汽車起重機液壓系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

目錄前言11緒論21.1汽車起重機概述21.2國外汽車起重機開展概況及開展趨勢21.2.1國外汽車起重機開展概況21.2.2國外汽車起重機開展趨勢41.3國內(nèi)汽車起重機的開展概況和開展趨勢51.3.1國內(nèi)汽車起重機的開展概況51.3.2國內(nèi)汽車起重機開展趨勢61.4汽車起重機上液壓系統(tǒng)的特點71.5汽車起重機液壓系統(tǒng)的運用現(xiàn)狀和開展趨勢81.6課題意義和主要研究任務(wù)92QY25K汽車起重機工況分析102.1QY25K汽車起重機簡介102.2QY25K汽車起重機液壓系統(tǒng)組成及特點11下車液壓系統(tǒng)11上車液壓系統(tǒng)112.3QY25K汽車起重機的各組合、分配及控制122.4QY25K汽車起重機的整機技術(shù)參數(shù)132.5QY25K汽車起重機的工作等級152.6典型工況分析及對系統(tǒng)要求16伸縮機構(gòu)的作業(yè)情況162.6.2副臂的作業(yè)情況162.6.3三個以上機構(gòu)的組合作業(yè)情況162.6.4典型工況確實定162.6.5系統(tǒng)要求172.7QY25K汽車起重機主機的工況分析182.7.1運動分析182.7.2動力分析192.7.3液壓馬達的負載203QY25K汽車起重機液壓系統(tǒng)設(shè)計223.1QY25K汽車起重機液壓系統(tǒng)額定壓力確實定223.2QY25K汽車起重機液壓系統(tǒng)的根本回路設(shè)計223.2.1起升機構(gòu)回路的設(shè)計223.2.2變幅、伸縮機構(gòu)回路的設(shè)計233.2.3回轉(zhuǎn)機構(gòu)回路的設(shè)計243.2.4支腿機構(gòu)回路的設(shè)計253.3液壓系統(tǒng)的控制分析273.3.1負荷傳感273.3.2恒功率控制283.3QY25K汽車起重機液壓系統(tǒng)原理圖294QY25K汽車起重機液壓系統(tǒng)參數(shù)的計算304.1變幅機構(gòu)304.1.1變幅液壓缸的受力分析304.1.2變幅機構(gòu)鉸點三角形314.1.3變幅液壓缸的推力計算334.1.4變幅液壓缸性能參數(shù)確實定344.2支腿機構(gòu)384.2.1按三點支撐的壓力計算38支腿液壓缸作用力確實定404.2.3液壓缸尺寸確實定404.2.4液壓缸伸縮速度及流量的計算435液壓系統(tǒng)元件選型455.1液壓馬達和液壓泵的選擇計算455.1.1主、副卷揚馬達和泵的選擇455.1.2回轉(zhuǎn)回路、支腿回路馬達和回轉(zhuǎn)泵的選擇465.1.3伸縮變幅回路泵的選擇485.2液壓閥的選擇495.3液壓輔助元件選擇51油路的選擇515.3.2油箱選擇535.3.3濾油器的選擇555.3.4液壓傳動的工作介質(zhì)〔液壓油〕的選擇555.4QY25K汽車起重機主要元件明細表556系統(tǒng)各回路性能計算566.1系統(tǒng)各回路功率計算566.1.1管路系統(tǒng)容積效率及壓力效率計算566.1.2壓力損失566.1.3管路系統(tǒng)總效率576.2系統(tǒng)各回路性能的驗算576.2.1起升回路57回轉(zhuǎn)回路58伸縮回路59變幅回路597QY25K汽車起重機的技術(shù)和經(jīng)濟性分析618結(jié)論62致謝63參考文獻64附錄A65附錄B71前言工程起重機是各種工程建筑廣泛應(yīng)用的重要起重設(shè)備,是用來對物料進行起重、運輸、裝卸或安裝等作業(yè)的機械設(shè)備，在工業(yè)和民用建筑中作為主要施工機械而得到廣泛運用。它對減輕勞動強度、節(jié)省人力，降低建設(shè)本錢，提高施工質(zhì)量，加快建設(shè)速度，實現(xiàn)工程施工機械化起著十分重要的作用。相對于其他起重機，汽車起重機不僅具有移動方便，操作靈活，易于實現(xiàn)不同位置的吊裝等優(yōu)點，而且對其進行驅(qū)動和控制的液壓系統(tǒng)易于實現(xiàn)改良設(shè)計。隨著液壓傳動技術(shù)的不斷開展，汽車起重機已經(jīng)成為各起重機生產(chǎn)廠家主要開展對象。隨著中國社會的開展，社會生活中對起重機的需求越來越大，所以起重機的研發(fā)越來越緊迫，由于汽車式起重機轉(zhuǎn)場靈活，從而方便快捷，所以進幾年我國的汽車式起重機開展很快。但是，與國外汽車式起重機相比，國外汽車式起重機技術(shù)得到了飛速開展，為了降低整機本錢，提高性能，整機質(zhì)量越來越小，在起重性能相同的情況下，自重約比十年前降低了20％左右，由于車輛自重的減小，使車輛采用盡可能少的軸數(shù)〔尤其是大噸位起重機〕，這樣，大大簡化了車輛的結(jié)構(gòu)，本錢降低，同時提高了起重機的作業(yè)能力及使用經(jīng)濟性，所以，同等噸位的銷售價較前十年有大幅下降，對中國國內(nèi)市場造成了很大沖擊，因此，對我國的汽車式起重機的生產(chǎn)者來說是一個嚴峻的考驗。加大對汽車式起重機液壓系統(tǒng)的設(shè)計的研究，努力創(chuàng)新和借鑒外國經(jīng)驗是當務(wù)之急。1緒論1.1汽車起重機概述在底盤上裝設(shè)起重設(shè)備完成吊裝任務(wù)的汽車稱為汽車起重機。我國新一代汽車起重機產(chǎn)品，起重作業(yè)的操作方式，大面積應(yīng)用先導比例控制，具有良好的微調(diào)性能和精控性能，操作力小，不易疲勞。通過先導比例手柄實現(xiàn)比例輸送多種負荷的無級調(diào)速，有效防止起重作業(yè)時的二次下滑現(xiàn)象，極大的提高了起重作業(yè)的平安性、可靠性和作業(yè)效率。局部大型汽車式起重機還在伸縮臂上使用了單缸插銷的伸縮技術(shù)，通過液壓銷作用，以單個液壓油缸可完成多節(jié)伸臂的運動，并到達各種工況的程度控制和自動伸縮，改變了以往能不油缸加內(nèi)部繩排的作業(yè)方式，使起重機相對更輕，拓展了起重機向更高工作高度開展的空間。根據(jù)吊臂結(jié)構(gòu)可分為定長臂、接長臂和伸縮臂三種，前兩種多采用桁架結(jié)構(gòu)臂，后一種采用箱形結(jié)構(gòu)臂。根據(jù)動力傳動，又可分為機械傳動、液壓傳動和電力傳動三種。因其機動靈活性好，能夠迅速轉(zhuǎn)移場地，廣泛用于土木工程。現(xiàn)在普遍使用的汽車起重機多為液壓伸縮臂汽車起重機，液壓伸縮臂一般有2~4節(jié)，最下(最外)一節(jié)為根本臂，吊臂內(nèi)裝有液壓伸縮機構(gòu)控制其伸縮。圖1-1所示為安裝在專用汽車底盤上的伸縮臂式液壓汽車起重機。圖1-2為QY25K型汽車起重機。圖1-1專用汽車底盤的汽車起重機圖1-2QY25K型汽車起重機Figure1-1SpecialtruckcranechassisFigure1-2QY25KTruckcrane1.2國外汽車起重機開展概況及開展趨勢國外汽車起重機開展概況目前世界上約有百余家企業(yè)生產(chǎn)汽車起重機，但著名的也就右十余家，如美國的格魯夫、德國的利勃海爾、徳馬克、日本加藤、多田野等。生產(chǎn)的汽車起重機品種有數(shù)百種，90年代以來，生產(chǎn)，銷售各種噸位的起重機萬余臺。汽車起重機的市場主要集中在東亞、北美和歐洲。東亞約占銷售量的40%，北美和歐洲各約占20%。國外汽車起重機開展的主要特點可以歸納為：多品種生產(chǎn)，標準化程度高和一機多用。就分布于三大市場的產(chǎn)品而言，以德國為主的歐洲市場，其產(chǎn)品主要特點為：(1)全地面起重機占主導地位，約占市場份額的80%。(2)大噸位產(chǎn)品為主，利勃海爾公司占銷售額的70%～80%式100噸以上的產(chǎn)品。(3)技術(shù)先進，及時采用世界最新的技術(shù)成果。(4)專用配套件多，這以為歐洲開展汽車起重機的得天獨厚的條件。以日本為主的東亞市場和以美國為主的北美市場，其產(chǎn)品主要特點有：(1)越野汽車起重機占主導地位，約占70%～80%，其次為輪式起重機，全地面起重機所占比例較小。(2)多系列生產(chǎn)，中大噸位居多。(3)注重適應(yīng)性和經(jīng)濟性。在保證產(chǎn)品性能和功能提下，大量采用通用配套件，而不強調(diào)追趕新技術(shù)，故產(chǎn)品可靠性較好。目前，世界汽車起重機的生產(chǎn)，從技術(shù)上講，德國利勃海爾公司略占優(yōu)勢，但從企業(yè)規(guī)模上講，美國格魯公司居世界首位。而生產(chǎn)量那么是日本的多田野和藤加最多。市場總的趨勢式供大于求，面對劇烈競爭，國外各大公司除了紛紛增加投資、擴大生產(chǎn)、提高自身的競爭能力外，還通過聯(lián)合或兼并來提高在國際市場的份額。如1984年，美國格魯夫公司收購了英國老牌企業(yè)科爾斯公司。1987年，德國克虜伯公司收購了格的瓦爾德公司，稱為當時德國最大的起重機公司，但該公司1995年又被美國格魯夫公司收購。1990年，日本多田野兼并了德國法恩公司等。在起重機行業(yè)內(nèi)，國外的大型汽車起重機的開展比我國迅速，在技術(shù)和運用上已相當成熟，目前國際市場對汽車起重機的需求在不斷增加，從而使國外各大汽車式起重機制企業(yè)在生產(chǎn)中更多的應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計，機械自動化和自動化設(shè)備，這對起重機行業(yè)的開展造成了很大的影響。目前國外的起重機企業(yè)主要是生產(chǎn)大噸位的起重機，而且有完善的設(shè)計體系，和一批先進的研發(fā)人員，不斷的進行創(chuàng)新和完善。