40 1 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 ： 本文主要對(duì) 汽車起重機(jī) 液壓系統(tǒng)的起升回路和回轉(zhuǎn)回路進(jìn)行了改 進(jìn) 。在起升回路中采用 雙泵單馬達(dá)、分合流油路的開(kāi)式系統(tǒng)，根據(jù)各機(jī)構(gòu)的不同速度和功率的要求，采用不同的液壓泵供油，同時(shí) 可以 根據(jù)不同的工作方式采用不同的供油系統(tǒng)從而提高工作效率，降低功率損失。在 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)使用了動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性較好的平衡閥，減少?zèng)_擊，提高操作精度。對(duì)變幅液壓缸進(jìn)行 了 結(jié)構(gòu)和參數(shù) 的 設(shè)計(jì)，具體進(jìn)行了三鉸點(diǎn)受力模型的建立和分析， 以及對(duì) 變幅液壓缸 的 穩(wěn)定性 進(jìn)行 校核 。 設(shè)計(jì)的汽車起重機(jī)能夠滿足使用功能的要求，安全可靠，操作使用方便 ，能夠適用于許多工程建設(shè)，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。 關(guān)鍵詞 :汽車起重機(jī)； 液壓系統(tǒng)； 變幅液壓缸 ；雙泵分合流。 Abstract： This paper focuses on improving hoisting loop and rotary loop of the truck crane hydraulic system. In hoisting loop uses double pump single motor, points confluence oil of open-cycle system， according to the different agencies speed and power requirements , using different hydraulic pump oil supply, meanwhile, according to the different way of working using different oil-supplied system which can improve the work efficiency, reduce the power loss. In the rotation system uses dynamic stability which has good balance valve, reduce impact, improve operation precision.Luffing hydraulic cylinder for on structure and parameters design, concrete had three hinge point stress modeling and analysis, checking the variation of the hydraulic cylinder stability. The truck crane can satisfy the design requirements of the use function, safe and reliable, convenient in operation, can be applied to many engineering construction, with strong practical significance. Keywords： Truck crane； Hydraulic system； Luffing hydraulic cylinder； Double-pump sub-confluent. 前言 工程起重機(jī)是各種工程建設(shè)廣泛運(yùn)用的重要起重設(shè)備，是用來(lái)對(duì)物料進(jìn)行起重、運(yùn)輸、裝卸或安裝等作業(yè)的機(jī)械設(shè)備，在工業(yè)和民用建筑中作為主要施工機(jī)械而得到廣泛運(yùn)用。它對(duì)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省人力，降低建設(shè)成本，提高施工質(zhì)量，加快建設(shè)速度，實(shí)現(xiàn)工程施工機(jī)械化起著十分重要的作用。目前我國(guó)是世界上使用工程起重機(jī)最大的國(guó)家之一。 近年來(lái)， 隨著工程建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，起重安裝工程量越來(lái)越大，吊裝能力、作業(yè)半徑和機(jī)動(dòng)性能的更高要求促使起重機(jī)發(fā)展迅速，具有先進(jìn)水平的塔式起重機(jī)和汽車起重40 2 機(jī)已成為機(jī)械化施工的主力。相對(duì)于其他起重機(jī)，汽車起重機(jī)不僅具有移動(dòng)方便，操作靈活，易于實(shí)現(xiàn)不同位置的吊裝等優(yōu)點(diǎn)，而且對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制的液壓系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)。隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車起重機(jī)已經(jīng)成為各起重機(jī)生產(chǎn)廠家主要發(fā)展對(duì)象。 中國(guó)的汽車起重機(jī)產(chǎn)業(yè)誕生于上世紀(jì) 70 年代，經(jīng)過(guò)了近 30 年的發(fā)展，期間有過(guò)三輪主要的技術(shù)改進(jìn)，分別為 70 年代引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)、 80 年代初的 日本技術(shù)和 90 年代初的德國(guó)技術(shù)。但總體來(lái)，中國(guó)的汽車起重機(jī)產(chǎn)業(yè)始終走著一條自主創(chuàng)新的道路，有著自己清晰的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)。尤其是近 5 年來(lái)，中國(guó)汽車起重機(jī)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了一輪從外部經(jīng)濟(jì)總量到內(nèi)在運(yùn)營(yíng)品質(zhì)的高速發(fā)展，成為了一個(gè)發(fā)展穩(wěn)定、市場(chǎng)化程度高的成熟產(chǎn)業(yè)。 汽車起重機(jī)的液壓系統(tǒng)起著驅(qū)動(dòng)和控制汽車起重機(jī)各機(jī)構(gòu)動(dòng)作的作用。其性能好壞對(duì)起重機(jī)有著十分重要的影響。目前，我國(guó)生產(chǎn) 8 噸汽車起重機(jī)的廠家較多，品種也很雜，不同的廠家和不同的品種，其液壓系統(tǒng)和液壓元件都不一致，給生產(chǎn)、使用及維修帶來(lái)很多麻煩，同時(shí)其性能也較低，不適于現(xiàn) 代智能高效小型汽車起重機(jī)發(fā)展的需要。 本課題主要針對(duì)汽車起重機(jī)的功能、組成和工作特點(diǎn)，結(jié)合汽車起重機(jī)的運(yùn)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)一款能夠適應(yīng)工程建設(shè)的輕型汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)本機(jī)液壓系統(tǒng)時(shí)，明確設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求，不要偏離題目；仔細(xì)研究設(shè)計(jì)方案，理清設(shè)計(jì)思路，使設(shè)計(jì)過(guò)程清晰化。在做好以上兩點(diǎn)的基礎(chǔ)上。進(jìn)行以下研究工作： 1、分析已有的汽車起重機(jī)，結(jié)合本設(shè)計(jì)任務(wù)，了解其優(yōu)缺點(diǎn)，把握其發(fā)展方向。 2、對(duì)當(dāng)下具有成熟技術(shù)的液壓回路進(jìn)行分析研究和學(xué)習(xí)。 3、根據(jù)本機(jī)液壓系統(tǒng)工作特點(diǎn)，在滿足高效節(jié)能的功能前提下 可以進(jìn)行液壓系統(tǒng)原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 4、對(duì)設(shè)計(jì)好的液壓原理系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，選擇合適的液壓元件，并對(duì)其性能進(jìn)行驗(yàn)算，包括壓力損失和系統(tǒng)發(fā)熱等。 5、選取變幅液壓缸進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)，提高其可靠性。 1緒論 1.1汽 車起重機(jī)簡(jiǎn)介 汽車起重機(jī)是一種將起重作業(yè)部分安裝在汽車通用或?qū)Ｓ玫妆P上、具有載重汽車行駛性能的輪式起重機(jī)。根據(jù)吊臂結(jié)構(gòu)可分為定長(zhǎng)臂、接長(zhǎng)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(dòng)力傳動(dòng)，又可分為機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電力傳動(dòng)三種。因其機(jī)動(dòng)靈活性好，能夠迅速轉(zhuǎn)移場(chǎng)地，廣泛用于土木工程。 汽車起重機(jī)的主要技術(shù)性能有最大起重量、整機(jī)質(zhì)量、吊臂全伸長(zhǎng)度、吊臂全縮長(zhǎng)40 3 度、最大起升高度、最小工作半徑、起升速度、最大行駛速度等。 1.2液壓 系統(tǒng) 在 汽車起重機(jī)上 應(yīng)用及其 特點(diǎn) 1.2.1液壓 系統(tǒng) 在汽車起重機(jī)上的應(yīng)用 現(xiàn)在普遍使用的汽車起重機(jī)多為液壓伸縮臂汽車起重機(jī)，液壓伸縮臂一般有 2 4節(jié)，最下 (最外 )一節(jié)為基本臂，吊臂內(nèi)裝有液壓伸縮機(jī)構(gòu)控制其伸縮。 液壓系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)其工作目的必須經(jīng)過(guò)動(dòng)力源 控制機(jī)構(gòu) 機(jī)構(gòu)三個(gè)環(huán)節(jié)。其中動(dòng)力源主要是液壓泵 ， 傳輸控制裝置主要是一些輸油管和各種閥的連接機(jī)構(gòu) ， 執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是液壓馬達(dá) 和液壓缸。這三種機(jī)構(gòu)的不同組合就形成了不同功能的液壓回路。 汽車起重機(jī)的液壓系統(tǒng)由起升機(jī)構(gòu) ， 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，變幅機(jī)構(gòu)，伸縮機(jī)構(gòu)和支腿部分等組成，全為液壓傳動(dòng)。 泵 馬達(dá)回路是起重機(jī)液壓系統(tǒng)的主要回路，按照泵循環(huán)方式的不同有開(kāi)式回路和閉式回路兩種。 開(kāi)式回路中馬達(dá)的回油直接通回油箱，工作油在油箱中冷卻及沉淀過(guò)濾后再由液壓泵送入系統(tǒng)循環(huán)，這樣可以防止元件的磨損。但油箱的體積大，空氣和油液的接觸機(jī)會(huì)多，容易滲入。 