橡膠，截面形狀如圖3-8所示。圖3-7組合式密封1-前端蓋；2-活塞桿；3-雙唇式組合密封圈圖3-8A型防塵圈（3）最小導向長度當活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到導向套滑動面中點的距離稱為最小導向長度（如圖3-9所示），若導向長度太小，將使油缸因間隙引起的初始撓度增大，從而影響油缸的工作穩(wěn)定性。圖3-9油缸的導向長度（K—隔套）對于一般油缸,其最小導向長度H應滿足下式要求:（3-25）式中:S——油缸最大工作行程；D——缸筒徑一般導向套滑面的長度A,在缸筒徑D＜80mm取缸筒徑D的0.6～1.0倍;在缸筒徑D>80mm時則取活塞桿直徑的0.6～1.0倍?；钊麑挾菳取缸筒徑D的0.6～1.0倍,為了保證最小導向長度而過份地增大導向套長度和活塞寬度都是不適宜的。最好的方法是在導向套與活塞之間裝一隔套K，其長度C由所需的最小導向長度決定。采用隔套不僅能保證最小導向長度，而且可以擴大導向套及活塞的通用性。3.6.7液壓缸油口設計液壓缸油口的設計涉及到油口尺寸、位置尺寸、與外界的連接方式。本次設計液壓缸的進油口與出油口，布置在液壓缸筒兩側，采用螺紋方式連接。螺紋連接的進出油口如圖3-10所示：圖3-10油口尺寸示意圖對于單活塞桿液壓缸，國際標準化組織（ISO）已制定出油口安裝尺寸，見表3-6[20]。表3-6單活塞桿液壓缸的缸徑及油口安裝尺寸25MPa系列缸徑D506080100125160200250320400500ECM22×1.5M27×2M33×2M42×2M50×2M60×2本次設計系統(tǒng)工作壓力為20MPa，參照表3-6選擇油口尺寸為M42×2。3.6.8后端蓋的設計后缸蓋的示意圖3-11所示。（1）后端蓋材料后缸蓋的材料選用45號鋼。（2）后端蓋的連接后缸蓋采用耳式的結構，使得整個缸體交接固定。耳的部需要安裝軸套，軸套與耳的連接選擇過盈配合連接，在耳與軸套的連接處選擇用8個緊固螺釘緊固定位。后缸蓋與缸筒選擇焊接的方式連接。3-11后端蓋結構示意圖（3）缸筒底部厚度缸底結構采用平缸底，如圖3-12所示：圖3-12無孔平缸底平缸底厚度δ：(3-26)式中：d1——缸底止口徑，取d1=D=0.16m；P——液壓缸額定壓力；[σ]——缸筒材料許用應力取δ=17mm。4液壓系統(tǒng)校驗4.1起升回路校驗由以上設計計算選型的液壓泵為A2F125；液壓馬達為A2F160，在此基礎上進行如下運算，看其是否滿足STC120C型汽車起重機給定的技術參數(shù)。（1）馬達轉速（4-1）式中：QB1——泵的流量；nB1——泵最高轉速；qB1——泵排量；ηBV——泵的容積效率，取0.95qM——馬達排量；ηMV——馬達的容積效率，取0.95；將數(shù)值代入公式計算得：（2）卷筒轉速nJ（4-2）（3）單繩最大速度nS（4-3）nS>105m/min，單繩最大速度滿足要求。（4）卷筒最大轉矩TJ（4-4）式中：TM——馬達額定轉矩；i——傳動比；ηJ1——減速器傳動效率，取0.93（5）單繩最大拉力FS（4-5）式中：TJ——卷筒轉矩；ηJ2——卷筒效率，取0.99；D——卷筒直徑將數(shù)值代入公式計算得：（6）最大起重量（4-6）G>12t，滿足要求。4.2伸縮回路校驗由以上設計計算選型的液壓泵為A2F120；液壓缸DG-140E，A大=163.86cm2，A小=103.62cm2，行程S=8000mm，在此基礎上進行如下運算：泵的最大輸出流量QB1：QB1=nB1qB1ηBV=2240×125×10-3×0.95=266L/min（4-7）液壓缸伸出時間t伸：（4-8）液壓缸縮回時間t縮：（4-9）t伸/t縮<65/50s，滿足要求。4.3變幅回路校驗由以上設計計算選型擇的液壓泵為A2F125；液壓缸Ab大=201.06cm2，Ab小=106.03cm2，行程Sb=3200mm，在此基礎上進行如下運算：泵的最大輸出流量QB1同上QB1=266L/min；變幅液壓缸伸出時間t起：（4-10）變幅液壓缸縮回時間t降：（4-11）t起/t起<50/50s，滿足要求。4.4液壓系統(tǒng)發(fā)熱校驗（1）工作循環(huán)周期起重機的一個工作循環(huán)包括起升、回轉、變幅、伸縮臂、下降、空載、回轉、裝料等工序。根據(jù)STC120C汽車起重機主要性能參數(shù)及以上計算得：T=300s液壓泵產(chǎn)生的熱量參照《機械設計手冊》P20-39表20-3-16進行設計計算：溢流閥的設定壓力p為22MPa，液壓泵的總效率為ηb=0.85，泵的輸出流量Qb=2240×125×10-3=280L/min，則泵的輸入功率為：（4-12）泵的發(fā)熱量H1:H1=Pr（1-ηb）=120.78×（1-0.85）=18.2KW（4-13）起升馬達產(chǎn)生的熱量工作壓力為P1=20MPa，液壓馬達總效率ηm=0.85，起升時馬達所需流量Q=198L/min:（4-14）液壓馬達的發(fā)熱量H2，起升/下降時間：