國外的制造企業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)到達規(guī)?；纳a(chǎn)，技術(shù)含量比擬高，而且液壓技術(shù)和電子技術(shù)在汽車起重機的設(shè)計中也已廣泛的應(yīng)用，很多企業(yè)的品牌在用戶的心中已經(jīng)打上了堅實的烙印，這也使的國外起重機的繼續(xù)開展占有了更大的優(yōu)勢。全套的畢業(yè)設(shè)計有圖說明書已經(jīng)通過辯論優(yōu)秀的如果需要請聯(lián)系qq:2209442049國外汽車起重機開展趨勢1)設(shè)計、制造的計算機化、自動化近年來，隨著電子計算機的廣泛應(yīng)用，許多國外起重機制造商從應(yīng)用起重機輔助設(shè)計系統(tǒng)〔CAD〕，提高到應(yīng)用計算機進行起重機的模塊設(shè)計。起重機采用模塊單元化設(shè)計，不僅是一種設(shè)計方法的改革，而且將影響整個起重機行業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)和管理水平，老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，新產(chǎn)品的研制速度都將大大加快。對起重機的改良，只需更改幾個模塊；設(shè)計新的起重機只需新的不同模塊進行組合，提高了通用化程度，可使單件小批量的產(chǎn)品，改成相對批量的模塊生產(chǎn)，能使較少的模塊形式，組合成不同規(guī)格的起重機，滿足市場的需求，增強了競爭力。2)起重機控制元件的革新與應(yīng)用起重機的距離檢測防撞裝置，采用無線電信號型的防撞裝置，防撞系統(tǒng)由三相系統(tǒng)組成，用來監(jiān)控起重機前端行使距離，一般首先發(fā)出信號警示，接著將大車車速減小到50%，最后切斷電機電源，將大車制動。3)新材料、新工藝的應(yīng)用。由于鋼鐵工業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用，剛剛質(zhì)量得以提高，在設(shè)計起重機主梁強度時，可使用較高的許用應(yīng)力，而不需要較高的平安系數(shù)，以便減少起重機材料用量，從而降低設(shè)備的重量和價格，起重機配套的零部件的制造也得益于新材料的不斷產(chǎn)生，使得起重機向更輕，更好的方向開展。1.3國內(nèi)汽車起重機的開展概況和開展趨勢1.3.1國內(nèi)汽車起重機的開展概況我國在1957年生產(chǎn)第一臺5T機械式汽車起重機到現(xiàn)在已有50多年歷史，它的生產(chǎn)大致經(jīng)歷了以下幾個階段：1957～1966年以生產(chǎn)5T機械式汽車起重機為主；1967～1976年以生產(chǎn)12T以下小型液壓汽車起重機為主；1977～1996，16～50T中大噸位液壓汽車起重機產(chǎn)品開展較快。自1979年開始，我國采用進口汽車底盤和關(guān)鍵液壓件，自行設(shè)計生產(chǎn)出了6T、20T液壓汽車起重機之后，國內(nèi)一些起重機生產(chǎn)廠家采用技貿(mào)結(jié)合方式，分別引進日本多田野，加藤，美國格魯夫和德國利勃海爾,克虜伯的起重機產(chǎn)品技術(shù)，以結(jié)合生產(chǎn)的方式相繼制造出25T、35T、45T、50T、80T、125T汽車起重機和25T越野輪胎起重機以及32T、50T、70T全路面起重機。這些企業(yè)經(jīng)過多年來對引進技術(shù)的消化、吸收、移植，使國產(chǎn)輪胎式起重機一些新產(chǎn)品的性能水平到達了國際80年代初的水平，產(chǎn)品產(chǎn)量也逐年有所提高。許多專家認為，高速開展的市場，是中國汽車起重機產(chǎn)業(yè)各個廠商有利的技術(shù)創(chuàng)新根底和環(huán)境。近幾年來，中國汽車起重機產(chǎn)業(yè)的主力廠商在加速追趕國外先進水平的進程中，一直堅持自主的技術(shù)創(chuàng)新道路，根本上沒有整體引進外國技術(shù)的做法，也使得中國汽車起重機產(chǎn)業(yè)在到達和接近國際先進水平的同時，在產(chǎn)品技術(shù)上擁有明顯的中國特質(zhì)。受公路車輛行駛的限制，國外工程起重機在70噸級以上，根本開展了全路面底盤技術(shù)，采用獨立的油氣缸懸掛方式，而中國起重機產(chǎn)業(yè)那么繼續(xù)在汽車板簧式技術(shù)上開展到目前的130噸級產(chǎn)品。這其中，形成了獨用的多橋板簧平衡懸掛技術(shù)，解決了多橋車輛在設(shè)計中的橋荷平衡，以及行駛過程中單橋過載等問題，并且實現(xiàn)了多橋〔四橋以上〕車輛的多橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，滿足了國家對公路車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑的要求，使得汽車式大噸位起重機行駛根本到達與全路面起重機的獨立懸掛相當?shù)男旭偰芰?。另外，國?nèi)像徐州重工等重量級廠家，經(jīng)過幾年的自主摸索與創(chuàng)新，成熟掌握了全路面起重機的全部技術(shù)，制造出了200噸級及以上的超大型產(chǎn)品，雖然與國外最大800噸的產(chǎn)品還有一定差距，但是已經(jīng)不存在不可跨越的障礙，中國汽車起重機行業(yè)到達國際最先進水平已經(jīng)是一個時間和進度問題。中國汽車起重機底盤到目前已經(jīng)應(yīng)用了CAN總線控制系統(tǒng)，到達點對點、一點對多點〔成組〕及全局播送集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)，到達了防抱死防滑轉(zhuǎn)、電噴發(fā)動機控制、自動變速，扭矩實時控制、經(jīng)濟運行速度等的自動計算控制，提高了操縱的自動性、系統(tǒng)的可靠性、人機界面的可視性，到達了真正意義上的信息集成和智能化。上車起重機局部已經(jīng)大量應(yīng)用PLC可編程集成控制技術(shù)，帶有總線接口的液壓閥塊、馬達、油泵等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，液壓和電氣已實現(xiàn)了真正緊密的接合?？赏ㄟ^軟件實現(xiàn)控制性能的調(diào)整，大幅度減化控制系統(tǒng)、減少液壓元件、提高系統(tǒng)的可靠性，具備了實現(xiàn)故障自動珍斷、遠程控制的能力。1.3.2國內(nèi)汽車起重機開展趨勢近年來隨著建筑工程規(guī)模不斷擴大，起重安裝工程量越來越大，尤其是現(xiàn)代化大型石油、化工、冶煉、電站以及高層建筑的安裝作業(yè)逐年增多。因此，對汽車起重機，特別是大功率的起重機的需要量日益增加。隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的開展，各種新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝在汽車起重機上得到廣泛的應(yīng)用。所有這些因素都有力地促進了汽車起重機的開展。根據(jù)國內(nèi)外現(xiàn)有汽車起重機產(chǎn)品和技術(shù)資料的分析，近年來汽車起重機的開展趨勢主要表達在以下幾個方面。1)提高起重機的起重量由于現(xiàn)代工程工程想大型化開展，所需構(gòu)件和配套設(shè)備的重量在不斷增加，對超大型起重設(shè)備的需求也越來越多。在汽車起重機向大型化開展過程中，德國始終處于遙遙領(lǐng)先的地位。現(xiàn)在，最大噸位的汽車起重機為德國利勃海爾公司生產(chǎn)的LTM11000D型。最大額定起重量為1000T。2)微型起重機大量涌現(xiàn)汽車起重機的微型化是適應(yīng)現(xiàn)代建設(shè)工作的需要而出現(xiàn)的一種新的開展趨勢。走在前面的是日本的神戶制鋼公司，它于10多年前開發(fā)的RK70〔7T〕型是世界第一臺裝有下俯式臂架的“迷你”越野輪胎式起重機。目前，下俯式臂架已成為“迷你”起重機的重要標志。3)混合型起重機在開展混合型起重機是為了特定用途而開發(fā)出來的。如利勃海爾公司生產(chǎn)的LTL1160型越野輪胎起重機就是為了維修龐大的斗輪挖掘機而專門研制的。德馬格雙橋AC25〔25T〕全路面起重機，結(jié)構(gòu)非常緊湊，車身長9m，非常適應(yīng)城市狹窄地段工作所以又被稱為城市型起重機。4)采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝為了減輕起重機的自重，提高起重性能，保證起重機高效可靠地工作，各國非常重視采用新技術(shù)、新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝。5)廣泛采用液壓技術(shù)由于液壓傳動具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，能無極調(diào)速，容易布置，操縱輕便，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和工作平安等優(yōu)點，因此，近年來國內(nèi)外各種類型的起重機廣泛采用液壓傳動。6)一機多能，擴大工作范圍為了充分發(fā)揮起重機的作用，擴大其使用范圍，有的國家在設(shè)計起重機時重視了產(chǎn)品的多用性。