閉式回路中馬達(dá)的回油直接與泵的吸油口相連，結(jié)構(gòu)緊湊，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，散熱條件差，需設(shè)輔助泵補(bǔ)充泄漏和冷卻。而 且要求過(guò)濾精度高，但油箱體積小，空氣滲入油中的機(jī)會(huì)少，工作平穩(wěn)。 1.2.2液壓 系統(tǒng) 在汽車起重機(jī)上應(yīng)用的 特點(diǎn) 來(lái)自汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)油泵轉(zhuǎn)換到工作機(jī)構(gòu)，其間可以獲得很大的傳動(dòng)比，省去了機(jī)械傳動(dòng)所需的復(fù)雜而笨重的傳動(dòng)裝置。不但使結(jié)構(gòu)緊湊，而且使整機(jī)重量大大的減輕，增加了整機(jī)的起重性能。同時(shí)還很方便的把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)槠揭七\(yùn)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的變幅和自動(dòng)伸縮。各機(jī)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(dòng)機(jī)的技術(shù)特性。便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，改善了司機(jī)的勞動(dòng)強(qiáng)度和條件。由于元件操縱可以微動(dòng)，所以作業(yè)比較平穩(wěn)，從而 改善了起重機(jī)的安裝精度，提高了作業(yè)質(zhì)量。 采用液壓傳動(dòng)，在主要機(jī)構(gòu)中沒(méi)有劇烈的干摩擦副，減少了潤(rùn)滑部位，從而減少了維修和技術(shù)準(zhǔn)備時(shí)間。 液壓傳動(dòng)的起重機(jī)，結(jié)構(gòu)上容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，通用化和系列化，便于大批量生產(chǎn)時(shí)采用先進(jìn)的工藝方法和設(shè)備。此種起重機(jī)作業(yè)效率高，輔助時(shí)間短，因而提高了起重機(jī)總使用期間的利用率，對(duì)加速實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化大有好處。 40 4 1.3汽車起重機(jī) 液壓系統(tǒng) 的發(fā)展歷程 中國(guó)的汽車起重機(jī)產(chǎn)業(yè)誕生于上世紀(jì) 70 年代，經(jīng)過(guò)了近 30 年的發(fā)展，期間有過(guò)三輪主要的技術(shù)改進(jìn)，分別為 70 年代引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)、 80 年代初的日本技 術(shù)和 90 年代初的德國(guó)技術(shù)。但總體來(lái)，中國(guó)的汽車起重機(jī)產(chǎn)業(yè)始終走著一條自主創(chuàng)新的道路，有著自己清晰的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)。尤其是近 5 年來(lái)，中國(guó)汽車起重機(jī)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了一輪從外部經(jīng)濟(jì)總量到內(nèi)在 運(yùn)營(yíng)品質(zhì)的高速發(fā)展，成為了一個(gè)發(fā)展穩(wěn)定、市場(chǎng)化程度高的成熟產(chǎn)業(yè)。 高速發(fā)展的市場(chǎng)，是中國(guó)汽車起重機(jī)產(chǎn)業(yè)各個(gè)廠商有利的技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)和環(huán)境。近幾年來(lái)，中國(guó)汽車起重機(jī)產(chǎn)業(yè)的主力廠商在加速追趕國(guó)外先進(jìn)水平的進(jìn)程中，一直堅(jiān)持自主的技術(shù)創(chuàng)新道路，基本上沒(méi)有整體引進(jìn)外國(guó)技術(shù)的做法，也使得中國(guó)汽車起重機(jī)產(chǎn)業(yè)在達(dá)到和接近國(guó)際先進(jìn)水平的同時(shí)，在產(chǎn)品技術(shù)上 擁有明顯的中國(guó)特質(zhì)。 受公路車輛行駛的限制，國(guó)外工程起重機(jī)在 70 噸級(jí)以上，基本發(fā)展了全路面底盤技術(shù)，采用獨(dú)立的油氣缸懸掛方式，而中國(guó)起重機(jī)產(chǎn)業(yè)則繼續(xù)在汽車板簧式技術(shù)上發(fā)展到目前的 130 噸級(jí)產(chǎn)品。這其中，形成了獨(dú)用的多橋板簧平衡懸掛技術(shù)，解決了多橋車輛在設(shè)計(jì)中的橋荷平衡，以及行駛過(guò)程中單橋過(guò)載等問(wèn)題，并且實(shí)現(xiàn)了多橋（四橋以上）車輛的多橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，滿足了國(guó)家對(duì)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(jī)行駛基本達(dá)到與全路面起重機(jī)的獨(dú)立懸掛相當(dāng)?shù)男旭偰芰Α?另外，國(guó)內(nèi)像徐州重工等重量級(jí)廠家，經(jīng)過(guò)幾年的自主 摸索與創(chuàng)新，成熟掌握了全路面起重機(jī)的全部技術(shù)，制造出了 200 噸級(jí)及以上的超大型產(chǎn)品，雖然與國(guó)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(guó)汽車起重機(jī)行業(yè)達(dá)到國(guó)際最先進(jìn)水平已經(jīng)是一個(gè)時(shí)間和進(jìn)度問(wèn)題。 中國(guó)汽車起重機(jī)底盤到目前已經(jīng)應(yīng)用了 CAN 總線控制系統(tǒng)，達(dá)到點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（成組）及全局廣播集中方式傳送和接受數(shù)據(jù)，達(dá)到了防抱死防滑轉(zhuǎn)、電噴發(fā)動(dòng)機(jī)控制、自動(dòng)變速，扭矩實(shí)時(shí)控制、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行速度等的自動(dòng)計(jì)算控制，提高了操縱的自動(dòng)性、系統(tǒng)的可靠性、人機(jī)界面的可視性，達(dá)到了真正意義上的信息集成和智能 化。 上車起重機(jī)部分已經(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(dá)、油泵等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，液壓和電氣已實(shí)現(xiàn)了真正緊密的接合。可通過(guò)軟件實(shí)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(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)珍斷、遠(yuǎn)程控制的能力。 最早的汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)常用單泵供油，后來(lái)為了滿足起升、變幅、后來(lái)為滿足起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的獨(dú)立工作、聯(lián)合動(dòng)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，故高壓柱塞泵是發(fā)展的必然。 40 5 在液壓系統(tǒng)的基本回路方面的發(fā)展趨勢(shì)具體如下：（ 1）在調(diào)壓回路中，采用安全閥來(lái)限制系統(tǒng)最高工作壓力，防止系統(tǒng)過(guò)載，對(duì)起重機(jī)實(shí)現(xiàn)超重起吊安全保護(hù)作用。（ 2）在調(diào)速回路中，采用手動(dòng)調(diào)節(jié)換向閥的開(kāi)度大小來(lái)調(diào)整工件機(jī)構(gòu) (起降機(jī)構(gòu)除外 )的速度。（ 3）在鎖緊回路中，采用由液控單向閥構(gòu)成的雙向液壓鎖將前后支腿鎖定在一定位置上，工作可靠，安全，確保整個(gè)起吊過(guò)程中，每條支腿都不會(huì)出現(xiàn)軟腿的現(xiàn)象，即使出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)死火或液壓管道破裂的情況，雙向液壓鎖仍能正常工作，且有效時(shí)間長(zhǎng)。（ 4）在平衡回路中，采用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的單向液控順序閥作平衡閥，以防止在起升、吊臂伸縮和變幅作業(yè)過(guò)程中因重物自重而下降，且工作穩(wěn)定、可靠，但在一個(gè)方向有背壓，會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成一定的功率損耗。（ 5）在多缸卸荷回路中，采用多路換向閥結(jié)構(gòu)，其中的每一個(gè)三位四通手動(dòng)換向閥的中位機(jī)能都為 M 型中位機(jī)能，并且將閥在油路中串聯(lián)起來(lái)使用，這樣可以使任何一個(gè)工作機(jī)構(gòu)單獨(dú)動(dòng)作；這種串連結(jié)構(gòu)也可在輕載下使機(jī)構(gòu)任意組合地同時(shí)動(dòng)作，但采用 6 個(gè)換向閥串連連接，會(huì)使液壓泵的卸荷壓力加大，系統(tǒng)效率降低，但由于起重機(jī)不是頻繁作業(yè)機(jī)械，這些損失對(duì)系統(tǒng)的影響不 大。（ 6）在制動(dòng)回路中，采用由單向節(jié)流閥和單作用閘缸構(gòu)成的制動(dòng)器，利用調(diào)整好的彈簧力進(jìn)行制動(dòng)，制動(dòng)可靠、動(dòng)作快，由于要用液壓缸壓縮彈簧來(lái)松開(kāi)剎車，因此剎車松開(kāi)的動(dòng)作慢，可防止負(fù)重起重時(shí)的溜車現(xiàn)象發(fā)生，能夠確保起吊安全，并且在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)死火或液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能夠迅速實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，防止被起吊的重物下落。 1.4課題來(lái)源 汽車起重機(jī)的液壓系統(tǒng)起著驅(qū)動(dòng)和控制汽車起重機(jī)各機(jī)構(gòu)動(dòng)作的作用。其性能好壞對(duì)起重機(jī)有著十分重要的影響。目前，我國(guó)生產(chǎn) 8 噸汽車起重機(jī)的廠家較多，品種也很雜，不同的廠家和不同的品種，其液壓系統(tǒng)和液壓 元件都不一致，給生產(chǎn)、使用及維修帶來(lái)很多麻煩，同時(shí)其性能也較低，不適于現(xiàn)代智能高效小型汽車起重機(jī)發(fā)展的需要。為此對(duì)傳統(tǒng)汽車起重機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了如下幾方面的研究。