例如在工作裝置設(shè)計方面，除了使用吊鉤外，還設(shè)計了配備有電磁吸盤、抓斗、拉鏟和木料抓取器等取物裝置。有的還設(shè)計成用于建筑根底工程中，如裝設(shè)鉆孔裝置和掀動打樁拔樁裝置等一機多用的產(chǎn)品。1.4汽車起重機上液壓系統(tǒng)的特點汽車起重機由于它是利用汽車底盤，所以具有汽車的行駛通過性能，機動靈活，行駛速度高，可快速轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到作業(yè)場后能迅速投入工作，因此特別適用于流動性大，不固定的作業(yè)場所。由于汽車底盤通常是由專業(yè)廠生產(chǎn)的，因而在現(xiàn)成的汽車底盤上改裝成起重機比擬容易和經(jīng)濟。汽車起重機由于具有上述這些特點，因此隨著汽車工業(yè)的迅速開展，近年來各國汽車起重機的品種和產(chǎn)量都有很大開展。但汽車起重機也有其弱點，主要是起重機總體布置受汽車底盤的限制，一般車身都較長，轉(zhuǎn)彎半徑大，并且只能在起重機左右兩側(cè)和前方作業(yè)。1)在起重機的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能上的優(yōu)點：來自汽車發(fā)動機的動力經(jīng)油泵轉(zhuǎn)換到工作機構(gòu)，其間可以獲得很大的傳動比，省去了機械傳動所需的復雜而笨重的傳動裝置。不但使結(jié)構(gòu)緊湊，而且使整機重量大大的減輕，增加了整機的起重性能。同時還很方便的把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)槠揭七\動，易于實現(xiàn)起重機的變幅和自動伸縮。各機構(gòu)使用管路聯(lián)結(jié)，能夠得到緊湊合理的速度，改善了發(fā)動機的技術(shù)特性。便于實現(xiàn)自動操作，改善了司機的勞動強度和條件。由于元件操縱可以微動，所以作業(yè)比擬平穩(wěn)，從而改善了起重機的安裝精度，提高了作業(yè)質(zhì)量。采用液壓傳動，在主要機構(gòu)中沒有劇烈的干摩擦副，減少了潤滑部位，從而減少了維修和技術(shù)準備時間。2)在經(jīng)濟上的優(yōu)點液壓傳動的起重機，結(jié)構(gòu)上容易實現(xiàn)標準化，通用化和系列化，便于大批量生產(chǎn)時采用先進的工藝方法和設(shè)備。此種起重機作業(yè)效率高，輔助時間短，因而提高了起重機總使用期間的利用率，對加速實現(xiàn)四個現(xiàn)代化大有好處。3〕液壓傳動的主要缺點液壓傳動的主要缺點是漏油問題難以防止。為了防止漏油問題，元件的制造精度要求比擬高。油液粘度和溫度的變化會影響機構(gòu)的工作性能。液壓元件的制造和系統(tǒng)的調(diào)試需要較高的技術(shù)水平。從液壓傳動的優(yōu)缺點來看，優(yōu)點大于缺點，根據(jù)國際上起重機的開展來看，不管大小噸位都采用液壓傳動系統(tǒng)。縱觀眾多用戶的反應(yīng)意見，液壓式汽車起重機深受他們的歡送和好評。所以QY25K型汽車起重機決定采用液壓傳動的形式。1.5汽車起重機液壓系統(tǒng)的運用現(xiàn)狀和開展趨勢最早的汽車起重機液壓系統(tǒng)常用單泵供油，后來為了滿足起升、變幅、后來為滿足起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)機構(gòu)的獨立工作、聯(lián)合動作以及快速提升的要求，出現(xiàn)了雙泵統(tǒng)選用多聯(lián)齒輪泵。但齒輪泵存在壓力受到限制和不能變量的缺陷，因而不能在閉式回路、功率匹配回路等系統(tǒng)中應(yīng)用，故高壓柱塞泵是開展的必然。1)起升液壓系統(tǒng):目前最常用的起升液壓系統(tǒng)為定量泵、定量或變量馬達開式液壓系統(tǒng)，然而，現(xiàn)代施工要求。起升系統(tǒng)節(jié)能、高效、可靠以及微動性、平穩(wěn)性更好。為了適應(yīng)這些新的要求，以前的定量泵將逐步被先進可靠的具有負載反應(yīng)和壓力切斷的恒功率變量泵所取代，定量馬達或液控變量馬達也將被電控變量馬達所取代。這種系統(tǒng)將能有效地到達輕載高速、重載低速和節(jié)能等效果。2)變幅液壓系統(tǒng):變幅液壓系統(tǒng)更趨節(jié)能高效，目前最先進的為變幅下降時充分利用吊臂和重物的重力勢能，實現(xiàn)重力下放，下放的速度由先導手柄來無級控制，變幅平穩(wěn)沒有沖擊。3)伸縮液壓系統(tǒng):對于具有5節(jié)以下伸縮臂的伸縮液壓系統(tǒng)，國內(nèi)一般采用同步或順序加同步的伸縮方式，當采用2級液壓缸時，上下2液壓缸實現(xiàn)內(nèi)部溝通，一般采用插裝式平衡閥;對于具5節(jié)以上伸縮臂的液壓系統(tǒng)，采用單缸插銷伸縮機構(gòu)，這種伸縮機構(gòu)自重輕，能大幅提高起重機的起重性能，能有效地控制整機的重量，通過采用多油口和多平衡閥的油路來提高伸縮的效率。4)回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng):起重機的回轉(zhuǎn)所需功率最少，因而回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的要求是:回轉(zhuǎn)平穩(wěn)，起重作業(yè)無側(cè)載;回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的開展趨勢為通過小馬達、大傳動比來實現(xiàn)操作平穩(wěn)，通過設(shè)立回轉(zhuǎn)緩沖閥和自由滑轉(zhuǎn)機能來實現(xiàn)吊重的自動對中功能，從而有效防止側(cè)載的產(chǎn)生。5)操縱、控制系統(tǒng):機械式操縱是汽車起重機簡單、廣泛使用的一種操縱方式，而最有開展前途的還是電比例操縱系統(tǒng)，借助于計算機技術(shù)和可編程技術(shù)，汽車起重機將向智能化開展。1.6課題意義和主要研究任務(wù)QY25K汽車起重機屬于中型起重機，是工程建設(shè)中較常用的一款汽車起重機。生產(chǎn)廠家把生產(chǎn)的起重機所能夠吊的噸位作為生產(chǎn)能力的主要標志，而無視中小型起重機的技術(shù)開展，從某種方面來說是不完美的。為了使設(shè)計出來的起重機具有高的性能，設(shè)計時不僅要采用一些國內(nèi)外的先進技術(shù)，也要有自己的創(chuàng)新技術(shù)。這樣，才能使自己設(shè)計出來的產(chǎn)品具有一定的先進性，很高的性價比，才能在市場中具有很強的競爭能力。因此，設(shè)計這樣一款汽車起重機不僅很有必要而且是可行的。本課題主要針對汽車起重機的功能、組成和工作特點，結(jié)合國內(nèi)外汽車起重機的運用現(xiàn)狀和開展趨勢，設(shè)計一款能夠適應(yīng)國內(nèi)外工程建設(shè)的中型汽車起重機液壓系統(tǒng)。設(shè)計時，首先明確設(shè)計任務(wù)和設(shè)計要求，仔細研究設(shè)計方案，理清設(shè)計思路，使設(shè)計過程清晰化，在此根底上，進行以下研究工作：1、分析已有的汽車起重機，結(jié)合設(shè)備特點，明確液壓系統(tǒng)的設(shè)計要求，并進行工況分析；2、確定汽車起重機液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)；3、對各工作機構(gòu)液壓回路進行設(shè)計，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；4、根據(jù)整機工作參數(shù)和各機構(gòu)主要參數(shù)對液壓系統(tǒng)進行設(shè)計與計算，并且對主要液壓元件進行選型；5、對各回路及整個系統(tǒng)進行性能計算，其中包括各回路功率計算、各回路性能驗算以及系統(tǒng)的發(fā)熱驗算等。6、對液壓油缸進行設(shè)計與圖紙繪制。2QY25K汽車起重機工況分析2.1QY25K汽車起重機簡介采用全頭大視野豪華型駕駛室、新型太空型操縱室，整機造型美觀采用5節(jié)八邊形雙缸，加繩排伸縮主臂和1節(jié)桁架式副臂，提高了整機的作業(yè)范圍，配置了大功率環(huán)保型發(fā)動機。提高底盤的動力和通過性能可供先導操縱和非先導操縱兩種配置，使用戶具有更大的選擇空間。經(jīng)國家工程機械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心型式試驗和國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的強制性目檢，整機各項指標完全到達了相關(guān)標準的要求，平安環(huán)保工程符合國家強制性標準規(guī)定，經(jīng)用戶使用動力強勁起吊性能優(yōu)良。如圖2-1所示汽車起重機主要由2回轉(zhuǎn)機構(gòu)、3支腿機構(gòu)，4變幅機構(gòu)、5伸縮機構(gòu)和7起升機構(gòu)組成。圖2-1汽車起重機外形簡圖Figure2-1truckcranedimensionsketchQY25K型汽車起重機是一種中小型起重機，這種起重機的作業(yè)操作，主要通過手動操縱來實現(xiàn)多缸各自動作。起重作業(yè)時一般為單個動作，少數(shù)情況下有兩個缸的復合動作，為簡化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)采用一個液壓泵給各執(zhí)行元件串聯(lián)供油方式。在輕載情況下，各串聯(lián)的執(zhí)行元件可任意組合，使幾個執(zhí)行元件同時動作，如伸縮和回轉(zhuǎn)，或伸縮和變幅同時進行等。汽車起重機液壓系統(tǒng)中液壓泵的動力，都是由汽車發(fā)動機通過裝在底盤變速箱上的取力箱提供。液壓泵為斜軸式柱塞泵，由于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速可以通過油門人為調(diào)節(jié)控制，其輸出的流量可以在一定的范圍內(nèi)通過控制汽車油門開度的大小來人為控制，從而實現(xiàn)無級調(diào)速；液壓泵通過中心回轉(zhuǎn)接頭、開關(guān)和過濾器從油箱吸油；輸出的壓力油經(jīng)回轉(zhuǎn)接頭多路換向閥手動閥組的操作，將壓力油串聯(lián)地輸送到各執(zhí)行元件，當起重機不工作時，液壓系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。2.2QY25K汽車起重機液壓系統(tǒng)組成及特點下車液壓系統(tǒng)下車油路采用手動多路換向閥控制水平支腿和垂直支腿的運動方向，車架兩側(cè)均可操作，用戶可根據(jù)實際情況進行選擇。支腿回路采用H式支腿，此支腿外伸距離大，每一支腿有兩個液壓缸，一個水平的，一個垂直的，支腿外伸后成H形。四個水平支腿或垂直支腿既可以單獨伸縮也可以同時伸縮。新型下車多路換向閥由于增加了限壓閥，可有效防止水平液壓缸活塞桿彎曲。四個垂直支腿缸上裝有雙向液壓鎖，用于防止在起重作業(yè)時垂直支腿缸活塞桿回縮或在行車時活塞桿自動伸出。上車液壓系統(tǒng)上車液壓系統(tǒng)主要由液控先導操縱的多路換向閥控制系統(tǒng)，主操縱閥為負荷傳感式比例多路換向閥，各聯(lián)換向閥均設(shè)有抗沖擊閥和防氣蝕閥。先導閥采用進口比例式液壓閥，先導閥手柄移動的角度與輸出壓力成正比，主操縱閥的閥芯位移與先導閥輸出壓力也成正比，所以整機具有良好的微動性。同時負荷傳感閥使執(zhí)行元件的運動速度與負載無關(guān)，降低了操作者的操作難度，減輕了操作者的勞動強度。起升油路分主卷揚油路和副卷揚油路，液壓泵采用具有壓力切斷功能的雙向電液比例排量調(diào)節(jié)泵，此泵能實現(xiàn)排量與輸入電壓信號成正比的控制功能，用手動比例電壓控制閥來進行調(diào)節(jié)，它與變量馬達構(gòu)成了兩個獨立的容積調(diào)速回路。卷揚機構(gòu)采用變量馬達使整機具有輕載高速、重載低速的特點。副卷揚油路可通過合流閥向主卷揚油路自動合流。主副卷揚回路中設(shè)有壓力記憶閥，防止二次起升下墜，緩沖補油和自動冷熱油交換等裝置。QY25K型起重機屬于中型起重機，回轉(zhuǎn)比擬頻繁，所以回轉(zhuǎn)油路由雙向電液比例排量調(diào)節(jié)泵和定量馬達組成，除采用緩沖補油和冷熱油自動交換措施外，還采用了防止“打?，F(xiàn)象”〔在回轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)打停后再回轉(zhuǎn)現(xiàn)象〕和防止臂桿因外力〔風力等〕引起的自由擺動的特殊閥。伸縮回路有四級液壓缸，使用電液閥控制使液壓缸實現(xiàn)順序伸縮和各節(jié)臂單獨伸縮。回路中，電磁閥僅通過推動液動閥所需的流量，流量較小，而流動閥才是通過工作機構(gòu)所需的大流量。這樣電磁閥可靠性大大提高。液動閥可通過很大流量，從而提高伸縮速度。大中型起重機的變幅機構(gòu)，為了減小變幅缸的缸徑，通常采用雙缸并聯(lián)回路，即兩個等直徑的變幅缸分別置于臂的兩側(cè)跟臂一起剛性連接。本機采用液控單向閥來鎖緊臂自動下滑，才用了一平衡閥來防止在變幅下降時產(chǎn)生超速現(xiàn)象。伸縮、變幅回路在工作時只能一個單獨工作，用電液比例換向閥來控制它們的伸縮速度。本機采用了一個二位六通轉(zhuǎn)閥來切換伸縮、變幅油路，這樣不但可以實現(xiàn)一個操作手柄單獨操作伸縮、變幅工作，而且用一個二位六通轉(zhuǎn)閥替換了一個電液比例換向閥和一個電路切換開關(guān)降低了生產(chǎn)本錢。根據(jù)汽車起重機的工況，支腿回路、伸縮回路和變幅回路只能一個單獨工作，所以采用同一個液壓泵供油。主、副卷揚回路，回轉(zhuǎn)回路都用了電液比例排量調(diào)節(jié)泵，它們都帶有副泵，此副泵負責給自己所在閉式回路補油和提供控制油。25噸液壓汽車起重機還另外聯(lián)接和驅(qū)動各機構(gòu)的還有液壓傳動系統(tǒng)。這此機構(gòu)應(yīng)能完成重物的提升和下降,改變作業(yè)的高度和方位及作業(yè)半徑等其本作業(yè)運動外,即其必須完成的動作外,在液壓系統(tǒng)設(shè)計中還必須保證:(1)在提升和下放改變方位負載時,應(yīng)防止由于負載和落臂自重而導致失速降落;(2)各方位都應(yīng)有良好的微動性能,防止重物就位時發(fā)生沖擊碰撞;(3)支腿在起重和汽車起重機行進中,不得因重物負載而自行伸縮。2.3QY25K汽車起重機的各組合、分配及控制1.各機構(gòu)組合情況圖2-2各機構(gòu)動作組合情況Figure2-2institutionsactioncombination支腿機構(gòu)在起升過程中不能動作，但是支腿回路不工作時其他的回路均不能工作，起升與變幅，伸縮、回轉(zhuǎn)回路要有組合動作功能，回轉(zhuǎn)、伸縮、變幅回路之間不需要組合動作。各機構(gòu)組合情況如圖2-2所示。2.動力分配情況根據(jù)設(shè)計要求、工作情況、起重量等，本機的動力分配如圖2-3所示：圖2-3上車動力分配情況Figure2-3onpowerdistribution3、各機構(gòu)組合控制情況對于支腿回路伸縮速度控制、伸縮回路、變幅回路、回轉(zhuǎn)回路、主副卷揚回路都采用了電液比例控制方式，用手動比例電壓控制閥手柄做操縱工具，其搭配情況如圖2-4所示。圖2-4手動控制閥手柄的工作位置搭配情況Figure2-4manualcontrolvalvehandlepositionmatchsituation2.4QY25K汽車起重機的整機技術(shù)參數(shù)表2-1為汽車起重機行駛狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù)[12]，表2-2為汽車起重機起重作業(yè)狀態(tài)主要參數(shù)。表2-1起重機行駛狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù)Fig.2-1Cranerunningstatus,maintechnicalparameters類別項目單位參數(shù)尺寸參數(shù)整機全長mm12550整機全寬mm2500整機全高mm3380軸距第一軸距mm4425第二軸距mm1350重量參數(shù)行駛狀態(tài)總質(zhì)量kg29400軸荷前軸kg6200后軸kg23200發(fā)動機額定功率kw/rpm206/2200發(fā)動機額定扭矩N.m/rpm1112/1400行駛參數(shù)最高行駛速度km/h75最小轉(zhuǎn)彎直徑m22最小離地間隙mm260接近角°16離去角°13制動距離〔車速為30km/h〕m≤10最大爬坡度%30百公里油耗l≤37表2-2起重作業(yè)狀態(tài)主要技術(shù)參數(shù)Fig.2-2Liftingoperationstatusofmaintechnologyparameters類別項目單位參數(shù)主要性能參數(shù)最大額定總起重量t25最小額定工作幅度m3轉(zhuǎn)臺尾部回轉(zhuǎn)半徑m3.065最大起重力矩基本臂kN·m1000支腿距離縱向m5.14橫向m6.0起升高度基本臂m10.7最長主臂m33.15最長主臂+副臂m41.2起重臂長度基本臂m10.6最長主臂m33最長主臂+副臂m41.15工作速度參數(shù)起重臂變幅時間起臂s75落臂s45起重臂伸縮時間全伸s100全縮s60最大回轉(zhuǎn)速度r/min2.5起升速度主起升機構(gòu)滿載m/min75空載m/min120副起升機構(gòu)滿載m/min75空載m/min1202.5QY25K汽車起重機的工作等級起重機在有效工作期間有一定總工作循環(huán)數(shù)，起重機作業(yè)的工作循環(huán)是從準備其吊物品開始到下一次其吊物品為止的過程。工作循環(huán)次數(shù)表征起重機的利用程度，是起重機分級的根本參數(shù)之一。確定適當?shù)氖褂脡勖鼤r要考慮經(jīng)濟，技術(shù)和環(huán)境等因素，同時還要考慮設(shè)備老化的影響。工作循環(huán)次數(shù)除了可根據(jù)經(jīng)驗確定，還可根據(jù)下式進行計算：〔次〕〔2-1〕式中:Y—起重機的使用壽命以年計算，與起重機的類型、用途、環(huán)境、技術(shù)、經(jīng)濟因素有關(guān)。由于本設(shè)計為25噸，參見《起重機設(shè)計手冊》[11]不同類型起重機使用壽命表，如表2-3所示，可知Y=13年。B—起重機一年中的工作天數(shù)，取B=300天。H—起重機每天工作小時數(shù)，取H=8小時。T—起重機一個工作循環(huán)的時間，設(shè)定為T=300秒。根據(jù)以上計算所得出的數(shù)據(jù)，(次)參見《起重機設(shè)計手冊》[7]起重機利用等級表，如表2-3所示，可以選擇起重機的利用等級為，起重機的使用情況為，經(jīng)常中等的使用。