老 8 噸汽車起重機(jī)由于都是采用單泵單馬達(dá)（定量式 )、串聯(lián)油路的開(kāi)式系統(tǒng)，使所有的工作機(jī)構(gòu)都靠一個(gè)油源供油，導(dǎo)致難于同時(shí)滿足不同機(jī)構(gòu)的速度和功率匹配的需要，例如起升機(jī)構(gòu)為了滿足起升速度的要求，需要較大的流量，而伸縮、變幅、回轉(zhuǎn)及支腿則需要較小的流量即可，因此只好靠控制發(fā)動(dòng)機(jī)的油門及在機(jī)構(gòu)上采取一些措施解決這一矛盾，但這是有一定限度的。還存在一些問(wèn)題，起 升速度低，最高起升速度只有 8m min，起升速度調(diào)節(jié)范圍小。 如下式所示 1： 1 0 1 0 33 1 2Dqvnq i i (1-1) 40 6 式中： D 卷筒直徑 03液壓馬達(dá)的容積效率 1q液壓油泵的排量 1i卷?yè)P(yáng)機(jī)的減速比 2i鋼絲繩的倍率 3q液壓馬達(dá)的排量 01液壓油泵的容積效率 n 發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 由式 1-1 可見(jiàn)，起升速度的大小，主要靠發(fā)動(dòng)機(jī)的油門調(diào)節(jié)，當(dāng)油門過(guò) 小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特性較差，容易滅火，輕載及空載時(shí)，速度太慢，生產(chǎn)率低。 汽車起重機(jī)，采用了雙泵單馬達(dá)、分合流油路的開(kāi)式系統(tǒng)，可以根據(jù)各機(jī)構(gòu)的不同速度和功率的要求，變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)及支腿用小泵 2 供油，起升用大泵 l 供油，起升與其余各機(jī)構(gòu)都可以進(jìn)行聯(lián)合動(dòng)作，提高工作效率，同時(shí)起升輕載及空載時(shí)，泵 2 與泵l可以同時(shí)合流供給起升，提高起升速度，擴(kuò)大調(diào)速范圍，如下式所示 1： 1 2 0 1 0 23 1 2()D q qvnq i i 式中：1q泵 1 的排量 2q 泵 2 的排量 01泵 1 的容積效率 02泵 2 的容積效率 由式 1-2 可見(jiàn)，除發(fā)動(dòng)機(jī)的油門調(diào)節(jié)起升速度外，還可以通過(guò)分合流型式調(diào)節(jié)起升速度，當(dāng)重載時(shí)，用分流方式，即泵 2 不參與起升工作，此時(shí)提升速度為低速；當(dāng)空載或輕載時(shí)用合流方式。 2液壓系統(tǒng)性能分析與原理設(shè)計(jì) 2.1 汽車起 重機(jī) 典型工況分析及對(duì)液壓系統(tǒng)要求 2.1.1汽車起重機(jī)的典型工況分析 根據(jù)起重機(jī)試驗(yàn)規(guī)范，以及很多操作者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，可確定表 2.1 的三種工況，作為輕型汽車起重機(jī)的典型工況。設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)要求各系統(tǒng)的動(dòng)作能夠滿足這些工況要求。 表 2.1 汽車起重機(jī)典型工況表 序號(hào) 工況 一次循環(huán)內(nèi)容 特點(diǎn) (1-2) 40 7 1 基本臂 相應(yīng)的工作幅度 吊重起升 -回轉(zhuǎn) -下降 -起升 -回轉(zhuǎn) -下降 中間制動(dòng)一次 起重噸位大，動(dòng)作單一。很少與回轉(zhuǎn)等機(jī)構(gòu)組合動(dòng)作 2 全長(zhǎng)臂 相應(yīng)的工作幅度 卷?yè)P(yáng)起升 -回轉(zhuǎn) -下降 -卷?yè)P(yáng)起升 -回轉(zhuǎn) -下降 中間制動(dòng)一次 運(yùn)用 較多的情況，能滿足小噸位的工作 3 最長(zhǎng)臂；主臂加副臂 相應(yīng)的工作幅度 起升 +回轉(zhuǎn) -變幅 -下降 -起升 +回轉(zhuǎn)-下降 中間制動(dòng)一次 起重噸位小，一般在1 2 噸之間 2.1.2汽車起重機(jī) 對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 根據(jù)汽車起重機(jī)的典型工作狀況對(duì)系統(tǒng)的要求主要反映在對(duì)以下幾個(gè)液壓回路的要求上。 1. 起升回路 （ 1）能方便的實(shí)現(xiàn)合分流方式轉(zhuǎn)換，保證工作的高效安全。 （ 2）要求卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)微動(dòng)性好，起、制動(dòng)平穩(wěn)，重物停在空中任意位置能可靠制動(dòng)，即二次下滑問(wèn)題，以及二次下降時(shí)的重物或空鉤下滑問(wèn)題，即二次下降問(wèn)題。 2. 回轉(zhuǎn)回路 （ 1）具有獨(dú)立工作能力。 （ 2）回轉(zhuǎn)制動(dòng)應(yīng)兼有常閉制動(dòng)和常開(kāi)制動(dòng)（可以自由滑轉(zhuǎn)對(duì)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(hù)裝置。 （ 2）要求起落臂平穩(wěn)，微動(dòng)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(dòng)。 （ 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(cè)星號(hào)源。 4. 伸縮回路 本機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)采用三節(jié)臂（含有兩個(gè)液壓缸），由于本機(jī)為輕型起重機(jī)為了使本機(jī)運(yùn)用廣泛，實(shí)現(xiàn)各節(jié)臂順序伸縮。各節(jié)臂能按順序伸縮，但不能實(shí)現(xiàn)同步伸縮。 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(gè)。 （ 2）操縱元件必須具有 45方向操縱兩個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)能力。 6. 支腿回路 （ 1）要求垂直支腿不泄漏，具有很強(qiáng)的自鎖能力（不軟腿）。 40 8 （ 2）要求前后組支腿可以進(jìn)行單獨(dú)調(diào)整。 （ 3）要求支腿能夠承載最大起重時(shí)的壓力，并且有足夠的防傾翻力矩。 （ 4）起重機(jī)行走時(shí)不產(chǎn)生掉腿現(xiàn)象。 2.2 對(duì) 汽車起重機(jī) 液壓系統(tǒng)各主要回路的分析 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)一般由起升、變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)、支腿和控制六個(gè)主回路組成。從圖 2.1 可以看出，各個(gè)回路之間具有不同的功能、組成和工作特點(diǎn)。 圖 2.1 汽車起重機(jī)各回路工作狀態(tài) 1.起升回路： 起升回路起到使重物升降的作用。起升回路的液壓系統(tǒng) 能方便的實(shí)現(xiàn)合分流方式轉(zhuǎn)換，保證工作的高效安全。同時(shí)要求卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)微動(dòng)性好，起、制動(dòng)平穩(wěn)，重物停在空中任意位置能可靠制動(dòng)。 液壓傳動(dòng)起升機(jī)構(gòu)的調(diào)速，通常是采用調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門改變液壓泵流量和控制換向閥改變通道面積大小進(jìn)行節(jié)流的聯(lián)合調(diào)速法。此種調(diào)速法既簡(jiǎn)單又可靠，調(diào)速范圍較大，調(diào)速平穩(wěn)無(wú)極，也可實(shí)現(xiàn)起升機(jī)構(gòu)工作速度的微調(diào)。但缺點(diǎn)是節(jié)流的功率損失較大，而且進(jìn)一步提高升降速度受液壓泵 流量限制。為了提高起升機(jī)構(gòu)工作速度，在多泵定量系統(tǒng)中，往往采用油泵并聯(lián)調(diào)速，在系統(tǒng)中采用液壓馬達(dá)串、并聯(lián)供油的方法進(jìn)行調(diào)速。40 9 當(dāng)液壓馬達(dá)串聯(lián)時(shí)以高速工作，并聯(lián)時(shí)獲低速。在變量系統(tǒng)中可用變量馬達(dá)調(diào)速。此外，當(dāng)起重機(jī)的起升高度較大時(shí)，為了進(jìn)一步提高空鉤或輕載時(shí)的下降速度，在起升機(jī)構(gòu)上往往設(shè)置重力下降裝置，即在起升卷筒與傳動(dòng)軸間裝有離合器，有液壓系統(tǒng)保證空鉤和載荷的重力下降時(shí)，打開(kāi)離合器及制動(dòng)器使起升卷筒與液壓馬達(dá)脫開(kāi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，則空鉤或重物在重力作用下，以較高的速度下降。 本系統(tǒng)為雙泵單馬達(dá)、分合流油路、開(kāi)式系統(tǒng) 如圖 2.2 所示，根據(jù)各機(jī)構(gòu)的不同速度和功率的要求，變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)及支腿用小泵 2 供油，起升用大泵 l 供油，起升與其余各機(jī)構(gòu)都可以進(jìn)行聯(lián)合動(dòng)作，提高工作效率，同時(shí)起升輕載及空載時(shí)，泵 2 與泵 l可以同時(shí)合流供給起升，提高起升速度，擴(kuò)大調(diào)速范圍。當(dāng)重載時(shí)，用分流方式，即泵2 不工作，此時(shí)提升速度為低速；當(dāng)空載或輕載時(shí)用合流方式 ，此時(shí)提升速度為高速 。 圖 2.2 起升回路 2.回轉(zhuǎn)回路： 回轉(zhuǎn)回路起到使吊臂回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)重物水平移動(dòng)的作用?；剞D(zhuǎn)回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥、液壓離合器和液壓馬達(dá)組成。 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使重物水平移 動(dòng)的范圍有限， 但所需功率小，所以一般汽車起重機(jī)都設(shè)計(jì)成全回轉(zhuǎn)式的，即可在左右方向任意進(jìn)行回轉(zhuǎn)。 液壓驅(qū)動(dòng)的小起重量起重機(jī)，通過(guò)液壓回路和換向閥的合適機(jī)能，可以使回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)不裝制動(dòng)器，同時(shí)保證回轉(zhuǎn)部分在任意位置上停住，并避免沖擊。高速液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)40 10 形式，在汽車式、輪胎式和鐵路起重機(jī)上應(yīng)用廣泛。 如圖 2.3，低速大扭矩液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速每分鐘在 0-100 轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，因此，可以直接在油馬達(dá)軸上安裝回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的小齒輪，如馬達(dá)輸出扭矩不滿足傳動(dòng)要求，可以加裝機(jī)械減速裝置。