表2-3起重機利用等級Fig.2-3Cranebygrade利用等級總的工作循環(huán)次數(shù)/N起重機使用情況利用等級總的工作循環(huán)次數(shù)/N起重機使用情況1.65經(jīng)常中等的使用3.21不經(jīng)常繁忙使用6.3不經(jīng)常使用21.254繁忙的使用2.5經(jīng)常清閑的使用42.6典型工況分析及對系統(tǒng)要求伸縮機構(gòu)的作業(yè)情況汽車起重機工作中主要用到的機構(gòu)是主、副卷揚機構(gòu)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)；在重物下降定位時常常用到變幅機構(gòu)。帶載伸縮是比擬危險的，在實際作業(yè)中很少使用，空載吊臂伸縮循環(huán)僅占試驗根本工況作業(yè)循環(huán)次數(shù)的5％，故伸縮及帶載伸縮不是典型工況。副臂的作業(yè)情況大多數(shù)汽車起重機都帶有副臂，它的作用是增加起重機的最大起升高度。很多大型汽車起重機主臂前都有一個突出滑輪，在副卷揚工作時，順著滑輪升降副吊鉤，用于幅臂單獨起吊較小起重量，很少使用。而用副臂幅卷揚與主卷揚進行共同吊重的情況更為少見。本機屬于中型起重機，一般不提倡采用副臂工作，不過它可以增加最大起升高度，用于特殊場合。三個以上機構(gòu)的組合作業(yè)情況有些大型汽車起重機要求有三、四個動作同時組合功能，是靠手柄的45°聯(lián)動功能實現(xiàn)的，即一個手柄同時控制兩個機構(gòu)的運動，這種操作方式對司機的操作水平要求很高，且有危險，實際作業(yè)中很少使用。本機為中型起重機實現(xiàn)功能沒有大型的多，操作也沒大型的那么復雜，采用電液比例伺服系統(tǒng)來控制，操作靈活穩(wěn)定，因此，對操作人員要求不是很高。典型工況確實定根據(jù)各機構(gòu)的實際作業(yè)情況，起重機試驗標準，以及很多操作者的實際經(jīng)驗，可確定表2-4的五種工況，作為大中型汽車起重機的典型工況。設(shè)計液壓系統(tǒng)時要求各系統(tǒng)的動作能夠滿足這些工況要求。表2-4汽車起重機典型工況表Fig.2-4Typicalworkingconditiontabletruckcrane序號工況一次循環(huán)內(nèi)容特點1根本臂；額定起重量的80％；相應(yīng)的工作幅度。主卷揚起升－回轉(zhuǎn)－下降〔中間制動一次〕起重噸位大，動作單一，很少與回轉(zhuǎn)等機構(gòu)組合動作2根本臂；額定起重量的80％；相應(yīng)的工作幅度。主卷揚起升－回轉(zhuǎn)－下降－停頓—起升－回轉(zhuǎn)－下降 〔中間制動一次〕主卷揚組合動作主要用于平吊安裝或空中翻轉(zhuǎn)3中長臂；中長臂最大額定起重量的1/2；相應(yīng)的工作幅度。〔主卷揚起升＋回轉(zhuǎn)〕－變幅－下降－〔起升＋回轉(zhuǎn)〕－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4中長臂；中長臂最大額定起重量的1/2；相應(yīng)的工作幅度。主卷揚起升－回轉(zhuǎn)－變幅－下降－停頓—起升－回轉(zhuǎn)－下降〔中間制動一次〕中長臂中等起重量工況出現(xiàn)機率大，此時平吊安裝或空中翻轉(zhuǎn)作業(yè)也常用5最長臂；最長臂最大額定起重量的1/2；相應(yīng)的工作幅度。主卷揚起升－回轉(zhuǎn)－變幅－下降(中間制動一次〕利用它臂長特點起吊小起重量高空作業(yè)系統(tǒng)要求根據(jù)汽車起重機的典型工作狀況對系統(tǒng)的要求主要反映在對以下幾個液壓回路的要求上。1)起升回路(1)主、副卷揚既能單動，又能同時動作，要求自動分流合流并將保證低壓合流高壓自動分流。(2)副卷揚只要求單泵供油。(3)要求卷揚機構(gòu)微動性好，起、制動平穩(wěn)，重物停在空中任意位置能可靠制動，即二次下滑問題，以及二次下降時的重物或空鉤下滑問題，即二次下降問題。2)回轉(zhuǎn)回路(1)具有獨立工作能力。(2)回轉(zhuǎn)制動應(yīng)兼有常閉制動和常開制動〔可以自由滑轉(zhuǎn)對中〕，兩種情況。3)變幅回路(1)帶平衡閥并設(shè)有二次液控單向閥鎖住保護裝置。(2)要求起落臂平穩(wěn)，微動性好，變幅在任意允許幅值位置能可靠鎖死。(3)要求在有載荷情況下能微動。(4)平衡閥應(yīng)備有下腔壓力傳感器接口，作為力矩限制器檢測星號源。4)伸縮回路本機伸縮機構(gòu)采用四節(jié)臂〔含有三個液壓缸〕，由于本機為中型起重機為了使本機運用廣泛，采用電液閥控制液壓缸實現(xiàn)各節(jié)臂順序伸縮。各節(jié)臂具有任意伸縮的選擇性，但不能實現(xiàn)同部伸縮。5)控制回路(1)為了使操縱方便總體要求操縱手柄限制為兩個。(2)操縱元件必須具有45°方向操縱兩個機構(gòu)聯(lián)動能力。6)支腿回路(1)要求垂直支腿不泄漏，具有很強的自鎖能力〔不軟腿〕。(2)要求各支腿可以進行單獨調(diào)整。(3)要求水平支腿伸出距離足夠大，能夠滿足最大吊重而不至于整機傾翻。(4)要求垂直支腿能夠承載最大起重時的壓力。(5)起重機行走時不產(chǎn)生掉腿現(xiàn)象。2.7QY25K汽車起重機主機的工況分析主機的用途、工藝過程、總體布局以及對液壓傳動裝置的位置和空間尺寸的要求；主機對液壓系統(tǒng)的性能要求，如自動化程度、調(diào)速范圍、運動平穩(wěn)性、換向定位精度以及對系統(tǒng)的效率、溫升等的要求；液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境，如溫度、濕度、振動沖擊以及是否有腐蝕性和易燃物質(zhì)存在等情況。在上述工作的根底上，應(yīng)對主機進行工況分析，工況分析包括運動分析和動力分析，對復雜的系統(tǒng)還需編制負載和動作循環(huán)圖，由此了解液壓缸或液壓馬達的負載和速度隨時間變化的規(guī)律，以下對工況分析的內(nèi)容作具體介紹。運動分析主機的執(zhí)行元件按工藝要求的運動情況，可以用位移循環(huán)圖(L—t)，速度循環(huán)圖(v—t)，或速度與位移循環(huán)圖表示，由此對運動規(guī)律進行分析。1)位移循環(huán)圖s—t圖2-5為液壓機的液壓缸位移循環(huán)圖，縱坐標s表示活塞位移，橫坐標t表示從活塞啟動到返回原位的時間，曲線斜率表示活塞移動速度。該圖清楚的說明了汽車起重機的主液壓缸的工作循環(huán)分別由快速下行、減速下行、壓制、保壓、泄壓慢回和快速回程六個階段組成。圖2-5位移循環(huán)圖Figure2-5displacementcyclediagram2)速度循環(huán)圖v—t(或v—s)工程中液壓缸的運動特點可歸納為三種類型。圖2-6為三種類型液壓缸的v—t圖，第一種如圖2-6中實線所示，液壓缸開始作勻加速運動，然后勻速運動，圖2-6速度循環(huán)圖Figure2-6speedloopdiagrams最后勻減速運動到終點；第二種，液壓缸在總行程的前一半作勻加速運動，在另一半作勻減速運動，且加速度與減速度的數(shù)值相等；第三種，液壓缸在總行程的一大半以上以較小的加速度作勻加速運動，然后勻減速至行程終點。v—t圖的三條速度曲線，不僅清楚地說明了三種類型液壓缸的運動規(guī)律，也間接地說明了三種工況的動力特性。動力分析動力分析，是研究機器在工作過程中，其執(zhí)行機構(gòu)的受力情況，對液壓系統(tǒng)而言，就是研究液壓缸或液壓馬達的負載情況。1)液壓缸的負載及負載循環(huán)圖圖2-7負載循環(huán)圖Figure2-7loadcyclediagram2)液壓缸的負載力計算工作機構(gòu)作直線往復運動時，液壓缸必須克服的負載由六局部組成(2-2)式中：Fc為切削阻力；Ff為摩擦阻力；Fi為慣性阻力；Fg為重力；Fm為密封阻力；Fb為排油阻力。3)液壓缸運動循環(huán)各階段的總負載力液壓缸運動循環(huán)各階段的總負載力計算，一般包括啟動加速、快進、工進、快退、減速制動等幾個階段，每個階段的總負載力是有區(qū)別的。(1)啟動加速階段：這時液壓缸或活塞處于由靜止到啟動并加速到一定速度，其總負載力包括導軌的摩擦力、密封裝置的摩擦力(按缸的機械效率計算)、重力和慣性力等項，即：(2-3)(2)快速階段：(2-4)(3)工進階段：(2-5)(4)減速：(2-6)對簡單液壓系統(tǒng)，上述計算過程可簡化。例如采用單定量泵供油，只需計算工進階段的總負載力，假設(shè)簡單系統(tǒng)采用限壓式變量泵或雙聯(lián)泵供油，那么只需計算快速階段和工進階段的總負載力。液壓馬達的負載工作機構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動時，液壓馬達必須克服的外負載為：(2-7)1)工作負載力矩Me。工作負載力矩可能是定值，也可能隨時間變化，應(yīng)根據(jù)機器工作條件進行具體分析。2)摩擦力矩Mf。為旋轉(zhuǎn)部件軸頸處的摩擦力矩，其計算公式為：(2-8)式中：G為旋轉(zhuǎn)部件的重量(N)；f為摩擦因數(shù)，啟動時為靜摩擦因數(shù)，啟動后為動摩擦因數(shù)；R為軸頸半徑(m)。3)慣性力矩Mi。為旋轉(zhuǎn)部件加速或減速時產(chǎn)生的慣性力矩，其計算公式為：(2-9)式中：ε為角加速度(r/s2)；Δω為角速度的變化(r/s)；Δt為加速或減速時間(s)；J為旋轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)動慣量()。為回轉(zhuǎn)部件的飛輪效應(yīng)()。3QY25K汽車起重機液壓系統(tǒng)設(shè)計3.1QY25K汽車起重機液壓系統(tǒng)額定壓力確實定系統(tǒng)工作壓力應(yīng)按整機性能要求，考慮經(jīng)濟性和液壓技術(shù)現(xiàn)有水平確定。