該形式在一些小噸位汽車起重機(jī)上有所應(yīng)用。可以在液壓馬達(dá)輸 出軸上加裝制動(dòng)器。 圖 2.3 低速大扭矩液壓馬達(dá)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 采用低速大扭矩液壓馬達(dá)可以省去或減小減速裝置，因此機(jī)構(gòu)很緊湊。但低速大扭矩液壓馬達(dá)成本高，使用可靠性不如高速液壓馬達(dá)，加之可以采用結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大的行星傳動(dòng)或蝸輪傳動(dòng)，高速液壓馬達(dá)在起重機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中使用廣泛。綜上所 述， 汽車起重機(jī)的 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為高速液壓馬達(dá)加裝制動(dòng)器的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其基本回路如下圖2.4。 圖 2.4 回轉(zhuǎn)回路 3.變幅回路： 絕大部分工程起重機(jī)為了滿足重物裝、卸工作位置的要求，充分利用其起吊能力（幅度減小能提高起重量），需要經(jīng)常改變幅度。變幅回路則是實(shí)現(xiàn)改變幅度的液壓工作回路，用來(lái)擴(kuò)大起重機(jī)的工作范圍，提高起重機(jī)的生產(chǎn)率。變幅回路主要由液壓泵、換向閥、平衡閥和變幅液壓缸組成 如 圖 2.5。 40 11 圖 2.5 變幅回路 工程起重機(jī)變幅按其工作性質(zhì)可分為非工作性變幅和工作性變幅兩種。非工作性變幅指只是在空載條 件下改變幅度。它在空載時(shí)改變幅度，以調(diào)整取物裝置的位置，而在重物裝卸移動(dòng)過(guò)程中，幅度不改變。這種變幅次數(shù)一般較少，而且采用較低的變幅速度，以減少變幅機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)功率，這種變幅的變幅機(jī)構(gòu)要求簡(jiǎn)單。工作性變幅能在帶載的條件下改變幅度。為了提高起重機(jī)的生產(chǎn)率和更好地滿足裝卸工作的需要，常常要求在吊裝重物時(shí)改變起重機(jī)的幅度，這種類型的變幅次數(shù)頻繁，一般采用較高的變幅速度以提高生產(chǎn)率。工作性變幅驅(qū)動(dòng)功率較大，而且要求安裝限速和防止超載的安全裝置。與非工作性變幅相比，這種變幅要求的變幅機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，自重也較大，但工作機(jī)動(dòng)性 卻大為改善。汽車起重機(jī)由于使用了支腿，除了吊非常輕的重物之外，必須帶載變幅。 4.伸縮回路： 具有臂架伸縮機(jī)構(gòu)的起重機(jī)，不需要接臂和拆臂，縮短了輔助作業(yè)時(shí)間。臂架全部縮回以后，起重機(jī)外形尺寸減小，提高了機(jī)動(dòng)性和通過(guò)性。臂架采用液壓伸縮機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)伸縮和帶載伸縮，擴(kuò)大了汽車和輪胎起重機(jī)、鐵路救援起重機(jī)在復(fù)雜使用條件下的使用功能。 40 12 伸縮回路主要由液壓泵、換向閥、液壓缸和平衡閥組成，根據(jù)伸縮高度和方式不同其液壓缸的節(jié)數(shù)結(jié)構(gòu)也就大不相同。 具有三節(jié)或三節(jié)以上的吊臂，各節(jié)臂的伸縮基本有三種形式：順序伸縮、同步伸 縮和獨(dú)立伸縮。 順序伸縮就是各節(jié)伸縮臂按一定先后次序完成伸縮動(dòng)作。同步伸縮是指各節(jié)伸縮臂 圖 2.6 臂架伸縮方式 （ a）順序伸縮（ b）同步伸縮 以相同的行程比率同時(shí)伸縮。獨(dú)立伸縮是指各節(jié)伸縮臂無(wú)關(guān)聯(lián)地獨(dú)立進(jìn)行伸縮動(dòng)作。顯然，獨(dú)立伸縮機(jī)構(gòu)同樣也可以完成順序伸縮或同步伸縮的動(dòng)作如圖 2.6 所示。 為了使起重機(jī)各節(jié)伸縮臂伸出后的載荷和起重機(jī)的起重量特性相適應(yīng)，伸臂的順序?yàn)?2（二節(jié)臂） 3 （三節(jié)臂）的順序伸出， 1 為基本臂，而縮回按相反的順序，即 32的順序縮回。下面介紹實(shí)現(xiàn)順序伸縮的幾種方案。 圖 2.7 是利用各油缸 有效面積差控制伸縮順 ， 即 號(hào)伸縮油缸活塞面積大， . 號(hào)伸縮油缸活塞面積逐次減小。各活塞腔是聯(lián)通的，各油缸活塞桿腔也是聯(lián)通的。很顯然I 號(hào)伸縮油缸先伸出，其次是 號(hào)和 號(hào)伸縮油缸伸出。平衡閥 Ki可以保證吊臂在載荷下平穩(wěn)收縮，同時(shí)還可以防止因泄漏或管道破裂而造成吊臂回落。此外為了保證吊臂回縮時(shí)按預(yù)定的順序，不至因自重和滑動(dòng)阻力變化等因素影響。平衡閥的開(kāi)啟壓力應(yīng)該設(shè)定為足 K1 最大， K3 最小。 圖 2.8 是用單向順序閥控制順序的一種方案。扳動(dòng)操縱閥 S，使 A 與 P 接通，同時(shí)B 與 O 也通，此時(shí)伸縮油缸 I 伸出。油缸 I 伸出到位后 ，隨著活塞腔油壓力的升高，單向順序閥 S1 被打開(kāi)，于是伸縮油缸 伸出。 油缸伸出到位后，油壓繼續(xù)升高單向順序閥 S2 也開(kāi)啟，于是伸縮油缸量開(kāi)始伸出。該機(jī)構(gòu)縮回過(guò)程同前一方案。與前一方案比較，此方案對(duì)油缸面積無(wú)特殊要求，有利于減輕自重。圖中的雙單向閥 d1 與 d2，其作用是使順序閥中的溢流流入主油道，這樣可以省去兩根回油管和軟管卷簡(jiǎn)。 圖 2.9 是電液操縱閥控制順序的一種方案。扳動(dòng)操縱閥 S， A 和 P、 B 和 O 接通。壓力油經(jīng)電液換向閥 Cl 及平衡閥 Kl進(jìn)入到伸縮油缸 I 活塞腔，伸縮油缸 I 開(kāi)始伸出。若電液換向閥 Cl 換位，則壓力油改 道上行，經(jīng)電液換向閥 C2 及平衡閥 K2 進(jìn)入伸縮油缸40 13 ，于是伸縮油缸 E 開(kāi)始伸出。若電液換向閥 C2 換位，則壓力油二次改道上行，進(jìn)入伸縮油缸 伸出。 與前述方案比較，由于該機(jī)構(gòu)裝有電液閥，從而需要設(shè)置電線和電線卷簡(jiǎn)，但該方案的伸縮順序有可靠保證。綜上所述 汽車起重機(jī) 伸縮回路選擇差積式順序伸縮回路。 圖 2.7 差積式順序伸縮 圖 2.8 單向順序閥順序伸縮 圖 2.9 電液換向閥順序伸縮 、 、 -伸縮油缸； S-操縱閥； d1.d2-雙向液壓閥； 321 .k.kk -平衡閥； 、 、 -伸縮油缸； S-操縱閥； 321 .k.kk -平衡閥。 S1.s2-單項(xiàng)順序閥； 、 、 -伸縮油缸； S-操縱閥； c1.c2-電液換向閥 5.支腿回路： 汽車起重機(jī)設(shè)置支腿可以大大提高起重機(jī)的起重能力。為了使起重機(jī)在吊重過(guò)程中安全可靠，支腿要求堅(jiān)固可靠，伸縮方便。在行駛時(shí)收回，工作時(shí)外伸撐地。還可以根據(jù)地面情況對(duì)各支腿進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)。 目前支腿大都采用液壓支腿。支腿機(jī)構(gòu)有三種基本形式：蛙式支腿、 H 型支腿和 X 型支腿如圖 2.10、 2.11。蛙式支腿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，跨距小，適用于中小噸位起重機(jī)上使用。 因?yàn)楸緳C(jī)為輕型起重機(jī)，支腿不外伸，每一支腿 可以 只有一個(gè)垂直液壓缸， 所以支腿回路采用 H 型支腿。 40 14 圖 2.10 H 型支腿 圖 2.11 X 型支腿 1-水平液壓缸； 2-垂直液壓缸 1-垂直液壓缸； 2-車架； 3-伸縮液壓缸； 4-固定腿； 5-活動(dòng)腿 2.3汽車起重機(jī) 液壓系統(tǒng)類型的擬定 2.3.1本機(jī)液壓系統(tǒng)分析 根據(jù)開(kāi)式和閉式系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)、典型工況，結(jié)合國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的具體情況，液壓系 統(tǒng)決定選用多泵多回路和多種型式的高壓變量系統(tǒng)。為了使液壓系統(tǒng)更加易于檢修和使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單明了，在起升、回轉(zhuǎn)、伸縮、變幅、支腿和控制 6 個(gè)液壓回路中全部采用開(kāi)式油路。 由于本機(jī)屬于輕型起重機(jī)，回轉(zhuǎn)比較頻繁，所以回轉(zhuǎn)油路由變量泵和定量馬達(dá)組成。伸縮回路有兩節(jié)伸縮臂和兩個(gè)液壓缸，液壓缸與鋼繩組合實(shí)現(xiàn)同時(shí)伸縮。輕型起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)，采用單缸回路。 支腿回路的各油缸均采用手柄操縱換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)各種控制?；芈分兄扔吐凡捎靡嚎貑蜗蜷y防止支腿軟腿現(xiàn)象。 為了提高效率，本輕型起重機(jī)回轉(zhuǎn)、伸縮、變幅回路可以協(xié)調(diào)工作。因此采用了三個(gè)三 位四通換向閥來(lái)分別控制三個(gè)動(dòng)作，這樣操作起來(lái)十分方便，簡(jiǎn)單。 根據(jù)汽車起重機(jī)的工況，支腿回路、回轉(zhuǎn)回路、伸縮回路和變幅回路通常單獨(dú)工作，所以可以采用同一個(gè)液壓泵并聯(lián)組合供油 2.3.2各機(jī)構(gòu)組合分配及控制 1. 各機(jī)構(gòu)組合情況 圖 2 12 各機(jī)構(gòu)動(dòng)作組合情況 支腿機(jī)構(gòu)在起升過(guò)程中不能動(dòng)作，但是支腿回路不工作時(shí)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(dòng)作功能，回轉(zhuǎn)、伸縮、變幅回路之間不需要組合動(dòng)作。各機(jī)構(gòu)組合情況如圖 2.12 所示。 2. 動(dòng)力分配情況 根據(jù)設(shè)計(jì)要求、工作情況、起重量等，本機(jī)的動(dòng)力分配如圖 2.13 所示： 支腿機(jī)構(gòu) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 變幅機(jī)構(gòu) 伸縮機(jī)構(gòu) 起 升 機(jī)構(gòu) 40 15 圖 2.13 上車動(dòng)力分配情況 2.4汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理總成 2.4.1支腿收放回路 由于汽車輪胎支撐能力有限，且為彈性變形體，作業(yè)時(shí)很不安全，故在起重作業(yè)前必須放下前、后支腿，用支腿承重使汽車輪胎架空。在行駛時(shí)又必須將支腿收起，輪胎著地。為此，在汽車的前、后兩端各設(shè)置兩條支腿，每條支 腿均配置有液壓缸。 如圖 2.14前支腿兩個(gè)液壓缸同時(shí)用一個(gè)三位四通手動(dòng)換向閥 7 控制其收、放動(dòng)作 ，而后支腿兩個(gè)液壓缸則用另一個(gè)三位四通手動(dòng)換向閥 11 控制其收、放動(dòng)作。為確保支腿能停放在任意位置并能可靠地鎖住，在支腿液壓缸的控制回路中設(shè)置了雙向液壓鎖。 