在給定外負載下。系統(tǒng)的工作壓力越高，各液壓元件及管路系統(tǒng)的尺寸就越小。重量越輕.結(jié)構(gòu)越緊湊。但由此導致對密封、制造加工精度和元件材質(zhì)的要越嚴，維護和修理也越困難。況且系統(tǒng)工作壓力高到一定程度后，隨著高壓力對壁厚和密封要求的提高，系統(tǒng)的尺寸和重量反而會增加。由《起重機設(shè)計手冊》可知現(xiàn)有輪式起重機采用的工作壓力為:1)中壓:10MPa~25MPa，用于中小型輪式起重機；2)高壓:25MPa~32MPa,用于大中型輪式起重機；3)超高壓:32MPa以上，用于特大型或有特殊要求的輪式起重機。QY25K汽車起重機屬于中小型汽車起重機。結(jié)合實際情況，本文在進行系統(tǒng)設(shè)計計算時，初選系統(tǒng)壓力為20MPa。3.2QY25K汽車起重機液壓系統(tǒng)的根本回路設(shè)計起升機構(gòu)回路的設(shè)計起升機構(gòu)是起重機械的主要機構(gòu)，用以實現(xiàn)重物的升降運動。起升機構(gòu)通常由原動機、減速器、卷筒、制動器、離合器、鋼絲繩滑輪組和吊鉤等組成。起升機構(gòu)簡圖如圖3.1所示。圖3-1起升機構(gòu)簡圖Figure3-1liftingmechanismdiagram起升液壓油路回路起到使重物升降的作用。起升液壓油路回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥、液壓離合器、液壓制動器和液壓馬達組成。起升液壓回路設(shè)計原理圖如圖3-2所示。圖3-2起升機構(gòu)液壓回路圖Figure3-2liftingmechanismhydrauliccircuitdiagram起升回路是起重機液壓系統(tǒng)的主要回路，對于大、中型汽車起重機一般都設(shè)置主、副卷揚起升系統(tǒng)。它們的工作方式有單獨吊重、合流吊重以及共同吊重三種方式，其中對于吊大噸位且要求速度不太高時用主卷揚吊的方式，對于起吊小噸位且要求速度不太高時用副卷揚吊單獨吊重的方式；對于吊大噸位且要求速度比擬高時用主卷揚泵合流吊重的方式；對于吊比擬長的物體時用共同吊重的方式。變幅、伸縮機構(gòu)回路的設(shè)計1)變幅機構(gòu)回路的設(shè)計變幅回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥和變幅液壓缸組成。最常見的液壓變幅機構(gòu)是用雙作用液壓缸作液動機，也有采用液壓馬達和柱塞缸。因此本設(shè)計采用雙作用液缸作液動機。液壓油路設(shè)計原理圖如圖3-3所示。變幅機構(gòu)在工作裝置作業(yè)時，其液壓缸處于閉鎖狀態(tài)，受負載較大，要求不能無控制自動回縮。變幅缸的內(nèi)漏和外漏會使工作幅度變大而造成重大事故。另外，變幅機構(gòu)落臂時，因載荷的重力作用，會產(chǎn)生重力超速現(xiàn)象，需要限速措施。因此，在此機構(gòu)中必須設(shè)置限速裝置。國內(nèi)外太都采用使用平衡閥(限速閥)的限速回路。平衡閥不僅能防止超速下行，也能保證整個下降過程為勻速過程。圖3-3變幅機構(gòu)回路Figure3-3luffingmechanismcircuit2)伸縮機構(gòu)回路的設(shè)計吊臂伸縮機構(gòu)是一種多級式伸縮起重臂伸出與縮回的機構(gòu)。采用液壓驅(qū)動時，執(zhí)行元件選用液壓油缸，利用缸體和活塞桿的相對運動推動下級吊臂的伸縮。通常，n節(jié)吊臂那么相應(yīng)要有〔n-1〕個液壓缸一活塞組。在設(shè)計相鄰的三節(jié)臂伸縮機構(gòu)時，為了減輕重量，還可以利用吊臂之間伸縮的比例關(guān)系，采用鋼絲繩滑輪組(或鏈條鏈輪〕實現(xiàn)第三節(jié)臂的伸縮以代替一只液壓缸，這就形成了液壓—機械驅(qū)動形式。液壓—機械驅(qū)動還有另一種形式，即采用液壓馬達減速后驅(qū)動螺桿旋轉(zhuǎn)，利用螺桿和螺母間的相互運動推動下級吊臂移動,這種方法自重較輕，可以提高大幅度時的起重量，另外還大大減少了漏油部位，維修也比擬方便。借助液壓作為動力伸縮吊臂的最大優(yōu)點在于可以實現(xiàn)無級伸縮以及不同程度上實現(xiàn)帶載伸縮，這就擴大了起重機在復雜使用條件下的使用功能，伸縮機構(gòu)簡圖如圖3-4所示。圖3-4伸縮機構(gòu)液壓油路回路圖Figure3-4'stretchinghydrauliccircuitcircuitdiagram回轉(zhuǎn)機構(gòu)回路的設(shè)計工程起重機能將起重物送到指定工作范圍內(nèi)的任意空間位置，除了依靠起升機構(gòu)實現(xiàn)重物的垂直位移外，回轉(zhuǎn)運動是實現(xiàn)水平位移的方法之一，盡管此種運動形式的水平移動范圍有限，但所需功率小，要求也比擬簡單，故在大多數(shù)工程起重機中被采用，而且一般還都設(shè)計成全回轉(zhuǎn)式的，即可在左右方向任意進行回轉(zhuǎn)。全回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)機構(gòu)由三局部組成:(1)回轉(zhuǎn)機構(gòu)的原動機，是整機的傳動分流裝置中的一個傳動元件，它可以是電機、液壓馬達，或者是某根軸。一般來說，原動機的選擇是由起重機的總動力源所決定的。(2)回轉(zhuǎn)機構(gòu)的機械傳動裝置，一般起減速作用。(3)回轉(zhuǎn)機構(gòu)小齒輪通過和回轉(zhuǎn)支承裝置上的大齒圈嚙合，以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)平臺的回轉(zhuǎn)運動。液壓油路設(shè)計原理圖如圖3-5所示。圖3-5回轉(zhuǎn)機構(gòu)液壓回路圖Figure3-5slewingmechanismhydrauliccircuitdiagram回轉(zhuǎn)回路起到使吊臂回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)重物水平移動的作用。它主要由液壓泵、換向閥、平衡閥、液壓離合器和液壓馬達組成，由于回轉(zhuǎn)力比擬小所以其結(jié)構(gòu)沒有起升回路復雜?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)使重物水平移動的范圍有限，但所需功率小，所以一般汽車起重機都設(shè)計成全回轉(zhuǎn)式的，即可在左右方向任意進行回轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)由一個大轉(zhuǎn)矩液壓馬達驅(qū)動，它能雙向驅(qū)動轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)。通過齒輪、蝸桿機構(gòu)減速，轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)速度為1r/min～3r/min。由于速度較低，慣性較小，一般不設(shè)緩沖裝置，液壓馬達的回轉(zhuǎn)由三位六通手動換向閥控制，當三位六通手動換向閥工作在左位或右位時，分別驅(qū)動液壓馬達正向或反向回轉(zhuǎn)。支腿機構(gòu)回路的設(shè)計汽車起重機的支腿必需做成可伸縮的。在老式的起重機上支腿的伸縮都是人力的，極為不便。在現(xiàn)代的液壓起重機中，支腿的伸縮也是液壓傳動的。本車采用H式支腿結(jié)構(gòu)比擬合理。H式支腿，此支腿外伸距離大，每一支腿有兩個液壓缸，一水平的(或略帶傾斜的)，一垂直的支承液壓缸，支腿外伸后呈H形。為保證足夠的外伸距離，左右支腿相互叉開。H式支腿對地面適應(yīng)性好，易于調(diào)平，廣泛采用在中、大型起重機上。對于支腿跨距確實定,所示，汽車起重機支腿是前后設(shè)置的，并向兩側(cè)方向伸出，形成矩形穩(wěn)定面。因此，支腿橫向跨距選取要適當，原那么上是起重機在吊臂強度允許的起重量時，其穩(wěn)定度到達規(guī)定的要求即可。支腿全部外伸時可將起重機作業(yè)區(qū)域分四塊:即右側(cè)方作業(yè)區(qū)、前方作業(yè)區(qū)、左側(cè)方作業(yè)區(qū)和前方作業(yè)區(qū)。支腿跨距確實定，完全從穩(wěn)定角度出發(fā)。支腿橫向外伸跨距的最小值是要保證起重機在正側(cè)方吊重的穩(wěn)定，也即是在起吊臨界起重量時，全部重量的合力將落在支腿中心線上。也就是要使支腿中心連線內(nèi)、外的力矩處于平衡狀態(tài)。圖3-6汽車起重機支腿液壓回路原理圖Figure3-6truckcraneoutriggerhydrauliccircuitprinciplediagram1)圖3-6為中小噸位汽車起重機支腿液壓回路原理圖，它共有八個液壓缸，即四個水平缸和四個垂直缸，這八個液壓缸屬于起重機下車液壓系統(tǒng)的一局部支腿液壓回路除了八個液壓缸外，主要還包括：一個三聯(lián)齒輪泵，下車多路閥，吸油濾油器，回油濾油器，兩條主油路，供油路K3，回油路K2，壓力表，每個液壓缸都有一個雙向液壓鎖。2)下車液壓支腿共有五個工作狀態(tài)：(1)無工作(2)水平同步伸(3)水平同步縮(4)垂直同步伸(5)垂直同步縮3)五個不同的工作狀態(tài)的過程分析：第一種：無動作，液壓油經(jīng)過吸油濾清器過濾被32號泵吸入下車主油路，油壓超過規(guī)定的壓力值時〔液壓表控制〕一局部經(jīng)溢流閥流回主回油路經(jīng)回油濾油器回油箱，另一局部經(jīng)K3進入起重機上車，循環(huán)一周后經(jīng)K2回油箱。