當(dāng)三位四通手動(dòng)換向閥 7 工作在 右 位時(shí)，前支腿放下，其油路為： 進(jìn)油路：過(guò)濾器 2 液壓泵 3 手動(dòng)換向閥 5 左位 手動(dòng)換向閥 7 右 位 前支腿液壓缸上腔。 回油路：前支腿液壓缸下腔 液控單向閥 手動(dòng)換向閥 7 右 位 支腿回路安全閥 油箱。 當(dāng)三位四通手動(dòng)換向閥 7 工作在 左 位時(shí)，前支腿收回，其油路為： 進(jìn)油路：過(guò)濾器 2 液壓泵 3 手動(dòng)換向閥 5 左位 手動(dòng)換向閥 7 左 位 前支腿液 壓缸下腔。 回油路：前支腿液壓缸上腔 液控單向閥 手動(dòng)換向閥 7 左 位 支腿回路安全閥 油箱。 后支腿液壓缸用三位四通手動(dòng)換向閥 11 控制，其油路流動(dòng)情況與前支腿油路類似。 2.4.2吊臂變幅回路 吊臂變幅是通過(guò)改變吊臂的起落角度來(lái)改變作業(yè)高度。吊臂的變幅運(yùn)動(dòng)由變幅液壓缸驅(qū)動(dòng)，變幅要求能帶載工作，動(dòng)作要平穩(wěn)可靠。本機(jī)為小噸位吊車采用單個(gè)變幅液壓40 16 缸變幅方式。為防止吊臂在停止階段因自重而減幅， 如圖 2.14 在油路中設(shè)置了平衡閥 15，提高了變幅運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性和可靠性。吊臂變幅運(yùn)動(dòng)由三位四通手動(dòng)換向閥 14 控制，在其工作過(guò)程中 ，通過(guò)改變手動(dòng)換向閥 14 開(kāi)口的大小和工作位，即可調(diào)節(jié)變幅速度和變幅方向。 吊臂增幅時(shí)，三位四通手動(dòng)換向閥 14 右 位工作，其油路為： 進(jìn)油路：過(guò)濾器 2 液壓泵 3 手動(dòng)換向閥 5 右位 手動(dòng)換向閥 14 右 位 平衡閥 15中的單向閥 變幅液壓缸下腔。 回油路：變幅液壓缸上腔 手動(dòng)換向閥 14 右 位 手動(dòng)換向閥 19 中位 手動(dòng)換向閥20 中位 電磁閥 33 左 位 油箱。 吊臂減幅時(shí)，三位四通手動(dòng)換向閥 14 左 位工作，其油路為 進(jìn)油路：過(guò)濾器 2 液壓泵 3 手動(dòng)換向閥 5 右位 手動(dòng)換向閥 14 左 位 變幅液壓缸上腔。 回油路：變幅液壓缸下腔 平衡閥 15 手動(dòng)換向閥 14 左 位 手動(dòng)換向閥 19 中位 手動(dòng)換向閥 20 中位 電磁閥 33 左 位 油箱。 2.4.3吊臂伸縮回路 吊臂由基本臂和伸縮臂組成，伸縮臂套裝在基本臂內(nèi)，由吊臂伸縮液壓缸驅(qū)動(dòng)進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)。 本系統(tǒng)是利用各油缸有效面積差控制伸縮順 ， 即 號(hào)伸縮油缸活塞面積大， 號(hào)伸縮油缸活塞面積小。各活塞腔是聯(lián)通的，各油缸活塞桿腔也是聯(lián)通的。很顯然 I號(hào)伸縮油缸先伸出，其次是 號(hào)伸縮油缸伸出。 平衡閥可以保證吊臂在載荷下平穩(wěn)收縮，同時(shí)還可以防止因泄漏或管道破裂而造成吊臂回落。此外為了保證吊臂回縮時(shí)按預(yù)定的順序，不至因自重和 滑動(dòng)阻力變化等因素影響。平衡閥的開(kāi)啟壓力應(yīng)該設(shè)定為足 K1 大， K2 小。 為使其伸縮運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，并防止在停止時(shí)因自重而下滑， 如圖 2.14 在油路中設(shè)置了平衡閥 18。吊臂伸縮運(yùn)動(dòng)由三位四通手動(dòng)換向閥 19 控制，當(dāng)三位四通手動(dòng)換向閥 19 工作在左位或右位時(shí)，分別驅(qū)動(dòng)伸縮液壓缸伸出或縮回。 吊臂伸出時(shí)的油路為： 進(jìn)油路：過(guò)濾器 2 液壓泵 3 手動(dòng)換向閥 5 右位 手動(dòng)換向閥 14 中位 手動(dòng)換向閥 19 右 位 平衡閥 18 中的單向閥 伸縮液壓缸下腔。 回油路：伸縮液壓缸上腔 手動(dòng)換向閥 19 右 位 手動(dòng)換向閥 20 中位 電磁閥 33左 位 油箱。 吊臂縮回時(shí)的油路為： 40 17 進(jìn)油路：過(guò)濾器 2 液壓泵 3 手動(dòng)換向閥 5 右位 手動(dòng)換向閥 14 中位 手動(dòng)換向閥 19 左 位 伸縮液壓缸上腔。 回油路：伸縮液壓缸下腔 平衡閥 18 手動(dòng)換向閥 19 左 位 手動(dòng)換向閥 20 中位 電磁閥 33 左 位 油箱。 2.4.4轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)回路 轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)由一個(gè)小轉(zhuǎn)矩高速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)行星減速機(jī)構(gòu)減速，轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)速度為 05r min。為了提高工作效率，并且確保安全，本系統(tǒng)加裝由平衡閥、二次溢流閥、制動(dòng)器組成的回轉(zhuǎn)緩沖裝置。 如圖 2.14 回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)的回轉(zhuǎn)由三位四通手動(dòng)換向閥 20 控制，當(dāng)三位四通手動(dòng)換 向 20 工作在左位或右位時(shí)，分別驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)正向或反向回轉(zhuǎn)。其油路為： 進(jìn)油路：過(guò)濾器 2 液壓泵 3 手動(dòng)換向閥 5 右位 手動(dòng)換向閥 14 中位 手動(dòng)換向閥 19 中位 手動(dòng)換向閥 20 左 (右 )位 正反轉(zhuǎn)平衡閥 23 回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)。 回油路：回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá) 正反轉(zhuǎn)平衡閥 23 手動(dòng)換向閥 20 左 (右 )位 電磁閥 33 左位 油箱。 2.4.5吊重起升回路 吊重起升是系統(tǒng)的主要工作回路。吊重的起吊和落下作業(yè)由一個(gè)大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)來(lái)完成。起升液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)有一個(gè)三位四通換向閥 32（如圖 2.14） 控制。馬達(dá)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié) (即起 吊速度 ) 主要通過(guò)改變泵一二分合流方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及 電磁 換向閥 33 的開(kāi)口來(lái)調(diào)節(jié)?；芈分性O(shè)有平衡閥 30，用以防止重物因自重而下滑。由于液壓馬達(dá)的內(nèi)泄漏比較大，當(dāng)重物吊在空中時(shí)，盡管回路中設(shè)有平衡閥，重物仍會(huì)向下緩慢滑落，為此，在液壓馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)軸上設(shè)置了制動(dòng)器 28。當(dāng)起升機(jī)構(gòu)工作時(shí)，在系統(tǒng)油壓的作用下，制動(dòng)器液壓缸使閘塊松開(kāi)，當(dāng)液壓馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在制動(dòng)器彈簧的作用下，閘塊將軸抱死進(jìn)行制動(dòng)。當(dāng)重物在空中停留的過(guò)程中重新起升時(shí)，有可能出現(xiàn)在液壓馬達(dá)的進(jìn)油路還未建立起足夠的壓力以支撐重物時(shí)，制動(dòng) 器便解除了制動(dòng)，造成重物短時(shí)間失控而向下滑落。為避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，在制動(dòng)器油路中設(shè)置了單向節(jié)流閥 27。通過(guò)調(diào)節(jié)該節(jié)流閥開(kāi)口的大小，能使制動(dòng)器抱閘迅速，而松閘則能緩慢地進(jìn)行。 2.4.6汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)總成 根據(jù)各回路的分析得到汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的工作原理如圖 2.13 所示。該系統(tǒng)為中壓系統(tǒng)，動(dòng)力源采用雙聯(lián)齒輪泵，由汽車發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)底盤上的分動(dòng)箱驅(qū)動(dòng)。液壓泵從油箱中吸油，輸出的液壓油經(jīng)手動(dòng)閥組輸送到各個(gè)執(zhí)行元件。整個(gè)系統(tǒng)由支腿收放、吊臂變幅、吊臂伸縮、轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)和吊重起升五個(gè)工作回路所組成，且各部分都具有一定的 獨(dú)40 18 立性。整個(gè)系統(tǒng)分為上下兩部分，除液壓泵、過(guò)濾器、溢流閥、 手動(dòng) 閥組及支腿部分外，其余元件全部裝在可回轉(zhuǎn)的上車部分。油箱裝在上車部分，兼作配重。上下兩部分油路通過(guò)中心回轉(zhuǎn)接頭連通。支腿收放回路和其他動(dòng)作回路采用一個(gè)二位三通手動(dòng)換向閥 5進(jìn)行切換。 圖 2.14 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)圖 表 2.2 汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的工作情況表 40 19 2.4.7汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn) 汽車起重機(jī)的液壓系統(tǒng)有如下幾個(gè)特點(diǎn)： 1)該系統(tǒng)為雙泵雙回路、 分合流油路、 開(kāi)式、串聯(lián)系統(tǒng)，采用了換向閥串聯(lián)組合，不僅各機(jī)構(gòu)的動(dòng)作可以獨(dú)立進(jìn)行，而且 在輕載作業(yè)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)起升和回轉(zhuǎn)復(fù)合動(dòng)作，以提高工作效率。 2)系統(tǒng)中采用了平衡回路、 鎖緊 回路和制動(dòng)回路，保證了起重機(jī)的工作可靠，操作安全。 3)采用了三位四通手動(dòng)換向閥換向，不僅可以靈活方便地控制換向動(dòng)作，還可通過(guò)手柄操縱來(lái)控制流量，實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)速。在起升工作中，除了 分合流油路可方便實(shí)現(xiàn)高低速切換外， 將節(jié)流調(diào)速方法與控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法結(jié)合使用，可以實(shí)現(xiàn)各工作部件微速動(dòng)作。 