第二種：水平同步伸，液壓油經(jīng)吸油濾油器過濾后被2號泵吸入下車主供油路，經(jīng)壓力表測試，多余的油液會經(jīng)溢流閥流回下車主回油路，另一局部油液經(jīng)手動三位四通換向閥的上位〔此時三位四通閥A2,B2，A3，B3，A4，B4，A5，B5采用的是并聯(lián)的方式連接〕分別進入四個水平液壓缸的無桿腔，實現(xiàn)水平缸伸長，同時有桿腔中的油液聚集后經(jīng)V,H手動換向閥的上位進入主回油路再由回油濾油器過濾后回油箱。第三種：水平同步縮，液壓油經(jīng)吸油濾油器過濾后被2號泵吸入下車主供油路，經(jīng)壓力表測試，多余的油液會經(jīng)溢流閥流回下車主回油路，另一局部油液經(jīng)手動三位四通換向閥的下位〔此時三位四通閥A2,B2，A3，B3，A4，B4，A5，B5采用的是并聯(lián)的方式連接〕分別進入四個水平液壓缸的有桿腔，實現(xiàn)水平缸縮回，同時無桿腔中的油液聚集后經(jīng)V,H手動換向閥的下位進入主回油路再由回油濾油器過濾后回油箱。第四種：垂直同步伸，液壓油經(jīng)吸油濾油器過濾后被2號泵吸入下車主供油路，經(jīng)壓力表測試，多余的油液會經(jīng)溢流閥流回下車主回油路，另一局部油液經(jīng)手動三位四通換向閥的上位〔此時三位四通閥A2,B2，A3，B3，A4，B4，A5，B5采用的是并聯(lián)的方式連接〕分別進入四個垂直液壓缸的無桿腔，實現(xiàn)水平缸伸長，此時有桿腔受液壓雙向鎖控制可防止靜態(tài)時動臂自然你那下降同時有桿腔中的油液聚集后經(jīng)V,H手動換向閥的上位進入主回油路再由回油濾油器過濾后回油箱。第五種：垂直同步縮，液壓油經(jīng)吸油濾油器過濾后被2號泵吸入下車主供油路，經(jīng)壓力表測試，多余的油液會經(jīng)溢流閥流回下車主回油路，另一局部油液經(jīng)手動三位四通換向閥的下位〔此時三位四通閥A2,B2，A3，B3，A4，B4，A5，B5采用的是并聯(lián)的方式連接〕分別進入四個垂直液壓缸的有桿腔，實現(xiàn)垂直缸收縮，此時有桿腔受液壓雙向鎖控制可防止靜態(tài)時動臂自然你那下降同時無桿腔中的油液聚集后經(jīng)V,H手動換向閥的上位進入主回油路再由回油濾油器過濾后回油箱。3.3液壓系統(tǒng)的控制分析負荷傳感負荷傳感系統(tǒng)作為一種新型液壓控制技術(shù)，在許多新開發(fā)的液壓起重機上得到了應(yīng)用。負荷傳感系統(tǒng)可根據(jù)負載的變化，對泵流量作相應(yīng)的調(diào)節(jié)，使換向閥(包括回轉(zhuǎn)閥)節(jié)流點前后的壓差保持不變，即泵的壓力總是等于負荷壓力與此節(jié)流壓差之和，使泵流量始終與換向閥上調(diào)節(jié)的流量需求相適應(yīng)。因此，負荷傳感系統(tǒng)不受負載變化的影響，使調(diào)速剛度太為提高。另外，負荷傳感系統(tǒng)使起重機具有良好的復臺操作性。對起重機而言，操作者要求的流量(與操縱桿的動作幅度成比例)往往設(shè)定的比泵的可能排量大，當幾個操縱桿同時動作時，流量就不夠了。在此隋況下，負荷傳感系統(tǒng)可將不夠充裕的流量恰如其分地分配給各執(zhí)行元件，以解決其因負載不同而產(chǎn)生的速度相互干擾問題，以滿足對速度穩(wěn)定·陛有較高要求的工作場合。1)組成如圖3-7所示，1-壓力補償閥，2-換向閥，3-負荷傳感閥，4-偏置活塞，5-控制活塞負荷傳感系統(tǒng)主要包括變量泵、換向閥(包括回轉(zhuǎn)閥)、壓力補償閥和梭閥等。為簡化起見，用手動二位二通閥表示換向閥。2)負荷傳感系統(tǒng)工作原理變量泵通過檢測和維持泵出口壓力和負載壓力之差，使泵的流量僅決定于系統(tǒng)回路中換向閥開口大小，與負荷壓力無關(guān)。變量泵調(diào)節(jié)裝置主要由負荷傳感閥、偏置活塞和控制活塞組成。工作時，泵出口壓力油連續(xù)不斷地進入偏置活塞，使偏置活塞推動變量泵斜盤向全排量方向擺動。負荷傳感閥的左端與泵出口壓力油相連，右端作用有負載壓力和負荷傳感閥彈簧力。調(diào)節(jié)負荷傳感閥的彈簧，可以在泵出口和負載壓力之間維持一個相應(yīng)的恒定壓差△P0，以保證泵的供油壓力僅高于負荷壓力一個很小的壓差。當壓差上升時，負荷傳感閥閥芯移動，使泵的出口壓力油進入控制活塞，變量泵斜盤傾角變小，流量逐步降低，以使壓差回復到△P0；當壓差下降時，負荷傳感閥閥芯反方向移動，使控制活塞的壓力油釋放，變量泵斜盤傾角變太，從而調(diào)節(jié)泵的排量，滿足流量的需求，并使泵出口與負載問的壓差AP回復到原設(shè)定值△Pn。圖3-7負荷傳感系統(tǒng)回路圖[8]Figure3-7loadsensingsystemcircuitdiagram恒功率控制液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用于機床、工程機械、船舶等設(shè)備，而現(xiàn)代液壓控制系統(tǒng)越來越趨向于高壓大功率，因此要求更多的使用功率調(diào)節(jié)。液壓系統(tǒng)恒功率控制是要求根據(jù)負載的變化情況調(diào)整其輸出流量，使泵的輸出功率接近于負載所需要的功率，實現(xiàn)動力源和負載之的功率適應(yīng)和功率匹配，使原動機工作在最正確工況下，從而減少原動機的能耗，到達節(jié)能之目的。目前，國內(nèi)外出現(xiàn)的恒功率控制方案按提供的控制力可分為：液壓力——彈簧力平衡方式；電磁力——彈簧力平衡方式。這兩種方案均是基于階梯變剛度彈簧力與控制力的平衡來實現(xiàn)變量機構(gòu)的調(diào)節(jié)，其結(jié)果為以直代曲近似實現(xiàn)壓力和流量之間的雙曲線函數(shù)關(guān)系，因此很難保證系統(tǒng)工作在最正確工況下。本機提出一種包含壓力反應(yīng)與位移反應(yīng)修正、輸出功率可調(diào)、控制精度較高的恒功率控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。3.3QY25K汽車起重機液壓系統(tǒng)原理圖如圖3-8所示為汽車起重機液壓系統(tǒng)原理圖。圖3-8汽車起重機液壓系統(tǒng)原理圖Figure3-8truckcranehydraulicsystemschematicdiagram4QY25K汽車起重機液壓系統(tǒng)參數(shù)的計算4.1變幅機構(gòu)圖4-1前傾式變幅機構(gòu)Figure4-1forwardtypeluffingmechanism液壓汽車起重機的變幅機構(gòu)使用液壓缸來驅(qū)動動臂變幅。液壓缸的布置形式有三種，分別是前傾式、后傾式和后拉式。前傾式如圖4-1所示。因液壓缸前傾，其對動臂作用力臂較長，變幅缸的推力可以較小些，故缸徑較小。因臂的懸臂長度較短，對臂受力有利大多數(shù)全液壓汽車起重機都采用此布置形式。變幅液壓缸的受力分析圖4-2變幅液壓缸的幾何示意圖Figure4-2luffingcylindergeometrydiagram變幅機構(gòu)三鉸點的幾何關(guān)系簡化成ΔABC〔見圖4-2〕。AB為油缸，A、B點為變幅油缸在轉(zhuǎn)臺和吊臂上的鉸點OO1為起重機的回轉(zhuǎn)中心線。當在工作幅度R吊起載荷Q時，對吊臂后鉸點C的平衡方程式為：〔4-1〕式中：—變幅油缸推力；Q—工作負載的重量；h—變幅油缸推力對吊臂鉸點C的力臂；—吊臂的仰角；—吊臂的長度；—吊臂的重量；—吊臂的重心距C點的距離；S—起升繩的拉力；e—隨角變的起升繩到鉸點C的距離。因為Se<<Q(R+a)，上式可簡化為：(4-2)式〔4-2〕說明，當起重機的額定載荷Q確定后，油缸的推力是仰角α和力臂h的函數(shù)。仰角和力臂h是由變幅機構(gòu)三鉸點的幾何形裝決定的，即ΔABC的形狀決定油缸推力。變幅機構(gòu)鉸點三角形由汽車起重機吊臂的根部鉸點和變幅油缸上下鉸點所組成的變幅機構(gòu)三鉸點是整機總體設(shè)計的重要局部，如圖4-3所示為三鉸點安裝簡圖。三鉸點布置的合理與否，對總體設(shè)計影響很大。通常在設(shè)計三鉸點時，是通過作圖和計算相結(jié)合的方法得到的，這種方法對變幅油缸受力、油缸參數(shù)是否合理以及整機重量、橋荷分配和起重性能的影響均不清楚。圖4-3吊臂及油缸安裝圖Figure4-3boomandcylinderinstallationdrawing如圖4-4所示，分別對應(yīng)圖4-4，AB1、AB2分別為變幅缸未伸出和伸出時的長度，OB1、OB2分別表示吊臂處于不同位置，B1CB2表示隨著起升高度的增加圖4-4吊臂及油缸安裝圖Figure4-4boomandcylinderinstallationdrawingB點的運動軌跡。設(shè)r為動搖桿OB的長度，d為機架OA長度，L為AB長度，為搖桿OB的擺角，為機構(gòu)運動的傳動角，符號角碼1和2分別表示機構(gòu)處于初始位置和終止位置，=現(xiàn)取18°。設(shè)機架為單位長，,,==為油缸伸長系數(shù)。在此三鉸點設(shè)計中，采取圖所示方法來實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計，這是一個>1的情況，由幾何關(guān)系〔余弦定理〕可以得出〔4-3〕〔4-4〕力隨臂架仰角而變化的曲線平衡，也就是機構(gòu)的傳動角變化要小，只有這樣變幅液壓缸能夠具有良好的工作環(huán)境和合理的機構(gòu)鉸點形狀。為了方便制造，L2/L1在1.6到1.8之間，現(xiàn)取1.6。把和代入上式得m=2.64、n1=1.93、n2=3.01。把r=SB/3(見下文)，SB=10.6m代入上式=(10.6/3)/d=2.64，d=1338mmOA=d=1338mm、AB=1.93d=2582mm、AB′=3.01d=4027mm。為方便計算和制造，將AB、AB′分別取為2600mm、4000mm。因為油缸受力在勻速階段是不變的，我們所計算的油缸的受力是以當起重為最大的候油缸所受的力為最大力。見圖4-4分析受力圖。可得出如下關(guān)系式：(4-5)計算得，當=3000mm時，=22.3°。此時OA、OB夾角為67.7°時，這樣所計算出的結(jié)果是較為平安可靠的，此時+∠AOB=90°，有油缸力臂L=1338mm。變幅液壓缸的推力計算圖4-5變幅液壓缸額定工作幅度的各參數(shù)圖Figure4-5rangeoftheparametersofthehydrauliccylinderratedrange變幅液壓缸受到的推力：(4-6)式中：—變幅軸線與水平線的夾角；—工作臂長；—吊臂的重量；—吊臂重心到鉸點C的距離；—變幅液壓缸與AC的夾角；R—起重機工作幅度；a—鉸點C與回轉(zhuǎn)中心的距離。鉸點C與回轉(zhuǎn)中心的距離a的取值范圍為1.5～3m，此時=67°；額定工作幅度下起重量Q=25000N；吊臂質(zhì)量的取值范圍是起重機總質(zhì)量25t的15%～20%，由于采用的是組合式伸縮臂，所以取吊臂的重量=;工作繩拉力N〔4-7〕式中：M=6;;。吊臂根本臂長=10.6m；鉸點A到C的距離AC=1338mm；AC與AB的夾角=62°；變幅液壓缸最大長度=4000mm；變幅液壓缸最小長度=2600mm。將以上參數(shù)帶入公式〔4-4〕得到變幅液壓缸的受到的推力：N(4-8)變幅液壓缸性能參數(shù)確實定1)變幅液壓缸壓力PN的選取系統(tǒng)的工作壓力為△P=20MPa，因為系統(tǒng)中有一定的背壓，所以選擇液壓缸的背壓力為2MPa，故取液壓缸的工作壓力PN=22MPa。2)變幅液壓缸內(nèi)徑Db確實定由于汽車起重機的變幅液壓缸是以無桿腔作為工作腔的，所以有公式如下m2〔4-9〕式中：F1—變幅油缸最大軸向阻力，F(xiàn)1=150KN;P—變幅油缸最大工作壓力，P=20Mpa;mm〔4-10〕參考表4-1液壓缸尺寸系列取液壓缸內(nèi)徑Db=160mm。A1=132cm表4-1液壓缸徑尺寸系列〔單位/mm〕[6]Fig.4-1Serieshydrauliccylinderdiametersize(unit/mm)8101216202532405063801001251602002503204003)變幅液壓缸活塞桿直徑d的計算由于活塞桿受到壓力作用，且PN=22MPa＞7MPa，故d=0.6D=0.6160mm=112mm。參看下表4-2取活塞桿的直徑d=100mm，A2=78.54cm2表4-2活塞桿直徑尺寸系列/mm[6]Fig.4-2Thepistonroddiametersizeseries4568101214161820222528323640455056637080901001101251401601802002202502803203604004)活塞桿理論推力F1和拉力F2的計算圖4-6活塞桿受力分析圖Figure4-6pistonrodstressanalysisdiagram當活塞桿伸出時理論推力F1：當活塞桿回縮時理論拉力F2式中：A1和A2分別為無桿腔和有桿腔的受力面積；PN為液壓缸的工作壓力，PN=22MPa。5)變幅液壓缸活塞桿行程S確實定由于液壓缸全伸時：ABmax=4000mm變幅液壓缸全縮時：ABmin=2600mm得到變幅液壓缸行程S：S=ABmax—ABmin=1400mm6)液壓缸最小導向長度H確實定導向長度過短，將使缸因配合間隙引起的初始撓度增大，影響液壓的工作性能和穩(wěn)定性，因此，設(shè)計必須保證缸有一定的最小導向長度，液壓缸的最小導向長度應(yīng)滿足：〔4-11〕式中：S是變幅液壓缸的最大行程，S=1400mm；D是變幅液壓缸的內(nèi)徑，D=160mm；故有：mm(4-12)因此最小導向長度H=150mm。7)液壓缸缸筒壁厚b的計算按薄壁計算缸筒壁厚，其計算公式[5]為：〔4-13〕式中：Pmax——最高允許壓力,MPa;——缸筒內(nèi)徑，D=160mm;——缸筒材料的許用應(yīng)力，MPa.其中為缸筒材料的屈服強度，缸筒材料為45鋼無縫鋼管，故=600MPa，n為平安系數(shù)，取n=2?！?-14〕因小于10，故為薄壁缸8)導向套長度的計算在缸徑小于80mm時，取A=〔0.6~1.0〕D；當缸徑大于80mm時，取A=〔0.6~1.0〕D。因此A=0.8d=130mm9)液壓缸的缸底厚度hb計算設(shè)計此缸為平行缸底，查[3]得〔4-15〕式中：hb—缸底厚度；—液壓缸內(nèi)徑；—試驗壓力；—缸底材料的許用應(yīng)力。缸底材料選用45鋼，查《機械設(shè)計手冊》【7】表6-5得到45鋼的抗拉強度≥600MPa，屈服強度≥355MPa，伸長率≥16％，斷面收縮率為≥40％，沖擊功為39J。那么=600MPa。變幅液壓缸的工作壓力PN=22MPa，取PY=1.6;PN=35.2MPa.〔4-16〕綜合以上計算，查表可知液壓缸相關(guān)尺寸為：缸徑D=160mm，d=110mm，耳環(huán)滑動軸承CD=80mm，Y=85mm，PM=105mm，MR×EW=90×90，進出油口尺寸2-EE為M42×2，耳環(huán)連接螺紋為M85×3*-95。10)活塞桿彎曲穩(wěn)定性的校核由材料力學理論[17]知，受壓細長桿，當載荷力接近某一臨界值時，桿將推動原有平衡而產(chǎn)生縱向彎曲，且其撓度值隨壓縮載荷的嗇而急劇增大，以至屈曲破壞。液壓缸的穩(wěn)定性條件為(4-17)式中：F——為液壓缸的活塞桿最大載荷，——為活塞桿縱向彎曲破壞的臨界載荷nk——為穩(wěn)定平安系數(shù)，一般取n=2~4,現(xiàn)取3。計算臨界壓力，現(xiàn)采用等截面計算法。當活塞桿細長比時，(4-18)當活塞桿細長比時，(4-19〕材料為中碳鋼，m為柔性系數(shù)、fc為材料強度實驗值、α為實驗常數(shù)，依據(jù)表，取值分別為85、490MPa、1/5000；n為末端條件系數(shù)，依據(jù)表，為兩端鉸接形式，取值為1；活塞桿細長比L/k=2800/125=22.4<=85；所以〔4-20〕=2.72×108N有FK/nk=2.72×108/3=9.1×107N≥F=5.27×105N即穩(wěn)定性良好。4.2支腿機構(gòu)按三點支撐的壓力計算圖4-7支腿受力分析圖Figure4-7legstressanalysisdiagram支腿液壓缸作用力確實定水平支腿液壓缸的作用是將支腿臂在需要的時候推出固定支腿，使支腿的到一定的跨距，其作用力較小，參考同類設(shè)計，這里假定其所受的最大外負載力為F=100KN。垂直液壓缸所受的最大外負載力是F=707000N。液壓缸尺寸確實定1)垂直液壓油缸尺寸確實定〔1〕缸筒內(nèi)徑可由以下公式求得：=〔4-28〕式中:F——垂直液壓油缸的作用力，F(xiàn)=707KN；P——系統(tǒng)壓力，P=20MPa；那么有mm〔4-29〕查標準，將其圓整為D=180mm，〔4-30〕〔2〕活塞直徑確實定活塞桿直徑為。由于系統(tǒng)壓力大于20MPa，取2所以d=127mm取標準值mm，=131.60。(3)活塞桿強度得驗算活塞桿工作時，一般主要受軸向拉壓作用力，因此活塞桿的強度驗算可按直桿拉壓力〔4〕垂直液壓油缸缸筒壁厚的計算按薄壁計算缸筒壁厚，其計算公式為：故為薄壁缸。(5)導向套長度A和活塞B的計算B=0.8d=88mmA=0.8D=140mm2)水平液壓油缸尺寸確實定(1)水平液壓缸內(nèi)徑Db確實定由于汽車起重機的變幅液壓缸是以無桿腔作為工作腔的，所以有公式如下m2〔4-34〕式中：F1—水平液壓缸最大軸向阻力，F(xiàn)1=100KN;P—水平液壓缸最大工作壓力，P=20Mpa;mm〔4-35〕參考表4-1液壓缸尺寸系列取液壓缸內(nèi)徑Db=100mm。A1=132.02cm(2)水平液壓缸活塞桿直徑d的計算由于活塞桿受到壓力作用，且PN=22MPa＞7MPa，故d=0.7D=0.7100mm=70mm。參看下表4-2取活塞桿的直徑d=70mm，A2=62.03cm2.(3)垂直液壓油缸缸筒壁厚的計算表4-3各種液壓缸的尺寸Fig.4-3Thesizeofthevariouskindsofhydrauliccylinder液壓缸作用力〔KN〕缸筒內(nèi)徑/mm活塞桿直徑/mm無桿腔面積/cm2有桿腔面積/cm2壁厚/mm垂直液壓缸707180125321.4131.607.5水平液壓缸10010070132.0262.038〔6〕各種液壓缸工作壓力差的計算假設(shè)液壓缸回油壓力為零，那么液壓缸的工作壓力差可由公式計算得到：(4-38〕式中：——液壓缸作用力；——液壓缸無桿腔的面積。由表4-4及公式4.19可得各種液壓缸的工作壓力差，表4-4液壓缸工作壓力差Fig.4-4Thehydrauliccylinderworkpressuredifference工程垂直液壓缸〔KN〕水平液壓缸〔KN〕液壓缸作用力/N707100無桿腔面積/cm2254.2631.16/MPa27.8132.09液壓缸伸縮速度及流量的計算1)垂直液壓缸伸縮速度及流量的計算(1)平均伸縮速度為：(2)垂直液壓缸流量的計算：〔4-37〕2)水平液壓缸伸縮速度及流量的計算(1)水平液壓缸平均伸縮速度為：〔4-39〕式中：——水平支腿液壓缸無桿腔面積，=31.16。當四個水平支腿同時工作時的流量為：(4-40)5液壓系統(tǒng)元件選型5.1液壓馬達和液壓泵的選擇計算主、副卷揚馬達和泵的選擇1)主卷揚馬達的選擇(1)主卷揚卷筒力矩(5-1)式中：