4)各三位四通手動(dòng)換向閥均采用了 M 型中位機(jī)能，使換向閥處于中位時(shí)能使系統(tǒng)卸荷，可減少系統(tǒng)的功率損失，適宜于起重機(jī)進(jìn)行間歇性工作。 注：平 衡閥主要的功能不是鎖定執(zhí)行元件的位置 ， 是用來(lái)防止執(zhí)行器失速或慣性沖擊的。 40 20 3 液壓系統(tǒng)計(jì)算 3.1汽車起重機(jī) 液壓系統(tǒng) 主要 液壓元件的選擇 3.1.1汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)參數(shù)的初定 最大起重量 8噸 ； 最高提升速度maxV=18 min/m ； 吊鉤滑輪組倍率為 M=6， 效率2=0.95； 鋼絲繩導(dǎo)向滑輪效率=0.95； 起升卷筒上鋼絲繩最外層直徑maxD=400mm； 起升傳動(dòng)比 i =20、效率ch=0.95； 參看下表 3.1初選系統(tǒng)的工作壓力為 P=20MPa。 表 3.1各種機(jī)械常用的系統(tǒng)工作壓力 2 機(jī)械類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型工程機(jī)械 建筑機(jī)械 液壓鑿巖機(jī) 液壓機(jī) 大中型挖掘機(jī) 重型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 龍門刨床 拉床 工作壓力/aMP 0.8 2 3 5 2 8 8 10 10 18 20 30 3.1.2 起升馬達(dá)的計(jì)算和選擇 （ 1） 作用于鋼絲繩上的最大靜拉力 1： m a x 2QS M 式中 Smax 作用 于鋼絲繩上的最大靜拉力， N； Q 起重量 , Q=8000kg9.8N/kg=78400N M 吊鉤滑輪組倍率 ； 2 吊鉤滑輪組效率 ； 鋼絲繩導(dǎo)向滑輪效率 。 m a x 78400 1 4 4 7 8 . 36 0 . 9 5 0 . 9 5S N (2)起升馬達(dá)所受最大扭矩 1 2 m a x m a xm a x 2chSDM i 式中 : 2 動(dòng)力系數(shù) ， 2 = 1+0.35V， 其中 V是最高起升速度 ， 由于 V =18m/min =0.3m/s(3-1) (3-2) 40 21 則2 = 1+ 0.350.3 =1.105； Smax 作用于鋼絲繩上的最大靜拉力， N； maxD 起升卷筒上鋼絲繩最 外層直徑 ，maxD=400mm； i 起升傳動(dòng)比 ， i =20； ch 起升 效率 ，ch=0.95。 m a x 1 . 1 0 5 1 4 4 7 8 . 3 0 . 4 1 6 8 . 4 12 2 0 0 . 9 5M N m (3)液壓馬達(dá)的排量 2 m a x2mmMQ P 式中 ： Mmax起升馬達(dá)受到的最大扭矩， Mmax=168.41 Nm ； P系統(tǒng)的工作壓力 ， P=20Mpa； m液壓馬達(dá)機(jī)械效率 ， 通常取m= 0.92； 362 3 . 1 4 1 6 8 . 4 1 5 7 . 4 8 /2 0 1 0 0 . 9 2mQ c m r （ 4）液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速 1 m a xm a xm a xM iVn D 式中： M 吊鉤滑輪組倍率； i 起升傳動(dòng)比 ， i =20； maxV 最高提升速度 ，maxV=18 min/m ； maxD 起升卷筒上鋼絲繩最外層直徑 ，maxD=400mm； m a x 6 2 0 1 8 1 7 2 0 / m i n3 . 1 4 0 . 4nr (5) 液壓馬達(dá)的選 擇 根據(jù)馬達(dá)所受到的壓力、最大扭矩以及需要的轉(zhuǎn)速和排量 查 2表 3.2-3決定采用型號(hào)為 CM4型的齒輪馬達(dá)，該馬達(dá)的具體參數(shù)如下：額定壓力 為 20MPa，轉(zhuǎn)速 150 2000r/min，排量 40 63ml/r， 輸出轉(zhuǎn)矩 115 180 mN 。 3.1.3液壓泵的計(jì)算與選擇 （ 1）液壓泵的工作壓力 1 2m a x112 /mmMP N mQ (3-3) (3-4) (3-5) 40 22 式中 ：1P液壓馬達(dá)的最大工作壓力 maxM起升馬達(dá)所受最大扭矩maxM= 168.41 mN Qm 起升馬達(dá)排量 (cm3/r)， Qm = 57.48cm3/r 1m 起升馬達(dá)機(jī)械效率 ，1m = 0.92 1 2 3 . 1 4 1 6 8 . 4 1 185 7 . 4 8 0 . 9 2 aP M P 查 2得到液壓泵的最大工作壓力maxP： m a x 1P p p 式中1p從液壓泵出口到液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失 ， 由于管路復(fù)雜故取p =0.5 1.5M aP ， 。 則液壓泵的最大工作壓力maxP18 + 1.5 = 19.5Mpa 。 (2) 查 2得到確定 液壓泵的流量maxvq m a x m a xvvq K q 式中 ： K系統(tǒng)漏油系數(shù)，一般取 K=1.1 1.3，這里取 K=1.3； maxvq包 括 液壓馬達(dá)的最大總流量maxQ， 同時(shí)由于工作過(guò)程中用到節(jié)流調(diào)速所以要加上溢流閥的最小溢流量ylQ一般取ylQ= 430 .5 1 0 /ms =0.0008l /min。 3m a x m a x Q 1 7 2 0 5 7 . 4 8 9 8 8 6 5 . 6 / m i n 9 8 . 8 7 / m i nmn Q m l 液壓泵的流量 ： maxvq=1.3 （ 98.87+0.0008） =128.54l /min (3) 液壓泵的選擇 液壓泵主要有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵三種。對(duì)于汽車起重機(jī) ， 其液壓系統(tǒng)負(fù)載大、功率大、精度要求不高。所以 ， 一般采用齒輪泵。根據(jù)系統(tǒng)的要求以及壓力、流量的需要 ， 查 2表 3.1-18選擇了 50.3/40.6型雙聯(lián)齒輪泵， 型號(hào)為 CBG2050/2040， 最 高 工作壓力為 20MPa， 額定 轉(zhuǎn)速為 2000r/min，理論排量 分別 為 50.3mL/r和 40.6mL/r，合流最大流量為 90.9mL/r。 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)分動(dòng)箱輸出速度為 1500 r/min時(shí)，流量為 136.35L/min。滿足以上的設(shè)計(jì)參數(shù)。所以選擇的液壓泵型號(hào)為： CBG2050/2040。 3.2汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算 3.2.1計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 液壓系統(tǒng)工作時(shí)，除執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)外載荷輸出有效功率外，其余功率損失全部轉(zhuǎn)化(3-6) (3-7) 40 23 為熱量，使油溫升高。油溫過(guò)高，不僅使油的性質(zhì)發(fā)生變化，影響系統(tǒng)工作，而且會(huì)引起容積效率的下降，因此，油溫必須控制在一定的范圍內(nèi)。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，由于功 率損失的環(huán)節(jié)太多，通常用下式計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 2： hr r cP P P 式中 rP液壓系統(tǒng)的總輸入功率； cP液壓系統(tǒng)輸出的有效功率。 11iz i vi ir itPp q tPT 111 ()i i j j jnmc W S W tijtP F TT 式中 tT工作周期， S； Z、 n、 m分別為液壓泵、液壓缸、液壓馬達(dá)的數(shù)量； ip、viq、iP第 i臺(tái)液壓泵的實(shí)際輸出壓力、流量、效率； it第 i臺(tái)液壓泵工作時(shí)間， s； jWT、j、jt液壓馬達(dá)的外載轉(zhuǎn)矩， Nm，轉(zhuǎn)速， rad/s，工作時(shí)間， s； jWF、is液壓缸外載荷及驅(qū)動(dòng)此載荷的行程， Nm。 起重機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)包括起升、回轉(zhuǎn)、變幅、伸縮臂、下降、空載、回轉(zhuǎn)、裝料等工序。在整個(gè)循環(huán)中，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算出所需時(shí)間為 280 s。 2801 9 . 5 1 5 0 0 / m i n m i n ( 5 0 . 3 4 0 . 6 ) /60 4 9 . 22 8 0 0 . 9arM P r m l rP K ws 55 2 0 8 05 . 2 0 1 0 1 4 . 0 1 0 8 1 9 . 5 8 0 1 2 0 0 1 9 . 5 5 7 . 4 8 1 6 0 06 0 6 0 2 4 . 1280cP K w 總發(fā)熱功率 ： 4 9 . 2 2 4 . 1 2 5 . 1h r r cP P P K w 。 3.2.2計(jì)算液壓系統(tǒng)的散熱功率 液壓系統(tǒng)的散熱渠道主要是油箱表面，但如果系統(tǒng)的外接管路較長(zhǎng)，在計(jì)算散熱功率hcP時(shí)，也應(yīng)該考慮管路表面的散熱 2。 1 1 2 2()hcP K A K A T (3-8) (3-9) (3-10) (3-11) 40 24 式中 1K油箱散熱系數(shù)，見(jiàn)下表 3.2，取1K=16； 2K管路散熱系數(shù)，見(jiàn)下表 3.3； 1A、2A分別為油箱。管道的散熱面積， 2m ； T 油溫與環(huán)境溫度之差， 。 表 3.2 油箱散熱系數(shù)1K/W/( 2m ) 冷卻條件 1K 通風(fēng)條件很差 8 9 通風(fēng)條件良好 15 17 用風(fēng)扇冷卻 23 循環(huán)水強(qiáng)制冷卻 110 170 表 3.3 管道散熱系數(shù)2K/W/( 2m ) 風(fēng)速 /m1s 管道外徑 /m 0.01 0.05 0.1 0 8 6 5 1 25 14 10 5 69 40 23 若系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，則hr hcPP，油溫不再升高，此時(shí)，最大溫差 2 1 1 2 2hrPT K A K A 環(huán)境溫度為0T，0T=25 。 查下表 3.4 可知 T90，則 TT-0T=75 。取 T=75 表 3.4 各種機(jī)械允許油溫 / 液壓設(shè)備類型 正常工作溫度 最高允許溫度 數(shù)控機(jī)床 30 50 55 70 一般機(jī)床 30 55 55 70 (3-12) 40 25 機(jī) 車車輛 40 60 70 80 船舶 30 60 80 90 冶金機(jī)械、液壓機(jī) 40 70 60 90 工程機(jī)械、礦山機(jī)械 50 80 70 90 （ 1） 油箱散熱面積1A的計(jì)算 油箱容積一般為液壓泵流量的 3 8 倍，由于汽車起重機(jī)的冷卻效果較好，故取油箱容量為液壓泵流量的 6 倍，即 V=8maxvq=8128.54=1028.32l =1.03 3m 。 如令油箱尺寸的高、寬、長(zhǎng)之比為 1 1 1至 1 2 3，油面高度選油箱高度的 0.8，油箱靠自然冷卻使系統(tǒng)保持在允許溫度以下時(shí)，則油箱的散熱面積可近似用以下公式計(jì)算 2： 3 21 6.66AV 式中 V油箱的有效體積， 3m ； 1A油箱的散熱面積， 2m 。 則油箱的散熱面積1A=6.66 2m 。 （ 2） 管路 散熱面積2A的計(jì)算 液壓泵吸油管道內(nèi)徑 d2: 4 vqdv 式中 vq通過(guò)管道內(nèi)的流量，vq=128.54l /min=0.002 3/ms； v管道允許流速， m/s， 參照表 3.5取 0.8m/s。 3.5管道內(nèi)允許流速推薦值 管道 推薦流速 /（ m/s） 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，粘度小取大值 液壓系統(tǒng)回油管道 1.5 2.6 液壓泵吸油管道內(nèi)徑 4 0 . 0 0 2 0 . 0 5 6 5 63 . 1 4 0 . 8bd m m m (3-13) (3-14) 40 26 管道壁厚 的計(jì)算 2: 2pd 式中 p 管道內(nèi)最高工作壓力， p =22MaP； d 管道內(nèi)徑， m； 管道材料的許用應(yīng)力， aP ， bn ； b管道材料的抗拉強(qiáng)度，aP； n 安全系數(shù)，對(duì)鋼管來(lái)說(shuō)， p 7 aMP 時(shí)，取 8n ； p 17.5 aMP 時(shí)，取 6n ； p17.5aMP時(shí)，取 4n 。 由于液壓泵的吸油管道內(nèi)徑 56bd mm 80mm， 故管道材料采用 10鋼 ， 查表 3.6鋼管的力學(xué)性質(zhì)得到 10鋼消除應(yīng)力退火后的抗拉強(qiáng)度 23 3 3 /b N m m 。 故 : 2333 8 3 . 2 5 /4b N m mn 管道壁厚 ： 2 2 5 6 7 . 42 2 8 3 . 2 5pd mm 。 表 3.6鋼管的力學(xué)性質(zhì) 牌號(hào) 交貨狀態(tài) 冷 加工 /硬（ Y） 冷加工 /軟（ R） 消除應(yīng)力退火 (T) 抗拉強(qiáng)度 b /（ N/mm2） 伸長(zhǎng)率 /% 抗拉強(qiáng)度 b /（ N/mm2） 伸長(zhǎng)率 /% 抗拉強(qiáng)度 b /（ N/mm2） 伸長(zhǎng)率 /% 不小于 10 20 30 40 412 510 588 647 6 5 4 4 373 451 549 628 10 8 6 5 333 432 520 608 12 10 8 7 管道散熱面積2A=3.14（ 562+7.4） 2=3935mm2=3.93510-3m2。 查表 3.3取2K=40 油箱的散熱功率 ： 1 1 2 2( ) 8hcP K A K A T k w (3-15) 40 27 由于散熱功率hcP=8 kw hrP=25.1 kw ，所以需要裝設(shè)冷卻器 。根據(jù)熱交換量25.1-8=17.1KW。油的流量 （ 50.3+40.6） ml/r 1500r/min=136.35 L/min。查 3表 37.10-36選擇冷卻器型號(hào)為 2LQFLA2.5F，它能保持油溫 50 左右。 3.3主要液壓輔助裝置的選擇 3.3.1液壓油的選擇 由于工作溫度在 60 以下，載荷較輕，故選用機(jī)械油。查 3表 37.3-30液壓泵用油粘度推薦值得到所選液壓油的粘度為 63 88mm2/s，查 3表 37.3-15機(jī)械油質(zhì)量指標(biāo)及應(yīng)用選 70 號(hào)機(jī)械油，代號(hào)為 HJ-70。 3.3.2濾油器的選擇 查 3表 37.10-2過(guò)濾精度與液壓系統(tǒng)壓力的關(guān)系得到顆粒大小 25 m 。 查 3表37.10-3濾油器類型及其特性選擇燒結(jié)式濾油器。根據(jù)液壓泵的流量查 3表 37.10-18 SU3 型技術(shù)規(guī)格選擇 SU3-F15016 型燒結(jié)式濾油器。 3.3.3壓力表的選擇 根據(jù)系統(tǒng)壓力查 3表 37.10-48 選擇彈簧管壓力表。根據(jù)液壓泵的吸油口內(nèi)徑查 3表 37.10-49選擇壓力表的直徑為 60mm。采用徑向有邊形式，選擇壓力表的型號(hào)為 Y-60T。 3.3.4閥類元件的選擇 （參看 液壓系統(tǒng)圖 ） （ 1）回路操縱閥 根據(jù)工作要求 查 3表 37.8-191滑閥機(jī)能 選擇 4WMMT 型手動(dòng)換向閥。根據(jù)工作壓力及液壓泵的出油口內(nèi)徑查 3表 37.8-192技術(shù)規(guī)格選擇通徑為 16mm。則各個(gè)回路的操縱閥（ 7/11/14/19/20/32），型號(hào)為 4WMM16T50B10。 （ 2） 回路切換閥 根據(jù)回路切換的工作要求查 3表 37.8-191滑閥機(jī)能選擇 3WMMA 型手動(dòng)換向閥。根 據(jù)工作壓力及液壓泵的出油口內(nèi)徑查 3表 37.8-192技術(shù)規(guī)格選擇通徑為 16mm。回路切換閥 5 的型號(hào)為 3WMM16A50FB10。 （ 3） 回路平衡閥 根據(jù)工作要求查 3表 37.8-55技術(shù)規(guī)格選擇變幅平衡閥 15、伸縮平衡閥 18、回轉(zhuǎn)平衡閥 23 的型號(hào)為 XD3F-L20H，起升平衡閥的型號(hào)為 XD4F-L32H。 （ 4） 其它閥類元件 支腿液壓鎖：根據(jù)工作原理選擇 Z2S 型疊加式液控單向閥作為鎖緊回路，查 3表37.8-248技術(shù)規(guī)格選擇支腿液壓鎖 8 的 型號(hào)為 Z2S22。 支腿回路安全閥：根據(jù)工作要求 DBD 型直動(dòng)式溢流閥做為支腿回路的安全閥，查 340 28 表 37.8-7技術(shù)規(guī)格選擇支腿回路安全閥 10 的型號(hào)為 DBDH25P10/20。 起升快慢電磁閥：根據(jù)工作要求查 3表 37.8-155滑閥機(jī)能選擇起升快慢電磁閥33 的型號(hào)為 WE5A6.2LW220-50NZ5L。 4變幅液壓缸設(shè)計(jì) . 4.1變幅液壓缸的受力分析 圖 4.1變幅液壓缸的 工作 示意圖 全液壓汽車起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)使用液壓缸來(lái)驅(qū)動(dòng)動(dòng)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(duì)動(dòng)臂作用 力臂較長(zhǎng)，變幅缸的推力可以較小些，故缸徑較小。因臂的懸臂長(zhǎng)度較短，對(duì)臂受力有利。大多數(shù)全液壓汽車起重機(jī)都采用此布置形式 4。 圖 4.2變幅液壓缸的 幾何 示意圖 變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)的幾何關(guān)系簡(jiǎn)化成 ABC （見(jiàn)圖 4.2）。 AB為油缸， A、 B 點(diǎn)為變幅油缸在轉(zhuǎn)臺(tái)和吊臂上的鉸點(diǎn) 1OO 為起重機(jī)的回轉(zhuǎn)中心線。當(dāng)在工作幅度 R 吊40 29 起載荷 Q 時(shí)，對(duì)吊臂后鉸點(diǎn) C 的平衡方程式為： ( ) c o sc o s c o sP B BP B BF h Q R a G l S eF h Q l G l S e 式中：PF變幅油缸推力； Q工作負(fù)載的重量； h變幅油缸推力對(duì)吊臂鉸點(diǎn) C的力臂； 吊臂的仰角； l 吊臂的長(zhǎng)度； BG吊臂的重量； Bl吊臂的重心距 C點(diǎn)的距離； S起升繩的拉力； e隨 角變的起升繩到鉸點(diǎn) C的距離。 因?yàn)?Se Q(R+a)，式 (4-1)可簡(jiǎn)化為： c o s c o sP B BF h Q l G l 式 （ 4-2） 表明，當(dāng)起重機(jī)的額定載荷 Q確定后，油缸的推力PF是仰角 和力臂 h的函數(shù)。仰角 和力臂 h是由變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)的幾何形裝決定的，即 ABC的形狀決定油缸推力PF。 4.2變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)合理幾何形狀的分析 圖 4.3變幅機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn)三角形 前支式變幅機(jī)構(gòu)的鉸點(diǎn) ABC中，令 液壓 缸全縮時(shí)長(zhǎng)0l，全伸時(shí)長(zhǎng) l ，即有0ll，其中 為變幅液壓缸的伸縮比， 液壓缸全縮時(shí)，吊臂仰角為 0，液壓缸全伸時(shí)，吊臂仰(4-1) (4-2) 40 30 角為 ，max=80。 設(shè)鉸點(diǎn) C與 A的距離為 p， 為油缸與鉸接點(diǎn) AC間的夾角，則在變幅過(guò)程中，油缸推力PF對(duì) C點(diǎn)的力臂 h有： sinhp 當(dāng) 090 時(shí)，在 ABC中 h=p。取 hK p 則有 sinK 因?yàn)?sin 1， 則 K1。用作圖法可得到隨吊臂仰角 變化的 h 、 K 、 M 、曲線，它反應(yīng)變幅過(guò)程中油缸的推力變化情況。 設(shè)變幅油缸全縮時(shí)為單位長(zhǎng)，即0 1l ， 則一般全伸時(shí) 1.8l ，吊臂仰角 由 0變到80， 能滿足此變 幅油缸的鉸點(diǎn) A布置可有軌跡 ad（見(jiàn)圖 4.4），例如取三種狀態(tài)： 取 p=0.7時(shí)鉸點(diǎn)三角形為 11ABC 取 p=0.62時(shí)鉸點(diǎn)三角形為 22ABC 取 p=0.62時(shí)鉸點(diǎn)三角形為 33ABC 圖 4.4鉸接點(diǎn) A的運(yùn)動(dòng)軌跡 (4-3) 40 31 圖 4.5、圖 4.6是按三個(gè)不同的三角形用作圖法得到的 h 、 K 曲線。 圖 4.5 h 圖 圖 4.6 K 圖 40 32 這三個(gè)三角形的比較如下表 4.1。 表 4.1不同變幅鉸點(diǎn)比較 11ABC 起臂時(shí)力臂較小， 在 仰角為 58時(shí)，力臂 h=p， 在 吊臂仰角較大時(shí)，力臂 h較大 油缸工作條件好，壓力參數(shù)變化小，油缸參數(shù)選擇較易合理，結(jié)構(gòu)緊湊 22ABC 變幅過(guò)程中力臂 h變化平緩， 在 仰角為 38時(shí)， 力臂h=p 油缸工作條件較好，結(jié)構(gòu)緊湊 33ABC 起臂時(shí)力臂 h較大，在變幅過(guò)程中 h p，在吊臂仰角較大時(shí)，力臂 h小 油缸工作條件惡劣，油缸參數(shù)選擇不合理，結(jié)構(gòu)緊湊 有表 4.1可以看出，油缸鉸點(diǎn) A布置在21AA段上，可以使油缸工作壓力變化平穩(wěn)而且機(jī)構(gòu)緊湊，所以 A點(diǎn)應(yīng)該布置在段21AA上，在 =40 50時(shí)，力臂 h=p。 4.3變幅機(jī)構(gòu)鉸點(diǎn)三角形 吊臂與油缸的鉸點(diǎn) B一般位于 13L到 12L吊臂上，故 11B C = ,32LL， L =10 .4m，取 BC =5，選擇合理的鉸點(diǎn)三角形如圖 4.7，確定變幅鉸點(diǎn)三角形幾何尺寸 5。 圖 4.7變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)幾何三角形 40 33 4.4變幅液壓缸的機(jī)械設(shè)計(jì) 圖 4.8變幅液壓缸額定工作幅度的各參數(shù)圖 變幅液壓缸受到的推力PF： c o s c o ss i nBBPQ l G lF AC 式中： 變幅軸線與水平線的夾角； l工作臂長(zhǎng)； BG吊臂的重量； Bl吊臂重心到鉸點(diǎn) C的距離； 變幅液壓缸與 AC的夾角； R起重機(jī)工作幅度； a鉸點(diǎn) C與回轉(zhuǎn)中心的距離。 鉸點(diǎn) C 與回轉(zhuǎn)中心的距離 a 的取值范圍為 1.5 3m6，此時(shí)Q=67； 額定工作幅度下起重量 Q=78400N； 吊臂 質(zhì)量 的取值范圍是起重機(jī)總質(zhì)量 （ 10t） 的 15% 20%，由于采用的是組合式伸縮臂，所以取吊臂的重量BG= 31 0 1 0 9 . 8 1 5 % 1 4 7 0 0 N ； (4-4) 40 34 工作繩拉力maxS=14478.3N； 吊臂基本臂長(zhǎng) l =10.4m； 鉸點(diǎn) A到 C的距離 AC=947mm； AC與 AB的夾角 =62； 變幅液壓缸最大 長(zhǎng)度maxAB=1800mm； 變幅液壓缸最小 長(zhǎng)度minAB=2800mm。 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： 5c o s c o s 4 . 1 7 1 0s i nQ B B QQ Q l G lFNAC 4.5變幅液壓缸 主要幾何參數(shù)的計(jì)算 （ 1） 變幅液壓缸壓力NP的選取 系統(tǒng)的工作壓力為 P=20aMP，因?yàn)橄到y(tǒng)中有一定的背壓，所以選擇液壓缸的被壓力為 2aMP，故取液壓缸的工作壓力NP=22aMP。 （ 2） 變幅液壓缸內(nèi)徑 Db的 確定 由于汽 車起重機(jī)的變幅液壓缸是以無(wú)桿腔作為工作腔的，所以有公式如下 564 4 4 . 1 7 1 0 1553 . 1 4 2 2 1 0QbNFD m mP 參考 表 4.2液壓缸尺寸系列取液壓缸內(nèi)徑 Db=200mm。 表 4.2液壓缸徑尺寸系列（單位 mm）（摘自 GB2348-80） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 （ 3） 變幅液壓缸 活塞桿直徑 d 的計(jì)算 由于活塞桿受到壓力作用，且NP=22aMP 7aMP，故 d=0.7D=0.7 160mm=112mm。參看下表 4.3取活塞桿的直徑 d=140mm。 表 4.3活塞桿直徑尺寸系列 /mm 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 （ 4） 活塞桿理論 推 力 F1 和 拉 力 F2 的計(jì)算 40 35 圖 4.9活塞桿受力分析圖 畫(huà)活塞桿的受力分析圖如圖 4.9。 當(dāng)活塞桿伸出時(shí)理論推力1F： 511 6 . 9 1 0NF A P N 當(dāng)活塞桿回縮時(shí)理論拉力2F 422 6 . 2 1 0NF A P N 式中：1A和2A分別為無(wú)桿腔和有桿腔的受 力面積； NP為液壓缸的工作壓力，NP=22aMP。 （ 5） 變幅液壓缸活塞桿行程 S 的確定 由于液壓缸全伸時(shí)： maxAB=1800mm 變幅液壓缸全縮時(shí)： minAB=2800mm 得到變幅液壓缸行程 S： S=maxABminAB=1000mm 查 3表 37.7-3選取行程 S=1000mm。 （ 6） 液壓缸最小導(dǎo)向長(zhǎng)度 H 的確定 導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)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(jì)必須保證缸有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，液壓缸的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足2： 20 2SDH 式中： S 是變幅液壓缸的最大行程， S=1000mm； D 是變幅液壓缸的內(nèi)徑， D=200mm； (4-5) 40 36 故有 ： 1 0 0 0 2 0 0 1502 0 2 2 0 2SDH m m 。 （ 7） 液壓缸缸筒壁厚 b的計(jì)算 查 3表 37.7-64 工程機(jī)械 用 缸外徑 系列取變幅液壓缸外徑 為 245mm，液壓缸體材料為 45 號(hào)無(wú)縫鋼管。因此，壁厚為 b=（ 245200） /2=22.5mm。 （ 8） 液壓缸的缸底厚度 hb計(jì)算 設(shè)計(jì)此缸為平行缸底，查 3得 0 . 4 3 3 yb ph A L 式中 ： hb缸底厚度， m； AL 液壓缸內(nèi)徑， m； yp試驗(yàn)壓力，aMP； 缸底材料的許用應(yīng)力， aMP 。 缸底材料選用 45 鋼，查 7表 6-5 得到 45 鋼的 抗拉強(qiáng)度b600MPa，屈服強(qiáng)度s355MPa，伸長(zhǎng) 率516，斷面收縮率為 40，沖擊功為 39J。則 =600aMP。 變幅液壓缸的工作壓力NP=22aMP，取yp=1.6NP=35.2aMP 3 5 . 20 . 4 3 3 0 . 4 3 3 0 . 2 2 1600yph A L m m 綜合以上計(jì)算，查 3表 37.7-10 可知液壓缸相關(guān)尺寸為： 缸徑 AL =200mm，D=245mm ， UE=270mm ， 耳環(huán)滑動(dòng)軸承 CD=80mm ， Y=85mm ， PM=105mm ，MREW=9090， 進(jìn)出油口尺寸 2-EE為 M422，耳環(huán)連接螺紋為 M853*-95。 (4-6) 40 37 總結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我受益 匪淺，讓我系統(tǒng)性地認(rèn)識(shí)和掌握了汽車起重機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)汽車起重機(jī)的發(fā)展應(yīng)用及前景有了初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)液壓元件的使用有了 切身的體會(huì)。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我將大學(xué)期間學(xué)習(xí)的課程整體進(jìn)行了復(fù)習(xí)，對(duì)資料的查閱有了很大的提高。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中讓我更加明白各個(gè)學(xué)科是相互聯(lián)系的，以后的工作中要繼續(xù)學(xué)習(xí)提高自己綜合運(yùn)用的能力。 首先，尋找與設(shè)計(jì)有關(guān)的資料并且研究設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃。理清設(shè)計(jì)思路 ，但是在方案的具體實(shí)施中難免會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，這就需要在設(shè)計(jì)的過(guò)程中利用所掌握的知識(shí)認(rèn)真的排查錯(cuò)誤的原因，查閱相關(guān)資料 ，進(jìn)行多方面的思考，不斷的改正自己的設(shè)計(jì)不足之處。 其次，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)對(duì)汽車起重機(jī)的液壓系統(tǒng) 各個(gè)回路 進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，最終 完成總的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要查閱文獻(xiàn)確定各個(gè)設(shè)計(jì)公式及其參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算。在這個(gè)設(shè)計(jì)階段中完成設(shè)計(jì)思路的具體化，主要解決各個(gè)部分的匹配問(wèn)題。在設(shè)計(jì)過(guò)程中要不斷的進(jìn)行參數(shù)的重新選定使之符合整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行要求。 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到液壓系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛，使用方便。仍然處于不斷的發(fā)展之中，在機(jī)械設(shè)備的控制系統(tǒng)中仍然占有著十分重要的位置。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中不僅鞏固了我的基礎(chǔ) 理論 知識(shí) ， 而且使我各個(gè)方面的能力有了很大提高。從一開(kāi)始的無(wú)從下手，到資料的查閱，到設(shè)計(jì)方案的擬定，到設(shè)計(jì)方案的具體實(shí)施，到液壓系統(tǒng)圖的繪制，無(wú)疑是對(duì)我查閱資料的能力、設(shè)計(jì)報(bào)告的能力、電腦繪圖等能力的一次很好的鍛煉，對(duì)理論知識(shí)與實(shí)際的應(yīng)用也有了很大的提高。為以后的工作積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了信心。畢業(yè)設(shè)計(jì)既讓我懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我知道了在實(shí)踐中遇到問(wèn)題應(yīng)該怎樣去解決，是對(duì)自己自己綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí) ，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決問(wèn)題，實(shí)踐能力的很好鍛煉。 40 38 致謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們知識(shí)運(yùn)用能力的一次全面考 核，也是對(duì)我們進(jìn)行科學(xué)研究的基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力，為以后撰寫(xiě)專業(yè)學(xué)術(shù)論文和工作打下了良好的基礎(chǔ)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 能夠順利完成，首先要感謝我的母校，是她提供了我學(xué)習(xí)知識(shí)的殿堂；其次要感謝機(jī)械與材料學(xué)院的老師們，他們不僅讓我學(xué)會(huì)了專業(yè)方面的知識(shí)而且教會(huì)我很多做人做事的道理，尤其是要感謝在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予我很大幫助的 XXX 老師 ，是他的教導(dǎo)使我對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)從最初的一無(wú)所知到順利完成；還要感謝我的同學(xué)們，他們的幫助我解決了很多的問(wèn)題；最后還要感謝相關(guān)資料的編著者和給予我支持的 社會(huì)各界人士，感謝你們?yōu)槲姨峁┝艘粋€(gè)良好環(huán)境，使本次畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成。 40 39 參考文獻(xiàn) 1蔡文彥液壓傳動(dòng)系統(tǒng) M. 上海 :上海交通大學(xué)出版社 ,1996. 2王益群，高殿榮主編 .液壓工程師技術(shù)手冊(cè) M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2009.11. 3徐灝主編 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第 5卷） M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1993.8. 4賈文福 .全液壓汽車起重機(jī) 原理、結(jié)構(gòu)、維修 M.上海：上海交大出版社， 1998. 5林承楨 .懸臂式液壓起重機(jī)變幅機(jī)構(gòu)三鉸點(diǎn)的 布置分析 J.工程機(jī)械 .1981，（